JP2014229476A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態で任意の方向に沿った広い範囲を均一に照らす照明装置を提供すること。
【解決手段】発光ダイオード１１１とこの発光ダイオード１１１の光を集光して出射する集光レンズ１１２とからそれぞれ構成されている複数の光源素子１１０と、集光レンズ１１２の光出射側に配置された異方性光拡散シート１２０とを備え、異方性光拡散シート１２０が、Ｙ方向すなわち照明装置１００の幅方向に沿って延びて集光レンズ１１２に対向する波状の凹凸パターン１２１を有している照明装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用している照明装置に関するものである。

従来、ライン状に配列された複数の発光ダイオード光源からなる光源ユニットと、この光源ユニットの光出射側に設けられた異方性光拡散体とを備え、異方性光拡散体が光源ユニットの長手方向に光を拡散する照明装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、ケース基板上に配置されて光源光を各々出射する複数の発光ダイオードと、これら複数の発光ダイオードの光源光出射側に各々配置されているとともに光源光を集光して出射光として出射する複数の集光用レンズと、この集光用レンズの出射光出射側に設けられているとともに出射光を拡散して拡散光として出射する光拡散手段とを備え、複数の発光ダイオードが、集光用レンズの中心軸からずらして配置されている照明装置がある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１３−８５２０号公報（特許請求の範囲、段落［００４３］） 特開２０１１−２２２３１６号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、前者の照明装置５００では、図２８に示すように、発光ダイオード５１１から出射された光Ｌ０のうち異方性光拡散体５２０の臨界角θを超える入射角θ１で異方性光拡散体５２０に入射する光が異方性光拡散体５２０で全反射されて異方向性光拡散体５２０から出射されないため、照明に寄与しない光が生じて照明の効率を高めることができないという問題点があった。
一方、後者の照明装置を単独で設置して路面などの照明対象を照らすだけでなく、照明装置を複数設置した状態で一定の方向に沿った広い範囲を均一に照らすことに関する要請もある。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態で任意の方向に沿った広い範囲を均一に照らす照明装置を提供することである。

請求項１に係る本発明の照明装置は、発光ダイオードと該発光ダイオードの光を集光して出射する集光レンズとからそれぞれ構成されている複数の光源素子と、前記集光レンズの光出射側に配置された異方性光拡散シートとを備え、該異方性光拡散シートが、一方向に沿って延びて集光レンズに対向する波状の凹凸パターンを有していることにより、前述した課題を解決したものである。

請求項２に係る本発明の照明装置は、請求項１に記載の構成に加えて、前記異方性光拡散シートが、前記凹凸パターンの凹凸配列方向を前記複数の光源素子の素子配列方向に沿わせた状態で前記集光レンズの光出射側に配置されていることにより、前述した課題を解決したものである。

請求項３に係る本発明の照明装置は、請求項２に記載の構成に加えて、前記集光レンズが、球面又は非球面形状を有し、前記複数の光源素子が、前記複数の光源素子の素子配列方向に沿って球面又は非球面形状の集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から片側にずらした光源素子を含んでいることにより、前述した課題を解決したものである。

請求項４に係る本発明の照明装置は、請求項３に記載の構成に加えて、前記複数の光源素子が、前記片側とは逆側に球面又は非球面形状の集光レンズの中心を発光ダイオードの中心からずらした光源素子とを含んでいることにより、前述した課題を解決したものである。

請求項５に係る本発明の照明装置は、請求項１に記載の構成に加えて、前記異方性光拡散シートが、前記凹凸パターンの凹凸配列方向を前記複数の光源素子の素子配列方向に交差させた状態で前記集光レンズの光出射側に配置されていることにより、前述した課題を解決したものである。

請求項１に係る本発明の照明装置によれば、発光ダイオードと発光ダイオードの光を集光して出射する集光レンズとからそれぞれ構成されている複数の光源素子と、集光レンズの光出射側に配置された異方性光拡散シートとを備え、異方性光拡散シートが、一方向に沿って延びて集光レンズに対向する波状の凹凸パターンを有していることにより、発光ダイオードで発生した光を集光レンズで集光した出射光が異方性光拡散シートの臨界角より小さい角度で異方性光拡散シートに入射して全反射が防止され、これと同時に集光レンズの出射光が一方向と直交する方向に沿って拡散配光されるため、発光ダイオードで発生した光のうち照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態で一方向と直交する方向に沿った広い範囲を均一に照らすことができる。

そして、本請求項２に係る照明装置によれば、請求項１に記載の照明装置が奏する効果に加えて、異方性光拡散シートが、凹凸パターンの凹凸配列方向を複数の光源素子の素子配列方向に沿わせた状態で集光レンズの光出射側に配置されていることにより、発光ダイオードの光を集光レンズで集光した出射光が素子配列方向に沿って拡散配光されるため、素子配列方向の広い範囲を均一に照らすことができる。

そして、本請求項３に係る照明装置によれば、請求項２に記載の照明装置が奏する効果に加えて、集光レンズが、球面又は非球面形状を有し、複数の光源素子が、複数の光源素子の素子配列方向に沿って球面又は非球面形状の集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から片側にずらした光源素子を含んでいることにより、発光ダイオードの中心直上に出射された高強度の光に由来する出射光を異方性光拡散シートで拡散した拡散光が照明装置の設置位置からみて照明装置の直下位置より遠い位置に照射されるため、発光ダイオードの中心直上に出射された高強度の光に由来する出射光が拡散されずにそのまま照明装置の直下位置に照射される場合に比べて拡散光の照射範囲に生じる光のホットスポットの照度を抑制して均斉度を高めることができる。

