WO2013154098A1 - 配光分散制御型ｌｅｄ照明デバイス、照明装置及び該装置を用いた照明方法 - Google Patents

Abstract

　照明対象に応じて必要となる照度が確保される無駄のない、且つ色ムラが抑制された照明を実現可能な照明方法を提供する。本照明方法では、光源からの放射光を受光して所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部（１３０）と、複数の微小レンズを含み、配光角が制御された放射光を受光して分散させる微小レンズ配列部（１３１）とを有するＬＥＤ照明デバイスを複数備えたＬＥＤ照明装置が用いられる。ここで、微小レンズは、曲率半径Ｒ及び／又はピッチＰがレンズ配列面内における所定の方向の間で異なっている異方性微小レンズである。このようなＬＥＤ照明装置を用い、複数のＬＥＤ照明デバイスからの出射光を合わせて、一定の幅の照明領域部分を有する照射光を形成し、照射光を照明対象面に照射する。これにより、照明対象に、一定の幅を有する照明形状を適合させることが可能となる。

Description

配光分散制御型ＬＥＤ照明デバイス、照明装置及び該装置を用いた照明方法

　本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた照明技術に関する。

　近年、ＬＥＤを光源としたＬＥＤ照明装置が開発され、白熱灯及び蛍光灯といった従来の照明装置を代替する勢いでその製品化が進展している。ＬＥＤ照明装置は、従来高い発光効率を謳われた蛍光灯を凌ぐ低消費電力化を可能とし、また、より長寿命である。さらに、ＲｏＨＳ（ロース）指令（２００６年、欧州連合）によって使用が制限された水銀等の特定有害物質を必要とせず、環境問題への対策上でも有利である。

　このＬＥＤ照明装置では、照明対象に適した照明範囲及び照度を有する照射光を実現すべく、配光の制御が非常に重要となる。この配光特性の調整を図ったＬＥＤ照明装置として、特許文献１には、柱体状の基盤の２つの配置面に、それぞれ列状に配置された第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤを備えた照明器具が開示されている。照明対象としては、とう道（通信ケーブル・送電ケーブル・ガス管等を収容し、作業用に人が立ち入れる大きさのトンネル通路）の内部空間を例に挙げている。ここで、第１ＬＥＤからの照明光による被照明面の明部と、第２ＬＥＤからの照明光による被照明面の明部との重なった重複明部が、とう道内の被照明面に生じるように配光が調整される。

　また、特許文献２には、装置近傍を放射角の大きなＬＥＤで照明し、遠方を放射角の小さなＬＥＤで照明するＬＥＤ照明装置が開示されている。この装置では、放射角の小さいＬＥＤを光源板上部に配置する一方、放射角の大きいＬＥＤを光源板下部に配置している。さらに、特許文献３には、床面に均一な照度又は輝度分布を必要とする場所に設置されるＬＥＤ照明装置が開示されている。この装置では、実質的に半円筒形の内部曲面又は外部曲面に複数個のＬＥＤ光源が配列されたＬＥＤ照明単位モジュールが、２個以上長手方向に配置される。

　また、特許文献４には、ＬＥＤ光源から出射される光を反射するリフレクタを有したＬＥＤ照明装置が開示されている。特許文献４では、このＬＥＤ照明装置を街路灯として使用した実施形態が記載されている。さらに、特許文献５には、複数のＬＥＤからなる光源と、各々が各ＬＥＤ上に位置する複数の凸レンズとを備え、ＬＥＤに対する凸レンズの距離及び傾斜角を変化させて、光源からの放射光の配光特性を変更するＬＥＤ照明装置が開示されている。

特開２０１０－４０２４７号公報 特開２００８－４５１９号公報 特表２０１１－５２１４２２号公報 特開２０１１－４０１９６号公報 特開２０１０－９２７００号公報

　以上に示したように、従来、ＬＥＤ照明装置において照射光の配光特性を制御するため、種々工夫がなされてきた。しかしながら、照明対象に応じて必要な照度が確保された無駄のない照明を実現することは、依然として困難であった。

　例えば、特許文献４のように通常の円形凸レンズを用いてＬＥＤからの放射光の配光特性を制御する場合、照射光の照度は、最大照度点を中心として同心円状の強度分布をなす。従って、照明範囲は円形に限定される。その結果、例えば、照明対象が、作業・展示スペース等に見られるように四角形（矩形）領域である場合や、道路（通路）及びとう道（トンネル通路）のように限定された幅を有し長手方向に伸長した四角形領域である場合、必要な照度を確保しつつ無駄のない照明を実施することが困難となる。

　即ち、この場合、円形照明範囲をこの四角形領域内に完全に取り入れてしまうと、この四角形領域の角部又は辺部での照度が不足する。一方、この円形照明範囲をより大きく取り、四角形領域を中に取り込もうとすると、ＬＥＤ照明装置により大きな電力を投入せねばならず、しかも四角形領域の外側を不要に照明し、低消費電力化に反する。特に、道路を照明する場合、街灯は道路脇に設置されるため、道路外の領域をも照明してしまい、無駄な電力消費が生じてしまう。また、道路外の照明不要な領域、例えば民家敷地、まで照明することは生活環境上の問題となり得る。

　このような問題に対し、特許文献１では、とう道内で必要な明部を確保することは記載されているが、それだけで、照射対象に応じた無駄のない照明領域が実現されるものではない。また、特許文献２でも所定の範囲を一様に十分な明るさで照射することは記載されており、特許文献３でも照度又は輝度分布を均一にすることは記載されている。さらに、特許文献４では照明範囲の拡大と出射光の有効活用が意図されている。しかしながら、特許文献１と同じく、これらの技術のみで、照明対象に応じて必要な照度が確保された無駄のない照明を実現することは、明らかに困難である。

　さらに、ＬＥＤ照明装置特有の色ムラの問題も、特に蛍光体を利用した白色ＬＥＤ光源を用いた照明装置において、依然深刻である。多くの白色ＬＥＤ光源は、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを備え、青色ＬＥＤチップからの青色放射光と、この放射光によって黄色蛍光体が励起されて発生した黄色蛍光（青色光の補色光）とを混色させて白色光を得る。この際、白色の程度は、青色光と黄色光との光量比によって決定される。その結果、例えば、青色ＬＥＤチップの直上では、青色光の割合が高くなって青色がかった白色光が得られ、この直上位置から光源周辺に向かって離れるに従って、黄色がかった白色光に変化する傾向が生じる。

　さらに、このような光源からの放射光の配光特性を制御するために、この放射光を凸レンズ等の光学系に通すと、青色光と黄色光との混色の割合の差が更に拡大される。その結果、例えば、この光学系から放射される照射光の中心付近は青白い色となり、さらに、その周囲に黄色がかったリングが見える場合もあり、色ムラが発生してしまう。しかしながら、上述した特許文献１～５に代表される従来技術では、照明対象に応じた照明範囲を実現するに当たり、このような色ムラ問題への対処は十分とはいえなかった。

　そこで、本発明は、照明対象に応じて必要となる照度が確保される無駄のない、且つ色ムラが抑制された照明を実現可能なＬＥＤ照明デバイス、ＬＥＤ照明装置、及びＬＥＤ照明装置を用いた照明方法を提供することを目的とする。

　本発明によれば、複数のＬＥＤ照明デバイスを備えたＬＥＤ照明装置を用いた照明方法であって、このＬＥＤ照明デバイスは、
　発光ダイオードチップを備えた光源と、
　光源からの放射光を受光して所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
　配光角制御レンズ部の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された放射光を受光して分散させる微小レンズ配列部と
を備えており、
　複数の微小レンズは、曲率半径Ｒ、隣接した微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっている異方性微小レンズであり、
　上記照明方法は、複数のＬＥＤ照明デバイスからの出射光を合わせて、一定の幅の照明領域部分を有する照射光を形成し、照射光を照明対象面に照射する
ことを特徴とする照明方法が提供される。

　また、この照明方法において、照明対象面に対向する位置に、この照明対象面の長手方向に沿って、ＬＥＤ照明装置を複数並べて設置し、複数のＬＥＤ照明装置の各々からの照射光を、互いに隣接又は一部重畳させながら長手方向に配列させて、照明対象面に照射することも好ましい。さらに、一定の幅の照明領域部分を有する照射光の照明形状を、外接する長方形又は正方形との面積比が０.９以上となる略長方形状又は略正方形状とすることも好ましい。

　さらに、本発明による照明方法の一実施形態として、ＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
　第１のデバイス群が、照明対象面における装置と直に対向する領域の外側領域を照明し、
　第２のデバイス群が、第１のデバイス群の光軸と比較して、照明対象面の法線に対してより大きな角度をなす光軸を有していて、上記の外側領域の更なる外側領域を照明する
ことも好ましい。

　また、この第１及び第２のデバイス群を使用する実施形態において、照明対象面は、通路における側面を含む内面の部分であり、
　第３のデバイス群に含まれる複数のＬＥＤ照明デバイスが、第１のデバイス群の光軸と第２のデバイス群の光軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していて、通路の側面における所定範囲内の領域を照射することも好ましい。

　また、本発明による照明方法の他の実施形態として、照明対象面は、通路における側面を含む内面の部分であり、
　ＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
　複数のデバイス群に含まれる複数のＬＥＤ照明デバイスが、装置における長手方向の軸と、装置と直に対向する照明対象面の領域に向かって装置から伸長する軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していて、通路の側面における所定範囲内の領域を照射することも好ましい。

　さらに、本発明による照明方法の他の実施形態として、複数のＬＥＤ照明装置は、照明対象面の幅方向における少なくとも一方の端の上方に所定の間隔をもって設置されており、
　複数のＬＥＤ照明装置の各々からの照射光の光軸が、照明対象面の長手軸と直交する横断面内においてこの照明対象面の法線に対して傾いた状態で、この照射光を照明対象面に照射することも好ましい。

　さらにまた、本発明による照明方法の他の実施形態として、ＬＥＤ照明装置は、少なくとも１つのＬＥＤ照明デバイスの出射側に光拡散体を備えており、少なくとも１つのＬＥＤ照明デバイスからの出射光を光拡散体に通すことによって拡散させて照射することも好ましい。

