(57)【要約】【課題】  照明効率が高く、人手によるメンテナンス作業が不要で、維持費用が少ない、小型の野外用照明装置を提供する。【解決手段】  野外用の照明装置１００であって、光を発光する光源１１と、光源１１の出射面上に設置され、光源で発光された光５０を屈折させるフォトニック結晶１２と、フォトニック結晶１２の出射面上に設置される光触媒機能をもつ酸化チタン層１３と、光源１１の出射面以外の面に光を反射させるための反射膜１４とを備える。フォトニック結晶１２の分散面の形状を平坦、または凹状にすることにより、光源１１で発光された光を平行にするか、または集光する。酸化チタン層１３は、光触媒機能として可視光反応を有する特性であるのが好ましい。【選択図】        図１
2005108490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
野外用の照明装置であって、
光を発光する光源と、
前記光源の出射面上に設置され、前記光源で発光された光を屈折させるフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶の出射面上に設置される酸化チタン層と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記フォトニック結晶の分散面の形状は平坦である
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記フォトニック結晶の分散面の形状は凹状である
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記酸化チタン層は、可視光反応を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
さらに、前記光源の出射面以外の面に、光を反射させる反射膜
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１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、ヘッドランプや信号機等に使用される野外用の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドランプや信号機等の野外用に使用される照明装置には、様々な方式のものがある。また、光源には、白熱灯、ハロゲンランプ、蛍光灯、水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、発光ダイオード、ＥＬ、半導体レーザ、ガスレーザ等がそれぞれに適した用途に使用されている。
図５は、従来の照明装置の基本構造の一例を示す図である。照明装置２００は、光源２１１と、光源２１１から間隔を置いた場所に設置されたレンズ２１２、および、レンズ２１２を外側から覆うように設置され、ほこり等のゴミ２７０が直接レンズ２１２に付着しないようにするためのカバー２１３とを備えている。
【０００３】
その他にも、従来の照明装置として様々なものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術においては、発光ダイオードの表面側の表面電極に開口した貫通部に無数の誘電体アンテナを設けて、発光ダイオードの発した光を効率よく集光し、さらに表面電極の表面側に透過させている。また、発光ダイオードの供給電圧を低くしている。
【特許文献１】特開２００３−７８１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、以下に述べるような問題がある。
図５に示すように、光源２１１から出た光の一部は、光源２１１の表面、あるいはレンズ２１２やカバー２１３の表面等で反射されて損失となるため、照明効率が落ちる。さらに、特に野外に設置されるタイプの照明装置においてはカバー２１３の表面にはほこりなどのゴミ２７０が付着しやすく、これにより光の通過が妨げられるため照明効率が一層低下する。
【０００５】
また、照明効率の低下を防ぐため、カバー面のゴミを取り除くという人手によるメンテナンス作業が頻繁に必要になってしまうという問題がある。野外用の照明装置は、特に雨によって砂ぼこりなどの汚れが付きやすい。また、設置場所が高所や狭所などの場合には人手によるメンテナンス作業が困難であるケースが多い。そのため、維持費用が定期的に発生してコスト的な負担が増加したり、清掃作業中にはメンテナンス作業員や周辺領域の物や人にとって危険が伴う等のデメリットが生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、照明効率が高く、人手によるメンテナンス作業が不要で、維持費用が少ない、小型の照明装置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】
