JP6251987B2 - 照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子の光を配光する光学レンズユニット及び照明器具に関する。

従来、道路の路肩等に立設した支柱に器具本体を支持し、路面を照明する道路灯が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０６１４３８号明細書

近年、ＬＥＤ等の発光素子の高輝度化に伴い、光源に発光素子を用いるとともに、光学レンズによって発光素子の光を光学制御する道路灯が開発されている。
しかしながら、この構成においては、発光素子から出射された光が発光素子レンズの入射面や出射面において発光素子側に反射される成分があるため、光取り出し効率が低下してしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率を向上した光学レンズユニット及び照明器具を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の照明器具は、発光素子上に蛍光体を配置して構成され、前記発光素子の発光色と、前記蛍光体の蛍光色の混色によって混色光を出射する発光素子モジュールと、前記発光素子モジュールと対向する入射面を有する光学レンズ及び前記発光素子モジュールのプレート状の押さえ板を有する光学レンズユニットと、を備え、前記押さえ板を前記光学レンズの投影面内の略全域に延在させ、前記押さえ板の前記光学レンズに対向する面を光拡散面とし、前記光学レンズは光を横長に配光して横長の照射エリアを形成し、前記押さえ板は、前記発光素子モジュールが臨む開口を備え、前記開口の周壁に光拡散面の傾斜面を備え、当該傾斜面は、前記照射エリアの長手方向に対向する長手傾斜面と、前記照射エリアの短手方向に対向する短手傾斜面とを備え、前記長手傾斜面は、前記短手傾斜面より光軸に対する角度が大きくなるように形成し、前記長手傾斜面と前記短手傾斜面はなだらかに連続するように形成されていることを特徴とする。

上述の構成において、前記押さえ板は、前記光学レンズの固定部によって固定されてもよい。

本発明によれば、発光素子のプレート状の押さえ板を光学レンズの投影面内の略全域に延在させ、押さえ板の光学レンズに対向する面を光拡散面としたため、光学レンズで発光素子側に反射された光を押さえ板で反射できるので、光取り出し効率を向上できる。また、押さえ板の光学レンズに対向する面を光拡散面としたため、光学レンズにおいて反射した光による照度むらを抑制できる。

本発明の実施形態に係る道路灯を下方からみた斜視図である。 図１の道路灯を下カバー体及びグローブを省略して示す斜視図である。 図２の道路灯をレンズ体を省略して示す斜視図である。 図３の道路灯を押さえ板及び発光素子モジュールを省略して示す斜視図である。 光源ユニットを示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は背面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。 図５（Ａ）の光源ユニットを一のレンズ体を省略して示す図である。 押さえ板を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は（Ａ）のＳ１−Ｓ１断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＳ２−Ｓ２断面図である。 レンズ体を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は正面図である。 図１０のレンズ体及びＣＯＢ型ＬＥＤを示す背面図である。 光源ユニットを図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面で示す図である。 光源ユニットを図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面で示す図である。 図１０のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。 道路の幅と出射角度との関係を示す説明図である。 屈折部の水平角度を示す図であり、（Ａ）は図１０のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１０のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図１０のＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）は図１０のＤ−Ｄ断面図、（Ｅ）は図１０のＥ−Ｅ断面図を示す。 レンズ体を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＳ３−Ｓ３断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の部分Ｘの拡大図である。 レンズ体を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は（Ａ）のＳ４−Ｓ４断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の部分Ｙの拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、照明器具の一例として道路灯を説明する。
図１は、本実施形態に係る道路灯を下方からみた斜視図である。図２は図１の道路灯を下カバー体及びグローブを省略して示す斜視図である。図３は図２の道路灯をレンズ体を省略して示す斜視図である。図４は図３の道路灯を押さえ板及び発光素子モジュールを省略して示す斜視図である。
道路灯１は、図１に示すように、アーム型の支柱５の先端部３に器具本体１０を支持したものである。アーム型の支柱５は、路肩等の道路脇の地面に立設された柱であり、柱の途中から曲がって先端部３が水平方向に水平、或いは所定角度傾いて延びている。

器具本体１０は、アルミダイカスト等で形成され、一端１１Ａから他端１１Ｂにかけて長い平面視略矩形の箱型を成し、その一端１１Ａの近傍で上記支柱５の先端部３に支持され、他端１１Ｂを道路側（車道側）に向けて設置される。図１及び図２に示すように、器具本体１０の底面１０Ａには、一端１１Ａの側に照射開口１２が形成され、この照射開口１２がグローブ１３で覆われている。
器具本体１０は、背面１０Ｂ（すなわち一端１１Ａ近傍の外側面）にアーム用挿入孔１５が設けられている。アーム型の支柱５に支持する際には、当該支柱５の先端部３が器具本体１０の背面１０Ｂからアーム用挿入孔１５に挿入される。

