JP5958805B2 - 光源装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、夜の景観を美しく演出するライトアップや競技場等における照明を行うのに適する光源装置及び照明装置に関する。

従来、例えば、投光器等の照明装置においては、遠方にある照射対象物を十分な明るさで照らすため、その光源に高出力化が比較的容易なＨＩＤランプ（高輝度放電ランプ）が広く用いられている。一方、近時、ＨＩＤランプに代わり、光源として長寿命や省電力が期待できるＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子が用いられるようになってきている。

このように光源としてＬＥＤを用いる照明装置の場合、高出力化のため多数のＬＥＤが基板上に放射状やマトリクス状に並べられて実装され、各ＬＥＤに対応して光の出射方向に光制御部（レンズ部等）を有する光学部品が配設されている。したがって、ＬＥＤから出射された光は、光制御部によって配光制御され照射対象物を照射するようになる。

特開２０１０−２５１１９１号公報

しかしながら、上記のような照明装置では、各ＬＥＤに対応する光学部品における光制御部の配置において、密集化に劣り、光学部品のスペースを有効に利用できないという課題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、光学部品における光制御部を密集化し、光学部品のスペースを確保できる光源装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による光源装置は、基板と、この基板に実装された複数の発光素子とを有する光源部を備え、各発光素子に対向し、複数の列を形成するとともに、平面視において円形状をなし、隣接する列における隣接する三つの円形状の円中心を線分で繋いだ場合に、略正三角形が描けるように配設された光制御部を有する略長方形状の光学部品を複数有して、各隣接する光学部品が、隣接する一方の光学部品の一長辺側と他方の光学部品の一短辺側とが対向するように配設されて、基板の略中央部に中央スペース部が形成されている。

本発明の実施形態によれば、光学部品における光制御部を密集化し、光学部品のスペースを確保できる光源装置及び照明装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 同照明装置を示す正面図である。 図２中、Ｘ−Ｘ線に沿って切断して示す断面図である。 同照明装置における光源装置を示す平面図である。 同照明装置における光学部品（レンズ部品）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図５（ａ）中、Ｘ−Ｘ線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置を示し、図３に相当する断面図である。 光源装置の比較例を示し、図４に相当する平面図である。

以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。図１乃至図３は、照明装置を示し、図４は、光源装置を示し、図５及び図６は、光学部品を示している。

図１に代表して示すように、照明装置として投光器が示されている。この投光器は、装置本体としての略箱状の筐体１と、この筐体１に配設された光源部２と、この光源部２から出射される光を配光制御して照射対象物に向けて照射する光学部品３とを備えている。また、光源部２に電力を供給する電源ユニット４と、筐体１を支持するアーム５とを備えている。

筐体１は、図１乃至図３に示すように、アルミニウム合金製のダイカストで箱状に作られていて、表面にはアクリルの焼付塗装が施され、光の照射方向側、すなわち、前面側が開口して、光源部２及び光学部品３が収容される収容空間１１が形成されている。光源部２は、発光素子２２を備えており、光学部品３は、レンズ部品であり、レンズ部を備えている。

前面側の開口は、略正方形状をなして一辺が４００ｍｍ〜５００ｍｍ程度の大きさである。また、筐体１の背面側であってその外面には、板状の放熱フィン１２が複数突設して形成されている。各放熱フィン１２は、鉛直方向で、かつ互いに略平行状態に形成されている。

なお、開口の内側には、詳細を後述する光源ユニットＬｕから構成される複数の光源装置Ｌｄ、具体的には、前面側が略正方形状をなす４つの光源装置Ｌｄが組み合わされて、全体として略正方形状をなして配設されている。

光源部２は、図３に代表して示すように、基板２１と、この基板２１に実装された複数の発光素子２２とを備えている。基板２１は、略正方形状に形成されていて、前記筐体１には、４枚の基板２１が配設されるようになっている（図１及び図２参照）。基板２１の表面側には銅箔によって配線パターン層が形成されている。発光素子２２は、この配線パターン層に電気的に接続されるようになっている。また、配線パターン層の上、つまり、基板２１の表面には反射層として作用する白色のレジスト層が形成されている。

