JP6575909B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とし、主として非常用照明に用いられる照明装置に関する。

従来から、商用電源といった外部電源からの給電が停止した非常時に、蓄電池の電力を用いて点灯する非常用の照明装置が知られている。非常用の照明装置は、商用電源が供給されない異常時に、必要最低限の床面照度が得られればよく、一般的に、床面照度は２ｌｕｘあればよいとされている。また、非常用の照明装置は、避難する人が障害物を視認し易いように、広い配光角への光束を一定以上に高める必要がある。

近年では、非常用の照明装置の光源に、低電力で高輝度に発光するＬＥＤを用いたものがある。ところが、一般的なＬＥＤは、図９に示すように、ＬＥＤの正面方向、すなわち基準光軸Ｂａ方向の光度が最も高い。そのため、例えば、天井に取り付けられた照明装置から床面に向けて光が照射される場合に、非常用照明として必要最低限な床面照度を得ようとすると、照明装置から遠方の床面照度が不十分となる。一方、照明装置から遠方への床面照度を高めるために点灯出力を上げると、照明装置の直下照度が不要に高くなり、蓄電池を駆動電源としたときに所定の点灯時間を確保できない虞がある。

そこで、ＬＥＤを光源に用いた非常用の照明装置では、光源のＬＥＤから照射された光の配光を広角配光にする光学部材が用いられる（例えば、特許文献１）。この種の光学部材１０３は、図１０（ａ）に示すように、光源１０２から照射された光が入射する光入射面１３１は、光源１０２の中心を通る基準光軸Ｂａに対し軸対称な凹の曲面を有する。光入射面１３１は、基準光軸Ｂａ方向の高さが、基準光軸Ｂａと直交する径よりも大きく、断面が縦長の楕円形であり、光源２から光入射面１３１に入射した光は、基準光軸Ｂａに対する角度が大きくなる方向に屈折される。また、光入射面１３１に入射した光が出射する光出射面１３２は、前記基準光軸Ｂａの周辺領域が凹状であり、この凹状となった領域の外周領域が凸状であるよう形成されており、光出射面１３２から出射する光を基準光軸Ｂａよりも外側に屈折させる。これにより、光学部材１０３は、図１０（ｂ）に示すように、光源から出射された光の配光を、いわゆるバッドウィング型と呼ばれる広角配光にすることができる。

特許第５２１３３８３号公報

しかしながら、上記図１０（ａ）（ｂ）に示した光学部材１０３では、基準光軸Ｂａに対して６０〜９０°の範囲に主に光が出射され、特に７０°以上の範囲への光束が多くなる一方で、６０°以下の範囲への光束が少なくなる。そのため、例えば、光学部材１０３を用いた照明装置が天井に設置された場合には、非常用照明として必要な床面照度を得られなくなる虞がある。

本発明は、前記課題を解決するものであり、装置直下において非常用として必要な床面照度を得ることができ、且つ一定の広配光角へも必要な光束を得ることができる照明装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、光源と、前記光源から照射された光を制御する光学部材と、を備えた照明装置であって、前記光学部材は、前記光源から照射された光が入射する光入射面と、前記光入射面に入射した光が出射する光出射面と、を有し、前記光入射面は、前記照明装置の基準光軸に対し軸対称な凹の曲面であり、前記基準光軸と前記光源の発光面の中心との交点を基準点とし、前記光入射面上の任意の点と前記基準点とを結ぶ直線と前記基準光軸とのなす角をα１、前記光入射面上の任意の点と前記基準点との距離をＲ１としたとき、５０°＜α１＜６０°の範囲において、距離Ｒ１は極小値を持ち、前記光出射面は、前記基準光軸との交点を含む領域に凹の窪み部と、前記窪み部の外周側に連続し前記基準光軸に対し軸対称な凸の曲面部と、を有し、前記光出射面上の任意の点と前記基準点とを結ぶ直線と前記基準点を通る前記基準光軸とのなす角をα２、前記光出射面上の任意の点と前記基準点との距離をＲ２としたとき、少なくとも角度α２＜６０°の範囲において、角度α２の増加に従って距離Ｒ２は単調増加し、角度α２が６０〜７０°の範囲において、距離Ｒ２は極大値を持ち、距離Ｒ２に極大値を与える角度α２ｍ以上の範囲において、距離Ｒ２は単調減少することを特徴とする。

