JP6178796B2 - 照明装置、及び該照明装置を備えた道路照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、道路照明に関し、詳細には、照明装置、及び該照明装置を備えた道路照明器具に関する。

都市化の速度に起因して、より多くの陸橋又は高架交差路が、元々道路である場所の上に建設されている。そのような場所において使用される照明により満たされるべき様々な特別の特性又は要件が存在する。そのような特性又は要件として、取付及び維持の容易さ、建造物の全体的な美的デザインとの調和、防振に関する考慮などがある。同時に、グレア（glare）がないこと、輝度の均一性、平均的な輝度レベルなど、一般的な道路照明要件が満たされるべきである。

高いマストの照明、及び側壁に埋め込まれた照明器具を含め、陸橋及び高架交差路の利用に際し、いくつかの照明ソリューション（lighting solution）が利用可能である。

高架交差路を明るくするために、これまで高いマストの照明が広く一般に使用されているが、高いマストの照明は、いくつかのデメリットを有する。このようなデメリットとして、極度の高光束出力によって生じる強力なグレア、難しく費用のかかる取付及び維持、高架交差路による影に起因する地面の避けられない死角、高架交差路の適用に際した低い利用率などがある。さらに、道路脇の繁茂する木々が、マストにおける道路照明器具からの光を遮り、全体的な輝度レベル及び輝度の均一性に悪影響を与え、それにより、運転の安全性が低下する、という運転手及び道路照明管理者からの不満がある。

側壁に埋め込まれた照明器具が、別の照明オプション（lighting option）として、一般的に使用されている。側壁に埋め込まれた照明器具は、一般に、光源として蛍光灯を使用し、低い取付高さで側壁のフェンスに埋め込まれている。側壁に埋め込まれた照明器具も、いくつかのデメリットを有する。このようなデメリットとして、運転の安全性に関する照度レベルが不十分であること、及び照度の均一性が悪いことなどがある。

最近、Ｔｈｏｒｎ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ社が、Ｏｒｕｓという商標名の低高度型取付照明器具（low-height mounted luminaire）を発売した。これは、出入道路又は橋に対して、グレアを防止する照明ソリューションを提供するよう主張されている。この照明器具は、光源としてセラミック金属ハロゲンランプ（ceramic metal halide lamp）を使用し、その光学的構造は、主に、円筒形状の反射鏡（reflector）から成っており、これは、道路表面に均一な照度を実現するよう主張されている。しかしながら、本発明の発明者らは、このような照明器具の次のようなデメリットを発見した。

光源として、セラミック金属ハロゲンランプは、サイズ及び形状が大きいため、光学的設計上、光強度及び／又は配光を制御することは難しい。さらに、発光面が非常にまぶしい。そのため、照明器具から自動車の運転手への直接的な強力な光放射は避けられず、これが、運転手の目に、ちらつきなどの視覚的不快感を生じさせ、したがって、安全性の問題を引き起こす。

現実に配置される場合において、このような照明器具は、満足するレベルの輝度の均一性を道路表面に提供することができない。

さらに、このような照明器具の全体は、サイズがかなり大きく、側壁のフェンスから突出し、歩行者及び／又は通過する車に悪影響を及ぼす。

本発明は、現在利用可能な道路照明器具に対する改良である。

グレアによる悪影響を効果的に低減又は排除することができる道路照明器具を提供することは、有用であろう。道路表面における輝度の均一性を満たすことを実現することができる道路照明器具を提供することは、さらに有用であろう。道路の木々により引き起こされる影による悪影響を低減又は排除することができる道路照明器具を提供することは、有用であろう。上述の効果を実現するよう、道路照明器具のための適切な光学的構造及び／又は機械的構造を提供することも望ましい。

こうした問題の１以上により良く対処するために、本発明の第１の側面において、道路照明器具用の照明装置が提供される。本照明装置は、反射鏡を備える。反射鏡は、第１の軸の周りに所定の角度だけ放物曲線（parabolic curve）を回転することにより形成された反射面を有する。放物曲線は、頂点（vertex）において開口を有する。第１の軸は、放物曲線と同一平面にあり、放物曲線の対称軸と実質的に垂直であり、放物曲線の開口に、又は開口の外側に位置する。本照明装置は、ＬＥＤ光源をさらに備える。ＬＥＤ光源は、反射面の入口（entry）に配置される。入口は、放物曲線の開口に対応する。すなわち、所定の角度だけ放物曲線を回転して反射面を形成する場合において、放物曲線の開口は、反射面の入口を形成する。

