(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
光源から入射する光を、光の射出を回避させる所望の射出回避範囲から離れる方向へ屈折させて射出させる連続したレンズ面を、前記射出回避範囲に光が漏れ出る直前で終端させ、その隣に非レンズ部を設け、
前記非レンズ部は、入射した光の進路上にその光を、前記連続したレンズ面から射出する光と同方向側へ全反射させる境界面を形成する空間部と、前記境界面で全反射された光を、前記連続したレンズ面から射出する光が照明する方向に拡散して射出する拡散射出面とを有する
ことを特徴とするレンズ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1、2に開示のレンズや道路照明器具は、道路の長手方向を効率よく照明する。しかし、道路の脇に立設された支柱の上部に道路照明装置を取り付ける場合には、道路脇の民家などに余計な光が漏れることを防止することも要請される。
【0005】
しかし、量産等のために樹脂を型で固める成型にてレンズを製作する場合は、最小厚みや型から抜き出し易くするために形状が制限されるので上記の要請に対応したレンズを製作することは難しい。なお、所望しない方向へ光が射出されることを防止する要請は道路照明装置のレンズに限られるものではない。
【0006】
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、入射した光が所望しない方向へ射出されることを防止することのできるレンズおよびこのレンズを用いた道路照明装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
【0008】
[1]光源から入射する光を、光の射出を回避させる所望の射出回避範囲から離れる方向へ屈折させて射出させる連続したレンズ面を、前記射出回避範囲に光が漏れ出る直前で終端させ、その隣に非レンズ部を設け
、
前記非レンズ部は、入射した光の進路上にその光を、前記連続したレンズ面から射出する光と同方向側へ全反射させる境界面を形成する空間部と、前記境界面で全反射された光を、前記連続したレンズ面から射出する光が照明する方向に拡散して射出する拡散射出面とを有する
ことを特徴とするレンズ。
【0009】
上記発明では、連続したレンズ面の隣に非レンズ部が配置される。連続したレンズ面は、光源からの光を、光の射出を回避させる所望の射出回避範囲から離れる方向へ屈折させて射出させると共に、射出回避範囲へ光が漏れ出る直前で終端される。非レンズ部はこの終端したレンズ面の隣に設けられる。これにより、光源からの光が射出回避範囲へ射出しないように配光が制御される。レンズ面は曲面状の入射面または出射面であり、非レンズ部は、レンズ効果を発揮しない部分である。
また上記発明では、非レンズ部で光を全反射させることで、光の進路を大きく変えることができ、連続するレンズ面では無理な方向へ光を出射させることが可能になる。さらに、境界面で全反射された光を、連続したレンズ面から射出する光が照明する方向に拡散して射出する拡散射出面を有する。
【0010】
[2]前記非レンズ部は、連続したレンズ面の前記終端から折れ曲がって続く入射面を含む
ことを特徴とする[1]に記載のレンズ。
【0011】
上記発明では、非レンズ部を、連続したレンズ面の終端から折れ曲がって続く入射面とすることで、レンズ面の終端近傍を通過した光の進路と非レンズ部を通る光の進路とを大きく相違させることができ、それらの間に光の射出しない範囲(射出回避範囲)を形成することができる。
【0016】
[
3]略点光源とみなせる光源を収める凹部を有して、前記光源に前記凹部を被せて取り付けられる
ことを特徴とする[1]
または[2]に記載のレンズ。
【0017】
上記発明では、光源から光が入射される角度範囲が広いので、連続するレンズ面だけでは所望の射出回避範囲へ光を射出させないように制御することが難しくなり、非レンズ部を設けることの効果が大きい。
【0018】
[
4]前記光源は、発光ダイオードである
ことを特徴とする[
