(57)【要約】      （修正有）【課題】均一なライトスポットを作り出す配光方法を有する街灯を提供する。【解決手段】光源１４から放たれた光の一部を配光カップから直接外に放射し、光の他部を、配光カップの内壁に放射した後、配光カップから外へ向けて反射させる配光方法により、直接外に向けて放射される光は、矩形のメインライトスポットを形成する。また、その光は、最初に内壁に放射された後に配光カップによって反射された光を組み合わせ、メインライトスポットの形状に応じて、一部が重なり合った矩形のライトスポットを形成する。均一なライトスポットにより街灯の本数を少なくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放たれた光の一部は、配光カップから直接外に放射され、前記光源から放たれた光の他部は、前記配光カップの内壁に放射され、その後、前記配光カップから外へ向けて反射される配光方法であって、
直接外に向けて放射される前記光の一部は、矩形を呈するメインライトスポットを形成し、
最初に前記内壁に放射され、その後、前記配光カップによって反射される前記光の他部は、矩形の前記メインライトスポットに一部が重なり合った、矩形を呈するライトスポットを形成する
ことを特徴とする配光方法。
【請求項２】
メインライトスポットを形成する光のビーム角は、所定の値からなり、
配光カップの開口部で反射された光のビーム角は、前記メインライトスポットを形成する光のビーム角に等しく、
反射光のビーム角は、前記配光カップの前記開口部から底部まで、所定の範囲内で徐々に変化する
ことを特徴とする請求項１に記載の配光方法。
【請求項３】
配光カップの内壁は、反射光のビーム角を、配光カップの開口部から底部まで一様に変化させる構造であることを特徴とする請求項２に記載の配光方法。
【請求項４】
配光カップの縦方向において、メインライトスポットのビーム角は３０°であり、前記配光カップの内壁に放射されて反射された光のビーム角は、前記配光カップの開口部から底部まで、３０°から０°以内で徐々に変化することを特徴とする請求項３に記載の配光方法。
【請求項５】
配光カップの横方向において、メインライトスポットのビーム角は６２°であり、前記配光カップの内壁に放射されて反射された光のビーム角は、前記配光カップの開口部から底部まで、６２°から３０°以内で徐々に変化することを特徴とする請求項３に記載の配光方法。
【請求項６】
底部と、
側壁と、
前記底部及び前記側壁の各内面に備えられた反射層と、
を備え、
前記底部は、矩形を呈し、
配光カップの内面は、内側に凹状に反り、
前記側壁は、カップ本体を囲むように周囲に備えられ、矩形を呈する開口部を形成する
ことを特徴とする配光カップ。
【請求項７】
メインビーム角は所定の値からなり、
側壁の凹状の曲面は、スネルの法則によって算出された自由曲面からなり、
カップの開口部から反射された光のビーム角は、メインビーム角に等しく、
反射光のビーム角は、前記配光カップの前記開口部から底部まで、所定の範囲内で徐々に変化する
ことを特徴とする請求項６に記載の配光カップ。
【請求項８】
側壁は、反射光のビーム角を、配光カップの開口部から底部まで一様に変化させる構造であることを特徴とする請求項７に記載の配光カップ。
【請求項９】
配光カップの縦方向において、メインライトスポットのビーム角は３０°であり、反射光のビーム角は、開口部から底部まで、３０°から０°以内で順々に、徐々に変化することを特徴とする請求項８に記載の配光カップ。
【請求項１０】
配光カップの横方向において、メインライトスポットのビーム角は６２°であり、反射光のビーム角は、開口部から底部まで、６２°から３０°以内で順々に、徐々に変化することを特徴とする請求項８に記載の配光カップ。
【請求項１１】
光源用の取付穴は、配光カップの底部の中央部に備えられたことを特徴とする請求項６に記載の配光カップ。
【請求項１２】
反射層は、中間薄膜或いは金属薄膜からなることを特徴とする請求項６に記載の配光カップ。
【請求項１３】
反射層は、アルミニウム被膜層からなることを特徴とする請求項１２に記載の配光カップ。