器具本体１０は、ベースケース体２０と、下カバー体２１とを備え、これらが器具本体１０の略箱型のケース体を構成する。ベースケース体２０は、屋外使用に十分に耐え得る耐食性があり、なおかつ、熱伝導性が高い材料（例えばアルミニウムやアルミニウム合金）を用いて形成されている。高熱伝導性の材料を用いることで、後述する光源ユニット２５の発熱がベースケース体２０から放熱され、光源ユニット２５の光源温度が発光動作に適切な温度に維持される。下カバー体２１は、屋外使用に十分に耐え得る耐食性がある材料（例えば、ステンレス鋼）を用いて形成されている。
ベースケース体２０は、器具本体１０の六面の外側面のうち、底面１０Ａ、背面１０Ｂ、天面１０Ｃ、正面側、及び左右側の外側面１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆを構成する。下カバー体２１は、底面１０Ａの一部から背面１０Ｂの一部を構成する。

ベースケース体２０には、上述したアーム用挿入孔１５及び照射開口１２が形成され、ベースケース体２０の下面は、グローブ１３及び下カバー体２１がねじ止め固定されて閉じられる。グローブ１３の縁部側には、シール部材としての環状のパッキン（不図示）が全周に亘って嵌め込まれている。グローブ１３をベースケース体２０に取り付けた際には、グローブ１３とベースケース体２０との間でパッキンが挟み込まれて、当該パッキンによって照射開口１２がシールされる。

ベースケース体２０は、その内部が器具本体１０の一端１１Ａの側のクランプ取付室２７Ｂと、他端１１Ｂの側の光源室２７Ａとに仕切２８で仕切られている。クランプ取付室２７Ｂは下カバー体２１に、光源室２７Ａはグローブ１３によって閉じられる。クランプ取付室２７Ｂにはクランプユニット２６が配設され、光源室２７Ａには光源を構成する光源ユニット２５及び電源８０が配設されている。
クランプユニット２６は、器具本体１０のアーム用挿入孔１５から挿入された支柱５の先端部３に挿入されて取り付けられる支柱取付具である。電源８０は、光源ユニット２５に電源を供給して光源ユニット２５の点灯を制御する制御装置である。

光源ユニット２５は、道路灯１の光源であり、発光素子を備えて構成されている。具体的には、図２及び図３に示すように、光源ユニット２５は、ＣＯＢ型ＬＥＤ（発光素子モジュール）３５と、モジュール基板３６と、押さえ板５０と、レンズ体３９（光学レンズ装置）とを備え、これらの順に重ねるように組み付けて構成されている。
ＣＯＢ型ＬＥＤ３５は、多数のＬＥＤをＬＥＤ基板３４の上に密集配置して平面視略円形（四角形も有り得る）の面状の発光部３５Ａを形成したチップオンボード（ＣＯＢ）構造の発光デバイスである。この面状の発光部３５Ａは、この面に略垂直な方向（以下、単に直下方向と言う。）に光軸Ｆ（図６及び図７参照）を有し、この光軸Ｆが器具本体１０の底面１０Ａを指向する姿勢で器具本体１０の中に配置される。ＣＯＢ型ＬＥＤ３５は、多数のＬＥＤが密集配置されていることから大光量で高輝度な灯具が得られる。ＬＥＤ基板３４は、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の発熱を裏面に効率良く伝えるために、高熱伝導性を有する例えばセラミック等で形成されている。

モジュール基板３６は、複数（本実施形態では、２つ）のＣＯＢ型ＬＥＤ３５を実装する矩形板状の基板であり、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５とともに発光素子ユニット３７を構成している。モジュール基板３６には、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５とベースケース体２０の電気絶縁耐圧を得られ、かつ、放熱性を有する材料、例えば、セラミック材が使用されている。モジュール基板３６はベースケース体２０に接着され、ＬＥＤ基板３４はモジュール基板３６に接着されている。
押さえ板５０は、モジュール基板３６あるいはＣＯＢ型ＬＥＤ３５が剥がれた場合に、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の落下を防止するための部材であり、ベースケース体２０に一体に形成されたボス４２（図４参照）に固定されている。

レンズ体３９は、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の配光を制御する配光制御部材であり、これらの配光制御により、道路の走行方向に合わせて左右に延びた横長の配光が実現されている。具体的には、レンズ体３９は、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の発光部３５Ａを覆って配置されて、当該ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の光軸Ｆ近傍の光を左右方向（道路の車線方向）に配光する機能を備える。レンズ体３９は、入射面６１及び出射面６２（図６参照）を有する光学レンズ（本体部）６０と、光学レンズ６０の外側に設けられて光学レンズ６０を固定する固定部３９Ａとを備えて構成されている。レンズ体３９は、押さえ板５０と共締めされてボス４２に固定される。これら押さえ板５０は及び光学レンズ６０は、本実施形態の光学レンズユニット３０を構成している。

