JP6369193B2 - 照明用レンズ、及び照明装置 - Google Patents
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Description
これにより、第2方向を含む断面において、出射面を逸れて進行する光を第1反射面で反射して照明に利用することができ、光の利用効率が高められる。
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。
照明装置たる防犯灯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に取り付けられる。防犯灯1は、街路8が延びる方向(通行方向)である街路方向Gに広い照射範囲を照らす灯具であり、周囲の明るさが所定値以下の間、又は/及び、所定時刻の間(いわゆる、夜間)に点灯する。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)で規定の鉛直面の明るさが得られるように設計されている。防犯灯1は、図示は省略するが、支柱9に取り付ける他に、壁面にブラケット等を用いて取り付けられていてもよい。なお、本実施形態において、灯具の上下および前後は、防犯灯1を支柱9に取り付けた状態での、照射側を下方、取り付け側を後方として規定している。
防犯灯1は、図1〜図3に示すように、灯具本体10と、グローブ30と、を備える。灯具本体10は、所定の厚さのある薄い概略平板状に形成された平板部11と、支持部12と、備える。灯具本体10は、アルミニウム合金等の金属により形成され、鋳造により平板部11と、支持部12とが、一体に形成される。灯具本体10は、アルミニウム合金等の金属に限らず、金属を中芯に入れたインサート樹脂製とすることも可能であり、その他の材料により形成されてもよい。支持部12は、灯具本体10の天面10Bに設けられ、図1に示すように、防犯灯1を支柱9に支持する。支持部12は、灯具本体10の支柱9への取り付け側である後方に寄せた位置に設けられる。支持部12は、防犯灯1を、照射面側である灯具本体10の底面10Aを路面8Rに対して、20°程度傾斜させる姿勢で支柱9に支持する。
灯具本体10の底面10Aには、カバー部材としてのグローブ30が覆うように設けられ、底面10Aの側が当該グローブ30によって閉塞される。グローブ30は、樹脂材やガラスで形成され、少なくとも一部が透光性を有している。グローブ30は、灯具本体10の底面10Aと略同じ大きさの板状に形成される。
ブラケット14は、対向する2枚の板状部材14A,14Bを備えている。板状部材14A,14Bは、縦長矩形形状の取付孔14Cが設けられている。取付孔14Cは、2枚の板状部材14A,14Bを貫くように、板状部材14A,14Bの略同位置に設けられる。防犯灯1は、図1に示すように、この取付孔14Cに通した取付バンド7を用いて支柱9に取り付けられる。防犯灯1は、図示は省略するが、取付孔14Cに、支柱9や壁面に取り付けた固定ブラケットを掛合させて取り付けられてもよい。
図4および図5に示すように、防犯灯1は、上記灯具本体10、及びグローブ30の他に、基板50を備える。
灯具本体10の上記平板部11は、その底面に基板50を取り付ける基板取付け面20を備える。平板部11の上面は、灯具本体10の上記天面10Bを構成し、この上面に、上述した支持部本体13が一体に形成されている。
平板部11の基板取付け面20には天面10Bに貫通する開口22が形成され、この開口を通じて上記天面10Bの支持部本体13の中空内部が連通し、この基板取付け面20に、支持部本体13の中空内部が凹部18(収納凹部)として設けられる。
また、基板50の裏面50Bには、電源回路60を構成する複数の電源部品61が実装される。電源部品61は、電源用半導体素子等の電子部品である。このように、本実施形態の基板50には、一枚の基板上に複数のLED51および複数の電源部品61が配置されている。
各電源部品61は、図4に示すように、取り付け用のリード68(取付脚)を有し、このリード68を基板50に予め設けられた孔に差し込んで取り付けられる。リード68は、基板50の表面50Aにはんだ付けされながら配線される。複数の電源部品61のうち、リード68よりも背高の部品に関しては、基板50の裏面50Bに配置される。つまり、大半の電源部品61は、LED51が実装された面(表面50A)とは反対側の面(裏面50B)に突出するように基板50に配置される。複数の電源部品61のうち、リード68と略同じ高さ、或いは、背低の電子部品61Aに関しては、LED51が配置された基板50の表面50Aに配置されてもよい。要するに、複数のLED51と複数の電源部品61とは、一枚の基板50上に配置されるとともに、LED51と、電源部品61と、が横にずらした位置で、かつ、基板50の表裏の面に分けて配置される。基板50において、LED51が取り付けられた部分をLED取付け部50Cとし、電源部品61が取り付けられた電源部品取付け部50Dとする。LED取付け部50Cと、電源部品取付け部50Dと、は互いにオーバーラップしない位置で基板50上に配置される。電源部品取付け部50Dには、基板50の表面50Aに、リード68、半田68A、及び、背低の電子部品61Aが突出する。
