JP3694310B1 - 照明ユニット及びこれを備えた照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発光ダイオード17を発光光源とした照明ユニット100であって、複数の発光ダイオード17を基台19に配設した発光部21と、発光部21の光出射側に複数の発光ダイオード17それぞれに対応して設けられ、発光ダイオード17からの光を光出射側に向けて略平行化して反射する第1反射部25と、第1反射部25のさらに光出射側に設けられ、第1反射部25に入射しなかった発光ダイオード17からの光を光出射側に向けて略平行化して反射する第2反射部27と、を備えた。
【選択図】 図1
Description
(1) 発光ダイオードを光源とした照明ユニットであって、複数の発光ダイオードを基台に配設した発光部と、前記発光部の光出射側に前記複数の発光ダイオードそれぞれに対応して設けられ、前記発光ダイオードの発光面が焦点位置となる放物面からなる第1反射部と、前記第1反射部のさらに光出射側に、前記発光ダイオードを挟んで、前記発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列され、前記発光ダイオードからの光を光出射側に向けて反射する平板状の反射面を有する第2反射部と、を備えたことを特徴とする照明ユニット。
また、第1反射部の反射面が放物面であることにより、発光ダイオードからの光を反射した際に、高精度で平行光を生成することができる。これにより、照度を向上させることができる。
さらに、第2反射部の反射面が平板状であることにより、発光ダイオードからの光を反射した際に、その反射光の照射範囲の境界を明瞭にすることができる。
そして、平板状の反射面が発光ダイオードの配列方向とは直交する方向に第1反射部を挟んで一対設けることにより、双方の反射面からの光が集光されて照度が高められる。
(第1実施形態)
図1は本発明に係る照明装置の第1実施形態を示す全体構成図である。
本発明に係る第1実施形態の照明装置200は、照明ユニット100と、駆動部11とを有して構成されている。
駆動部11は、照明ユニット100に発光駆動電力を供給するものであり、例えばフルレンジトランス等を用いることができる。駆動部11は商用電源に接続し、商用電源からの例えばAC110V〜220V、50Hz〜60Hz等の電力を、DC12V(DC6VやDC24V等の任意の電圧、或いは交流であってもよい)の駆動電圧に変換して照明ユニット100に供給する。
照明ユニット100は、図2(a)に示すように、反射鏡部材23に後板15を組み付けた状態で高さHを有する。高さHは、本実施形態においては概ね20mm程度であり、発熱電球や蛍光灯等を光源として用いた場合と比較して大幅に薄型化されている。なお、高さHは、小さすぎると反射鏡部材23の偏向特性が損なわれ、大きすぎると設置スペースを要して本照明ユニット100の配置自由度が高められない。そのため、15〜30mm程度、特に20〜23mm程度が望ましい。
図4は図2に示す照明ユニットのA−A断面図である。
照明ユニット100の反射鏡部材23は、第1反射部25と第2反射部27とが連続して形成されており、第1反射部25の基端部には、LED17の発光面を放物面鏡25aの焦点位置に配置させるための開口41が設けてある。第1反射部25の放物面鏡25aは、LED17の発光面を焦点位置とする放物面からなる反射面を有しており、LED17からの光を光出射側に向けて略平行化して反射する。
図5は上記構成の照明ユニットによる照度分布を示すグラフである。
図5に示すように、LED17から直接的に照射される光成分と、第1反射部25、第2反射部27による反射を伴って到達した光成分からなる範囲W1における光量は、他の領域と比較して、その境界が明瞭に現れている。これは、範囲W1内に集光されて、かつ光束が略平行光とされ、放射照度が高い状態になっているためである。
図6に示すように、LED17の発光面17aは、LED17の素子の中央部であり、この発光面17aは、第1反射部25の放物面鏡25aの全面に像を映出する。また、第2反射部27の双方の平面板鏡27a,27aにも発光面17aの像を映出する。つまり、第1反射部25だけではLED17からの直接照射される光の成分が拡散により広がってしまうが、第2反射部25の平面板鏡27aにより、拡散して広がる光成分を偏向して平行光化する。この作用により、得られる光束の放射照度が高くなり、範囲W1内の照度分布を高く均一にすることができ、その結果、範囲W1の境界が明瞭に見えることになる。
図7は本実施形態における照明ユニットによる光源の放射輝度と光源からの距離との関係を、反射面の有無やその種類に応じて調べた概念的なグラフである。
照明装置の用途として、街路灯等の光源から長い距離を隔てて被照明物が存在する場合、或いは、工事警告灯等の遠方に向けて光源位置を知らせる場合には、光の到達距離が照明装置の性能を左右する。そこで一例として、図7に光源からの光が反射面によって到達距離に差が生じる例を示した。
なお、以下の各態様においては、既に説明した部材と同様な構成・作用を有する部材については、同一の符号を付与することでその説明を簡略化する。
本変形例における照明ユニット120は、前述の照明ユニット100の構成と略同様であるが、鏡面反射部材の反射面をなし地状に荒らしている点のみ異なる。
この構成によれば、図5に示す場合と比較して最大照度が若干低下するが、照度が均一となる範囲W2が広くなり、一台の照明ユニット120によって、より広範囲の照明を行うことが可能となる。
次に、本発明に係る照明ユニットの第2実施形態について説明する。
本実施形態においては、広範囲の照明を行うための構成としている。
図9に本実施形態に係る照明ユニットと、この照明ユニットによる照度分布を表す説明図である。
