JP2015038826A - 街路灯 - Google Patents
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Abstract
Description
このような街路灯に関連して、例えば特許文献1(特開2011−040196号公報)には、LED光源から光軸直交方向に離れるに従って光軸直交方向に対する傾きが緩やかになって行く反射面を有したLED照明装置が開示されている。
また、特許文献2(特開2004−200102号公報)には、蛍光灯などに変わるLED光源を用いた街路灯用の照明装置として、道路面を広範囲に照明するためにLED光源が下面に指向するように、しかも道路進行方向に沿って多方向に指向するように多角形状に配置する装置が知られている。
さらに、特許文献3(再公表WO2007/088665号公報)には、LEDとそれを挟んで対向し長手方向に延びる断面アーチ型の互いに非対称な2つの反射面を備えた照明装置が開示され、LED光源からの照射光を反射面で一部集光して照明し、照度を高めることが記載されている。
さらに特許文献2のLED光源を多角形状に配置した街路灯装置では、街路灯が設置される道路幅方向における照度分布の調整ができないという問題点があった。
また、特許文献3の照明装置は、反射面によってそれに直交する方向での配光を制御するものであるが、適用する照明用途によっては反射面やLEDの形状や配置が必ずしも適切ではなく、街路灯としては照明領域や照度分布の点で改善の余地があった。
これにより、後部反射面で反射されて道路幅方向遠方側を照射する反射光の光量を優先的に増やすことができるので、照明が必要な領域の照度を効率的に高め、照度分布も良好に保つことができる。
これにより、後部反射面や前部反射面での反射光の反射角度が単純な計算や作図で割り出すことができ、道路面への配光制御が容易となる。
これにより、反射ユニットでの照射光の反射率を高め、道路幅方向遠方まで照射させることができる。
また、照明必要領域外に及ぶ上方光束や漏れ光を少なくし、近隣の光害を防ぐとともに、省電力化を図ることができる。
さらに、LED光源からの直接光と反射ユニットで反射させた反射光との合成光として、道路幅方向に対して遠方への照度を高めることができる。
そして、照明効率が高いので使用するLED光源の数を少なくすることができ、ギラギラ感や眩しさを少なくすることができる。
そして、複数の光源は、後向き光源と前向き光源との組み合わせからなり、
後向き光源の光軸は、反射ユニットの後部に取付けられた後部反射面を照射し前方へ反射するようになっている。
さらに、後向き光源の照射光量は前向き光源の照射光量よりも大きくするようにしている。
LED光源は、通常前方にのみに光を放出するように作られており、指向性のある光素子である。本発明の街路灯では、後述するようにLED光源の指向性、配光特性を考慮しながら、光源と反射ユニットの反射面とを適切に組み合わせ配置することにより、LED光源からの放射光のうち本来なら漏れ光として照明必要領域外へ向かう光を、反射板を使って照明必要領域へ効率的に反射させ照明する。従ってLED光源からの直接光と反射ユニットで反射させた反射光との合成光を用いて照明を行うので、街路灯のように比較的広い領域を照明する場合でも、道路面の照明必要領域内の照度を上げて照明効果を向上させることができる。
また、本発明の街路灯においては、複数のLED光源を前向き光源と後向き光源に分け、これを組み合わせる。前向き光源と後向き光源は、光源のLEDの光軸を照射領域の道路進行方向に直交する面上に投影したときに、その光軸の向きが、前者は下向きで鉛直よりも道路幅方向遠方側を向いており、後者は下向きで鉛直よりも道路幅方向手前側(支柱側)を向いている。鉛直下向きを0°とし道路幅方向遠方側を+、手前側を−として表せば、光軸を前者が+5〜+60°、後者が−5°〜−45°の範囲に向けるのが好ましい。
