(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記レンズ体は、前記面状の発光部の光軸方向に位置する箇所に、当該光軸方向を指向する光を前記両側の遠方に向けて配光する第1レンズ面を備えることを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
前記レンズ体、及び前記直射光反射面で配光された光以外の前記レンズ体からの分散光または屈折光で、前記直射光反射面の光が配光される範囲より手前側の範囲を照らすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光源ユニット。
前記面状の発光部から放射し、前記レンズ体の裏面で反射された光を当該レンズ体に向けて再反射する裏面反射光反射面を備えることを特徴とする請求項3に記載の光源ユニット。
前記レンズ体は、前記略直交方向に指向する直射光の一部を、前記分散光または屈折光が照らす範囲の両側に配光する第2レンズ面を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の光源ユニット。
前記レンズ体の両側に、前記遠方に向かう光のうち俯角が所定値以下の光が入射され、前記レンズ体を挟んだ反対側の遠方に向けて反射する低俯角光反射面を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光源ユニット。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の光源は、個々のLEDを最大出力で点灯駆動して大光量を得た場合、個々のLEDの発光効率が低下し効率が悪くなる、という問題がある。
特に道路照明器具では、発光効率が劣化しない出力範囲で点灯駆動した場合、道路照明器具から遠方の輝度が低下するため、隣り合う道路用照明器具の間での照度を維持するために、比較的狭いピッチで道路用照明器具を設置しなければならない。
【0005】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、遠方を十分な照度で照射し、なおかつ、高い発光効率を実現する光源ユニット、及び照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の発光素子を基板上に配置して面状の発光部を形成したチップオンボード構造の発光素子モジュールと、前記発光部を覆って設けられ、当該発光部の両側の遠方に向けて前記発光部の光を配光する
とともに、当該配光の方向と略直交方向に貫通した貫通孔が設けられ、当該配光の方向と略直交方向に指向する前記発光部の光を
前記貫通孔の開口から直接外に通す
レンズ体と、前記レンズ体の開口に対面配置され、当該開口から放射される直射光を前記両側の遠方の間に向けて配光する直射光反射面と、を備え、前記レンズ体によって配光された光と、前記直射光反射面によって配光された光とで、横長の照射エリアを照らすことを特徴とする光源ユニットを提供する。
【0007】
また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記レンズ体は、前記面状の発光部の光軸方向に位置する箇所に、当該光軸方向を指向する光を前記両側の遠方に向けて配光する第1レンズ面を備えることを特徴とする。
【0008】
また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記レンズ体、及び前記直射光反射面で配光された光以外の前記レンズ体からの分散光または屈折光で、前記直射光反射面の光が配光される範囲より手前側の範囲を照らすことを特徴とする。
【0009】
また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記面状の発光部から放射し、前記レンズ体の裏面で反射された光を当該レンズ体に向けて再反射する裏面反射光反射面を備えることを特徴とする。
【0010】
また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記レンズ体は、前記略直交方向に指向する直射光の一部を、前記分散光または屈折光が照らす範囲の両側に配光する第2レンズ面を備えることを特徴とする。
