JP5407054B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤに代表される半導体光源を光源として用いられ、街路灯、防犯灯などの屋外用に使用される照明装置に関するものである。

従来、道路や公園などの屋外の照明装置には、白熱灯や蛍光灯、水銀灯などが用いられている。しかしながら、これらは消費電力が大きいことから、近年、環境に優しい省エネルギータイプの照明が求められている。

そこで、基板上に消費電力が少ない白色発光ダイオードを複数個配列した屋外照明装置が提供されている。この屋外照明装置では、白色発光ダイオードからの光を前後左右に広げるために、例えば、階段状に形成したモジュールの光源設置面に白色発光ダイオードを設置している。そのため、屋外照明装置は、その階段状となる部分の高さの違いにより路面までの距離を調整することで光の予め設定される照射エリアの全体に配光を行うように構成していた（例えば、特許文献１参照）。

また、他の照明装置は、発光ダイオードを光源として用い、その光源に対向する位置に照明用レンズを設置して構成されている。そして、照明用レンズは、光源側の入射面に入射側屈折領域と入射側全反射領域を備え、また、光の発散面に発散側集光領域と発散側全反射領域とを備える構成としている。そして、この照明装置は、光源から光が照射されると照明用レンズにより光を発散させて照射するため、光の利用効率が高くなるものである。（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−３１１１７８号公報 特開２００８−０８４６９６号公報

しかしながら、従来の照明装置では、以下に示すような問題点が存在していた。
従来の照明装置は、白色発光ダイオードを設置する構造が、階段状あるいは多角形にする必要があるために複雑になり、装置が全体で大きくなってしまった。
また、従来の照明装置は、照明用レンズの構成では、一旦平行光にした後に発散面において集光して発散させている。そのため、従来の照明装置は、光源を光照射エリアの中心として垂直方向に向けて照射する場合の構成であり、光源の位置が照射面の中央に配置できない場合には採用することができなかった。さらに、従来の照明装置では、シリンドリカルレンズを使用する構成も記載されているが、光を照射する一方の方向のみを制御する構成であるため、照射面に対して均等に光を照射する構成としては不十分であった。

本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたものであり、装置全体をシンプルでコンパクトにでき、また、設置角度の調整や取り扱いが容易であり、さらに、装置の設置面に対する配置によらずに照射面に対して均等に光を照射することができる照明装置を提供することを課題とする。

本発明に係る照明装置は、前記した目的を達成するために、以下のような構成とした。すなわち、照明装置は、長尺な平面基板と、この平面基板上の長手方向に沿って所定間隔ごとに並べて複数設けた半導体光源と、この半導体光源に対向する位置に配置したレンズ板と、このレンズ板を前記平面基板を間として係合するベースフレームとを備える照明装置において、前記レンズ板は、前記半導体光源からの光を入射するレンズ光入射面と、このレンズ光入射面からレンズ厚みを介して形成されるレンズ光出射面とを備え、前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の一方に形成され、前記半導体光源からの光を長手方向に沿って配光する第１レンズ部と、前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の他方に形成され、前記半導体光源からの光を前記長手方向に直交する短手方向に沿って配光する第２レンズ部とを有し、前記第１レンズ部は、前記長手方向における半導体光源の幅に対応する領域の内側に、曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面を前記長手方向に沿って隣接して形成した曲率面ユニットを備える構成とした。

かかる構成によれば、照明装置は、半導体光源を設ける位置が平面基板であり、その平面基板の長手方向に配置される半導体光源からの光を、対向する位置に配置されたレンズ板のレンズ光入射面またはレンズ光出射面の一方に形成した第１レンズ部により、長手方向である前後方向に向かって配光することができる。また、照明装置は、半導体光源からの光を、レンズ板のレンズ光入射面またはレンズ光出射面の他方に形成した第２レンズ部により、短手方向である左右方向に向かって配光することができる。また、照明装置は、第１レンズ部に曲率面ユニットを備えているため、半導体光源の直下に照射される光が曲率面ユニットに入射すると曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面によって光を屈折する方向が変わるため、その配光する方向に沿ってバランスよく光を出射させることができる。そのため、照明装置は、半導体光源や平面基板を傾けるなどの操作をすることなく設置することで予め設定される照射エリアに光をバランスよく（２次ピークを作ることなく）照射することができる。

また、前記した照明装置において、前記第１レンズ部は、複数設けた前記半導体光源に対向する位置に前記曲率面ユニットがそれぞれ設けられ、前記複数の曲率面ユニットの間に、頂点角度の異なる凸状に形成されたプリズムが長手方向に沿って形成されることで、前記レンズ板の長手方向に沿って配光される光の主光線軸が、前記半導体光源から長手方向に沿った一方向に傾斜させて配光するように形成された構成とした。

