JP6143976B1 - 照明器具、特に道路照明用の照明器具 - Google Patents

Abstract

本発明は、道路を照明する照明器具であって、光源１０と、光源１０によって光が供給される上部における光入射窓１８と、底部におけるより大きい光出射窓２０とを画成するリフレクタ装置１２と、光出射窓２０上の光学プレート２２とを含む照明器具を提供する。光学プレート２２は、道路の幅方向に相当する左右方向にそれぞれ延在する細長いプリズムのアレイを含む。リフレクタ１２は、道路の幅方向における光出力の制御に主に関与し、光学プレート２２は、道路の長さ方向における光出力の制御に主に関与する。

Description

本発明は、道路照明用の照明器具に関する。

道路照明は、政府の仕様に従って、道路から特定の輝度が、必要とされる一様性で達成できるようにデザインされている。

これらの仕様は、運転者が特定の車線において遭遇する道路の方向における輝度の一様性に関して、特に厳しい。更に、運転者の目に直接入る光の強度を制限することも求められている。運転者の目に直接入る光が多過ぎると、運転手にとって危険となるグレアにつながる。したがって、道路の方向における道路照明器具の光分布に、必要な一様性を達成し、グレアを必要な仕様内に留める慎重なバランスがある。

道路照明器具に現在使用されている好適な光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）（実際には、ＬＥＤのアレイ）である。ＬＥＤは、通常、ランバート（Lambertian）分布で光を放出する。この分布は、必要な光分布とは若干異なる。

必要な光分布を生成するために、ＬＥＤ上に直接配置されるレンズがデザインされている。ＬＥＤ及びレンズで構成される照明器具の代替案は、ＬＥＤの周りに配置されるテーパリフレクタとリフレクタの前の光学プレートとを使用して光を必要な光分布に方向転換する。

光学プレートは、画素のように配置されたマイクロメートルからミリメートルのサイズのプリズム要素で構成される。

しかし、光学プレートのデザイン及び製造は、複雑になることがある。

欧州特許出願公開第２６９０３５５Ａ１号及び米国特許出願公開第２００９／００９７２４８号は共に、光源と、リフレクタ装置と、プリズムリッジが左右方向に延在しているプリズム構造体を有する光学プレートとを含む照明器具について開示している。

本発明は、請求項によって規定される。

本発明によれば、道路を照明する照明器具が提供される。当該照明器具は、使用時の道路の幅方向に相当する左右方向と、使用時の道路の長さ方向に相当する端間方向とを有する。当該照明器具は、
光源と、
対向する側部及び対向する端を有し、光源によって光が供給される上部で光入射窓と、底部で、より大きい光出射窓とを画成するリフレクタ装置と、
光出射窓上の光学プレートと、
を含み、
光学プレートは、左右方向にそれぞれ延在する細長いプリズムのアレイを含み、光学プレートの各プリズムは、直立側部を有し、また、上面の垂直線が光学プレートへの垂直線に対しプリズム角度γを成す当該上面を有し、
プリズム角度γは、中心から外側に延在する光学プレートの内側セクションの中心プリズムから増加し、プリズム角度は、外縁へと外側に延在する光学プレートの外側セクションについて減少し、
各プリズムは、その上面で、光源に面している。

この配置では、リフレクタが、道路方向に垂直に、光の方向転換機能を行う一方で、光学プレートが、左右方向の細長いプリズムから形成されているため、主に、道路の方向に光を方向転換させる。これにより、光学プレートのデザインはより単純となり、プリズム要素の形状は、１つの寸法においてのみ変化する。これは、例えば押出成形、エンボス加工又は他の従来技術によって、製造するのが安価である光学プレートをもたらす。

光学プレートは、道路の方向における照明器具の光源の寸法（即ち、入射窓方向）及びリフレクタの高さと無関係であるデザインを有することができる。直立面ではなく、上面が光源に面しているプリズムによって、あまり鋭角ではないファセットが可能となるので、プリズムへの損傷のリスクが低くなる。更に、驚くべきことに、１つのステップのみで、屈折（場合によってはＴＩＲと組み合わせて）を介して所望の光分布を得ることが可能であることがわかった。即ち、各光線は、１つの（対応する）光学プレートのみを、当該光学プレート上の単一の（対応する）光学要素を介して伝播するだけである。特有のデザインの光学プレートと組み合わされた特有のデザインのリフレクタによって、所望の光分布の更なる調整が可能になった。

デザインは、道路の方向において最大の一様性を提供する一方で、グレアに関する要件を満足するように最適化される。具体的には、照明器具は、ＬＥＤ又はＬＥＤアレイを含む光源の光分布を、道路の方向における屋外道路照明器具に適している光分布に変換する。

