JP5693096B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
この発明は、高い照度と広い配光特性とを有する照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device having high illuminance and wide light distribution characteristics.
交通安全や犯罪防止等のために、多数の照明装置が屋外に設置されている。防犯灯においては、防犯上の照明効果としては、4m先の人の顔の概要が分かる明るさが、あるいは4m先の歩行者の挙動・姿勢が分かる明るさが、要望される場合が多い。
Many lighting devices are installed outdoors for traffic safety and crime prevention. In the case of a crime prevention light, as a lighting effect for crime prevention, a brightness that gives an outline of the face of a
また、防犯灯等の照明装置においては、光源の出力を大きくすることなく、より遠くの距離まで上述の照度基準を満足することが望まれる。これにより、省エネルギーや、照明装置の設置数の削減が可能となり、効率的に交通安全や犯罪防止を行うことができる。 Further, in a lighting device such as a security light, it is desired that the above illuminance standard is satisfied to a farther distance without increasing the output of the light source. This makes it possible to save energy and reduce the number of lighting devices installed, and can efficiently perform traffic safety and crime prevention.
一般に、防犯灯等の照明装置は、電柱やポールに4.5mの高さに取り付けられることが多い。この場合、例えば、照明装置から10m離れた場所における道路からの高さが1.5mの位置での鉛直面照度は、当該照明装置から73°の略水平方向の光度によって決まる。照度は距離の2乗に反比例して減少するため、照明装置の配光特性の制御を行って配向の広角方向の光度を大きくしないと、上述の照度基準を満足する照度を得ることは困難である。 In general, a lighting device such as a security light is often attached to a utility pole or pole at a height of 4.5 m. In this case, for example, the vertical illuminance at a position 1.5 m from the road at a location 10 m away from the lighting device is determined by the luminous intensity in a substantially horizontal direction of 73 ° from the lighting device. Since the illuminance decreases in inverse proportion to the square of the distance, it is difficult to obtain the illuminance that satisfies the above illuminance standard unless the luminous intensity in the wide angle direction of the orientation is increased by controlling the light distribution characteristics of the lighting device. is there.
照明装置の配光特性を制御するための技術として、特開2000‐331504号公報(特許文献1)に開示された街路照明器具、あるいは、特開2009‐252375号公報(特許文献2)に開示された照明装置がある。 As a technique for controlling the light distribution characteristics of the lighting device, it is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-331504 (Patent Document 1) or Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-252375 (Patent Document 2). There is an illuminated lighting device.
上記特許文献1に開示された街路照明器具においては、蛍光ランプを収納する透光性カバーに、街路長軸方向と直交する方向に延在する複数のプリズムを有するブリズムカット部分を設け、上記透光性カバーの上部に反射板を設けている。そして、上記蛍光ランプから斜め下方向および側方へ放射された光は、上記透光性カバーの透明部分をそのまま透過して上記街路長軸方向へ向かう。一方、上記蛍光ランプから下方へ放射された光は、上記透光性カバーの上記プリズムカット部分を透過する際に、上記街路長軸方向に向かうように屈曲される。また、上記蛍光ランプから斜め上方向および上方へ放射された光は、上記反射板で正反射されて、上記透光性カバーの透明部分を透過して上記街路長軸方向へ向かう。
In the street lighting apparatus disclosed in
このように、上記反射板と上記透光性カバーの透明部分と上記透光性カバーのプリズムカット部分とを適時組み合わせることにより配光特性を制御し、水平方向、つまり上記街路長軸方向の光度を大きくしている。 As described above, the light distribution characteristics are controlled by combining the reflector, the transparent portion of the translucent cover, and the prism cut portion of the translucent cover in a timely manner, and the light intensity in the horizontal direction, that is, the street long axis direction. Has increased.
また、上記特許文献2に開示された照明装置においては、半導体光源に対向して配置されたレンズ板を備え、このレンズ板は、上記半導体光源と対面するレンズ光入射面と、このレンズ光入射面からレンズ厚みを介して形成されるレンズ光出射面とを有し、上記レンズ光入射面および上記レンズ光出射面の何れか一方に、上記半導体光源からの光を長手方向に沿って配光するプリズムで成る第1レンズ部を形成すると共に、上記レンズ光入射面および上記レンズ光出射面の他方に、上記半導体光源からの光を上記長手方向に直交する短手方向に沿って配光するシリンドリカルレンズで成る第2レンズ部を形成している。
In addition, the illumination device disclosed in
しかしながら、上記従来の配光特性を制御する照明装置においては、以下のような問題がある。 However, the conventional lighting device that controls the light distribution characteristics has the following problems.
すなわち、道路等に設置される照明装置においては、道路進行方向・幅方向に平行な2つの方向における配光を制御することが重要となる。 That is, in a lighting device installed on a road or the like, it is important to control the light distribution in two directions parallel to the road traveling direction and the width direction.
ところが、上記特許文献1に開示された街路照明器具における透光性カバーに設けられたブリズムカット部分のプリズムは、街路長軸方向と直交する一方向のみに延伸された形状を有している。したがって、例えば、道路進行方向、つまり上記街路長軸方向等の1つの方向のみの配光特性しか制御することができないという問題がある。
However, the prism of the bristle cut portion provided on the translucent cover in the street lighting device disclosed in
したがって、上記2つの方向における配光の制御を行うためには、リフレクタと呼ばれる反射部材を組み合わせて使用しなければならず、部品点数が増加するという他の問題が生ずる。また、上記リフレクタとして照明装置の筐体を利用する方法もあるが、そうすると自由な筐体のデザインを行うことができなくなる。 Therefore, in order to control the light distribution in the above two directions, a reflecting member called a reflector must be used in combination, which causes another problem that the number of parts increases. In addition, there is a method of using the housing of the lighting device as the reflector, but it becomes impossible to design a free housing.
