JP2015118132A - Led用配光制御レンズ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LED5の光源面50中央を仮想原点Oとし、仮想原点Oに垂直な仮想軸心Y線、仮想原点Oで仮想軸心Y線に直交し、互いも直交する仮想X線および仮想Z線を設定し、仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、光源面50からの光束を、仮想Y−X面上の仮想原点Oから正負無限大双方向に向け、拡散可能な対称形とした凹面形入射双面2を設け、凹面形入射双面2とはレンズ肉厚分を挟む反対がわの、仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、光源面50からの光束を、仮想Y−X面上の仮想原点Oから正負無限大双方向に向け、拡散且つ収束可能な対称形とした凸面形出射双面3を設けてなるLED用配光制御レンズ1である。
【選択図】図4
Description
LED(Light Emitting Diode)を採用した照明灯具は、従来の蛍光灯照明灯具に比較して長寿命、小電力点灯、配光の自由度などといった特長を有しており、電気料金などのランニングコストの低減や、二酸化炭素排出量の削減にも貢献することができる上、停電による消灯からも瞬時に再点灯できる上、天候や時刻毎の照度変化に応じた連続調光制御が可能であるなど、理想的な車両走行環境の創造に有効であるという理由から、安全性および経済性を重視しなければならない一般道や高速道路におけるトンネル用照明などに数多く設置されるようになっている。
こうした状況を反映し、その打開策となるような提案も、これまでに散見されない訳ではない。
例えば、下記の特許文献1(1)に提案されているものに代表されるように、トンネル側壁などに固定する器具取付面に対して組込み可能とした基台に、所定角度に傾斜させた搭載面を設け、該搭載面に対し、LED、および光学レンズを有する光源部を設け、当該器具取付面に対し、該搭載面に平行な姿勢となる透光性部材で開口部を閉塞した器具本体を装着し、当該器具取付面をトンネルの側壁に取り付け、先行車の背面を積極的に照明し、効果的にプロビーム照明を行なえるようにしたものや、同特許文献1(2)および同文献1(3)に見られるような、LED光源ユニットに対峙するようレンズ素子部を設け、該レンズ素子部入射側レンズカットに断面三角状のプリズム群を設け、出射側レンズカットに凸状プリズムを設け、前記プリズム群は、基準平面に対し実質的に同一の鋭角となる平面とし、積極的に反射鏡を設けずとも、明るさムラを低減した配光パターンを得ることができるようにしたトンネル用照明装置などが散見される。
上述したとおり、従前までに提案のある各種トンネル用照明装置類は、何れも、LED照明の光学的性質から、LED素子を照明方向に向けて傾斜させたものとしなければならず、照明装置の大型化や重量の増加が避けられず、また、透明カバーにレンズ素子部を一体成型したものは、LED素子を傾斜させずに配光を制御可能となるが、複数個のLED素子と、各レンズ素子部とを正確に対峙させるには、筐体および透明カバーの加工精度および組立精度を大幅に高めたものとしなければならず、しかも各レンズ素子部が外部に露出するから、汚損や破損し易く、経済的でないという欠点をもつことから、本願出願人は、永年に亘り、トンネル照明灯具の研究、開発、製造および保守管理に携わり、既に自らにおいてLED搭載のトンネル照明灯具を完成し、提供し続けている中、それらから得た様々な検知、および、ユーザーからの情報などに基づき、LEDの発熱による寿命の悪化やエネルギー効率の低下などの従前から認識されていた課題を解決するばかりでなく、さらに、灯具筐体を小型・軽量化し、一層経済的に製造、設置、点検および整備可能なトンネル用照明灯具とする如く、更なる改善の可能性を痛感するに至ったものである。
そこで、この発明は、より正確な配光制御を実現化すると共に、灯具筐体の小型・軽量化を進め、一段と経済的に製造、設置可能であって、さらに効率的な点検および整備を実現化できる新たな照明用灯具技術の開発はできないものかとの判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に渡る試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構造のLED用配光制御レンズを実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例の幾つかと共に、その構成を詳述することとする。
