JP2014026866A

JP2014026866A - 光学レンズ及びそれを用いた照明器具

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Publication number: JP2014026866A
Application number: JP2012167275A
Authority: JP
Inventors: Yuki Shirakawa; 友樹白川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: CN103574504A; JP5914857B2

Abstract

【課題】配光特性を維持しつつ成形性を向上させた光学レンズ及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】光学レンズ１は、側面視の形状が弓なりに形成されたレンズ本体１１を有し、レンズ本体１１の入射面１１ｂに形成された直線状の第１のフレネル形状１４と、レンズ本体１１の出射面１１ａに形成された直線状の第２のフレネル形状１３とが互いに直交しており、また第２のフレネル形状１３が凸レンズを構成し、第１のフレネル形状１４が凹レンズを構成している。この光学レンズ１によれば、凹レンズを構成する第１のフレネル形状１４により光源からの光を一方向において広角に配光でき、凸レンズを構成する第２のフレネル形状１３により上記一方向と直交する方向において狭角に配光できる。また入射面１１ｂ及び出射面１１ａをフレネル形状にすることでレンズの薄型化が図れ、これにより低コスト化が図れるとともに大型レンズの成形が容易になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学レンズ及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、光源の前方に配置されて光源から放射される光の配光を制御する光学レンズが提供されている（例えば特許文献１参照）。この光学レンズは、それぞれ樋状に形成された光の入射面と、扁平・回転楕円体面から形成された光の出射面を有し、光源の光軸に対して対称に配置された同じ形状の一対のレンズユニットから構成される。また、各レンズユニットは、長軸と短軸からなる楕円の長軸を回転軸として得られる回転体を所定の高さに扁平化した形状である。この光学レンズを用いて道路用の照明器具を構成する場合は、各レンズユニットを形成する扁平・回転楕円体の各長軸の交点に１個のＬＥＤを配置する。そして、この光学レンズの長手方向が道路の長手方向となるように照明器具を配置することで、道路の長手方向の広い範囲を効率良く照明することができる。

特開２０１０−１７７０２８号公報

上述の特許文献１に示した光学レンズでは、その長手方向が道路の長手方向となるように照明器具を配置することで、道路の長手方向の広い範囲を効率良く照明することができるものの、肉厚形状であるため成形性が悪く、特に大型レンズの成形が困難であった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、配光特性を維持しつつ成形性を向上させた光学レンズ及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

本発明の光学レンズは、光源の前方に配置されて光源から放射される光の配光を制御する。この光学レンズは、入射面に形成された直線状の第１のフレネル形状と、出射面に形成された直線状の第２のフレネル形状とが互いに直交し、第１のフレネル形状及び第２のフレネル形状の一方が凸レンズを構成し、他方が凹レンズを構成することを特徴とする。

この光学レンズにおいて、第１のフレネル形状が凹レンズを構成し、第２のフレネル形状が凸レンズを構成するのが好ましい。

また、この光学レンズにおいて、第１のフレネル形状及び第２のフレネル形状のうち凸レンズを構成するフレネル形状の溝方向に沿って光源側に湾曲しているのも好ましい。

さらに、この光学レンズにおいて、第１のフレネル形状及び第２のフレネル形状のうち凹レンズを構成するフレネル形状が形成された面には、光源の光軸の周りに凹レンズを構成するフレネル形状が形成され、光軸から離れた両端部に凸レンズを構成するフレネル形状が形成されているのも好ましい。

本発明の照明器具は、上記の光学レンズと、光源から放射される光の一部を前方に反射させる反射板とを備え、反射板は、第１のフレネル形状及び第２のフレネル形状のうち凸レンズを構成するフレネル形状と直交し且つ光源の光軸と直交する方向において光学レンズと横並びに配置されていることを特徴とする。

入射面に形成された第１のフレネル形状と、出射面に形成された第２のフレネル形状とを互いに直交させるとともに、第１のフレネル形状及び第２のフレネル形状の一方が凸レンズを構成し、他方が凹レンズを構成しているので、光源から放射される光を一方向において広角に配光することができ、且つ上記一方向と直交する方向において狭角に配光することができるという効果がある。また、入射面及び出射面をフレネル形状にすることでレンズの薄型化が図れ、これにより低コスト化が図れるとともに大型レンズの成形が容易になるという効果もある。

