CN103906967A

CN103906967A - 光束控制部件、发光装置及照明装置

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Publication number: CN103906967A
Application number: CN201280052399.7A
Authority: CN
Inventors: 关晃伸
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: WO2013061509A1; CN103906967B; JP5889065B2; US20140313734A1; JP2013110088A; US9222646B2

Abstract

本发明的光束控制部件(120)具有：使从发光元件(110)射出的光入射的入射面(121)；使从入射面(121)入射的光的一部分全反射的全反射面(122)；以及使从入射面(121)入射的光的一部分和在全反射面(122)反射的光射出的出射面(123)。光束控制部件(120)的出射面(123)的形状为大致复曲面形状或马鞍形状。

Description

光束控制部件、发光装置及照明装置

技术领域

本发明涉及对从发光元件射出的光的配光进行控制的光束控制部件。另外，本发明涉及具有所述光束控制部件的发光装置、以及具有所述发光装置的照明装置。

背景技术

内照式看板是在看板的内部配置光源并使看板自身发光的看板。内照式看板的广告效果优异，用于各种场合。

近年来，作为内照式看板的光源，逐渐开始使用发光二极管(LED)。发光二极管具有小型、电气效率良好、发光颜色鲜艳、无灯泡断丝的担心、初始驱动特性优异、抗震动、抗反复开关操作等优异的特性。

来自发光二极管的射出光由于其射出方向未被控制，在直接将发光二极管作为光源使用的情况下，光会发生漫射，无法高效率地照射被照射面。因此，为了控制自发光二极管的射出方向，提出了将发光二极管和透镜组合而成的光源(例如参照专利文献1、2)。

在专利文献1中，公开了一种发光二极管用透镜，其具有相对于发光二极管的光轴旋转对称(圆对称)的出射面。另外，在专利文献2中，公开了一种发光二极管用透镜，其具有大致圆柱形形状(在一个方向具有曲率，但是在与所述一个方向正交的方向上没有曲率的形状)的出射面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-268166号公报

专利文献2：外观设计登记第1271799号公报

发明内容

发明要解决的问题

内照式看板中的光源的配置方式大致可分为直下方式和侧光方式。图1A是表示直下方式内照式看板的例的立体图，图1B是表示中空侧光方式内照式看板的例的立体图。如图1A所示，在直下方式下，将发光装置20(光源)配置在被照射面(显示面)10的背面侧。另一方面，如图1B所示，在侧光方式下，将发光装置20配置在看板的外周部。中空侧光方式的内照式看板在能够简化构造这一点上，比直下方式的内照式看板优异。

图2是表示一例中空侧光方式内照式看板的立体图。以在与被照射面10平行的直线上排成一列的方式将多个发光装置20配置在基板30上。在图2中，x轴为排列有发光装置20的方向的轴。y轴为与基板30平行且与x轴垂直的轴。z轴为与基板30垂直且与发光装置20的中心轴平行的轴。被照射面10与xz平面平行。

在图2所示的中空侧光方式内照式看板中，在使用将发光二极管和以往的发光二极管用透镜组合而成的发光装置作为光源的情况下，在被照射面上容易产生照度不均。

例如，包含如专利文献1所记载的具有相对于发光二极管的光轴旋转对称(圆对称)的出射面的透镜的发光装置，在以发光装置的中心轴CA为中心的360°全方位具有相同的聚光能力。因此，即使在图2所示的y轴方向上聚光能力适当，也有时在x轴方向上聚光能力过强。在这种情况，如图3A所示，在z轴方向上位于发光装置附近、且在x轴方向上接近发光装置的中心轴CA的位置处的被照射面上，产生明部40(明亮区域)。此外，在图3A及图3B中，用白色～黑色表示被光照射的区域，将相比于其他区域光的照射量特别地多、看上去明亮的区域用黑色表示。

另一方面，对于包含如专利文献2所记载的具有大致圆柱形形状的出射面的透镜的发光装置，通过以使在出射面上没有曲率的方向与x轴(被照射面)平行的方式进行配置，能够在x轴方向使光扩展，从而防止被照射面上的暗部的产生。但是，具有大致圆柱形形状的出射面的透镜无法与发光装置之间的间隔配合地控制x轴方向的配光。因此，如图3B所示，在被照射面10中，位于发光装置20之间的区域上容易产生亮部50(过于明亮的区域)。

如以上所述，在将具有发光元件(发光二极管)和以往的光束控制部件(透镜)的发光装置用作中空侧光方式的内照式看板的光源的情况下，存在被照射面上容易产生照度不均的问题。