基板２１は、絶縁材であるセラミックス材料、ガラスエポキシ樹脂基板（ＦＲ−４）やガラスコンポジット基板（ＣＥＭ−３）の平板から形成されている。また、放熱性の向上のため、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好なベース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用でき、格別その材料が限定されるものではない。

発光素子２２は、ＬＥＤであり、表面実装型（ＳＭＤ(surface mount
device)）のＬＥＤパッケージである。図４に代表して示すように、ＬＥＤパッケージ（破線で示している。）は基板２１上に複数個実装されている。

具体的には、基板２１上に、４つのブロックに分割されるように実装されている。これらブロックは概略同様の態様をなしており、説明上、図示左上の実装ブロックから時計回りに第１ブロック２２-1、第２ブロック２２-2、第３ブロック２２-3、第４ブロック２２-4とする。

これらのうち、例えば、第１ブロック２２-1においては、図示上、左右方向に複数の列、すなわち、５列の素子列をなしてＬＥＤパッケージが実装されている。１つの列におけるＬＥＤパッケージは、５個配設されており、隣接するＬＥＤパッケージの相互の間隔は、略等間隔に設定されている。

また、隣接する列における相互のＬＥＤパッケージは、その位置をずらせて配置されている。つまり、一方の隣接する列における相互のＬＥＤパッケージの間隔の略中間位置に、他方の隣接する列におけるＬＥＤパッケージが配置されるようになっている。
このような第１ブロック２２-1では、５個のＬＥＤパッケージが５列にわたって配設されており、合計２５個のＬＥＤパッケージが実装されている。

次に、第２ブロック２２-2は、ＬＥＤパッケージの配置関係は、第１ブロック２２-1と同様であるが、ＬＥＤパッケージの列の方向が異なっている。つまり、図示上、上下方向に複数の列をなしてＬＥＤパッケージが実装されている。

同様に、第３ブロック２２-3は、第２ブロック２２-2と列の方向が異なり、また、第１ブロック２２-1と同方向であって図示上、左右方向に複数の列をなしてＬＥＤパッケージが実装されている。

第４ブロック２２-4は、第３ブロック２２-3と列の方向が異なり、第２ブロック２２-2と同方向であって図示上、上下方向に複数の列をなしてＬＥＤパッケージが実装されている。
このような各実装ブロックで形成された基板２１の略中央部は、発光素子２２が実装されないスペースが形成されるようになっている。

ＬＥＤパッケージは、ＳＭＤのパッケージであり、概略的にはセラミックスや合成樹脂で形成されたケースボディーと、このケースボディー内に接合部材で固定され配設されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。また、ケースボディーからは、アノード側の電極とカソード側の電極とが導出して設けられていて、このアノード側の電極とカソード側の電極とは、金ワイヤによってＬＥＤチップに接続されているとともに配線パターン層に半田付けされている。

ＬＥＤチップは、青色光を発光するＬＥＤチップである。透光性樹脂には、ＬＥＤチップが発する光で励起されて、白色系の光を出射できるようにするために黄色系の蛍光体が混入されている。

なお、発光素子２２の実装は、基板２１に直接的に実装するＣＯＢ（chip on board）型であってもよく、実装方式が格別限定されるものではない。

光学部品３は、例えば、レンズ部品であり、光源部２の光の出射方向側、すなわち、前面側に配置されて、光源部２から出射される光を配光制御して照射対象物に向けて照射する機能を有している。

図５及び図６に代表して示すように、光学部品３は、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂等の透光性を有する例えば、透明材料で略長方形状に形成され、複数の光制御部３１とスペース部３４とを備えている。

光制御部３１は、レンズ部であり、個々の光制御部３１は、図５（ａ）に示すように平面視、すなわち、平面上の形状において円形状をなしている。光制御部３１は、前述の各発光素子２２に対向するものであり、図６に示すように、円柱状に形成された発光素子２２の収納空間３２を有し、光の照射方向へ拡開して椀状に形成されている。

