(57)【要約】【課題】ランプに比べ薄いＬＥＤを用いることで薄形構成を実現しつつも、比較的広いが限られた範囲の照明と出射光の有効活用とを確保できる照明装置及び光学素子を提供する。【解決手段】第２光学領域ＡＲ２の面積が第１光学領域ＡＲ１の面積より大きくなっているので、照明装置ＬＭから近い場所は、第１光学領域ＡＲ１により第１の配光ピーク角θ１を与えた光により照明し、照明装置ＬＭから遠い場所は、第２光学領域ＡＲ２により第２の配光ピーク角θ２を与えた光により照明することで、光が拡散しやすい遠い場所の光量を高めた照明を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードから出射される光を入射する光学素子とを有し、
前記光学素子は、入射した光に対し第１の配光ピーク角を与えて出射する第１光学領域と、入射した光に対し前記第１の配光ピーク角より大きな第２の配光ピーク角を与えて出射する第２光学領域とを有し、
前記第２光学領域の面積は前記第１光学領域の面積より大きいことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第１光学領域に入射される光を出射する前記発光ダイオードと、前記第２光学領域に入射される光を出射される前記発光ダイオードとが、同一の方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１光学領域から出射した光は、前記照明装置に近い領域を照明し、前記第２光学領域から出射した光は、前記近い領域よりも前記照明装置から遠い領域を照明することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１光学領域には、前記発光ダイオードの光軸に対して傾いた複数の第１斜面が設けられ、前記第２光学領域には、前記発光ダイオードの光軸に対して傾いた複数の第２斜面が設けられ、前記第１斜面の角度は前記第２斜面の角度と異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記発光ダイオードと、前記第１光学領域及び前記第２光学領域との間には反射面が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１の配光ピーク角は２５度以上、４０度未満であり、前記第２の配光ピーク角は４０度以上、６０度以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置に用いる光学素子であって、一体成形されていることを特徴とする光学素子。
【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）照明装置に関し、特に配光特性に優れた照明装置及びそれに用いる光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高輝度の白色ＬＥＤが開発され、その薄さ、長寿命、省電力効果などから、照明分野等で白熱灯・蛍光灯・HIDランプ等に置き換わることが期待されている。しかるに、白色ＬＥＤを照明装置として用いる問題点として、白熱灯・蛍光灯・HIDランプに比べ個々の照度が小さいということがある。かかる問題については、白色ＬＥＤを複数個用いることで必要な照度を確保できる。
【０００３】
一方、例えば街路灯或いは防犯灯として白色ＬＥＤを用いる場合、その光量分布特性が必ずしも適していないという問題がある。例えば一般的な白色ＬＥＤと反射鏡を用いた照明装置の場合、その近傍は比較的高い光量で照明できるが、照明装置から離れた場所は低光量で照明されるため、なるべく均一な光量で照明したい防犯灯の用途としては使いにくいという問題がある。これに対し特許文献１では、設置環境に合わせて配光を簡単に調整することのできる防犯灯が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、上記第１及び第２ＬＥＤユニットを狭角配光としたため遠方で十分な輝度を維持可能にすると共に、上記第３ＬＥＤユニットの配光を広角配光としたため防犯灯の近傍を広く照射し、全体的に照度ムラを抑制することができる。特許文献１において、挟角配光で遠方を照射でき、広角配光で近傍を照射できているのは、第１ＬＥＤ，第２ＬＥＤ及び第３ＬＥＤのそれぞれの向きを異ならせているが故である。しかしながら、各ＬＥＤの向きを異ならせることは、それぞれのＬＥＤの基板を共通化できないということを意味し、照明装置の構造を複雑にしてしまう。また、挟角配光と広角配光とを制御するためには、それぞれのＬＥＤにおいてリフレクタの深さやレンズの形状を大きく変更しなければならないため、この点においても、照明装置の構造が複雑になってしまう。