JP6669690B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に屋外を照明する照明装置に関する。

道路灯、街路灯、駐車場灯など、一定の高さに設置され、離れた場所まで広範囲に照らす照明装置（そのような屋外使用を想定した照明装置を略して「屋外灯」と呼ぶが、屋内で使用することも可能である。）では、所定の範囲を一定以上の明るさで照明することが要求される。その反面、光源を直視したときの眩しさを抑えたいという、相反する要求もある。

ＬＥＤ光源は、一般に光軸方向の光度が最も高い。従って、遠方までの幅広い範囲を照らす必要のある屋外灯では、光軸が遠方を向くように設計することが一般的である。特許文献１に記載のトンネル照明器具では、取付角度を真下方向から約３０度傾け、ＬＥＤモジュールの前後に反射鏡を設置して、横長配光を実現し、さらに後面側反射鏡に開口部を設けている旨が記載されている。特許文献２は街路灯であって、光軸が後ろ向き３５度方向を向く後向き光源と光軸が前向き３５度方向を向く前向き光源との組み合わせからなり、後向き光源の光軸は、反射ユニットの後部に取付けられた後部反射面を照射し前方へ反射され、後向き光源の照射光量は前向き光源の照射光量よりも大きくしたことを特徴とする旨が記載されている。

特開２０１６−０１５２２７号公報 特開２０１５−０３８８２６号公報

従来の一般的なＬＥＤ光源を用いた屋外灯において、ＬＥＤ光源の放射角分布が最大となる光軸方向を照射範囲のうち設置位置から遠い部分に向けることが一般的であった。当然ながら、その位置にいる人から光源を見ると、光源を正面から眺めることになり、眩しさを感じる。

さらに、屋外灯は、特許文献１に記載の照明装置のように光出射面を下方向より斜めに傾けることにより遠方まで効率的に照明できる反面、例えば強風時に真横から飛んでくる飛来物との衝突により光出射面が破損する恐れがあるという問題がある。なお、特許文献１に記載の照明装置は、設置場所としてトンネル内を想定しているため、強風時の影響は無視できる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、屋外灯において、光源の光軸方向を真下近くに向ける設置態様とすることにより、被照射面上の人が照明装置を直視したときの眩しさを低減しつつ、光を遠くまで届かせることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、被照射面から離れた位置から被照射面を照明する照明装置であって、発光領域を有する光源と、前記光源の後方に立設され、前記光源から発する光を反射する後方反射鏡を備え、前記後方反射鏡は、前記発光領域を前記光源の光軸方向に延長した仮想領域の少なくとも一部を覆うような立設角を有し、前記光軸方向は前記被照射面の法線方向に対しマイナス１０度以上プラス１０度以下の角度である。

本願の発明によれば、光源の光軸をほぼ真下に向けつつ、光源からの光を斜め前方向に照射することができるため、真下あるいはその左右方向（Ｙ方向）における眩しさを抑制しつつ、比較的広範囲を明るく照射することができる。

第１の実施形態に係る照明装置の断面図である。 第１の実施形態に係る照明装置の下面図である。 第１の実施形態に係る照明装置の設置例である。 第１の実施形態に係る照明装置の断面における光線を示す図である。 第１の実施形態に係る照明装置を４５度前方から見上げた図である。 第１の実施形態に係る照明装置によって照明された地面の照度分布である。 第２の実施形態に係る照明装置の断面図である。 第３の実施形態に係る照明装置の断面図である。 第４の実施形態に係る照明装置の断面図である。 第５の実施形態に係る照明装置の断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜照明装置＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１を下から見た下面図、図１は、図２のＡ−Ａ線における照明装置１の断面図である。また、図３は、照明装置１を、ポール８０を用いて被照射面９０（具体的には地面）から高さＨ（Ｈは例えば４．６４ｍ）に設置した例を示している。このように、照明装置１は、例えば、ポール下の被照射面及びその上の人９２や物を照らす屋外灯として好適に用いられる。本願においては、図３に示すように、Ｘ方向のうちポールから離れた方向をＦ、照明装置１よりポール側の方向をＲと表記することとする。
図１および図２に示すように、照明装置１は、筐体１０、フード２０、光源３１・３２、ホルダ４１・４２、反射鏡６１・６２、電力供給部５０及び取付部７０を有する。

