JP2012014855A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光照射効率を向上でき、配光のばらつきを低減でき、構成も簡素化できることが期待できる照明装置を提供する。
【解決手段】投光開口部23が形成された器具本体21を備える。器具本体21内に配置される半導体発光素子を有する発光部35を備える。光軸方向の厚み寸法を径寸法より大きく、光軸方向の一端に発光部35が対向する入射面47が設けられ、発光部35の光を入射面47から入射し、器具本体21の投光開口部23から投光するレンズ29を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光を投光する照明装置に関する。

従来、例えば自動車専用の高速道路などの道路照明用として、道路の側方位置で道路の路面からの高さが１ｍ以下の高さ位置に設置し、道路の車両進行方向へ向けて光を照射することにより、道路を走行する車両などを後方から照明する照明装置がある。

このような照明装置では、側面に投光開口部を有する器具本体を備えているとともに、この器具本体内に配置されるＨＩＤランプ、反射鏡、遮光板およびレンズを備えている。そして、ＨＩＤランプの発光部位置を第１焦点とする反射鏡によりＨＩＤランプの光を反射させて第１の焦点より投光開口部寄りの第２の焦点に集光させ、この第２の焦点の位置において遮光板により第２の焦点に集光されない光を遮光し、第２の焦点を通過した光をレンズにより投光開口部を通じて道路の車両進行方向へ投光することにより、ルーバを使用せずに車両のバックミラーを通じて運転者に与えるグレアの発生を低減している。

特許第４０３８６４９号公報

しかしながら、従来の照明装置では、光源としてＨＩＤランプを用いているため、ＨＩＤランプの光を投光方向へ向けて反射させる反射鏡や、グレアの防止のためにＨＩＤランプの光を遮光する遮光板などが必要となり、部品点数が多く、構成が複雑になっていた。

また、反射鏡での光損失、および遮光板で光を遮光することによる光損失の割合が大きく、ＨＩＤランプの全光束の２０〜３０％程度しか投光されず、光照射効率が低かった。

また、ＨＩＤランプを器具本体内のソケットに装着した状態で多少のがたつきがあるため、ＨＩＤランプの発光部の位置にばらつきが生じ、これにより配光がばらつく問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光照射効率を向上でき、配光のばらつきを低減でき、構成も簡素化できることが期待できる照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の照明装置は、投光開口部が形成された器具本体を備える。器具本体内に配置される半導体発光素子を有する発光部を備える。光軸方向の厚み寸法が径寸法より大きく、光軸方向の一端に発光部が対向する入射面が設けられ、発光部の光を入射面から入射し、器具本体の投光開口部から投光するレンズを備える。

本発明の照明装置によれば、半導体発光素子を有する発光部と、光軸方向の厚み寸法が径寸法より大きいレンズとを備え、発光部から放射される光の多くをレンズの光軸方向の一端の入射面からレンズ内に入射し、このレンズ内に入射した光を器具本体の投光開口部から投光できるため、光損失が少なく、光照射効率を向上でき、さらに、発光部を一定位置に配置することが容易で、配光のばらつきを低減でき、しかも、部品点数を削減して簡素化できることが期待できる。

第１の実施形態を示す照明装置の平面方向から見た断面図である。 同上照明装置の側面方向から見た断面図である。 同上照明装置の発光部およびレンズの側面図である。 同上照明装置の発光部の正面図である。 同上照明装置の配光分布を示すグラフである。 同上照明装置の発光部の半導体発光素子と囲み部との縦方向の距離の違いに応じた配光分布を示すグラフである。 同上照明装置の使用状態の説明図である。

以下、実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。

図７に示すように、照明装置11は、例えば自動車専用の高速道路であって幅員方向Ｗに路肩12、第１車線13、第２車線14、第３車線15および中央分離帯16を有する道路17において、路肩12側および中央分離帯16側の道路17の側方位置で、道路17の路面からの高さが例えば１ｍ以下の高さ位置に設置されるとともに、道路17の車両進行方向Ｆに沿って一定の間隔をあけて設置されている。そして、照明装置11により、低位置から車両進行方向Ｆへ光を照射して照明する、いわゆる低位置プロビーム照明がなされる。

