JP2011165409A - 照明デバイスおよび該照明デバイスを備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、配光特性を制御することのできる照明デバイスおよび照明装置を提供する。
【解決手段】照明デバイス１０は、光学部材１の入射面に、柱状凸レンズ、複数のプリズムからなるプリズム群、および出射面１ａにそれぞれ形状の異なる複数のプリズムからなるプリズム群４ａ，４ｂを有する。出射面１ａに形成されたプリズム群４ａは、その内部の反射によって基板面の法線方向に出射される強度の強い光線の方向を、法線方向に対して大きく傾いた方向に偏向するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、簡易な構成で、配光特性を制御することのできる照明デバイスおよび照明装置に関し、特に、高い照度と広い配光特性とを有する道路灯、防犯灯、街路灯などの照明装置およびその照明装置に好適な照明デバイスに関するものである。

交通安全、犯罪防止などのために、多数の照明装置が屋外に設置されている。

例えば、道路灯においては、運転手が道路状態を確実に把握できること、走行中に照明装置からの光によって視認性が妨げられるのを防ぐことを目的として、照明された道路の平均輝度、輝度の均斉度やグレアに関する評価値が規定されている。

一般に道路灯は、設置高さ７〜１０ｍ、設置間隔およそ３０〜４０ｍで使用される場合が多く、必要とされる配光の特徴としては、照明装置から±６５°付近にピークを備え、かつ、±７０°以上の光をカットするというような特性が要求される。このような配光特性を実現し、道路灯に要求される規定値のうち、より高い基準をクリアするためには、照明装置の配光を精密に制御する必要がある。

照明装置の配光特性を制御するための技術として、特許文献１に記載の方法がある。前記特許文献１に記載の照明装置に関しては、リフレクタと呼ばれる反射部材（制光体）を使用して配光特性を制御し、水平方向の光度を大きくしている。

また、特許文献２には光源と砲弾型のリフレクタから構成される光源体を複数備えた照明装置が記載されている。特許文献２の照明装置は、リフレクタを光源ごとに設けることで、装置の大型化を低減している。

さらに、特許文献３には、凹レンズによって、配光特性を制御する照明装置が記載されている。

特開平５−１９８２０５号公報（１９９３年８月６日公開） 特開２００９−１５２１６９号公報（２００９年７月９日公開） 特開２００９−２５２３７５号公報（２００９年１０月２９日公開）

しかしながら、上記従来の照明装置に関しては、以下のような課題がある。

近年、省電力化、長寿命化の観点からＬＥＤ光源を用いた照明装置が多数開発されている。ＬＥＤ光源を用いた照明装置においては、器具光束を確保するために多数のＬＥＤ光源を並べて使用することが多く、光源面積が大きくなる。

このような場合、特許文献１に記載された照明装置のように、リフレクタを用いて配光を制御しようとすると、光は様々な方向からリフレクタに入射するため、形状の設定が困難となるといった課題がある。また、前記課題を避けるために、リフレクタ、プリズムの面積を大きくして光源面積の比率を小さくした場合、照明装置が大型化してしまうという
課題が生じる。

また、特許文献２に記載された照明装置は、リフレクタを光源ごとに設けることで、装置の大型化を低減しているが、部品点数が増加する。

また、特許文献３に記載された照明装置は、凹レンズによって、光源の外縁部の光線を広角化することができるものの、光源の中心領域の光線を広角化することはできない。従って、特許文献３の照明装置は、配光特性の制御が不十分である。

また、道路などに設置される照明装置では、道路進行方向・幅方向に平行な２つの面における配光を制御することが重要となるが、光源体の取り付け方法が複雑となり、製造コスト増大の要因となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡易な構成で、配光特性を制御することのできる照明デバイスおよび照明装置を提供することにある。

本発明の照明デバイスは、上記の課題を解決するために、複数の光源と、上記光源から放射される光に対して入射面および出射面を有する光学部材とを備え、上記出射面には、複数のプリズムから構成される第１のプリズム群が設けられ、上記第１のプリズム群は、上記光源から放射された光線の配光を、上記第１のプリズム群の長手方向と直交する方向に、広角化するようになっていることを特徴としている。

