JP7424254B2 - 投光器 - Google Patents
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Description
スタジアム照明の照明器具としては、透光性の光学部材であるレンズを用いて光源の光を制御する器具が知られている。レンズとしては、光源の光が入射する入射面となる凹面を有し、当該凹面が光源の基板に立設した円錐面と当該光源に対面し当該光源の側に凸状の凸レンズ面とを含み、凹面の周囲に外郭によって全反射面を形成したものが知られている(例えば、特許文献2、及び特許文献3参照)。
また、所定の輝度以上の範囲を所定の立体角以下にすると競技場全体の明るさを確保できないこともあり得る。
しかしながら出願人は、当該投光器において、照明光のビーム角を狭角配光から例えば中角配光まで大きくした場合にグレアの点で改良の余地があることを見出した。
35度≦α≦53度、かつ、32%≦Dr≦42%の範囲
18度≦α≦35度、かつ、42%≦Dr≦53%の範囲、又は
9度≦α≦27度、かつ、Dr=63%の範囲
のいずれかの値である、ことを特徴とする。
図1は、本実施形態に係る投光器1の概略構成を示す図である。
投光器1は、器具本体2と、当該器具本体2を設置箇所に固定するためのアーム4とを備える。器具本体2は、左右の両側面2R、2Lがアーム4に軸支され、左右に延びる回転軸ARの回りに角度調整自在に構成されている。投光器1は、回転軸ARが水平方向DHと略平行になる姿勢でスタジアムに設置され、回転軸ARを中心に器具本体2を回動させることで、水平方向DHに直交する鉛直方向DVにおける照射方向が調整される。
本体ケース6は、照明光の出射口である照射開口6Aが正面に形成された箱型を成し、例えばアルミダイキャストなどの適宜の成型手段によって形成される。光源ユニット10のそれぞれは、照明光となる光を放射するユニットであり、互いに同一構成を有し、照射開口6A内に、互いに僅かな隙間を空けて、又は隙間無く並べられている。
これらの図に示すように、光源ユニット10は、矩形板状のベース部12と、当該ベース部12に載置された基板14と、当該基板14に設けられた複数の光源部16と、これら光源部16を覆う正面カバー18と、を備えている。さらに光源ユニット10は、ベース部12の4辺のうちの1組の対辺のみに設けられた側壁20と、光源部16の間に設けられた複数の遮光部22と、を備えている。
光源部16のそれぞれは、投光照明に適した所定ビーム角の照明光を出射するものであり、互いに同一構成を有する。本実施形態では、光源部16は、狭角配光よりも大きな1/10ビーム角を有する、いわゆる中角配光の照明光を出射するように構成されている。なお、本実施形態において、当該1/10ビーム角は30度から60度の範囲である。これらの光源部16は、図5に示すように、光軸ALがベース部12の取付面12Aに略垂直になる姿勢で、図4に示すように、正面視で縦横に格子状に並べて配置されている。
光源部16は、発光素子の一態様たるLED40と、当該LED40の光を制御するレンズ42と、を備える。
LED40は、白色光を発するSMD(Surface Mount Device)型の素子であり、発光部44が上面40Aに設けられている。LED40の上面40Aの平面視において、発光部44は、円形状を成し、この上面40Aに対して略垂直に延びる方向を光軸AMとするランバーシアン配光パターンの光を放射する。
本実施形態において、放物反射面50は、焦点Fの焦点距離FLと、LED40の発光部44の最大外径部PMの大きさLM(最大外径部PMから発光中心Oを通って発光部44の周縁に至る距離)とが、LM/7.2<FLを満たす形状に成されている。焦点距離FLは放物反射面50の放物面の頂点42Kと焦点Fとの距離である。かかる焦点距離FLと最大外径部PMの関係は、実験等によって光源部16の効率を発明者が求めることで得られたものであり、かかる関係を満たすことで、レンズ42における光学損失の増加が抑えられている。
これに対し、本実施形態では、上述の通り、鉛直方向DVに延びる遮光部22及び側壁20が、水平方向DHに並ぶ各光源部16の間に設けられているため、各光源部16では水平方向DHからの外乱光の入射が遮光され、水平方向DHについて出射光の拡がりが抑えられることとなる。一方、鉛直方向DVについては、各光源部16の間に遮光部材が設けられておらず、上述の外乱光も各光源部16から照明光として照射されるため、器具効率の低下を抑えることができる。
そこで本実施形態では、各レンズ42が水平方向DHへの光の放射を抑制するように構成されている。
なお、図7及び図8において、構成Aは本実施形態の投光器1の構成である。この構成Aにおいて、レンズ42のサイズは、出射端42T2での半径RTが9.93mm、開口部52aから出射端42T2までの高さが20.7mm、焦点距離FLが1.1mmである。構成Bは構成Aにおいて凹部56の表面加工(本構成では黒色塗布)が施されていない構成である。構成C及び構成Dは、本発明に対する比較構成であり、構成Cは構成Aにおいて凹部56自体が設けられていない構成である。また構成Dは構成Cにおいてレンズ42として従前の中角配光レンズを用いた構成(すなわち、従前の中角配光の投光器)である。
図8において、構成Eは構成Cにおいてレンズ42として狭角配光のレンズを用いた構成(すなわち、従前の狭角配光の投光器)である。
また図8に示されるように、構成A及び構成Bは、構成C及び構成Dに比べ、構成E(すなわち従前の狭角配光の投光器)に近い発光面輝度が得られている。特に、凹部56に対して上記表面加工が施された構成Aでは、50度以上の大きな斜視角の範囲でも構成Eと同様に発光面輝度が低下することが分かる。
なお図9のシミュレーションにおいて、レンズ42のサイズは図7の構成Aと同じであり、凹部56の全表面には黒色塗装による上記表面加工が施されているものとした。
