JP3157161U - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲を照射し色収差やグレアをなくすＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】光透過性材料からなり、内部に複数の発光部を直管容器の軸方向に配列した基板を備える。複数の発光部は各々発光ダイオードとレンズからなり、発光ダイオードは基板上で直線状に配列する。対応するレンズは発光ダイオードの配列方向に対して左右横方向にずらして配置し、レンズと光透過性材料からなる直管容器の少なくとも一方をブラスト加工する。【選択図】図１

Description

この考案は発光ダイオードを光源として用いたＬＥＤ照明装置に関する。

照明用蛍光ランプはオフィス、店舗、家庭等で一般に用いられる主力の照明装置であり、設置及び取扱が容易であるとして標準的照明装置となっている。

しかし蛍光灯は点灯に際し余熱装置や安定器が必要で、かつ蛍光灯管に低圧ガスを封入する必要があり耐圧性、気密性を要求されるから容器の材質選択が限定されている。また、設計しうる蛍光灯管の大きさや長さにも制限がある。さらに、放電を利用することから均一に発光する管長にも限界がある。また蛍光灯が破損した場合のガラス片飛び散り、飛散防止の対策も必要になるという手間が掛かる。

一方で発光ダイオードの照明は、熱損失も小さいため、低電力で長寿命という利点があり、最近は発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した照明装置が広く利用されるようになってきている。

しかし、ＬＥＤはその高輝度や指向性ゆえに狭い範囲を明るく照らすには有効であるが、このままで広い面積や居住空間の床面全域を均一な照度で照らすには適しない。そのために天井全域にＬＥＤ照明装置を敷き詰めなければならず、多数のＬＥＤが必要となる。その分コストがかかることになる。

そこで最近は製造や使用時の取扱の容易さゆえに従来の蛍光灯管タイプで、内部にＬＥＤを並べた照明装置が開発されている。

特開２００４−３０９２９号公報 特開２００９−５４４０５号公報

上記の様にＬＥＤの光は高輝度で指向性があり、床面を照らすように設置された場合、ＬＥＤ照明装置の直下の領域、即ちＬＥＤが配置された領域とほぼ同じ面積の領域に光が照射されることになる。つまり、ＬＥＤ照明装置の直下の領域だけが明るく、それ以外の領域は暗くなってしまう。したがって特殊用途以外の一般照明装置としては使いにくいものである。

そこで、スポットライト的照明は避けて所定の広い範囲を均等に照明するために、複数のＬＥＤを使用した照明装置が開発されているが、均一に照明する装置としてはまだ不十分である。

これに対し上記のように蛍光灯管タイプのＬＥＤ照明装置として既に幾つかの技術が紹介されている。しかし、このタイプの照明の常として、設計上所定の面積の照明を得たいときは、その円柱光源の軸に平行に蛍光灯管を複数本並べることによって床面を広く照明しなければならない。

例えば、室内照明としては、広い範囲を均一に照明し、さらに照明領域と非照明領域の輪郭をなくし明るさを連続的に変化させることが必要になるが、前記の蛍光灯タイプのＬＥＤ照明装置であっても、これらの問題が解決できているとはいえない。

現在では、居住空間等のＬＥＤ照明としては、上記の欠点を解決して人間が物を見やすく快適と感じる照明を供給することが求められている。

さらに、照明用に用いられている白色ＬＥＤは青（４７０ｎｍ）と黄（５７０ｎｍ付近）の２波長の光を用いているため、単レンズの使用で光の屈折により色収差が生じるという問題がありこれを解決する必要がある。

その上に、高輝度を有するこれらの照明では、人に不快感を与える照明光のまぶしさ（グレア）を解消する必要もある。

本考案のＬＥＤ照明装置は、端部に電極を有する直管容器であって、光透過性材料からなるものの内部に、複数の発光部を前記直管容器の軸方向に配列した基板を備えた照明装置において、前記複数の発光部は各々発光ダイオードとレンズからなり、複数の前記発光ダイオードは前記基板上で長手方向へ直線状に並べ、対応する前記レンズは前記発光ダイオードの配列方向に対して交互に左右横方向にずらして配置されていると共に、ＬＥＤから放出される光が透過する前記レンズ表面または光透過性材料からなる前記直管容器表面をブラスト加工することにより透過光を分散させることを特徴としている。

また、本考案の他の態様として、前記のＬＥＤ照明装置であって、前記と同様の構成の発光部を同様に配列すると共に、前記レンズと光透過性材料からなる前記直管容器の間に、その表面にブラスト加工を施した光透過性部材を挿入することにより透過光を分散させることを特徴としている。

