(57)【要約】【課題】容易に設計や製造を行うことができる低価格の光学レンズを提供する。【解決手段】光学レンズは、凸形状の屈折面（１１１）から構成される出射面部と、入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、出射面部が接合される第２の面部とを備え、ＬＥＤ１５からの光が入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して屈折面から出射される導光部（１３、１４ａ）と、を有する。屈折面（１１１）は、Ｘ軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、Ｙ軸方向の曲面の曲率が一定であり、Ｘ軸方向の曲面の曲率半径がＹ軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成されている。出射面部および導光部は、光軸に垂直な断面の形状が楕円である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子より出射した光の配光を制御する光学レンズであって、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光素子からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、光学レンズ。
【請求項２】
前記入射面は、前記発光素子の発光部を収容可能な凹面から構成される、請求項１に記載の光学レンズ。
【請求項３】
前記凹面は球面である、請求項２に記載の光学レンズ。
【請求項４】
前記導光部は、前記球面の中心を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、請求項３に記載の光学レンズ。
【請求項５】
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記球面の中心を焦点とするレンズ面を形成する、請求項３または４に記載の光学レンズ。
【請求項６】
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学レンズ。
【請求項７】
光を放射する発光部を備えた発光素子と、
前記発光部より出射した光の配光を制御する光学レンズと、を有し、
前記光学レンズは、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、光源ユニット。
【請求項８】
前記入射面は、前記発光部を収容する凹面から構成される、請求項７に記載の光源ユニット。
【請求項９】
前記凹面は球面であり、該球面の中心に前記発光部が配置されている、請求項８に記載の光源ユニット。
【請求項１０】
前記導光部は、前記発光部を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、請求項９に記載の光源ユニット。
【請求項１１】
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記発光部を焦点とするレンズ面を形成する、請求項９または１０に記載の光源ユニット。
【請求項１２】
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光源ユニット。
【請求項１３】
複数の光源ユニットと、
固定面を備え、該固定面に前記複数の光源ユニットが固定される筐体と、を有し、
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、
光を放射する発光部を備えた複数の発光素子と、
前記発光素子毎に設けられ、前記発光部より出射した光の配光を制御する複数の光学レンズと、を有し、
前記複数の光学レンズはそれぞれ、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、照明装置。
【請求項１４】
前記複数の光源ユニットは、所定の方向に沿って、複数の列に配置されており、各光源ユニットは、前記所定の方向と直交する面内における前記固定面と該光源ユニットの光軸とのなす角度であるチルト角が所定の角度になるように設けられている、請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記光源ユニット毎に設けられ、それぞれが該光源ユニットを支持する支持面を備えた、前記固定面に固定される複数の支持体を、さらに有し、
同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットをそれぞれ支持する支持体は、前記固定面に垂直、かつ、前記所定の方向に平行な面内における、前記支持面と前記固定面とのなす角度であるパン角が互いに異なるように設けられている、請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、前記複数の発光素子が一列に並ぶように構成されており、
同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットは、前記複数の発光素子の並び方向と前記所定の方向とのなす角度である捻れ角が互いに異なるように構成されている、請求項１４または１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
各列の光源ユニットの前記チルト角が異なる、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記所定の方向と直交する方向において、一方の側から他方の側に向かって、各列の光源ユニットの前記チルト角が増大する、請求項１７に記載の照明装置。
【請求項１９】
各列の光源ユニットの数または点灯させる発光ダイオードの数が、前記チルト角が小さい側の列ほど多い、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記固定面に垂直、かつ、前記所定の方向に平行な面を水平面とし、前記複数の光源ユニットはそれぞれ、前記複数の光学レンズより出射した光のうち、前記水平面を上側方向に通過する光を遮光する遮光板を有する、請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記遮光板は、
前記水平面を上側方向に通過する光の一部を、前記水平面を下側方向に通過する方向に向けて反射する第１の反射板と、
前記第１の反射板からの反射光の一部を前記光源ユニットの光軸に沿った方向に向けて反射する第２の反射板と、を有する、請求項２０に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記導光部の前記入射面は、前記発光素子の前記発光部を収容する凹面から構成される、請求項１３乃至２１のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記凹面は球面であり、該球面の中心に前記発光部が配置されている、請求項２２に記載の照明装置。
【請求項２４】
前記導光部は、前記発光部を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、請求項２３に記載の照明装置。
【請求項２５】
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記発光部を焦点とするレンズ面を形成する、請求項２３または２４に記載の照明装置。
【請求項２６】
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、請求項１３乃至２５のいずれか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）などの発光素子から出射された光の配光を制御する光学レンズ、その光学レンズを用いた光源ユニットおよび照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の発光素子と、この発光素子から出射された光を集光する光学レンズとを含む照明装置が普及している。この種の照明装置においては、その利用形態に応じて様々なレンズ形状の光学レンズが用いられている。例えば、室内照明装置、道路照明装置、投光器などにおいては、配光角や配光パターンを制御する配光制御を目的に、光学レンズとして、屈折面が球面でない非球面レンズが用いられている。
特許文献１には、ＬＥＤより出射した光の配光角を少なくとも横方向に広げる配光制御レンズが記載されている。この配光制御レンズは、レンズの上部を通過する光束の密度がレンズの下部を通過する光束の密度よりも高くなるように構成された非球面レンズから構成される。
