JP2003503827A - 照明装置及び信号灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 照明装置は、光放出窓(３)を有するハウジング(２)を具える。ハウジング(２)は複数の光電子素子(５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…)と、複数のコリメーティング素子(15；16；17)とを収容する。光電子素子（５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…）は、動作中、可視光を放出する。コリメーティング素子(15；16；17)の各々は光軸(25；26；27)を有し、光電子素子(５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…)と関連する。本発明によれば、光電子素子(５；６；７)を、これと関連のコリメーティング素子(15；16；17)の光軸（２５；２６；２７）に対し実質上偏心的に配置する。好ましくは、少なくとも１つの他の光電子素子(５′；６′；７′)を、少なくとも１つのコリメーティング素子(15；16；17)と関連させる。前記他の光電子素子(５′；６′；７′)は、これが関連するコリメーティング素子(15；16；17)の光軸(25；26；27)と実質上偏心させて配置するか一致させて配置する。コリメーティング素子(15；16；17)の光軸(25；26；27)は互いにほぼ平行となるように指向させるのが好ましい。コリメーティング素子(15；16；17)はフレネルレンズとし、光電子素子（５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…）は発光ダイオードとするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、光放出窓を有するハウジングを具える照明装置であって、 ハウジングは複数の光電子素子と、複数のコリメーティング素子とを収容し、 動作中、光電子素子が可視光を放出し、 各コリメーティング素子が光軸を有するとともに光電子素子と関連している 当該照明装置に関するものである。 本発明は更に、照明装置が設けられた信号灯にも関するものである。

【０００２】 このような照明装置自体は既知である。これら照明装置は特に、交通信号灯の
ような種々の交通を制御する信号照明に用いられる。この種の照明装置は、比較
的多数の光電子（オプトエレクトロニク）素子（電子光学素子とも称される）、
例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）のようなエレクトロルミネッセンス素子を有
する。これらの光源は一般に、ハウジングの内面上のある規則的なパターンに応
じて分布されている。コリメーティング素子、例えば、フレネルレンズのような
正レンズが、適切な光強度分布を達成し、且つ必要に応じ均一な輝度分布を達成
する。“光強度分布”とは、角度に依存する光強度分布を意味することに注意す
べきである。“輝度分布”とは、照明装置の光放出窓の表面上での角度に依存す
る光分布を意味することに注意すべきである。

【０００３】 米国特許第 5816681号明細書には、コリメーティング素子の各々に光電子素子
が関連するようにするには、これらコリメーティング素子をいかに構成しうるか
が開示されている。コリメーティング素子が存在する為に、照明装置の光放出窓
は動作中少なくともほぼ均一となる。

【０００４】 上述した種類の照明装置及び信号灯には重大な欠点がある。例えばマスクが光
放出窓の一部を覆っているために、光放出窓の全体を照明したくない場合でも、
光放出窓のこの覆われた部分に入射される光の部分が損失となり、これにより照
明装置の光出力を低減させてしまい、このことは不所望なことである。

【０００５】 本発明の目的は、上述した欠点を回避することにある。特に、本発明は、光放
出窓の位置での不均一な照明が望まれる場合でも、光出力を比較的高くしうる、
頭書に記載した種類の照明装置を提供することを目的とする。

【０００６】 この目的のために、本発明による照明装置では、前記光電子素子は、当該光電
子素子が関連しているコリメーティング素子の光軸に対し本質上偏心的に配置さ
れていることを特徴とする。

【０００７】 光電子素子を関連のコリメーティング素子の光軸から本質的に離れるように配
置することにより、コリメーティング素子から放出される光電子素子の光ビーム
の光線路が変化する。これにより、光放出窓の全体ではなく、その所望部分のみ
が照明される。信号灯、例えば、交通信号灯は、種々の照明目的に用いることが
できる。例えば、照明装置の光放出窓の全表面を所望の色、例えば、赤色又は黄
色又は青色（緑色）の光ビームにより均一に照明するのが望ましい場合がある。
信号灯の他の例では、光放出窓の一部に、光の通過を阻害するマスク又はその他
の手段が設けられ、照明装置が、動作中、例えば照明矢印又は歩行者の照明像を
所望の色で示すようになっている。その例には、交通上の右折又は左折のための
１つ以上の有色照明矢印を有する信号灯や、静止している歩行者を示す赤色又は
（一見）歩いている歩行者を示す青色を有する信号灯が含まれる。