【0011】
また本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記レンズ体の両側に、前記遠方に向かう光のうち俯角が所定値以下の光が入射され、前記レンズ体を挟んだ反対側の遠方に向けて反射する低俯角光反射面を備えることを特徴とする。
【0012】
また上記課題を解決するために、本発明は、上記のいずれかに記載の光源ユニットを備え、前記横長の照射エリアを照らして照明することを特徴とする照明器具を提供する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、チップオンボード構造の発光素子モジュールを光源に備えるため、最大出力で点灯駆動したときの発光効率の低下が抑えられる。これにより高発光効率、かつ高光量の光源が実現できる。
これに加え、本発明によれば、レンズ体で両側に配光して遠方を照射しつつ、レンズ体の開口を通った直射光を直射光反射面で両側の遠方の間に向けて配光し、レンズ体によって配光された光と、直射光反射面によって配光された光とで横長の照射エリアを照らす構成とした。
これにより、レンズ体の構造を簡易にしつつ、横長の広い照射エリアを照明することができる。また発光部の発熱をレンズ体の開口から逃がすことができるため、レンズ体の熱損傷を防止でき、また発光部の温度上昇に伴う効率低下を防止できる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。なお、この実施形態では、道路用照明器具の一例として、トンネル照明器具を例示する。
図1は本実施形態に係るトンネル照明器具1の構成を示す正面図であり、
図2はトンネル照明器具1の下側面1Bから内部を透視した内部透視側面図である。また
図3は
図1のA−A線における断面図である。
図4はトンネル照明器具1の設置状態を示す図である。また
図5はトンネル照明器具の設置状態を示すトンネル断面視図である。
なお、本明細書では、
図1に示すように、紙面の手前に向けて垂直に向いた方向を正面方向、紙面上側、及び下側を上方向、及び下方向、紙面左側、及び右側を左方向、及び右方向と定義する。
【0016】
トンネル照明器具1の構成の説明に先立って当該トンネル照明器具1の設置状態を説明する。
図4、及び
図5に示すように、トンネル照明器具1は、道路81が延びるトンネル80の壁面又は天井面(本実施形態では天井面)に、道路81に沿って所定間隔で設置される。道路81は、平行に延びる2本の車道外側線82A、82Bで路面82が区画されている。本実施形態では、トンネル照明器具1は、直近側(手前側)の車道外側線82Aから幅L1だけ路面82に進入した位置に、灯具直下軸Kが遠方側(手前側と反対側)の車道外側線82Bから幅L2だけ手前側に位置する姿勢でトンネル80の天井面に設置されている。
なお、本明細書では、道路81が延びる方向(車両が走行する方向)を縦断方向Jと定義し、この縦断方向Jに直交する方向を横断方向Mと定義する。
【0017】
次いで、トンネル照明器具1の構成を説明する。
トンネル照明器具1は、
図1に示すように、正面が開口した金属製の器具ケース2を備える。器具ケース2は、左右方向に長い正面視矩形の箱型に形成されており、正面開口2Aには、平板状の前面ガラス3が嵌め込まれている。前面ガラス3は、器具ケース2の上側面1Aに一対の蝶番4で開閉自在に結合され、器具ケース2の下側面1Bに一対のラッチ5で留められている。器具ケース2の正面開口2Aには、前面ガラス3との間をシールするシール部材としてのパッキン9が開口縁に沿って設けられている。
また器具ケース2の上側面1A、及び下側面1Bには、トンネル80(
図4、
図5)内に設置するためのL字金具6が取り付けられている。
このトンネル照明器具1は、前面ガラス3を道路の路面に対面させ、左側面1C、及び右側面1Dを結ぶ方向である左右方向I(
図1参照)を道路81の縦断方向Jに合わせた姿勢で、トンネル80に設置される。
【0018】
図1、及び
図2に示すように、器具ケース2の中には、光源部10と、電源端子台11と、電源ボックス12とが収められている。