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明のLED用配光制御レンズは、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、LED光源面の中央を仮想原点とし、該仮想原点に垂直な仮想軸心線、該仮想原点で仮想軸心線に直交し、互いも直交する仮想X線および仮想Z線を設定し、該仮想軸心Y線に中心が一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、光源面からの光束を、仮想Y−X面上の仮想原点から正負無限大双方向に向け、拡散可能な対称形とするようにした凹面形入射双面を設け、該凹面形入射双面とはレンズ肉厚分を挟む反対がわの、該仮想軸心Y線に中心が一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、光源面からの光束を、仮想Y−X面上の仮想原点から正負無限大双方向に向け、拡散且つ収束可能な対称形とした凸面形出射双面を設けてなるものとした構成を要旨とするLED用配光制御レンズである。
LED(Light Emitting Diode)は、外部から電力の供給を受けて点灯し、外部に向け光を照射可能とする機能を担い、この発明の配光制御レンズを透して配光制御した場合、必要とされる平均路面輝度を満たすに足る照度を十分に発揮可能な能力を有するものとしなければならず、砲弾型、表面実装型(SMD:Surface Mount Device)、チップオンボード(Chip On Board)など、および、今後開発されるものを含め、様々なタイプのLED、または、LEDに置き換え可能な他の光源を配光制御の対象とすることができる。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。
図11ないし図14に示すように、取着脚部41,41は、仮想Z線方向正負無限大方向外下端となる2箇所、夫々にネジ装着孔42を穿孔し、水平接地面43を有するものとして一体化可能である。
以上のとおりの構成からなるこの発明のLED用配光制御レンズ1は、図7ないし図10および表1示すように、例えば、シャープ株式会社製、メガ銭型LED5光LED源面50中央仮想原点O上に、各凹面形入射双面2の仮想軸心Y線を一致させて、相互間に0.5mmの隙間dを確保するよう対峙させるよう組み合わせ、該LED5を発光させると、図15ないし図17に示すよう、仮想軸心Y線上に光束を集中することなく、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線の正負無限大双方向に向け、概略V字形に分岐状拡散且つ収束可能なものとなり、仮想X線の方向により広い照度分布を得ることが可能となり、こうした配光制御特性は、後述するようトンネル照明に活かすことができる。
叙述の如く、この発明のLED用配光制御レンズは、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易で、従前からのLED照明技術に比較して、照明の目的に最適な配光制御を容易に実現化することができ、光源の姿勢設定用部品類などを不要とし、灯具装置類の小型化および薄型化を実現化し、軽量且つ低廉化して遥かに経済的なものとすることができる上、従前までは、設置場所の条件に応じて各LED素子の組込み角度を個別に調節しなければならなかったが、当該レンズを組み込むだけで、各LED素子の個別調整を不要とし、光束の均質な拡散を実現化し、製造作業性およびメンテナンス作業性を大幅に改善し得るものとなることから、経費節減と作業効率の向上とを目指す、照明機器製造業界および照明関連商品を取り扱う流通業界は固よりのこと、道路用照明機器やトンネル用照明機器などを設置する道路管理者においても高い評価を得て、広範に渡って利用、普及していくものになることが予想される。
2 凹面形入射双面
20 同 入射補正曲面
3 凸面形出射双面
30 同 出射補正曲面
4 周壁凸面形出射双面
40 同 周壁反射補正曲面
41 同 取着脚部
42 同 ネジ装着孔
43 同 水平接地面
44 同 ネジ
5 LED(Light Emitting Diode)
50 同 LED光源面
51 同 光源平行仮想面
6 光束
O 仮想原点(LED光源面50中央)
Y 仮想軸心Y線
X 仮想X線
Z 仮想Z線
d LED光源面50とレンズとの間隙
L LED照明灯具
B 筺本体
U 基板ユニット
T トンネル
R 道路(路面)
H1 トンネル天井の高さ
W トンネルTの巾
E トンネルTの奥行き
H2 灯具取付高さ
D 奥行き方向の灯具取付間隔
C トンネル側壁からの取付間隔
P 灯具取付角度
Claims (6)
- LED光源面の中央を仮想原点とし、該仮想原点に垂直な仮想軸心線、該仮想原点で仮想軸心線に直交し、互いも直交する仮想X線および仮想Z線を設定し、該仮想軸心Y線に中心が一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、光源面からの光束を、仮想Y−X面上の仮想原点から正負無限大双方向に向け、拡散可能な対称形とするようにした凹面形入射双面を設け、該凹面形入射双面とはレンズ肉厚分を挟む反対がわの、該仮想軸心Y線に中心が一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、光源面からの光束を、仮想Y−X面上の仮想原点から正負無限大双方向に向け、拡散且つ収束可能な対称形とした凸面形出射双面を設けてなるものとしたことを特徴とするLED用配光制御レンズ。