このような反射面により、光は、所定の角度の範囲内にある第１の軸を含む任意の平面において、同様に制御することができる。というのは、反射面と第１の軸を含む任意の平面との交線が、同じ放物曲線であるからである。さらに、光源は、放物曲線の頂点に隣接して配置されるので、所定の角度の範囲内にある回転方向に沿った任意の位置で、ほとんど同一の光制御を実現することができる。

さらに、第１の軸を含む任意の平面における光分布は、状況に応じて放物曲線を設計することにより、望むように制御することができる。例えば、第１の軸に沿った出力ビームの幅は、放物曲線の最大出口角（maximum exit angle）によって決まる。

放物曲線は、放物線の任意のカーブ、又は放物線のようなカーブを指す。好ましくは、放物曲線は、１以上の円錐曲線セグメント（conic curve segment）を含む。円錐曲線セグメントは、放物線、双曲線、円、楕円などのセグメントであってよい。一実施形態では、放物曲線は、いわゆる複合放物集光器型曲線（ＣＰＣ：Compound Parabolic Concentrator）である。

一実施形態に従うと、所定の角度は、［９０°，１８０°］の範囲内である。所定の角度が大きいほど、同一の光制御を実現することができる範囲が広くなる。一実施形態において、所定の角度は、１８０°である。

一実施形態に従うと、放物曲線の最大出口角は、５°内である。放物曲線の最大出口角は、放物曲線の対称軸に関して放物曲線の頂点に配置された光源からの光の最大出口角を指す。

このようにして、第１の軸に沿った出力ビームの幅は、比較的小さくなるよう制御することができる。すなわち、出力ビームは、良好な指向性を実現する。

ＳＯＮ、蛍光灯、セラミック金属ハロゲンランプなどの光源と比較すると、ＬＥＤ光源は、サイズが小さく、長寿命を有する。

ＬＥＤ光源の小さなサイズに起因して、反射鏡のサイズが小さい場合でも、ＬＥＤ光源は、反射面の入口に配置することができる。上述したように、ＬＥＤ光源が、反射面の入口に配置される場合、すなわち、放物曲線の頂点に配置される場合、所定の角度の範囲内にある回転方向に沿った任意の位置で、ほとんど同一の光制御を実現することができる。したがって、ＬＥＤ光源が良好な照度の均一性を提供する限り、光モジュールの出力ビームは、所定の角度の範囲内にある回転方向に沿って、良好な照度の均一性を有する。さらに、光源の輝く発光面は、発光面の小さなサイズに起因して、反射鏡内にうまく隠すことができ、それにより、グレアによる悪影響を低減することができる。

一実施形態において、ＬＥＤ光源は、複数チップＬＥＤを含む。単一チップＬＥＤと比較すると、複数チップＬＥＤは、高光束を実現することができる。それにより、照明装置は、運転の安全性のために、十分な輝度強度を提供することができる。

一実施形態において、ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤモジュールを含む。したがって、１つのモジュールの故障が、照明装置全体の故障をもたらさないので、照明装置は、堅牢である。

別の実施形態に従うと、本照明装置は、反射鏡及びＬＥＤ光源を保持するための保持ユニットと、ベース（base）とをさらに備える。保持ユニットは、保持ユニットが第２の軸の周りを回転可能なように、ベースに対して回転可能に接続され、第２の軸は、照明装置により生成されるビームの光軸、及び第１の軸の両方に垂直である。

このように、第２の軸の周りに保持ユニットを回転させることにより、照明装置により生成されるビームの光軸の方向は、ベースに対して調整可能である。

本発明の第２の側面において、道路照明器具が提供される。本道路照明器具は、道路に沿って取り付けられる支持物体（support）と、前述の照明装置であって、照明装置の第２の軸が道路の路肩と平行になるように、支持物体に取り付けられる照明装置とを備える。第２の軸は、照明装置により生成されるビームの光軸、及び第１の軸の両方に垂直である。

上述したように、照明装置は、回転方向に沿って、良好な照度の均一性を提供することができる。すなわち、照明装置は、第２の軸に沿って、良好な照度の均一性を提供することができる。照明装置は、第２の軸が道路の路肩と平行になるように取り付けられるので、道路照明器具は、道路の路肩に沿って、良好な照度の均一性を提供することができる。それにより、大きな幅にわたって、道路表面に良好な照度の均一性を提供することができる。

一実施形態において、照明装置は、道路の表面から所定の高さに取り付けられ、所定の高さは、１．２ｍ以下である。好ましくは、所定の高さは、おおよそ１．０ｍである。

このように、光源は、運転手の目の通常の高さよりも低い位置に取り付けられる。さらに、照明装置が、照明装置により生成されるビームの光軸が水平方向上方を延びて向かわないように取り付けられる限り、運転手の視線の下に、光をうまく制御することができる。したがって、直接的なグレアによる悪影響を排除することができる。

