照明装置的制作方法

1.本发明涉及聚光灯等照明装置。


背景技术：

2.通常，聚光灯等照明装置将来自光源的射出光以窄角配光进行投影，该投影光要求没有亮度不均、颜色不均且要求边缘(轮廓)的清晰的明暗。
3.图9是表示第一现有照明装置的剖视图。
4.在图9中，第一现有照明装置由光源1和准直透镜2构成(参照：专利文献1)。准直透镜2包括：由内侧凹面211和外侧凸面212构成的射入面21；由内侧凸面221和外侧圆锥侧面222构成的射出面22；以及连接射入面21的端部和射出面22的端部的周面23。从光源1射入到射入面21的内侧凹面211的光在射出面22的内侧凸面221射出，成为中心准直光l1。另一方面，从光源1射入到射入面21的外侧凸面212的光在周面23被全反射而在射出面22的外侧圆锥侧面222射出，成为周边准直光l2。作为投影光的中心准直光l1以及周边准直光l2均成为与光轴a
x
大致平行的窄角配光。另外，中心准直光l1和周边准直光l2相对于光轴a
x
对称。
5.图10表示通过图9的照明装置得到的虚拟屏幕上的投影光图案，(a)表示光源1相对于准直透镜2的光轴a
x
具有正方形发光面的情况，(b)表示光源1相对于准直透镜2的光轴a
x
具有圆形发光面的情况。
6.如图10所示，无论是光源1的发光面为正方形的情况还是圆形的情况，在投影光图案中，中心准直光l1和周边准直光l2都重叠，得到边缘清晰的明暗。
7.第二现有照明装置利用图11的(a)所示的2次光学系统投影透镜使由1次光学系统会聚的光扩散而成为投影光(参照：专利文献2)。在该情况下，投影透镜是在射入面排列有多个六边形凸透镜101的透镜阵列。参照表示1个六边形凸透镜101的图11的(b)，垂直射入到六边形凸透镜101的平行光101a成为相对于光轴a
x
向360
°
全方向扩散的360
°
扩散光101b。另外，在将六边形凸透镜101排列在射出面的情况下，垂直射入到六边形凸透镜101的平行光也相对于光轴a
x
在360
°
全方向上扩散。由此，使投影光图案中的光源形状模糊而消除亮度不均，通过对分离的颜色进行混色而消除颜色不均，能够得到均匀的投影光图案。
8.在先技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本特开2014-22077号公报
11.专利文献2：wo2016-186180号公报


技术实现要素：

12.发明所要解决的课题
13.然而，在图9所示的第一现有照明装置中，投影出光源1的形状，产生亮度不均。另外，在从光源1例如白色发光二极管(led)元件射出的光按每个射出点、射出角度具有色度差异的情况下，产生反映了光源1的色度差异的颜色不均。进而，也会产生由准直透镜2的色
差引起的颜色不均。这样，存在产生亮度不均、颜色不均这样的课题。
14.另外，在图11所示的第二现有的照明装置中，在配置于与投影光图案的边缘对应的区域的六边形凸透镜中，还会使与光轴平行地射入的光相对于光轴向360
°
全方向扩散，因此存在边缘的明确的明暗消失的课题。
15.用于解决课题的手段
16.为了解决上述课题，本发明的照明装置具有：光源；准直透镜，其位于光轴上，用于供来自光源的射出光射入并使准直光射出；以及扩散透镜，其位于准直透镜的射出面侧，用于供准直光射入并使该准直光扩散，扩散透镜具有：扩散部，其用于使准直光的从准直透镜的射出面的中央部分射出的中心光扩散；以及非扩散部，其使准直光的从准直透镜的射出面的比中央部分靠外侧处射出的周边光不扩散地透过。
