JP2006252841A - 標識灯 - Google Patents

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Abstract

【課題】光軸上にピークを持つひと山型の一般的な光特性を備えた発光ダイオードを1個使用して、規定の配光特性(光軸と直交する水平方向を明るく照らし、上方を薄っすらと照らす配光特性)を実現できる標識灯を提供する。
【解決手段】光源13がその光軸A上に放射した光を透過させる透過部15aと、光源13が光軸Aの周辺に放射した光を光軸と直交する外方へ反射させる反射部15bと、透過部15aを透過した光を、光軸Aを中心とする所定角度範囲に拡散するように反射させる反射部材とを設ける。反射部材は、透過部15aを透過した光の光路上に配置された外部より密度の高い透明体16aであって、光源13と反対側の端面に光軸A上で先端を光源13に向けた砲弾型の窪み16bを有し、この窪み部分16bと外部との境界面で光源13からの光を全反射させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、空港の誘導路などで使用される標識灯に係わり、特に簡易な構造で規定の配光性能を得るための技術に関する。
空港の誘導路や道路などに設置される地上型の標識灯には、路幅や路肩の位置を知らせるために標識灯周囲の路面を明るく照らし出すと共に、真上や斜め上などその他の方向にもある程度の光を照射するような配光特性が要求されるものがある。たとえば、図6は、空港の誘導路の両脇やエプロンの縁に沿って設置される誘導路灯に対する規定の配光特性であり、鉛直角が0度(水平)から6度の範囲では、6度から90度の範囲に比べて10倍の光度が要求される。
従来は光源にハロゲン電球を使用しており、これを取り囲むようにフレネルレンズを配置することで上記の配光特性を実現していた。しかし、ハロゲン電球は定格寿命が1000時間程度で交換作業が度々発生すると共に消費電力が大きいので、発光ダイオードを光源として使用する標識灯が提案されている。
たとえば、円内を埋めるように複数の発光ダイオードを配置して円形の面光源を形成し、これに対向するように、中央に開口を備えた漏斗型の反射鏡を配置した標識灯がある(特許文献1参照)。この標識灯は、上方への配光を中央の開口に臨む少数の発光ダイオードで賄い、残る多数の発光ダイオードの放射光を反射鏡で水平方向に反射させることで、図6に示すような配光特性を得ている。
複数の発光ダイオードを使用するものでは、灯火の小型化が困難になるなどの理由から、光軸を取り巻く周辺領域の光度が光軸上よりも高い特殊な光特性を備えた1個の発光ダイオードを光源に使用し、これに対向させて、中央の小さな開口に拡散レンズを備えた漏斗型の反射鏡を配置した標識灯が提案されている(特許文献2参照)。この標識灯は、上方への配光を光度の低い光軸上の光で賄い、光軸周辺の光度の高い光を反射鏡で水平方向に反射させることで、図6に示すような配光特性を得ている。
特開2000−173304号公報 特開2004−300797号公報
一般的な表面発光型の発光ダイオードは、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を有しているが、上記の標識灯では、光軸を取り巻く周辺領域の光度が光軸上よりも高い光特性を備えた特殊な発光ダイオードを必要とする。このため、光源となる発光ダイオードの安定供給に懸念があると共に、部品コストも高騰してしまうという問題があった。
仮に上記の構造のままで、発光ダイオードを、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を備えた一般的なものに取り替えると、光軸上の光度が高くなる分だけ反射鏡中央の開口を小さくしなければならず、拡散レンズでは光を充分に拡散できなくなってしまう。
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、一般的な光特性の光源を1個使用して規定の配光特性を実現できる標識灯を提供することを目的としている。