そして、本請求項４に係る照明装置によれば、請求項３に記載の照明装置が奏する効果に加えて、複数の光源素子が、片側とは逆側に球面又は非球面形状の集光レンズの中心を発光ダイオードの中心からずらした光源素子とを含んでいることにより、集光レンズを片側にずらした光源素子と集光レンズを逆側にずらした光源素子とのそれぞれの発光ダイオードの中心直上に出射された高強度の光が集光レンズで片側及び逆側に屈折した後、それぞれ異方性光拡散シートで拡散されて拡散光として強度のピークを抑制した状態で素子配列方向に沿って互いに反対側に配光されるため、拡散光の照射範囲内における光のホットポイントの重なりを防ぐとともにその照度を抑制して均斉度を高めることができる。

そして、本請求項５に係る照明装置によれば、請求項１に記載の照明装置が奏する効果に加えて、異方性光拡散シートが、凹凸パターンの凹凸配列方向を複数の光源素子の素子配列方向に交差させた状態で集光レンズの光出射側に配置されていることにより、発光ダイオードで発生した光を集光レンズで集光した出射光が素子配列方向に交差する方向すなわち凹凸配列方向に沿って拡散されるため、光源素子の素子配列方向に交差する方向の広い範囲を均一に照らすことができる。

本発明の第１実施例に係る照明装置の斜視図。 本発明の第１実施例に係る照明装置の部分平面図。 本発明の第１実施例に係る照明装置に用いる異方性光拡散シートの斜視図。 図３の凹凸配列方向に沿った仮想平面で異方性光拡散シートを切った断面図。 本発明の第１実施例に係る照明装置における素子配列方向と凹凸配列方向との関係を示す概念図。 凹凸パターンを撮影した画像をフーリエ変換した画像図。 ピッチ頻度を凹凸パターンのピッチの逆数に対してプロットしたグラフ。 図６に示す補助線Ｅ２上の光強度を凹凸パターンの配向性に対してプロットしたグラフ。 １／１０値角の説明図である。 図２の１０−１０線断面図。 図２の１１−１１線断面図。 本発明の第１実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図。 本発明の第２実施例に係る照明装置の部分平面図。 図１３の１４−１４線断面図。 図１４の一部を拡大した部分拡大図。 発光ダイオードで発生した光、出射光及び拡散光の強度分布図。 本発明の第２実施例に係る照明装置の配光状態を示す概念図。 本発明の第２実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図。 本発明の第３実施例に係る照明装置の部分平面図。 図１９の２０−２０線断面図。 集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から片側にずらした光源素子における発光ダイオードで発生した光、出射光、拡散光の強度分布図。 集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から逆側にずらした光源素子における発光ダイオードで発生した光、出射光、拡散光の強度分布図。 相互に隣り合う光源素子の拡散光を合成した合成拡散光の強度分布図。 本発明の第３実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図。 本発明の第３実施例の一変形例である照明装置の部分平面図。 本発明の第４実施例に係る照明装置における素子配列方向と凹凸配列方向との関係を示す概念図。 本発明の第４実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図。 従来の照明装置における光の拡散状態を示す概念図。

本発明の照明装置は、発光ダイオードと発光ダイオードの光を集光して出射する集光レンズとからそれぞれ構成されている複数の光源素子と、集光レンズの光出射側に配置された異方性光拡散シートとを備え、異方性光拡散シートが、一方向に沿って延びて集光レンズに対向する波状の凹凸パターンを有し、発光ダイオードで発生した光のうち照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態で一方向と直交する方向に沿った広い範囲を均一に照らすものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。
例えば、異方性光拡散シートは、光源素子から出射される出射光を拡散する方向に凹凸パターンの凹凸配列方向を沿わせて光源素子に対向配置されていればよい。
また、本発明の照明装置は、光源素子から出射された出射光を異方性光拡散シートに反射する反射鏡を備えていてもよい。

なお、本発明に係る照明装置に用いる複数の光源素子は、線状に配列されていればよくその列数は何ら限定されるものではない。
また、本発明に係る照明装置は、複数の光源素子を一纏めにして設置した光源ユニットを複数設けたものであってもよい。
この場合、複数の光源ユニットの配列形態は、複数の光源素子の素子配列方向に沿って配列された形態でもよいし、複数の光源素子の素子配列方向に直交する方向に配列された形態でもよい。

そして、本発明に用いられる異方性光拡散シートは、複数の光源素子から出射された出射光を拡散するものであればその設置枚数は本実施形態に限定されるものではなく、複数の光源ユニットのユニット毎に設けられていてもよいし、複数の光源ユニット全体に対して一枚設けられていてもよい。
また、本発明に係る照明装置は、例えば、街路或いは道路等を照らす屋外用灯具、又はトンネル内の道路を照らすトンネル用灯具として使用されてもよい。
本発明に係る照明装置を屋外用灯具又はトンネル用灯具として使用する場合の照明装置の設置形態は、例えば、道路などの照明対象の幅方向両側の上方に照明装置を設置して照明対象に配光する設置形態をいう。

なお、以下の各実施例の説明で用いる「ホットスポット」は、照明装置の照明範囲内の最も照度が高い点状の範囲を意味する。
また、以下の各実施例の説明で用いる「均斉度」は、照明装置による光の照射範囲内の最も低い照度を最も高い照度で割った値で定義される値であって、光の照射範囲における照度の均一性を示す指標である。
照明装置による光の照射範囲内の最も低い照度の値が大きいほど、または最も高い照度の値が小さいほど均斉度の値は大きくなる。
したがって、道路等の照明対象は、均斉度の値が大きいほど均一な照度で照らされていることになる。

