JP6398476B2 - 光源ユニット、及び照明器具 - Google Patents
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Description
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、路面の外への漏れ光を効率良く防止できる光源ユニット、及び照明器具を提供することを目的とする。
これにより、第2方向における反対側、すなわち入射面の一端の側へのレンズ部からの光の出射が抑えられ、当該一端の側への漏れ光が抑制される。
特に、第2方向断面において、面状光源の発光領域の一端と入射面の一端とを合わせていることから、発光領域の光を入射面に効率良く入射させつつ、レンズ部から入射面の一端の側へ出射される光を大きく減らすことができる。
ここで、第2方向断面において、面状光源の発光領域を光学レンズ体の入射面の一端に合わせると、入射面を外れて入射凹部に入射してレンズ部で制御されない非制御光成分が増え、また、そもそも光学レンズ体に入射しない光成分も増えるから、照明効率が低下する恐れがある。
これに対し、本発明によれば、入射凹部の入射面を外れた光成分が第1反射面で制御され照明に用いられるため、非制御光成分が抑えられ照明効率が良好に維持される。
これに加えて、反射鏡が光学レンズ体の第1反射面に対面配置されているため、入射凹部を外れて光学レンズ体に入射しない光成分も反射鏡によって制御され照明に用いられることから、非制御光成分が更に抑えられ、照明効率もより良好に維持される。
図1は本実施形態に係る道路灯1の設置状態を示す図であり、図1(A)は道路2の路面4を断面方向からみた図、図1(B)は道路2の路面4を平面視した図である。図2は道路灯1を下方からみた斜視図である。図3は図2の道路灯1を下カバー体21、及びグローブ13を省略して示す斜視図である。図4は図3の道路灯1を、光学レンズ体39を省略して示す斜視図である。図5は図4の道路灯1を押さえ板50、及びモジュール基板36を省略して示す斜視図である。
器具本体10は、背面10B(すなわち一端11A近傍の外側面)にアーム用挿入孔15が設けられている。アーム型の支柱5に支持する際には、当該支柱5の先端部3が当該アーム用挿入孔15に挿入される。
ベースケース体20は、器具本体10の六面の外側面のうち、底面10A、背面10B、天面10C、正面側、及び左右側の外側面10D、10E、10Fを構成する。下カバー体21は、底面10Aの一部から背面10Bの一部を構成する。
クランプユニット26は、器具本体10のアーム用挿入孔15から挿入された支柱5の先端部3に挿入されて取り付けられる支柱取付具である。電源80は、光源ユニット25に電源を供給して光源ユニット25の点灯を制御する制御装置である。
このCOB型LED35は、光軸FKが器具本体10の底面10Aを指向する姿勢で器具本体10の中に配置される。LED基板34は、COB型LED35の発熱を裏面に効率良く伝えるために、高熱伝導性を有する例えばセラミック等で形成されている。
反射鏡59は、光学レンズ体39の周囲を、道路側を除いて囲むように配置され、入射する光を反射によって制御するものである。反射鏡59は、例えばアルミニウム板等の金属板や、反射性材料が蒸着された樹脂板等で形成される。
なお、これら光学レンズ体39、及び反射鏡59については、後に詳述する。
台座面40は、ベースケース体20の天井面20Aに一体に形成されており、高熱伝導性を有するLED基板34を通じてCOB型LED35の発熱が伝えられる。台座面40の熱は、ベースケース体20の天井面20Aに伝へられ、当該ベースケース体20の天面10Cから外部に放熱され、これにより、COB型LED35の光源温度が発光動作に適切な温度に維持される。