上記の目的は以下に示す各発明により達成される。
請求項1に記載の発明に係わる標識灯は、光源(13)と、
前記光源(13)がその光軸上に放射した光を透過させる透過部(15a)と、前記光源(13)が前記光軸の周辺に放射した光を前記光軸と直交する外方へ反射させる反射部(15b)とを備えた光学部材(15a、15b)と、
前記透過部(15a)を透過した光を、光軸を中心とする所定角度範囲に拡散するように反射させる反射部材(16a、16b、31a、31b)と
を有する
ことを特徴とするものである。
上記発明によれば、光源(13)が光軸の周辺に放射した光は光学部材(15b)で反射されて光軸と直交する方向に照射される。一方、光学部材(15a、15b)に設けた透過部(15a)を透過した光は、反射部材(16a、16b、31a、31b)に反射されることにより光軸を中心とする所定角度範囲に拡散する。
すなわち、光の拡散に反射を利用すれば、拡散レンズを使用する場合に比べて光の進路を容易に大きく変化させることができる。したがって、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を備えた一般的な発光ダイオードを使用するために光学部材(15a、15b)の透過部(15a)を小さくした場合でも、光学部材(15a、15b)の透過部(15a)を透過した光軸上の光を反射部材(16a、16b、31a、31b)で充分に拡散させることができ、図6に示すような配光特性が実現される。
請求項2に記載の発明に係わる標識灯では、前記光学部材(15a、15b)は、前記光軸上で先端を前記光源(13)に対向させた円錐の外側斜面形状を成す反射面(15b)の前記先端に前記透過部(15a)を設けたものであり、
前記反射部材(16a、16b)は、前記透過部(15a)を透過した光の光路上に配置された外部より密度の高い透明体(16a)であって、前記光源(13)と反対側の端面に前記光軸上で先端を前記光源(13)に向けた砲弾型の窪み(16)を有し、この窪み(16)部分と外部との境界面で前記光源(13)からの光を全反射させるように構成されている。
すなわち、透過部(15a)から透明体(16a)に入射した光が、さらに透明体(16a)の内部を通って窪み(16)部分と外部との境界面に入射するときは、密から疎への入射になるので、その入射角が臨界角を超えるように窪み(16)の形状を設定すれば、全反射によって光軸を中心とする所定角度範囲に光を拡散させることができる。
請求項3に記載の発明に係わる標識灯では、前記窪み(16)部分の先端を前記光源(13)からの光が透過する形状にしてある。
すなわち、光軸のほぼ真上の光は全反射されずに透明体(16a)から外部に抜け出て、光源(13)のほぼ正面を照射するようになる。
請求項4に記載の発明に係わる標識灯では、前記光学部材(15a、15b)は、前記光軸上で先端を前記光源(13)に対向させた円錐の外側斜面形状を成す反射面(15b)の前記先端に光の透過部(15a)を設けたものであり、
前記反射部材(31a、31b)は、前記透過部(15a)を透過した光の光路上に前記光源(13)と対向させて配置した凸面鏡(31a)と、この凸面鏡(31a)と前記光学部材(15a、15b)との間に配置され、前記光軸上の光を透過させると共に前記凸面鏡(31a)からの反射光を前記所定角度範囲に拡散させるように反射する第2反射鏡(31b)とを有するように構成される。
上記の発明では、透過部(15a)を透過した光を凸面鏡(31a)で光源(13)側の全方向へ拡散するように反射し、この反射光を第2反射鏡(31b)で再度反射することで、光軸から所定角度範囲に光を拡散させている。
請求項5に記載の発明に係わる標識灯では、前記光学部材(15a、15b)の周囲に、前記光源(13)からの光を前記光軸側へ屈折させるプリズム(17)をさらに配置してある。
請求項6に記載の発明に係わる標識灯では、前記光源(13)は、その光軸から放射角度が離れるに従って光量が減衰する光特性を有する1個の発光ダイオードで構成される。