光源部10は、発光素子の一例たるLEDを光源とするものであり、その詳細は後述する。電源端子台11は、器具ケース2の外から引き込まれた配線と、電源ボックス12の配線とを結線する。電源ボックス12は、光源部10を駆動する直流電力を生成するものであり、AC−DC変換器を内蔵し、外部から供給される商用の交流電力を直流電力に変換し光源部10に供給する。なお、電源ボックス12は、外部からの調光指示に基づいて直流電力(例えば直流電流)を可変し、光源部10の光量を可変しても良い。また器具ケース2には、停電時等に使用する非常用の電力としてバッテリーを内蔵しても良い。
【0019】
図6は光源部10の分解斜視図である。
光源部10は、
図2、及び
図3に示すように、光源ユニット20と、この光源ユニット20を前面ガラス3の近傍(正面開口2Aの近傍)に配置する支持脚21とを備えている。光源ユニット20が前面ガラス3の近傍に配置されることで、光源ユニット20の光が器具ケース2の内壁面での遮蔽を抑えて効率良く取り出される。
【0020】
光源ユニット20は、
図1〜
図3、及び
図6に示すように、発光素子モジュール30と、この発光素子モジュール30を覆うレンズ体31と、発光素子モジュール30、及びレンズ体31を囲む反射体32と、これらを載置する載置板33とを備えている。なお、
図5では、構成の把握を容易にするために、反射体32の1つを省略して図示している。
【0021】
発光素子モジュール30は、多数のLEDを基板34の上に密集配置して正面視略円形(四角形も有り得る)の面状の発光部35を形成したチップオンボード(COB)構造のLEDモジュールである。この面状の発光部35は、この面に略垂直な方向に光軸F(
図6)を有し、この光軸Fが上記正面方向を指向する姿勢で器具ケース2に収められている。
一般に、チップオンボード構造のLEDモジュールは、多数のLEDが密集配置されていることから大光量で輝度が高く、さらに、これらのLEDを最大出力で点灯駆動したときの発光効率の低下が小さい。
したがって、この発光素子モジュール30を光源ユニット20が光源に備えることで、大光量を高発光効率で得られることとなる。
本実施形態では、
図3に示すように、光源ユニット20は、4つの発光素子モジュール30を備えることで、更なる光量の増加が図られている。具体的には、矩形板状の回路基板36の左右両側に、2つの発光素子モジュール30が横並びに搭載されて発光素子モジュールユニット37として構成され、2つの発光素子モジュールユニット37が上下に並べて載置板33の面上に配置される。1つの発光素子モジュールユニット37に搭載する発光素子モジュール30の数を、トンネル照明器具1に要求される光量に応じて変えても良い。
【0022】
光源ユニット20は、互いに同一形状の上記レンズ体31を発光素子モジュール30ごとに備え、また上記反射体32が1個の発光素子モジュールユニット37ごとに設けられている。すなわち、反射体32は発光素子モジュールユニット37が備える2つの発光素子モジュール30、及びレンズ体31を囲む有底箱型に形成されている。
これらレンズ体31、及び反射体32は、発光素子モジュール30の光を配光するものであり、これらレンズ体31、及び反射体32により、発光素子モジュールユニット37にあっては、左右に延びた横長の配光が得られている。
光源ユニット20は、上述の通り、複数の発光素子モジュール30を備えるが、個の発光素子モジュール30、1個のレンズ体31、及び反射体32の組からなるユニットは、互いに同じ配光を有し、路面82の略同じ照射エリアを照明することで、路面輝度が高められている。なお、発光素子モジュールユニット37にあっても、各々が同一配光を有し、路面82の略同じ照射エリアを照明することは勿論である。
【0023】
図7は、レンズ体31の全体構成を示す斜視図である。また
図8はレンズ体31の構成を示す図であり、
図8(A)は正面図、
図8(B)は上側からみた上側面図、
図8(C)は下側からみた下側面図、
図8(D)は右側面図、
図8(E)は左側面図、
図8(F)は底面側からみた底面図である。
レンズ体31は、上述の通り、発光素子モジュール30の発光部35を覆う透過型光学素子であり、発光部35を中心として左右対称な形状を成し、発光部35の光を左右の両側に配光する。具体的には、レンズ体31は、
図6乃至
