WO2010013672A1 - 照明装置 - Google Patents

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WO2010013672A1
WO2010013672A1 PCT/JP2009/063343 JP2009063343W WO2010013672A1 WO 2010013672 A1 WO2010013672 A1 WO 2010013672A1 JP 2009063343 W JP2009063343 W JP 2009063343W WO 2010013672 A1 WO2010013672 A1 WO 2010013672A1
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lens
curvature
light
longitudinal direction
semiconductor light
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PCT/JP2009/063343
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勝 加藤
和憲 渡邉
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日亜化学工業株式会社
小糸工業株式会社
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Priority to BRPI0917555A priority patent/BRPI0917555B1/pt
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device that uses a semiconductor light source typified by an LED as a light source and is used outdoors such as a street light and a security light.
  • incandescent lamps, fluorescent lamps, mercury lamps, and the like are used for outdoor lighting devices such as roads and parks.
  • energy-saving lighting that is environmentally friendly has been demanded.
  • an outdoor lighting device in which a plurality of white light emitting diodes with low power consumption are arranged on a substrate.
  • the white light emitting diode in order to spread the light from the white light emitting diode in the front, rear, left, and right directions, for example, the white light emitting diode is installed on the light source installation surface of the module formed in a staircase shape. Therefore, the outdoor lighting device is configured to distribute the light to the entire irradiation area set in advance by adjusting the distance to the road surface by the difference in height of the stepped portion ( For example, see Patent Document 1).
  • illumination devices are configured by using a light emitting diode as a light source and installing an illumination lens at a position facing the light source.
  • the illumination lens includes an incident-side refracting region and an incident-side total reflection region on the light-source-side incident surface, and includes a diverging-side condensing region and a diverging-side total reflection region on the light diverging surface.
  • this illuminating device irradiates and radiates
  • Patent Document 2 For example, refer to Patent Document 2.
  • the conventional lighting device has the following problems.
  • the structure in which the white light emitting diodes are installed needs to be stepped or polygonal, and thus becomes complicated, and the device becomes large as a whole.
  • the conventional illumination device has a configuration of an illumination lens that once collimates and then condenses and diverges on the divergence surface. Therefore, the conventional illuminating device is configured to irradiate the light source in the vertical direction with the center of the light irradiation area, and could not be adopted when the position of the light source cannot be arranged at the center of the irradiation surface. .
  • the present invention was devised in view of the above-described problems, the entire apparatus can be made simple and compact, the installation angle can be easily adjusted and handled, and the apparatus is not arranged on the installation surface. It is an object of the present invention to provide an illuminating device that can uniformly irradiate light onto an irradiation surface.
  • the illuminating device includes a long flat substrate, a plurality of semiconductor light sources arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction on the flat substrate, a lens plate disposed at a position facing the semiconductor light source,
  • the lens plate has a lens light incident surface on which light from the semiconductor light source is incident, and a lens thickness from the lens light incident surface.
  • a first lens portion that is formed on one of the lens light incident surface and the lens light output surface, and distributes light from the semiconductor light source along the longitudinal direction.
  • the first lens unit has two or more convex curvature surfaces having different curvature radii adjacent to each other along the longitudinal direction inside a facing region facing a region corresponding to the width of the semiconductor light source in the longitudinal direction. It was set as the structure provided with the formed curvature surface unit.
  • the position where the semiconductor light source is provided is a planar substrate, and the light from the semiconductor light source disposed in the longitudinal direction of the planar substrate is converted into the lens light of the lens plate disposed at the facing position.
  • Light can be distributed in the longitudinal direction, which is the longitudinal direction, by the first lens portion formed on one of the incident surface or the lens light exit surface.
  • the illumination device distributes light from the semiconductor light source in the lateral direction, which is the short direction, by the second lens portion formed on the other of the lens light incident surface and the lens light exit surface of the lens plate. Can do.
  • the illumination device since the illumination device includes a curvature surface unit in the first lens unit, when light irradiated directly below the semiconductor light source is incident on the curvature surface unit, light is emitted by two or more convex curvature surfaces having different curvature radii. Since the direction of refraction changes, light can be emitted in a balanced manner along the direction of light distribution. For this reason, the illumination device can irradiate light in a well-balanced manner (without creating a secondary peak) by setting the illumination device without performing an operation such as tilting the semiconductor light source or the planar substrate.
  • the first lens portion includes a prism formed in a convex shape having a different vertex angle between the curvature surface unit and the adjacent curvature surface unit.
  • the principal ray axis of light distributed along the longitudinal direction of the lens plate is formed so as to incline light from the semiconductor light source in one direction along the longitudinal direction. .
  • the illumination device distributes the first lens unit so that the principal ray axis is inclined in the forward direction, which is one direction, and the second lens unit is positioned in the left-right direction from the center. Since the light is distributed so as to have a light peak at the part, the entire irradiation pattern is balanced with respect to the irradiation area.
  • the prism includes a prism incident surface that receives light from the semiconductor light source and refracts it at a predetermined angle, and total reflection that outputs the light refracted on the opposite side of the incident surface. And having a surface.
  • the illumination device when the illumination device is irradiated with light from the semiconductor light source, the light that is refracted from the prism incident surface of the prism that is the convex portion of the first lens unit and guided to the total reflection surface.
  • the light that is refracted from the prism incident surface of the prism that is the convex portion of the first lens unit and guided to the total reflection surface By totally reflecting the light, it is possible to irradiate light whose irradiation direction is controlled so as to have a predetermined light distribution toward the irradiation area.
  • the curvature surface unit is arranged such that each of the convex curvature surfaces has a curvature radius that increases toward one end in the longitudinal direction of the lens plate.
  • the illumination device changes the direction in which light is refracted from the larger curvature radius to the smaller curvature radius of the convex curvature surface when light irradiated directly below the semiconductor light source enters the curvature surface unit.
  • the light can be emitted in a balanced manner along the light distribution direction.
  • the illumination device can irradiate light in a well-balanced manner (without creating a secondary peak) by setting the illumination device without performing an operation such as tilting the semiconductor light source or the planar substrate.
  • the curvature surface unit includes a unit central axis that is either a structural curvature surface unit central axis or a curvature surface section central axis in which a curvature radius of the convex curvature surface changes, and the semiconductor A configuration in which the central optical axis of the light source is formed so as to be displaced in the longitudinal direction, and the central optical axis of the semiconductor light source and the unit central axis are arranged in this order toward one end in the longitudinal direction of the lens plate. It was.
  • the illumination device is arranged so as to be in the order of the central optical axis of the semiconductor light source and the unit central axis toward one end in the longitudinal direction of the lens plate. It can be efficiently guided in one direction along the longitudinal direction. Therefore, even if an illuminating device is not arrange
  • the lens plate and the planar substrate have a longitudinal direction of the lens plate and the planar substrate with respect to an irradiation area defined by a width direction and a length direction orthogonal to the width direction. Are arranged along the width direction of the irradiation area or the length direction of the irradiation area.
  • the illuminating device is arranged along the width direction or the length direction of the irradiation area, so that the semiconductor device extends from the first lens portion and the second lens portion of the lens plate to almost the entire irradiation area. It is possible to irradiate light from the light source.
  • the illumination device has the following excellent effects. (1) Since the illumination device performs light distribution on an irradiation area such as a road surface by a lens plate including a first lens unit having a curvature surface unit and a second lens unit, the configuration can be simplified. The light from the semiconductor light source can be used efficiently, and the apparatus can be miniaturized.
  • the lighting device includes the first lens unit having the curvature surface unit and the prism and the lens plate including the second lens unit, the angle is not adjusted when the lighting device is installed. Becomes easy.
  • the illumination device can efficiently perform the directionality of light emitted from a position close to the semiconductor light source, and the light is well balanced without generating a secondary peak in the irradiation area regardless of the installation position of the device. Can be irradiated
  • the lighting device is arranged so as to shift the unit central axis of the curvature surface unit and the central optical axis of the semiconductor light source, the direction of light distribution of the light irradiated directly under the semiconductor light source is smooth. Irrespective of the installation position with respect to the irradiation area, the light irradiation can be performed in a well-balanced manner without forming a secondary peak with respect to the irradiation area.
  • FIG. 1 shows a lens of an illumination device according to the present invention, in which (a) is a perspective view in a visual field viewed from below with a part of the lens cut out, and (b) is in a visual field viewed from above with a part of the lens cut out.
  • a perspective view and (c) are the perspective views which expand and show field B shown in (b).
