JP2008135213A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】一般照明用器具として十分な明るさを得ることができ、グレアや煩わしさ感を低減できる照明器具を提供する。
【解決手段】発光ダイオード１３、この発光ダイオードの光投光側に配設された第１，第２のフレネルレンズ１３ｄ，１３ｅおよびこの発光ダイオードの光を投光側へ反射させる反射面１３ｃを有する光源ユニット１３と；光源ユニットからの光を外部に投光する投光開口１２ｃを形成した前面板１２ｂを有し、この光源ユニットを、その第１のフレネルレンズの投光方向前面がこの前面板の投光方向前面よりも内方へ位置するように投光開口の内方にて配設した器具本体１２と；を具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明器具に関する。

従来、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した照明器具の一例としては、発光ダイオードの光を集束する第１のレンズと、この第１のレンズからの光をほぼ平行に集束して放射する第２のレンズと、発光素子からの発光を第１のレンズ側へ反射させる反射板と、を配光制御手段として設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７はこの種の従来のダウンライト１の正面図、図８は図７のＡＯＢ線断面図である。

これら図７，図８に示すようにダウンライト１は、偏平円筒状の器具本体２に、複数の光源装置である光源ユニット３，３，３，…を環状等所要配列で配設している。

図８に示すように、各光源ユニット３は、椀状のユニットケース３ａの内面に反射面３ｂを形成し、ユニットケース３ａの内底面中央部に、発光素子の一例である白色発光の発光ダイオード３ｃを配設している。

ユニットケース３ａは、その投光開口に、第１，第２のフレネルレンズ３ｄ，３ｅを配設し、第１のフレネルレンズ３ｄを、器具本体２の前面板２ａに、投光開口２ｃ内に臨ませている。第２のレンズ３ｅは、その投光方向前面（図６では上面）を前面板２ａの前面と面一となるように位置決めされている。

そして、このダウンライト１は第１，第２レンズ３ｄ，３ｅと反射面３ｂとにより、鉛直配光角を狭く設定しているので、オフィスや店舗等の空間照明において、スポット照明等比較的狭い空間を局所的に照明するためには、効果的である。
特開２００３−２８１９０８号公報

しかしながら、このような従来のダウンライト１では、鉛直配光角が比較的狭いので、比較的広い空間を照明するためには、明るさが必ずしも十分ではないうえに、人間がその照明空間の中で、ダウンライト１を直視したときに、グレア（眩しさ）や煩わしさ感を感じ易いという課題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、一般照明用器具として十分な明るさを得ることができ、グレアや煩わしさ感を低減できる照明器具を提供することを目的とする。

本発明者は、照明器具１のグレアや煩わしさ感の原因を究明する実験を種々実施した結果、狭い鉛直配光角と横漏れ光に原因があることを究明した。

すなわち、照明器具１の鉛直配光角が広い程、光源平均輝度が高くなってグレアや煩わしさ感が低減するという新しい知見を得た。なお、光源平均輝度とは、光源の光度を見せかけの面積で除算したものである。

また、横漏れ光は、前面側（図９では上面側）の第１レンズ３ｄの前面（上面）から、その垂直方向外方へ投光される光軸に対し、外側方へ所要角度拡開した方向に放射される光であり、その主な発生原因は、第１，第２のフレネルレンズ３ｄ，３ｅの外周縁部の低い加工精度と、図９で示す第１，第２のフレネルレンズ３ｄ，３ｅの鉛直配光特性ｘとの相互作用にあることを究明した。

すなわち、第１，第２のフレネルレンズ３ｄ，３ｅは、例えば、その少なくとも一面に、平面が円形の複数の凸部を所要のピッチで一体に連成するが、その加工精度の低下のために、第１，第２のフレネルレンズ３ｄ，３ｅの外周縁部では、その凸部が半円等、欠円形となり、円形にならない場合がある。

