(57)【要約】【課題】消費電力・発熱量が少なく、長寿命であり、堅牢性に優れた電光情報板用発光ダイオード光源装置を提供すること。【解決手段】発光ダイオードアレイと断面非対称の放物線からなる樋形反射鏡及び該樋形反射鏡を挟持するように配置された左右一対の側面反射板を有する電光情報板用発光ダイオード光源装置において、前記発光ダイオードアレイは、前記樋形反射鏡に対して焦点位置に固設され、前記樋形反射鏡から放たれる配光特性は、同程度の中心光度を有するシールドビーム電球より水平角度の広がりが大きく、且つ、鉛直角度の広がりが下方への広がりが大きいことを特徴している。【選択図】図９
2007141726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードアレイと断面非対称の放物線からなる樋形反射鏡及び該樋形反射鏡を挟持するように配置された左右一対の側面反射板を有する電光情報板用発光ダイオード光源装置において、
前記発光ダイオードアレイは、前記樋形反射鏡の焦点位置に固設され、前記樋形反射鏡から放たれる水平配光特性は、同程度の中心光度を有する現行のシールドビーム電球より水平発散角度の広がりが左右に大きく、且つ、鉛直発散角度の広がりが下方に大きいこと
を特徴とする電光情報板用発光ダイオード光源装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードアレイが、金属製の取付けブロックに取付けられ、前記側面反射板を介して放熱すること
を特徴とする請求項１に記載の電光情報板用発光ダイオード光源装置。
【請求項３】
前記金属製の取付けブロックがアルミニウム製であること
を特徴とする請求項２に記載の電光情報板用発光ダイオード光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航路標識に使用されている船舶通行信号装置・情報信号装置・潮流信号装置（以下、「船舶通行信号装置等」と言う）から海上を航行する船舶に対して、電光文字（図１の符号１０）、または、電光矢印（図１の符号２０）で「航路管制信号」、「海上交通の状況」、「潮流の方向・流速」を提供する電光情報板（以下、単に「電光情報板」と言う）に使用する光源に関し、さらに詳しくは、水平方向左右及び鉛直方向下向きの視認性を高めると共に、省電力化、長寿命化を図った電光情報板用発光ダイオード光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述及び図１に描写したような電光情報板は、海上保安庁(Japan Coast Guard)が管轄・管理しており、全国に１９地域でのべ４９ヶ所に現在使用されている。ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System 全世界的衛星航法システム）が発達・普及した今日の海上交通環境下にあっても、目で見る航路標識の必要性は国際的に認識されており、ユーザーに、より利便性の高いサービスを提供することが必要である。
【０００３】
現在、海上保安庁で使用されている電光情報板は、光源にシールドビーム電球が使用されている。シールドビーム電球とは、１９３９年に米国で開発されたものであって、アルミニウム蒸着を施したガラス製反射面と前面レンズ部とが別個になっており、この両者を融着して一体とするいわゆるＰＡＲ（Parabolic Aluminium Reflector）型バルブを使用するもので、内部には、予めフィラメントを反射面の規定位置に設置し、不活性ガスが封入されている。図１０（ｂ）に示すように、レンズ３０、フィラメント４０、反射鏡５０、給電用端子６０で１つの電球になっていて、電球中には多量の不活性ガスが封入されている構造になっている（非特許文献１参照）。
【０００４】
このようなシールドビーム電球を用いて図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１に示したようなＮやＳ等のアルファベットからなる「航行管制信号」等を表示する電光文字１０や、図１に示したような「海上交通の状況」、「潮流の方向」等を表示する電光矢印２０の光源として使用されている。
【０００５】
図１及び図１１に示した電光情報板は、伊勢湾の例を示したもので、電光文字１０のＮ・Ｓは伊良湖水道を航行する長さ１３０ｍ以上２００ｍ未満の船舶に摘要され、Ｎは南東方向、Ｓは北西方向に航行しようとする船舶に航路外待機を指示するために使用される。また、図１に示した電光矢印２０は矢印の向きで巨大船の動静を知らせるために使用される。
【非特許文献１】航空照明１９７６年版  財団法人  航空振興財団
