JP2004259541A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光源のサイズによらず、十分高い効率を得ることができる照明器具を提供する。
【解決手段】前方に光を投射する照明器具であって、ＬＥＤチップ６と、ＬＥＤチップ６の前に位置し、ＬＥＤチップからの光を受けて前方に向けて投射する小径反射鏡２と、ＬＥＤチップ６および小径反射鏡２を外側から囲んで、ＬＥＤチップからの光を前方へ向けて反射する反射鏡４とを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明器具に関し、より具体的には、光源のサイズが点光源とみなすことができないほど大きい場合でも、効率よく所定のパターンを形成することができる高効率の照明器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の照明器具は、次の方式により構成されていた。
【０００３】
（ａ）放物面の焦点付近に配置されたフィラメントから発せられた光は四方に広がり、放物面で反射されて平行光線を形成する。この平行光線を前方レンズにより所望の配光パターンにする（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
（ｂ）フィラメントから発せられた光は、マルチサーフェスミラーにより所望の配光パターンにされて前方に投射される。前方レンズは単にカバーの役割をする。このマルチサーフェスミラーは、各部分がフィラメントから入射された光を所定の方向に反射し、各部分の集合によって所望の配光パターンが得られるように、各部分の大きさおよび角度配置が決められている（上記の特許文献１、２参照）。
【０００５】
これらの照明器具を用いることにより、所望の配光パターンを効率よく得ることができていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−５０２１２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−５０２１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
最近、大出力の面発光ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が市販されるようになり、非常に光度の高い光源を得ることができるようになった。このような大出力の面発光ＬＥＤはサイズが大きく、点光源とみなせる光源を用いた従来の照明器具の配光機構を適用したのでは、その大きな発光量をフルに生かすことができず、効率低下が避けられない。
【０００９】
とくに照明器具の小型化を追及する場合に、配光の乱れの増大に起因する効率低下の傾向が強くなる。たとえば照明器具の反射鏡の焦点付近に光源を配置するが、反射鏡が小型化され、その焦点距離が短くなると、たとえばフィラメントの上記焦点からずれた部分からの光は意図したとおりに放射されず、配光が乱れ、効率を低下させる。すなわち、小型化すると、同じ光源の大きさであっても、光源の焦点からずれた部分のずれの程度が大きくなり、配光の乱れが拡大される。このため、折角の大出力ＬＥＤを効率よく使用することができない。
【００１０】
そこで、本発明は、大サイズの光源を含むすべての光源に対して、十分高い効率を得ることができる照明器具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明器具は、前方に光を投射する照明器具である。この照明器具は、光源と、光源の前に位置し、光源からの光を受けて前方に向けて投射する前方投射手段と、光源および前方投射手段を外側から囲んで、光源からの光を前方へ向けて反射する反射鏡とを備える。
【００１２】
この構成により、光源が点とみなせないほど大きい場合、上記の前方投射手段は、光源から前方へ向ってきた光を受けてそれを前方に投射することができる。また、光源から広がって出射される光のうち上記の反射鏡に照射される光は、上記の反射鏡により、前方に向けて反射することができる。この結果、配光パターンを、前方投射手段と反射鏡との２つの配光機構で形成することができ、配光パターン形成の自由度が増え、このため配光パターンの乱れを抑制することができ、高い効率を確保することができる。
【００１３】