  • FIG. (A), (b) is sectional drawing which shows typically the lens which shows the other structure of the illuminating device which concerns on this invention.
  • (A)-(b) is a sectional view showing a lens plate of another configuration of the illumination device according to the present invention, partly cut away.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the installation state of the lighting device
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the installation state of the lighting device
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the lighting device in an exploded state
  • FIG. 4A shows a lens plate of the apparatus
  • FIG. 4A is a perspective view in a visual field viewed from below with a part of the lens plate cut out
  • FIG. 4B is a part of the lens plate cut out from above
  • FIG. 4C is a perspective view showing a region B shown in FIG. 4B in an enlarged manner
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the longitudinal direction of the lens plate of the illumination device.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a lens of the lighting device, and a cross-sectional view schematically showing a state in which the lens is crossed in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • the lighting device 1 is installed so as to irradiate a sidewalk that is outdoors, for example.
  • the illumination range of the lighting device 1 is defined by the width dimension Y in the width direction of the sidewalk that is the front-rear direction as the light irradiation direction, and the installation intervals X and X (2X) of the lighting device 1 in the length direction of the sidewalk.
  • the prism 5 as the first lens portion and the curvature surface (convex curvature surface) 8 (see FIG. 5) and the cylindrical lens 9 as the second lens portion are respectively formed on the lens light incident surface 4a and the lens light exit surface 4b.
  • the lighting device 1 faces the base frame 20, the flat substrate 2 attached to the attachment surface 21 of the base frame 20 by the adhesive member 35 and the screws 36 and 36, and the flat substrate 2.
  • the lens plate 4 that is supported by the base frame 20 by the screws 36 and 36 and the caulking material 37 in a state of facing the semiconductor light source 3 is mainly provided.
  • the illuminating device 1 is comprised so that it may light in the state installed in the support
  • the base frame 20 is formed in a rectangular shape as a whole, includes a mounting surface 21 of the lens plate 4 on one surface side, and includes a roof portion 22 that becomes an outer side when mounted on a support column on the other surface side, For example, it is formed of a metal member such as an aluminum alloy.
  • the base frame 20 is formed in a frame shape with the peripheral edge on the mounting surface 21 side raised, and when installed outside the rain plate or the like between the lens plate 4 by providing a caulking material 37 to be described later It is formed so as to make it difficult for an external disturbance factor to enter.
  • a wire assembly 30 for electrical connection is installed on one end side in the longitudinal direction of the base frame 20 so that electric power can be supplied to the planar substrate 2 described later.
  • the roof portion 22 of the base frame 20 is formed in a dome shape (not shown) so that the heat generated by the lighting of the semiconductor light source 3 to be described later can be easily radiated to the outside air, and in the longitudinal direction on the top side.
  • a bird such as a crow or a pigeon is configured not to stop on the lighting device 1.
  • the planar substrate 2 is formed in a shape extending in the longitudinal direction so as to fit in the front of the base frame 20, and on the front side, a plurality of semiconductor light sources 3 such as LEDs (light emitting elements) are spaced at predetermined intervals in the longitudinal direction. Is provided.
  • the front surface and the back surface of the flat substrate 2 are preferably flat in order to stably join the semiconductor light source 3 and the base frame 20 respectively.
  • the flat substrate 2 is a substrate on the front and back surfaces of which means known in the art such as wiring for causing the semiconductor light source 3 to emit light, a wiring pattern, and mounting of different elements are applied.
  • the flat substrate 2 is provided with a wire (not shown) for supplying power to the mounted semiconductor light source 3, and the wire is particularly limited as long as it is normally used in the field. is not.
  • the semiconductor light source 3 is not particularly limited as long as it is a semiconductor capable of emitting light, for example, an LED, and any of those used in the field can be used.
  • the semiconductor light source 3 may be a semiconductor element chip itself or a semiconductor light emitting device covered with a package, a covering member, or the like. In the latter case, each constituent member may contain a wavelength conversion member (for example, a phosphor), a diffusing agent, or the like, or a plurality of semiconductor element chips may be mounted.
  • a full-color semiconductor light emitting device corresponding to RGB the color mixing property can be improved as compared with the case of using a single color light emitting element.
  • the semiconductor light sources 3 are preferably arranged on the planar substrate 2 at equal intervals. As a result, a uniform light distribution can be realized, and a heat distribution generated from the semiconductor light source 3 can be made uniform.
  • the non-directional light source can be arranged with a small distance from the lens plate 4, which is convenient. And by making the distance of LED and the lens plate 4 close, the light quantity which injects into the lens plate 4 increases and the light from LED can be used effectively.
  • the light taking angle from the semiconductor light source (LED) 3 to the lens plate 4 is preferably between 45 degrees and 80 degrees.
  • the lens plate 4 is not particularly limited as long as at least the light effective surface is made of a material having optical transparency, and can be formed of a material known in the art. Considering light weight and strong plastic, particularly workability and heat resistance, it is preferably formed of a resin material such as polycarbonate or acrylic.
  • the light transmission is preferably 100% transmission of light from the semiconductor light source 3 to be mounted. However, in consideration of color mixing, color unevenness, and the like, it is translucent and opaque (for example, the light transmission is 70%). Including those above the degree and milky white).
  • the lens plate 4 includes a lens unit 12 in which prisms 5 and a curvature surface unit 8 as first lens portions are formed at predetermined intervals on a lens light incident surface 4a facing the semiconductor light source 3, and on the lens light emitting surface 4b.
  • a cylindrical lens 9 is provided as a second lens unit. Therefore, the lens plate 4 distributes the light from the semiconductor light source 3 in the front-rear direction (longitudinal direction) by the curvature surface unit 8 and the prism 5, and the light from the semiconductor light source 3 by the cylindrical lens 9 in the left-right direction (short). It is controlled to distribute light in the hand direction.
  • the prism 5 and the curvature surface unit 8 of the lens plate 4 have the curvature surface unit 8 disposed at a position facing the semiconductor light source 3, and the prism 5 on both sides of the curvature surface unit 8 in the longitudinal direction. Are arranged.
  • the curvature surface unit 8 is disposed inside the lens plate region (facing region) A ⁇ b> 2 facing the region A ⁇ b> 1 along the width of the semiconductor light source 3 in the longitudinal direction. It is formed as follows.
  • the curvature surface unit 8 is installed corresponding to each of the semiconductor light sources 3, and is installed in order to efficiently guide the irradiation light close to the central optical axis C1 toward the light distribution direction.
  • the curvature surface unit 8 has two or more different curvature radii (in FIG. 5, two surfaces: a first curvature surface 8A and a second curvature surface 8B) adjacent to each other along the longitudinal direction.
  • the first curvature surface 8A and the second curvature surface 8B are disposed adjacent to each other along the longitudinal direction in the region A3 that is inside the region A2.
  • the curvature radius R2 of the second curved surface 8B is set to be larger than the curvature radius R1 of the surface 8A (R1 ⁇ R2). That is, the curvature unit 8 is set so that the radius of curvature increases toward the tip (one end in the longitudinal direction) of the lens plate 4.
  • a curvature surface section central axis (unit central axis) C2 serving as a boundary between the first curvature surface 8A and the second curvature surface 8B of the curvature surface unit 8 and the central optical axis C1 of the semiconductor light source 3 are along the longitudinal direction. It is arranged so as to be displaced.
  • the unit center axis C2 of the curvature surface unit 8 is set so as to be closer to one end side of the lens plate 4 than the center optical axis C1 of the peninsula light source 3 (the side in the light distribution direction).
  • the curvature surface unit 8 is formed so that the ratio in the longitudinal direction between the first curvature surface 8A and the second curvature surface 8B is substantially the same.
  • the values of the curvature radii R1 and R2 of the first curvature surface 8A and the second curvature surface 8B of the curvature surface unit 8 are set according to the light orientation direction (irradiation angle) of the lens plate 4.
  • the two radii of curvature R1 and R2 are set so that the principal ray angle ⁇ Y shown in FIG. 2 is 20 degrees, as in the prism 5 described later.
  • the curvature surface unit 8 is installed in the region A3 inside the region A2 by the above-described configuration, so that the distribution of light irradiated in different directions with the optical axis center as a boundary in the vicinity of the semiconductor light source 3 is achieved. Light can be efficiently performed. In areas other than the installation position of the curvature surface unit 8, it is effective to perform light distribution by the prism 5 to be described later for light irradiation from the semiconductor light source 3.