特許文献２には、投光側に凸面を備えた略平凸山形状の配光制御レンズが記載されている。この配光制御レンズは、上側の曲面と下側の曲面を含み、上側の曲面の曲率が下側の曲面の曲率よりも小さくなるように構成された非球面レンズから構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４９６０７号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、屈折面の曲率が一定でない非球面の設計や加工は複雑であることから、特許文献１や特許文献２に記載された配光制御レンズは高価である。このような高価な配光制御レンズを光源ユニットや照明装置に用いると、コスト増大を招く。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題を解決し、容易に設計や製造を行うことができる低価格の光学レンズ、その光学レンズを用いた光源ユニットおよび照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
発光素子より出射した光の配光を制御する光学レンズであって、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光素子からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、光学レンズが提供される。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、
光を放射する発光部を備えた発光素子と、
前記発光部より出射した光の配光を制御する光学レンズと、を有し、
前記光学レンズは、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、光源ユニットが提供される。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、
複数の光源ユニットと、
固定面を備え、該固定面に前記複数の光源ユニットが固定される筐体と、を有し、
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、
光を放射する発光部を備えた複数の発光素子と、
前記発光素子毎に設けられ、前記発光部より出射した光の配光を制御する複数の光学レンズと、を有し、
前記複数の光学レンズはそれぞれ、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、照明装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低価格の光学レンズを提供することができ、その光学レンズを用いることで低コストの光源ユニットおよび照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態による道路照明装置に用いられる光源ユニットの構成を模式的に示す横断面概略図である。
【図２】図１に示す光源ユニットのＬＥＤと光学レンズとからなる部分を示す横断面概略図である。
【図３Ａ】図２に示す光学レンズをＸＺ平面に垂直な方向から見た場合の模式図である。
【図３Ｂ】図２に示す光学レンズをＹＺ平面に垂直な方向から見た場合の模式図である。
【図４】図１に示す光源ユニットに用いられる６連のレンズユニットの一例を示す横断面概略図である。
【図５】図１に示す光源ユニットに用いられる６連のレンズユニットの別の例を示す横断面概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による道路照明装置の構成を示す横断面概略図である。
【図７Ａ】図６に示す道路照明装置の内部の構成を模式的に示す側面図である。
【図７Ｂ】図６に示す道路照明装置の内部の構成を模式的に示す上面図である。
【図８】図１に示す光源ユニットのチルト角を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による道路照明装置に用いられる光源ユニットの構成を模式的に示す横断面概略図である。
【図１０Ａ】図９に示す光源ユニットに用いられる光学レンズをＸＺ平面に垂直な方向から見た場合の模式図である。
【図１０Ｂ】図９に示す光源ユニットに用いられる光学レンズをＹＺ平面に垂直な方向から見た場合の模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による道路照明装置の構成を示す横断面概略図である。
【図１２Ａ】図１１に示す道路照明装置の内部の構成を模式的に示す側面図である。
【図１２Ｂ】図１１に示す道路照明装置の内部の構成を模式的に示す上面図である。
【図１３】本発明の道路照明装置に用いられる光源ユニットの別の例を示す断面概略図である。
【図１４】本発明の道路照明装置をプロビーム照明方式に適用した道路照明システムを説明するための模式図である。
【図１５】本発明の道路照明装置をカウンタービーム照明方式に適用した道路照明システムを説明するための模式図である。
【図１６Ａ】本発明の光学レンズの金型形成方法の一例を説明するための模式図である。
【図１６Ｂ】本発明の光学レンズの金型形成方法の一例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による道路照明装置に用いられる光源ユニットの構成を模式的に示す横断面概略図である。
【００１２】
図１を参照すると、光源ユニット１は、ＬＥＤ基板２０上に所定の間隔で形成された６個のＬＥＤ１５と、ＬＥＤ１５それぞれに対応して設けられた６個の光学レンズ１０ａと、各光学レンズ１０ａをＬＥＤ基板２０に固定する穴開きプレート２１とを有する。穴開きプレート２１の両端部と中央部にはそれぞれビス止め孔２１１が設けられており、これらビス止め孔２１１を用いて、穴開きプレート２１をＬＥＤ基板２０にビス止めすることができる。
なお、図１に示した例では、ＬＥＤ１５と光学レンズ１０ａの数はそれぞれ６個であるが、これに限定されない。光源ユニット１は、光学レンズ１０ａとＬＥＤ１５とのセットを１以上設けたものであってもよい。
【００１３】
図２は、図１に示した光源ユニット１のＬＥＤ１５と光学レンズ１０ａとからなる部分を示す横断面概略図である。図２には、ＸＺ平面に垂直な方向から見た場合の光源ユニットの部分拡大図が示されている。Ｚ軸は、光学レンズ１０の光軸と一致する。
図２に示すように、光源ユニット１は、光を放射する発光部１５１を備えたＬＥＤ１５と、発光部１５１より出射した光を集光する光学レンズ１０ａと、を有する。光学レンズ１０ａは、ＬＥＤ１５の出射光束の配光制御を行うものであって、頭部１２、底部１３及び側面部１４ａを有する。これら頭部１２、底部１３及び側面部１４ａは一体的に形成されてもよい。頭部１２は、出射面部と呼ぶことができる。底部１３及び側面部１４ａからなる部分は導光部と呼ぶことができる。底部１３は第１の面部と呼ぶことができる。導光部は、この第１の面部と対向する第２の面部を備え、この第２の面部に頭部１２である出射面部が接合される。出射面部および導光部は、光学レンズ１０ａの光軸に垂直な断面の形状が楕円である。
【００１４】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態である光学レンズを説明するための図である。図３Ａは、ＸＺ平面に垂直な方向から光学レンズ１０ａを見た場合の模式図であり、図３Ｂは、ＹＺ平面に垂直な方向から光学レンズ１０ａを見た場合の模式図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、Ｚ軸は、光学レンズ１０ａの光軸と一致する。
図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、底部１３は、板状の形状であって、ＬＥＤ１５の発光部１５１を収容する凹面１１を底面の中央部に備える。底面の凹面１１以外の部分がＬＥＤ基板２０に接した状態で、穴開きプレート２１が底部１３をＬＥＤ基板２０に固定する。凹面１１は入射面と呼ぶことができる。
頭部１２は、凹面１１と対向する非対称直交球面レンズ１１１を有する。非対称直交球面レンズ１１１は、凸型状の屈折面であって、第１の方向（Ｙ軸方向）の曲率半径Ｒｙが、第１の方向と直交する第２の方向（Ｘ軸方向）の曲率半径Ｒｘよりも小さくなるように構成されている。
【００１５】
側面部１４ａは、発光部１５１を焦点とする放物面で形成されている。側面部１４ａの光学レンズ１０ａの光軸に垂直な断面の形状は楕円であり、該楕円形の断面の面積が非対称直交球面レンズ１１１側の端部で最も大きくなるように側面部１４ａが構成されている。