本実施形態の光学レンズのレンズ本体の一例を示し、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は下側から見た斜視図、（ｃ）は長手方向に沿った断面図、（ｄ）は短手方向に沿った断面図である。同上を用いた照明器具の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はカバーを取り外した状態の斜視図である。同上を用いた照明器具の断面図である。同上及び反射板の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図である。同上を用いた照明器具の施工例である。同上を用いた照明器具の他の施工例である。同上のレンズ本体の他の例を示し、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は下側から見た斜視図、（ｃ）は短手方向に沿った断面図、（ｄ）は長手方向に沿った断面図である。同上のレンズ本体のさらに他の例を示し、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は下側から見た斜視図、（ｃ）は長手方向に沿った断面図、（ｄ）は短手方向に沿った断面図である。

以下に、光学レンズ及び照明器具の実施形態を図１〜図８を参照して説明する。本実施形態の照明器具Ａは、図５及び図６に示すように、例えば道路Ｒ１に沿って立設されたポール１００の先端側に取り付けられ、道路Ｒ１を照らすための道路灯として用いられる。なお、以下の説明では特に断りがない限り、図４（ｂ）中の上下方向を前後方向、図４（ｂ）中の左右方向を左右方向、図４（ｃ）中の上下方向を上下方向と規定して説明を行う。

本実施形態の照明器具Ａは、図２及び図３に示すように、光源部３と、光源部３の前方に配置される光学レンズ１と、光学レンズ１の左右両側にそれぞれ配置される反射板２と、光源部３に点灯電力を供給する電源ユニット６とを備える。また、本実施形態の照明器具Ａは、光学レンズ１、反射板２、光源部３及び電源ユニット６が収納される器具本体４と、器具本体４の前面開口に取り付けられる透光パネル５と、器具本体４の後面側に取り付けられる放熱ユニット７とを備える。

光学レンズ１は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、側面視の形状が弓なりに形成されたレンズ本体１１を有し、レンズ本体１１の上下方向における両端部には取付部１２，１２がそれぞれ対角位置に設けられている（図４（ａ）〜図４（ｃ）参照）。各取付部１２には、固定ねじ８が挿通される挿通孔１２ａがそれぞれ設けられており、各挿通孔１２ａに挿通させた固定ねじ８をそれぞれ器具本体４のボディ４１の底部に固定することで、光学レンズ１が器具本体４に取り付けられる。

レンズ本体１１の前面、すなわち出射面１１ａには、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、前面側に湾曲する複数の凸レンズ面１３ａからなる第２のフレネル形状１３が形成されており、この第２のフレネル形状１３は、上下方向（長手方向）に沿う断面視の形状が鋸歯形状であって且つ光源部３の光軸Ｐ１に対して左右方向（幅方向）に対称形状となっている。また、各凸レンズ面１３ａは、レンズ本体１１の長手方向に沿って直線状に設けられており、さらに隣接する凸レンズ面１３ａ間には、レンズ本体１１の長手方向に沿って伸びる溝部１３ｂがそれぞれ設けられている。

レンズ本体１１の後面、すなわち入射面１１ｂには、図１（ｂ）及び図１（ｄ）に示すように、前面側に湾曲する複数の凹レンズ面１４ａからなる第１のフレネル形状１４が形成されており、この第１のフレネル形状１４は、左右方向（幅方向）に沿う断面視の形状が鋸歯形状であって且つ光源部３の光軸Ｐ１に対して上下方向（長手方向）に対称形状となっている。また、各凹レンズ面１４ａは、レンズ本体１１の幅方向に沿って直線状に設けられており、さらに隣接する凹レンズ面１４ａ間には、レンズ本体１１の幅方向に沿って伸びる溝部１４ｂがそれぞれ設けられている。

ここにおいて、レンズ本体１１の入射面１１ｂに形成された第１のフレネル形状１４はレンズ本体１１の幅方向に沿って設けられており、また出射面１１ａに形成された第２のフレネル形状１３はレンズ本体１１の長手方向に沿って設けられている。すなわち、本例の光学レンズ１では、第１のフレネル形状１４と第２のフレネル形状１３とが互いに直交しており、さらに第１のフレネル形状１４により凹レンズが構成され、第２のフレネル形状１３により凸レンズが構成されている。また、本例の光学レンズ１では、凸レンズを構成する第２のフレネル形状１３の溝１３ｂの方向に沿ってレンズ本体１１の両側を光源部３側（図４（ｂ）中の下側）に湾曲させている。