請求項7に記載の発明に係わる標識灯では、前記光学部材(15a、15b)および前記反射部材(16a、16b、31a、31b)を、前記光軸周りの一部の方向にのみ設けてある。
たとえば、一方向や二方向にのみ光を照射するなど、全方向タイプと異なる標識灯に適用される。
本発明に係わる標識灯によれば、光軸上にピークを持つひと山型の光特性を有する一般的な発光ダイオードを光源に使用して、光軸から所定角度範囲では弱く光り、光軸と直交する方向には強く光る配光特性を備えた標識灯を実現することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる標識灯10の中央を縦方向に切断した端面を示している。標識灯10は、空港の誘導路の両脇に設置され、その路肩位置や幅などを航空機の操縦者に表示する機能を果たす全方向タイプの標識灯である。標識灯10は、地上に設置される本体ケース11と、本体ケース11に装着された取付台12と、取付台12の中央に取り付けられた発光ダイオード13と、発光ダイオード13の前方および周囲を取り囲む反射鏡ユニット14と、取付台12と反射鏡ユニット14とを収容するようにして本体ケース11の上面に取り付けられたガラスグローブ15とから構成される。
詳細には、本体ケース11は、上部が広がった円筒形を成し、アルミニウム合金などで形成されている。本体ケース11に被せるガラスグローブ15は、透明で中空のほぼ半球形状を成している。発光ダイオード13は、表面発光型の青色発光ダイオードである。また、大電流を流せるパワー型である。発光ダイオード13は、図2に示すように、光軸上にピークを有するひと山型の光特性を備えている。ここでは、半値が60度となるものを使用している。
反射鏡ユニット14は、天井部を有する短い中空円筒形状を成している。反射鏡ユニット14は、全体が透明な樹脂で一体成形されており、たとえば、型成形により製造される。
反射鏡ユニット14の天井部の内面には、発光ダイオード13がその光軸A上に射出した光を透過させる透過部15aと、発光ダイオード13が光軸Aの周辺に放射した光を光軸Aと直交する外方へ反射させる反射部15bとが光学部材として形成してある。反射部15bは、光軸A上で先端を発光ダイオード13に対向させたほぼ円錐の外側斜面形状を成す反射面であり、反射鏡ユニット14の内面にアルミ蒸着を施して形成される。透過部15aは、アルミ蒸着を施す際に該当部分をマスキングし、その部分がアルミ蒸着されないことで形成される。ここでは、光軸Aを中心にたとえば、±3度の範囲に放射された光が透過部15aに入射し、この部分を除いて光軸Aを中心に±60度の範囲に放射された光が反射部15bで反射されるように設定されている。
透明樹脂で形成された反射鏡ユニット14の天井部はさらに、透過部15aを透過した光の光路上に配置された外部より密度の高い透明体16aと、この透明体16aの外側(発光ダイオード13と反対側)の端面に形成された窪み部16bとを有する反射部材として機能する。窪み部16bは、光軸A上で先端を発光ダイオード13に向けた砲弾型に形成されている。窪み部16bの形状は、窪み部16bにおける透明体16aと外部との境界面で発光ダイオード13からの光が全反射して、光軸Aを中心とする広範囲に拡散するように設定してある。なお、窪み部16bの先端は発光ダイオード13からの光が全反射せずに透過する形状にしてある。具体的には、先端を緩やかな凸曲面あるいは光軸Aと垂直な平面にしてある。
さらに反射鏡ユニット14のうち反射部15bの周囲部分は、発光ダイオード13からの光を光軸A側へ屈折させるプリズム部17を成すように構成されている。
次に、反射鏡ユニット14の作用を説明する。
図3に示すように、発光ダイオード13が光軸A上およびその近傍に放射した光P1は、透過部15aから透明体16aにほぼ直進で入射して透明体16aの内部を通り、窪み部16bにおける透明体16aと外部との境界面で全反射される。この境界面への入射は密度が密から疎への入射になるので、窪み部16bの形状を、発光ダイオード13からの光が臨界角を超えて入射する形状にしておけば全反射が生じる。