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、野外用の照明装置であって、光を発光する光源と、前記光源の出射面上に設置され、前記光源で発光された光を屈折させるフォトニック結晶と、前記フォトニック結晶の出射面上に設置される酸化チタン層とを備えることを特徴とする。これにより、光源とフォトニック結晶および酸化チタン層の各境界面において、反射による光の損失が従来よりも格段に抑えられるので、光源で発光された光はほとんど外部に照射され、照明効率が高くなる。さらに、酸化チタン層を表面上にコーティングすることで、酸化チタン層の光触媒機能により、汚れが表面に付着しても日中の太陽光に含まれる紫外線により汚れを分解し、その汚れを雨風により自然に落とすことができるので、人手によるメンテナンス作業が不要となり、維持費用が少なくてすむ。さらに、フォトニック結晶や酸化チタン層は薄膜層であるため、従来のレンズやカバーを設置した構造よりも小型の照明装置を実現することができる。
【０００８】
さらに、前記フォトニック結晶の分散面の形状は平坦であることを特徴とする。これにより、フォトニック結晶は光源で発光された光を平行にするので、光束の広がりが抑えられ、照射可能な距離が長くなったり、目標とする範囲にスポット的に照射したりすることができる。
また、前記フォトニック結晶の分散面の形状は凹状であることを特徴とする。これにより、フォトニック結晶は光源で発光された光を集光するので、さらに範囲を狭めて目標の一点に照射したりすることができる。
【０００９】
さらに、前記酸化チタン層は可視光反応を有することを特徴とする。これにより、日中の太陽光だけでなく、光源自身で発光された可視光成分によっても光触媒機能が働くので、酸化チタン層の表面で分解された有害物質等の各種成分が、夜や曇天時であっても雨風により自然に流れ落ちやすくなるため、人手によるメンテナンス作業なしで照明装置の表面を清浄に保つことができる。
【００１０】
さらに、前記光源の出射面以外の面に、光を反射させる反射膜を備えることを特徴とする。これにより、従来技術では光源で発せられた光のうち出射面以外の面から透過してしまう光が、反射膜で反射されて出射面の方向に進行することになるので、照明効率が高くなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明装置をヘッドランプや信号機等に用いることで、照明効率が高く、汚れが自然に除去されるため人手によるメンテナンス作業が不要で、維持費用が少ない、小型の野外用照明装置が実現可能となるので、その実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る照明装置の基本構造を示す図である。照明装置１００は、光源（発光ダイオード）１１と、光源１１の出射面上に設置されたフォトニック結晶１２と、さらにフォトニック結晶１２の表面上に設置された酸化チタン層１３と、光源１１の出射面以外の面に設置された反射膜１４とを備えている。光源１１から発光される光は、一般に様々な方向に進行する成分を含むが、フォトニック結晶１２の周期的屈折率構造から生じる光学特性により、出射面の方向に進行した光のうちフォトニック結晶１２との境界面で反射して損失となるものは非常に少なく、効率よくフォトニック結晶１２内に進行する。
【００１３】
一般的にフォトニック結晶は、光の波長レベルのサイズで、屈折率の異なる材料が周期的に配列されたものであり、適切な材料を用いて周期的屈折率構造を形成することで、光の屈折、分光、集光、遮断等が可能になる。特に、入射光の波長や入射角に依存せず、特定方向への平行度の高い光線束を得るような効果をスーパーコリメート効果（例えば、「ＯｐｌｕｓＥ」、新技術コミュニケーションズ社、１９９９年１２月号、ｐ．１５６０参照）と呼び、本発明の実施の形態１ではこれを利用する。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る照明装置のフォトニック結晶１２の分散面（波数空間におけるバンドの等エネルギー面）と光の進行方向を示す図である。図２の左側の円は真空中の入射光の分散面を表しており、右側の図はフォトニック結晶１２の分散面を示している。フォトニック結晶１２は、各波長について分散面５１がほぼ平坦な形状となるように構成している。例えば、入射角θでフォトニック結晶１２に入射した光５０は、Ｚ軸方向（フォトニック結晶１２の表面の法線方向）の波数ベクトルの運動量は保存されるため、フォトニック結晶１２内での光の伝播は、波数ベクトルの接線方向を表す作用線（図で点線で示している）と分散面５１との交点で定義される。実空間での光の伝播はその交点における法線方向となる。このため、フォトニック結晶１２の入射面に対して、入射角θを持つ入射光５０は、フォトニック結晶１２の分散面５１に対して垂直の方向に進行方向を変えた出射光５２となる。つまり、光束が広がることなく、ほぼ平行を保ったままフォトニック結晶１２を出射するので、照射可能な距離が長くできたり、レンズを設置することなく範囲を狭めてスポット的に照射したりするような用途に用いることができる。
【００１５】
フォトニック結晶１２の上に設置された酸化チタン層１３は、光学的には作用しないため、フォトニック結晶１２を出射した光は、ほとんど酸化チタン層１３との境界での反射で損失が生じることなく、また酸化チタン層１３を透過して外部に照射される。