反射板２は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、上下方向に長い矩形板状に形成された反射部２１を有し、反射部２１の上下方向における両端部にはＬ字状の取付部２２がそれぞれ設けられている。各取付部２２には、固定ねじ８が挿通される挿通孔２２ａがそれぞれ設けられており、各挿通孔２２ａに挿通させた固定ねじ８をそれぞれ器具本体４のボディ４１の底部に固定することで、反射板２が器具本体４に取り付けられる。また、反射板２の反射部２１は、図４（ｂ）に示すように、取付部２２の先端部（前端部）より延出し、前後方向（図４（ｂ）中の上下方向）に対して角度θ１だけ傾斜している。これにより、光源部３から放射される光のうち側方に向かう光を前方に反射させることができる。

光源部３は、図３及び図４（ｂ）に示すように実装基板３１を有し、実装基板３１の前面（図４（ｂ）中の上面）にはＬＥＤチップ３２が実装されており、電源ユニット６から供給される電力によってＬＥＤチップ３２が所定の照度で点灯する。

器具本体４は、熱伝導性の高い材料（例えばアルミニウムやアルミニウム合金など）により形成され、一面（図２（ｂ）中の下面）が開口する矩形箱状に形成されたボディ４１と、ボディ４１の前面開口を閉塞するようにしてボディ４１に取り付けられるカバー４２とで構成される。ボディ４１の凹部４１ａ内には、図２（ｂ）及び図３に示すように、ボディ４１の長手方向において２個、ボディ４１の幅方向において２個、合計で４個の光学レンズ１が、それぞれ光源部３を覆うようにして配置されている。また、各光学レンズ１は、その長手方向がボディ４１の幅方向となるように向きが設定されている。さらに、各光学レンズ１の左右方向における両側には、反射部２１の長手方向とレンズ本体１１の長手方向とが平行になるように反射板２がそれぞれ配置されている。また、ボディ４１の凹部４１ａの基端側（図３中の左側）には、電源ユニット６が配置されており、電源ユニット６と各光源部３との間が電源線（図示せず）により電気的に接続されている。

カバー４２は、ボディ４１に取り付けた状態で光学レンズ１及び反射板２に対応する部位に矩形状の開口部４２ａが設けられており、この開口部４２ａには矩形板状に形成された透光パネル５（例えばガラス板など）が適宜の取付方法により取り付けられている。そして、光源部３から放射された光は光学レンズ１を透過した後、透光パネル５を透過して外部に照射される。なお、この器具本体４は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、器具本体４の基端側（図２（ａ）中の左側）の部位によりポール１００に取り付けられる。

放熱ユニット７は、熱伝導性の高い材料（例えばアルミニウムやアルミニウム合金など）により形成された複数の放熱フィン７１を有し、器具本体４のボディ４１の後面（図２（ａ）中の上面）に取り付けられる。この放熱ユニット７によれば、光源部３で発生した熱がボディ４１を介して各放熱フィン７１に伝熱され、各放熱フィン７１からそれぞれ外部に放熱される。

上述した照明器具Ａは、図５及び図６に示すように、例えば道路Ｒ１に沿って立設されたポール１００の先端側に取り付けられるが、照明器具Ａをポール１００に取り付けた状態では、各光学レンズ１の上下方向（長手方向）が道路Ｒ１の長手方向に沿うようにして配置される。そのため、光源部３から放射された光は、光学レンズ１のレンズ本体１１の入射面１１ｂに形成された第１のフレネル形状１４によって外向きに拡散され、道路Ｒ１の長手方向における広範囲を照らすことができる。