上記包囲壁41のうちクランプ取付室27Bに面する箇所は仕切28によって構成されており、この仕切28には、電源線引込孔(不図示)が開口している。この電源線引込孔を通じて電源80から延びる電源線(不図示)が光源室27Aからクランプ取付室27Bに引き込まれる。このとき電源線引込孔をシールするために、この電源線引込孔にブッシング孔(不図示)を嵌合し、このブッシングに電源線を通して配線される。ブッシングを通された電源線は、端子台70に接続される。
図6は光学レンズ体39とCOB型LED35との配置関係を示す図であり、図6(A)は平面図、図6(B)は裏面からみた図である。図7は図6と同様に、光学レンズ体39とCOB型LED35との配置関係を示す図であり、図7(A)は道路側からみた図、図7(B)は道路脇側からみた図、及び図7(C)は側面からみた図である。
光学レンズ体39は、図6、及び図7に示すように、COB型LED35の発光面35Aを覆って配置され、当該COB型LED35の発光面35Aの光を、当該発光面35Aの光軸FKと直交する第1方向J1に拡げ、かつ、これら光軸FK、及び第1方向J1の両方に直交する第2方向J2に集光して出射する。すなわち、第1方向J1を横幅と称し、第2方向J2を縦幅と称すると、この光学レンズ体39は、横幅方向に延びつつ、縦幅を所定範囲に制限した横長配光が実現されている。
反射鏡59は、COB型LED35の発光面35Aから放射され光学レンズ体39に入射せずに漏れる光を当該光学レンズ体39の照射領域に反射するものである。
光学レンズ体39は、図6(A)に示すように、凸状レンズ部61と、第1反射部62と、第2反射部63と、取付片64と、を一体に備え、光学的に透明な樹脂材料を成型して得られている。
取付片64は、光学レンズ体39を押さえ板50にネジ止め固定するための鍔状部であり、凸状レンズ部61の第1方向J1における両側に設けられている。この取付片64の配置位置、及び形状は、光学レンズ体39の光学的作用を阻害しない限りにおいて適宜の態様を採用できる。
すなわち、図6に示すように、凸状レンズ部61は、平面視において第1方向J1に長い平面視楕円状であり、出射面側には図7に示すように凸な凸状を成し、COB型LED35の発光面35Aを覆って配置されている。
この凸状レンズ部61は、図10に示すように、第1方向J1において、中心線CNについて線対称な形状を成し、第2方向断面において、中心線CN上で凸状レンズ部61が最も厚みを有する点を通る軸が凸状レンズ部61の光軸FLとして定義される。また、この光学レンズ体39の光軸は凸状レンズ部61と同軸である。
ただし、発光面35Aから入射面66を離間させると、図8、及び図9に示すように、発光面35Aのランベルト配光の光は、入射面66に入射する間に、離間距離に応じた分だけ拡がる。この光を入射面66に入射させるために、この光学レンズ体39では、入射面66の面積、及び入射凹部65の開口が、図6(B)に示すように、発光面35Aよりも十分に大きく形成されている。
この凸状レンズ部61は、凸状レンズ部61の裏面の側で光軸FLの上に設定された仮想点Vaから放射され入射面66に入射した光を第1方向J1に拡げる(拡散する)光学的機能を備えている。
すなわち、この凸状レンズ部61では、入射面66が、第1方向断面において、仮想点Vaから放射されて入射する光を、この光軸FLから遠ざける方向に屈折させて出射する面形状、より正確には、凸状レンズ部出射面61Sの側に凹んだ凹面形状に形成されている。
第1方向断面において、COB型LED35の発光面35Aは、仮想点Vaの位置に凸状レンズ部61の光軸FLと発光面35Aの光軸FKとを一致させて配置され、これにより、発光面35Aから入射面66に入射した光が、光学レンズ体39、及び発光面35Aの光軸FK、FLから遠ざかる方向に屈折される。
このように凸状レンズ部61にあっては、入射面66、及び凸状レンズ部出射面61Sのそれぞれで、光軸FK、FLから離れる方向に屈折されることで、光が第1方向Jに大きく拡げられて出射されることとなる。
