CN104011461A - 光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供照射均匀光的光学元件。将通过配置于平面上的假想光源的中心并与该平面垂直的轴设为z轴，在该平面内规定x轴、y轴，将该光源的x、y座标的最大值设为b、a，在xz截面上，将从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的光线与该入射面的法线构成的角度设为将从x轴上与原点相隔距离b的点发出并在z轴方向前进的光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度设为θib，在yz截面中，将从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的光线与该入射面的法线构成的角度设为将从y轴上与原点相隔距离a的点发出并在z轴方向上前进的光线通过该入射面和出射面之后与z轴方向构成的角度设为θia和θea，将从原点向与z轴成arctan(a/ha)角度的方向前进的光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度设为θeha，满足以下的式，φ_y＞φ_xθ_eha＞45°θ_ea＞45°θ_ia＞θ_ib。

Description

光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块

技术领域

本发明涉及使来自光源的光扩散的光学元件、包含该光学元件的照明装置以及使用了该照明装置的照明模块。

背景技术

近年来，在照明中大多使用LED(发光二极管)光源。LED光源因为向前方照射的光的比例高，因此多将使来自LED光源的光扩散的光学元件与LED光源进行组合而使用。特别是，在作为照射宽范围的背景光用等的照明单元的光源使用LED光源时，为了利用少数的LED光源来实现小型的照明单元，采用使来自LED光源的光以宽角度进行扩散的光学元件(例如，专利文献1)。

关于背景光照明单元，存在在扩散板等的侧面配置光源并利用导光板的原理照射前面的边缘光方式、以及在被照射面的正下方配置多个光源的直下型方式这两种。在直下型方式中具有将光源排列成一列或多列的列配置型的照明单元。

当作为这种列配置型的背景光照明单元的光源使用LED等的光源时，优选形成列的光源作为整体对宽范围照射均匀的光。

但是，当作为列配置型的背景光照明单元的光源使用LED等的光源时，没有开发用于使形成列的光源作为整体对宽范围照射均匀的光的、专门针对LED等的上述的形成列的光源使用的光学元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许3875247号公报

发明内容

发明所要解决的课题

因此，当作为列配置型的照明单元的光源使用LED等的光源时，存在对用于使形成列的光源作为整体对宽范围照射均匀的光的、专门针对LED等的上述的形成列的光源使用的光学元件的需求。

解决课题的手段

本发明第1方式的光学元件，其具有：入射面，其形成为覆盖配置于平面上的假想光源；以及出射面，其覆盖该入射面，该光学元件构成为在来自该假想光源的光通过该入射面和该出射面之后照射到外部，其中，将通过该假想光源的中心并与该平面垂直的轴作为z轴，规定在该平面内彼此正交并通过成为原点的该中心的x轴和y轴，设该假想光源的x座标的最大值为b，y座标的最大值为a，该入射面是将与z轴的交点作为顶点的盖状，在包含x轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线在与该入射面的交点处与该入射面的法线构成的角度为设从x轴上与原点相隔距离b的点b发出并在z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为θib，在包含y轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线在与该入射面的交点处与假想光线构成的角度为设从y轴上与原点相隔距离a的点a发出并在z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为θia，而且设通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θea，设从该点a到从该点a引出的相对于xy面的垂线与该入射面的交点的距离为ha，设从原点发出并在与z轴成arctan(a/ha)角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θeha，该入射面在0＜θr＜60°下满足

φ_y＞φ_x，

并且，满足

θ_eha＞45°

θ_ea＞45°

θ_ia＞θ_ib。

因为本方式的光学元件形成为满足

θ_eha＞45°

θ_ea＞45°，

因此使从光源的中心和光源的y轴方向的端部发出的代表性的假想光线在y轴方向上充分扩散。另外，入射面形成为，在0＜θr＜60°下满足

φ_y＞φ_x，

而且，满足

θ_in＞θ_ib，

因此来自光源的中心和端部的假想光线在入射面中相比于x轴方向在y轴方向上更宽地扩散。

本发明的第1方式的第1实施方式的光学元件形成为，上述入射面还满足

tan(θ_eha)＞2。

在本实施方式的光学元件中，入射面形成为，满足

tan(θ_eha)＞2，

因此使来自光源中心的代表性的假想光线在y轴方向上更宽地扩散。

本发明第1方式的第2实施方式的光学元件形成为，在包含x轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θex，在包含y轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θey，该入射面在0＜θr＜60°下，满足