17.另外，本发明的照明装置具有：光源；准直透镜，其用于供来自光源的射出光射入并使准直光射出；以及扩散透镜，其位于光轴上，用于供准直光射入并使该准直光扩散，扩散透镜具有：第一扩散部，其用于使准直光的从准直透镜的射出面的中央部分射出的中心光扩散；以及第二扩散部，其用于使准直光的从比准直透镜的射出面的中央部分靠外侧处射出的周边光扩散，第二扩散部使周边光相对于扩散透镜的光轴仅沿旋转方向扩散。
18.发明效果
19.根据本发明，能够消除亮度不均、颜色不均，并且能够维持边缘清晰的明暗。
附图说明
20.图1示出本发明的照明装置的第一实施例，(a)是整体剖视图，(b)是(a)的扩散透镜的射出面侧透镜阵列图，(c)是(b)的扩散部的局部放大图。
21.图2示出图1的扩散透镜的变更例，(a)是射出面侧透镜阵列图，(b)是(a)的扇形凸透镜的放大剖视图。
22.图3示出本发明的照明装置的第二实施例，(a)表示整体剖视图，(b)表示(a)的扩散透镜的射出面侧透镜阵列图，(c)表示(a)的照明装置的投影光图案。
23.图4示出图3的照明装置的比较例，(a)是整体剖视图，(b)是(a)的扩散透镜的射出面侧透镜阵列图。
24.图5是表示图3、图4的照明装置的标准化光度特性的曲线图。
25.图6是表示图3的扩散透镜的变更例的射出面侧透镜阵列图。
26.图7是用于说明图1、图3的准直透镜的准直光图案的图，(a)、(d)是准直透镜的整体剖视图，(b)、(e)表示准直光，(c)、(f)表示由准直透镜投影的投影光图案。
27.图8是表示应用了图1、图3的照明装置的聚光灯装置的主视图。
28.图9是表示第一现有照明装置的剖视图。
29.图10示出图9的照明装置的投影光图案，(a)示出光源发光面为正方形的情况，(b)示出光源发光面为圆形的情况。
30.图11示出第二现有照明装置，(a)表示射入面侧透镜阵列图，(b)是(a)的六边形凸透镜的放大剖视图。
具体实施方式
31.图1表示本发明的照明装置的第一实施例，(a)是整体剖视图，(b)是(a)的扩散透镜的射出面侧透镜阵列图，(c)是(b)的扩散部的局部放大图。
32.在图1的(a)中，照明装置除了图9的光源例如发光二极管(led)元件1和设置在光源1上的准直透镜2之外，还具有设置在准直透镜2上的扩散透镜3a。再参照图1的(b)，扩散透镜3a在中心部分具有例如圆形的扩散部31，在该扩散部31的周围具有非扩散部32。规定扩散区域r1的扩散部31在射出面具有图1的(c)所示的由最密集地排列的多个六边形凸透镜31a构成的透镜阵列，使与光轴a
x
平行地射入的中心准直光l1在六边形凸透镜31a的凸面折射而射出，因此透过六边形凸透镜31a的光相对于光轴a
x
向360
°
全方向扩散而成为360
°
扩散光31b。该扩散部31供准直透镜2的包含亮度不均、颜色不均的中心准直光(中心光)l1射入并消除该亮度不均、颜色不均。另一方面，在规定非扩散区域的非扩散部32未形成透镜，因此，非扩散部32不使射入的光扩散，使其直接透过并射出。其结果，非扩散部32使具有边缘清晰的明暗的周边准直光(周边光)l2射入并维持边缘清晰的明暗。这样，在维持边缘清晰的明暗的同时，实现亮度不均、颜色不均的消除。
33.另外，在图1的(a)、(b)中，六边形凸透镜31a设置在扩散透镜3a的射出面侧，但也可以设置在射入面侧并使射出面侧为平面。另外，虽然扩散透镜3的扩散部31与中心准直光l1对应，扩散透镜3a的非扩散部32与周边准直光l2对应，但不需要严格地对应。另外，在图1的(c)中，虽然六边形凸透镜31a在能够有效地使用有限的空间这一点上是优异的，但也可以采用同样具有扩散作用的圆形凸透镜、四边形凸透镜或其他多边形透镜。