図３及び図４に示すように、光源室２７Ａの天井を構成するベースケース体２０の天井面２０Ａには、ＬＥＤ基板３４の裏面と面接触して支持する台座面４０が複数設けられている。各台座面４０は、モジュール基板３６が略水平面（照射開口１２の開口面から一定の距離）に位置するように天井面２０Ａからの高さが設定されている。
台座面４０は、ベースケース体２０の天井面２０Ａに一体に形成されており、高熱伝導性を有するＬＥＤ基板３４を通じてＣＯＢ型ＬＥＤ３５の発熱が伝えられる。台座面４０の熱は、ベースケース体２０の天井面２０Ａに伝へられ、当該ベースケース体２０の天面１０Ｃから外部に放熱され、これにより、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の光源温度が発光動作に適切な温度に維持される。なお、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５に代えて、他の構造のＬＥＤ、或いは有機ＥＬ等の他の発光素子を用いても良いことは勿論である。

本実施形態では、ベースケース体２０には、光源室２７Ａの側に各光源ユニット２５を包囲する平面視矩形枠状の包囲壁４１を設け、この包囲壁４１の中を水密にすることで、光源室２７Ａを防水することとしている。すなわち、包囲壁４１の全周に亘り、その先端４１Ａが、下カバー体２１に担持されたグローブ１３（図１）のパッキンに密着し、これにより包囲壁４１の内部が水密にシールされる。

クランプ取付室２７Ｂには、支柱５の中を通じて先端部３から引き出された外部からの電気配線を結線する端子台７０が設けられている。
上記包囲壁４１のうちクランプ取付室２７Ｂに面する箇所は仕切２８によって構成されており、この仕切２８には、電源線引込孔（不図示）が開口している。この電源線引込孔を通じて電源８０から延びる電源線（不図示）が光源室２７Ａからクランプ取付室２７Ｂに引き込まれる。このとき電源線引込孔をシールするために、この電源線引込孔にブッシング孔（不図示）を嵌合し、このブッシングに電源線を通して配線される。ブッシングを通された電源線は、端子台７０に接続される。

次に、押さえ板５０について詳細に説明する。
図５は、光源ユニット２５を示す図であり、図５（Ａ）は底面図、図５（Ｂ）は左側面図、図５（Ｃ）は背面図である。図６は図５のＶＩ−ＶＩ断面図であり、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。図８は、図５（Ａ）の光源ユニット２５を一のレンズ体３９を省略して示す図である。図９は、押さえ板５０を示す図であり、図９（Ａ）は底面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＳ１−Ｓ１断面図、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＳ２−Ｓ２断面図である。なお、図５（Ａ）及び図９（Ａ）の底面図は道路灯１の底面側に相当する。

押さえ板５０は、モジュール基板３６あるいはＣＯＢ型ＬＥＤ３５が剥がれた際に、ＬＥＤ基板３４を支持してＣＯＢ型ＬＥＤ３５の落下を防止するためのプレート状部材である。押さえ板５０は、図５乃至図７に示すように、平面視において、ＬＥＤ基板３４より大きく、本実施形態では、２つの光学レンズ６０の投影面内の略全域に延在する大きさに形成されている。押さえ板５０の光学レンズ６０に対向するレンズ対向面（面）５１は、光拡散反射率が比較的高い材料（例えば、白色材料、又は白色に塗装した材料）で形成され、光拡散面（本実施形態では、光拡散反射面）となっている。

押さえ板５０の外形をＬＥＤ基板３４より大きくすることにより、光学レンズ６０の入射面６１や出射面６２でＣＯＢ型ＬＥＤ３５側に反射された光を押さえ板５０で反射できるので、光取り出し効率を向上できる。しかも、本実施形態では、押さえ板５０を光学レンズ６０の投影面内の略全域に延在させているため、光学レンズ６０でＣＯＢ型ＬＥＤ３５側に反射された光を押さえ板５０でより多く反射できるので、光取り出し効率を向上できる。すなわち、押さえ板５０を設けることで、光学レンズ６０でＣＯＢ型ＬＥＤ３５側に反射された光を器具本体１０（図１）の外部に反射できるので、器具効率をより向上できる。さらに、光学レンズ６０以外の部材、例えばグローブ１３（図１）で反射した光も器具本体１０の外部に反射できるので、器具効率をさらに向上できる。これに加え、押さえ板５０のレンズ対向面５１を拡散面としたため、光学レンズ６０において反射した光が意図しないスポット状の照射部を作り出すことを防止でき、その結果、路面での照度むらを防止できる。

本実施形態では、押さえ板５０は、正面視において、光学レンズ６０の投影面よりも左右に大きく形成され、レンズ体３９の固定部３９Ａと接触する接触面５１Ａを備えている。この押さえ板５０は、上述したように、レンズ体３９を固定するねじ等の固定手段（不図示）によって、ベースケース体２０のボス４２（図４）に固定される。これにより、押さえ板５０を固定するための専用の固定手段を設ける必要がなくなり、部品点数を削減し、組み立て工程を簡素化できる。また、押さえ板５０は、レンズ体３９の外側で固定されるため、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の近傍のレンズ体３９内に押さえ板５０の固定手段が位置せず、光取り出し効率を向上できる。さらに、押さえ板５０は、レンズ体３９とベースケース体２０（図４）との間に挟持されて固定されるので、押さえ板５０を堅固に固定できる。これに加え、押さえ板５０をレンズ体３９の固定部３９Ａとの接触面分だけより大きく形成しているため、より多くの光を反射できるので、光取り出し効率、ひいては器具効率を向上できる。