【請求項１４】
ランプポールと、
前記ランプポールの頂部に取り付けられた配光カップと、
前記配光カップ内に備えられた光源と、
を備え、
前記配光カップの底部は、矩形を呈し、
前記配光カップの内面は、内側に凹状に反り、
側壁は、カップ本体を囲むように周囲に備えられ、矩形を呈する開口部を形成し、
前記配光カップの縦方向は、車道に平行である
ことを特徴とする街灯。
【請求項１５】
メインビーム角は所定の値からなり、
側壁の凹状の曲面は、スネルの法則によって算出された自由曲面からなり、
カップの開口部から反射された光のビーム角は、メインビーム角に等しく、
反射光のビーム角は、前記配光カップの前記開口部から底部まで、所定の範囲内で徐々に変化する
ことを特徴とする請求項１４に記載の街灯。
【請求項１６】
側壁は、反射光のビーム角を、配光カップの開口部から底部まで一様に変化させる構造であることを特徴とする請求項１５に記載の街灯。
【請求項１７】
配光カップの縦方向において、メインライトスポットのビーム角は３０°であり、反射光のビーム角は、開口部から底部まで、３０°から０°以内で順々に、徐々に変化することを特徴とする請求項１６に記載の街灯。
【請求項１８】
配光カップの横方向において、メインライトスポットのビーム角は６２°であり、反射光のビーム角は、開口部から底部まで、６２°から３０°以内で順々に、徐々に変化することを特徴とする請求項１６に記載の街灯。
【請求項１９】
多数の配光カップが、ランプポールの頂部に備えられ、各配光カップに光源が備えられたことを特徴とする請求項１４に記載の街灯。
【請求項２０】
多数の配光カップは、整列して並べられた、或いは、交互に並べられたことを特徴とする請求項１９に記載の街灯。
【請求項２１】
光源は、高出力ＬＥＤであることを特徴とする請求項１４に記載の街灯。
【請求項２２】
配光カップの前に、配光パネルが備えられたことを特徴とする請求項１４に記載の街灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光路を設計する方法に関し、特に配光方法に関する。また、この発明は、照明の付属品に関し、特に配光カップに関する。更に、この発明は、その配光カップを用いた街灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
街灯は、通常、ランプポールと、ランプポールの頂部に取り付けられたランプヘッドと、ランプヘッド内に備えられた配光カップと、配光カップ内に備えられた光源とを備えている。点光源から放たれた光は、三次元空間にランバート放射を示す。一般に、車道専用の照明については、下向きの照明で十分である。したがって、配光カップの主な機能は、点光源から放たれた上向き或いは水平方向の光を下向きに反射させ、光効率を改善することである。従来の配光カップは、ホーン形状を呈していた。そのため、光は、上記配光カップの影響を受け、円形のライトスポットを呈していた。このような配光カップの反射壁は、理想的なデザインではない。そのため、光の一部は、配光カップの外に放射されるまでに、二回或いは数回反射してしまい、更に悪いことに、光の一部は、最終的に外に放射されず、光エネルギーを無駄にしてしまう。その上、上記配光カップは、道路に放射された際に円形のライトスポットを形成する。そのため、配光カップから放たれた光の一部は、車道を越えて放射され、光の他の一部は、道路の反対側の街灯から放たれた光と重なり合って、光エネルギーを無駄にしてしまう。その一方で、街灯からの光は狭い範囲だけに分布するため、道路上に連続的な明るさを確保するためには、単位距離内に、より多くの街灯を取り付けることが必要になる。
【発明の開示】
【０００３】
このように、この発明の目的は上述の課題を解決することであり、点光源からランバート放射の形で放たれた光を、均一で矩形を呈するライトスポットに変換することができる配光方法を提供することである。
【０００４】
上述の目的は、以下の技術的な解決策によって達成することができる。