窪み部16bと外部との境界面で全反射された光P1はさらに窪み部16bの周囲の透明体16aの上端面に臨界角未満の角度で入射し、光軸Aから離れる方向に屈折して外部に進行する。これにより、光P1は光軸Aを中心とする広い角度範囲に拡散するように放射される。なお、窪み部16bの先端に入射した光は全反射することなく直進して外部に進行し、標識灯10の真上を照明する。また、透過部15aを透過したうちの窪み部16bを外れた光P0は、反射鏡ユニット14を抜けて外部に放射される。
図2の光特性に示すように、発光ダイオード13がその光軸上および光軸近傍に放射する光は、最も光度が高いので、光軸上に位置する透過部15aの開口を小さくすることで、上方へ放射される光の量を制限している。そして、小さい透過部15aを透過した光軸近傍の光を窪み部16bと外部との境界面で全反射させることで広い範囲に拡散させている。
発光ダイオード13が透過部15aの周囲に放射した光P2は、反射部15bで反射された後、光軸Aと直交する外方へ進行する。詳細には、反射部15bはわずかに湾曲させてあり、反射部15bで反射された光が光軸Aと直交する方向から光軸側へ6度の範囲に拡散して照射されるように設定してある。
図2の光特性に示すように、発光ダイオード13がその光軸を中心として±60度程度の範囲に放射する光は光度が高い。また、透過部15aを小さくしてあるので、この光度の高い角度範囲に放射された光の大部分が反射部15bで反射される。その結果、標識灯10は、光軸Aと直交する方向を全周にわたって明るく照明する。
反射部15bよりもさらに外側に発光ダイオード13が放射した光P3は、反射部15bの周囲に配置されたプリズム部17に入射し、光軸A側へ屈折して外部へ出射される。
プリズム部17に到達する範囲よりもさらに外側に発光ダイオード13が放射した光P4は、反射鏡ユニット14の円筒周壁部分14aを入射時と平行な角度で透過して外部に放出される。
図2の光特性で示したように、発光ダイオード13が放射する光は光軸Aから放射角度が離れるほど光度が低下するので、プリズム部17を透過した光P3や反射鏡ユニット14の円筒周壁部分14aに発光ダイオード13から直接入射して透過した光P4は、反射部15bで反射された光P2に比べて光度が低く、標識灯10は斜め上方を弱く照らすようになる。
以上のように反射鏡ユニット14を通すことで、標識灯10は、発光ダイオード13のもつ一般的な光特性をそのまま活かして、図6に示すような配光特性を実現している。
なお、プリズム部17は、発光ダイオード13から放射されて反射部15bで反射した光P2の光路上を避けるように配置してある。これにより、反射部15bで反射した光がプリズム部17に遮られたり、プリズム部17で屈折したりすることがないので、光軸Aと直交する外方へ効率よく光P2が照射される。
この他、青色の発光ダイオード13を使用し、ガラスグローブ15を透明にしたので、ガラスグローブ15を青色に着色した有色透明にする場合に比べてガラスグローブ15における光の透過率が高くなり、標識灯10から効率よく光が放射される。
図4は、第2の実施の形態に係わる標識灯30の中央を縦方向に切断した端面を示している。標識灯30は、図1に示す標識灯10の全反射を利用した反射鏡ユニット14に代えて、鏡面反射を利用した反射鏡ユニット31を備えている。他の部分は図1の標識灯10と同一構成であり、図1と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
反射鏡ユニット31は、天井部を有する短い中空円筒形状を成し、全体が透明な樹脂で一体成形されている。反射鏡ユニット31の天井部の内面には、図1の反射鏡ユニット14と同一構造の透過部15aと反射部15bとが光学部材として形成されている。
透明樹脂で形成された反射鏡ユニット31の天井部にはさらに、透過部15aを透過した光の光路上に発光ダイオード13と対向させて配置した凸面鏡31aと、この凸面鏡31aと反射部15b(光学部材)との間に配置された第2反射鏡31bとが反射部材として形成されている。
