光学レンズ及び照明装置
【課題】直交する２軸方向で異なる狙いの配光分布に光を制御しつつ、眩しさを抑える。
【解決手段】レンズ領域１９は、ＬＥＤ１１の発光面１１ａから発せられる光を入射する入射面１９ａと、入射面１９ａに入射した光を出射する出射面１９ｂとを有する。入射面１９ａには、複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成されている。このシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、母線が互いに略平行な第１円柱面１９ｃを有する。一方、出射面１９ｂには、一つのシリンダーレンズが形成されている。この一つのシリンダーレンズは、母線が第１円柱面１９ｃの母線に対して略垂直な第２円柱面１９ｄを有する。
【解決手段】レンズ領域１９は、ＬＥＤ１１の発光面１１ａから発せられる光を入射する入射面１９ａと、入射面１９ａに入射した光を出射する出射面１９ｂとを有する。入射面１９ａには、複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成されている。このシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、母線が互いに略平行な第１円柱面１９ｃを有する。一方、出射面１９ｂには、一つのシリンダーレンズが形成されている。この一つのシリンダーレンズは、母線が第１円柱面１９ｃの母線に対して略垂直な第２円柱面１９ｄを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ及び照明装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源の正面に透明なレンズを備え、狙いの配光に光を制御しつつ、光源の眩しさを軽減した照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光灯や白熱電球等の従来光源に比べ、ＬＥＤは、近年その発光効率と光束の向上に伴って、ダウンライトやスポットライト、誘導灯等の屋内照明装置、また防犯灯や街路灯等の屋外照明装置の光源として用いられはじめている。特に防犯灯は、市街地に多数設置されるため、低消費電力であるＬＥＤを使用すれば、環境に対する効果が非常に大きい。またＬＥＤは長寿命なため、光源の交換サイクルを伸ばし各自治体の支出を抑制できることから、現在、蛍光灯からの急速な置き換えが進んでいる。
【０００３】
図１２は、道路に沿って設置された防犯灯の一例を示す図である。
【０００４】
防犯灯は夜間の通行の安全を守るための照明装置で、図１２のように道路に沿った電柱等に設置されている。道路や通行人を照らすため、防犯灯には路面上や顔の高さ辺りの必要照度が決められている。また、防犯灯には通常一台あたり数１００〜数１０００［ｌｍ（ルーメン）］の光束が必要であるのに対し、ＬＥＤ一灯あたりの光束は１００［ｌｍ］程度でしかないため、一台の防犯灯に複数個のＬＥＤが搭載される。現在、ＬＥＤは蛍光灯や白熱電球等に比べ、得られる光束に対する価格がまだまだ高いので、防犯灯に限らず多くの照明装置で、ＬＥＤの光源コストが装置全体のコストの約１／２も占めている。
【０００５】
防犯灯では、設置コストを抑えるために、路面上や顔の高さ辺りの必要照度を満たしながら設置間隔を広げること、また装置コストを抑えるために、防犯灯一台あたりに搭載されるＬＥＤの個数を少なくすることが求められる。このように、少ない数のＬＥＤの光束を効率的に使用し、設置間隔を広げるには、道路進行方向には光を広げ、道路幅員方向には逆に光を絞り集めるといった直交する２軸で異なる配光が必要となってくる。
【０００６】
狙いとする配光分布に光を制御するには、ＬＥＤの正面に透明なレンズを配置し、そしてＬＥＤ一つずつに同形状のレンズ面を設け、ＬＥＤ、レンズ面ともに同数のアレイ状とするのが、効果的かつ簡便な手法である。さらに各レンズにおいて、ＬＥＤからの光の入射面もしくは出射面、あるいは双方の面を道路進行方向と道路幅員方向で異なる形状にすることで、直交する２軸方向で異なる配光とすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１８６６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＥＤは小型で発光面積が小さいため高輝度である。つまり眩しい。
【０００９】