θ_ex＞θ_r

θ_ey＞θ_r。

本实施方式的光学元件形成为，入射面在0＜θr＜60°下满足

θ_ex＞θ_r

θ_ey＞θ_r，

因此从光源中心发出并在xz截面内和yz截面内前进的假想光线能够可靠地进行扩散。

本发明的第2方式的照明装置具有配置于平面上的光源和包含该光源的第1方式的光学元件。

根据本方式的照明装置，能够实现关于第1方式的光学元件使用假想光线进行说明的功能。

在本发明的第2方式的第1实施方式的照明装置中，上述光源在xy平面上的形状关于x轴和y轴线对称。

本发明的第3方式的照明模块是将第2方式的照明装置配置成x轴方向的一列或多列而构成的。

本发明的第3方式的第1实施方式的照明模块具备具有x轴方向和y轴方向的边的长方形的面，设从x轴方向的边到最近的照明装置列的光源中心的y轴方向的距离为Ymax，设从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距离为D，满足

$\frac{Y_{\max }}{D}>\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{eha}}\right).$

本实施方式的照明模块不使光线照射到被照射面的外侧，因此能够防止照射效率恶化。

在本发明的第3方式的第2实施方式的照明模块中，设照明装置的x轴方向的间隔为Xp，从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距离为D，满足

$\frac{X_p}{D}>\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{eb}}\right).$

本实施方式的照明模块通过限制从x轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面上的x轴方向的扩散θeb的上限，提高照度在x轴方向上的均匀性。

附图说明

图1是示出与本发明的光学元件一起使用的LED光源的结构例的图。

图2是示出由1列构成的列配置型的背景光照明单元结构的一例的图。

图3是由两列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。

图4是由三列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。

图5是示出本发明一实施方式的光学元件的xz截面的图。

图6是示出本发明一实施方式的光学元件的yz截面的图。

图7是示出本发明一实施方式的光学元件的xz截面的图。

图8是示出本发明一实施方式的光学元件的yz截面的图。

图9是关于实施例1的光学元件示出θr与和之间的关系的图。

图10是关于实施例1的光学元件示出θr与θex和θey之间的关系的图。

图11是示出使用了实施例1的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

图12是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

图13是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

图14是示出使用了比较例的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

图15是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

图16是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

图17是关于实施例2的光学元件示出θr与和之间的关系的图。

图18是关于实施例2的光学元件示出θr与θex和θey之间的关系的图。

图19是示出使用了实施例2的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

图20是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

图21是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

图22是关于实施例3的光学元件示出θr与和之间的关系的图。

图23是关于实施例3的光学元件示出θr与θex和θey之间的关系的图。

图24是示出使用了实施例3的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。

图25是示出经过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。

图26是示出经过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。

具体实施方式

图1是示出与本发明的光学元件一起使用的LED光源的结构例的图。LED光源由发光芯片和形成在其周围的荧光剂构成。

图1的(a)是LED光源101a的俯视图。LED光源101a由一个发光芯片1011a和形成在其周围的荧光剂1013a构成。从LED光源101a的中心到垂直方向的端部的距离是a，从LED光源101a的中心到水平方向的端部的距离是b。

图1的(b)是LED光源101b的俯视图。LED光源101b由两个发光芯片1011b和形成在其周围的荧光剂1013b构成。从LED光源101b的中心到垂直方向的端部的距离是a，从LED光源101b的中心到水平方向的端部的距离是b。

图1的(c)是LED光源101c的俯视图。LED光源101c由三个发光芯片1011c和形成在其周围的荧光剂1013c构成。从LED光源101c的中心到垂直方向的端部的距离是a，从LED光源101c的中心到水平方向的端部的距离是b。

在上述例子中，光源在俯视图中的形状大致为长方形，在俯视图中，关于经过中心的水平方向的轴(x轴)和经过中心的垂直方向的轴(y轴)线对称。另外，在光源的平面上，将光源的中心作为原点，光源区域的x座标的最大值是b，y座标的最大值是a。此外，b比a大。