  • the prism 5 has the first prism 5A to the n-th prism 5n as convex portions formed in convex shapes having different apex angles along the longitudinal direction.
  • the space between the first prism 5A and the n-th prism 5n is a recess.
  • the convex shape having different apex angles of the prisms means that the angles of the prism angles ⁇ 1 to ⁇ 10 are changed along the light distribution direction as described later.
  • the prism 5 formed on the lens light incident surface 4a of the lens plate 4 is set to distribute light emitted from the semiconductor light source 3 at a predetermined angle. That is, in the prism 5, the first prism 5A to the n-th prism 5n are formed in a convex shape with different apex angles along the longitudinal direction corresponding to the number of semiconductor light sources 3. For example, a group of the first prism 5A to the tenth prism 5J (the lens unit 12 together with the curvature surface unit 8) is installed for one of the semiconductor light sources 3. Therefore, when 20 semiconductor light sources 3 are set, for example, a group of the first prism 5A to the tenth prism 5J is formed at 20 locations.
  • the reason why the chief ray is tilted and used as the chief ray angle ⁇ Y is that the light emitted from the illumination device 1 has high illuminance in the vertical direction, and therefore the illuminance over the entire irradiation area A. This is to prevent the distribution at the center (directly under the device) from becoming too strong.
  • the first prism 5A and the first prism 5A to the second prism 5B to the fifth prism 5E and the sixth prism 5F for one of the semiconductor light sources 3 are used.
  • the prism angle ⁇ 4 of the fourth prism 5D sets the prism angle ⁇ 4 of the fourth prism 5D as follows.
  • the refractive index of the lens is n1
  • the distance from the semiconductor light source 3 to the fourth prism 5D is L
  • the pitch interval of each prism is P.
  • Equation 2 [[90 ⁇ [sin ⁇ 1 ⁇ (na / n1) ⁇ sin ⁇ Y ⁇ ] + sin ⁇ 1 [(na / n1) ⁇ sin [tan ⁇ 1 ⁇ L / (m ⁇ P) ⁇ ]]] / 2 + sin ⁇ 1 ⁇ (na / n1) ⁇ sin ⁇ Y ⁇ (Equation 2).
  • n1 1.492 (refractive index of the lens plate 4 material)
  • ⁇ 4 is about 58 degrees Desired.
  • the prism angles ⁇ 2 to ⁇ 10 from the second prism 5B to the tenth prism 5J are obtained and set. Further, by setting the prism angles ⁇ 2 to ⁇ 10 of the second prism 5B to the tenth prism 5J, the light incident on the prism incident surface 6 from the semiconductor light source 3 is refracted and reaches the total reflection surface 7, and all of the light is incident. The light is totally reflected by the reflecting surface 7 and is emitted from the lens plate 4 so that the principal ray angle ⁇ Y is 20 degrees. When the principal ray angle ⁇ Y is 20 degrees, the relationship between the relative intensity and the angle (principal ray angle) is shown in FIG. 7A (in FIG. 7A, “division into two” is indicated by a broken line). ). In addition, when the light from the semiconductor light source 3 is emitted from the lens plate 4, as described later, the light has a predetermined angle spread with respect to the left-right direction.
  • the first prism 5A refracts light incident from the semiconductor light source 3 and refracts it when emitted from the lens plate 4 so that the principal ray angle ⁇ Y can be set to 20 degrees.
  • the prism 5 (the first prism 5A to the n-th prism 5n) is formed on the lens light incident surface 4a of the lens plate 4, whereby the light distribution in the front-rear direction is controlled by the lens plate 4.
  • the curvature surface unit 8 and the prism 5 are formed on the lens light incident surface 4a side of the lens plate 4, dust and fine dust adhere to the space between the first prism 5A to the n-th prism 5n.
  • Fig.7 (a) in the graph which shows the relationship between the relative intensity
  • light is irradiated in an elliptical shape with a well-balanced light distribution direction with respect to the irradiation area A, the illuminance at the center is high, and the illuminance decreases as it goes toward the periphery.
  • a cylindrical lens 9 as a second lens portion is formed on the lens light exit surface 4b.
  • the cylindrical lens 9 is provided so as to be uneven along a short direction perpendicular to the longitudinal direction of the lens plate 4.
  • the cylindrical lens 9 is formed with a cylindrical lens concave portion 10 at a position in the vertical line direction from the center of the semiconductor light source 3, and the cylindrical lens convex portions 11, which are continuous to the left and right of the cylindrical lens concave portion 10. 11 is formed.
  • the cylindrical lens 9 is set so that the divergence angle ⁇ x in the left-right direction from the illumination device 1 is a predetermined angle.
  • the curves of the cylindrical lens concave portion 10 and the cylindrical lens convex portions 11 and 11 are set by existing simulation software as an example here.
  • the cylindrical lens 9 assumes that the semiconductor light source 3 is a point light source, and, as an example, here, the spread angle ⁇ x is set to 65 degrees.
  • the relationship between the relative intensity in the left-right direction and the angle (spreading angle) is shown in FIG. 7B (in FIG. 7B, it is illustrated by a broken line as “two divisions”.
  • a state where the unit 8 is divided into a first curvature surface 8A and a second curvature surface 8B (referred to as a state in FIG. 5).
  • the semiconductor light source 3 is actually widened, so that the irradiation area as shown in FIG. Light is irradiated in an elliptical shape with respect to A, the illuminance at the center is high, and the illuminance decreases as it goes toward the periphery.
  • the lens plate 4 is formed with the prism 5 as the first lens portion on the lens light incident surface 4a side so as to control the light from the semiconductor light source 3 in the front-rear direction, and on the lens light emitting surface 4b side.
  • the cylindrical lens 9 is formed as the second lens portion so as to control the light from the semiconductor light source 3 in the left-right direction. Therefore, it becomes possible to irradiate the light from the illumination device 1 with respect to the irradiation area A efficiently and over the entire area. Further, since the illumination device 1 has a structure for distributing light to the lens plate 4, the configuration of the planar substrate 2 is simplified, and the distance between the lens plate 4 and the planar substrate 2 can be reduced. Can be reduced in size and compactly formed.
  • the lighting device 1 is set to be an elliptical irradiation surface with respect to the irradiation area A by the installation height H, the width dimension Y of the sidewalk, and the installation interval X.
  • the width dimension Y is 4000 mm
  • the height H is 5000 mm
  • the installation interval X is 12000 mm
  • the chief ray angle ⁇ Y is set to 20 degrees
  • the spread angle ⁇ x is set to 65 degrees. ing.
  • the planar substrate 2 does not have to be complicated in shape.
  • the illuminating device 1 will be in the state which can light-irradiate in the state appropriately distributed with respect to the irradiation area A by installing horizontally so that it may orthogonally cross with respect to the longitudinal direction of the support
  • the light When light is irradiated from the semiconductor light source 3 of the illumination device 1 by the input of a power source (not shown), the light is incident from the curvature unit 8 of the lens plate 4 and the prism incident surface 6 of the prism 5, and is refracted in the curvature surface unit 8.
  • the prism 5 the light is totally reflected by the total reflection surface 7, so that the light is directed to the lens light emission surface 4 b and the principal ray angle ⁇ Y is 20 degrees in the front-rear direction.
  • the principal ray angle ⁇ Y is 20 degrees in the front-rear direction.
  • the illuminating device 1 forms an elliptical irradiation region, and uniformly irradiates the irradiation area A with light irradiated portions overlapping with the adjacent illuminating devices 1. be able to.
  • the principal ray angle ⁇ Y is set to 20 degrees and the spread angle ⁇ x is set to 65 degrees.
  • the principal ray angle ⁇ Y and the spread angle ⁇ x are set to predetermined angles depending on the conditions of the irradiation area. The numerical value is not limited.
  • the lighting device 1 has been described as being installed along the width direction of the road, the lighting device 1 may be installed along the length direction of the road.
  • the lighting device 1 is installed, for example, in a state where the directions of the prism 5 and the cylindrical lens 9 are rotated by 90 degrees. That is, in the lens plate 4, the concave and convex portions of the prism 5 are formed along the lateral direction of the lens plate 4, and the concave and convex portions of the cylindrical lens 9 are formed along the longitudinal direction of the lens plate 4. Will be.
  • the lens plate 4 has been described as an integral unit formed in a rectangular shape, the lens plate 4 may be divided for each semiconductor light source 3 or may be divided for each of the plurality of semiconductor light sources 3. It may be configured in a state.