　本発明によれば、さらに、第１波長の光を放射する発光ダイオードチップを備え、少なくとも第１波長の光とこの第１波長とは異なる第２波長の光との混色光を放射する光源と、
　放射された混色光の均一化を促進させる均一化光学体と
を備えており、均一化光学体は、
　放射された混色光が入射後に集光される入射面を有しており、入射した混色光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
　配光角制御レンズ部における入射面とは反対側の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された混色光を、レンズ配列面を介して受光して分散させる微小レンズ配列部と
を備えており、
　複数の微小レンズの曲率半径Ｒ、隣接した微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっている
ＬＥＤ照明デバイスが提供される。

　このＬＥＤ照明デバイスにおいては、曲率半径ＲとピッチＰとの比Ｐ／Ｒが、レンズ配列面内のレンズ頂点を結ぶ各軸の方向において、０.４以上であって、微小レンズ配列部のレンズ配列面内に微小レンズではない領域が形成されない上限値以下であることも好ましい。さらに、配光角制御レンズ部は、入射した混色光を、半値全角幅として５度から４０度までの範囲内の値の配光角に制御することも好ましい。

　この本発明によるＬＥＤ照明デバイスの一実施形態として、複数の微小レンズの頂点が正方格子又は長方格子を成しており、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、レンズ配列面内におけるレンズ頂点間を結ぶ１つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向とで異なっていて、混色光の分散が方向毎に制御されることも好ましい。

　また、本発明によるＬＥＤ照明デバイスの他の実施形態として、複数の微小レンズの頂点が六角格子を成しており、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点間を結ぶ１つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっていて、混色光の分散が方向毎に制御されることも好ましい。

　本発明によれば、さらにまた、複数のＬＥＤ照明デバイスを備えたＬＥＤ照明装置であって、ＬＥＤ照明デバイスは、
　発光ダイオードチップを備えた光源と、
　光源からの放射光を受光して所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
　配光角制御レンズ部の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された放射光を受光して分散させる微小レンズ配列部と
を備えており、
　複数の微小レンズは、曲率半径Ｒ、隣接した微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっている異方性微小レンズであり、
　複数のＬＥＤ照明デバイスの各々からの出射光が一定の幅の照明領域部分を有する照射光を形成するように、複数のＬＥＤ照明デバイスが配置されている
ＬＥＤ照明装置が提供される。

　このＬＥＤ照明装置の一実施形態として、ＬＥＤ照明装置が複数の前記ＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
　第１のデバイス群が、照明対象面における装置と直に対向する領域の外側領域を照明するように設置され、
　第２のデバイス群が、第１のデバイス群の光軸と比較して、装置と直に対向する領域に向かう方向に対してより大きな角度をなす光軸を有していて、上記外側領域の更なる外側領域を照明するように設置されている
ことも好ましい。

　さらに、この第１及び第２のデバイス群を使用する実施形態において、第３のデバイス群に含まれる複数のＬＥＤ照明デバイスが、第１のデバイス群の光軸と第２のデバイス群の光軸とによって規定される面に対して、所定の角度をなして傾いた光軸を有していることも好ましい。

　本発明のＬＥＤ照明装置における他の実施形態として、複数のＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
　複数のデバイス群に含まれる複数のＬＥＤ照明デバイスが、装置における長手方向の軸と、照明対象面における装置と直に対向する領域に向かって装置から伸長する軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していることも好ましい。

　さらに、本発明のＬＥＤ照明装置における他の実施形態として、少なくとも１つのＬＥＤ照明デバイスの出射側に設けられており、少なくとも１つのＬＥＤ照明デバイスからの出射光を拡散させて照射するための光拡散体を更に備えていることも好ましい。

　本発明のＬＥＤ照明デバイス、照明装置、及びこの照明装置を用いた照明方法によれば、照明対象に応じて必要となる照度が確保される無駄のない、且つ色ムラが抑制された照明が実現可能となる。

本発明のＬＥＤ照明装置が備えているＬＥＤ照明デバイスの一実施形態を示す斜視図、側面断面図、底面図、及び上面図である。 微小レンズ配列部における微小レンズ配列を説明するための上面図、及び側面断面図である。 配光角制御レンズ部での配光角制御を説明するための断面概略図、及び微小レンズ配列部での比Ｐ／Ｒの制御例を示すグラフである。 実施例１におけるｘ’ｙ’面内での照度分布を示すグラフ、実施例２におけるｘ’ｙ’面内での照度分布を示すグラフ、及び実施例３－３におけるｘ’ｙ’面内での照度分布を示すグラフである。 本発明によるＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す正面図及び断面図、並びに照明の態様を示す斜視図である。 本発明のＬＥＤ照明装置による照明方法における他の実施形態を説明するための概略図である。 本発明によるＬＥＤ照明装置の他の実施形態を示す、上面図、正面図、底面図、及び断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置による照明方法における一実施形態を示す概略図、及びＬＥＤ照明デバイスの照度分布を示すグラフである。 本発明によるＬＥＤ照明装置によってとう道を照明した際の照度分布を示すグラフである。 本発明の一実施形態としてのＬＥＤ照明装置を示す断面図、及び光拡散シートの作用を説明するための概略図である。

　以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。

［ＬＥＤ照明デバイス］
　図１は、本発明のＬＥＤ照明装置が備えているＬＥＤ照明デバイスの一実施形態を示す斜視図、側面断面図、底面図、及び上面図である。尚、各図中にはデバイスの向きの指標となるｘ’ｙ’ｚ’座標系が示されている。

　図１Ａは、一実施形態としてのＬＥＤ照明デバイス１０を示す。また、図１Ｂは、ＬＥＤ照明デバイス１０における、ｚ’ｘ’面によってデバイス中央部を切断した側面断面を示す。両図によれば、ＬＥＤ照明デバイス１０は、基台１１と、基台１１上に設置されたＬＥＤ光源１２と、ＬＥＤ光源１２の少なくとも上方に位置する均一化光学体１３と、均一化光学体１３を基台１１に設置するための脚部１４とを備えている。

　均一化光学体１３は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、環状オレフィン樹脂、光学用特殊ポリエステル樹脂、光学用シリコーン樹脂若しくは高密度ポリエチレン樹脂等のプラスチック材料、又は透明光学ガラス、若しくは蛍光ガラス等のセラミック材料を用いて形成されている。ＬＥＤ光源１２は、基台１１上に設置・固定されており、基台１１の内部又は表面部に設けられた配線と電気的に接続され、外部電源からの電力供給を受ける。

　ＬＥＤ光源１２は、第１波長の光を放射する発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）を備え、少なくともこの第１波長の光と第１波長とは異なる第２波長の光との混色光を放射する光源である。このＬＥＤ光源１２としては、例えば、第１波長の光（例えば青色光）を放射するＬＥＤチップと、このＬＥＤチップの発光面を覆っている樹脂であって、この第１波長の光を吸収して第２波長の光（例えば黄色光）を蛍光として発する蛍光体を含む樹脂とを備えているものとすることができる。上記の均一化光学体１３によって、照射光の混色化・色均一化が促進されるので、このようなＬＥＤ光源１２に起因する黄色リング等の色ムラ発生を抑制可能となる。

　同じく図１Ａ及び図１Ｂによれば、均一化光学体１３は、ＬＥＤ光源１２の少なくとも上方に位置し、ＬＥＤ光源１２からの放射光を受光して混色化・色均一化が促進された照射光を放射する光学系である。均一化光学体１３は、本実施形態において４本の脚部１４で基台１１に設置されているが、設置方法はこれに限定されるものではない。

　均一化光学体１３は、配光角制御レンズ部１３０と、微小レンズ配列部１３１とを備えている。配光角制御レンズ部１３０は、ＬＥＤ光源１２からの放射光（混色光）が入射後に集光される入射面（入射内面）１３０ｃｓを有しており、入射した放射光（混色光）を所定範囲内の値の配光角に制御する。この配光角は、後述するように、半値全角幅として５度（°）から４０°までの範囲内の値に制御されることが好ましい。

　さらに、本実施形態では、配光角制御レンズ部１３０は、少なくともＬＥＤ光源１２の発光面１２ｅ（本実施形態ではＬＥＤ光源１２の略全体）を内部に含む凹部１３０ｃを備えている。これにより、配光角制御レンズ部１３０は、ＬＥＤ光源１２からの放射光を高い効率で受光することができる。

　この凹部１３０ｃは、凸レンズ表面状の入射内面１３０ｃｓを備えている。これにより、ＬＥＤ光源１２からの放射光（混色光）は、この入射内面１３０ｃｓに入射した後、集光される。その結果、発散する方向に伝播していた放射光（混色光）の配光角を、所定範囲内の値に制御可能となる。尚、入射内面１３０ｃｓは、凸レンズ表面状に限定されるものではなく、ＬＥＤ光源１２からの放射光（混色光）が集光されるような入射角で入射する面であればよい。例えば、設定される配光角によっては概ね平面状となる場合もある。さらに、凹部１３０ｃは、ＬＥＤ光源１２を取り囲む位置に設けられた内壁面１３０ｃｗを備えている。これにより、配光角制御レンズ部１３０は、ＬＥＤ光源１２からの放射光（混色光）を、この内壁面１３０ｃｗをも介して概ねもれなく受光することができる。

　微小レンズ配列部１３１は、配光角制御レンズ部１３０からの配光角が制御された光（混色光）を、配光角制御レンズ部１３０における入射内面１３０ｃｓとは反対側の出射位置を介して受光し、分散させて色の均一化を促進する光学部分である。ここで、配光角制御レンズ部１３０の出射位置（微小レンズ配列部１３１との境界）は、本実施形態において平面状のレンズ配列面１３１ａとなる。従って、配光角制御レンズ部１３０は、出射位置面から配光角が制御された光を放射する面発光源と捉えることができ、一方、微小レンズ配列部１３１は、この面発光源から配光が制御された光を、レンズ配列面１３１ａを介して受光する分散制御光学系と捉えることができる。

　また、微小レンズ配列部１３１は、上面図である図１Ｄに示すように、レンズ配列面１３１ａを底面として配列した複数の微小レンズ１３１ｍを備えている。これら微小レンズ１３１ｍの配列については、後に図２を用いて詳述する。

　配光角制御レンズ部１３０及び微小レンズ配列部１３１は、又はこれらの部分と更に脚部１４とは、一体で形成されることが好ましい。この形成方法として、所定の金型に、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、環状オレフィン樹脂、光学用特殊ポリエステル樹脂、光学用シリコーン樹脂若しくは高密度ポリエチレン樹脂等の光学的に透明な樹脂、又は透明光学ガラス、若しくは蛍光ガラス等を注入して硬化させる方法が採用可能である。