一般情况下，光源在平面上的形状不限定于上述内容。例如，也可以是椭圆或菱形等形状而不是长方形。此外，还可以是b和a的大小相同的圆或正方形。

图2是示出由一列构成的列配置型的背景光照明单元结构的一例的图。

图2的(a)是背景光照明单元的俯视图。在图2的(a)中将水平方向作为x轴方向，将垂直方向作为y轴方向。将作为光源的多个LED在LED安装基板上配置为一列，各个LED被作为光学元件的透镜所覆盖。在本俯视图中，长方形状的背景光照明单元的两边是x轴方向和y轴方向，在x轴方向上配置光源的列。

图2的(b)是背景光照明单元的xz截面的侧视图。在背景光照明单元的基板上设置有LED安装基板。由图2的(b)可知，在LED安装基板的面上配置有LED光源。另外，与背景光照明单元的基板平行地设置有被照射面。

图2的(c)是背景光照明单元的yz截面的侧视图。

图3是由两列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。在x轴方向上配置有两列多个光源(LED)和光学元件(透镜)的组合。

图4是由三列构成的列配置型的背景光照明单元的一例的俯视图。在x轴方向上配置有三列多个光源(LED)和光学元件(透镜)的组合。

图5是示出本发明一实施方式的光学元件的xz截面的图。光学元件103的入射面1031是盖状，形成为覆盖光源101，出射面1033形成为覆盖入射面1031。从光源101的发光面发出的光在经由入射面1031和出射面1033扩散之后，向光学元件的外侧放射。

这里，对座标进行说明。确定彼此正交的x轴、y轴以及z轴。以光源101和光学元件103的中心轴与z轴一致、光源101的表面和光学元件103的底面与xy面一致的方式配置光源101和光学元件103。当这样配置时，入射面的盖的顶点位于z轴上。这里，光源101在xy面上的形状关于x轴和y轴线对称，从中心轴到x轴方向的端部的距离是b，从中心轴到y轴方向的端部的距离是a。

在图5所示的xz截面中，将从原点发出向与z轴成θr角度的方向前进的假想光线在与入射面1031的交点处与入射面1031的法线构成的角度设为将通过入射面1031后前进的方向与z轴所成的角度设为θix，还将通过出射面1033后前进的方向与z轴所成的角度设为θex。

图6是示出上述光学元件的yz截面的图。

在图6所示的yz截面中，将从原点发出向与z轴成θr角度的方向前进的假想光线在与入射面1031的交点处与入射面1031的法线构成的角度设为将通过入射面1031后前进的方向与z轴构成的角度设为θiy，还将通过出射面1033后前进的方向与z轴构成的角度设为θey。

图7是示出上述光学元件的xz截面的图。

在图7所示的xz截面中，将从x轴上与原点相隔距离b的点1031b发出而向z轴方向前进的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为θib，将通过出射面1033之后与z轴方向构成的角度设为θeb。另外，将从点1031b到从点1031b引出的相对于xy面的垂线与入射面1031的交点的距离设为hb，将从原点发出向与z轴成arctan(b/hb)角度的方向前进的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为θihb，将通过出射面1033之后与z轴方向构成的角度设为θehb。

图8是示出上述光学元件的yz截面的图。

在图8所示的yz截面中，将从y轴上与原点相隔距离a的点1031a发出向z轴方向前进的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为θia，将通过出射面1033之后与z轴方向构成的角度设为θea。另外，将从点1031a到从点1031a引出的相对于xy面的垂线与入射面1031的交点的距离设为ha，将从原点发出向与z轴成arctan(a/ha)角度的方向前进的假想光线通过入射面1031之后与z轴方向构成的角度设为θiha，将通过出射面1033之后与z轴方向构成的角度设为θeha。

接着，对本发明的实施例的光学元件进行说明。

通过以下的式表示本发明实施例的光学元件的入射面的形状。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=0}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=0}{\mathrm{\Σ}}{A}_{\mathrm{ij}}\·x^i{y}^i---\left(1\right)$

c＝l/R

r²＝x²+y²

z是从入射面的顶点到入射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，Aij是包含xy的项的系数。i和j是系数的下标的整数。

通过以下的式表示本发明实施例的光学元件的出射面的形状。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A_{i}r}^i---\left(2\right)$

c＝l/R

r²＝x²+y²

z是从出射面的顶点到出射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，Ai是非球面系数。i是非球面系数的下标的整数。