また、これら第１，第２の２枚のフレネルレンズ３ｄ，３ｅを具備した照明器具１の鉛直配光特性ｘでは、図９に示すように鉛直配光角が約２８°前後から角度が大きくなるに従って光度ゼロに向けて漸次滑らかに低下して行く途中、例えば約６０°〜７０°の間で局所的に光度を急激に上昇（例えば約１０ｃｄから約５０または６０ｃｄ程度まで上昇）させる、いわば光の角（つの）ｘａが発生する。

このために、この光の角ｘａが２枚のフレネルレンズ３ｄ，３ｅの外周縁部を透過する際に、これらレンズ３ｄ，３ｅの前面の垂直方向の光軸に対して外側方へ放射される横漏れ光が発生する。

本発明は、これら新知見に基づいて以下のように構成されている。

請求項１に係る照明器具は、発光素子およびこの発光素子の光投光側に配設されたレンズを有する光源装置と；光源装置からの光を外部に投光する投光開口を形成した前面部を有し、この光源装置を、そのレンズの投光方向前面がこの前面部の投光方向前面よりも内方へ位置するように投光開口の内方にて配設した器具本体と；を具備していることを特徴とする。

請求項２に係る照明器具は、光源装置は、そのレンズ側面が器具本体前面部の投光開口の内側面に接触するように器具本体に配設されていることを特徴とする。

請求項３に係る照明器具は、光源装置は、そのレンズ前面が器具本体前面部の内面よりも内方へ配設されることにより、このレンズ前面と器具本体前面部内面との間に間隙を形成し、この間隙に連通する通風孔を器具本体に形成していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、光源装置のレンズ前面が、器具本体前面部の投光開口内において、この投光開口前面よりも内方へ凹む位置に配置されているので、このレンズ前面から、その鉛直方向前方へ投光される光の光軸に対して横方向へ放射される光の一部を、投光開口側面により反射させることにより、投光の光軸に対してほぼ平行方向に放射させることができる。

このために、器具本体前面部の投光開口から鉛直方向前方へ投光される光の光軸に対して横方向に放射される光に起因するグレアや煩わしさ感を低減することができる。

また、光源装置の配光制御手段であるレンズや反射部材により、鉛直配光角を所定角度以上に広く制御することにより、所要の明るさを得ることができるうえに、照明器具を直視したときのグレアや煩わしさ感を低減できる。すなわち、グレアや煩わしさ感を２重に低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、光源装置のレンズ側面が器具本体前面部の投光開口の内側面に接触しているので、請求項１に係る発明とほぼ同様に、レンズ前面から、その鉛直方向に対して横方向に放射される光の一部を投光開口側面により反射させて鉛直方向へ投光させることができる。このために、請求項１とほぼ同様の作用効果を奏することができる。

また、光源装置の開口端に配設されるレンズの側面が器具本体前面部の投光開口の側面により接触することにより固定されるので、器具本体内での光源装置の位置決めの容易性と支持強度を向上させることができる。

請求項３に係る発明によれば、光源装置のレンズ前面と器具本体前面部内面との間隙と、器具本体の通風孔とに、外気を通風することができるので、光源装置の発熱を外気により冷却することができる。このために、発光素子が発光ダイオードである場合には、その高温昇温による発光効率の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は図４の要部拡大図、図３は本発明の第１の実施形態に係る照明器具１１の正面図、図４は図３のＣＯＤ線に沿う断面図である。

これらの図に示すように照明器具１１は、例えば合成樹脂製や金属製の偏平円筒状の器具本体１２内に、光源装置の一例である複数の光源ユニット１３，１３，…をマトリクスや放射状等所要配列により配設している。

図１，図４に示すように、器具本体１２は、有底偏平円筒状の本体部１２ａと、この本体部１２ａの開口上端（図４では上端）に配設されて、この開口を閉じる前面部である前面板１２ｂとを具備している。本体部１２ａはその内底面上に各光源ユニット１３を載置固定している。前面板１２ｂは光源装置１３の図１中上端部を嵌入させる所要大の複数の円形の投光開口１２ｃ，１２ｃ，…を所要の配列により形成している。

これら投光開口１２ｃ，１２ｃ，…は、例えば図３に示すように前面板１２ｂの中央部と、その外周部とに、それぞれ形成されている。前面板１２ｂは複数本の取付ねじにより本体部１２ａに着脱自在に装着される。