本考案は、円柱光源の軸に垂直な面内を考えると、光源からの光がその鉛直方向だけでなく左右にも広がり照射されるところ、加えて、本考案のＬＥＤ照明装置が内部に収納した基板面に発光ダイオードを直線状に配列し、各発光ダイオードを被うレンズの光軸を発光ダイオードの配列線に対して交互に左右側へずらして配置する構成を有するので、発光ダイオードから放出される光がレンズを透過するときレンズ側にずれて、直管容器を透過した後に照明装置から放出する光は、直管容器の軸に対して垂直な平面を考えるならば、光が拡散して左又は右寄りとなって放射される結果、平面内の下方向だけでなく横方向に広範囲に広がるようになる。

さらに本考案のＬＥＤ照明装置に使用されるレンズや光透過性材料の直管容器をブラスト加工することにより、又は光透過性の部材をブラスト加工して直管容器内に挿入することにより、ブラスト加工面からの光の分散によって、色収差を解消し、またＬＥＤ照明装置に特有のまぶしさ（グレア）を減少させることができる。

本考案によるＬＥＤ照明装置の外観図である。 本考案によるＬＥＤ照明装置のベース部の上面図である。 本考案によるＬＥＤ照明装置のベース部のＡ−Ａ断面図である。 レンズの構造を説明する平面図、正面図、底面図及び断面図である。 ＬＥＤ駆動回路の構成を説明する回路図である。 ＬＥＤに対するレンズの位置の違いによる配光を説明する図である。 ブラスト処理の概念図である。 ＬＥＤ照明装置の照度分布を測定した結果を示す図である。

［実施例］
以下、本考案の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本考案によるＬＥＤ照明装置１は、端部に電極を有する直管容器５からなり、内部にベース部２０と複数の発光部１０を備える。

図２に示すように、ベース部２０を構成している長尺の基板２１の上に複数の発光部１０が一列に配置されている。

図３に示すように、発光部１０は発光ダイオード（ＬＥＤ）１１とレンズ１２とによって構成されている。ここでベース部２０は、基板２１とレンズホルダ２２と前記発光部１０によって構成されている。

図３に示す各発光部１０においては、ＬＥＤ１１の中心とレンズ１２の中心とがずれるように配置される。すなわち、基板２１上で一列に並ぶＬＥＤ１１に対して、レンズ１２は交互に左右横にずれるように設置され、結果的に千鳥状に配置されている。

以下、ＬＥＤ照明装置１の主要構成要素としてのＬＥＤ１１及びレンズ１２を詳細に説明する。

ＬＥＤ１１はＬＥＤ照明装置１の光源を構成する白色ＬＥＤで構成される。本実施形態では、表面実装型のＬＥＤを利用しており、各ＬＥＤ１１は、基板２１の一方の面上に表面実装されている。

レンズ１２はＬＥＤ１１から放射された光を屈折させるためのものであって、本実施例では、レンズの曲面が放物面を構成する非球面レンズによって構成されている。レンズ面を放物面とすることにより、ＬＥＤ１１から放射された光を効率よく屈折し拡散させることが可能となる。

図４でレンズ１２の構造を説明する。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は正面図を示し、同図（ｃ）は底面図を示し、同図（ｄ）は断面図を示す。つまり、レンズ１２は本体部３１とフランジ部３２とを備えている。

本体部３１はレンズ機能を有する部分であって、背の低い円柱部材の上端側にレンズ面として放物面の形状を有している。また、本体部３１の底面には、ＬＥＤ１１を収容するための穴（凹部）３３が形成されている。

フランジ部３２は、図３で示すように基板２１とレンズホルダ２２との間に挟持されて、レンズ１２を固定するための部分であって、本体部３１の下端部から半径方向外側に向かって全周にわたって鍔状に張り出すように形成されている。

なお、図３で示すレンズホルダ２２は、レンズ１２を所定の位置に保持するための部材で、フランジ部３２を、基板２１との間で挟持する様になっている。本実施例ではレンズ１２は基板上でスライド可能にし、ずらす量（シフト量）の微調整を可能にした。なお、レンズホルダ２２の周縁でネジ止めすることによって、レンズ１２を保持している。

図１〜４で示すＬＥＤ照明装置１の直管容器５は、直径が２７ｍｍで長さが約１２００ｍｍの円管状としている。そして、端部を口金１３で覆い、必要に応じて電極１４を設けている。

レンズ１２の寸法は、本体部３１の直径を１０ｍｍとし、本体部３１の底面（ＬＥＤ１１の発光面）からレンズ放物面の頂点までの長さを７ｍｍとしている。なお、ＬＥＤ１１に対してレンズ１２をずらす量（シフト量）は１．２ｍｍである。

さらに、基板２１は、３６個のＬＥＤ１１が実装されている。実用上３０個〜４０個程度のＬＥＤが実装され得る。また、各ＬＥＤ１１に対して電力を供給するための配線が形成されたプリント配線基板で構成される。