［微小レンズ配列部］
　図２は、微小レンズ配列部１３１における微小レンズ配列を説明するための上面図、及び側面断面図である。

　図２Ａは、複数の微小レンズ１３１ｍの六角形配列を示す。また、図２Ｂは、この六角形配列のｚ’ｘ’面による側面断面を示す。図２Ａ及図２Ｂによれば、六角形配列は、レンズ頂点１３１ｍｔが六角格子を成すように、複数の微小レンズ１３１ｍが配置された配列である。個々の微小レンズ１３１ｍは、微小な半球又は半回転楕円体（半楕円球）の一部となる形状を有する。変更態様として、微小レンズ１３１ｍの表面形状を非球面とすることも可能である。

　各微小レンズ１３１ｍは、図２Ａ及図２Ｂに示すように、底面をレンズ配列面１３１ａ（配光角制御レンズ部１３０の出射位置）とし、発光面（出射する側の面）の曲率半径をＲとする。ここで、発光面は光の進行方向（＋ｚ’方向）に凸であるから、その曲率半径は本来負値である。しかしながら、計算等の便宜のため、以後、その絶対値をとってＲ値とし、このＲ値を曲率半径とする。また、隣接した微小レンズ１３１ｍにおけるレンズ頂点１３１ｍｔ間の距離（ピッチ）をＰとする。

　ここで、これら配列した複数の微小レンズ１３１ｍにおいては、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面１３１ａ内におけるレンズ頂点を結ぶ１つの軸（ｙ’軸）の方向とこの軸に垂直な軸（ｘ’軸）の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面１３１ａ内におけるレンズ頂点を結ぶ軸（ｙ’軸及びｘ’’軸）それぞれの方向の間で、異なっている。具体的に、図２Ａにおいては、ｙ’軸方向の曲率半径Ｒ_ｙ’がｘ’軸方向の曲率半径Ｒ_ｘ’よりも大きくなっており、また、ｙ’軸方向のピッチＰ_ｙ’がｘ’’軸方向のピッチＰ_ｘ’よりも大きくなっている。

　ここで、ピッチＰと曲率半径Ｒとの比Ｐ／Ｒをパラメータとして、微小レンズ１３１ｍの配列を考察する。図２Ａには、３つの微小レンズ１３１ｍが重畳する３重点が存在しており、微小レンズ１３１ｍの間隔がこれ以上広がると（レンズ頂点を結ぶ各軸方向での比Ｐ／Ｒが増大すると）、レンズ配列面１３１ａ内に微小レンズ１３１ｍではない領域が形成されてしまう限界状態にある。言い換えれば、比Ｐ／Ｒが、レンズ頂点を結ぶ各軸方向（ｙ’軸、ｘ’’軸）においてレンズ配列面１３１ａ内に微小レンズ１３１ｍではない領域が形成されない上限値をとっている状態である。ここで、ｘ’’軸方向での比Ｐ／Ｒにおける曲率半径Ｒは、ｘ’’軸方向での曲率半径Ｒ_ｘ’’である。尚、複数の微小レンズ１３１ｍが正六角形配列をなし、レンズ底面が円状（Ｒ_ｙ’＝Ｒ_ｘ’）である場合、この比Ｐ／Ｒの上限値は、１.７３（√３）となる。

　一方、各軸方向において比Ｐ／Ｒが減少し、微小レンズ１３１ｍの間隔が狭くなると、隣接する微小レンズ１３１ｍ同士の重畳部分が増大し、微小レンズ配列部１３１全体として発光面の凹凸の度合いが減少する。一極限として、比Ｐ／Ｒ＝０では、微小レンズ配列部１３１の発光面は、凹凸のないレンズ配列面１３１ａに沿った面となる。尚、後に図３を用いて詳述するように、比Ｐ／Ｒは、この六角形配列において、０.４以上であって上記の上限値以下であることが好ましい。比Ｐ／Ｒをこのように制御することによって、ＬＥＤ光源１２から放射される混色光を十分に均一化した所望の照度を有する照射光を得ることができる。

　図２Ｃは、複数の微小レンズ１３１ｍの四角形配列を示す。同図によれば、四角形配列は、レンズ頂点１３１ｍｔが正方格子又は長方格子を成すように、複数の微小レンズ１３１ｍが配置された配列である。個々の微小レンズ１３１ｍにおける詳細は、図２Ａ及び図２Ｂと同様である。

　これら配列した複数の微小レンズ１３１ｍにおいては、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面１３１ａ内におけるレンズ頂点を結ぶ１つの軸（ｘ’軸）の方向とこの軸に垂直な軸（ｙ’軸）の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面１３１ａ内におけるレンズ頂点を結ぶ軸（ｘ’軸及びｙ’軸）それぞれの方向の間で、異なっている。具体的に、図２Ｃにおいては、ｙ’軸方向の曲率半径Ｒ_ｙ’がｘ’軸方向の曲率半径Ｒ_ｘ’よりも大きくなっており、また、ｙ’軸方向のピッチＰ_ｙ’がｘ’軸方向のピッチＰ_ｘ’よりも大きくなっている。

　ここで、四角形配列においても、ピッチＰと曲率半径Ｒとの比Ｐ／Ｒをパラメータとして、微小レンズ１３１ｍの配列を考察する。図２Ｃには、４つの微小レンズ１３１ｍが重畳する４重点が存在しており、微小レンズ１３１ｍの間隔がこれ以上広がると（レンズ頂点を結ぶ各軸方向での比Ｐ／Ｒが増大すると）、レンズ配列面１３１ａ内に微小レンズ１３１ｍではない領域が形成されてしまう限界状態にある。言い換えれば、比Ｐ／Ｒが、レンズ頂点を結ぶ各軸方向（ｘ’軸、ｙ’軸）においてレンズ配列面１３１ａ内に微小レンズ１３１ｍではない領域が形成されない上限値をとっている状態である。

　尚、複数の微小レンズ１３１ｍが正方形配列をなし、レンズ底面が円状（Ｒ_ｙ’＝Ｒ_ｘ’）である場合、この比Ｐ／Ｒの上限値は、１.４１（√２）となる。また、後に図３を用いて説明するように、比Ｐ／Ｒは、この正方形配列においても、０.４以上であって上記の上限値以下であることが好ましい。比Ｐ／Ｒをこのように制御することによって、ＬＥＤ光源１２から放射される混色光を十分に均一化した所望の照度を有する照射光を得ることができる。

［配光角・比Ｐ／Ｒ制御］
　図３Ａは、配光角制御レンズ部１３０での配光角制御を説明するための断面概略図であり、図３Ｂは、微小レンズ配列部１３１での比Ｐ／Ｒの制御例を示すグラフである。

　図３Ａによれば、ＬＥＤ光源１２から放射された光（混色光）が、入射内面１３０ｃｓを介して配光角制御レンズ部１３０に入射し、配光を制御されて、配光角制御レンズ部１３０の出射位置である出射面１３０ｅから出射される。尚、この出射光は実際には外部に放射されず、レンズ配列面１３１ａを介して即、微小レンズ配列部１３１に伝播する。この出射光強度（エネルギー強度（Ｗ／ｍ^２））の角度分布を強度分布１５で示す。出射光強度は、図３Ａでは、最大値を１とした規格化強度となっている。

　出射光の配光角θ_ｄは、出射光の最大強度方向（ｚ’軸方向）を軸とし、出射光強度が０.５（最大強度の半分）となる方向の母線が成す円錐における、母線とｚ’軸とのなす角の２倍、即ち出射光の半値全角幅と定義される。図３Ａの強度分布１５は、配光角θ_ｄ＝４０°である出射光の分布となっている。ここで、配光角θ_ｄが大きくなるほど出射面１３０ｅからの出射光は分散し、一方、配光角θ_ｄが小さくなるほど出射面１３０ｅからの出射光における中心照度は高くなる。本発明において、配光角制御レンズ部１３０は、ＬＥＤ光源１２から放射された光（混色光）を、５°から４０°までの範囲内の値の配光角θ_ｄに制御することが好ましい。即ち、
　　（１）　５°≦θ_ｄ≦４０°
であることが好ましい。

　実際に、次いで図３Ｂを用いて説明するように、配光角制御レンズ部１３０と微小レンズ配列部１３１とを組み合わせてシミュレーション実験を行ったところ、配光角θ_ｄが上式（１）の範囲内の値をとる場合に、色ムラ（黄色リング）が存在せず中心照度の維持された照射光が、比Ｐ／Ｒの制御によって、実現されることが確認されている。ここで、配光角θ_ｄを５°以上に設定することによって、そのような配光角θ_ｄに制御するために必要とされる配光角制御レンズ部１３０の光学的寸法精度が、通常製造コストで実現する範囲内に収まる。実際、配光角を３°～４°以内に確実に収めるには、通常の照明装置光学系の制作工程以上に加工精度が要求され、通常必要となる以上のコストがかかることが製造現場での経験上分かっている。

　一方、配光角θ_ｄが４０°以下の場合に、配光角制御レンズ部１３０による分散・均一化作用が有効に発揮される。実際、配光角θ_ｄが４０°を超える光では、次いで説明する図３Ｂでのシミュレーション実験と同様の実験によって、微小レンズ配列部１３１による分散の寄与分がほとんど存在しなくなることが確認されている。また、それ故に、配光角θ_ｄが４０°以下の場合に初めて、所定の照明対象に応じて必要な中心照度が確保可能な照射範囲が実現することが明らかになっている。

　以上、配光角θ_ｄが上式（１）の範囲内の値に制御された光を、配光角制御レンズ部１３０から出射することによって、以下に説明するように、微小レンズ配列部１３１において、照射光の中心照度及び分散の程度を、照明対象に適合させることができるのである。

　図３Ｂは、光学シミュレーション実験によって得られた、微小レンズ配列部１３１における比Ｐ／Ｒと、出射光の中心照度及び半値全角（ＦＷＨＭ）との関係を示す。ここで、光学シミュレーション実験は、ノンシーケンシャル光線追跡のモンテカルロ法を用いて実施された。また、微小レンズ配列部１３１は、複数の微小レンズ１３１ｍが正六角形配列をなすものであり、各微小レンズ１３１ｍは、半球状レンズの部分となる形状を有していた。