ところで、照明装置１００の表面にコーティングされている酸化チタン層１３は光触媒機能をもつ。酸化チタン層１３に、バンドギャップ（３．２ｅＶ）より大きなエネルギーを持つ光（約３９０ｎｍ以下の波長、例えば３８８ｎｍの紫外線）を当てると、価電子帯の電子が励起され伝導体に移動し、価電子帯には正孔が生成される。伝導体に移動した電子は、空気中の酸素を還元して、スーパーオキサイドイオンを生成する。一方、正孔は空気中の水分と反応し、強力な酸化力を有する水酸ラジカルを生成する。これらの強い酸化還元作用により、有害物質である排気ガスＮＯ・ＳＯを始め、各種有機物の汚れや臭いを分解し、細菌などを死滅させ分解する。そのため、酸化チタン層１３の表面は常に清潔な面を保つことができる。
【００１６】
また、酸化チタン層１３は、表面にほこりなどのゴミが付着したとしても、自然の雨風によりゴミが流れ落ちるセルフクリーニング機能をもっているため、人手によるメンテナンス作業なしで照明装置の表面を清浄に保つことができる。
さらに、光触媒として紫外線でなく可視光線で機能する材料から成る酸化チタン層を使用すれば、日中の太陽光だけでなく、光源自身で発光された可視光成分によって、夜や曇天時であっても上記の光触媒機能が働くので、紫外線で機能するタイプ以上にさらにいっそう雨風により表面に付着したゴミが自然に流れ落ちやすくなり、人手によるメンテナンス作業なしで照明装置の表面を清浄に保つことができる。
【００１７】
さらに、光源１１の出射面以外の面に反射膜１４を備えているので、従来では光源１１から発光された光のうち、出射面の方向に進行せずに損失となっている光を出射面の方向に向けることができ、さらなる照明効率の向上につなげている。
以上のように、本発明の実施の形態１における照明装置によれば、照明効率が高く、汚れが自然に除去されるため人手によるメンテナンス作業が不要で、維持費用の少ない、大型のレンズやカバーが不要な小型の照明装置を実現することができる。
【００１８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、光源で発光された光をフォトニック結晶によって集光する点が異なる。
図３は、本発明の実施の形態２に係る照明装置の基本構造を示す図である。照明装置１０１は、光源１１と、光源１１の出射面上に設置されたフォトニック結晶２２と、さらにフォトニック結晶２２の表面上に設置された酸化チタン層１３と、光源１１の出射面以外の面に設置された反射膜１４とを備えている。
図４は、本発明の実施の形態２に係る照明装置のフォトニック結晶２２の分散面と光の進行方向を示す図である。図４の見方は図２と同様である。図からわかるように、フォトニック結晶２２は、分散面６１の形状が凹状であるため、フォトニック結晶２２に対して、入射角θを持つ入射光６０は、フォトニック結晶２２を出射したのち、ある一点に集束するような出射光６２となる。すなわち、本フォトニック結晶２２はレンズ機能を有するため、照明装置１０１はレンズを設置することなく、実施の形態１よりもさらに範囲を狭めて目標の一点に照射することができる。
【００１９】
以上のように、本発明の実施の形態２における照明装置によれば、レンズ機能を有し、照明効率が高く、汚れが自然に除去されるため人手によるメンテナンス作業が不要な、小型の照明装置を実現することができる。
【００２０】
以上、本発明に係る照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されない。フォトニック結晶には、光源の発する光の波長によって屈折率が変化する特性のものを用いてもよい。また、ある波長の光を遮断するような特性のものを用いてもよい。また、光をある角度で拡散するような特性をもったものを用いてももちろんよい。また、光源は発光ダイオード以外のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係る照明装置は、ヘッドランプや信号機等に使用される野外用の照明装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る照明装置の基本構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る照明装置のフォトニック結晶の分散面と光の進行方向を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る照明装置の基本構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る照明装置のフォトニック結晶の分散面と光の進行方向を示す図である。
【図５】従来の照明装置の基本構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１、２１１    光源
１２、２２    フォトニック結晶
１３    酸化チタン層
１４    反射膜
５０、６０    フォトニック結晶への入射光
５１、６１    分散面
５２、６２    透過光
１００、１０１、２００    照明装置
２１２    レンズ
２１３    カバー
２７０    ゴミ
【図１】
2005108490.tif 000003
【図２】
2005108490.tif 000004
【図３】
2005108490.tif 000005
【図４】
2005108490.tif 000006
【図５】
2005108490.tif 000007