34.图2示出图1的扩散透镜的变更例，(a)是射出面侧透镜阵列图，(b)是将(a)的扇形凸透镜沿着其短边(宽度)方向且圆周方向切断的情况下的放大剖视图。
35.在图2的(a)中，扩散透镜3a’的扩散部31’在其射出面具有由以光轴a
x
为中心在圆周方向上呈放射状最密集地排列的多个扇形凸透镜31’a构成的透镜阵列。参照图2的(b)，与光轴a
x
平行地射入的平行光即中心准直光l1在扇形凸透镜31’a的凸面折射而射出，因此如箭头所示，成为相对于光轴a
x
仅沿旋转方向扩散的旋转方向扩散光31’b。因此，在该情况下也能够消除中心准直光l1的亮度、颜色不均。而且，透过扇形凸透镜31’a的光不会向扩散部31’的径向外侧扩散。另外，在将扇形凸透镜31’a沿长边方向且沿径向切断的情况下，成为随着朝向光轴ax高度逐渐变低的直角三角形的形状。另外，在图2中，扇形凸透镜31’a也可以设置在扩散透镜3a’的射入面侧，并使射出面侧为平面。
36.图3表示本发明的照明装置的第二实施例，(a)表示整体剖视图，(b)表示(a)的扩散透镜的射出面侧透镜阵列图，(c)表示(a)的扩散透镜的投影光图案。
37.在图3的(a)中，代替图1的(a)的扩散透镜3a设置扩散透镜3b。再参照图3的(b)，扩散透镜3b具有扩散部33，在其周围具有非扩散部34。规定扩散区域r1’的扩散部33在射出面具有在以光轴a
x
为中心的圆周方向上呈放射状最密集地排列的多个扇形凸透镜33a，与图2的(b)的情况同样地，使与光轴a
x
平行地射入的平行光即中心准直光l1以及周边准直光l2在扇形凸透镜33a的凸面折射，相对于光轴a
x
如图3的(b)所示的箭头那样仅沿旋转方向扩散。另一方面，规定非扩散区域r2’的非扩散部34未形成透镜，因此，使射入的光不扩散而直接透过并射出。
38.扩散部33供中心准直光l1以及周边准直光l2这双方射入。射入到扩散部33的中心
准直光l1相对于光轴a
x
仅向旋转方向扩散，此时，中心准直光l1的亮度不均、颜色不均被消除。同样地，射入到扩散透镜部33的周边准直光l2也相对于光轴a
x
仅向旋转方向扩散，因此边缘不会扩展，因此，边缘清晰的明暗被维持。这样，如图3的(c)所示，扩散透镜3b的投影光图案维持了边缘清晰的明暗，并且消除了亮度不均、颜色不均。另外，在图3中，扇形凸透镜33a也可以设置在扩散透镜3b的射入面侧。
39.图4示出图3的照明装置的比较例，代替图3的扩散透镜3b而设置了扩散透镜3b’。扩散透镜3b’具有扩散部33’和非扩散部34。规定扩散区域的扩散部33’是排列有多个六边形凸透镜33’a的透镜阵列，供中心准直光l1和周边准直光l2这双方射入。在该情况下，中心准直光l1以及周边准直光l2的亮度不均、颜色不均被消除。但是，周边准直光l2的边缘清晰的明暗会因为与扩散部33’的边缘接近的六边形凸透镜33’a的360
°
全方向扩散而变得不清晰。即，如图5中相对于扩散透镜的射出角度θ的标准化光度特性所示，在将图3的扩散部33的扇形凸透镜33a及图4的扩散部33’的六边形凸透镜33’a设计为1/2光束角为3
°
的情况下，图3的扇形凸透镜33a的情况下的标准化光度i3及图4的六边形凸透镜33b的情况下的标准化光度i4的半值宽度δθ(50％)均为3
°
。但是，关于10％值的光束角度δθ(10％)，扇形凸透镜33a的情况下的δθ(10％)＝δθ3比六边形凸透镜33’a的情况下的δθ(10％)＝δθ4小，因此可知使用了扇形凸透镜33a的扩散透镜3b的情况下与使用了六边形凸透镜33’a的扩散透镜3b’相比，边缘的明暗更清晰。
40.在图3的扩散透镜33中，越远离光轴a