対向する側部及び対向する端は、平面的であってよい。これは、デザイン及び製造するのが簡単なリフレクタを提供する。

光出射窓は、１００ｍｍ乃至４００ｍｍの端間方向における寸法を有し、リフレクタ装置の高さは、５０ｍｍ乃至１５０ｍｍの範囲内であってよい。これらの寸法は、道路照明用途に特に適している。

リフレクタ装置の端は、垂直線に対し、４０度乃至７０度の範囲内、より好適には、４５度乃至６５度の範囲内にある角度αにおいて延在することが好適である。これらの角度範囲は、道路方向を横断する平面における反射光の量が少なく、最大強度と最小強度との間の低い強度比を有することが分かっている。

端間方向に平行な平面における光強度分布は、例えば垂直線に対し６０乃至７５度の範囲内の角度において、最大値を有する。これは、ランバート出力を有するＬＥＤである光源の固有の分布とは異なる。

光学プレートの各プリズムは、好適には、垂直線（即ち、上面に対し法線方向）を有する上面を有し、当該垂直線に対しプリズム角度γを成す。中心プリズムについて、垂直線に対するプリズム角度は、ゼロか、又は、１０度未満といった小さい角度である。光学プレートは、中心プリズムに沿って通る左右方向の線について左右対称であってよい。

プリズム角度γは、中心から外側に延在する光学プレートの内側セクションの中心プリズムから増加し、また、プリズム角度は、外縁へと外側に延在する光学プレートの外側セクションについて減少する。したがって、プリズムは、道路の方向におけるプレートの寸法に関する一次元関数である垂直線（即ち、光学プレートに対する法線）に対して特定の角度γを有してよい。これは、デザイン及び製造するのが簡単なデザインを提供する。

外縁におけるプリズム角度γは、０乃至２５度の範囲内であってよい。プリズム角度γは、内側セクションと外側セクションとの間の中間セクションにおいて最大値を有してよい。最大角度は、１５乃至４０度の範囲内である。

したがって、光学プレートの中心から外側方向において（道路方向に沿って）、プリズム角度γは、第１の領域において、ゼロから増加する。次に、角度が最大値である中間領域がある。角度は、端領域において減少する。中間領域は、プリズムのセットを含んでよく、当該プリズムのセットについて、プリズム角度γは同じである。

リフレクタの高さは、端間方向における光入射窓のサイズの０．５乃至５倍の範囲内であることが好適である。

細長いプリズムは、真っすぐであっても湾曲していてもよい。プリズムの数は、２０乃至２０００（より好適には２０乃至４００）の範囲内にあることが好適である。プリズムの幅は、少なくとも２０ミクロンである。

照明器具は、光源のアレイを含んでもよい。各光源は、独自の対応するリフレクタ装置を有する。各光源は更に、対応する光学プレートを有するか、そうでなければ、光学プレートが、光源間で共有される。

本発明の例について、添付図面を参照して、詳細に説明する。

図１ａは、照明器具の幾何学的形状の一例を示す。 図１ｂは、照明器具の幾何学的形状の一例を示す。 図１ｃは、照明器具の幾何学的形状の一例を示す。 図２は、道路方向に平行な端間方向におけるリフレクタの幾何学的形状を示す。 図３は、道路の方向におけるリフレクタ端の可変角度αで、幾つかのリフレクタデザインについてプロットされる強度比を示す。 図４は、反射光のパーセンテージ対リフレクタ端の角度αを示す。 図５は、光学プレートのデザインをより詳細に示す。 図６は、ＬＥＤ＋リフレクタの光分布（実線）及び光学プレートとの組み合わせで生成される目標分布（点線）のｙ軸方向（道路方向）に沿った横断面である。 図７は、光学プレートのファセットの角度γが距離と共に展開する手法を規定する角度関数を、２つのリフレクタ角度αについて示す。 図８ａは、照明システムがモジュールのセットを含む一態様を示す。 図８ｂは、照明システムがモジュールのセットを含む一態様を示す。 図９ａは、各ＬＥＤにつき１つのリフレクタを有する配置を示す。 図９ｂは、各ＬＥＤにつき１つのリフレクタを有する配置を示す。 図９ｃは、各ＬＥＤクラスタにつき１つのリフレクタを有する配置を示す。 図１０は、様々な半径の曲線を有する代替バージョンを示す。 図１１ａは、光学プレートの異なるデザインを示す。 図１１ｂは、光学プレートの異なるデザインを示す。 図１２は、様々な厚さの光学プレートを有する代替バージョンを示す。

本発明は、道路を照明する照明器具であって、光源と、上部において、光源によって光が供給される光入射窓を、底部において、より大きい光出射窓を画成するリフレクタ装置と、光出射窓上の光学プレートとを含む照明器具を提供する。光学プレートは、道路の幅方向に相当する左右方向にそれぞれ延在する複数の細長いプリズムからなるアレイを含む。リフレクタは、主に、道路の幅方向における光出力の制御に関与し、光学プレートは、主に、道路の長さ方向における光出力の制御に関与する。