配光方法において、光源から放たれた光の一部は、配光カップから直接外に放射され、上記光源から放たれた光の他部は、上記配光カップの内壁に放射され、その後、前記配光カップから外に反射される。直接外に向けて放射される上記光の一部は、矩形を呈するメインライトスポットを形成する。最初に上記内壁に放射され、上記配光カップによって反射される上記光の他部は、矩形のメインライトスポットに一部が重なり合った、矩形を呈するライトスポットを形成する。
【０００５】
したがって、この発明の利点は、以下の通りである。この発明は、点光源から放たれた光を、長く狭い空間での使用に好ましい、矩形のライトスポットに変換することができる。内壁に放射され、配光カップによって反射された光が、メインライトスポットに一部が重なり合った矩形のライトスポットを形成する。このため、この発明は、より高い光効率及び明るさ、より均一なライトスポットを有することができるようになる。
【０００６】
その上、この発明は、以下の技術的な解決策により、更に改善される。
【０００７】
メインライトスポットを形成するビーム角は、所定の値からなる。配光カップの内壁から反射された光のビーム角は、上記メインライトスポットを形成するビーム角に等しい。反射光のビーム角は、配光カップの開口部から底部まで、所定の範囲内で徐々に変化する。上記のように、メインライトスポットを形成するビーム角は、所定の値からなり、光源及び照明対象間距離とライトスポットの寸法との関係は、ピタゴラスの定理に基づいて計算することができる。その結果、照明の明るさと照明の範囲とが決定される。一方、配光カップの開口部から反射された光のビーム角は、メインライトスポットのビーム角に等しく、反射光のビーム角は、配光カップの開口部から底部まで、所定の範囲内で徐々に変化する。このため、ライトスポットは、メインライトスポットの薄暗い周縁部に一部を重ね合せることができるようになり、その結果、ライトスポットがより均一になる。
【０００８】
配光カップの内壁に放射された光のビーム角は、配光カップの開口部から底部まで一様に変化する。
【０００９】
配光カップの縦方向において、メインライトスポットのビーム角は３０°であり、配光カップの内壁に放射されて反射された光のビーム角は、３０°から０°まで徐々に変化する。一方、配光カップの横方向において、メインライトスポットのビーム角は６２°であり、配光カップの内壁に放射されて反射された光のビーム角は、６２°から３０°まで徐々に変化する。その結果、光源及び照明対象間の距離が１２ｍである場合には、４０ｍ×１２ｍのライトスポットを作り出すことができる。
【００１０】
この発明の他の目的は、点光源から放たれた光を、より高い光効率及び明るさ、より均一な照明を備えた矩形のライトスポットに変換することができる配光カップを提供することである。
【００１１】
上記目的は、以下の技術的な解決策によって達成することができる。
【００１２】
配光カップは、底部と、側壁と、底部及び側壁の各内面に備えられた反射層とを備える。ここで、上記底部は矩形を呈し、配光カップの内面は内側に凹状に反り、上記側壁は、カップ本体を囲むように周囲に備えられて、矩形を呈する開口部を形成する。
【００１３】
この発明の利点は、以下の通りである。配光カップの矩形を呈する開口部は、矩形のライトスポットを作り出すことができる。このため、長く狭い空間でこの発明を使用することができるようになり、配光カップから外へ放射される光を確実に矩形にできる。一方、側壁の内面は内側に凹状を呈し、カップ本体を囲むように周囲に備えられて、矩形の開口部を形成する。そのため、反射光により、メインライトスポットと同様な矩形のライトスポットを形成することができる。反射光によって形成されたライトスポットは、一部がメインライトスポットに重なり合い、その結果、明るさと光効率とがより高くなり、ライトスポットはより均一化する。
【００１４】
好適には、メインビーム角は所定の値からなり、側壁の凹状の曲面は、スネルの法則によって算出された自由曲面からなる。カップの開口部から反射された光のビーム角は、メインビーム角に等しい。反射光のビーム角は、配光カップの開口部から底部まで、所定の範囲内で徐々に変化する。
