JP5607672B2 - 照明ユニット及びled照明装置 - Google Patents
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Description
しかしながらLEDは指向性が強いため、高輝度なLED照明装置を作成すると、被照射面の照度むらの大きい照明装置となる。
前記個々のLEDユニットの前記各反射部材は、前記反射部材の前記焦点位置から出射開口面までの距離が同一であり、
前記各反射部材の回転対称軸を前記LED光源の主光軸に対し、互いに0度〜30度の範囲内で左右方向に傾けて配光角をほぼ一定にしたまま照射角度を調整していること特徴とする。
また反射面の回転対称軸に対して、仮想平面の切断角度を適宜変えることによって、配光角を保ったまま出射光の光軸の向きを制御できるLED照明ユニットが容易に得られる。
本実施形態の照明装置は、図1に示したような各種部材から構成されており、反射部材13で制御された照射範囲を有するLEDユニット10からの出射光の照射位置と照射角度が、照明ユニット20、30、40と架台50、60、70によって調整され、前記LEDユニット10からの複数の出射光を合成して、所望の照射エリアを、所望の明るさで照射する照明装置である。
なお、以下に記載した配光角や照射エリアに関する照度分布は、光学設計ソフトウェアZemaxを使用して、シミュレーションしたものである。
本実施形態1に係わる照明装置100は、駐車場灯として使用されるものであって、図2に示したように、駐車エリアの中間地点に設置された支柱1の頂部近傍に取り付けられ、幅6mで長さ12.5mの駐車エリア2を、2ルクス以上となるように、また幅3mで長さ12.5mの車路3を、10ルクス以上となるように照射するものである。
反射部材13の内壁は、コーニック係数が−1の回転放物面の一部からなる形状の反射面であって、回転放物面の回転対称軸Aと直交する仮想平面で切断された、LED光が出射する出射開口部14と、前記回転放物面の略焦点位置を通る仮想平面によって切断された底部開口部15とで形成されている。前記LED基板12の上に、前記反射部材13が、その底部開口部15の端面が全周で当接するように固定されている。
また前記LED素子11は、前記反射部材13のほぼ焦点に位置するように実装されており、反射部材の高さh1(焦点位置から、出射開口部を形成する仮想平面までの距離)を変える事で直接光αと反射光βからなる配光角を、図4に示したように制御することができる。
前記各反射部材は、ABSを使用して成形し回転放物形状に成形した後、アルミニウムメッキをして反射面を作成したが、成形樹脂として、PBT樹脂やポリカーボネート樹脂等の公知な樹脂が使用できる。また、メッキのかわりにアルミニウム蒸着によって反射面を作成してもよい。
前記各架台50、60、70には、図6に示したように基板に当接する面51、61、71と、照明ユニットに当接する面52、62、72が設けられており、これらの面と面との間の角度と、多角形状基板21、31、41を形成する隣り合う面と面との間の角度と、各LEDユニット10に供給される電力とを調整することによって、照射むらの少ない状態で駐車場を照射することができる。
なお、照明装置100の出射光側に、照明装置本体基板90を覆うように透光性のカバーを設置してもよく、更に、前記カバーの照明装置本体基板90に近い側の周縁に沿った内側の側壁部分に反射層あるいは反射部材を設けて、駐車場の外側に漏れる光を減らすこともできる。
次に、本実施形態1に係わるLEDランプ100の効果を示す実験例について具体的に説明する。
前記反射部材13a、b、cの反射面のコーニック係数を−1、曲率半径を2.4mmとし、高さh1を9.6mmとすることで、配光角20度のスポット光を得た。
前記多角形状基板21、31、41は、図7に示したように、長尺の平板を、幅方向に沿って山折りに折り曲げ、端辺同士を接合して、6角形に形成される。図8に示した各多角形状基板端面24、34、44は、それぞれ対向する多角形状基板端面22、32、42と平行で、図7に示したように、多角形状基板端面23、33、43と多角形状基板端面25、35、45は、対応する多角形状基板端面24、34、44から20度の角度で、それぞれ折り曲げられている。
同様に、前記架台60の他端面を、yz座標平面上で30度傾斜し、更に図6の直交座標に矢印で示したようにxz座標平面上で、x軸から時計回りにz軸方向に120度傾斜するように折り曲げて、架台端面62を形成した。
同様に、前記架台70の他端面を、yz座標平面上で30度傾斜し、更に図6の直交座標に矢印で示したようにxz座標平面上で、x軸から時計回りにz軸方向に60度傾斜するように、架台端面62を形成した。各架台50、60、70は、回転軸Cを中心にして、照明装置本体基板90に対し回転可能な、図示していない自由回転機構と、回転軸Dを中心にして照明ユニットを回転させる、図示していない自由回転機構を有している。
本実施の形態2に係わる照明装置200も、前記実施形態1と同様に、駐車場灯として使用されるものである。
前記反射面の回転対称軸Aと、LED素子111の主光軸またはLED基板に直交する直線Bがなす角度が0度であるときの回転放物面の焦点に、LED素子が位置するように前記反射部材213、313、413の高さh2が設定されている。
