JP5983258B2 - 光学素子、及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子の配光を制御する光学素子、及び照明器具に関する。

従来、ＬＥＤと、ＬＥＤを覆う光学素子の一つであるレンズ体と、を備え、ＬＥＤの光を屈折させるレンズ体により、ＬＥＤの光の配光を制御する照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２０４４４５号公報

上記のような照明器具では、ＬＥＤが放射する光の配光制御は、照明器具の利用目的に応じたニーズに応じて行われる。例えば、従来の照明器具を、街路を照明する防犯灯に採用した場合、道路に沿った方向については、照明器具の両側の広い範囲に光を照射したいが、照明器具の背後には、光を照射したくないというニーズもある。
従来の照明器具では、ＬＥＤが放射する光のうち、器具の背後に向かう光を有効に利用できず、また、所望する照射エリアでの照度を高めるには、ＬＥＤの放射光を高出力にする必要があり、消費電力が増大してしまう。

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、照射が不要な方向への光を有効に利用して、所望する照射エリアに照射できる光学素子、及び照射器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、発光素子を覆い、前記発光素子の光軸方向から見た光出射範囲内において、少なくとも前記発光素子に相対する位置に複数の曲率または面で形成された複数の屈折部を配置し、且つ、前記光出射範囲内で前記発光素子の光軸方向の外縁部から投影される範囲の外側に外れた位置に全反射面部を配置し、前記全反射面部が一対で略Ｖ字状に配置され、且つ前記一対の全反射面部の夫々の外方に、凸状に形成した、前記発光素子の光軸に対して主として８０°以上の照射光を配光するための凸状屈折部を配置し、前記凸状屈折部の夫々の外側に、前記発光素子の光軸に略平行な、前記発光素子からの光を遮る他の全反射面部をさらに備えることを特徴とする光学素子を提供する。

また本発明は、上記目的を達成するために、街路を照明する照明器具であって、発光素子と光学素子とを備え、前記発光素子を覆う前記光学素子が、前記発光素子の光軸方向から見た光出射範囲内において、少なくとも前記発光素子に相対する位置に複数の曲率または面で形成され、主として器具のエリアでの水平面照度を確保する複数の屈折部を配置し、且つ、前記光出射範囲内で前記発光素子の光軸方向の外縁部から投影される範囲の外側に、主として前記器具の近傍のエリアより遠方での鉛直面照度を確保する全反射面部を配置し、前記全反射面部が一対で略Ｖ字状に配置され、且つ前記一対の全反射面部の夫々の外方に凸状とした、前記発光素子の光軸に対して主として鉛直角８０°以上の照射光を配光するための凸状屈折部を配置し、器具の遠方における鉛直面照度を高め、前記凸状屈折部の夫々の外側に、前記発光素子の光軸に略平行な、前記発光素子からの光を遮る他の全反射面部をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、照射が不要な方向への光をレンズの全反射面により反射させて、反射させた光を、照度を高めたい照射エリアに向けることで、照射が不要な方向への光を有効に利用して、消費電力を増大させることなく、所望する照射エリアでの照度を高めることができる。

本発明の実施形態に係る防犯灯の設置態様を示す図である。 防犯灯の上方斜視図である。 防犯灯の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は正面図、（Ｅ）は背面図である。 図３（Ｃ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３（Ｃ）のＶ−Ｖ線断面図である。 防犯灯の分解斜視図である。 グローブを基板ベース部に向けられる面から見た斜視図である。 グローブ及びＬＥＤ基板の構成を示す図であり、（Ａ）はレンズの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ１−Ｄ１矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＤ２−Ｄ２矢視断面図、（Ｄ）はレンズの斜視図である。 第２全反射面に反射される光の配光を説明する図である。 第１全反射面に反射される光の配光を説明する図である。 街路に沿った方向に隣接して設置された防犯灯の設置態様を示す図であり、第５制御面で屈折して出射される光の光線図を併せて図示している。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る防犯灯１の設置態様を示す図である。
照明器具たる防犯灯１は、図１に示すように、街路８の街路脇８Ａに立設された支柱９に取り付けられ、夜間に点灯し、街路８が延びる街路方向Ｇに広い範囲を照らす器具である。防犯灯１は、その照射範囲の全域において、街路８の路面８Ｒから所定高さ（例えば１．５メートル）で規定の明るさが得られるように設計されている。