上記の構成によれば、光学部材の出射面に、第１のプリズム群が設けられている。これにより、第１のプリズム群に入射した光源からの光線は、第１のプリズム群で反射することで、その方向が大きく変化する。具体的には、この光線は、第１のプリズム群の長手方向と直交する方向に拡散する。このため、第１のプリズム群によって、光源から放射される強度の強い光線の方向を、光源が配置されている面の法線方向から傾いた方向に変化させることができる。従って、より広角に配光した照明装置を実現することができる。

しかも、上記の構成によれば、複数の光源に対し、１つの光学部材のみで、光源３から放射された光線の配光が広角化される。つまり、特許文献１および２のようなリフレクタを設けることなく、配光特性を制御することができる。

従って、簡易な構成で、配光特性を制御することのできる照明デバイスを実現することができる。

なお、上記の構成によれば、リフレクタを設けることなく光学部材のみによって配向特性を制御するため、照明デバイスの薄型化および小型化を実現すると共に、組み立てが容易な高性能の照明デバイスを実現することが可能となる。さらに、薄型化および小型化の実現によって、デザイン性にも優れた照明デバイスを提供することもできる。また、リフレクタが不要な分、部品点数の削減によるコスト低減も実現することができる。

本発明の照明デバイスにおいて、上記入射面には、複数のレンズ部が設けられ、上記レンズ部は、上記第１のプリズム群の長手方向に沿って周期的に形成され、上記レンズ部は、上記光源から放射された光線の配光を、上記レンズ部の周期方向に沿って、狭角化するようになっていることが好ましい。

上記の構成によれば、光学部材の入射面に、第１のプリズム群の長手方向に沿って形成された複数のレンズ部が設けられている。これにより、レンズ部に入射した光源からの光
線は、レンズ部の周期方向に沿って狭角化される。すなわち、レンズ部が、光源から放射された光を集光する。その結果、レンズ部によって、第１のプリズム群とは異なる配光制御を行うことができる。従って、光学部材に形成された第１のプリズム群およびレンズ部によって、２つの軸方向の配光特性を制御し、配光特性を最適化することができる。それゆえ、リフレクタ等を使用せずとも、例えば、道路照明用の照明装置に適した配光分布、照度を有する照明デバイスを実現することができる。

本発明の照明デバイスにおいて、上記レンズ部は、柱状凸レンズと、複数のプリズムから構成される第２のプリズム群とからなり、上記柱状凸レンズと第２のプリズム群とが、互い違いに形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、レンズ部が、柱状凸レンズと第２のプリズム群とから構成されている。これにより、柱状凸レンズに入射した光線は、その部位が平面である場合よりもその曲率に沿って内側に光路が変化する。一方、第２のプリズム群に入射した光線は、プリズム面で反射することで、その方向が大きく変化することになる。これにより、光学部材から取り出せる光量が増大し、光の利用効率を向上させることができる。また、柱状凸レンズ、第２のプリズム群による集光機能によって、所望の領域を効率よく照明する照明デバイスを実現することができる。

また、第２プリズム群を通過する光の配光は、柱状凸レンズを通過する光とはある程度独立に制御できるので、照度分布設計の自由度が増し、所望の照度分布が得やすくなる。

本発明の照明装置は、上記の課題を解決するために、前記いずれかの照明デバイスを備えることを特徴としている。従って、簡易な構成で、配光特性を制御することのできる照明デバイスを備えた照明装置を提供することができる。

