JP2016162685A

JP2016162685A - レンズ、レンズユニット及び照明器具

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Publication number: JP2016162685A
Application number: JP2015042728A
Authority: JP
Inventors: 織絵中村; Orie Nakamura; 邦夫武内; Kunio Takeuchi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-05
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: CN205388269U; JP6655807B2

Abstract

【課題】所望の配光特性を容易に実現する。【解決手段】レンズ１は、ＬＥＤ３００から放射される光を入射する入射面１０と、入射面１０に入射する光を伝搬する伝搬部１１と、滑らかな曲面からなり、かつ伝搬部１１を伝搬した光を伝搬部１１の外に出射する出射面１２とを備える。また、レンズ１は、溝部１３を備える。溝部１３は、出射面１２から伝搬部１１内に落ち込むように形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ、レンズユニット及び照明器具に関し、より詳細には、光源から放射される光を屈折させるレンズ、複数の当該レンズで構成されるレンズユニット、及びレンズ又はレンズユニットを有する照明器具に関する。

従来例として、特許文献１記載の光学レンズ（レンズ）、レンズユニット及び照明器具を例示する。特許文献１記載の照明器具は、道路照明に用いられる照明器具（道路灯、街路灯、防犯灯など）である。このような照明器具は、道路に沿って立てられる照明用ポールの先端に取り付けられ、道路の幅方向に対して、道路の長手方向（人や車両が往き来する方向）に、より多くの光（可視光）を配光するように構成される。そのため、特許文献１記載の照明器具は、上述のような配光特性を実現するためのレンズ（レンズユニット）を備えている。

特開２０１２−１４５９０４号公報

ところで、レンズの表面は、通常、球面などの滑らかな曲面で形成される。しかしながら、表面が滑らかな曲面のみで形成されたレンズでは、特定の方向に放射される光（光束）を減少しつつ、当該特定の方向以外の方向に放射される光（光束）を維持又は増加させるような配光特性を実現することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされており、所望の配光特性を容易に実現することを目的とする。

本発明のレンズは、光源から放射される光を入射する入射面と、前記入射面に入射する前記光を伝搬する伝搬部と、滑らかな曲面からなり、かつ前記伝搬部を伝搬した前記光を前記伝搬部の外に出射する出射面と、溝部とを備え、前記溝部は、前記出射面から前記伝搬部内に落ち込むように形成されることを特徴とする。

本発明のレンズユニットは、複数のレンズと、複数の前記レンズ同士を連結する連結部とを有することを特徴とする。

本発明の照明器具は、１乃至複数の光源と、レンズ若しくはレンズユニットと、前記光源、及び前記レンズ若しくは前記レンズユニットを支持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明のレンズ、レンズユニット及び照明器具は、所望の配光特性を容易に実現することができるという効果がある。

本実施形態に係る照明器具の斜視図である。本実施形態に係る照明器具を構成する光源ユニットの縦断面図である。本実施形態に係るレンズユニットの斜視図である。本実施形態に係るレンズの斜視図である。本実施形態に係るレンズの縦断面図である。本実施形態に係るレンズの横断面図である。本実施形態に係るレンズの極座標表示した配光特性図である。本実施形態に係るレンズの正弦等光度図である。比較例のレンズの極座標表示した配光特性図である。比較例のレンズの正弦等光度図である。

本発明の実施形態に係るレンズ、レンズユニット及び照明器具について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本実施形態の照明器具を説明する。本実施形態の照明器具８は、道路照明器具（道路灯）である。ただし、照明器具は、道路照明器具以外の照明器具、例えば、防犯灯や街路灯などであっても構わない。

本実施形態の照明器具８は、図１に示すように、複数（図示例では３つ）の光源ユニット３と、器具本体８０と、アダプタ８１とを備える。アダプタ８１は、照明用ポール９に器具本体８０を機械的に接続するための部品である。

器具本体８０は、ボディ８００と上蓋８０１で構成される。ボディ８００は、アルミダイカストによって上面が開口した扁平な矩形箱状に形成される。また、上蓋８０１は、アルミダイカストによって下面が開口した扁平な矩形箱状に形成される。上蓋８０１は、ボディ８００の開口を開放する開位置と、ボディ８００の開口を閉塞する閉位置との間で回転可能にボディ８００に取り付けられる。なお、上蓋８０１は、自由端側の左右両端がボディ８００にねじ止めされることにより、閉位置に固定される。