本発明によれば、光源から出射された光は、基準光軸に対する角度が小さくなる方向へ屈折されて光入射面から媒質部に入射する。これにより、媒質部内において基準光軸側へ導出される光束を多くすることができる。また、光出射面における基準光軸から角度α２＜６０°までの範囲では、基準光軸に対する角度が大きくなる方向へ光が屈折される。その結果、４５°〜６０°の範囲への光束を多くすることができる。従って、ＬＥＤからの光を広い配光で出射する光学部材により、装置直下において非常用として必要な床面照度を得ることができ、且つ広い配光角へも必要な光束を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の斜視図。 同照明装置に用いられる光学部材の側断面図。 同光学部材における光源からの出射角と光源の基準点からの入射面までの距離との関係を示す図。 （ａ）は同光学部材における配光曲線を示す図、（ｂ）は光の出射角と光度との関係を示す図。 同光学部材の側断面図。 （ａ）は同光学部材における光源からの出射角と光出射面からの出射角との関係を示す図、（ｂ）は光源からの出射角と、光出射面からの出射角を光源からの出射角で除した値との関係を示す図。 上記照明装置の側断面図。 上記照明装置の変形例における側断面図。 一般的なＬＥＤ光源の配光曲線を示す図。 （ａ）は従来の光学部材の側断面図、（ｂ）は従来の光学部材の配光曲線を示す図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について、図１〜図８を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の照明装置１は、光源２と、この光源２から照射された光を制御する光学部材３と、を備える。本実施形態の照明装置１は、天井に埋め込まれ床面に向けて光を照射するダウンライト型照明装置であり、施工面である天井の法線方向に基準光軸Ｂａを有する。

光源２には、ＬＥＤチップの出射光の波長を変換する波長変換部材が被覆されたＬＥＤパッケージが用いられる。光源２は、非常用の照明装置１として所望の光色の発光を可能とする光源であれば特に限定されないが、例えば、発光ピーク波長が４６０ｎｍの青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップに、ＹＡＧ系蛍光体を被覆した、いわゆる白色ＬＥＤが好適に用いられる。なお、発光色の異なる複数のＬＥＤを用い、これらを列状に配列させ、各ＬＥＤの出射光を混光させて所定の照射光を実現することもできる。ＬＥＤの組み合わせとしては、白色光及び電球色、又は３原色（距離ＲＧＢ）の組み合わせ等が挙げられる。また、これらのＬＥＤの出力を個別に制御して、照射光の色温度を可変とすることもできる。

本例における光学部材３は、光源２に対して凸な椀形状の透光性部材であり、１つの光源２に対して１つの光学部材３が適用される。光学部材３から照射される光の鉛直面の配光は、いずれの断面方向においても同一である。光学部材３は、ガラスといった不燃性を有する透明材料により形成される。

照明装置１は、光源２を点灯駆動させるための電源回路及び蓄電池（不図示）等を内装した装置本体４を備える。電源回路は、商用電力から供給された交流電流を、光源２を点灯させるために必要な所定の直流電流に整流及び変圧する。装置本体４は、例えば、熱伝導性に優れた金属部材により形成され、ヒートシンクとして機能する。装置本体４の外側には、天井等に形成された施工用の開口に照明装置１自体を保持するための板バネ４１が設けられている。

また、照明装置１は、光源２よりも光導出方向に設置されるカバー５を更に備える。カバー５は、照明装置１の施工面（天井等）と略平行に設置される平面部５１と、この平面部５１に設けられて光学部材３の光出射面を露出させる開口部５２と、を有する。平面部５１は、円板状の板状部材であり、施工面からの突出感を抑制するために、その外周縁の厚みが薄くなるように形成されている。開口部５２は、平面部５１の中心に光学部材３の形状に対応する円形に形成されている。また、平面部５１には、孔５３が設けられており、装置の点検時等にカバー５の取り外し可能とするレバーを孔５３を通じて操作できるようになっている。

図２に示すように、光学部材３は、光源２から照射された光が入射する光入射面３１と、光入射面３１に入射した光が出射する光出射面３２と、光入射面３１から光出射面３２へ光を導出する媒質部３３と、を有する。また、光学部材３は、装置本体４の装着面４２に光学部材３自体を装着させるための底面部３４を有し、この底面部３４に凹状の光入射面３１が形成され、光入射面３１の周縁から外側に鍔部３５が延出されている。なお、図中の実線矢印は、光源２から出射されて光学部材３から出射される光の光路の一例を示す。