【０００８】 光放出窓の隠された部分は光を放出しない。本発明によれば、光放出窓の所望
の部分のみが照明されるのを確実にするために、光電子素子をコリメーティング
素子の光軸に対し偏心的に配置する。光放出窓の隠された部分は光放出窓の表面
の８０％よりも多くを有する場合がある。既知の照明装置では、光電子素子がコ
リメーティング素子の光軸上に位置している為、光放出窓の完全で均一な照明が
得られる。この既知の照明装置では、光の、例えば１５％しか光放出窓を通過し
ないことにより光出力をかなり減少させる。本発明により、光放出窓の所望の部
分しか照明されなければ、光電子素子の費用及びエネルギー消費の費用がかなり
低減される。

【０００９】 既知の照明装置では、発光ダイオード（ＬＥＤ）がフレネルレンズ（コリメー
ティング素子）と関連しており、このＬＥＤはフレネルレンズの光軸上に位置し
ている。ＬＥＤがフレネルレンズの焦点に配置されていると、このフレネルレン
ズはその光軸に沿って延在するほぼ平行な光ビームを放出する。

【００１０】 本発明による照明装置では、光電子素子が本質的に、これに関連するコリメー
ティング素子の光軸から離れて配置されている。光電子素子がＬＥＤであり、コ
リメーティング素子が（正の）フレネルレンズである場合には、ＬＥＤをフレネ
ルレンズからその焦点距離に等しい距離の位置に配置すれば、このフレネルレン
ズは、特定の開口角を以てほぼ平行な光ビームを放出する。ＬＥＤがフレネルレ
ンズからその焦点距離よりも長い又は短い距離の位置に配置される場合には、こ
のフレネルレンズは、特定の立体角を以て収束する又は発散する光ビームを放出
する。このような光ビームは、予備指向光ビームとも称される。

【００１１】 本発明による照明装置の例では、少なくとも１つの他の光電子素子が少なくと
も１つのコリメーティング素子と関連していることを特徴とする。

【００１２】 既知の照明装置では、コリメーティング素子の各々がその光軸上に位置する信
号光源と関連している。１つのコリメーティング素子当り２つ以上の光電子素子
を配置することにより、照明装置の光出力が更に増大する。１つのコリメーティ
ング素子当り１つの光電子素子を用いることにより、コリメーティング素子によ
り放出される光ビームを指向させることができ、一方、１つのコリメーティング
素子当り２つ以上の光電子素子を用いることにより、コリメーティング素子によ
り放出される光ビームを指向させるとともに特定の形状に整形しうる。

【００１３】 各コリメーティング素子に複数の光電子素子を関連させた、本発明による照明
装置には、この照明装置が得られる光をより高い効率で用いることができるとい
う利点がある。光電子素子を関連のコリメーティング素子の光軸に対し予め決定
しうる適切な（偏心）位置に配置する場合、光電子素子及びコリメーティング素
子を、照明すべき光放出窓の部分の後方にのみ配置することにより、光放出窓の
非被覆部分を効率良く照明しうるようになる。更に、１つ以上の光電子素子の故
障は全く或いは殆ど目立たない。既知の照明装置では、１つの光電子素子の故障
が光放出窓上に不所望な暗い点を生ぜしめる。本発明による照明装置の更なる利
点は、例えばより効率の良い光電子素子が将来入手可能となるために、光電子素
子の光出力が高くなることにより、１つのコリメーティング素子当りの光電子素
子の個数を、照明装置の光学的な内部構造を修正する必要なく減らすことができ
るということである。既知の照明装置では、光電子素子の個数を減らす場合、光
学的な構造を設計し直す必要がある。本発明による照明装置の更なる利点は、照
明装置が位置決め誤差にそれほど影響されないということである。既知の照明装
置では、位置決め不良の光電子素子が直接影響を及ぼす。

【００１４】 他の光電子素子を適切に（偏心的に）配置することにより、照明状態を照明装
置の光放出窓の所望部分の照明に、より一層適切に適合しうるようにする。例え
ば、本発明による照明装置の好適例では、前記他の光電子素子が前記光軸に対し
本質上偏心的に配置されていることを特徴とする。