　配光角制御レンズ部１３０からの出射光の配光角θ_ｄは８.５°である。また、中心照度（単位はルクス（ｌｘ））及びＦＷＨＭ（°）はそれぞれ、シミュレーション測定範囲内での最大値を１とした規格値で表されている。尚、以下に説明する、比Ｐ／Ｒをパラメータとした実験結果は、光学系の原理から、比Ｐ／Ｒが同じであれば実寸（Ｐ値及びＲ値）が異なっていても同一となる点に留意すべきである。また、この比Ｐ／Ｒは、図２Ａにおいて、ｙ’軸方向及びこのｙ’軸に対して６０°の角度を示すｘ’’軸それぞれの方向での値となるが、この両者は同一値となる。

　図３Ｂによれば、比Ｐ／Ｒがゼロ（発光面が凹凸のない面）から増加するにつれて、微小レンズのピッチＰが相対的に増大し、微小レンズの凸部領域が拡大する。その結果、微小レンズ配列部１３１の分散作用が高まって出射光のＦＷＨＭが増加する一方、中心照度は単調に減少する。即ち、黄色リング等の色ムラ発生を抑制する効果が出現する。

　ここで、図３Ｂに示したＦＷＨＭの二次微分からＦＷＨＭ曲線の変曲点を算出すると、変曲点での比Ｐ／Ｒは０.４となる。このように、比Ｐ／Ｒが０.４以上になると、ＦＷＨＭが実質的に増大し始め、色ムラ発生の抑制効果が顕著となることが確認される。一方、比Ｐ／Ｒが１.７３を超えると、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明したように、配光角制御レンズ部１３０のレンズ配列面１３１ａ内に、微小レンズ１３１ｍではない領域が形成される。即ち、微小レンズ１３１ｍ間に隙間が生じてしまう。その結果、微小レンズ１３１ｍによる分散作用が低下してしまう。

　従って、比Ｐ／Ｒは、この正六角形配列において、０.４以上であって、１.７３以下であることが好ましい。比Ｐ／Ｒをこのように制御することによって、ＬＥＤ光源１２から放射される混色光を十分に均一化した所望の中心照度を有する照射光を得ることができる。さらに、正方形配列においても、比Ｐ／Ｒは、同様の光学シミュレーション実験によって、０.４以上であって、１.４１以下であることが好ましいとの結果が得られた。

　これらの比Ｐ／Ｒの値１.７３及び１.４１はいずれも、上述したように、ｙ’軸方向及びｘ’’軸方向において、微小レンズ配列部１３１のレンズ配列面１３１内に微小レンズ１３１ｍではない領域が形成されないための上限値である。従って、以上の結果を合わせて考察すると、図２Ａ及び図２Ｂに示すように曲率半径Ｒ及び／又はピッチＰがレンズ頂点を結ぶ各軸の方向で異なっている場合には、レンズ配列面１３１ａ内のレンズ頂点を結ぶ各軸の方向において、比Ｐ／Ｒは、０.４以上であって、微小レンズ配列部１３１のレンズ配列面１３１ａ内に微小レンズではない領域が形成されない上限値以下であることが好ましいことが理解される。

　尚、配光角θ_ｄが上式（１）（５°≦θ_ｄ≦４０°）の範囲内における他の値をとる場合にも、光学シミュレーションによって、以上に説明したのと同様の結果が得られた。即ち、比Ｐ／Ｒが上記の好適範囲において、５°≦θ_ｄ≦４０°の条件下、色ムラ（黄色リング）が存在しない設計通りのＦＷＨＭを有する照射光が実現された。

［実施例１：微小レンズの長方形配列］
　長方形配列した複数の微小レンズ１３１ｍを備えている微小レンズ配列部１３１を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。表１に、実施例１の実験結果を示す。

　表１の実施例１では、配光角制御レンズ部１３０の配光角θ_ｄは、９°であり、レンズ径ｄ_ｄ（図１Ｃ）は、２３ｍｍ（ミリメートル）である。微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）全体の形状は、ｘ’ｙ’面内において、このレンズ径ｄ_ｄがなす円よりも十分に大きな面積を有する円状である。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’はそれぞれ、図２Ｃに示すように、微小レンズ１３１ｍのｚ’ｘ’面による断面及びｙ’ｚ’面による断面における曲率半径である。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は１.０ｍｍであり、各微小レンズの形状は半球状部分である。また、ピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’はそれぞれ、ｘ’軸方向及びｙ’軸方向において隣接する微小レンズ１３１ｍのレンズ頂点間距離である。さらに、Ｆ_ｘ’及びＦ_ｙ’はそれぞれ、出射光の半値全角幅がなす円錐における、頂点を含むｚ’ｘ’面及びｙ’ｚ’面による断面内に存在する母線同士が成す角度である。

　また、表１において、中心光度は、配光角制御レンズ部１３０及び微小レンズ配列部１３１の中心を通る（ｚ’軸方向の）光軸（図１Ｂの一点鎖線）と、微小レンズ配列部１３１の発光面との交点での出射光の光度（単位はカンデラ（ｃｄ））である。さらに、半値照度は、本ＬＥＤ照明デバイスから光軸方向に１ｍ離隔した（光軸に垂直な平面状の）照明対象において、中心照度の半分の値となる照度（単位はルクス（ｌｘ））である。

　表１によれば、実施例１では、微小レンズ１３１ｍが長方形配列している。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は共に１.０ｍｍであって等しい。また、微小レンズ間のピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’はそれぞれ、０.８ｍｍ及び１.２ｍｍであり、ピッチＰが異方性を有する。即ち、ピッチＰが、レンズ頂点を結ぶ複数の軸であって互いに垂直なｘ’軸及びｙ’軸それぞれの方向の間で、異なっている。その結果、比Ｐ／Ｒも異方性を有する（Ｐ_ｘ’／Ｒ_ｘ’＝０.８、Ｐ_ｙ’／Ｒ_ｙ’＝１.２）。また、中心光度は２０５ｃｄであり、光度分布は、ｘ’軸方向とｙ’軸方向とでそれぞれ異なったガウス分布となる。

　さらに、実施例１では、半値全角Ｆ_ｘ’及びＦ_ｙ’もそれぞれ２４.５°及び３３.５°であり、異なった値となる。また、半値照度として１１０ｌｘが計測された地点は、照明対象平面に（光軸との交点が原点である）ｘ’ｙ’ｚ’座標系を導入すると、ｘ’軸上で原点から±４０ｃｍ（センチメートル）の位置となり、ｙ’軸上で原点から±６０ｃｍの位置となる。

　図４Ａは、実施例１におけるｘ’ｙ’面内での照度分布を示すグラフである。

　図４Ａに示すように、ｘ’軸方向及びｙ’軸方向に関して照射光の分散が異方性を有する実施例１では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、略長方形状となる。尚、図４Ａの照度分布は、微小レンズ配列部１３１から光軸に沿って１ｍの位置にある（光軸に垂直な）平面状での分布である。従って、微小レンズ１３１ｍを長方形配列させ、比Ｐ／Ｒ（ピッチＰ）に異方性を持たせることによって、照明形状を長方形状に制御可能なことが理解される。また、本シミュレーション実験において、照明形状内に、中央部の青色及び黄色リングに対応する分布は見られず、照射光の均一化が促進されていることも確認されている。

［実施例２：微小レンズの六角形配列］
　六角形配列した複数の微小レンズ１３１ｍを備えている微小レンズ配列部１３１を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。表２に、実施例２の実験結果を示す。

　表２の実施例２においても、配光角θ_ｄは９°であり、レンズ径ｄ_ｄは２３ｍｍである。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’はそれぞれ、図２Ａに示すように、微小レンズ１３１ｍのｚ’ｘ’面による断面及びｙ’ｚ’面による断面における曲率半径である。これら曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’はそれぞれ２.０ｍｍ及び１.０ｍｍであり、各微小レンズの形状は楕円球状部分である。また、ピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’はそれぞれ、ｘ’’軸方向及びｙ’軸方向において隣接する微小レンズ１３１ｍのレンズ頂点間距離である。ここで、ｘ’’軸は、ｘ’ｙ’面内においてｙ’軸からｘ’軸に向けて６０°回転した方向の軸である。さらに、Ｆ_ｘ’及びＦ_ｙ’はそれぞれ、出射光の半値全角幅がなす円錐における、頂点を含むｚ’ｘ’面及びｙ’ｚ’面による断面内に存在する母線同士が成す角度である。

　表２によれば、実施例２では、微小レンズ１３１ｍが六角形配列しており、曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’はそれぞれ、２.０ｍｍ及び１.０ｍｍであって、曲率半径Ｒが異方性を有する。即ち、曲率半径Ｒが、ｙ’軸の方向とｙ’軸に垂直なｘ’軸の方向との間で異なっている。一方、微小レンズ間のピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’は共に、０.８ｍｍであって等しい。その結果、比Ｐ／Ｒは異方性を有する（Ｐ_ｘ’／Ｒ_ｘ’＝０.４、Ｐ_ｙ’／Ｒ_ｙ’＝０.８）。中心光度は、５８０ｃｄであり、光度分布は、ｘ’軸方向とｙ’軸方向とでそれぞれ異なったガウス分布となる。

　さらに、実施例２では、半値全角Ｆ_ｘ’及びＦ_ｙ’もそれぞれ１２.５°及び２１.５°であり、異なった値となる。また、半値照度として７００ｌｘが計測された地点は、照明対象平面に（光軸との交点が原点である）ｘ’ｙ’ｚ’座標系を導入すると、ｘ’軸上で原点から±２０ｃｍの位置となり、ｙ’軸上で原点から±３８ｃｍの位置となる。

　図４Ｂは、実施例２におけるｘ’ｙ’面内での照度分布を示すグラフである。

　図４Ｂに示すように、ｘ’軸方向及びｙ’軸方向に関して照射光の分散が異方性を有する実施例２では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、略楕円形状となる。尚、図４Ｂの照度分布は、微小レンズ配列部１３１から光軸に沿って１ｍの位置にある（光軸に垂直な）平面状での分布である。従って、微小レンズ１３１ｍを六角形配列させ、比Ｐ／Ｒ（曲率半径Ｒ）に異方性を持たせることによって、照明形状を楕円形状に制御可能なことが理解される。また、本シミュレーション実験において、照明形状内に、中央部の青色及び黄色リングに対応する分布は見られず、照射光の均一化が促進されていることも確認されている。