図２は防犯灯１の上方斜視図である。また図３は防犯灯１の構成を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側面図、図３（Ｃ）は底面図、図３（Ｄ）は正面図、図３（Ｅ）は背面図である。
防犯灯１は、図１〜図３に示すように、器具本体３０と、支持アーム部３とを備えている。器具本体３０は概略板状に形成され、その底面３０Ａの略全域から照明光を照射する。
支持アーム部３は、器具本体３０の天面３０Ｂに設けられ、図１に示すように、この器具本体３０の底面３０Ａを路面８Ｒに対して、２０°程度傾斜させる姿勢で器具本体３０を支柱９に支持する。
この支持アーム部３は、図２、及び図３に示すように、アーム本体３Ａと、ブラケット７とを有する。アーム本体３Ａは中空の柱状体であり、その一端部３Ｂが器具本体３０の天面３０Ｂに接続され、他端部３Ｃには、支柱９への固定用のブラケット７が取り付けられている。

図４は図３（Ｃ）のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図３（Ｃ）のＶ−Ｖ線断面図、また図６は防犯灯１の分解斜視図、図７はグローブ６を基板ベース部２に向けられる面から見た斜視図である。
器具本体３０は、これらの図に示すように、基板ベース部２と、ＬＥＤ基板２１と、グローブ６とを備えている。
基板ベース部２は、略矩形の厚さＴ（図４）が薄い板状に形成されており、図６に示すように、その底面にはＬＥＤ基板２１を取り付ける取付面１０が設けられている。また基板ベース部２の上面は、器具本体３０の天面３０Ｂを構成し、この上面に、図４、及び図５に示すように、上記アーム本体３Ａが一体に形成されている。

ＬＥＤ基板２１は、略矩形の回路実装基板であり、例えば、その通電部（不図示）は、高熱伝導性の銅箔からなり、その他の絶縁部（不図示）は樹脂からなる基板が用いられている。図６に示すように、ＬＥＤ基板２１の実装面２１Ａには、発光素子たる複数のＬＥＤ２２が載置（実装）されている。ＬＥＤ２２には、リフレクターの中にＬＥＤチップを配置し、樹脂で封止した、いわゆる表面実装型ＬＥＤが用いられている。ＬＥＤ２２は、実装面２１Ａ内に整列配置されており、特に、各々の発熱によって実装面２１Ａの全面が略均一な温度となる間隔で配置されている。

また、基板ベース部２の取付面１０は、このＬＥＤ基板２１と略同じ、或いは若干大きく構成され、この取付面１０にＬＥＤ基板２１の裏面全体を密着させて取り付けられる。この基板ベース部２は、少なくとも取付面１０の熱を天面３０Ｂに伝達可能な高熱伝導性を有する、例えばアルミニウム合金等の材料で形成されている。したがって、ＬＥＤ２２の発熱はＬＥＤ基板２１、及び取付面１０を通じて天面３０Ｂに伝わり外気に放熱される。このとき、天面３０Ｂには、少なくともＬＥＤ基板２１を含む広範囲に熱が伝えられるから、天面３０Ｂの略全面を使ってＬＥＤ２２の発熱が効率良く放熱される。

この天面３０Ｂには、上述のアーム本体３Ａを一体成型して設けており、図５、及び図６に示すように、このアーム本体３Ａの中に、電源装置３４が収められている。電源装置３４は、商用電力を直流電力に変換してＬＥＤ２２の点灯電力を生成する電源回路３５を備え、アーム本体３Ａの端部３Ｃから引き出された電線３８を通じて商用電力が供給されている。
アーム本体３Ａの内部には、図１に示すように、端部３Ｂ側の上部に、センサ用遮光窓を構成するブッシング３９が挿入されている。また、図４に示すように、アーム本体３Ａの内部には、明るさセンサ４０がブッシング３９に対応する位置に設けられている。明るさセンサ４０には、センサ用遮光窓を介して外部の光が入射され、明るさセンサ４０は、アーム本体３Ａの周囲の明るさを検知可能となっている。電源装置３４には、明るさセンサ４０の検知信号に基づき、周囲の明るさに応じて電源回路３５を制御し点灯／消灯を行う点灯回路が設けられており、これにより、自律的な点灯制御が行われる。