なお、前方投射手段および反射鏡の間を抜ける光がある場合には、どちらにも届かない光は発散し、近くの範囲を広く照明することに寄与する。通常、上記のように抜ける光がないように上記２つの配光機構を配置する。また、前方投射手段の範囲内に届いた光でも、前方投射手段が反射鏡などで構成される場合、反射や屈折することなく光源から直進状態を維持して中心軸付近を発散しながら前方へ投射される。
【００１４】
なお、光源はフィラメントでも、ＬＥＤチップでもよく、また、そのサイズも問わない。
【００１５】
また、上記の反射鏡が回転放物面鏡であり、光源がその回転放物面鏡の焦点に位置していてもよい。
【００１６】
この構成により、前方投射手段の構成を変えても、たとえば光源と前方投射手段との距離を変えても、光源から回転放物面鏡に到達した光は光軸に平行な平行光線として良好な指向性をもって前方に投射される。このため、前方投射手段の位置を変えるなどの操作をして、前方の照明範囲を広げても、前方の中心部における照度をあるレベル以上必ず保持することができる。
【００１７】
また、上記の前方投射手段を、繰り込み面を光源と反対側の面に配置したフレネルレンズであり、フレネルレンズに大気がさらされないようにそのフレネルレンズの前方に透明な大気遮蔽手段を備えてもよい。
【００１８】
上記の構成において、フレネルレンズは凸レンズであり、その焦点位置に光源を配置することにより前方に平行光線を投射することができる。フレネルレンズは、凸レンズの表面がリング状に繰り込まれている。このため、フレネルレンズでは、上記リングは内側に隣接するリングとの間に繰り込み露出面が形成されている。この結果、フレネルレンズの繰り込み面では、径方向に凸レンズ面のテーパがついた段差を有することになる。この段差の隅にほこりなどが堆積すると、除去しにくい。このため、フレネルレンズを使用する場合、従来、繰り込み面を前方に向けず、ほこりが付着しにくい光源側に向けて配置するのが普通であった。
【００１９】
繰り込み面を光源に向けて配置する場合、上記の繰り込み露出面にも光源からの光が照射される。繰り込み露出面は、凸レンズの表面になかった面であり、その光学系とは無関係な面である。このため、繰り込み露出面に照射された光は前方に平行光線を投射することなく、無効な光となってしまう。このため、フレネルレンズにより前方投射光を投射する場合、効率低下の大きな要因になっていた。
【００２０】
上記のように繰り込み面を光源と反対側の前方に向くように配置し、繰り込み面が大気に触れないようにする透明な大気遮蔽手段を配置することにより、高効率を確保し、かつほこりなどの堆積を防止することが可能になる。
【００２１】
また、上記の前方投射手段を、反射鏡より口径の小さい小径反射鏡としてもよい。
【００２２】
この構成により、大小２つの反射鏡を用いて、小径反射鏡は光源中心部の光を前方に投射し、それを囲む反射鏡は、残りの光のうち、その反射面に届く光を残らず前方に投射することができる。また、どちらにも届かない光は発散して、近くの周囲を広く照らすことに寄与する。また、小径反射鏡の範囲内に届いた光でも、中心軸付近の光は小径反射鏡で反射されず、光源からそのまま発散しながら前方へ投射される。反射鏡も小径反射鏡も、たとえば前方端でのその平均的な径として口径を求めることができる。
【００２３】
また、上記の前方投射手段と光源との距離を変えることができる距離可変手段を備えてもよい。
【００２４】
この構成により、光源から前方投射手段に届く光の量を変えることができる。このため、前方中心部の光の強度を維持した上で、配光パターンを変化させることができる。また、このとき効率も変化させることができる。
【００２５】
上記の距離可変手段は、光源を固定している光源固定部材と、前方投射手段を固定している前方投射手段固定部材との間に設けられたねじ機構としてもよい。この構成により、簡単に距離可変手段を形成することができる。
【００２６】
上記の光源にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いてもよい。この構成により、ＬＥＤの長寿命の特徴を生かして長寿命の照明器具を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における照明器具を説明する図である。ＬＥＤ装置５には、光源となるＬＥＤチップ６が配置されており、大出力の発光を行なう。このＬＥＤチップは１．０ｍｍ×１．０ｍｍの面発光部を有し、この面発光部から光を出射する。ＬＥＤチップ６の前には、距離ｄ１の位置にテーパが付いた筒状の小径反射鏡２が配置されている。ＬＥＤチップ６と、小径反射鏡２とを外側から囲むように、小径反射鏡２より口径が大きい反射鏡４が配置されている。ＬＥＤチップは、フィラメントのように等方的に光を出射しない。すなわち、後方に光を出射することはなく、ＬＥＤチップの基板面を含む平面から前方の範囲に出射する。反射鏡４は回転放物面鏡であり、その焦点にＬＥＤチップが配置されている。