図１および図２に示すように、照明装置11は、器具本体21を有し、この器具本体21は、例えば熱伝導性に優れた金属製で、車両進行方向Ｆに対応して細長い箱形に形成されており、道路17側に臨む側面22で車両進行方向Ｆに寄った領域に投光開口部23が形成されている。この投光開口部23には、例えば、ガラス板や、ポリカーボネートなどの樹脂板などで構成された透光性カバー24が密閉状態に取り付けられている。この透光性カバー24の内面および外面には、反射防止作用を有する薄膜、あるいは酸化チタンを主成分とする光触媒膜を形成してもよい。

器具本体21内には、発光モジュール27、この発光モジュール27を器具本体21に対して支持する発光部支持体28、発光モジュール27からの光を入射して投光開口部23から道路17側に投光する単焦点のレンズ29、このレンズ29から投光開口部23に対して反対側に向かう光を投光開口部23に向けて反射させる反射体30、および発光モジュール27を点灯させる点灯回路31などが配設されている。そして、発光モジュール27およびレンズ29は、器具本体21内で投光開口部23の位置より道路17の車両進行方向Ｆに対して反対側の位置に配置されているとともに、投光開口部23に対向するように発光モジュール27およびレンズ29の光軸方向を横向きとし、投光開口部23から投光する光の水平方向の角度が道路17の車両進行方向Ｆに対して道路内方へ傾斜するように配置されている。

図４に示すように、発光モジュール27は、基板34、およびこの基板34の一面である前面中央に形成された水平方向に横長の発光部35を有している。

基板34は、例えば、熱伝導性に優れたアルミニウムなどの金属あるいはセラミックスなどの材料によって水平方向に横長の長方形板状に形成され、一方の対角線上の角部近傍には発光部支持体28にねじ止め固定するための取付孔36が形成されている。

発光部35は、基板34上に実装されたＬＥＤ素子やＥＬ素子などの複数の半導体発光素子37を有している。図４には半導体発光素子37がＬＥＤ素子の場合を示し、複数のＬＥＤ素子がマトリクス状に配列されて実装されているとともに、これら複数のＬＥＤ素子が基板34に形成された配線パターンに電気的に接続されているか、あるいは複数のＬＥＤ素子がワイヤボンディングによって電気的に接続されている。また、複数のＬＥＤ素子の周囲を囲むように水平方向に横長の四角形枠状で土手状に盛り上がった囲み部38が形成され、この囲み部38の内側に複数のＬＥＤ素子を一体に覆う蛍光体層39が形成されている。例えば、半導体発光素子37が青色光を発するＬＥＤ素子の場合、蛍光体層39はＬＥＤ素子が発した青色光によって励起されて主に黄色光を発する蛍光体を含有したシリコーン樹脂を囲み部38の内側に充填して形成されている。これにより、蛍光体層39の表面である発光面40から青色光と黄色光とが混色された白色系の光が放出される。したがって、発光モジュール27は、ＣＯＢ（Chip On Board）モジュールで構成されている。

発光モジュール27は、基板34が発光部支持体28に対して縦方向（上下方向）に沿って取り付けられ、発光部35がレンズ29を介して投光開口部23に対向するように横向とされている。この発光モジュール27の発光部35の縦方向の最も外側であって少なくとも最も下側に位置する半導体発光素子37と囲み部38との間の縦方向の距離ａが、横方向（水平方向）の最も外側に位置する半導体発光素子37と囲み部38との間の横方向の距離ｂより短く形成されている。

また、図１および図２に示すように、発光部支持体28は、例えば、熱伝導性に優れたアルミニウムや銅などの金属材料で、２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上の厚みの板材が用いられ、器具本体21に熱伝導可能に取り付けられる固定部42、および発光モジュール27を支持する支持部43を有する略Ｌ字形に形成されている。支持部43の鉛直面である側面に、発光モジュール27の基板34の他面である背面が密着して熱伝導可能にねじ止め固定されている。