グローブ６は、基板ベース部２の底面の側を覆って閉塞する板状の透明部材であり、例えば樹脂材やガラスで形成されている。図６に示すように、この防犯灯１ではグローブ６が基板ベース部２の底面と略同じ大きさの板状に形成されており、その左右両側の縁部６Ａには、複数の爪部２５が設けられている。基板ベース部２の天面３０Ｂには、図５に示すように引掛孔２６が設けられており、引掛孔２６にグローブ６の爪部２５を引っ掛かけてグローブ６が基板ベース部２の底面を覆って取り付けられる。さらに、グローブ６は、図３及び図４に示すように、その外周部を、基板ベース部２にねじ１７により締結されて、基板ベース部２に本固定される。

この天面３０Ｂに設けた引掛孔２６は、図５に示すように、基板ベース部２の底面側に貫通するため、引掛孔２６から水が浸入し取付面１０に至る虞がある。そこで、この基板ベース部２は、引掛孔２６と取付面１０との間を通って、当該取付面１０を取り囲むようにパッキン嵌込溝１３が設けられており、このパッキン嵌込溝１３にパッキン１４（図６には図示せず）が嵌め込まれている。
また、グローブ６には、図７に示すように、このパッキン嵌込溝１３に挿入される環状のパッキン押圧リブ２７が設けられている。図４及び図５に示すように、このパッキン押圧リブ２７とパッキン１４とが密着することで取付面１０がシールされ防水が図られる。
このとき、取付面１０とグローブ６の間の空間、すなわち、ＬＥＤ基板２１が配置されている空間は、パッキン１４によって断熱されることからグローブ６の側からＬＥＤ２２の発熱が放熱されず、その発熱の大部分が取付面１０を通じて天面３０Ｂに伝達されて放熱されることとなる。また、グローブ６には、パッキン押圧リブ２７を囲む環状の強化リブ２８が形成されて、グローブ６の剛性が高められている。

また、この防犯灯１のグローブ６には、その外側の面内に、ＬＥＤ２２の各々に対応した位置に光学素子たるレンズ部（レンズ）５が一体に設けられている。各々のレンズ部５は、照射光の配光を制御する光学部材であり、これらのレンズ部５をグローブ６の外側に設けることで、ＬＥＤ基板２１とグローブ６の間の隙間を縮め、器具本体３０の底面３０Ａから天面３０Ｂまでの厚みＴが抑えられる。
また、レンズ部５により照射光の配光を制御することから、ＬＥＤ２２とレンズ部５とは、精度よく所定の位置関係に配置する必要がある。
ＬＥＤ２２及びレンズ部５のそれぞれは、光学設計の基準位置となる光学基準点位置を有している。ＬＥＤ２２の光学基準点位置は、発光点の光軸であり、レンズ部５の発光基準点位置は、光学中心である。
本実施形態は、ＬＥＤ２２の光学基準点位置と、レンズ部５の光学基準点位置とが一致する位置で、ＬＥＤ基板２１とグローブ６を基板ベース部２に対して精度よく位置決めする位置決め機構を有している。

位置決め機構は、図６に示すように、基板ベース部２に設けられる突体としての棒状の位置決めピン３１と、ＬＥＤ基板２１に形成された一対の貫通穴３２と、図７に示すように、グローブ６に設けられ、位置決めピン３１を受ける筒状受け部４６と、によって構成されている。
位置決めピン３１は、図４に示すように、基板ベース部２の取付面１０に一対立設されている。位置決めピン３１の立設方向は、ＬＥＤ２２の光軸方向Ｋ（図８、図９参照）に一致させている。
ＬＥＤ基板２１の貫通穴３２には、位置決めピン３１が嵌められて、位置決めピン３１は、ＬＥＤ基板２１を貫通している。貫通穴３２の内形は、位置決めピン３１の外形に略一致している。ＬＥＤ基板２１は、取付面１０に平行な方向に移動することが規制されて、基板ベース部２に対して所定位置に精度よく位置決めされる。なお、ＬＥＤ基板２１は、その中央をねじ１６により一か所固定されている。

また、グローブ６の筒状受け部４６の穴には、図７に示すように、ＬＥＤ基板２１の貫通穴３２を貫通した位置決めピン３１が嵌められている。
筒状受け部４６の穴の内形は、位置決めピン３１の外形に略一致しており、グローブ６が取付面１０に平行な方向に移動することが規制されて、基板ベース部２に対して所定の位置に精度よく位置決めされる。
ここで、ＬＥＤ基板２１とグローブ６が基板ベース部２に位置決めされたときに、ＬＥＤ２２の光学基準点位置と、レンズ部５の光学基準点位置とが重なるように、ＬＥＤ２２のＬＥＤ基板２１上の位置、及びレンズ部５のグローブ６での形成位置が設計されている。このため、ＬＥＤ基板２１とグローブ６とが、ＬＥＤ２２の光学基準点位置とレンズ部５の光学基準点位置を一致させる位置に精度よく位置決めされる。また、光軸方向Ｋを、位置決めピン３１の立設する方向に一致させているので、特に、ＬＥＤ２２の光軸に対するレンズ部５の位置を精度よく合わせることができる。