器具本体８０内には、電源ユニットや端子台などが収容される。端子台は、照明用ポール９内に立ち上げ配線される電源線と電気的に接続される。電源ユニットは、端子台を介して電源線と電気的に接続される。電源ユニットは、系統電源（商用の交流電源）から電源線を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を複数（３つ）の光源ユニット３にそれぞれ供給するように構成される。器具本体８０は、アダプタ８１を介して、照明用ポール９の先端部分に取り付けられる（図１参照）。

光源ユニット３は、図１及び図２に示すように光源部３０、ユニット本体３１、カバー３２などを備える。図２は、１つの光源ユニット３の縦方向（図１に示す照明器具８の長手方向）の断面図を示している。なお、以下の説明では、図２において前後、左右、上下の各方向を規定する。具体的には、光源ユニット３の長手方向（照明器具８の短手方向）を左右方向とし、光源ユニット３の短手方向（照明器具８の長手方向）を前後方向とし、光源ユニット３の高さ方向を上下方向（照明器具８の高さ方向）とする。

光源部３０は、矩形板状の支持部材３０１と、支持部材３０１の一面（下面）に実装される複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ３００）と、レンズユニット２とを有する。ＬＥＤ３００は、支持部材３０１の下面にほぼ等間隔に並ぶように実装されている。また、図示は省略しているが、支持部材３０１の下面には、各ＬＥＤ３００を電気的に接続するための導電体（銅箔）が形成されている。

レンズユニット２は、ＬＥＤ３００が放射する光の配光を制御する多数（図示例では２８個）のレンズ１と、支持部材３０１の下面を覆う矩形板状の基板２０とを有する（図２及び図３参照）。レンズ１と基板２０は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透光性を有する材料で一体に形成される。すなわち、本実施形態における基板２０は、複数のレンズ１を連結する連結部に相当する。ただし、レンズユニット２を形成する材料は透光性を有する合成樹脂材料に限定されず、石英ガラス（二酸化ケイ素）などであっても構わない。

光源部３０は、ユニット本体３１の下面に対して、支持部材３０１とレンズユニット２を厚み方向に重ねるようにしてねじ止めされる（図２参照）。

ユニット本体３１は、図１及び図２に示すように、アルミダイカストにより、４つの辺を有する板状に形成され、下面のほぼ中央に凹部３１０が設けられている。そして、凹部３１０の底面（上面）に光源部３０がねじ止めによって取り付けられる。また、ユニット本体３１は、４つの辺のうちの第１の辺（後ろの辺）から突出する板状の連結片３１１と、支持部材３０１を跨いで第１の辺に対向する第２の辺（前の辺）に設けられる階段状の段差３１２とを備える。さらに、ユニット本体３１は、残り２つの辺（左辺及び右辺）に略三角柱状の側壁３１３がそれぞれ設けられている。なお、ユニット本体３１の上面には、複数の放熱フィン３１４が左右方向に等間隔に並べて形成されている。すなわち、光源部３０のＬＥＤ３００が発する熱をユニット本体３１に伝導して放熱するに当たり、複数の放熱フィン３１４を設けることで放熱性の向上を図っている。

カバー３２は、図１及び図２に示すように透光板３２０と、枠体３２１と、防水パッキン３２２とを有する。透光板３２０は、透光性を有する材料（アクリル樹脂等の合成樹脂材料や石英ガラスなど）で矩形平板状に形成される。枠体３２１は、アルミダイカストによって矩形の枠状に形成されている。

そして、カバー３２は、ユニット本体３１の下面に被せられ、枠体３２１がユニット本体３１にねじ止めされることでユニット本体３１に取り付けられる（図２参照）。カバー３２がユニット本体３１に取り付けられることにより、ユニット本体３１の凹部３１０が透光板３２０と防水パッキン３２２とで密閉される。そして、光源部３０が発する光は、透光板３２０を通してユニット本体３１の外に放射される。

３つの光源ユニット３は、中央の光源ユニット３の連結片３１１が後端の光源ユニット３の段差３１２に重なるように固定され、かつ、前端の光源ユニット３の連結片３１１が中央の光源ユニット３の段差３１２に重なるように固定されて連結される。そして、連結された３つの光源ユニット３は、後端の光源ユニット３の連結片３１１が器具本体８０の前端に固定される（図１参照）。なお、光源ユニット３同士の固定及び光源ユニット３と器具本体８０の固定は、例えば、ねじ止めによって行われることが好ましい。