  • the first lens unit and the second lens unit have been described as the concavo-convex part in which the concavo-convex shape is repeated, the first lens part and the second lens part may be configured by combining members having different refractive indexes.
  • the illumination device 1 is described as an example in which the prism 5 is formed as the first lens portion on the lens light incident surface 4a of the lens plate 4, and the cylindrical lens 9 is formed as the second lens portion on the lens light emitting surface 4b.
  • the cylindrical lens 9 as the first lens portion is formed on the lens light incident surface 4a, and the second lens portion is formed on the lens light emitting surface 4b.
  • the configuration may be such that the prism 5 is formed.
  • curvature surface unit 8 has been described as an example constituted by the first curvature surface 8A and the second curvature surface 8B, as shown in FIGS. 9A to 9C, the curvature surface units 8a to 8b. May be configured as follows.
  • the already demonstrated structure attaches
  • the curvature surface unit 8a shown in FIG. 9A is configured to include first curvature surfaces 8A 1 and 8A 2 formed by dividing the first curvature surface into two, and a second curvature surface 8B. .
  • the curvature radii R1 and R2 of the first curvature surfaces 8A 1 and 8A 2 and the curvature radius R3 of the second curvature surface 8B are formed so as to increase toward one end side of the lens plate 4. That is, R1 ⁇ R2 ⁇ R3.
  • the curvature surface unit 8 a is set so that the unit center axis C ⁇ b> 2 is closer to one end side of the lens plate 4 than the optical axis center C ⁇ b> 1 of the semiconductor light source 3.
  • Curvature surface unit 8b shown in 9 (b) is a first curvature surface 8A 1, the second curvature surface 8B, the first curvature surface 8A 1, the third curvature formed between the second curvature surface 8B It is comprised so that the surface 8C may be provided.
  • the curvature radius R1 of the first curvature surface 8A 1, according to the curvature radius R2 of the third curvature surface 8C, and the curvature radius R3 of the second curvature surface 8B, toward the one end side of the lens plate 4, R1 ⁇ R2 ⁇ It is formed to be large like R3.
  • the curvature surface unit 8b is set so that its unit central axis (structural curvature surface unit central axis) C2 is closer to one end side of the lens plate 4 than the optical axis center C1 of the semiconductor light source 3.
  • the curvature surface unit 8c shown in FIG. 9 (c) has a first curvature surface 8A 1 , 8A 2 formed by dividing the first curvature surface into two portions and a second curvature surface unit 8c formed by dividing the second curvature surface into two portions. It is configured with a curvature surface 8B 1, 8B 2.
  • the curvature radii R1 and R2 of the first curvature surfaces 8A 1 and 8A 2 and the curvature radii R3 and R4 of the second curvature surfaces 8B 1 and 8B 2 are as follows: R1 ⁇ R2 ⁇ It is formed so as to be large as R4 ⁇ R3.
  • the curvature surface unit 8 c is set so that the unit center axis C ⁇ b> 2 is closer to one end side of the lens plate 4 than the optical axis center C ⁇ b> 1 of the semiconductor light source 3.
  • FIGS. 9A to 9C in the curvature surface units 8a to 8c, by increasing the number of curvature surfaces, the distribution of light irradiated directly under the semiconductor light source 3 is more effective. It becomes easy to guide in a predetermined direction efficiently.
  • FIG. 7A shows the relationship between the relative intensity in the front-rear direction and the principal ray angle of the lens plate having the curvature surface units 8a to 8c
  • FIG. 7B shows the relationship between the relative intensity and the spread angle in the left-right direction.
  • 4 divisions indicate the case of the curvature plane unit 8c
  • 3 divisions -1 indicate the case of the curvature plane unit 8a
  • 3 divisions-2 indicate the case of the curvature plane unit 8b.
  • the central axis of the structure of the lens unit 12 including the prisms 5 formed on both sides of the curvature surface unit 8 along the longitudinal direction substantially coincides with the unit central axis C2 here, but the lens unit 12
  • the central axis of the entire structure and the central optical axis C1 of the semiconductor light source 3 are shifted along the longitudinal direction (so that the structural central axis of the lens unit 12 is forward in the light distribution direction). ).