以下、本発明の第１実施例乃至第４実施例と変形例とを図面に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例に係る照明装置の斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例に係る照明装置の部分平面図であり、図３は、本発明の第１実施例に係る照明装置に用いる異方性光拡散シートの斜視図であり、図４は、図３の凹凸配列方向に沿った仮想平面で異方性光拡散シートを切った断面図であり、図５は、本発明の第１実施例に係る照明装置における素子配列方向と凹凸配列方向との関係を示す概念図であり、図６は、凹凸パターンを撮影した画像をフーリエ変換した画像図であり、図７は、ピッチ頻度を凹凸パターンのピッチの逆数に対してプロットしたグラフであり、図８は、図６に示す補助線Ｅ２上の光強度を凹凸パターンの配向性に対してプロットしたグラフであり、図９は、１／１０値角の説明図であるであり、図１０は、図２の１０−１０線断面図であり、図１１は、図２の１１−１１線断面図であり、図１２は、本発明の第１実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図であり、図１３は、本発明の第２実施例に係る照明装置の部分平面図であり、図１４は、図１３の１４−１４線断面図であり、図１５は、図１４の一部を拡大した部分拡大図であり、図１６は、発光ダイオードで発生した光、出射光及び拡散光の強度分布図であり、図１７は、本発明の第２実施例に係る照明装置の配光状態を示す概念図であり、図１８は、本発明の第２実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図であり、図１９は、本発明の第３実施例に係る照明装置の部分平面図であり、図２０は、図１９の２０−２０線断面図であり、図２１は、集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から片側にずらした光源素子における発光ダイオードで発生した光、出射光、拡散光の強度分布図であり、図２２は、集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から逆側にずらした光源素子における発光ダイオードで発生した光、出射光、拡散光の強度分布図であり、図２３は相互に隣り合う光源素子の拡散光を合成した合成拡散光の強度分布図であり、図２４は、本発明の第３実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図であり、図２５は、本発明の第３実施例の一変形例である照明装置の部分平面図であり、図２６は、本発明の第４実施例に係る照明装置における素子配列方向と凹凸配列方向との関係を示す概念図であり、図２７は、本発明の第４実施例に係る照明装置を複数設置した際の照明範囲を示す概念図である。
なお、図１、図５、図２６では、説明の便宜上、凹凸パターンを構成する凹同士及び凸部同士のピッチすなわち凹凸パターンのピッチを誇張して示している。
［第１実施例］

まず、図１乃至図１２に基づいて、本発明の第１実施例に係る照明装置１００を説明する。
図１乃至図５に示すように、本第１実施例に係る照明装置１００は、発光ダイオード１１１とこの発光ダイオード１１１の光を集光して出射する集光レンズ１１２とからそれぞれ構成されている複数の光源素子１１０と、集光レンズ１１２の光出射側に配置された異方性光拡散シート１２０とを備えている。
そして、異方性光拡散シート１２０は、Ｙ方向すなわち照明装置１００の幅方向に沿って延びて集光レンズ１１２に対向する波状の凹凸パターン１２１を有している。
なお、本第１実施例では、Ｙ方向が、「一方向」の一例である。
また、以下の各実施例の光源素子は、球面形状すなわち真円ドーム状の集光レンズを備えているが、集光レンズは、非球面形状であってもよい。

本第１実施例では、図１及び図２に示すように、複数の光源素子１１０を配列した素子配列方向であるＸ方向すなわち照明装置１００の長手方向とＸ方向に交差するＹ方向とのそれぞれに沿って２つずつ配列された合計４つの光源ユニット１００Ｕが、照明装置１００に設けられている。
複数の光源素子１１０は、Ｘ方向に沿って光源ユニット１００Ｕに２列で配列されている。

異方性光拡散シート１２０は、図３に示す凹凸パターン１２１が形成されたパターン形成側Ｓ１を集光レンズ１１２の光出射側に対向させ、凹凸パターン１２１が形成されていない平滑面側Ｓ２を後述する拡散光Ｌ２の出射側とするように光源素子１１０上に対向配置されている。
図５に示すように、異方性光拡散シート１２０は、図３に示す凹凸パターン１２１の凹凸配列方向Ｄ１に直交する凹凸延在方向Ｄ２を図１及び図２中のＹ方向、すなわち複数の光源素子１１０の素子配列方向であるＸ方向に直交する方向に沿わせた状態で光源素子１１０に対向配置されている。

次に、図３乃至図１１に基づいて、異方性光拡散シート１２０の構成を詳細に説明する。
図３及び図４に示すように、異方性光拡散シート１２０は、凹凸パターン１２１と、透明樹脂製の基材１２２と、基材１２２の表面に設けられた透明樹脂製の硬質層１２３とを備えている。

凹凸パターン１２１は、パターン形成側Ｓ１から異方性光拡散シート１２０をみた場合に凹凸延在方向Ｄ２に沿って平行状態で波状に蛇行している。
なお、「凹凸パターン１２１が凹凸延在方向Ｄ２に沿って波状に蛇行している」とは、凹凸パターンの配向度が０、３以上になっていることをいう。
この配向度は、凹凸パターン１２１の配向のばらつきのを示す指標である。
配向度の値が大きいほど、凹凸パターン１２１の配向がばらついている。
すなわち、「配向度の値が大きい」とは、隣り合ってそれぞれ凹凸パターン１２１を形成する凸部同士及び凹部同士のピッチが凹凸延在方向Ｄ２に渡ってばらついていることを意味する。
異方性光拡散シート１２０は、上述の配向度の値が大きいほど光の拡散度合が大きく、光拡散体として好ましい。

ここで、図３乃至図８に基づいて、上述した配向度の求め方を簡単に説明する。
まず、表面光学顕微鏡により凹凸パターン１２１の上面を撮影し、その画像をグレースケールのファイルに変換する。
このグレースケールのファイルの画像のうち白度が低いところほど、凹凸パターン１２１の一部を構成する凹部の底部１２３Ａ（図４参照。）は深い。
逆に言えば、上述のグレースケールのファイルの画像のうち白度が高いところほど、凹凸パターン１２１の一部を構成する凸部の頂部は高い。

続いて、上述したグレースケールのファイルの画像をフーリエ変換する。
表面光学顕微鏡により凹凸パターン１２１の上面を撮影した画像をフーリエ変換した画像すなわち図６に示す画像の中心から両側に広がる白色部分が、凹凸パターン１２１のピッチおよび向きの情報を含んでいる。