在以下实施例和比较例的光学元件中使用的材料的折射率是1.49。

在以下实施例和比较例中，表示光源和光学元件的尺寸的标号如以下所述。

a从光源的中心(原点)到y轴方向的端部的y轴方向的距离

b从光源的中心(原点)到x轴方向的端部的x轴方向的距离

T光学元件的沿着z轴(中心轴)的厚度

h从光源的中心(原点)到入射面的顶点的距离

ha从光源的y轴方向的端部的点(点1031a)到从该点(1031a)引出的相对于xy面的垂线与入射面的交点的距离

hb从光源的x轴方向的端部的点(点1031b)到从该点(1031b)引出的相对于xy面的垂线与入射面的交点的距离

此外，在实施例和比较例中，长度的单位在没有另外规定的情况下为毫米。

实施例1

表1是表示实施例1的光源和光学元件的尺寸的表。

[表1]

a	1.25
		b	2.50
T	1.496
		h	4.123
ha	1.562
		hb	2.819

表2是表示式(1)的系数的表，该式(1)表示实施例1的光学元件的入射面。没有在表中示出的系数是0。

[表2]

系数	入射面
		c	-0.547
k	-1.120
		A02	1.122
A04	0.122
		A06	7.709E-10

表3是表示式(2)的系数的表，该式(2)表示实施例1的光学元件的出射面。没有在表中示出的系数是0。

[表3]

系数	射出面
		c	0.0247
k	-4.583
		A2	3.638E-03
A3	2.446E-04
		A4	1.359E-04
A5	5.064E-06
		A6	2.208E-06
A7	-3.484E-08
		A8	-9.437E-09
A9	-5.642E-11
		A10	-2.010E-10
A12	1.588E-12

图9是关于实施例1的光学元件示出θr与和之间的关系的图。图9的横轴表示θr，图9的纵轴表示和在0＜θr＜60°中，

φ_y＞φ_x。

图10是关于实施例1的光学元件示出θr与θex和θey之间的关系的图。图10的横轴表示θr，图10的纵轴表示θex和θey。在0＜θr＜60°中，

θ_ex＞θ_r

θ_ey＞θ_r。

表4是示出与实施例1的光学元件的光线有关的参数的表。

[表4]

	实施例1
		θia	36.7°
tan(θia)	0.746
		θib	18.3°
tan(θib)	0.331
		θea	51.4°
tan(θea)	1.252
		θeha	74.1°
tan(θeha)	3.511

图11是示出使用了实施例1的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。本照明单元具有将具备如图2所示的光学元件的光源排列成一列的结构。配置有光学元件的基板与被照射面的形状为长方形且尺寸相同。该长方形的x轴方向(图2和图11的水平方向)的长度是800毫米，y轴方向(图2和图11的垂直方向)的长度是450毫米。具备光学元件的光源列在x轴方向上，其位置是y轴方向的中心。具备光学元件的光源的数量为12个，它们之间的中心间隔是64毫米。另外，从光源到被照射面的z轴方向的距离是60毫米。

在图11中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

图12是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图的横轴表示y轴方向的座标，图12的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

根据图12，使用了实施例1的光学元件时的、y轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差小于35％。

图13是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图的横轴表示x轴方向的座标，图13的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

根据图13，使用了实施例1的光学元件时的、x轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差约为20％。

比较例

对实施例1的比较例进行说明。

表5是示出比较例的光源和光学元件的尺寸的表。

[表5]

a	1.25
		b	2.50
T	1.496
		h	4.123
ha	3.688
		hb	2.819

利用以下的式表示比较例的光学元件的入射面的形状。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}---\left(3\right)$

c＝l/R

r²＝x²+y²

z是从出射面的顶点到出射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数。

由式(3)可知，比较例的光学元件的入射面具有关于z轴对称的形状。比较例的光学元件的出射面具有与实施例1的光学元件的出射面相同的形状。

表6是示出式(3)的系数的表，该式(3)表示比较例的光学元件的入射面。

[表6]

系数	入射面
		c	-0.547
k	-1.120

表7是示出式(2)的系数的表，该式(2)表示比较例的光学元件的出射面。没有在表中示出的系数是0。

[表7]

系数	射出面
		c	0.0247
k	-4.583
		A02	3.638E-03
A03	2.446E-04
		A04	1.359E-04
A05	5.064E-06
		A06	2.208E-06
A07	-3.484E-08
		A08	-9.437E-09
A09	-5.642E-11
		A10	-2.010E-10
A12	1.588E-12