本発明においては、LED光源の向きが異なることが重要である。参考として図16に、後述の実施例と同じLED素子を道路進行方向(紙面垂直方向)に沿って3個直線状に同じ向きで配置し、略箱型形状の反射ユニットを備えた街路灯(図16(a))について、街路灯の直下から道路幅方向に沿って測定した道路面路面の照度プロフィール(図16(b)の図中の参考例で示す曲線)を示した。街路灯の設置高さ4.2mで、反射面の形状も後述の実施例とは多少相違するが、照度分布の傾向を考える上では十分参考になる。すなわち、LED光源の向きが3個とも同じ参考例の街路灯では、反射ユニットにより反射光を集光して照明するので、照明領域の平均照度アップは可能となるが、後述の実施例のような比較的均一で良好な照度分布は得られないのである。
一方、本発明では、前向き光源と後向き光源とに分けたことにより、それぞれの光源がそれぞれ別の領域を優先的に照明することが可能となり、1つの街路灯全体として適切な配光制御が可能となるので、照明の効率を高め、照度の高い領域を広げることができ、優れた照度分布の照明が可能となる。
そして後向き光源の光軸が、反射ユニットの後部に取付けられた後部反射面を照射し前方へ反射するようになっているので、光源からの距離が遠く照度が低くなりがちな道路幅方向の遠方側領域に向けて、特に光度の強いLED光源の光軸に近い範囲の光を優先的に反射させて照明することができ、道路幅方向遠方領域での照度を効率的に高めることが可能となる。
また前向き光源は、LED光軸を道路幅方向の中央部付近かそのやや手前付近に向けて設置するのが好適である。このとき前向き光源からの上方光束は、反射ユニットの前部に配置された前部反射板によって後方へ反射され、道路幅方向の中央付近から支柱付近までの領域を主に照明する。
さらに本発明の街路灯においては、後向き光源の照射光量は前向き光源の照射光量よりも大きくするようにしている。後述するように、前向き光源と後向き光源の最も光度が強い方向の光、すなわち光軸方向の光は、道路幅方向で見た場合、前向き光源が中央領域(光源からの直射光による照明)、後向き光源が遠方領域(後部反射面からの反射光による照明)をそれぞれ照明領域としている。したがって、光源からの距離が遠く暗くなりがちな遠方領域を中心に照明する後向き光源の照射光量を、前向き光源の照射光量よりも大きくすることにより、道路幅方向の照度分布をより適切なものとすることができる。
なお、照射光量を大きくする手段としては、LED光源の数を増やしたり、照射量の大きなLED光源を使用することが挙げられる。
LED光源の数を増やす場合には、道路進行方向すなわち前部反射面及び後部反射面の長手方向に沿って複数のLEDを配置するのが、各LEDと反射面との道路幅方向での相対的な位置関係が同じになるので、配光制御がやりやすく好ましい。
また、照明必要領域外に及ぶ上方光束や漏れ光を少なくし、近隣の光害を防ぐとともに、省電力化を図ることができる。
なお、後述の配光制御にあたっては、LED光源の照射角度として光軸光度の50%以上となる角度範囲を照射範囲として考え、反射面の設定を行うとよい。
またLED光源としては、白色発光ダイオードを用いるものの他に、例えば、青色、赤色、緑色などの単色発光ダイオードを組み合わせることで、多彩な配色効果や照射分布制御効果を発揮させることも可能である。
前部反射面及び後部反射面は、道路幅方向の断面形状を光源側に凹の形状とすることが、照明必要領域に光を反射させ適切な照度分布とするうえで好適である。
さらに好適には前部反射面及び後部反射面は、道路進行方向を長手方向とした複数の長方形状の反射部材から構成されている。それらの反射部材は、反射ユニットの長手方向の基線を基準として、上方の反射部材から下方の反射部材へ行くに従って、順次に内側へ折り曲げられるように形成されている。この構成であれば、平らな一枚の鏡面金属板を折り曲げて反射面を形成することができ、製作が容易である。また、反射面の各部分が平面のため配光制御も比較的単純でやりやすい。
側部反射面は、平面状であってもよいし、光源にむかって凹面状であってもよい。
銀鏡処理とは、鋼板やアルミ板などの金属板の表面に銀鏡めっきを施したものをいう(例えば、東洋鋼鈑(株)製造の「ミラーコートK」(登録商標))。