また、道路Ｒ１の幅方向においては、光源部３から放射された光は、光学レンズ１のレンズ本体１１の出射面１１ａに形成された第２のフレネル形状１３によって内向きに集光され、さらに側方（外側）に向かって放射された光は光学レンズ１の両側に配置された反射板２によって内向きに反射される。その結果、道路Ｒ１の幅方向に照射される光は、外側に向かって拡がらないため、図５及び図６に示すように、道路Ｒ１に光を集中させることができる。なお、図５及び図６中の領域ａ１は各照明器具Ａの照明範囲であり、図６中の領域ａ２は隣接する照明器具Ａの照明範囲の重複範囲であり、このように照明範囲を重複させることで隣接する照明器具Ａ間の非照明領域を無くすことができる。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は光学レンズ１のレンズ本体１１の他の例を示し、レンズ本体１１は側面視の形状が弓なりに形成されている。レンズ本体１１の前面、すなわち出射面１１ａには、図７（ａ）及び図７（ｃ）に示すように、後面側に湾曲する複数の凹レンズ面１５ａからなる第２のフレネル形状１５が形成されており、この第２のフレネル形状１５は、左右方向（幅方向）に沿う断面視の形状が鋸歯形状であって且つ光源部３の光軸Ｐ２に対して上下方向（長手方向）に対称形状となっている。また、各凹レンズ面１５ａは、レンズ本体１１の幅方向に沿って直線状に設けられており、さらに隣接する凹レンズ面１５ａ間には、レンズ本体１１の幅方向に沿って伸びる溝部１５ｂがそれぞれ設けられている。また、レンズ本体１１の出射面１１ａにおいて光軸Ｐ２から離れた両端部には、前面側に湾曲する凸レンズ面１７（フレネル形状）がそれぞれ設けられている。

レンズ本体１１の後面、すなわち入射面１１ｂには、図７（ｂ）及び図７（ｄ）に示すように、後面側に湾曲する複数の凸レンズ面１６ａからなる第１のフレネル形状１６が形成されており、この第１のフレネル形状１６は、上下方向（長手方向）に沿う断面視の形状が鋸歯形状であって且つ光源部３の光軸Ｐ２に対して左右方向（幅方向）に対称形状となっている。また、各凸レンズ面１６ａは、レンズ本体１１の長手方向に沿って直線状に設けられており、さらに隣接する凸レンズ面１６ａ間には、レンズ本体１１の長手方向に沿って伸びる溝部１６ｂがそれぞれ設けられている。

ここにおいて、レンズ本体１１の入射面１１ｂに形成された第１のフレネル形状１６はレンズ本体１１の上下方向（長手方向）に沿って設けられており、また出射面１１ａに形成された第２のフレネル形状１５はレンズ本体１１の左右方向（幅方向）に沿って設けられている。すなわち、本例の光学レンズ１では、第１のフレネル形状１６と第２のフレネル形状１５とが互いに直交しており、さらに第１のフレネル形状１６により凸レンズが構成され、第２のフレネル形状１５により凹レンズが構成されている。また、本例の光学レンズ１では、凸レンズを構成する第１のフレネル形状１６の溝１６ｂの方向に沿ってレンズ本体１１の両側を光源部３側（図７（ｃ）中の下側）に湾曲させている。

そして、この光学レンズ１は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示した光学レンズ１と同様に、その長手方向が器具本体４のボディ４１の幅方向となるようにして、ボディ４１に取り付けられる。

図８（ａ）〜図８（ｄ）は光学レンズ１のレンズ本体１１のさらに他の例を示し、レンズ本体１１は略矩形板状に形成されている。レンズ本体１１の前面、すなわち出射面１１ａには、図８（ａ）及び図８（ｃ）に示すように、前面側に湾曲する複数の凸レンズ面１８ａからなる第２のフレネル形状１８が形成されており、この第２のフレネル形状１８は、上下方向（長手方向）に沿う断面視の形状が鋸歯形状であって且つ光源部３の光軸Ｐ３に対して左右方向（幅方向）に対称形状となっている。また、各凸レンズ面１８ａは、レンズ本体１１の長手方向に沿って直線状に設けられており、さらに隣接する凸レンズ面１８ａ間には、レンズ本体１１の長手方向に沿って伸びる溝部１８ｂがそれぞれ設けられている。

レンズ本体１１の後面、すなわち入射面１１ｂには、図８（ｂ）及び図８（ｄ）に示すように、前面側に湾曲する複数の凹レンズ面１９ａからなる第１のフレネル形状１９が形成されており、この第１のフレネル形状１９は、左右方向（幅方向）に沿う断面視の形状が鋸歯形状であって且つ光源部３の光軸Ｐ３に対して上下方向（長手方向）に対称形状となっている。また、各凹レンズ面１９ａは、レンズ本体１１の幅方向に沿って直線状に設けられており、さらに隣接する凹レンズ面１９ａ間には、レンズ本体１１の幅方向に沿って伸びる溝部１９ｂがそれぞれ設けられている。

