(57)【要約】【課題】１台の照明器具でもって光源を増やすことなく、複数の照射方向を得ることができる配光可変式照明器具を提供する。【解決手段】配光可変式照明器具１は、光源２と、光源２からの光を被照射面方向に制御する光学部材３と、光源２からの光及び光学部材３からの光の配光を可変とする可変光学部材４とを備える。可変光学部材４は、光学部材３からの光の光軸３１と交差する方向に配置されており、可変光学部材４に与える物理条件を切り替えることにより、光の透過率と反射率との割合が可変となる。これにより、１台の器具でもって複数の照射方向に配光を切り替えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光を被照射面方向に制御する光学部材と、前記光源からの光及び前記光学部材からの光の配光を可変とする可変光学部材と、を備えた配光可変式照明器具であって、
前記可変光学部材は、前記光学部材からの光の光軸と交差する方向に配置されており、該可変光学部材に与える物理条件を切り替えることにより、光の透過率と反射率との割合が可変となることを特徴とする配光可変式照明器具。
【請求項２】
請求項１に記載の配光可変式照明器具を有する道路用照明システムであって、
道路の交通量を検知する交通量センサと、
前記可変光学部材の光の透過率と反射率を制御する可変制御部と、を備え、
前記可変制御部は、前記交通量センサによって検知された交通量が所定の閾値より多いときは車両進行方向に配光するプロ照明、前記交通量が前記閾値以下のときは車両進行方向の逆方向に配光するカウンター照明、となるように前記可変光学部材を制御することを特徴とする道路用照明システム。
【請求項３】
雨による路面の濡れ状態を検知するセンサをさらに備え、
前記可変制御部は、前記センサによって路面の濡れ状態が検知されたときは、前記交通量が前記閾値以下であっても、プロ照明となるように前記可変光学部材を制御することを特徴とする請求項２に記載の道路用照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配光を可変とした配光可変式照明器具及びそれを用いた道路用照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路・トンネル等を照明する照明器具は、車両運行における安全な照明状態を提供するために設けられ、照明によって路面上の落下物等の障害物の視認性と、先行車の視認性を確保する。障害物の視認性は、照明によって路面の平均輝度を上げ、障害物の輝度とその背景となる路面輝度とのコントラストを上げることによって向上する。一方、先行車の視認性は、先行車付近の鉛直面照度を上げることによって向上する。
【０００３】
道路・トンネル等を照明する照明器具の配光を図１０乃至図１２に示す。トンネルＴ内の道路には車両進行方向Ｄが指定されており、車両Ｖはその方向に路面Ｒ上を前進走行する。図１０に示すように、照明器具１００は、車両進行方向断面において配光曲線１１１ａで示すような前後対称形状の配光を持つものであり、図１１及び図１２に示すように、照明器具１０１は、前後非対称形状の配光を持つものである。この照明器具１０１による配光曲線１１１ｂで示すように車両進行方向Ｄに配光する照明は、プロ照明と呼ばれ、配光曲線１１１ｃで示すように車両進行方向Ｄの逆方向に配光する照明は、カウンター照明と呼ばれる。
【０００４】
プロ照明は、進行方向向きの鉛直面照度を上げるための照明であり、先行車の視認性を向上するので、道路の交通量が多く、先行車との車間距離が小さくなる場合に好適であるが、同じ照度の対称照明やカウンター照明よりも路面輝度が低い。
【０００５】
カウンター照明は、路面が全方向に均一な反射特性を持たず、正反射に近い方向に比較的高い輝度反射率を持つことを利用し、路面輝度を上げるための照明であり、障害物の視認性を向上する。カウンター照明は、対称に配光する対称照明と比べて、光源の光束が同じであれば路面輝度が高くなり、路面輝度を同じにする場合は、光源の消費電力が抑えられるが、先行車付近の鉛直面照度を上げる作用を得るものではない。
【０００６】
また、トンネル外の路面又はトンネル内入口付近の路面は、降雨時に濡れた状態になる。路面は、雨で濡れた状態では、水膜が発生し、前方の照明器具からの光を水膜面で表面反射する。このため、カウンター照明では、照明器具の反射像が路面に発生し、レーンマークや路面上の障害物が見え難くなる。プロ照明は、このような問題を軽減するが、路面が乾燥した状態ではカウンター照明よりも輝度効率が低いので、常時プロ照明を行うのは省エネルギーではない。
【０００７】