銀めっきは、高い反射率を有するので、反射ユニットの後部反射面や前部反射面に好適に用いることができる。
その他、反射面にはアルミなどの金属蒸着処理により表面を鏡面とした金属板やプラスチック、紙などを用いることができる。
図1は、実施例に係る街路灯の支柱への設置状況を示す側面説明図である。
図2はその平面説明図、図3は街路灯要部の斜視図である。
図4は街路灯要部の側面断面図(a)、正面断面図(b)である。
図1に示すように、本実施例の街路灯10は、道路側端に立設されたコンクリート製や鋼鉄製などの支柱11の上部に金属バンドなどの結束具12を介して取り付けられる。街路灯10には、複数のLED光源を組み合わせた光源ユニットLが、全体が箱状に形成されている反射ユニット20の光源固定板13に配置されている。
そして、反射ユニット20は、光源ユニットLから発せられる照射光を反射ユニット20の開口部20aを通して道路面に向けて反射させるための前部反射面P及び後部反射面Qを備えている。
LED光源14、15、16の街路灯10への取り付けは、反射ユニット20の後向き及び前向き方向にそれぞれ方向付けられた光源固定板13にそれぞれ取り付けられることによって、反射ユニットの前部反射面及び後部反射面に照射されるようになっている。
図2では、両端の2基のLED光源14、16が後部反射面Qに向けて取り付けられており、中央の1基のLED光源15が前部反射面Pに向けて取り付けられている例を示している。
このように、後向き光源(LED光源14、16)の光軸方向の照射光は、反射ユニット20の後部に取付けられた後部反射面Qを照射し前方へ反射されるようにし、後向き光源(LED光源14、16)の数を多くしてその照射光量を前向き光源(LED光源15)の照射光量よりも大きくするようにすることによって、道路幅方向遠方側の照度が低くならないようにしている。
すなわち、前部反射面Pにおいて、これらの3枚の反射部材は、下から順に、前下部材21、前中部材22、前上部材23、とし、後部反射面Qにおいて、下から順に、後下部材24、後中部材25、後上部材26、としている。
そして、前部反射面P及び後部反射面Qを構成する各部材の内側方向折り曲げは、
上から順次に内側へ折り曲げられるように形成されている。
なお、前部反射面Pの前下部材21の水平線とのなす内側角度(P21)は、後部反射面Qの後下部材24の水平線とのなす内側角度(Q24)よりも小さくしている。これによって、後部反射面Qに向けて照射される2基のLED光源14,16からの照射光を反射させて、道路幅方向(Y軸)の遠方(取付け支柱11側とは反対側)まで照射できるようにしている。
このように、街路灯10の設置位置を基準点として道路面への配光を制御することによって、照明が必要な領域(照明必要領域)に効率的に照射し、漏れ光を少なくして近隣光害を防ぐことができるのである。
図5の場合においては、街路灯設置位置を基準点とした照明必要領域(道路幅7m)への照射角度は約65.5°となるので、街路灯の照射範囲をこの範囲に収めることができるように、反射ユニット及び光源ユニットの設定を行った。
すなわち、図5に示すように、街路灯設置位置から2.5m道路幅方向へ離れた道路面(Y軸2.5と表記)の照度は、光の低減率による計算上、街路灯設置位置直下位置(Y軸0)の照度を100とすると75となり、6m離れた位置(Y軸5)の照度は36となる。
この場合の、後向き配置した2基のLED光源の光軸、前向き配置した1基のLED光源の光軸は、それぞれ照射面鉛直軸から35°傾けて設定した(図4参照)。
このことにより、光源ユニットの照射光が、直射光として直接照射面に照射される部分と、反射ユニットにより反射光として必要照射面に効率良く、尚且つ距離の遠い方向(Y軸2.5〜Y軸6)に対して照射光を増加させることが出来た。
すなわち、反射ユニット20において、前部反射面Pは、1基の前向きLED光源15との組み合わせにより、距離の近い方向(Y軸0〜Y軸3)を効率良く照射する反射部材21,反射部材22、反射部材23の角度と面積設定を行い、後部反射面Qは、2基のLED光源14,16の組み合わせにより距離の遠い方向(Y軸2.5〜Y軸6)を効率良く照射する反射部材24,反射部材25、反射部材26の角度と面積設定を行うようにした。