本发明的目的在于，提供用于发光装置的光束控制部件，根据以发光装置的中心轴(光轴)为中心的不同方向，其聚光能力也不同，以能够对与发光装置的中心轴(光轴)大致平行地配置的被照射面均匀地进行照射。另外，本发明的另一个目的在于提供具有该光束控制部件的发光装置、以及具有该发光装置的照明装置。

解决问题的方案

本发明的光束控制部件对从发光元件射出的光的配光进行控制，该光束控制部件采用的结构具有：使从所述发光元件射出的光入射的入射面；使从所述入射面入射的光的一部分全反射的全反射面；以及使从所述入射面入射的光的一部分和在所述全反射面反射的光射出的出射面，所述入射面以与所述光束控制部件的中心轴相交的方式形成在与所述发光元件相对的位置，所述出射面以与所述光束控制部件的中心轴相交的方式形成在与所述入射面的相反的一侧的位置，所述全反射面形成为包围所述光束控制部件的中心轴且直径从所述入射面侧朝向所述出射面侧递增，在将所述光束控制部件以使所述发光元件的发光中心的位置为原点、所述光束控制部件的中心轴与z轴一致且从所述发光元件的发光中心朝向所述出射面的方向为z轴的正方向的方式配置在三维正交坐标系时，所述出射面满足以下的式(1)及式(2)，

ΔZ₁>ΔZ₂ …(1)，

ΔZ₂≠0 …(2)，

其中，ΔZ₁为从所述光束控制部件的中心轴与所述出射面的交点的z坐标值减去在所述出射面中y坐标值最大的点的z坐标值而得到的值，ΔZ₂是从所述光束控制部件的中心轴与所述出射面的交点的z坐标值减去在所述出射面中x坐标值最大的点的z坐标值而得到的值，将所述光束控制部件以使ΔZ₂值为最小的方式配置在三维正交坐标系。

本发明的发光装置采用的结构具有所述光束控制部件和发光元件，所述光束控制部件配置成，所述光束控制部件的中心轴与所述发光元件的光轴一致。

本发明的照明装置采用以的结构具有：所述发光装置；以及被来自所述发光装置的光照射的平面状的被照射面，所述发光装置配置成，所述三维正交坐标系的x轴与所述被照射面平行。

发明效果

具有本发明的光束控制部件的发光装置与以往的发光装置相比能够更均匀地照射被照射面。另外，本发明的照明装置与以往的照明装置相比能够更均匀地照射被照射面。

附图说明

图1A是表示直下方式内照式看板的例的立体图，图1B是表示中空侧光方式内照式看板的例的立体图。

图2是表示具有多个发光装置的中空侧光方式内照式看板的例的立体图。

图3A是表示具有发光装置的中空侧光方式内照式看板的被照射面的主视图，该发光装置包含具有旋转对称的出射面的光束控制部件，图3B是表示具有发光装置的中空侧光方式内照式看板的被照射面的主视图，该发光装置包含具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件。

图4是实施方式1的发光装置的立体图。

图5A是实施方式1的发光装置的主视图。图5B是实施方式1的发光装置的侧视图。

图6A是实施方式1的发光装置的俯视图。图6B是实施方式1的发光装置的仰视图。

图7A是图5A所示的A-A线的剖面图。图7B是图5B所示的B-B线的剖面图。

图8A是用于表示出射面的母线的实施方式1的发光装置的立体图。图8B是用于说明狭义的复曲面形状的图。

图9是用于说明广义的复曲面形状的图。

图10A是具有旋转对称的出射面的光束控制部件的立体图，图10B是具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件的立体图。