従来から、カウンター照明とプロ照明とを切り替え可能とした道路用照明システムとして、配光を可変とした照明器具を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような照明器具は、各々が２つのランプと、各ランプに対応して配置された反射鏡とを有し、実質的には配光特性が互いに異なる２台の照明器具の単なる組み合わせであり、１台の照明器具内で配光を可変にしたとは言えない。このため、このような道路用照明システムでは、照明器具が大きくなり、高コストとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１３８４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するものであり、１台の照明器具でもって光源を増やすことなく、複数の照射方向に配光を切り替えることができる配光可変式照明器具及びそれを用いた道路用照明システム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】
【００１０】
本発明の配光可変式照明器具は、光源と、前記光源からの光を被照射面方向に制御する光学部材と、前記光源からの光及び前記光学部材からの光の配光を可変とする可変光学部材と、を備え、前記可変光学部材は、前記光学部材からの光の光軸と交差する方向に配置されており、該可変光学部材に与える物理条件を切り替えることにより、光の透過率と反射率との割合が可変となることを特徴とする。
【００１１】
本発明の道路用照明システムは、この配光可変式照明器具を有するものであって、道路の交通量を検知する交通量センサと、前記可変光学部材の光の透過率と反射率を制御する可変制御部と、を備え、前記可変制御部は、前記交通量センサによって検知された交通量が所定の閾値より多いときは車両進行方向に配光するプロ照明、前記交通量が前記閾値以下のときは車両進行方向の逆方向に配光するカウンター照明、となるように前記可変光学部材を制御することを特徴とする。
【００１２】
この道路用照明システムにおいて、雨による路面の濡れ状態を検知するセンサをさらに備え、前記可変制御部は、前記センサによって路面の濡れ状態が検知されたときは、前記交通量が前記閾値以下であっても、プロ照明となるように前記可変光学部材を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の配光可変式照明器具及びシステムによれば、１台の照明器具内において光の透過率と反射率の割合を可変な可変光学部材により光の照射方向を切り替えるので、光源の数を増やすことなく、複数の照射方向を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配光可変式照明器具の断面図。
【図２】同器具における可変光学部材に用いられる調光ミラーの構成図。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同器具の配光曲線を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る配光可変式照明器具の断面図。
【図５】同器具における光源の変形例の断面図。
【図６】同器具における光源の別の変形例の断面図。
【図７】同器具における光源のさらに別の変形例の断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る道路用照明システムの断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る道路用照明システムの断面図。
【図１０】従来の前後対称形状の配光を持つ照明器具が配置されたトンネルの断面図。
【図１１】従来のプロ照明をする照明器具が配置されたトンネルの断面図。
【図１２】従来のカウンター照明をする照明器具が配置されたトンネルの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る配光可変式照明器具を図１乃至図３を参照して説明する。図１に示されるように、配光可変式照明器具１は、光源２と、光源２からの光を被照射面Ｓ方向に制御する光学部材３と、光源２からの光及び光学部材３からの光の配光を可変とする可変光学部材４とを備える。可変光学部材４は、光学部材３からの光の光軸３１と交差する方向に配置されており、可変光学部材４に与える物理条件を切り替えることにより、光の透過率と反射率との割合が可変となる。図１において、可変光学部材４を透過する光を実線矢印、反射される光を破線矢印で示している。
【００１６】
光源２は、蛍光灯、水銀灯、高圧ナトリウムランプ、低圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の放電灯、白熱灯等であり、全方向に光を射出する。光学部材３は、反射板であり、光源２付近に焦点を持つ略放物面形状であり、光源２からの光を概ね放物面の光軸３１方向に反射するように設定される。可変光学部材４は、例えば、板状の調光ミラーから成り、光源２からの光及び光学部材３からの光が斜めに入射するように配置される。調光ミラーは、物理的条件としての電圧の印加によって、光の透過率と反射率が変化する。可変光学部材４に入射した光は、可変光学部材４を透過、または可変光学部材４によって反射される。光源２、光学部材３、及び可変光学部材４は、可変光学部材４に電圧を印加する電圧印加回路（図示せず）と共に、適宜の筺体等に収容される。
【００１７】