ここにおいて、レンズ本体１１の入射面１１ｂに形成された第１のフレネル形状１９はレンズ本体１１の左右方向（幅方向）に沿って設けられており、また出射面１１ａに形成された第２のフレネル形状１８はレンズ本体１１の上下方向（長手方向）に沿って設けられている。すなわち、本例の光学レンズ１では、第１のフレネル形状１９と第２のフレネル形状１８とが互いに直交しており、さらに第１のフレネル形状１９により凹レンズが構成され、第２のフレネル形状１８により凸レンズが構成されている。

而して本実施形態によれば、レンズ本体１１の入射面１１ｂに形成された第１のフレネル形状１４，１６，１９と、出射面１１ａに形成された第２のフレネル形状１３，１５，１８とを互いに直交させるとともに、第１のフレネル形状１４，１６，１９及び第２のフレネル形状１３，１５，１８の一方で凸レンズを構成し、他方で凹レンズを構成しているので、光源部３から放射される光を一方向において広角に配光することができ、且つ上記一方向と直交する方向において狭角に配光することができる。そして、この照明器具Ａを道路灯として用いた場合には、図５及び図６に示すように、道路Ｒ１の長手方向においては広範囲を照明することができ、道路Ｒ１の幅方向においては道路Ｒ１に光を集中させることができるので、従来の光学レンズによる配光特性を維持することができる。また、入射面１１ｂ及び出射面１１ａをフレネル形状にすることでレンズの薄型化が図れ、これにより低コスト化が図れるとともに大型レンズの成形が容易になるという利点もある。

また、図１及び図７に示すように、凸レンズを構成するフレネル形状１３，１６の溝１３ｂ，１６ｂの方向に沿ってレンズ本体１１の両側を光源部３側に湾曲させることで、湾曲させた部分に放射される光の分だけ前面側への照射光量を増加させることができる。さらに、図７に示すように、凹レンズを構成する第２のフレネル形状１５が形成された出射面１１ａにおいて、光源部３の光軸Ｐ２から離れた両端部に凸レンズ面１７を形成することで、上記両端部に向かう光を内向きに集光することができ、これにより所定の照明範囲における照射光量を増加させることができる。

また、本実施形態のように、凸レンズを構成するフレネル形状１３，１６，１８と直交し且つ光源部３の光軸と直交する方向、つまり光学レンズ１のレンズ本体１１の左右方向（幅方向）において光学レンズ１の両側に反射板２を配置した場合には、光学レンズ１を通過せずに側方に向かう光源部３からの光を反射板２により内向きに反射することができ、これにより前方への照射光量を増加させることができる。

なお、本実施形態で説明した光学レンズ１は一例であり、入射面に形成された第１のフレネル形状と出射面に形成された第２のフレネル形状とが互いに直交し、且つ、第１のフレネル形状及び第２のフレネル形状の一方が凸レンズを構成し、他方が凹レンズを構成していれば他のものでもよい。また本実施形態では、照明器具Ａを道路灯として用いた場合を例に説明したが、照明器具の用途は道路灯に限定されるものではなく、例えば街路灯や公園灯などに用いてもよい。

１光学レンズ
１１レンズ本体
１１ａ出射面
１１ｂ入射面
１３第２のフレネル形状
１４第１のフレネル形状

Claims

光源の前方に配置されて前記光源から放射される光の配光を制御する光学レンズであって、
入射面に形成された直線状の第１のフレネル形状と、出射面に形成された直線状の第２のフレネル形状とが互いに直交し、
前記第１のフレネル形状及び前記第２のフレネル形状の一方が凸レンズを構成し、他方が凹レンズを構成することを特徴とする光学レンズ。
前記第１のフレネル形状が凹レンズを構成し、前記第２のフレネル形状が凸レンズを構成することを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
前記第１のフレネル形状及び前記第２のフレネル形状のうち凸レンズを構成するフレネル形状の溝方向に沿って前記光源側に湾曲していることを特徴とする請求項１又は２記載の光学レンズ。
前記第１のフレネル形状及び前記第２のフレネル形状のうち凹レンズを構成するフレネル形状が形成された面には、前記光源の光軸の周りに前記凹レンズを構成するフレネル形状が形成され、前記光軸から離れた両端部に凸レンズを構成するフレネル形状が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学レンズ。
請求項１〜４の何れか１項に記載の光学レンズと、前記光源から放射される光の一部を前方に反射させる反射板とを備え、
前記反射板は、前記第１のフレネル形状及び前記第２のフレネル形状のうち凸レンズを構成するフレネル形状と直交し且つ前記光源の光軸と直交する方向において前記光学レンズと横並びに配置されていることを特徴とする照明器具。