图11是用于说明仿真中的射出光的射出角度的示意图。

图12是用于说明仿真中的发光装置与被照射面之间的位置关系的示意图。

图13A、图13B是表示具有旋转对称的出射面的光束控制部件中的、各光线与出射面之间的交点的位置的图。

图14是表示具有实施方式1的发光装置的中空侧光方式内照式看板的被照射面的主视图。

图15是实施方式1的照明装置的立体图。

图16是实施方式1的照明装置的局部放大俯视图。

图17A是表示两面方式内照式照明装置的例的剖面图。图17B是表示单面方式内照式照明装置的例的剖面图。图17C是表示外照式照明装置的例的剖面图。

图18是实施方式2的发光装置的立体图。

图19A是实施方式2的发光装置的主视图。图19B是实施方式2的发光装置的侧视图。

图20A是实施方式2的发光装置的俯视图。图20B是实施方式2的发光装置的仰视图。

图21A是图19A所示的A-A线的剖面图。图21B是图19B所示的B-B线的剖面图。

图22是实施方式3的发光装置的立体图。

图23A是实施方式3的发光装置的主视图。图23B是实施方式3的发光装置的后视图。图23C是实施方式3的发光装置的侧视图。

图24A是实施方式3的发光装置的俯视图。图24B是实施方式3的发光装置的仰视图。

图25是图23C所示的A-A线的剖面图。

符号说明：

10 被照射面

20 发光装置

30 基板

40 明部

50 亮部

100、300、400 发光装置

110 发光元件

120、310、410 光束控制部件

121 入射面

121a 内顶面

121b 内侧面

122 全反射面

123、311、411 出射面

124 凹部

200 照明装置

210 基板

220、220a、220b 被照射面

230 顶板

240 反射面

411a 第一出射面

411b 第二出射面

CA 中心轴

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

[发光装置的结构]

图4～图7是表示本发明实施方式1的发光装置的结构的图。图4是实施方式1的发光装置的立体图。图5A是实施方式1的发光装置的主视图，图5B是实施方式1的发光装置的侧视图。图6A是实施方式1的发光装置的俯视图，图6B是实施方式1的发光装置的仰视图。图7A是图5A所示的A-A线的剖面图，图7B是图5B所示的B-B线的剖面图。

本说明书中，如图4所示，设为以使发光元件110的发光中心为原点且光束控制部件120的中心轴CA为z轴的方式，在三维正交坐标系中配置光束控制部件120，来对光束控制部件120进行说明。发光元件110的光轴方向(从发光元件110的发光中心朝向光束控制部件120的出射面123的方向)与z轴的正方向相同。此外，设为，以使后述的ΔZ₂的值为最小的方式，在三维正交坐标系中配置光束控制部件120。

如图4～图7所示，实施方式1的发光装置100具有发光元件110及光束控制部件120。通过一体成型的方式形成光束控制部件120。对于光束控制部件120的材料，只要是能够使所希望的波长的光透过的材料，就没有特别限定。例如，光束控制部件120的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等透光性树脂、或玻璃。

发光元件110是发光装置100的光源。发光元件110例如是白色发光二极管等发光二极管(LED)。发光元件110配置于光束控制部件120的底部所形成的凹部124内(参照图7A及图7B)。

光束控制部件120对从发光元件110射出的光的行进方向进行控制。光束控制部件120配置成，其中心轴CA与发光元件110的光轴一致(参照图7A及图7B)。

如图7A及图7B所示，光束控制部件120具有：使从发光元件110射出的光入射的入射面121；使从入射面121入射的光的一部分全反射的全反射面122；以及使从入射面121入射的光的一部分和在全反射面122反射的光射出的出射面123。

入射面121是光束控制部件120的底部所形成的凹部124的内表面。入射面121以与光束控制部件120的中心轴CA相交的方式形成在与发光元件110相对的位置。入射面121是以中心轴CA为中心的旋转对称面。入射面121具有构成凹部124的顶面的内顶面121a、以及构成凹部124的侧面的锥状的内侧面121b。内侧面121b的内经从内顶面121a侧朝向开口边缘侧递增，以使开口边缘侧的内径尺寸比内顶面121a侧的边缘的内径尺寸大。

全反射面122是从光束控制部件120的底部的外边缘向出射面123的外边缘延伸的面。也可以在全反射面122的外边缘和出射面123的外边缘之间设置凸缘。全反射面122是以包围光束控制部件120的中心轴CA的方式形成的旋转对称面。全反射面122的直径从入射面121侧(底部侧)朝向出射面123侧递增。构成全反射面122的母线是向外侧(从中心轴CA离开的一侧)凸的圆弧状曲线(参照图7A及图7B)。

出射面123是在光束控制部件120中位于与入射面121(底部)的相反的一侧的面，其形成为与光束控制部件120的中心轴CA相交。如图4所示，出射面123相对于xz平面为面对称。

实施方式1的光束控制部件120的主要特征在于，出射面123的形状满足以下的式(1)及式(2)。

ΔZ₁＞ΔZ₂ …(1)

ΔZ₂≠0 …(2)