以上のように、本発明の照明デバイスおよび照明装置は、複数の光源と、上記光源から放射される光に対して入射面および出射面を有する光学部材とを備え、上記出射面には、複数のプリズムから構成される第１のプリズム群が設けられ、上記第１のプリズム群は、上記光源から放射された光線の配光を、上記第１のプリズム群の長手方向と直交する方向に、広角化するようになっている構成である。それゆえ、簡易な構成で、配光特性を制御することのできる照明デバイスおよび照明装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の照明デバイスを説明するための図であり、（ａ）は照明デバイスの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は照明デバイスに設けられた基板の平面図であり、（ｃ）は照明デバイスに設けられた光学部材の出射面の平面図であり、（ｄ）は光学部材の入射面の平面図である。 図１の照明デバイスの断面図であり、（ａ）は図１（ｃ）のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光学部材の出射面に形成されたプリズム群の構造を拡大した図であり、（ｃ）は（ａ）の光学部材を介した光線の経路を示す図である。 本発明の照明デバイスの断面図であり、（ａ）および（ｂ）は光学部材の出射面に形成された他のプリズム群の構造を示す図である。 図１の照明デバイスの断面図であり、（ａ）は図１（ｄ）のＢ−Ｂ’線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光学部材の入射面に形成されたプリズム群の構造を拡大した図であり、（ｃ）は（ａ）の光学部材を介した光線の経路を示す図である。 本発明の照明デバイスにおける光学部材の入射面に形成された他の構造を示す図である。 本発明の照明デバイスにおける光学部材の入射面に形成された他の構造を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記照明デバイスを備えた照明装置の概略図である。 図７の（ａ）の照明装置における配光特性のシミュレーション結果を示す図である。 図７の（ａ）照明装置を道路灯として使用した場合の評価条件を説明する図であり、（ａ）は照明装置の設置状態を説明する図であり、（ｂ）は照明装置と観察者との関係を示す図である。

以下、本発明を以下の実施の形態により詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１は、本実施形態の照明デバイス１０を説明するための図であり、（ａ）は照明デバイス１０の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は照明デバイス１０に設けられた基板２の平面図であり、（ｃ）は照明デバイス１０に設けられた光学部材１の出射面１ａの平面図であり、（ｄ）は光学部材１の入射面１ｂの平面図である。

図１の（ａ）に示すように、本実施の形態の照明デバイス１０は、光学部材１と、基板２とからなる。ここでは、光の入出力に関する軸方向をＺ軸とし、照明デバイス１０の長手方向をＹ軸、短手方向をＸ軸とする。

図１の（ｂ）に示すように、基板２には複数個の光源３がマトリクス状に配置されている。本実施の形態では、一例として図１の（ｂ）に示すように、光源３は、Ｘ方向に平行に１行当たり４個、Ｙ方向に平行に１列当たり２０個の計８０個配置される例を示す。

光源３としては、ＬＥＤを用いることができるほか、半導体レーザー等の光源も適用可能である。

光学部材１の表面には、プリズム形状、および柱状凸レンズ形状が形成されている。すなわち、図１の（ｃ）に示すように、光学部材１の出射面１ａには、複数のプリズムからなるプリズム群４ａ，４ｂ（第１のプリズム群）が形成されている。一方、図１の（ｄ）に示すように、光学部材１の入射面１ｂには、複数のプリズムからなるプリズム群５（第２のプリズム群）および柱状凸レンズ６が形成されている。

具体的には、図１の（ｃ）には、光学部材１の出射側に設けられたプリズム群４ａ，４ｂの形成領域と、基板２に形成された光源３との位置関係が示されている。プリズム群４ａ，４ｂが形成されている部分は、図中の灰色の領域である。図１の（ｃ）の例では、プリズム群４ａ，４ｂは、中央２列の各光源３の直上に形成されている。すなわち、プリズム群４ａ，４ｂは、中央２列の光源３の長手方向に沿って、出射面１ａ上に形成されている。それぞれのプリズム群４ａ、４ｂは、複数のプリズムを含んでおり、これらのプリズム群４ａ、４ｂは互いに離間して設けられている。

一方、図１（ｄ）には、光学部材１の入射側に設けられたプリズム群５および柱状凸レンズ６の形成領域と、基板２に形成された光源３との位置関係が示されている。光学部材１の入射面１ｂには、プリズム群５と柱状凸レンズ６とが形成されている。プリズム群５が形成されている部分は、図中の灰色で示された領域である。各プリズム群５は、入射面１ｂの短手方向に、等間隔で互いに離間して形成される。また各プリズム群５は、複数のプリズムから構成されている。柱状凸レンズ６は、プリズム群５の中間、すなわち、図の
白色の領域に形成されている。図に示すように、プリズム群５は光源３と重ならない領域に形成され、柱状凸レンズ６が光源３の直上の領域に形成されるように、プリズム群５および柱状凸レンズ６が配置されている。つまり、プリズム群５および柱状凸レンズ６は、プリズム群４ａ，４ｂの長手方向に沿って、周期的に形成されている。また、本実施形態では、プリズム群５および柱状凸レンズ６は、プリズム群４ａ，４ｂの長手方向に沿って、互い違いに形成されている。プリズム群５および柱状凸レンズ６は、光学部材１に入射する光の光路を変換するレンズ部（光路変換部）を構成する。