凹面１１は、発光部１５１より出射した光がほぼ垂直に入射するように構成されている。例えば、発光部１５１を中心とする球面となるように凹面１１を構成することで、発光部１５１より出射した光を、ほぼ垂直に凹面１１に入射させることが可能である。
【００１６】
上述した光学レンズ１０ａを備えた光源ユニット１によれば、以下のような作用効果を奏する。
一般に、ＬＥＤは、ｐ型半導体とｎ型半導体とを接合したｐｎ接合の構造を有し、ｐｎ接合部より発した光が内部反射しないように、樹脂から構成される凸部が出射面側に設けられている。通常、凸部の樹脂には蛍光材料が含有させてあるため、凸レンズの作用はほとんどない。このため、ＬＥＤは、片側半値角Θ1/2が７０°以上（全半値角２Θ1/2が１４０°以上）の指向特性を有する。
上記の指向特性を有するＬＥＤの出射光の大部分を光学レンズ内に有効に導入させるには、ＬＥＤの少なくとも発光部を光学レンズの入射面部に収容し、発光部より出射した光を入射面にほぼ垂直に入射させる必要がある。本実施形態によれば、ＬＥＤ１５の発光部１５１は光学レンズ１０ａの底部１３に収容され、発光部１５１より出射した光はほぼ垂直に凹面１１に入射する。このため、発光部１５１の出射光の９０％以上を光学レンズ１０ａ内に入射させることができる。
【００１７】
なお、光学レンズの入射面が平面である場合には、ＬＥＤの発光部より発した光の一部は、入射面に対して斜めに入射する。入射面に対して斜めに入射した光の一部は、入射面で反射される。このため、発光部の出射光の９０％以上を光学レンズ内に入射させることは困難である。
また、光学レンズの入射面が平面である場合、光学レンズ内に入射した光の一部は、入射面を通過する際に屈折し、側面部より不要な放射光として光学レンズ外に漏れだす。これに対して、本実施形態によれば、凹面１１から光学レンズ１０ａ内に入射した光は、直接、または、側面部１４ａの放物面で全反射されて非対称直交球面レンズ１１１に入射する。放物面からの反射光は、光学レンズ１０ａの光軸にほぼ平行な光束である。よって、光学レンズ１０ａ内に入射した光のほとんどを、非対称直交球面レンズ１１１より出射させることができる。
【００１８】
また、本実施形態によれば、非対称直交球面レンズ１１１は、Ｙ軸方向の曲率半径ＲｙがＸ軸方向の曲率半径Ｒｘよりも小さくなるように構成されている。ここで、Ｙ軸方向の曲率半径Ｒｙは、ＹＺ面内における曲面（Ｙ軸方向の曲面）の曲率半径を示し、Ｘ軸方向の曲率半径ＲｘはＸＺ面内における曲面（Ｘ軸方向の曲面）の曲率半径を示す。非対称直交球面レンズ１１１の出射光は、Ｙ軸方向に比較してＸ軸方向の広がりが大きな光となる。曲率半径Ｒｙ、Ｒｘは任意に設定可能であり、例えば、非対称直交球面レンズ１１１の出射光として、Ｙ軸方向の放射半値角（Θ1/2）を２０°、Ｘ軸方向の放射半値角（Θ1/2）を０°の指向角を有する出射光を得ることができる。
加えて、非対称直交球面レンズ１１１は、非球面レンズの一種であるが、曲率半径Ｒｘ、Ｒｙはいずれも一定であることから、その設計は、屈折面の曲率が一定でない一般の非球面レンズと比較して容易であり、金型も安価に作成することができる。このため、特許文献１や特許文献２に記載された配光制御レンズに比較して、低価格の光学レンズを提供することが可能である。
【００１９】
図１６Ａ及び図１６Ｂに、金型の作成方法の一例を示す。半径ｒ1の円盤４０が支持棒４１の一端に固定されている。円盤４０は、加工が容易な材料（例えば樹脂等）から構成される。金型形成部材４２は、例えば、直方体形状のものであって、円盤４０を用いて加工することが可能な材料（例えば、粘土等）から構成される。支持棒４１は、他端の回転軸４１ａを回転軸として回転可能で、円盤４０で金型形成部材４２を加工する際に曲がることがない十分な強度を有する材料（例えば、アルミ等の金属）から構成される。円盤４０を固定した支持棒４１の全長（回転軸から円盤４０の最も遠い端部までの長さ）はｒ２である。
図１６Ａには、図１６Ｂに示した金型形成部材４２の一点鎖線での切断面を矢印Ａの方向から見た状態が示されている。支持棒４１は回転軸４１ａとして振り子のように回転させることが可能である。図１６Ｂに示すように、支持棒４１を一方向に回転させて、円盤４０で金型形成部材４２の一方の面を削り取る。金型形成部材４２には、円盤４０の外形形状と同じ形状の凹面が、円盤４０の軌跡４０ａに沿って形成される。このようにして凹面が形成された金型形成部材４２を用いて非対称直交球面レンズ１１１用の金型を作成することができる。
【００２０】
上記の金型作成方法において、円盤４０の半径ｒ１が、非対称直交球面レンズ１１１のＹ軸方向の曲率半径Ｒｙに対応し、円盤４０を固定した支持棒４１の全長ｒ２が、非対称直交球面レンズ１１１のＸ軸方向の曲率半径Ｒｘに対応する。
例えば、非対称直交球面レンズ１１１のＹ軸方向の曲率半径Ｒｙは、ＬＥＤ１５の発光部１５１から非対称直交球面レンズ１１１の屈折面までの距離と、屈折面から出射される光の発散角と、非対称直交球面レンズ１１１に用いる材料の屈折率とに基づいて簡単に計算することができる。円盤４０は、加工が容易な材料から構成されることから、Ｙ軸方向の曲率半径Ｒｙの計算値と同じ半径ｒ１を有する円盤４０を容易に作成することができる。
また、非対称直交球面レンズ１１１のＸ軸方向の曲率半径Ｒｘも、同様に、ＬＥＤ１５の発光部１５１から非対称直交球面レンズ１１１の屈折面までの距離と、屈折面から出射される光の発散角と、非対称直交球面レンズ１１１に用いる材料の屈折率とに基づいて簡単に計算することができる。この場合は、円盤４０を固定した支持棒４１の全長ｒ２が、Ｘ軸方向の曲率半径Ｒｘの計算値となるように回転軸４１ａの位置を調整する。
【００２１】
本実施形態の光源ユニットにおいて、図４に示すように、６個の光学レンズ１０ａをそれぞれ装着するための６個の穴を備えた穴開きプレート２１を用いたレンズユニット２５ａを用いてもよい。レンズユニット２５ａにおいて、光学レンズ１０ａは穴開きプレート２１に接着固定されてもよい。この場合、光源ユニット１の組み立てが容易になる。
また、図５に示すように、６個の光学レンズ１０ａが一列に並ぶように金型で一体的に形成した光学レンズアレイから構成されるレンズユニット２５ｂを用いてもよい。レンズユニット２５ｂの両端部と中央部にはそれぞれビス止め孔２１１が設けられており、これらビス止め孔２１１を用いて、レンズユニット２５ｂをＬＥＤ基板２０にビス止めすることができる。この場合も、光源ユニット１の組み立てが容易になる。加えて、穴開きプレート２１が不要であるため、その分、コストの削減が可能である。
【００２２】
次に、上述した光源ユニット１を備えた道路照明装置について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による道路照明装置の構成を示す横断面概略図である。図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示す道路照明装置の内部の構成を説明するための図であって、図６Ａは側面図、図６Ｂは上面図である。
【００２３】
図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、道路照明装置１００は、２車線の道路の路面を照明するものであって、５個の光源ユニット１と、固定面１２０ａを備え、固定面１２０ａにそれら光源ユニット１が固定される筐体１２０と、を有する。筐体１２０は、筐体フレーム１２５に固定され、光源ユニット１の出射方向には透明板５１０が設けられている。筐体１２０と透明板５１０で囲まれた空間内に、５個の光源ユニット１が収容されている。図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、光源ユニット１の数は５個であるが、これに限定されない。１車線以上の道路を照明する形態を考慮した場合、光源ユニット１の数は２個以上であればよい。
各光源ユニット１はいずれも、同じ構造のものであって、図１乃至図５を用いて説明した光源ユニットの構造を適用することができる。ここでは、光源ユニット１は、６個の光学レンズ１０ａと６個のＬＥＤとを有する。
【００２４】
５個の光源ユニット１は、所定の方向に沿って２列に配置されている。ここで、所定の方向は道路の車線に沿った方向に対応する。第１列には、２個の光源ユニット１が配置され、第２列には、３個の光源ユニット１が配置されている。第１列の光源ユニット１が第１車線の路面を照明し、第２列の光源ユニット１が第２車線の路面を照明する。光源ユニット１の列と車線は１対１で対応する。例えば、３車線の場合、光源ユニット１は３列に配置される。図７Ｂにおいて、上側の２個の光源ユニットの列が第１列、下側の３個の光源ユニットの列が第２列である。