この構成によれば、照明ユニット100を複数アレイ化することで、照度が均一となる範囲を拡大することができ、照明する領域を、照度の低下を生じさせることなく広げることができる。
次に、本発明に係る照明ユニットの第3実施形態について説明する。
本実施形態においては、照明ユニットを円環状に構成している。
図10に円環状の照明ユニットの断面図(a)、下面図(b)を示した。
本実施形態の照明ユニット400は、円環状或いは円板状等に形成された配線基板19上に複数(本実施形態では12個)のLED17が円周方向に沿って配設されており、第1反射部25が、各LED17に対応した数だけそれぞれ個別に配設されている。また、第2反射部27が第1反射部25のさらに光出射側に、内周側と外周側との円環状に形成されて第1反射部25を覆って一体に連続して形成されている。
以上説明した各実施形態に共通の断面構造を有する反射鏡部材は、その構造に限らず、適宜な変更が可能である。
図11は他の断面構造を有する反射鏡部材の構成例を示す断面図である。
図示するように、本構成においては、光源であるLED17の光路前面に凸面鏡47を配設し、LED17からの出射光の殆どが凸面鏡47に照射される。凸面鏡47に照射され反射した光は第1反射部25の放物面鏡25aにより平行光化され、或いは第2反射部27の平面板鏡27aにより平行光化される。また、凸面鏡47に照射されなかった一部の光は第2反射部27の平面板鏡27aにより平行光化される。これにより、LED17から出射された光は、必ず第1反射部25又は第2反射部27による偏向を受けて平行光化され、放射照度が高い状態となって光路前方に向かうことになる。
LED17の配列は、一直線上に並ぶ1列であったが、2列や3列以上の多数列であってもよく、千鳥配置や不規則な配置として構成としてもよい。また、第2反射部27の平面板鏡27aは曲面鏡として、所定距離で集光(結像)させる構成としてもよい。また、平面板鏡27aのLED17の光軸に対する開き角度θ(図8参照)を変更することで、光の偏向状態を調整することができる。つまり、開き角度θを大きくして照明範囲を広げたり、開き角度θを小さくして特定位置に集光させることが可能となる。その場合には、第1反射部と第2反射部とを一体構成とせずに個別に設け、平面板鏡の開き角度θを調整自在にした構成とすることが好ましい。
また、駆動電圧を12Vとすることにより、太陽電池による発電器の端子(12Vが規格)に照明ユニットの電源ラインを単純に接続することで、照明ユニットが広範囲で利用可能となる。さらに、固定電話通信線の電圧−48Vを駆動電圧としてもよい。この場合には、電話通信線の端子に接続することにより、例えば災害時等の非常用灯としての利用が可能となり、利便性が高まる。
・LED数 16個
・反射鏡部材23の外形寸法
縦23.8mm、横264mm、高さ16.25mm
・直線照射距離(光源位置から1 lx以上の照度が得られる位置までの最大距離) 30m以上
・光点直下照度(光点直下距離2mの地点における照度)
48.5 lx/m2
・電気的特性
12V駆動時(AC/DC共通) 0.09A 1.1wh/1本
24V駆動時(AC/DC共通) 0.08A 1.92wh/1本
・光学的特性
全光束(12V駆動時) 18.8lm
全光束(24V駆動時) 42.8lm
上記構成の照明ユニットを実施例1―1とし、上記構成の照明ユニットから鏡面反射部材を取り外し、発光部21だけの構成としたものを比較例1−1とし、上記構成の照明ユニットの鏡面反射部材を第1反射部25だけの構成としたものを比較例1−2とした。即ち、放物面鏡+平板状鏡(実施例1−1)、放物面鏡のみ(比較例1−1)、反射鏡なし(比較例1−2)の3モデルとした。
図12に比較例1−1、図13に比較例1−2、図14に実施例1−1の照度分布測定結果を示す。
比較例1−1においては、図12に示すように、l00lx程度の低い照度の領域が広い角度範囲に亘って形成されて、最大照度も115lx程度であった。
比較例1−2においては、図13に示すように、360〜400lxの照度を有する光の帯が形成され、その照射範囲も放物面鏡の解放側の幅と略同等の範囲になった。
ここでは、蛍光灯や電球型蛍光ランプを利用した従来の照明装置を、照度が同等レベルになるように本願発明の照明装置に置き換えた場合について、双方の消費電力の差を比較した。
17 LED(発光ダイオード)
19 配線基板(基台)
21 発光部
25 第1反射部
27 第2反射部
43 第1反射面(反射面)
45 第2反射面(反射面)
100,120,300,400 照明ユニット
200 照明装置
Claims (4)
- 発光ダイオードを光源とした照明ユニットであって、
複数の発光ダイオードを基台に配設した発光部と、
前記発光部の光出射側に前記複数の発光ダイオードそれぞれに対応して設けられ、前記発光ダイオードの発光面が焦点位置となる放物面からなる第1反射部と、
前記第1反射部のさらに光出射側に、前記発光ダイオードを挟んで、前記発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列され、前記発光ダイオードからの光を光出射側に向けて反射する平板状の反射面を有する第2反射部と、
を備えたことを特徴とする照明ユニット。 - 前記第1反射部と前記第2反射部の反射面が、蒸着による鏡面のコーティング加工面であることを特徴とする請求項1記載の照明ユニット。
- 前記第1反射部と前記第2反射部の少なくともいずれかの反射面が、なし地状に形成されたことを特徴とする請求項1記載の照明ユニット。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の照明ユニットと、
前記発光ダイオードを発光駆動するための電力を供給する駆動部と、
を備えたことを特徴とする照明装置。
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