次に、図２に基づいて、照明デバイス１０における光学部材１の出射面１ａの形状について説明する。図２は、図１の照明デバイス１０の断面図であり、（ａ）は図１の（ｃ）のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光学部材１の出射面１ａに形成されたプリズム群４ａの構造を拡大した図であり、（ｃ）は（ａ）の光学部材１を介した光線の経路を示す図である。なお、図２の（ｂ）および（ｃ）には、プリズム群４ａのみが示されているが、プリズム群４ｂも同様である。

本実施の形態では、図２の（ａ）に示すように、一例として、プリズム群４ａ，４ｂが１０個のプリズムから構成されている。出射面１ａに形成されるプリズム群４ａ，４ｂの長手方向は、照明デバイス１０のＹ軸方向として設定される。プリズム群４ａ，４ｂの中心は、光源３の中心位置の直上となるように設定されている。

また、図２の（ｂ）に示すように、プリズム群４ａは、光源３の中央とプリズム群４ａの中心を通る軸に対して対称的な形状となっている。さらに、プリズム群４ａを構成する各プリズムの一方の底角（傾斜角度）θ１、θ２・・・θ５は、異なる角度に設定されている。この例では、図中一点鎖線で示すプリズム群４ａの中心軸に遠い方の底角θ１、θ２・・・θ５が、中心軸に近づくにつれて（図中左端から）、徐々に角度が小さくなるように設定されている。また、プリズムの頂角φ１は、すべてのプリズムにおいて同一の角度に設定されている。

図２の（ｃ）は、光源３から出射された光がプリズム群４ａを介した場合に通過する光線図を示す。光源３から出射された光は、光学部材１に入射し、次いで、出射面１ａに形成されたプリズム群４ａに到達する。各プリズムのプリズム面の角度は、到達する一部または全部の光線の入射角度が全反射の条件となるように設定されている。このため、プリズム群４ａのプリズム面に入射した光線は、プリズム面で全反射することで、その方向が大きく変化する。すなわち、直上方向の光度が強い光源３を用いた場合には、光度の強い光の配光方向が、Ｚ軸に対して大きく変化することになる。つまり、プリズム群４ａによって、光源３から放射された光線が拡散され、その光線の配光が広角化される。従って、光源３の直上が相対的に光度が弱くなる配光特性を実現することができる。

このように、プリズム群４ａは、光源３から放射された光線の配光を、プリズム群４ａの長手方向と直交する方向に、広角化する。

一方、直上にプリズム群４ａが形成されていない外側２列の光源３から出射された光線は、光学部材１の入射面１ｂ、出射面１ａによるフレネル反射、光学部材１の内部での全反射による影響があるものの、Ｘ−Ｚ面内での配光は大きな変化を受けない。そのため、光源３の配光特性をそのまま反映して、この部位からの光は光源３の直上が相対的に光度が強くなる配光特性となる。

このように、光源３の直上にプリズム群４ａ，４ｂが形成されている部位と、形成されていない部位とを組み合わせることで、所望の配光特性を実現することができる。

また、それぞれのプリズムの底角θ１、θ２・・・θ５を変化させることによって、配光を精密に制御することができる。図２の例の場合には、光線がプリズム面に到達する際、入射角度が大きくなるにつれて、プリズムの底角θ１、θ２・・・θ５も大きくなるように変化する。従って、出射光の配光方向が揃うような特性となる。

また、プリズム群４ａ，４ｂの形状を単純な形状とすることで、光学部材１の作製を容易にするとともに、光学部材１と光源３との位置の位置ずれが有る場合でも、照明特性が変化しにくい照明デバイス１０を実現することができる。

なお、図２に示した例では、プリズム群４ａ，４ｂは、光学部材１の作製の容易性と、公差に対する考慮から同じ頂角（φ１）のプリズム形状を備え、かつ中心軸に対して対称的な形状となるような構成を用いている。しかし、プリズム群４ａ，４ｂは、この形状に限らず、異なる頂角のプリズムや、中心軸に対して非対称な形状のプリズムから構成されていてもよい。

