JP4666352B2 - 標識灯 - Google Patents

Description

本発明は、空港の誘導路などで使用される標識灯に係わり、特に簡易な構造で規定の配光性能を得るための技術に関する。

空港の誘導路や道路などに設置される地上型の標識灯には、路幅や路肩の位置を知らせるために標識灯周囲の路面を明るく照らし出すと共に、真上や斜め上などその他の方向にもある程度の光を照射するような配光特性が要求されるものがある。たとえば、図９は、空港の誘導路の両脇やエプロンの縁に沿って設置される誘導路灯に対する規定の配光特性であり、鉛直角が０度（水平）から６度の範囲では、６度から９０度の範囲に比べて１０倍の光度が要求される。

従来は光源にハロゲン電球を使用しており、これを取り囲むようにフレネルレンズを配置することで上記の配光特性を実現していた。しかし、ハロゲン電球は定格寿命が１０００時間程度で交換作業が度々発生すると共に消費電力が大きいので、発光ダイオードを光源として使用する標識灯が提案されている。

たとえば、円内を埋めるように複数の発光ダイオードを配置して円形の面光源を形成し、これに対向するように、中央に開口を備えた漏斗型の反射鏡を配置した標識灯がある（特許文献１参照）。この標識灯は、上方への配光を中央の開口に臨む少数の発光ダイオードで賄い、残る多数の発光ダイオードの放射光を反射鏡で水平方向に反射させることで、図９に示すような配光特性を得ている。

複数の発光ダイオードを使用するものでは、灯火の小型化が困難になるなどの理由から、光軸を取り巻く周辺領域の光度が光軸上よりも高い光特性を備えた１個の発光ダイオードを光源に使用し、これに対向させて、中央に小さな開口を備えた漏斗型の反射鏡を配置した標識灯が提案されている（特許文献２参照）。この標識灯は、上方への配光を光度の低い光軸上の光で賄い、光軸周辺の光度の高い光を反射鏡で水平方向に反射させることで、図９に示すような配光特性を得ている。

特開２０００−１７３３０４号公報 特開２００４−３００７９７号公報

一般的な表面発光型の発光ダイオードは、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を有しているが、上記の標識灯では、光軸を取り巻く周辺領域の光度が光軸上よりも高い光特性を備えた特殊な発光ダイオードを必要とする。このため、光源となる発光ダイオードの安定供給に懸念があると共に、部品コストも高騰してしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、一般的な光特性の光源を１個使用して規定の配光特性を実現できる標識灯を提供することを目的としている。

上記の目的は以下に示す各発明により達成される。

請求項１に記載の発明に係わる標識灯は、光源（１３）と、
前記光源（１３）がその光軸を中心とする所定角度範囲に放射した光を、前記光軸と直交する外方へ主として反射する反射部材（１４ａ、４１ａ、４１ｃ）と、
前記光源（１３）が前記所定角度範囲より外側に放射した光を、前記光軸側へ屈折させる屈折部材（１４ｂ、４１ｄ）と
を有し、
前記屈折部材（１４ｂ、２１）を、前記光源（１３）から放射されて前記反射部材（１４ａ）で反射された光の光路上を避けて配置した
ことを特徴とするものである。

上記発明によれば、光源（１３）が放射した光のうち光軸を中心とする所定角度範囲（たとえば、±６０度）の光は反射部材（１４ａ、４１ａ、４１ｃ）で反射されて光軸と直交する方向に照射される。一方、所定角度範囲より外側に放射された光は屈折部材（１４ｂ、２１、４１ｄ）によって光軸側へ屈折され、光軸周辺を照射する。すなわち、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を備えた一般的な表面発光型の発光ダイオードを使用すれば、光度の高い光軸近傍の光が光軸と直交する方向に照射され、光軸から放射角度が離れた光度の低い領域の光が光軸の周辺を照射するので、一般的な光源のもつ光特性をそのまま活かして、図９に示すような配光特性が実現される。また、反射部材（１４ａ）で反射された光は、屈折部材（１４ｂ、２１）に邪魔されることなく、光軸と直交する外方へ照射される。