かかる構成によれば、照明装置は、第１レンズ部を、主光線軸を一方向である前方向に傾斜させるように配光し、かつ、第２レンズ部を、左右方向において中心部より周辺部に光のピークを持つように配光するので、照射エリアに対して全体の照射パターンがバランスの取れたものとなる。

さらに、前記した照明装置において、前記プリズムは、前記半導体光源からの光を入射して所定角度に屈折させるプリズム入射面と、入射面の反対側に屈折した光を全反射して出力する全反射面とを備える構成とした。

かかる構成によれば、照明装置は、半導体光源から光が照射されると、第１レンズ部の凸部であるプリズムのプリズム入射面から、照射された光を屈折し全反射面へ導いた光を全反射することで、照射エリアに向かって所定の配光となるように照射方向が制御された光を照射することができる。

さらに、前記した照明装置において、前記曲率面ユニットは、前記凸部曲率面のそれぞれが前記レンズ板の長手方向における前記主光線軸を傾斜させる側となる一端に向かって曲率半径が大きくなるように配置したものである。

かかる構成によれば、照明装置は、半導体光源の直下に照射される光が曲率面ユニットに入射すると凸部曲率面の曲率半径の大きな方から小さな方に亘って光を屈折する方向が変わるため、その配光する方向に沿ってバランスよく光を出射させることができる。そのため、照明装置は、半導体光源や平面基板を傾けるなどの操作をすることなく設置することで予め設定される照射エリアに光をバランスよく（２次ピークを作ることなく）照射することができる。

また、前記した照明装置において、前記曲率面ユニットは、構造上の曲率面ユニット中心軸または前記凸部曲率面の曲率半径が変わる曲率面区画中心軸のいずれかであるユニット中心軸と、前記半導体光源の中心光軸とが、前記長手方向にずれるように形成され、前記レンズ板の長手方向における前記主光線軸を傾斜させる側となる一端に向かって、前記半導体光源の中心光軸、ユニット中心軸の順になるように配置される構成とした。

かかる構成によれば、照明装置は、レンズ板の長手方向における一端に向かって半導体光源の中心光軸、ユニット中心軸の順になるように配置されていることから、半導体光源の近い位置における光を効率よく長手方向に沿った一方向に導くことができる。そのため、照明装置は、照射エリアの中央に配置されることがなくても、予め設定されている照射エリアに、照射された光がバランスよく配光されるようになる。

さらに、前記した照明装置において、前記レンズ板および前記平面基板は、幅方向およびこの幅方向に直交する長さ方向とで区画される照射エリアに対して、当該レンズ板および当該平面基板の長手方向を、前記照射エリアの幅方向または前記照射エリアの長さ方向に沿って配置することとした。

かかる構成によれば、照明装置は、照射エリアの幅方向または長さ方向に沿って配置することで、レンズ板の第１レンズ部および第２レンズ部から照射エリアのほぼ全域に亘って、半導体光源からの光を照射することが可能となる。

本発明に係る照明装置は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
（１）照明装置は、曲率面ユニットを有する第１レンズ部、および、第２レンズ部を備えるレンズ板により、路面等の照射エリアに配光を行うため、構成をシンプルにすることができ、半導体光源からの光を効率良く利用でき、また、装置を小型化することが可能となる。

（２）照明装置は、曲率面ユニットおよびプリズムを有する第１レンズ部、および、第２レンズ部を備えるレンズ板を有することで、照明装置の設置時に角度調整するようなことがないため、取り扱いが容易となる。特に、照明装置は、半導体光源に近い位置から照射される光の方向性を効率よく行うことができ、装置の設置位置にかかわらず照射エリアに対して２次ピークを発生させることなくバランスよく光を照射することができる

（３）照明装置は、曲率面ユニットのユニット中心軸と、半導体光源の中心光軸とをずらすように配置されているため、半導体光源の直下に照射される光の配光する方向をスムーズに方向付けすることができ、照射エリアの対する設置位置にかかわらず、照射エリアに対して２次ピークを作ることなくバランスよく光照射することができる。

以下、本発明に係る照明装置について適宜図面を参照して説明する。
図１は照明装置の設置状態を模式的に示す斜視図、図２は照明装置の設置状態を模式的に示す側面図、図３は照明装置を分解して示す分解斜視図、図４は照明装置のレンズ板を示し、図４（ａ）はレンズ板の一部を切り欠いて下方から見上げた視野における斜視図、図４（ｂ）はレンズ板の一部を切り欠いて上方から見下げた視野における斜視図、図４（ｃ）は図４（ｂ）に示す領域Ｂを拡大して示す斜視図、図５は、照明装置のレンズ板の長手方向に沿った向きで断面にした状態を模式的に示す断面図、図６は、照明装置のレンズを長手方向に直交する向きで断面にした状態を模式的に示す断面図である。