調光ミラーは、鏡状態と透過状態を可逆的に切り替えることができる光学部材である（例えば、特開２００５−２７４６３０号公報参照）。調光ミラーは、例えば、イットリウムやランタンなどの希土類金属の水素化物、希土類金属とマグネシウムもしくはガドリニウム合金の水素化物、及びマグネシウム・ニッケル合金の水素化物を有する。これらの水素化物は、スイッチングによって脱水素化することによって状態が変化し、鏡状態と透過状態に切り替わる。脱水素化のスイッチングには、電圧印加によって水素イオンを移動させるエレクトロクロミック方式と、水素ガスと酸素ガスを交互に曝すガスクロミック方式の２方式が挙げられる。
【００１８】
図２は、可変光学部材４に用いられる調光ミラーの断面構成の例を示す。この調光ミラー５は、エレクトロクロミック方式の全固体型調光ミラーである。調光ミラー５は、透明基材５１上に、透明電極としての透明導電膜５２、イオン貯蔵層５３、固体電解層５４、バッファ層５５、触媒層５６、調光ミラー層５７がこの順に積層されて形成される。透明導電膜５２、イオン貯蔵層５３、固体電解層５４、バッファ層５５、触媒層５６は、それぞれ、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＷＯ３（酸化タングステン）、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｐｄ（パラジウム）から成る。調光ミラー層５７は、マグネシウム・ニッケル合金を用いて作製された薄膜である。初期状態において、イオン貯蔵層５３は、ＷＯ３内に水素が拡散し、ＨｘＷＯ３（タングステンブロンズ）が形成されている。このとき、調光ミラー層５７は、金属状態のＭｇ−Ｎｉ合金となっている。このため、調光ミラー５は鏡状態Ｃ１であり、光の反射率が高く、透過率が低い。
【００１９】
調光ミラー層５７に５ボルト程度の電圧を印加すると、イオン貯蔵層５３のＨｘＷＯ３中に蓄えられている水素イオン（Ｈ＋)が調光ミラー層５７中に移動し、ＨｘＷＯ３がＷＯ３になる。調光ミラー層５７は、金属状態のＭｇ−Ｎｉ合金がＭｇ−Ｎｉ合金水素化物に水素化されて透明な非金属状態になる。このため、調光ミラー５は、透過状態Ｃ２に変化し、光の反射率が低くなり、透過率が高くなる。
【００２０】
電圧極性を反転し、調光ミラー層５７にマイナス５ボルト程度の電圧を印加すると、水素イオンが調光ミラー層５７からイオン貯蔵層５３のＷＯ３中に戻ってＨｘＷＯ３を形成する。調光ミラー層５７は金属状態に戻り、調光ミラー５は鏡状態Ｃ１に戻る。調光ミラー５の状態は、電圧印加によって一度変化すると、電圧を切っても保たれる。このように、調光ミラー５は、印加する電圧によって、光の透過率と反射率の割合が可逆的に可変となる。
【００２１】
上記のように構成された配光可変式照明器具１の配光について説明する。可変光学部材４を透過状態にした場合、図１の実線矢印で示すように、可変光学部材４に入射した光は、可変光学部材４を透過する。このとき、配光可変式照明器具１の配光は、図３（ａ）に示すような光軸３１方向に光度が大きな配光曲線１１ａで表される。
【００２２】
可変光学部材４は、被照射面Ｓに対して垂直方向に配置されることが好ましい。この配置では、可変光学部材４を反射状態にした場合、可変光学部材４に入射した光は、図１の破線矢印で示すように可変光学部材４で反射される。このとき、配光可変式照明器具１の配光は、図３（ｂ）に示すような上記の配光曲線１１ａとは略対称な形状の配光曲線１１ｂで表される。
【００２３】
可変光学部材４を透過状態と反射状態の中間状態である半透明にした場合、可変光学部材４に入射した光は、一部が可変光学部材４を透過し、一部が可変光学部材４で反射される。光学部材３の光の透過率と反射率を略等しくすると、配光可変式照明器具１の配光は、図３（ｃ）に示すような略対称形状の配光曲線１１ｃで表される。
【００２４】
このように、本発明の配光可変式照明器具１によれば、１台の照明器具内において光の透過率と反射率の割合を可変な可変光学部材４により光の照射方向を切り替えるので、光源２の数を増やすことなく、複数の照射方向を実現することができる。このため、器具の小型化、軽量化が可能となる。器具の小型化、軽量化によって、トンネル壁面等への配光可変式照明器具１の設置が容易になり、器具のコストとその設置コストを低減することができる。また、配光可変式照明器具１は、可変光学部材４の光の透過率と反射率との割合を変えて配光を可変とするので、機械的な可動部分が不要であり、信頼性が高い。
【００２５】
（変形例）
本実施形態の変形例に係る配光可変式照明器具１を図４に示す。本変形例では、光源２としてのＬＥＤ素子と、光学部材３としてのレンズとを有する砲弾型ＬＥＤが用いられている。光軸３１は、鉛直に対して斜めに設定される。可変光学部材４は、光軸３１と交差する方向に配置される。光源２は、ＬＥＤ素子をアレイ状に設けたものでもよい。ＬＥＤは、一定の方向に光を収束するものであれば、砲弾型ＬＥＤに限定されず、図５及び図６に示すように、光源２としての平面実装型ＬＥＤに光学部材３としての集光レンズを後付けしたものであってもよい。また、図７に示すように、光源２としてのＬＥＤの光を光学部材３としての反射鏡を用いて集光するように構成してもよい。
【００２６】