また、上記特許文献2に開示された照明装置においては、レンズ板で成る光学素子の両面に、プリズム形状や凹レンズ形状を設けることで道路進行方向・幅方向の夫々の配光を制御することが可能となっているのであるが、配光制御専用の上記レンズ板を設ける必要があり、部品点数が増加するという問題がある。
Further, in the illumination device disclosed in
そこで、この発明の課題は、追加の光学部材を使用することなく簡単な構成で2つの方向の配光特性を最適化することができる照明装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an illumination device that can optimize light distribution characteristics in two directions with a simple configuration without using an additional optical member.
上記課題を解決するため、この発明の照明装置は、
複数の光源と、
上記各光源から放射される光が入射される入射面と、この入射面から入射された光を出射させる出射面とを有する光学部材と、
上記光学部材における上記入射面に形成されると共に、平行に配列された複数のプリズムを含む第1のプリズム群および第2のプリズム群と
を備え、
上記第1のプリズム群は、
上記複数の光源の夫々に対向する位置に配置され、
上記各プリズムの延在方向は曲線に沿った方向であり、
上記各プリズムは、入射された上記光源からの光線を、上記光源と上記曲線の曲率中心との配列方向に広角化すると共に、上記配列方向と交差する方向に集光するようになっており
上記第2のプリズム群は、
上記各光源の間に対向する位置に配置され、
上記各プリズムの延在方向は直線に沿った上記配列方向であり、
上記各プリズムは、入射された上記光源からの光線を、上記プリズムの延在方向と直交する方向に狭角化するようになっている
ことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the lighting device of the present invention is:
Multiple light sources;
An optical member having an incident surface on which light emitted from each of the light sources is incident, and an exit surface for emitting the light incident from the incident surface;
A first prism group and a second prism group formed on the incident surface of the optical member and including a plurality of prisms arranged in parallel;
The first prism group includes:
Arranged at a position facing each of the plurality of light sources,
The extending direction of each prism is a direction along a curve ,
Upper Symbol Each prism, the light beam from the incident the light source, as well as wide angle to the array direction of the center of curvature of the light source and the curve is adapted to the condenser in a direction crossing the arrangement direction
The second prism group is:
Arranged at a position facing each other between the light sources,
The extending direction of each prism is the arrangement direction along a straight line,
Each of the prisms is characterized in that the incident light from the light source is narrowed in a direction perpendicular to the extending direction of the prism .
上記構成によれば、光学部材における光源からの光の入射面に、曲線に沿った方向に延在すると共に平行に配列された複数のプリズムを含む第1のプリズム群を形成し、上記各プリズムは、入射された上記光源からの光線を、上記光源と上記曲線の曲率中心との配列方向に広角化すると共に、上記配列方向と交差する方向に集光するようにしている。 According to the above configuration, the first prism group including the plurality of prisms extending in the direction along the curve and arranged in parallel is formed on the incident surface of the light from the light source in the optical member. The incident light from the light source is widened in the arrangement direction of the light source and the center of curvature of the curve, and is condensed in a direction intersecting the arrangement direction.
したがって、上記光学部材の入射面に上記第1のプリズム群を形成するだけの簡単な構成によって、追加の他の光学部材を使用することなく、上記第1のプリズム群に入射された上記光源からの光を一方向へ広角化する一方、上記一方向とは異なる他方向へ集光することができる。すなわち、異なる2つの方向の配光特性を最適化することが可能になる。
その際に、上記第1のプリズム群は上記複数の光源の夫々に対向する位置に形成されているので、上記光源から真っ直ぐに出射された強度の強い光に対して、上記第1のプリズム群によって、上記一方向への広角化と上記他方向への集光とを行うことができる。したがって、異なる2つの方向の配光特性をより効果的に最適化することができる。
さらに、直線状に配列されたプリズムによって、入射光を上記プリズムの延在方向と直交する方向に狭角化する第2のプリズム群を備えているので、上記第2のプリズム群を上記光源から離れた位置に設置することによって、上記光源からの出射角度の大きな強度の弱い光線を上記第2のプリズム群によって狭角化でき、全反射等による消滅を減少させて取り出し光量の増大を図ることができる。
その場合、上記第1のプリズム群による上記集光の方向と上記第2のプリズム群による上記狭角化の方向とを同一方向に設定すれば、上記方向への配光特性をより効果的に制御することができる。
さらに、上記光学部材における上記複数の光源の夫々に対向する位置には上記第1のプリズム群を配置する一方、各光源の間に対向する位置には上記第2のプリズム群を配置することによって、異なる2つの方向の配光特性の最適化と光の利用効率の高効率化とを図ることができる。
Therefore, from the light source incident on the first prism group without using another additional optical member, a simple configuration that simply forms the first prism group on the incident surface of the optical member. Can be condensed in another direction different from the one direction. That is, it becomes possible to optimize the light distribution characteristics in two different directions.