- 配光制御対象LED光源面の中央を仮想原点とし、該仮想原点から垂直に無限大方向に延びる仮想軸心Y線を設定し、該仮想原点からLED光源面に平行な正負無限大方向に延び、該仮想軸心Y線に直交する仮想X線と、該仮想X線と直交する仮想Z線とを設定し、LED光源面に対し所定間隙を隔てて対峙する光源平行仮想面上に、該仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、LED光源面が発する光束を、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線の正負無限大双方向に向け、概略V字形に分岐状拡散可能な対称曲面形とした凹面形入射双面を設け、該凹面形入射双面とはレンズ肉厚分を挟む反対がわ面であって、該仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、LED光源面が発する光束を、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線の正負無限大双方向に向け、概略V字形に分岐状拡散且つ収束可能な対称曲面形とした凸面形出射双面を設け、1つのLED光源面から発する光束を、該仮想軸心Y線を中心に、仮想Y−Z面を対称境界面とし、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線上正負無限大双方向に向け、概略V字形をなすよう二叉に拡散、且つ収束するよう光線誘導し、仮想Z線方向に広く、仮想X線方向にはより長い広範囲を均質に照明可能としてなるものとしたことを特徴とするLED用配光制御レンズ。
- 配光制御対象LED光源面の中央を仮想原点とし、該仮想原点から垂直に無限大方向に延びる仮想軸心Y線を設定し、該仮想原点からLED光源面に平行な正負無限大方向に延び、該仮想軸心Y線に直交する仮想X線と、該仮想X線と直交する仮想Z線とを設定し、LED光源面に対し所定間隙を隔てて対峙する光源平行仮想面上に、該仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、LED光源面が発する光束を、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線の正負無限大双方向に向け、概略V字形に分岐状拡散可能な対称曲面形とした凹面形入射双面を設け、該凹面形入射双面とはレンズ肉厚分を挟む反対がわ面であって、該仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、LED光源面が発する光束を、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線の正負無限大双方向に向け、概略V字形に分岐状拡散且つ収束可能な対称曲面形とした凸面形出射双面を設け、該凹面形入射双面外周縁から該凸面形出射双面外周縁までの周壁面には、凹面形入射双面に入射した光束を、該仮想軸心Y線に中心を一致し、仮想Y−Z面を対称境界面とし、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線上正負無限大双方向に向け、二叉に分岐状拡散するよう、該凸面形出射双面外周縁から該凹面形入射双面外周縁に掛けて、仮想軸心Y線の無限大がわから仮想原点に近づくに従い、仮想X線正負無限大双方向に向け漸次延伸する対称曲面形とした周壁凸面形出射双面を設け、1つのLED光源面から発する光束を、該仮想軸心Y線を中心に、仮想Y−Z面を対称境界面とし、仮想Y−X面上の仮想軸心Y線の無限大方向、および、仮想X線上正負無限大双方向に向け、概略V字形をなすよう二叉に拡散、且つ収束するよう光線誘導し、仮想Z線方向に広く、仮想X線方向にはより長い広範囲を均質に照明可能としてなるものとしたことを特徴とするLED用配光制御レンズ。
- 凹面形入射双面が、その対称境界面である仮想Y−Z面を跨ぐ両範囲に、滑らかな連続曲面からなり、周壁凸面形出射双面に反射するよう誘導可能な、入射補正曲面を有すると共に、周壁凸面形出射双面には、その対称境界面である仮想Y−Z面を跨ぐ両範囲に、滑らかな連続曲面からなり、該入射補正曲面を通過し、仮想Y―Z面の無限方向に向かおうとする光束を、仮想軸心Y線に平行寄りか、平行か、または、交叉するかの少なくとも何れか一つとするよう、反射誘導可能な周壁反射補正曲面を設けてなるものとした、請求項1ないし3何れか一記載のLED用配光制御レンズ。
- 凸面形出射双面が、その対称境界面である仮想Y−Z面を跨ぐ両範囲に、滑らかな連続曲面からなり、仮想X線の正から負方向に傾こうとする光束、および、仮想X線の負から正方向に傾こうとする光束を、仮想X線の正方向から正無限大寄り、および、仮想X線の負方向から負無限大寄りに、夫々傾けるよう、光線誘導可能な出射補正曲面を設けてなるもおとした、請求項1ないし4何れか一記載のLED用配光制御レンズ。
- 周壁凸面形出射双面が、光束の拡散および収束に影響を及ぼさない外がわの適宜1箇所か、または、仮想軸心Y線回りに略均衡する複数箇所かの何れか一方に、位置決め固定用の取着脚部を一体化してなるものとした、請求項1ないし5何れか一記載のLED用配光制御レンズ。
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