3]に記載のレンズ。
【0019】
[
5]上方から下方の道路を照明する道路照明装置に使用され、
前記非レンズ部は、道路外の照明すべきでない範囲に光が射出されないように前記連続するレンズ面で光を制御できない部分に設けられる
ことを特徴とする[1]乃至[
4]のいずれか1つに記載のレンズ。
【0020】
上記発明では、非レンズ部は、道路外の照明すべきでない範囲に光が出射されないように作用する。
【0021】
[
6]上方から下方の道路を照明する道路照明装置であって、
光源と、
前記光源から放射された光が入射される[1]乃至[
4]のいずれか1つに記載のレンズと、
を有する
ことを特徴とする道路照明装置。
【発明の効果】
【0022】
本発明に係るレンズおよび道路照明装置によれば、不要な方向へ光が射出されないようにすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、図面に基づき本発明の各種の実施の形態を説明する。
【0025】
図1は、本発明の実施の形態に係る道路照明装置10の設置例を示している。道路照明装置10は、道路2の脇に立設された支柱3の上部に取り付けられて、上方から道路およびその周辺を照明する。道路照明装置10は、道路の長手方向に沿って数十m(たとえば、40m)間隔で設置される。なお、各図において矢印Lは道路2の長手方向(縦断方向)を、矢印Wは道路2の幅方向(横断方向)をそれぞれ示す。また、矢印Wの指す方向は道路の対岸側である。道路照明装置10の設置位置に対して道路2のある方向(矢印Wの指す方向)を「前方」、その反対側を「後方」と呼ぶものとする。
【0026】
図2は、道路照明装置10を斜め前方上方から見た斜視図である。
図3は、道路照明装置10の正面、下面、上面、背面、側面を示す。道路照明装置10は、下面側に光の照射口を有する筐体11と、この筐体11に収容された複数の発光モジュール30(
図4参照)と、発光モジュール30を駆動する図示省略の制御回路などで構成される。筐体11の主要部は、溶かした金属を鋳型に流し込み、冷却、凝固させて製作された鋳造品である。
【0027】
道路照明装置10の筐体11は、道路照明装置10を支柱3に固定するための金具や電源用の端子台を収容する基部12と、基部12から前方へ延設された、横長の略長方形で比較的薄い中空の箱形状を成した本体部14とから構成される。
【0028】
本体部14の下面には、略長方形の照射口16が開口されている。照射口16には、パッキンを挟んで透光板18が嵌め込まれている。透光板18は、光を透過する板状部材であり、ガラスや樹脂などで構成される。
【0029】
図4は、透光板18を取り外した状態の道路照明装置10を下面側から見た様子を示している。本体部14の中には、本体部14の内側から照射口16を臨むようにして、複数の発光モジュール30が収容されている。
【0030】
発光モジュール30は、平らな基板上に、複数のLED(発光ダイオード)34を配列して備えると共に、各LED34にレンズ42を被せて構成される。ここでは、長方形の基板上に、レンズ42の被せられたLED34が、2×7の行列状に14個配列されている。本体部14の中には、上記の発光モジュール30が、3×2の行列状に配列されて6枚取り付けられる。なお、発光モジュール30の取り付け枚数は増減可能になっている。LED34は、球の中心から略半球の範囲に光を放射する。すなわち、基板の表面側に設けられた点光源のように光を放射する。
【0031】
図5は、発光モジュール30が有するレンズユニット40の正面、側面、A−A断面を示している。1枚の発光モジュール30に配列された14個のLED34に被せられる14個のレンズ42は一体に成型されてレンズユニット40になっている。レンズユニット40は、溶かした樹脂を型に入れて固めて取り出す成型により製作される。
【0032】
次に、レンズユニット40に含まれるレンズ42の形状について説明する。
【0033】