At this time, since the first prism group is formed at a position facing each of the plurality of light sources, the first prism group can be used with respect to strong light emitted straight from the light source. Thus, it is possible to widen the angle in the one direction and collect light in the other direction. Therefore, the light distribution characteristics in two different directions can be optimized more effectively.
Furthermore, since the second prism group that narrows the incident light in a direction orthogonal to the extending direction of the prism by the linearly arranged prism is provided, the second prism group is separated from the light source. By installing at a distant position, a light beam having a large emission angle from the light source can be narrowed by the second prism group, and extinction due to total reflection or the like is reduced to increase the amount of extracted light. Can do.
In that case, if the condensing direction by the first prism group and the narrowing direction by the second prism group are set in the same direction, the light distribution characteristic in the direction is more effectively improved. Can be controlled.
Further, the first prism group is disposed at a position facing each of the plurality of light sources in the optical member, while the second prism group is disposed at a position facing each light source. Thus, it is possible to optimize the light distribution characteristics in two different directions and increase the efficiency of light utilization.
また、1実施の形態の照明装置では、
上記プリズムの延在方向を表す上記曲線は、円孤の一部であり、
上記円孤の中心は、上記光源の光軸上とは異なる位置に設定されている。
In the lighting device of one embodiment,
The curve representing the extending direction of the prism is a part of a circular arc,
The center of the arc is set at a position different from the optical axis of the light source.
この実施の形態によれば、上記プリズムの延在方向を表す上記曲線を円孤の一部としている。したがって、上記光学部材の入射面に対する上記第1のプリズム群の形成を容易にすることができる。 According to this embodiment, the curve representing the extending direction of the prism is part of a circle. Therefore, the formation of the first prism group with respect to the incident surface of the optical member can be facilitated.
さらに、上記円孤の中心を、上記光源の光軸上とは異なる位置に設定している。したがって、上記各プリズムに入射された上記光源からの光を、確実に上記一方向へ広角化することができる。 Further, the center of the arc is set at a position different from the optical axis of the light source. Therefore, the light from the light source incident on each prism can be reliably widened in the one direction.
また、1実施の形態の照明装置では、
上記複数のプリズムは、同心円状に配列された複数の円孤夫々の一部の形状を有しており、
上記円孤の中心は、上記光源の光軸上とは異なる位置に設定されている。
In the lighting device of one embodiment,
The plurality of prisms have a partial shape of a plurality of circular arcs arranged concentrically,
The center of the arc is set at a position different from the optical axis of the light source.
この実施の形態によれば、上記複数のプリズムは、同心円状に配列された複数の円孤夫々の一部の形状を有している。したがって、上記光学部材の入射面に対する上記第1のプリズム群の形成を更に容易にすることができる。 According to this embodiment, the plurality of prisms have a partial shape of a plurality of circular arcs arranged concentrically. Therefore, the formation of the first prism group on the incident surface of the optical member can be further facilitated.
さらに、上記円孤の中心を、上記光源の光軸上とは異なる位置に設定している。したがって、上記各プリズムに入射された上記光源からの光を、確実に上記一方向へ広角化することができる。 Further, the center of the arc is set at a position different from the optical axis of the light source. Therefore, the light from the light source incident on each prism can be reliably widened in the one direction.
また、1実施の形態の照明装置では、
上記円孤の中心は、一つの上記第1のプリズム群に対して複数個設定されている。
In the lighting device of one embodiment,
A plurality of centers of the arc are set for one first prism group.
この実施の形態によれば、上記円孤の中心が一つの上記第1のプリズム群に対して複数個設定されている。したがって、上記光源からあらゆる方向に出射された光は、複数個設定された中心を中心とする円孤の一部を成す複数組の上記プリズムの何れかによって、効率よく上記一方向への広角化および上記他方向への集光が行われる。 According to this embodiment, a plurality of arc centers are set for one first prism group. Therefore, the light emitted from the light source in any direction is efficiently widened in the one direction by any one of a plurality of the prisms that form a part of an arc centered on a plurality of centers. The light is condensed in the other direction.
以上より明らかなように、この発明の照明装置は、光学部材における光源からの光の入射面に、平行に配列されると共に曲線に沿った方向に延在する複数のプリズムを含む第1のプリズム群を形成し、上記各プリズムを、入射された上記光源からの光線を、上記光源と上記曲線の曲率中心との配列方向に広角化すると共に、上記配列方向と交差する方向に集光するようにしたので、異なる2つの方向の配光特性を最適化することが可能になる。 As is clear from the above, the illumination device according to the present invention includes a first prism including a plurality of prisms arranged in parallel and extending in a direction along a curve on a light incident surface of a light source in an optical member. Forming a group so that the light beams from the light source incident thereon are widened in the direction of arrangement of the light source and the center of curvature of the curve and condensed in a direction crossing the arrangement direction. As a result, it is possible to optimize the light distribution characteristics in two different directions.