  • the present invention is a lighting device including a lens that controls light distribution in the front-rear direction and the left-right direction, various types of lighting, street lights, security lights, beacon lights, and the like that are used indoors as well as outdoors. It can be used for lighting.

Landscapes

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Abstract

　照明装置１は、長尺な平面基板２と、この平面基板上の長手方向に沿って複数並べた半導体光源３と、半導体光源に対向する位置に配置したレンズ板４とを備え、前記レンズ板は、半導体光源と対面するレンズ光入射面と、レンズ光出射面とを有し、レンズ光入射面およびレンズ光出射面の一方に、半導体光源からの光を長手方向に沿って配光する第１レンズ部５を形成し、他方に、半導体光源からの光を短手方向に沿って配光する第２レンズ部９を形成し、前記第１レンズ部は、長手方向における半導体光源の幅に対応する領域と対面する対面領域の内側に、曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面を長手方向に沿って隣接して形成した曲率面ユニット８を備える構成とした。

Description

照明装置
　本発明は、ＬＥＤに代表される半導体光源を光源として用い、街路灯、防犯灯などの屋外用に使用される照明装置に関するものである。
　従来、道路や公園などの屋外の照明装置には、白熱灯や蛍光灯、水銀灯などが用いられている。しかしながら、これらは消費電力が大きいことから、近年、環境に優しい省エネルギータイプの照明が求められている。
　そこで、基板上に消費電力が少ない白色発光ダイオードを複数個配列した屋外照明装置が提供されている。この屋外照明装置では、白色発光ダイオードからの光を前後左右に広げるために、例えば、階段状に形成したモジュールの光源設置面に白色発光ダイオードを設置している。そのため、屋外照明装置は、その階段状となる部分の高さの違いにより路面までの距離を調整することで光の予め設定される照射エリアの全体に配光を行うように構成していた（例えば、特許文献１参照）。
　また、他の照明装置は、発光ダイオードを光源として用い、その光源に対向する位置に照明用レンズを設置して構成されている。そして、照明用レンズは、光源側の入射面に入射側屈折領域と入射側全反射領域を備え、また、光の発散面に発散側集光領域と発散側全反射領域とを備える構成としている。そして、この照明装置は、光源から光が照射されると照明用レンズにより光を発散させて照射するため、光の利用効率が高くなるものである。（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７－３１１１７８号公報 特開２００８－０８４６９６号公報
　しかしながら、従来の照明装置では、以下に示すような問題点が存在していた。
　従来の照明装置は、白色発光ダイオードを設置する構造が、階段状あるいは多角形にする必要があるために複雑になり、装置が全体で大きくなってしまった。
　また、従来の照明装置は、一旦平行光にした後に発散面において集光して発散させる照明用レンズの構成としている。そのため、従来の照明装置は、光源を光照射エリアの中心として垂直方向に向けて照射する場合の構成であり、光源の位置が照射面の中央に配置できない場合には採用することができなかった。さらに、従来の照明装置では、シリンドリカルレンズを使用する構成も記載されているが、光を照射する一方の方向のみを制御する構成であるため、照射面に対して均等に光を照射する構成としては不十分であった。
　本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたものであり、装置全体をシンプルでコンパクトにでき、また、設置角度の調整や取り扱いが容易であり、さらに、装置の設置面に対する配置によらずに照射面に対して均等に光を照射することができる照明装置を提供することを課題とする。
　本発明に係る照明装置は、前記した目的を達成するために、以下のような構成とした。すなわち、照明装置は、長尺な平面基板と、この平面基板上の長手方向に沿って所定間隔ごとに並べて複数設けた半導体光源と、この半導体光源に対向する位置に配置したレンズ板と、このレンズ板を前記平面基板を間として係合するベースフレームとを備える照明装置において、前記レンズ板は、前記半導体光源からの光を入射するレンズ光入射面と、このレンズ光入射面からレンズ厚みを介して形成されるレンズ光出射面とを備え、前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の一方に形成され、前記半導体光源からの光を長手方向に沿って配光する第１レンズ部と、前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の他方に形成され、前記半導体光源からの光を前記長手方向に直交する短手方向に沿って配光する第２レンズ部とを有し、前記第１レンズ部は、前記長手方向における半導体光源の幅に対応する領域と対面する対面領域の内側に、曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面を前記長手方向に沿って互いに隣接して形成した曲率面ユニットを備える構成とした。
　かかる構成によれば、照明装置は、半導体光源を設ける位置が平面基板であり、その平面基板の長手方向に配置される半導体光源からの光を、対向する位置に配置されたレンズ板のレンズ光入射面またはレンズ光出射面の一方に形成した第１レンズ部により、長手方向である前後方向に向かって配光することができる。また、照明装置は、半導体光源からの光を、レンズ板のレンズ光入射面またはレンズ光出射面の他方に形成した第２レンズ部により、短手方向である左右方向に向かって配光することができる。また、照明装置は、第１レンズ部に曲率面ユニットを備えているため、半導体光源の直下に照射される光が曲率面ユニットに入射すると曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面によって光を屈折する方向が変わるため、その配光する方向に沿ってバランスよく光を出射させることができる。そのため、照明装置は、半導体光源や平面基板を傾けるなどの操作をすることなく設置することで予め設定される照射エリアに光をバランスよく（２次ピークを作ることなく）照射することができる。
　また、前記した照明装置において、前記第１レンズ部は、前記曲率面ユニットと隣の前記曲率面ユニットとの間には、頂点角度の異なる凸状に形成されたプリズムが長手方向に沿って形成され、かつ、前記レンズ板の長手方向に沿って配光される光の主光線軸が、前記半導体光源から長手方向に沿った一方向に傾斜させて配光するように形成されたものである。
　かかる構成によれば、照明装置は、第１レンズ部を、主光線軸を一方向である前方向に傾斜させるように配光し、かつ、第２レンズ部を、左右方向において中心部より周辺部に光のピークを持つように配光するので、照射エリアに対して全体の照射パターンがバランスの取れたものとなる。
　さらに、前記した照明装置において、前記プリズムは、前記半導体光源からの光を入射して所定角度に屈折させるプリズム入射面と、入射面の反対側に屈折した光を全反射して出力する全反射面とを備える構成とした。
　かかる構成によれば、照明装置は、半導体光源から光が照射されると、第１レンズ部の凸部であるプリズムのプリズム入射面から、照射された光を屈折し全反射面へ導いた光を全反射することで、照射エリアに向かって所定の配光となるように照射方向が制御された光を照射することができる。
　また、前記した照明装置において、前記曲率面ユニットは、前記凸部曲率面のそれぞれが前記レンズ板の長手方向における一端に向かって曲率半径が大きくなるように配置した。
　かかる構成によれば、照明装置は、半導体光源の直下に照射される光が曲率面ユニットに入射すると凸部曲率面の曲率半径の大きな方から小さな方に亘って光を屈折する方向が変わるため、その配光する方向に沿ってバランスよく光を出射させることができる。そのため、照明装置は、半導体光源や平面基板を傾けるなどの操作をすることなく設置することで予め設定される照射エリアに光をバランスよく（２次ピークを作ることなく）照射することができる。
　また、前記した照明装置において、前記曲率面ユニットは、構造上の曲率面ユニット中心軸または前記凸部曲率面の曲率半径が変わる曲率面区画中心軸のいずれかであるユニット中心軸と、前記半導体光源の中心光軸とが、前記長手方向にずれるように形成され、前記レンズ板の長手方向における一端に向かって、前記半導体光源の中心光軸、ユニット中心軸の順になるように配置される構成とした。
　かかる構成によれば、照明装置は、レンズ板の長手方向における一端に向かって半導体光源の中心光軸、ユニット中心軸の順になるように配置されていることから、半導体光源の近い位置における光を効率よく長手方向に沿った一方向に導くことができる。そのため、照明装置は、照射エリアの中央に配置されることがなくても、予め設定されている照射エリアに、照射された光がバランスよく配光されるようになる。
　さらに、前記した照明装置において、前記レンズ板および前記平面基板は、幅方向およびこの幅方向に直交する長さ方向とで区画される照射エリアに対して、当該レンズ板および当該平面基板の長手方向を、前記照射エリアの幅方向または前記照射エリアの長さ方向に沿って配置することとした。
　かかる構成によれば、照明装置は、照射エリアの幅方向または長さ方向に沿って配置することで、レンズ板の第１レンズ部および第２レンズ部から照射エリアのほぼ全域に亘って、半導体光源からの光を照射することが可能となる。