凹部56のV字の角度αは、図11に示すように、横断面における凹部56の開き角に相当する。深さ割合Drは、同図11に示すように、放物反射面50の出射端42T2での半径RTに占める凹部56の深さDpの割合(すなわちDp/RT)である。
図9に示されるように、角度αが大きくなるほど、また深さ比率Drが大きくなるほど発光効率が低下することが分かる。すなわち、凹部56のサイズが大きくなるほど、発光効率の低下は大きくなる。なお、図9では、製品の性能として十分な80%以上の発光効率が得られる範囲をハッチングによって示している。
図10に示されるように、角度αが小さくなるほど、また深さ割合Dpが小さくなるほど、0.1%ビーム開き角θが大きくなり、水平方向DHへの漏れ光が増え、結果としてグレア感が大きくなることが分かる。すなわち、凹部56のサイズが小さくなるほどグレアが抑えられなくなる。なお、0.1%ビーム開き角が90度以下であれば、グレアが抑制されていると見做すことができ、図10では、90度以下の0.1%ビーム開き角が得られる範囲をハッチングで示している。
以上のことから、前掲図9及び図10においてハッチングされた範囲の角度α及び深さ割合Drで凹部56を形成することで、80%以上の発光効率を維持しつつグレアが十分に抑えられることが分かる。
同図に示すように、前掲図9及び図10においてハッチングが付された範囲は、上記凹部占有率が3%から12%(より正確には3.1%から11.8%)となる範囲に対応する。したがって、この凹部占有率となるサイズで凹部56が設けられることで、80%以上の発光効率を維持しつつグレアを十分に抑えることができる。
この構成の投光器1によれば、設置状態において、LED40の直接光が視認される水平方向DHの角度範囲が凹部56によって狭められるため、狭角配光よりも出射光が拡がる中角配光のレンズ42であってもグレアを抑えることができる。
これにより、80%以上の発光効率を維持しながらも、0.1%ビームの開き角を90度以下としてグレアを十分に抑えることができる。
35度≦α≦53度、かつ、32%≦Dr≦42%の範囲
18度≦α≦35度、かつ、42%≦Dr≦53%の範囲、又は
9度≦α≦27度、かつ、Dr=63%の範囲
のいずれかの値となっている。
これにより、断面V字状の凹部56によって、80%以上の発光効率を維持しながらも、0.1%ビームの開き角を90度以下としてグレアを十分に抑えることができる。
これにより、放物反射面50の出射端42T2が狭くなる(半径RTが小さくなる)ような場合にはレンズ42内への戻り光の発生による効率低下を防ぐことができ、出射端T2が広くなる(半径RTが大きくなる)場合には配光の過剰な広がりを防ぐことができる。
これにより、設置状態において水平方向DHに向かう光が減り、グレアを更に抑えることができる。
これにより、各放物反射面50において、他の放物反射面50からの外乱光によって、水平方向DHへ出射光が拡がることを抑えることができる。
透過型光学素子であるレンズ42によってLED40の光を制御するため、反射鏡などの反射型光学素子によって光を制御する構成に比べ発光効率を高め易くできる。
これにより、グレアを抑えつつも、狭角配光よりも大きなビーム角の中角配光の投光器1が得られる。
2 器具本体
10 光源ユニット
16 光源部
22 遮光部
40 LED(発光素子)
42 レンズ
42T2 出射端
44 発光部
50 放物反射面
52 入射面
54 出射面
56 凹部
AL、AM 光軸
AP 回転中心軸
DH 水平方向
DV 鉛直方向
Dp 凹部の深さ
Dr 深さ比率
RT 半径
α 凹部のV字の角度
Claims (7)
- 複数の発光素子と、
複数の発光素子のそれぞれに設けられた放物反射面と、を備え、
前記放物反射面は、放物面形状のレンズの全反射面であり、
前記放物反射面のそれぞれには、
設置状態において水平方向を向く2箇所に、前記放物反射面の回転中心軸に向かって凹み、かつ前記放物反射面の出射端から前記発光素子の側に延びる溝状の凹部が設けられ、
前記凹部のそれぞれは、
前記放物反射面の出射端における深さが、当該出射端における前記放物反射面の半径の30%から65%である
ことを特徴とする投光器。 - 前記放物反射面の出射端において前記凹部のそれぞれが占める割合が3%から12%であることを特徴とする請求項1に記載の投光器。
- 前記凹部のそれぞれは断面V字状であり、
前記凹部のV字の角度αと、前記出射端での前記放物反射面の半径における前記凹部の深さの割合である深さ割合Drとが、
35度≦α≦53度、かつ、32%≦Dr≦42%の範囲
18度≦α≦35度、かつ、42%≦Dr≦53%の範囲、又は
9度≦α≦27度、かつ、Dr=63%の範囲
のいずれかの値である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の投光器。 - 前記凹部のそれぞれは、
前記放物反射面の出射端から前記発光素子の側にかけて、前記発光素子の光軸と平行に延びている
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の投光器。 - 前記凹部のそれぞれの表面は、
当該表面に入射する光を反射、吸収、又は拡散させる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の投光器。 - 前記設置状態における水平方向に沿って前記放物反射面が並べられており、当該水平方向に並ぶ前記放物反射面のそれぞれの間に遮光部を備える
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の投光器。 - 前記放物反射面は、1/10ビームの開き角が30度から60度であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の投光器。
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