実施形態1と同様に、前記各架台の照明装置本体に接合する面と、照明ユニットに接合する面との角度と、図12の回転対称軸Aの傾きと、前記LEDユニット110、210、310の各LED素子111L、111C、111Rに供給される電力とを、調整することによって、駐車場の各エリアを、照射むらが少ない状態で照射することができる。
次に、本実施形態2に係わるLEDランプ200の効果を示す実験例について具体的に説明する。
LED素子111が実装された平坦なLED基板112、212、312のLED素子実装面側に、各面が平坦な直方体からなる反射部材113、213、313が、回転放物面の、焦点位置側の開口部全周が当接され、図12のように接合されている。
前記LED基板のLED素子111が実装された平面に対し直交するz軸と、架台の端面52、62、72を折り曲げている折り曲げ線に平行なx軸とからなる、xyz直行座標空間を、図11に示したように想定する。
前記回転対称軸Aをxz平面に投影したときに形成される、z軸を0度とした点線矢印の向きに測定される角度をθL2、θC2、θR2とする。同様に前記回転対称軸Aをyz平面に投影したときに形成される、z軸を0度とした点線矢印の向きに測定される角度をθL3、θC3、θR3とする。
ABS樹脂を使用して、表2に記載した通りの回転対称軸Aを有する反射部材113、213、313を成形した。
また各LEDユニット110、210、310のLED素子111L、111C、111Rを、表3に記載した通りに設定して照射したときの駐車場の明るさをシミュレーションした結果が図13である。
本実施形態3に係わる照明装置300も、前記実施形態1と同様に、駐車場灯として使用されるものである。
架台80は、図16に示したように、長方形平板の一端を幅方向に沿って90度折り曲げて架台端面81を形成し、照明装置本体基板90に当接させて固定している。またxyz直交座標空間において、照射方向がz軸のプラス側に向くように、xy座標平面上に照明装置本体基板90を配置したとき、架台80の他端面を、図16の直交座標に矢印で示したように、yz座標平面上でy軸から反時計回りにz軸方向に60度傾斜するように、x軸に平行に折り曲げて架台端面72を形成した。この架台端面82に、LEDユニット410を接合した。
LEDユニット410は、実施形態2と同一のLED基板112と、反射部材113が使用されており、前記反射部材113の出射光側の面に、等方的に光拡散する拡散シート414が接合されている。
本実施形態のLEDユニット110、210、310からの出射光は、図19に示したように被照射面に対して、25度から35度の傾きで照射されている。そのため、実施形態1や2のシミュレーション結果(図9、図13)のように、被照射面での各スポット光の形状は、長い長軸を有する楕円形となっている。この楕円形スポット光の短軸方向に光拡散するように異方性拡散シート114、214、314を、反射部材113、213、313に接合することによって、図20に示したような略円形の拡散光を得ることができる。照明装置近傍を照射するLEDユニット410は、中央に位置するLED素子のみ発光させており、等方性拡散シート414によって、照明装置近傍が明るくなっている。
以上のように、照射角度に対応して、異方性拡散シートと等方性拡散シートを組み合わせてLEDユニットを構成することによって、より均一な明るさの照射面が得られるようになる。
Claims (7)
- LED光源が設置された平板状のLED基板と、前記LED光源の出射光を配光する所望の曲率半径とコーニック係数からなる複数の反射部材とを有しており、前記LED光源を、前記反射部材の略焦点位置に配置したLEDユニットを複数備えた照明ユニットであって、
前記個々のLEDユニットの前記各反射部材は、前記反射部材の前記焦点位置から出射開口面までの距離が同一であり、
前記各反射部材の回転対称軸を前記LED光源の主光軸に対し、互いに0度〜30度の範囲内で左右方向に傾けて配光角をほぼ一定にしたまま照射角度を調整していること特徴とする照明ユニット。 - 前記各反射部材の回転対称軸を前記LED光源の主光軸に対し、互いに0度〜20度の範囲内で左右方向に傾けて配光角をほぼ一定にしたまま照射角度を調整していることを特徴とする請求項1に記載の照明ユニット。
- 前記反射部材は、LED光が出射する出射開口部を有し、前記出射開口部の内部が、所望の曲率半径とコーニック係数で決定される形状の反射面であり、前記反射面の焦点位置から出射開口部を形成する開口面までの距離を調整して、所定のLED出射光の配光角としていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明ユニット。
- LEDユニットの出射光側に、光拡散させる光拡散部材を配置したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の照明ユニット。
- 前記光拡散部材は、被照射面に照射される楕円形状のスポット光の短軸方向に出射光が拡散する異方性拡散部材であることを配置したことを特徴とする請求項4に記載の照明ユニット。
- 請求項1から請求項5に記載のいずれかの照明ユニットが、複数の面からなる多角形状基板のLED照射方向の各面に配置されていることを特徴とするLED照明装置。
- 前記多角形状基板は、照明装置本体基板に対して回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項6に記載のLED照明装置。
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