JP2012119140A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者への不快なグレアを低減するとともに、照射面での照度ムラを低減し、照射対象物を見やすく、且つ眼を疲れ難くする照明器具を提供する。
【解決手段】照明器具において、本体に固定され先端部が自由端となるアームと、アームの先端部に支持される灯具と、灯具に設けられる単一のＬＥＤユニット１１と、ＬＥＤユニット１１からの出射光を屈折させるレンズ１５と、レンズ１５の一方の面４３にレンズ１５の中心軸４４を中心に形成される凹曲面３９と、レンズ１５の一方の面４３に凹曲面３９を包囲して環状に形成され中心軸４４に直交する第１平坦面４０と、レンズ１５の他方の面４５に中心軸４４を中心に形成され中心軸４４に直交する第２平坦面４１と、他方の面４５の外周縁４６に第２平坦面４１を包囲して環状に形成される凸曲面４２と、を設けた。
【選択図】図６

Description

本発明は、照明器具に関する。

少ない光源数で照明効率の高い照明器具が提案されている。例えば特許文献１に記載の照明装置は、複数の発光体が同一の方向を照射し、複数の発光体に囲まれた反射体がその側面で光を反射する。発光体が放射した光は、一部が反射体の側面に反射し、反射した反射光と、発光体から直接放射された直接光との合成により、理想的なバットウイング状の配光に近い照明光を得ることで、省エネルギー化を図っている。

また、特許文献２に記載のＬＥＤ照明器具は、入射端が凹面、出射端が略平面、側面が曲面であって、かつ中心軸に対する断面が円状となるように形成され、入射端に入射されたＬＥＤからの光が側面の内表面で全反射し、出射端で中心軸から遠ざかる方向に屈折して出射されるように形成されているレンズを具備することで、ＬＥＤの放射光をバットウイング状の配光に制御し、ＬＥＤ照明器具の直下および周囲の照度を確保している。

また、特許文献３に記載の街路照明器具は、光源としての、少なくとも一つの棒状発光管を含む蛍光ランプと、この光源の上方に設けられた反射板と、少なくとも、この反射板の端部から光源を囲むように配置された透光性カバーと、を備え、反射板のうち、少なくとも光源に対向する面が鏡面反射面を構成しており、透光性カバーのうちで、少なくとも光源より下方に位置する領域に、光屈折処理を施している。

特開２００９−２１８１５８号公報（請求項１、図９） 特開２００５−１２９５１７号公報（請求項１、図１） 特開２０００−３３１５０４号公報（請求項５、図７）

しかしながら、上記した従来の照明器具は、いずれも少ない光源数や少ない部品点数で照射面をある明るさ以上に照射するためのものであり、出射光が周囲に広がることによるまぶしさ（グレア）への考慮はなされていない。また、複数のＬＥＤチップを高密度に実装してする単一ＬＥＤパッケージの場合、色ムラが生じる。この単一ＬＥＤパッケージからの放射状の出射光により照明された円形照射面の照度分布は、図１３に示すように、直径方向の断面において、中心で最も高く（５８００００ｌｘ程度）、中心からの距離が離れるに従って徐々に低くなる。また、同一断面における色度ｘ，ｙの分布は、図１４に示す色ムラ領域Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５で観察結果の色ムラと一致することが知見されている。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、使用者への不快なグレアを低減するとともに、照射面での照度ムラを低減し、照射対象物を見やすく、且つ眼を疲れ難くする照明器具を提供することにある。

本発明の照明器具は、本体に固定され先端部が自由端となるアームと、前記アームの先端部に支持される灯具と、前記灯具に設けられる単一のＬＥＤユニットと、前記ＬＥＤユニットからの出射光を屈折させるレンズと、前記レンズの一方の面に該レンズの中心軸を中心に形成される凹曲面と、前記レンズの一方の面に前記凹曲面を包囲して環状に形成され前記中心軸に直交する第１平坦面と、前記レンズの他方の面に前記中心軸を中心に形成され前記中心軸に直交する第２平坦面と、前記他方の面の外周縁に前記第２平坦面を包囲して環状に形成される凸曲面と、を具備しているものである。