特許文献１の技術では、ＬＥＤユニットに取り付けるレンズ体の形状を変更することで、狭角配光又は広角配光とするという記載はあるが、具体的な形状の記載がなく、いかにして配光特性を変更するか定かではない。尚、ＬＥＤユニットを単に傾けることで、配光特性を変更できるという考えもあるが、ＬＥＤユニットを単に傾けるだけでは不要光が出射される範囲を制御できず、光害を招く恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ランプに比べ薄いＬＥＤを用いることで薄形構成を実現しつつも、比較的広いが限られた範囲の照明と出射光の有効活用とを確保でき、しかも、構造が単純で安価に製造できる照明装置及び光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の照明装置は、複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードから出射される光を入射する光学素子とを有し、
前記光学素子は、入射した光に対し第１の配光ピーク角を与えて出射する第１光学領域と、入射した光に対し前記第１の配光ピーク角より大きな第２の配光ピーク角を与えて出射する第２光学領域とを有し、前記第２光学領域の面積は前記第１光学領域の面積より大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、前記光学素子が、入射した光に対し第１の配光ピーク角を与えて出射する第１光学領域と、入射した光に対し前記第１の配光ピーク角より大きな第２の配光ピーク角を与えて出射する第２光学領域とを有し、前記第２光学領域の面積は第１光学領域の面積より大きくなっているので、例えば照明装置から近い場所は、前記第１光学領域により第１の配光ピーク角を与えた光により照明し、照明装置から遠い場所は、前記第２光学領域により第２の配光ピーク角を与えた光により照明することで、例えば同じ基板に設けられた複数の発光ダイオードに対して、照明装置から近い場所と遠い場所とを共に照明できるため、単純な構成の照明装置とすることができる。また、第１の配光ピーク角を有する光学素子と第２の配光ピーク角とを有する光学素子とを用いることにより、リフレクタなどの反射面の形状を共通化できるため、より単純な構成の照明装置とできる。また、リフレクタによって配光ピーク角を変えるよりも、光学素子によって配光ピーク角を変えた方が、リフレクタが深くなってしまうことを防止でき、発光ダイオードの利点である薄さをより活かすことが可能となると共に、リフレクタは各発光ダイオードごとに設ける必要があるため、光学設計変更時に、多くのリフレクタ形状を変更しなければならず煩雑であるのに対し、光学素子であれば、複数の発光ダイオードに対して、共通の光学素子を用いることができるため、より簡易に光学設計変更に対応することができる。さらに、第２光学領域の面積を大きくすることにより、近い場所と遠い場所とで光量をより均一に近付けて照明することができる。なお、特許文献１における挟角配光と広角配光とは、配光の広がりを狭くするものと広くするものという意味である一方、本明細書における配光ピーク角とは、単純に、出射する光の最も強度が高い方向の角度を意味するものである。したがって、特許文献１における挟角配光と、本明細書における配光ピーク角が小さいとでは、意味が全く異なることを念の為付言する。
【０００９】
請求項２に記載の照明装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１光学領域に入射される光を出射する前記発光ダイオードと、前記第２光学領域に入射される光を出射される前記発光ダイオードとが、同一の方向を向いていることを特徴とする。例えば同一の基板に複数の発光ダイオードを設けるような場合、それぞれの発光ダイオードが同じ方向を向く(配光ピーク角が同じ)ことになるが、このような構成を用いることにより、照明装置を単純化することができる。
【００１０】
請求項３に記載の照明装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１光学領域から出射した光は、前記照明装置に近い領域を照明し、前記第２光学領域から出射した光は、前記近い領域よりも前記照明装置から遠い領域を照明することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１光学領域には、前記発光ダイオードの光軸に対して傾いた複数の第１斜面が設けられ、前記第２光学領域には、前記発光ダイオードの光軸に対して傾いた複数の第２斜面が設けられ、前記第１斜面の角度は前記第２斜面の角度と異なっていることを特徴とする。これにより前記第１光学領域に入射した光に第１の配光ピーク角を与えて出射し、前記第２光学領域に入射した光に対し前記第１の配光ピーク角より大きな第２の配光ピーク角を与えて出射することができる。