電源回路60には、明るさセンサー65が接続されている。明るさセンサー65は、複数の電源部品61とともに、基板50の裏面50Bに配置される。明るさセンサー65は、ポッティングタイプのフォトトランジスタにより構成される照度センサーである。明るさセンサー65は、前述のセンサーカバー17に対応する位置に設けられる。明るさセンサー65は、特に、基板50を灯具本体10に取り付けた際に、受光素子がポッティング封止されたセンサー頭部が、センサーカバー17内に収まるように基板50上に配置される。
灯具本体10は、上述のようにアルミニウム合金等の高熱伝導性を有する材料で形成されており、LED51の発熱は、基板50の裏面50Bから熱伝導膜を通じて灯具本体10の伝熱面21に伝えられ、灯具本体10の外気に接する面の略全面から外気に放熱される。
基板50には、位置決めピン23に対応する位置に、位置決め孔52が設けられる。また、基板50および基板取付け面20には、互いに対応する位置にねじ孔54およびねじ穴24が設けられる。基板50は、位置決め孔52に位置決めピン23を挿通させて、かつ、ねじ53で基板取付け面20にねじ止めされることにより、基板取付け面20に位置決めされて取り付けられる。基板50は、基板取付け面20に取り付けられた際に、裏面50Bの一部が伝熱面21に密接し、かつ、裏面50Bに配置された電源部品61、および、明るさセンサー65が、凹部18に収納される。
図7は、グローブ30の構成を示す図である。図7に示すように、グローブ30には、灯具本体10の底面10Aに対向する面である裏面30Bに、環状のパッキン押圧リブ37が設けられている。パッキン押圧リブ37は、パッキン嵌込溝29に対応する位置に設けられ、グローブ30を灯具本体10に取り付けた際に、パッキン嵌込溝29に挿入される構成である。グローブ30を灯具本体10に取り付けた際には、パッキン嵌込溝29に嵌め込まれたパッキン19は、パッキン押圧リブ37により押圧され、パッキン押圧リブ37とパッキン19とが密着する。これにより、止水用のパッキン19を、灯具本体10と、グローブ30と、の間で挟持させて、基板取付け面20の防水を図ることができる。
グローブ30の電源対応部30Dは、光源対応部30Cよりも、表面30A側に一段高く形成される。電源対応部30Dは、表面30A側に一段高く形成されることで、その内部(裏面30B側)が一段分高さ方向に広げられる。グローブ30は、電源対応部30Dの内部が広げられる構成であればよく、必ずしも電源対応部30Dは階段状に形成されていなくてもよい。例えば、グローブ30の電源対応部30Dを、光源対応部30Cよりも表面30A側に膨出させてもよい。
なお、照明用レンズ33の具体的な構成については後述する。
基板50とグローブ30とは、LED51の光学基準点位置と、照明用レンズ33の光学基準点位置とが一致する位置で、精度よく位置決めされる。上述したように、基板50は、基板取付け面20に対して、位置決めピン23、及び、ねじ穴24により位置決めされて、灯具本体10に取り付けられる。グローブ30は、基板取付け面20に設けられた位置決めピン23に対応する位置に、位置決めピン23を受ける受溝41を備える。受溝41は、グローブ30の裏面30Bを凹ませ、表面30Aに膨出させて、形成される。グローブ30は、位置決めピン23を受溝41に挿入させ、枠状に形成されたパッキン押圧リブ37をパッキン嵌込溝29に挿入させ、一対の爪36を灯具本体10の一対の引掛孔28に引き掛けて、灯具本体10に対して位置決めされる。このように、基板50、および、グローブ30は、灯具本体10に対して位置決めされることで、LED51の光学基準点位置と、照明用レンズ33の光学基準点位置とが一致する位置で、精度よく位置決めされるように構成されている。
また、グローブ30には、基板50を基板取付け面20にねじ止めするねじ53に対応する位置に、このねじ53の頭を逃げる逃溝42が設けられる。逃溝42は、グローブ30の裏面30Bを凹ませ、表面30Aに膨出させて、形成される。