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、現在、使用されているシールドビーム電球は、消費電力・発熱量が大きく、さらに発光ダイオードより寿命が短くメンテナンス費が高額となる。また、図８（ｂ）に破線で示したようにシールドビーム電球の水平配光特性では、船舶の電光情報板に対する視認位置が光源の中央から離れるに従い、その視認距離は大幅に短くなる。また、電光情報板は、海面より高い位置に設置されているため、図８（ａ）に破線で示したようなシールドビーム電球の鉛直配光特性では、船舶が電光情報板に近づくにつれて視認性が悪くなる。また、シールドビーム電球を用いて視認性を上げるためには、複数のシールドビーム電球が必要であり、大掛かりな光学系が必要になる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、消費電力、発熱量が少なく、長寿命であり、堅牢性に優れた電光情報板用発光ダイオード光源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本請求項１は、発光ダイオードアレイと断面非対称放物線からなる樋形反射鏡及び該樋形反射鏡を挟持するように配置された左右一対の側面反射板を有する電光情報板用発光ダイオード光源装置において、前記発光ダイオードアレイは、前記樋形反射鏡に対して焦点位置Ｆに固設され、前記樋形反射鏡から放たれる水平配光特性を、同程度の中心光度を有するシールドビーム電球より水平発散角度の広がりを左右に大きくし、且つ、垂直発散角度の広がりが鉛直下方へ大きくしたことによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
なお、「焦点位置」とは、ここに置かれた発光体から放物曲面に照射された光が平行光線として照射される位置であり、本発明では、図３の断面図及び図７の斜視図に符号Ｆを付して示したような取付け位置のことを意味している。また「断面非対称の放物線からなる樋形反射鏡」とは、図３の断面図及び図７の概略斜視図に符号１２０を付して示したような放物線の片側を他方に対して略半分の長さで切断したものを意味している。また、樋形反射鏡及び側面反射板の材質としては、鏡面仕上げをしたアルミニウムの薄板が好適に使用されるが、剛性板にアルミニウムの蒸着を施すことも可能である。
【００１０】
本請求項２は、請求項１の構成に加えて、前記発光ダイオードアレイが、金属製の取付けブロックに取り付けられ、前記側面反射板を介して放熱することによって、上記の課題をさらに解決するものである。金属製の取付けブロックとしては、熱伝導率の高い銅やアルミニウム等が好適に用いられる。
【００１１】
本請求項３は、請求項２の構成に加えて、前記取付けブロックがアルミニウムであることによって、上記の課題をより一層解決するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本請求項１は、発光ダイオードアレイと断面非対称の放物曲線からなる樋形反射鏡及び該樋形反射鏡を挟持するように配置された左右一対の側面反射板を有する電光情報板用発光ダイオード光源装置において、前記発光ダイオードアレイは、前記樋形反射鏡の焦点位置に固設され、前記樋形反射鏡から放たれる水平配光特性は、図８（ｂ）に示したように同程度の中心光度を有するシールドビーム電球より水平発散角度の広がりが左右に大きく、且つ、図８（ａ）に示したように鉛直発散角度の広がりを下方へ大きくしたことによって、沿岸を航行する船舶に対する電光情報板の視認性が高められる。なお、図８において、実線で示した曲線が、本願発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置の配光特性を示しており、破線で示した曲線は、本発明品と同程度の中心光度を有する現行のシールドビーム電球の配光特性を比較参照のために示している。
【００１３】
本請求項２は、請求項１の構造に加えて、前記発光ダイオードアレイが、取付けブロックに取り付けられ、前記側面反射板を介して放熱する構成をしていることによって、放熱効率が高い。そのため、水の進入を防ぐため密閉度が高く構成された狭隘なハウジング内で複数の発光ダイオードを高輝度で発光させた場合、通常であれば、発光ダイオードの発熱でハウジング１４０内の温度が高温となり、発光ダイオードの寿命が短くなるため、発生した熱を放熱するための大きなヒートシンクの取付けが必要となる。ところが、本請求項２の構造によれば、熱が蓄積されることなく、熱伝導率が高い前記取付けブロック、前記側面反射板を介して、例えば、熱伝導率の高いアルミニウムからなるハウジング１４０全体に放熱されるため、大きなヒートシンクを用いることなく放熱性に優れ、発光ダイオードの長寿命化が図られる。さらに、発光ダイオードを金属板に取り付けているため、静電気による破損を防止することが出来る。
【００１４】
本請求項３は、請求項２の構造に加えて、前記取付けブロックが軽量で熱伝導率の高いアルミニウムであることによって、放熱効果が一層高められると共に、装置の軽量化が図られる。
【００１５】
また、シールドビーム電球の場合、薄暮時、夜間、グレア（「視野の中で極端に輝度（明るさ）が高い点や面が見えることによって起こる不快感や見えにくさのこと」を言う）防止のために光度を下げる際に電圧制御方式を使用しているため、光度を下げるには、電圧を下げる。そのため灯火の色温度が変化し灯火の色度も変わる。一方、発光ダイオードを用いている本発明品の場合、発光ダイオードの光度を電流制御とパルス制御を組み合わせた調光装置により減光を行うことによって色度変化が僅かである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る電光情報板用発光ダイオード光源装置の実施例について、図面に基づき説明する。
【００１７】
