配光分散制御型ＬＥＤ照明デバイス、装置及び照明方法
【課題】色ムラを抑制しつつ、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明を実現するＬＥＤ照明デバイスを提供する。
【解決手段】本ＬＥＤ照明デバイスは、少なくとも第１波長の光と第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いる。このうち均一化光学体は、混色光の配光角を制御する配光角制御レンズ部と、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受光して分散させる微小レンズ配列部とを有する。これら微小レンズの曲率半径Ｒ、隣接した微小レンズ間のピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方は、曲率半径Ｒについては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についてはレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっており、方向毎に混色光の分散が制御される。
【解決手段】本ＬＥＤ照明デバイスは、少なくとも第１波長の光と第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いる。このうち均一化光学体は、混色光の配光角を制御する配光角制御レンズ部と、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受光して分散させる微小レンズ配列部とを有する。これら微小レンズの曲率半径Ｒ、隣接した微小レンズ間のピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方は、曲率半径Ｒについては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についてはレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっており、方向毎に混色光の分散が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
広範に使用されている照明装置として、白熱灯及び蛍光灯が周知である。一方、近年、ＬＥＤを光源としたＬＥＤ照明装置が開発され、これら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。
【０００３】
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、環境問題対策上も有利である。
【０００４】
このＬＥＤ照明装置では、照明対象に適した照度及び照射範囲を有する照射光を得るために、配光制御が重要となる。この配光を考慮したＬＥＤ照明装置用の光源として、特許文献１には、基板上に配列した複数個のＬＥＤチップをアクリル樹脂で封止し、その上部にマイクロレンズ板を配置したＬＥＤ照明モジュールが開示されている。この光源（ＬＥＤ照明モジュール）自体に含まれるマイクロレンズ板によって、光源からの放射光の発光角度が−６０°（度）〜６０°の範囲内に制御される。
【０００５】
また、特許文献２には、基台に実装されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止する樹脂部と、ＬＥＤチップ及び樹脂部の上方に設置された蛍光体層と、さらにその上方に設置された複数の微小光学素子（マイクロレンズ又はマイクロプリズム）とを備えたＬＥＤ光源装置が開示されている。ここでも、この光源（ＬＥＤ光源装置）自体に含まれる微小光学素子によって、光源からの出射光の指向性が調整され、さらに光の取り出し効率の向上が図られている。
【０００６】
さらに、このようなＬＥＤ光源を利用したＬＥＤ照明装置として、特許文献３には、複数のＬＥＤ発光素子を備えた光源（ＬＥＤユニット）が、筐体内に設置され、この筐体の開口部に、プリズムシートと、蛍光板と、拡散板とを備えた表示灯（照明装置）が開示されている。プリズムシートには複数の微小プリズムが形成されており、光源からの放射光はこのプリズムシートによって６方向に分散される。これにより、蛍光板の入射面で光量が均一となる光が、蛍光板に入射可能となる。
【０００７】
また、特許文献４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６２２３２号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５８０２号公報
【特許文献３】特開平１０−２７４９４７号公報
【特許文献４】特開２０１０−９２７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、照射光における色ムラの発生は、依然として重大な問題となっている。
【００１０】
色ムラは、ＬＥＤ照明装置特有の問題であり、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深刻となる。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
この色ムラに対する処置として、特許文献１及び２の技術のようにマイクロレンズ又はマイクロプリズムを備えたＬＥＤ光源を利用したり、特許文献３の技術のようにＬＥＤ光源からの放射光をプリズムシートで分散させたりする方法が考えられる。さらに、光学系を経過した光を、光拡散シート（層）に通して拡散させる方法も考えられる。
【００１４】
しかしながら、これらの従来技術を用いた方法では、分散・拡散の結果、照射光の中心照度が低下してしまう。従って、照明対象が部屋等の所定の空間全体である場合に適した照明しか得られない。即ち、ある限られた照明対象物を中心にして必要な照度が確保される照射光を得ることが困難となる。一方、この状態で必要な照度を確保しようとすると、ＬＥＤ照明装置により大きな電力を投入せねばならず、低消費電力化に反してしまう。
【００１５】
また、特に光拡散シートを使用する場合、同シートの透過率を高めることに限界があり、照射光の損失が無視できなくなる。その結果、所望の照度の確保が更に困難となってしまう。実際、光拡散シートでは、樹脂中に混入された屈折率の異なるシリカ等の微粒子によって、光が拡散される。一方で、皺やうねり等を排除して取り扱い得る観点、更には作業性及び製造上の観点から、光拡散シートには少なくとも１００μｍ（マイクロメートル）オーダの厚みが要求される。その結果、照明光が相当の距離にわたって光学的異物を含む領域を伝播せねばならず、透過率が低減してしまう。
【００１６】
さらに、分散・拡散された照射光の照射範囲の形状も限定されてしまう。例えば、特許文献４に開示されているように、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、照射範囲は円形に限定される。その結果、例えば、照明対象である作業・展示スペースが四角形（矩形）領域である場合、円形照射範囲を、中心を揃えて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での照度が不足する。
【００１７】
一方、この円形照射範囲をより大きく取り、四角形領域を中に取り入れてしまうには、ＬＥＤ照明装置により大きな電力を投入せねばならず、低消費電力化に反してしまう。その上、実際に四角形領域を中に取り入れると、四角形領域の各辺中央部の外側にも光が不必要に照射されてしまい、電力消費の無駄も生じる。
【００１８】
以上言い換えれば、色ムラ対策として分散・拡散されたＬＥＤ照明装置からの照射光では、所望の照明対象に応じて、必要な照度が確保された無駄のない照明を設計・実現するのが困難となってしまう。
【００１９】
そこで、本発明は、色ムラを抑制しつつ、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明を実現するＬＥＤ照明デバイス、ＬＥＤ照明装置、及び照明方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によれば、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、この均一化光学体は、
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、
この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、又はこの曲率半径Ｒ及びこのピッチ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。
【００２１】
このＬＥＤ照明デバイスでは、均一化光学体によって、照射光の混色化・色均一化が促進され、ＬＥＤ光源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、均一化光学体によって、照射光の配光・分散が制御され、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明が実現される。
【００２２】
この本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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。さらに、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、混色光の分散が方向毎に制御されることも好ましい。
【００２３】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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、レンズ配列面内のレンズ頂点を結ぶ少なくとも１つの軸の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしていることも好ましい。
【００２４】
また、このように曲率半径Ｒ又はピッチＰが値を変化させ非均一な分布をなしている場合において、微小レンズ配列部のレンズ配列面が、少なくとも第１の領域と第２の領域とを有し、
（１）第１の領域では、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が取る値であって、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それぞれにおいて、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複数の軸の方向それぞれにおいて取る値からなる第１の組が設定され、
（２）第２の領域では、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が取る値であって、曲率半径の絶対値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それぞれにおいて、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複数の軸の方向それぞれにおいて取る値からなる第２の組であって、第１の組とは異なる第２の組が設定される
ことも好ましい。
【００２５】
以上に述べたように、本発明に係る均一化光学体の光学的構成（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、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。
【００２６】
また、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、微小レンズ配列部から放射される出射光の照明形状が、略正方形状、略長方形状、略楕円状、又は略十字状に制御されることも好ましい。さらに、微小レンズ配列部の出射面が、出射光を拡散させる光拡散膜で被覆されていることも好ましい。
【００２７】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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が好ましい。
【００２８】
また、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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°から４０°までの範囲内の値の配光角に制御することが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、配光角制御レンズ部は、少なくとも光源の発光面を内部に含む凹部であって、光源から放射される混色光が集光されるような入射角で入射する入射内面を有する凹部を備えていることが好ましい。
【００３０】
本発明によれば、さらに、以上に述べた複数のＬＥＤ照明デバイスを備えており、
これら複数のＬＥＤ照明デバイスの各々からの出射光が、互いに一部重畳しながら並ぶことによって照射光を形成し、この照射光による照明形状は、出射光による照明形状が互いに一部重畳しながら配列した形状となるＬＥＤ照明装置が提供される。
【００３１】
この本発明によるＬＥＤ照明装置においては、照射光による照明形状が、ＬＥＤ照明装置の長手方向に伸長した概ね長方形状となることも好ましい。
【００３２】
本発明によれば、さらにまた、以上に述べた複数のＬＥＤ照明デバイスと、これら複数のＬＥＤ照明デバイスが内部に並んで配置されたケースとを備えており、
このケースの外表面の少なくとも一部が、機械的強度を高める保護膜で被覆されているＬＥＤ照明装置が提供される。
【００３３】
この本発明によるＬＥＤ照明装置において、ケースが、このケース内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むプラスチックで形成されていることも好ましい。また、保護膜が、この保護膜内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むことも好ましい。さらに、ＬＥＤ照明装置がケース内に配置された複数のＬＥＤ照明デバイスと接する放熱部を更に備えていて、ケースの一部に、放熱部と部分的に接する凹凸が形成されていることも好ましい。
【００３４】
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た光源から放射される、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用いて照明を行う方法であって、
放射された混色光を、入射光が集光される入射面からレンズに入射させて、所定範囲内の値の配光角に制御し、
配列した複数の微小レンズであって、これら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複数の微小レンズを介して、配光角が制御された少なくとも混色光を方向毎に分散させ、均一化が促進された照明光を得る照明方法が提供される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のＬＥＤ照明デバイス、ＬＥＤ照明装置、及び照明方法によれば、色ムラを抑制しつつ、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】実施例２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例２におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【図５】実施例３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【図６】実施例４−１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例４−２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。
【図７】実施例４−３における微小レンズ配列を示した拡大写真、実施例４−３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例４−３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【図８】実施例５におけるレンズ配列面における微小レンズの配置を示した概略図、及び実施例５におけるＸＹ面内、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向での照度分布を示すグラフである。
【図９】市松模様をなす２種の正方形領域からなるレンズ配列面を有する微小レンズ配列部を示す概略図である。
【図１０】本発明によるＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す、正面図、断面図及び背面図である。
【図１１】本発明によるＬＥＤ照明装置における他の実施形態を示す、上面図及び正面図である。
【図１２】図１１の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明によるＬＥＤ照明装置における更なる他の実施形態を示す、上面図、正面図、側面図及び断面図である。
【図１４】微小レンズ配列部の出射面（発光面）に係る変更態様を示す断面概略図である。
【図１５】本発明によるＬＥＤ照明装置の照明形状に係る種々の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。なお、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。
【００３８】
［ＬＥＤ照明デバイス］
図１は、本発明による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ＸＹＺ座標系が示されている。
【００３９】
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態としてのＬＥＤ照明デバイス１０を示す。また、図１（Ｂ）は、ＬＥＤ照明デバイス１０における、ＺＸ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。
【００４０】