図8に示すように、発光部35の正面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本体部40を有し、この本体部40の左右両端部に、反射体32の後述する底面32Cにネジ止めされる取付片47を一体に備えて構成される。本体部40のアーチ型形状により、発光部35の光が左右の両側の遠方に配光される。
【0024】
また、この本体部40の左右方向に直交する上下方向の各々には、発光部35から上方向、及び下方向に指向する光を直接外部に通す直射光用開口41、42が形成されている。直射光用開口41、42には、例えば
図3に示すように、反射体32の上側面たる直射光反射面32Aと、下側面たる直射光反射面32Bが対面配置されており、これら直射光反射面32A、32Bが上下方向に向かう直射光を正面方向に折り曲げて配光することで、レンズ体31が配光する両側の遠方の間の範囲が照らされる。
これにより、レンズ体31による左右両側遠方への配光と、直射光反射面32A、32Bによる両側遠方の間への配光とによって、横長の照射エリアが照射される。
なお、両側遠方の間への所望の配光を実現するために、直射光反射面32Aには、3つのファセット32A1、32A2、32A3が形成され、直射光反射面32Bには2つのファセット32B1、32B2が形成されている。
【0025】
また、この光源ユニット20によれば、発光部35をレンズ体31で覆いながらも、発光部35から上下方向に向かう直射光を直射光用開口41、42から取り出して直射光反射面32A、32Bで折り曲げて正面側を照らす構成であるため、例えばレンズ体31で正面側を照らすように当該レンズ体31を設計する場合に比べ、レンズ体31の構造が簡単になる。これにより、レンズ体31の上下方向の幅が抑えられ、コンパクトな光源ユニット20が得られる。
さらに、直射光用開口41、42がレンズ体31を上下に貫通する貫通孔を構成するから、この上下方向を鉛直方向に合わせた姿勢で光源ユニット20を使用することで、煙突効果により、発光部35の熱を効率良く逃がすことができ、またレンズ体31の温度上昇も抑えられて熱損傷が防止される。特に、発光部35を覆う本体部40がアーチ型であるから、発光部35との間の距離が大きくなり発光部35の発熱の影響を受けに難くできる。さらに、直射光用開口41、42の大きさによって、左右両側の遠方に配光する光量と直射光として取り出して遠方の間を照射する光量との配分を簡単に調整でき、使い勝手の良い光源ユニット20が実現できる。
【0026】
ここで、この光源ユニット20には、レンズ体31、及び反射体32によって配光された光以外のレンズ体31からの分散光または屈折光(以下、「非配光光」と言う)が存在し、光源ユニット20は、この非配光光によって正面方向の近傍(手前側)を照明している。
すなわち、この光源ユニット20にあっては、左右両側の遠方の間の範囲(すなわち、光源ユニット20の正面方向の範囲を上記直射光反射面32A、32Bの反射光で照らし、この範囲よりも手前側の範囲を非配光光で照らすことで、光源ユニット20の正面方向を効率良く照明する構成となっている。
【0027】
ただし、正面方向の手前側を非配光光のみで照らすため、何ら対策を施さなければ、非配光光の光量不足により正面方向の手前側での照度が足りなくなる。これに対して、例えばレンズ体31や反射体32により発光部35の光の一部を正面方向の手前側に配光すれば照度不足は解消するが、その分、左右両側の遠方に振り分けられる光量が減り遠方での照度が低下する。
【0028】
そこで本実施形態では、次のようにして非配光光の光量増加を図る構成としている。
すなわち、反射体32は、
図6に示すように、上記発光部35に対応する箇所に、当該発光部35を露出させる開口38が形成された底面(裏面反射光反射面)32Cを有し、上記レンズ体31の本体部40は、上記開口38と、その周面の底面32Cを覆って取り付けられている。これにより、発光部35の光が本体部40の裏面45(
図8(F))で裏面反射された裏面反射光が底面32Cで本体部40に向けて再反射され非配光光として取り出されることとなり、器具全体として光量増加が図られる。本実施形態のトンネル照明器具1では、裏面反射光を再反射する底面32Cの表面が強い反射性を有する鏡面に仕上げられており、これにより約6%〜8%の発光効率の向上が得られている。
【0029】
さて、
図7、及び