【００１２】
請求項５に記載の照明装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記発光ダイオードと、前記第１光学領域及び前記第２光学領域との間には反射面が設けられていることを特徴とする。これにより前記発光ダイオードから出射した光を効率的に、前記第１光学領域及び前記第２光学領域に入射させることができる。
【００１３】
請求項６に記載の照明装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１の配光ピーク角は２５度以上、４０度未満であり、前記第２の配光ピーク角は４０度以上、６０度以下であることを特徴とする。好ましくは、第１の配光ピーク角が略３０度であり、第２の配光ピーク角が略４５度であることである。
【００１４】
請求項７に記載の光学素子は、請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置に用いる光学素子であって、一体成形されていることを特徴とする。一体成形により高精度な光学素子を大量生産できるので、照明装置毎にバラツキが少ない高精度な配光を実現できる。
【００１５】
本発明に係る照明装置は、発光ダイオードＬＥＤ（Light Emitting Diode）と、光学素子とを有する。
【００１６】
発光ダイオードとしては、様々なものを用いることが出来るが、街路灯としては白色ＬＥＤが好ましく用いられる。
【００１７】
白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものが好ましく用いられるが、青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ及び赤色ＬＥＤチップとを組み合わせて白色光を形成する白色ＬＥＤであってもよい。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８−２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。
【００１８】
光学素子は、発光ダイオードから出射される光を入射して所定の配光ピーク角を与えるものである。「配光ピーク角」とは、出射される光の強度が最も高くなる角度をいい、光源の光軸（発光ダイオードの配光ピーク角）を０度として、それに対する傾き角をいう。すなわち、本明細書の光学素子は、発光ダイオードから出射される光の向きを変える機能を有するものであることが好ましい。また、本明細書の光学素子は、配光ピーク角を変えるだけの役割を持ち、発光ダイオードから出射される光の広がりを狭めたり、広げたりするものではない光学素子であってもよいし、又は、配光ピーク角を変えることに加えて発光ダイオードから出射される光の広がりを狭めたり、広げたりする機能を有する光学素子であってもよい。
【００１９】
光学素子の素材としては、ガラスや、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、シリコンなどがある。環状ポリオレフィンやポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂を用いる場合、射出成形により製造できるため、製造コストを大幅に低減させることができる。光学素子は一体成形されていると好ましいが、一定面積のパネル状とし、各パネルがそれぞれ配光ピーク角を有し、異なる配光ピーク角を有するパネルを組み合わせるようにしてもよい。
【００２０】
光学素子は、入射した光に対し第１の配光ピーク角を与えて出射する第１光学領域と、入射した光に対し第１の配光ピーク角より大きな第２の配光ピーク角を与えて出射する第２光学領域とを有する。第１光学領域と第２光学領域とで、光学素子は一体であってもよいし、別体であってもよいが、別体の方が、さまざまな組み合わせの配光ピーク角の照明装置を、異なる光学素子を組みわせるだけで簡易に製造できるため好ましい。第１の配光ピーク角は２５度以上、４０度未満（より好ましくは略３０度）であり、第２の配光ピーク角は４０度以上、６０度以下（より好ましくは略４５度）であると好ましいが、これに限られない。ここで配光ピーク角とは、第１光学領域又は第２光学領域から出射する光の最も強度が高い方向の角度をいうものとする。