押さえ板５０は、図８に示すように、発光部３５Ａが臨む開口５２を備えている。この開口５２は、正面視において、発光部３５Ａより大きく、ＬＥＤ基板３４より小さく形成されており、開口５２を構成する周壁５３によってＣＯＢ型ＬＥＤ３５の落下が防止されている。より詳細には、ＬＥＤ基板３４は、四角形状に形成され、対向する２つの角部に配線Ｗ１を取り付ける取付部３４Ａ，３４Ａが形成されている。開口５２は、取付部３４Ａ，３４Ａが設けられた２つの角部の位置において、取付部３４Ａ，３４Ａより外側に形成され、取付部３４Ａ，３４Ａが設けられない２つの角部において、ＬＥＤ基板３４より内側に形成されている。

モジュール基板３６には、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の間に、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の配線Ｗ１を接続するコネクタ３８が設けられており、押さえ板５０には、このコネクタ３８に対応する位置にコネクタ３８を避けるコネクタ用孔５４が形成されている。
押さえ板５０は、図６に示すように、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５間は、モジュール基板３６と隙間δを空けて配置されている。また、周壁５３には、ＬＥＤ基板３４の表面に取り付けた配線Ｗ１（図８）を押さえ板５０の裏面側に通す配線孔５５が形成されており、配線孔５５を通された配線Ｗ１は押さえ板５０の裏面側の隙間δを通ってコネクタ３８に接続される。コネクタ３８と電源８０とは電源線Ｗ２（図２）によって接続されている。

ＣＯＢ型ＬＥＤ３５は、図示は省略するが、多数のＬＥＤ上に蛍光体を配置して構成され、ＬＥＤの発光色と、蛍光体の蛍光色の混色によって所定の混色光を出射する。本実施形態では、例えば、ＬＥＤに青色光を発光する青色発光素子を用い、蛍光体に青色光を受けて例えば黄色の蛍光光を発する蛍光体を用いている。発光素子の青色の発光色と蛍光体の黄色の蛍光色の混色によって白色光が得られる。
このように構成されたＣＯＢ型ＬＥＤ３５においては、出射角度が光軸Ｆに対して大きい光は、蛍光体層の光路長が長くなるため、蛍光体の蛍光色に偏り、照射面である路面に色むらが生じる。

そこで、周壁５３は、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５から広がる傾斜面５６を設け、この傾斜面５６も、押さえ板５０のレンズ対向面５１と同様に、光拡散反射面として構成している。これにより、光軸Ｆに対して出射角度が大きく蛍光色に若干偏った光は傾斜面５６によって拡散反射されるので、光取り出し効率を向上させつつ、色むらを低減できる。

但し、蛍光色に偏った光の全てを傾斜面５６で拡散反射させようとすると、傾斜面５６が大きくなってしまう。また、拡散反射面による反射光は正反射成分が少ないため、詳細な光学設計が困難となる。
そこで、光軸Ｆに対して出射角度がより大きく蛍光色により偏った光は傾斜面５６で拡散反射させ、残りの光は後述するレンズ体３９の全反射面６８，６９で反射させるようにしている。これにより、傾斜面５６を小さくできるとともに、詳細な光学設計が可能となる。

レンズ体３９は、上述したように、道路照明としての横長配光を実現するため、道路の短手方向（幅方向）は集光させ、長手方向向（車線方向）は拡散させるように構成されている。長手方向においては、色むら成分も拡散され遠くに飛ばされるために、路面の色むらが確認しにくい。短手方向においては、色むら成分も集光されるため、路面の色むらが確認しやすくなる。

そこで、開口５２は、道路の長手方向と短手方向において、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の光の取り出し範囲を異ならせ、長手方向では押さえ板５０による反射領域を少なくし、短手方向では押さえ板５０による反射領域を多くしている。具体的には、図９に示すように、長手方向に対向する長手傾斜面５６Ａは、短手方向に対向する短手傾斜面５６Ｂより、光軸Ｆ（図６及び図７）に対する角度が大きくなるように形成されている。これらの長手傾斜面５６Ａと短手傾斜面５６Ｂはなだらかに連続するように形成されている。ここで、長手傾斜面５６Ａ間の角度を長手方向の光取り出し範囲α１とし、短手傾斜面５６Ｂ間の角度を短手方向の光取り出し範囲α２とする。換言すれば、長手方向の光取り出し範囲α１（本実施形態では１３０°）を短手方向の光取り出し範囲α２（本実施形態では９０°）より大きくしている。これにより、長手方向においては押さえ板５０によって拡散反射される光が少なくなるので光取り出し効率を高くすることができ、短手方向においては短手傾斜面５６Ｂによって蛍光に偏った光を十分に拡散反射できるので、路面の色むらを低減できる。
このように押さえ板５０を構成することで、シミュレーションの結果においても、押さえ板５０が無い場合には器具効率が８７％であるのに対し、押さえ板５０を設けた場合には器具効率が約９１％となっており、押さえ板５０によって器具効率が向上している。