凸面鏡31aは、反射鏡ユニット31の天井部に外側から窪みを設け、ここにアルミ蒸着を施して形成される。第2反射鏡31bは、反射部15bの裏面を反射面に利用したものである。第2反射鏡31bは、光軸A上の光を透過させると共に凸面鏡31aからの反射光を、光軸Aを中心とする所定角度範囲に拡散させるように反射する機能を果たす。なお、反射鏡ユニット31は、樹脂成形で形成した後、2回のアルミ蒸着工程を経て製造される。
次に、反射鏡ユニット31の作用を説明する。
図5に示すように、発光ダイオード13が光軸A上および光軸近傍に放射した光L1は、透過部15aから反射鏡ユニット31にほぼ直進で入射して反射鏡ユニット31の内部を通り、凸面鏡31aで反射される。凸面鏡31aに到達した光は、凸面鏡31aへの入射角に応じてさまざまな方向に反射される。凸面鏡31aの周縁近傍で反射した光L1aは、反射鏡ユニット31を抜けて外部に照射される。凸面鏡31aの他の部分で反射した光L1bは、第2反射鏡31bに向かって進み、第2反射鏡31bで反射され、光軸Aを中心とする広い角度範囲に拡散するように放射される。
発光ダイオード13が透過部15aの周囲に放射した光L2は、反射部15bで反射された後、光軸Aと直交する外方へ進行する。詳細には、図1の反射鏡ユニット14と同様に、光軸Aと直交する方向から光軸側へ6度の範囲に照射される。
反射部15bよりも外側に発光ダイオード13が放射した光L3は、反射鏡ユニット31の円筒周壁部分31cを入射時と平行な角度で透過して外部に放出される。
図2の光特性に示すように、発光ダイオード13がその光軸上および光軸近傍に放射する光は、最も光度が高いので、光軸上に位置する透過部15aの開口を小さくすることで、上方へ放射される光の量を制限している。そして、小さい透過部15aを透過した光軸近傍の光を凸面鏡31aと第2反射鏡31bとを用いて反射させて広い範囲に拡散させている。これにより、標識灯30は、光軸Aを中心とする広い角度範囲を薄く照明する。
さらに反射鏡ユニット31の円筒周壁部分31cに発光ダイオード13から直接入射して透過した光L3により、光軸Aから大きく離れた斜め方向が薄く照明される。
また、発光ダイオード13がその光軸を中心に±60度程度の範囲に放射する光は光度が高く、しかも光軸A上の透過部15aを小さくしてあるので、光度の高い角度範囲に放射された光の大部分は反射部15bで反射される。これにより、標識灯30は、光軸Aと直交する方向を全周にわたって明るく照明する。
このように、反射鏡ユニット31を設けることで、標識灯30は、発光ダイオード13のもつ一般的な光特性をそのまま活かして、図6に示すような配光特性を実現している。
以上、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成はこれらの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。
たとえば、光源として1個の発光ダイオード13を使用したが、図2と同じような光特性を有するものであれば、他の種類の光源であってもかまわない。また、反射鏡ユニット14、31を型成形で製造するようにしたが、削り出しなど他の製造方法でもかまわない。反射鏡ユニット14、31は樹脂に限らず、ガラスなどの透明な部材で構成されればよい。
反射鏡ユニット14、31においては、円筒周壁部分14a、31cは天井部を支持するために存在しており、天井部に相当する部分を、たとえば、ガラスグローブ15側に取り付ければ、円筒周壁部分14a、31cは無くてもよい。
また、透過部15aおよび反射部15bからなる光学部材と、透明体16aと窪み部16bもしくは凸面鏡31aと第2反射鏡31bからなる反射部材とを一体に構成したが、これらを別部品で構成してもよい。
また、反射鏡ユニット14の窪み部16bや反射鏡ユニット31の凸面鏡31a部分を成す窪みを、樹脂で埋めたり蓋を設けたりして、反射鏡ユニット14、31の上面を平らにすれば、窪みに雨水が溜まることがなくなり、ガラスグローブ15を除去して、反射鏡ユニット14、31を外カバーにすることができる。