請求項２に記載の発明に係わる標識灯では、前記反射部材（１４ａ）は、前記光軸上で先端を前記光源（１３）に対向させた円錐の外側斜面形状を成す反射面であり、
前記屈折部材（１４ｂ、２１）は、前記反射部材（１４ａ）の周囲に配置されたプリズムで構成される。

請求項３に記載の発明に係わる標識灯では、前記光源（１３）は、その光軸から放射角度が離れるに従って光量が減衰する光特性を有する１個の発光ダイオードで構成される。

請求項４に記載の発明に係わる標識灯では、前記反射部材（１４ａ、４１ａ、４１ｃ）および前記屈曲部材（１４ｂ、４１ｄ）を、前記光軸周りの一部の方向にのみ設けてある。

たとえば、一方向や二方向にのみ光を照射するなど、全方向タイプと異なる標識灯に適用される。

本発明に係わる標識灯によれば、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を有する一般的な発光ダイオードを光源に使用して、光軸から所定角度範囲では弱く光り、光軸と直交する方向には強く光る配光特性を備えた標識灯を実現することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わる標識灯１０の中央を縦方向に切断した端面を示している。標識灯１０は、空港の誘導路の両脇に設置され、その路肩位置や幅などを航空機の操縦者に表示する機能を果たす全方向タイプの標識灯である。標識灯１０は、地上に設置される本体ケース１１と、本体ケース１１に装着された取付台１２と、取付台１２の中央に取り付けられた発光ダイオード１３と、発光ダイオード１３の前方および周囲を取り囲む反射鏡ユニット１４と、取付台１２と反射鏡ユニット１４とを収容するようにして本体ケース１１の上面に取り付けられたガラスグローブ１５とから構成される。

詳細には、本体ケース１１は、上部が広がった円筒形を成し、アルミニウム合金などで形成されている。本体ケース１１に被せるガラスグローブ１５は、透明で中空のほぼ半球形状を成している。発光ダイオード１３は、表面発光型の青色発光ダイオードである。また、大電流を流せるパワー型である。発光ダイオード１３は、図２に示すように、光軸上にピークを有するひと山型の光特性を備えている。ここでは、半値が６０度となるものを使用している。

反射鏡ユニット１４は、天井部を有する短い中空円筒形状を成している。反射鏡ユニット１４の天井部は、反射部材としての反射部１４ａと屈折部材としてのプリズム部１４ｂとを成すように構成されている。反射部１４ａは、先端を発光ダイオード１３に対向させた円錐の斜面形状をほぼ成した反射面である。この反射面の各部は、光軸に近づくほど発光ダイオード１３に近くなるように傾斜した斜面を形成している。プリズム部１４ｂは、反射部１４ａの周囲に配置された環状のプリズムである。

反射鏡ユニット１４は、全体が透明な樹脂で一体成形されており、たとえば、型成形により製造される。また、反射部１４ａの発光ダイオード１３を臨む面にはアルミ蒸着を施してある。これにより、鏡面の反射面が形成される。なお、反射部１４ａの中央に光の透過部を設けないので、アルミ蒸着を施す前に反射部１４ａの中央にマスキングを施す作業は必要ない。また、アルミ蒸着工程は１回のみで済む。

次に、反射鏡ユニット１４の作用を説明する。

図１に示すように、光軸Ａを中心とする所定角度範囲（ここでは、±６０度）に放射した光Ｐ１は、反射部１４ａに反射された後、光軸Ａと直交する外方へ進行する。図２の光特性に示すように、発光ダイオード１３がその光軸を中心とする所定角度範囲に放射する光は、所定角度範囲より外側に照射する光よりも光度が高いので、標識灯１０は、光軸Ａと直交する方向を全周にわたって明るく照明する。