　本発明に係る照明装置は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
　（１）照明装置は、曲率面ユニットを有する第１レンズ部、および、第２レンズ部を備えるレンズ板により、路面等の照射エリアに配光を行うため、構成をシンプルにすることができ、半導体光源からの光を効率良く利用でき、また、装置を小型化することが可能となる。
　（２）照明装置は、曲率面ユニットおよびプリズムを有する第１レンズ部、および、第２レンズ部を備えるレンズ板を有することで、照明装置の設置時に角度調整するようなことがないため、取り扱いが容易となる。特に、照明装置は、半導体光源に近い位置から照射される光の方向性を効率よく行うことができ、装置の設置位置にかかわらず照射エリアに対して２次ピークを発生させることなくバランスよく光を照射することができる
　（３）照明装置は、曲率面ユニットのユニット中心軸と、半導体光源の中心光軸とをずらすように配置されているため、半導体光源の直下に照射される光の配光する方向をスムーズに方向付けすることができ、照射エリアの対する設置位置にかかわらず、照射エリアに対して２次ピークを作ることなくバランスよく光照射することができる。
本発明に係る照明装置の設置状態を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る照明装置の設置状態を模式的に示す側面図である。 本発明に係る照明装置を分解して示す分解斜視図である。 本発明に係る照明装置のレンズを示し、（ａ）はレンズの一部を切り欠いて下方から見上げた視野における斜視図、（ｂ）はレンズの一部を切り欠いて上方から見下げた視野における斜視図、（ｃ）は（ｂ）に示す領域Ｂを拡大して示す斜視図である。 本発明に係る照明装置のレンズ板の長手方向に沿った向きで断面にした状態を模式的に示す断面図である。 本発明に係る照明装置のレンズを長手方向に直交する向きで断面にした状態を模式的に示す断面である。 本発明に係る照明装置において、（ａ）は、前後方向における相対強度と主光線角の角度との関係を示すグラフ図、（ｂ）は、左右方向における相対強度と広がり角度との関係を示すグラフ図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る照明装置の他の構成を示すレンズを模式的に示す断面図である。 （ａ）～（ｂ）は、本発明に係る照明装置の他の構成のレンズ板をそれぞれ、一部切欠いて示す断面図である。
　以下、本発明に係る照明装置について適宜図面を参照して説明する。
　図１は照明装置の設置状態を模式的に示す斜視図、図２は照明装置の設置状態を模式的に示す側面図、図３は照明装置を分解して示す分解斜視図、図４は照明装置のレンズ板を示し、図４（ａ）はレンズ板の一部を切り欠いて下方から見上げた視野における斜視図、図４（ｂ）はレンズ板の一部を切り欠いて上方から見下げた視野における斜視図、図４（ｃ）は図４（ｂ）に示す領域Ｂを拡大して示す斜視図、図５は、照明装置のレンズ板の長手方向に沿った向きで断面にした状態を模式的に示す断面図、図６は、照明装置のレンズを長手方向に直交する向きで断面にした状態を模式的に示す断面図である。
　図１および図２に示すように、照明装置１は、例えば屋外となる歩道を照射するように設置される。この照明装置１の照射範囲は、光の照射方向として前後方向となる歩道の幅方向における幅寸法Ｙ、および、歩道の長さ方向における照明装置１の設置間隔Ｘ、Ｘ（２Ｘ）とで規定され、照射エリア（面積）Ａは、式、Ａ＝Ｙ×２Ｘで算出される。したがって、照明装置１は、照射エリアＡの一端側に配置されて、照射エリアＡを一様に光照射できるように配光することが好ましく、ここでは、図３に示すように、レンズ板４の構成において、レンズ光入射面４ａおよびレンズ光出射面４ｂにそれぞれ第１レンズ部としてのプリズム５と曲率面（凸部曲率面）８（図５参照）および第２レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９の構成にすることで、照射エリアＡを一様に照射できるような配光を実現している。
　照明装置１は、図３に示すように、ベースフレーム２０と、このベースフレーム２０の取付面２１に接着部材３５およびネジ３６，３６により取り付けられる平面基板２と、この平面基板２に対面し、かつ、半導体光源３に対向した状態で、前記ネジ３６，３６およびコーキング材３７によりベースフレーム２０に支持されるレンズ板４とを主に備えている。なお、照明装置１は、ワイヤアセンブリ３０を設置して図示しない電気コードからの電力により支柱５０（図１参照）に設置した状態で点灯するように構成されている。
　ベースフレーム２０は、全体が長方形状に形成されており、一面側にレンズ板４の取付面２１を備え、他面側に支柱に取り付けられたときに外側となる屋根部２２を備えており、例えば、アルミニウム合金のような金属部材で形成されている。このベースフレーム２０は、取付面２１側の周縁が立ち上げられて枠状に形成されており、後記するコーキング材３７を設けることで、レンズ板４との間に雨水等の外部に設置したときに外部からの外乱要因となるものが浸入し難くなるように形成されている。
　また、ベースフレーム２０の長手方向における一端側には、電気的な接続を行うためのワイヤアセンブリ３０が設置されており、後記する平面基板２に電力を供給できるように形成されている。そして、ベースフレーム２０の屋根部２２は、後記する半導体光源３の点灯による熱を外気に放熱し易いように断面がドーム型（図示せず）に形成されていると共に、頂部側に長手方向に亘って薄板状の凸部２２ａを突出させることで、カラスや鳩などの鳥が照明装置１に止まり難いように構成されている。
　平面基板２は、ベースフレーム２０の正面に収まるよう長手方向に延長した形状に形成されており、正面側において、複数のＬＥＤ（発光素子）などの半導体光源３が長手方向に所定間隔を空けて設けられている。平面基板２の正面および背面は、それぞれ半導体光源３およびベースフレーム２０と安定して接合するために、平坦であることが好ましい。また、平面基板２は、正面及び背面に、半導体光源３を発光させるための配線、配線パターン、異なる素子の搭載など、当該分野で公知の手段が施された基板である。この平面基板２には、搭載された半導体光源３に電源を供給するための図示しない電線が配置されており、その電線は、当該分野で通常用いられているものであれば特に限定されるものではない。
　半導体光源３は、光を発光することが可能な半導体であれば、例えばＬＥＤなど、特に限定されるものではなく、当該分野で使用されているもののいずれをも使用することができる。また、半導体光源３は、半導体素子チップ自体を用いてもよく、パッケージや被覆部材等により覆われた半導体発光装置を用いてもよい。後者の場合、各構成部材に波長変換部材（例えば、蛍光体等）、拡散剤等が含有されていてもよいし、複数の半導体素子チップが搭載されていてもよい。特に、ＲＧＢに対応したフルカラーの半導体発光装置を用いることにより、単色の発光素子を用いる場合よりも、混色性を向上させることができる。半導体光源３は、平面基板２上に等間隔で配置されていることが好ましい。これにより、均一な光の分布を実現することができるとともに、半導体光源３から発生する熱の分布を均等にすることができる。
　また、半導体光源３は、ＬＥＤを使用する場合、無指向なものの方がレンズ板４との距離を小さくして配置できるので、都合がよい。そして、ＬＥＤとレンズ板４との距離を近づけることで、レンズ板４に入射する光量が増え、ＬＥＤからの光を有効に使用することができる。なお、半導体光源（ＬＥＤ）３からのレンズ板４への光取り込み角は、４５度から８０度の間が望ましい。
　図４に示すように、レンズ板４は、少なくとも光有効面が光透過性を有する材料で構成されていれば特に限定されず、当該分野で公知の材料によって形成することができるが、例えば、軽量で、強度の強いプラスチック、特に加工性および耐熱性を考慮すると、ポリカーボネートやアクリルなどの樹脂材料にて形成されていることが好ましい。ここでは、光透過性とは、搭載する半導体光源３からの光を１００％透過することが好ましいが、混色、色むら等を考慮して、半透明及び不透明（例えば、光透過性が７０％程度以上、乳白色のもの等）のものも含むものとする。
　このレンズ板４は、半導体光源３に対向するレンズ光入射面４ａに第１レンズ部としてのプリズム５および曲率面ユニット８を所定間隔で形成したレンズユニット１２を備えると共に、レンズ光出射面４ｂに第２レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９を備えている。したがって、レンズ板４は、曲率面ユニット８およびプリズム５により半導体光源３からの光を前後方向（長手方向）に配光し、かつ、シリンドリカルレンズ９により半導体光源３からの光を左右方向（短手方向）に配光するように制御されている。
　図５に示すように、レンズ板４のプリズム５および曲率面ユニット８は、半導体光源３に対面する位置に曲率面ユニット８が配置されると共に、長手方向における曲率面ユニット８の両側にプリズム５が配置されるように構成されている。
　曲率面ユニット８は、図４（ｃ）および図５に示すように、長手方向における半導体光源３の幅に沿った領域Ａ１に対面するレンズ板の領域（対面領域）Ａ２の内側に配置されるように形成されている。曲率面ユニット８は、半導体光源３のそれぞれに対応して設置されており、中心光軸Ｃ１に近い照射光を効率的に光の配光方向に向けて導くために設置されている。この曲率面ユニット８は、２以上の曲率半径の異なるもの（図５では２面：第１曲率面８Ａ、第２曲率面８Ｂ）を長手方向に沿って隣接して設置している。
　そして、曲率面ユニット８は、ここでは、領域Ａ２の内側となる領域Ａ３となる範囲に第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとが長手方向に沿って隣接して配置され、第１曲率面８Ａの曲率半径Ｒ１より第２曲面８Ｂの曲率半径Ｒ２が大きくなるように設定（Ｒ１＜Ｒ２）されている。つまり、曲率ユニット８では、レンズ板４の先端（長手方向における一端）に向かうにしたがって曲率半径が大きくなるように設定されている。
