WO2019180815A1 - Led照明装置及び植物栽培棚 - Google Patents

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led
reflector
lighting device
led lighting
reflecting surface
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Inventor
裕司 大畠
禎 渡部
Original Assignee
株式会社 芝川製作所
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device having a light source of LED (light emitting diode) and a plant cultivation shelf.
  • a plant factory that grows plants in a closed space in which the internal environment such as light, temperature, and carbon dioxide concentration is controlled has attracted attention as an agricultural cultivation method.
  • this plant factory (i) it is possible to mass-produce plants in a small land without being influenced by the weather, (ii) it can stably supply high value-added plants such as pesticide-free, fresh and clean, (iii) food
  • high value-added plants such as pesticide-free, fresh and clean
  • food There are many advantages such as safety, security and good health.
  • LEDs light emitting diodes
  • LEDs consume about 1/2 to 1/4 of the power and greatly extend their own lifetime, contributing to cost reductions in plant factory operations. Furthermore, since the LED emits less heat compared to a conventional light source, it can avoid plant leaf burning even with close-up illumination, enabling multi-stage cultivation and contributing to an improvement in yield per unit area.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and includes an illumination device and a plant cultivation shelf that can equalize the illuminance distribution in the illumination area while suppressing operational costs and avoiding illuminance loss of LED light.
  • the purpose is to provide.
  • the LED lighting device includes a substrate, a plurality of LED elements disposed on the surface of the substrate and emitting light, and a component provided on the surface of the substrate and having a direction opposite to the optical axis direction of the LED element.
  • a first reflector that reflects the light emission at a first reflecting surface having a normal line.
  • the plant cultivation shelf which concerns on this invention is equipped with the said LED lighting apparatus, the shelf which mounts a plant, and the supporting member which supports the said LED lighting apparatus and the said shelf board in the position which mutually opposes. .
  • an illumination device and a plant cultivation shelf that can make the illuminance distribution uniform in the illumination area while suppressing the operation cost and avoiding the illuminance loss of the LED light.
  • the perspective view of the LED lighting apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention (A) Sectional drawing of the LED illuminating device which concerns on 1st Embodiment, (B) Sectional drawing of a modification. Explanatory drawing of the directional characteristic of a LED light source. The graph which shows the illumination intensity distribution of a LED light source. (A) The top view of the LED lighting apparatus which concerns on 2nd Embodiment, (B) The sectional drawing. (A) Light distribution image when a plurality of LED lighting devices according to the second embodiment are arranged, (B) Light distribution image when there is no reflector (comparative example).
  • FIG. 1 is a perspective view of an LED illumination device 10A (10) according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the LED illumination device according to the first embodiment.
  • the LED illumination device 10A includes the substrate 15, the plurality of LED elements 16 (16a, 16b) disposed on the surface of the substrate 15 and emitting light, and the optical axis direction Z of the LED elements 16 provided on the surface of the substrate 15.
  • the LED element 16 (16a, 16b) emits light in a wavelength region necessary for photosynthesis in chlorophyll of plants.
  • the LED element 16 that emits the optimum wavelength is selected according to the plant to be cultivated.
  • the substrate 15 is combined with the LED elements 16 that emit red, green, and blue primary colors respectively. May be placed on the surface.
  • the luminous intensity of the LED element 16 is such that a photosynthetic photon flux density (PPFD) defined by a photon flux density only in a wavelength region from 400 nm to 700 nm that can be absorbed by chlorophyll is an optimum value in the illumination region. Is set.
  • PPFD photosynthetic photon flux density
  • substrate 15 is an electronic circuit board which consists of an elongate flat plate, Comprising: The some LED element 16 is mounted in the surface side. Further, an electronic circuit (not shown) for causing a predetermined current to flow through the LED element 16 is disposed at a position where it does not interfere with the LED element 16.
  • the electronic circuit provided on the substrate 15 is composed of a plurality of electronic components and wirings connecting them. Electric power is supplied to the substrate 15 through the electronic components and the like, and the LED element 16 mounted on the substrate 15 is fed to emit light.
  • the LED lighting device 10A is a conventional straight pipe by accommodating the substrate 15 on which the LED element 16, the first reflecting surface 17 and the second reflecting surface 18 are mounted in a transparent cylinder and aligning the base shape and length. It can be structurally compatible with fluorescent lamps. Moreover, the board
  • the first reflector 11 is formed long. Then, on both side surfaces of the first reflector 11, first reflecting surfaces 17 (17a, 17b) for reflecting the light emitted from the LED elements 16 are provided. A plurality of LED elements 16 are arranged in a line along the first reflecting surface 17 (17a, 17b).
  • a pair of LED elements 16 (16a, 16b) disposed on both sides of the first reflector 11 is regarded as a unit light source, and a first sandwiched between the pair of LED elements 16 (16a, 16b).
  • the central axis (Z axis) of the reflector 11 is handled as the optical axis of this unit light source.
  • the first reflecting surface 17 (17a, 17b) is provided on both side surfaces of the first reflector 11.
  • the first reflecting surface 17 (17 a, 17 b) includes a component whose normal line N 1 is opposite to the optical axis direction Z of the LED element 16.