図５（ａ）に示すように、光制御部３１の円形状の配置関係は、各発光素子２２に対向するように複数の列、具体的には５列をなしていて、１列に５個の光制御部３１が相互に接するように配設されている。

また、隣接する列における相互の円形状の光制御部３１は、その位置をずらせて配置されている。つまり、一方の隣接する列における光制御部３１の相互の接する部位に、他方の隣接する列における光制御部３１の中心が位置するように配置されている。

具体的には、光制御部３１は、隣接する列における隣接する三つの円形状の円中心を線分で繋いだ場合に、略正三角形Ｔａが描けるように配設されている。このように配設された光制御部３１は、隣接する各光制御部３１における中心間の間隔は、等間隔となっている。

したがって、光制御部３１は、光学部品３における所定の略長方形状の面積内に密集化して配設され、光学部品３にスペース部３４を確保することが可能となる。

本実施形態においては、スペース部３４には、光学部品３の取付用の取付孔３３が形成されている。この取付孔３３は、光学部品３における背面側へ一段下がった鍔状部に形成されるようになっている。なお、スペース部３４には、配線通過孔等を形成するようにしてもよい。

ここで、図８は、比較例としての光源装置Ｌｄ´を示しており、各発光素子２２´に対応して光制御部３１´は、整然と格子状に配設されている。このような配置関係の場合、所定の面積内に光制御部３１´が密集化して配設できず、スペースの確保が困難となるものである。
次に、光源ユニットＬｕ、光源装置Ｌｄ及び照明装置の関係、構成について説明する。
（光源ユニットＬｕ）

光源ユニットＬｕは、光源部２と、光学部品３とを備えていて、光源部２に光学部品３が組み合わされて構成されている。つまり、図５に示す光学部品３における光制御部３１が、図３及び図４に示すように光源部２における発光素子２２に対向するように配置されて構成されている。

具体的には、光学部品３は、取付孔３３を貫通し、さらに、基板２１の貫通孔を貫通して筐体１の背面壁にねじ込まれる取付ねじＮによって筐体１側に取付けられる。すなわち、光学部品３及び基板２１は、取付ねじＮにより共締めされて筐体１側に取付けられるようになっている。
（光源装置Ｌｄ）
光源装置Ｌｄは、図４に示すように、上記光源ユニットＬｕが４個集合して組み合わされて構成されている。

詳しくは、前述の発光素子２２が実装された１枚の略正方形状の基板２１に、略長方形状の４つの光学部品３が、その光制御部３１が発光素子２２に対向するように配置されている。したがって、光学部品３は、発光素子２２の実装ブロック、すなわち、第１ブロック２２-1、第２ブロック２２-2、第３ブロック２２-3及び第４ブロック２２-4に対応して配置されている。

このため、図示左上の光学部品３を第１光学部品３-1とし、時計回りに第２光学部品３-2、第３光学部品３-3、第４光学部品３-4とすると、発光素子２２の実装ブロックと同様に、第１光学部品３-1の光制御部３１が図示上、左右方向に列をなし、第２光学部品３-2の光制御部３１が図示上、上下方向に列をなし、第３光学部品３-3の光制御部３１が、図示上、左右方向に列をなし、第４光学部品３-4の光制御部３１が図示上、上下方向に列をなして配置されることとなる。

ここで、光学部品３は、略長方形状に形成されており、各隣接する光学部品３は、隣接する一方の光学部品３の一長辺側と他方の光学部品３の一短辺側とが対向するように配設されている。例えば、第１光学部品３-1の一短辺側と第２光学部品３-2の一長辺側とが対向するように配設され、第２光学部品３-2の一短辺側と第３光学部品３-3の一長辺側とが対向し、第３光学部品３-3の一短辺側と第４光学部品３-4の一長辺側とが対向するように配設されている。

略長方形状の光学部品３の長辺と短辺とは、当然のことながら長さ寸法の差があるため、上記のように光学部品３を配設することにより、この長さ寸法の差に起因して、基板２１の略中央部に光学部品３の覆われず、かつ発光素子２２が実装されていない中央スペース部Ｓを形成することができる。