図１および図２に示すように、照明装置１は、例えば屋外となる歩道を照射するように設置される。この照明装置１の照射範囲は、光の照射方向として前後方向となる歩道の幅方向における幅寸法Ｙ、および、歩道の長さ方向における照明装置１の設置間隔Ｘ、Ｘ（２Ｘ）とで規定され、照射エリア（面積）Ａは、式、Ａ＝Ｙ×２Ｘで算出される。したがって、照明装置１は、照射エリアＡの一端側に配置されて、照射エリアＡを一様に光照射できるように配光することが好ましく、ここでは、図３に示すように、レンズ板４の構成において、レンズ光入射面４ａおよびレンズ光出射面４ｂにそれぞれ第１レンズ部としてのプリズム５と曲率面（凸部曲率面）８（図５参照）および第２レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９の構成にすることで、照射エリアＡを一様に照射できるような配光を実現している。

照明装置１は、図３に示すように、ベースフレーム２０と、このベースフレーム２０の取付面２１に接着部材３５およびネジ３６，３６により取り付けられる平面基板２と、この平面基板２に対面し、かつ、半導体光源３に対向した状態で、前記ネジ３６，３６およびコーキング材３７によりベースフレーム２０に支持されるレンズ板４とを主に備えている。なお、照明装置１は、ワイヤアセンブリ３０を設置して図示しない電気コードからの電力により支柱５０（図１参照）に設置した状態で点灯するように構成されている。

ベースフレーム２０は、全体が長方形状に形成されており、一面側にレンズ板４の取付面２１を備え、他面側に支柱に取り付けられたときに外側となる屋根部２２を備えており、例えば、アルミニウム合金のような金属部材で形成されている。このベースフレーム２０は、取付面２１側の周縁が立ち上げられて枠状に形成されており、後記するコーキング材３７を設けることで、レンズ板４との間に雨水等の外部に設置したときに外部からの外乱要因となるものが浸入し難くなるように形成されている。

また、ベースフレーム２０の長手方向における一端側には、電気的な接続を行うためのワイヤアセンブリ３０が設置されており、後記する平面基板２に電力を供給できるように形成されている。そして、ベースフレーム２０の屋根部２２は、後記する半導体光源３の点灯による熱を外気に放熱し易いように断面がドーム型（図示せず）に形成されていると共に、頂部側に長手方向に亘って薄板状の凸部２２ａを突出させることで、カラスや鳩などの鳥が照明装置１に止まり難いように構成されている。

平面基板２は、ベースフレーム２０の正面に収まるよう長手方向に延長した形状に形成されており、正面側において、複数のＬＥＤ（発光素子）などの半導体光源３が長手方向に所定間隔を空けて設けられている。平面基板２の正面および背面は、それぞれ半導体光源３およびベースフレーム２０と安定して接合するために、平坦であることが好ましい。また、平面基板２は、正面及び背面に、半導体光源３を発光させるための配線、配線パターン、異なる素子の搭載など、当該分野で公知の手段が施された基板である。この平面基板２には、搭載された半導体光源３に電源を供給するための図示しない電線が配置されており、その電線は、当該分野で通常用いられているものであれば特に限定されるものではない。

半導体光源３は、光を発光することが可能な半導体であれば、例えばＬＥＤなど、特に限定されるものではなく、当該分野で使用されているもののいずれをも使用することができる。また、半導体光源３は、半導体素子チップ自体を用いてもよく、パッケージや被覆部材等により覆われた半導体発光装置を用いてもよい。後者の場合、各構成部材に波長変換部材（例えば、蛍光体等）、拡散剤等が含有されていてもよいし、複数の半導体素子チップが搭載されていてもよい。特に、ＲＧＢに対応したフルカラーの半導体発光装置を用いることにより、単色の発光素子を用いる場合よりも、混色性を向上させることができる。半導体光源３は、平面基板２上に等間隔で配置されていることが好ましい。これにより、均一な光の分布を実現することができるとともに、半導体光源３から発生する熱の分布を均等にすることができる。

また、半導体光源３は、ＬＥＤを使用する場合、無指向なものの方がレンズ板４との距離を小さくして配置できるので、都合がよい。そして、ＬＥＤとレンズ板４との距離を近づけることで、レンズ板４に入射する光量が増え、ＬＥＤからの光を有効に使用することができる。なお、半導体光源（ＬＥＤ）３からのレンズ板４への光取り込み角は、４５度から８０度の間が望ましい。