  • the light emission of the LED element 16 (16a, 16b) distributed on the center side of the irradiation surface orthogonal to the optical axis (Z axis) is reflected by the first reflecting surface 17 (17a, 17b), Light is distributed outside the center of the irradiated surface.
  • spot-like high illuminance on the center side of the irradiation surface where the optical axes (Z-axis) are orthogonal to each other is diffused to the periphery.
  • the first reflecting surface 17 is subjected to a known surface treatment such as mirror finishing or coating so that the light emitted from the LED element 16 is reflected with high efficiency. Thereby, the reflectance of the 1st reflective surface 17 is maintenance-free, and can maintain the value close
  • the inclination angle of the first reflecting surface 17 is in the range of more than 0 ° and not more than 45 ° with respect to the optical axis direction Z, preferably in the range of 10 ° to 35 °.
  • the inclination angle of the first reflecting surface 17 is 0 ° or less, the light distribution diffused from the center side of the irradiation surface to the periphery thereof is small and does not contribute to the elimination of spot-like high illuminance. On the other hand, if the inclination angle exceeds 45 °, the illuminance on the center side of the irradiation surface is lower than the surrounding area.
  • the LED element 16 having a half-value irradiation angle of 120 ° is used, the inclination angle of the first reflecting surface 17 is optimally 30 °.
  • the 2nd reflector 12 (12a, 12b) is arrange
  • the second reflecting surface 18 (18 a, 18 b) includes components whose normal line N 2 is in the same direction with respect to the optical axis direction Z of the LED element 16. Thereby, the light emission of the LED element 16 (16a, 16b) distributed to the peripheral portion far from the center of the irradiation surface where the optical axes are orthogonal is reflected by the second reflecting surface 18 (18a, 18b), and this The light is distributed inside the peripheral portion of the irradiation surface. Thereby, the spot-like high illuminance on the center side of the irradiation surface where the optical axes are orthogonal to each other is relatively relaxed.
  • the second reflecting surface 18 is subjected to a known surface treatment such as mirror finishing or coating so that the light emitted from the LED element 16 is reflected with high efficiency. Thereby, the reflectance of the 2nd reflective surface 18 is maintenance-free, and can maintain the value close
  • the inclination angle of the second reflecting surface 18 is in the range of 30 ° to 65 ° with respect to the optical axis direction Z. If the inclination angle of the second reflecting surface 18 is less than 30 ° or the inclination angle exceeds 65 °, the light distribution diffused from the peripheral portion of the irradiation surface to the inside thereof is reduced and the spot-like high illuminance is eliminated. Does not contribute.
  • the first reflector 11 and the second reflector 12 are disclosed as straight rails, but are not limited to this shape, and may be curved or have reflecting surfaces 17 and 18. It may be a bulk material.
  • FIG. 2B shows a cross-sectional view of a modified example of the LED lighting device according to the first embodiment.
  • the first reflecting surface 17 is formed only on one side surface of the first reflector 11.
  • the 1st reflective surface 17 of the 1st reflector 11 may be a curved surface in the cross sectional view containing the optical axis of the LED element 16, as shown in FIG.2 (B).
  • the second reflecting surface 18 of the second reflector 12 may be a curved surface in a cross-sectional view including the optical axis of the LED element 16.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of directivity characteristics of the LED light source.
  • the planar light source LED element 16 is used and the luminous intensity I 0 in the optical axis direction Z
  • FIG. 4 is a graph showing the illuminance distribution of the LED light source.
  • the horizontal axis of the graph represents the incident angle ⁇ with respect to the optical axis direction Z
  • the vertical axis represents the illuminance E ⁇ on the irradiation surface 19 with respect to the incident angle ⁇ .
  • a broken line shows the case where the 1st reflector 11 and the 2nd reflector 12 do not exist as a comparative example, and is a result based on the above formula (2).
  • a solid line indicates an example in the present embodiment.
  • the illuminance E 0 at the center point 0 on the irradiation surface 19 orthogonal to the optical axis direction Z is an angular range in which the illuminance becomes more than half of the illuminance at the center point 0 by the action of the first reflector 11. It is diffused around W ′. As a result, the spot-like high illuminance at the center point 0 is relaxed, and the illuminance distribution in the illumination area is made uniform. Furthermore, the light of the incident angle ⁇ close to 90 ° from the optical axis direction Z is distributed inward by the action of the second reflector 12. As a result, light emission at an incident angle ⁇ that is difficult to reach the irradiation surface 19 is concentrated in the low illuminance region around the center point 0, and the illuminance distribution is made uniform.
  • the angle range W is wider than the angle range W ′ of the comparative example.
  • the LED elements 16 in order to ensure the predetermined illumination intensity over the whole irradiation surface 19, it is not necessary to arrange the LED elements 16 with a narrow interval. Therefore, the number of LED elements 16 used can be reduced, contributing to cost reduction.
  • the angle range W can be expanded without using a diffusion plate or the like that is turbid in milky white, the LED element 16 can be installed close to the irradiation surface 19. Thereby, the emitted light amount of the LED element 16 can be weakened, power consumption can be reduced, and running cost can be suppressed.