在上述式(1)及式(2)中，ΔZ₁为从光束控制部件120的中心轴CA(z轴)与出射面123的交点(出射面123的顶点)的z坐标值减去在出射面123中y坐标值最大的点的z坐标值而得到的值。即，如图4及图5B所示，ΔZ₁是y轴方向上的、出射面123的z坐标的变化量。实施方式1的光束控制部件120中，由于出射面123为凸形状，所以ΔZ₁为正值。

另外，在上述式(1)及式(2)中，ΔZ₂是从光束控制部件120的中心轴CA(z轴)与出射面123(出射面123的顶点)的交点的z坐标值减去在出射面123中x坐标值最大的点的z坐标值而得到的值。即，如图4及图5A所示，ΔZ₂是x轴方向上的、出射面123的z坐标的变化量。实施方式1的光束控制部件120中，由于出射面123为凸形状，所以ΔZ₂也为正值。如上所述，设为，以使ΔZ₂的值为最小的方式将光束控制部件120配置在三维正交坐标系中(参照图4)。

上式(2)意味着，在y＝0的剖面(xz平面)中，出射面123具有曲率(参照图5A)。若是出射面为大致圆柱形形状的光束控制部件，则ΔZ₂＝0。因此，满足上式(2)的光束控制部件120的出射面123的形状不是大致圆柱形形状。

另外，上式(1)意味着，x＝0的剖面(yz平面)中的出射面123的曲率与y＝0的剖面(xz平面)中的出射面123的曲率不同(比较参照图5A及图5B)。若是出射面为旋转对称的光束控制部件，则ΔZ₁＝ΔZ₂。因此，满足上式(1)的光束控制部件120的出射面123的形状也不是旋转对称。

光束控制部件120的出射面123的形状为大致复曲面(toroidal)形状。在此，本发明中的“大致复曲面形状”是指以下的形状，即，1)在xz平面上具有棱线，2)在与xz平面平行的任意的剖面具有曲率，3)在与xz平面平行的任意的剖面中，在将x＝0处的所述出射面的曲率半径设为R₁，将x≠0的任意点处的所述出射面的曲率半径设为R₂时，满足R₁＝R₂的形状。

例如，光束控制部件120的出射面123的形状为狭义的复曲面形状。在此，“狭义的复曲面形状”是指以下的形状，即，在三维正交坐标系中，在将y＝0的与xz平面平行的剖面中的出射面123的曲率中心O₁的坐标设为(x₁，y₁，z₁)(y₁＝0)，将y≠0的与xz平面平行的剖面中的出射面123的曲率中心O₂的坐标设为(x₂，y₂，z₂)时，满足x₁＝x₂＝0且z₁＝z₂的形状。

使用图8A及图8B对狭义的复曲面形状进行说明。如图8A所示，将出射面123与yz平面之间的交线设为母线G。此时，如图8B所示，出射面123的形状与以直线状的旋转轴A为中心使母线G旋转而得到的形状的一部分(沿着出射面123的最大直径(外边缘)而裁出的部分)一致。即，通过出射面123的母线G上的各点且与xz平面平行的剖面中的出射面123的曲率半径在每个剖面中不同(Ra≠Rb≠Rc)，这些各剖面中的出射面123的曲率中心位于与y轴平行的直线(使y轴在z轴方向平行移动后的直线)上。

另外，光束控制部件120的出射面123的形状也可以为广义的复曲面形状。在此，“广义的复曲面形状”是指以下的形状，即，在三维正交坐标系中，将y＝0的与xz平面平行的剖面中的出射面123的曲率中心O₁的坐标设为(x₁，y₁，z₁)，将y≠0的与xz平面平行的剖面中的出射面123的曲率中心O₂的坐标设为(x₂，y₂，z₂)时，满足x₁＝x₂＝0且z₁≠z₂的形状。

使用图8A及图9对广义的复曲面形状进行说明。如图8A所示，将出射面123与yz平面之间的交线设为母线G。此时，如图9所示，出射面123的形状为以曲线状的旋转轴A为中心使母线G旋转而得到的形状。即，通过出射面123的母线G上的各点且与xz平面平行的剖面中的出射面123的曲率半径在每个剖面中不同(根据作为旋转轴的曲线不同，有可能Ra＝Rb＝Rc)，且这些各剖面中的出射面123的曲率中心位于yz平面上的任意的曲线上。此外，在图9中，虚线表示的直线及曲线为图8B中所示的直线状的旋转轴及以直线状的旋转轴为中心旋转90°后的母线G。将实线和虚线进行比较可知，对于狭义的复曲面形状和广义复曲面形状，出射面123的形状不同。