また、図１の（ｂ）および図２の（ａ）では、プリズム群４ａ，４ｂが、中央２列の光源３の直上に形成されている。しかし、プリズム群４ａ，４ｂの形成部位は、これに限定されるものではない。すなわち、プリズム群４ａ，４ｂは、図３のように中央の２列でなくてもよい。図３は、照明デバイス１０の断面図であり、（ａ）および（ｂ）は光学部材１の出射面１ａに形成された他のプリズム群４ａ，４ｂの構造を示す図である。プリズム群４ａ，４ｂは、図３の（ａ）のような外側２列の光源３の直上に形成された構成であってもよいし、図３（ｂ）のような左側２列の光源３の直上に形成された構成などであってもよい。

このように、本実施形態の照明デバイス１０によれば、本来、基板２の光源３が設置された面の法線方向に出射される強度の強い光線の方向を、法線方向に対して大きく傾いた方向に容易に変化させることができる。従って、広い配光特性を備えた照明デバイス１０を実現できる。特に道路灯においては、グレアの抑制の観点から照明デバイスを外側に向けた配置によって配光特性を制御することが難しい。このため、本実施の形態の照明デバイス１０による配光の制御は、照明デバイス１０を備えた道路灯（照明装置）に有効になる。また、道路灯としての要求仕様を高い水準でクリアするためには、より肌理の細かい配光制御が必要になる。照明デバイス１０は、光源３の直上にプリズム群４ａ，４ｂを形成する部分としない部分を組み合わせることで、細かい配光制御が可能になる。従って、照明デバイス１０を備えた道路灯は、道路灯としての要求仕様を高い水準でクリアすることができる。

次に、図４に基づいて、照明デバイス１０における光学部材１の入射面１ｂの形状について説明する。図１の照明デバイス１０の断面図であり、（ａ）は図１の（ｄ）のＢ−Ｂ’線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光学部材１の入射面１ｂに形成されたプリズム群５の構造を拡大した図であり、（ｃ）は（ａ）の光学部材１を介した光線の経路を示す図である。

図４の（ａ）に示すように、光学部材１の入射面１ｂには、プリズム群５および柱状レンズ６が形成されている。プリズム群５および柱状凸レンズ６は、光学部材１の短手方向に形成されている（図１の（ｄ）参照）。すなわち、プリズム群５および柱状凸レンズ６の長手方向は、Ｘ方向となる。図４の（ａ）では、一例としてプリズム群５が１１個のプリズムで形成されている場合を示す。柱状凸レンズ６とプリズム群５は、光学部材１の長手方向に沿って互い違いに配置されている。図４の（ａ）の例では、柱状凸レンズ６の光軸上に光源３の中心位置が配置されるように設定されている。

図４の（ｂ）は、プリズム群５を構成するプリズムの拡大図を示す。プリズム群５は等ピッチで配置された同一形状のプリズムから構成されている。また、プリズムの底辺の角度（底角）θ６、θ７は互いに異なり、θ６＞θ７の関係となっている。

図４の（ｃ）は、図１の（ｃ）のＢ−Ｂ’断面での光線図を示す。光源３から出射された光のうち、光源３直上付近の出射角度の小さい光線は、柱状凸レンズ６に入射し、出射角度の大きな光線はプリズム群５に入射する。柱状凸レンズ６に入射した光線は、その部位が平面である場合よりもその曲率に沿って内側に光路が変化する。一方、各プリズムのプリズム面の角度は、到達する一部または全部の光線の入射角度が全反射の条件となるように設定されている。このため、プリズム群５のプリズム面に入射した光線は、プリズム面で全反射することで、その方向が大きく変化することになる。また、図４の場合、プリズム群５は、個々のプリズムの頂点を通りＺ軸に平行な直線に対して非対称な形状のプリズムから構成されている。このため、プリズム群５によって配光される光線方向が、全体的にＺ軸方向に対して傾斜する。

出射角度の大きな光線は、光学部材１表面の反射や内部での全反射によって損失となりやすい。しかし、図４の（ｃ）のように、光学部材１から出射される光線方向をＺ軸に沿う方向に変化させることによって、光学部材１から取り出せる光量が増大し、光の利用効率を向上させることができる。