また、グローブ６は、図３、図４、及び図７に示すように、ＬＥＤ基板２１の外周を押圧する基板押圧部４４を備えている。
ここでは、基板押圧部４４は、すべてのＬＥＤ２２を取り囲んで押圧する枠状となっている。基板押圧部４４は、ＬＥＤ２２を一つずつ取り囲むように複数を設けてもよいし、ＬＥＤ２２を複数のグループに分けてグループごとにＬＥＤ２２を取り囲むように設けてもよい。
また、筒状受け部４６は、レンズ部５に対応する箇所を避けてグローブ６に形成された溝３６に突設されており、基板押圧部４４よりもＬＥＤ基板２１側に突出していない。このため、基板押圧部４４をＬＥＤ基板２１に押し付けてグローブ６を配置することができ、ＬＥＤ基板２１が反っていた場合でも、ねじ１７により、グローブ６を基板ベース部２に締め付けることによって、ＬＥＤ基板２１の外周部が基板押圧部４４に押圧されるので、ＬＥＤ基板２１の反りは強制的に解消される。即ち、基板押圧部４４でＬＥＤ基板２１を押圧することにより、ＬＥＤ基板２１の反りが解消され、ＬＥＤ２２の光学基準点位置と、レンズ部５の光学基準点位置とが一致して重ね合わされる位置にＬＥＤ基板２１とグローブ６とが精度よく位置決めされる。

次いで、レンズ部５とＬＥＤ２２の構成の詳細について説明する。
図８はグローブ６及びＬＥＤ基板２１の構成を示す図であり、図８（Ａ）はレンズ部５の平面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＤ１−Ｄ１矢視断面図、図８（Ｃ）は図８（Ａ）のＤ２−Ｄ２矢視断面図、図８（Ｄ）はレンズ部５の斜視図である。
レンズ部５とＬＥＤ２２のそれぞれは、図６に示すように、平行な列線Ｌ１，Ｌ２に沿って二列に配列されている。レンズ部５とＬＥＤ２２の数は、合計１２個であり、各列にそれぞれ６個が並べられている。なお、防犯灯１は、列線Ｌ１、Ｌ２の延びる方向を、高さ方向から見て図１に示す街路幅方向Ｗに一致させて街路脇８Ａに設けられる。

図８（Ｂ）、及び図８（Ｃ）に示すように、基板押圧部４４の内周側では、グローブ６とＬＥＤ基板２１との間に空洞２９が形成されている。空洞２９は、グローブ６とＬＥＤ基板２１との間に形成される隙間Ｓと、隙間Ｓに開口するＬＥＤ挿入部２９Ａと、を有している。ＬＥＤ挿入部２９Ａは、図７に示すように、矩形形状の開口を有するとともに、図８（Ｂ）に示すように、断面放物線状の内面を有している。この内面は、図８（Ｃ）に示すように、一様な形状を保って列線Ｌ１，Ｌ２の方向に延在し、ＬＥＤ２２が放射する光の入射面２９Ｂとなっている。ＬＥＤ挿入部２９Ａは、両端部近傍で浅く形成されており、ＬＥＤ挿入部２９Ａの両端近傍でのレンズ部５の厚みが確保されて、レンズ部５の強度の低下が抑制されている。
また、隙間Ｓは、特にレンズ部５とＬＥＤ基板２１との間のスペースを保つものであり、ＬＥＤ基板２１とレンズ部５との干渉を回避する。ＬＥＤ２２は、この隙間Ｓよりわずかに厚い高さ調整部材たるセラミック基板３７に搭載されて、ＬＥＤ挿入部２９Ａ内に配置されている。なお、高さ調整部材は、セラミック基板３７に代え、樹脂基板などを用いてもよい。