道路照明装置１００は、５個の光源ユニット１をそれぞれ固定面１２０ａに固定するための５個の支持体３０をさらに有する。支持体３０は、光源ユニット１を支持する支持面３０ａを備える。支持体３０は、放熱板であってもよい。放熱板の材料として、伝熱特性に優れた材料（例えばアルミニウムなど）を用いることができる。支持体３０は、固定面１２０ａの所定の位置にビス止めされる。
【００２５】
固定面１２０ａに垂直、かつ、上記所定の方向に平行な面内における、支持面３０ａと固定面１２０ａとのなす角度φをパン角と呼ぶ。このパン角φを変化させると、路面上の照明位置（照明スポット）が車線方向に沿って移動する。本実施形態の照明装置においては、同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットをそれぞれ支持する支持体３０は、パン角φが互いに異なるように設けられている。
具体的に説明すると、第１列の２個の光源ユニット１のパン角φは互いに異なり、図７Ｂにおいて、右側の光源ユニット１のパン角φは０°、左側の光源ユニット１のパン角φは所定の角度に設定されている。第２列の３個の光源ユニット１のうち、右側の光源ユニット１のパン角φは０°、中央の光源ユニット１と左側の光源ユニット１それぞれのパン角φは所定の角度に設定されている。中央の光源ユニット１のパン角φは、左側の光源ユニット１のパン角φと同じであってもよく、異なっていてもよい。第１列と第２列の間で、隣接する光源ユニット１のパン角φが同じであってもよい。
【００２６】
固定面１２０ａに垂直な方向から見た場合に、光源ユニット１のＬＥＤ１５の並び方向と上記所定の方向とのなす角度を捻れ角δと呼ぶ。この捻れ角δを変化させると、路面上の照明スポットが回転する。例えば、帯状の照明スポットの場合、捻れ角δを変化させると、照明スポットの長手方向と車線方向とのなす角度が変化する。照明スポットの長手方向が車線方向と一致するように捻れ角δを設定することができる。本実施形態の照明装置においては、同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットは捻れ角δが互いに異なるように構成されている。
具体的に説明すると、第１列の２個の光源ユニット１の捻れ角δは互いに異なり、図７Ｂにおいて、右側の光源ユニット１の捻れ角δは０°、左側の光源ユニット１の捻れ角δは所定の角度に設定されている。第２列の３個の光源ユニット１のうち、右側の光源ユニット１の捻れ角δは０°、中央の光源ユニット１と左側の光源ユニット１それぞれの捻れ角δは所定の角度に設定されている。中央の光源ユニット１の捻れ角δは、左側の光源ユニット１の捻れ角δと同じであってもよく、異なっていてもよい。同じ列に配置された光源ユニット１の捻れ角δが、上記所定の方向において、一方の側から他方の側に向かって段階的に増大してもよい。例えば、図７Ｂに示した第２列の３個の光源ユニット１の捻れ角δが右側から左側に向かって段階的に増大してもよい。また、第１列と第２列の間で、隣接する光源ユニット１の捻れ角δが同じであってもよい。
【００２７】
上記所定の方向と直交する面内における固定面１２０ａと光源ユニット１の光軸とのなす角度をチルト角と呼ぶ。図８に、光源ユニット１のチルト角を模式的に示す。この例では、上記所定の方向と直交する面に垂直な方向から光源ユニット１を見た状態が示されている。光学レンズ１０ａの光軸と固定面１２０ａに垂直な線とのなす角度θ（支持面３０ａと固定面１２０ａとのなす角度に等しい）がチルト角である。このチルト角θを変化させると、路面上の照明位置（照明スポット）が横断方向に沿って移動する。
各光源ユニット１は、対応する車線の路面を照明できるように、チルト角θが所定の角度に設定されている。列毎に、光源ユニット１のチルト角θは異なる角度に設定される。第１列の光源ユニット１のチルト角θは、第２列の光源ユニット１のチルト角θと異なる。例えば、第１車線が照明装置側に位置する場合、第１列の光源ユニット１のチルト角θは、第２列の光源ユニット１のチルト角θよりも大きい。なお、同じ列に配置された各光源ユニット１のチルト角θは同じである。
光源ユニット１が所定の方向に沿って複数の列に配置された場合、上記所定の方向と直交する方向において、一方の側から他方の側に向かって、各列の光源ユニットのチルト角θが段階的に増大するように設定してもよい。この場合、各列の光源ユニット１の数または点灯させる発光ダイオードの数が、チルト角θが小さい側の列ほど多くなるように構成されてもよい。ここで、「チルト角θが小さい側の列ほど」とは、「道路照明装置から遠い側の車線ほど」を意味する。
【００２８】
本実施形態の道路照明装置１００においては、以下のような作用効果を奏する。
非対称直交球面レンズ１１１は、光学レンズ１０ａの光軸（Ｚ軸）に直交する二次元方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）それぞれに対する曲率半径Ｒｘ、Ｒｙが互いに異なるように構成されている。このため、各光源ユニット１の配光は、道路横断方向に狭く、車線方向（車両走行方向）に広い状態とされ、これにより、車両走行方向に長く、道路横断方向に狭い照明スポットを形成する。例えば、曲率半径Ｒｘを曲率半径Ｒｙより大きくし、曲率半径Ｒｘの曲面からの放射半値角（Θ1/2）を２０°程度に設定する。この場合、Ｘ軸方向を車両走行方向と一致させれば、車両走行方向に長く、道路横断方向に狭い帯状の照明スポットを形成することができる。照明スポットを車両走行方向に長い形状にすることで、道路照明装置１００を車両走行方向に沿って一定の間隔で配置した場合の配置間隔（スパン長）を大きくすることができ、その結果、道路照明装置の設置数を削減することができる。
【００２９】
また、低位置道路照明においては、車両の運転者のグレア（まぶしさ）の抑制が重要である。曲率半径Ｒｙの曲面からの放射半値角（Θ1/2）を０°とすることで、道路横断方向の水平面より高い方向への配光が抑制されるので、グレア抑制効果を得られる。加えて、光源ユニット１のチルト角θを１０°程度に設定することでも、道路横断方向の水平面より高い方向への配光を抑制することができ、これにより、グレア抑制効果をさらに高めることができる。
一般に、路面の照度は、道路照明装置からの距離の２乗に半比例すると共に、路面に対する入射角にも強く依存する。このため、道路照明装置から遠い側の車線の路面照度は、道路照明装置に近い側の車線の路面照度よりも低くなる。したがって、均一な路面照度を実現するには、近い側の車線の照明に比較して、遠い側の車線の照明に多くの光束を配光する必要がある。本実施形態の道路照明装置１００では、各列の光源ユニットの数または点灯させる発光ダイオードの数は、チルト角θが小さい側の列ほど（すなわち、道路照明装置１００から遠い側の車線ほど）多くなる。これにより、道路照明装置１００から遠い車線ほど多くの光束が配光されるので、均斉度が向上し、均一な路面照度を実現することができる。
【００３０】
また、本実施形態の道路照明装置１００において、図４に示したレンズユニット２５ａや図５に示したレンズユニット２５ｂを、光学レンズ１０ａとＬＥＤ１５との位置を合わせてＬＥＤ基板２０に固定することで６連の光源ユニット１を構成する。これにより、安価な光源ユニット１を提供することができる。特に、レンズユニット２５ａ、２５ｂは、大量生産化が容易であることから、光源ユニットの低コスト化に有利である。また、６連の光源ユニットに代えて、２連や３連の光源ユニットを用いる場合でも、６連の光源ユニットと同様、安価な光源ユニットを提供することができる。
なお、６連の光源ユニットを用いた道路照明装置は、２連や３連の光源ユニットを用いた道路照明装置と比較して、光源ユニット数を削減できるので、装置コストの削減が可能である。一方、２連や３連の光源ユニットのユニット長は、６連の光源ユニット１のユニット長よりも短いため、６連の光源ユニットに代えて２連や３連の光源ユニットを用いることで、道路照明装置の奥行を小さくすることができる。
【００３１】
(第２の実施形態)
図９は、本発明の第２の実施形態による道路照明装置に用いられる光源ユニットの構成を模式的に示す横断面概略図である。
図９を参照すると、光源ユニット２は、３つの光源部２ａ〜２ｃと、これら光源部２ａ〜２ｃが固定される基板３とを有する。基板３は、放熱板であってもよい。放熱板の材料として、伝熱特性に優れた材料（例えばアルミニウムなど）を用いることができる。
【００３２】