即使在出射面123的形状为狭义的复曲面形状或广义的复曲面形状的任何一种的情况下，通过根据发光装置100与被照射面之间的位置关系，分别单独地调整曲率半径Ra、Rb、Rc，能够分别精确地控制x轴方向及y轴方向的配光。

[光束控制部件的配光特性仿真]

对图4～图7所示的实施方式1的光束控制部件120的配光特性进行了仿真。出射面123的形状为狭义的复曲面形状。另外，为了进行比较，也对图10A及图10B所示的具有旋转对称的出射面的光束控制部件和具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件的配光特性进行了仿真。这次的仿真中，如图11所示，对从发光元件的发光中心(原点)以角度(θ、γ)射出的光的光路进行了计算。各光束控制部件的尺寸几乎相同，出射面的外边缘通过x＝±8.0及y＝±8.0(参照图13)。如图12所示，假定以与光束控制部件的xz平面平行的方式，在y＝-20.0的位置配置了被照射面220。

表1～表3是表示γ＝180°的射出光(俯视时，朝向与被照射面垂直的方向的光)的光路的仿真结果的表。该表中，表示各光线与光束控制部件的各面(入射面、全反射面及出射面)以及被照射面相交的点的坐标。作为一例，将具有旋转对称的出射面的光束控制部件(参照图10A)的出射面的俯视图中的各光线的交点的位置表示于图13A。在图13A中，四边形的标记表示γ＝180°、θ＝40°的射出光，圆形的标记表示γ＝180°、θ＝60°的射出光，三角形的标记表示γ＝180°、θ＝70°的射出光。

表1.γ＝180°、θ＝40°的射出光的光路

表2.γ＝180°、θ＝60°的射出光的光路

表3.γ＝180°、θ＝70°的射出光的光路

根据表1～表3可知，θ越大的射出光，到达被照射面的越上部(z值大的区域)。如表1～表3所示，对于γ＝180°的方向，具有复曲面形状的出射面的光束控制部件(参照图4～图7)、具有旋转对称的出射面的光束控制部件(参照图10A)、以及具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件(参照图10B)之间，其配光特性没有不同。即，各光束控制部件之间，在y轴方向上的配光特性没有不同。

表4～表6是表示γ≠180°的射出光(俯视时，朝向相对于被照射面倾斜的方向的光)的光路的仿真结果的表。该表中，也表示各光线与光束控制部件的各面(入射面、全反射面及出射面)以及被照射面相交的点的坐标。作为一例，将出射面为旋转对称的光束控制部件(参照图10A)的出射面的俯视图中的各光线的交点的位置表示于图13B。在图13B中，四边形的标记表示γ＝50°、θ＝82°的射出光，圆形的标记表示γ＝30°、θ＝85°的射出光，三角形的标记表示γ＝20°、θ＝87°的射出光。

表4.γ＝50°、θ＝82°的射出光的光路

表5.γ＝30°、θ＝85°的射出光的光路

表6.γ＝20°、θ＝87°的射出光的光路

根据表4～表6可知，具有旋转对称的出射面的光束控制部件(参照图10A)其x值较小且z值较大，所以聚光能力非常强。在将包含这种聚光能力过强的光束控制部件的发光装置使用于具有与xz平面平行的被照射面220的内照式看板的情况下，照射对应于相邻的发光装置之间的位置的被照射面的光量不足，因此，与发光装置对应的位置的明部40明显(参照图3A)。换言之，在相邻的明部40之间容易产生暗部。

另外，还可知，具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件(参照图10B)与具有旋转对称的出射面的光束控制部件相比，能够使光在x轴方向上扩展(x值较大)。但是，对于具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件，由于不能调整出射面的x轴方向的曲率，所以不能与发光装置的间隔配合地调整射出光的扩展。因此，在将包含具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件的发光装置使用于内照式看板的情况下，在发光装置之间容易产生亮部50(参照图3B)。

另一方面，具有复曲面形状的出射面的光束控制部件120(参照图4～图7)与具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件同样，能够在x轴方向上使光扩展(x值较大)。并且，对于具有复曲面形状的出射面的光束控制部件120，由于能够调整x轴方向的曲率，所以能够与发光装置100的间隔配合地调整x轴方向的射出光的扩展。实际上，在表4～表6中，与具有大致圆柱形形状的出射面的光束控制部件相比，具有复曲面形状的出射面的光束控制部件120的x值较小。因此，在将包含具有复曲面形状的出射面的光束控制部件120的发光装置100使用于内照式看板的情况下，如图14所示，在发光装置100之间难以产生明部40和亮部50。