また、ＬＥＤ２２は、図８の（Ａ）に示すように、電圧印加により光を放射するＬＥＤチップ２３を蛍光体と透明の樹脂２４で封止した構成である。ＬＥＤチップ２３には、電圧が印加される一対の電極２３Ａが設けられている。一対の電極２３Ａの対面方向は、高さ方向から見て街路方向Ｇに直交する方向に設定されている。ＬＥＤチップ２３が放射する光は、一対の電極２３Ａに進路を妨げられるので、一対の電極２３Ａが対面する方向に関し、一対の電極２３Ａの外側に向かう光が少なくなる。一方、街路方向Ｇに対しては、ＬＥＤチップ２３から放射する光の進路を妨害するものがない。そこで、一対の電極２３Ａが対面する方向を、街路幅方向Ｗに一致させることで、ＬＥＤチップ２３が放射する光のうち、街路方向Ｇに向かう光は、電極２３Ａに妨げられることがなくない。このため、ＬＥＤ２２が放射する光の照度分布は、街路方向Ｇに沿った方向への広がりを有し、街路方向Ｇの両側に向かう光を放射するのに好適となる。

次いで、レンズ部５の形状及びレンズ部５による光の配光制御について説明する。
レンズ部５の外面５Ｃ（出射面）には、図８に示すように、適宜にカットされた光の制御面２０が配置されている。制御面２０は、街路方向Ｇに沿った方向についてのレンズ部５の中心の両側で対称に形成される。
制御面２０は、街路方向Ｇ（ここでは、列線Ｌ１，Ｌ２と直交する方向）に向かう光を制御する第１制御面２０Ａ、２０Ｂと、街路幅方向Ｗで、かつ路面８Ｒに向かう光を制御する第２制御面２０Ｃと、を備えている。また、第１制御面２０Ａ、２０Ｂの延長面上には、街路方向Ｇに向かう光を制御する第３制御面２０Ｄ、２０Ｅが形成されている。
制御面２０Ａ〜２０Ｅは、ＬＥＤ２２と相対する位置に配置されており、ＬＥＤ２２の光軸方向から見た光出射面内において、ＬＥＤ２２が放射する光が入射される屈折部を構成する。
また、制御面２０Ａ〜２０Ｅを通る光は、ここで屈折して図１に示す街路８の路面８Ｒに拡散される。拡散された光は、防犯灯１の設置箇所を中心として、街路方向Ｇに沿った方向について、防犯灯１の両側に広がるエリアＥを含む照射エリアを照射する。複数の制御面２０Ａ〜２０Ｅにより、路面８Ｒにおける器具の近傍の照射エリア８Ｒ１（図１１参照）での水平面照度が確保される。

ここで、第３制御面２０Ｄ、２０Ｅは、レンズ部５の突出端側から側面にかかる部位に位置する肩部の表面を構成するが、小さな曲率半径で面形状を変化させると配光制御が困難となる。本実施形態では、第３制御面２０Ｄ、２０Ｅは、図８（Ｂ）、図８（Ｄ）に示しように、レンズ部５の側面に向かってレンズ部５の基端側に傾斜する平面により構成されている。これにより、第３制御面２０Ｄ、２０Ｅから出射される照射光の配光制御が容易となり、照射先でのムラを抑制できる。

また、光の制御面２０は、街路８の内側と逆側（器具本体３０の背後側）に向かう光を遮蔽する一対の第４制御面２０Ｆ、２０Ｇを備えている。第４制御面２０Ｆ、２０Ｇは、ＬＥＤ２２の光軸方向の外縁部から投影されるＬＥＤ２２の範囲の外側に外れた位置で、しかも、街路８の内側とは逆側に外れた位置に配置される。
第４制御面（以下、第１全反射面部という）２０Ｆ、２０Ｇは、その下方の内面５Ｂから入射した光を全反射して街路８側に光を配光する。
第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇは、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、レンズ部５の幅方向の中央の両側に、器具本体部の背後に向かって延びるように設けられた概略断面台形状の一対の柱状レンズ部１９の対向面により構成されている。また、投影面内において、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇは、図８（Ａ）に示すように、器具本体３０の背後側に向かうにつれて外広がりのＶ字状であり、その開き角θが大きい程、街路８の正面側に光が配光され、その開き角θが小さい程、街路方向Ｇに光が配光される。図８（Ｂ）に示すように、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇの断面形状は、光軸方向Ｋの前方に向かって口開き状となっている。