  • FIG. 5 (A) shows a plan view of the LED lighting device according to the second embodiment
  • FIG. 5 (B) shows a BB cross-sectional view thereof.
  • parts having the same configuration or function as those in FIG. 1 or 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the LED lighting device 10C includes the substrate 15, the plurality of LED elements 16 disposed on the surface of the substrate 15, and the light emitting direction Z of the LED elements 16 provided on the surface of the substrate 15.
  • the first reflector 11 that reflects the light emitted from the LED element 16 by the first reflecting surface 17 having the normal line N 1 including the component in the opposite direction to the first reflector 11 and the position opposite to the first reflector 11 across the LED element 16
  • a second reflector 12 that reflects light emitted from the LED element 16 at the second reflecting surface 18 having a normal line N 2 that includes a component in the same direction with respect to the optical axis direction Z.
  • the first reflecting surface 17 is formed in a closed ring shape on the outer peripheral surface of the first reflector 11, and the plurality of LED elements 16 are arranged in a plane around the first reflecting surface 17.
  • a group of LED elements 16 arranged around the first reflector 11 is regarded as a unit light source, and the central axis (Z axis) of the first reflector 11 is handled as the optical axis of the unit light source.
  • the LED lighting device 10C accommodates the substrate 15 on which the LED element 16, the first reflecting surface 17 and the second reflecting surface 18 are mounted in a transparent hemisphere, and aligns the base shape, size, etc. It can be structurally compatible with the light bulb.
  • substrate 15 is not limited to circular, You may employ
  • substrate 15 is not limited to a plane, You may employ
  • the first reflector 11 is formed rotationally symmetric with respect to the central axis (Z axis). And this 1st reflector 11 is provided with the 1st reflective surface 17 which reflects the light emission of LED element 16 in 360 degrees all the circumferences.
  • a plurality of LED elements 16 are arranged on the same plane with the first reflector 11 as the center.
  • the ring-shaped 2nd reflector 12 is arrange
  • the 1st reflective surface 17 and the 2nd reflective surface 18 have illustrated the shape containing a straight line in the cross sectional view in alignment with the optical axis direction Z, in this cross sectional view, a curved surface may be included.
  • the 1st reflector 11 and the 2nd reflector 12 have illustrated circular in top view, they may have an ellipse, a rectangle, and other indefinite shapes.
  • FIG. 6A is a light distribution image when a plurality of LED illumination devices 10C according to the second embodiment (five illustrations) are arranged in a straight line
  • FIG. 6B is a first comparative example. It is a light distribution image at the time of removing the reflector 11 and the 2nd reflector 12.
  • FIG. 6A As described above, according to the LED lighting device 10C according to the second embodiment, the illuminance distribution can be made uniform with the number of installations and the installation interval being constant.
  • FIG. 7A shows a plan view of an LED illumination device 10D according to the third embodiment
  • FIG. 7B shows a BB cross-sectional view thereof
  • FIG. 7C shows a CC cross-sectional view thereof. Show.
  • portions having the same configuration or function as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the first reflecting surface 17 in the third embodiment is formed in an open ring shape except for a part of the outer peripheral surface of the first reflector 11, and the plurality of LED elements 16 are arranged in a planar manner around at least the first reflecting surface 17. Has been.
  • the first reflector 11 has a shape in which a part of the Z-axis rotationally symmetric body is missing.
  • the first reflector 11 is provided with a first reflecting surface 17 that reflects the light emitted from the LED element 16 around the portion other than the missing portion.
  • a plurality of LED elements 16 are arranged on the same plane with the first reflector 11 as the center.
  • the light distribution is diffused in the illumination region by the group P of the LED elements 16 in which the light is reflected by the first reflector 11, and a uniform and uniform illuminance distribution is obtained.
  • the light is spot-distributed immediately below.
  • LED lighting device 10D use in an application in which an internal illumination of a showcase, an interior lamp, and other special illumination effects are expected can be considered.
  • the illumination method for the display surface and the back surface opposite to the display surface to enhance the display effect of the articles arranged inside.
  • lighting during night driving may cause an image inside the vehicle to be projected onto the windshield and hinder safe driving for the driver. Therefore, by adopting the LED lighting device 10D for the interior light, the light distribution on the windshield side is spot-irradiated directly below so as not to be reflected on the windshield, and the rear seat side orientation is diffusely illuminated so that only its periphery is irradiated. Can be illuminated.
  • FIG. 7 illustrates an example in which a plurality of LED elements 16 are arranged around the entire 360 ° of the first reflector 11, but the arrangement of the group Q of LED elements 16 whose light emission is not reflected by the first reflector 11 is omitted. May be.
  • FIG. 8A shows a perspective view of an LED illumination device 10E according to the fourth embodiment
  • FIG. 8B shows a longitudinal sectional view thereof.
  • parts having the same configuration or function as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the LED lighting device 10E includes a substrate 15 and a first reflector 11 provided on the surface of the substrate 15 and formed in a ring shape.
  • a plurality of LED elements 16 (16 c and 16 d) are arranged on the surface of the substrate 15 inside and outside the first reflector 11 formed in the ring shape.