さらに、上記光学部材のみによって、異なる2つの方向の配光特性を最適化することが可能である。したがって、リフレクタ等の追加の他の光学部材を使用することなく簡単な構成で2つの方向の配光特性を最適化することができ、低コスト化を図ることができる。 Furthermore, it is possible to optimize the light distribution characteristics in two different directions only by the optical member. Therefore, the light distribution characteristics in the two directions can be optimized with a simple configuration without using an additional optical member such as a reflector, and the cost can be reduced.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の照明装置における外観を示す図である。本照明装置1は、光学部材2と、光源3が搭載された基板と、光源3に電力を供給する電源部(図示せず)と、上記基板を支えるための箱体5とを含んでいる。ここで、光学部材2は、箱体5の一部を構成すると共に、透光性カバーとして機能するようになっている。
-1st Embodiment FIG. 1: is a figure which shows the external appearance in the illuminating device of this Embodiment. The
ここで、本照明装置1の三次元空間を規定する3軸を、照明装置1の長手方向をy軸、照明装置1の短手方向をx軸、x軸およびy軸に直交する光の入出力方向をz軸と設定する。上記基板には複数個の光源3が搭載されている。尚、本実施の形態においては、一例としてy方向に4個の光源3を搭載した例を示す。光源3としては、LED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)等を用いることができる。
Here, the three axes that define the three-dimensional space of the illuminating
上記照明装置1は、図2に示すように、照明装置1の長手方向(y方向)と短手方向(x方向)とが、夫々道路6の幅方向Y’と進行方向X’とになるように設置される。また、照明装置1は、図2に示すように、垂直方向に対してある角度ηを有して配置される。その場合の角度ηは、照明装置1に必要とされるデザインや箱体形状等によって適宜変更して設定される。あるいは、照明装置1から放射される光を道路6上の±Y’方向に効率的に広げるためにも、適宜変更して設定される。ここで、上記Y’方向は、図2に示すように、道路6の進行方向であるX’方向に直交する方向であって、道路6の幅方向である。
As shown in FIG. 2, the
上記光学部材2の内側面には、プリズムパターンが形成されている。以下、図3に従って、上記プリズムパターンについて説明する。
A prism pattern is formed on the inner surface of the
図3は、上記光学部材2の内側面に形成されたプリズムパターンを、光源3との位置関係と併せて示したものである。図5(a)に示すように、光学部材2は、そのx‐z断面が「コ」字状を成しており、開口部が板部材7で塞がれている。板部材7の内面には、光源3が搭載された基板4が配設されている。こうして、光学部材2と板部材7とで箱体5を構成している。
FIG. 3 shows the prism pattern formed on the inner surface of the
図3において、上記光学部材2における板部材7に対向する内面には、プリズムパターンの形状が異なるプリズム群8とプリズム群9とがy方向に交互に繰り返して配置されており、そのうちのプリズム群8は光源3の直上に形成されている。プリズム群8およびプリズム群9は、夫々複数のプリズムが平行に配列されて構成されている。尚、図中、プリズム群8およびプリズム群9における実線は、互いに隣接しているプリズムとプリズムとの中間位置(つまり、プリズムの谷)を示している。
In FIG. 3, on the inner surface of the
上記プリズム群8は、曲線状に形成された複数のプリズムによって構成されている。図4は、一つのプリズム群8の拡大平面図を示す。図4に例示するプリズム群8のプリズムパターンは、光源3の中心とプリズム群8の中心を通る軸(光軸)と光学部材2におけるプリズム群8の形成面との交差点に対して対称なパターンを有している。そして、夫々のプリズムは、プリズム群8の両側に位置する点10a,10bを中心とする円弧の一部となるように延在し、等間隔のピッチで同心円状に形成されている。
The
図5は、上記プリズム群8の構成を示す。但し、図5(a)は照明装置1の光源3を通るx‐z断面を示す。また、図5(b)は、図5(a)におけるプリズム部分の拡大面を示す。
FIG. 5 shows the configuration of the
上記光学部材2における板部材7に対向する内面には、点10a,10bを中心とする同心円状に等間隔のピッチで形成された複数のプリズム11で成るプリズム群8が形成されている。本実施の形態においては、一例として、プリズム群8が、16個のプリズム11から構成されている場合を示す。プリズム群8の中心は光源3の中心の直上に位置するように設定されており、光源3の直上がちょうどプリズム11の谷となるように(つまり、光源3の光軸がちょうどプリズム11の谷を通るように)設定されている。そして、プリズム群8は、光源3の光軸と光学部材2におけるプリズム群8の形成面との交差点に対して対称な形状を有している。また、各プリズム11における2つの傾斜角度Ψ1,Ψ2は同じ角度に設定されている。
On the inner surface of the
一方、上記プリズム群9は、x方向に直線状に延在する複数のプリズムを、等間隔のピッチで平行に配列して形成されている。
On the other hand, the
図6は、上記光源3から出射された光がプリズム群8の各プリズム11を通過する状態を表す光線図を示す。
FIG. 6 is a ray diagram showing a state in which light emitted from the
図6(a)は、上記光源3を通るz‐x断面での光線図を示す。図6(a)において、光源3から出射された光の一部は光学部材2の入射面に形成されたプリズム11を介して光学部材2に入射する。各プリズム11のプリズム面の角度は、到達する光線の放射角度θを拡大するように設定されており、各プリズム11を透過した光は、何も形成されていな平坦な光学部材2の出射面で再度屈折されて本照明装置1から出射され、道路6を照射する。このように、光学部材2に、光源3の光軸と光学部材2におけるプリズム群8の形成面との交差点に対して対称な円弧状のプリズム11を形成することによって、プリズム11の長手方向(延在方向)と直交する方向に配光の広角化を図ることができるのである。
FIG. 6A shows a ray diagram in the zx section passing through the