基台１１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、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。また、基台１１上にＬＥＤ光源１２に接する形で、放熱シート等のヒートシンクが設けられることも好ましい。
【００４１】
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、
（１）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。
【００４２】
変更態様として、ＬＥＤ光源１２は、
（２）それぞれ第1波長の光（例えば青色光）、第２波長の光（例えば緑色光）及び第３波長の光（例えば赤色光）を放射する３種類のＬＥＤチップを備えている、又は
（３）第１波長の光（例えば近紫外光又は紫色光）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それぞれ第２波長の光（例えば青色光）、第３波長の光（例えば緑色光）及び第４波長の光（例えば赤色光）を蛍光として発する３種類の蛍光体を含む樹脂を備えている
ものであってもよい。上記の均一化光学体１３によって、同様に照射光の混色化・色均一化が促進されるので、このようなＬＥＤ光源１２に起因する色ムラ発生を抑制可能となる。
【００４３】
また、上述した形態以外のＬＥＤ光源１２も採用可能である。例えば、青色ＬＥＤチップと、緑色蛍光体と、赤色蛍光体との組合せを有するＬＥＤ光源１２でもよい。いずれにしても、高い演色性（平均及び特殊演色評価数）を実現すべくＬＥＤ光源１２を選択することができる。ここで、上記の均一化光学体１３を用いることによって、本来演色性の高い光源からの放射光を十分に均一化して照明対象に照射し、所望の良好な色合い（白色の程度、鮮やかさ）を実現することが可能となる。
【００４４】
同じく図１（Ａ）及び（Ｂ）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。ＬＥＤ光源１２と均一化光学体１３とのＺ軸方向での間隔及びＸＹ面内での相対位置を、光源からの光束を光学体に最大限取り込み可能となるように、安定して調整可能となる設置方法であればよい。
【００４５】
図１（Ｂ）及び底面図である図１（Ｃ）によれば、各脚部１４における均一化光学体１３とは反対側の端に、突起１４ｐが設けられている。均一化光学体１３設置の際には、これら突起１４ｐが、基台１１上面における設計通りの位置に設けられた脚部挿入孔１１ｈに挿入される。これにより、デバイス組立時に、均一化光学体１３の光学的な位置決めが容易となる。尚当然に、突起１４ｐを用いずに位置決めして設置することも可能である。
【００４６】
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、後に詳述するように、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、微小レンズ配列部１３１は、上面図である図１（Ｄ）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。
【００５１】
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。変更態様として、個別に形成された配光角制御レンズ部１３０と微小レンズ配列部１３１とを、接面させて、又は所定の間隔をもって配置して、均一光学体１３とすることも可能である。しかしながら、一体に形成することによって、配光角制御レンズ部１３０と微小レンズ配列部１３１との間に光学的な境界（不連続部）を残すことがないので、不要な光損失を回避できる。
【００５２】
配光角制御レンズ部１３０、微小レンズ配列部１３１及び脚部１４を一体に形成する方法として、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、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。これにより、配光角制御レンズ部１３０、微小レンズ配列部１３１及び脚部１４が設計通りの位置関係に設定された均一光学体１３を、安定的に量産化することができ、安価に製造可能となる。また、デバイス組み立て時の部品点数が低減され、一体化した均一光学体１３を基台１１に取り付けるだけで、ＬＥＤ照明デバイス１０の光学系が完成する。
【００５３】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイス１０では、光源機能（ＬＥＤ光源１２）と配光・分散制御機能（均一化光学体１３）とが、完全に分離している。その結果、デバイス製造時での光学設計・調整が容易となり、歩留まり向上に貢献することができる。
【００５４】
［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。
【００５５】
図２（Ａ１）は、複数の微小レンズ１３１ｍの六角形配列を示す。また、図２（Ａ２）は、この六角形配列のＺＸ面による側面断面を示す。図２（Ａ１）及び（Ａ２）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。
【００５６】
各微小レンズ１３１ｍは、図２（Ａ１）及び（Ａ２）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、出射面の曲率半径をＲとする。ここで、出射面（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。
【００５７】
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２（Ａ１）においては、Ｙ軸方向の曲率半径ＲＹがＸ軸方向の曲率半径ＲＸよりも大きくなっており、また、Ｙ軸方向のピッチＰＹがＸ′軸方向のピッチＰＸよりも大きくなっている。
【００５８】
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２（Ａ１）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ＲＸ′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（ＲＹ＝ＲＸ）である場合、この比Ｐ／Ｒの上限値は、１.７３（√３）となる。
【００５９】
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全体として出射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の出射面は、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。
【００６０】
図２（Ｂ）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２（Ａ１）及び（Ａ２）と同様である。
【００６１】
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２（Ｂ）においては、Ｙ軸方向の曲率半径ＲＹがＸ軸方向の曲率半径ＲＸよりも大きくなっており、また、Ｙ軸方向のピッチＰＹがＸ軸方向のピッチＰＸよりも大きくなっている。
【００６２】
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２（Ｂ）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。
【００６３】
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（ＲＹ＝ＲＸ）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。
【００６４】
［実施例１：配光角・比Ｐ／Ｒ制御］
図３（Ａ）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３（Ｂ）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。
【００６５】
図３（Ａ）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／ｍ２））の角度分布を強度分布１５で示す。出射光強度は、図３（Ａ）では、最大値を１とした規格化強度となっている。
【００６６】
出射光の配光角θｄ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３（Ａ）の強度分布１５は、配光角θｄ＝４０°である出射光の分布となっている。
【００６７】
ここで、配光角θｄ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θｄ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θｄに制御することが好ましい。即ち、
（１） ５°≦θｄ≦４０°
であることが好ましい。
【００６８】
実際に、次いで図３（Ｂ）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θｄ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θｄを５°以上に設定することによって、そのような配光角θｄ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。
【００６９】
一方、配光角θｄ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θｄが４０°を超える光では、次いで説明する図３（Ｂ）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θｄ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。
【００７０】
以上、配光角θｄ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。
【００７１】
図３（Ｂ）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。
【００７２】
配光角制御レンズ部１３０からの出射光の配光角θｄ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２（Ａ１）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。
【００７３】
図３（Ｂ）によれば、比Ｐ／Ｒがゼロ（出射面が凹凸のない面）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。
【００７４】
ここで、図３（Ｂ）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２（Ａ１）及び（Ａ２）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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２（Ａ１）及び（Ｂ）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。
【００７７】
尚、配光角θｄが上式（１）（５°≦θｄ≦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°≦θｄ≦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。
【００７８】
［実施例２：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２の実験結果を示す。
【表１】
【００７９】
表１の実施例２では、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））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、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄ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ＲＸ及びＲＹはそれぞれ、図２（Ｂ）に示すように、微小レンズ１３１ｍのＺＸ面による断面及びＹＺ面による断面における曲率半径である。曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹはそれぞれ、同じく図２（Ｂ）に示すように、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、ＦＸ及びＦＹ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ＺＸ面及びＹＺ面による断面内に存在する母線同士が成す角度である。
【００８０】
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１（Ｂ）の一点鎖線）と、微小レンズ配列部１３１の出射面（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。
【００８１】
図４（Ａ）は、実施例２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図４（Ｂ）は、実施例２におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【００８２】
表１及び図４（Ａ）によれば、実施例２では、微小レンズ１３１ｍが長方形配列している。曲率半径ＲＸ及びＲＹは共に１.０ｍｍであって等しい。また、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹ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（ＰＸ／ＲＸ＝０.８、ＰＹ／ＲＹ＝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。
【００８３】
さらに、実施例２では、半値全角ＦＸ及びＦＹ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）ＸＹＺ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。
【００８４】
以上述べたように、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、図４（Ｂ）に示すように概ね長方形状となる。尚、図４（Ｂ）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。
【００８５】
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。
【００８６】
［実施例３：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３の実験結果を示す。
【表２】
【００８７】
表２の実施例３において、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄ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ＲＸ及びＲＹはそれぞれ、図２（Ａ）に示すように、微小レンズ１３１ｍのＺＸ面による断面及びＹＺ面による断面における曲率半径である。これら曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹはそれぞれ、図２（Ａ）に示すように、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、ＸＹ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、ＦＸ及びＦＹ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ＺＸ面及びＹＺ面による断面内に存在する母線同士が成す角度である。
【００８８】
図５（Ａ）は、実施例３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図５（Ｂ）は、実施例３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【００８９】
表２及び図５（Ａ）によれば、実施例３では、微小レンズ１３１ｍが六角形配列しており、曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹ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（ＰＸ／ＲＸ＝０.４、ＰＹ／ＲＹ＝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。
【００９０】
さらに、実施例３では、半値全角ＦＸ及びＦＹ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）ＸＹＺ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。
【００９１】
以上述べたように、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、図５（Ｂ）に示すように概ね楕円形状となる。尚、図５（Ｂ）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。
【００９２】
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。
【００９３】
［実施例４：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４の実験結果を示す。
【表３】
【００９４】
表３の実施例４−１、４−２及び４−３のいずれにおいても、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄ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ＲＸ及びＲＹ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。
【００９５】