  • the 1st reflective surface 17 which has the normal line containing the component of the opposite direction with respect to the optical axis direction of the LED element 16d arrange
  • a third reflecting surface 13 having a normal line including a component in the same direction as the optical axis direction of the LED element 16c disposed inside is formed on the inner peripheral surface of the ring-shaped first reflector 11.
  • a ring-shaped second reflector 12 is provided on the outer side of the LED element 16d disposed on the outer side of the first reflector 11.
  • a second reflecting surface 18 having a normal line including a component in the same direction with respect to the optical axis direction of the LED element 16d is formed.
  • this 2nd reflector 12 may not be installed.
  • substrate 15 is not specifically limited.
  • only one LED element 16c is arranged inside the ring-shaped first reflector 11, but a plurality of LED elements 16c may be arranged.
  • one LED element 16d is disposed between the ring-shaped first reflector 11 and the second reflector 12, a plurality of LED elements 16d may be disposed therebetween.
  • FIG. 9 is a perspective view of a plant cultivation shelf 20 according to the fifth embodiment of the present invention. 9, parts having the same configurations or functions as those in FIGS. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the plant cultivation shelf 20 includes an LED lighting device 10, a shelf plate 23 on which plants are placed, and a support member 22 that supports the LED lighting device 10 and the shelf plate 23 at positions facing each other.
  • a plurality of (three in the figure) shelf boards 23 installed in the horizontal direction at intervals are supported by columns (supporting members 22) provided at least at four corners.
  • a plant (not shown) is placed on the upper surface of each shelf board 23 via a cultivation container 24.
  • a plurality of LED lighting devices 10 are provided on the back surface of the upper shelf 23 facing the upper surface of the lower shelf 23.
  • the linear thing is illustrated as the LED illuminating device 10, there is no limitation in particular and a planar thing can also be employ
  • the water supply apparatus for supplying water to the cultivation container 24 may be provided.
  • a carriage (not shown) is attached to the support member 22 in contact with the floor surface, and the entire plant cultivation shelf 20 can be easily moved.
  • the plant cultivation shelf 20 of the fifth embodiment can illuminate the light emitted from the LED lighting device 10 with a uniform illuminance distribution on a plurality of plants arranged in the cultivation container 24. Thereby, the growth of multiple strains of plants can be made uniform. Moreover, since the plant cultivation shelf 20 of 5th Embodiment can equalize illuminance distribution, without using the diffuser plate accompanying attenuation