一方、反射部１４ａに到達する所定角度範囲より外側に発光ダイオード１３が放射した光Ｐ２は、反射部１４ａの周囲に配置されたプリズム部１４ｂに入射し、光軸Ａ側へ屈折してプリズム部１４ｂから出射される。

プリズム部１４ｂに到達する範囲よりもさらに外側に発光ダイオード１３が放射した光Ｐ３は、反射鏡ユニット１４の円筒周壁部分１４ｃを入射時と平行な角度で透過して外部に放出される。

図２の光特性で示したように、発光ダイオード１３が放射する光は光軸Ａから放射角度が離れるほど光度が低下するので、プリズム部１４ｂを透過した光Ｐ２や反射鏡ユニット１４の円筒周壁部分１４ｃに発光ダイオード１３から直接入射して透過した光Ｐ３は、反射部１４ａで反射された光Ｐ１に比べて光度が低く、標識灯１０は上方を弱く照らすようになる。これにより、標識灯１０は、発光ダイオード１３のもつ一般的な光特性をそのまま活かして、図９に示すような配光特性を実現する。

図３は、反射鏡ユニット１４に入射する発光ダイオード１３からの光の光路をより詳細に示したものである。反射部１４ａの反射面をわずかに湾曲させてあり、反射部１４ａで反射された光が光軸Ａと直交する方向から光軸側へ６度の範囲に拡散して照射されるように設定してある。また、プリズム部１４ｂの出射面の形状を湾曲させることで、プリズム部１４ｂから出射する光が広い角度範囲に拡散するように設定してある。

また、プリズム部１４ｂは、発光ダイオード１３から放射されて反射部１４ａで反射した光Ｐ１の光路上を避けるように配置してある。すなわち、プリズム部１４ｂの入射面側を光軸と垂直な面となるようにし、反射鏡ユニット１４の外側へプリズム部１４ｂが凸となるように形成してある。これにより、反射部１４ａで反射した光がプリズム部１４ｂに遮られたり、プリズム部１４ｂで屈折したりすることがないので、光軸Ａと直交する外方へ効率よく光Ｐ１が照射される。なお、反射部１４ａで反射された光Ｐ１の光路上に進出しなければ、図４に示すように、出射側の面が光軸と垂直となるような形状のプリズム部２１であってもよい。

このほか、青色の発光ダイオード１３を使用し、ガラスグローブ１５を透明にしたので、ガラスグローブ１５を青色に着色した有色透明にする場合に比べてガラスグローブ１５における光の透過率が高くなり、標識灯１０から効率よく光が放射される。

図５は、第１の実施の形態の変形例に係わる標識灯３０の中央縦端面を示している。この標識灯３０における反射ユニット３１は、図１に示した反射鏡ユニット１４の上面にあった窪みを無くして平らにした形状を成している。反射ユニット３１は図１の反射鏡ユニット１４と同様の反射部１４ａおよびプリズム部１４ｂを含んでいる。このように反射ユニット３１の上面を平らにすることで雨水が溜まるのを防止できるので、ガラスグローブ１５を無くして、反射ユニット３１をそのまま標識灯３０の外カバーにしてある。反射ユニット３１の上面は、やや凸に形成してもよい。

次に、本発明の参考例を説明する。

図６は、参考例に係わる標識灯４０の中央を縦方向に切断した端面を示している。標識灯４０は、図１に示す標識灯１０の反射鏡ユニット１４に代えて、発光ダイオード１３に被せた透明体４１を備えている。他の部分は図１の標識灯１０と同一構成であり、図１と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

透明体４１は、外部より密度の高い透明物質で構成されている。たとえば、透明樹脂を型成形して製造される。透明体４１は、発光ダイオード１３の光軸と同方向に軸を持つ短い円柱の上側端面に、先端を発光ダイオード１３に対向させたほぼ円錐形の窪み部４１ａを有している。この窪み部４１ａにおける外部との境界面４１ｃの各部は、光軸に近づくほど発光ダイオード１３に近くなるように傾斜した斜面を形成している。透明体４１の下部中央で発光ダイオード１３と対面する部分には、発光ダイオード１３の外形に沿って半球状に凹んだ入射部４１ｂが形成されている。