表8是示出与比较例的光学元件的光线有关的参数的表。

[表8]

	比较例
		θia	12.0°
tan(θia)	0.213
		θib	18.3°
tan(θib)	0.331
		θea	16.4°
tan(θea)	0.294
		θeha	34.5°
tan(θeha)	0.687

当比较表4和表8时，实施例1的光学元件的θea和θeha(参照图8)远远大于比较例的光学元件的θea和θeha。因此，实施例1的光学元件与比较例的光学元件相比，能够使光在y轴方向上更宽地扩散。

图14是示出使用了比较例的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。照明单元的结构与关于图11说明的使用了实施例1的光学元件的结构相同。

在图14中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

图15是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图15的横轴表示y轴方向的座标，图15的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

图16是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图16的横轴表示x轴方向的座标，图16的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

当对表示使用了实施例1的光学元件时的照度的图12与表示使用了比较例的光学元件时的照度的图15进行比较时，使用了图12所示的实施例1的光学元件时的y轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差小于35％，但使用了图15所示的比较例的光学元件时的y轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差大于80％。即，利用实施例1的光学元件使光在y轴方向上更宽地扩散，从而能够进行与比较例的光学元件相比更加均匀的照明。

实施例2

表9是示出实施例2的光源和光学元件的尺寸的表。

[表9]

a	0.80
		b	3.00
T	2.328
		h	3.156
ha	2.320
		hb	0.899

表10是示出式(1)的系数的表，该式(1)表示实施例2的光学元件的入射面。在表中未示出的系数是0。

[表10]

系数	入射面
		c	-0.525
k	-1.077
		A02	0.969
A04	0.118

表11是示出式(2)的系数的表，该式(2)表示实施例2的光学元件的出射面。没有在表中示出的系数是0。

[表11]

系数	射出面
		c	-0.1898
k	-26.459
		A2	-2.669E-02
A3	2.004E-03
		A4	-2.014E-04
A5	-6.360E-07
		A6	-1.604E-06
A8	5.289E-10
		A10	2.952E-12

图17是关于实施例2的光学元件示出θr与和之间的关系的图。是示出θr与和之间的关系的图。图17的横轴表示θr，图17的纵轴表示和在0＜θr＜60°中，

φ_y＞φ_x。

图18是关于实施例2的光学元件示出θr与θex和θey之间的关系的图。在0＜θr＜60°中，

θ_ex＞θ_r

θ_ey＞θ_r。

表12是示出与实施例2的光学元件的光线有关的参数的表。

[表12]

	实施例2
		θia	28.1°
tan(θia)	0.533
		θib	21.9°
tan(θib)	0.402
		θea	48.5°
tan(θea)	1.131
		θeha	67.6°
tan(θeha)	2.426

图19是示出使用了实施例2的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。照明单元的结构与关于图11说明的使用了实施例1的光学元件的结构相同。

在图19中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

图20是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图20的横轴表示y轴方向的座标，图20的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

根据图20，使用了实施例2的光学元件时的、y轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差小于35％。

图21是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图21的横轴表示x轴方向的座标，图21的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

根据图21，使用了实施例2的光学元件时的、x轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差约为30％。

实施例3

表13是示出实施例3的光源和光学元件的尺寸的表。

[表13]

a	1.27
		b	2.23
T	1.000
		h	4.887
ha	3.000
		hb	3.311

表14是示出式(1)的系数的表，该式(1)表示实施例3的光学元件的入射面。没有在表中示出的系数是0。

[表14]

系数	入射面
		c	-1.151
k	-0.948
		A20	-0.338
A02	0.622
		A40	0.012
A22	-1.001E-04
		A04	-0.028
A60	-1.669E-03

表15是示出式(2)的系数的表，该式(2)表示实施例3的光学元件的出射面。没有在表中示出的系数是0。

[表15]

系数	射出面
		c	0.0281
k	-1.206
		A02	1.636E-03
A03	-7.961E-04
		A04	8.571E-05
A05	-5.561E-06
		A06	2.543E-06
A07	-7.096E-08
		A08	1.968E-09
A09	1.419E-09
		A10	1.655E-10
A12	1.588E-12