また、図6(b)は、上記プリズム群8の平面視(x‐y平面)での光線図を示す。図6(b)において、実線で示す光線Lは、上記円弧状のプリズム11を通過する光の経路を表している。これに対して、破線で示す光線L’は、プリズムがy方向に直線状に形成されていると仮定した場合の光の経路を表している。図6(b)から分かるように、曲線状にプリズムパターンを形成することによって、光線の経路は、光学部材2への入射位置12において、円弧を成すプリズムパターンの中心10bが設定されている方向に屈曲される。
FIG. 6B is a ray diagram of the
以上においては、上記点10bを中心とする同心円状の円弧のプリズム11の機能について説明したが、点10aを中心とする同心円状の円弧のプリズムの機能についても同様である。
The function of the
すなわち、図6(a)および図6(b)のごとく、光源3の直上の位置にプリズム群8を配置することによって、光源3から出射した光の配光を、プリズム群8を構成する各プリズム11の中心10a,10bと光源3との配列方向(x方向)に広角化する一方、上記配列方向と直交する方向(y方向)に集光することができるのである。
That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, by arranging the
図7は、図6における光線Lおよび光線L’に関する道路6上での到達位置を示す。図7から分かるように、プリズムパターンがy方向に直線状に形成されたと仮定した場合には、本来照明すべき道路6上の範囲外に光が到達してしまう。ところが、本実施の形態のごとく、プリズムパターンを円弧状に形成することによって、道路6上の照明すべき範囲内に光を到達させることが可能になり、光の利用効率が向上するのである。 FIG. 7 shows the arrival positions on the road 6 with respect to the light beam L and the light beam L ′ in FIG. 6. As can be seen from FIG. 7, when it is assumed that the prism pattern is formed in a straight line in the y direction, the light reaches outside the range on the road 6 to be originally illuminated. However, as in the present embodiment, by forming the prism pattern in an arc shape, it is possible to allow light to reach the area to be illuminated on the road 6 and to improve the light utilization efficiency.
また、上記プリズム群8を構成するプリズム11の形状を、光源3の光軸と光学部材2におけるプリズム群8の形成面との交差点に対して対称であり、且つプリズム群8の両側に位置する点10a,10bを中心とする円弧状を成す単純な形状にすることにより、光学部材2の形成を容易にすると共に、光学部材2と光源3の位置とに位置ずれが有る場合でも、照明特性が変化しにくい照明装置1を実現することができる。
The shape of the
尚、本実施の形態においては、上記光学部材2の形成の容易性と公差に対する考慮とから、プリズム群8を、同一の形状の複数のプリズム11を備え、且つ光源3の光軸と光学部材2におけるプリズム群8の形成面との交差点に対して対称な形状になるように配列している。しかしながら、このような形状や配列に限定するものではなく、傾斜角度および頂角が異なる複数種のプリズムを用いたり、光源3の光軸と光学部材2におけるプリズム群8の形成面との交差点に対して非対称な形状で複数のプリズムを配列したりして、プリズム群8を構成しても何ら差し支えない。夫々のプリズムの傾斜角度を変化させることによって、配光を精密に制御することが可能になるのである。
In the present embodiment, the
このように、本実施の形態におけるプリズム群8を用いることによって、光源3から出射された光を、道路6の進行方向(X’方向)に対しては光線を広角化し、且つ道路6の幅方向(Y’方向)に対しては集光することができる。したがって、広い配光特性と高い光利用効率を備えた照明装置を実現できるのである。
As described above, by using the
図8は、上記プリズム群9の構成を示す。但し、図8(a)は光源3を通るy‐z断面の一部を示す。また、図8(b)は、図8(a)におけるプリズム部分の拡大面を示す。
FIG. 8 shows the configuration of the
上記プリズム群9を構成する各プリズム13は、図8(a)におけるx方向(つまり、道路6の進行方向)に延在する直線状に形成されている。図8(a)においては、一例としてプリズム群9が11個のプリズム13で形成されている場合を示す。
Each
図8(b)に示すように、上記プリズム群9を構成する各プリズム13は、同一の断面形状を有し、等ピッチで配置されている。また、夫々のプリズム13における2つの傾斜角度φ1,φ2は、φ1>φ2の関係になるように設定されている。さらに、各傾斜角度φ1,φ2は、到達する光源3からの光線の入射角度が全反射の条件になるように設定されている。こうして、各プリズム13のプリズム面に入射した光源3からの光線は、上記プリズム面で全反射することによって、実線で示す光線Lのごとく、その方向が大きく変化することになる。また、本実施の形態においては、各プリズム13の2つの傾斜角度φ1,φ2は非対称に設定されているため、図8(a)に示すように、プリズム群9によって配光される光線方向は、全体的に光源3の光軸を含むx‐z平面に向かって集束される。つまり、プリズム13の延在方向xと直交するy方向に、狭角化されるのである。尚、破線で示す光線L’は、光学部材2の入射面が平面である(つまり、プリズム群9が形成されていない)と仮定した場合の光線を示す。
As shown in FIG. 8B, the
上記光源3から離れた位置に入射される出射角度の大きな光線は強度が比較的弱く、光学部材2の内面での反射や表面での全反射によって損失し易い。しかしながら、本実施の形態においては、光源3から離れた位置に上記構成を有するプリズム群9を配置して、各プリズム13に入射された光源3からの出射角度が大きな光線の方向をy方向に狭角化することによって、光学部材2から取り出せる光量を増大させ、光の利用効率を向上させることができるのである。
A light beam having a large emission angle incident on a position away from the
図9は、図8における光線Lおよび光線L’に関する道路6上での到達位置を示す。光学部材2にプリズム群9が形成されていない場合には、光線L’はy方向に集束されないため、道路6上の照明すべき範囲からはずれた位置に到達する。これに対して、プリズム群9が形成されている場合には、各プリズム13の作用によって、光線Lは道路6上の照明すべき範囲を照明する有効な光に変更される。このように、プリズム群9による集光機能によって、道路6上の所望の領域を効率よく照明できる照明装置1を実現できるのである。