筐体１０は、一面が開口する箱形形状を有する部材である。筐体１０は、段差のある平面である底面部１１および底面部１１の前後に立設される側壁部１２を有する。筐体１０の上面と照明装置１の外形線の間には、放熱フィン１５が設けられている。

フード２０は、光透過性を有し、筐体１０の開口を覆う部材である。フード２０は側壁部１２に固定される。本実施形態のフード２０は、底面部１１とは逆方向に向けて凸となるように湾曲している。筐体１０およびフード２０により形成される空間の内部において、反射鏡６１及び反射鏡６２を備える。これにより、光源３１・３２や反射鏡６１・６２が、風雨や粉塵に曝されることを防止できる。なお、フード２０の直進光に対する透過率は高い方が遠方に光を届けるという観点で好ましいが、光源を直視することによる眩しさを抑えるため、直進光に対する透過率を少し下げ拡散性を持たせる（ヘイズ値を上げる）ようにしてもよい。

光源３１及び３２は、それぞれホルダ４１及び４２を用いて筐体１０の底面部１１に設置される。ホルダ４１及び４２は、電力供給部５０から供給された電力を制御して光源３１及び３２へと送るための接点を備えている。
なお、本実施形態の光源３１及び３２にはＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）型のＬＥＤが採用されている。これは、ボード上に設置された多数のＬＥＤチップが封止樹脂によって封止されたＬＥＤであり、好ましくはＬＥＤチップからの光と封止樹脂内に含有される蛍光体の発光が合成された光を発光する白色又は電球色ＬＥＤである。本実施の形態においては、封止樹脂による発光領域が例えば１６ｍｍ径を有したＣＯＢ型ＬＥＤを用いている。ただし、発光領域は円形に限られず、長方形などであってもよく、また、光源３１及び３２は、ＣＯＢ型以外のＬＥＤであってもよい。光源３１及び３２は、供給された電力により光を発するものであればよく、例えば、ＬＥＤ以外の光源が採用されてもよい。

光源３１の前後には、反射鏡６１の前方反射鏡６１Ｆ・後方反射鏡６１Ｒが立設され、光源３２の前後には、反射鏡６２の前方反射鏡６２Ｆ・後方反射鏡６２Ｒが立設される。

光源３１・３２は発光強度分布の指向特性を有するが、最大強度となる方向を光軸方向とする。本実施の形態で用いている光源３１・３２は等方的な指向特性を有しているので、図１のＺ方向が光軸方向となる。

光源３１の発光領域３１Ｌの両端からＺ方向に発する光線を１Ａ・１Ｂ、光源３２の発光領域３２Ｌの両端からＺ方向に発する光線を２Ｆ・２Ｒとする。光線１Ｂ・２Ｂはそれぞれ後方反射鏡６１Ｒ・６２Ｒに反射され、斜め横に放射される。光線１Ａ・２Ａは、反射鏡に反射されずにＺ方向に照射される。

電力供給部５０は、取付部７０の内部に収容されている。電力供給部５０は、バッテリー式であってもよく、外部電源と接続されるものであってもよい。電力供給部５０とホルダ４１及び４２とは、配線５１（図示せず）を介して接続されている。