図8に示すように、本実施形態のレンズ体31は、接線連続した単一曲面ではなく、路面82を輝度ムラなく、なおかつ効率良く照射するために複数のレンズ面が設けられている。
前掲
図4に示すように、トンネル照明器具1が照明する路面82の照射エリアは、大別して第1照射エリア90A〜第5照射エリア90Eの5つの照射エリアに区画されており、このうち第1照射エリア90A〜第3照射エリア90Cに向けて上記レンズ体31が発光部35の光を配光する。
第1照射エリア90Aは、トンネル照明器具1から左右方向の最遠方に位置する照射エリアである。また第4照射エリア90Dは、トンネル照明器具1の正面側の照射エリアのうち、遠方の位置する車道外側線82Bに位置する照射エリアである。第2照射エリア90Bは、第1照射エリア90Aと第4照射エリア90Dの間の範囲に亘る照射エリアである。第3照射エリア90Cは、第2照射エリア90Bよりも横断方向Mにトンネル照明器具1の側に位置する照射エリアである。そして第5照射エリア90Eは、第4照射エリア90Dよりもトンネル照明器具1の正面側近傍に位置する照射エリアである。
【0030】
レンズ体31の上記本体部40は、左右に延びる概略アーチ型に形成されることで左右方向への配光が形成され、左右両端部(すなわち、アーチの根元部)に近いほど、底面32C(基板34の面)と成す角度である俯角θ(
図2参照)が小さく、遠方に向かう光を放射する。そこで、この本体部40の左右両端部には、第1照射エリア90Aに光を配光するレンズ面40Aが形成されている。一方、本体部40の中央部は、発光部35の光軸Fの方向に位置することから、この中央部からは正面方向に向かう光が放射されてしまう。そこで
図7、及び
図8に示すように、この中央部には、正面方向に向かう光を左右方向に振り向ける山型形状のレンズ面(第1レンズ面)40Bが形成されている。レンズ面40Bで配光された光は、
図9に示すように、最遠方である右方向側、及び左方向側の第1照射エリア90Aに振り分けられ最遠方での照度を補っている。
【0031】
さらに詳述すると、レンズ面40Bは、
図9に示すように、断面略三角形で上下方向に延びる略三角柱状を成し、左右の面がそれぞれ、発光部35から入射した光を遠方に配光する入射面40B1、及び当該入射面40B1で配光された光が出射する出射面40B2として形成されている。このレンズ面40Bは、発光部35の光軸Fに入射面40B1の下端49に合わせて、当該光軸Fを挟んだ左右の両側に設けられている。これにより、発光部35からの光のうち、光軸Fの方向を指向する光によって効率良く左右の両側の遠方(第1照射エリア90A)が照射される。
【0032】
本体部40は、レンズ面40Aとレンズ面40Bの間に、第1照射エリア90Aよりも手前側の第2照射エリアに光を配光するレンズ面40Cが形成されている。
これにより、このレンズ体31にあっては、中央部にレンズ面40Bを備えるアーチ型の本体部40によって、横長の照射エリアのうち、正面方向の照射エリアを除いた照射エリアである、左右方向の最遠方の第1照射エリア90Aと、それぞれの手前側の第2照射エリア90Bとが照射される。
【0033】
一方、正面方向の照射エリアである第4照射エリア90Dは、上述の通り、発光部35から上下方向に向かう直射光を直射光反射面32A、32Bで折り曲げた光で照射される。この第4照射エリア90Dは、第1照射エリア90Aに比べてトンネル照明器具1からの距離が近く、また照射エリアも狭いため、少ない光束で照明すれば十分である。
そこでレンズ体31には、発光部35から上方向に向かう直射光の一部が入射され、左右遠方である第1照射エリア90Aに配光するレンズ面40Dが直射光用開口41の左右両側に形成されている。
また、発光部35から下方向に向かう直射光についても同様に、この直射光の一部が入射され、トンネル照明器具1の手前側の左右方向である上記第3照射エリア90Cに配光するレンズ面(第2レンズ面)40E、40F、40Gが直射光用開口42の周囲に形成されている。
これにより、トンネル照明器具1の正面方向と左右方向との間での照度の均衡が図られ、照度ムラを抑えて効率良く広い範囲が照明されることとなる。
【0034】
ところで、上述のように、レンズ体31の本体部40の左右両端部であるレンズ面40Aの透過光は、俯角θが小さいことから左右方向の最遠方(第1照射エリア90A)を照らすには最適である。しかしながら、前掲