FIG. 9 shows the arrival positions on the road 6 with respect to the light beam L and the light beam L ′ in FIG. 8. When the
また、上記プリズム群9を通過する光の配光は、プリズム群8を通過する光とはある程度独立して制御することができるので、照度分布設計の自由度が増し、所望の照度分布が得やすくなる。
Further, the light distribution of the light passing through the
また、上記プリズム群8およびプリズム群9は、プリズム11,13を複数用いることによって、プリズム11,13の高さやサイズを光源3の大きさ程度に設定することが可能になる。これにより、照明装置1の薄型化および小型化を実現することができる。
Further, the
上記光学部材2の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラス等、可視光域に対して透明性が良く、透過率の大きなものを用いればよい。
As the material of the
以上のごとく、本照明装置1によれば、光源3から放射された光は、光学部材2に形成されたプリズム群8およびプリズム群9によって配光制御される。
As described above, according to the illuminating
その場合、上記プリズム群8は、光源3の直上付近の光強度の強い位置に設けられて、上記光源からの光線を、プリズム群8を構成する各プリズム11の中心10a,10bと光源3との配列方向(x方向)に広角化すると共に、上記配列方向と直交する方向(y方向)に集光する。つまり、道路6における互いに直交する進行方向X’と幅方向Y’に対して、上記進行方向X’への光の広角化と上記幅方向Y’への集光との機能を有している。したがって、光学部材2の出射面内側における光源3の直上位置にプリズム群8を形成するという簡単な構成で、且つリフレクタ等の追加の他の光学部材を使用することなく、道路6の進行方向X’と道路6の幅方向Y’との2つの方向の配光特性を最適化することができるのである。
In that case, the
これに対し、上記プリズム群9は、光源3から放射される光のうち、広角方向に出射された比較的強度の弱い光線を、プリズム13の延在方向に直交するy方向に狭角化する。つまり、道路6の幅方向Y’に集光する機能を有している。道路灯に求められる必要な特性は、上記プリズム群8の機能だけで達成することは可能である。しかしながら、さらにプリズム群9を設けることで、より光の利用効率の高い、省電力の照明装置1を実現することができるのである。
On the other hand, the
その際に、上記プリズム群8を構成する円弧状のプリズム11の中心10a,10bを、光源3の光軸上とは異なる位置に設定している。したがって、各プリズム11に入射された光源3からの光を、確実にx方向に広角化することができるのである。もし、プリズム11の中心が光源3の光軸上に設定されている場合には、各プリズム11に入射された光源3からの光は、プリズム11の中心を中心として総ての方向に広角化するため、一方向に広角化させることはできないのである。
At this time, the
さらに、上記プリズム群8を構成する円弧状のプリズム11の中心10を、一つのプリズム群8に対して両側に2個(10a,10b)設定している。したがって、光源3から中心10a側に向かう方向成分を有して出射された光は、点10aを中心とする円弧状のプリズム11によって、x方向への広角化およびy方向への集光が行われる。これに対して、光源3から中心10b側に向かう方向成分を有して出射された光は、点10bを中心とする円弧状のプリズム11によって、x方向への広角化およびy方向への集光が行われる。こうして、光源3からあらゆる方向に出射された光は、効率よく上記広角化および上記集光が行われるのである。
Further, two (10a, 10b) are set on both sides of the center 10 of the arc-shaped
また、上記プリズム群8,9は、上記光学部材2の一面のみに形成されているため、光学部材の形成が容易になる。
Further, since the
また、上記プリズム群8,9を上記照明装置1の箱体5を構成する光学部材2に形成する場合、外部環境に晒されない内側に形成することで、プリズム11,13への埃や汚れの付着、プリズム11,13の摩耗等を防ぐことができる。したがって、光学特性の劣化の少ない照明装置1を実現することができるのである。
Further, when the
・第2実施の形態
図10は、本実施の形態における照明装置21の概略構成を示す。但し、図10(a)は光出射側から見た斜視図であり、図10(b)は光出射側から見た平面図である。本照明装置21は、光源23が搭載された基板24を2枚有し、この2枚の基板24は互いに離間して平行に配置されている。図10には、一例として、夫々の基板24には4個の光源23が等ピッチで搭載され、計8個の光源23が設けられている場合を示す。
-2nd Embodiment FIG. 10: shows schematic structure of the illuminating
上記基板24が設置される光学部材22は、光が出射される側から見た場合に、中央部分、つまり平行に配置された2枚の基板24の間の部分が窪んでおり、周囲、つまり基板24が配置されている部分がレーストラック状に膨らんだ形状を有している。
The
図11に、本照明装置21の構成を示す断面を示す。但し、図11(a)は、図10(b)のA‐A'矢視断面図である。また、図11(b)は、図10(b)のB‐B'矢視断面図である。
In FIG. 11, the cross section which shows the structure of this illuminating
図11(a)から分かるように、上記光学部材22は、中心線(一点鎖線)に対して対称な形状を有している。また、周囲の膨らんだ部分には、光源23から光学部材22までの間にスペースが設けられており、上記第1実施の形態における光学部材2(図5参照)を2個平行に並べて配置した構造と見なすことができる。また、光学部材22における光の出射面25は、上記中心線の側(中央の窪み側)が高く、外側に向けて低くなるような傾斜を有して形成されている。このように、光の出射面25を傾斜させることによって、傾斜させた側、本実施の形態においては上記中心線に対して外側への広角化が容易になる。
As can be seen from FIG. 11A, the
また、図11(b)から分かるように、上記光学部材22は、長手方向中央部がふくらんだ凸形状になっており、中心線(一点鎖線)26に対して対称な形状を有している。一方、光源23が搭載された基板24は略平面を成しており、光源23から光学部材22までの距離は、中心線26の箇所で最も長く、中心線26から離れるにしたがって短くなっている。
Further, as can be seen from FIG. 11 (b), the
図12は、上記光学部材22における光の出射面25とは反対側の内面に形成されたプリズムパターンを示す。