取付部７０は、照明装置１の筐体１０をポール９に取り付ける部材である。取付部７０は、枠体と、枠体に固着された中空箱状の部材とを有する。正面図である図２を参照して、取付具７１は、取付部７０と筐体１０を回動自在に軸支する。これにより、筐体１０を取付具７１に対して回動させることで、筐体１０の被照射面に対する設置角度を調整でき、被照射面に対する照明光の照射方向の角度を調整できる。筐体１０の角度調整範囲としては、図１における光源３１・３２からの光軸方向であるＺ方向と、被照射面の法線方向であるＥ方向との角度をθ_ｚ（０度であればＥ方向）として、マイナス１０度からプラス１０度であれば照明装置１の後方へ向かう不要光があまり増加せず前方での眩しさが大きくならないため好ましく、マイナス５度からプラス５度であれば０度で設計した照射分布とほぼ同じ照度分布になるため更に好ましい。

＜反射鏡＞
図１に示すように、反射鏡６は反射鏡６１と反射鏡６２が一体化したものであり、反射鏡６１は前方反射鏡６１Ｆ及び後方反射鏡６１Ｒからなり、反射鏡６２は前方反射鏡６２Ｆ及び後方反射鏡６２Ｒからなる。前方反射鏡６１Ｆは、立設角（Ｚ軸に垂直な方向からの角度）θ_１Ｆ＝４０°で先端が前方に傾いており、光軸から横方向に向かう光を光軸方向（設置後の下方向）に近づける働きをする。一方後方反射鏡６１Ｒは立設角（Ｚ軸に垂直な方向からの角度）θ_１Ｒ＝１０４°で先端が前方に傾いており（注：θ_１Ｒが９０度以下であれば先端が後方に傾く）、発光領域をＺ軸方向に延長した仮想領域を一部覆っている。このため、発光領域から垂直に放射される光の少なくとも一部は後方反射鏡６１Ｒによって前方に反射される。これにより、後方へ向かう不要光が抑制される。前方反射鏡６２Ｆ及び後方反射鏡６２Ｒについてもそれぞれ前方反射鏡６１Ｆ及び後方反射鏡６１Ｒと同様である。なお、θ_１Ｆ、θ_１Ｒの値は一例であり、例えばこれらの値からプラスマイナス５度以内であってもよく、プラスマイナス３度以内であれば更に好ましい。

なお、図１に示すように、光源３１と３２の設置面がＤ＝２ｍｍ異なっているため、光源３１を発した光が反射鏡６２Ｒに遮られにくくなるという効果がある。この設置面の差に伴い、前方反射鏡６１Ｆと前方反射鏡６２Ｆ、後方反射鏡６１Ｒと後方反射鏡６２Ｒとは大きさがやや異なる。

反射鏡６は、平板を折り曲げた各面が平面の形状としているため、図２のＹ方向（左右方向）のどの断面をとってもほぼ同じ断面形状となる。これにより反射鏡６を容易に製造することができる。
反射鏡６１・６２は、樹脂成形品であり、各反射鏡には反射膜が形成されている。反射膜は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）等の金属めっきや、Ａｌ等の金属の蒸着膜により形成される。ただし、反射膜は、他の手法により形成されるものであってもよい。また、反射鏡６１・６２は、樹脂以外の他の材料、例えば透明膜でコーティングされた金属により構成されるものであってもよい。また、前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒは、同一部材で構成されてもよく、それぞれ別部材で構成されてもよく、前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒ、前方反射鏡６２Ｆ、後方反射鏡６２Ｒを同一部材で構成してもよい。前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒ、６２Ｆ、６２Ｒを同一部材とすれば、金型を一つとすることができ、加工費用を抑えることができる。また、前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒ、前方反射鏡６２Ｆ、後方反射鏡６２Ｒを別部材とすれば、照明対象や照明領域に応じて、適宜反射鏡を選択でき、各反射鏡の位置関係を、状況に応じて変更することも可能となる。

前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒ、前方反射鏡６２Ｆ、後方反射鏡６２Ｒに形成される反射膜は鏡面反射膜、又は鏡面反射鏡にファセット加工やディンプル加工を行ったものが好ましい。ファセット加工やディンプル加工を行うことにより、光線の反射方向は大きくは変わらないがやや広がりを有するものとなる。