図４に示すように、レンズ板４は、少なくとも光有効面が光透過性を有する材料で構成されていれば特に限定されず、当該分野で公知の材料によって形成することができるが、例えば、軽量で、強度の強いプラスチック、特に加工性および耐熱性を考慮すると、ポリカーボネートやアクリルなどの樹脂材料にて形成されていることが好ましい。ここでは、光透過性とは、搭載する半導体光源３からの光を１００％透過することが好ましいが、混色、色むら等を考慮して、半透明及び不透明（例えば、光透過性が７０％程度以上、乳白色のもの等）のものも含むものとする。

このレンズ板４は、半導体光源３に対向するレンズ光入射面４ａに第１レンズ部としてのプリズム５および曲率面ユニット８を所定間隔で形成したレンズユニット１２を備えると共に、レンズ光出射面４ｂに第２レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９を備えている。したがって、レンズ板４は、曲率面ユニット８およびプリズム５により半導体光源３からの光を前後方向（長手方向）に配光し、かつ、シリンドリカルレンズ９により半導体光源３からの光を左右方向（短手方向）に配光するように制御されている。

図５に示すように、レンズ板４のプリズム５および曲率面ユニット８は、半導体光源３に対面する位置に曲率面ユニット８が配置されると共に、長手方向における曲率面ユニット８の両側にプリズム５が配置されるように構成されている。

曲率面ユニット８は、図４（ｃ）および図５に示すように、長手方向における半導体光源３の幅に沿った領域Ａ１に対面するレンズ板の領域（対面領域）Ａ２の内側に配置されるように形成されている。曲率面ユニット８は、半導体光源３のそれぞれに対応して設置されており、中心光軸Ｃ１に近い照射光を効率的に光の配光方向に向けて導くために設置されている。この曲率面ユニット８は、２以上の曲率半径の異なるもの（図５では２面：第１曲率面８Ａ、第２曲率面８Ｂ）を長手方向に沿って隣接して設置している。

そして、曲率面ユニット８は、ここでは、領域Ａ２の内側となる領域Ａ３となる範囲に第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとが長手方向に沿って隣接して配置され、第１曲率面８Ａの曲率半径Ｒ１より第２曲面８Ｂの曲率半径Ｒ２が大きくなるように設定（Ｒ１＜Ｒ２）されている。つまり、曲率ユニット８では、レンズ板４の先端（長手方向における一端）に向かうにしたがって曲率半径が大きくなるように設定されている。

さらに、曲率面ユニット８の第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとの境となる曲率面区画中心軸（ユニット中心軸）Ｃ２と、半導体光源３の中心光軸Ｃ１とが長手方向に沿ってずれるように配置されている。そして、曲率面ユニット８のユニット中心軸Ｃ２が、半島体光源３の中心光軸Ｃ１よりもレンズ板４の一端側（光の配光方向となる側）となるように設定されている。曲率面ユニット８は、ここでは、第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとの長手方向における割合がほぼ同じになるように形成されている。

また、曲率面ユニット８の第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂは、レンズ板４の光の配向方向（照射角度）によりその曲率半径Ｒ１、Ｒ２の値が設定されている。ここでは、２つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、後記するプリズム５と同じように、図２で示す主光線角θ_Ｙが２０度になるように設定されている。このように、曲率面ユニット８は、領域Ａ２の内側となる領域Ａ３に前記した構成により設置されることで、半導体光源３の近傍において光軸中心を境に異なる方向に照射される光の配光を効率的に行うことができる。そして、曲率面ユニット８の設置位置以外の領域では、半導体光源３からの光の照射に対しては、後記するプリズム５により光の配光を行うことが有効となる。

図４（ｂ）、（ｃ）および図５に示すように、プリズム５は、長手方向に沿って第１プリズム５Ａから第ｎプリズム５ｎをそれぞれ頂点角度の異なる凸状に形成された凸部とし、この第１プリズム５Ａから第ｎプリズム５ｎの間の空間を凹部としている。なお、プリズムの頂点角度の異なる凸状とは、後記するようにプリズム角度α１〜α１０の角度を配光方向に沿ってそれぞれ変えることをいう。

レンズ板４のレンズ光入射面４ａに形成されたプリズム５は、半導体光源３から照射される光を、所定角度で配光するように設定される。つまり、プリズム５は、半導体光源３の数に対応して第１プリズム５Ａから第ｎプリズム５ｎまでがそれぞれ頂点角度の異なる凸状に長手方向に沿って形成されている。例えば、半導体光源３の一つに対して第１プリズム５Ａ〜第１０プリズム５Ｊの一群（曲率面ユニット８と併せてレンズユニット１２）が設置されている。したがって、半導体光源３が、例えば、２０箇所設定されている場合には、第１プリズム５Ａ〜第１０プリズム５Ｊの一群は、２０箇所形成されている。