一対の第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇの夫々の外方には、屈折部である第５制御面２０Ｈ、２０Ｉが配置されている。第５制御面２０Ｈ、２０Ｉは、柱状レンズ部１９の外面のうち、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇから連続する凸状の壁面により構成されている。特に、第５制御面２０Ｈ、２０Ｉは、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇを介して入射された光を遠方の照射エリアに向けて屈折させる。以下、第５制御面２０Ｈ、２０Ｉを、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉとして説明する。
また、第６制御面２０Ｊ、２０Ｋの夫々が、柱状レンズ部１９の基端側から外側に延在している。第６制御面２０Ｊ、２０Ｋの夫々は、ＬＥＤ２２の光軸Ｋに略平行で、列線Ｌ１，Ｌ２の方向に略直交する壁面であり、街路方向Ｇに沿った方向に延在し、第２全反射面部を構成する。以下、第６制御面２０Ｊ、２０Ｋを第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋとする。

次いで、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇ及び第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋで反射される光について説明する。
図９は第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋに反射される光の配光を説明する図、図１０は第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇに反射される光の配光を説明する図である。
図９及び図１０とも、一つのレンズ部５に特化して光線を図示しているが、他のレンズ部５も同様に配光を制御している。
図９において、光軸方向Ｋは紙面垂直な方向になっている。ＬＥＤ２２から防犯灯１の背後に向かう光のうち、第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋに到達した光は、反射して街路８の内側に向かう光成分４１を有する。このため、防犯灯１の背後へ向かう光が抑制される。

また、図１０において、ＬＥＤ２２から防犯灯１の背後に向かう光のうち、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇに到達した主な成分は反射される。この光は、概略街路方向Ｇに沿った方向に向かい、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉから出射される。凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉで屈折して出射される光成分４２は、ＬＥＤ２２の光軸に対し、主として鉛直角８０°以上の照射光を配光する。凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉから照射される光成分４２は、防犯灯１の近傍の照射エリア８Ｒ１から街路方向Ｇの遠方に離れた照射エリア８Ｒ２（図１１参照）を照射し、そこでの鉛直面照度を高める成分となる。

図１１は街路８に沿った方向に隣接して設置された防犯灯１の設置態様を示す図であり、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉで屈折して出射される光の光線図を併せて図示している。なお、同図において、符号８Ｒ１、８Ｒ２は、右側の防犯灯１についての近傍のエリア、及び、その近傍のエリアより遠方での照射エリアを示している。
図１１に示すように、防犯灯１が街路方向Ｇに取付間隔Ｄをあけて複数設けられる場合、設置台数の削減の観点からは、防犯灯１は、街路８での規定の照度が保たれる範囲で、できるだけ互いの間隔を広くあけて取り付けることが要求される。
前述したように、各防犯灯１は、照射範囲の全域で、路面８Ｒの上方に位置し、街路幅方向Ｗに直交する鉛直面ＥＡにおいて、路面８Ｒから所定高さ（例えば１．５メートル）での照度（鉛直面照度）が、人の顔を認識できる程度の規定の明るさを得られるように設計されている。
基本的には、防犯灯１から離れるほど防犯灯１の光が届きにくくなり、鉛直面照度が下がる。街路方向Ｇに関し、各防犯灯１が、規定の鉛直面照度を満足する照射領域の範囲が広がるほど、図１１に示す防犯灯１の取付間隔Ｄを広げることができる。
複数の防犯灯１を隣接して設ける場合、街路方向Ｇに関し、規定の鉛直面照度を満たす照射範囲の両端同士が重なるように、防犯灯１の互いの間隔を調整して設置することで、防犯灯１の取付間隔Ｄを最も広くなる。
以下では、鉛直面照度の規定を満たす範囲にある鉛直面ＥＡのうち、防犯灯１から最も離れた鉛直面ＥＡを遠方の照射エリア８Ｒ２とする。
なお、路面８Ｒの近傍の照射エリア８Ｒ１の水平面照度は、設置された複数の防犯灯１の光を足し合わせた照度が、規定する照度以上になるように規定されている。この規定を満足するように、各防犯灯１から路面８Ｒに向かう光が制御されている。