＜反射鏡による効果＞
図４は、本実施形態に係る照明装置１の断面（ほぼ図１と同じ断面）における光線のシミュレーション結果を示している。前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒ、前方反射鏡６２Ｆ、後方反射鏡６２Ｒの働きにより、光が全体として斜め前方のＰ方向に向いていることがわかる。

図２は、本実施形態に係る照明装置１を下から見上げた場合を示す。光源３１及び３２が、後方反射鏡６１Ｒ・６２Ｒによって約半分遮られていることがわかる。つまり下方に達する光量は後方反射鏡６１Ｒ・６２Ｒがない場合に比べて約半分になっている。なお、前方反射鏡６１Ｆ、後方反射鏡６１Ｒ、前方反射鏡６２Ｆ、後方反射鏡６２Ｒは平板を折り曲げて作られているので、図２のＹ方向（左右方向）においてほぼ同じ形状になっている。

それに対し、図５は、本実施形態に係る照明装置１の下面を４５度前方（Ｆ方向）から見上げた場合を示す。光源３１及び３２が直接見えるとともに、後方反射鏡６１Ｒ・６２Ｒによって反射された光源像３１Ｍ、３２Ｍも見ることができる。従って斜め前方に達する光量が多くなり、光量を必要とする前方へ効果的に光を導くことができる。

＜被照射面の照度＞
図６は、本照明装置１を用いた場合の被照射面の照度分布のシミュレーション結果である。照明装置１はＣ点より高さ４．６４ｍの位置に設置され、照明装置１の光軸の被照射面鉛直方向に対する角度θ_Ｚは０°、全光束は７３５３ｌｍである。

照度分布より、照明装置１の位置から１５ｍ前方においても、１．５ｌｘの照度が確保できることがわかる。照明装置１の光軸の被照射面に対する角度θ_Ｚが０°であり眩しさが抑制されているにもかかわらず、照明装置１の後方（Ｒ方向）において照度が抑えられ、無駄な光あるいは光害の原因となる光が少ないという利点を有している。

＜第１の光源だけを備えた例＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置１０１の断面図である。照明装置１０１は、筐体１１０、放熱フィン１１５、フード１２０、光源１３１、ホルダ１４１、電力供給部１５０、後方反射鏡１６１Ｒ・前方反射鏡１６１Ｆからなる反射鏡１６１及び反射鏡延長部１６５、および取付部１７０を有する。電力供給部１５０はフード１２０に覆われた部分にあり、反射鏡延長部１６５に覆われている。

反射鏡１６１を構成する前方反射鏡１６１Ｆ及び後方反射鏡１６１Ｒはそれぞれ後方反射鏡６１Ｆ及び前方反射鏡６１Ｒと同じ形状である。

光源１３１の発光領域１３１Ｌの両端からＺ方向に発する光線を１Ａ・１Ｂとする。光線１Ｂは後方反射鏡１６１Ｒに反射され、斜め横に放射される。光線１Ａは、反射鏡に反射されずにＺ方向に照射される。

＜後方反射鏡の角度を変更した例＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置２０１の断面図である。照明装置１０１と異なる点は、後方反射鏡の角度を変え、光源１３１の発光領域１３１ＬからＺ方向に直進する光線１Ａと１Ｂをすべて後方反射鏡２６１Ｒで斜め方向に反射するようにした点だけであるため、要素番号は他の実施形態に用いたものを流用する。
これにより光源１３１からＺ方向に直進する光がなくなり、真下及びその左右方向（被照射面のＹ方向）の位置での眩しさが減少する。

＜前方反射鏡をなくした例＞
図９は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置３０１の断面図である。照明装置２０１と異なる点は、前方反射鏡１６１Ｆをなくした点だけであるため、要素番号は他の実施形態に用いたものを流用する。
これにより「光線１Ｇ」が斜め横方向に照射されるようになり、第３の実施形態と比べて斜め前方に照射される光が増加する。