このように、プリズム群５および柱状凸レンズ６は、光源３から放射された光線の配光を、プリズム群５および柱状凸レンズ６の周期方向に沿って、狭角化する。

また、柱状凸レンズ６、プリズム群５による集光機能によって、所望の領域を効率よく照明する照明デバイス１０が実現できる。

また、プリズム群５を通過する光の配光は、柱状凸レンズ６を通過する光とはある程度独立に制御できるので、照度分布設計の自由度が増し、所望の照度分布が得やすくなる。

また、Ｙ−Ｚ面でみた場合、光学部材１に形成されている柱状凸レンズ６は、それぞれの光源３に１対１で対応するように形成されている。また、プリズム群５は、複数のプリズムから構成されている。これにより、柱状凸レンズ６のレンズの高さや、プリズムのサイズを光源３の大きさ程度に設定することが可能になる。従って、照明装置の薄型化、小型化を実現することができる。

また、光源３の発熱により光学部材１の劣化防止を図るため、光学部材１と光源３との距離を離すことが必要となる場合がある。この場合、柱状凸レンズ６だけで光利用効率を向上させるためには、出射角度の大きな光線を集めるために柱状凸レンズ６のサイズ（レンズ高さ）を大きくする必要がある。しかし、プリズム群５にその集光機能を持たせることによって、レンズサイズの大型化を解消することができる。よって、光学部材１を薄型に保ちつつ、光学部材１の劣化を抑制できる。

なお、光学部材１の入射面１ａの形状は、図４の形状に限定されるものではない。図５および図６は、照明デバイス１０における光学部材１の入射面１ｂに形成された他の構造を示す図である。図５に示すように、光源３の中心は、柱状凸レンズ６の中心軸（図中一点鎖線）と一致していなくてもよい。このように、柱状凸レンズ６の光軸と、光源３の光軸とをずらすことによっても、Ｙ−Ｚ面での配光特性を制御することができる。

また、図６に示すように、光学部材１の入射面に、プリズム群５だけが形成されている構成であってもよい。集光作用がそれほど必要なく、光の利用効率を高めたい場合には、
図６のような構成が有効である。また、光学部材１の作製を容易にすることも可能となる。

光学部材１の材料としては、例えばアクリル樹脂のほか、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂またはガラスなど、可視光域において透明性が良く、透過率の大きなものを用いればよい。

このように、照明デバイス１０では、光源３から放射された光は、光学部材１に形成されている柱状凸レンズ６、プリズム群４ａ，４ｂおよびプリズム群５により配光制御されることとなる。すなわち、光学部材１の入射面１ｂに形成された柱状凸レンズ６とプリズム群５とは、光を絞る（狭角化する）機能を有し、光学部材１の出射面１ａに形成されたプリズム群４ａ，４ｂは光を広げる（広角化する）機能を有している。

また、入射面１ｂに形成された柱状凸レンズ６およびプリズム群５と、出射面１ａに形成されたプリズム群４ａ，４ｂとは、その母線方向が直交している。つまり、柱状凸レンズ６およびプリズム群５の長手方向と、プリズム群４ａ，４ｂの長手方向とは、互いに直交している。このため、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面の２つの面における配光特性を光学部材１のみで個別に制御することができる。

次に、照明デバイス１０を用いた照明装置について説明する。図７の（ａ）および（ｂ）は、照明デバイス１０を備えた照明装置２０の概略図である。図７の（ａ）に示すように、照明装置２０は、本実施の形態で説明した照明デバイス１０を２個並列に配置して、かつ紙面下方向に光を放射するように構成される。

なお、この実施形態においては、一例として、光源３をＸ軸方向にピッチ１７ｍｍで４列、Ｙ軸方向にピッチ２１ｍｍで２０列並べた照明デバイス１０を、Ｘ−Ｚ面で見て平行になるように配置する。光源３の合計個数は８０個であり、合計光源光束は１００００（ｌｍ）である。

なお、光源３の個数、および、光束については、照明装置２０に必要とされる光束の大きさによって適時変更して設定される。

また、照明装置２０において、２つの照明デバイス１０は、図７の（ａ）に示すように平行に配置されるだけでなく、図７の（ｂ）に示すようにある角度Ψを持って配置されていてもよい。この角度Ψは、照明装置２０に必要とされるデザインである、図示されていない筐体、カバーなどによって適時変更して設定される。あるいは、この角度Ψは、照明装置２０から放射される光を効率的に±Ｘ軸方向に広げるためにも、適時変更して設定される。