図2に示すように、この光源ユニット20は、器具ケース2に収められることから、俯角θが所定値以下の光は器具ケース2の内側面で遮蔽されてしまう。
そこで、このトンネル照明器具1では、
図2に示すように、左右方向に向かう俯角θが所定値以下の光をレンズ体31を挟んだ反対方向の遠方に反射する低俯角光反射面32D、32Eが反射体32の左右両側に設けられている。
これにより、俯角θが所定値以下の光が器具ケース2で遮蔽されることなく左右方向の最遠方の照射に有効に利用することができる。
なお、
図9に示すように、上記レンズ面40Bから出射された光においても、俯角θが小さい光は、低俯角光反射面32D、32Eによって反対方向の遠方に向けて反射される。
【0035】
以上説明したように、本実施形態によれば、光源ユニット20がチップオンボード(COB)構造の発光素子モジュール30を光源に備えるため、最大出力で点灯駆動したときの発光効率の低下が抑えられる。これにより高発光効率、かつ高光量の光源が実現できる。
これに加え、光源ユニット20は、レンズ体31で左右の両側に配光して遠方(第1照射エリア90A、及び第2照射エリア90B)を照射しつつ、レンズ体31の直射光用開口41、42を通った直射光を直射光反射面32A、32Bで両側の遠方の間(第4照射エリア90D)に向けて配光し、レンズ体31によって配光された光と、直射光反射面によって配光された光とで横長の照射エリアを照らす構成とした。
これにより、レンズ体31の構造を簡易にしつつ、横長の広い照射エリアを照明することができる。また発光部35の発熱をレンズ体31の直射光用開口41、42から逃がすことができるため、レンズ体31の熱損傷を防止でき、また発光部35の温度上昇に伴う効率低下を防止できる。
【0036】
また本実施形態によれば、レンズ体31は、面状の発光部35の光軸Fの方向に位置する箇所に、当該光軸Fの方向を指向する光を左右両側の遠方(第1照射エリア90A)に向けて配光するレンズ面40Bを備える構成とした。
これにより、レンズ体31により、発光素子モジュール30の光を正面方向を除く左右両側の照射エリアに効率良く配光できる。
【0037】
また本実施形態によれば、レンズ体31、及び直射光反射面32A、32Bを含む反射体32で配光されずに散乱する非配光光で、直射光反射面32A、32Bの光が配光される照射エリア(第4照射エリア90D)より手前側の照射エリア(第5照射エリア90E)を照らす構成とした。
これにより、光源ユニット20の正面方向を幅広く効率良く照明できる。
特に本実施形態によれば、レンズ体31の裏面反射光を当該レンズ体31に向けて再反射する裏面反射光反射面たる底面32Cを反射体32に設ける構成とした。
これにより、非配光光の光量増加が図られ、より効率良く正面方向が照明される。
【0038】
また本実施形態によれば、レンズ体31は、上下方向に指向する直射光の一部を、非配光光が照らす照射エリアの両側に配光する第2レンズ面を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の光源ユニット。
【0039】
また本実施形態によれば、光源ユニット20は、レンズ体31の両側に、遠方に向かう光のうち俯角θが所定値以下の光が入射され、レンズ体31を挟んだ反対側の遠方に向けて反射する低俯角光反射面32D、32Eを備える構成とした。
これにより、俯角θが所定値以下の光が、器具ケース2の内側面等の隣接する物体で遮蔽されることなく左右方向の最遠方の照射に有効に利用することができる。
【0040】
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
【0041】
例えば、上述した実施形態では、発光素子の一例としてLEDを例示したが、これに限らず、チップオンボード構造の光源部が形成できる発光素子であれば任意の素子を用いることができる。
また例えば、トンネル照明器具を道路用照明器具の一例として例示したが、これに限らず、例えば高速道路の遮音壁の壁面に設置されて路面を照明する照明器具といったように、各種の道路用照明器具に応用が可能である。
更に、本発明の照明器具、及び光源ユニットは、道路用照明器具に拘わらず、横長に延びる照射エリアを広範囲に照らす用途の器具に適用可能である。