基板３は、３つの固定面３ａ〜３ｃを有する。光源部２ａが固定面３ａに固定され、光源部２ｂが固定面３ｂに固定され、光源部２ｃが固定面３ｃに固定される。固定面３ａ、３ｃは固定面３ｂの両側に位置する。固定面３ａと固定面２ｂの角度は、固定面３ａと固定面２ｂの角度と同じであり、これら角度は光源部２ａ、２ｃそれぞれの光軸が光源部２ｂの光軸と所定の角度で交差するように設定されている。ここで、所定の角度は、路面までの距離や照明スポットの車線方向の長さなどに応じて適宜に決定される。
光源部２ａは、ＬＥＤ基板２０上に所定の間隔で形成された２個のＬＥＤ１５と、ＬＥＤ１５それぞれに対応して設けられた２個の光学レンズ１０ｂと、各光学レンズ１０ｂをＬＥＤ基板２０に固定する穴開きプレート２１とを有する。穴開きプレート２１の両端部にはそれぞれビス止め孔２１１が設けられており、これらビス止め孔２１１を用いて、穴開きプレート２１をＬＥＤ基板２０にビス止めすることができる。光源部２ｂおよび光源部２ｃも、光源部２ａと同じ構造を有する。
なお、図９に示した例では、光源ユニット２を構成するＬＥＤ１５と光学レンズ１０ｂの数はそれぞれ６個であるが、これに限定されない。光源ユニット２は、光学レンズ１０ｂとＬＥＤ１５とのセットを１以上設けたものであってもよい。
【００３３】
図１０Ａは、ＸＺ平面に垂直な方向から光学レンズ１０ｂを見た場合の模式図であり、図１０Ｂは、ＹＺ平面に垂直な方向から光学レンズ１０ｂを見た場合の模式図である。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、Ｚ軸は、光学レンズ１０ｂの光軸と一致する。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、光学レンズ１０ｂは、頭部１２、底部１３及び側面部１４ｂを有する。これら頭部１２、底部１３及び側面部１４ｂは一体的に形成されてもよい。頭部１２は、出射面部と呼ぶことができ、底部１３は、入射面部と呼ぶことができる。
底部１３は、板状の形状であって、ＬＥＤ１５の発光部１５１を収容する凹面１１を底面の中央部に備える。底面の凹面１１以外の部分がＬＥＤ基板２０に接した状態で、穴開きプレート２１が底部１３をＬＥＤ基板２０に固定する。
【００３４】
頭部１２は、凹面１１と対向する対称球面レンズ１１０を有する。対称球面レンズ１１０は、凸型状の屈折面であって、片側半値角が所定の角度以下の指向特性を有する対称球面レンズから構成される。例えば、対称球面レンズ１１０は、片側半値角Θ1/2が１０°以下の指向角の狭い対称球面レンズであり、より望ましくは、片側半値角Θ1/2が３°程度の対称球面レンズである。
側面部１４ｂは、発光部１５１を焦点とする放物面で形成されている。側面部１４ｂの光学レンズ１０ｂの光軸に垂直な断面の形状は楕円であり、該楕円形の断面の面積が対称球面レンズ１１０側の端部で最も大きくなるように側面部１４ｂが構成されている。
凹面１１は、発光部１５１より出射した光がほぼ垂直に入射するように構成されている。例えば、発光部１５１を中心とする球面となるように凹面１１を構成することで、発光部１５１より出射した光を、ほぼ垂直に凹面１１に入射させることが可能である。
【００３５】
上述した光源ユニット２によれば、以下のような作用効果を奏する。
光源ユニット２においても、第１の実施形態で説明した光源ユニット１と同様、ＬＥＤ１５の発光部１５１は光学レンズ１０ｂの底部１３に収容され、発光部１５１より出射した光はほぼ垂直に凹面１１に入射する。このため、発光部１５１の出射光の９０％以上を光学レンズ１０ｂ内に入射させることができる。
【００３６】
また、凹面１１から光学レンズ１０ｂ内に入射した光は、直接、または、側面部１４ｂの放物面で全反射されて対称球面レンズ１１０に入射する。放物面からの反射光は、光学レンズ１０ｂの光軸にほぼ平行な光束である。よって、光学レンズ１０ｂ内に入射した光のほとんどを、対称球面レンズ１１０より出射させることができる。
光源部２ａ〜２ｃにはいずれも、片側半値角Θ1/2が１０°以下の指向角の狭い対称球面レンズ１１０を備えた光学レンズ１０ｂが用いられており、光源部２ａ、２ｃそれぞれの光軸が光源部２ｂの光軸と所定の角度で交差する。これら光源部２ａ〜２ｃは全体として、擬似的な非球面レンズ系を形成する。これにより、第１の実施形態で説明した光源ユニット１と同様、光源ユニット２においても、Ｙ軸方向に比較してＸ軸方向の広がりが大きな照明光を得られる。
【００３７】
光源ユニット２において、２個の光学レンズ１０ｂをそれぞれ装着するための２個の穴を備えた穴開きプレート２１を用いたレンズユニットを用いてもよい。このレンズユニットにおいて、光学レンズ１０ｂは穴開きプレート２１に接着固定されてもよい。この場合、光源ユニット２の組み立てが容易になる。
また、２個の光学レンズ１０ｂを金型で一体的に形成した光学レンズアレイから構成されるレンズユニットを用いてもよい。この場合も、光源ユニット２の組み立てが容易になる。加えて、穴開きプレート２１が不要であるため、その分、コストの削減が可能である。
【００３８】
次に、上述した光源ユニット２を備えた道路照明装置について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態による道路照明装置の構成を示す横断面概略図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１１に示す道路照明装置の内部の構成を説明するための図であって、図１２Ａは側面図、図１２Ｂは上面図である。
【００３９】
図１１、図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すると、道路照明装置２００は、２車線の道路の路面を照明するものであって、５個の光源ユニット２と、固定面１２０ａを備え、固定面１２０ａにそれら光源ユニット２が固定される筐体１２０と、を有する。筐体１２０は、筐体フレーム１２５に固定され、光源ユニット２の出射方向には透明板５１０が設けられている。筐体１２０と透明板５１０で囲まれた空間内に、５個の光源ユニット２が収容されている。図１２Ａ及び図１２Ｂに示す例では、光源ユニット２の数は５個であるが、これに限定されない。１車線以上の道路を照明する形態を考慮した場合、光源ユニット２の数は２個以上であればよい。
各光源ユニット２はいずれも、同じ構造のものであって、図９、図１０Ａおよび図１０Ｂを用いて説明した光源ユニットの構造を適用することができる。
【００４０】
５個の光源ユニット２は、所定の方向に沿って２列に配置されている。ここで、所定の方向は道路の車線に沿った方向に対応する。第１列には、２個の光源ユニット２が配置され、第２列には、３個の光源ユニット２が配置されている。第１列の光源ユニット２が第１車線の路面を照明し、第２列の光源ユニット２が第２車線の路面を照明する。光源ユニット２の列の数と車線の数は対応する。例えば、３車線の場合、光源ユニット２は３列に配置される。図１２Ｂにおいて、上側の２個の光源ユニット２の列が第１例、下側の３個の光源ユニット２の列が第２列である。
道路照明装置２００は、５個の光源ユニット２をそれぞれ固定面１２０ａに固定するための５個の支持体３１をさらに有する。支持体３１は、光源ユニット２を支持する支持面３１ａを備える。支持体３１は、放熱板であってもよい。放熱板の材料として、伝熱特性に優れた材料（例えばアルミニウムなど）を用いることができる。支持体３１は、固定面１２０ａの所定の位置にビス止めされる。
【００４１】
固定面１２０ａに垂直、かつ、上記所定の方向に平行な面内における、支持面３１ａと固定面１２０ａとのなす角度φをパン角と呼ぶ。このパン角φを変化させると、路面上の照明位置（照明スポット）が車線方向に沿って移動する。本実施形態の照明装置においては、同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットをそれぞれ支持する支持体３１は、パン角φが互いに異なるように設けられている。
具体的に説明すると、第１列の２個の光源ユニット２のパン角φは互いに異なり、図１２Ｂにおいて、左側の光源ユニット２のパン角φは０°、右側の光源ユニット２のパン角φは所定の角度に設定されている。第２列の３個の光源ユニット２のうち、左側の光源ユニット２のパン角φは０°、中央の光源ユニット２と右側の光源ユニット２それぞれのパン角φは所定の角度に設定されている。中央の光源ユニット２のパン角φは、右側の光源ユニット２のパン角φと同じであってもよく、異なっていてもよい。第１列と第２列の間で、隣接する光源ユニット２のパン角φが同じであってもよい。
【００４２】