【００２９】
ＬＥＤチップ６から光軸に対して小さい傾斜角で出射された光Ｆ１は、小径反射鏡２の中を通り、反射面に到達することなくそのまま小径反射鏡を通過する。したがって、このＦ１は、たとえば１０ｍ先の前方では大きく発散している。また、上記Ｆ１の光よりも光軸と大きな傾斜角で出射された光Ｆ２は、小径反射鏡２の反射面で反射して上記Ｆ１に近い傾斜角で前方に投射される。
【００３０】
上記の光Ｆ２より大きな傾斜角でＬＥＤチップ６を出射した光Ｆ３は小径反射鏡の範囲外を通り、反射鏡４の反射面で反射され、光軸に平行な平行光線とされ、前方に投射される。光Ｆ３は光軸に平行な平行光線として前方に投射される。この部分の光Ｆ３は、たとえば１０ｍ先の前方で、中心部の照明を行なう光となる。
【００３１】
小径反射鏡が光源に近接している図１の配置では、小径反射鏡をそのまま通り抜ける光Ｆ１および小径反射鏡で反射される光Ｆ２の比率が高く、しかも、小径反射鏡で反射された光は光軸に対して大きな傾斜角で前方に投射される。このため、図１の配置では、光は非常に広く配光される。しかし、上記のように光Ｆ３があるために、例えば、１０ｍ前方で中心部の照度を十分確保することができる。
【００３２】
図２は、小径反射鏡２をＬＥＤチップ６から、図１における距離ｄ１よりも大きな距離ｄ２だけ引き離して配置した場合における配光特性を説明する図である。当然のことであるが、小径反射鏡２を光源６から引き離すことにより、反射鏡４に向う光Ｆ３の量を増やすことができる。このため、前方における中心部の照度を高めることができる。また、小径反射鏡の反射面で反射して前方へ投射される光の光軸に対する傾斜角が小さいので、発散の程度が小さくなり、中心強度を高めることができる。
【００３３】
小径反射鏡２をそのまま通過する光Ｆ１の量は減少するので、発散する光量が減少する。ただし、この部分は前方中心部の照度を高めるほどに中心部の照度に影響するほど大きくはない。
【００３４】
また、図３は、小径反射鏡２をＬＥＤチップ６から、図２における距離ｄ２よりも大きな距離ｄ３だけ引き離して配置した場合の配光特性を説明する図である。この場合には、反射鏡で反射される光Ｆ３の量が増え、したがって光軸に平行な光の比率が増大する。また、小径反射鏡で反射される光Ｆ２は、反射後に光軸にほぼ平行な平行光線として前方に投射される。小径反射鏡を通り抜ける光Ｆ１の比率は減少する。このため、たとえば１０ｍ前方における配光パターンは、中央部での照度が非常に高く、周辺部では照度が低くなる。
【００３５】
図４〜図６は、上記図１〜図３の配置に対応した、１０ｍ前方における配光パターンを示す図である。図４は、図１で説明したように、中心部の照度が低く、周囲の照度を高めた配光パターンに対応して、配光が広がっている図である。しかし、中心部におけるピークは６Ｌｕｘ程度あり明確である。すなわち、配光を広げても中心部の照度を所定レベル以上確保できていることが分る。
【００３６】
図５は、ＬＥＤチップ６と小径反射鏡２との距離をｄ２とした場合の配光パターンを示す図である。中心部の照度は１２Ｌｕｘを超え、中心部の照度が向上していることが分る。また、中心から１ｍ程度離れた位置でも１Ｌｕｘ程度の照度が得られている。
【００３７】
図６は、図３の配置に対応する１０ｍ前方における配光パターンを示す図である。小径反射鏡で反射した光Ｆ２が光軸に平行に前方に投射されることから、中心部の照度は非常に高くなり、１００Ｌｕｘに達している。また、中心から１ｍの位置における照度はゼロであり、光が良好に絞られて前方中央位置を照射していることが分る。
【００３８】
上記のように、反射鏡と小径反射鏡との２つの配光機構を用い、光源と小径反射鏡との距離を変えることにより、前方中央の照度を所定レベル以上確保した上で、光を広げたりまた絞ったりすることができる。後述するように、この場合、従来に比べて高い効率を得ることができる。
【００３９】