そこで、この凸状レンズ部61の凸状レンズ部出射面61Sには、第1方向断面において、光軸FLを含んだ領域に、入射面66の側に凹む拡散凹部68が設けられている。この拡散凹部68は、第1方向断面において、凹レンズと同様の光学的機能を備え、光軸FKの近傍から出射される光を光軸方向から離れる方向に屈折させて拡散させる。これにより、光軸FL、FK近傍の光量が抑えられることとなる。
この凸状レンズ部61は、上述のとおり、第2方向J2に光を集光する光学的機能を備えている。
詳述すると、第2方向断面において、入射面66は、発光面35Aの側に凸な凸面に形成され、凸状の凸状レンズ部出射面61Sとの対によって、凸状レンズ部61は、いわゆる両凸レンズとして形成されている。したがって、第2方向断面においては、凸状レンズ部61に入射面66に、上記仮想点Vaから放射され入射した光は、両凸レンズの光学的作用を受け、凸状レンズ部出射面61Sから所定の焦点(図示せず)に向かって出射される。
これにより、第2方向断面において、凸状レンズ部61の光軸FLからみてオフセット方向J2aの側で放射された発光面35Aの光は、凸状レンズ部61によって、オフセット方向J2aとは反対の方向(以下、「オフセット反対方向」と言う)J2bに集光するように出射される。
これにより、オフセット反対方向J2bである道路側の路面4に光を集めて効率良く照明しつつ、オフセット方向J2aである道路脇側では、凸状レンズ部出射面61Sから出射される光が抑えられ、道路脇側への漏れ光が抑制されることとなる。
そこで、第2方向断面において、発光面35Aの一端35ATと入射面66の一端66Taとを合わせて配置すれば、発光面35Aの光の多くを入射面66に入射させることができる。
そこで、この道路灯1(光源ユニット25)にあっては、第2方向断面において、発光面35Aのうち、有効発光範囲71のオフセット方向J2aの側の端71Tが入射面66の一端66Taに合わせて配置されている。
なお、発光面35Aの全域が十分な光量で発光している場合には、当該発光面35Aの全域が有効発光範囲71となることは勿論である。
そこで、この道路灯1(光源ユニット25)にあっては、図9に示すように、第2方向断面において、発光面35A(より正確には有効発光範囲71)を、凸状レンズ部61の光軸FLから入射面66の一端66Taまでの範囲Wを限度とし、かつ、当該範囲Wの全域に亘って設けることとしている。
これにより、凸状レンズ部61からオフセット方向J2aに向けて出射される光を最小としつつ、発光面35Aの殆どの光束がオフセット反対方向J2bに集められる。
第1反射面73は、第2方向断面において、入射凹部65のオフセット方向J2aの側の開口端65Taからオフセット方向J2aに傾斜して延びる反射面であり、入射凹部65のオフセット方向J2aの側の内側面65Aに入射した光K1を、第1出射面74に向けて全反射するように形成されている。
また、第1反射部62は、入射面66を外れて入射凹部65に入射した光を凸状レンズ部61の照射範囲に向けるため照明効率の低下も抑えられる。
しかしながら、光学レンズ体39が第2方向J2に大型化し、また、第1反射面73と入射凹部65の開口端65Taの間に新たに生じる入射面から入射した光を制御するには構成が複雑になる、という問題がある。
そこで、この道路灯1(光源ユニット25)は、発光面35Aから光学レンズ体39に入射せずにオフセット方向J2aに漏れる光を反射するために、上記反射鏡59を備えている。
反射鏡59は、光学レンズ体39の第1反射面73に対面配置された補助反射面59Aを備えている。この補助反射面59Aは、第2方向断面において、発光面35Aの光のうち、入射凹部65を外れて光学レンズ体39に入射せずにオフセット方向J2aに向かう光K2を反射し、凸状レンズ部61による照射範囲に向ける反射面である。
この補助反射面59Aによる反射によって、光学レンズ体39に入射せずに、オフセット方向J2aに漏れる非制御光成分が更に抑えられ、漏れ光の抑制、及び照明効率の維持が図られることとなる。