図１に、一実施形態による照明器具が示される。図１（ａ）は、斜視図であり、図１（ｂ）は、道路の方向に沿って見た一端の図である。

照明器具は、光源１０と、対向する側部１４及び対向する端１６を有し、上部において、光源１０によって光が供給される光入射窓１８を画成するリフレクタ装置１２とを含む。より大きい光出射窓２０が、底部に画成される。

照明器具は、道路を照明するためのものであり、道路に対して特定の向きに方向付けられる。道路の幅が、ｘ軸方向に延在し、道路の長さが、ｙ軸方向に延在すると定義し、入射窓（及び光源）は、ｘ軸方向における寸法Ｓｘと、ｙ軸方向における寸法Ｓｙとを有する。出射窓は、ｘ軸方向における寸法Ｗｘと、ｙ軸方向における寸法Ｗｙとを有する。

ｘ軸は左右方向を定義すると見なされ、ｙ軸は端間方向を定義すると見なされる。

入射窓及び光源は、正方形であってよいが、道路の方向（ｙ軸）及びそれに垂直な方向（ｘ軸）との間に１でないアスペクト比を有する長方形であってもよい。例えば光源のｘ軸寸法における光源寸法は、ｙ軸寸法における光源寸法の５倍以上であってもよい。通常、ｘ軸寸法のｙ軸寸法に対する比は、通常、０．２〜１０の範囲内である。

リフレクタ１２の底部側において、また、出射窓２０を覆って、ｘ軸の左右方向に沿って、即ち、道路方向に垂直に方向付けられるプリズム光学構造体の線からなる光学プレート２２がある。出射窓２０のｘ軸寸法は、ｘ軸における光源寸法Ｓｘと、リフレクタの高さｈと、目的の道路の幾何学形状とによって決定される。リフレクタの２つの側部１４（道路方向に平行な平面を形成する）の角度は、道路の幾何学的形状によって決定される。したがって、出射窓のｘ軸方向における寸法は、主に、側部１４の所与の角度について、リフレクタの高さによって決定される。具体的には、Ｗｘ＝２ｈｔａｎθ＋Ｓｘであり、θは、側部１４（これらは左右対称であると仮定する）によって形成される垂直線に対する角度である。

典型的な道路の幾何学的形状に対する可能な照明器具の幾何学的形状の一例は、２０ｍｍ×２０ｍｍの入射窓（及び光源サイズ）を、４０ｍｍの高さ（ｈ）を有するリフレクタと、Ｗｘ＝７５ｍｍ及びＷｙ＝１６０ｍｍの光学プレートとを組み合わせて有する。

図１は、入射窓１８が出射窓の中心の略（又は正確に）上方にあるように、入射窓１８からそれぞれ外側にテーパする側部１４を示す。しかし、入射窓は、２つのリフレクタ側部１４が同じ一般方向に傾斜するように、構造の片側であってもよい。図１（ｂ）の端面図に示されるように、側部は、同じ角度で延在する必要はない。図１（ｃ）に、代替構造が示される。

光学プレートは、真っすぐなプリズム線を有する。プレートのこのような線形構造は、プレートが、様々な従来の低コストの方法を使用して作成可能であることを意味する。例えば押出成形は、安いオプションであるが、熱エンボス加工及び射出成形を使用してもよい。

光学プレートは、例えば透明のポリカーボネート又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である。ＰＭＭＡの場合、外側からの追加の保護が望ましく、ガラスプレートを、光学プレートの隣に又は照明器具の底部に配置してよい。別の例として、光学プレートは、ガラス窓上に貼り付けられる透明シリコーンを含む。

図２は、リフレクタの側面図を示す。重要なパラメータは、リフレクタ端１６の垂直線に対する角度であり、αと示される。矢印１９は、下向きの垂直軸を表す。リフレクタの適切なデザインを決定する特徴は幾つかあり、特に角度αである。２つの重要な基準は次の通りである。

１．端面１６からの反射光が、最少量であることが望ましい。２０％未満の値が容認可能であると考えられる。端面１６は、光を、垂直に下向きに方向転換するので、光源を出る光は、下向きの垂直線に対しより小さい角度を有するように方向転換される。しかし、照明器具の目的は、下向きの垂直線に対し大きい角度を成す光を放射することである。角度αが小さくなるほど、リフレクタの端面１６によって方向転換される光が多くなる（光源は、ランバート分布で放出していると仮定する）。光源から２つの端面上に当たる光の量は、実際に、光源によって放出される光の総量の約２０％となるようにすることができ、これは、以下の図４から見て取れる。