次に、レンズ体３９について詳細に説明する。
図１０は、レンズ体３９及びＣＯＢ型ＬＥＤ３５を示す図であり、図１０（Ａ）は底面図、図１０（Ｂ）は左側面図、図１０（Ｃ）は正面図である。図１１は、図１０のレンズ体３９を示す背面図である。図１２は、光源ユニット２５を図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面で示す図である。図１３は、光源ユニット２５を図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面で示す図である。図１４は、図１０のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。図１５は、道路の幅と出射角度との関係を示す説明図である。図１６は、屈折部６０Ａの水平角度を示す図であり、図１６（Ａ）は図１０のＡ−Ａ断面図、図１６（Ｂ）は図１０のＢ−Ｂ断面図、図１６（Ｃ）は図１０のＣ−Ｃ断面図、図１６（Ｄ）は図１０のＤ−Ｄ断面図、図１６（Ｅ）は図１０のＥ−Ｅ断面図を示す。なお、図１０（Ａ）の底面図は道路灯１の底面側に相当する。

レンズ体３９は、上述の通り、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の発光部３５Ａを覆う透過型光学素子であり、図１０に示すように、光軸Ｆを上下（道路灯１の前後）に通る中心線Ｃを中心として左右対称な形状を成し、発光部３５Ａの光を左右の両側に配光する。具体的には、レンズ体３９は、発光部３５Ａの直下を横断して左右両側に跨がるように弧を描くアーチ型の光学レンズ６０を有し、この光学レンズ６０の左右両端部に、押さえ板５０にネジ止めされる固定部３９Ａを一体に備えて構成される。光学レンズ６０のアーチ型形状により、発光部３５Ａの光が左右の両側の遠方に配光される。また、発光部３５Ａを覆う光学レンズ６０がアーチ型であるから、発光部３５Ａとの間の距離が大きくなり発光部３５Ａの発熱の影響を受けに難くできる。

ここで、屈折のみで光を横長配光に制御する場合、取り出し効率を向上させようとすると、光学レンズ６０が大型化してしまう。一方、光学レンズ６０を小型化するべく、発光部３５Ａに近づけると、光学レンズ６０の温度が上昇してしまう。また、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の直下では温度が高く、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の側方では温度が比較的低い。
そこで、光学レンズ６０を、屈折部６０Ａの両側に全反射体部６０Ｂ，６０Ｃを設けて形成し、屈折部６０Ａは発光部３５Ａと所定距離Ｄ（図１２参照）だけ離間させ、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃは屈折部６０Ａよりも発光部３５Ａ側に近づけている。これにより、光学レンズ６０を屈折部６０Ａのみで形成する場合に比べ、光学レンズ６０を小型化できるととともに、光学レンズ６０の温度上昇も抑制できる。

光学レンズ６０の入射面６１は、屈折部６０Ａの入射面６１Ａと、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃの入射面６１Ｂ，６１Ｃとで形成されている。また、光学レンズ６０の出射面６２は屈折部６０Ａの出射面６２Ａと、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃの出射面６２Ｂ，６２Ｃとで構成されている。
屈折部６０Ａの入射面６１Ａは、図１１に示すように、中心線Ｃ上の中央入射部（頂面部）６３Ａと、中央入射部６３Ａの左右両側に位置する複数（本実施形態では、左右に２つずつ）の側方入射部（側面部）６３Ｂとを備えて構成されている。各側方入射部６３Ｂは、中心線Ｃに略沿って延びる段部であり、図１２に示すように、断面視で波状に延在しており、入射面６１Ａは段付きのレンズ形状に形成されている。入射面６１Ａを段付きの形状にすることで、屈折部６０Ａが発光部３５Ａから離れる方向に薄くなり、発光部３５Ａから屈折部６０Ａの入射面６１Ａまでの距離が大きくなるので、屈折部６０Ａの熱損傷を防止できる。また、入射面６１Ａを段付きの形状にしたことで屈折部６０Ａの肉厚を薄くすることができ、レンズ体３９を容易かつ安価に製造できる。

但し、入射面６１Ａを段付きのレンズ形状にすると、設計意図と外れる面６３Ｃが形成されてしまい、設計意図と外れる面６３Ｃに入射した光によって路面に照度むらが生じる場合がある。特に、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５では発光部３５Ａの面積が大きく、光学レンズ６０への光の入射角度が一定でないため、設計意図と外れる面に入射する成分も多くなる。また、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の発光ピークは直下にある。
そこで、図１１に示すように、発光部３５Ａの直下の中央入射部６３Ａを、平面視で発光部３５Ａ（より詳細にはＬＥＤの実装面）の幅Ｊ以上の幅とし、本実施形態では、発光部３５Ａの幅Ｊと略同一の幅に形成するとともに、設計意図通りの面に形成している。これにより、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の強い光は設計意図通りの中央入射部６３Ａに入射できるので、光学レンズ６０を薄肉にしたまま、照度むらのない設計通りの配光を実現できる。