実施の形態では、反射部15bなどの反射面を連続曲面で形成したが、平面を段差的に組み合わせるように構成してもよい。
本発明に係わる標識灯は、空港の誘導路灯などの航空灯としての使用に限らず、ヘリポート灯、航空障害灯、船舶灯火、埋込鋲や視線誘導などの交通標識灯、景観照明灯などに適用できる。また、全方向タイプに限らず1方向タイプ、2方向タイプなどにも適用できる。この場合、光学部材や反射部材を、光軸周囲のうち照射の必要な方向にのみ設ければよい。
本発明の第1の実施の形態に係わる標識灯を示す中央縦端面図である。 本発明の各実施の形態に係わる標識灯で使用する発光ダイオードの光特性を示す説明図である。 本発明の各実施の形態に係わる標識灯の反射鏡ユニットに入射する発光ダイオードからの光の光路を示す説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる標識灯を示す中央縦端面図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる標識灯の反射鏡ユニットに入射する発光ダイオードからの光の光路を示す説明図である。 誘導路灯に対する規定の配光特性を示す説明図である。
符号の説明
A…発光ダイオードの光軸
10…標識灯
11…本体ケース
12…取付台
13…発光ダイオード
14…反射鏡ユニット
14a…円筒周壁部分
15…ガラスグローブ
15a…透過部
15b…反射部
16a…透明体
16b…窪み部
17…プリズム部
30…標識灯
31…反射鏡ユニット
31c…円筒周壁部分
31a…凸面鏡
31b…第2反射鏡

Claims (7)

  1. 光源と、
    前記光源がその光軸上に放射した光を透過させる透過部と、前記光源が前記光軸の周辺に放射した光を前記光軸と直交する外方へ反射させる反射部とを備えた光学部材と、
    前記透過部を透過した光を、光軸を中心とする所定角度範囲に拡散するように反射させる反射部材と
    を有する
    ことを特徴とする標識灯。
  2. 前記光学部材は、前記光軸上で先端を前記光源に対向させた円錐の外側斜面形状を成す反射面の前記先端に前記透過部を設けたものであり、
    前記反射部材は、前記透過部を透過した光の光路上に配置された外部より密度の高い透明体であって、前記光源と反対側の端面に前記光軸上で先端を前記光源に向けた砲弾型の窪みを有し、この窪み部分と外部との境界面で前記光源からの光を全反射させるものである
    ことを特徴とする請求項1に記載の標識灯。
  3. 前記窪み部分の先端を前記光源からの光が透過する形状にした
    ことを特徴とする請求項2に記載の標識灯。
  4. 前記光学部材は、前記光軸上で先端を前記光源に対向させた円錐の外側斜面形状を成す反射面の前記先端に光の透過部を設けたものであり、
    前記反射部材は、前記透過部を透過した光の光路上に前記光源と対向させて配置した凸面鏡と、この凸面鏡と前記光学部材との間に配置され、前記光軸上の光を透過させると共に前記凸面鏡からの反射光を前記所定角度範囲に拡散させるように反射する第2反射鏡とを有するものである
    ことを特徴とする請求項1に記載の標識灯。
  5. 前記光学部材の周囲に、前記光源からの光を前記光軸側へ屈折させるプリズムをさらに配置した
    ことを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の標識灯。
  6. 前記光源は、その光軸から放射角度が離れるに従って光量が減衰する光特性を有する1個の発光ダイオードである
    ことを特徴とする請求項1、2、3、4または5に記載の標識灯。
  7. 前記光学部材および前記反射部材を、前記光軸周りの一部の方向にのみ設けた
    ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6に記載の標識灯。
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