図１は、本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置の使用が望まれる一施設の外観を示す図であり、電光文字１０と電光矢印２０の使用形態を示している。図１１に前記電光文字１０の詳細を示している。電光文字１０は、表示する文字（図１１においては（ａ）がＮ、（ｂ）がＳ）に必要な数の図１０に示したようなシールドビーム電球が設置されている。本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置は、給電用端子を図１０に示したような現行のシールドビーム電球と同様の形状とすることによって、円形の前記シールドビーム電球に代えて、簡単に設置することが出来る。
【００１８】
図２は、現在、電光情報板の光源として使用されているシールドビーム電球に取って代わる本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置１００の斜視図を示している。図３は、図２の３−３線における断面図を示している。
【００１９】
図２と図３から分かるように、本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置１００は、発光ダイオードアレイ２００の取付けブロック２１０と断面非対称の放物線からなる樋形反射鏡１２０と前面を覆う無色透明なアクリル板等１５０と前記樋形反射鏡１２０を挟持する左右一対の側面反射板１３０、及び、装置全体を取り囲むハウジング１４０を有している。
【００２０】
図４は、本発明の発光源として使用される発光ダイオードアレイ２００を示している。図４に示したようにアノード２３２とカソード２３４を有する発光ダイオード２３０をネジ止め用の半孔２４０を有する発光ダイオード取付け基板２２０に半田付けする。それを１５個密着させて取付けブロック２１０の一面に、ポリカーボネート樹脂製の発光ダイオード基板螺設ネジ２５０によって螺設する。隣接する発光ダイオード取付け基板２２０同士は、アノード２３２とカソード２３４の向きが互い違いになるようにアルミニウム製の取付けブロック２１０の一面に螺設する。その結果、図４に示したように、配線が体裁良く整えられる。このようにして構成された発光ダイオードアレイ２００が、図２に示したように、一対の側面反射板１３０、１３０の間に位置する焦点位置にステンレス（ＳＵＳ３０４）製の取付ブロック螺設ネジ２６０によって螺設される。また、本発明では、発光ダイオード取付け基板２２０を取付けブロックに直接装着して、隣接した発光ダイオードを配線しているが、アルミニウムより熱伝導率が高い、例えば、銅のような金属板に印刷されたプリント基板を用いて発光ダイオードの配線と固定を同時に行うことも可能である。さらにハウジングの上側に設置された天板は、同じく熱伝導性の高いアルミニウムで構成されている。
【００２１】
図５は、図４の発光ダイオードアレイの配線図を示している。合計１５個の発光ダイオードを５個ずつ直列接続し、その３回路を並列接続している。このように接続したことにより万一１つの発光ダイオードが故障したとしても、その発光ダイオードが接続されている回路のみが点灯不能になり、他の２回路は正常に動作するため、明るさが６７％程度に低下するものの何とか電光情報板の運用を継続することができる。シールドビーム電球は、フィラメントが切れてしまうと全く点灯しなくなるため、この点においても本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置は有利である。また、現行のシールドビーム電球は、定格が１１０Ｖ、１５０Ｗのものが使用されているが、本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置は、１回路当たり定格が２４Ｖ、０．７Ａであるため３回路合計の定格が２４Ｖ、２．１Ａである。従って最大消費電力は、５０．４Ｗであるが、本実施例に於いては、発光ダイオードの寿命を考慮し３回路合計の回路電流を１．５Ａに下げて３６Ｗとして使用している。この状態でシールドビーム電球と同程度の中心光度を得ることができるため、シールドビーム電球よりも格段に効率が良い。しかも、発光ダイオードの長寿命化が図られる。
【００２２】
図６は、本発明に使用した発光ダイオードである拡散型発光ダイオードの指向特性（実線）と参考として一般に使われる発光ダイオードである砲弾型ダイオードの指向特性（破線）を示している。本発明は、拡散型発光ダイオードを用いたことによって、樋形反射鏡及び側面反射板の広い面積に光が照射されるため、樋形反射鏡及び側面反射板の利用効率が向上し、より見やすくなる。
【００２３】
図７は、本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置が、シールドビーム電球と比べて、独特の配光特性を示す原理を説明する概略斜視図である。この図から分かるように、シールドビーム電球は焦点が一つであるのに対して、本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置は、焦点位置が反射鏡に対して平行に伸びる直線である。この位置に発光ダイオードアレイを装着することによって、前記発光ダイオードアレイを構成する１つの発光ダイオード素子から照射された光線のうち、前記発光ダイード素子を含む垂直面と樋形反射鏡の交線上に照射された光線は、図３に示したように平行光線となって前方へ反射される。一方、側面反射板に照射された光は、装置の左右及び下方に再反射される。特に、上述した拡散型発光ダイオードを用いた場合に、本発明の効果がより顕著に現れる。ちなみに、本実施例においては、順電流５００ｍＡ（約２Ｗ）で６０ｌｍ（６０ルーメン）の拡散型の発光ダイオード素子を利用している。このような樋形反射鏡の形状と側面反射板の組み合わせ及び発光ダイオードアレイの組み合わせによる配光特性は、本発明の発明者らが、試行錯誤の結果得られたものであって、現行の反射板を使った照明装置とは、似て非なるものである。