このため、第2方向断面において、この発光面35Aの発光領域である有効発光範囲71の端71Tと、光学レンズ体39の入射凹部65の開口端65Taとを結ぶ直線Lよりも下側に、補助反射面59Aの上端59ATが位置する高さHaとされている。
これに対して、この光源ユニット25にあっては、光学レンズ体39が第1反射面73を備えるため、補助反射面59Aの高さHaが抑えられ薄型化が図られる。
第2反射面75は、第2方向断面において、入射凹部65のオフセット反対方向J2b側の開口端65Tbからオフセット反対方向J2bに傾斜して延びる反射面であり、入射凹部65のオフセット反対方向J2bの側の内側面65Bに入射した光を第2出射面76に向けて全反射するように形成されている。
第2出射面76は、図6(A)、及び図9に示すように、凸状レンズ部61の凸状レンズ部出射面61Sのオフセット反対方向J2b側の縁61SEbに連続して設けられている。
この第2出射面76は、第2方向断面において、凸状レンズ部出射面61Sの縁61SEbからオフセット反対方向J2bに向かって次第に高くなる面に成されている。この第2出射面76には第2反射面75で反射した光K3が入射され、当該入射光が第2出射面76で屈折して凸状レンズ部61による照射範囲に向けられている。
このように光K3が大きく拡がっても、第2反射面75が上記第1反射面73よりも大きく形成されていることから、オフセット反対方向J2b(すなわち、道路側)への光K3の漏れを十分に抑制することができる。
また第2反射部63でも第1反射部62と同様に、凸状レンズ部61とは独立して光制御が行われるため、精度良く配光を制御することができ、照射野でのぼけを抑えることができる。また入射面66を外れて入射凹部65に入射した光K3が凸状レンズ部61の照射範囲に向けられるため照明効率の低下も抑えられる。
そこで、この光学レンズ体39にあっては、上述したように、第1方向断面において、入射面66に凹凸パターン79が形成されている。
この入射面66の凹凸パターン79は、発光面35Aの中心OKからの光が、凸状レンズ部出射面61Sでの屈折角γが50°以下となるように、入射面66で屈折させるものである。
それぞれの凸部82が入射光を光軸FLから遠ざかる方向に屈折させて、凸状レンズ部出射面61Sに入射させるため、当該凸状レンズ部出射面61Sでの屈折角γが小さくとも、出射角度θを大きくできる。
ただし、この光源ユニット25は、面状光源であるCOB型LED35が光源に用いられ、発光面35Aが比較的大きいことから、仮想点Vaからずれた位置から入射する光に対する屈折角を考慮し、凸状レンズ部出射面61Sでの屈折角γが50°以下に抑えられている。
換言すれば、凸状レンズ部出射面61Sでの屈折角γが50°以下としておくことで、点光源を光源とした光源ユニット25を組み立てるときに、仮想点Vaから多少ずれた位置に光源が配置されてしまった場合でも、フレネル損失が確実に抑えられる。
具体的には、図12に示すように、第1方向断面において、仮想点Vaから放射される光のうち、光軸FL、FKに対する角度が10°〜45°の範囲αの光が入射する範囲Uaにあっては、その範囲Uaに設けられる凸部82の入射側傾斜面83は、光軸FL、FKに対する傾斜角度ω(図13)が30°〜35°の角度を有するように構成されている。
一方、仮想点Vaから放射される光のうち、光軸FL、FKに対する角度が45°以上の範囲βの光が入射する範囲Ubにあっては、その範囲Ubに設けられる凸部82の入射側傾斜面83は、光軸FL、FKに対して45°以下の傾斜角度ωを有するように構成されている。
図14は、図12に示す光線(1)〜(6)ごとに、光学レンズ体39の入射側傾斜面83の傾斜角度ωと、凸状レンズ部出射面61Sの傾斜角度ψとの対応を示したものである。この凸状レンズ部出射面61Sの傾斜角度ψは、第1方向断面において、光軸FL、FKに対する凸状レンズ部出射面61Sの角度で定義される。なお、この図14に示す数値は、あくまでも一例である。