別の実施形態において、照明装置は、照明装置により生成されるビームの光軸が道路の中央に向かうように、取り付けられる。したがって、道路表面を効果的に照らすことができる。

本発明の第３の側面において、上述した照明装置を取り付ける方法が提供される。本方法は、照明装置の第２の軸が道路の路肩と平行になるように、道路の脇に照明装置を取り付けるステップを含む。第２の軸は、照明装置により生成されるビームの光軸、及び第１の軸の両方に垂直である。

一実施形態において、本方法は、道路の表面から１．２ｍ以下である高さに、照明装置を取り付けるステップをさらに含む。好ましくは、照明装置は、道路の表面からおおよそ１．０ｍの高さに取り付けられる。

別の実施形態において、本方法は、照明装置により生成されるビームの光軸を道路の中央に向けるステップをさらに含む。

別の実施形態において、本方法は、照明装置を道路の側壁のフェンスに取り付けるステップをさらに含む。

本発明は、請求項中に記載された特徴の全ての可能な組合せに関連することに留意されたい。

本発明の他の特徴、目的、及び効果は、添付の図面と併せて検討される非限定的な例示的実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の一実施形態に従った、反射鏡の反射面のベースカーブとしての放物曲線を示す図。 本発明の一実施形態に従った、ベースカーブとしての複合放物集光器型曲線（ＣＰＣ）を示す図。 本発明の一実施形態に従った、道路照明器具用の照明装置の側面図。 本発明の一実施形態に従った、道路照明器具用の照明装置の上面図。 本発明の一実施形態に従った、道路照明器具用の照明装置の斜視図。 本発明の一実施形態に従った照明装置を取り付けるための概略図。

同一の又は類似する参照符号は、同一の又は類似する装置（モジュール）を示す。

添付の図面を参照しながら、本発明の詳細な説明を以下で提供する。

図１は、本発明の一実施形態に従った、反射鏡の反射面のベースカーブ（base curve）の図を示している。

本発明の一実施形態に従うと、道路照明器具用の照明装置が提供される。この照明装置は、第１の軸ｙの周りに所定の角度だけベースカーブを回転することにより形成された反射面を有する反射鏡を備える。このベースカーブは、図１に示される放物曲線１である。

図１を参照すると、放物曲線１は、開口１０２に加え、その頂点において、開口１０１を有する。一般に、開口１０１は、開口１０２よりも小さい。以降、頂点における開口１０１を、入口開口（entry aperture）と呼び、開口１０２を、出口開口（exit aperture）と呼び、角度θ_ｍａｘを、放物曲線１の最大出口角と呼ぶ。

第１の軸ｙは、放物曲線１と同一平面にある、すなわち、放物曲線１を含む同一の平面に位置する。第１の軸ｙは、放物曲線１の対称軸である軸ｘと実質的に垂直である。さらに、第１の軸ｙは、開口１０１に、又は開口１０１の外側に位置する。一例では、第１の軸ｙは、図１に示されるように、開口１０１に正確に位置することができる。別の例では、第１の軸ｙは、開口１０１の外側に位置してもよい、すなわち、図１において開口１０１の左側に位置してもよい。

いくつかの他の実施形態では、放物曲線１は、軸ｘに関して、必ずしも完全に対称である必要はない。例えば、放物曲線１の上方半分１０３は、所望の光学的要件を満たすように、下方半分１０４とは異なるように設計することができる。

よく知られているように、放物曲線は、放物線の任意のカーブ、又は放物線のようなカーブを指す。放物曲線は、１以上の円錐曲線セグメントを含む。円錐曲線セグメントは、放物線、双曲線、円、楕円などのセグメントであってよい。一実施形態では、放物曲線１は、いわゆる複合放物集光器型曲線（ＣＰＣ）である。

図２は、本発明の一実施形態に従った、ベースカーブとしての複合放物集光器型曲線（ＣＰＣ）の図を示している。

図２を参照すると、ＣＰＣ２は、２つの傾いた放物線２０３、２０４を含み、２つの開口、すなわち、入口開口２０１及び出口開口２０２を有する。ＣＰＣは、その許容角度（acceptance angle）θ_ｍａｘ、及び、その横方向焦点シフト（lateral focal shift）ａにより特徴付けられる。図２に示される極座標系では、ＣＰＣ２は、許容角度θ_ｍａｘ及び横方向焦点シフトａの関数として、表すことができる。すなわち、ＣＰＣ２は、