また、本発明の照明器具は、前記レンズは、前記第２平坦面が、前記凹曲面の範囲よりも小さく形成されるものである。

また、本発明の照明器具は、前記レンズの一方の面および他方の面の全面にシボ加工が施されているものである。

さらに、本発明の照明器具は、前記レンズの一方の面および他方の面の全面に前記中心軸を中心とする同心円状の溝が形成されているものである。

本発明に係る照明器具は、使用者への不快なグレアを低減するとともに、照射面での照度ムラを低減し、照射対象物を見やすく、且つ眼を疲れ難くすることができる。

本発明に係る第１実施形態の照明器具を示す側面図 図１に示した灯具の拡大断面図 図２に示した灯具の底面図 図３のＡ−Ａ断面図 ＬＥＤユニットの拡大断面図 （Ａ）はレンズの光線追跡図、（Ｂ）はレンズの平面図 灯具と机上面と眼の位置との相関を示す模式図 机上面における実使用範囲を示した平面図 図６に示したレンズによって得られる一定距離での明るさと照射角度との相関図 図６に示したレンズによって得られる明るさと必要照射範囲との相関図 本発明に係る第２実施形態の照明器具におけるレンズの斜視図 （Ａ）は溝の拡大図、（Ｂ）は図１１に示したレンズの平面図 従来の照明器具による照度部分を表したグラフ 従来の照明器具による色度の分布を表したグラフ

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る第１実施形態の照明器具を示す側面図、図２は図１に示した灯具の拡大断面図、図３は図２に示した灯具の底面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態の照明器具１０は、ＬＥＤユニット１１と、ＬＥＤユニット１１を収納する灯具１２と、ＬＥＤユニット１１に電源を供給する電源ブロック１３と、ＬＥＤユニット１１からの光を屈折させるレンズ１５と、電源ブロック１３を収容する本体１６と、灯具１２と本体１６とを連結するアーム１７と、灯具１２とアーム１７の先端部１８との間に設けられたヒンジ部１９とを備えている。

また、この照明器具１０は、一端がＬＥＤユニット１１に接続され、他端が電線コネクタ２０の雄コネクタ２１に接続された第１電線２２と、一端が電線コネクタ２０の雌コネクタ２３に接続され、他端が電源ブロック１３に接続された第２電線２４とを備えている。第１電線２２と第２電線２４とは、電線コネクタ２０によって分離可能に接続されている。また、電線コネクタ２０は、灯具１２内におけるヒンジ部１９と、ＬＥＤユニット１１との間以外の箇所に配置されている。
なお、第１電線２２を雌コネクタ２３に接続し、第２電線２４を雄コネクタ２１に接続してもよい。

灯具１２内の第２電線２４は、ＬＥＤユニット１１の外側に配置され、止着部２５によって灯具１２に止着されている。止着部２５は、灯具１２に設けられた一対の挟持片２６および挟持片２７を有している。第２電線２４は、一対の挟持片２６および挟持片２７によって挟持されている。
この照明器具１０においては、第１電線２２と第２電線２４とを、電線コネクタ２０によって分離可能に接続されていることにより、ＬＥＤユニット１１と灯具１２とを簡単に分解でき、アーム１７や本体１６を分解することなく、ＬＥＤユニット１１を容易に交換し、または修理できる。従って、ＬＥＤユニット１１の修理や交換をする際に、手間を省くことができるため、コスト低減が可能となる。

また、ヒンジ部１９とＬＥＤユニット１１との間以外の箇所に、電線コネクタ２０が配置されていることにより、灯具１２をコンパクトにすることが可能となる。これに対して、仮にヒンジ部１９とＬＥＤユニット１１との間に、電線コネクタ２０を配置した場合には、灯具１２が大型化する。また、灯具１２におけるヒンジ部１９から電線コネクタ２０に至る個所に、第２電線２４を止着する止着部２５が設けられていることにより、第２電線２４が他の部分に絡まるのを防止している。

さらに、止着部２５は、ＬＥＤユニット１１の外側に設けられていることにより、灯具１２を回動させたときや、照明器具１０の組立時等に、第２電線２４がＬＥＤユニット１１の照明方向（ＬＥＤユニット１１の前面）に回り込むのを防止し、照明が遮られるのを防止している。

図５はＬＥＤユニット１１の拡大断面図である。
灯具１２に設けられるＬＥＤユニット１１は、単一のものとなる。ＬＥＤユニット１１は、灯具１２の筺体２８に有機グリーンシート２９を介してＣｕ基板３０が固定される。有機グリーンシート２９は、シリカやアルミナ等のフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シートからなる。Ｃｕ基板３０の表面には絶縁層であるサブマウント３１を介してＬＥＤチップ１４が設けられる。サブマウント３１には例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられる。ＬＥＤチップ１４としては、青色光（λ≒４００〜４６０ｎｍ）を放射するＧａＮ系青色半導体発光素子が好適に用いられる。ＬＥＤチップ１４は、サブマウント３１やＣｕ基板３０に設けられた配線板３２の回路に電極がワイヤ３３にて接続される。ＬＥＤチップ１４、ワイヤ３３はシリコーン樹脂からなる薄型レジンにより覆われる。薄型レジンは、空気層３４を介してさらに蛍光体キャップ３５によって覆われる。