図７は、透明体４１に入射した発光ダイオード１３からの光の光路を示している。発光ダイオード１３の放射した光は、入射部４１ｂが半球凹形状を成しているので、入射面で屈折することなく透明体４１の内部へ入射する。

発光ダイオード１３から入射部４１ｂに入射した光のうち窪み部４１ａと外部との境界面４１ｃに到達した光は、その大部分が境界面４１ｃで全反射されて光軸Ａと直交する外方へ進行する。すなわち、透明体４１の内部は外部より密度が高いので、密から疎への入射となり、その入射角に応じて全反射が生じる。また、境界面４１ｃに到達した光の一部は全反射されずに外部に透過する漏れ光（図７で破線表示の光）となる。このように、透明体４１と窪み部４１ａとは、発光ダイオード１３がその光軸Ａを中心とする所定角度範囲に放射した光を、光軸Ａと直交する外方へ主として反射する反射部材としての機能を果たしている。

全反射されない漏れ光を作るには、反射面を成す窪み部分４１の境界面４１ｃに微妙な粗さを施したり、臨界角で全反射が９０％、漏れ光１０％となるような理論的設計を行なったりすることで実現される。

窪み部４１ａの境界面４１ｃで全反射された光は光軸Ａとほぼ直交方向に進むので、透明体４１の周面４１ｄへほぼ直角に入射する。これにより窪み部４１ａにおける外部との境界面４１ｃで全反射された光は周面４１ｄで屈折することなく外部へ出射される。

一方、光軸Ａから大きく離れた角度に発光ダイオード１３が放射した光（図７で一点破線表示の光）は、透明体４１の内部を直進して透明体４１の周面４１ｄに直接入射する。これは密から疎への入射になり、しかも臨界角未満で入射しているので、透明体４１の周面から外部へ透過する際に光軸Ａ側へ屈折する。すなわち、透明体４１における円柱部の周面４１ｄは、発光ダイオード１３が所定角度範囲より外側に放射した光を光軸Ａ側へ屈折させる屈折部材として機能している。

透明体４１を用いた標識灯４０においても、発光ダイオード１３がその光軸Ａを中心とする所定角度範囲に放射した光度の高い光を、窪み部４１の境界面４１ｃによって光軸Ａと直交する外方へ主として全反射させるので、光軸Ａと直交する方向の全周が明るく照明される。一方、窪み部４１の境界面４１ｃからの漏れ光や透明体４１の周面４１ｄで屈折された比較的光度の低い光により標識灯１０の上方が弱く照明される。これにより、標識灯４０は、発光ダイオード１３のもつ一般的な光特性をそのまま活かして、図９に示すような配光特性を実現している。

透明体４１は、全反射を利用しているのでアルミ蒸着などで反射面を形成する必要がなく、製造が容易になる利点がある。

図８は、ガラスグローブ１５を無くしたタイプの標識灯５０を示している。標識灯５０は、透明体４１よりも密度が疎で透明な物質で構成された蓋部材４２で透明体４１の窪み部４１ａを埋めることで上面が凸形状となるようにしてあり、窪み部４１ａに雨水が溜まることが防止される。なお、上面を凸形状とすることで、窪み部４１ａの境界面４１ｃを透過した光が蓋部材４２から外部へ出射する際にその境界面にほぼ直角に入射するようにしてある。また、蓋部材４２を透明体４１より密度が疎の物質で構成することで、透明体４１から蓋部材４２への入射時に全反射が起こらないようにしてある。なお、蓋部材４２は外部よりは密な物質で構成される。たとえば、透明体４１を樹脂で、蓋部材４２をガラスで構成してもよいし、これらを密度の異なる透明樹脂で構成してもよい。