このような手法でのリフレクタによる光の方向転換は、光学プレートによって相殺されなければならないが、光学プレートにおける屈折による方向転換は、限られた量しか可能ではない。したがって、角度αは小さすぎるべきではなく、また、反射光の量に応じて選択される。

光学プレートは、光源から直接出射窓へと光る光のみを仮定しデザインされ得た。この場合、ランバート光源からの光分布は、屋外照明に求められる光分布に変換されなければならない。しかし、リフレクタは、光を、光学プレート上に、様々な角度で当たるように方向転換するので、この点が考慮されるべきである。

更に、光源からの法線に対し大きい角度が、適当な取付け高さからの（ｙ軸方向における）大きい道路長さの照明に必要である。例えば照明される道路長さは、照明器具の高さの２．５〜５倍であることが望ましく、これは、大きい角度αを意味する。反射光は、この法線に対しかなり小さい角度を成す。したがって、反射された光は、再び大きい角度に方向転換されなければならない。

２．光学プレートから提供される照度の強度比が、所望の値を有する。この強度比は、ＬＥＤ光源から（場合によってはリフレクタを介して）光学プレート上への最大強度の照度と最小強度の照度との比である。この比は、大き過ぎるべきではない。そうでなければ、実質的に全く光がその上に当たらないプレートの部分ができ、プレートにこのような部分を作ることには意味がない。

ＬＥＤ光源が使用される場合、当該光源は、発光面への法線に対し大きい角度において低い強度を有するランバート光分布で放射する。最大強度は、光源の直下付近にあり、最小強度は、光源から最も離れたエッジにある。リフレクタ角度αが大きいほど、光学プレート上の最小強度は小さくなる。光学プレートの不必要に高い強度比を有する表面積は、限定されるべきである。２０未満の強度比は、容認可能であると考えられる。

これらの２つを目標に、各デザインについて２つの基準を決定するために、様々なリフレクタの幾何学的形状に関して、光学的シミュレーションが行われた。

デザインは、５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内のリフレクタ高さ、６０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲内の出射窓のｘ軸寸法Ｗｘ、及び、１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲内の出射窓のｙ軸寸法Ｗｙに基づいてシミュレートされる。強度比は、最小強度が光学プレートの角において生じるため、影響を受ける。

これらのシミュレーションにおいて、光源は、入射光学窓の上方において、中心に配置された。

図３は、角度αの関数として、出射窓から放出された光の強度比を示す。２０未満の強度比が、約６５度までの角度によって達成される。

図４は、角度αの関数として、出射窓からの反射光のパーセンテージを示す。パーセンテージは、約４５度よりも大きい角度について、２０％未満である。

これは、約４５度と６５度との間のリフレクタ角度αの範囲につながる。しかし、それほど厳しくない比が定義される場合、少し小さい又は大きい角度（＋−５度）を使用することができ、４０度から７０度の範囲が与えられる。

図５は、光学プレートのデザインの一例をより詳細に示す。

このデザインの光学プレートは、線形のプリズム線を有する。デザインは、ｘｚ平面において鏡面対称である。光学プレートは、内側セクション５４における中心プリズム５２と、内側セクションと外側セクション５８との間の中間セクション５６とを有し、外側セクションは、境界部５０（即ち、外縁５０）によって境界付けられている。

図示されるプレートは、全部で８０本の線からなり、ｙ軸寸法における各プリズムのサイズは、出射窓全体のｙ軸寸法Ｗｙに依存し、ｄｙ１−ｄｙ４０と示される。鏡面対称とは、４０の可能な異なる寸法があることを意味する。

詳細図Ｂに示されるように、各プリズムは、垂直線に対して角度γ１−γ４０をなす上部ファセットからなる。番号付けは、要素１がプレートの中心にあり、要素４０が外側にあるように選択される。各要素は、一意の角度γ１−γ４０を有することができるが、要素の角度は、互いに関連し、ｙ軸に沿って連続関数を表す。関数は、デザインが、ＬＥＤ（＋リフレクタ）からの光分布を正しく変換することを可能にする。

図示される例における単一のプリズムは、垂直線に対して角度γｎ（ただし、ｎは、ファセット番号である。即ち、γ１〜γ４０）を有する上部ファセットと垂直縁斜面とからなり、これにより、のこぎり歯状の形状が形成される。しかし、縁斜面は、完全に垂直である必要はない。例えば縁斜面に約２度の角度があってもよく、略同じ光分布が得られる。

次に、プリズムの上部ファセットの角度が、当該角度を相殺するように少し補正される。のこぎり歯の直立部が僅かに角度を有することによって、より優れた射出成形を可能にする。これは、プレートがモールドから取り出されなければならないからである。

図５は更に、プリズム線の一部ではない境界部５０が、プレートの周りに提供されることを示す。これは、押出成形処理で作るにはより困難であるが、射出成形又は熱エンボス加工では簡単である。