また、防犯灯１が設置される周囲環境としては、例えば、街路８の外側に隣接して家屋が建てられていたり、街路８の外側に隣接して田んぼや畑があったりする場合がある。防犯灯１の光が家屋に光が入り込むと、住人の生活サイクルを乱す要因となる。また、街路８の外側に隣接して田んぼや畑に光が漏れると、漏れた光が農作物の生長に悪影響を及ぼしたり、光に集まってくる害虫が、農作物に被害を及ぼしたりする要因となる。このような光害を回避するため、防犯灯１の背後への光の照射を抑制したいという要求がなされる場合がある。
前述したように、ＬＥＤ２２から防犯灯１の背後に向かって放射された光の多くの成分が、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇ及び第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋに反射され、防犯灯１の背後に向かう光が抑制される。また、第１全反射面部２０Ｆ，２０Ｇに反射された光の配光は、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉでの屈折によって、遠方の照射エリア８Ｒ２に向かうように制御される。つまり、本実施の形態の防犯灯１では、背後に向かう不要な光を抑制するだけでなく、図１１に示すように、遠方の照射エリア８Ｒ２を照射する光成分４２として有効に利用することで、遠方の照射エリア８Ｒ２の鉛直面照度が高められている。

以上説明したように、本実施形態のレンズ部５は、ＬＥＤ２２を覆い、ＬＥＤ２２の光軸方向から見た光出射範囲内において、少なくともＬＥＤ２２に相対する位置に複数の曲率または面で形成された複数の屈折部を配置し、且つ、光出射範囲内でＬＥＤ２２の光軸方向の外縁部から投影される範囲の外側に外れた位置に第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇを配置している。
この構成によれば、照射が不要な方向への光をレンズ部５の第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇにより反射させて、反射させた光を、照度を高めたい照射エリアに向けることで、ＬＥＤ２２の消費電力を増大させずに、例えば、ＬＥＤ２２から遠くに離れた遠方の照射エリア８Ｒ２での鉛直面照度を高めることができる。これに伴い、防犯灯１を複数設置する場合には、互いの間の取付間隔Ｄを広げて設置できる。

また、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇが一対で略Ｖ字状に配置され、且つ一対の第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇの夫々の外方に、凸状に形成したレンズの光軸に対して主として８０°以上の照射光を配光するための凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉが配置されている。
この構成によれば、ＬＥＤ２２から外れた位置に、例えば、Ｖ字状の第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇに反射された光を含むＬＥＤ２２の光を、レンズ部５の光軸に対して主として８０°以上の照射光を配光して、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉから放射できるので、遠方の照射エリア８Ｒ２での鉛直面照度を効率よく高めることができる。
例えば、防犯灯１の高さ位置としては、４〜５ｍ程度であることも多い。このような場合、ＬＥＤ２２を光源とする防犯灯１に対し、ＬＥＤ２２が放射する光の配光をレンズ部５で制御する場合、光の光軸に対する鉛直角として、主として８０°以上を狙うことで、ＬＥＤ２２が、防犯灯１で標準的に利用されるものであっても、防犯灯１の鉛直面照度の規定を満たす街路方向Ｇについての照射範囲を防犯灯１の両側に３０ｍ程度とすることも可能となる。

また、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉの夫々の外側に、ＬＥＤ２２の光軸に略平行な、ＬＥＤ２２からの光を遮る第２全反射面部（他の全反射面部）２０Ｊ、２０Ｋをさらに備えている。
この構成によれば、例えば、ＬＥＤ２２から放射される光のうち、ＬＥＤ２２の光軸方向Ｋから見て、例えば、ＬＥＤ２２を照射したい正面とは逆側の背面側に向かう方向に第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇと第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋを配置することで、ＬＥＤ２２の背後に照射される光を一層抑制できる。

また、防犯灯１は、ＬＥＤ２２を覆うレンズ部５が、ＬＥＤ２２の光軸方向から見た光出射範囲内において、少なくともＬＥＤ２２に相対する位置に複数の曲率または面で形成され、主として防犯灯１の近傍の照射エリア８Ｒ１での水平面照度を確保する複数の屈折部を配置し、且つ、光出射範囲内でＬＥＤ２２の光軸方向の外縁部から投影される範囲の外側に、主として防犯灯１の近傍より遠方の照射エリア８Ｒ２での鉛直面照度を確保する第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇを配置している。
したがって、例えば、防犯灯１を街路８の照明に用いる場合には、屈折部により、照射が必要な領域の水平面照度を確保しつつ、防犯灯１の背後など、照射が不要な方向への光を第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇにより反射させることで、防犯灯１の近傍の照射エリア８Ｒ１より遠方の照射エリア８Ｒ２にでの鉛直面照度が確保される。防犯灯１の照射が不要な方向への光の漏れを抑制しつつ、ＬＥＤ２２の消費電力を増大させずに、遠方の照射エリア８Ｒ２での鉛直面照度を高めることができる。このため、防犯灯１の光により、防犯灯１の背後の住人や農作物に対して光害を与ることを防止できるとともに、街路方向Ｇに沿って防犯灯１を複数設置する場合には、互いの間隔を広くあけることができ、防犯灯１の設置数を削減できる。