光入射面３１は、照明装置１の基準光軸Ｂａに対し軸対称な凹の曲面である。ここで、基準光軸Ｂａと光源２の発光面の中心との交点を基準点Ｂｐとする。また、光入射面３１上の任意の点Ｐ１と基準点Ｂｐとを結ぶ直線と基準光軸Ｂａとのなす角をα１、光入射面３１上の任意の点Ｐ１と基準点Ｂｐとの距離をＲ１とする。このとき、光入射面３１は、４５°＜α１＜６０°の範囲において、距離Ｒ１は極小値Ｒ１ｍを持つ。

図３に示すように、角度α１＜４５°の範囲において、距離Ｒ１は、角度α１の増加に従って緩やかに減少する。特に、角度α１＜１０°の範囲では、角度α１の減少率は緩やかであり、１０°＜α１＜４０°の範囲で、角度α１の減少率がやや増加し、角度α１＞４０°の範囲で再び角度α１の減少率が緩やかになる。また、５０°＜α１＜６０°の範囲において、距離Ｒ１は極小値Ｒ１ｍを持ち、距離Ｒ１に極小値Ｒ１ｍを与える角度α１ｍを、角度α１が超えると、距離Ｒ１は単調増加する。つまり、光入射面３１の断面形状は、角度α１が小さい範囲では、縦長の楕円形の一部である一方、角度α１が大きくなるに従って、緩やかに横長の楕円の一部となる。

上記図３に示したように、光入射面３１において、距離Ｒ１が極小値Ｒ１ｍを持つ角度α１ｍは、５０〜６０°の範囲であることが望ましい。これにより、角度α１が５０〜６０°の範囲における光入射面３１から媒質部３３への光の取り込み率を向上させ、その方向への光束を多くすることができる。

光源２（ＬＥＤ）からは光が放射状に照射されるので、光入射面３１の断面が円形であれば、光入射面３１への入射角は小さく、光源２から出射された光は殆ど屈折することなく光入射面３１から媒質部３３に入射する。一方、本実施形態の光入射面３１のように、光入射面３１の断面形状が、角度α１が大きくなる範囲において横長の楕円形である場合、角度α１が大きくなるほど、光入射面３１への入射角が大きくなる。そのため、光源２から出射された光は、基準光軸Ｂａに対する角度が小さくなる方向へ屈折されて光入射面３１から媒質部３３に入射する。これにより、媒質部３３内において基準光軸Ｂａ側へ導出される光束を多くすることができる。

また、底面部３４は、角度α１＞７０°の範囲において、光入射面３１と連続するように切り欠かれた傾斜面３６を有する（再び図２参照）。なお上記範囲は角度α１＞７５°であることが、より好ましい。これにより、光源２から出射された角度α１が７５°以上の光を、基準光軸Ｂａ方向に屈折させることができ、ロス光を低減し、低い点灯出力で必要な床面照度を得易くすることができる。

光出射面３２は、基準光軸Ｂａとの交点を含む領域に凹の窪み部３２ａと、窪み部３２ａの外周側に連続し基準光源Ｂａに対し軸対称な凸の曲面部３２ｂと、を有する。ここで、光出射面３２上の任意の点Ｐ２と基準点Ｂｐとを結ぶ直線と基準点Ｂｐを通る基準光軸Ｂａとのなす角をα２、光出射面３２上の任意の点Ｐ２と基準点Ｂｐとの距離をＲ２とする。このとき、光出射面３２は、少なくとも角度α２＜６０°の範囲において、角度α２の増加に従って距離Ｒ２は単調増加する。

このように形成された光学部材３によれば、光出射面３２における基準光軸Ｂａから角度α２＜６０°までの範囲では、基準光軸Ｂａに対する角度が大きくなる方向へ光が屈折される。その結果、図４（ａ）に示すように、４５°〜６０°の範囲への光束を多くすることができる。これにより、特に、天井高さ３〜５ｍといった一般的な天井に設置される装置直下において非常用として必要な床面照度を得ることができ、且つ一定の広配光角へも必要な光束を得ることができる。