また、側方入射部６３Ｂの境界Ｔは、中心線Ｃと平行ではなく、光軸Ｆから前後方向に離れるほど中心線Ｃから遠ざかるような曲率を有して湾曲している。側方入射部６３Ｂを中心線Ｃと平行に延在させた場合には、側方入射部６３Ｂを通る光Ｋ１が前方に向かうが、側方入射部６３Ｂを湾曲して延在させることで、中央入射部６３Ａ又は側方入射部６３Ｂを通る光Ｋ２を左右方向に向かわせることができる。すなわち、前方に向かう光を光軸Ｆ側に屈折させて道路の幅方向に収めて、左右方向により遠くに照射できるので、より長い横長配光を実現できる。

入射面６１Ａは、図１２に示すように、発光部３５Ａの直接光Ｋ３を入射可能に設定されている。なお、発光部３５Ａの直接光Ｋ３より外側の光（光軸Ｆに対して出射角度が大きい光）は、上述したように、押さえ板５０の傾斜面５６によって拡散反射される。
なお、本実施形態では、各側方入射部６３Ｂは、発光部３５Ａからの最遠部が基準ラインＮになるように形成されているが、最遠部が基準ラインＮ上に位置しなくともよい。
側方入射部６３Ｂの左右両側の端部（光学レンズ６０の底面）６４は、押さえ板５０側に突出する凸形状に形成されている。これにより、出射面６２で全反射された光や押さえ板５０で反射された光等の端部６４から出射する光、あるいは、端部６４に入射する光が意図しないスポット状の照射部を作り出すことを防止でき、その結果、路面での照度むらを防止できる。
屈折部６０Ａの出射面６２Ａは、中央部で前後に延出する中央出射部６５Ａと、中央出射部６５Ａの左右両側に位置する側方出射部６５Ｂ，６５Ｂとを備えて構成されている。左右方向において、中央出射部６５Ａは凹形状に形成されるとともに、側方出射部６５Ｂ，６５Ｂは凸形状に形成されている。

また、屈折部６０Ａは、図１３に示すように、前後方向において、入射面６１Ａ及び出射面６２Ａが凸形状に形成されており、屈折部６０Ａの出射面６２Ａからの光は前方からやや後方にかけて配光される。これにより、器具本体１０が路肩ではなく道路の上方に配置される、いわゆるオーバーハング設置された場合でも、器具本体１０の後方に配光でき、その結果、道路の幅に亘って照射できる。
屈折部６０Ａは、前側の縁部６６の光軸Ｆからの距離Ｌ１が後側の縁部６７の光軸Ｆからの距離Ｌ２よりも長くなるように設けられており、前後方向（道路の幅方向）の中心が光軸Ｆと一致しない、いわゆる軸ずらしに配置されている。これにより、屈折部６０Ａに入射した光の多くを前方に向けて照射できるので、前方向において横長配光にできる。

全反射体部６０Ｂ，６０Ｃは、屈折部６０Ａの長手方向の両側縁部６６，６７に非対称に設けられ、全反射面６８，６９を備えている。全反射面６８，６９はそれぞれ異なる方向に光を反射するように設けられている。具体的には、前側の全反射面６８は、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５から前方に向かう光のうち道路の幅方向の最遠方に向かう光を略直下から前方に反射する角度に設定されている。後側の全反射面６９は、後方に向かう光を前側からやや後方に反射する角度に設定されている。

各全反射体部６０Ｂ，６０Ｃは、断面が３頂点Ｐ１−Ｐ３、Ｑ１−Ｑ３を有する略三角形状に形成されている。ここで、頂点Ｐ１、Ｑ１は入射側、頂点Ｐ２，Ｐ３、Ｑ２，Ｑ３を出射側に定義する。頂点Ｐ２，Ｑ２は全反射面６８，６９の下端（先端）に位置し、頂点Ｐ３，Ｑ３は、屈折部６０Ａの出射側の縁部に位置している。ここで、例えば、頂点Ｐ４を頂点Ｐ２，Ｐ３を結ぶ線より大きく外側に位置させ、同様に、頂点Ｑ４を頂点Ｑ２，Ｑ３を結ぶ線より大きく外側に位置させたとする。各全反射体部６０Ｂ，６０Ｃを４頂点Ｐ１−Ｐ４、Ｑ１−Ｑ４を有する断面略四角形状に形成する場合、屈折部６０Ａから出射された光が頂点Ｐ３−Ｐ４、Ｑ３−Ｑ４で定義される全反射体部６０Ｂ，６０Ｃの出射面６２Ｂ，６２Ｃに入射する可能性がある。本実施形態では、各全反射体部６０Ｂ，６０Ｃを断面略三角形状に形成することで、屈折部６０Ａから出射された光が全反射体部６０Ｂ，６０Ｃの出射面６２Ｂ，６２Ｃに入射することを防止できる。さらに、各全反射体部６０Ｂ，６０Ｃを断面略三角形状に形成することで、各全反射体部６０Ｂ，６０Ｃの肉厚を薄くできるので、レンズ体３９を容易且つ安価に製造できる。また、本実施形態では、各出射面６２Ｂ，６２Ｃを、屈折部６０Ａから出射された光が出射面６２Ｂ，６２Ｃに入射しない角度に設定しているため、屈折部６０Ａから出射された光が出射面６２Ｂ，６２Ｃに入射することを確実に防止できる。