図8はグローブ30に設けた照明用レンズ33の斜視図である。図9はグローブ30に設けた照明用レンズ33の三面図であり、図9(A)は照明用レンズ33の平面図、図9(B)は照明用レンズ33の街路方向Gに向けられる側の側面図、図9(C)は照明用レンズ33の横断方向Wに向けられる側の側面図である。また図10はグローブ30に設けた照明用レンズ33の断面図であり、図10(A)は図9(A)のA−A断面図、図10(B)は図9(A)のB−B断面図である。
グローブ30の表面30Aには、図2に示すように、複数(図示例では5つ)のLED51の各々に対応した位置に照明用レンズ33が一体に設けられている。
照明用レンズ33の各々はいずれも同一形状の凸レンズであり、LED51の光を街路8の路面8Rに配光し、この路面8Rの照射領域を照明する。この照明用レンズ33の配光は、横断方向W(図1)よりも街路方向Gに長い照射領域を照射する、いわゆる横長配光である。なお、横断方向Wは、街路8を横断する方向であって街路方向Gに直交する方向である。
このLED51が凹部70の開口面70Aに発光点Qを合せて配置されることで、発光点Qから広範囲に放射される光が凹部70の略全面に入射されようになり、当該凹部70の全面が照明用レンズ33の底面(グローブ30の裏面30B)に設けた入射面71となる。
この入射面71の構成については後述する。
この照明用レンズ33は、防犯灯1に組み込まれた状態において、第1方向が街路方向Gを向き、第2方向が横断方向Wに向くようにグローブ30に設けられ、これにより、当該防犯灯1の配光が街路8の路面8Rを横長に照射する横長配光となる。
主出射面73は、第2方向(横断方向W)よりも第1方向(街路方向G)に延びた上記横長配光を形成するように、これら第2方向、及び第1方向のそれぞれに光を拡張する光制御面であり、第1出射面73Aと、第2出射面73Bとを備えている。
第1出射面73Aは、主として街路方向Gに光を拡張する光制御面である。
この第1出射面73Aは、図8に示すように、平面視略楕円形を成し、中心にLED51の光軸Kが配置される。この第1出射面73Aの中心、すなわち光軸Kと交差する箇所には、その周辺よりも曲率がより大きな曲面である第3出射面73A1が設けられている。この第3出射面73A1は、周辺の第1出射面73Aよりも大きく光を拡張することで、光軸K近傍に向かう光束を周辺に振り分け、当該光軸K近傍での照度が過度に高まるのを防止している。
補助出射面74は、入射面71に入射した光のうち、主出射面73から逸れた光を、路面8Rの照射領域に向かわせる光制御面である。
詳述すると、図11に示すように、照明用レンズ33の底面(すなわち、グローブ30の裏面30B)には、入射面71の両側のそれぞれに第1反射面75が設けられている。この第1反射面75は、LED51の発光点Qから放射され入射面71に入射した光束のうち、照明用レンズ33の出射面72を逸れてグローブ30の中を進行する光束M1を、当該出射面72の上記補助出射面74に向けて全反射する。この光束M1が補助出射面74に入射され、主出射面73が照射する照射領域に向けられる。
これにより、グローブ30の中を進行して無駄になる光束M1が照射領域の照射に用いられるので、光の利用効率が向上することとなる。
それぞれの補助出射面74は、第2方向(横断方向W)において各出射光がクロスし、照射領域の第2方向(横断方向W)における端部を照らすように、光束M1を光制御される。これにより照射領域の横断方向Wの端部での照度が光束M1によって補われ、横断方向Wへの照射領域の拡張も可能になる。
そこで、図11に示すように、この補助出射面74は、入射面71に入射した光束のうち、第1反射面75で反射されずに補助出射面74に直接入射する光束M2を、照明用レンズ33の底面の側(すなわち、グローブ30の裏面30Bの側)に全反射により反射している。
これにより、補助出射面74から漏れ光が出射されるのが防止され、照明用レンズ33による配光品位の低下が抑制される。
この照明用レンズ33の主出射面73は、第1方向(街路方向G)に延びた平面視楕円形に形成され、図12に示すように、その第1方向における端部である第1方向端部73Tから出射された光が第1方向の遠方に向けられている。
したがって、主出射面73の第1方向における両端に、上記第1方向端部73Tに代えて、漏れ光を防止する上記補助出射面74を設けた場合、第1方向における照射領域の両端部の照度は補われるものの、上記第1方向端部73Tが無いことから、そのままでは照射領域の第1方向の長さが短縮されてしまう。
すなわち、図12に示すように、照明用レンズ33の入射面71は、第1方向(街路方向G)を含む断面において、第1入射面80と、第2入射面81とを備え、この断面形状が横断方向Wに延びて形成されている。