FIG. 12 shows a prism pattern formed on the inner surface of the
上記光源23(図示せず)の直上には、上記第1実施の形態におけるプリズム群8と同様に、光源23の光軸と光学部材22におけるプリズム形成面との交差点の両側に円弧状のプリズムが形成されたプリズム群27が形成されている。ここで、本実施の形態においては、光源23は、図11(b)に示すように、中心線26に対して片側に2個設置されている。したがって、プリズム群27も、それに対応して中心線26に対して片側に2個形成されている。そのうちの中心線26に近い方のプリズム群27aのy方向の幅が、中心線26から遠い方のプリズム群27bよりも広く形成されている。さらに、プリズム群27a,27bにおけるプリズムパターンは、光源23の光軸と光学部材22におけるプリズム形成面との交差点に対して非対称なパターンになっている。このプリズムパターンの対称性については、プリズム群27a,27bが形成される面と光源23との位置関係で決まり、適宜所望の特性を満たすように設定される。
Just above the light source 23 (not shown), similarly to the
上記プリズム群27aとプリズム群27bとの間およびプリズム群27bの外側には、上記第1実施の形態におけるプリズム群9と同様に、光学部材22のx方向(幅方向)、つまり道路6の進行方向X’に延在する直線状のプリズムが形成されたプリズム群28が形成されている。
Similar to the
図13は、本実施の形態の照明装置21における配光特性のシミュレーション結果を示す。図13において、実線はx‐z平面(図11(a)参照)での配光特性を示しており、破線はy‐z平面(図11(b)参照)での配光特性を示す。
FIG. 13 shows a simulation result of the light distribution characteristics in the
尚、ここでは、上記光源3から出射される光の配光分布をランバート分布と仮定した。また、プリズム群27aおよびプリズム群27bに形成されるプリズムの頂角を50°と設定し、底辺の傾斜角度を65°と設定している。また、上記プリズムの底面の幅を1mmと設定し、配列のピッチを1.3mmと設定している。
Here, the light distribution of the light emitted from the
また、上記プリズム群28に形成されるプリズムの頂角を60°と設定し、底辺の傾斜角度を65°と55°とに設定している。そして、照明装置21を道路6に設置する場合には、傾斜角度55°側が傾斜角度65°側の上側になるように設置される。この傾斜角度の設定の仕方は、照明装置21の傾きや角度ηによって変化し、道路6を効率よく照明するよう適宜変更して設定される。また、上記プリズムの底面の幅を1.0mmと設定し、配列のピッチを1.3mmと設定している。
Also, the apex angle of the prisms formed in the
図13に示す本照明装置21におけるx‐z平面での配光特性(実線)は、光学部材22が無い状態では光源23と同様に0°方向が最大強度となる特性を示すが、光学部材22のプリズム群27aおよびプリズム群27bに形成された各プリズムの作用によって光が広げられるため、±60°付近にピークを持つような広角の配光を実現している。また、y‐z平面での配光特性(破線)は、光学部材22のプリズム群27a,27b,28に形成された各プリズムの作用によってy‐z平面で光が絞られるため、その配光分布は上記ランバート分布よりも狭い特性を示す。
The light distribution characteristic (solid line) in the xz plane in the
ここで、上記第1実施の形態における照明装置1を防犯灯に適用した場合の平均水平面照度および最小鉛直面照度の値は、夫々3.2lxおよび0.55lxとなる。光源3から出射される全光束数は7000lmとしている。尚、光束数については、照明装置1に必要とされる光束の大きさによって適時変更して設定される。この防犯灯の明るさについては、4m先の歩行者の挙動・姿勢が認識できる明るさの基準をクリアしている。
Here, the values of the average horizontal plane illuminance and the minimum vertical plane illuminance when the
その場合における上記照明装置1は、図2に示すように、照明装置1の高さ(H)は4.5m、照明装置1の配置間隔(D)は14mで、照明装置1のx方向が道路の進行方向X’と平行になるように、設置している。さらに、道路幅(W)は5mとし、照明装置1の中央から道路6を含む平面に下ろした垂線が道路6を通るようにしている。
In this case, the
上記平均水平面照度は、2個の照明装置1で挟まれる14m×5mの道路領域を、その両端に配置された照明装置1で照明した場合の平均水平面照度を示す。また、上記最小鉛直面照度は、照明装置1からX’方向に14m、Z’方向に1.5m離れた位置における道路6に対して垂直な面の照度値として計算した。
The average horizontal plane illuminance indicates an average horizontal plane illuminance when a road area of 14 m × 5 m sandwiched between two
以上説明したように、上記各実施の形態における照明装置1,21においては、光学部材2,22の内面にプリズム群8,9;27a,27b,28を形成するのみで、リフレクタ等の追加の他の光学部材を用いることなく道路6における互いに直交する2つの方向の配光特性を制御し、配光特性を最適化することができる。したがって、道路照明に求められる仕様を高い水準でクリアできる道路灯を実現することが可能になる。
As described above, in the illuminating
また、上記照明装置1,21の筐体等をリフレクタとして使用する必要がなく、コンパクトな照明装置を実現することができる。
In addition, it is not necessary to use the casing of the
また、上記プリズム群8,9;27a,27b,28が形成された光学部材2,22を、雨や埃等から光源3,23を保護する透光性カバーとして使用することができる。その場合には、配光専用の光学部材を追加することなく上記2つの方向の配光特性を最適化することができ、低コストの照明装置1,21を実現することができる。
The
また、上記プリズム群8,9;27a,27b,28は光学部材2,22の一面に形成するだけでよいため、光学部材2,22の形状にあわせて配光特性の最適化を図ることが容易になり、デザイン性を損なわない照明装置1,21が実現しやすくなる。
Further, since the
また、上記各実施の形態における照明装置1,21は、防犯灯,街路灯,道路灯および公園灯等の屋外照明や、その他の照明に、幅広く用いることができる。
Moreover, the illuminating