ところで、ＬＥＤ等の発光素子２２は、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、発光素子２２を光源とする照明装置にとって、耐用年数を延したり発光効率等の特性を改善したりするために、発光素子２２の温度が上昇するのを抑制することが必要である。また、発光素子２２が実装された基板２１の中央部は、温度が上がりやすい傾向にある。

しかしながら、本実施形態によれば、基板２１の略中央部には中央スペース部Ｓが形成されているので、発光素子２２の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。

因みに、図８に示す比較例の場合には、発光素子２２´が格子状に配設されており、光学部品３´は、略正方形状に形成されているため、これらを集合して組み合わせると、同じ面積内で中央部にスペースを形成することは困難となる。
（照明装置）

照明装置は、図１及び図２に示すように、上記略正方形状の光源装置Ｌｄが４個集合して組み合わされている。具体的には、各光源装置Ｌｄは、筐体１の開口に配設され、筐体１の背面壁にねじ込まれる取付ねじＮによって筐体１側に取付けられる（図３参照）。
この取付状態においては、基板２１の裏面側は筐体の背面壁に密着するように面接触し、基板２１は、筐体１と熱的に結合されるようになる。

このような照明装置においては、光源としての発光素子２２は、１つの光源装置Ｌｄで１００個用いられており、４つの光源装置Ｌｄの集合では、合計４００個用いられている。

なお、光源装置Ｌｄは、４個集合する場合に限らない。１又は複数の光源装置Ｌｄを用いて照明装置を構成することが可能であり、格別適用個数が限定されるものではない。
続いて、電源ユニット４は、図１及び図３に示すように、筐体１の背面側に設けられ放熱フィン１２に取付けられている。

電源ユニット４は、アルミニウム合金製のダイカストで形成された箱状のケース内に回路部品を収容して構成されており、商用交流電源ＡＣに接続されて、この交流電源ＡＣを受けて直流出力を生成するものである。電源ユニット４は、例えば、全波整流回路の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、この平滑コンデンサに直流電圧変換回路及び電流検出手段を接続して構成されている。したがって、電源ユニット４は、光源部２に接続されており、その直流出力を発光素子２２に供給し、発光素子２２を点灯制御するようになっている。なお、電源ユニット４は、外部の直流電源ＤＣに接続されて、直流電源ＤＣを受けて、発光素子に直流出力を供給する形態であってもよい。

なお、電源ユニット４の取付け位置は、筐体１の背面側に限らない。筐体１の側面側に取付けるようにしてもよいし、また、アーム５に取付けるようにしてもよい。さらに、電源ユニット４のケースの形状も取付け位置に応じて適宜変更することができる。

アーム５は、図１及び図２に示すように、略コ字状に形成されており、筐体１を支持するとともに、照射光を目的の方向に向けて照射できるように調整可能となっている。アーム５は、台座部５１と、この台座部５１の両端側から略直角方向に延出する脚部５２とを備えている。

脚部５２は、筐体１の両側を回動可能に支持しており、つまり、筐体１の仰角を変更可能に、光の照射方向を可変できるように支持している。この仰角の変更は、脚部５２に設けられたハンドル５２ａを締め付け、緩める操作を行うことにより可能となっている。

台座部５１は、構造物等に取付けられて投光器を構造物等に固定設置する部分であり、この台座部５１の略中央部には、回転台部５３が形成されている。回転台部５３は、構造物等にボルト締めされて取付けられる。この場合、筐体１を仰角方向と直交する方向（左右方向）に回動させて、照射光を目的の方向に向けて照射できるように調整可能となっている。

このように照射方向の調整は、台座部５１を構造物等に取付ける際に、回転台部５３によって左右方向の調整を行うことができ、脚部５２に設けられたハンドル５２ａを操作することにより仰角方向の調整を行うことができる。

筐体１の前面側の開口には、パッキンを介して開口を密閉的に閉塞して防水性を確保する透光性の前面カバー６が装着されている。この前面カバー６は、強化ガラスやポリカーボネートの材料によって構成できる。