【００１５】 １つのコリメーティング素子当り複数の光電子素子を設ける場合には、１つの
光電子素子の位置が関連のコリメーティング素子の光軸と一致するようにするの
が望ましい。この目的のために、本発明による照明装置の他の好適例では、前記
他の光電子素子が本質的に前記光軸上に配置されていることを特徴とする。

【００１６】 コリメーティング素子の光軸は互いにほぼ平行となるように配置するのが好ま
しい。これらのコリメーティング素子をいわゆる光学表面で一体化することによ
り、照明装置の製造がかなり簡単化する。コリメーティング素子は１つの光学表
面に並べて配置される為、これらのコリメーティング素子は全て光放出窓の同じ
部分を照明しない。各コリメーティング素子に対し、このコリメーティング素子
をその他のコリメーティング素子に対し適切な位置に配置し、光電子素子を所望
の（偏心）位置に設けることにより、複数のコリメーティング素子を通過する光
ビームの方向が光放出窓の所望の照明に適合される。

【００１７】 本発明の上述した観点及びその他の観点は以下の実施例に関する説明から明ら
かとなるであろう。 図面は線図的なもので、実際のものに正比例して描いていない。特に明瞭とす
るために、ある方向の寸法を著しく誇張して描いてある。図中、同様な部分には
可能な限り同じ符号を付した。 図１Ａ及び１Ｂは、２つの異なる信号ランプ１；１′の例を線図的に示す正面
図であり、これら双方の信号ランプには本発明による照明装置が少なくとも１つ
設けられている。明瞭のために、又図面同士を対応させるために、Ｘ‐Ｙ‐Ｚ座
標系を示してある。その他の図は、この座標系で示す面に応じた照明装置の断面
図を示す。

【００１８】 図１Ａに示す信号ランプは交通信号灯であり、光放出窓３がマスク１２により
部分的に被覆されている為、光源がスイッチオンされると、矢印１１が明るくな
る。図１Ｂに示す信号ランプ１′の場合には、光放出窓３が他のマスク１２′に
より部分的に被覆されており、絵は静止している歩行者又は（一見）歩いている
歩行者を示し、光源がスイッチオンされると、この絵が明るくなる。

【００１９】 図２は、本発明による照明装置の、Ｙ‐Ｚ平面での線図的断面図である。図示
の放射ビームは線図的である。この照明装置は、光放出窓３が設けられたハウジ
ング２を有する。このハウジング２は複数の光電子（オプトエレクトロニク）素
子５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…と、複数のコリメーティング素子
１５；１６；１７とを有する。図３に示す例においては、光電子素子５，５′，
…；６，６′，…；７，７′，…が発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、コリメー
ティング素子１５；１６；１７がいわゆる正のフレネルレンズである。動作中、
光電子素子５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…が可視光を放出する。コ
リメーティング素子１５；１６；１７の各々が光軸２５；２６；２７を有し、コ
リメーティング素子１５；１６；１７の各々が少なくとも１つの光電子素子５；
６；７と関連している。本発明によれば、光電子素子５；６；７を、この光電子
素子５；６；７が関連するコリメーティング素子１５；１６；１７の光軸２５；
２６；２７から本質的に離して配置してある。

【００２０】 図２では、コリメーティング素子１５；１６；１７の各々が少なくとも１つの
他の光電子素子５′；６′；７′と関連しており、この光電子素子５′；６′；
７′も光軸２５；２６；２７に対して本質上偏心的に配置されている。この他の
光電子素子の位置は、コリメーティング素子の光軸と一致させることができる（
図２には図示せず）。

【００２１】 図２に示す例では、コリメーティング素子１５；１６；１７の光軸２５；２６
；２７は互いにほぼ平行となるように向いている。

【００２２】 図３は、図２にＸ‐Ｚ平面で示す照明装置の線図的断面図である。コリメーテ
ィング素子１５；１６；１７；１８；１９；…の光軸は、各々のコリメーティン
グ素子１５；１６；１７；１８；１９；…内に描いた破線の仮想の交点において
Ｘ‐Ｚ平面に対し直角に延在している。ユニットの組立てを簡単化するために、
コリメーティング素子１５；１６；１７；１８；１９；…は、Ｘ‐Ｚ平面（すな
わち光軸と直交する平面）において六角形構造を有する。図３では、コリメーテ
ィング素子１５；１６；１７；１８；１９；…の各々が、８個の光電子素子５，
５′，…；６，６′，…；７，７′，…；８，８′，…；９，９′，…；…と関
連しており、これら光電子素子は全て関連のコリメーティング素子１５；１６；
１７；１８；１９；…の光軸から本質的に離して配置されている。１つの前記他
の光電子素子５′；６′；７′；８′；９′；…の位置はコリメーティング素子
の光軸と一致させることもできる（図３に図示せず）。