固定面１２０ａに垂直な方向から見た場合に、光源ユニット２のＬＥＤ１５の並び方向と上記所定の方向とのなす角度を捻れ角δと呼ぶ。この捻れ角δを変化させると、路面上の照明スポットが回転する。例えば、帯状の照明スポットの場合、捻れ角δを変化させると、照明スポットの長手方向と車線方向とのなす角度が変化する。照明スポットの長手方向が車線方向と一致するように捻れ角δを設定することができる。本実施形態の照明装置においては、同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットは捻れ角δが互いに異なるように構成されている。
具体的に説明すると、第１列の２個の光源ユニット２の捻れ角δは互いに異なり、図１２Ｂにおいて、左側の光源ユニット２の捻れ角δは０°、右側の光源ユニット２の捻れ角δは所定の角度に設定されている。第２列の３個の光源ユニット２のうち、左側の光源ユニット２の捻れ角δは０°、中央の光源ユニット２と右側の光源ユニット２それぞれの捻れ角δは所定の角度に設定されている。中央の光源ユニット２の捻れ角δは、右側の光源ユニット２の捻れ角δと同じであってもよく、異なっていてもよい。同じ列に配置された光源ユニット２の捻れ角δが、上記所定の方向において、一方の側から他方の側に向かって段階的に増大してもよい。例えば、図１２Ｂに示した第２列の３個の光源ユニット２の捻れ角δが左側から右側に向かって段階的に増大してもよい。また、第１列と第２列の間で、隣接する光源ユニット２の捻れ角δが同じであってもよい。
【００４３】
上記所定の方向と直交する面内における固定面１２０ａと光源ユニット２の光軸とのなす角度（光学レンズ１０ｂの光軸と固定面１２０ａに垂直な線とのなす角度）をチルト角と呼ぶ（図８参照）。チルト角θは、支持面３１ａと固定面１２０ａとのなす角度に等しい。このチルト角θを変化させると、路面上の照明位置（照明スポット）が横断方向に沿って移動する。
各光源ユニット２は、対応する車線の路面を照明できるように、チルト角θが所定の角度に設定されている。列毎に、光源ユニット２のチルト角θは異なる角度に設定される。第１列の光源ユニット２のチルト角θは、第２列の光源ユニット２のチルト角θと異なる。例えば、第１車線が照明装置側に位置する場合、第１列の光源ユニット２のチルト角θは、第２列の光源ユニット２のチルト角θよりも大きい。なお、同じ列に配置された各光源ユニット２のチルト角θは同じである。
光源ユニット２が所定の方向に沿って複数の列に配置された場合、上記所定の方向と直交する方向において、一方の側から他方の側に向かって、各列の光源ユニットのチルト角θが段階的に増大するように設定してもよい。この場合、各列の光源ユニット２の数または点灯させる発光ダイオードの数が、チルト角θが小さい側の列ほど多くなるように構成されてもよい。ここで、「チルト角θが小さい側の列ほど」とは、「道路照明装置から遠い側の車線ほど」を意味する。
【００４４】
本実施形態の道路照明装置２００においても、第１の実施形態の道路照明装置１００と同様の作用効果を奏する。
加えて、非対称直交球面レンズ１１１を備えた光学レンズ１０ａと比較して、対称球面レンズ１１０を備えた光学レンズ１０ｂは、容易に設計および製造することができ、低価格である。よって、安価な道路照明装置を提供することができる。
【００４５】
以上説明した第１および第２の実施形態で説明した道路照明装置は本発明の一例であり、その構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が理解し得る変形や改善を適用することができる。
第１の実施形態の照明装置の構成と第２の実施形態の照明装置の構成とを部分的に組み合わせることも可能である。例えば、光源ユニット１と光源ユニット２を組み合わせて道路照明装置を構成してもよい。
また、第１および第２の実施形態において、運転者のグレア抑制のために、光源ユニットの出射光のうち、路面に水平な面を上側方向に向けて通過する光を遮光する遮光板を設けてもよい。
【００４６】
図１３に、遮光板を備えた光源ユニット１の構成を模式的に示す。図１３に示すように、固定面１２０ａに垂直、かつ、ＬＥＤ１５の並び方向に平行な面を水平面とするとき、光源ユニット１は、光学レンズ１０ａより出射した光のうち、水平面を上側方向に通過する光を遮光する遮光板６００を有する。遮光板６００が水平面を上側方向に通過する光を遮光することで、運転者のグレアを抑制することができる。
遮光板６００は、水平面を上側方向に通過する光の一部を水平面を下側方向に通過する方向に向けて反射する反射板７０１と、反射板７０１からの反射光の一部を光源ユニット１の光軸に沿った方向に向けて反射する反射板７０２とを含む。この場合、反射板７０１、７０２で反射された光は路面照明に寄与するので、路面照度が増大する。
【００４７】
適切なチルト角の設定は、運転者のグレア抑制効果を奏するが、道路幅が広く、多数の車線があるような場合には、チルト角の設定だけでは、グレア抑制が困難になる場合がある。そのような場合に、図１３に示した遮光板６００を設けた光源ユニットが有効である。
【００４８】
以上説明した各実施形態の道路照明装置はいずれも、プロビーム照明方式もしくはカウンタービーム照明方式に適用することができる。
プロビーム照明方式とは、走行する車両の走行方向に照明する非対称配光道路照明方式であり、先行車の背面輝度を増加させることで、先行車の視認性を改善できる。このプロビーム照明方式は、比較的交通量が多い道路に使用され、運転者のグレアの改善効果が高い。
【００４９】
図１４に、プロビーム照明方式の道路照明システムの一例を示す。
図１４に示すように、道路照明システムは、高欄８００に取り付けられた２個の道路照明装置１００ａを有する。なお、図１４に示す例では、２個の道路照明装置１００ａが示されているが、これに限定されない。道路照明装置１００ａの数は３個以上であってもよい。
各道路照明装置１００ａは、同じ構造であって、第１の実施形態で説明した光源ユニット１を有する。上段１０１、下段１０２それぞれに、２個の光源ユニット１が配置されている。第１の実施形態で説明した第１列、第２列がそれぞれ、下段１０２、上段１０１に対応する。
【００５０】
下段１０２の２個の光源ユニット１は、第１車線の路面９００ａを車両の走行方向に照明できるように、チルト角θ、パン角φおよび捻れ角δが設定されている。奥側の光源ユニット１のパン角は、手前側の光源ユニット１のパン角よりも大きい。奥側の光源ユニット１の捻れ角は、手前側の光源ユニット１の捻れ角よりも大きい。
上段１０１の２個の光源ユニット１は、第２車線の路面９００ｂを車両の走行方向に照明できるように、チルト角θ、パン角φおよび捻れ角δが設定されている。奥側の光源ユニット１のパン角は、手前側の光源ユニット１のパン角よりも大きい。奥側の光源ユニット１の捻れ角は、手前側の光源ユニット１の捻れ角よりも大きい。上段１０１の各光源ユニット１のチルト角は、下段１０２の各光源ユニット１のチルト角よりも小さい。
なお、各道路照明装置１００ａにおいて、光源ユニット１に代えて、第２の実施形態で説明した光源ユニット２を用いてもよい。
【００５１】
カウンタービーム照明方式とは、走行する車両の進行方向とは逆方向に照明する非対称配光道路照明方式であり、効率よく路面輝度を得ることができ、障害物と背景路面との間のコントラストが高くなるため、路上の障害物の視認性を改善できる。
図１５に、カウンタービーム照明方式の道路照明システムの一例を示す。
図１５に示すように、道路照明システムは、高欄８００に取り付けられた２個の道路照明装置１００ｂを有する。なお、図１５に示す例では、２個の道路照明装置１００ｂが示されているが、これに限定されない。道路照明装置１００ｂの数は３個以上であってもよい。
【００５２】
各道路照明装置１００ｂは、同じ構造であって、第１の実施形態で説明した光源ユニット１を有する。上段１０１、下段１０２それぞれに、２個の光源ユニット１が配置されている。第１の実施形態で説明した第１列、第２列がそれぞれ、下段１０２、上段１０１に対応する。
下段１０２の２個の光源ユニット１は、第１車線の路面９００ａを車両の進行方向とは逆方向に照明できるように、チルト角θ、パン角φおよび捻れ角δが設定されている。手前側の光源ユニット１のパン角は、奥側の光源ユニット１のパン角よりも大きい。手前側の光源ユニット１の捻れ角は、奥側の光源ユニット１の捻れ角よりも大きい。
上段１０１の２個の光源ユニット１は、第２車線の路面９００ｂを車両の進行方向とは逆方向に照明できるように、チルト角θ、パン角φおよび捻れ角δが設定されている。手前側の光源ユニット１のパン角は、奥側の光源ユニット１のパン角よりも大きい。手前側の光源ユニット１の捻れ角は、奥側の光源ユニット１の捻れ角よりも大きい。上段１０１の各光源ユニット１のチルト角は、下段１０２の各光源ユニット１のチルト角よりも小さい。