　さらに、曲率面ユニット８の第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとの境となる曲率面区画中心軸（ユニット中心軸）Ｃ２と、半導体光源３の中心光軸Ｃ１とが長手方向に沿ってずれるように配置されている。そして、曲率面ユニット８のユニット中心軸Ｃ２が、半島体光源３の中心光軸Ｃ１よりもレンズ板４の一端側（光の配光方向となる側）となるように設定されている。曲率面ユニット８は、ここでは、第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとの長手方向における割合がほぼ同じになるように形成されている。
　また、曲率面ユニット８の第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂは、レンズ板４の光の配向方向（照射角度）によりその曲率半径Ｒ１、Ｒ２の値が設定されている。ここでは、２つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、後記するプリズム５と同じように、図２で示す主光線角θＹが２０度になるように設定されている。このように、曲率面ユニット８は、領域Ａ２の内側となる領域Ａ３に前記した構成により設置されることで、半導体光源３の近傍において光軸中心を境に異なる方向に照射される光の配光を効率的に行うことができる。そして、曲率面ユニット８の設置位置以外の領域では、半導体光源３からの光の照射に対しては、後記するプリズム５により光の配光を行うことが有効となる。
　図４（ｂ）、（ｃ）および図５に示すように、プリズム５は、長手方向に沿って第１プリズム５Ａから第ｎプリズム５ｎをそれぞれ頂点角度の異なる凸状に形成された凸部とし、この第１プリズム５Ａから第ｎプリズム５ｎの間の空間を凹部としている。なお、プリズムの頂点角度の異なる凸状とは、後記するようにプリズム角度α１～α１０の角度を配光方向に沿ってそれぞれ変えることをいう。
　レンズ板４のレンズ光入射面４ａに形成されたプリズム５は、半導体光源３から照射される光を、所定角度で配光するように設定される。つまり、プリズム５は、半導体光源３の数に対応して第１プリズム５Ａから第ｎプリズム５ｎまでがそれぞれ頂点角度の異なる凸状に長手方向に沿って形成されている。例えば、半導体光源３の一つに対して第１プリズム５Ａ～第１０プリズム５Ｊの一群（曲率面ユニット８と併せてレンズユニット１２）が設置されている。したがって、半導体光源３が、例えば、２０箇所設定されている場合には、第１プリズム５Ａ～第１０プリズム５Ｊの一群は、２０箇所形成されている。
　そして、ここでは、照明装置１を支柱５０に支持したときに、プリズム５により、半導体光源３の主光線角θＹが０度（垂直方向）よりも前方向（図２参照）に傾斜する配光となるように設定している。なお、主光線角θＹを求める式は、図２を参照して説明すると、照射したい幅寸法をＹとし、照明装置１の設置高さをＨとしたときに、θＹ＝｛ｔａｎ－１（Ｙ／Ｈ）｝／２（式１）として設定される。ここで、主光線を傾斜させて主光線角θＹとして使用する理由としては、照明装置１から照射される光は、垂直方向の光の照度が大きくなるため、照射エリアＡの全体に亘る照度分布を中央（装置直下）が強くなりすぎないようにするためである。
　例えば、主光線角θＹを２０度とした場合に、半導体光源３の一つに対して第１プリズム５Ａと、その第１プリズム５Ａから第２プリズム５Ｂ～第５プリズム５Ｅおよび第６プリズム５Ｆ～第１０プリズム５Ｊを設置した場合について、図５を参照して説明する。なお、第１プリズム５Ａを除いて、第２プリズム５Ｂ～第１０プリズム５Ｊまでは、同じような条件で設定されるため、ここでは、ｎ＝４個目のプリズムとして第４プリズム５Ｄを一例にして説明する。
　図５に示すように、例えば、主光線角θＹを２０度に設定した場合には、第４プリズム５Ｄのプリズム角α４をつぎのように設定する。プリズム角αは、空気中の屈折率をｎａ（ｎａ＝１）とし、レンズの屈折率をｎ１とし、半導体光源３から第４プリズム５Ｄまでの距離をＬとし、各プリズムのピッチ間隔をＰとし、プリズム数（ｎ個－１）をｍとしたとき、α＝［［９０－［ｓｉｎ－１｛（ｎａ／ｎ１）×ｓｉｎθＹ｝］＋ｓｉｎ－１［（ｎａ／ｎ１）×ｓｉｎ［ｔａｎ－１｛Ｌ／（ｍ×Ｐ）｝］］］／２＋ｓｉｎ－１｛（ｎａ／ｎ１）×ｓｉｎθＹ｝（式２）として算出することができる。ｎ１＝１．４９２（レンズ板４材料の屈折率）とし、主光線角θＹ＝２０とし、ｍ＝４－１＝３として、式２に代入して算出すると、α４は、約５８度として求められる。
　このようにして、第２プリズム５Ｂ～第１０プリズム５Ｊまでのプリズム角度α２～α１０を求めて設定している。また、第２プリズム５Ｂ～第１０プリズム５Ｊのプリズム角度α２～α１０を設定することで、半導体光源３からプリズム入射面６に入射した光は、屈折して全反射面７に到達し、その全反射面７により全反射されてレンズ板４から主光線角θＹが２０度となるように出射する。主光線角θＹを２０度とした場合において、相対強度と角度（主光線角）の関係を図７（ａ）に示す（図７（ａ）において、「２分割」として破線で図示する。）。なお、半導体光源３の光は、レンズ板４から出射するときには、後記するように左右方向に対しても所定角度の広がりをもつ状態となる。
　また、図５に示すように、第１プリズム５Ａは、半導体光源３から入射する光を屈折し、レンズ板４から出射するときに屈折することで主光線角θＹを２０度とできるようなプリズム入射面６，６が設定される。つまり、半導体光源３からの光の角度と、空気中の屈折率をｎａ（ｎａ＝１）と、レンズの屈折率をｎ１と、レンズ板４から出射する主光線角θＹを２０とすることにより、プリズム入射面６，６の角度α１が算出されて設定される。
　このように、プリズム５（第１プリズム５Ａ～第ｎプリズム５ｎ）をレンズ板４のレンズ光入射面４ａに形成することで、レンズ板４により前後方向における配光を制御している。ちなみに、曲率面ユニット８およびプリズム５がレンズ板４のレンズ光入射面４ａ側に形成されていることで、第１プリズム５Ａ～第ｎプリズム５ｎの間の空間にホコリや細かなゴミが付着してレンズ板４の性能を低下させることを防止することができる。なお、図７（ａ）に示すように、レンズ板４の前後方向における相対強度と角度との関係を示すグラフにおいて、２次ピークを作ることなくバランスよく配光方向に沿って照射することができる。そして、レンズ板４の構成により光のピークを中央部分（図２の垂直方向）ではなく、周辺部分にシフト設定しても実際は、半導体光源３が広がりを持っているため、図１に示すような、照射エリアＡに対して楕円形状に光がバランスよく設定された配光方向に照射され、中央の照度が高く、周辺に向かうにしたがって、照度は低くなっている。
　つぎに、図６を主に参照して、レンズ板４の左右方向（短手方向）における配光の制御について説明する。図４および図６に示すように、レンズ光出射面４ｂには、第２レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９が形成されている。このシリンドリカルレンズ９は、レンズ板４の長手方向に直交する短手方向に沿って凹凸となるように設けられている。図６に示すように、シリンドリカルレンズ９は、半導体光源３の中央から垂直線方向となる位置にシリンドリカルレンズ凹部１０を形成し、このシリンドリカルレンズ凹部１０の左右に連続してシリンドリカルレンズ凸部１１，１１を形成している。
　このシリンドリカルレンズ９は、照明装置１からの左右方向における広がり角θｘを所定の角度となるように設定される。照明装置１の左右方向における広がり角θｘは、照明装置１の設置間隔をＸとし、照明装置１の設置高さをＨとしたときに、θｘ＝ｃｏｓ－１［Ｈ／｛√（Ｈ２＋Ｘ２）｝］（式３）により算出される。なお、シリンドリカルレンズ凹部１０およびシリンドリカルレンズ凸部１１，１１の曲線は、ここでは、一例として、既存のシュミレーションソフトにより設定されている。
　また、シリンドリカルレンズ９は、半導体光源３を点光源として仮定して、一例として、ここでは、広がり角θｘを６５度に設定している。左右方向における相対強度と角度（広がり角）との関係を図７（ｂ）に示す（図７（ｂ）において、「２分割」として破線で図示する。なお、「２分割」とは曲率面ユニット８が第１曲率面８Ａと第２曲率面８Ｂとに分割されている状態（図５の状態）をいう）。このように、照明装置１では、光のピークを中央部分ではなく周辺部分にシフトして設定しても、実際は、半導体光源３が広がりを持っているため、図１に示すような、照射エリアＡに対して楕円形状に光が照射され、中央の照度が高く、周辺に向かうにしたがって、照度は低くなっている。
　このように、レンズ板４は、レンズ光入射面４ａ側において、半導体光源３からの光を前後方向において制御するようにプリズム５を第１レンズ部として形成し、また、レンズ光出射面４ｂ側において、半導体光源３からの光を左右方向において制御するようにシリンドリカルレンズ９を第２レンズ部として形成している。そのため、照射エリアＡに対して効率よく、かつ、エリア全体に亘って、照明装置１からの光を照射することができるようになる。また、レンズ板４に光を配光する構造を備えるため、照明装置１は、平面基板２の構成が簡易となり、さらに、レンズ板４と平面基板２との距離も近づけられることから、装置全体を小型化でコンパクトに形成することができる。
　つぎに、照明装置１の作用について説明する。
　図１に示すように、照明装置１が、歩道などの街路灯として設置されている例について説明する。照明装置１は、設置高さＨと、歩道の幅寸法Ｙと、設置間隔Ｘとにより、照射エリアＡに対して、楕円照射面となるように設定される。一例として幅寸法Ｙを４０００ｍｍ、高さＨを５０００ｍｍ、設置間隔Ｘを１２０００ｍｍとした場合、すでに説明したように、主光線角θＹを２０度とし、かつ、広がり角θｘを６５度として設定している。
　このように、配光の状態をレンズ板４により設定しているため、平面基板２は、形状を複雑にする必要がない。また、照明装置１は、支柱５０の長手方向に対して直交するように水平に設置することで、照射エリアＡに対して適切に配光した状態で光照射することができる状態となり、作業者に対して取り扱いを容易となる。