图22是关于实施例3的光学元件示出θr与和之间的关系的图。是示出θr与和之间的关系的图。图22的横轴表示θr，图22的纵轴表示和在0＜θr＜60°中，

φ_y＞φ_x。

图23是关于实施例3的光学元件示出θr与θex和θey之间的关系的图。在0＜θr＜60°中，

θ_ex＞θ_r

θ_ey＞θ_r。

表16是示出与实施例3的光学元件的光线有关的参数的表。

[表16]

	实施例3
		θia	31.7°
tan(θia)	0.618
		θib	23.8°
tan(θib)	0.440
		θea	47.4°
tan(θea)	1.089
		θeha	65.4°
tan(θeha)	2.184

图24是示出使用了实施例3的光学元件的照明单元的被照射面的照度的图。照明单元的结构与关于图11说明的使用了实施例1的光学元件的结构相同。

在图24中示出浓度越高照度越低、浓度越低照度越高的情况。

图25是示出通过被照射面的中心的yz截面AA的照度的图。图25的横轴表示y轴方向的座标，图25的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

根据图25，使用了实施例2的光学元件时的、y轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差约为35％。

图26是示出通过被照射面的中心的xz截面BB的照度的图。图26的横轴表示x轴方向的座标，图26的纵轴表示将最大照度设为100％的归一化照度。

根据图26，使用了实施例3的光学元件时的、x轴方向的中心部的照度与周边部的照度之差约为20％。

实施例的总结

表17是示出与实施例和比较例的光线有关的参数的表。

n表示光学元件的材料的折射率。D表示从光源到被照射面的z轴方向的距离(参照图2)。Ymax表示从照明单元的x轴方向的边到最近的照明装置的列的中心的y轴方向的距离(参照图2)。Xp表示照明单元中的照明装置在x轴方向上的中心间隔(参照图2)。

[表17]

	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1
					n	1.49	1.49	1.49	1.49
D	60mm	60mm	60mm	60mm
					Ymax	225mm	225mm	225mm	225mm
Ymax/D	3.75	3.75	3.75	3.75
					Xp	64mm	64mm	64mm	64mm
Xp/D	1.067	1.067	1.067	1.067
					a	1.250mm	0.800mm	1.270mm	1.250mm
b	2.500mm	3.000mm	2.230mm	2.500mm
					ha	1.562mm	2.320mm	3.000mm	3.688mm
hb	2.819mm	0.899mm	3.311mm	2.819mm
					θia	36.7°	28.1°	31.7°	12.0°
tan(θia)	0.746	0.533	0.618	0.213
					θib	18.3°	21.9°	23.8°	18.3°
tan(θib)	0.331	0.402	0.440	0.331
					θea	51.4°	48.5°	47.4°	16.4°
tan(θea)	1.252	1.131	1.089	0.294
					θeb	23.9°	32.0°	33.5°	23.9°
tan(θeb)	0.443	0.625	0.663	0.443
					θeha	74.1°	67.6°	65.4°	34.5°
tan(θeha)	3.511	2.426	2.184	0.687
					θehb	60.2°	77.3°	67.5°	60.2°
tan(θehb)	1.746	4.437	2.414	1.746

与实施例1至3的光学元件的光线有关的参数满足以下关系：

θ_eha＞45°  (4)

θ_ea＞45°  (5)

θ_ia＞θ_ib  (6)

tan(θ_eha)＞2  (7)。

不等式(4)、(5)以及(7)是用于使光经由光学元件而在y轴方向上充分地扩散的条件。不等式(6)表示如下情况：从光源的y轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面上的y轴方向的扩散大于从光源的x轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面上的x轴方向的扩散。与此相对，比较例的光学元件不满足不等式(4)至(7)中的任意一个。

另外，与照明单元相关的参数满足以下的关系：

$\frac{Y_{\max }}{D}>\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{eha}}\right)---\left(8\right)$

$\frac{X_p}{D}>\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{eb}}\right)---\left(9\right).$

不等式(8)是在照明单元中用于规定光学元件的y轴方向的光线扩散的上限的不等式。当光线超过不等式(8)的上限而在y轴方向上扩散时，因为光线照射到被照射面的外侧，因此照射效率恶化。不等式(9)是在照明单元中用于规定光学元件的x轴方向的光线扩散的上限的不等式。在照明单元中，在x轴方向上配置多个光源，要求照度在x轴方向上的高均匀性。因此，通过限制从x轴方向的端部对xy面垂直地前进的光线在入射面上的x轴方向的扩散θeb的上限，提高照度在x轴方向上的均匀性。