以上のような照明装置において、光学部品３における光制御部３１は、各発光素子２２に対向し、密集化して配設されるので、光学部品３にスペース部３４を確保することが可能となる。このため、スペース部３４に光学部品３の取付用の取付孔３３を形成することが可能となり、スペース部３４を有効に利用することができる。

さらに、取付孔３３の部分に取付ねじＮの締め付け力が作用する場合、光学部品３のゆがみ等の変形が光制御部３１に影響することを抑制できる。したがって、光学部品３の光学特性に支障をきたすのを回避することが可能となる。

次に、本実施形態の作用を説明する。照明装置は、アーム５を例えば、構造物等に取付けて設置し、照射方向を照射対象物に向けて調整し、電源を投入して使用される。

照明装置の設置状態において、電源ユニット４に電力が供給されると、光源部２における発光素子２２に通電され発光素子２２は発光する。発光素子２２から出射された光は、光学部品３の光制御部３１に配光制御されて前面カバー６を透過して目的とする方向に照射される。

また、発光素子２２の発光に伴い熱が発生する。この熱は、基板２１の裏面側から主として筐体１へ伝導され、さらに、複数の放熱フィン１２に伝導されて広い表面積によって効果的に放熱される。これにより発光素子２２の温度上昇を抑制することが可能となる。
この場合、基板２１の略中央部には中央スペース部Ｓが形成されているので、発光素子２２の温度上昇を効果的に抑制することができる。

以上のように本実施形態によれば、光学部品３における光制御部３１を密集化したので、光学部品３のスペースを確保でき、スペースを有効に利用できる。また、基板２１に中央スペース部Ｓが形成されているので、発光素子２２の温度上昇を効果的に抑制することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について図７を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。図７は、第１の実施形態における図３に相当する断面図である。

本実施形態と第１の実施形態とは、光学部品３の構成が異なっている。第１の実施形態の光学部品３がレンズ部品であるのに対し、本実施形態の光学部品３は、反射体部品である。また、光制御部３１は、反射面部であり、個々の光制御部３１は、第１の実施形態と同様に、平面視、円形状をなしていて、隣接する列における隣接する三つの円形状の円中心を線分で繋いだ場合に、略正三角形Ｔａが描けるように配設されている。

光制御部３１は、光の照射方向に向かって拡開するように凹面状に形成され、内面側は鏡面仕上げや白色塗装等が施され、反射率が高くなるように構成されている。
なお、光学部品３は、合成樹脂やアルミニウム等の材料で形成することができる。

このような構成によれば、発光素子２２から出射された光は、直接又は光制御部３１である反射面部によって反射され配光制御されて前面カバー６を透過して目的とする方向に照射される。
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記各実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

例えば、光学部品は、発光素子から出射される光を配光制御する機能を有していればよく、レンズ部品等に限定されるものではない。また、発光素子の発光色は、白色に限らず、赤色、緑色や青色の発光色にしたり、これらを混色して所望の発光色にしたり、また、可変色とするように構成してもよい。
さらにまた、照明装置としては、投光器が好適であるが、屋内又は屋外で使用される各種照明器具に適用可能である。

１・・・装置本体（筐体）、２・・・光源部、
３・・・光学部品、４・・・電源ユニット、
５・・・アーム、６・・・前面カバー、
２１・・・基板、２２・・・発光素子（ＬＥＤ）、
３１・・・光制御部、３２・・・収容空間、
３３・・・取付孔、３４・・・スペース部、
Ｌｄ・・・光源装置、Ｌｕ・・・光源ユニット、
Ｓ・・・中央スペース部

Claims (2)

1. 基板と、この基板に実装された複数の発光素子とを有する光源部を備え、
   各発光素子に対向し、複数の列を形成するとともに、平面視において円形状をなし、隣接する列における隣接する三つの円形状の円中心を線分で繋いだ場合に、略正三角形が描けるように配設された光制御部を有する略長方形状の光学部品を複数有して、各隣接する光学部品が、隣接する一方の光学部品の一長辺側と他方の光学部品の一短辺側とが対向するように配設されて、基板の略中央部に中央スペース部が形成されていることを特徴とする光源装置。
2. 装置本体と；
   この装置本体に配設された請求項１に記載の光源装置と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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