【００２３】 光電子素子５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…；８，８′，…；９，
９′，…；…を関連のコリメーティング素子１５；１６；１７；１８；１９；…
の光学的中心に対し非対称に配置することにより、光放出窓３上に、不均一な光
分布が得られる。これらの光電子素子５，５′，…；６，６′，…；７，７′，
…；８，８′，…；９，９′，…；…の“軸外れ”配置を適切に選択することに
より、マスク１２；１２′の形状に適合した光分布が得られる為、照明装置から
光放出窓３を経て放出される光の大部分が、光放出窓のうちマスク１２；１２′
により被覆されていない部分を直接通過する。この場合、“軸外れ”配置とは、
光電子素子がこれと関連するコリメーティング素子の光軸に対し偏心している度
合を意味するものである。

【００２４】 光を通過させる、すなわち、光がマスク１２；１２′により被覆されていない
光放出窓３の部分は、光電子素子５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…；
８，８′，…；９，９′，…；…と、コリメーティング素子１５；１６；１７；
１８；１９；…とを、照明すべき光放出窓３の部分の後方のみに設けることによ
り有効に照明されるようにすることができる。

【００２５】 図４は、図２に示す照明装置をＸ‐Ｙ平面で示す線図的断面図である。図面を
簡単にするために、複数のコリメーティング素子１７；１８；１９を１つの光学
構造体２０として示してある。図示の放射ビームは線図的である。

【００２６】 光学構造体２０は、例えば、７個、又は１９個、又は３８個の六角形のフレネ
ルレンズ（正レンズ）を有する。本発明による照明装置の特に有利な例は、六角
形構造に配置した１９個のフレネルレンズを有し（図３参照）、各フレネルレン
ズに対し８〜１０個のＬＥＤを用い、これらＬＥＤは通常のＰＣＢ（プリント回
路板）構造体上に設ける。

【００２７】 図５Ａ〜５Ｂには、Ｘ‐Ｚ平面における種々の光の輪郭線（等高線）を示して
あり、これらは、１つ以上の光電子素子が関連しているコリメーティング素子の
光軸に対して異なる位置にある当該光電子素子により生ぜしめられる。輝度が少
なくともほぼ等しい線が、この光の輪郭線に相当する。図５Ａ〜５Ｂの各々にお
いて、コリメーティング素子の光軸は、Ｘ軸及びＺ軸の交差位置でＸ‐Ｚ平面に
対し垂直に延在している。

【００２８】 図５Ａには、既知の照明装置に用いれれているような１つの発光ダイオード（
ＬＥＤ）１０５を示してあり、このＬＥＤはこれが関連するフレネルレンズの光
軸上に位置している。光の輪郭は、このＬＥＤを仮想中心とした同心円を有して
いる。このＬＥＤをフレネルレンズの焦点に配置した場合、フレネルレンズはほ
ぼ平行な光ビームを放出する。ＬＥＤが、フレネルレンズからその焦点距離より
もかなり長い又は短い距離の位置に配置される場合には、このフレネルレンズは
収束する又は発散する光ビームを放出する。

【００２９】 図５Ｂは、本発明による１つのＬＥＤ１０６を示しており、このＬＥＤはこれ
が関連するフレネルレンズの光軸に対して偏心的に配置されているものである。
光の輪郭は、ＬＥＤを仮想中心とした同心円を有する。このＬＥＤがフレネルレ
ンズからその焦点距離に配置されると、このフレネルレンズは、ほぼ平行な光ビ
ームをある角度で放出する。ＬＥＤが、フレネルレンズからその焦点距離よりも
かなり長い又は短い距離の位置に配置されると、このフレネルレンズは、収束す
る又は発散する光ビームをある特定の角度で放出する。このような光ビームは、
予備指向光ビームとも称される。ＬＥＤの軸外れ位置が光ビームの方向を決定す
る。

【００３０】 図５Ｃは、２つのＬＥＤ１０７，１０７′により生ぜしめられる光の輪郭線を
示し、本発明によれば、これらＬＥＤをこれらが関連するフレネルレンズの光軸
に対し偏心的に配置する。光の輪郭は対称的な輪郭線を有する。これらＬＥＤの
相対配置及びこれらＬＥＤ間の距離がビームの形状を決定する。