そして、ここでは、照明装置１を支柱５０に支持したときに、プリズム５により、半導体光源３の主光線角θ_Ｙが０度（垂直方向）よりも前方向（図２参照）に傾斜する配光となるように設定している。なお、主光線角θ_Ｙを求める式は、図２を参照して説明すると、照射したい幅寸法をＹとし、照明装置１の設置高さをＨとしたときに、θ_Ｙ＝｛ｔａｎ^−１（Ｙ／Ｈ）｝／２（式１）として設定される。ここで、主光線角θ_Ｙを傾斜させて使用する理由としては、照明装置１から照射される光は、垂直方向の光の照度が大きくなるため、照射エリアＡの全体に亘る照度分布を中央（装置直下）が強くなりすぎないようにするためである。

例えば、主光線角θ_Ｙを２０度とした場合に、半導体光源３の一つに対して第１プリズム５Ａと、その第１プリズム５Ａから第２プリズム５Ｂ〜第５プリズム５Ｅおよび第６プリズム５Ｆ〜第１０プリズム５Ｊを設置した場合について、図５を参照して説明する。なお、第１プリズム５Ａを除いて、第２プリズム５Ｂ〜第１０プリズム５Ｊまでは、同じような条件で設定されるため、ここでは、ｎ＝４個目のプリズムとして第４プリズム５Ｄを一例にして説明する。

図５に示すように、例えば、主光線角θ_Ｙを２０度に設定した場合には、第４プリズム５Ｄのプリズム角α４をつぎのように設定する。プリズム角αは、空気中の屈折率をｎａ（ｎａ＝１）とし、レンズの屈折率をｎ１とし、半導体光源３から第４プリズム５Ｄまでの距離をＬとし、各プリズムのピッチ間隔をＰとし、プリズム数（ｎ個−１）をｍとしたとき、α＝［［９０−［ｓｉｎ^−１｛（ｎａ／ｎ１）×ｓｉｎθ_Ｙ｝］＋ｓｉｎ^−１［（ｎａ／ｎ１）×ｓｉｎ［ｔａｎ^−１｛Ｌ／（ｍ×Ｐ）｝］］］／２＋ｓｉｎ^−１｛（ｎａ／ｎ１）×ｓｉｎθ_Ｙ｝（式２）として算出することができる。ｎ１＝１．４９２（レンズ板４材料の屈折率）とし、主光線角θｙ＝２０とし、ｍ＝４−１＝３として、式２に代入して算出すると、α４は、約５８度として求められる。

このようにして、第２プリズム５Ｂ〜第１０プリズム５Ｊまでのプリズム角度α２〜α１０を求めて設定している。また、第２プリズム５Ｂ〜第１０プリズム５Ｊのプリズム角度α２〜α１０を設定することで、半導体光源３からプリズム入射面６に入射した光は、屈折して全反射面７に到達し、その全反射面７により全反射されてレンズ板４から主光線角θ_Ｙが２０度となるように出射する。主光線角θ_Ｙを２０度とした場合において、相対強度と角度（主光線角）の関係を図７（ａ）に示す（図７（ａ）において、「２分割」として破線で図示する。）。なお、半導体光源３の光は、レンズ板４から出射するときには、後記するように左右方向に対しても所定角度の広がりをもつ状態となる。

また、図５に示すように、第１プリズム５Ａは、半導体光源３から入射する光を屈折し、レンズ板４から出射するときに屈折することで主光線角θ_Ｙを２０度とできるようなプリズム入射面６，６が設定される。つまり、半導体光源３からの光の角度と、空気中の屈折率をｎａ（ｎａ＝１）と、レンズの屈折率をｎ１と、レンズ板４から出射する主光線角θ_Ｙを２０とすることにより、プリズム入射面６，６の角度α１が算出されて設定される。

このように、プリズム５（第１プリズム５Ａ〜第ｎプリズム５ｎ）をレンズ板４のレンズ光入射面４ａに形成することで、レンズ板４により前後方向における配光を制御している。ちなみに、曲率面ユニット８およびプリズム５がレンズ板４のレンズ光入射面４ａ側に形成されていることで、第１プリズム５Ａ〜第ｎプリズム５ｎの間の空間にホコリや細かなゴミが付着してレンズ板４の性能を低下させることを防止することができる。なお、図７（ａ）に示すように、レンズ板４の前後方向における相対強度と角度との関係を示すグラフにおいて、２次ピークを作ることなくバランスよく配光方向に沿って照射することができる。そして、レンズ板４の構成により光のピークを中央部分（図２の垂直方向）ではなく、周辺部分にシフト設定しても実際は、半導体光源３が広がりを持っているため、図１に示すような、照射エリアＡに対して楕円形状に光がバランスよく設定された配光方向に照射され、中央の照度が高く、周辺に向かうにしたがって、照度は低くなっている。