なお、各道路照明装置１００ｂにおいて、光源ユニット１に代えて、第２の実施形態で説明した光源ユニット２を用いてもよい。
また、本発明は、以下の付記１〜２６のような形態をとり得るが、これら形態に限定されない。
［付記１］
発光素子より出射した光の配光を制御する光学レンズであって、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光素子からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、光学レンズ。
［付記２］
前記入射面は、前記発光素子の発光部を収容可能な凹面から構成される、付記１に記載の光学レンズ。
［付記３］
前記凹面は球面である、付記２に記載の光学レンズ。
［付記４］
前記導光部は、前記球面の中心を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、付記３に記載の光学レンズ。
［付記５］
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記球面の中心を焦点とするレンズ面を形成する、付記３または４に記載の光学レンズ。
［付記６］
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、付記１乃至５のいずれか一つに記載の光学レンズ。
［付記７］
光を放射する発光部を備えた発光素子と、
前記発光部より出射した光の配光を制御する光学レンズと、を有し、
前記光学レンズは、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、光源ユニット。
［付記８］
前記入射面は、前記発光部を収容する凹面から構成される、付記７に記載の光源ユニット。
［付記９］
前記凹面は球面であり、該球面の中心に前記発光部が配置されている、付記８に記載の光源ユニット。
［付記１０］
前記導光部は、前記発光部を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、付記９に記載の光源ユニット。
［付記１１］
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記発光部を焦点とするレンズ面を形成する、付記９または１０に記載の光源ユニット。
［付記１２］
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、付記７乃至１１のいずれか一つに記載の光源ユニット。
［付記１３］
複数の光源ユニットと、
固定面を備え、該固定面に前記複数の光源ユニットが固定される筐体と、を有し、
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、
光を放射する発光部を備えた複数の発光素子と、
前記発光素子毎に設けられ、前記発光部より出射した光の配光を制御する複数の光学レンズと、を有し、
前記複数の光学レンズはそれぞれ、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円である、照明装置。
［付記１４］
前記複数の光源ユニットは、所定の方向に沿って、複数の列に配置されており、各光源ユニットは、前記所定の方向と直交する面内における前記固定面と該光源ユニットの光軸とのなす角度であるチルト角が所定の角度になるように設けられている、付記１３に記載の照明装置。
［付記１５］
前記光源ユニット毎に設けられ、それぞれが該光源ユニットを支持する支持面を備えた、前記固定面に固定される複数の支持体を、さらに有し、
同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットをそれぞれ支持する支持体は、前記固定面に垂直、かつ、前記所定の方向に平行な面内における、前記支持面と前記固定面とのなす角度であるパン角が互いに異なるように設けられている、付記１４に記載の照明装置。
［付記１６］
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、前記複数の発光素子が一列に並ぶように構成されており、
同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットは、前記複数の発光素子の並び方向と前記所定の方向とのなす角度である捻れ角が互いに異なるように構成されている、付記１４または１５に記載の照明装置。
［付記１７］
各列の光源ユニットの前記チルト角が異なる、付記１４乃至１６のいずれか一つに記載の照明装置。
［付記１８］
前記所定の方向と直交する方向において、一方の側から他方の側に向かって、各列の光源ユニットの前記チルト角が増大する、付記１７に記載の照明装置。
［付記１９］
各列の光源ユニットの数または点灯させる発光ダイオードの数が、前記チルト角が小さい側の列ほど多い、付記１８に記載の照明装置。
［付記２０］
前記固定面に垂直、かつ、前記所定の方向に平行な面を水平面とし、前記複数の光源ユニットはそれぞれ、前記複数の光学レンズより出射した光のうち、前記水平面を上側方向に通過する光を遮光する遮光板を有する、請求項１３乃至１９のいずれか一つに記載の照明装置。
［付記２１］
前記遮光板は、
前記水平面を上側方向に通過する光の一部を、前記水平面を下側方向に通過する方向に向けて反射する第１の反射板と、
前記第１の反射板からの反射光の一部を前記光源ユニットの光軸に沿った方向に向けて反射する第２の反射板と、を有する、付記２０に記載の照明装置。
［付記２２］
前記導光部の前記入射面は、前記発光素子の前記発光部を収容する凹面から構成される、付記１３乃至２１のいずれか一つに記載の照明装置。
［付記２３］
前記凹面は球面であり、該球面の中心に前記発光部が配置されている、付記２２に記載の照明装置。
［付記２４］
前記導光部は、前記発光部を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、付記２３に記載の照明装置。
［付記２５］
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記発光部を焦点とするレンズ面を形成する、付記２３または２４に記載の照明装置。
［付記２６］
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、付記１３乃至２５のいずれか一つに記載の照明装置。
【００５３】
上述した付記１の光学レンズによれば、第１の実施形態で説明した光学レンズ１０ａと同様、屈折面の曲率が一定でない一般の非球面レンズと比較して作成が容易であり、金型も安価に作成することができる。このため、特許文献１や特許文献２に記載された配光制御レンズに比較して、低価格の光学レンズを提供することが可能である。
また、導光部は、発光素子からの光が入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して出射面部の屈折面から出射されるように構成されているので、発光素子からの光を光学レンズの出射光として効率よく利用することができる。
さらに、出射面部および導光部が光軸に垂直な断面の形状が楕円となるように構成されているので、出射面部と導光部を容易に接合することができ、しかも、道路照明における車線方向に長い帯状の照明スポットを容易に形成することができる。
なお、直交する二つの軸方向の配光制御が可能な光学レンズとしてトロイダルレンズが知られているが、上記導光部なしで、トロイダルレンズを用いるだけでは、発光素子からの光を光学レンズの出射光として効率よく利用することは困難である。
付記１の光学レンズは、図３Ａ及び図３Ｂに示した頭部１２、底部１３および側面部１４ａにより構成されてもよいが、その場合、凹面１１を平面等、他の形状の面に代えてもよい。また、側面部１４ａは放物面を有していない構造としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１、２  光源ユニット
１０ａ  光学レンズ
１１  凹面
１２  頭部
１３  底部
１４ａ、１４ｂ  側面部
１５  ＬＥＤ
２０  ＬＥＤ基板
２１  穴開きプレート
２５ａ、２５ｂ  レンズユニット
３０、３１  支持体
３０ａ、３１ａ  支持面
１００  道路照明装置
１０１  上段
１０２  下段
１１０  対称球面レンズ
１１１  非対称直交球面レンズ
１２０  筐体