本発明の第２の実施形態に係る道路用照明システムを図８を参照して説明する。本実施形態の道路用照明システム６は、トンネルＴ内を照明するものであり、第１の実施形態の配光可変式照明器具１を有する。トンネルＴ内を車両Ｖが車両進行方向Ｄに走行している。道路用照明システム６は、配光可変式照明器具１以外に、道路の交通量を検知する交通量センサ６１と、可変光学部材４の光の透過率と反射率を制御する可変制御部６２とを備える。可変制御部６２は、交通量センサ６１によって検知された交通量が所定の閾値より多いときは車両進行方向Ｄに配光するプロ照明、閾値以下のときは車両進行方向Ｄの逆方向に配光するカウンター照明となるように可変光学部材４を制御する。図８において、プロ照明は配光曲線１１ｄ、カウンター照明は配光曲線１１ｅで示す。
【００２７】
配光可変式照明器具１は、トンネルＴ内の道路方向に沿って、トンネルＴの天井又は壁面等に複数設けられる。交通量センサ６１は、例えば、超音波による交通量センサであり、インダクタンスの変化で車両を検知するループ型感知装置、画像センサであってもよく、交通量の多寡の２段階のみを判別できるセンサで足りる。
【００２８】
上記のように構成された道路用照明システム６において、交通量が多い場合には、プロ照明によって先行車の背面の鉛直面照度が高くなり、先行車の視認性が高まり、道路安全性が向上する。一方、交通量が少ない場合には、カウンター照明によって、器具光束が同じであってもプロ照明よりも路面輝度が高くなり、被照射面である路面Ｒ上の障害物等の視認性が高まり、道路安全性が向上する。特に昼間において、トンネルＴに入る前の屋外の照度が高いため、運転者の目が高い照度に明順応しており、トンネルＴ内部が真っ暗に見えるブラックホール現象が生じることが知られている。本実施形態の道路用照明システム６では、カウンター照明によって路面輝度を高くすることにより、ブラックホール現象が緩和され、道路安全性が向上する。
【００２９】
本発明の第３の実施形態に係る道路用照明システムを図９を参照して説明する。本実施形態の道路用照明システム６は、屋外道路を照明するものであり、照明柱１２に取り付けられた配光可変式照明器具１を複数有する。この道路用照明システム６は、配光可変式照明器具１以外に、交通量センサ６１、可変制御部６２、雨による路面の濡れ状態を検知するセンサ６３、及び明るさセンサ６４とを有する。センサ６３は、雨量センサであり、一定以上の降水が検知されることにより、路面Ｒが濡れ状態であることが判断される。雨量センサには、光学式雨量センサ、転倒マス雨量計、貯水型雨量計等が用いられる。
【００３０】
上記のように構成された道路用照明システム６において、明るさセンサ６４によって夜間であることが検知されると、配光可変式照明器具１が点灯される。可変制御部６２は、交通量センサ６１によって検知された交通量が所定の閾値より多いときは車両進行方向Ｄに配光するプロ照明、閾値以下のときは車両進行方向Ｄの逆方向に配光するカウンター照明となるように可変光学部材４を制御する。但し、可変制御部６２は、センサ６３によって路面Ｒの濡れ状態が検知されたときは、交通量センサ６１によって検知された交通量が閾値以下であっても、プロ照明となるように可変光学部材４を制御する。
【００３１】
夜間、路面Ｒが濡れた状態である場合、カウンター照明をすると、水の表面反射によって路面Ｒにグレアが生じ、路面Ｒの視認性が悪化する。本実施形態の道路用照明システム６では、路面Ｒが濡れた状態である場合、プロ照明となるので、グレアがなくなると共に、路面Ｒ上の障害物や歩行者等を視認し易くなり、道路安全性が向上する。
【００３２】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、第３の実施形態において、路面の濡れ状態を検知するセンサ６３は、路面の電気抵抗を測定することによって濡れ状態を検知するセンサであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  配光可変式照明器具
２  光源
３  光学部材
４  可変光学部材
５  調光ミラー（可変光学部材）
６  道路用照明システム
６１  交通量センサ
６２  可変制御部
６３  路面の濡れ状態を検知するセンサ
Ｄ  車両進行方向
Ｒ  路面
Ｓ  被照射面
【図１】
2011253772.tif 000003
【図２】
2011253772.tif 000004
【図３】
2011253772.tif 000005
【図４】
2011253772.tif 000006
【図５】
2011253772.tif 000007
【図６】
2011253772.tif 000008
【図７】
2011253772.tif 000009
【図８】
2011253772.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2011253772.tif 000012
【図１１】
2011253772.tif 000013
【図１２】
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