続いて、図６に示す画像の中心から水平方向に補助線Ｅ１を引き、その補助線Ｅ１上の輝度をプロットして図７に示すグラフを作成する。
図７の横軸は凹凸パターン１２１のピッチの逆数であり、縦軸は凹凸パターン１２１のピッチ頻度である。
図７中でピッチ頻度が最大となる値Ｆの逆数が、凹凸パターン１２１の最頻ピッチＧである。

続いて、図６中で補助線Ｅ１と値Ｆの部分にて直交する補助線Ｅ２を引き、補助線Ｅ２上の輝度をプロットして図８に示すグラフを作成する。
図８の横軸は、凹凸パターン１２１の凹凸延在方向Ｄ２に対する傾きの程度を示す指標である配向性を表し、縦軸は凹凸パターン１２１のピッチ頻度を表している。
図８中に示したピッチ頻度分布曲線の半値幅Ｗ１は、凹凸パターン１２１の配向度を表している。
この半値幅Ｗ１が大きいほど、凹凸パターン１２１が蛇行して配向がばらついていることになる。
なお、上述した配向度の求め方は、特開２０１１−１３３５６９号公報で詳細に説明されている。

上述した配向度が１．０を超えると、凹凸パターン１２１の蛇行状態がある程度ランダムになるため、光拡散性は高くなるが、任意の方向に光を拡散する異方性は低くなる。
また、上述した配向度が０．３未満であると、凹凸パターン１２１の配向のばらつきが小さくなるため、光の拡散性が小さくなる。
したがって、上述した配向度は０．３乃至１．０の範囲の値であることが好ましい。
なお、上述した配向度を０．３以上にするためには、例えば、異方性光拡散シート１２０の製造時に用いる加熱収縮性フィルムと硬質層とを適宜選択すればよい。

本第１実施例の照明装置１００では、凹凸パターン１２１の最頻ピッチＧの値は１μｍ乃至３０μｍであることが好ましい。
凹凸パターン１２１の最頻ピッチＧが１μｍ未満であると、最小ピッチが可視光の波長以下となり、光の干渉等による着色を引き起こす場合があるからである。
また、凹凸パターン１２１の最頻ピッチＧが３０μｍを超えると、異方性光拡散シート１２０から出射される拡散光が輝線として視認されてしまい照明に不適切だからである。

本第１実施例の照明装置１００では、凹凸パターン１２１の最頻ピッチＧに対する凹凸の平均深さＢの比（Ｂ／Ｇ）は０．４乃至１、０であることが好ましい。
最頻ピッチＧに対する凹凸の平均深さＢの比が０．４未満であると、後述する光学特性が得られないことがあるからである。
加えて、最頻ピッチＧに対する凹凸の平均深さＢの比が１．０より大きくなると、異方性光拡散シート１２０を製造し難くなるからである。

なお、平均深さＢは、図４に示す凹凸パターン１２１の底部１２３Ａの平均深さを意味している。
底部１２３Ａは、凹凸パターン１２1を構成している凹部の極小点である。
平均深さＢは、図４に示す異方性光拡散シート１２０の断面において、異方性光拡散シート１２０全体の面方向と平行な基準線Ｅ３から各凸部の頂部までの長さＢ１、Ｂ２、Ｂ３・・・の平均値（ＢＡＶ）と、基準線Ｅ３から各凹部の底部１２３Ａまでの長さｂ１、ｂ２、ｂ３・・・の平均値（ｂＡＶ）との差（ｂＡＶ−ＢＡＶ）である。

また、異方性光拡散シート１２０の厚さは、０．０２〜３．０ｍｍが好ましく、０．０５〜２．５ｍｍがより好ましく、０．１〜２．０ｍｍが特に好ましい。
異方性光拡散シート１２０の厚さが０．０２ｍｍ未満であると、凹凸パターン１２１の深さよりも小さいことがあるため適当でなく、３．０ｍｍよりも厚いと異方性光拡散シート１２０の質量が大きくなるため取り扱いにくくなるおそれがあるからである。

なお、異方性光拡散シート１２０は、２層以上の樹脂層から構成されていてもよい。
異方性光拡散シート１２０が２層以上の層から構成されている場合も、異方性光拡散シート１２０の厚さは０．０２〜３．０ｍｍであることが好ましい。

次に、図９に基づいて、異方性光拡散シート１２０の光学特性を説明する。
図９に示すように、本第１実施例の照明装置１００に用いられる異方性光拡散シート１２０の１／１０値角は、凹凸配列方向Ｄ１すなわち光の主拡散方向で７０°乃至８０°であり、凹凸延在方向Ｄ２すなわち光の主拡散方向に直交する方向で５°乃至１５°である。

１／１０値角は、異方性光拡散シート１２０の法線方向に沿って異方性光拡散シート１２０のパターン形成側Ｓ１に光を入射させて平滑面側Ｓ２から拡散光を出射した場合に、異方性光拡散シート１２０の法線方向に沿って平滑面側Ｓ２に出射される光の強度を１として拡散光の強度が１／１０以上になる角度範囲である。

次に、図１０乃至図１２に基づいて、本第１実施例に係る照明装置１００の配光状態を説明する。
図１０及び図１１に示すように、本第１実施例の照明装置１００が上述の光源素子１１０及び異方性光拡散シート１２０を備えていることにより、発光ダイオード１１１で発生した光Ｌ０を集光レンズ１１２で集光した出射光Ｌ１は、異方性光拡散シート１２０の臨界角θ０より小さい入射角θｘ、θｙで異方性光拡散シート１２０に入射して全反射されない。