次に、照明装置２０における配光特性について説明する。図８は、図７の（ａ）の照明装置２０における配光特性をシミュレーションした結果を示す図である。図９は、図７の（ａ）の照明装置２０を道路灯として使用した場合の評価条件を説明する図であり、（ａ）は照明装置２０の設置状態を説明する図であり、（ｂ）は照明装置２０と観察者２３ａ，２３ｂとの関係を示す図である。

図８では、光源の配光特性として、ランバート分布を仮定した。図８において、実線はＸ−Ｚ面から１６°ずれた平面での配光特性を示している。これは、図９の（ａ）のように、照明装置２０を道路灯に適用する場合、照明装置２０が道路２２に対して平行ではなく、角度η傾斜して配置される。実線は、図９（ａ）のように照明装置２０が配置された場合の照明装置２０の中央と、照明装置２０に近い側の車線中央を含む平面での配光特性
に対応する。一方、図８の破線は、Ｙ−Ｚ平面での配光特性を示す。

従来の道路灯の配光特性は、光学部材１がない状態ため、光源３と同様に０°方向にピークを持つ配光特性となる。しかし、図８に示すように、照明装置２０は、光学部材１の出射面１ａに設けられたプリズム群４の作用によって光が広げられる。このため、照明装置２０では、±６０°付近にピークを持つような配光が実現されている。また、光学部材１の入射面１ｂに形成されたプリズム群５と柱状凸レンズ６とによって、Ｙ−Ｚ面で光が絞られる（狭角化される）ため、その配光特性が絞られていることが分かる。

このシミュレーションでは、出射面１ａのプリズムの頂角φ１＝５５°とし、底辺の角度θ１＝７７°とし、θ５まで３°ずつ小さくなるように設定している（図２の（ｂ）参照）。また、そのプリズムの底面の幅（底辺の長さ）は１ｍｍとした。一方、入射面１ｂの柱状凸レンズ６として曲率８ｍｍの円柱レンズを用い、プリズム群５におけるプリズムの底辺の角度（底角）θ６＝５６°，θ７＝６４°、底面の幅（底辺の長さ）は１ｍｍに設定した。

また、下記の表１は、本実施形態の照明装置２０を道路灯に適用した場合の総合輝度均斉度、車線軸輝度均斉度の値を示す。

なお、表１に示す各特性値を得るために、道路の反射率としては欧州規格で掲載されている値を使用した。

なお、照明装置２０は、図９の（ａ）に示すようにＸ方向が道路２２の進行方向と平行になるようにした。また、図９の（ｂ）に示すように、照明装置２０が連結される灯具の高さは８ｍ、照明装置２０が３０ｍの間隔で設置されているとした。道路２２の全体の道路幅Ｗは９ｍで、対向２車線（一車線４．５ｍ）の道路が想定されている。このとき、図９の（ａ）に示すηが３０°とすると、照明装置２０の中央から灯具（照明装置２０）に近い側の車線の中央と、灯具の中央から道路２２の中央とのなす角ξは約１６°となる。総合均斉度は対象となる道路２２からｄ＝６０ｍ離れた観察者２３ａと観察者２３ｂとのそれぞれの場所からみた場合の、道路２２の最小輝度／平均輝度を表している。観察者２３ａ，２３ｂは、それぞれの車線の中央に位置している。車線軸輝度均斉度は、観察者２３ａの場合は、対象となる道路において観察者２３ａからみたＬ１のライン上の輝度均一性、観察者２３ｂの場合は観察者から見たＬ２のライン上の輝度均一性をそれぞれ示す。Ｌ１は照明装置２０からＷ／４にあるラインであり、Ｌ２は照明装置２０から３Ｗ／４にあるラインである。総合均斉度および車線軸均斉度についてはそれぞれ、０．４以上、０．５以上の値が要求されている。表１に示すように、照明装置２０を道路灯に適用した場合、いずれの値も必要な値をクリアしていることがわかる。