図６（Ａ）は、実施例４−１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図６（Ｂ）は、実施例４−２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。
【００９６】
表３、図６（Ａ）及び（Ｂ）によれば、実施例４−１及び４−２では、微小レンズ１３１ｍが長方形配列しており、曲率半径ＲＸ及びＲＹは、実施例４−１でそれぞれ１.０ｍｍ及び１.０５ｍｍであり、実施例４−２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ＰＸ及びＰＹも、実施例４−１でそれぞれ０.８ｍｍ及び０.８４ｍｍであり、実施例４−２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４−１及び４−２では、これにより、比Ｐ／Ｒが等方的となる。即ち、実施例４−１ではＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ＝０.８となり、実施例４−２ではＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ＝１.２となる。
【００９７】
中心光度は、実施例４−１で２９０ｃｄであり、実施例４−２で１５０ｃｄであって、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４−１及び４−２では、半値全角ＦＸ及びＦＹも、実施例４−１で共に２４.５°であり、実施例４−２で共に３４.５°であって、同一値となる。
【００９８】
図７（Ａ）は、実施例４−３における微小レンズ配列を示した拡大写真である。また、図７（Ｂ）は、実施例４−３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図７（Ｃ）は、実施例４−３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【００９９】
表３、図７（Ａ）及び（Ｂ）によれば、実施例４−３でも、微小レンズ１３１ｍが長方形配列しており、曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹ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４−３でも、これにより、比Ｐ／Ｒが等方的となる（ＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ＝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。
【０１００】
さらに、実施例４−３では、半値全角ＦＸ及びＦＹ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）ＸＹＺ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。
【０１０１】
このように、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（ＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ）である実施例４−３では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、図７（Ｃ）に示すように概ね正方形状となる。尚、図７（Ｃ）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４−１及び４−２においても、図７（Ｃ）と同様の、概ね正方形状の照度分布が得られている。
【０１０２】
以上に述べた実施例４−１、４−２及び４−３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。
【０１０３】
尚、実施例４−１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、
（ＲＹ−ＲＸ）／ＲＸ（＝（ＰＹ−ＰＸ）／ＰＸ）＝＋０.０５（＋５％）
であり、実施例４−２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、
（ＲＹ−ＲＸ）／ＲＸ（＝（ＰＹ−ＰＸ）／ＰＸ）＝−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、照明形状を概ね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。
【０１０４】
［実施例５：微小レンズの長方形配列、レンズ配列面１３１ａの領域分割］
長方形配列した複数の微小レンズ１３１ｍを備えており、レンズ配列面１３１ａが曲率半径Ｒ及びピッチＰに関して互いに異なる領域に分割され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。実施例５においても、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。
【０１０５】
図８（Ａ）は、実施例５におけるレンズ配列面１３１ａにおける微小レンズ１３１ｍの配置を示した概略図である。また、図８（Ｂ）〜（Ｄ）は、実施例５におけるＸＹ面内、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向での照度分布を示すグラフである。
【０１０６】
実施例５では、図８（Ａ）に示すように、レンズ配列面１３１ａが、中央の光軸位置を通る分割線ｃｌを境界にして、曲率半径Ｒ及びピッチＰに関して互いに異なる領域ａ１及びａ２に分割されている。表４に、各領域での曲率半径Ｒ及びピッチＰを示す。
【表４】
【０１０７】
領域ａ１では、曲率半径ＲＸ及びＲＹは共に１.０ｍｍであり、一方、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹはそれぞれ、０.８ｍｍ及び１.２ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹはそれぞれ、０.８及び１.２となる。これに対して、領域ａ２では、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹが、領域ａ１から互いに入れ替わっており、それぞれ１.２ｍｍ及び０.８ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹも、領域ａ１から互いに入れ替わって、それぞれ１.２及び０.８となる。
【０１０８】
即ち、領域ａ１及び領域ａ２は、曲率半径Ｒ及びピッチＰに関する１つの配列パターンを、互いに９０°だけ向きが異なるようにそれぞれに配置した微小レンズ配列を有している。その結果、ピッチＰが、レンズ配列面１３１ａ内における１つの軸（Ｙ軸）の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしている。
【０１０９】
また、言い換えると、領域ａ１では、
第１の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：１.０，１.０，０.８，１.２）
が設定されており、領域ａ２では、この第１の値の組とは異なる
第２の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：１.０，１.０，１.２，０.８）
が設定されていることになる。
【０１１０】
尚、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。また、微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、図８（Ａ）に示すように、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄがなす円よりも十分に大きな面積を有する円状である。
【０１１１】
これら領域ａ１及び領域ａ２を備えた微小レンズ配列部１３１からの出射光が、照明対象平面を照射した際のＸＹ面内、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向での照度分布を、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示す。この出射光による照明形状は、図８（Ｂ）に示すように、概ね正方形状となる。実際、照度分布は、図８（Ｃ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において概ね一致する。
【０１１２】
さらに、領域ａ１及び領域ａ２において、比ＰＸ／ＲＸと比ＰＹ／ＲＹとの差をより大きく設定することによって、図８（Ｄ）に示すような十字形状の照明形状も得られる。これは、実施例２（図４（Ｂ））の照明形状に、当該照明形状を９０°回転させたものを重畳させた形状に相当する。
【０１１３】
さらに、レンズ配列面１３１ａの領域分割についての変更態様を説明する。図９は、市松模様をなす２種の正方形領域からなるレンズ配列面１３１ａを有する微小レンズ配列部１３１を示す概略図である。
【０１１４】
図９によれば、レンズ配列面１３１ａは、互いに市松模様をなす正方形領域ａ３及び正方形領域ａ４に分割されている。表５に、各正方形領域での曲率半径Ｒ及びピッチＰを示す。
【表５】
【０１１５】
正方形領域ａ3では、曲率半径ＲＸ及びＲＹはそれぞれ、２.０ｍｍ及び１.０ｍｍであり、一方、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹは共に０.８ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹはそれぞれ、０.４及び０.８となる。これに対して、正方形領域ａ４では、曲率半径ＲＸ及びＲＹが、正方形領域ａ３から互いに入れ替わっており、それぞれ１.０ｍｍ及び２.０ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹも、正方形領域ａ３から互いに入れ替わって、それぞれ０.８及び０.４となる。
【０１１６】
即ち、正方形領域ａ３及び正方形領域ａ４は、曲率半径Ｒ及びピッチＰに関する１つの配列パターンを、互いに９０°だけ向きが異なるようにそれぞれに配置した微小レンズ配列を有している。その結果、曲率半径Ｒが、レンズ配列面１３１ａ内の２つの軸（Ｘ軸及びＹ軸）の方向それぞれに沿って、値を変化させ非均一な分布をなしている。
【０１１７】
また、言い換えると、領域ａ３では、
第１の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：２.０，１.０，０.８，０.８）
が設定されており、領域ａ４では、この第１の値の組とは異なる
第２の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：１.０，２.０，０.８，０.８）
が設定されていることになる。
【０１１８】
尚、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。また、微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄがなす円よりも十分に大きな面積を有する円状である。
【０１１９】
これら正方形領域ａ３及び正方形領域ａ４が交互に並んで市松模様をなす微小レンズ配列部１３１からの出射光が、照明対象平面を照射した際の照明形状は、概ね正方形状となる。
【０１２０】
以上のように、レンズ配列面１３１ａが曲率半径Ｒ及びピッチＰに関して互いに異なる領域に分割されている実施例５及びその変更態様では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、概ね正方形状又は十字形状となる。従って、レンズ配列面１３１ａを複数の領域に分割することによって、照明形状を、正方形状、又は十字形状等の各領域による照明形状の重ね合わせ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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
また、ＬＥＤ照明デバイス１０においては、従来蛍光灯のような照明状態を実現する際に使用されていた、厚い光分散シートが不要となる。その結果、従来問題となっていた出射光の分散による損失を、大幅に低減することが可能となる。
【０１２３】
さらに、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。
【０１２４】
［ＬＥＤ照明装置］
図１０は、本発明によるＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す、正面図、断面図及び背面図である。ここで、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ面による断面を示す。
【０１２５】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）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。
【０１２６】
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。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、照明光となる。
【０１２７】
複数のＬＥＤ照明デバイス１０の基台１１は、互いに接触し連なって、又は所定の間隔をもって直線的に配置されている。変更態様として、これら複数の基台１１を１つの基板に統合し、この基板上に、複数のＬＥＤ光源１２と、複数の均一化光学体１３とを設置して複数のＬＥＤ照明デバイス１０としてもよい。
【０１２８】
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）のいずれをも採用可能であり、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可能である。
【０１２９】
図１０（Ｃ）に示すように、電源線１８は、例えば、ケース１６の底面端部に設けられた切れ込み開口部１６０を介して、基台１１から外部へ引き出される。この電源線１８と切れ込み開口部１６０との間、及び蓋体１７とケース１６の開口との間には、使用環境に応じて、接着剤、シール部材等を用いた防水・防油処置が施されることも好ましい。
【０１３０】
図１１は、本発明によるＬＥＤ照明装置における他の実施形態を示す、上面図及び正面図である。また、図１２は、図１１の実施形態を示す断面図である。ここで、図１２（Ａ）及び（Ｃ）は、図１１（Ａ）のＢ−Ｂ面による断面を示す。また、図１２（Ｂ）は、図１１（Ｂ）のＣ−Ｃ面による断面を示す。
【０１３１】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）によれば、ＬＥＤ照明装置２は、円筒ケース２０と、円筒ケース２０内に直列して配置された複数のＬＥＤ照明デバイス１０と、円筒ケース２０の両端それぞれに被せて設置された第１のキャップ２１及び第２のキャップ２２とを備えている。
【０１３２】
円筒ケース２０は、ポリカーボネート、ＰＥＴ、又はアクリル等を含む透明なプラスチック樹脂材料で形成されている。円筒ケース２０の厚さは、ＬＥＤ照明デバイス１０からの熱によるケース内での過度の温度上昇を抑制しＬＥＤ光源１２を保護する観点と、円筒ケース２０の機械的強度向上の観点から決定され、例えば、３００μｍとすることができる。
【０１３３】
さらに、円筒ケース２０は、上記プラスチック樹脂に屈折率の異なるシリカ等の微粒子等の光拡散材料が混入された材料で形成されていることも好ましい。これにより、円筒ケース２０内を伝播する、ＬＥＤ照明デバイス１０からの出射光を拡散し、光の均一化をより促進させることが可能となる。
【０１３４】
円筒ケース２０の外表面の少なくとも一部には、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成される例えば厚さ０.３μｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等である、高い硬度を有する保護膜が成膜されていてもよい。ＤＬＣ膜を保護膜とすることによって、円筒ケース２０の機械的強度が高まり、例えば、ＬＥＤ照明装置２が工作加工機械内で使用された場合に、飛来してくる切削粉等の衝突によって円筒ケース２０が傷付く事態を回避できる。また、ＤＬＣ膜の付着によって円筒ケース２０の熱伝導効率が向上し、過度の温度上昇が抑制可能となる。さらに、紫外線よりも短波長側の光の放射が、ＤＬＣ膜の吸収によって抑制され、より照明に適した光が得られる。
【０１３５】
さらに、保護膜として、各種光学系に利用されるハードコート膜を使用することも好ましい。ハードコート膜は、例えば、シリコーン系、シリコーンアクリル共重合体系、加水分解重合性ケイ素化合物系、又はフッ素系の化合物等を含む、単層膜又は多層膜である。
【０１３６】
さらに、このハードコート膜は、上記化合物に屈折率の異なるシリカ等の微粒子等の光拡散材料が混入された材料で形成されていることも好ましい。これにより、保護膜内を伝播する、ＬＥＤ照明デバイス１０からの出射光を拡散し、光の均一化をより促進させることが可能となる。また、これら微粒子がフィラーとして機能し、保護膜の耐摩耗性が向上する。
【０１３７】
円筒ケース２０の一端は、複数のＬＥＤ照明デバイス１０を挿入可能な開口端となっている。第１のキャップ２１は、電極ピン２１ｐを備えており、この開口端を覆うように設置され、円筒ケース２０を気密封止している。これに対して、円筒ケース２０の他端は、図１１（Ｃ）に示すように、開口を有さずに底をなす閉端となっている。第２のキャップ２２は、互いに電気的に絶縁されたダミー電極ピン２２ｐを備えており、この閉端を覆うように設置されている。従って、円筒ケース２０の組み立てにおいて、防水用の封止工程を必要とするのは、２つのキャップ取り付けのうち第１のキャップ取り付けに対してのみとなり、コスト・工数等の製造負担が軽減する。また、ＬＥＤ照明装置２は、これら電極ピン２１ｐ及びダミー電極ピン２２ｐを備えているので、従来の蛍光灯における蛍光管装着器具に装着可能となる。
【０１３８】