次に、比較のために、上記小径反射鏡を配置しない場合の配光パターンを説明する。図７は、図１において、小径反射鏡を配置しない場合の１０ｍ前方における配光パターンを示す図である。この場合、反射鏡に達して反射した光は光軸に平行な光線となって前方に投射される。この結果、中心部の照度は９０Ｌｕｘを超える程度に高くなっている。しかし、本実施の形態で中心部に光を集光した場合の配光パターンを示す図６と比較すると、ピーク値も少し低く、幅も細くなっており、光源からの光の有効利用という点で明らかに劣っていることが分る。逆に、本発明の実施の形態１における照明器具は、従来のものに比較して優れた効率を有しているということができる。
【００４０】
また、図８は、図１において小径反射鏡を配置せず、ＬＥＤチップを中心から５ｍｍずらした配置としたときの１０ｍ前方における配光パターンを示す図である。この配置の場合、１０ｍ前方で配光範囲は広がり、照明を広げるという目的を達することはできる。しかし、中央部では極端に照度が低下しており、ドーナツ状の照明になってしまう。本実施の形態では、照明を広げてもドーナツ状の照明になることはなく、中央部の照度を確保した上で、照明範囲を広げることができる。
【００４１】
図９は、図１〜図３に示したように、小径反射鏡を移動させる機構を示す図である。この照明器具では、ＬＥＤ装置５と反射鏡４とが一体化されており、ＬＥＤ装置５を固定する光源固定部材７が、そのＬＥＤ装置と一体化されている。したがって、ＬＥＤチップ６を含むＬＥＤ装置５と、反射鏡４と、光源固定部材７とは接続されて一体化されている。
【００４２】
また、この照明器具の前方に位置する透明の保護カバー１は、小径反射鏡２と接続して一体化されている。この保護カバーが、前方投射手段固定部材である。この保護カバーは、光源固定部材７とねじ機構３により螺合しており、螺合部の長さを調節することにより、ＬＥＤチップ６と小径反射鏡２との距離ｄを調整することができる。すなわち、たとえば照明器具を使用しながら、片手で保護カバー１を回転させることにより、ＬＥＤチップ６と小径反射鏡との距離ｄを変化させ、前方における照明範囲を変化させることができる。
【００４３】
その際に、上記距離ｄをどのように変化させても、反射鏡４と光源であるＬＥＤチップ６との位置関係は不変であるので、反射鏡から前方へ投射される平行光線は変化しない。このため、上記距離ｄをどのように変化させても、前方中心部の照度を所定レベル以上確保することができる。その上で、上記距離ｄを変えることにより、前方における配光を中心から外側に拡大する拡大の程度を調整することができる。
【００４４】
さらに強調すべき点は、同じ光源に対して２つの配光機構を有効利用して、上記のように、従来よりも高効率で照明できることである。これは、光源から出射される光を２つの配光機構で受けて前方へ投射するためであり、利用可能な光量が従来よりも多くなるからである。
【００４５】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における照明器具を示す図である。図１０において、ＬＥＤチップの前に前方投射手段であるフレネルレンズ８が繰り込み面８ｓを前方に面するようにして配置されている。実施の形態１と比較すると、前方投射手段が小径反射鏡からフレネルレンズ８に置き換わり、透明な保護カバー９が設けられている点が相違するだけで、他の部分は同じである。すなわち、ＬＥＤチップ６は、反射鏡である回転放物面鏡の焦点に位置し、その反射鏡に届く光を前方へ光軸に平行な平行光線として投射する。
【００４６】
フレネルレンズ８は機能的には凸レンズと同様であり、ＬＥＤチップをフレネルレンズの焦点に配置することにより、光源からフレネルレンズに到達した光は光軸に平行な平行光線を前方へ投射され、前方中央部の照度を向上させる。また、フレネルレンズとＬＥＤチップとの距離を、図１０に示す配置よりも小さくすることにより、フレネルレンズから前方へ投射される光は広がり、前方中央部から外側に拡大された領域における照度を高くできる。
【００４７】