図6(a)は、レンズユニット40に含まれるレンズ42のB−B断面と光路を示し、同図(b)はレンズ42のC−C断面と光路を示している。同図(a)は道路2の横断方向(幅方向W)におけるレンズ42の断面を、同図(b)道路2の縦断方向(長手方向L)におけるレンズ42の断面を示している。
【0034】
レンズ42は、球体をその中心を通る平面で2分して扁平させ、その切断面に凹部43を備えた形状を成している。LED34の配列された基板上にレンズユニット40を重ねて取り付けたとき、各LED34にレンズ42の凹部43が被さり、凹部43の中の所定位置にLED34が収まるようになっている。
【0035】
レンズ42は、同図(b)に示すように、道路2の長手方向(L方向)には当該レンズ42を中心に対称な配光となるようにLED34から放射された光の進路を制御する。一方、レンズ42は、同図(a)に示すように、道路2の幅方向(W方向)には、当該レンズ42を中心に非対称な配光となるように光の進路を制御する。詳細には、道路2の幅方向の制御では、道路2の対岸側(前方)へ向かう光を増やし、道路照明装置10の設置位置に対して道路2の反対側(後方)へ向かう光を少なくするように制御する。また、後方側の所定の角度範囲(図中の斜線を施した射出回避範囲51)に光を射出しないようになっている。射出回避範囲51は、たとえば、道路脇の民家などを照明しないようにするために設けられる。
【0036】
図6に示すレンズ42では、LED34から放射された光が入射する入射面44(レンズ42の凹部43の内面)の形状によって主に道路2の幅方向Wにおける配光を制御し、出射面45の形状によって主に道路2の長手方向Lにおける配光を制御する。
【0037】
すなわち、出射面45は、道路の長手方向Lにおいて当該レンズ42の中心に対して対称な形状になっている。概ね、楕円をその長軸を中心に180度回転させて得られる楕円体を、長軸を通る平面で2分した半楕円体の曲面部分の形状であり、道路の長手方向Lにおいてレンズの中心に対して対称な形を成している。LED34は道路2の長手方向Lにはレンズ42の中心位置にある。
【0038】
入射面44においては、道路2の長手方向Lの断面(
図6(b)参照)は、ほぼ半円もしくは半楕円の形状を成している。道路2の幅方向Wの断面(
図6(a)参照)は、前述の配光(前方(対岸側)への光を増やし、後方への光を少なくした配光)が得られるように、凸面と凹面を組み合わせたなめらかに連続して湾曲するレンズ面としての連続レンズ面部44aを有する。また、連続レンズ面部44aの終端から折れ曲がって続くほぼ平らな入射面としての非レンズ面部44bを備える。なお、LED34は、道路2の幅方向Wにはレンズ42の中心よりも後方へシフトした位置にある。なお、ここで言うレンズ面とは、凹凸する曲面であり、平面を除くものとする。
【0039】
凸面、凹面を組み合わせた連続レンズ面部44aを
図6に示す終端位置よりさらに後方へ延長すると、
図7に示すレンズ46のように、どうしても射出回避範囲51に光が漏れ出てしまう。
【0040】
そこで、
図6に示すレンズ42では、連続レンズ面部44aを後方へ連続させた場合に射出回避範囲51へ光が漏れ始める箇所の直前で連続レンズ面部44aを終端させ、該終端から折れ曲がって続く非レンズ面部44bを形成している。連続レンズ面部44aと非レンズ面部44bの境界部分や非レンズ面部44bからの入射光が通る部分は非レンズ部50になっている。
【0041】
連続レンズ面部44aを含むレンズ面は、光源44から入射した光を射出回避範囲51から離れる方向へ屈折させて射出するように光を制御する。このなめらかに連続する湾曲したレンズ面は、該レンズ面をさらに連続させた場合に射出回避範囲51へ光が漏れ出る直前で終端され、その隣に非レンズ部50が設けられている。ここでは、連続レンズ面部44aをさらに続けると道路2の外側の照明すべきでない範囲(射出回避範囲51)に光が漏れ出てしまうので、連続レンズ面部44aを終端させてその隣に非レンズ部50を設けてある。
【0042】