【００２４】
図８（ａ）は、本発明の鉛直配光特性を実線で示しており、上下非対称で下向きに緩やかに伸びる鉛直配光特性を持つ。また、比較のために、現在使われているシールドビーム電球の鉛直配光特性を破線で示している。図８（ｂ）は、本発明の水平配光特性を実線で示しており、水平方向に緩やかに伸びる水平配光特性を持つ。また、比較のために、現在使われているシールドビーム電球の水平配光特性を破線で示している。
【００２５】
図９は、本発明の電光情報板の配光と船舶への情報伝達具合の概略を示しており、（ａ）は鉛直方向について示しており、（ｂ）は水平方向について示している。
【００２６】
図９（ａ）に示すように、沿岸を航行する船舶Ａは、現行のシールドビーム電球による電光情報板であると電光情報板を確認することができないが、本発明による電光情報板用発光ダイオード光源装置を用いた電光情報板であると電光情報板を確認することが可能である。
【００２７】
図９（ｂ）に示すように、現行のシールドビーム電球の水平配光特性では、船舶Ｃ、Ｄ、Ｅのうち船舶Ｅしか電光情報板を確認することができないが、本発明による電光情報板用発光ダイオード光源装置を用いた電光情報板であると船舶Ｃ、Ｄ、Ｅの何れも電光情報板を確認することができる。
【００２８】
図１０は、現在用いられているシールドビーム電球を示しており、図１０（ａ）が斜視図を、図１０（ｂ）が垂直断面図を示している。図１１は、既に、図１の説明中で記載したように電光文字１０を示しており、図１１（ａ）がアルファベットのＮを示しており、図１１（ｂ）がアルファベットのＳを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置は、船舶交通信号装置等の電光情報板に使用するために研究開発されたものであるが、高光度・省電力で照射範囲が広く、長寿命であり堅牢性にも優れているので、例えば、農業用、集魚用、海水浄化用、工事用の照明等など様々な分野での利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】船舶交通信号装置の斜視図。
【図２】本発明の電光情報板用発光ダイオード光源装置の斜視図。
【図３】図２の３−３線で切断したときの断面図。
【図４】本発明で使用される発光ダイオードアレイの正面図。
【図５】図４に示した発光ダイオードアレイの配線図。
【図６】本発明で用いた拡散型発光ダイオードの指向特性を示す図。
【図７】本発明の照射特性の原理を説明する概略斜視図。
【図８】本発明品とシールドビーム電球との光配光特性を示す図。
【図９】本発明品とシールドビーム電球を用いたときの視野特性を示す図。
【図１０】現在用いられているシールドビーム電球の斜視図と断面図。
【図１１】現在用いられている電光文字の正面図。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ・・・  電光文字
２０  ・・・  電光矢印
３０  ・・・  レンズ
４０  ・・・  フィラメント
５０  ・・・  反射鏡
６０  ・・・  給電用端子
１００  ・・・  電光情報板用発光ダイオード光源装置
１２０  ・・・  樋形反射鏡
１３０  ・・・  側面反射板
１４０  ・・・  ハウジング
１５０  ・・・  アクリル板
２００  ・・・  発光ダイオードアレイ
２１０  ・・・  取付けブロック
２２０  ・・・  発光ダイオード取付け基板
２３０  ・・・  発光ダイオード
２３２  ・・・  アノード
２３４  ・・・  カソード
２４０  ・・・  ネジ止め用の半孔
２５０  ・・・  発光ダイオード基板螺設ネジ
２６０  ・・・  取付ブロック螺設ネジ
Ａ〜Ｅ  ・・・  船舶
Ｆ    ・・・  焦点
ａ〜ｅ  ・・・  発光ダイオードから放たれた光線
ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’・・・  発光ダイオードから放たれた後、１回反射した光線
ｂ’’  ・・・  発光ダイオードから放たれた光線ｂが、２回反射した光線
【図１】
2007141726.tif 000003
【図２】
2007141726.tif 000004
【図３】
2007141726.tif 000005
【図４】
2007141726.tif 000006
【図５】
2007141726.tif 000007
【図６】
2007141726.tif 000008
【図７】
2007141726.tif 000009
【図８】
2007141726.tif 000010
【図９】
2007141726.tif 000011
【図１０】
2007141726.tif 000012
【図１１】
2007141726.tif 000013