つぎに、図６を主に参照して、レンズ板４の左右方向（短手方向）における配光の制御について説明する。図４および図６に示すように、レンズ光出射面４ｂには、第２レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９が形成されている。このシリンドリカルレンズ９は、レンズ板４の長手方向に直交する短手方向に沿って凹凸となるように設けられている。図６に示すように、シリンドリカルレンズ９は、半導体光源３の中央から垂直線方向となる位置にシリンドリカルレンズ凹部１０を形成し、このシリンドリカルレンズ凹部１０の左右に連続してシリンドリカルレンズ凸部１１，１１を形成している。

このシリンドリカルレンズ９は、照明装置１からの左右方向における広がり角θｘを所定の角度となるように設定される。照明装置１の左右方向における広がり角θｘは、照明装置１の設置間隔をＸとし、照明装置１の設置高さをＨとしたときに、θｘ＝ｃｏｓ^−１［Ｈ／｛√（Ｈ^２＋Ｘ^２）｝］（式３）により算出される。なお、シリンドリカルレンズ凹部１０およびシリンドリカルレンズ凸部１１，１１の曲線は、ここでは、一例として、既存のシュミレーションソフトにより設定されている。

また、シリンドリカルレンズ９は、半導体光源３を点光源として仮定して、一例として、ここでは、広がり角θｘを６５度に設定している。左右方向における相対強度と角度（広がり角）との関係を図７（ｂ）に示す（図７（ｂ）において、「２分割」として破線で図示する。なお、「２分割」とは曲率面ユニット８が第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとに分割されている状態（図５の状態）をいう）。このように、照明装置１では、光のピークを中央部分ではなく周辺部分にシフトして設定しても、実際は、半導体光源３が広がりを持っているため、図１に示すような、照射エリアＡに対して楕円形状に光が照射され、中央の照度が高く、周辺に向かうにしたがって、照度は低くなっている。

このように、レンズ板４は、レンズ光入射面４ａ側において、半導体光源３からの光を前後方向において制御するようにプリズム５を第１レンズ部として形成し、また、レンズ光出射面４ｂ側において、半導体光源３からの光を左右方向において制御するようにシリンドリカルレンズ９を第２レンズ部として形成している。そのため、照射エリアＡに対して効率よく、かつ、エリア全体に亘って、照明装置１からの光を照射することができるようになる。また、レンズ板４に光を配光する構造を備えるため、照明装置１は、平面基板２の構成が簡易となり、さらに、レンズ板４と平面基板２との距離も近づけられることから、装置全体を小型化でコンパクトに形成することができる。

つぎに、照明装置１の作用について説明する。
図１に示すように、照明装置１が、歩道などの街路灯として設置されている例について説明する。照明装置１は、設置高さＨと、歩道の幅寸法Ｙと、設置間隔Ｘとにより、照射エリアＡに対して、楕円照射面となるように設定される。一例として幅寸法Ｙを４０００ｍｍ、高さＨを５０００ｍｍ、設置間隔Ｘを１２０００ｍｍとした場合、すでに説明したように、主光線角θｙを２０度とし、かつ、広がり角θｘを６５度として設定している。

このように、配光の状態をレンズ板４により設定しているため、平面基板２は、形状を複雑にする必要がない。また、照明装置１は、支柱５０の長手方向に対して直交するように水平に設置することで、照射エリアＡに対して適切に配光した状態で光照射することができる状態となり、作業者に対して取り扱いを容易となる。

図示しない電源の入力により照明装置１の半導体光源３から光が照射されると、光はレンズ板４の曲率ユニット８およびプリズム５のプリズム入射面６から入射して、曲率面ユニット８では、屈折して、また、プリズム５では、全反射面７により全反射することで、レンズ光出射面４ｂに向かい、前後方向において主光軸角θ_Ｙが２０度となる光に制御される。そして、レンズ光出射面４ｂから出射するときに、シリンドリカルレンズ９により左右方向において６５度となるように配光されることになる。

なお、照明装置１は、図１に示すように、楕円形状の照射領域を形成し、隣り合う照明装置１との重なり合う光の照射部分により、照射エリアＡに対して万遍なく光を照射することができる。また、照明装置１は、主光線角θ_Ｙを２０度とし、広がり角θｘを６５度として説明したが、主光線角θ_Ｙおよび広がり角θｘは、照射エリアの条件により所定の角度に設定され、その数値が限定されるものではない。