により、表すことができる。図２から確認することができるように、放物曲線２の最大出口角は、許容角度θ_ｍａｘに等しく、入口開口２０１の幅は、２ａに等しい。

図３〜図５は、本発明の一実施形態に従った、道路照明器具用の照明装置を示しており、図３は、その照明装置の側面図、図４は、その照明装置の上面図、図５は、その照明装置の斜視図を示している。照明装置の向きは、軸ｘ’、軸ｙ、及び軸ｚにより示されている。詳細には、軸ｙは、照明装置内における反射鏡の反射面を形成するための放物曲線の第１の軸であり、軸ｘ’は、出力ビーム（すわなち、照明装置により生成されるビーム）の光軸であり、軸ｚは、軸ｘ’及び軸ｙの両方に垂直な軸である。

図３〜図５を参照すると、照明装置３は、反射面３０１１を有する反射鏡３０１、及びＬＥＤ光源３０２を備える。反射面３０１１は、第１の軸ｙの周りに所定の角度Ωだけ図１に示される放物曲線を回転することにより形成される。ＬＥＤ光源３０２は、反射面の入口に配置される。この入口は、放物曲線の入口開口に対応する。

この実施形態では、所定の角度Ωは、図４に示されるように、１８０°である。いくつかの他の実施形態では、所定の角度Ωは、他の値であってもよい。好ましくは、所定の角度Ωは、例えば、１２０°、１５０°など、［９０°，１８０°］の範囲内である。

図３又は図５に示されるように、反射面３０１１により、ＬＥＤ光源からの光は、所定の角度Ωの範囲内にある第１の軸ｙを含む任意の平面を指す垂直平面（vertical plane）において、同様に制御される。これは、反射面と垂直平面との交線が、同じ放物曲線であるからである。

したがって、垂直平面における出力ビームの出口ビーム角（exit beam angle）は、放物曲線の最大出口角によって決まる。放物曲線の最大出口角が大きいほど、垂直平面における出口ビーム角は大きくなる。例えば、出口ビーム角は、±５°の範囲内に設定することができる。

さらに、照明装置３の出力ビームは、第１の軸ｙと垂直な平面を指す水平平面（horizontal plane）において、ランベルト分布に従う。

ＬＥＤ光源３０２は、１以上のＬＥＤモジュールを含むことができる。１以上のＬＥＤモジュールの各々は、単一チップＬＥＤ又は複数チップＬＥＤのいずれかとすることができる。一実施形態において、ＬＥＤ光源３０２は、単一のＬＥＤモジュールにより高光束を実現するように、複数チップＬＥＤを含むことができる。例えば、６×６ｍｍ^２の効果的な発光領域を有する複数チップＬＥＤは、３０Ｗの電力により駆動される場合、３０００Ｌｕｘ以上の光束をサポートすることができる。

さらに図３〜図５を参照すると、照明装置３は、ヒートシンク及び電気ボックスとして機能するボックス３０３をさらに備える。ボックス３０３は、ＬＥＤ光源３０２の後方に配置される。

いくつかの他の実施形態では、反射鏡３０１は、反射面３０１１に加えて、他の反射面を含むことができる。例えば、反射鏡３０１は、さらなる反射面３０１２を含むことができる。反射面３０１２は、２つの部分３０１２ａ、３０１２ｂを含み、その一方は、回転が開始する場所において放物曲線１と同一平面にあり、他方は、回転が終了する場所において放物曲線１と同一平面にある。さらに、ＬＥＤ光源３０２は、図５に示されるように、反射面３０１２の前方に配置される。

図６は、本発明の一実施形態に従った照明装置を取り付けるための概略図を示している。照明装置の向きは、軸ｘ’、軸ｙ、及び軸ｚにより示されるが、これらは、図３〜図５の軸と同一である。

図６を参照すると、照明装置４１は、幅Ｗを有する道路を照らすために、使用される。照明装置４１は、道路脇の支持物体４２に取り付けられる。支持物体４２は、ポールであってもよいし、側壁のフェンスであってもよい。図６に示されるように、照明装置４１は、照明装置４１の軸ｚが道路の路肩と平行になる向きで、支持物体４２に取り付けられる。

好ましくは、照明装置４１は、道路表面４３の上方１．２ｍ以下の高さｈに取り付けられる。例えば、取付高さｈは、道路表面４３から１ｍとすることができる。

さらに、照明装置４１は、出力ビームの光軸ｘ’が道路の中央に向かうように、角度γだけ傾けられる。

そのような傾きを容易にするために、照明装置は、傾き角度γを調整可能な調整手段をさらに備えることができる。例えば、照明装置は、反射鏡及びＬＥＤ光源を保持するための保持ユニットと、ベースとをさらに備えてもよく、保持ユニットが軸ｚの周りを回転可能なように、保持ユニットはベースに対して回転可能に接続される。