  • 10 (10A, 10B, 10C, 10D, 10E) ... LED lighting device, 11 ... first reflector, 12 ... second reflector, 13 ... third reflecting surface, 15 ... substrate, 16 ... LED element, 17 ... first reflection Surface, 18 ... second reflecting surface, 19 ... irradiation surface, 20 ... plant cultivation shelf, 22 ... support member, 23 ... shelf board, 24 ... cultivation container.

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Abstract

運用コストを抑制しLED光の照度損失を回避しつつ、照明領域における照度分布を均一化させることができる照明装置を提供する。 LED照明装置10Aは、基板15の表面に配置され発光する複数のLED素子16と、基板15の表面に設けられLED素子16の光軸方向に対して反対方向の成分を含む法線N1を持つ第1反射面17でLED素子16の発光を反射させる第1リフレクタ11と、LED素子16を挟んで第1リフレクタ11とは反対の位置に配置されLED素子16の光軸方向Zに対して同じ方向の成分を含む法線N2を持つ第2反射面18でLED素子16の発光を反射させる第2リフレクタ12と、を備えている。

Description

LED照明装置及び植物栽培棚
 本発明は、LED(発光ダイオード)を光源に持つ照明装置及び植物栽培棚に関する。
 農産物栽培手法として、光、温度、二酸化炭素濃度などの内部環境が制御された閉鎖的な空間で植物を栽培する植物工場が注目されている。
 この植物工場によれば、(i)天候に左右されずに狭い土地で植物を大量生産できる、(ii)無農薬、新鮮、清潔といった高付加価値の植物を安定供給できる、(iii)食の安全・安心、健康志向に合致する、といった多くの利点がある。
 植物栽培用の照明装置として、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ、蛍光灯等を光源として利用したものが周知である。一方において近年では、省電力化や環境対策の観点から、これら従来の光源に替わり、LED(発光ダイオード)が光源として採用されつつある。
 LEDは、従来の光源と比較した場合、消費電力が1/2~1/4程度となりそれ自身の寿命も大幅に延びるために、植物工場の運営上の経費削減に貢献する。さらにLEDは、従来の光源と比較して熱放射が少ないため近接照明しても植物の葉焼けを回避することができ、多段栽培を可能とし単位面積当たりの収穫量の向上にも貢献する。
 しかし、LED照明は指向性が強いため、照明領域において、LEDの光軸が交わる中心部の照度が、縁側部の照度よりも大きくなり、照度分布にムラがある問題が指摘されている。このような照度分布にムラが存在すると植物の育成にもムラが生じてしまう。そして、この照度分布を均一にするために、乳白色に濁らせたり微細レンズで表面加工されたりした拡散板等を介し、LED照明を行う技術が公知となっている(例えば、特許文献1)。
特開2017-131189号公報
 しかし、上述の公知技術では、拡散板等を透過する際のLED光の減衰に伴う照度損失により電力効率の低下を招く課題がある。さらに、LED光の照射領域に対応する面積の拡散板を用意する必要があり、運用コストの上昇を招く課題がある。
 本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、運用コストを抑制しLED光の照度損失を回避しつつ、照明領域における照度分布を均一化させることができる照明装置及び植物栽培棚を提供することを目的とする。
 本発明に係るLED照明装置は、基板と、前記基板の表面に配置され発光する複数のLED素子と、前記基板の表面に設けられ前記LED素子の光軸方向に対して反対方向の成分を含む法線を持つ第1反射面で前記発光を反射させる第1リフレクタと、を備える。
 本発明に係る植物栽培棚は、前記LED照明装置と、植物を載置する棚板と、前記LED照明装置及び前記棚板を、互いが対向する位置において支持する支持部材と、を備えている。
 本発明により、運用コストを抑制しLED光の照度損失を回避しつつ、照明領域における照度分布を均一化させることができる照明装置及び植物栽培棚が提供される。
本発明の第1実施形態に係るLED照明装置の斜視図。 (A)第1実施形態に係るLED照明装置の断面図、(B)変形例の断面図。 LED光源の指向特性の説明図。 LED光源の照度分布を示すグラフ。 (A)第2実施形態に係るLED照明装置の平面図、(B)その断面図。 (A)第2実施形態に係るLED照明装置を複数配列させた場合の配光画像、(B)リフレクタが存在しない場合の配光画像(比較例)。 (A)第3実施形態に係るLED照明装置の平面図、(B)そのB-B断面図、(C)そのC-C断面図。 (A)第4実施形態に係るLED照明装置の斜視図、(B)その縦断面図。 本発明の第5実施形態に係る植物栽培棚の斜視図。
(第1実施形態)
 以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
 図1は第1実施形態に係るLED照明装置10A(10)の斜視図であり、図2はこの第1実施形態に係るLED照明装置の断面図である。
 このようにLED照明装置10Aは、基板15と、この基板15の表面に配置され発光する複数のLED素子16(16a,16b)と、基板15の表面に設けられLED素子16の光軸方向Z(図2)に対して反対方向の成分を含む法線N1を持つ第1反射面17(17a,17b)でLED素子16の発光を反射させる第1リフレクタ11と、LED素子16(16a,16b)を挟んで第1リフレクタ11とは反対の位置に配置され光軸方向Zに対して同じ方向の成分を含む法線N2を持つ第2反射面18(18a,18b)でLED素子16の発光を反射させる第2リフレクタ12(12a,12b)と、を備えている。