［実施例３：微小レンズの長方形配列、比Ｐ／Ｒ等方］
　長方形配列した複数の微小レンズ１３１ｍを備えている微小レンズ配列部１３１を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。表３に、実施例３の実験結果を示す。

　表３の実施例３－１、３－２及び３－３のいずれにおいても、配光角制御レンズ部１３０の配光角θ_ｄは９°であり、レンズ径ｄ_ｄは２３ｍｍである。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は互いに異なっており、各微小レンズの形状は楕円球状部分である。

　表３によれば、実施例３－１及び３－２では、微小レンズ１３１ｍが長方形配列しており、曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は、実施例３－１でそれぞれ１.０ｍｍ及び１.０５ｍｍであり、実施例３－２でそれぞれ１.０ｍｍ及び０.９５ｍｍであって、曲率半径Ｒが異方性を有する。また、微小レンズ間のピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’も、実施例３－１でそれぞれ０.８ｍｍ及び０.８４ｍｍであり、実施例３－２でそれぞれ１.２ｍｍ及び１.１４ｍｍであって、ピッチＰも異方性を有する。即ち、曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはｘ’軸の方向とｘ’軸に垂直なｙ’軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ頂点を結ぶ複数の軸（ｘ’軸及びｙ’軸）それぞれの方向の間で、異なっている。実施例３－１及び３－２では、これにより、比Ｐ／Ｒが等方的となる。即ち、実施例３－１ではＰ_ｘ’／Ｒ_ｘ’＝Ｐ_ｙ’／Ｒ_ｙ’＝０.８となり、実施例３－２ではＰ_ｘ’／Ｒ_ｘ’＝Ｐ_ｙ’／Ｒ_ｙ’＝１.２となる。

　表３によれば、実施例３－３でも、微小レンズ１３１ｍが長方形配列しており、曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は、それぞれ１.０ｍｍ及び２.０ｍｍであって、曲率半径Ｒが異方性を有する。また、微小レンズ間のピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’も、それぞれ０.４ｍｍ及び０.８ｍｍであって、ピッチＰも異方性を有する。即ち、曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはｘ’軸の方向とｘ’軸に垂直なｙ’軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ頂点を結ぶ複数の軸（ｘ’軸及びｙ’軸）それぞれの方向の間で、異なっている。実施例３－３でも、これにより、比Ｐ／Ｒが等方的となる（Ｐ_ｘ’／Ｒ_ｘ’＝Ｐ_ｙ’／Ｒ_ｙ’＝０.４）。中心光度は、８７５ｃｄであり、光度分布は、ｘ’軸方向とｙ’軸方向とで一致したガウス分布となる。

　さらに、実施例３－３では、半値全角Ｆ_ｘ’及びＦ_ｙ’も、共に１２°であり同一値となる。また、半値照度として１０５０ｌｘ’が計測された地点は、照明対象平面に（光軸との交点が原点である）ｘ’ｙ’ｚ’座標系を導入すると、ｘ’軸上で原点から±２２ｃｍの位置となり、ｙ’軸上でも原点から±２２ｃｍの位置となる。即ち、照度分布もｘ’軸方向及びｙ’軸方向において等方的である。

　図４Ｃは、実施例３－３におけるｘ’ｙ’面内での照度分布を示すグラフである。

　図４Ｃに示すようにに、微小レンズ配列が長方形配列であるであるにも拘わらず比Ｐ／Ｒがｘ’軸方向及びｙ’軸方向において等方的（Ｐ_ｘ’／Ｒ_ｘ’＝Ｐ_ｙ’／Ｒ_ｙ’）である実施例３－３では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、略正方形状となる。尚、図４Ｃの照度分布は、微小レンズ配列部１３１から光軸に沿って１ｍの位置にある（光軸に垂直な）平面状での分布である。また、表３に示すように、実施例３－１及び３－２においても、図４Ｃと同様の、略正方形状の照度分布が得られている。

　以上に述べた実施例３－１、３－２及び３－３の結果から、微小レンズ１３１ｍを長方形配列させても、比Ｐ／Ｒを等方的にすることによって、照明形状を正方形状に制御可能なことが理解される。また、本シミュレーション実験において、照明形状内に、中央部の青色及び黄色リングに対応する分布は見られず、照射光の均一化が促進されていることも確認されている。

　尚、実施例３－１における曲率半径Ｒ及びピッチＰにおける異方性の程度は、
　　　（Ｒ_ｙ’－Ｒ_ｘ’）／Ｒ_ｘ’（＝（Ｐ_ｙ’－Ｐ_ｘ’）／Ｐ_ｘ’）＝＋０.０５（＋５％）
であり、実施例３－２における曲率半径Ｒ及びピッチＰにおける異方性の程度は、
　　　（Ｒ_ｙ’－Ｒ_ｘ’）／Ｒ_ｘ’（＝（Ｐ_ｙ’－Ｐ_ｘ’）／Ｐ_ｘ’）＝－０.０５（－５％）
である。製造現場での光学系加工精度の下、少なくともこのような±５％の異方性を有する微小レンズ配列部１３１ならば、曲率半径Ｒ及びピッチＰを上述したように調整して、照明形状を略正方形状に設定可能であることが実験により確認されている。

　以上、種々の実施例を用いて詳細に説明したように、本発明のＬＥＤ照明デバイス１０によれば、均一化光学体１３によって、照射光の混色化・色均一化が促進されＬＥＤ光源１２に起因する黄色リング等の色ムラ発生を抑制可能となる。また、均一化光学体１３の光学的構成（微小レンズ配置、曲率半径Ｒ及びピッチＰ）を、異なる方向それぞれに関して制御することによって、例えば従来の蛍光灯のような広範囲を遍く照らす照明状態から、スポットライトのような集光性の高い照明状態までを、色ムラ発生を抑制しつつ実現することが可能となる。

　また、本発明のＬＥＤ照明デバイス１０によれば、照明対象に応じた必要な照度と、照明対象の形状に適した照明形状とを、色ムラ発生を抑制しつつ実現することができる。これにより、照明対象外にはみ出して無駄になる出射光を大幅に低減可能となり、ＬＥＤ照明本来の低消費電力の下、十分な照度で照明対象を照らすことができる。その結果、より電力効率の良い照明が実現可能となる。

　ここで、略長方形状又は略正方形状における「略」の範囲を説明する。最初に、照明領域は、出射光の配光角（半値全角幅）範囲内の光が、ＬＥＤ照明デバイス１０の直下にある（出射面の法線に垂直な）照明対象面を照明する領域であるとする。また、照明形状は、この照明領域の形状であるとする。この照明形状に外接する最小の長方形又は正方形を想定した際、この照明領域（照明形状）の面積Ｓと、この外接する長方形又は正方形の面積Ｓ_０との比ｒ（≦１）が、
　　（２）　ｒ＝Ｓ／Ｓ_０≧０.９
の条件を満たす場合、この照明領域の照明形状は「略」長方形状又は「略」正方形状であるとする。

　このｒ＝０.９の下限値は、実施例３－１における面積比Ｓ／Ｓ_０の値であり、曲率半径Ｒ及びピッチＰにおける異方性の程度が上述したように５％である場合の値である。製造現場での光学系加工精度の下、少なくとも異方性の設定が５％以上であれば異方性の照明形状に対する効果が確実となり、この際得られた照明形状を「略」長方形状の境界としたものである。また、上述した実施例１（表１、図４Ａ、実施例２（表２、図４Ｂ）、及び実施例３（表３、図４Ｃ）における照明形状も、上式（２）の条件を満たすことが確認されている。

　尚、楕円の面積Ｓ’とこの楕円に外接する長方形の面積Ｓ_０’との比は、約０.７９である。上述したｒ＝０.９の値は、この約０.７９と１との概ね中央値（中間値）となっている。さらに、略楕円形状における「略」の範囲についても、それぞれ内接する最大の楕円形の面積を用いて、同様に規定される。

［ＬＥＤ照明装置１］
　図５は、本発明によるＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す正面図及び断面図、並びに照明の態様を示す斜視図である。ここで、図５Ｂは、図５ＡのＡ－Ａ面による断面を示す。

　図５Ａ及び図５Ｂによれば、ＬＥＤ照明装置１は、ケース１６と、ケース１６内に直列して配置された複数のＬＥＤ照明デバイス１０と、ケース１６上部に設けられた開口に嵌るように設置された蓋体１７と、各ＬＥＤ照明デバイス１０に電力を供給するための電源線１８とを備えている。

　ケース１６は、アルミダイキャスト、若しくはステンレス鋼等の金属材料、又はポリカーボネート、ＰＥＴ、若しくはアクリル等を含む非透過性のプラスチック材料で形成されており不透明である。ケース１６は、板金加工によって形成されていてもよい。蓋体１７は、強化ガラス等のガラス材料、又はポリカーボネート、ＰＥＴ、若しくはアクリル等を含む透過性のプラスチック材料等の透明材料で形成されている。また、複数のＬＥＤ照明デバイス１０は、微小レンズ配列部１３１を蓋体１７に対向させて設置されている。これにより、複数のＬＥＤ照明デバイス１０からの出射光は、蓋体１７を介して放射され、照射光となる。

　尚、ＬＥＤ照明デバイス１０の均一化光学体１３、特に微小レンズ配列部１３１は、以上に説明した種々の実施形態（実施例１～３）のいずれをも採用可能である。さらに、曲率半径Ｒ、ピッチＰ又はこれらの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっている微小レンズ配列部１３１であれば、採用可能である。これにより、均一化の促進された、さらには照度及び照明形状が制御された出射光を放射することができる。

　図５Ｃによれば、ＬＥＤ照明装置１は、照明対象平面を照明している。このＬＥＤ照明装置１では、複数のＬＥＤ照明デバイス１０が配列しており、照明対象平面は、これらＬＥＤ照明デバイス１０（均一化光学体１３）の光軸に垂直な平面となっている。ＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、上述した実施例１又は実施例３と同様の形態を採用したものであり、各ＬＥＤ照明デバイス１０の出射光２０が照明対象平面上になす照明領域２００は、一定の幅Ｗ_３００の照明領域部分を含み、略長方形状又は略正方形状となるように設定されている。