また、照明装置１は、長手方向を道路の幅方向に沿って設置するものとして説明したが、照明装置１の長手方向を道路の長さ方向に沿って設置するようにしてもよい。照明装置１は、長手方向を道路の長さ方向に沿って設置する場合には、例えば、プリズム５およびシリンドリカルレンズ９の向きが９０度回転した状態で設置される。つまり、レンズ板４は、プリズム５の凹部および凸部がレンズ板４の短手方向に沿って形成された状態とし、また、シリンドリカルレンズ９の凹凸がレンズ板４の長手方向に沿って形成されることになる。

さらに、レンズ板４は、長方形状に形成した一体のものとして説明したが、半導体光源３ごとに分割されている構成とすることや、あるいは、複数の半導体光源３ごとに対応して分割された状態で構成されるものであっても構わない。また、第１レンズ部および第２レンズ部は、それぞれ、凹凸が繰り返される形状である凹凸部として説明したが、異なる屈折率の部材を組み合わせて構成するものであっても構わない。

なお、照明装置１は、レンズ板４のレンズ光入射面４ａに第１レンズ部としてプリズム５を形成し、また、レンズ光出射面４ｂに第２レンズ部としてシリンドリカルレンズ９を形成した例として説明したが、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズ光入射面４ａに第１レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９を形成し、レンズ光出射面４ｂに第２レンズ部としてのプリズム５を形成する構成であっても構わない。

また、曲率面ユニット８は、第１曲率面８Ａと、第２曲率面８Ｂとにより構成した例として説明したが、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、曲率面ユニット８ａ〜８ｂは、以下のように構成しても構わない。なお、すでに説明した構成は同じ符号を付して説明を省略する。

図９（ａ）に示す曲率面ユニット８ａは、第１曲率面を二つに分けて形成した第１曲率面８Ａ_１，８Ａ_２と、第２曲率面８Ｂとを備えるように構成されている。この第１曲率面８Ａ_１，８Ａ_２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２と、第２曲率面８Ｂの曲率半径Ｒ３とは、レンズ板４の一端側に向かうにしたがって、大きくなるように形成されている。すなわち、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３となる。そして、曲率面ユニット８ａは、そのユニット中心軸Ｃ２が半導体光源３の光軸中心Ｃ１よりレンズ板４の一端側になるように設定されている。

図９（ｂ）に示す曲率面ユニット８ｂは、第１曲率面８Ａ_１と、第２曲率面８Ｂと、第１曲率面８Ａ_１と、第２曲率面８Ｂとの間に形成した第３曲率面８Ｃとを備えるように構成されている。この第１曲率面８Ａ_１の曲率半径Ｒ１と、第３曲率面８Ｃの曲率半径Ｒ２と、第２曲率面８Ｂの曲率半径Ｒ３とは、レンズ板４の一端側に向かうにしたがって、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３のように大きくなるように形成されている。曲率面ユニット８ｂは、そのユニット中心軸（構造上の曲率面ユニット中心軸）Ｃ２が半導体光源３の光軸中心Ｃ１よりレンズ板４の一端側になるように設定されている。

図９（ｃ）に示す曲率面ユニット８ｃは、第１曲率面を二つに分けて形成した第１曲率面８Ａ_１，８Ａ_２と、第２曲率面を二つに分けて形成した第２曲率面８Ｂ_１，８Ｂ_２とを備えるように構成されている。この第１曲率面８Ａ_１，８Ａ_２の曲率半径Ｒ１、Ｒ２と、第２曲率面８Ｂ_１，８Ｂ_２の曲率半径Ｒ３、Ｒ４とは、レンズ板の一端側に向かうにしたがって、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ４＜Ｒ３のように大きくなるように形成されている。曲率面ユニット８ｃは、そのユニット中心軸Ｃ２が半導体光源３の光軸中心Ｃ１よりレンズ板４の一端側になるように設定されている。

図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、曲率面ユニット８ａ〜８ｃでは、曲率面の数を増やすことで、半導体光源３の直下に照射される光の配光を行う場合に、より効率的に所定の方向に導きやすくなる。この曲率面ユニット８ａ〜８ｃを有するレンズ板の前後方向における相対強度と主光線角の角度との関係を図７（ａ）に、左右方向における相対強度と広がり角度との関係を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）において、４分割は、曲率面ユニット８ｃの場合を、３分割−１は、曲率面ユニット８ａの場合を、３分割−２は曲率面ユニット８ｂの場合を示す。

なお、長手方向に沿って曲率面ユニット８の両側に形成されたプリズム５を合わせたレンズユニット１２の構造上の中心軸は、ここではユニット中心軸Ｃ２にほぼ一致しているが、レンズユニット１２全体の構造上の中心軸と、半導体光源３の中心光軸Ｃ１とが長手方向に沿ってずれている（光の配光方向に向かってレンズユニット１２の構造上の中心軸が前になるようにずれている）。