同じく図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態においては、従来の蛍光灯の照明状態を概ね再現するために、複数のＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、互いに接触し連なって配置されている。変更態様として、複数の基台１１を１つの基板に統合し、さらに、複数の微小レンズ配列部１３１を１つの微小レンズ配列連続体に統合し、この基板上に、複数のＬＥＤ光源１２と、１つの微小レンズ配列連続体とを設置して複数のＬＥＤ照明デバイス１０としてもよい。
【０１３９】
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）のいずれをも採用可能であり、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可能である。ここで、一実施例として、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄを３０°とし、微小レンズ１３１ｍを比Ｐ／Ｒ＝１で正方形配列させたところ、ＦＷＨＭが十分に大きく黄色リング等の色ムラが発生しない出射光を得ることができ、従来の蛍光灯の照明状態が概ね再現されることが確認された。尚、照明光の色合いは、均一化光学体１３の形成時に、着色したプラスチック樹脂を用いることによって調整できる。
【０１４０】
また、図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）によれば、カバーシート２３が、複数のＬＥＤ照明デバイス１０における、配列した微小レンズ１３１ｍの出射面（発光面）以外の部分を覆い込むように、円筒ケース２０内に設置されている。カバーシート２３は、屈折率の異なるシリカ等の微粒子が混入された樹脂層である光拡散シートであってもよい。このようなカバーシート２３を設置することによって、ＬＥＤ光源１２と、均一化光学体１３の出射面（発光面）以外の部分とが、円筒ケース２０の外側から透けて見えることがなくなる。これにより、ＬＥＤ照明装置２による照明を、従来の蛍光灯の照明状態に更に近づけることが可能となる。
【０１４１】
さらに、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）によれば、放熱部２４が、複数の基台１１におけるＬＥＤ光源１２とは反対側の底面に接面するように設置されている。放熱部２４は、アルミニウム若しくは銅等の金属材料で形成された板状物、又はシリコーン系、アクリル系、グラファイト系若しくは無機物系等の熱伝導シート（又はその積層体）であることが好ましい。また、図１２（Ｃ）に示すように、円筒ケース２０が、放熱部２４側に、凹凸部２５を有していることも好ましい。この凹凸部２５は、放熱部２４と部分的に（凹部の底で）接するように形成される。ここで、円筒ケース２０の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って凹凸が形成されていてもよく、それとは直交する方向に沿って（円筒ケース２０表面の円弧に沿って）凹凸が形成されていてもよい。これらの構成によって、ＬＥＤ照明デバイス１０からの熱を外部に効果的に発散させ、ケース内での過度の温度上昇を抑制して、ＬＥＤ光源１２を保護することが可能となる。
【０１４２】
図１３は、本発明によるＬＥＤ照明装置における更なる他の実施形態を示す、上面図、正面図、側面図及び断面図である。ここで、図１３（Ｄ）は、図１３（Ａ）のＤ−Ｄ面による断面を示す。
【０１４３】
図１３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）によれば、ＬＥＤ照明装置３は、デバイス設置台３０と、デバイス設置台３０を覆うように設けられた設置台カバー３１と、デバイス設置台３０に直列して配置された複数のＬＥＤ照明デバイス１０と、デバイス設置台３０及び設置台カバー３１の両端それぞれに設置された第１の封止キャップ３２及び第２の封止キャップ３３と、電源線３４とを備えている。
【０１４４】
デバイス設置台３０は、金型にアルミニウム等の高い熱伝導率を有する金属材料を圧入して鋳造されたダイキャストで形成されることができる。デバイス設置台３０は、複数のＬＥＤ照明デバイス１０を設置する箇所としての設置凹部３０１と、ＬＥＤ照明デバイス１０からの熱を効率良く発散させるための放熱溝部３０２とを有する。
【０１４５】
設置凹部３０１には、ＬＥＤ照明デバイス１０における均一化光学体１３の出射面（発光面）以外の部分が入り込むことが好ましい。これにより、同部分が設置台カバー３１の外側から見えることがなくなる。その結果、ＬＥＤ照明装置３による照明を、例えば、従来の蛍光灯の照明状態により近づけることが可能となる。このように、デバイス設置台３０は、ＬＥＤ照明装置２（図１１及び図１２）におけるカバーシート２３及び放熱部２４の機能をも兼ねる構成要素となっている。
【０１４６】
設置台カバー３１は、ポリカーボネート、ＰＥＴ、又はアクリル等を含む透明なプラスチック樹脂材料で形成されている。設置台カバー３１の厚さは、円筒ケース２０の厚さと同様に、例えば、３００μｍとすることができる。
【０１４７】
設置台カバー３１の外表面の少なくとも一部にも、円筒ケース２０（図１１及び図１２）と同じく、ＤＬＣ膜等である高い硬度を有する保護膜が成膜されていてもよい。さらに、この保護膜として、円筒ケース２０と同じく、各種光学系に利用されるハードコート膜を使用することも好ましい。
【０１４８】
第１の封止キャップ３２及び第２の封止キャップ３３は、デバイス設置台３０及び設置台カバー３１の両端それぞれに設置され、デバイス設置台３０及び設置台カバー３１で形成された内部空間を封止している。第１及び第２の封止キャップ３２及び３３は、アルミニウム等の金属材料、又はプラスチック材料で形成されており、図１３（Ａ）に示すように、装置固定孔３２０及び３３０を有していることも好ましい。また、図１３（Ｃ）に示すように、第１の封止キャップ３２に、配線孔３２１が形成されており、電源線３４が、この配線孔３２１を介して外部に引き出されている。
【０１４９】
また、本実施形態においても、従来の蛍光灯の照明状態を概ね再現するために、複数のＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、互いに接触し連なって配置されていてよい。また、変更態様として、複数の基台１１を１つの基板に統合したり、複数の微小レンズ配列部１３１を１つの微小レンズ配列連続体に統合したりすることも好ましい。さらに、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）のいずれをも採用可能であり、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可能である。
【０１５０】
図１４は、微小レンズ配列部１３１の出射面（発光面）に係る変更態様を示す断面概略図である。
【０１５１】
図１４によれば、ＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１（微小レンズ１３１ｍ）の出射面（発光面）１３１ｓ上に、光拡散膜１９が形成されている。光拡散膜１９は、例えば、平均粒径（レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径）が５μｍのシリカが混入されたアクリル樹脂から形成された、厚さ４０μｍの塗布膜とすることができる。このようなＬＥＤ照明デバイス１０を、ＬＥＤ照明装置１（図１０）、ＬＥＤ照明装置２（図１１及び図１２）、又はＬＥＤ照明装置３（図１３）に使用することによって、より拡散され均一化が促進された出射光が得られ、例えば、従来の蛍光灯の照明状態により近づけることが可能となる。
【０１５２】
［ＬＥＤ照明装置の照明形状］
図１５は、本発明によるＬＥＤ照明装置の照明形状に係る種々の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【０１５３】
図１５（Ａ）の実施形態によれば、照明装置として、ＬＥＤ照明装置１（図１０）、ＬＥＤ照明装置２（図１１及び図１２）又はＬＥＤ照明装置３（図１３）が用いられ、ＬＥＤ照明装置１、２又は３は、照明対象平面を照明している。ここで、ＬＥＤ照明装置１、２又は３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（微小レンズ配列部１３１）の光軸に垂直な平面となっている。
【０１５４】
ＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、実施例２、４−１、４−２、４−３、５、又は領域分割（実施例５）の変更態様（図９、表５）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４が照明対象平面上になす照明領域４０は、概ね長方形状又は正方形状となるように設定されている。
【０１５５】
この場合、ＬＥＤ照明装置１、２又は３から放射される照射光５は、出射光４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５が照明対象平面上になす照明領域５０は、照明領域４０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）に伸長した概ね長方形状となる。
【０１５６】
図１５（Ｂ）の実施形態によれば、照明装置内のＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、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６が照明対象平面上になす照明領域６０は、概ね楕円形状となるように設定されている。
【０１５７】
この場合、ＬＥＤ照明装置１、２又は３から放射される照射光７は、出射光６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７が照明対象平面上になす照明領域７０は、照明領域６０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（Ｘ軸方向）の両端辺が湾曲した長方形状となる。
【０１５８】
図１５（Ｃ）の実施形態によれば、照明装置内のＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、実施例２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８及び８′が照明対象平面上になす照明領域８０及び８０′は、概ね長方形状となるように設定されている。
【０１５９】
ここで、照明装置内において、照明領域８０をなすＬＥＤ照明デバイス１０と、照明領域８０′をなすＬＥＤ照明デバイス１０とは、交互に並んで列をなしている。照明領域８０をなすＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、例えば、実施例２の如く（ピッチＰＸ）＜（ピッチＰＹ）となっており、一方、照明領域８０′をなすＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、実施例２とは反対に（ピッチＰＸ）＞（ピッチＰＹ）となっている。
【０１６０】
この場合、ＬＥＤ照明装置１、２又は３から放射される照射光９は、出射光８及び８′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９が照明対象平面上になす照明領域９０は、照明領域８０及び８０′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（Ｘ軸方向）に伸長した概ね長方形状となる。
【０１６１】
ここで、照明領域９０内には、複数の照明領域８０′が互いに一部重畳して形成された照度のより高い長方形領域９０′が形成されている。すなわち、照明領域９０内において、特に照度を必要とする領域に合わせた形状を有する領域９０′を象ることも可能となる。
【０１６２】
さらに、照明形状及びその向き・サイズの点で互いに異なる種々のＬＥＤ照明デバイス１０を、様々な順序でＬＥＤ照明装置内に配列させることによって、照射光の照明形状を様々な形状に制御したり、照明形状内に種々の異なる照明形状を有する照度領域を形成したりすることも可能となる。
【０１６３】
以上述べた実施形態によれば、ＬＥＤ照明装置から、均一化の促進された、さらには照明形状が制御された照射光を得ることが可能となる。ここで、この照射光の照明形状を、照射対象の形状に合わせることによって、概ね照明対象のみを照明することができる。その結果、必要な照度が、必要なだけの範囲で、高い電力効率の下確保可能となる。
【０１６４】
なお、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。
【符号の説明】
【０１６５】
１、２、３ ＬＥＤ照明装置
１０ ＬＥＤ照明デバイス１０
１１ 基台
１２ ＬＥＤ光源
１３ 均一化光学体
１３０ 配光角制御レンズ部
１３０ｃ 凹部
１３０ｃｓ 入射内面
１３１ 微小レンズ配列部
１３１ａ レンズ配列面
１３１ｍ 微小レンズ
１４ 脚部
１５ 強度分布
１６ ケース
１７ 蓋体
１８、３４ 電源線
１９ 光拡散膜
２０ 円筒ケース
２１ 第１のキャップ
２１ｐ 電極ピン
２２ 第２のキャップ
２２ｐ ダミー電極ピン
２３ カバーシート
２４ 放熱部
２５ 凹凸部
３０ デバイス設置台
３０１ 設置凹部
３０２ 放熱溝部
３１ 設置台カバー
３２ 第１の封止キャップ
３３ 第２の封止キャップ
４、６、８、８′ 出射光
５、７、９ 照射光
４０、５０、６０、７０、８０、８０′、９０ 照明領域
９０′ 長方形領域
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
広範に使用されている照明装置として、白熱灯及び蛍光灯が周知である。一方、近年、ＬＥＤを光源としたＬＥＤ照明装置が開発され、これら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。
【０００３】
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、環境問題対策上も有利である。
【０００４】
このＬＥＤ照明装置では、照明対象に適した照度及び照射範囲を有する照射光を得るために、配光制御が重要となる。この配光を考慮したＬＥＤ照明装置用の光源として、特許文献１には、基板上に配列した複数個のＬＥＤチップをアクリル樹脂で封止し、その上部にマイクロレンズ板を配置したＬＥＤ照明モジュールが開示されている。この光源（ＬＥＤ照明モジュール）自体に含まれるマイクロレンズ板によって、光源からの放射光の発光角度が−６０°（度）〜６０°の範囲内に制御される。
【０００５】
また、特許文献２には、基台に実装されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止する樹脂部と、ＬＥＤチップ及び樹脂部の上方に設置された蛍光体層と、さらにその上方に設置された複数の微小光学素子（マイクロレンズ又はマイクロプリズム）とを備えたＬＥＤ光源装置が開示されている。ここでも、この光源（ＬＥＤ光源装置）自体に含まれる微小光学素子によって、光源からの出射光の指向性が調整され、さらに光の取り出し効率の向上が図られている。
【０００６】
さらに、このようなＬＥＤ光源を利用したＬＥＤ照明装置として、特許文献３には、複数のＬＥＤ発光素子を備えた光源（ＬＥＤユニット）が、筐体内に設置され、この筐体の開口部に、プリズムシートと、蛍光板と、拡散板とを備えた表示灯（照明装置）が開示されている。プリズムシートには複数の微小プリズムが形成されており、光源からの放射光はこのプリズムシートによって６方向に分散される。これにより、蛍光板の入射面で光量が均一となる光が、蛍光板に入射可能となる。
【０００７】
また、特許文献４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６２２３２号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５８０２号公報
【特許文献３】特開平１０−２７４９４７号公報
【特許文献４】特開２０１０−９２７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、照射光における色ムラの発生は、依然として重大な問題となっている。
【００１０】
色ムラは、ＬＥＤ照明装置特有の問題であり、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深刻となる。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
この色ムラに対する処置として、特許文献１及び２の技術のようにマイクロレンズ又はマイクロプリズムを備えたＬＥＤ光源を利用したり、特許文献３の技術のようにＬＥＤ光源からの放射光をプリズムシートで分散させたりする方法が考えられる。さらに、光学系を経過した光を、光拡散シート（層）に通して拡散させる方法も考えられる。
【００１４】
しかしながら、これらの従来技術を用いた方法では、分散・拡散の結果、照射光の中心照度が低下してしまう。従って、照明対象が部屋等の所定の空間全体である場合に適した照明しか得られない。即ち、ある限られた照明対象物を中心にして必要な照度が確保される照射光を得ることが困難となる。一方、この状態で必要な照度を確保しようとすると、ＬＥＤ照明装置により大きな電力を投入せねばならず、低消費電力化に反してしまう。
【００１５】
また、特に光拡散シートを使用する場合、同シートの透過率を高めることに限界があり、照射光の損失が無視できなくなる。その結果、所望の照度の確保が更に困難となってしまう。実際、光拡散シートでは、樹脂中に混入された屈折率の異なるシリカ等の微粒子によって、光が拡散される。一方で、皺やうねり等を排除して取り扱い得る観点、更には作業性及び製造上の観点から、光拡散シートには少なくとも１００μｍ（マイクロメートル）オーダの厚みが要求される。その結果、照明光が相当の距離にわたって光学的異物を含む領域を伝播せねばならず、透過率が低減してしまう。
【００１６】
さらに、分散・拡散された照射光の照射範囲の形状も限定されてしまう。例えば、特許文献４に開示されているように、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、照射範囲は円形に限定される。その結果、例えば、照明対象である作業・展示スペースが四角形（矩形）領域である場合、円形照射範囲を、中心を揃えて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での照度が不足する。
【００１７】