入射側の頂点Ｐ１，Ｑ１は、頂点Ｐ１，Ｑ１から近い側の発光部３５Ａの縁部から出射される直接光Ｋ４を入射可能なように、発光部３５Ａからの高さＨ１，Ｈ２が設定されている。すなわち、前側の全反射体部６０Ｂの頂点Ｐ１の高さＨ１は、後側の全反射体部６０Ｃの頂点Ｑ１の高さＨ２よりも高く設定されており、後側の全反射面６９は前側の全反射面６８よりも上下に長く形成されている。なお、発光部３５Ａの直接光より外側の光（光軸Ｆに対して出射角度が大きい光）は、上述したように、押さえ板５０の傾斜面５６によって拡散反射される。全反射面６９において、頂点Ｑ１から近い側の発光部３５Ａの縁部から出射される直接光Ｋ４はやや後方に反射されているが、頂点Ｑ１から離れるほど前方に反射される（例えば、発光部３５Ａの中心からの光Ｋ５参照）。
また、後側の全反射面６９は、前側の全反射面６８よりも下側に張り出しているため、後方に向かう光を前側により多く反射できるので、光取り出し効率を向上できる。

全反射体部６０Ｃの外側面６０Ｃ１は、図１４に示すように、長手方向の中央部６９Ａが凹み、端部６９Ｂに向けてなだらかに湾曲しており、全反射面６９は左右方向の線Ｉに対して角度βだけ傾斜して形成されている。全反射面６９を左右方向の線Ｉと平行にした場合には、全反射面６９で反射された光Ｋ６が前方に向かうが、全反射面６９を角度βをつけて形成することで、全反射面６９で反射された光Ｋ７を左右方向に向かわせることができる。すなわち、前方に向かう光を道路の幅方向に収めて左右方向により遠くに照射できるので、より長い横長配光を実現できる。また、この角度βを変更することで、詳細な光学設計が可能となる。なお、図１４は、後側の全反射面６９を示すが、前側の全反射面６８についても同様であるため、全反射体部６０Ｂの外側面６０Ｂ１についての中央部６８Ａ及び端部６８Ｂは、図示を省略する。

また、屈折部６０Ａの両側縁部６６，６７も、図１２に示すように、長手方向の中央部６６Ａ，６７Ａが凹み、端部６６Ｂ，６７Ｂに向けてなだらかに湾曲し、左右方向の線Ｉに対して角度γ１，γ２だけ傾斜して形成されている。すなわち、屈折部６０Ａに入射する光の割合と、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃに入射する光の割合が、前後方向の断面毎に異なっており、光軸Ｆに対して入射角度が大きくなるにつれて、屈折部６０Ａに入射する光の量を多くしている。これにより、両側縁部６６，６７を左右方向の線Ｉと平行にした場合に比べ、後方に照射できるので、オーバーハング設置に対応できる。また、この角度γ１，γ２を変更することで、詳細な光学設計が可能となる。

ここで、横長配光においては、図１５に示すように、平面視において、発光部３５Ａの略直下における道路Ｒの道幅までの出射角度θ１と、遠方での道幅までの出射角度θ２は異なり、遠くなるほど出射角度は小さくなる。
そこで、屈折部６０Ａは、図１６に示すように、発光部３５Ａの中心を基準とした各断面において、断面の形状が異なっており、詳述すると、各断面の入射面６１Ａの縁部６６，６７を繋いだ線Ｍの角度が異なっている。発光部３５Ａの直下における線Ｍは、図１６（Ａ）に示すように、前側を上方に傾斜させて前方に配光し、光軸Ｆに対する角度が大きくなるにつれて、図１６（Ｂ）乃至図１６（Ｅ）に示すように、前側を下方に傾斜させて横乃至後方に配光するようになっている。これにより、道路に合わせて横長に配光できるので、照明率を高くすることができる。また、後方に照射できるので、オーバーハング設置に対応できる。さらに、線Ｍの角度を変更することで、詳細な光学設計が可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５と対向する入射面６１を有する光学レンズ６０を備え、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５のプレート状の押さえ板５０を光学レンズ６０の投影面内の略全域に延在させ、押さえ板５０の光学レンズ６０に対向するレンズ対向面５１を光拡散面とする構成とした。この構成により、光学レンズ６０でＣＯＢ型ＬＥＤ３５側に反射された光を押さえ板５０で反射できるので、光取り出し効率を向上できる。また、押さえ板５０の光学レンズ６０に対向するレンズ対向面５１を光拡散面としたため、光学レンズ６０において反射した光による照度むらを抑制できる。