次に、本実施形態のレンズ１及びレンズユニット２について、さらに詳細に説明する。

複数個のレンズ１は、図３に示すように、矩形平板状の基板２０の表面に、縦横に並ぶように設けられる。ただし、複数個のレンズ１は、７個ずつ１列に並べられ、かつ４つの列が並行するように基板２０の表面に配置される。各列の７個のレンズ１は、等間隔に配置される。また、各列のレンズ１は、当該列の並び方向において、隣の列のレンズ１同士の間に配置される。さらに、基板２０の表面には、各列の７個のレンズ１と並行する４本の補助レンズ２１が設けられている。これら４本の補助レンズ２１は、例えば、三角柱状に形成されることが好ましい（図３及び図５参照）。

レンズ１は、図４〜図６に示すように、入射面１０と、伝搬部１１と、出射面１２と、溝部１３とを備える。なお、以下の説明では、図４において、レンズ１の上下、左右、前後の各方向を規定する。すなわち、レンズ１の長手方向を左右方向とし、レンズ１の短手方向を前後方向とし、レンズ１の高さ方向を上下方向とする。

入射面１０は、ＬＥＤ３００から放射される光を入射するように構成される。入射面１０は、例えば、回転放物面形状に形成されることが好ましい（図５参照）。出射面１２は、滑らかな曲面形状、例えば、半紡錘形に形成されることが好ましい（図４参照）。伝搬部１１は、入射面１０と出射面１２に囲まれた領域の媒質（合成樹脂や石英など）からなる（図５及び図６参照）。本実施形態のレンズ１は、出射面１２から出射する光を、前後方向よりも左右方向において、より広い範囲に発散するように構成される。

溝部１３は、図４及び図６に示すように、幅方向（左右方向）の断面形状がＶ字状となるように形成されることが好ましい。本実施形態のレンズ１において、溝部１３は、出射面１２の長手方向（左右方向）の中央、かつ前側に設けられることが好ましい。なお、溝部１３は、基板２０の表面に接する位置から、出射面１２の天頂（出射面１２の最下点）に近い位置まで達するように形成されることが好ましい（図５参照）。

本実施形態のレンズユニット２は、図１及び図２に示すように、レンズ１と照明器具８の前後方向を一致させ、かつ溝部１３が設けられたレンズ１の前面を、照明器具８の前方（道路側）に向けるように、ユニット本体３１に取り付けられる。

ここで、伝搬部１１を伝搬して溝部１３に到達した光の大部分は、溝部１３の斜面１３０（図６参照）で全反射される。そのため、出射面１２において溝部１３が設けられている位置から出射される光は、溝部１３が無い場合と比較して大きく減少する。したがって、本実施形態のレンズ１は、溝部１３が設けられる位置、溝部１３の大きさ（幅寸法、長さ寸法及ぶ深さ寸法）に応じて、特定の方向及び範囲の光束を減らすことができる。

ここで、本実施形態の照明器具８における、レンズ１の配光特性をシミュレーションした結果（配光曲線）を図７及び図８に示す。図７は、レンズ１の配光特性を極座標表示した図であり、動径が光度に対応し、偏角が鉛直角θに対応する。つまり、鉛直角θが０［°（degree）］の向きを鉛直下向きとする。また、図８は、レンズ１の配光特性を正弦等光度図で表した図である。

さらに、本実施形態のレンズ１の比較例（本実施形態のレンズ１から溝部１３を無くした構成例）の配光曲線を図９及び図１０に示す。図９は、図７と同様に比較例の配光特性を極座標表示した図であり、図１０は、図８と同様に比較例の配光特性を正弦等光度図で表した図である。

なお、図８及び図１０において、水平角φ＝０［°］及びφ＝１８０［°］の方向を道路の幅方向とし、φ＝９０［°］及びφ＝２７０［°］の方向を道路の長手方向（車両や人などが通行する方向）とする。また、照明器具８から見て道路側をφ＝０［°］とし、道路と反対側をφ＝１８０［°］とする。