図6(a)に示すように、非レンズ面部44bとの境界近くの連続レンズ面部44aに入射した光は前方側(射出回避範囲51から離れる方向)へ屈折し、連続レンズ面部44aとの境界近くの非レンズ面部44bに入射した光は後方側へ屈折する。すなわち、連続レンズ面部44aの終端と非レンズ面部44bの境界前後で光が互いに離れる方向に屈折するので、その間に、光の射出されない領域(射出回避範囲51)が形成される。
【0043】
図8は、道路照明装置10による地上での等照度分布を示している。道路照明装置10は、道路2の脇に立設された支柱に、路面からの高さが10mの位置に5度傾斜させて取り付けられている。
【0044】
道路照明装置10の設置位置(図中の器具位置)に対して道路2の長手方向Lには対称な配光パターンとなっており、道路2を長手方向に広範囲に照明している。
【0045】
一方、道路2の幅方向Wの配光では、道路照明装置10がほぼ水平に設置されているにもかかわらず、配光中心が器具位置から道路2の対岸側へシフトしてほぼ道路2の幅方向の中央になっている。また、道路2を越えたさらに向こう側では、道路2から離れるに従って緩やかに光が弱くなっている。一方、器具位置の後方のエリアは、道路2から離れると直ぐに明るさが低下するような配光になっている。
【0046】
このような配光により、道路2の脇に立設した支柱3に水平にあるいは少ない傾斜で取り付けた道路照明装置10で道路2を幅方向全体に明るく照らしつつ、道路2の脇(後方側)の民家などに到達する光を弱くすることができる。また、道路照明装置10の設置位置を中心にして対称に、道路2を長手方向Lに広範囲に照明することができる。
【0047】
なお、レンズ42の入射面44の形状で主に道路2の幅方向Wにおける配光を制御し、出射面45の形状で主に道路2の長手方向Lにおける配光を制御するので、道路2の幅方向Wと長手方向Lで異なる配光パターンを有するレンズの設計が容易になる。
【0048】
次に、射出回避範囲51への配光を避ける別の形態のレンズについて説明する。
【0049】
図9、
図10は、非レンズ部としてプリズムを備えたレンズ60を示している。
図9は、道路2の幅方向Wにおけるレンズ60の断面と光路を示している。
図10(a)は、レンズ60の斜視図であり、
図10(b)は、レンズ60の正面、側面、下面、上面および背面を示している。道路照明装置10への取り付け方などはレンズ42と同様であり、その説明は省略する。
【0050】
レンズ60は、レンズ42の後方側の端部に、後方へ突出した突出部61を付加した形状を成している。突出部61以外の部分(連続レンズ面部44a、非レンズ面部44b、出射面45など)の形状はレンズ42とほぼ同一である。レンズ60では、非レンズ面部44bを含む突出部61が非レンズ部となっている。
【0051】
レンズ60の突出部61の内部には、非レンズ面部44bから入射した光の一部を全反射させる境界面62を形成するための空間部63が設けてある。詳細には、非レンズ面部44bのうち、連続レンズ面部44aとの境界に近い部分から入射した光の進路上に、この光が全反射される曲面状の境界面(全反射面62)が形成されるように、突出部61の中に空間部63が形成されている。
【0052】
また、全反射面62で全反射された光が突出部61から出射する部分には、凹状に湾曲した凹レンズ効果を持った凹状部64が形成されている。これにより、凹状部64から出射する光がやや拡散される。全反射面62で全反射された光は道路2を照射する方向へ凹状部64から射出される。
【0053】
非レンズ面部44bから入射した光のうち、図中で水平方向(W方向)に近い角度で入射した光は、全反射面62に到達せずに空間部63を経て突出部61を通過する。突出部61から出たこの光は、道路照明装置10の内壁などに到達し、道路照明装置10の外部へ漏れ出ることはない。
【0054】
レンズ60は、非レンズ面部44bから入射光を全反射面62で全反射させて道路2側へ出射させるので、レンズ42に比べて、より多くの光を道路2の照明に振り向けることができる。
【0055】
レンズ60は、突出部61を設けることで複雑な形状になっているが、各面の角度は型抜き可能な角度となっており、樹脂成型に問題はない。
【0056】