以上説明したように、本実施形態の照明デバイス１０および照明装置２０においては、光学部材１の入射面１ｂに柱状凸レンズ６と、プリズム群５、出射面１ａにプリズム群４ａ，４ｂを有する光学部材１のみで、２つの面（Ｘ−Ｚ面およびＹ−Ｚ面）の配光特性を制御し、配光特性を最適化することができる。これにより、照明デバイス１０を備えた照明装置２０は、道路照明に求められる仕様を高い水準でクリアできる道路灯として利用す
ることが可能になる。

また、本実施形態の照明デバイス１０および照明装置２０では、筐体などをリフレクタとして使用する必要がなくなるため、コンパクトな照明デバイスおよび照明装置を実現することができる。

また、光源３として、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように、柱状凸レンズ６およびプリズム群４ａ，４ｂ，５を形成しているため、大型化を招くことなく配光特性に優れた照明デバイス１０および照明装置２０を実現することが可能となる。

なお、本実施形態の照明デバイス１０および照明装置２０は、電源部および光源３を固定するための筐体、および、カバーなどを備えてもよい。屋外などで使用する照明装置２０の場合は、筐体およびカバーを設けることによって、雨、ほこりなどから光源、光学部材１を保護することができる。

また、上記実施形態の照明デバイス１０および前記照明デバイス１０を用いた照明装置２０は、防犯灯、街路灯、道路灯、公園灯などの屋外照明、その他の照明に幅広く用いることができる。

また、本実施形態の照明デバイス１０は、光学部材１の出射面１ａにプリズム群４ａ，４ｂ、入射面１ｂにプリズム群５および柱状凸レンズ６が形成されている。また、プリズム群４ａ，４ｂ、柱状凸レンズ６は、アレイ状に配置された光源３の直上に形成されている。また、プリズム群５は、同一形状，同一ピッチの複数のプリズムからなり、光源３間に形成されている。また、プリズム群５および柱状凸レンズ６は、光を集光する機能を有する。一方、出射面１ａに形成されたプリズム群４ａ，４ｂは、光を拡散する機能を有する。従って、出射面１ａに形成されたプリズム群４ａ，４ｂの長手方向と、入射面１ｂに形成されたプリズム群５および柱状凸レンズ６の長手方向とを直交させることにより、直交する２方向の配向を独立して制御することができる。つまり、プリズム群４ａ，４ｂ、プリズム群５および柱状凸レンズ６は、配光を制御する光学制御素子として機能する。

本実施形態の照明デバイス１０および照明装置２０は、このような光学制御素子を用いることにより、１つの部材で（光学部材１のみで）、配光を制御することが可能となる。従って、照明デバイス１０および照明装置２０の薄型化および小型化を実現すると共に、組み立てが容易な高性能の照明デバイス１０および照明装置２０を実現することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、防犯灯、街路灯、道路灯、公園灯などの屋外で使用する照明デバイスおよび前記照明デバイスを用いた照明装置を始め様々な照明装置に幅広く用いるとことができる。

１ 光学部材
２ 基板
３ 光源
４ａ，４ｂ プリズム群（第１のプリズム群）
５ プリズム群（レンズ部，第２のプリズム群）
６ 柱状凸レンズ（レンズ部）
１０ 照明デバイス
２０ 照明装置
２２ 道路
２３ａ 観察者
２３ｂ 観察者

Claims (4)

1. 複数の光源と、
   上記光源から放射される光に対して入射面および出射面を有する光学部材とを備え、
   上記出射面には、複数のプリズムから構成される第１のプリズム群が設けられ、
   上記第１のプリズム群は、上記光源から放射された光線の配光を、上記第１のプリズム群の長手方向と直交する方向に、広角化するようになっていることを特徴とする照明デバイス。
2. 上記入射面には、複数のレンズ部が設けられ、
   上記レンズ部は、上記第１のプリズム群の長手方向に沿って周期的に形成され、
   上記レンズ部は、上記光源から放射された光線の配光を、上記レンズ部の周期方向に沿って、狭角化するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
3. 上記レンズ部は、柱状凸レンズと、複数のプリズムから構成される第２のプリズム群とからなり、
   上記柱状凸レンズと第２のプリズム群とが、互い違いに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明デバイスを備えた照明装置。

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