また、図１ないし図３に示すように、レンズ29は、例えば、ガラス製あるいは樹脂製で、光軸46を中心とした砲弾形に形成され、光軸方向の厚み寸法L1が径寸法L2より大きく形成されている。光軸方向の一端には平面状の入射面47が形成され、他端には例えば光軸46を中心とするとともに入射面47の光軸46の位置を焦点とする楕円回転体の凸曲面で形成された出射面48が形成され、入射面47と出射面48との間に光軸46を中心とする円筒状の円筒部である延長部49が形成されている。このレンズ29は、図示しないレンズ支持体によって器具本体21内に支持されている。

そして、発光部35とレンズ29の入射面47とは、発光部35から放射される光のほとんどがレンズ29の入射面47に効率よく入射するように、互いに平行に対向するとともに、接近または接触して配置されている。また、発光部35の発光面40の下部位置である下辺で横方向の中心Ｐ（図４参照）が、レンズ29の入射面47の中心（光軸46）近傍に配置されている。なお、レンズ29の入射面47の中心近傍とは、発光部35の発光面40の中心Ｐが入射面47の中心に位置する場合を含み、また、配光の調整に応じて発光部35とレンズ29との位置関係の調整することにより、発光部35の発光面40の中心Ｐが入射面47の中心から調整範囲内で移動した位置に位置する場合も含む。

また、反射体30は、レンズ29の道路17側と反対の端部付近から投光開口部23の車両進行方向Ｆ側の端部にわたった投光開口部23に対向する領域に配設され、車両進行方向Ｆに対して道路17内方へ向けて緩やかな凸曲面に湾曲され、レンズ29で制御しきれない光を道路17の車両進行方向Ｆへ向けて反射させる。この反射体30の投光開口部23に対向する反射面は鏡面に形成されている。

また、点灯回路31は、例えば、交流電力を入力し、直流電力に変換して発光モジュール27の半導体発光素子37に供給する電源回路を有している。

そうして、このように構成された照明装置11は、路肩12側および中央分離帯16側の道路17の側方位置で、道路17の路面からの高さが１ｍ以下であって、例えば０．７ｍの高さ位置に設置され、さらに、例えば、レンズ29によって投光される光の配光が道路17の車両進行方向Ｆに対する道路内方への水平角１０〜３０°程度、俯角０〜５°程度となるように設置されている。

照明装置11の点灯回路31から発光部35の半導体発光素子37に点灯電力を供給し、発光部35が発光すると、この発光部35から放射される光のほとんどがレンズ29の入射面47からレンズ29内に効率よく入射し、入射面47からレンズ29内に入射した光の多くが出射面48に到達し、出射面48からは主に光軸46に平行な平行光に屈折された光が出射され、この平行光が投光開口部23の透光性カバー24を透過して道路17の車両進行方向Ｆへ投光される。また、反射体30により、レンズ29で制御しきれない光が道路17の車両進行方向Ｆへ向けて反射される。

これにより、道路17を走行する車両、路肩12に停止している車両および道路17上の障害物などを後方から直接的に照明でき、道路17の路面反射率が低い場合でも、先行車などの視認性を向上できる。しかも、照明装置11を道路17の路面からの高さが１ｍ以下の高さ位置に設置することにより、車両のバックミラーを通じて運転者に与えるグレアを低減できる。すなわち、乗用車のバックミラーの１つであるサイドミラーの高さは約１ｍ程度であるので、照明装置11を道路17の路面からの高さが１ｍ以下の高さ位置に設置することにより、照明装置11から出射された光がサイドミラーに入射するのを防止でき、車両のサイドミラーを通じて運転者に与えるグレアを低減できる。