 LED素子16(16a,16b)は、植物の葉緑素(クロロフィル)における光合成に必要な波長領域の光を発光するものである。栽培対象の植物にあわせて、最適な波長を発光するLED素子16が選択される。この場合、光の3原色を混色させた白色LED素子16を単独で基板15の表面に配置させる場合の他に、赤、緑、青の原色をそれぞれ単色発光するLED素子16を組み合わせて基板15の表面に配置させる場合がある。
 LED素子16の光度は、クロロフィルが吸収できる400nmから700nmまでの波長領域だけの光量子束密度で定義される光合成光量子束密度(PPFD;photosynthetic photon flux density)が、照明領域において最適値となるように設定される。
 基板15は、長尺状の平板からなる電子回路基板であって、表面側には複数のLED素子16が実装されている。また、LED素子16と干渉しない位置に、このLED素子16に所定の電流を流すための電子回路(図示略)が配設されている。
 基板15に設けられた電子回路は、複数の電子部品とこれらを接続する配線とから構成されている。この電子部品等を介して基板15に電力が供給され、基板15上に実装されたLED素子16に給電して発光させる。
 LED照明装置10Aは、LED素子16、第1反射面17及び第2反射面18を実装させた基板15を透明な円筒に収容し、口金形状や長さ等をそろえることにより、従来の直管蛍光灯と構造的に互換性をもたせることができる。また、基板15は、平面に限定されることはなく、曲面を有するものを採用してもよい。
 図1に示すように、第1実施形態において第1リフレクタ11は長尺に形成されている。そして、この第1リフレクタ11の両側面には、LED素子16の発光を反射させる第1反射面17(17a,17b)が設けられている。そして、複数のLED素子16が第1反射面17(17a,17b)に沿って列状配置されている。
 第1実施形態では、第1リフレクタ11の両側に配置される一組のLED素子16(16a,16b)を単位光源とみなし、これら一組のLED素子16(16a,16b)に挟まれる第1リフレクタ11の中心軸(Z軸)をこの単位光源の光軸として取り扱う。
 図2(A)に示すように、第1反射面17(17a,17b)は、第1リフレクタ11の両側面に設けられている。
 この第1反射面17(17a,17b)は、その法線N1がLED素子16の光軸方向Zに対して反対方向の成分を含んでいる。これにより、この光軸(Z軸)が直交する照射面の中心側に配光されるLED素子16(16a,16b)の発光が、第1反射面17(17a,17b)で反射して、この照射面の中心よりも外側に配光されることになる。これにより、光軸(Z軸)が直交する照射面の中心側におけるスポット的な高照度が、その周囲に拡散されることになる。
 この第1反射面17は、LED素子16の発光が高効率に反射されるように、鏡面仕上げされたりコーティングしたりする等の周知の表面処理が施されている。これにより第1反射面17の反射率は、メンテナンスフリーで、100%に近い値を維持できる。なお、第1反射面17の傾斜角は、光軸方向Zに対し0°を超えて45°以下の範囲とし、好適には10°~35°の範囲とする。
 この第1反射面17の傾斜角が0°以下であると、照射面の中心側からその周囲に拡散される配光が少なくスポット的な高照度の解消に貢献しない。またこの傾斜角が45°を超えると、逆に照射面の中心側の照度がその周囲よりも低くなってしまう。
 なお、半値照射角度が120°のLED素子16を使用した場合、第1反射面17の傾斜角は、30°が最適である。
 第2リフレクタ12(12a,12b)は、LED素子16(16a,16b)を挟んで第1リフレクタ11とは反対の位置に配置されている。
 この第2反射面18(18a,18b)は、その法線N2がLED素子16の光軸方向Zに対して同じ方向の成分を含んでいる。これにより、この光軸が直交する照射面の中心から遠い周縁部分に配光されるLED素子16(16a,16b)の発光が、第2反射面18(18a,18b)で反射して、この照射面の周縁部分よりも内側に配光されることになる。これにより、光軸が直交する照射面の中心側におけるスポット的な高照度が、相対的に緩和されることになる。
 この第2反射面18は、LED素子16の発光が高効率に反射されるように、鏡面仕上げされたりコーティングしたりする等の周知の表面処理が施されている。これにより第2反射面18の反射率は、メンテナンスフリーで、100%に近い値を維持できる。なお、第2反射面18の傾斜角は、光軸方向Zに対し30°~65°の範囲とする。
 この第2反射面18の傾斜角が30°未満であったり傾斜角が65°を超えたりすると、照射面の周縁部分からその内側に拡散される配光が少なくスポット的な高照度の解消に寄与しない。
 図1において第1リフレクタ11及び第2リフレクタ12は、直線のレール状のものを開示しているが、この形状に限定されることはなく、曲線形状であったり、反射面17,18を有するバルク材であったりする場合もある。
 図2(B)は第1実施形態に係るLED照明装置の変形例の断面図を示している。
 図示されるように、第1リフレクタ11の片側の側面のみに第1反射面17が形成されている。また第1リフレクタ11の第1反射面17は、図2(B)に示すように、LED素子16の光軸を含む断面視において、曲面である場合がある。
 同様に、第2リフレクタ12の第2反射面18も、LED素子16の光軸を含む断面視において、曲面である場合がある。
 図3は、LED光源の指向特性の説明図である。
 平面光源のLED素子16を用いた場合、光軸方向Zにおける光度I0とすると、この光軸方向Zに対する入射角θ方向の光度Iθの指向特性はランバートの余弦則により次式(1)で表される。
     Iθ=I0cosθ   (1)
 そして、LED素子16から距離dおいて光軸方向Zに直交する照射面19上の交点である中心点0における照度E0とすると、LED素子16から入射角θ方向に交わる照射面19上の交点Pの照度Eθはコサイン4乗則により次式(2)で表される。
     Eθ=E0cos4θ   (2)
 図4はLED光源の照度分布を示すグラフである。
 グラフの横軸は光軸方向Zに対する入射角θで表し、縦軸はこの入射角θに対する照射面19上の照度Eθを表している。さらに、破線は第1リフレクタ11及び第2リフレクタ12が存在しない場合を比較例として示したもので、上式(2)に基づく結果である。そして、実線は本実施形態における実施例を示したものである。