図２に示すベース部２０を構成する基板２１には、一方の面に一列にＬＥＤ１１が実装されている。また、図示はしない他の面に複数の抵抗４１と、複数のコネクタ４２が実装されている。その他の面には、各ＬＥＤ１１に対して電力を供給するための配線を設けている。

図５は、各ＬＥＤ１１に対して電力を供給するための回路（ＬＥＤ駆動回路）の構成を説明する図である。

基板２１においては、複数のＬＥＤ１１をグループ分けし、各グループが並列に配線されている。そして、同図に示すように、各グループにおいて、複数個のＬＥＤ１１（１１ａ〜１１ｄ）と、抵抗４１を直列に接続して、コネクタ４２を介して、所定電圧を供給するように、回路を構成している。コネクタ４２を設けているのは基板間の電源の配線を容易にするためである。

本実施例では直管容器５を構成する光透過性材料としてアクリル樹脂を使用した。このような光透過性材料としてポリカーボネート、ガラス材その他の材料も使用できる。その材質は厳密な意味では光の一部を吸収し、大部分は透過するものであり、また光を拡散する性質も有する。

また、直管容器５にブラスト加工を施した。従来のＬＥＤ照明装置には透明カバーだけでなく光を透過し拡散させるいわゆる拡散カバーを使用することが多いが、本実施例では透明アクリル樹脂製の直管容器５の表面にブラスト加工を施したものを使用した。なお、直管容器５の内面のブラスト加工では、直管部を半割にして加工後直管容器５とした。参考に図７でブラスト加工の処理状態を示す。

本実施例のブラスト加工ではアルミナ粒子♯１００〜♯２２０を投射しアクリル樹脂上に深さ５〜２０μmの凹凸を生ぜしめた。

図７に示す通り、直管容器５の円周の一点を中心に所定の幅を持って強く粒子を投射すれば、その幅から離れ外縁へ行くにつれてブラストは連続的に弱まる。かかるブラスト処理を管軸に平行な円周上の稜線沿って移動しながら行うことができる。

したがって直管容器５の中心軸線に平行に一定幅の帯状のブラスト処理ができ、光拡散効果が帯の中心線近くで強く作用し周辺に行くに従い弱くなる効果が得られる。

また、直接にレンズ１２の表面上にブラスト加工を施すことも可能であり、直管容器５とレンズ１２共にブラスト加工することも可能である。以上により、ＬＥＤ照明光の指向性を弱め、広い面積に光を照射することができる。

図６は、発光部１０において、ＬＥＤ１１に対するレンズ１２の配置の位置関係による配光の概念図を示している。同図（ｂ）及び（ｃ）では、直管容器５上にブラスト加工した場合に考えられる照明光の拡散の概念も合わせて示している。

図６（ａ）は、ＬＥＤ１１の中心線（ＬＥＤ中心線）６１と、レンズ１２の中心線（レンズ光軸）６２とが重なる様に配置した場合である。

これと異なり本実施例に相当する図６（ｂ）及び（ｃ）は、ＬＥＤ中心線６１に対して、レンズ光軸６２が重ならないように交互に左右側へずらして配置し直管容器５に収容している場合の配光を示す図である。なお、同図（ｂ）と同図（ｃ）とでは、ずらす方向が左右逆になっている。

図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ中心線６１とレンズ光軸６２とが重なるように配置した場合、光路及び配光は左右対称になる。一方で同図（ｂ）に示すように、ＬＥＤ中心線６１とレンズ光軸６２とが重ならないように、ＬＥＤ中心線６１に対してレンズ光軸６２を左側にずらして配置した場合、光路または配光が同図（ｂ）における左側にずれることになる。他方で、ＬＥＤ中心線６１に対して、レンズ 光軸６２を同図（ｃ）における右側にずらして配置した場合、光路及び配光も右側にずれることになる。

図８は、以上の実施例によるＬＥＤ照明装置1の照明下で２ｍ離れた距離にある床面に相当する平面での照度分布を測定した結果を示す図である。

図８において、照度データ８１は、アクリル樹脂の直管容器５がブラスト加工未処理のもの（図８で透明と表示）の照度の測定結果を示し、照度データ８２は、実施例に示す直管容器５のアクリル樹脂にブラスト処理を施したときの照度の測定結果を示し、照度データ８３は、従来の拡散カバーを使用したときの測定結果を示している。

部材のブラスト加工について、他の実施例としてＬＥＤ照明装置１において、直管容器５の内部形状に合わせたアクリル樹脂製の光透過性部材にブラスト加工を施したものを、発光部１０のレンズ１２と直管容器５の間に挿入したが、結果は直管容器５にブラスト加工を施した場合で、図８に示す配光の比較の照度データ８２とほぼ同様であった。