　尚、ここでも、略長方形状又は略正方形状における「略」の範囲は、上述した式（２）ｒ＝Ｓ／Ｓ_０≧０.９の条件を満たす範囲である。また、一定の幅における「一定」の範囲は、当該照明領域部分での幅（Ｗ_３００）の変動が±５％以内の範囲となる。略長方形状又は略正方形状は、幅Ｗ_３００の変動幅が±５％以内の照明領域を含むことが確認されている。この場合、ＬＥＤ照明装置１から放射される照射光３０は、出射光２０が互いに一部重畳しながら並んだものとなる。その結果、照射光３０が照明対象平面上になす照明領域３００は、照明領域２００が互いに一部重畳しながら配列したものとなり、装置長手方向（ＬＥＤ照明デバイス１０の配列方向：ｘ軸方向）に伸長した略長方形状となる。

［ＬＥＤ照明装置１による照明］
　図６は、本発明のＬＥＤ照明装置１による照明方法における他の実施形態を説明するための概略図である。尚、各図中に、照明の向きの指標となるＸＹＺ座標系を示す。

　ここで、ＬＥＤ照明装置１のＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、実施例１又は３と同様の形態を採用したものであり、ＬＥＤ照明装置１の照明領域は、一定の幅の照明領域部分を有しており、略長方形状（又は略正方形状）となるように設定されている。

　図６Ａによれば、ＬＥＤ照明装置１は、照射対象面である作業エリア３ｓを備えた作業台３に設置されている。作業エリア３ｓは正方形状を有する。ここで、作業エリア３ｓの直上には作業用器具が設置されているため、ＬＥＤ照明装置１は、作業エリア３ｓの斜め上方の位置に設置され、作業エリア３ｓを照明する。

　ＬＥＤ照明装置１から放射される照射光３３は、（ＬＥＤ照明デバイス１０の）光軸に垂直な面３３０において、一定の幅Ｗ_３３の照明領域を有していて、略長方形状を有する。しかしながら、照射光３３は作業エリア３ｓに対して斜めに入射するため、照明光３３による作業エリア３ｓでの照明領域３３１は、略正方形状となる。ここで、照射光３３は、この自身の略正方形状を作業エリア３ｓの正方形状に概ね一致させることによって、作業エリア３ｓのみを余さず照明することが可能となる。

　ここで変更態様として、面３３０において略長方形状又は略正方形状の照射光３３を用いて、長短辺比の異なる略長方形状の照明領域３３１を実現することも可能である。または、面３３０において略楕円形状の照射光３３を用いて、略円形状、又は長短軸比の異なる略楕円形状の照明領域３３１を実現することも可能である。尚、照明領域３３１の照明形状における直交する辺の比又は直交する軸の比は、ＬＥＤ照明装置１からの照射光３３の光軸と作業エリア３ｓの法線とがなす角度θ_４０を調整することによって、相当の範囲で任意に設定可能である。

　図６Ｂによれば、ＬＥＤ照明装置１は、道路（又は通路）５の幅方向（Ｘ軸方向）における少なくとも一方の端部の上方に所定の間隔Ｄ_１をもって設置されている。ここで、ＬＥＤ照明装置１から放射される照射光３４は、照射対象面である路面５０を照射し、路面５０上で略長方形状の照明領域３４０を形成する。これら複数のＬＥＤ照明装置１によって形成される照明領域３４０は、隣り合うもの同士で互いに一部重畳して重畳領域３４０ｖを形成しながら、道路５の長手方向（Ｙ軸方向）に配列する。その結果、路面５０の照明領域全体の照明形状は、照射光３４による略長方形状が互いに一部重畳しながら道路５の長手方向（Ｙ軸方向）に配列した形状となる。

　また、ＬＥＤ照明装置１は、路面５０に対して先端部をもたげるように設置されている。これにより、装置１内のＬＥＤ照明デバイス１０の出射面は、路面５０の長手軸（Ｙ軸）と直交する横断面（ＺＸ面）内において路面５０に対して角度θ_ｅｌをなす。その結果、照射光３４の光軸は、ＺＸ面内において路面５０の法線に対して角度θ_ｅｌだけ傾く。尚、ＬＥＤ照明デバイス１０の出射面は、微小レンズ配列部１３１の上面（微小レンズの各頂点を含む面）であり、レンズ配列面１３１ａに平行な面となる。また、照射光３４の光軸は、ＬＥＤ照明装置１内のＬＥＤ照明デバイス１０からの出射光の光軸方向の軸であって、装置１内に配列したＬＥＤ照明デバイス１０の出射面全体の領域の中心を貫く軸と定義される。

　このように、照射光３４の光軸を路面５０の法線に対して傾けることによって、照明領域３４０のＸ軸方向の幅Ｗ_３４０を変化させ、図６Ｃに示すように、この幅Ｗ_３４０を、路面５０のＸ軸方向の幅Ｗ_５０に概ね一致させることができる。これにより、照明領域３４０の幅方向（Ｘ軸方向）において、道路５の照明に要求される必要最低照度（例えば３ｌｘ）を確保することができる。尚、上記の「概ね一致させる」は、照明領域３４０の幅Ｗ_３４０と必要最低照度以上の照度範囲幅とが通常概ね一致すること、を前提としている。実際には、例えば、照明領域３４０の幅Ｗ_３４０を路面５０の幅Ｗ_５０よりも若干小さくしても必要最低照度を満たすことができる場合もあり、またその逆の場合もあり、上記の「概ね一致させる」は、これらの範囲をも含む意味とする。

　以上、本実施形態によるＬＥＤ照明装置１を用いた照明では、照明形状を路面５０と概ね一致させることができる。従って、照明光３４が路面５０外の不要部分を照明することを十分に抑制可能となる。さらに、照明領域３４０内で最も照度が低い、路面５０の長手方向（Ｙ軸方向）での端部は、隣り合う照明領域３４０の端部と重畳し、重畳領域３４０ｖを形成している。その結果、例え照明領域３４０単独では同領域内に必要最低照度（例えば防犯灯の場合、３ｌｘ）が確保されない区域が存在するとしても、重畳領域３４０ｖにおいてこの必要最低照度を確保できるように調整することによって、路面５０上全体で必要な照度を確保可能となる。

　尚、照明領域３４０単独で必要最低照度が確保される場合、図６Ｃの照明領域３４０′のように、隣り合う照明領域同士が互いに隣接して配置されてもよい。この場合、重畳領域３４０ｖを設けないので、照明領域の大きさ・形状が変わらないとすると、道路５０の単位長さ当たりに必要とされるＬＥＤ照明装置１の数を低減することができる。

　いずれにしても、ＬＥＤ照明装置１内の微小レンズ配列部１３１では、複数の微小レンズ１３１ｍの曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方を、レンズ配列面１３１ａ内における所定の方向の間で、異なった値に設定し制御している。その結果、ＬＥＤ照明デバイス１０の出射光、即ちＬＥＤ照明装置１の照射光、におけるＺＸ面内での配光角（又はＦＷＨＭ）と、ＹＺ面内での配光角（又はＦＷＨＭ）とを独立して、それぞれ個別に制御することができる。従って、道路（又は通路）５の幅方向（Ｘ軸方向）における照明領域３４０の範囲と、道路（又は通路）５の長手方向（Ｙ軸方向）における照明領域３４０の範囲とが、それぞれ個別に制御可能となる。これにより、路面５０の幅方向及び長手方向の両方に関して、路面５０に合った照明領域（照明形状）が実現可能となる。

［とう道照明の実施例：ＬＥＤ照明装置９７］
　図７は、本発明の一実施形態としてのＬＥＤ照明装置９７を示す上面図、正面図、底面図、及び断面図である。

　図７Ａ～図７Ｃによれば、ＬＥＤ照明装置９７は、アルミダイキャスト製（又は板金製）の筐体９７０と、取り付け支持体９７３と、筐体９７０及び取り付け支持体９７３に取り付けられた複数の角度設定ホルダ９７２Ａ、９７２Ｂ及び９７２Ｃと、角度設定ホルダ９７２Ａ、９７２Ｂ及び９７２Ｃにそれぞれ取り付けられたＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃと、マザー回路基板９７４と、ＡＣ／ＤＣ変換器９７６と、２次電池９７１（又は９７１’）と、光学的に透明なプラスチック製のカバー９７５とを備えている。２次電池９７１は、非常用電源であり、災害・事故等によって外部からの交流電力の供給が停止した際、マザー回路基板９７４に設けられた制御回路が、電力供給源を自動的に２次電池９７１に切り替える。

　ＬＥＤ照明デバイス１０Ａは４個、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃはそれぞれ８個設けられており、１０Ｃ、１０Ｃ、１０Ｂ、１０Ｂ、１０Ａ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｃの順に並んだ列を２列構成する。ここで、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａと、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃとは、後述するように互いに異なった光学特性を有している。ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、それぞれ複数の基台１１の役割を果たす回路基板（又は回路シート）１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃを備え、それぞれ角度設定ホルダ９７２Ａ、９７２Ｂ及び９７２Ｃに設置されている。回路基板１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃは、マザー回路基板９７４から取り付け支持体９７３内を通る配線を介して、制御された電力を供給される。

　角度設定ホルダ９７２Ａ、９７２Ｂ及び９７２Ｃは、ＬＥＤ照明デバイスの設置角を自由に設定可能とする機構を有する。本実施例では、図７Ｄ～図７Ｆに示すように、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃの光軸Ｘ_１０Ａ、Ｘ_１０Ｂ及びＸ_１０Ｃ（Ｘ_１０Ｃ’）がｚ軸に対してなす角度θ_１０Ａ、θ_１０Ｂ及びθ_１０Ｃは、θ_１０Ａ＝５０°（度）、θ_１０Ｂ＝６２.５°、及びθ_１０Ｃ＝７９.５°に設定されている。

　さらに、図７Ｃに示すように、角度設定ホルダ９７２Ｃは、更に片辺を持ち上げるように傾いており、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｃの光軸Ｘ_１０Ｃ（Ｘ_１０Ｃ’）がｙ軸に対してなす角度θ_ＳＩＤＥは、θ_ＳＩＤＥ＝９°に設定されている。ここで、８個のＬＥＤ照明デバイス１０Ｃの光軸Ｘ_１０Ｃ（Ｘ_１０Ｃ’）はいずれも、装置の外側に、即ち装置中央のＬＥＤ照明デバイス１０Ａから離れる向きに伸長している。