図７及び図９においては、φ＝０［°］及びφ＝１８０［°］における配光曲線Ｌ１を実線で示し、φ＝９０［°］及びφ＝２７０［°］における配光曲線Ｌ２を破線で示している。また、図７及び図９においては、光度が最大となる水平角φmaxにおける配光曲線Ｌ３を二点破線で示している。なお、図７におけるφmaxは６０［°］であり、図９におけるφmaxは６７［°］である。

図９の配光曲線Ｌ１及び図１０の配光特性を見ると、道路側の鉛直角θ＝４５［°］以上の角度における光度が、比較的に大きくなっている（図９においてハッチングした範囲を参照）。このような範囲の光は、道路を超えて、道路の周辺に存在する住宅などに光害をもたらす虞がある。

一方、図７の配光曲線Ｌ１及び図８の配光特性を見ると、道路側の鉛直角θ＝４５［°］以上の角度における光度は、比較例の場合（図９及び図１０参照）よりも大幅に低減されている。すなわち、本実施形態のレンズ１は、水平角φ＝０［°］に対応し、かつ９０［°］から４５［°］の鉛直角θの範囲に対応する位置に、溝部１３が設けられているので、図７に示した配光曲線Ｌ１や図８に示した配光特性を実現することができる。そして、このようなレンズ１を用いることにより、本実施形態の照明器具８は、道路周辺の住宅などに光害をもたらし難くなるという利点がある。

なお、本実施形態のレンズ１において、溝部１３をＶ溝（幅方向の断面形状がＶ字状の溝）としているが、Ｖ溝以外の形状の溝、例えば、幅方向の断面形状がＵ字状やＣ字状あるいは底面が平坦な形状の溝であってもよい。ただし、ＬＥＤ３００と対向する溝部１３の底面が平坦面や曲面の場合、底面を通過してレンズ１の外に出射される光が増えてしまう。したがって、溝部１３はＶ溝で構成されることが好ましい。

上述のように本実施形態のレンズ１は、ＬＥＤ３００（光源）から放射される光を入射する入射面１０と、入射面１０に入射する光を伝搬する伝搬部１１と、滑らかな曲面からなり、かつ伝搬部１１を伝搬した光を伝搬部１１の外に出射する出射面１２とを備える。また、本実施形態のレンズ１は、溝部１３を備える。溝部１３は、出射面１２から伝搬部１１内に落ち込むように形成される。

本実施形態のレンズ１は上述のように構成され、溝部１３の位置や大きさなどに応じて、所望の配光特性を容易に実現することができる。

また、本実施形態のレンズ１において、溝部１３は、幅方向の断面形状がＶ字状となるように形成されることが好ましい。

本実施形態のレンズ１が上述のように構成されれば、溝部１３から出射される光を減少させて所望の配光特性を容易に実現することができる。

本実施形態のレンズユニット２は、複数のレンズ１と、複数のレンズ１同士を連結する連結部（基板２０）とを有する。

本実施形態のレンズユニット２は上述のように構成され、各レンズの溝部１３の位置や大きさなどに応じて、所望の配光特性を容易に実現することができる。

本実施形態の照明器具８は、複数のＬＥＤ３００（光源）と、レンズ１若しくはレンズユニット２と、ＬＥＤ３００、及びレンズ１若しくはレンズユニット２を支持する器具本体８０とを備える。

本実施形態の照明器具８は上述のように構成され、レンズの溝部１３の位置や大きさなどに応じて、所望の配光特性を容易に実現することができる。

１レンズ
２レンズユニット
８照明器具
１０入射面
１１伝搬部
１２出射面
１３溝部
２０基板（連結部）
８０器具本体
３００発光ダイオード（光源）

Claims

光源から放射される光を入射する入射面と、前記入射面に入射する前記光を伝搬する伝搬部と、滑らかな曲面からなり、かつ前記伝搬部を伝搬した前記光を前記伝搬部の外に出射する出射面と、溝部とを備え、
前記溝部は、前記出射面から前記伝搬部内に落ち込むように形成されることを特徴とするレンズ。
前記溝部は、幅方向の断面形状がＶ字状となるように形成されることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
請求項１又は２記載の複数のレンズと、複数の前記レンズ同士を連結する連結部とを有することを特徴とするレンズユニット。
１乃至複数の光源と、請求項１又は２に記載のレンズ若しくは請求項３に記載のレンズユニットと、前記光源、及び前記レンズ若しくは前記レンズユニットを支持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。