そして、照明装置11では、図３に示すように、レンズ29の入射面47側に延長部49を設け、レンズ29の光軸方向の厚み寸法L1を径寸法L2より大きくすることにより、発光部35から放射される光の多くをレンズ29内に入射させることができる。仮に、延長部49がなく、レンズ29の光軸方向の厚み寸法L1が短いと、発光部35とレンズ29との間に大きな隙間があき、発光部35から放射される光のうち、発光部35から周囲に向かって広がる光がレンズ29に入射せず、これにより、光損失が生じ、光照射効率が低下することになる。そのため、レンズ29の入射面47側に延長部49を設け、レンズ29の光軸方向の厚み寸法L1を径寸法L2より大きくすることにより、光損失を低減し、光照射効率を向上させることができる。

また、発光部35はある程度の大きさを有しているため、上下左右に広がる光が存在する。図５にはレンズ29を通じて投光する光の配光分布を測定した結果を示し、縦軸には光度を示し、横軸には角度を示す。図５の実線は、鉛直方向の配光分布を示し、角度については０°が水平（光軸46）、左の−側が上側、右の＋側が下側であり、また、図５の破線は、水平方向の配光分布を示し、角度については０°が光軸46、左の−側が道路17側、右の＋側が道路17と反対側である。

図５に実線で示すように、鉛直方向の配光は０〜５°程度の範囲となり、水平方向より上方へ投光される光がほとんどない。

これは、図３に示すように、発光部35の発光面40の下辺がレンズ29の入射面47の中心（光軸46）近傍に配置され、発光部35の発光面40の略全体がレンズ29の入射面47の中心より上側に位置しているため、レンズ29の出射面48から上方へ光が出射するのを少なくできることによる。例えば、図３に示すように、発光部35の発光面40の下辺からレンズ29の出射面48の上側領域に到達する光のうち、光軸46を中心とした所定範囲の光は出射面48の界面で光軸46に平行な平行光に屈折されて出射され、その範囲より外側の光は出射面48の界面への入射角が出射面48の界面で反射する角度であるために出射面48の界面で反射して出射面48の下側領域から下方へ向けて出射され、レンズ29の出射面48から上方へ光が出射するのを少なくできる。仮に、発光部35の発光面40の下辺がレンズ29の入射面47の中心より下方にあると、出射面48の界面への光の入射角が大きくなり、レンズ29の出射面48から上方へ出射される光が多くなる。

このように、発光部35の発光面40の下辺をレンズ29の入射面47の中心近傍に配置することにより、レンズ29を通じて上方へ光が投光されるのを防止できる。これにより、遮光板を使用せずに、道路17を走行する車両のバックミラーを通じて運転者に与えるグレアの発生を低減できるとともに、遮光板を使用した場合に比べて光損失が少なく、光照射効率を向上できる。

図５に破線で示すように、水平方向の配光は−１０〜１０°程度の範囲となり、ある程度幅広の配光となっている。

これは、図４に示すように、発光部35が横長に形成されているため、レンズ29を通じて投光される光も水平方向に幅広になることによる。

このように、発光部35を横長に形成することにより、レンズ29によって集光していても、水平方向に広がりのある配光分布が得られ、道路17の幅員方向における照明の均斉度を得ることができる。

また、図４に示すように、発光部35の縦方向の最も外側に位置する半導体発光素子37と囲み部38との間の縦方向の距離ａが、横方向（水平方向）の最も外側に位置する半導体発光素子37と囲み部38との間の横方向の距離ｂより短く形成されていることにより、水平方向より上方への投光を抑制しつつ、水平方向より下側でその水平方向付近の光度を向上させることができる。

図６には、距離ａの違いに応じた配光分布を測定した結果を示す。図６の実線はａ＝１ｍｍ、破線はａ＝２ｍｍの場合を示す。そして、実線に示すａ＝１ｍｍの場合には、破線に示すａ＝２ｍｍの場合に比べて、水平方向より上方への光度が少なくなり、水平方向より下側でその水平方向付近の光度が増加している。

これは、発光部35の発光面40は、全体が発光するものの、半導体発光素子37の位置が半導体発光素子37のない位置より光度が高いため、半導体発光素子37の位置がレンズ29の中心に近付くほど、水平方向より下側でその水平方向付近の光度が増加することによる。したがって、発光部35の縦方向の最も外側に位置する半導体発光素子37と囲み部38との間の縦方向の距離ａは小さいほど好ましい。