図１でも示すように各光源ユニット１３は、合成樹脂製または金属製の有底円筒状のユニットケース１３ａ、このユニットケース１３ａの内底面ほぼ中央部上に配設された発光素子の一例である例えば直径３ｍｍ以上の白色発光の発光ダイオード１３ｂ、ユニットケース１３ａの内底面と側面とにそれぞれ形成された反射面１３ｃ、ユニットケース１３ａの開口端１３ａ_１に嵌合された、例えば直径２７ｍｍの第１，第２（図１では上下）２枚のフレネルレンズ１３ｄ，１３ｅを具備している。

各ユニットケーシング１３ａはその開口上端１３_１を前面板１２ｂの各投光開口１２ｃ内に、その内側から嵌入しており、その開口上端１３_１を、前面板１２ｂの前面（図１では上面）よりも所要寸法α内方（図１では下方）の低い位置に配設しており、ユニットケース１３ａの開口上端１３ａ_１の外側面を投光開口１２ｃの内周面に接触させている。

そして、器具本体１２の投光開口１２ｃは、その内側面を、この投光開口１２ｃの図１中上端と、光源ユニット１３の開口上端１３ａ_１との間αにおいて、第１のフレネルレンズ１３ｄから、この内面に入射した光を光軸Ｓに対してほぼ平行をなすように反射させて外部へ投光させる反射面に形成している。

第１のフレネルレンズ１３ｄは、その前面（図１等では上面）がユニットケース１３ａの開口上端とほぼ面一になるように嵌合されており、その図中下面１３ｄ_１に、所要大の複数の円形凸部を所要配列により一体に連成している。

第２のレンズ１３ｅは、第１のフレネルレンズ１３ｄの図１中下面下方に所要の間隔を置いて配設されており、その図中上面１３ｅ１には、第１のフレネルレンズ１３ｄの下面の円形凸部よりも小径の円形凸部を所要配列により一体に連成し、図中下面１３ｅ２にも所要大の複数の円形凸部を所要配列により一体に連成している。

これら第１，第２のフレネルレンズ１３ｄ，１３ｅの相互の光学作用により、第１のフレネルレンズ１３ｄの前面（図１では上面）から、その垂直方向外方（図１では上方）へほぼ平行に投光される光軸Ｓを形成し、発光面積が２×１０^−５ｍ^２以上になるように構成されている。

また、光源ユニット１３は、これら第１，第２のフレネルレンズ１３ｄ，１３ｅと反射面１３ｃとからなる配光制御手段により、２θ（１／２）ビーム角が２５°以上、になるように構成されている。

したがって、図１に示すように、この照明器具１１によれば、発光ダイオード１３ｂの発光は、直接、または反射面１３ｃにより反射されてから、第２のフレネルレンズ１３ｅに入射され、ここで集光されてからさらに第１のフレネルレンズ１３ｄに入射され、ほぼ平行に集光されてからその前面より、その垂直方向外方へほぼ平行光として投光開口１２ｃを通して外部へ投光される。

そして、第１のフレネルレンズ１３ｄの外周縁部をその厚さ方向へ透過した光は、この第１のフレネルレンズ１３ｄの外周縁部の低い加工精度と図９の鉛直配光特性の角ｘａとにより、上記平行光の光軸Ｓに対し、外側方へ所要角度拡開し傾斜した方向へ放射される横漏れ光ａが発生する。

この横漏れ光ａは投光開口１２ｃの内面で反射して上記平行光の光軸Ｓに対してほぼ平行方向に投光される。これにより、横漏れ光ａがそのまま投光開口１２ｃから投光されるのを防止または低減することができるので、グレアや煩わしさ感を低減させることができる。