なお、反射面の形成にあたってLED光源と反射部材との関係・組み合わせは、必ずしも上記のとおりである必要はなく、例えば、前部反射面Pが、1基の前向きLED光源15との組み合わせにより反射部材21〜23の角度と面積設定を行い、後部反射面Qが、1基の前向きLED光源15と2基の後ろ向き光源14、16との組み合わせにより、反射部材24〜26の角度と面積設定を行うようにしてもよい。
また、ここでは前部反射面および後部反射面をそれぞれ3つの反射部材からなるように設定して説明するが、これを例えば4枚以上からなるようにして構成しても構わない。
ここで使用するLED光源は図15の配光特性を持つものとし、照射角度範囲を光軸の前方方向±70°として考える。そうすると、後部反射面に当接させるLED光源14及びLED光源16の光軸を、道路面鉛直軸と同じにした場合、LED光源の照射角度片側70°の照射光は街路灯設置位置から6mの照明必要領域を越えてしまう。
そこで、片側70°の照射光端部が街路灯設置位置から6mに収まる角度まで光軸を傾けると、LED光源14,16の光軸は、道路面鉛直軸から−18°の傾きが得られるが、光度の強い光軸14,16の左右20°の光源強度を十分に使えるようさらに傾きを加えて35°に設定した。
この時、街路灯設置位置から6mに照射される光に光軸対称な−70°の照射光が、後部反射面の反射部材26の形成起点となる。この形成起点は、35°傾けたLED光源中心点から後部反射面方向に25mm程度離れた位置、即ち、実際にLEDモジュールが支障なく収まる位置に設定し、この形成起点を反射点Aとする。
照射点Aを照明必要領域中間点(Y軸3)に設定する理由は、複数の反射部材を形成する場合、最初に形成する反射部材の受ける光束量は比較的照射強度が弱いため、遠方への照射効果が低いことと、遠方に反射させるために反射点A−A’の道路面鉛直軸角度を小さくすると、後部反射面の下方向の反射部材の形成が難しいことによる。
この時、平行線を結んだ垂線(線分AA’)が、反射点A−A’を含む反射部材26として形成され、反射点A’に入射する光源照射光を、入射角と等しい反射角で反射させて、照明必要領域に直線を設け、道路面と交わった地点を照射点A’とし、照射点Aと照射点A’の領域に反射点A−A’を含む反射部材26からの反射光が照射される。
ここでも、先ず、反射点Bの照射点Bを、照明必要領域任意の地点に設けるが、反射部材25,反射部材24は、LED光源の照射強度の高い部分を反射するので、照明必要領域遠点のY軸6近傍を照射点Bとし、反射点Bと照射点Bを結ぶ直線を反射光B−Bとする。
ここで、形成された反射点B’の反射光到達地点が、照射点B’となり、照射点Bと照射点B’の領域に、反射点B−B’を含む反射部材25の反射光が照射される。
前部反射面Pの形成方法は、後部反射面Qの形成方法と同様であり、ここでは記述を省略するが、図7のようになる。
反射ユニットの断面図(図4)に示す通り、前部反射面Pは後部反射面Qとは異なる形状になり、光源ユニットLを中心にした非対称形状を形成する。
次に、実施例で説明した、反射ユニット(前部反射面P,後部反射面Q,右側反射面S1,左側反射面S2)及び光源ユニットLを光源固定板13に固定したものを用いて、
高さ4.5mに設置し照明必要領域X軸0〜10、
(X軸0〜10は、支柱を0点として、道路幅方向と直角に測定した地点)
Y軸−1〜6の1m間隔で道路面照度測定を行った。
図8は、従来のLED街路灯の説明図である。LED3基を道路幅方向に沿って配置してある。反射面は備えていない。
図9は従来のLED街路灯の照射範囲を示す配光図である。図10は、実施例の街路灯と従来品の街路灯における、X軸0位置の照度分布プロフィールを示す比較グラフである。図10では、X軸0位置での、Y軸0〜Y軸5の照度分布プロフィールを示している。
図11から明らかなように、実施例の街路灯は、従来品の街路灯に比べて、全体的な照度向上と遠方への照射効果が優れていることが分かる。