前方反射鏡は、本実施形態のように完全になくさず、高さを低くしても類似の効果が得られる。

＜反射鏡を、平板を一方向に曲げた曲面鏡とした例＞
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る照明装置４０１の断面図である。第２の実施形態に係る照明装置１０１と異なる点は、後方反射鏡４６１Ｒ・前方反射鏡４６１Ｆからなる反射鏡４６１及び反射鏡延長部４６５を備え、前方反射鏡４６１Ｆ・後方反射鏡４６１Ｒの断面形状が曲面であることである。そのため、光源１３１の発光領域の後端から光軸方向に発する光線４Ｂの反射方向が変わってくる。光源１３１の発光領域の前端から光軸方向に発する光線４Ａはどちらの反射鏡にも反射されないので光線１Ａと同じ向きである。その他の要素番号は他の実施形態に用いたものを流用する。
光学的な意味での「立設角」は後方反射鏡４６１Ｒ・前方反射鏡４６１Ｆの各部分で定義すべきものであるが、「平均立設角」として、反射鏡の根元と先端を結んだ仮想線に対する光軸方向に垂直な面の角度を定義する。前方反射鏡４６１Ｆは、光軸に垂直な方向と仮想線４６１ＦＡＶとのなす角度である平均立設角θ_１ＦＡＶ＝４０°で先端が前方に傾いており、光軸から横方向に向かう光の一部を光軸方向（設置後の下方向）に近づける働きをする。一方後方反射鏡４６１Ｒは、光軸に垂直な方向と仮想線４６１ＲＡＶとのなす角度である平均立設角（Ｚ軸に垂直な方向からの角度）θ_{１ＲＡＶ＝}１０４°で先端が前方に傾いており、発光領域をＺ軸方向に延長した仮想領域を一部覆っている。平均立設角についてもθ_{１ＦＡＶ、}θ_１ＲＡＶの値は一例であり、例えばこれらの値からプラスマイナス５度以内であってもよく、プラスマイナス３度以内であれば更に好ましい。
後方反射鏡４６１Ｒ，前方反射鏡４６１Ｆは、断面を凹面としたが、後方反射鏡が凹面・前方反射鏡が平面あるいは凸面としてもよく、後方反射鏡が平面あるいは凸面・前方反反射鏡が凹面としてもよい。
本実施形態によれば、反射鏡４６１・反射鏡延長部４６５のＹ方向に異なる断面の形状がほぼ同一、つまり平板を一方向に曲げた曲面とした。そのため、容易に製造できるという利点を有している。

＜その他の変形例＞
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、照明装置は、ポールに設置され、被照射面である地面を照らす屋外灯であった。しかしながら、本発明の照明装置は、これに限定されず、例えば倉庫・屋内競技場などを照明する照明装置としてもよい。

また、上記の実施形態では、光源は一定の発光領域を有するＣＯＢであったが、この近傍にレンズや拡散部材等の光学系を組み合わせて実効的な発光領域を変化させたものであってもよい。また、ＣＯＢでなくドームレンズを組み合わせたＬＥＤ素子などを用いてもよい。

また、上記の実施形態では、照明装置の光源は、一つあるいは二つの光源により構成されていた。しかしながら、本発明の照明装置の光源は、例えばＸ方向に２つ以上、Ｙ方向に２つ以上の光源を設けたものであってもよい。各光源の前後に立設される前方反射鏡・後方反射鏡は、それぞれ同じ角度・高さのものであってもよく、違う角度・高さのものであってもよい。

また、上記の実施形態において、Ｙ方向の断面において立設する反射鏡が設けられていないが、それを設けてもよく、それが前方反射鏡・後方反射鏡と一体となって光源の周囲を囲むように設けられた反射鏡となってもよい。