蛍光体キャップ３５は、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体を透光性シリコーン樹脂に分散した後、硬化させて形成されている。この蛍光体キャップ３５によって、ＬＥＤチップ１４からの一部の青色光が、緑色光（λ≒５４０〜５６５ｎｍ）、黄色光（λ≒５６０〜５８０ｎｍ）、赤色光（λ≒６８０〜７２０ｎｍ）に変換され、これらの光が混ざり合って白色光が生成されるようになされている。

図６（Ａ）はレンズ１５の光線追跡図、（Ｂ）はレンズ１５の平面図である。図６（Ａ）は図６（Ｂ）のＢ−Ｂ断面を示している。
灯具１２の底面部にはＬＥＤユニット１１からの出射光を屈折させるレンズ１５が取り付けられている。灯具１２の底面部にはシェード部３７が設けられ、シェード部３７はレンズ１５よりも下方に配置されている。このレンズ１５とシェード部３７との位置関係によって後述する照射範囲が設定される。

このレンズ１５はＬＥＤユニット１１からの光線束を屈折によって集束、発散させる配光制御部として働く。レンズ１５は円形状に形成され、直径方向の両端に取り付けのための凸部３８が形成される。レンズ１５の材質としては、アクリル、スチレン、ポリカーボネート等の樹脂素材またはガラス素材の透明材料を用いることができる。

レンズ１５は、凹曲面３９と、第１平坦面４０と、第２平坦面４１と、凸曲面４２とに大別して構成される。凹曲面３９は、レンズ１５の一方の面４３にレンズ１５の中心軸４４を中心に円形状に形成される。この凹曲面３９は第１の屈折部を構成し、中心の光を周囲に屈折させる。第１平坦面４０は、レンズ１５の一方の面４３に凹曲面３９を包囲して環状に形成され中心軸４４に直交する。第２平坦面４１は、レンズ１５の他方の面４５に中心軸４４を中心に形成され中心軸４４に直交する。凸曲面４２は、他方の面４５の外周縁４６に第２平坦面４１を包囲して環状に形成される。この凸曲面４２は第２の屈折部を構成し、周囲に広がる光を集光する。

レンズ１５は、第２平坦面４１が、凹曲面３９の範囲よりも小さく形成されている。つまり、凹曲面３９のＲが始まる点Ｋが、凸曲面４２のＲの範囲Ｍに重なっている。これにより、第２平坦面４１が、凹曲面３９の範囲よりも大きい場合に形成される平行な第１平坦面４０と第２平坦面４１とによって挟まれる部位がレンズ１５に形成されず、屈折による光偏向制御が容易となっている。

また、レンズ１５の一方の面４３および他方の面４５の全面にはシボ加工が施されている。レンズ１５の入射面および出射面に設けられるシボ加工による微少な凹凸によって、入射光および出射光が拡散光となり、波長により屈折率が変化することによって生じる色ムラが緩和されるようになされている。

照明器具１０は、灯具下端の机上面からの高さが３０〜６０ｃｍで使用されることが多く、本実施の形態では４０ｃｍの高さを想定している。この場合のレンズ１５の諸寸法は、レンズ１５の直径Ｄ＝４８ｍｍ、厚みＴ＝３ｍｍ、凹曲面３９の半径Ｒａ＝２５ｍｍ、凹曲面３９の深さｄ１＝１．５ｍｍ、凸曲面４２の半径Ｒｂ＝１３５ｍｍ、凸曲面４２のＲの範囲Ｍ＝１８ｍｍ、第２平坦面４１と凸曲面４２との段差ｈ＝１．２ｍｍ程度が目安となる。

次に、上述の構成を有する照明器具１０の作用を説明する。
図７は灯具１２と机上面４７と眼の位置との相関を示す模式図である。
照明器具１０は、灯具下端の机上面４７からの高さＨが上述のように４０ｃｍとされる。眼の位置から灯具１２の中心までの距離Ｌは６０ｃｍとする。また、眼の高さはＥとする（Ｈ＞Ｅ）。この条件で、照明器具１０は、灯具１２から出射される照明光によって照射される机上の照射範囲が、灯具１２から５０ｃｍの範囲Ｎとなる。この照明の必要範囲Ｎでは照度が均一に確保される。また、灯具１２は、照明の必要範囲Ｎが確保される程度にシェード部３７によって照射角度α１を小さくすることで、眼への照明光の入射角度差αｄを確保し、まぶしさが生じないようになされている。