境界部は、例えばプレートとリフレクタハウジングとの間に、ゴム／シリコーンリングを、例えばクランプで挟むことによって、照明器具の内部を外部環境から密封するために使用される。

図６において、ＬＥＤ＋リフレクタの光強度が、実線で示され、光学プレートとの組み合わせによって生成される目標光分布が、点線で示される。ｙ軸は、道路方向における平面、即ち、ｙｚ平面について、また、ｘ軸上にプロットされる垂直線に対する角度に対して、正規化された強度を、１０００ルーメンの光源についてカンデラ（ｃｄ／ｋｌｍ）で示す。実線プロットは、０度の角度（光源から真っすぐに下への光）の周辺で最大強度を有する一方で、点線プロットの目標分布は、０度において、最小値を有する。目標分布は、より大きい角度において、より大きい強度を有し、７０度と９０度との間において、比較的急な強度減少を有する。端間方向に平行なこのｙｚ平面における光強度分布は、垂直線に対し６０度から７５度の範囲における角度において最大である。

この光分布は、高い一様性につながり、最良の道路クラスの仕様を満たすグレア値を有する。最良の道路クラスは、強度（高）、一様性（高）及びグレア（低）に関して条件が最も厳しい。具体的には、目標光分布は、６５〜７０度周辺のピーク及び９０度までのより大きい角度における急な減少を有する平滑関数によって特徴付けられる。より大きい角度では、光は放出されるべきではない。これは、光は、空へと失われるからである。これは、より小さい角度を有するリフレクタのデザインには好都合である。

図７において、２つのリフレクタ角度、α＝５０度（プロット７０）及びα＝６０度（プロット７２）について、個々のファセット角度γ１乃至γ４０を決定する関数が示される。２つの関数は、６点間の線形補間によって記述され、中心の各側における４０のファセットを表す各プロット上に全部で４０点ある。

図７において、ｘ軸は、（ｙ軸方向に沿った）光学プレートの中心から最も外側の縁までの距離を小数値としてプロットする。したがって、１は縁を表し、０は中心を表す。ｙ軸は、局所ファセット角度γ１乃至γ４０をプロットする。

関数は、任意の数のファセットに適用できる。通常、要素の最小数は、約２０である。数を更に減少させると、ピクセレーション効果によって、達成される一様性が減少する。要素の最大数は必ずしもないが、最大値は、回折によって決定される。各要素の幅は、例えば光の波長よりも少なくとも２５倍大きいことが好適である。７５０ｎｍの光を例として挙げると、要素幅は、２０ミクロンよりも大きいべきである。これは、４００ミクロン（２０要素×２０ミクロン）のプレートの最小寸法につながる。１００ｍｍのプレート寸法について、これは、５０００本の線（１００ｍｍ／２０ミクロン）をもたらす。より実用的な実施態様は、例えば５０〜１００ミクロンの幅であるより大きいプリズム要素を有し、これは、線の数を、１０００〜２０００本に減少させる。

この例における傾斜角は、光学プレートの中央、即ち、光源のすぐ下の中心プリズムについては、０度であるが、より一般的には、例えば１０度未満の小さい傾斜角度が使用される。

図示される２つの関数は、プレートの中心から最初の２０％について、角度γの線形増加によって特徴付けられる。図７には、要素４０のうちの要素８までの線形増加が示される。当然ながら、２倍多くのプリズム線、即ち、片側に８０本を有するプレートでは、線形増加は、同じ関数を実現するように、要素１８まで続く。

プレートの２０％（図示される例では要素８）において、角度γは、約２０度＋−５度まで増加している。差は、光源の縁とリフレクタの縁との間の距離に依存する。理想的には、リフレクタは、ＬＥＤの発光領域の周りをしっかりと閉じる。この場合、２０度は、良好な結果を提供する。

光源の選択の柔軟性のために、同じ光学的配置で、様々な光源サイズを可能にする台がデザインされる。これは、角度を少し変えることによって解決できる、光学プレート上に入射する光の位置のずれを引き起こす光源とリフレクタとの間の間隙につながる。

プレートの２０％と６０％との間の要素は、傾斜の変化がほぼゼロである２０％の期間によって特徴付けられる。

これは、５０度のリフレクタ（プロット７０）では、更に２０％の期間の角度増加の後に生じる一方で、６０度のリフレクタ（プロット７２）では、２０〜４０％の範囲は、略一定の角度を有する。

次に、縁の方で０度と２５度との間の値に対して、傾斜の減少がなされる。縁において０である角度γは、より大きいリフレクタ角度（α＝６５度〜α＝７０度）について生じる。図７において、プロット７０から見て取れるように、最大角度γは、より小さいリフレクタ角度で、より高い。