　図示しない電源の入力により照明装置１の半導体光源３から光が照射されると、光はレンズ板４の曲率ユニット８およびプリズム５のプリズム入射面６から入射して、曲率面ユニット８では、屈折して、また、プリズム５では、全反射面７により全反射することで、レンズ光出射面４ｂに向かい、前後方向において主光線角θＹが２０度となる光に制御される。そして、レンズ光出射面４ｂから出射するときに、シリンドリカルレンズ９により左右方向において６５度となるように配光されることになる。
　なお、照明装置１は、図１に示すように、楕円形状の照射領域を形成し、隣り合う照明装置１との重なり合う光の照射部分により、照射エリアＡに対して万遍なく光を照射することができる。また、照明装置１は、主光線角θＹを２０度とし、広がり角θｘを６５度として説明したが、主光線角θＹおよび広がり角θｘは、照射エリアの条件により所定の角度に設定され、その数値が限定されるものではない。
　また、照明装置１は、長手方向を道路の幅方向に沿って設置するものとして説明したが、照明装置１の長手方向を道路の長さ方向に沿って設置するようにしてもよい。照明装置１は、長手方向を道路の長さ方向に沿って設置する場合には、例えば、プリズム５およびシリンドリカルレンズ９の向きが９０度回転した状態で設置される。つまり、レンズ板４は、プリズム５の凹部および凸部がレンズ板４の短手方向に沿って形成された状態とし、また、シリンドリカルレンズ９の凹凸がレンズ板４の長手方向に沿って形成されることになる。
　さらに、レンズ板４は、長方形状に形成した一体のものとして説明したが、半導体光源３ごとに分割されている構成とすることや、あるいは、複数の半導体光源３ごとに対応して分割された状態で構成されるものであっても構わない。また、第１レンズ部および第２レンズ部は、それぞれ、凹凸が繰り返される形状である凹凸部として説明したが、異なる屈折率の部材を組み合わせて構成するものであっても構わない。
　なお、照明装置１は、レンズ板４のレンズ光入射面４ａに第１レンズ部としてプリズム５を形成し、また、レンズ光出射面４ｂに第２レンズ部としてシリンドリカルレンズ９を形成した例として説明したが、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズ光入射面４ａに第１レンズ部としてのシリンドリカルレンズ９を形成し、レンズ光出射面４ｂに第２レンズ部としてのプリズム５を形成する構成であっても構わない。
　また、曲率面ユニット８は、第１曲率面８Ａと、第２曲率面８Ｂとにより構成した例として説明したが、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、曲率面ユニット８ａ～８ｂは、以下のように構成しても構わない。なお、すでに説明した構成は同じ符号を付して説明を省略する。
　図９（ａ）に示す曲率面ユニット８ａは、第１曲率面を二つに分けて形成した第１曲率面８Ａ１，８Ａ２と、第２曲率面８Ｂとを備えるように構成されている。この第１曲率面８Ａ１，８Ａ２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２と、第２曲率面８Ｂの曲率半径Ｒ３とは、レンズ板４の一端側に向かうにしたがって、大きくなるように形成されている。すなわち、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３となる。そして、曲率面ユニット８ａは、そのユニット中心軸Ｃ２が半導体光源３の光軸中心Ｃ１よりレンズ板４の一端側になるように設定されている。
　図９（ｂ）に示す曲率面ユニット８ｂは、第１曲率面８Ａ１と、第２曲率面８Ｂと、第１曲率面８Ａ１と、第２曲率面８Ｂとの間に形成した第３曲率面８Ｃとを備えるように構成されている。この第１曲率面８Ａ１の曲率半径Ｒ１と、第３曲率面８Ｃの曲率半径Ｒ２と、第２曲率面８Ｂの曲率半径Ｒ３とは、レンズ板４の一端側に向かうにしたがって、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３のように大きくなるように形成されている。曲率面ユニット８ｂは、そのユニット中心軸（構造上の曲率面ユニット中心軸）Ｃ２が半導体光源３の光軸中心Ｃ１よりレンズ板４の一端側になるように設定されている。
　図９（ｃ）に示す曲率面ユニット８ｃは、第１曲率面を二つに分けて形成した第１曲率面８Ａ１，８Ａ２と、第２曲率面を二つに分けて形成した第２曲率面８Ｂ１，８Ｂ２とを備えるように構成されている。この第１曲率面８Ａ１，８Ａ２の曲率半径Ｒ１、Ｒ２と、第２曲率面８Ｂ１，８Ｂ２の曲率半径Ｒ３、Ｒ４とは、レンズ板の一端側に向かうにしたがって、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ４＜Ｒ３のように大きくなるように形成されている。曲率面ユニット８ｃは、そのユニット中心軸Ｃ２が半導体光源３の光軸中心Ｃ１よりレンズ板４の一端側になるように設定されている。
　図９（ａ）～（ｃ）に示すように、曲率面ユニット８ａ～８ｃでは、曲率面の数を増やすことで、半導体光源３の直下に照射される光の配光を行う場合に、より効率的に所定の方向に導きやすくなる。この曲率面ユニット８ａ～８ｃを有するレンズ板の前後方向における相対強度と主光線角の角度との関係を図７（ａ）に、左右方向における相対強度と広がり角度との関係を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）において、４分割は、曲率面ユニット８ｃの場合を、３分割－１は、曲率面ユニット８ａの場合を、３分割－２は曲率面ユニット８ｂの場合を示す。
　なお、長手方向に沿って曲率面ユニット８の両側に形成されたプリズム５を合わせたレンズユニット１２の構造上の中心軸は、ここではユニット中心軸Ｃ２にほぼ一致しているが、レンズユニット１２全体の構造上の中心軸と、半導体光源３の中心光軸Ｃ１とが長手方向に沿ってずれている（光の配光方向に向かってレンズユニット１２の構造上の中心軸が前になるようにずれている）。
　本発明は、前後方向および左右方向に対して配光を制御するレンズを備える照明装置であるため、屋外のみならず屋内でも使用される照明、街路灯、防犯灯、標識灯を始め、各種の照明灯に使用することができるものである。
１　　　　　照明装置
２　　　　　平面基板
３　　　　　半導体光源
４　　　　　レンズ板（レンズ）
４ａ　　　　レンズ光入射面
４ｂ　　　　レンズ光出射面
５　　　　　プリズム（第１レンズ部）
５Ａ～５ｎ　第１プリズム～第ｎプリズム（凸部）
６　　　　　プリズム入射面
７　　　　　全反射面
８　　　　　曲率面（凸部曲率面）
９　　　　　シリンドリカルレンズ（第２レンズ部）
１０　　　　シリンドリカルレンズ凹部
１１　　　　シリンドリカルレンズ凸部
２０　　　　ベースフレーム
２１　　　　取付面
２２　　　　屋根部
３０　　　　ワイヤアセンブリ
３５　　　　接着部材
３６　　　　ネジ
３７　　　　コーキング材
５０　　　　支柱
Ａ　　　　　照射エリア
Ｘ　　　　　設置間隔
Ｙ　　　　　幅寸法
 

Claims (6)

  1. 　長尺な平面基板と、この平面基板上の長手方向に沿って所定間隔ごとに並べて複数設けた半導体光源と、この半導体光源に対向する位置に配置したレンズ板と、このレンズ板を前記平面基板を間として係合するベースフレームとを備える照明装置において、
    　前記レンズ板は、前記半導体光源からの光を入射するレンズ光入射面と、このレンズ光入射面からレンズ厚みを介して形成されるレンズ光出射面とを備え、
    　前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の一方に形成され、前記半導体光源からの光を長手方向に沿って配光する第１レンズ部と、前記レンズ光入射面および前記レンズ光出射面の他方に形成され、前記半導体光源からの光を前記長手方向に直交する短手方向に沿って配光する第２レンズ部とを有し、
    　前記第１レンズ部は、前記長手方向における半導体光源の幅に対応する領域と対面する対面領域の内側に、曲率半径の異なる２以上の凸部曲率面を前記長手方向に沿って隣接して形成した曲率面ユニットを備えることを特徴とする照明装置。
  2. 　前記第１レンズ部は、前記曲率面ユニットと次の前記曲率面ユニットとの間には、頂点角度の異なる凸状に形成されたプリズムが長手方向に沿って形成され、かつ、前記レンズ板の長手方向に沿って配光される光の主光線軸が、前記半導体光源から長手方向に沿った一方向に傾斜させて配光するように形成されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明装置。
  3. 　前記プリズムは、前記半導体光源からの光を入射して所定角度に屈折させるプリズム入射面と、入射面の反対側に屈折した光を全反射して出力する全反射面とを備えることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の照明装置。
  4. 　前記曲率面ユニットは、前記凸部曲率面のそれぞれが前記レンズ板の長手方向における一端に向かって曲率半径が大きくなるように配置したことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一項に記載の照明装置。
  5. 　前記曲率面ユニットは、構造上の曲率面ユニット中心軸または前記凸部曲率面の曲率半径が変わる曲率面区画中心軸のいずれかであるユニット中心軸と、前記半導体光源の中心光軸とが、前記長手方向にずれるように形成され、前記レンズ板の長手方向における一端に向かって、前記半導体光源の中心光軸、ユニット中心軸の順になるように配置されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一項に記載の照明装置。
  6. 　前記レンズ板および前記平面基板は、幅方向およびこの幅方向に直交する長さ方向とで区画される照射エリアに対して、当該レンズ板および当該平面基板の長手方向を、前記照射エリアの幅方向または前記照射エリアの長さ方向に沿って配置することを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一項に記載の照明装置。
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