【００１５】
好適には、側壁は、反射光のビーム角を、配光カップの開口部から底部まで一様に変化させる構造である。
【００１６】
好適には、配光カップの縦方向において、メインライトスポットのビーム角は３０°であり、反射光のビーム角は、開口部から底部まで、３０°から０°以内で順々に、徐々に変化する。
【００１７】
好適には、配光カップの横方向において、メインライトスポットのビーム角は６２°であり、反射光のビーム角は、開口部から底部まで、６２°から３０°以内で順々に、徐々に変化する。
【００１８】
好適には、光源用の取付穴は、配光カップの底部の中央部に備えられる。
【００１９】
好適には、反射層は、中間薄膜或いは金属薄膜からなる。
或いは、反射層は、アルミニウム被膜層からなる。
【００２０】
更に、この発明の目的は、より高い明るさとより均一な照明を備えた矩形のライトスポットを地表に作り出すことができる街灯を提供することである。
【００２１】
上記目的は、以下の技術的な解決策によって達成することができる。
【００２２】
街灯は、ランプポールと、ランプヘッド内に取り付けられた配光カップと、配光カップ内に備えられた光源とを備える。ここで、配光カップは上述の配光カップであり、配光カップの縦方向が、車道に対して平行となる。
【００２３】
この発明の利点は、以下の通りである。従来の円形のライトスポットと比較して、この発明に係る配光カップは、同じ光強度下において、より高い明るさとより均一な照明とを備えた矩形のライトスポットを作り出すことができる。これにより、２本の街灯間距離をより長くすることが可能になる。したがって、車道の単位長さ内に据え付けられる街灯の本数を減らし、消費電力量の削減が実現できる。
【００２４】
好適には、多数の配光カップがランプポールの頂部に備えられ、各配光カップに光源が備えられる。
【００２５】
好適には、配光カップは、整列して或いは交互に並べられる。
【００２６】
好適には、光源は高出力ＬＥＤである。
【００２７】
この発明の更なる特徴と利点は、以下の説明によって明らかになる。以下の説明は、添付の図面を参照し、非制限的な例として提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１及び図２において、配光カップ１は矩形の空洞を有する。底部１１は矩形を呈し、光源の取付穴が中央部に備えられている。この発明において、光源は、ランバート放射の形で光を放つことができる点光源１４が望ましい。点光源１４は、例えば、高出力ＬＥＤやタングステンランプ、蛍光灯といった周知の光源でも良い。側壁１２及び１３は、上記カップの底部を囲み、矩形を呈する開口部を形成する。底部１１の表面、並びに側壁１２及び１３の各表面には、反射層が備えられている。反射層は、中間薄膜（即ち、ＴｉＯ２やＳｉＯ２、ＭｇＦ２）、或いは金属薄膜（即ち、アルミニウム被膜やアルゴン被膜）等からなる。また、反射層は、底部１１の表面や側壁１２及び１３の各表面を、適切な反射効果が得られるように、直接研磨することによっても得ることができる。上記反射効果が得られる曲面が確保できれば、他のどんな方法を用いても良い。
【００２９】
側壁１２及び１３は、底部１１の中央部にある点光源１４から放たれた光を、１回で配光カップから外に反射させるように設計されている。これにより、配光カップ１の内部で光が繰り返し反射されることに起因する光エネルギーの浪費を避ける。それは、側壁１２及び１３と底部１１とによって形成される角度を、スネルの法則に基づいて正確に設計することによって達成することができる。しかし、狭い範囲で変化する反射光の角度をコントロールするためには、側壁１２及び１３を凹状の曲面として設計し、配光カップ１によって作り出されるライトスポットの形状と各領域のライトスポットの明るさとをコントロールすることが望ましい。
【００３０】