また、光出射面３２は、角度α２が６０〜７０°の範囲において、距離Ｒ２は極大値Ｒ２ｍを持ち、距離Ｒ２に極大値Ｒ２ｍを与える角度α２ｍ以上の範囲において、距離Ｒ２は単調減少する。具体的には、光入射面３１の断面において、角度α２が０、つまり距離Ｒ２が基準光軸Ｂａと重なるとき最短距離となり、点Ｐ２ｍとなる角度α２ｍまでは、角度α２の増加に従って距離Ｒ２が単調増加し、角度α２ｍよりも角度α２が大きくなると、角度α２の増加に従って距離Ｒ２が単調減少する。つまり、光出射面３２は、基準光軸Ｂａから角度α２が６０°までの範囲では、基準光軸Ｂａと概ね直交する緩やかな曲面であり、角度α２ｍを含む６０〜７０°の範囲で、やや突出した曲面となり、角度α２＞７０°の範囲では、基準光軸Ｂａに概ね沿う鉛直な曲面となる。

また、光出射面３２における角度α２ｍを含む６０°＜α２＜７０°の範囲では、角度α２ｍ方向へ光が屈折され、角度α２＞７０の範囲では、基準光軸Ｂａに対する角度が大きくなる方向へ光が屈折される。その結果、図４（ｂ）に示すように、配光角７０°以上の範囲への光度を弱くする一方で、６０°付近への光度を強くすることができる。

また、本実施形態の光学部材３では、光出射面３２のうち、基準光軸Ｂａに対する角度（光源出射角）が比較的小さい領域には、窪み部３２が設けられている。そのため、光出射面３２から出射される光を、外側へ屈折させることができ、配光角６０°付近の光束を多くすることができる。

上記のように構成された光学部材３において、図５に示すように、基準点Ｂｐから出射される光と基準光軸Ｂａとの成す角（光源２からの光の出射角）をφ１、上記φ１で出射された光が光出射面３２から出射されるときの基準光軸Ｂａとの成す角（光出射面３２からの光の出射角）φ２とする。このとき、角φ１と角φ２とは、図６（ａ）（ｂ）に示すような相関を持つ。すなわち、図６（ａ）に示すように、角φ１の増加に従い、角φ２は単調増加する。一方、角φ１の増加に伴い、角φ２を角φ１で除した値であるφ２／φ１は、φ１＞２０°の範囲では、緩やかに減少し、φ２／φ１は極値を持たない。

図１０（ａ）（ｂ）に示したような従来の光学部材１０３では、光源１０２から出射された光の光路は、「φ１が小さい領域ではφ２／φ１は上に凸、φ１が大きい領域ではφ２／φ１は下に凸の曲線で示される」とされている。このような光路を実現する光学部材１０３の形状では、配光に急激な変化が生じ、照度にムラができ易くなり、所望の床面照度を確保するために高い点灯出力を要するという問題点があった。これに対して、本実施形態の光学部材３によれば、図６（ｂ）に示したように、φ２／φ１は、緩やかに減少し、極値を持たないので、配光に急激な変化が生じ難く、照度にムラができ難くなり、必要最低限の点灯出力で所望の床面照度を確保することができる。

光学部材３は、上述したように、ガラスといった不燃性である透明材料から形成されている。そのため、例えば、火災等により照明装置１が高温条件に晒された場合でも、熱による光学部材３の変形は少なく、上述した光学性能を発揮することができる。

図７に示すように、カバー５の平面部５１は、光学部材３の光出射面３２の端部から基準光軸Ｂａに対して７０°以下の領域には存在しない。具体的には、開口部５２の周縁から平面部５１にかけて傾斜部５４が形成されており、平面部５１が、光学部材３の光出射面３２の端部から基準光軸Ｂａに対して７０°以下の領域に被らない形状になっている。上述したように、光学部材３は、基準光軸Ｂａに対して６０°付近の光束を多くするように構成されているので、カバー５の平面部５１を上記のように構成することで、カバー５が光学部材３から出射する光を遮蔽することを抑制することができる。

このようなカバー５を光源２よりも光導出方向に設置することにより、光源２の周りの部品を隠し、装置の見栄えを良くすることができる。また、カバー５に傾斜部５４を設けたことにより、光学部材３の破損を防止しながらも、その光学性能を確保することができる。また、傾斜部５４を反射板として機能させることができ、床面照度を更に向上させることができる。なお、好ましくは、傾斜部５４を含むカバー５の外表面は、光反射性を有するように、例えば、白色の塗装が施される。