[照明装置的结构]

下面，对包含实施方式1的发光装置100的照明装置进行说明。在此，作为本发明的照明装置的代表例，对内照式的照明装置(例如内照式看板)进行说明。

图15是实施方式1的照明装置200的立体图。图16是实施方式1的照明装置200的局部放大俯视图。此外，图16中省略了顶板230。

如图15及图16所示，照明装置200具有基板210、多个发光装置100、两张被照射面220a、220b及顶板230。

基板210是构成照明装置200的底面的矩形状平板。另一方面，顶板230是构成照明装置200的顶面的矩形状平板。基板210及顶板230使从发光装置100射出的光反射，从而提高照明装置200内的明亮度及照度分布。

多个发光装置100以在与被照射面220a、220b平行的直线上排列成一列的方式，配置在基板210上。通常，以使发光装置100的中心间距离P为相同的方式配置多个发光装置100(参照图16)。以上述的三维正交坐标系的xz平面与被照射面220a、220b平行的方式分别配置多个发光装置100。

被照射面220a、220b是构成照明装置200的侧面的矩形状平板。以与各发光装置100的xz平面平行的方式相互对置地配置被照射面220a、220b。例如，在被照射面220a、220b上描绘了广告用的文字和图案等。

通过利用从配置于内部的发光装置100射出的光照射被照射面220a、220b来使用照明装置200。

[效果]

实施方式1的发光装置100通过根据发光装置100之间的中心间距离P(参照图16)或发光装置100与被照射面之间的间隔等而分别单独地调整出射面123的在x轴方向的曲率和在y轴方向的曲率，能够分别单独地控制x轴方向及y轴方向的配光。因此，包含发光装置100的照明装置200中，基本不会产生暗部40及亮部50，而能够均匀地照射被照射面220a、220b(参照图14)。

此外，在上述说明中，对具有两个被照射面220a、220b的内照式照明装置的例进行了说明，但是本发明的照明装置不限于此。本发明的照明装置可以如图17A所示那样是具有两个被照射面220a、220b的双面方式内照式照明装置，但是也可以如图17B所示那样，是具有一个被照射面220的单面方式内照式照明装置。在是后者的情况下，优选与被照射面220相对的面是反射面240。另外，本发明的照明装置也可以如图17C所示那样，是外照式照明装置。在任何一种形态中，以三维正交坐标系的x轴与被照射面220平行的方式配置发光装置100。

(实施方式2)

[发光装置的结构]

图18～图21是表示本发明实施方式2的发光装置的结构的图。图18是实施方式2的发光装置的立体图。图19A是实施方式2的发光装置的主视图，图19B是实施方式2的发光装置的侧视图。图20A是实施方式2的发光装置的俯视图，图20B是实施方式2的发光装置的仰视图。图21A是图19A所示的A-A线的剖面图，图21B是图19B所示的B-B线的剖面图。此外，对于与图4～图7所示的实施方式1的发光装置100相同的构成部件，标以相同的符号并省略其说明。

如图18～图21所示，实施方式2的发光装置300具有发光元件110和光束控制部件310。以使其中心轴CA与发光元件110的光轴一致的方式配置光束控制部件310。与实施方式1同样，在以下的说明中，设为，光束控制部件310配置于三维正交坐标系。

如图21所示，光束控制部件310具有：使从发光元件110射出的光入射的入射面121；使从入射面121入射的光的一部分全反射的全反射面122；以及使从入射面121入射的光的一部分和在全反射面122反射的光射出的出射面311。实施方式2的光束控制部件310只是出射面311的形状与实施方式1的发光装置100不同。因此，参照图18～图21对出射面311的形状进行说明。

实施方式2的光束控制部件310中，出射面311的形状为马鞍那样的形状(马鞍形状)。实施方式2的光束控制部件310与实施方式1的光束控制部件110同样地，出射面311的形状满足以下的式(1)及式(2)。

ΔZ₁>ΔZ₂ …(1)

ΔZ₂≠0 …(2)

如上所述，在上述式(1)及式(2)中，ΔZ₁为从光束控制部件310的中心轴CA(z轴)与出射面311之间的交点的z坐标值减去在出射面311中y坐标值最大的点的z坐标值而得到的值。即，如图18及图19B所示，ΔZ₁是y轴方向上的、出射面311的z坐标的变化量。实施方式2的光束控制部件310中，ΔZ₁为正值。