加えて、発光ダイオード１１１で発生した光Ｌ０を集光した出射光Ｌ１は、図１０に示すＸ方向に沿って角度αｘの範囲に拡散されて拡散光Ｌ２として異方性拡散シート１２０の平滑面側Ｓ２に出射される。
他方、図１１に示すＹ方向に沿った角度αｙすなわちＹ方向に沿って出射光Ｌ１を拡散する角度は角度αｘより小さいため、出射光Ｌ１はＹ方向へは殆ど拡散されない。
つまり、発光ダイオード１１１で発生した光Ｌ０を集光した出射光Ｌ１は、Ｘ方向に沿って拡散されるが、Ｙ方向にはほとんど拡散されない。

このため、本第１実施例に係る照明装置１００は、発光ダイオード１１１で発生した光Ｌ０のうち照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態でＹ方向と直交するＸ方向に沿った広い範囲に拡散光Ｌ２を拡散配光して均一に照らすようになっている。

特に、本第１実施例に係る照明装置１００では、図５に示すように、異方性光拡散シート１２０は、凹凸パターン１２１の凹凸配列方向Ｄ１を複数の光源素子１１０の素子配列方向すなわちＸ方向に沿わせた状態で集光レンズ１１２の光出射側に配置されている。
これにより、光源素子１１０から出射される発光ダイオードの光Ｌ０を集光レンズ１１２で集光した出射光Ｌ１は、素子配列方向すなわちＸ方向に沿って拡散される。
このため、本第１実施例に係る照明装置１００は、素子配列方向の広い範囲を均一に照らすようになっている。

次に、図１２に基づいて、本第１実施例に係る照明装置１００を屋外用灯具として複数設置した場合の拡散光の照射範囲を説明する。
図１２に示すように、本第１実施例に係る照明装置１００は、照明装置１００のＸ方向すなわち照明装置１００の長手方向を道路などの照明対象Ｒの延長方向に沿わせた状態で設置されている。
より詳細には、複数の照明装置１００は、道路などの照明対象Ｒの幅方向両側の路面より上方に設置された状態で上方から道路などの照明対象Ｒを照らす。

そして、Ｘ方向に沿って千鳥状に配列設置された複数の照明装置１００のうちＸ方向に沿って隣り合う２つの照明装置１００から出射される拡散光の照射範囲Ａは互いに重なる。
このため、道路などの照明対象Ｒは、複数の照明装置１００の配列方向すなわちＸ方向に沿って広い範囲で均一に照らされる。

特に、上述した複数の照明装置１００がＸ方向すなわち照明装置１００の長手方向を道路等の照明対象の延長方向に沿わせた状態で配列設置され、しかも光の照射範囲Ａが道路等の照明対象の延長方向に沿った長軸を有する楕円形状であることにより、照明装置１００の設置数を減らして相互に隣り合う照明装置１００の距離を大きくした場合でも、相互に隣り合う照明装置１００による光の照射範囲Ａを部分的に重ねて広い範囲を均一に照らすことができる。
すなわち、本第１実施例に係る照明装置１００によれば、一定の範囲を均一な照度で照明する際に必要な照明装置１００の設置数を減らすことができるという利点がある。

このようにして得られた本第１実施例に係る照明装置１００は、発光ダイオード１１１とこの発光ダイオード１１１の光Ｌ０を集光して出射する集光レンズ１１２とからそれぞれ構成されている複数の光源素子１１０と、集光レンズ１１２の光出射側に配置された異方性光拡散シート１２０とを備え、異方性光拡散シート１２０が、Ｙ方向に沿って延びて集光レンズ１１２に対向する波状の凹凸パターン１２１を有していることにより、発光ダイオード１１１で発生した光Ｌ０のうち照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態でＹ方向と直交する方向すなわちＸ方向に沿った広い範囲に拡散光Ｌ２を配光して均一に照らすことができるなど、その効果は甚大である。
［第２実施例］

次に、図１３乃至図１８に基づいて、本発明の第２実施例に係る照明装置２００を説明する。
なお、以下で説明する第２実施例乃至第４実施例に係る照明装置と第３実施例の一変形例に係る照明装置とについては、参照符号を１００番台から２００番台乃至４００番台に付け替えて上述の照明装置１００と相違する構成のみを詳細に説明し、上述の照明装置１００と共通する部分の詳細な説明を省略している。

図１３乃至図１５に示すように、本第２実施例に係る照明装置２００では、集光レンズ２１２は、球面形状を有し、複数の光源素子２１０は、それぞれ複数の光源素子２１０の素子配列方向すなわちＸ方向に沿って球面形状の集光レンズ２１２の中心を発光ダイオード２１１の中心から片側にずらしたものである。
本第２実施例に係る照明装置２００の構成は、集光レンズ２１２の中心が発光ダイオード２１１の中心からＸ方向に沿って片側すなわち図１３乃至図１５中の右側に向かってずれている点で上述の照明装置１００の構成と相違している。
また、異方性光拡散シート２２０は、上述の第１実施例に係る照明装置１００に用いられる異方性光拡散シート１２０と同様に凹凸配列方向Ｄ１を図１３中のＸ方向に沿わせた状態で光源素子２１０に対向配置されている。

次に、図１４乃至図１７に基づいて、本第２実施例に係る照明装置２００の配光状態を説明する。
図１４及び図１５に示すように、発光ダイオード２１１で発生した光Ｌ０は、集光レンズ２１２で集光されて出射光Ｌ１として集光レンズ２１２から異方性光拡散シート２２０に出射され、異方性光拡散シート２２０でＸ方向に沿って拡散配光される。

ここで、図１６に基づいて、発光ダイオード２１１で発生した光Ｌ０、出射光Ｌ１及び拡散光Ｌ２の強度分布を説明する。
なお、図１６の横軸である角度は、発光ダイオード２１１の中心を原点とするＸ方向に沿った光の広がり角度を示している。
より具体的には、図１５中の発光ダイオード２１１の中心を通る異方性光拡散シート２２０の法線ＬＣから右側の角度領域が図１６の横軸におけるプラスの角度領域であり、法線ＬＣから左側の角度領域が図１６の横軸におけるマイナスの角度領域である。