前述したようにＬＥＤの正面に透明なレンズを配置し、配光制御を行う場合、ＬＥＤ一つ分に対応するレンズ面は、通常入射面、出射面ともに不連続な箇所を持たない連続面である。このようなレンズの場合、ＬＥＤの発光面がレンズを通して直接見えるため眩しく、配光制御している分、レンズを見る方位によってはＬＥＤそのものより眩しいことがある。
【００１０】
眩しさを軽減するために、一般に行われるようにレンズの入射面や出射面を梨地面にしたり、拡散材を練り込んだ半透明な樹脂でレンズを製作したりすると、狙いの配光分布に光を制御できなくなる。そして、少ない数のＬＥＤでは前述した必要照度を満足できなくなり、防犯灯の設置間隔を狭くする、あるいは搭載するＬＥＤの個数を増やす等の補償が必要となり、コスト高になってしまう。
【００１１】
本発明は、例えば、直交する２軸方向で異なる狙いの配光分布に光を制御しつつ、眩しさを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一の態様に係る光学レンズは、
少なくとも１つの光源から発せられる光を入射する入射面と光を出射する出射面とを有し、
前記少なくとも１つの光源の光源１つ分に対応する前記入射面と前記出射面とのうち、一方には、母線が互いに略平行な第１円柱面を有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、他方には、母線が前記第１円柱面の母線に対して略垂直な第２円柱面を有する一つのシリンダーレンズが形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一の態様によれば、光学レンズの入射面と出射面とのうち、一方には、母線が互いに略平行な第１円柱面を有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、他方には、母線が上記第１円柱面の母線に対して略垂直な第２円柱面を有する一つのシリンダーレンズが形成されているため、直交する２軸方向で異なる狙いの配光分布に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る照明装置の分解斜視図。
【図２】実施の形態１に係る照明装置のレンズ領域と基板との部分拡大図。
【図３】実施の形態１に係る照明装置のレンズ領域のＬＥＤ一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表。
【図４】比較例に係る照明装置のレンズ領域と基板との部分拡大図。
【図５】実施の形態１に係る照明装置のレンズ領域の輝度の分布を示す図。
【図６】比較例に係る照明装置のレンズ領域の輝度の分布を示す図。
【図７】実施の形態２に係る照明装置のレンズ領域と基板との部分拡大図。
【図８】実施の形態２に係る照明装置のレンズ領域のＬＥＤ一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表。
【図９】実施の形態１に係る照明装置と実施の形態２に係る照明装置との道路進行方向の配光分布を示すグラフ。
【図１０】実施の形態１に係る照明装置と実施の形態２に係る照明装置との道路幅員方向の配光分布を示すグラフ。
【図１１】実施の形態２に係る照明装置のレンズ領域の輝度の分布を示す図。
【図１２】道路に沿って設置された防犯灯の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明装置１０の分解斜視図である。
【００１７】
照明装置１０は、ＬＥＤ１１、基板１２、コネクタ１３、ケーブル１４、電源１５、筐体１６、パッキン１７、カバー１８を備える。なお、本実施の形態では、照明装置１０が防犯灯として使用されるものとするが、照明装置１０は、街路灯その他の屋外照明器具として使用されてもよいし、建物内の廊下や通路等を照らす屋内用の照明器具として使用されてもよい。
【００１８】
光源であるＬＥＤ１１は基板１２上に、略直線状かつ等間隔に配列・実装されている。基板１２は、アルミニウム等の金属、あるいはガラスエポキシ樹脂やセラミック等の板材からなり、その表面にはＬＥＤ１１を点灯駆動するための回路パターン（図示していない）がプリントされている。基板１２は、コネクタ１３、ケーブル１４を介して、電源１５より給電される。基板１２と電源１５はネジ止め等により、筐体１６に固定される。筐体１６はアルミニウムやマグネシウム等のダイキャスト製、もしくはプラスチック成形品である。ＬＥＤ１１、基板１２、コネクタ１３、ケーブル１４、電源１５は、筐体１６に収納されている。
【００１９】