図５はこのように構成された照明器具１１の電気出力が１０Ｗの場合の光学特性を、他の照明器具と比較して示す一覧表である。この表中、１８°レンズ、２５°レンズは、上記照明器具１１において、その第１，第２フレネルレンズ１３ｄ，１３ｅに代えて、鉛直配光角が１８°，２５°のレンズをそれぞれ使用した照明器具Ａ，Ｂをそれぞれ示し、フレネルレンズは１枚のフレネルレンズを使用した照明器具をそれぞれ示している。また、ＪＤＲ５０Ｗ，ＪＤＲ７５Ｗは、光源として５０Ｗ，７５Ｗのハロゲンランプをそれぞれ使用した照明器具を示している。

この図５の一覧表に示すように、本実施形態に係る照明器具１１はハロゲン電球を使用した照明器具とほぼ同様の配光制御が可能となり、オフィス空間や店舗空間におけるダウンライトとして使用できることを示している。また、鉛直配光角を広くすることにより、グレアとカラーセパレーションも低減できる。

図６は、本実施形態に係る照明器具１１の鉛直配光特性ｃを上記照明器具Ａ，Ｂの配光特性と比較して示すグラフであり、本発明の実施形態に係る照明器具１１の方が鉛直配光角（２θ）が広いことを示している。

図２は本発明の第２の実施形態に係る照明器具１１Ａの要部拡大縦断面図である。この照明器具１１Ａは、上記図１で示す照明器具１１において、光源ユニット１３を、その開口上端１３ａ_１が前面板１２ｂＡの投光開口１２ｃの内端（図２では下端）よりも所要寸法内方（下方）へ配置して、この光源ユニット１３の開口上端１３ａ_１と投光開口１２ｃの下端との間に、所要大の間隙ｇを形成している点に特徴がある。このために、器具本体１２内空間はこの間隙ｇと投光開口１２ｃを介して外気と連通する。

そして、器具本体１２は、その本体部１２ａＡの例えば底部１２ｄに、光源ユニット１３の近傍にて、所要大かつ所要数の通風孔１２ｅ，１２ｅ，…を形成し、間隙ｇと連通させている。

したがって、これら通風孔１２ｅと間隙ｇを通して、外気を器具本体１２内に通風させることができるので、発光ダイオード１３ｂの発光時の発熱により昇温する光源ユニット１３を冷却することができる。

これにより、発光ダイオード１３ｂの昇温による効率や特性の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明器具の要部拡大縦断面図。 本発明の第２の実施形態に係る照明器具の要部拡大縦断面図。 本発明の第１の実施形態に係る照明器具の正面図。 図３のＣＯＤ線に沿う断面図。 本発明の第１の実施形態に係る照明器具の光学特性を他の照明器具のものと比較して示す一覧表を表わす図。 本発明の第１の実施形態に係る照明器具の鉛直配光特性図。 従来の照明器具の正面図。 図７のＡＯＢ線に沿う断面図。 図７，図８で示す照明器具の鉛直配光特性図。

符号の説明

１１…第１の実施形態に係る照明器具、１１Ａ…第２の実施形態に係る照明器具、１２…器具本体、１２ａ…器具本体の本体部、１２ｂ，１２ｂＡ…器具本体の前面板、１２ｃ…投光開口、１２ｅ…通風孔、１３…光源ユニット、１３ａ…ユニットケース、１３ａ_１…ユニットケースの開口上端、１３ｃ…反射面、１３ｄ…第１のフレネルレンズ、１３ｅ…第２のフレネルレンズ、ａ…横漏れ光、ｇ…間隙、Ｓ…光軸。

Claims (3)

1. 発光素子およびこの発光素子の光投光側に配設されたレンズを有する光源装置と；
   光源装置からの光を外部に投光する投光開口を形成した前面部を有し、この光源装置を、そのレンズの投光方向前面がこの前面部の投光方向前面よりも内方へ位置するように投光開口の内方にて配設した器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。
2. 光源装置は、そのレンズ側面が器具本体前面部の投光開口の内側面に接触するように器具本体に配設されていることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
3. 光源装置は、そのレンズ前面が器具本体前面部の内面よりも内方へ配設されることにより、このレンズ前面と器具本体前面部内面との間に間隙を形成し、この間隙に連通する通風孔を器具本体に形成していることを特徴とする請求項１記載の照明器具。

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