以上のような実施例の構成を有するＬＥＤ照明装置１の作用について説明する。発光部１０のＬＥＤ１１を直線状に配置した上で、各ＬＥＤ１１に対応するレンズ１２を、交互に左右側に少しずらして配置することによって、ＬＥＤ照明装置1から照射される光が直管容器５の軸の一点を含む垂直平面を考えると、その面内で広がって放射される。

ただし、レンズ１２を交互に左右に配置した結果、隣り合う発光部１０は直管容器５の軸方向に対して約３０ｍｍピッチで実装されているため、その軸線に垂直な面の各々は同一配光ではない。しかし、トータルとして放射光や拡散光は、直管容器５の軸に対して横方向に略均等に広がるようになる。人の目には左右対称に広がった照明として見えることが確認された。

本考案の照明装置によれば、ＬＥＤ中心線に対してレンズ光軸を交互に左右横にずらして配置することによって、簡単な構造であるのに、ＬＥＤ中心線とレンズ光軸とが一致するように配置した場合より、広い範囲で且つ照度がほぼ一様になる配光が得られた。さらに光透過性材料の直管容器その他の部材をブラスト処理したため、さらに光拡散効果により広い範囲でより均一な配光が得られた。

また、白色ＬＥＤは青（４７０ｎｍ）と黄（５７０ｎｍ付近）の２波長の光を用いたが、上記のブラスト処理により照明の色収差の問題が解決した。さらに、まぶしさ（グレア）も解消された。

以上、詳細に説明したように、上述した実施形態では、複数のＬＥＤを直線状に配置すると共に、各ＬＥＤに対応するレンズを、各ＬＥＤの中心に対して、レンズの光軸がやや外側（本実施例のシフト量は１．２ｍｍ）に配置されているので、各ＬＥＤからの光が外側に広がるように進み、結果的に、従来よりも広い範囲が一様に照射される照明が得られることになった。よって、従来よりも少ない数のＬＥＤによる装置で、また簡単な構造でかつ安価に製造できる本考案の照明装置で、所定の照明対象領域を一定以上の照度で照らすことが可能となった。

本考案の目的が、高輝度で指向性を有するＬＥＤを使用した照明装置に関し、ＬＥＤと一対一に配置したレンズを使用し、光の拡散と分散で一定の広い面積の照明域を確保することにある。また、スポットライト的照明を避けて照明領域と非照明領域の間を不明確とし連続的に変化させるものである。本考案の実施により、照明域の境界をぼかし、色収差が解消され、まぶしさ（グレア）が弱まる効果が得られたので、居住空間等のＬＥＤ照明としては、人間が物を見やすく快適と感じる照明を供給できることが判った。

本考案の最良の実施形態について説明したが、当然のことながら、その実施は上記のものに限られない。上述した実施形態では、発光部として、白色ＬＥＤを使用したが、他のものを利用することもできる。例えば、発光部に赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤまた青色ＬＥＤを利用することもできる。特にＲＧＢＬＥＤを用いた照明では色収差を解消する本考案の作用効果が生きると考えられる。

1 ＬＥＤ照明装置（照明装置）
５ 直管容器
１０ 発光部
１１，１１ａ〜１１ｄ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１２，１２ａ，１２ｂ レンズ
１３ 口金
１４ 電極
２０ ベース部
２１ 基板
２２ レンズホルダ
３１ 本体部
３２ フランジ部
３３ 穴（凹部）
４１ 抵抗
４２ コネクタ
６１ ＬＥＤ中心線
６２ レンズ光軸

Claims (2)

1. 端部に電極を有する直管容器であって光透過性材料からなるものの内部に複数の発光部を前記直管容器の軸方向に配列した基板を備えた照明装置において、
   前記複数の発光部は各々発光ダイオードとレンズからなり、
   複数の前記発光ダイオードは前記基板上で直線状に配列し、
   対応する前記レンズは前記発光ダイオードの配列方向に対して左右横方向にずらして配置し、
   前記レンズと光透過性材料からなる前記直管容器の少なくとも一方をブラスト加工することにより透過光を分散させる
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 端部に電極を有する直管容器であって光透過性材料からなるものの内部に複数の発光部を前記直管容器の軸方向に配列した基板を備えた照明装置において、
   前記複数の発光部は各々発光ダイオードとレンズからなり、
   複数の前記発光ダイオードは前記基板上で直線状に配列し、
   対応する前記レンズは前記発光ダイオードの配列方向に対して左右横方向にずらして配置し、
   前記レンズと光透過性材料からなる前記直管容器の間にブラスト加工した光透過性部材を挿入することにより透過光を分散させる
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。