また、防犯灯１では、第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇが一対で略Ｖ字状に配置され、且つ一対の第１全反射面部２０Ｆ、２０Ｇの夫々の外方に凸状とした、レンズ部５の光軸に対して主として鉛直角８０°以上の照射光を配光するための凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉを配置し、防犯灯１の近傍の照射エリア８Ｒ１より遠方の照射エリア８Ｒ２における鉛直面照度を高めている。
上述したように、防犯灯１の高さ位置としては、４〜５ｍ程度であることも多い。このような場合、光の光軸に対する鉛直角を主として８０°以上を狙うことで、ＬＥＤ２２が、防犯灯１で標準的に利用されるものであっても、防犯灯１の遠方の照射エリア８Ｒ２での鉛直面照度の規定を満たす街路方向Ｇについての照射範囲を防犯灯１の両側に３０ｍ程度とすることも可能となる。

また、防犯灯１では、凸状屈折部２０Ｈ、２０Ｉの夫々の外側に、ＬＥＤ２２の光軸に略平行な、ＬＥＤ２２からの光を遮る第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋをさらに備えている。
第２全反射面部２０Ｊ、２０Ｋを、防犯灯１の背後に漏れる光を遮る全反射面として利用することで、防犯灯１の背後に漏れる光を一層抑制できる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
例えば上述した実施形態では、屋外設置型の照明器具の一例として防犯灯１を例示したが、これに限らず、本発明は、街路灯や道路灯、投光器にも適用できる。
また、発光素子の一例としてＬＥＤ２２を例示したが、これに限らず、有機ＥＬ等の他の発光素子でも良い。
また、発光素子たるレンズを、グローブ６に一体に形成されて、グローブ６の一部をなすレンズ部５として記載したが、レンズは、グローブ６の一部をなすものによらず、例えば、単体のレンズを、ＬＥＤ２２毎に設けてもよい。

１ 防犯灯（照明器具）
５ レンズ部（光学素子）
２０Ｆ、２０Ｇ 全反射面部
２０Ｈ、２０Ｉ 凸状屈折部
２０Ｊ、２０Ｋ 他の全反射面部
２２ ＬＥＤ（発光素子）
８Ｒ１ 近傍の照射エリア
８Ｒ２ 遠方の照射エリア

Claims (2)

1. 発光素子を覆い、前記発光素子の光軸方向から見た光出射範囲内において、少なくとも前記発光素子に相対する位置に複数の曲率または面で形成された複数の屈折部を配置し、且つ、前記光出射範囲内で前記発光素子の光軸方向の外縁部から投影される範囲の外側に外れた位置に全反射面部を配置し、
   前記全反射面部が一対で略Ｖ字状に配置され、且つ前記一対の全反射面部の夫々の外方に、凸状に形成した、前記発光素子の光軸に対して主として８０°以上の照射光を配光するための凸状屈折部を配置し、
   前記凸状屈折部の夫々の外側に、前記発光素子の光軸に略平行な、前記発光素子からの光を遮る他の全反射面部をさらに備えることを特徴とする光学素子。
2. 街路を照明する照明器具であって、
   発光素子と光学素子とを備え、
   前記発光素子を覆う前記光学素子が、前記発光素子の光軸方向から見た光出射範囲内において、少なくとも前記発光素子に相対する位置に複数の曲率または面で形成され、主として器具のエリアでの水平面照度を確保する複数の屈折部を配置し、且つ、前記光出射範囲内で前記発光素子の光軸方向の外縁部から投影される範囲の外側に、主として前記器具の近傍のエリアより遠方での鉛直面照度を確保する全反射面部を配置し、
   前記全反射面部が一対で略Ｖ字状に配置され、且つ前記一対の全反射面部の夫々の外方に凸状とした、前記発光素子の光軸に対して主として鉛直角８０°以上の照射光を配光するための凸状屈折部を配置し、器具の遠方における鉛直面照度を高め、
   前記凸状屈折部の夫々の外側に、前記発光素子の光軸に略平行な、前記発光素子からの光を遮る他の全反射面部をさらに備えることを特徴とする照明器具。

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