図３ｂ及び図４に例として示されているように、配光カップ１の構造及び設計原理を、縦方向における側壁１３を用いて以下に説明する。図３ｂ及び図４では、垂直方向のＹ軸と水平方向のＸ軸とを有する二次元座標系を定めるため、（光源１４が配置された）底部１１の中央部を原点とみなしている。メインライトスポットのビーム角は、配光カップから直接外に放射された光と配光カップの軸（図４におけるＸ軸）との間の最も広い角度である。言い換えれば、配光カップの縁をちょうど通って放射された光と配光カップの軸とによって形成された角度である。メインライトスポットのビーム角は、ライトスポットの形状と明るさに、大きな影響を与える。光源１４と照明の対象との距離が一定のままである場合、ビーム角が広がると、それに応じてライトスポットの範囲は大きくなり、光強度は低くなる。それに対し、ビーム角が狭くなると、ライトスポットの範囲は小さくなり、光強度は高くなる。実際の適用において、設計者は、ピタゴラスの定理に基づいてビーム角を計算できる。例えば、この発明が街灯に採用され、参考までに、ビーム角が３０°で、取り付け高さが１２ｍである場合、ライトスポットの幅は１３．８ｍになる。
【００３１】
反射光のビーム角は、配光カップ１の内壁１３に放射されて反射された全ての光と配光カップ１の軸とによって形成された角度である。この発明において、光は側壁１３によって反射される。そのため、反射光によって形成されるライトスポットは、メインライトスポットの形状と似た形状を呈する。そして、側壁１３によって反射された各光のビーム角は、配光カップ１の曲率によってコントロールされ、ライトスポットの形状と明るさとがコントロールされる。その結果、ライトスポットは、メインライトスポットの薄暗い範囲に付加され、より均一な明るさを得ることができる。最も大きいビーム角は、側壁１３の最上端に放射されて反射された光と配光カップの軸との間の角度である。この発明の目的は、ライトスポットを、メインライトスポットの薄暗い周縁部に付加することである。最も大きいビーム角は、メインライトスポットのビーム角に等しくしなければならず、そのため、配光カップの開口部の左端に放射された光は、メインライトスポットの最右端に向けて反射される。そして、配光カップの開口部の下の内壁によって反射された光のビーム角は、幾何学的な割合で減少し、反射光はメインライトスポットの内側に位置を変えていく。その結果、ライトスポットの強度は外側から内側にかけて強くなっていき、最終的に、全体の明るさが均一化される。
【００３２】
上述の反射効果を実現する、光を反射させるための曲面は、スネルの法則と積分反復法とによって計算された自由曲面からなる。図４において、上記曲面の断面曲線は、次式を満足しなければならない
【００３３】
【数１】
2009099526.tif 000003
【００３４】
上記曲線の各ポイントの座標は、例えば、以下の要素に基づいて決定される。
側壁１３の（配光カップの開口部のＹ軸）高さが１０ｍｍ、配光カップの底部の幅が６ｍｍ、メインライトスポットのビーム角が３０°であり、配光カップの側壁１３に放射されて反射された光のビーム角が、配光カップの開口部から底部まで、３０°から０°以内で、幾何学的な割合で徐々に変化する。側壁の高さは、１０００個の積分ポイントに分割される。即ち、以下の通りである。
【００３５】
【数２】
2009099526.tif 000004
【００３６】
上式において、ｎは計算された数値の中の現在のポイントを、ｎ＋１は計算された数値の中の次のポイントを示している。Δｘ及びΔｙは、Ｘ軸及びＹ軸方向の微小変化量である。初期条件に基づくと、以下の通りとなる。
【００３７】
【数３】
2009099526.tif 000005
【００３８】