一方、この円形照射範囲をより大きく取り、四角形領域を中に取り入れてしまうには、ＬＥＤ照明装置により大きな電力を投入せねばならず、低消費電力化に反してしまう。その上、実際に四角形領域を中に取り入れると、四角形領域の各辺中央部の外側にも光が不必要に照射されてしまい、電力消費の無駄も生じる。
【００１８】
以上言い換えれば、色ムラ対策として分散・拡散されたＬＥＤ照明装置からの照射光では、所望の照明対象に応じて、必要な照度が確保された無駄のない照明を設計・実現するのが困難となってしまう。
【００１９】
そこで、本発明は、色ムラを抑制しつつ、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明を実現するＬＥＤ照明デバイス、ＬＥＤ照明装置、及び照明方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によれば、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、この均一化光学体は、
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、
この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、又はこの曲率半径Ｒ及びこのピッチ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。
【００２１】
このＬＥＤ照明デバイスでは、均一化光学体によって、照射光の混色化・色均一化が促進され、ＬＥＤ光源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、均一化光学体によって、照射光の配光・分散が制御され、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明が実現される。
【００２２】
この本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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。さらに、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、混色光の分散が方向毎に制御されることも好ましい。
【００２３】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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、レンズ配列面内のレンズ頂点を結ぶ少なくとも１つの軸の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしていることも好ましい。
【００２４】
また、このように曲率半径Ｒ又はピッチＰが値を変化させ非均一な分布をなしている場合において、微小レンズ配列部のレンズ配列面が、少なくとも第１の領域と第２の領域とを有し、
（１）第１の領域では、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が取る値であって、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それぞれにおいて、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複数の軸の方向それぞれにおいて取る値からなる第１の組が設定され、
（２）第２の領域では、曲率半径Ｒ、ピッチＰ、又は曲率半径Ｒ及びピッチＰの両方が取る値であって、曲率半径の絶対値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それぞれにおいて、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複数の軸の方向それぞれにおいて取る値からなる第２の組であって、第１の組とは異なる第２の組が設定される
ことも好ましい。
【００２５】
以上に述べたように、本発明に係る均一化光学体の光学的構成（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、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。
【００２６】
また、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、微小レンズ配列部から放射される出射光の照明形状が、略正方形状、略長方形状、略楕円状、又は略十字状に制御されることも好ましい。さらに、微小レンズ配列部の出射面が、出射光を拡散させる光拡散膜で被覆されていることも好ましい。
【００２７】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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が好ましい。
【００２８】
また、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、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°から４０°までの範囲内の値の配光角に制御することが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイスにおいて、配光角制御レンズ部は、少なくとも光源の発光面を内部に含む凹部であって、光源から放射される混色光が集光されるような入射角で入射する入射内面を有する凹部を備えていることが好ましい。
【００３０】
本発明によれば、さらに、以上に述べた複数のＬＥＤ照明デバイスを備えており、
これら複数のＬＥＤ照明デバイスの各々からの出射光が、互いに一部重畳しながら並ぶことによって照射光を形成し、この照射光による照明形状は、出射光による照明形状が互いに一部重畳しながら配列した形状となるＬＥＤ照明装置が提供される。
【００３１】
この本発明によるＬＥＤ照明装置においては、照射光による照明形状が、ＬＥＤ照明装置の長手方向に伸長した概ね長方形状となることも好ましい。
【００３２】
本発明によれば、さらにまた、以上に述べた複数のＬＥＤ照明デバイスと、これら複数のＬＥＤ照明デバイスが内部に並んで配置されたケースとを備えており、
このケースの外表面の少なくとも一部が、機械的強度を高める保護膜で被覆されているＬＥＤ照明装置が提供される。
【００３３】
この本発明によるＬＥＤ照明装置において、ケースが、このケース内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むプラスチックで形成されていることも好ましい。また、保護膜が、この保護膜内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むことも好ましい。さらに、ＬＥＤ照明装置がケース内に配置された複数のＬＥＤ照明デバイスと接する放熱部を更に備えていて、ケースの一部に、放熱部と部分的に接する凹凸が形成されていることも好ましい。
【００３４】
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た光源から放射される、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用いて照明を行う方法であって、
放射された混色光を、入射光が集光される入射面からレンズに入射させて、所定範囲内の値の配光角に制御し、
配列した複数の微小レンズであって、これら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複数の微小レンズを介して、配光角が制御された少なくとも混色光を方向毎に分散させ、均一化が促進された照明光を得る照明方法が提供される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のＬＥＤ照明デバイス、ＬＥＤ照明装置、及び照明方法によれば、色ムラを抑制しつつ、照明対象に応じて必要な照度を確保可能な電力効率の良い照明が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】実施例２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例２におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【図５】実施例３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【図６】実施例４−１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例４−２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。
【図７】実施例４−３における微小レンズ配列を示した拡大写真、実施例４−３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフ、及び実施例４−３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【図８】実施例５におけるレンズ配列面における微小レンズの配置を示した概略図、及び実施例５におけるＸＹ面内、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向での照度分布を示すグラフである。
【図９】市松模様をなす２種の正方形領域からなるレンズ配列面を有する微小レンズ配列部を示す概略図である。
【図１０】本発明によるＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す、正面図、断面図及び背面図である。
【図１１】本発明によるＬＥＤ照明装置における他の実施形態を示す、上面図及び正面図である。
【図１２】図１１の実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明によるＬＥＤ照明装置における更なる他の実施形態を示す、上面図、正面図、側面図及び断面図である。
【図１４】微小レンズ配列部の出射面（発光面）に係る変更態様を示す断面概略図である。
【図１５】本発明によるＬＥＤ照明装置の照明形状に係る種々の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。なお、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。
【００３８】
［ＬＥＤ照明デバイス］
図１は、本発明による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ＸＹＺ座標系が示されている。
【００３９】
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態としてのＬＥＤ照明デバイス１０を示す。また、図１（Ｂ）は、ＬＥＤ照明デバイス１０における、ＺＸ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。
【００４０】
基台１１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、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。また、基台１１上にＬＥＤ光源１２に接する形で、放熱シート等のヒートシンクが設けられることも好ましい。
【００４１】
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、
（１）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。
【００４２】
変更態様として、ＬＥＤ光源１２は、
（２）それぞれ第1波長の光（例えば青色光）、第２波長の光（例えば緑色光）及び第３波長の光（例えば赤色光）を放射する３種類のＬＥＤチップを備えている、又は
（３）第１波長の光（例えば近紫外光又は紫色光）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それぞれ第２波長の光（例えば青色光）、第３波長の光（例えば緑色光）及び第４波長の光（例えば赤色光）を蛍光として発する３種類の蛍光体を含む樹脂を備えている
ものであってもよい。上記の均一化光学体１３によって、同様に照射光の混色化・色均一化が促進されるので、このようなＬＥＤ光源１２に起因する色ムラ発生を抑制可能となる。
【００４３】
また、上述した形態以外のＬＥＤ光源１２も採用可能である。例えば、青色ＬＥＤチップと、緑色蛍光体と、赤色蛍光体との組合せを有するＬＥＤ光源１２でもよい。いずれにしても、高い演色性（平均及び特殊演色評価数）を実現すべくＬＥＤ光源１２を選択することができる。ここで、上記の均一化光学体１３を用いることによって、本来演色性の高い光源からの放射光を十分に均一化して照明対象に照射し、所望の良好な色合い（白色の程度、鮮やかさ）を実現することが可能となる。
【００４４】
同じく図１（Ａ）及び（Ｂ）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。ＬＥＤ光源１２と均一化光学体１３とのＺ軸方向での間隔及びＸＹ面内での相対位置を、光源からの光束を光学体に最大限取り込み可能となるように、安定して調整可能となる設置方法であればよい。
【００４５】
図１（Ｂ）及び底面図である図１（Ｃ）によれば、各脚部１４における均一化光学体１３とは反対側の端に、突起１４ｐが設けられている。均一化光学体１３設置の際には、これら突起１４ｐが、基台１１上面における設計通りの位置に設けられた脚部挿入孔１１ｈに挿入される。これにより、デバイス組立時に、均一化光学体１３の光学的な位置決めが容易となる。尚当然に、突起１４ｐを用いずに位置決めして設置することも可能である。
【００４６】
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、後に詳述するように、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、微小レンズ配列部１３１は、上面図である図１（Ｄ）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。
【００５１】
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。変更態様として、個別に形成された配光角制御レンズ部１３０と微小レンズ配列部１３１とを、接面させて、又は所定の間隔をもって配置して、均一光学体１３とすることも可能である。しかしながら、一体に形成することによって、配光角制御レンズ部１３０と微小レンズ配列部１３１との間に光学的な境界（不連続部）を残すことがないので、不要な光損失を回避できる。
【００５２】
配光角制御レンズ部１３０、微小レンズ配列部１３１及び脚部１４を一体に形成する方法として、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、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。これにより、配光角制御レンズ部１３０、微小レンズ配列部１３１及び脚部１４が設計通りの位置関係に設定された均一光学体１３を、安定的に量産化することができ、安価に製造可能となる。また、デバイス組み立て時の部品点数が低減され、一体化した均一光学体１３を基台１１に取り付けるだけで、ＬＥＤ照明デバイス１０の光学系が完成する。
【００５３】
さらに、本発明によるＬＥＤ照明デバイス１０では、光源機能（ＬＥＤ光源１２）と配光・分散制御機能（均一化光学体１３）とが、完全に分離している。その結果、デバイス製造時での光学設計・調整が容易となり、歩留まり向上に貢献することができる。
【００５４】
［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。
【００５５】
図２（Ａ１）は、複数の微小レンズ１３１ｍの六角形配列を示す。また、図２（Ａ２）は、この六角形配列のＺＸ面による側面断面を示す。図２（Ａ１）及び（Ａ２）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。
【００５６】
各微小レンズ１３１ｍは、図２（Ａ１）及び（Ａ２）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、出射面の曲率半径をＲとする。ここで、出射面（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。
【００５７】
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２（Ａ１）においては、Ｙ軸方向の曲率半径ＲＹがＸ軸方向の曲率半径ＲＸよりも大きくなっており、また、Ｙ軸方向のピッチＰＹがＸ′軸方向のピッチＰＸよりも大きくなっている。
【００５８】
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２（Ａ１）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ＲＸ′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（ＲＹ＝ＲＸ）である場合、この比Ｐ／Ｒの上限値は、１.７３（√３）となる。
【００５９】
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全体として出射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の出射面は、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。
【００６０】
図２（Ｂ）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２（Ａ１）及び（Ａ２）と同様である。
【００６１】
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２（Ｂ）においては、Ｙ軸方向の曲率半径ＲＹがＸ軸方向の曲率半径ＲＸよりも大きくなっており、また、Ｙ軸方向のピッチＰＹがＸ軸方向のピッチＰＸよりも大きくなっている。
【００６２】
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２（Ｂ）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。