１２０ａ  固定面
１２５  フレーム
１５１  発光部
２１１  ビス止め孔
５１０  透明板
６００  遮光板
７０１、７０２  反射板
８００  高欄
９００ａ、９００ｂ  路面
【図１】
2018037141.tif 000003
【図２】
2018037141.tif 000004
【図３Ａ】
2018037141.tif 000005
【図３Ｂ】
2018037141.tif 000006
【図４】
2018037141.tif 000007
【図５】
2018037141.tif 000008
【図６】
2018037141.tif 000009
【図７Ａ】
2018037141.tif 000010
【図７Ｂ】
2018037141.tif 000011
【図８】
2018037141.tif 000012
【図９】
2018037141.tif 000013
【図１０Ａ】
2018037141.tif 000014
【図１０Ｂ】
2018037141.tif 000015
【図１１】
2018037141.tif 000016
【図１２Ａ】
2018037141.tif 000017
【図１２Ｂ】
2018037141.tif 000018
【図１３】
2018037141.tif 000019
【図１４】
2018037141.tif 000020
【図１５】
2018037141.tif 000021
【図１６Ａ】
2018037141.tif 000022
【図１６Ｂ】
2018037141.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月14日(2017.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子より出射した光の配光を制御する光学レンズであって、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光素子からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円であり、前記入射面は、前記発光素子の発光部を収容可能な凹面から構成される、光学レンズ。
【請求項２】
前記凹面は球面である、請求項１に記載の光学レンズ。
【請求項３】
前記導光部は、前記球面の中心を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、請求項２に記載の光学レンズ。
【請求項４】
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記球面の中心を焦点とするレンズ面を形成する、請求項２または３に記載の光学レンズ。
【請求項５】
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学レンズ。
【請求項６】
光を放射する発光部を備えた発光素子と、
前記発光部より出射した光の配光を制御する光学レンズと、を有し、
前記光学レンズは、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円であり、前記入射面は、前記発光部を収容する凹面から構成される、光源ユニット。
【請求項７】
前記凹面は球面であり、該球面の中心に前記発光部が配置されている、請求項６に記載の光源ユニット。
【請求項８】
前記導光部は、前記発光部を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、請求項７に記載の光源ユニット。
【請求項９】
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記発光部を焦点とするレンズ面を形成する、請求項７または８に記載の光源ユニット。
【請求項１０】
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の光源ユニット。
【請求項１１】
複数の光源ユニットと、
固定面を備え、該固定面に前記複数の光源ユニットが固定される筐体と、を有し、
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、
光を放射する発光部を備えた複数の発光素子と、
前記発光素子毎に設けられ、前記発光部より出射した光の配光を制御する複数の光学レンズと、を有し、
前記複数の光学レンズはそれぞれ、
凸形状の屈折面から構成される出射面部と、
入射面を含む第１の面部と該第１の面部と対向する、前記出射面部が接合される第２の面部とを備え、前記発光部からの光が前記入射面に入射し、入射した光が内部を伝搬して前記屈折面から出射される導光部と、を有し、
前記屈折面は、前記光学レンズの光軸と直交する第１の軸方向の曲面の曲率が一定であり、かつ、前記光軸および前記第１の軸方向のそれぞれと直交する第２の軸方向の曲面の曲率が一定であり、前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径と異なるように構成され、
前記出射面部および導光部は、前記光軸に垂直な断面の形状が楕円であり、前記導光部の前記入射面は、前記発光素子の前記発光部を収容する凹面から構成される、照明装置。
【請求項１２】
前記複数の光源ユニットは、所定の方向に沿って、複数の列に配置されており、各光源ユニットは、前記所定の方向と直交する面内における前記固定面と該光源ユニットの光軸とのなす角度であるチルト角が所定の角度になるように設けられている、請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記光源ユニット毎に設けられ、それぞれが該光源ユニットを支持する支持面を備えた、前記固定面に固定される複数の支持体を、さらに有し、
同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットをそれぞれ支持する支持体は、前記固定面に垂直、かつ、前記所定の方向に平行な面内における、前記支持面と前記固定面とのなす角度であるパン角が互いに異なるように設けられている、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記複数の光源ユニットはそれぞれ、前記複数の発光素子が一列に並ぶように構成されており、
同じ列に配列された少なくとも２つの光源ユニットは、前記複数の発光素子の並び方向と前記所定の方向とのなす角度である捻れ角が互いに異なるように構成されている、請求項１２または１３に記載の照明装置。
【請求項１５】
各列の光源ユニットの前記チルト角が異なる、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記所定の方向と直交する方向において、一方の側から他方の側に向かって、各列の光源ユニットの前記チルト角が増大する、請求項１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
各列の光源ユニットの数または点灯させる発光ダイオードの数が、前記チルト角が小さい側の列ほど多い、請求項１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記固定面に垂直、かつ、前記所定の方向に平行な面を水平面とし、前記複数の光源ユニットはそれぞれ、前記複数の光学レンズより出射した光のうち、前記水平面を上側方向に通過する光を遮光する遮光板を有する、請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１９】
前記遮光板は、
前記水平面を上側方向に通過する光の一部を、前記水平面を下側方向に通過する方向に向けて反射する第１の反射板と、
前記第１の反射板からの反射光の一部を前記光源ユニットの光軸に沿った方向に向けて反射する第２の反射板と、を有する、請求項１８に記載の照明装置。
【請求項２０】
前記凹面は球面であり、該球面の中心に前記発光部が配置されている、請求項１１乃至１９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項２１】
前記導光部は、前記発光部を焦点とする放物面で形成された側面部を有する、請求項２０に記載の照明装置。
【請求項２２】
前記第１の軸方向の曲面の曲率半径が前記第２の軸方向の曲面の曲率半径よりも小さく、前記第１の軸方向の曲面は、前記発光部を焦点とするレンズ面を形成する、請求項２０または２１に記載の照明装置。
【請求項２３】
前記導光部は、前記光軸に垂直な断面の面積が前記第２の面部側で最も大きくなるように構成されている、請求項１１乃至２２のいずれか一項に記載の照明装置。