図１０において、フレネルレンズの繰り込み面８ｓを光源と逆側の前方に面することにより、光源から直接、繰り込み露出面８ｂに到達する光はなく、フレネルレンズに到達した光はすべて前方に有効に投射される。これに対して、図１１に示すように、繰り込み面８ｓを光源側に配置すると、光源からの光のうち、Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３は、繰り込み露出面８ｂに直接、照射する。上述のように、繰り込み露出面は、凸レンズの表面になかった面であり、その光学系の面８ａとは無関係な面である。このため、繰り込み露出面に照射された光Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３は前方に平行光線を投射することなく、無効な光となってしまう。このため、フレネルレンズにより前方投射光を投射する場合、効率低下の大きな要因になっていた。
【００４８】
上記のように繰り込み面を光源と反対側の前方に向くように配置し、繰り込み面が大気に触れないようにする透明な保護カバー９を配置することにより、高効率を確保し、かつほこりなどの堆積を防止することが可能になる。
【００４９】
図１０において、フレネルレンズ８および反射鏡４に到達する光Ｆ１，Ｆ３はいずれも、光軸に平行な光線として前方へ投射されるので、前方中央部に高い照度の照明を形成することができる。反射鏡２とフレネルレンズ８との間を抜ける光Ｆ２は、発散し、近くの周囲の照明に寄与する。
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の照明器具を用いることにより、サイズの大きい光源を用いても、２つの配光機構を用いることにより、高い効率で配光パターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における照明器具を示す図である。
【図２】図１の照明器具の小径反射鏡を前方にずらした状態を示す図である。
【図３】図２の照明器具の小径反射鏡をさらに前方にずらした状態を示す図である。
【図４】図１の照明器具の前方１０ｍでの配光パターンを示す図である。
【図５】図２の照明器具の前方１０ｍでの配光パターンを示す図である。
【図６】図３の照明器具の前方１０ｍでの配光パターンを示す図である。
【図７】従来の照明器具の前方１０ｍでの配光パターンを示す図である。
【図８】従来の照明器具の光源を横に５ｍｍずらした場合の前方１０ｍでの配光パターンを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１における照明器具において小径反射鏡を移動させる機構を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における照明器具を示す図である。
【図１１】比較例の照明器具を示す図である。
【符号の説明】
１ 保護カバー、２ 小径反射鏡、３ ねじ機構（可動手段）、４ 反射鏡（回転放物面鏡）、５ ＬＥＤ装置、６ ＬＥＤチップ、７ 光源固定手段、８ フレネルレンズ、８ａ 光学系面、８ｂ 繰り込み露出面、９ 保護カバー。

Claims (7)

1. 前方に光を投射する照明器具であって、
   光源と、
   前記光源の前に位置し、前記光源からの光を受けて前方に向けて投射する前方投射手段と、
   前記光源および前記前方投射手段を外側から囲んで、前記光源からの光を前方へ向けて反射する反射鏡とを備える、照明器具。
2. 前記反射鏡が回転放物面鏡であり、前記光源がその回転放物面鏡の焦点に位置している、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記前方投射手段が繰り込み面を光源と反対側の面に配置したフレネルレンズであり、前記フレネルレンズに大気がさらされないようにそのフレネルレンズの前方に透明な大気遮蔽手段を備える、請求項１または２に記載の照明器具。
4. 前記前方投射手段が前記反射鏡より口径の小さい小径反射鏡である、請求項１または２に記載の照明器具。
5. 前記前方投射手段と前記光源との距離を変えることができる距離可変手段を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の照明器具。
6. 前記距離可変手段が、前記光源を固定している光源固定部材と、前記前方投射手段を固定している前方投射手段固定部材との間に設けられたねじ機構である、請求項１〜５のいずれかに記載の照明器具。
7. 前記光源がＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である、請求項１〜５のいずれかに記載の照明器具。

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