図１６に示すように、発光ダイオード２１１で発生した光Ｌ０の強度分布は、発光ダイオード２１１の中心直上で最も強度が高いガウシアン分布である。
球面形状すなわち真円ドーム状の集光レンズ２１２の中心が複数の光源素子２１０の素子配列方向すなわちＸ方向に沿って発光ダイオード２１１の中心から片側にずれていることにより、出射光Ｌ１の強度分布のピーク位置は、片側すなわちプラスの角度領域へシフトする。

そして、拡散光Ｌ２の強度分布のピーク値は、異方性光拡散シート２２０による出射光Ｌ１の拡散作用により出射光Ｌ１の強度分布のピーク値より低くなる。
加えて、拡散光Ｌ２の強度分布は、異方性光拡散シート２２０による出射光Ｌ１の拡散作用により出射光Ｌ１の強度分布に比べて全体としてなだらかな強度分布になる。
これにより、発光ダイオード２１１の中心直上に出射された高強度の光Ｌ０に由来する出射光Ｌ１を異方性光拡散シート２２０で拡散した拡散光Ｌ２は、照明装置２００の使用時における照明装置２００の設置位置からみて照明装置２００の直下位置より遠い位置に照射される。

より具体的には、図１７に示すように、道路等の照明対象Ｒに対する照明装置２００の光の照明範囲Ａ０が、Ｘ方向に沿って照射範囲A１にシフトするとともに、拡散光Ｌ２のホットスポットＰ０が、照明装置２００の直下位置から離れた遠い位置であるホットスポットＰ１へシフトする。

このため、本第２実施例に係る照明装置２００では、発光ダイオード２１１の中心直上に出射された高強度の光Ｌ０に由来する出射光Ｌ１が拡散されずにそのまま照明装置２００の直下位置に照射される場合に比べて拡散光Ｌ２の照射範囲Ａ１内に生じる光のホットスポットＰ１の照度が抑制されて照射範囲Ａ１の均斉度が高まっている。
加えて、ホットスポットＰ０からホットスポットＰ１へのシフトにより、照明装置２００の設置位置からホットスポットＰ０までの距離が距離ｄ０から距離ｄ１へ大きくなるため、照明装置２００の設置位置からホットスポットまでの距離の増大に応じてホットスポットの照度が抑制されて均斉度が高まっている。

次に、図１８に基づいて、本第２実施例に係る照明装置２００を屋外用灯具として複数設置した場合の拡散光の照射範囲を説明する。
図１８に示すように、本第２実施例に係る照明装置２００は、例えば、照明装置２００のＸ方向すなわち照明装置２００の長手方向を道路などの照明対象Ｒの延長方向に沿わせた状態で設置される。
より詳細には、複数の照明装置２００は、道路などの照明対象Ｒの幅方向両側の路面より上方に設置された状態で上方から道路等の照明対象Ｒを照らす。
そして、Ｘ方向に沿って千鳥状に配列設置された複数の照明装置２００のうちＸ方向に沿って隣り合う２つの照明装置１００から出射される拡散光の照射範囲Ａ１は互いに重なる。

このため、道路などの照明対象Ｒは、複数の照明装置２００の配列方向すなわちＸ方向に沿って広い範囲で均一に照らされる。
なお、本第２実施例に係る照明装置２００も、上述の照明装置１００と同様に一定の範囲を均一な照度で照明する際に必要な照明装置２００の設置数を減らすことができるという利点を有している。
［第３実施例］

次に、図１９乃至図２４に基づいて、本発明の第３実施例に係る照明装置３００を説明する。
図１９及び図２０に示すように、本第３実施例に係る照明装置３００は、上述した照明装置２００を構成する光源素子２１０と同様の構成を有する光源素子すなわち図１９中のＸ方向に沿って片側に球面形状の集光レンズ３１２の中心を発光ダイオード３１１の中心からずらした光源素子３１０Ａと、Ｘ方向に沿って片側とは逆側に球面形状の集光レンズ３１２の中心を発光ダイオード３１１の中心からずらした光源素子３１０Ｂとを含んでいる。
より具体的には、図２０に示すように、Ｘ方向に沿って相互に隣り合う光源素子３１０Ａ、３１０Ｂは、Ｘ方向に沿って各発光ダイオード３１１の中心を通る法線ＬＣＡ、ＬＣＢから互いに反対側に集光レンズ３１２の中心をずらした光源素子である。

これにより、集光レンズ３１２を片側にずらした光源素子３１０Ａと集光レンズ３１２を逆側にずらした光源素子３１０Ｂとのそれぞれの発光ダイオード３１１の中心直上に出射された高強度の光Ｌ０が集光レンズ３１２で片側及び逆側に屈折した後、それぞれ異方性光拡散シート３２０で拡散され、Ｘ方向すなわち素子配列方向に沿って拡散光Ｌ２として相互に反対側に配光される。

ここで、図２０乃至図２３に基づいて、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの発光ダイオード３１１で発生した光Ｌ０、出射光Ｌ１及び拡散光Ｌ２の強度分布と、光源素子３１０Ａ、３１０Ｂから出射される拡散光Ｌ２を合成した合成拡散光の強度分布を具体的に説明する。
図２１で横軸にとった角度は、図２０中の光源素子３１０Ａに含まれる発光ダイオード３１１の中心ＬＣＡを原点として図２０中の右側及び左側に広がる角度範囲である。
図２２で横軸にとった角度は、図２０中の光源素子３１０Ｂに含まれる発光ダイオード３１１の中心ＬＣＢを原点として図２０中の右側及び左側に広がる角度範囲である。
図２３で横軸にとった角度は、図２０中の２つの光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの中間Ｃを原点として図２０中の右側及び左側に広がる角度範囲である。