本発明は、前後方向および左右方向に対して配光を制御するレンズを備える照明装置であるため、屋外のみならず屋内でも使用される照明、街路灯、防犯灯、標識灯を始め、各種の照明灯に使用することができるものである。

本発明に係る照明装置の設置状態を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る照明装置の設置状態を模式的に示す側面図である。 本発明に係る照明装置を分解して示す分解斜視図である。 本発明に係る照明装置のレンズを示し、（ａ）はレンズの一部を切り欠いて下方から見上げた視野における斜視図、（ｂ）はレンズの一部を切り欠いて上方から見下げた視野における斜視図、（ｃ）は（ｂ）に示す領域Ｂを拡大して示す斜視図である。 本発明に係る照明装置のレンズ板の長手方向に沿った向きで断面にした状態を模式的に示す断面図である。 本発明に係る照明装置のレンズを長手方向に直交する向きで断面にした状態を模式的に示す断面である。 本発明に係る照明装置において、（ａ）は、前後方向における相対強度と主光線角の角度との関係を示すグラフ図、（ｂ）は、左右方向における相対強度と広がり角度との関係を示すグラフ図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る照明装置の他の構成を示すレンズを模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る照明装置の他の構成のレンズ板をそれぞれ、一部切欠いて示す断面図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ 平面基板
３ 半導体光源
４ レンズ板（レンズ）
４ａ レンズ光入射面
４ｂ レンズ光出射面
５ プリズム（第１レンズ部）
５Ａ〜５ｎ 第１プリズム〜第ｎプリズム（凸部）
６ プリズム入射面
７ 全反射面
８ 曲率面（凸部曲率面）
９ シリンドリカルレンズ（第２レンズ部）
１０ シリンドリカルレンズ凹部
１１ シリンドリカルレンズ凸部
２０ ベースフレーム
２１ 取付面
２２ 屋根部
３０ ワイヤアセンブリ
３５ 接着部材
３６ ネジ
３７ コーキング材
５０ 支柱
Ａ 照射エリア
Ｘ 設置間隔
Ｙ 幅寸法

Claims (6)

1. 長尺な平面基板と、この平面基板上の長手方向に沿って所定間隔ごとに並べて複数設けた半導体光源と、この半導体光源に対向する位置に配置したレンズ板と、このレンズ板を前記平面基板を間として係合するベースフレームとを備える照明装置において、
   前記レンズ板は、前記半導体光源からの光を入射するレンズ光入射面と、このレンズ光入射面からレンズ厚みを介して形成されるレンズ光出射面とを備え、
   前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の一方に形成され、前記半導体光源からの光を長手方向に沿って配光する第１レンズ部と、前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の他方に形成され、前記半導体光源からの光を前記長手方向に直交する短手方向に沿って配光する第２レンズ部とを有し、
   前記第１レンズ部は、前記長手方向における半導体光源の幅に対応する領域の内側に、曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面を前記長手方向に沿って隣接して形成した曲率面ユニットを備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記第１レンズ部は、複数設けた前記半導体光源に対向する位置に前記曲率面ユニットがそれぞれ設けられ、前記複数の曲率面ユニットの間に、頂点角度の異なる凸状に形成されたプリズムが長手方向に沿って形成されることで、前記レンズ板の長手方向に沿って配光される光の主光線軸が、前記半導体光源から長手方向に沿った一方向に傾斜させて配光するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記プリズムは、前記半導体光源からの光を入射して所定角度に屈折させるプリズム入射面と、入射面の反対側に屈折した光を全反射して出力する全反射面とを備えることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記曲率面ユニットは、前記凸部曲率面のそれぞれが前記レンズ板の長手方向における前記主光線軸を傾斜させる側となる一端に向かって曲率半径が大きくなるように配置したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明装置。
5. 前記曲率面ユニットは、構造上の曲率面ユニット中心軸または前記凸部曲率面の曲率半径が変わる曲率面区画中心軸のいずれかであるユニット中心軸と、前記半導体光源の中心光軸とが、前記長手方向にずれるように形成され、前記レンズ板の長手方向における前記主光線軸を傾斜させる側となる一端に向かって、前記半導体光源の中心光軸、ユニット中心軸の順になるように配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明装置。
6. 前記レンズ板および前記平面基板は、幅方向およびこの幅方向に直交する長さ方向とで区画される照射エリアに対して、当該レンズ板および当該平面基板の長手方向を、前記照射エリアの幅方向または前記照射エリアの長さ方向に沿って配置することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の照明装置。

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