以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

たとえば、光源として１個の発光ダイオード１３を使用したが、図２と同じような光特性を有するものであれば、他の種類の光源であってもかまわない。また、反射鏡ユニット１４などを型成形で製造するようにしたが、削り出しなど他の製造方法でもかまわない。反射鏡ユニット１４、３１は樹脂に限らず、ガラスなどの透明な部材で構成されればよい。

反射鏡ユニット１４においては、反射部１４ａとプリズム部１４ｂとが形成されればよく、反射鏡ユニット１４の円筒周壁部分１４ｃはこれらを支持するために存在しており、反射部１４ａやプリズム部１４ｂを、たとえば、ガラスグローブ１５側に取り付ければ、反射鏡ユニット１４の円筒周壁部分１４ｃは無くてもよい。また、反射部１４ａとプリズム部１４ｂとを一体に構成したが、これらを別部品で構成してもよい。

また、図５のように反射鏡ユニット３１自体の上面を平らに形成する代わりに、図１の反射鏡ユニット１４の上面に窪みを覆う蓋を別途取り付けるように構成してもよい。この蓋を不透明にすれば、反射鏡ユニットや発光ダイオードの日焼け防止にもなる。

また、実施の形態では、反射部材の反射面やプリズム部の入射面や出射面を連続曲面で形成したが、平面を段差的に組み合わせるように構成してもよい。

本発明に係わる標識灯は、空港の誘導路灯などの航空灯としての使用に限らず、ヘリポート灯、航空障害灯、船舶灯火、埋込鋲や視線誘導などの交通標識灯、景観照明灯などに適用できる。また、全方向タイプに限らず１方向タイプ、２方向タイプなどにも適用できる。この場合、反射部材や屈折部材を、光軸周囲のうち照射の必要な方向にのみ設ければよい。

本発明の実施の形態に係わる標識灯を示す中央縦端面図である。 本発明の実施の形態に係わる標識灯で使用する発光ダイオードの光特性を示す説明図である。 反射鏡ユニットに入射する発光ダイオードからの光の光路を示す説明図である。 プリズム部の他の形状を示す部分端面図である。 本発明の実施の形態に係わる標識灯の変形例としてガラスグローブを無くしたタイプを示す中央縦端面図である。 本発明の参考例に係わる標識灯を示す中央縦端面図である。 透明体に入射した発光ダイオードからの光の光路を示す説明図である。 本発明の参考例に係わる標識灯の変形例としてガラスグローブを無くしたタイプを示す中央縦端面図である。 誘導路灯に対する規定の配光特性を示す説明図である。

符号の説明

Ａ…発光ダイオードの光軸
１０…標識灯
１１…本体ケース
１２…取付台
１３…発光ダイオード
１４…反射鏡ユニット
１４ａ…反射部
１４ｂ…プリズム部
１４ｃ…円筒周壁部分
１５…ガラスグローブ
２１…プリズム部
３０…標識灯
３１…反射鏡ユニット
４０…標識灯
４１…透明体
４１ａ…窪み部
４１ｂ…入射部
４１ｃ…境界面
４１ｄ…周面
４２…蓋部材
５０…標識灯

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源がその光軸を中心とする所定角度範囲に放射した光を、前記光軸と直交する外方へ主として反射する反射部材と、
   前記光源が前記所定角度範囲より外側に放射した光を、前記光軸側へ屈折させる屈折部材と
   を有し、
   前記屈折部材を、前記光源から放射されて前記反射部材で反射された光の光路上を避けて配置した
   ことを特徴とする標識灯。
2. 前記反射部材は、前記光軸上で先端を前記光源に対向させた円錐の外側斜面形状を成す反射面であり、
   前記屈折部材は、前記反射部材の周囲に配置されたプリズムである
   ことを特徴とする請求項１に記載の標識灯。
3. 前記光源は、その光軸から放射角度が離れるに従って光量が減衰する光特性を有する１個の発光ダイオードである
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の標識灯。
4. 前記反射部材および前記屈曲部材を、前記光軸周りの一部の方向にのみ設けた
   ことを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１つに記載の標識灯。

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