なお、図２１及び図２２に示された光Ｌ０の強度分布ＩＡ０、ＩＢ０は、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの発光ダイオード３１１の中心直上に出射される光だけでなく、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂのそれぞれの発光ダイオード３１１から出射される光全体の強度分布である。

図２０乃至図２２に示すように、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの発光ダイオード３１１で発生した光Ｌ０の強度分布ＩＡ０、ＩＢ０は、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの中心ＬＣＡ、ＬＣＢを原点とした対称なガウシアン分布である。
そして、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂから出射される出射光Ｌ１の強度分布ＩＡ１、ＩＢ１のピーク位置は、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの発光ダイオード３１１で発生した光Ｌ０のピーク位置に比べて片側及び逆側のそれぞれにシフトしている。
すなわち、集光レンズ３１２を片側にずらした光源素子３１０Ａと集光レンズ３１２を逆側にずらした光源素子３１０Ｂとのそれぞれの発光ダイオード３１１の中心直上に出射された高強度の光Ｌ０は、集光レンズ３１２で屈折した後、光源素子３１０ＡにおいてはＸ方向に沿って片側に、光源素子３１０ＢにおいてはＸ方向に沿って逆側に、出射光Ｌ１として各集光レンズ３１２から出射されていることになる。

さらに、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの出射光Ｌ１を拡散した拡散光Ｌ２の強度分布ＩＡ２、ＩＢ２のピーク値は、異方性光拡散シート３２０による出射光Ｌ１の拡散作用により出射光Ｌ１のピーク値より抑えられる。
これにより、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂの出射光Ｌ１を拡散した拡散光Ｌ２の強度分布ＩＡ２、ＩＢ２は、出射光Ｌ１の強度分布ＩＡ１、ＩＢ１に比べて全体としてなだらかな強度分布になる。

加えて、図２３に示すように、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂから出射された出射光Ｌ１に由来する拡散光Ｌ２を合成した合成拡散光の強度分布ＩＣは、各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂのそれぞれにおける出射光Ｌ１の強度分布と各光源素子３１０Ａ、３１０Ｂのそれぞれの拡散光Ｌ２の強度分布とに比べて広い角度範囲でなだらかな強度分布になる。
このため、本第３実施例に係る照明装置３００は、拡散光Ｌ２の照射範囲における光のホットポイントの重なりを防ぐとともにその照度を抑制して均斉度を高めるようになっている。

次に、図２４に基づいて、本第３実施例に係る照明装置３００を複数設置した際の照明範囲を説明する。
図２４に示すように、本第３実施例に係る照明装置３００をＸ方向に沿って道路等の照明対象Ｒの両側上方に千鳥状に複数並べて設置することにより、集光レンズ３１２を片側にずらした光源素子３１０Ａと集光レンズ３１２を逆側にずらした光源素子３１０Ｂとのそれぞれの発光ダイオード３１１の中心直上へ出射された高強度の光Ｌ０に由来する拡散光Ｌ２が片側及び逆側に分散配光された状態で各照明装置３００の照明範囲Ａ２が互いに重なる。
これにより、本第３実施例に係る照明装置３００は、上述の第２実施例に係る照明装置２００を複数並べて設置する場合に比べて照射範囲A２におけるホットスポットＰ２の照度が抑えられてＸ方向に均一且つ均斉度を高めた状態で路面等の照明対象Ｒを照らすようになっている。

次に、図２５に基づいて、上述した第３実施例に係る照明装置３００の一変形例である照明装置３００Ｘを説明する。
図２５に示すように、本変形例に係る照明装置３００Ｘは、Ｘ方向に沿って相互に隣り合って配置される光源ユニット３００ＵＡ、３００ＵＢを有している。
光源ユニット３００ＵＡは、図中Ｘ方向に沿って片側に集光レンズ３１２の中心を発光ダイオード３１１の中心からずらして配置した複数の光源素子３１０ＸＡを有している。
光源ユニット３００ＵＢは、図中Ｘ方向に沿って逆側に集光レンズ３１２の中心を発光ダイオード３１１の中心からずらして配置した複数の光源素子３１０ＸＢを有している。

すなわち、光源素子３１０ＸＡ、３１０ＸＢは、互いに反対向きに集光レンズ３１２の中心を発光ダイオード３１１の中心からずらして配置した状態で照明装置３００Ｘに設けられている。
これにより、本変形例に係る照明装置３００Ｘは、上述した照明装置３００と同様の効果を奏する。
加えて、本変形例に係る照明装置３００Ｘは、光源ユニット３００ＵＡ、３００ＵＢを付け替えることにより、拡散光L２の照射範囲及びホットスポットの位置を調整してＸ方向に均一に且つ均斉度を高めた状態で路面等の照明対象を照らすようになっている。

なお、本第３実施例に係る照明装置３００及びその変形例に係る３００Ｘは、上述の照明装置１００、２００と同様に、一定の範囲を均一な照度で照明する際に必要な照明装置３００、３００Ｘの設置数を減らすことができるという利点を有している。
［第４実施例］

次に、図２６及び図２７に基づいて、本発明の第４実施例に係る照明装置４００を説明する。
図２６に示すように、本第４実施例に係る照明装置４００は、発光ダイオード４１１とこの発光ダイオード４１１の光を集光して出射する集光レンズ４１２とからそれぞれ構成されている複数の光源素子４１０と、集光レンズ４１２の光出射側でＸ方向に沿って延びて集光レンズ４１２に対向する波状の凹凸パターン４２１を形成した異方性光拡散シート４２０とを備えている。
すなわち、本第４実施例では、図２６中のＸ方向が「一方向」の一例である。