 この実施例によれば、光軸方向Zに直交する照射面19上の中心点0の照度E0が、第1リフレクタ11の作用により、照度が中心点0における照度の半分以上になる角度範囲W´の周辺に拡散される。その結果、この中心点0におけるスポット的な高照度が緩和されて、照明領域における照度分布の均一化が図られる。
 さらに第2リフレクタ12の作用により光軸方向Zから90°に近い入射角θの発光が内側に配光される。その結果、照射面19への到達が困難な入射角θの発光が中心点0の周辺の低照度領域に盛られ、照度分布の均一化が図られる。
 これにより、実施例において角度範囲Wが、比較例の角度範囲W´よりも広がることになる。これにより、照射面19の全面に亘る所定照度を確保するために、間隔を狭くしてLED素子16を配列させる必要がない。よって、LED素子16の使用数を減らしてコスト低減に寄与することができる。
 さらに、乳白色に濁らせた拡散版等を使用せずに角度範囲Wを広げることができるため、照射面19に近づけてLED素子16を設置することができる。これにより、LED素子16の発光量を弱めて消費電力を削減し、ランニングコストを抑制することができる。
(第2実施形態)
 次に図5を参照して本発明における第2実施形態について説明する。図5(A)は第2実施形態に係るLED照明装置の平面図を示し、図5(B)はそのB-B断面図を示している。なお、図5において図1又は図2と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
 このように第2実施形態のLED照明装置10Cは、基板15と、この基板15の表面に配置され発光する複数のLED素子16と、基板15の表面に設けられLED素子16の光軸方向Zに対して反対方向の成分を含む法線N1を持つ第1反射面17でLED素子16の発光を反射させる第1リフレクタ11と、LED素子16を挟んで第1リフレクタ11とは反対の位置に配置され光軸方向Zに対して同じ方向の成分を含む法線N2を持つ第2反射面18でLED素子16の発光を反射させる第2リフレクタ12と、を備えている。
 第2実施形態において第1反射面17は、第1リフレクタ11の外周面に閉環状に形成され、複数のLED素子16は、第1反射面17の周囲に面状配置されている。
 第2実施形態では、第1リフレクタ11の周囲に配置される一群のLED素子16を単位光源とみなし、第1リフレクタ11の中心軸(Z軸)をこの単位光源の光軸として取り扱う。
 LED照明装置10Cは、LED素子16、第1反射面17及び第2反射面18を実装させた基板15を透明な半球体に収容し、口金形状や大きさ等をそろえることにより、従来の白熱電球と構造的に互換性をもたせることができる。また、基板15は、円形に限定されることはなく、楕円やその他不定形を有するものを採用してもよい。また、基板15は、平面に限定されることはなく、曲面を有するものを採用してもよい。
 図5に示すように、第2実施形態において第1リフレクタ11は中心軸(Z軸)に対して回転対称に形成されている。そして、この第1リフレクタ11には、360°全周囲にLED素子16の発光を反射させる第1反射面17が設けられている。そして、複数のLED素子16が第1リフレクタ11を中心として同一面上に配置されている。そして、これら複数のLED素子16を取り囲むようにリング状の第2リフレクタ12が配置されている。
 なお、第1反射面17及び第2反射面18は、光軸方向Zに沿う断面視において、直線を含む形状を例示しているが、この断面視において、曲面を含む場合もある。また第1リフレクタ11及び第2リフレクタ12は、上面視において円形を例示しているが、楕円や矩形その他不定形を有する場合もある。
 図6(A)は第2実施形態に係るLED照明装置10Cを複数(図示が5個)直線状に配列させた場合の配光画像であり、図6(B)は、比較例として第1リフレクタ11及び第2リフレクタ12を除去した場合の配光画像である。
 このように第2実施形態に係るLED照明装置10Cによれば、その設置数や設置間隔が一定の条件のまま、照度分布をムラなく均一にすることができる。
(第3実施形態)
 次に図7を参照して本発明における第3実施形態について説明する。図7(A)は第3実施形態に係るLED照明装置10Dの平面図を示し、図7(B)はそのB-B断面図を示し、図7(C)はそのC-C断面図を示している。なお、図7において図5と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
 第3実施形態における第1反射面17は、第1リフレクタ11の外周面の一部を除いて開環状に形成され、複数のLED素子16は、少なくとも第1反射面17の周囲に面状配置されている。
 図7に示すように、第3実施形態において第1リフレクタ11はZ軸回転対称体のうち一部が欠落した形になっている。そして、この第1リフレクタ11には、この欠落部分を除く周囲にLED素子16の発光を反射させる第1反射面17が設けられている。そして、複数のLED素子16が第1リフレクタ11を中心に同一面上に配置されている。
 第3実施形態に係るLED照明装置10Dは、第1リフレクタ11により発光が反射されるLED素子16の群Pによる照明領域では、配光が拡散されて広範囲で均一な照度分布が得られる。しかし、第1リフレクタ11により発光が反射されないLED素子16の群Qによる照明領域では、その直下にスポット的に配光されることになる。
 このようなLED照明装置10Dの用途としては、ショーケースの内部照明や車内灯やその他特殊な照明効果が期待される用途での利用が考えられる。
 ショーケースでは、ディスプレイ面とこれに対向する背面とに対する照明方法を変えて、内部に配置した物品の展示効果を高めることが考えられる。
 一般的な車内灯では、夜間走行中の点灯は車内の像がフロントガラスに投影され運転者の安全運転を阻害する場合がある。そこで、車内灯にLED照明装置10Dを採用することで、フロントガラス側の配光は直下にスポット照射してフロントガラスに反射しないようにし、後部座席側の配向は拡散照射してその周辺のみを照明することができる。
 なお図7において、第1リフレクタ11の360°全周囲に複数のLED素子16が配置されているものを例示したが、第1リフレクタ11により発光が反射されないLED素子16の群Qの配置を省略してもよい。