本発明の照明装置は、簡単な構成で2方向の配光特性を最適化するのに有用であり、防犯灯,街路灯,道路灯および公園灯等の屋外照明や様々な照明に利用することができる。 The lighting device of the present invention is useful for optimizing light distribution characteristics in two directions with a simple configuration, and is used for outdoor lighting such as crime prevention lights, street lights, road lights, and park lights, and various illuminations. Can do.
1,21…照明装置、
2,22…光学部材、
3,23…光源、
4,24…基板、
5…箱体、
6…道路、
7…板部材、
8,9,27a,27b,28…プリズム群、
10a,10b…点、
11,13…プリズム、
12…光の入射位置、
25…光の出射面。
1, 21 ... Lighting device,
2, 22 ... optical member,
3, 23 ... Light source,
4, 24 ... substrate,
5 ... Box,
6 ... road,
7: plate member,
8, 9, 27a, 27b, 28 ... Prism group,
10a, 10b ... dots,
11, 13 ... Prism,
12: Light incident position,
25: Light exit surface.
Claims (4)
上記各光源から放射される光が入射される入射面と、この入射面から入射された光を出射させる出射面とを有する光学部材と、
上記光学部材における上記入射面に形成されると共に、平行に配列された複数のプリズムを含む第1のプリズム群および第2のプリズム群と
を備え、
上記第1のプリズム群は、
上記複数の光源の夫々に対向する位置に配置され、
上記各プリズムの延在方向は曲線に沿った方向であり、
上記各プリズムは、入射された上記光源からの光線を、上記光源と上記曲線の曲率中心との配列方向に広角化すると共に、上記配列方向と交差する方向に集光するようになっており
上記第2のプリズム群は、
上記各光源の間に対向する位置に配置され、
上記各プリズムの延在方向は直線に沿った上記配列方向であり、
上記各プリズムは、入射された上記光源からの光線を、上記プリズムの延在方向と直交する方向に狭角化するようになっている
ことを特徴とする照明装置。 Multiple light sources;
An optical member having an incident surface on which light emitted from each of the light sources is incident, and an exit surface for emitting the light incident from the incident surface;
A first prism group and a second prism group formed on the incident surface of the optical member and including a plurality of prisms arranged in parallel;
The first prism group includes:
Arranged at a position facing each of the plurality of light sources,
The extending direction of each prism is a direction along a curve ,
Upper Symbol Each prism, the light beam from the incident the light source, as well as wide angle to the array direction of the center of curvature of the light source and the curve is adapted to the condenser in a direction crossing the arrangement direction
The second prism group is:
Arranged at a position facing each other between the light sources,
The extending direction of each prism is the arrangement direction along a straight line,
The illumination device according to claim 1, wherein each of the prisms narrows an incident light beam from the light source in a direction perpendicular to an extending direction of the prism .
上記第1のプリズム群における上記プリズムの延在方向を表す上記曲線は、円孤の一部であり、
上記円孤の中心は、上記光源の光軸上とは異なる位置に設定されている
ことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1.
The curve representing the extending direction of the prism in the first prism group is a part of an arc.
The center of the arc is set at a position different from the optical axis of the light source.
上記第1のプリズム群における上記複数のプリズムは、同心円状に配列された複数の円孤夫々の一部の形状を有しており、
上記円孤の中心は、上記光源の光軸上とは異なる位置に設定されている
ことを特徴とする照明装置。 The lighting device according to claim 1 or 2,
The plurality of prisms in the first prism group have a partial shape of a plurality of circular arcs arranged concentrically,
The center of the arc is set at a position different from the optical axis of the light source.
上記円孤の中心は、一つの上記第1のプリズム群に対して複数個設定されている
ことを特徴とする照明装置。 In the illuminating device of Claim 2 or Claim 3,
The center of the said circular arc is set with respect to one said 1st prism group, The illuminating device characterized by the above-mentioned.
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