本発明の一実施形態に従うと、道路照明器具が提供される。道路照明器具は、道路に沿って取り付けられる支持物体と、照明装置の軸ｚが道路の路肩と平行になるように支持物体に取り付けられる照明装置とを備える。さらに、照明装置は、道路の表面から１．２ｍ以下の高さに取り付けられる。照明装置は、照明装置の光軸ｘ’が道路の中央に向かうように、取り付けることができる。

当業者は、本発明が上述した好適な実施形態に限定されないことを認識するであろう。そうではなく、多くの変更形態及び変形形態が、添付の特許請求の範囲内で可能である。上述した実施形態は、本発明を限定するものではなく例示するものであって、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、代替的実施形態を設計することができることに留意すべきである。請求項中、括弧の間に配置されるいかなる参照符号も請求項を限定するものと解釈されてはならない。用語「備える（comprise）」は、請求項に列挙した以外の要素又はステップの存在を除外しない。ある要素に先行する用語「ａ」又は「ａｎ」は、このような要素の複数の存在を除外しない。第１の、第２の、及び、第３の、といった用語の使用は、順序を示すものではない。これらの用語は、名称として解釈されるべきである。明確に示されない限り、動作について特定の順序を求めることは意図しない。

Claims (13)

1. 道路照明器具用の照明装置であって、
   第１の軸の周りに所定の角度だけ放物曲線を回転することにより形成された反射面を有する反射鏡であって、前記放物曲線は、頂点において開口を有し、前記第１の軸は、前記放物曲線と同一平面にあり、前記放物曲線の対称軸と実質的に垂直であり、前記放物曲線の前記開口に、又は前記開口の外側に位置する、反射鏡と、
   前記反射面の入口に配置されたＬＥＤ光源であって、前記入口は、前記放物曲線の前記開口に対応する、ＬＥＤ光源と、
   前記反射鏡及び前記ＬＥＤ光源を保持するための保持ユニットと、
   ベースと、
   を備え、
   前記保持ユニットは、前記保持ユニットが第２の軸の周りを回転可能なように、前記ベースに対して回転可能に接続され、前記第２の軸は、前記照明装置により生成されるビームの光軸、及び前記第１の軸の両方に垂直である、照明装置。
2. 前記放物曲線は、１以上の円錐曲線セグメントを含む、請求項１記載の照明装置。
3. 前記１以上の円錐曲線セグメントは、
   放物線のセグメント；
   双曲線のセグメント；
   円のセグメント；及び
   楕円のセグメント；
   のうち少なくとも１つを含む、請求項２記載の照明装置。
4. 前記放物曲線は、複合放物集光器型曲線である、請求項１記載の照明装置。
5. 前記所定の角度は、［９０°，１８０°］の範囲内である、請求項１記載の照明装置。
6. 前記放物曲線の最大出口角は、５°以下である、請求項１記載の照明装置。
7. 前記ＬＥＤ光源は、複数チップＬＥＤを含む、請求項１記載の照明装置。
8. 道路に沿って取り付けられる支持物体と、
   請求項１乃至７いずれか一項記載の照明装置であって、前記照明装置は、前記照明装置の第２の軸が前記道路の路肩と平行になるように、前記支持物体に取り付けられ、前記第２の軸は、前記照明装置により生成される前記ビームの前記光軸、及び前記第１の軸の両方に垂直である、照明装置と、
   を備えた、道路照明器具。
9. 前記照明装置は、前記道路の表面から所定の高さに取り付けられ、前記所定の高さは、１．２ｍ以下である、請求項８記載の道路照明器具。
10. 前記照明装置は、前記照明装置により生成される前記ビームの前記光軸が前記道路の中央に向かうように、取り付けられる、請求項８記載の道路照明器具。
    
11. 請求項１乃至７いずれか一項記載の照明装置を取り付ける方法であって、
    前記照明装置の第２の軸が道路の路肩と平行になるように、前記道路の脇に前記照明装置を取り付けるステップであって、前記第２の軸は、前記照明装置により生成される前記ビームの前記光軸、及び前記第１の軸の両方に垂直である、取り付けるステップ
    を含む、方法。
12. 前記道路の表面から１．２ｍ以下である高さに、前記照明装置を取り付けるステップ
    をさらに含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記照明装置により生成される前記ビームの前記光軸を、前記道路の中央に向けるステップ
    をさらに含む、請求項１１記載の方法。

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