【００２１】
更に、第２光学領域の面積は第１光学領域の面積より大きくなっている。第２光学領域の面積が第１光学領域の面積より大きいとは、第２光学領域の長さが第１光学領域の長さより長い場合、及び第２光学領域の幅が第１光学領域の幅より広い場合の少なくとも一方を含む。
【００２２】
第１光学領域の光学素子には、発光ダイオードＬＥＤの光軸に対して傾いた複数の第１斜面が設けられ、第２光学領域の光学素子には、発光ダイオードＬＥＤの光軸に対して傾いた複数の第２斜面が設けられ、第１斜面の角度は第２斜面の角度と異なっていると好ましい。第１斜面及び第２斜面は、それぞれ複数個設けられ、断面が鋸歯状、波状となるように形成できる。第１斜面及び第２斜面は、光学素子の発光ダイオード側の光学面に設けられていることが、汚れが段差などに付着することを防止できるため好ましい。また、光学素子の発光ダイオード側と逆側の光学面は、平面であることがクリーニング等のメンテナンス上、好ましい。
【００２３】
発光ダイオードＬＥＤと、第１光学領域及び第２光学領域との間には反射面が設けられていると好ましい。反射面は、円錐面でも放物面でも、複数の平面の組み合わせでも良い。各発光ダイオードＬＥＤに対する反射面がそれぞれ同一の形状であることが好ましい。特に、反射面の深さが同一であると、発光ダイオードの利点である薄さをより活用できるため好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る照明装置を、複数同一平面上に配置し、一つの照明として用いることが好ましい。好ましい用途としては、光を広範囲に均一に照射することが望まれるということが本発明者の検討の結果わかった街路灯や屋外灯等が挙げられる。街路灯は図１に示すように支柱の上に取り付けられても良いし、建物やトンネルの天井や壁面に取り付けられても良い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、白熱灯等を用いたランプに比べ薄いＬＥＤを用いることによる薄形構成をより一層促進させつつも、比較的広いが限られた範囲の均一な照明と出射光の有効活用とを確保でき、しかも構成が単純であって製造が容易な照明装置、街路灯及び照明装置用光学素子及び照明装置用リフレクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態の照明装置を用いた街路灯の概略図である。
【図２】街路灯に用いる照明装置の斜視図である。
【図３】組み立てた照明装置を図２のIII-III線で切断して示す断面図である。
【図４】組み立てた照明装置を図２のIV-IV線で切断して示す断面図である。
【図５】第１光学領域の配光ピーク特性を示す図である。
【図６】第２光学領域の配光ピーク特性を示す図である。
【図７】比較例と本実施の形態の照明領域を比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の照明装置を用いた防犯灯を兼ねる街路灯の概略図である。図２は、街路灯に用いる照明装置の斜視図であるが、光学素子と、それ以外の要素とを分解した状態で示す。図３は、組み立てた照明装置を図２のIII-III線で切断して示す断面図であり、図４は、組み立てた照明装置を図２のIV-IV線で切断して示す断面図である。
【００２８】
図１において、道路ＲＤの脇に設置された鈎状の支柱ＰＬの上端には、街路灯ＳＬが配置されている。１つの街路灯ＳＬは、図２に示すように２列×６行に並べられた発光ダイオードＬＥＤを含む照明装置ＬＭを有する。但し、発光ダイオードＬＥＤは２列×６行に限らず、種々の列及び行で配置できる。このように、発光ダイオードＬＥＤを基板ＳＴ上に２次元的に並べて形成することで、半導体形成プロセス上、安価且つ容易に製造できる。
【００２９】
図２〜４において、照明装置ＬＭは、発光ダイオードＬＥＤを有する１枚の基板ＳＴと、リフレクタＲＬと、光学素子ＯＥとをこの順序で重ね合わせてなる。支柱ＰＬに取り付けられる基板ＳＴの図３，４で上面に、ＬＥＤ光源としての発光ダイオードＬＥＤが光軸（配光ピーク角）を基板ＳＴに対して垂直にして実装され、基板ＳＴを介して不図示の駆動回路に接続されている。基板ＳＴには、リフレクタＲＬが取り付けられている。薄い平板状のリフレクタＲＬは、発光ダイオードＬＥＤ毎に反射面であるテーパ面ＴＰを有し、その先端奥側に発光ダイオードＬＥＤが配置されている。テーパ面ＴＰにはアルミ蒸着等を施すと良い。
【００３０】