x
，扇形凸透镜33a的宽度越大，其结果是，越远离光轴a
x
，扇形凸透镜33a的曲率越大，光的扩散效果越小。
41.图6是示出图3的扩散透镜的变更例的射出面侧透镜阵列图。
42.在图6的(a)中，代替图3的扩散部33的扇形凸透镜33a，设置内侧的扇形凸透镜33a-1及外侧的扇形凸透镜33a-2。该情况下，外侧的扇形凸透镜33a-2的数量大于内侧的扇形凸透镜33a-1的数量，即，扇形凸透镜33a-2的宽度小于图3的扇形凸透镜33a的宽度。由此，扇形凸透镜33a-2的曲率比图3的扇形凸透镜33a的对应部分的曲率小，能够增大光的扩散效果。因此，这有助于消除亮度不均和颜色不均。另外，虽然设置了扇形凸透镜33a-1、33a-2这2种，但也可以设置3种以上的扇形凸透镜。在该情况下，也使外侧的扇形凸透镜的数量比内侧的扇形凸透镜的数量大，从而使光的扩散效率变大。
43.在图6的(b)中，代替图6的(a)的扇形凸透镜33a-1而设置六边形凸透镜33a-1’。由此，能够提高扩散部33的中央部分的光扩散效果，还能够进一步提高扩散部33的中央部分的亮度不均、颜色不均的消除效果。另外，也可以设置圆形或其他多边形的凸透镜来代替六边形凸透镜33a-1’。
44.图7是用于说明图1、图3的准直透镜的准直光的图。
45.在图1、图3中，如图7的(a)所示，与图9的情况相同地构成准直透镜2。其结果，如图7的(b)所示，从光源1射出而射入到射入面21的内侧凹面211，并经由射出面22的内侧凸面221而在射出面22的大致正上方产生与光轴a
x
不平行的漏光l3。因此，当投影准直透镜2的准直光时，如图9的(c)所示，在投影光图案的周围产生环状的杂光。
46.与此相对，在如图7的(d)那样形成的准直透镜2’中，在射出面22’的内侧凸面221设置凹部223。在该情况下，如图7的(e)所示，从内侧凸面211射入的光作为漏光l4从凹部223经由内侧凸面221向准直透镜2’的射出面22的正侧面漏出。其结果，若将准直透镜2’的
准直光作为投影光，则如图7的(f)所示那样，在投影光图案中不存在环状的杂光。
47.图8是表示使用了本发明的照明装置81、82、
…
、89的聚光灯装置的立体图。
48.如图8所示，各照明装置81、82、
…
、89向大致相同方向照射，由此，聚光灯装置的点光到达约1km为止。在该情况下，各照明装置81、82、
…
、89是图1、图2、图3、图6的照明装置，也能够使准直透镜2(2’)相同，使扩散透镜不同。
49.此外，本发明也适用于上述的实施方式的显而易见的范围的任何变更。
50.产业上的可利用性
51.本发明的照明装置除了聚光灯装置以外，还能够利用于投光器、探照灯装置、景观照明装置、壁面照明装置等。
52.附图标记说明
53.1:光源
54.2、2’:准直透镜
55.21:射入面
56.211:内侧凹面
57.212:外侧凸面
58.22、22’:射出面
59.221:内侧凸面
60.222:外侧圆锥侧面
61.223:凹部
62.101:六边形凸透镜
63.3a、3b、3b’：扩散透镜
64.31、31’:扩散部
65.31a:六边形凸透镜
66.31’a:扇形凸透镜
67.32:非扩散部
68.33、33’:扩散部
69.33a、33a-1、33a-2:扇形凸透镜
70.33a-1’：扇形凸透镜
71.34:非扩散部
72.8:聚光灯装置
73.81、82、
…
、89:照明装置
74.l1：中心准直光(中心光)
75.l2：周边准直光(周边光)
76.a
x
：光轴
77.r1、r1’：扩散区域
78.r2、r2’：非扩散区域。