另外，在上述式(1)及式(2)中，ΔZ₂为从光束控制部件310的中心轴CA(z轴)与出射面311的交点的z坐标值减去在出射面311中x坐标值最大的点的z坐标值而得到的值。即，如图18及图19A所示，ΔZ₂是x轴方向上的、出射面311的z坐标的变化量。实施方式2的光束控制部件310中，由于出射面311为如马鞍那样的形状，所以ΔZ₂为负值。如上所述，设为，以使ΔZ₂的值为最小的方式将光束控制部件310配置在三维正交坐标系中(参照图18)。

上式(2)意味着，在y＝0的剖面(xz平面)中，出射面311具有曲率(参照图19A)。若是出射面为大致圆柱形形状的光束控制部件，则ΔZ₂＝0。因此，满足上式(2)的光束控制部件310的出射面311的形状不是大致圆柱形形状。

另外，上式(1)意味着，x＝0的剖面(yz平面)中的出射面311的曲率与y＝0的剖面(xz平面)中的出射面123的曲率不同(比较参照图19A及图19B)。若是出射面为旋转对称的光束控制部件，则ΔZ₁＝ΔZ₂。因此，满足上式(1)的光束控制部件310的出射面311的形状也不是旋转对称。

如图18所示，光束控制部件310的出射面311的形状为马鞍形状。在此，“马鞍形状”是指以下的形状，即，1)相对于xz平面为面对称，2)在x轴方向和y轴方向的任意一个方向上都具有曲率，3)x轴方向的曲率的曲率中心相对于出射面311位于z轴的正方向，而y轴方向的曲率的曲率中心相对于出射面311位于z轴的负方向的形状。

在将y＝0的剖面(xz平面)中的出射面311的曲率半径设为R_a，将y≠0的剖面(与xz平面平行的任意平面)中的出射面311的曲率半径设为R_b时，R_a及R_b可以为相同的值，也可以是不同的值。在任何一种情况下，通过根据发光装置300与被照射面之间的位置关系，分别单独地调整曲率半径R_a、R_b，能够分别精确地控制x轴方向及y轴方向的配光。

[效果]

实施方式2的发光装置300与实施方式1的发光装置100同样，能够通过控制x轴方向及y轴方向的配光而均匀地照射被照射面。因此，包含发光装置300的照明装置能够使被照射面的照度分布更均匀。

(实施方式3)

[发光装置的结构]

图22～图25是表示本发明实施方式3的发光装置的结构的图。图22是实施方式3的发光装置的立体图。图23A是实施方式3的发光装置的主视图，图23B是实施方式3的发光装置的后视图，图23C是实施方式3的发光装置的侧视图。图24A是实施方式3的发光装置的俯视图，图24B是实施方式3的发光装置的仰视图。图25是图23C所示的A-A线的剖面图。此外，对于与图4～图7中所示的实施方式1的发光装置100及图18～图21中所示的实施方式2的发光装置300相同的构成部件，标以相同的符号并省略其说明。

如图22～图25所示，实施方式3的发光装置400具有发光元件110和光束控制部件410。以使其中心轴CA与发光元件110的光轴一致的方式配置光束控制部件410。与实施方式1、2同样，在以下的说明中，设为，光束控制部件410配置于三维正交坐标系。

如图22及图25所示，光束控制部件410具有：使从发光元件110射出的光入射的入射面121；使从入射面121入射的光的一部分全反射的全反射面122；以及使从入射面121入射的光的一部分和在全反射面122反射的光射出的出射面411。实施方式3的光束控制部件410只是其出射面411的形状与实施方式1的发光装置100及实施方式2的发光装置300不同。因此，参照图22～图25对出射面411的形状进行说明。

实施方式3的光束控制部件410中，出射面411包含形状互不相同的两个出射面(第一出射面411a和第二出射面411b)。第一出射面411a是与实施方式2的光束控制部件310的出射面311的一部分相同的形状(马鞍形状)。因此，第一出射面411a与出射面311同样地满足以下的式(1)及式(2)。

ΔZ₁>ΔZ₂ …(1)

ΔZ₂≠0 …(2)

另一方面，第二出射面411b是以光束控制部件410的中心轴CA为旋转轴使母线旋转而形成的圆锥面的一部分。

如图22所示，出射面411中的、三维正交坐标系的y<0的空间中所包含的区域的一部分或全部为第二出射面411b。另一方面，出射面411中的、三维正交坐标系的y≧0的空间中所包含的区域的全部是第一出射面411a。因此，在出射面411中，y坐标值最大的点和x坐标值最大的点都在第一出射面411a内。而且，如上所述，第一出射面411a满足上述的式(1)及式(2)，因此，作为出射面411整体，也满足上述的式(1)及式(2)。