【００３１】 図５Ｄは、３つのＬＥＤ１０８，１０８′，１０８″により生ぜしめられる光
の輪郭線を示し、本発明によれば、これらＬＥＤをこれらが関連するフレネルレ
ンズの光軸に対し偏心的に配置する。しかし図５Ｄに示す例では、１つのＬＥＤ
をフレネルレンズの光軸上に位置させている。光の輪郭は対称的な輪郭線を有す
る。これらＬＥＤの相対配置及びこれらＬＥＤ間の距離がビームの形状を決定す
る。

【００３２】 当業者にとっては、本発明の範囲内で種々の変更が可能であること明らかであ
る。例えば、コリメーティング素子の光軸を必ずしも互いに平行に延在させる必
要はない。

【００３３】 本発明の範囲は、上述した実施例に限定されない。本発明は、新規な各特徴で
も、これら特徴のいかなる組合せでも構成できる。特許請求の範囲に記載してあ
る言葉“具える”は、ここに記載した素子以外の素子の存在を排除するものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 本発明による照明装置が設けられた信号灯の一例を示す正面図であ
る。

【図１Ｂ】 本発明による照明装置が設けられた信号灯の他の例を示す正面図で
ある。

【図２】 本発明による照明装置をＹ‐Ｚ平面で示す断面図である。

【図３】 図２に示す照明装置をＸ‐Ｚ平面で示す断面図である。

【図４】 図２に示す照明装置をＸ‐Ｙ平面で示す断面図である。

【図５Ａ】 既知の配置の１つの光電子素子によって生ぜしめられる、Ｘ‐Ｚ平
面における光の輪郭線を示す説明図である。

【図５Ｂ】 本発明による配置の１つの光電子素子によって生ぜしめられる、Ｘ
‐Ｚ平面における光の輪郭線を示す説明図である。

【図５Ｃ】 本発明による配置の２つの光電子素子によって生ぜしめられる、Ｘ
‐Ｚ平面における光の輪郭線を示す説明図である。

【図５Ｄ】 本発明による配置の３つの光電子素子によって生ぜしめられる、Ｘ
‐Ｚ平面における光の輪郭線を示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 13/20 Ｆ２１Ｙ 101:02 // Ｆ２１Ｗ 111:02 Ｆ２１Ｑ 3/00 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｓ 1/02 Ｇ Ｆターム(参考） 3K080 AA12 AA15 AB01 BA07 BB02 BD04 CC06 5C096 BA04 BB27 BB48 BC02 BC20 CA35 CC06 FA10 5H180 HH14 HH18 【要約の続き】 グ素子(15；16；17)はフレネルレンズとし、光電子素子 （５，５′，…；６，６′，…；７，７′，…）は発光 ダイオードとするのが好ましい。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光放出窓を有するハウジングを具える照明装置であって、 ハウジングは複数の光電子素子と、複数のコリメーティング素子とを収容し、 動作中、光電子素子が可視光を放出し、 各コリメーティング素子が光軸を有するとともに光電子素子と関連している 当該照明装置において、 前記光電子素子は、当該光電子素子が関連しているコリメーティング素子の光
   軸に対し本質上偏心的に配置されていることを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の照明装置において、少なくとも１つの他の光電
   子素子が少なくとも１つのコリメーティング素子と関連していることを特徴とす
   る照明装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の照明装置において、前記他の光電子素子が前記
   光軸に対し本質上偏心的に配置されていることを特徴とする照明装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の照明装置において、前記他の光電子素子が本質
   的に前記光軸上に配置されていることを特徴とする照明装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の照明装置において、コリメーティング素
   子の光軸が、互いにほぼ平行となるように配置されていることを特徴とする照明
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２に記載の照明装置において、コリメーティング素
   子がフレネルレンズを具えていることを特徴とする照明装置。
7. 【請求項７】 請求項１又は２に記載の照明装置において、前記光軸を横切る平
   面内でコリメーティング素子が六角形構造を有していることを特徴とする照明装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１又は２に記載の照明装置において、光電子素子が発光ダ
   イオードを具えていることを特徴とする照明装置。
9. 【請求項９】 請求項１又は２に記載の照明装置が設けられた信号灯。