また、本実施形態によれば、押さえ板５０が、ＣＯＢ型ＬＥＤ３５の発光部３５Ａが臨む開口５２を備え、開口５２の周壁５３に光拡散面の傾斜面５６を備える構成とした。この構成により、蛍光色に偏った光は傾斜面５６によって拡散反射できるので、光取り出し効率を向上させつつ、色むらを低減できる。

また、本実施形態によれば、光学レンズ６０は光を横長に配光して横長の照射エリアを形成し、長手方向に対向する長手傾斜面５６Ａは、短手方向に対向する短手傾斜面５６Ｂより、光軸Ｆに対する角度が大きくなるように形成する構成とした。この構成により、長手方向においては押さえ板５０によって拡散反射される光が少なくなるので光取り出し効率を高くすることができ、短手方向においては短手傾斜面５６Ｂによって蛍光に偏った光を十分に拡散反射できるので、路面の色むらを低減できる。

また、本実施形態によれば、押さえ板５０は、光学レンズ６０の固定部３９Ａによって固定される構成とした。この構成により、押さえ板５０を固定するための専用の固定手段を必要としないため、部品点数を削減し、組み立て工程を簡素化できる。

但し、上述の実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、レンズ体３９と押さえ板５０とを共締めしたため、押さえ板５０をレンズ体３９の固定部３９Ａとの接触面５１Ａ分だけ大きく形成したが、例えば、共締めしない場合には接触面５１Ａ分だけ小さくしてもよい。

また、上述の実施形態では、光学レンズ６０に全反射体部６０Ｂ，６０Ｃを設けていたが、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃは省略してもよく、あるいは、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃに代えて反射鏡を設けてもよい。

また、上述の実施形態では、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃを断面略三角形状に形成することで、屈折部６０Ａの出射面６２Ａから出射した光が全反射体部６０Ｂ，６０Ｃ入射することを防止していた。しかしながら、全反射体部６０Ｂ，６０Ｃの形状は、このような再入射を防止できる形状であれば、断面略三角形状に限定されない。また、例えば、図１７及び図１８に示すように、断面略三角形状に形成した前側の全反射体部６０Ｂの出射面６２Ｂの一部に切り欠き部９１，９２を設けてもよい。これにより、全反射体部６０Ｂの全反射面６８で反射した光をより前方に配向できるので、直下の光量を抑えて、前方における横長配光を照度むらなく実現できる。なお、図１７及び図１８の例では、前側の全反射体部６０Ｂの出射面６２Ｂの一部に切り欠き部９１，９２を設けているが、後側の全反射体部６０Ｃの出射面６２Ｃの一部に切り欠き部をもよい。なお、図１７及び図１８では、図１０に示すレンズ体３９と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。

また、本発明は道路灯に限らず、例えば街灯等の任意の照明器具に適用可能である。また、本発明は、器具本体が支柱に限らず、例えば建物の壁等に支持される照明器具に適用可能である。

１ 道路灯（照明器具）
３０ 光学レンズユニット
３５ ＣＯＢ型ＬＥＤ（発光素子）
３５Ａ 発光部
３９ レンズ体
５０ 押さえ板
５１ レンズ対向面（面）
５２ 開口
５３ 周壁
５６ 傾斜面
５６Ａ 長手傾斜面
５６Ｂ 短手傾斜面
６０ 光学レンズ
６１ 入射面
６２ 出射面

Claims (2)

1. 発光素子上に蛍光体を配置して構成され、前記発光素子の発光色と、前記蛍光体の蛍光色の混色によって混色光を出射する発光素子モジュールと、
   前記発光素子モジュールと対向する入射面を有する光学レンズ及び前記発光素子モジュールのプレート状の押さえ板を有する光学レンズユニットと、
   を備え、
   前記押さえ板を前記光学レンズの投影面内の略全域に延在させ、前記押さえ板の前記光学レンズに対向する面を光拡散面とし、
   前記光学レンズは光を横長に配光して横長の照射エリアを形成し、
   前記押さえ板は、前記発光素子モジュールが臨む開口を備え、前記開口の周壁に光拡散面の傾斜面を備え、
   当該傾斜面は、前記照射エリアの長手方向に対向する長手傾斜面と、前記照射エリアの短手方向に対向する短手傾斜面とを備え、前記長手傾斜面は、前記短手傾斜面より光軸に対する角度が大きくなるように形成し、前記長手傾斜面と前記短手傾斜面はなだらかに連続するように形成されていることを特徴とする照明器具。
2. 前記押さえ板は、前記光学レンズの固定部によって固定されることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。

Images