【００６３】
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（ＲＹ＝ＲＸ）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。
【００６４】
［実施例１：配光角・比Ｐ／Ｒ制御］
図３（Ａ）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３（Ｂ）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。
【００６５】
図３（Ａ）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／ｍ２））の角度分布を強度分布１５で示す。出射光強度は、図３（Ａ）では、最大値を１とした規格化強度となっている。
【００６６】
出射光の配光角θｄ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３（Ａ）の強度分布１５は、配光角θｄ＝４０°である出射光の分布となっている。
【００６７】
ここで、配光角θｄ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θｄ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θｄに制御することが好ましい。即ち、
（１） ５°≦θｄ≦４０°
であることが好ましい。
【００６８】
実際に、次いで図３（Ｂ）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θｄ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θｄを５°以上に設定することによって、そのような配光角θｄ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。
【００６９】
一方、配光角θｄ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θｄが４０°を超える光では、次いで説明する図３（Ｂ）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θｄ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。
【００７０】
以上、配光角θｄ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。
【００７１】
図３（Ｂ）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。
【００７２】
配光角制御レンズ部１３０からの出射光の配光角θｄ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２（Ａ１）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。
【００７３】
図３（Ｂ）によれば、比Ｐ／Ｒがゼロ（出射面が凹凸のない面）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。
【００７４】
ここで、図３（Ｂ）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２（Ａ１）及び（Ａ２）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。
【００７５】
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。
【００７６】
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２（Ａ１）及び（Ｂ）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。
【００７７】
尚、配光角θｄが上式（１）（５°≦θｄ≦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°≦θｄ≦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。
【００７８】
［実施例２：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２の実験結果を示す。
【表１】
【００７９】
表１の実施例２では、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））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、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄ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ＲＸ及びＲＹはそれぞれ、図２（Ｂ）に示すように、微小レンズ１３１ｍのＺＸ面による断面及びＹＺ面による断面における曲率半径である。曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹはそれぞれ、同じく図２（Ｂ）に示すように、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、ＦＸ及びＦＹ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ＺＸ面及びＹＺ面による断面内に存在する母線同士が成す角度である。
【００８０】
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１（Ｂ）の一点鎖線）と、微小レンズ配列部１３１の出射面（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。
【００８１】
図４（Ａ）は、実施例２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図４（Ｂ）は、実施例２におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【００８２】
表１及び図４（Ａ）によれば、実施例２では、微小レンズ１３１ｍが長方形配列している。曲率半径ＲＸ及びＲＹは共に１.０ｍｍであって等しい。また、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹ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（ＰＸ／ＲＸ＝０.８、ＰＹ／ＲＹ＝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。
【００８３】
さらに、実施例２では、半値全角ＦＸ及びＦＹ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）ＸＹＺ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。
【００８４】
以上述べたように、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、図４（Ｂ）に示すように概ね長方形状となる。尚、図４（Ｂ）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。
【００８５】
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。
【００８６】
［実施例３：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３の実験結果を示す。
【表２】
【００８７】
表２の実施例３において、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄ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ＲＸ及びＲＹはそれぞれ、図２（Ａ）に示すように、微小レンズ１３１ｍのＺＸ面による断面及びＹＺ面による断面における曲率半径である。これら曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹはそれぞれ、図２（Ａ）に示すように、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、ＸＹ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、ＦＸ及びＦＹ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ＺＸ面及びＹＺ面による断面内に存在する母線同士が成す角度である。
【００８８】
図５（Ａ）は、実施例３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図５（Ｂ）は、実施例３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【００８９】
表２及び図５（Ａ）によれば、実施例３では、微小レンズ１３１ｍが六角形配列しており、曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹ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（ＰＸ／ＲＸ＝０.４、ＰＹ／ＲＹ＝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。
【００９０】
さらに、実施例３では、半値全角ＦＸ及びＦＹ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）ＸＹＺ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。
【００９１】
以上述べたように、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、図５（Ｂ）に示すように概ね楕円形状となる。尚、図５（Ｂ）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。
【００９２】
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。
【００９３】
［実施例４：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４の実験結果を示す。
【表３】
【００９４】
表３の実施例４−１、４−２及び４−３のいずれにおいても、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄ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ＲＸ及びＲＹ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。
【００９５】
図６（Ａ）は、実施例４−１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図６（Ｂ）は、実施例４−２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。
【００９６】
表３、図６（Ａ）及び（Ｂ）によれば、実施例４−１及び４−２では、微小レンズ１３１ｍが長方形配列しており、曲率半径ＲＸ及びＲＹは、実施例４−１でそれぞれ１.０ｍｍ及び１.０５ｍｍであり、実施例４−２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ＰＸ及びＰＹも、実施例４−１でそれぞれ０.８ｍｍ及び０.８４ｍｍであり、実施例４−２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４−１及び４−２では、これにより、比Ｐ／Ｒが等方的となる。即ち、実施例４−１ではＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ＝０.８となり、実施例４−２ではＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ＝１.２となる。
【００９７】
中心光度は、実施例４−１で２９０ｃｄであり、実施例４−２で１５０ｃｄであって、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４−１及び４−２では、半値全角ＦＸ及びＦＹも、実施例４−１で共に２４.５°であり、実施例４−２で共に３４.５°であって、同一値となる。
【００９８】
図７（Ａ）は、実施例４−３における微小レンズ配列を示した拡大写真である。また、図７（Ｂ）は、実施例４−３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれでの出射光の光度分布を示すグラフである。また、図７（Ｃ）は、実施例４−３におけるＸＹ面内での照度分布を示すグラフである。
【００９９】
表３、図７（Ａ）及び（Ｂ）によれば、実施例４−３でも、微小レンズ１３１ｍが長方形配列しており、曲率半径ＲＸ及びＲＹ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ＰＸ及びＰＹ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４−３でも、これにより、比Ｐ／Ｒが等方的となる（ＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ＝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。
【０１００】
さらに、実施例４−３では、半値全角ＦＸ及びＦＹ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）ＸＹＺ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。
【０１０１】
このように、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（ＰＸ／ＲＸ＝ＰＹ／ＲＹ）である実施例４−３では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、図７（Ｃ）に示すように概ね正方形状となる。尚、図７（Ｃ）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４−１及び４−２においても、図７（Ｃ）と同様の、概ね正方形状の照度分布が得られている。
【０１０２】
以上に述べた実施例４−１、４−２及び４−３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。
【０１０３】
尚、実施例４−１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、
（ＲＹ−ＲＸ）／ＲＸ（＝（ＰＹ−ＰＸ）／ＰＸ）＝＋０.０５（＋５％）
であり、実施例４−２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、
（ＲＹ−ＲＸ）／ＲＸ（＝（ＰＹ−ＰＸ）／ＰＸ）＝−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、照明形状を概ね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。
【０１０４】
［実施例５：微小レンズの長方形配列、レンズ配列面１３１ａの領域分割］
長方形配列した複数の微小レンズ１３１ｍを備えており、レンズ配列面１３１ａが曲率半径Ｒ及びピッチＰに関して互いに異なる領域に分割され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。実施例５においても、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。
【０１０５】
図８（Ａ）は、実施例５におけるレンズ配列面１３１ａにおける微小レンズ１３１ｍの配置を示した概略図である。また、図８（Ｂ）〜（Ｄ）は、実施例５におけるＸＹ面内、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向での照度分布を示すグラフである。
【０１０６】
実施例５では、図８（Ａ）に示すように、レンズ配列面１３１ａが、中央の光軸位置を通る分割線ｃｌを境界にして、曲率半径Ｒ及びピッチＰに関して互いに異なる領域ａ１及びａ２に分割されている。表４に、各領域での曲率半径Ｒ及びピッチＰを示す。
【表４】
【０１０７】
領域ａ１では、曲率半径ＲＸ及びＲＹは共に１.０ｍｍであり、一方、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹはそれぞれ、０.８ｍｍ及び１.２ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹはそれぞれ、０.８及び１.２となる。これに対して、領域ａ２では、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹが、領域ａ１から互いに入れ替わっており、それぞれ１.２ｍｍ及び０.８ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹも、領域ａ１から互いに入れ替わって、それぞれ１.２及び０.８となる。
【０１０８】
即ち、領域ａ１及び領域ａ２は、曲率半径Ｒ及びピッチＰに関する１つの配列パターンを、互いに９０°だけ向きが異なるようにそれぞれに配置した微小レンズ配列を有している。その結果、ピッチＰが、レンズ配列面１３１ａ内における１つの軸（Ｙ軸）の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしている。
【０１０９】
また、言い換えると、領域ａ１では、
第１の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：１.０，１.０，０.８，１.２）
が設定されており、領域ａ２では、この第１の値の組とは異なる