本第４実施例に係る照明装置４００では、異方性光拡散シート４２０は、凹凸パターン４２１の凹凸配列方向Ｄ１を複数の光源素子４１０の素子配列方向すなわち図中Ｘ方向に交差させた状態で集光レンズ４１２の光出射側に配置されている。
これにより、発光ダイオード４１１で発生した光を集光レンズ４１２で集光した出射光は、素子配列方向に交差する方向すなわち図中Ｘ方向に直交しているＹ方向に平行な凹凸配列方向Ｄ１に沿って拡散される。
このため、本第４実施例に係る照明装置４００は、光源素子４１０の素子配列方向に交差する方向すなわちＸ方向に直交するＹ方向に拡散光を配光してＹ方向に沿った楕円状の広い範囲を均一に照らすようになっている。

そして、図２７に示すように、本第４実施例に係る照明装置４００を図２６中のＹ方向に沿って複数並べて設置した場合、相互に隣り合う照明装置４００の光の照射範囲が互いに重なる。
このため、上述した複数の照明装置４００は、複数の照明装置４００の配列方向すなわちＹ方向に沿って道路などの照明対象の広い範囲を均一に照らすようになっている。
加えて、光の照射範囲Ａ３が楕円状であることにより、照明装置４００の設置数を減らして相互に隣り合う照明装置４００の距離を大きくした場合でも、相互に隣り合う照明装置１００による光の照射範囲Ａ３を部分的に重ねて広い範囲を均一に照らすことができる。
すなわち、本第１実施例に係る照明装置４００によれば、一定の範囲を均一な照度で照明する際に必要な照明装置４００の設置数を減らすことができるという利点がある。

このようにして得られた本第４実施例に係る照明装置４００は、発光ダイオード４１１とこの発光ダイオード４１１の光を集光して出射する集光レンズ４１２とからそれぞれ構成されている複数の光源素子４１０と、集光レンズ４１２の光出射側でＸ方向に沿って延びて集光レンズ４１２に対向する波状の凹凸パターン４２１を有している異方性光拡散シート４２０とを備えていることにより、発光ダイオード４１１で発生した光のうち照明に寄与しない光を減らして照明の効率を高めた状態でＸ方向と直交する方向すなわちＹ方向の広い範囲に配光させて広い範囲を均一に照らすことができるなど、その効果は甚大である。

１００、２００、３００、３００Ｘ、４００、５００ ・・・ 照明装置
１００Ｕ、３００ＵＡ、３００ＵＢ ・・・ 光源ユニット
１１０、２１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０ＸＡ、３１０ＸＢ、４１０ ・・・ 光源素子
１１１、２１１、３１１、４１１ ・・・ 発光ダイオード
１１２、２１２、３１２、４１２ ・・・ 集光レンズ
１２０、２２０、４２０ ・・・ 異方性光拡散シート
１２１、４２１ ・・・ 凹凸パターン
１２２ ・・・ 基材
１２３ ・・・ 硬質層
１２３Ａ ・・・ 凹部の底部
Ａ、Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３ ・・・ 拡散光の照射範囲
Ｂ ・・・ 凹凸の平均深さ
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ ・・・ 基準線Ｅ３から各断面凸部の頂部までの長さ
ｂ１、ｂ２、ｂ３ ・・・ 基準線Ｅ３から各凹部の底部までの長さ
Ｄ１ ・・・ 凹凸配列方向
Ｄ２ ・・・ 凹凸延在方向
ｄ０、ｄ１ ・・・ 照明装置からホットスポットまでの距離
Ｅ１、Ｅ２ ・・・ 補助線
Ｅ３ ・・・ 基準線
Ｇ ・・・ 凹凸パターンの最頻ピッチ
ＩＡ０、ＩＢ０ ・・・ 発光ダイオードで発生した光の強度分布
ＩＡ１、ＩＢ１ ・・・ 出射光の強度分布
ＩＡ２、ＩＢ２ ・・・ 拡散光の強度分布
Ｌ０ ・・・ 発光ダイオードで発生した光
Ｌ1 ・・・ 出射光
Ｌ２ ・・・ 拡散光
ＬＣ、 ・・・ 発光ダイオードの中心を通る法線
ＬＣＡ、ＬＣＢ ・・・ 発光ダイオードの中心
Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２ ・・・ 照射範囲内のホットスポット
Ｒ ・・・ 照明対象
Ｓ１ ・・・ 異方性光拡散シートのパターン形成側
Ｓ２ ・・・ 異方性光拡散シートの平滑面側
Ｗ１ ・・・ ピッチ頻度の半値幅
αｘ ・・・ Ｘ方向に沿って出射光が拡散される角度
αｙ ・・・ Ｙ方向に沿って出射光が拡散される角度
θ ・・・ 異方向性光拡散体の臨界角
θ０ ・・・ 異方性光拡散シートの臨界角
θ１ ・・・ 発光ダイオードから出射された光の入射角
θｘ、θｙ ・・・ 異方性光拡散シートに対する出射光の入射角

Claims (5)

1. 発光ダイオードと該発光ダイオードの光を集光して出射する集光レンズとからそれぞれ構成されている複数の光源素子と、
   前記集光レンズの光出射側に配置された異方性光拡散シートとを備え、
   該異方性光拡散シートが、一方向に沿って延びて集光レンズに対向する波状の凹凸パターンを有していることを特徴とする照明装置。
2. 前記異方性光拡散シートが、前記凹凸パターンの凹凸配列方向を前記複数の光源素子の素子配列方向に沿わせた状態で前記集光レンズの光出射側に配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記集光レンズが、球面又は非球面形状を有し、
   前記複数の光源素子が、前記複数の光源素子の素子配列方向に沿って球面又は非球面形状の集光レンズの中心を発光ダイオードの中心から片側にずらした光源素子を含んでいること
   を特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記複数の光源素子が、前記片側とは逆側に球面又は非球面形状の集光レンズの中心を発光ダイオードの中心からずらした光源素子とを含んでいること
   を特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記異方性光拡散シートが、前記凹凸パターンの凹凸配列方向を前記複数の光源素子の素子配列方向に交差させた状態で前記集光レンズの光出射側に配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の照明装置。

Images