また、本照明装置を屋外灯として使う場合、被照射面は水平面又は仮想的な水平面であってもよい。本照明装置を例えば傾斜面に設置する場合、その場合の被照射面に対する光軸との角度は、仮想的な水平面に対して算出すればよい。

また、上記の各実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、任意に組み合わせてもよい。

＜発明の抽出＞
上記の実施形態および変形例から抽出される発明として、例えば、以下の発明を挙げることができる。

本発明は、被照射面から離れた位置に設置され、被照射面を照明する照明装置であって、発光領域を有する光源と、前記光源の後方に立設され、前記光源から発する光を反射する後方反射鏡を備え、前記後方反射鏡は、前記発光領域を前記光源の光軸方向に延長した仮想領域の少なくとも一部を覆うような立設角を有し、前記光軸方向は前記被照射面の法線方向に対しマイナス１０度以上プラス１０度以下の角度である。これにより、被照射面上の人が照明装置を直視した場合の眩しさを低減することができる。また、これにより後方へ向かう不要光が減少する。

本発明においては 後方反射鏡は平面又は平板を一方向に曲げた曲面からなってもよい。これにより、Ｙ方向へ光を好適に広げつつ、容易に後方反射鏡を製造できる。
本発明においては、光源の近傍に設けられ、光源から発する光を反射する前方反射鏡が備えられ、前方反射鏡は、その先端が光軸から離れる方向に傾斜していてもよい。これにより、被照射面の一定範囲の前方を照らす光を増加させ、それ以上離れた遠方を照らす光を減少させることにより光を有効利用することができる。

本発明においては、前方反射鏡と後方反射鏡とは同一部材としてもよい。これにより、前方反射鏡と後方反射鏡を同時に製造でき、両者の位置合わせが不要になる。

本発明においては、２つ以上の光源を前後方向（Ｘ方向）又は左右方向（Ｙ方向）に並べてもよい。これにより、光量を適宜調整することができる。
本発明においては、前後方向に並べた光源の設置位置Ｄを若干変えてもよい。これにより、特に後方に設置された光源の光の損失を低減することができる。

なお、ここに記載された効果以外の発明の効果が生じることもある。

１、１０１、２０１、３０１ 照明装置
１０、１１０ 筐体
１１ 底面部
１２ 側壁部
２０、１２０ フード
３１、３２、１３１ 光源
３１Ｍ、３２Ｍ 光源像
４１、４２ ホルダ
５０、１５０ 電力供給部
６ 反射鏡
６１ 第１の反射鏡
６２ 第２の反射鏡
６１Ｆ，６２Ｆ、１６１Ｆ、４６１Ｆ 前方反射鏡
６１Ｒ，６２Ｒ、１６１Ｒ、２６１Ｒ、４６１Ｒ 後方反射鏡
７０ 取付部
７１ 取付具
８０ ポール
９０ 被照射面
９２ 人

Claims (5)

1. 被照射面から離れた位置から被照射面を照明する照明装置であって、
   発光領域を有するＣＯＢ型の光源と、前記光源の後方に立設され、前記光源から発する光を部分的でなく反射する後方反射鏡を備え、
   前記後方反射鏡は、その先端が前記発光領域を前記光源の光軸方向に延長した仮想領域の一部を覆い、
   前記光軸方向は前記被照射面の法線方向に対しマイナス１０度以上プラス１０度以下の角度である
   照明装置。
2. 前記後方反射鏡は平面又は平板を一方向に曲げた曲面からなる、請求項１記載の照明装置。
3. 前記光源の近傍に設けられ、前記光源から発する光を反射する前方反射鏡が備えられ、前記前方反射鏡は、その先端が前記光軸から離れる方向に傾斜している、
   請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記前方反射鏡と前記後方反射鏡とは同一部材である、
   請求項３記載の照明装置。
5. 前記光源は複数であって、前後又は左右に並べられている、
   請求項１から４のいずれか一項記載の照明装置。