　また、取り付け支持体９７３の下端に、４個のＬＥＤ光源１２Ａが設けられていてもよい。ＬＥＤ光源１２Ａの光軸Ｘ_１２Ａは、ｚ軸方向に伸長しており、ＬＥＤ光源１２Ａは、装置直下の領域を照明する。また、これらＬＥＤ光源１２Ａの回路基板（又は回路シート）１１０Ｄは、マザー回路基板９７４から取り付け支持体９７３内を通る配線を介して、制御された電力を供給される。

　図８は、ＬＥＤ照明装置９７による照明方法における一実施形態を示す概略図、及びＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃの照度分布を示すグラフである。

　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、複数のＬＥＤ照明装置９７は、とう道６の天井に、長手方向（Ｙ軸方向）において互いに１０ｍの間隔をもって、幅方向（Ｘ軸方向）における中央に設置されている。この際、ＬＥＤ照明装置９７の長手方向（ｘ軸方向）は、とう道６の幅方向（Ｘ軸方向）に設定されている。また、とう道６内の高さは、２.４ｍである。尚、ＬＥＤ照明装置９７は、天井から吊り下げられることも可能である。

　ＬＥＤ照明装置９７の照射光は、図８Ｂに示すように、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃそれぞれから放射される出射光と、ＬＥＤ光源１２Ａからの放射光とからなる。このうち、ＬＥＤ光源１２Ａからの放射光の光軸Ｘ_１２Ａは、ＬＥＤ照明装置９７から伸長して、ＬＥＤ照明装置９７直下の地点Ｐ_９７に達する。

　また、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ（第１のデバイス群）からの出射光の光軸Ｘ_１０Ａは、ＬＥＤ照明装置９７から伸長して、とう道６の床面６０における長手方向（Ｙ軸方向）での装置間の中点Ｐ_ＭＩＤと、ＬＥＤ照明装置９７直下の地点Ｐ_９７との間の位置に達する。さらに、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ（第２のデバイス群）からの出射光の光軸Ｘ_１０Ｂは、ＬＥＤ照明装置９７から伸長して、装置間の中点Ｐ_ＭＩＤを超えた地点に達する。

　さらにまた、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｃ（第３のデバイス群）からの出射光の光軸Ｘ_１０Ｃは、ＬＥＤ照明装置９７から、隣のＬＥＤ照明装置９７直下の地点Ｐ_９７をも超えて伸長する。ここで、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｃの光軸Ｘ_１０Ｃ及びＸ_１０Ｃ’は、上述したように角度θ_ＳＩＤＥ＝９°をもってそれぞれ－ｘ向き及び＋ｘ向きに傾いており、それぞれとう道６の一方の側面６０ｓ及び他方の側面６０ｓに向けられている。

　尚、変更態様として、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ及び１０Ｂ（第１及び第２のデバイス群）も、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｃ（第３のデバイス群）と同じく有限の（ゼロでない）角度θ_ＳＩＤＥを有していてもよい。即ち、装置９７における長手方向の軸と、装置９７と直に対向する床面６０の領域に向かって装置９７から伸長する軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していて、とう道６の側面６０ｓにおける所定範囲内の領域を照射することも好ましい。

　次に、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃについて説明する。これらデバイスの微小レンズ１３１ｍは、長方形配列している。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は共に１.０ｍｍであって等しい。また、微小レンズ間のピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’はそれぞれ、１.７ｍｍ及び０.６ｍｍであり、ピッチＰが異方性を有する。即ち、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃの微小レンズ１３１ｍは、ピッチＰが異なる異方性微小レンズである。尚、ｘ’軸及びｙ’軸は、図１Ａ～図１Ｄに示した座標系に準拠している。

　図８Ｃに、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃからの出射光のｘ’ｙ’面内での照度分布を示す。ここで、同図における照度分布は、微小レンズ配列部１３１から光軸に沿って２.４ｍ（とう道の高さに相当）の位置にある（光軸に垂直な）平面上での分布である。同図に示すように、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃでは、ピッチＰが異なる異方性微小レンズを用いているので、出射光の照明形状は、ｘ’軸方向の長辺を有する略長方形状に制御されている。尚、この照明形状内に、中央部の青色及び黄色リングに対応する分布は見られず、出射光の均一化が促進されていることが確認される。ここで、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃは、略長方形状の照明形状におけるｘ’軸方向の長辺がとう道６の幅方向（Ｘ軸方向）となるように設定される。

　次いで、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａについて説明する。ＬＥＤ照明デバイス１０Ａの微小レンズ１３１ｍは、正方形配列している。曲率半径Ｒ_ｘ’及びＲ_ｙ’は共に１.０ｍｍであって等しい。また、微小レンズ間のピッチＰ_ｘ’及びＰ_ｙ’も共に１.４ｍｍであって等しい。即ち、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａの微小レンズ１３１ｍは、等方性微小レンズである。その結果、光度分布における半値全角Ｆ_ｘ’及びＦ_ｙ’も共に３３.４°となり等しくなる。

　図８Ｄに、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａからの出射光のｘ’ｙ’面内での照度分布を示す。同図における照度分布も、微小レンズ配列部１３１から光軸に沿って２.４ｍ（とう道の高さに相当）の位置にある（光軸に垂直な）平面上での分布である。同図によれば、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａでは、等方性微小レンズを用いているので、出射光の照明形状は円形状となる。また、この照明形状内に、中央部の青色及び黄色リングに対応する分布は見られず、出射光の均一化が促進されていることも確認される。尚、本実施例では、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａとして、等方性微小レンズを用いた形態を採用しているが、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂ及び１０Ｃのように、異方性微小レンズを採用することも可能である。

　ここで、以上に説明した、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃにおける出射光の光学特性をまとめると、
ａ）ＬＥＤ照明デバイス１０Ａは、円形状の照明形状をもって、装置直下の地点Ｐ_９７と装置間の中点Ｐ_ＭＩＤとの間の領域を中心に照明する。
ｂ）ＬＥＤ照明デバイス１０Ｂは、装置間の中点Ｐ_ＭＩＤから向こう側の領域を中心に照明するが、略長方形状の照明形状の長辺をとう道幅方向（Ｘ軸方向）に合わせ、床面６０の幅方向の両端まで照度を上げる役割を果たす。

ｃ）ＬＥＤ照明デバイス１０Ｃは、略長方形状の照明形状をもって、とう道６の両側面６０ｓを中心に照明する。小さな伏角（θ_１０Ｃ＝７９.５°）と、とう道長手方向（Ｙ軸方向）から側面６０ｓに向かう傾き（θ_ＳＩＤＥ＝９°）とを有し、側面６０ｓにおける天井に近い領域まで照明する。
これにより、側面６０ｓの天井近くに設置されたケーブル棚６１の位置でも、作業に必要な照度が確保可能となる。以下、このＬＥＤ照明装置９７を用いてとう道６内を照明した実施例を説明する。

　図９は、ＬＥＤ照明装置９７によってとう道６を照明した際の照度分布を示すグラフである。ここで、とう道６内部のサイズ及びＬＥＤ照明装置９７の設置状況は、図８に示した通りである。また、本シミュレーションにおいて、ＬＥＤ照明デバイス１０Ａ、１０Ｂ及び１０ＣのＬＥＤ光源１２並びにＬＥＤ光源１２Ａの各々の光束量は、１００ｌｍ（ルーメン）として計算されている。

　図９Ａに、とう道６の床面６０（ＸＹ面）上に照度分布を表したグラフを示す。同図によれば、ＬＥＤ照明装置９７は、Ｙ軸方向に伸長する床面６０上を、長手方向（Ｙ軸方向）においても幅方向（Ｘ軸方向）においても、概ね均一な照度で照明していることが分かる。

　次いで、図９Ｂに、とう道６の側面６０ｓ上での照度分布をＹＺ面上に表したグラフを示す。同図によれば、ＬＥＤ照明装置９７は、Ｙ軸方向に伸長する側面６０ｓの下端から一定の高さ（同図では天井の高さ）までの範囲を、概ね均一な照度で照明していることが分かる。実際、とう道６の側面６０ｓには、ケーブル棚６１が設けられており、ＬＥＤ照明装置９７は、このケーブル棚６１をも、作業するのに十分な照度で照明している。このように、ＬＥＤ照明装置９７によって、とう道６の側面６０ｓが一定の高さ（図９Ｂでは天井の高さ）まで概ね均一に照明されるのは、主に、角度θ_ＳＩＤＥで外側に傾いたＬＥＤ照明デバイス１０Ｃの出射光による。

［とう道照明の実施例：ＬＥＤ照明装置９８］
　図１０は、本発明の一実施形態としてのＬＥＤ照明装置９８を示す断面図、及び光拡散シートの作用を説明するための概略図である。

　図１０Ａによれば、ＬＥＤ照明装置９８は、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｄを覆う形で取り付けられた光学的に透明なカバー９８５を備えている。また、このカバー９８５の直ぐ内側に、光拡散シート９８８が設置されている。一般に、光拡散シートは、メチルメタクリレート及びビニルベンゾエートの共重合体、又はシリカ等から形成された多数の微粒子（ビーズ）を内部で分散させた樹脂を、ポリエステル、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルムにおける片面又は両面にコートしたものである。これらのビーズと樹脂との屈折率の異なる界面において光が拡散される。

　一般に、とう道のような自然光の差し込まない環境下での照明は、
（ａ）作業を実施する、又は通行するのに十分な照度を有すること、のみならず、
（ｂ）作業者又は通行者にとって眩しくない（作業・通行の邪魔にならない）照射光によること
が要求される。しかしながら、ＬＥＤ光源を用いた照明は、例え光学レンズ系を用いて放射光に所定の配光角を持たせたとしても、この光源の方を向いた作業者又は通行者にとって点光源的に見えてしまい、ぎらつきを感じさせ、「眩しさ」を与えてしまう。このような理由もあって、作業空間兼通路であるとう道では、放射光が拡散されており面光源的に見える蛍光灯を用いた照明が、主に採用されてきた。

　一方、このＬＥＤ照明装置９８においては、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｄからの放射光は、光拡散シート９８８とカバー９８５とを通過して、外部に伝播する。この際、光拡散シート９８８の有するヘイズ（haze）値Ｈzによって、その拡散の態様が変化する。ここで、ヘイズ値Ｈzとは、シートやフィルム等の透光対象における曇り具合又は濁り具合を示す指標であり、小さな値であるほど、透明であることを示す。ヘイズ値Ｈzは、一般に、Ｈz（％）＝Ｔd／Ｔt×１００で定義される。ここで、Ｔdは拡散透過率であり、Ｔtは全光線透過率である。