換言すれば、この谷部分に発光面35Aの光軸FKが配置されることで、入射側傾斜面83による光制御が正確に行われる。
また、凸状レンズ部出射面61Sには、交差位置65Pに対応して光軸FLとの交差位置には、上述した拡散凹部68が設けられており、光軸FL、FK近傍での光量が抑えられている。
また、光源が点光源ではなく、仮想点Vaの近傍にも発光点を有する面状光源であっても、全ての光に対し、凸状レンズ部出射面61Sでの屈折角γを70°以下に抑えることができ、フレネル損失が確実に抑えられる。
これに加え、入射面66に凹凸パターン79が形成されることで、いわゆるフレネルレンズと同様に、凸状レンズ部61の厚みが抑えられるので、入射面66を発光面35Aからの熱的影響を受けないように十分に離間させつつ、光源ユニット25の厚みを抑えることができる。
平面部85は、入射側傾斜面83に入射し屈折した光が、当該凸部82の他方の非入射側傾斜面84に入射して内面反射して迷光となる光K6となるのを防止するものである。すなわち、平面部85は、凸部82の入射側傾斜面83のうち、屈折させた入射光が非入射側傾斜面84に入射する範囲83Fの先端部分が平面で切り落とたされた形状を成し、なおかつ、その平面が、凹部81の谷81A(すなわち、非入射側傾斜面84の端部)に向けて入射光を屈折する形状に成されている。
これにより、平面部85に入射した光は非入射側傾斜面84に入射することなく凸状レンズ部出射面61Sの側に向かうので、迷光の発生が防止できる。
すなわち、本実施形態によれば、第2方向断面において、COB型LED35の発光面35Aの有効発光範囲71の一端71Tと入射面66の一端66Taとを合わせて配置する構成としたため、発光面35Aの光軸FKが凸状レンズ部61の光軸FLに対してオフセットされ、発光面35Aの光が凸状レンズ部61によって、オフセット反対方向J2bに集光して出射される。
これにより、第2方向J2におけるオフセット方向J2aへの凸状レンズ部61からの光の出射が抑えられ、当該一端66Taの側への漏れ光が抑制される。
特に、第2方向断面において、発光面35Aの有効発光範囲71の一端71Tと入射面66の一端66Taとを合わせることで、有効発光範囲71の光を入射面66に効率良く入射させつつ、凸状レンズ部61からオフセット方向J2aへ出射される光を大きく減らすことができる。
これに対し、本実施形態によれば、入射凹部65の入射面66を外れた光K1が第1反射面73で制御され照明に用いられるため、非制御光成分が抑えられ照明効率が良好に維持される。
これに加えて、反射鏡59の補助反射面59Aが光学レンズ体39の第1反射面73に対面配置されているため、入射凹部65を外れて光学レンズ体39に入射しない光K2も、この補助反射面59Aによって制御され照明に用いられることから、非制御光成分が更に抑えられ、照明効率もより良好に維持される。
これにより、凸状レンズ部61からオフセット方向J2aに向けて出射される光を最小としつつ、発光面35Aの殆どの光束がオフセット反対方向J2bに集めることができる。
これにより、第1反射面73、及び第1出射面74によって凸状レンズ部61とは独立して非制御光成分となる光の制御が行われので、精度良く配光を制御することができ、照射野でのぼけを抑えることができる。また、入射面66を外れて入射凹部65に入射した光が凸状レンズ部61の照射範囲に向けられるため照明効率の低下も抑えられる。
この構成により、光K3による漏れ光を抑えられ、また、この光K3が凸状レンズ部61の照射範囲に向けられるため照明効率の低下も抑えられる。
これにより、路面4の道路脇6への漏れ光を抑えつつ、漏れ光となる光も有効に利用して効率良く路面4を照明できる。
これにより、凸状レンズ部出射面61Sでのフレネル損失を抑えつつ、光軸FLに対して例えば55°以上の出射角度θで遠方に向けた光を照射できる。