透明な樹脂素材又はガラス素材からなる光学素子ＯＥは、図２に示すように、発光ダイオードＬＥＤ及びテーパ面ＴＰに対向して、図３に断面を示す第１光学領域ＡＲ１と、図４に断面を示す第２光学領域ＡＲ２とを有する。第１光学領域ＡＲ１は、第２光学領域ＡＲ２と等幅であるが、その長さは２倍（２×Ｌ１＝Ｌ２）となっている。
【００３１】
第１光学領域ＡＲ１と第２光学領域ＡＲ２は、発光ダイオードＬＥＤに対向する面に、それぞれ断面が鋸歯状である複数の溝ＧＲ１，ＧＲ２を有している。溝ＧＲ１，ＧＲ２は、図３，４に示すように、それぞれ発光ダイオードＬＥＤの光軸に平行に延在する垂直面ＶＰ１，ＶＰ２と、発光ダイオードＬＥＤの光軸に対して一方向に傾いた斜面ＣＰ１，ＣＰ２とからなる。第１光学領域ＡＲ１の斜面ＣＰ１は、第２光学領域ＡＲ２の斜面ＣＰ２よりも長く且つ傾斜角が小さくなっている。
【００３２】
図５，６は、光学素子ＯＥの配光特性を示す図であり、円の中心（原点）に光源を配置したときに、光の出射方向を角度で示し、光強度の強さを原点からの距離で示している。図５は、第１光学領域ＡＲ１を通過した光の配光ピーク角を示しており、光学素子ＯＥが存在しない場合には、発光ダイオードＬＥＤから出射された光は、図５の点線で示すように略円状になり０度方向（光軸方向）に向かって、比較的弱い強度で照明する。これに対し、光学素子ＯＥの第１光学領域ＡＲ１を通過した光は、斜面ＣＰ１により屈折され、図５の実線で示されるように楕円状となり、角度θ１の方向に比較的強い強度で照明することがわかる。
【００３３】
同様に、光学素子ＯＥの第２光学領域ＡＲ２を通過した光は、斜面ＣＰ２により屈折され、図６の実線で示されるように楕円状となり、角度θ２の方向に比較的強い強度で照明することがわかる。但し、角度θ１は角度θ２よりも小さくなっている。角度θ１＝３０度、角度θ２＝４５度であると好ましい。
【００３４】
本実施の形態によれば、発光ダイオードＬＥＤから出射された光は、リフレクタＲＬのテーパ面ＴＰで反射され、光学素子ＯＥに入射して、第１光学領域ＡＲ１及び第２光学領域ＡＲ２を通過して配光ピーク角を制御されて出射するようになっている。
【００３５】
図７は、比較例として光学素子ＯＥを用いない照明装置ＬＭ’による照明範囲と、同じ位置に配置された本実施の形態である光学素子ＯＥを用いた照明装置ＬＭの照明範囲とを比較して示す平面図である。照明装置ＬＭ、ＬＭ’は、いずれも水平に設置されている。図７に点線で示すように、比較例の照明装置ＬＭ’による照明範囲ＬＲ２は、照明装置の近傍を照明するだけであるので、例えば防犯灯として用いるには道路ＲＤの一部しか照明できないため適切でない。これに対し、本実施の形態の照明装置ＬＭは、同じ数の発光ダイオードＬＥＤを用いながらも、図７に実線及びハッチングで示すように、その照明範囲ＬＲ１を照明装置ＬＭから比較的遠方まで拡大することができ、これにより道路ＲＤの広範な範囲を照明でき、しかも均一に照明できる。
【００３６】
その理由は、照明装置ＬＭから近い場所は、第１光学領域ＡＲ１を介して第１の配光ピーク角θ１を与えた光により照明し、照明装置ＬＭから遠い場所は、第１光学領域ＡＲ１より大面積を有する第２光学領域ＡＲ２を介して第２の配光ピーク角θ２を与えた光により照明するため、光が拡散しやすい遠い場所の光量を高めることができるからである。又、本実施の形態によれば、光学素子ＯＥにより配光ピーク角を制御しているため、光学素子ＯＥを水平に設置していれば、水平以上に光が出射されることがなく、比較的広いが限られた範囲の照明を行うことで、光害を有効に防ぐことができる。
【００３７】
尚、本実施の形態の照明装置ＬＭでは、図７において、照明装置ＬＭを設置した基準線Ｌより左側のみ照明されるが、同じ構成で配光ピーク角を逆にした照明装置を並設することで、右側にも照明でき、これにより広範な範囲の照明を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の照明装置は、防犯灯に限らず室内灯としても勿論用いることができる。又、本発明の照明装置が薄い利点を利用して、トンネルの天井などに設置することもできる。尚、更に光源を傾けることは任意で行える。
【符号の説明】
【００３９】
ＡＲ１ 第１光学領域
ＡＲ２ 第２光学領域
ＣＰ１，ＣＰ２ 斜面
ＧＲ１，ＧＲ２ 溝
ＬＥＤ 発光ダイオード
ＬＭ 照明装置
ＬＲ１ 照明範囲
ＬＲ２ 照明範囲
ＯＥ 光学素子
ＰＬ 支柱
ＲＤ 道路
ＲＬ リフレクタ
Ｌ 基準線
ＳＬ 街路灯
ＳＴ 基板
ＴＰ テーパ面
ＶＰ１，ＶＰ２ 垂直面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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