其它的优选实施方式

实施例1至3的出射面的形状由式(2)来表示，是关于z轴对称的形状。也可以代替由式(2)表示的形状而成为关于z轴非对称的形状。例如，也可以将出射面的形状构成为，使yz截面的中心附近的形状成为缓缓的凸形状，并且不具有拐点而在yz截面的周边成为缓缓的凸形状，使xz截面的中心附近的形状成为缓缓的凹形状，并且经过拐点而在xz截面的周边成为凸形状。另外，还优选为在光学元件的内部不引起全反射的出射面的形状。

例如，也可以采用通过以下的式表示的出射面的形状。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=0}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=0}{\mathrm{\Σ}}{A}_{\mathrm{ij}}\·x^i{y}^i---\left(10\right)$

c＝l/R

r²＝x²+y²

z是从入射面的顶点到入射面上的点的z轴方向的距离。c是曲率，R是曲率半径，k是圆锥系数，Aij是包含xy的项的系数。i和j是系数的下标的整数。

表18和表19是示出式(10)的系数的表，该式(10)表示出射面。没有在表中示出的系数是0。

[表18]

系数	射出面
		c	0.000
k	0.000

[表19]

i	J	射出面
			2	0	-1.200E-01
0	2	8.336E-03
			4	0	2.880E-04
0	4	5.889E-04
			6	0	-2.292E-07
0	6	-2.103E-06
			8	0	7.101E-09
0	8	1.096E-08
			10	0	2.660E-11
0	10	-6.708E-10
			12	0	4.329E-13
0	12	1.137E-11

通过使出射面成为上述的形状，与通过式(2)表示的具有关于z轴对称的形状的出射面相比，能够在XY方向上进行自由度更高的光线的控制。

Claims (8)

1.一种光学元件，其具有：入射面，其形成为覆盖配置于平面上的假想光源；以及出射面，其覆盖该入射面，该光学元件构成为在来自该假想光源的光通过该入射面和该出射面之后照射到外部，其中，

将通过该假想光源的中心并与该平面垂直的轴作为z轴，规定在该平面内彼此正交并通过成为原点的该中心的x轴和y轴，

设该假想光源的x座标的最大值为b，y座标的最大值为a，

该入射面是将与z轴的交点作为顶点的盖状，

在包含x轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线在与该入射面的交点处与该入射面的法线构成的角度为设从x轴上与原点相隔距离b的点b发出并在z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为θib，

在包含y轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线在与该入射面的交点处与假想光线构成的角度为设从y轴上与原点相隔距离a的点a发出并在z轴方向上前进的假想光线通过该入射面之后与z轴方向构成的角度为θia，而且设通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θea，设从该点a到从该点a引出的相对于xy面的垂线与该入射面的交点的距离为ha，设从原点发出并在与z轴成arctan(a/ha)角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θeha，该入射面在0＜θr＜60°下满足

φ_y＞φ_x，

并且，满足

θ_eha＞45°

θ_ea＞45°

θ_ia＞θ_ib。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，

所述入射面还满足

tan(θ_eha)＞2。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其中，

在包含x轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θex，在包含y轴和z轴的截面中，设从原点发出并在与z轴成θr角度的方向上前进的假想光线通过该出射面之后与z轴方向构成的角度为θey，该入射面在0＜θr＜60°下，满足

θ_ex＞θ_r

θ_ey＞θ_r。

4.一种照明装置，其包含配置于平面上的光源和覆盖该光源的权利要求1至3中的任意一项所述的光学元件。

5.根据权利要求4所述的照明装置，其中，

所述光源在xy平面上的形状关于x轴和y轴线对称。

6.一种照明模块，其是将权利要求4或5所述的照明装置配置成x轴方向的一列或多列而构成的。

7.根据权利要求6所述的照明模块，其中，

所述照明模块具备具有x轴方向和y轴方向的边的长方形的面，设从x轴方向的边到最近的照明装置列的光源中心的y轴方向的距离为Ymax，设从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距离为D，满足

$\frac{Y_{\max }}{D}>\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{eha}}\right).$

8.根据权利要求6或7所述的照明模块，其中，

设照明装置的x轴方向的间隔为Xp，从配置有照明装置的面到被照射面的z轴方向的距离为D，满足

$\frac{X_p}{D}>\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{eb}}\right).$