特に、本実施形態の光源ユニット25によれば、面状光源の一例たるCOB型LED35を光源としつつ、光学レンズ体39は、凸状レンズ部出射面61Sでの光の屈折角γを、COB型LED35の発光面35Aのいずれの光に対しても70°以下としている。
これにより、確実にフレネル損失が抑えられ、効率良く遠方を照射する光源ユニット25が実現される。
これにより、平面部85に入射した光が、凸部82の入射側傾斜面83の反対側の面である非入射側傾斜面84に入射し内面反射されることなく凸状レンズ部出射面61Sに向かうので、迷光の発生が防止できる。
また、本発明は、器具本体が支柱に支持される照明器具に限らず、例えば建物の壁等に支持される照明器具にも適用可能である。
2 道路
4 路面
6 道路脇
10 器具本体
25 光源ユニット
35 COB型LED(面状光源)
35A 発光面
59 反射鏡
59A 補助反射面
61 凸状レンズ部(レンズ部)
61S 凸状レンズ部出射面
61SEa、61SEb 凸状レンズ部出射面の縁
62 第1反射部
63 第2反射部
65 入射凹部
65T、65Ta、65Tb 開口端
66 入射面
66Ta 入射面の一端
71 有効発光範囲(発光領域)
71T 有効発光範囲の一端
73 第1反射面
74 第1出射面
75 第2反射面
76 第2出射面
FK COB型LEDの光軸
FL 凸状レンズ部の光軸
J1 第1方向
J2 第2方向
J2a オフセット方向
J2b オフセット反対方向
Qc 横断方向
Qt 交通方向
Va 仮想点
Claims (5)
- 多数の発光素子を密集配置して面状の発光領域を形成した面状光源と、
前記面状光源の発光領域よりも大きく開口した入射凹部を有し、当該入射凹部が前記発光領域を覆うように設けられ、前記入射凹部の入射面から入射した前記発光素子の各々の光を前記面状光源の光軸と直交する第1方向に拡げつつ、これら光軸及び第1方向と直交する第2方向に集光するレンズ部を備えた光学レンズ体と、
反射鏡と、を備え、
前記面状光源、及び前記光学レンズ体は、
前記第2方向を含み前記レンズ部の光軸に平行な第2方向断面において、前記発光領域の一端と前記入射面の一端とを合わせて配置され、
前記面状光源の発光領域は、
前記第2方向断面において、前記レンズ部の光軸から前記入射面の一端の範囲内に収められており、
前記光学レンズ体は、
前記第2方向断面において、前記入射面の一端の側に、前記入射面を外れて前記入射凹部に入射した光を制御する第1反射面を備え、
前記反射鏡は、
前記光学レンズ体の前記第1反射面に対面配置され、前記入射凹部を外れた前記面状光源の光を制御する
ことを特徴とする光源ユニット。 - 前記光学レンズ体は、前記レンズ部のレンズ部出射面の縁に連続して設けられ、前記第1反射面で反射した光を前記レンズ部の照射範囲に向けて屈折させて出射する第1出射面を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。 - 前記第2方向断面において、前記光学レンズ体は、前記入射面の他端の側に、前記入射面を外れて前記入射凹部に入射した光を制御する第2反射面を備える
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光源ユニット。 - 前記第2反射面が前記第1反射面よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の光源ユニット。
- 路面を照明する照明器具において、
請求項1〜4のいずれかに記載の光源ユニットを光源に備え、
前記路面の交通方向に前記第1方向を合わせ、当該交通方向に直交する横断方向に前記第2方向を合わせて前記路面を照明する
ことを特徴とする照明器具。
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