第２の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：１.０，１.０，１.２，０.８）
が設定されていることになる。
【０１１０】
尚、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。また、微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、図８（Ａ）に示すように、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄがなす円よりも十分に大きな面積を有する円状である。
【０１１１】
これら領域ａ１及び領域ａ２を備えた微小レンズ配列部１３１からの出射光が、照明対象平面を照射した際のＸＹ面内、並びにＸ軸方向及びＹ軸方向での照度分布を、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示す。この出射光による照明形状は、図８（Ｂ）に示すように、概ね正方形状となる。実際、照度分布は、図８（Ｃ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において概ね一致する。
【０１１２】
さらに、領域ａ１及び領域ａ２において、比ＰＸ／ＲＸと比ＰＹ／ＲＹとの差をより大きく設定することによって、図８（Ｄ）に示すような十字形状の照明形状も得られる。これは、実施例２（図４（Ｂ））の照明形状に、当該照明形状を９０°回転させたものを重畳させた形状に相当する。
【０１１３】
さらに、レンズ配列面１３１ａの領域分割についての変更態様を説明する。図９は、市松模様をなす２種の正方形領域からなるレンズ配列面１３１ａを有する微小レンズ配列部１３１を示す概略図である。
【０１１４】
図９によれば、レンズ配列面１３１ａは、互いに市松模様をなす正方形領域ａ３及び正方形領域ａ４に分割されている。表５に、各正方形領域での曲率半径Ｒ及びピッチＰを示す。
【表５】
【０１１５】
正方形領域ａ3では、曲率半径ＲＸ及びＲＹはそれぞれ、２.０ｍｍ及び１.０ｍｍであり、一方、微小レンズ間のピッチＰＸ及びＰＹは共に０.８ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹはそれぞれ、０.４及び０.８となる。これに対して、正方形領域ａ４では、曲率半径ＲＸ及びＲＹが、正方形領域ａ３から互いに入れ替わっており、それぞれ１.０ｍｍ及び２.０ｍｍである。従って、比ＰＸ／ＲＸ及び比ＰＹ／ＲＹも、正方形領域ａ３から互いに入れ替わって、それぞれ０.８及び０.４となる。
【０１１６】
即ち、正方形領域ａ３及び正方形領域ａ４は、曲率半径Ｒ及びピッチＰに関する１つの配列パターンを、互いに９０°だけ向きが異なるようにそれぞれに配置した微小レンズ配列を有している。その結果、曲率半径Ｒが、レンズ配列面１３１ａ内の２つの軸（Ｘ軸及びＹ軸）の方向それぞれに沿って、値を変化させ非均一な分布をなしている。
【０１１７】
また、言い換えると、領域ａ３では、
第１の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：２.０，１.０，０.８，０.８）
が設定されており、領域ａ４では、この第１の値の組とは異なる
第２の値の組（ＲＸ，ＲＹ，ＰＸ，ＰＹ：１.０，２.０，０.８，０.８）
が設定されていることになる。
【０１１８】
尚、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄは、９°であり、配光角制御レンズ部１３０のレンズ径ｄｄ（図１（Ｃ））は、２３ｍｍである。また、微小レンズ配列部１３１（レンズ配列面１３１ａ）の形状は、ＸＹ面内において、このレンズ径ｄｄがなす円よりも十分に大きな面積を有する円状である。
【０１１９】
これら正方形領域ａ３及び正方形領域ａ４が交互に並んで市松模様をなす微小レンズ配列部１３１からの出射光が、照明対象平面を照射した際の照明形状は、概ね正方形状となる。
【０１２０】
以上のように、レンズ配列面１３１ａが曲率半径Ｒ及びピッチＰに関して互いに異なる領域に分割されている実施例５及びその変更態様では、出射光が照明対象平面を照射した際の照明形状は、概ね正方形状又は十字形状となる。従って、レンズ配列面１３１ａを複数の領域に分割することによって、照明形状を、正方形状、又は十字形状等の各領域による照明形状の重ね合わせ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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
また、ＬＥＤ照明デバイス１０においては、従来蛍光灯のような照明状態を実現する際に使用されていた、厚い光分散シートが不要となる。その結果、従来問題となっていた出射光の分散による損失を、大幅に低減することが可能となる。
【０１２３】
さらに、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。
【０１２４】
［ＬＥＤ照明装置］
図１０は、本発明によるＬＥＤ照明装置の一実施形態を示す、正面図、断面図及び背面図である。ここで、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ面による断面を示す。
【０１２５】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）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。
【０１２６】
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。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、照明光となる。
【０１２７】
複数のＬＥＤ照明デバイス１０の基台１１は、互いに接触し連なって、又は所定の間隔をもって直線的に配置されている。変更態様として、これら複数の基台１１を１つの基板に統合し、この基板上に、複数のＬＥＤ光源１２と、複数の均一化光学体１３とを設置して複数のＬＥＤ照明デバイス１０としてもよい。
【０１２８】
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）のいずれをも採用可能であり、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可能である。
【０１２９】
図１０（Ｃ）に示すように、電源線１８は、例えば、ケース１６の底面端部に設けられた切れ込み開口部１６０を介して、基台１１から外部へ引き出される。この電源線１８と切れ込み開口部１６０との間、及び蓋体１７とケース１６の開口との間には、使用環境に応じて、接着剤、シール部材等を用いた防水・防油処置が施されることも好ましい。
【０１３０】
図１１は、本発明によるＬＥＤ照明装置における他の実施形態を示す、上面図及び正面図である。また、図１２は、図１１の実施形態を示す断面図である。ここで、図１２（Ａ）及び（Ｃ）は、図１１（Ａ）のＢ−Ｂ面による断面を示す。また、図１２（Ｂ）は、図１１（Ｂ）のＣ−Ｃ面による断面を示す。
【０１３１】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）によれば、ＬＥＤ照明装置２は、円筒ケース２０と、円筒ケース２０内に直列して配置された複数のＬＥＤ照明デバイス１０と、円筒ケース２０の両端それぞれに被せて設置された第１のキャップ２１及び第２のキャップ２２とを備えている。
【０１３２】
円筒ケース２０は、ポリカーボネート、ＰＥＴ、又はアクリル等を含む透明なプラスチック樹脂材料で形成されている。円筒ケース２０の厚さは、ＬＥＤ照明デバイス１０からの熱によるケース内での過度の温度上昇を抑制しＬＥＤ光源１２を保護する観点と、円筒ケース２０の機械的強度向上の観点から決定され、例えば、３００μｍとすることができる。
【０１３３】
さらに、円筒ケース２０は、上記プラスチック樹脂に屈折率の異なるシリカ等の微粒子等の光拡散材料が混入された材料で形成されていることも好ましい。これにより、円筒ケース２０内を伝播する、ＬＥＤ照明デバイス１０からの出射光を拡散し、光の均一化をより促進させることが可能となる。
【０１３４】
円筒ケース２０の外表面の少なくとも一部には、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成される例えば厚さ０.３μｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等である、高い硬度を有する保護膜が成膜されていてもよい。ＤＬＣ膜を保護膜とすることによって、円筒ケース２０の機械的強度が高まり、例えば、ＬＥＤ照明装置２が工作加工機械内で使用された場合に、飛来してくる切削粉等の衝突によって円筒ケース２０が傷付く事態を回避できる。また、ＤＬＣ膜の付着によって円筒ケース２０の熱伝導効率が向上し、過度の温度上昇が抑制可能となる。さらに、紫外線よりも短波長側の光の放射が、ＤＬＣ膜の吸収によって抑制され、より照明に適した光が得られる。
【０１３５】
さらに、保護膜として、各種光学系に利用されるハードコート膜を使用することも好ましい。ハードコート膜は、例えば、シリコーン系、シリコーンアクリル共重合体系、加水分解重合性ケイ素化合物系、又はフッ素系の化合物等を含む、単層膜又は多層膜である。
【０１３６】
さらに、このハードコート膜は、上記化合物に屈折率の異なるシリカ等の微粒子等の光拡散材料が混入された材料で形成されていることも好ましい。これにより、保護膜内を伝播する、ＬＥＤ照明デバイス１０からの出射光を拡散し、光の均一化をより促進させることが可能となる。また、これら微粒子がフィラーとして機能し、保護膜の耐摩耗性が向上する。
【０１３７】
円筒ケース２０の一端は、複数のＬＥＤ照明デバイス１０を挿入可能な開口端となっている。第１のキャップ２１は、電極ピン２１ｐを備えており、この開口端を覆うように設置され、円筒ケース２０を気密封止している。これに対して、円筒ケース２０の他端は、図１１（Ｃ）に示すように、開口を有さずに底をなす閉端となっている。第２のキャップ２２は、互いに電気的に絶縁されたダミー電極ピン２２ｐを備えており、この閉端を覆うように設置されている。従って、円筒ケース２０の組み立てにおいて、防水用の封止工程を必要とするのは、２つのキャップ取り付けのうち第１のキャップ取り付けに対してのみとなり、コスト・工数等の製造負担が軽減する。また、ＬＥＤ照明装置２は、これら電極ピン２１ｐ及びダミー電極ピン２２ｐを備えているので、従来の蛍光灯における蛍光管装着器具に装着可能となる。
【０１３８】
同じく図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態においては、従来の蛍光灯の照明状態を概ね再現するために、複数のＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、互いに接触し連なって配置されている。変更態様として、複数の基台１１を１つの基板に統合し、さらに、複数の微小レンズ配列部１３１を１つの微小レンズ配列連続体に統合し、この基板上に、複数のＬＥＤ光源１２と、１つの微小レンズ配列連続体とを設置して複数のＬＥＤ照明デバイス１０としてもよい。
【０１３９】
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）のいずれをも採用可能であり、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可能である。ここで、一実施例として、配光角制御レンズ部１３０の配光角θｄを３０°とし、微小レンズ１３１ｍを比Ｐ／Ｒ＝１で正方形配列させたところ、ＦＷＨＭが十分に大きく黄色リング等の色ムラが発生しない出射光を得ることができ、従来の蛍光灯の照明状態が概ね再現されることが確認された。尚、照明光の色合いは、均一化光学体１３の形成時に、着色したプラスチック樹脂を用いることによって調整できる。
【０１４０】
また、図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）によれば、カバーシート２３が、複数のＬＥＤ照明デバイス１０における、配列した微小レンズ１３１ｍの出射面（発光面）以外の部分を覆い込むように、円筒ケース２０内に設置されている。カバーシート２３は、屈折率の異なるシリカ等の微粒子が混入された樹脂層である光拡散シートであってもよい。このようなカバーシート２３を設置することによって、ＬＥＤ光源１２と、均一化光学体１３の出射面（発光面）以外の部分とが、円筒ケース２０の外側から透けて見えることがなくなる。これにより、ＬＥＤ照明装置２による照明を、従来の蛍光灯の照明状態に更に近づけることが可能となる。
【０１４１】
さらに、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）によれば、放熱部２４が、複数の基台１１におけるＬＥＤ光源１２とは反対側の底面に接面するように設置されている。放熱部２４は、アルミニウム若しくは銅等の金属材料で形成された板状物、又はシリコーン系、アクリル系、グラファイト系若しくは無機物系等の熱伝導シート（又はその積層体）であることが好ましい。また、図１２（Ｃ）に示すように、円筒ケース２０が、放熱部２４側に、凹凸部２５を有していることも好ましい。この凹凸部２５は、放熱部２４と部分的に（凹部の底で）接するように形成される。ここで、円筒ケース２０の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って凹凸が形成されていてもよく、それとは直交する方向に沿って（円筒ケース２０表面の円弧に沿って）凹凸が形成されていてもよい。これらの構成によって、ＬＥＤ照明デバイス１０からの熱を外部に効果的に発散させ、ケース内での過度の温度上昇を抑制して、ＬＥＤ光源１２を保護することが可能となる。
【０１４２】
図１３は、本発明によるＬＥＤ照明装置における更なる他の実施形態を示す、上面図、正面図、側面図及び断面図である。ここで、図１３（Ｄ）は、図１３（Ａ）のＤ−Ｄ面による断面を示す。
【０１４３】
図１３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）によれば、ＬＥＤ照明装置３は、デバイス設置台３０と、デバイス設置台３０を覆うように設けられた設置台カバー３１と、デバイス設置台３０に直列して配置された複数のＬＥＤ照明デバイス１０と、デバイス設置台３０及び設置台カバー３１の両端それぞれに設置された第１の封止キャップ３２及び第２の封止キャップ３３と、電源線３４とを備えている。
【０１４４】
デバイス設置台３０は、金型にアルミニウム等の高い熱伝導率を有する金属材料を圧入して鋳造されたダイキャストで形成されることができる。デバイス設置台３０は、複数のＬＥＤ照明デバイス１０を設置する箇所としての設置凹部３０１と、ＬＥＤ照明デバイス１０からの熱を効率良く発散させるための放熱溝部３０２とを有する。
【０１４５】
設置凹部３０１には、ＬＥＤ照明デバイス１０における均一化光学体１３の出射面（発光面）以外の部分が入り込むことが好ましい。これにより、同部分が設置台カバー３１の外側から見えることがなくなる。その結果、ＬＥＤ照明装置３による照明を、例えば、従来の蛍光灯の照明状態により近づけることが可能となる。このように、デバイス設置台３０は、ＬＥＤ照明装置２（図１１及び図１２）におけるカバーシート２３及び放熱部２４の機能をも兼ねる構成要素となっている。
【０１４６】
設置台カバー３１は、ポリカーボネート、ＰＥＴ、又はアクリル等を含む透明なプラスチック樹脂材料で形成されている。設置台カバー３１の厚さは、円筒ケース２０の厚さと同様に、例えば、３００μｍとすることができる。
【０１４７】
設置台カバー３１の外表面の少なくとも一部にも、円筒ケース２０（図１１及び図１２）と同じく、ＤＬＣ膜等である高い硬度を有する保護膜が成膜されていてもよい。さらに、この保護膜として、円筒ケース２０と同じく、各種光学系に利用されるハードコート膜を使用することも好ましい。
【０１４８】
第１の封止キャップ３２及び第２の封止キャップ３３は、デバイス設置台３０及び設置台カバー３１の両端それぞれに設置され、デバイス設置台３０及び設置台カバー３１で形成された内部空間を封止している。第１及び第２の封止キャップ３２及び３３は、アルミニウム等の金属材料、又はプラスチック材料で形成されており、図１３（Ａ）に示すように、装置固定孔３２０及び３３０を有していることも好ましい。また、図１３（Ｃ）に示すように、第１の封止キャップ３２に、配線孔３２１が形成されており、電源線３４が、この配線孔３２１を介して外部に引き出されている。
【０１４９】
また、本実施形態においても、従来の蛍光灯の照明状態を概ね再現するために、複数のＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、互いに接触し連なって配置されていてよい。また、変更態様として、複数の基台１１を１つの基板に統合したり、複数の微小レンズ配列部１３１を１つの微小レンズ配列連続体に統合したりすることも好ましい。さらに、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）のいずれをも採用可能であり、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可能である。
【０１５０】
図１４は、微小レンズ配列部１３１の出射面（発光面）に係る変更態様を示す断面概略図である。
【０１５１】
図１４によれば、ＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１（微小レンズ１３１ｍ）の出射面（発光面）１３１ｓ上に、光拡散膜１９が形成されている。光拡散膜１９は、例えば、平均粒径（レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径）が５μｍのシリカが混入されたアクリル樹脂から形成された、厚さ４０μｍの塗布膜とすることができる。このようなＬＥＤ照明デバイス１０を、ＬＥＤ照明装置１（図１０）、ＬＥＤ照明装置２（図１１及び図１２）、又はＬＥＤ照明装置３（図１３）に使用することによって、より拡散され均一化が促進された出射光が得られ、例えば、従来の蛍光灯の照明状態により近づけることが可能となる。
【０１５２】
［ＬＥＤ照明装置の照明形状］
図１５は、本発明によるＬＥＤ照明装置の照明形状に係る種々の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【０１５３】