(第4実施形態)
 次に図8を参照して本発明における第3実施形態について説明する。図8(A)は第4実施形態に係るLED照明装置10Eの斜視図を示し、図8(B)はその縦断面図を示している。なお、図8において図5と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
 このLED照明装置10Eは、基板15と、この基板15の表面に設けられリング状に形成された第1リフレクタ11とを備えている。そして、このリング状に形成された第1リフレクタ11の内側と外側には複数のLED素子16(16c、16d)が基板15の表面に配置されている。
 そしてリング状の第1リフレクタ11の外周面には外側に配置されたLED素子16dの光軸方向に対して反対方向の成分を含む法線を持つ第1反射面17が形成されている。さらにリング状の第1リフレクタ11の内周面には内側に配置されたLED素子16cの光軸方向に対して同じ方向の成分を含む法線を持つ第3反射面13が形成されている。
 第1リフレクタ11の外側に配置されたLED素子16dのさらに外側には、リング状の第2リフレクタ12が設けられている。この第2リフレクタ12の内周面には、LED素子16dの光軸方向に対して同じ方向の成分を含む法線を持つ第2反射面18が形成されている。なお、この第2リフレクタ12は設置されない場合もある。
 なお、ハウジング14の円形縁端に基板15の外周が支持されている形態を例示しているが、この基板15の支持方法は特に限定がない。また、リング状の第1リフレクタ11の内側には、LED素子16cが一つのみ配置されているが、複数配置されている場合もある。さらにリング状の第1リフレクタ11と第2リフレクタ12との間には、一個分のLED素子16dが配置されているが、この間に複数個が配置されている場合もある。
(第5実施形態)
 次に図9を参照して本発明における第5実施形態について説明する。図9は本発明の第5実施形態に係る植物栽培棚20の斜視図である。なお、図9において図1及び図5と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
 植物栽培棚20は、LED照明装置10と、植物を載置する棚板23と、LED照明装置10及び棚板23を互いが対向する位置において支持する支持部材22と、を備える。
 間隔を設けて水平方向に設置された複数段(図示は3段)の棚板23は、少なくとも四隅に設けられた支柱(支持部材22)により支持されている。それぞれの棚板23の上面には、栽培容器24を介して植物(図示略)が載置される。そして、下段の棚板23の上面に対向する上段の棚板23の裏面には、複数のLED照明装置10が設けられている。なお、LED照明装置10として、直線状のものを例示しているが、特に限定はなく面状のものを採用することもできる。また図示を省略しているが、栽培容器24に水を供給するための給水装置が設けられる場合もある。また、床面に接する支持部材22の箇所には、台車(図示略)が取り付けられており、植物栽培棚20全体を容易に移動させることができる構成となっている。
 第5実施形態の植物栽培棚20は、LED照明装置10の発光を、栽培容器24に並べた複数株の植物に対し、照度分布を均一化させて照明することができる。これにより、複数株の植物の成長を均一化することができる。
 また第5実施形態の植物栽培棚20は、LED光の減衰を伴う拡散板を使用せずに照度分布を均一化させることができるために、LED光の照度損失を回避して運用コストを抑制することができる。
 10(10A,10B,10C,10D,10E)…LED照明装置、11…第1リフレクタ、12…第2リフレクタ、13…第3反射面、15…基板、16…LED素子、17…第1反射面、18…第2反射面、19…照射面、20…植物栽培棚、22…支持部材、23…棚板、24…栽培容器。

Claims (8)

  1.  基板と、
     前記基板の表面に配置され発光する複数のLED素子と、
     前記基板の表面に設けられ、前記LED素子の光軸方向に対して反対方向の成分を含む法線を持つ第1反射面で前記発光を反射させる第1リフレクタと、を備えることを特徴とするLED照明装置。
  2.  請求項1に記載のLED照明装置において、
     前記LED素子を挟んで前記第1リフレクタとは反対の位置に配置され、前記LED素子の光軸方向に対して同じ方向の成分を含む法線を持つ第2反射面で前記発光を反射させる第2リフレクタを、さらに備えることを特徴とするLED照明装置。
  3.  請求項1又は請求項2に記載のLED照明装置において、
     前記第1リフレクタは長尺に形成され、
     前記複数のLED素子は、第1反射面に沿って列状配置されることを特徴とするLED照明装置。
  4.  請求項3に記載のLED照明装置において、
     前記第1反射面は、前記第1リフレクタの両側面に設けられていることを特徴とするLED照明装置。
  5.  請求項1又は請求項2に記載のLED照明装置において、
     前記第1反射面は、前記第1リフレクタの外周面に閉環状に形成され、
     前記複数のLED素子は、前記第1反射面の周囲に面状配置されることを特徴とするLED照明装置。
  6.  請求項1又は請求項2に記載のLED照明装置において、
     前記第1反射面は、前記第1リフレクタの外周面の一部を除いて開環状に形成され、
     前記複数のLED素子は、少なくとも前記第1反射面の周囲に面状配置されることを特徴とするLED照明装置。
  7.  請求項5又は請求項6に記載のLED照明装置において、
     前記第1リフレクタはリング状に形成され、
     前記第1リフレクタのリング状の内側と外側に前記LED素子が配置され、
     前記第1リフレクタの内周面には、前記内側に配置されるLED素子の光軸方向に対して同じ方向の成分を含む法線を持つ第3反射面が形成されていることを特徴とするLED照明装置。
  8.  請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のLED照明装置と、
     植物を載置する棚板と、
     前記LED照明装置及び前記棚板を、互いが対向する位置において支持する支持部材と、を備えることを特徴とする植物栽培棚。
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