第1入射面80は、主出射面73の側に凸な曲面であって、光軸Kと交差する部分において光軸Kと直交し、発光点Qから入射する光を主出射面73に向かわせるように光制御し、この照明用レンズ33では、第1方向を含む断面において、非球面形状に形成されている。
この図に示すように、入射面71を第1入射面80のみで形成した場合には、入射面71に入射した光束の一部の光束M3は、主出射面73から逸れてしまい、この光束M3が無駄となる。
そこで、この照明用レンズ33では、入射面71において、光束M3が入射する範囲Sに第2入射面81を設け、この第2入射面81が光束M3を主出射面73に向かうように光制御している。
この照明用レンズ33では、第2入射面81は発光点Qから所定半径の球面に形成され、図12に示すように、入射した光を光軸Kの側に屈折し、主出射面73に入射するように光制御する。また、この照明用レンズ33では、第2入射面81は、主出射面73のうち、第1方向端部73Tに光束M3を入射させている。これにより、光束M3が第1方向端部73Tによって、第1方向(街路方向G)の遠方に向けられ、当該遠方が効率良く照射されることとなる。
より詳細には、この第1入射面80は、図14に示すように、光源の位置に対応する光軸上の基点である上記発光点Qから入射面71に直接的に到達する光が入射面71を透過するときの屈折角をθ1とし、このθ1の符号を入射面71の法線Fに対して光軸Kの側を負、その反対側を正としたときに、第1入射面80、及び第2入射面81ではいずれもθ1の符号が負となり、光軸Kの側に光を屈折させることとしている。
これにより、グローブ30に複数のLED51、及び照明用レンズ33を設ける場合に、より多くのLED51、及び照明用レンズ33を設けることが可能となり、高出力化が容易となる。
この図に示すように、この防犯灯1は、横断方向Wが約6メートルの幅の路面8Rを、街路方向Gに沿った各々の方向に10メートル遠方まで照射している。
この照射領域において、横断方向Wの両端部エリアWaには、横断方向Wを含む断面において、照明用レンズ33の主出射面73から逸れてグローブ30の中を進行する光束M1が第1反射面75、及び補助出射面74によって向けられて照射される。この防犯灯1にあっては、仮に第1反射面75、及び補助出射面74が無いとすれば、上記光束M1は防犯灯1の背後側(街路8とは反対側)のエリアHを照射し、光害や光の無駄を生じさせる。特に、この光束M1が照射するエリアHは、防犯灯1に比較的近いことから、エリアHの照度も比較的大きく、漏れ光の影響は顕著となる。このような光束M1が横断方向Wの両端部エリアWaの照射に用いられることで、光害を抑え、光の利用効率を高めることができる。
図示は省略するが、グローブ130の電源対応部130Dは、光源対応部130Cよりも、表面130A側に一段高く形成される、或いは、膨出されその内部が広げられる。基板150の表面150Aに突設した電源部品61の取付け脚および電源部品は、電源対応部30Dの高さ方向に広げられた内部に収納される。
この構成によれば、LED51および電源部品61が配置された基板50は、収納凹部18に電源部品61を収納させて、基板取付け面20に取り付けられる。よって、防犯灯1は、部品同士を灯具本体10内で接続部品等を用いて接続する必要がなく、少ない部品点数で、容易に組み立てることができる。
この構成によれば、LED51が実装された基板と、電源部品61が実装された基板と、光センサー65と、を互いに接続したり、別々に灯具本体10に接続したりする必要がなく、一枚の基板50を灯具本体10に取り付けるだけでよい。よって、防犯灯1は、少ない部品点数で、容易に組み立てることができる。
この構成によれば、LED51の発熱を基板取付け面20から灯具本体10に伝熱させて、灯具本体10の外表面から外気に放熱することができる。よって、LED51の発熱を効率よく、放熱させることができる。
この構成によれば、LED51と、電源部品61の取付け脚と、グローブ30で一体に覆うため、防犯灯1は、少ない部品点数で、容易に組み立てることができる。
この構成によれば、LED51と、電源部品61の取付け脚と、グローブ30で一体に覆うことで、基板50のLED取付け部50Cを基板取付け面20に対して押圧することができる。これにより、LED取付け部50Cを基板取付け面20に密接させて、LED51の発熱を伝熱面21に効率よく伝熱させることができる。
この構成によれば、グローブ30が照明用レンズ33を一体に備えるため、防犯灯1は、少ない部品点数で、容易に組み立てることができる。
この構成によれば、電源部品61の取付け脚に緩衝することなく、グローブ30を取り付けることができる。