各ポイントの座標は、底部から上方へ、上記方程式に基づく積分反復法によって計算することができる。例えば、第１のポイントの座標は（３．００５７７，０．０１）、第２のポイントの座標は（３．０１１５２，０．０２）、第３のポイントの座標は（３．０１７２６，０．０３）となり、そして、最終のポイントは（５．７７３５０，１０）となる。本実施の形態においては、Ｙ軸方向に１０００個の積分ポイントに分割されているが、積分ポイントは、実際の要求精度に応じて広くも狭くもできる。配光カップの横方向においても、側壁の自由曲面は同様である。配光カップの横方向におけるメインライトスポットのビーム角は６２°であり、配光カップの側壁１３に放射されて反射された光のビーム角は、開口部から底部まで、６２°から３０°まで幾何学的な割合で徐々に変化する。このような配光カップ１が１２ｍの高さに取り付けられている場合、４０ｍ×１３．８ｍを呈する矩形で均一なライトスポットを得ることができる。各ポイントの計算は、コンピュータソフトウェアによって完了させることができ、次いで、各点が滑らかな曲線で接続される。その後、コンピュータの製図ソフトウェアによってモデルが作られ、最終的に、デジタル制御された機械加工や精密鋳造によって製造が行われる。
【００３９】
図５において、上述の配光カップ１を採用した街灯の第１の実施の形態では、配光カップ１が、ランプポール２の頂部に取り付けられている。配光カップ１内には、高圧ナトリウムランプや高出力ＬＥＤ等からなる光源１４が備えられ、配光カップの縦方向が、車道に対して平行に配置されている。この発明における配光カップは、従来の円形のライトスポットと比較して、同じ光強度下において、より強い明るさとより均一な照明とを備えた矩形のライトスポット作り出すことができ、これにより、２本の街灯を配置するための間隔をより長くすることが可能となる。したがって、車道の単位長さ内に据え付けられる街灯の本数を減らすことができ、消費電力量の削減が実現できる。更に、通行人が目まいを感じないようにするため、配光カップの前に、拡散構造を有する配光パネル１５を備えても良い。
【００４０】
図６及び図７、図８において、街灯の他の実施の形態では、ランプヘッド３がランプポールの頂部に取り付けられ、多数の配光カップ１が、ランプヘッド３内に備えられている。各配光カップ内には光源１４が備えられており、全ての配光カップの縦方向が、車道に対して平行に配置されている。多数の配光カップ１は、図７に示すように交互に、或いは、図８に示すように整列して並べられている。
【００４１】
ライトスポットの寸法と明るさとは、ＬＥＤの数量に関連している。ＬＥＤの様々な数量を備えたこの発明の街灯について、種々の取り付け高さと実験データとが、以下に示されている。使用者は、実際の適用に応じて自由に選択することができる。
【００４２】
【表１】
2009099526.tif 000006
【００４３】
ここで、光束は１つの街灯を用いて測定されている。採用されたＬＥＤの出力は１Ｗ、各ＬＥＤの光束は７０〜８０ｌｍである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の好適な実施の形態における配光カップの構造を示す概略図である。
【図２】この発明の好適な実施の形態における配光カップの内壁を示す概略断面図である。
【図３ａ】横方向に光を反射するこの発明の配光カップを示す概略図である。
【図３ｂ】縦方向に光を反射するこの発明の配光カップを示す概略図である。
【図４】この発明における配光カップの側壁の曲面の断面曲線を示す数学モデルである。
【図５】この発明の第１の実施の形態における街灯の構造を示す概略図である。
【図６】この発明の第２の実施の形態における街灯の構造を示す第１概略図である。
【図７】この発明の第２の実施の形態におけるランプヘッドの構造を示す第２概略図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態におけるランプヘッドの構造を示す第３概略図である。
【図１】
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【図２】
2009099526.tif 000008
【図３ａ】
2009099526.tif 000009
【図３ｂ】
2009099526.tif 000010
【図４】
2009099526.tif 000011
【図５】
2009099526.tif 000012
【図６】
2009099526.tif 000013
【図７】
2009099526.tif 000014
【図８】
2009099526.tif 000015