此外，在俯视光束控制部件410时，相对于光束控制部件410的中心轴CA，第二出射面411b所存在的角度θ(参照图24A)只要在0°<θ<180°的范围内，就没有特别限定。在图24A所示的例中，θ≒180°(其中，θ<180°)，但是，例如也可以是θ＝90°。

[效果]

实施方式3的光束控制部件410中，在第一出射面411a将光向x轴方向及y轴方向扩展，但在第二出射面411b进行聚光。因此，实施方式3的光束控制部件410通过控制第二出射面411b在出射面411中所占的比例来调整扩大配光和聚光之间的平衡。因此，包含光束控制部件410的照明装置能够使被照射面的照度分布更均匀。

本申请主张基于2011年10月28日提交的日本专利申请特愿2011-237174号以及2012年3月21日提交的日本专利申请特愿2012-063533号的优先权。该申请说明书和附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。

工业实用性

本发明的发光装置和照明装置例如能够适用于内照式看板、外照式看板和间接照明等。

Claims

1.一种光束控制部件，其对从发光元件射出的光的配光进行控制，具有：

入射面，使从所述发光元件射出的光入射；

全反射面，对从所述入射面入射的光的一部分进行全反射；以及

出射面，使从所述入射面入射的光的一部分和在所述全反射面反射的光射出，

所述入射面以与所述光束控制部件的中心轴相交的方式形成在与所述发光元件相对的位置，

所述出射面以与所述光束控制部件的中心轴相交的方式形成在与所述入射面相反的一侧的位置，

所述全反射面形成为包围所述光束控制部件的中心轴且直径从所述入射面侧朝向所述出射面侧递增，

在以所述发光元件的发光中心的位置为原点、所述光束控制部件的中心轴与z轴一致且从所述发光元件的发光中心朝向所述出射面的方向为z轴的正方向的方式，将所述光束控制部件配置在三维正交坐标系时，所述出射面满足以下的式(1)及式(2)，

ΔZ₁>ΔZ₂ …(1)，

ΔZ₂≠0 …(2)，

2.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，

所述出射面在所述三维正交坐标系的xz平面上具有棱线，

所述出射面在与所述三维正交坐标系的xz平面平行的任意剖面中具有曲率，且在将x＝0处的所述出射面的曲率半径设为R₁，将x≠0的任意点处的所述出射面的曲率半径设为R₂时，满足R₁＝R₂。

3.如权利要求2所述的光束控制部件，其中，

在所述三维正交坐标系中，将y＝0的与xz平面平行的剖面中的所述出射面的曲率中心(O₁)的坐标设为(x₁，y₁，z₁)，将y≠0的与xz平面平行的剖面中的所述出射面的曲率中心(O₂)的坐标设为(x₂，y₂，z₂)时，所述出射面满足x₁＝x₂＝0、且z₁＝z₂。

4.如权利要求2所述的光束控制部件，其中，

在所述三维正交坐标系中，将y＝0的与xz平面平行的剖面中的所述出射面的曲率中心(O₁)的坐标设为(x₁，y₁，z₁)，将y≠0的与xz平面平行的剖面中的所述出射面的曲率中心(O₂)的坐标设为(x₂，y₂，z₂)时，所述出射面满足x₁＝x₂＝0、且z₁≠z₂。

5.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，

所述ΔZ₁及所述ΔZ₂都为正值。

6.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，

所述ΔZ₁为正值，

所述ΔZ₂为负值。

7.如权利要求1所述的光束控制部件，其中，

在所述三维正交坐标系的y<0的空间中，所述出射面包含以所述光束控制部件的中心轴为旋转轴使母线旋转而形成的圆锥面的一部分。

8.一种发光装置，具有：权利要求1～7中任意一项所述的光束控制部件和发光元件，

所述光束控制部件配置成，所述光束控制部件的中心轴与所述发光元件的光轴一致。

9.一种照明装置，具有：

权利要求8所述的发光装置；以及

被来自所述发光装置的光照射的平面状的被照射面，

所述发光装置配置成，所述三维正交坐标系的x轴与所述被照射面平行。

10.如权利要求9所述的照明装置，其中，

多个所述发光装置在与所述被照射面平行的直线上配置成一列。