この構成によれば、灯具本体10にグローブ30を取り付けることで、パッキン19により、基板50の防水を容易に図ることができる。
この構成によれば、電源部品61および明るさセンサー65を凹部18に収納して、基板50を灯具本体10に取り付けることで、明るさセンサー65を採光部に配置することができる。よって、防犯灯1を、少ない部品点数で、容易に組み立てることができる。
この構成によれば、採光用開口15に挿入されたセンサーカバー17が鳥によって持っていかれたり、破損されたりするのを防ぐことができる。
この構成によれば、電線62を電線ホルダー25に保持させて、凹部18内に収納することができ、防犯灯1を組み立てる際に、電線62の凹部18内での配線を容易に行うことができる。
この構成によれば、第2入射面81の屈折作用によって、光の利用効率が高められるとともに、第1入射面80が光を光軸Kの側に屈折することから、この光の拡がりが抑えられ出射面72の大きさを小さくできる。これによりコンパクトでありながらも、効率が良い照明用レンズ33が得られる。
この構成によれば、第2入射面81が無ければ無駄になる光が第1方向の遠方の照明に用いられることで、第1方向の照射領域の遠方の照度不足を補い、また遠方までの距離を効率良く延ばすことができる。
この構成によれば、第2方向を含む断面において、出射面72を逸れてグローブ30の中を進行する光を照明に利用することができ、光の利用効率が高められる。
この構成によれば、第2方向を効率良く照明できる。
なお、出射面72の光制御の態様によっては、光軸K、及び第1方向を含む断面において、入射面71を挟んだ両側のそれぞれに、第1反射面75を設けることもできる。
この構成によれば、補助出射面74で光制御できない光成分が出射されてしまうのが防止される。
これにより、光の利用効率が非常に高い照明用レンズ33が得られる。
なお、第1反射面75、及び補助出射面74の両方を必ずしも全反射面とする必要はない。
例えば上述した実施形態では、屋外設置型の照明装置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LED51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、基板50は、LED取付け部50Cと、電源部品取付け部50Dと、が一枚の基板上に備える構成としたが、これに限らず、LED取付け部50Cと、電源部品取付け部50Dと、が別々の基板上に設けられていてもよい。
また、グローブ30が、光源対応部30Cと、電源対応部30Dとを一体に備える構成としたが、これに限らず、光源対応部30Cと、電源対応部30Dとが別体に形成されていてもよい。
また基板50には複数のLED50を設けたが、LED50を1つとしても良い。この場合は1つの照明用レンズ33がグローブ30,130に設けられる。
30、130 グローブ
33 照明用レンズ
8 街路
8R 路面
M1、M2、M3 光束
51、151 LED(発光素子)
51A1 発光面
70 凹部
71 入射面
72 出射面
73 主出射面
73T 第1方向端部
74 補助出射面
75 第1反射面
80 第1入射面
81 第2入射面
G 街路方向
K 光軸
Q 発光点
W 横断方向
Claims (4)
- 出射面の側に凸な曲面の入射面が底面に設けられ、当該入射面に入射した光源の光を光軸方向と直交する第1方向に配光する照明用レンズにおいて、
前記底面には、
前記光軸方向、及び前記第1方向と直交する第2方向における前記入射面を挟んだ両側に、前記出射面に向けて光を反射する第1反射面を備え、
前記出射面は、
前記第1反射面が反射した光が入射され、前記第2方向に配光する補助出射面を備え、
前記補助出射面は、
前記入射面から直接入射する光を前記底面の側に反射する
ことを特徴とする照明用レンズ。 - 前記第1反射面、及び/又は前記補助出射面は、全反射面であることを特徴とする請求項1に記載の照明用レンズ。
- 前記入射面は、
前記凸な曲面である第1入射面と、当該第1入射面の縁につながり当該第1入射面と前記底面との間に設けられた第2入射面とを備え、
前記第1入射面、及び前記第2入射面はいずれも、前記光源から入射する光を前記光軸の側に屈折することを特徴とする請求項1または2に記載の照明用レンズ。 - 前記光源となる1又は複数の発光素子が設けられた基板と、
前記基板を覆うグローブと、を備え、
前記グローブの表面には、前記発光素子に対応した位置に、請求項1〜3のいずれかに記載の照明用レンズを設けたことを特徴とする照明装置。
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