上記実施形態の変形例について、図８を参照して説明する。本変形例では、光学部材３が、図８に示したように、光出射面３２のうち光導出方向に最も突出した凸部３２ｃが、平面部５１と同一平面又は平面部５１よりも光源２側に位置するように、設けられている。すなわち、平面部５１と同一平面を示す図中の破線ｄｌよりも、凸部３２ｃが光源２側に位置している。光学部材３が、上述したガラスを材料として形成されている場合、不燃性を確保できる一方で、物理的な接触によって破損し易くなる。そこで、光学部材３が施工面（天井）よりも室内に突出しないようにすることで、光学部材３の破損を防止することができ、また、装置全体の高さを抑制し、施工性を向上することができる。

本発明は、上述した実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、１つの光源２に対して１つの光学部材３が適用され、光学部材３から照射される光の鉛直面の配光は、いずれの断面方向においても同一である構成を示した。しかしながら、例えば、照明装置１は、複数の光源２が列状に設けられ、これらの光源２に対して１つの長尺状の光学部材３が適用されていてもよい。この場合、光学部材３の照明装置１のいずれかの鉛直面（例えば、装置短手方向の断面であるＡ断面）における配光が、上述した配光特性を有していればよい。

１ 照明装置
２ 光源
３ 光学部材
３１ 光入射面
３２ 光出射面
３２ａ 窪み部
３２ｂ 凸の曲面部
３２ｃ 凸部
３４ 底面部
３６ 傾斜面
５ カバー
５１ 平面部
５２ 開口部
５４ 傾斜部
Ｂａ 基準光軸
Ｂｐ 基準点
α１ 光入射面上の任意の点と基準点とを結ぶ直線と基準光軸とのなす角
α２ 光出射面上の任意の点と基準点とを結ぶ直線と基準点を通る前記基準光軸とのなす角
α２ｍ 距離Ｒ２に極大値を与える角度
Ｐ１ 光入射面上の任意の点
Ｐ２ 光出射面上の任意の点
Ｒ１ 光入射面上の任意の点と基準点との距離
Ｒ１ｍ 距離Ｒ１の極小値
Ｒ２ 光出射面上の任意の点と基準点との距離
Ｒ１ｍ 距離Ｒ１の極大値

Claims (7)

1. 光源と、前記光源から照射された光を制御する光学部材と、を備えた照明装置であって、
   前記光学部材は、前記光源から照射された光が入射する光入射面と、前記光入射面に入射した光が出射する光出射面と、を有し、
   前記光入射面は、前記照明装置の基準光軸に対し軸対称な凹の曲面であり、前記基準光軸と前記光源の発光面の中心との交点を基準点とし、前記光入射面上の任意の点と前記基準点とを結ぶ直線と前記基準光軸とのなす角をα１、前記光入射面上の任意の点と前記基準点との距離をＲ１としたとき、５０°＜α１＜６０°の範囲において、距離Ｒ１は極小値を持ち、
   前記光出射面は、前記基準光軸との交点を含む領域に凹の窪み部と、前記窪み部の外周側に連続し前記基準光軸に対し軸対称な凸の曲面部と、を有し、前記光出射面上の任意の点と前記基準点とを結ぶ直線と前記基準点を通る前記基準光軸とのなす角をα２、前記光出射面上の任意の点と前記基準点との距離をＲ２としたとき、少なくとも角度α２＜６０°の範囲において、角度α２の増加に従って距離Ｒ２は単調増加し、角度α２が６０〜７０°の範囲において、距離Ｒ２は極大値を持ち、距離Ｒ２に極大値を与える角度α２ｍ以上の範囲において、距離Ｒ２は単調減少することを特徴とする照明装置。
2. 前記光学部材は、前記光源が搭載された搭載面に当接する底面部を有し、
   前記底面部は、角度α１＞７０°の範囲において、前記光入射面と連続するように切り欠かれた傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学部材は、不燃性を有する透明材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光源よりも光導出方向に設置されるカバーを更に備え、
   前記カバーは、前記照明装置の施工面と略平行に設置される平面部と、前記平面部に設けられて前記光学部材の光出射面を露出させる開口部と、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記平面部は、前記光出射面の端部から前記基準光軸に対して７０°以下の領域には存在しないことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記カバーは、前記開口部の周縁から前記平面部にかけて形成された傾斜部を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の照明装置。
7. 前記光学部材は、前記光出射面のうち光導出方向に最も突出した凸部が、前記平面部と同一平面又は前記平面部よりも前記光源側に位置するように、設けられていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の照明装置。