プレートに亘る角度γの関数を簡単にすることができる。一般に、プレートの一部の関数としての角度γは、ゼロの傾斜で開始するプレートの中心から最初の２０％〜４０％についてほぼ線形に増加する。次に、略一定の角度γの期間が観察され、次に、０度と２５度との間の縁における角度への略線形の減少が観察される。

図７において、角度γ関数の上方境界及び下方境界は、プロット７４及びプロット７６として示される。下方境界７６は、より大きいリフレクタ角度α（６５〜７０度）に必要であり、上方境界７４は、より小さいリフレクタ角度α（４０〜４５度）に必要である。

出射窓全体のｙ軸寸法Ｗｘは、リフレクタ角度α、光源のｙ軸寸法Ｓｙ及びリフレクタの高さｈでスケーリングする。

上記されたのと同様に、光学プレートのｙ軸寸法Ｗｙは、角度アルファα（図２）の正接にリフレクタの高さｈを掛け、両方の端を含めるように２倍にされたものを含み、光源のｙ軸寸法Ｓｙが、この幅に追加されて、光学プレートの全体のｙ軸寸法Ｗｙがもたらされる。したがって、Ｗｙ＝２ｈｔａｎα＋Ｓｙ。光源寸法のｙ軸寸法Ｓｙに対する典型的なリフレクタ高さｈは、例えば係数０．５〜５である。

リフレクタの高さと（道路方向に沿った）光源の長さとの間のこの係数は、単一のプリズムに当たる直接的な光及び間接的な（即ち、反射）光の開き角度（opening angle）から導出される。これは、当該プリズムによって処理される必要のある光の入射角の範囲を表す。

２０ｍｍの光源と、４０ｍｍのリフレクタの高さでは、光源から、光源の下のプリズム要素に直接的に入る光に対して、最大開き角度は、約２６度（０．５の逆正接）である。開き角度は、より大きい角度では小さいが、これにより、光学部品をデザインすることが容易になる。この単純な計算では、プリズム線の寸法は無視されているが、これは、最大開き角度を、約３０〜３５度まで増加させる。更に、反射光は考慮されていないが、これも開き角度を増加させるだろう。

しかし、反射光のパーセンテージは、最小限に抑えられるので、無視することができる。より大きい開き角度は、所望の目標角度に向けて方向転換される光をあまり制御できなくなり、したがって、より困難である。したがって、開き角度は、適切なリフレクタ高さ及び光源寸法を指定することによって、制限される。

照明器具は、より大きい範囲の光束を提供するために、例えば１〜２０（より好適には１〜５）の範囲内の幾つかのモジュールを含む。

図８（ａ）は、２つのモジュール８０ａ、８０ｂが、行幅（ｘ軸）方向において並んで提供される一例を示す。２つのモジュールは、互いに対して垂直軸に対して傾斜されている。第１のモジュール８０ａは、上記されたような道路幅方向における発光方向の範囲を有し、第２のモジュール８０ｂは、道路方向に垂直な平面において、第１のモジュールに対して外側傾斜角度θにある（即ち、道路の照明器具の位置とは反対側に向けて傾斜される）。

照明器具は、大きい光束（例えば１００００ルーメンよりも大きい）を有する単一のモジュールを有するのではなく、例えば３０００〜７５００ルーメンを有するより小さい光束のモジュールで形成される。これは、モジュール間に空隙を含めることができるため、熱管理要件が減少される。更に、これは、全体の一様性に関して、照明器具のより優れた性能を可能にし、又は、図８（ａ）に示されるように、モジュールが互いに対し傾斜される場合に、道路方向に垂直である照明器具のより優れた性能を可能にする。傾斜角θの実用的な値は、１〜１５度であり、好適には５〜１０度である。例えばモジュールは、このようにして、様々な車線に位置合わせされる。

モジュールは、必ずしも傾斜される必要はなく、また、１つの光点から、（例えば１０〜２０個のモジュールを使用して）例えば１００キロルーメン超が求められる場合に、より大きいアレイも可能である。

図８（ｂ）は、３×６アレイといったより大きいモジュールのアレイを形成する態様を示す。

上記例は、大きい光源（数十ｍｍの寸法）用の大きい光学プレートを使用する。リフレクタ及び光学プレートの寸法は、代わりに単一のＬＥＤ（約１ｍｍ×１ｍｍ）の寸法にスケーリングされてもよい。この結果、ＬＥＤ及びリフレクタのアレイを使用することができる。ＬＥＤ間の間隔は、リフレクタのサイズによって決定される。