なお、道路面の平均照度は、比較した従来の街路灯5Lxに対して、実施例の街路灯では11Lxであり、従来品の220%が得られた。
LED光源の全照射角度=140°、
後向きLED光源14,15の直射光で照明する角度=64°、
前向きLED光源15の直射光で照明する角度=95°、
反射面による反射ロス=0.05%、
透明アクリルカバー透過率=94%、
(反射ユニットの周囲、下面を、透明アクリル保護カバーで覆った場合を想定)
の条件で、有効光束量合計=826lmとなり、
826lm/(300lm×3基)=0.92
すなわち、器具効率は約92%となる。
図12は、実施例に係る街路灯の後部反射面Qの照射状態を示す配光図である。
図13は、実施例に係る街路灯の前部反射面Pの照射状態を示す配光図である。
図14は、実施例に係る街路灯のLED光源の直射光の照射状態を示す配光図である。
上記の図12〜図14の照射光解析で算定すると、照明率は以下のようになる。
(a)Y軸−1〜Y軸6の照明必要領域に到達している有効光束量は、
(a−1)後部反射面Qの反射光=全量=291lm
(a−2)前部反射面Pの反射光=全量=86lm
よって、反射光計は377lmである。
(a−3)直射光は、
後部反射面Q側の直射光=237lm
前部反射面P側の直射光=190lm
よって、直射光計は427lmである。
(a−4)照明必要領域に達している有効光束量=377lm+427lm=804lmである。
(b)実施例街路灯の照明率=804lm/826lm×100=97.3%
よって、実施例の街路灯の照明率は約97%であることが分かる。
実施例の街路灯は照明率が高いので、従来の街路灯では照明必要領域外に照射されている光束を、照明必要領域に照射することが可能となり、同じ9Wの消費電力とランプ光束量で220%の照度向上が得られることが確認できた。
しかし実施例の街路灯を適用すると、消費電力を増やさずに照度アップできるので、9Wタイプを20m間隔で6カ所の設置で満足することが可能であり、消費電力量を50%削減でき、更に所要費用も安価に抑えることができる。
また、ここまで光源ユニットと反射ユニットがそれぞれ1組の街路灯について説明をしてきたが、本発明の街路灯の態様はこれに限られない。例えば、図1に係る反射ユニット及び光源ユニットの組合せを1ユニットとし、このユニットを複数個組み合わせて1つの街路灯することも可能である。このようにすれば、より広い範囲の照明可能であり、さらに広範な利用が可能となる。
11:支柱
12:結束具
13:光源固定板
14、15,16:LED光源
20:反射ユニット
20a: 開口部
21,22,23,24,25,26:反射部材
S1:右側側面反射板
S2:左側側面反射板
L:光源ユニット
P:前部反射面
Q:後部反射面
P21:前部反射面の再下段に位置する反射部材の水平線とのなす角度
Q24:後部反射面の再下段に位置する反射部材の水平線とのなす角度
Claims (3)
- 光源として複数のLED光源を光源固定板に取付けられた光源ユニットと、
その光源ユニットの周囲を取り囲み光源ユニットからの照射光を開口部を通して道路面に向けて反射させる反射面を有する略箱形状の反射ユニットを備えた街路灯であって、
前記複数の光源は、後向き光源と前向き光源との組み合わせからなり、
前記後向き光源の光軸は、前記反射ユニットの後部に取付けられた後部反射面を照射し前方へ反射され、
前記後向き光源の照射光量は前記前向き光源の照射光量よりも大きくしたことを特徴とする街路灯。 - 前記反射ユニットの後部反射面及び前部反射面は、
反射ユニットの長手方向の基線を基準として、上から順次に内側へ折曲げた長方形状の反射部材から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の街路灯。 - 前記反射ユニットの後部反射面及び前部反射面は、
金属板の表面を銀鏡処理したものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の街路灯。
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