図８は机上面４７における実使用範囲を示した平面図である。
上記構成によって机上面４７には半径５０ｃｍの範囲で明るさにムラのない均一な照射面が形成される。この範囲によって、例えば実用頻度の高い略Ａ３用紙に近い第一エリア、新聞紙見開きサイズに近い第二エリアが均一な照度となり、眼へのストレスがより効果的に軽減される。

図９は図６に示したレンズ１５によって得られる一定距離での明るさと照射角度との相関図である。
照明器具１０では、一方の面４３の中央に凹曲面３９、他方の面４５の外周縁４６に凸曲面４２を有したレンズ１５をＬＥＤユニット１１の前方に設置することで、周囲に拡がろうとするＬＥＤユニット１１からの光線束が凸曲面４２の屈折により集束されるとともに、中央の光線束が凹曲面３９の屈折により周囲に発散される。これにより、図９中の一点鎖線で示したレンズ１５を設けない配光に比べ、図９中の実線で示した理想的なバットウイング状の配光に近い配光が得られることになる。

図１０は図６に示したレンズ１５によって得られる明るさと必要照射範囲との相関図である。
また、照明器具１０では、上述したレンズ１５の配光により、必要範囲にだけ光が照射されるように、従来の構成に比べ照射角度が制限される。すなわち、机上における灯具鉛直下方から使用者までの距離をｎ１〜ｎ１１に等分割した照明必要範囲では、従来の構成に比べ、特に最大照度と最小照度との照度比を小さくすることで、照射面の明るさのムラが小さく抑制されている。

次に、本発明に係る照明器具１０の第２実施形態を説明する。
図１１は本発明に係る第２実施形態の照明器具におけるレンズ４９の斜視図、図１２（Ａ）は溝５０の拡大図、（Ｂ）は図１１に示したレンズ４９の平面図である。図１２（Ａ）は図１２（Ｂ）のＣ−Ｃ断面を示している。
レンズ４９は、円形状に形成され、外周に取り付けのための複数の凹状切欠部５１が形成されている。このレンズ４９の一方の面４３および他方の面４５の全面には、中心軸４４を中心とする同心円状の溝５０が形成されている。溝５０は、波状に形成される。より具体的には、半径ｒ＝１ｍｍの弧状で深さｄ２＝０．０５ｍｍとなる溝５０がピッチｐ＝３ｍｍ程度で同心円状に多数形成される。

この実施形態の構成によれば、シボ加工よりも大きな溝５０が、レンズ４９の中心軸４４を中心に同心円状に複数形成されることで、波長により屈折率が変化することによって生じる色ムラが中心軸４４を中心とした半径方向で、且つ放射方向の全方位で均等に緩和される。
なお、溝５０は、単独で形成してもよく、また、上述のシボ加工と併せて形成してもよい。

したがって、本実施の形態に係る照明器具１０によれば、使用者への不快なグレアを低減するとともに、照射面での照度ムラを低減し、照射対象物を見やすく、且つ眼を疲れ難くすることができる。

１０ 照明器具
１１ ＬＥＤユニット
１２ 灯具
１５ レンズ
１６ 本体
１７ アーム
１８ 先端部
３９ 凹曲面
４０ 第１平坦面
４１ 第２平坦面
４２ 凸曲面
４３ 一方の面
４４ 中心軸
４５ 他方の面
４６ 外周縁
５０ 溝

Claims (4)

1. 本体に固定され先端部が自由端となるアームと、前記アームの先端部に支持される灯具と、前記灯具に設けられる単一のＬＥＤユニットと、前記ＬＥＤユニットからの出射光を屈折させるレンズと、前記レンズの一方の面に該レンズの中心軸を中心に形成される凹曲面と、前記レンズの一方の面に前記凹曲面を包囲して環状に形成され前記中心軸に直交する第１平坦面と、前記レンズの他方の面に前記中心軸を中心に形成され前記中心軸に直交する第２平坦面と、前記他方の面の外周縁に前記第２平坦面を包囲して環状に形成される凸曲面と、を具備している照明器具。
2. 請求項１に記載の照明器具において、
   前記レンズは、前記第２平坦面が、前記凹曲面の範囲よりも小さく形成される照明器具。
3. 請求項１または請求項２に記載の照明器具において、
   前記レンズの一方の面および他方の面の全面にシボ加工が施されている照明器具。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の照明器具において、
   前記レンズの一方の面および他方の面の全面に前記中心軸を中心とする同心円状の溝が形成されている照明器具。

Images