　図１０Ｂに示すように、ヘイズ値Ｈzの小さい光拡散シート９８８を用いた場合、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｄからの放射光は、この光拡散シート９８８によって部分的に拡散されるものの、デバイス内のレンズ系（均一化光学体）による配向性を保持し、光軸に沿った方向に集中して出射する。一方、図１０Ｃに示すように、ヘイズ値Ｈzの大きい光拡散シート９８８を用いた場合、ＬＥＤ照明デバイス１０Ｄからの放射光は、この光拡散シート９８８によって多くが拡散され、デバイス内のレンズ系（均一化光学体）によって付与された配向性を低下させて、拡散光に近づく。この際、拡散された放射光の一部は、装置内部に向かって伝播し反射して、後述する装置直下近傍での照度向上に寄与することになる。

　ここで、使用される光拡散シート９８８のヘイズ値Ｈzについては、以上に述べた事情を考慮し、とう道の長手方向における照度分布を均一化すべく、好ましくは、９０％未満とすべきことが実験により分かっている。一方、下限については、実験によって、ヘイズ値Ｈzと分光透過率（％）との間に強い相関の存在することが確認されており、ヘイズ値Ｈzが７０％以上において、分光透過率の低減が急激になることが分かっている。従って、分光透過率がより強い影響を受け始め、上述した本発明の作用効果が発現し易くなるヘイズ値Ｈz＝７０％（以上）を、下限とすることができる。即ち、ヘイズ値Ｈzは、好ましくは７０％以上であって９０％未満の値に設定される。

　以上に述べた実施形態は全て、本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は、他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

　本発明の配光分散制御型ＬＥＤ照明デバイス、照明装置及びこの装置を用いた照明方法は、照明対象に応じて必要となる照度が確保される無駄のない、且つ色ムラが抑制された照明を実現可能とするので、産業上有用である。

　１、９７、９８　ＬＥＤ照明装置
　１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ　ＬＥＤ照明デバイス
　１１　基台
　１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ　回路基板
　１２、１２Ａ　ＬＥＤ光源
　１３　均一化光学体
　１３０　配光角制御レンズ部
　１３１　微小レンズ配列部
　１５　強度分布
　１６　ケース
　１７　蓋体
　１８　電源線
　２０　出射光
　２００、３００、３３１、３４０、３４０’　照明領域
　３０、３３、３４　照射光
　３３０　光軸に垂直な面
　５　道路（通路）
　５０　路面
　６　とう道
　６０　床面
　６０ｓ　側面
　６１　ケーブル（・管）棚
　９７０　筐体
　９７５、９８５　カバー
　９７１、９７１’　２次電池
　９７２Ａ、９７２Ｂ、９７２Ｃ、９８２Ａ、９８２Ｂ　角度設定ホルダ
　９７３　取り付け支持体
　９７４　マザー回路基板
　９７６　ＡＣ／ＤＣ変換器
　９７７　ケーブル
　９８８　光拡散シート

Claims (18)

1. 　複数のＬＥＤ照明デバイスを備えたＬＥＤ照明装置を用いた照明方法であって、
   　前記ＬＥＤ照明デバイスは、
   　発光ダイオードチップを備えた光源と、
   　前記光源からの放射光を受光して所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
   　前記配光角制御レンズ部の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された前記放射光を受光して分散させる微小レンズ配列部と
   を備えており、
   　前記複数の微小レンズは、曲率半径Ｒ、隣接した当該微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチＰ、又は該曲率半径Ｒ及び該ピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっている異方性微小レンズであり、
   　前記照明方法は、
   　複数の前記ＬＥＤ照明デバイスからの出射光を合わせて、一定の幅の照明領域部分を有する照射光を形成し、
   　前記照射光を照明対象面に照射する
   ことを特徴とする照明方法。
2. 　前記照明対象面に対向する位置に、該照明対象面の長手方向に沿って、前記ＬＥＤ照明装置を複数並べて設置し、
   　複数の前記ＬＥＤ照明装置の各々からの照射光を、互いに隣接又は一部重畳させながら前記長手方向に配列させて、前記照明対象面に照射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明方法。
3. 　前記一定の幅の照明領域部分を有する照射光の照明形状を、外接する長方形又は正方形との面積比が０.９以上となる略長方形状又は略正方形状とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明方法。
4. 　前記ＬＥＤ照明装置は、複数の前記ＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
   　第１の当該デバイス群が、前記照明対象面における当該装置と直に対向する領域の外側領域を照明し、
   　第２の当該デバイス群が、前記第１の当該デバイス群の光軸と比較して、前記照明対象面の法線に対してより大きな角度をなす光軸を有していて、前記外側領域の更なる外側領域を照明する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明方法。
5. 　前記照明対象面は、通路における側面を含む内面の部分であり、
   　第３の当該デバイス群に含まれる複数の前記ＬＥＤ照明デバイスが、前記第１の当該デバイス群の光軸と前記第２の当該デバイス群の光軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していて、前記通路の側面における所定範囲内の領域を照射する
   ことを特徴とする請求項４に記載の照明方法。
6. 　前記照明対象面は、通路における側面を含む内面の部分であり、
   　前記ＬＥＤ照明装置は、複数の前記ＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
   　複数の当該デバイス群に含まれる複数の前記ＬＥＤ照明デバイスが、当該装置における長手方向の軸と、当該装置と直に対向する前記照明対象面の領域に向かって当該装置から伸長する軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していて、前記通路の側面における所定範囲内の領域を照射する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の照明方法。
7. 　複数の前記ＬＥＤ照明装置は、前記照明対象面の幅方向における少なくとも一方の端の上方に所定の間隔をもって設置されており、
   　複数の前記ＬＥＤ照明装置の各々からの照射光の光軸が、前記照明対象面の長手軸と直交する横断面内において該照明対象面の法線に対して傾いた状態で、該照射光を該照明対象面に照射する
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明方法。
8. 　前記ＬＥＤ照明装置は、少なくとも１つの前記ＬＥＤ照明デバイスの出射側に光拡散体を備えており、当該少なくとも１つの前記ＬＥＤ照明デバイスからの出射光を前記光拡散体に通すことによって拡散させて照射することを特徴とする請求項１に記載の照明方法。
9. 　第１波長の光を放射する発光ダイオードチップを備え、少なくとも該第１波長の光と該第１波長とは異なる第２波長の光との混色光を放射する光源と、
   　放射された前記混色光の均一化を促進させる均一化光学体と
   を備えており、前記均一化光学体は、
   　放射された前記混色光が入射後に集光される入射面を有しており、入射した該混色光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
   　前記配光角制御レンズ部における前記入射面とは反対側の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された前記混色光を、該レンズ配列面を介して受光して分散させる微小レンズ配列部と
   を備えており、
   　前記複数の微小レンズの曲率半径Ｒ、隣接した前記微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチＰ、又は該曲率半径Ｒ及び該ピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっていることを特徴とするＬＥＤ照明デバイス。
10. 　前記曲率半径Ｒと前記ピッチＰとの比Ｐ／Ｒが、前記レンズ配列面内のレンズ頂点を結ぶ各軸の方向において、０.４以上であって、前記微小レンズ配列部の前記レンズ配列面内に該微小レンズではない領域が形成されない上限値以下であることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ照明デバイス。
11. 　前記配光角制御レンズ部は、入射した前記混色光を、半値全角幅として５度から４０度までの範囲内の値の配光角に制御することを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ照明デバイス。
12. 　前記複数の微小レンズの頂点が正方格子又は長方格子を成しており、前記曲率半径Ｒ、前記ピッチＰ、又は前記曲率半径Ｒ及び前記ピッチＰの両方が、前記レンズ配列面内におけるレンズ頂点間を結ぶ１つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向とで異なっていて、前記混色光の分散が方向毎に制御されることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
13. 　前記複数の微小レンズの頂点が六角格子を成しており、前記曲率半径Ｒ、前記ピッチＰ、又は前記曲率半径Ｒ及び前記ピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについては前記レンズ配列面内におけるレンズ頂点間を結ぶ１つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっていて、前記混色光の分散が方向毎に制御されることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
14. 　複数のＬＥＤ照明デバイスを備えたＬＥＤ照明装置であって、
    　前記ＬＥＤ照明デバイスは、
    　発光ダイオードチップを備えた光源と、
    　前記光源からの放射光を受光して所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
    　前記配光角制御レンズ部の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された前記放射光を受光して分散させる微小レンズ配列部と
    を備えており、
    　前記複数の微小レンズは、曲率半径Ｒ、隣接した当該微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチＰ、又は該曲率半径Ｒ及び該ピッチＰの両方が、曲率半径Ｒについてはレンズ配列面内における１つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチＰについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっている異方性微小レンズであり、
    　複数の前記ＬＥＤ照明デバイスの各々からの出射光が一定の幅の照明領域部分を有する照射光を形成するように、複数の該ＬＥＤ照明デバイスが配置されている
    ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
15. 　複数の前記ＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
    　第１の当該デバイス群が、照明対象面における当該装置と直に対向する領域の外側領域を照明するように設置され、
    　第２の当該デバイス群が、前記第１の当該デバイス群の光軸と比較して、当該装置と直に対向する領域に向かう方向に対してより大きな角度をなす光軸を有していて、前記外側領域の更なる外側領域を照明するように設置されている
    ことを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤ照明装置。
16. 　第３の当該デバイス群に含まれる複数の前記ＬＥＤ照明デバイスが、前記第１の当該デバイス群の光軸と前記第２の当該デバイス群の光軸とによって規定される面に対して、所定の角度をなして傾いた光軸を有している
    ことを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置。
17. 　複数の前記ＬＥＤ照明デバイスを含むデバイス群を複数備えており、
    　当該複数のデバイス群に含まれる複数の前記ＬＥＤ照明デバイスが、当該装置における長手方向の軸と、前記照明対象面における当該装置と直に対向する領域に向かって当該装置から伸長する軸とによって規定される面に対し、それぞれ所定の角度をなして傾いた光軸を有していることを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤ照明装置。
18. 　少なくとも１つの前記ＬＥＤ照明デバイスの出射側に設けられており、当該少なくとも１つの前記ＬＥＤ照明デバイスからの出射光を拡散させて照射するための光拡散体を更に備えていることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
     

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