次に、射出回避範囲51への配光を軽減する別の形態のレンズについて説明する。
【0057】
図11、
図12は、非レンズ部として貫通穴71を備えたレンズ70を示している。
図11は、道路2の幅方向Wにおけるレンズ70の断面と光路を示している。
図12(a)は、レンズ70の斜視図であり、
図12(b)は、レンズ70の正面、側面、下面、上面および背面を示している。道路照明装置10への取り付け方などはレンズ42と同様であり、その説明は省略する。
【0058】
レンズ70では、レンズ42の後方側の非レンズ面部44bがあった当たりに相当する部分に、非レンズ部としての貫通穴71が設けてある。貫通穴71を設けることで、樹脂成型上必要な最小の厚みを確保しなくて済む。これにより、貫通穴71の近傍部分74における入射面72や出射面73の形状や角度の自由度が高まり、貫通穴71の近傍部分74を通る光線P1まで制御可能になり、制御範囲を広げることができる。
【0059】
一方、貫通穴71を通って後方へ放射される光線P2は、レンズ効果のない穴部をそのまま通過するので、歩道側の余計なところに到達する光を減らすことができる。
【0060】
貫通穴71を通る光線P2は直進し、近傍部分74(連続するレンズ面の終端部分)を通る光は道路側(前方側)へ屈折するので、その間の角度範囲が射出回避範囲51となる。また、貫通穴71を通る光については、道路照明装置10の内壁などに到達させて、道路照明装置10の外部へ漏れ出ないようにするとよい。
【0061】
レンズ70の入射面72および出射面73のうち、貫通穴71の近傍部分74を除く部分の形状は、レンズ42の連続レンズ面部44a、出射面45とほぼ同様の形状となっている。なお、レンズ70の形状は、樹脂成型に問題のない形状であり、樹脂成型で製作することができる。
【0062】
このように、レンズ70では、連続するレンズ面は光源から入射した光を射出回避範囲51から離れる方向へ屈折させて射出すると共に射出回避範囲51へ光が漏れ出る直前で終端され、その隣に非レンズ部としての貫通穴71を有している。貫通穴71を設けることで、貫通穴71の近傍部分74でのレンズ面の形状の自由度が広がり、この部分に高いレンズ効果を持たせて光を制御することができる。たとえば、
図7に示すレンズ46のように、なめらかに連続するレンズ面を後方の終端まで続けた場合には、樹脂成型上の制約による最小厚みを確保するために、入射面等の角度が制限されてしまい、射出回避範囲51に光が射出されてしまうが、レンズ70ではこれを軽減することができる。
【0063】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、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。
【0064】
実施の形態で示したレンズ42、60、70の形状は例示であり、これに限定されるものではない。特に、連続レンズ面部44aの形状や出射面45の形状は必要な配光パターンに応じ任意にて定めればよい。
【0065】
実施の形態に示すレンズ42では、入射面である連続レンズ面部44aを終端させることで連続したレンズ面を終端させたが、出射面45によりレンズ面を終端させる構成でもかまわない。たとえば、連続して凹凸に湾曲した出射面45をある位置で終端させ、この終端から折れ曲がって平らな出射面が続くといった構成でもよい。
【0066】
道路照明装置10は、たとえば、道路2の脇に設置した支柱3の上部にほぼ水平に取り付けられるものに限定されず、道路2の対岸側へ傾斜して取り付けられてもかまわない。また道路2の内側へ少し延びたアームの先端等に取り付けられてもよい。また、道路照明装置10は、交差点の4隅等に設置されて交差点内や周囲の歩道を照明するものでもかまわない。
【0067】
レンズ42、60、70は、複数を集合させたレンズユニットにされる必要はない。単体のレンズであってもかまわない。また光源はLED34に限定されるものではない。
【0068】
実施の形態で示した道路照明装置10の筐体11等の形状は例示であり、これに限定されない。