図９は、このアプローチを示す。図９（ａ）の上面図は、独自のリフレクタ９２をそれぞれ有するＬＥＤ９０を示す。図９（ｂ）は、側面図を示す。

この配置は、例えば５０〜１００ルーメンを放出する光源の単一のデザインを使用して、照明器具の全光束の正確な選択を可能にする。

各リフレクタに単一のＬＥＤがあってよいが、図９（ｃ）に示されるように、各リフレクタ９２にＬＥＤ９０ａ、９０ｂ、９０ｃ（図示される例では、３つ）のクラスタがあってよい。例えばＬＥＤ９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、簡単な色彩調整を可能とするように、ＲＧＢのＬＥＤである。

これらのデザインは、積み重ねられて実施されてもよい。例えばＰＣＢが、ＬＥＤのアレイ又はＬＥＤクラスタのアレイを用いて形成される。次に、プラスチックシートに、射出成形によって、リフレクタ用の穴が設けられ、反射性銀コーティングによって被覆される。次に、プリズム線光学プレートが上に配置され、これにより、光学プレートは、すべてのＬＥＤ間で共有される。

このデザインは、部品間の位置合わせをあまり必要とせず、分布した光源を生成する。これは、熱冷却の観点からより好ましい。集中した光源は、小さい面積にかなりの熱を発生させ、慎重な熱デザインを必要とする。この点は、分布した光源では、あまり求められない。

上記例は、直線のプリズム線も使用する。線は、直線（即ち、線形）である必要はなく、出射窓のｘｙ平面及び／又はｙｚ平面において半径を有してもよい。

図１０は、ｘｙ平面において可変の半径を有する曲線１００を有する一実施形態を示す。細長いプリズムは、左右方向において湾曲したプリズムである。湾曲プリズムは、凸面の湾曲が、光源に面している。（ファセット角度について）上記された角度関数は、ｙ軸方向における中心線１０２といった光学プレートの横断面について決定される。しかし、線のｘ位置は、例えば光学出射窓に対する光源の位置に依存して、別の位置にあってもよい。

曲線１００は、必ずしも固定の半径に従わなくてもよい。半径の中心は、ｘ座標において変位してもよい。又は、楕円形状が使用されてもよい。ｙｚ平面を通る横断面は、どこかで、個々のファセット角度（α１〜α４０）に関連する所望の角度関数を示す。

プリズム線の横断面は、その局所方向に垂直に取られる。この横断面におけるファセット角度γは、例えば図７に示されるような所望のデザインルールに従う。（この垂直の横断面における）ファセット角度は、例えばプリズム線が湾曲していても、プリズム線の長さに沿って一定である。したがって、光学プレートのデザインは、単純なままである。

プリズムの幾何学的形状は、照明器具の光学性能を変更するために調整されてよい。例えば図１１（ａ）に示されるように、プリズムのより直立している側面が、必ずしも垂直である必要はない。

図１１（ａ）において、各ファセットは、比較的直立しているが、垂直線から角度β分オフセットである側面と、垂直線から角度γで法線を有する比較的平らな上面とを含む。追加の傾斜角度βは、上部ファセットのより大きい角度γを可能にする。これは、光学プレートの出口における下向きの垂直線に対しより大きい角度にむかってより多くの光の屈折を可能にする。

傾斜角度βは、通常、１５乃至３５度であり、上部ファセット角度αは、通常、０乃至５５度である。

図１１（ｂ）は、プレート内の位置の関数として、角度の関数を示す。ｘ軸は、（図７と同様に）中心からの位置を小数値として示す。プロット１１０は、角度γを示し、プロット１１２は、角度βを示す。

図１０は、ｘｙ平面において湾曲線を有する一実施形態を示す。半径は更に、ｘ軸に沿って又はｘ軸と平行にｘｚ平面にあってもよい。これも、線形プリズム線をもたらすが、高さは異なる。

図１２に、ｘｙ平面における半径が、様々なｘ軸位置において異なる光学プレート厚さ（即ち、ｚ軸値）を生じさせる一例が示される。図示されるように、ｘｚ平面において湾曲した湾曲プリズムは、凹面の湾曲が、光源に面している。

したがって、光学プレートは、概して平面として上で説明されているが、プリズム構造体がこの平面から突出することによって、同様の機能が、湾曲した光学プレートにも見出せる。

本発明は、屋外道路照明器具のデザインに直接適応することができる。

光源は、ＬＥＤ又はＬＥＤアレイとして上で説明されている。しかし、高圧水銀放電ランプ又はハロゲン白熱ランプといった他の光源を使用してもよい。光源は、可視の白色光を生成するが、有色光出力を有してもよい。

ＬＥＤのアレイは、２〜２００個といった多くのＬＥＤを含んでよい。

リフレクタは、ダイキャストされたアルミニウムに形成されても、又は、射出成形されたポリカーボネートとして形成されてもよい。アルミニウム又は銀といった他の反射性材料の物理的気相成長を使用して、所望の鏡面反射を高める／生成してもよく、また、透明の酸化ケイ素コーティングを、腐食からの保護のために使用することができる。或いは、リフレクタは、単一の切断片又は照明器具のハウジング内に取り付けられるリフレクタ材料から作られてもよい。