以上のことから、本実施形態の照明装置11では、従来のＨＩＤランプを用いた照明装置に比べて、光照射効率を向上できる。例えば、従来のＨＩＤランプを用いた照明装置において、消費電力４３Ｗ、ランプ光束３３００lmのＨＩＤランプを用いたとしても、反射鏡や遮光板による光損失が大きいために、照明装置から投光する器具光束は８２５lm程度となり、光照射効率２５％しかないのに対して、本実施形態の照明装置11では、消費電力２１Ｗ、ランプ光束１６７４lmの発光モジュール27でありながら、反射鏡や遮光板を用いる必要がなく、光損失が少ないために、照明装置11から投光する器具光束は８３７lm程度となり、光照射効率５０％まで向上させることができる。

このように、本実施形態の照明装置11によれば、半導体発光素子37を有する発光部35と、光軸方向の厚み寸法L1を径寸法L2より大きいレンズ29とを備え、発光部35から放射される光の多くをレンズ29の光軸方向の一端の入射面47から入射し、このレンズ29内に入射した光を器具本体21の投光開口部23から投光できるため、従来のＨＩＤランプを用いた照明装置に比べて、反射や遮光による光損失が少なくなって光照射効率を向上できる。さらに、発光部35を一定位置に配置することが容易にできるため、発光部35とレンズ29との位置関係も一定となり、配光のばらつきを低減をできる。しかも、反射鏡や遮光板が不要で、部品点数を削減して簡素化できる。

また、半導体発光素子37としてＬＥＤ素子を用いる場合には、４００００時間程度の寿命を有するため、半導体発光素子37を有する発光モジュール27の交換頻度を少なくでき、これにより、道路17での照明装置11に対する作業頻度を少なくできる。

また、発光部35の半導体発光素子37の発光によって発生する熱は、基板34を通じて発光部支持体28に効率よく熱伝導され、この発光部支持体28から器具本体21に効率よく熱伝導され、器具本体21から放熱される。特に、発光部支持体28は、熱伝導性の高い材料で、厚みを２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上の板材が用いているため、発光部35の半導体発光素子37の熱を器具本体21に効率よく熱伝導できる。そのため、半導体発光素子37の温度上昇を確実に抑制でき、温度上昇に伴う半導体発光素子37の発光効率の低下や寿命の低下を防止することができる。

なお、照明装置11は、道路照明用に限らず、光を投光する他の照明用にも適用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 照明装置
21 器具本体
22 側面
23 投光開口部
27 発光モジュール
28 発光部支持体
29 レンズ
34 基板
35 発光部
37 半導体発光素子
38 囲み部
39 蛍光体層
46 光軸
47 入射面

Claims (5)

1. 投光開口部が形成された器具本体と；
   器具本体内に配置される半導体発光素子を有する発光部と；
   光軸方向の厚み寸法が径寸法より大きく、光軸方向の一端に発光部が対向する入射面が設けられ、発光部の光を入射面から入射し、器具本体の投光開口部から投光するレンズと；
   を具備していることを特徴とする照明装置。
2. 投光開口部が器具本体の側面に形成され、
   投光開口部に対向して発光部およびレンズの光軸方向を横向きとし、発光部の縦方向の下部位置がレンズの入射面の中心近傍に位置するように配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 発光部は横長に形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
4. 基板、基板上に設けられた囲み部、囲み部内で基板上に実装された複数の半導体発光素子、および半導体発光素子を覆って囲み部内に形成された蛍光体層を有し、複数の半導体発光素子および蛍光体層で発光部を形成する発光モジュールを具備し、
   この発光モジュールの縦方向の最も外側に位置する半導体発光素子と囲み部との間の縦方向の距離が、横方向の最も外側に位置する半導体発光素子と囲み部との間の横方向の距離より短く形成されている
   ことを特徴とする請求項２または３記載の照明装置。
5. 発光部を器具本体に対して支持し、発光部の熱を器具本体に熱伝導する発光部支持体を具備している
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の照明装置。

Images