図１５（Ａ）の実施形態によれば、照明装置として、ＬＥＤ照明装置１（図１０）、ＬＥＤ照明装置２（図１１及び図１２）又はＬＥＤ照明装置３（図１３）が用いられ、ＬＥＤ照明装置１、２又は３は、照明対象平面を照明している。ここで、ＬＥＤ照明装置１、２又は３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（微小レンズ配列部１３１）の光軸に垂直な平面となっている。
【０１５４】
ＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、実施例２、４−１、４−２、４−３、５、又は領域分割（実施例５）の変更態様（図９、表５）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４が照明対象平面上になす照明領域４０は、概ね長方形状又は正方形状となるように設定されている。
【０１５５】
この場合、ＬＥＤ照明装置１、２又は３から放射される照射光５は、出射光４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５が照明対象平面上になす照明領域５０は、照明領域４０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）に伸長した概ね長方形状となる。
【０１５６】
図１５（Ｂ）の実施形態によれば、照明装置内のＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、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６が照明対象平面上になす照明領域６０は、概ね楕円形状となるように設定されている。
【０１５７】
この場合、ＬＥＤ照明装置１、２又は３から放射される照射光７は、出射光６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７が照明対象平面上になす照明領域７０は、照明領域６０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（Ｘ軸方向）の両端辺が湾曲した長方形状となる。
【０１５８】
図１５（Ｃ）の実施形態によれば、照明装置内のＬＥＤ照明デバイス１０は、例えば、実施例２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８及び８′が照明対象平面上になす照明領域８０及び８０′は、概ね長方形状となるように設定されている。
【０１５９】
ここで、照明装置内において、照明領域８０をなすＬＥＤ照明デバイス１０と、照明領域８０′をなすＬＥＤ照明デバイス１０とは、交互に並んで列をなしている。照明領域８０をなすＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、例えば、実施例２の如く（ピッチＰＸ）＜（ピッチＰＹ）となっており、一方、照明領域８０′をなすＬＥＤ照明デバイス１０の微小レンズ配列部１３１は、実施例２とは反対に（ピッチＰＸ）＞（ピッチＰＹ）となっている。
【０１６０】
この場合、ＬＥＤ照明装置１、２又は３から放射される照射光９は、出射光８及び８′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９が照明対象平面上になす照明領域９０は、照明領域８０及び８０′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（Ｘ軸方向）に伸長した概ね長方形状となる。
【０１６１】
ここで、照明領域９０内には、複数の照明領域８０′が互いに一部重畳して形成された照度のより高い長方形領域９０′が形成されている。すなわち、照明領域９０内において、特に照度を必要とする領域に合わせた形状を有する領域９０′を象ることも可能となる。
【０１６２】
さらに、照明形状及びその向き・サイズの点で互いに異なる種々のＬＥＤ照明デバイス１０を、様々な順序でＬＥＤ照明装置内に配列させることによって、照射光の照明形状を様々な形状に制御したり、照明形状内に種々の異なる照明形状を有する照度領域を形成したりすることも可能となる。
【０１６３】
以上述べた実施形態によれば、ＬＥＤ照明装置から、均一化の促進された、さらには照明形状が制御された照射光を得ることが可能となる。ここで、この照射光の照明形状を、照射対象の形状に合わせることによって、概ね照明対象のみを照明することができる。その結果、必要な照度が、必要なだけの範囲で、高い電力効率の下確保可能となる。
【０１６４】
なお、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。
【符号の説明】
【０１６５】
１、２、３ ＬＥＤ照明装置
１０ ＬＥＤ照明デバイス１０
１１ 基台
１２ ＬＥＤ光源
１３ 均一化光学体
１３０ 配光角制御レンズ部
１３０ｃ 凹部
１３０ｃｓ 入射内面
１３１ 微小レンズ配列部
１３１ａ レンズ配列面
１３１ｍ 微小レンズ
１４ 脚部
１５ 強度分布
１６ ケース
１７ 蓋体
１８、３４ 電源線
１９ 光拡散膜
２０ 円筒ケース
２１ 第１のキャップ
２１ｐ 電極ピン
２２ 第２のキャップ
２２ｐ ダミー電極ピン
２３ カバーシート
２４ 放熱部
２５ 凹凸部
３０ デバイス設置台
３０１ 設置凹部
３０２ 放熱溝部
３１ 設置台カバー
３２ 第１の封止キャップ
３３ 第２の封止キャップ
４、６、８、８′ 出射光
５、７、９ 照射光
４０、５０、６０、７０、８０、８０′、９０ 照明領域
９０′ 長方形領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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１に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項３】
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１に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項４】
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のレンズ頂点を結ぶ少なくとも１つの軸の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしてい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ＬＥＤ照明デバイス。
【請求項５】
前記微小レンズ配列部の前記レンズ配列面が、少なくとも第１の領域と第２の領域とを有し、
前記第１の領域では、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の両方が取る値であって、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それぞれにおいて、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において取る値からなる第１の組が設定され、
前記第２の領域では、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の両方が取る値であって、曲率半径の絶対値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それぞれにおいて、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において取る値からなる第２の組であって、前記第１の組とは異なる第２の組が設定される
ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項６】
前記微小レンズ配列部から放射される出射光の照明形状が、略正方形状、略長方形状、略楕円状、又は略十字状に制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項７】
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１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項８】
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１から７のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項９】
前記配光角制御レンズ部は、少なくとも前記光源の発光面を内部に含む凹部であって、前記光源から放射される前記混色光が集光されるような入射角で入射する入射内面を有する凹部を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項１０】
前記微小レンズ配列部の出射面が、出射光を拡散させる光拡散膜で被覆されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載された、複数のＬＥＤ照明デバイスを備えており、
前記複数のＬＥＤ照明デバイスの各々からの出射光が、互いに一部重畳しながら並ぶことによって照射光を形成し、該照射光による照明形状は、該出射光による照明形状が互いに一部重畳しながら配列した形状となる
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項１２】
前記照射光による照明形状が、前記ＬＥＤ照明装置の長手方向に伸長した概ね長方形状となることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか１項に記載された、複数のＬＥＤ照明デバイスと、該複数のＬＥＤ照明デバイスが内部に並んで配置されたケースとを備えており、
前記ケースの外表面の少なくとも一部が、機械的強度を高める保護膜で被覆されている
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項１４】
前記ケースは、該ケース内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むプラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１５】
前記保護膜は、該保護膜内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１６】
前記ケース内に配置された複数のＬＥＤ照明デバイスと接する放熱部を更に備えており、
前記ケースの一部に、前記放熱部と部分的に接する凹凸が形成されている
ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１７】
第１波長の光を放射する発光ダイオードチップを備えた光源から放射される、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用いて照明を行う方法であって、
放射された前記混色光を、入射光が集光される入射面からレンズに入射させて、所定範囲内の値の配光角に制御し、
配列した複数の微小レンズであって、該複数の微小レンズの曲率半径Ｒ、隣接した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複数の微小レンズを介して、配光角が制御された少なくとも前記混色光を方向毎に分散させ、均一化が促進された照明光を得る
ことを特徴とする照明方法。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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１に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項３】
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１に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項４】
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のレンズ頂点を結ぶ少なくとも１つの軸の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしてい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ＬＥＤ照明デバイス。
【請求項５】
前記微小レンズ配列部の前記レンズ配列面が、少なくとも第１の領域と第２の領域とを有し、
前記第１の領域では、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の両方が取る値であって、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それぞれにおいて、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において取る値からなる第１の組が設定され、
前記第２の領域では、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の両方が取る値であって、曲率半径の絶対値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それぞれにおいて、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において取る値からなる第２の組であって、前記第１の組とは異なる第２の組が設定される
ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項６】
前記微小レンズ配列部から放射される出射光の照明形状が、略正方形状、略長方形状、略楕円状、又は略十字状に制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項７】
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１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項８】
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１から７のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項９】
前記配光角制御レンズ部は、少なくとも前記光源の発光面を内部に含む凹部であって、前記光源から放射される前記混色光が集光されるような入射角で入射する入射内面を有する凹部を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項１０】
前記微小レンズ配列部の出射面が、出射光を拡散させる光拡散膜で被覆されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明デバイス。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載された、複数のＬＥＤ照明デバイスを備えており、
前記複数のＬＥＤ照明デバイスの各々からの出射光が、互いに一部重畳しながら並ぶことによって照射光を形成し、該照射光による照明形状は、該出射光による照明形状が互いに一部重畳しながら配列した形状となる
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項１２】
前記照射光による照明形状が、前記ＬＥＤ照明装置の長手方向に伸長した概ね長方形状となることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか１項に記載された、複数のＬＥＤ照明デバイスと、該複数のＬＥＤ照明デバイスが内部に並んで配置されたケースとを備えており、
前記ケースの外表面の少なくとも一部が、機械的強度を高める保護膜で被覆されている
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項１４】
前記ケースは、該ケース内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むプラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１５】
前記保護膜は、該保護膜内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１６】
前記ケース内に配置された複数のＬＥＤ照明デバイスと接する放熱部を更に備えており、
前記ケースの一部に、前記放熱部と部分的に接する凹凸が形成されている
ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１７】
第１波長の光を放射する発光ダイオードチップを備えた光源から放射される、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用いて照明を行う方法であって、
放射された前記混色光を、入射光が集光される入射面からレンズに入射させて、所定範囲内の値の配光角に制御し、
配列した複数の微小レンズであって、該複数の微小レンズの曲率半径Ｒ、隣接した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複数の微小レンズを介して、配光角が制御された少なくとも前記混色光を方向毎に分散させ、均一化が促進された照明光を得る
ことを特徴とする照明方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０５９４２（Ｐ２０１３−１０５９４２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９６６７（Ｐ２０１１−２４９６６７）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（５０８２４３１４５）マイクロコントロールシステムズ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（５０８２４３１４５）マイクロコントロールシステムズ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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