通常、照明器具は、道路方向に沿って、その取付け高さの２．５乃至５倍の間隔で取り付けられる。当然ながら、５の係数は、長手方向の一様性に関して条件が最も厳しい。更に、図７に示されるように、この係数が大きいほど、プリズム要素の傾斜が大きい。例えば一番低い曲線７６は、より小さい比（〜３．５）に対応する一方で、より高い曲線７４は、５の係数に対応する。

光学プレートは、プリズムのアレイを有するものとして説明されている。これは、傾斜した光屈折上部ファセット面を意味する。通常、光学プレートの片面は平らであり、もう片面は、ファセット面を有する。しかし、両面が、ファセット面を有してもよい。

上記例では、リフレクタは、垂直線に対し同じ角度（α）で傾斜した端を有する。これは、光学プレートは、左右対称デザインを有することができ、照明器具が、上流及び下流において同じ照明を提供することを意味する。これは、上流方向及び下流方向の両方において、所望の光出力が提供可能である最大距離が使用される点で、光源の効率的な使用を提供する。

しかし、これは絶対不可欠ではなく、リフレクタは、非対称の端を有してもよい。

開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 道路を照明する照明器具であって、前記照明器具は、使用時の前記道路の幅方向に相当する左右方向と、使用時の前記道路の長さ方向に相当する端間方向とを有し、
   光源と、
   対向する側部及び対向する端を有し、前記光源によって光が供給される上部で光入射窓と、底部で、より大きい光出射窓とを画成するリフレクタ装置と、
   前記光出射窓上の光学プレートと、
   を含み、
   前記光学プレートは、前記左右方向にそれぞれ延在する細長いプリズムのアレイを含み、前記光学プレートの各プリズムは、直立側部を有し、また、上面の垂直線が前記光学プレートへの垂直線に対しプリズム角度を成す当該上面を有し、
   前記プリズム角度は、中心から外側に延在する前記光学プレートの内側セクションの中心プリズムから増加し、前記プリズム角度は、外縁へと外側に延在する前記光学プレートの外側セクションについて減少し、
   各プリズムは、その上面で、前記光源に面している、照明器具。
2. 前記対向する側部及び前記対向する端は、平面的である、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記光出射窓は、１００ｍｍ乃至４００ｍｍの前記端間方向における寸法を有し、前記リフレクタ装置の高さは、５０ｍｍ乃至１５０ｍｍの範囲内である、請求項１又は２に記載の照明器具。
4. 前記リフレクタ装置の前記対向する端は、前記垂直線に対し、４０度乃至７０度の範囲内、より好適には、４５度乃至６５度の範囲内にある角度において延在する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明器具。
5. 前記光源は、少なくとも１つのＬＥＤである、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明器具。
6. 中心プリズムについて、前記垂直線に対する前記プリズム角度は、ゼロである、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明器具。
7. 前記光学プレートは、前記中心プリズムに沿って通る左右方向の線について左右対称である、請求項６に記載の照明器具。
8. 前記直立側部は、オフセット角度β分、オフセットであり、ただし、１５度＜＝β＜＝３５度である、請求項１に記載の照明器具。
9. 前記外縁における前記プリズム角度は、０乃至２５度の範囲内である、請求項１に記載の照明器具。
10. 前記プリズム角度は、前記内側セクションと前記外側セクションとの間の中間セクションにおいて最大値を有し、最大角度は、１５度乃至４０度の範囲内である、請求項１又は９に記載の照明器具。
11. 前記中間セクションは、プリズムのセットを含み、前記プリズムのセットにわたって、前記プリズム角度は同じである、請求項１０に記載の照明器具。
12. 前記リフレクタ装置の高さは、前記端間方向における前記光入射窓のサイズの０．５乃至５倍の範囲内である、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明器具。
13. 前記左右方向と前記端間方向とは、ｘｙ平面を画成し、前記ｘｙ平面に対する前記垂直線と前記左右方向とは、ｘｚ平面を画成し、前記細長いプリズムは、前記左右方向における湾曲プリズムであり、前記ｘｙ平面において湾曲する場合、前記湾曲プリズムは、凸面の湾曲が前記光源に面し、前記ｘｚ平面において湾曲する場合、凹面の湾曲が前記光源に面する、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明器具。
14. 前記プリズムの数は、２０乃至２０００の範囲内であり、前記プリズムの幅は、少なくとも２０ミクロンである、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明器具。
15. 光源のアレイを含み、各光源は、その独自の対応するリフレクタ装置を有し、各光源は更に、対応する光学プレートを有するか、又は、光学プレートが、前記光源間で共有される、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の照明器具。