筐体１６の正面、出光側には、防水用のパッキン１７を挟んで、カバー１８がネジ止め等により取り付けられる。カバー１８はアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂であり、射出成形により製作される。カバー１８のうちＬＥＤ１１の正面に位置する部位に、レンズ領域１９（光学レンズの一例）が設けられている。図１ではレンズ領域１９を実際のレンズ形状で描画せず、網掛けにてその領域だけを示している。このレンズ領域１９を、カバー１８とは別の独立したレンズ部材として設けても構わないが、このように装置外郭のカバー１８と一体に形成することで低コスト化が図れる。カバー１８のレンズ領域１９以外の部位は、外観向上のため梨地面とするのが好ましい。カバー１８の清掃を考慮すると、梨地面とするのはカバー１８の内側、筐体１６側の面のみでよい。
【００２０】
その他、筐体１６には、電源１５を覆う板金カバー（図示していない）や昼夜を判断する照度センサ（図示していない）が搭載される場合がある。
【００２１】
なお、図１２に示すように、道路に沿って設置される防犯灯の場合、カバー１８の正面が鉛直（真下）方向を向くのではなく、２０［ｄｅｇ（度）］前後の角度で傾けて道路中央線方向を向くように設置される。このため、図１と図１２に示した「道路幅員方向」の矢印の方向は厳密には異なるが、本明細書においては略同じ方向とみなし、以降、他の図も含め、特に区別せず同じ「道路幅員方向」として扱う。
【００２２】
図２は、レンズ領域１９とＬＥＤ１１を実装した基板１２との部分拡大図である。
【００２３】
レンズ領域１９は、ＬＥＤ１１の発光面１１ａから発せられる光を入射する入射面１９ａと、入射面１９ａに入射した光を出射する出射面１９ｂとを有する。入射面１９ａには、複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成されている。このシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、母線が互いに略平行な第１円柱面１９ｃを有する。一方、出射面１９ｂには、一つのシリンダーレンズが形成されている。この一つのシリンダーレンズは、母線が第１円柱面１９ｃの母線に対して略垂直な第２円柱面１９ｄを有する。前述したように、本実施の形態では、基板１２上に複数のＬＥＤ１１が略直線状に配置されており、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイは、これら複数のＬＥＤ１１各々に対して一つずつ形成されており、出射面１９ｂの一つのシリンダーレンズは、これら複数のＬＥＤ１１全体に対して形成されている。入射面１９ａのシリンダーレンズアレイは、一つ一つのシリンダーレンズアレイの中心が一つ一つのＬＥＤ１１の光軸上に位置するように形成されている。出射面１９ｂの一つのシリンダーレンズは、そのシリンダーレンズの中心軸が一つ一つのＬＥＤ１１の光軸と交差するように形成されている。また、本実施の形態では、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズが凹レンズ、出射面１９ｂの一つのシリンダーレンズが凸レンズになっている。
【００２４】
このように、レンズ領域１９のうち入射面１９ａ、つまりＬＥＤ１１側の面は、シリンダーレンズのアレイとなっている。道路進行方向にＬＥＤ１１が繰り返し配置されているためだけでなく、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面においても、細かくアレイを形成している。アレイでは、細いシリンダーレンズが道路進行方向に多数並んでいる。一つ一つのシリンダーレンズは道路進行方向に凹の曲率を有し、その母線は道路幅員方向に伸びている。一方、入射面１９ａに対向する出射面１９ｂはアレイではなく、一つのシリンダーレンズで形成されている。出射面１９ｂ側のシリンダーレンズは、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイに直交する方向に形成されており、即ち道路幅員方向に凸の曲率を有し、道路進行方向に母線が伸びている。
【００２５】
本実施の形態では、ＬＥＤ１１は道路進行方向に沿って基板１２上に並んでいる。このため、入射面１９ａは、ＬＥＤ１１一つ分に対応するシリンダーレンズアレイを道路進行方向に繰り返した形状になっており、出射面１９ｂは、凸のシリンダーレンズを道路進行方向につないだ形状になっている。なお、本実施の形態では、ＬＥＤ１１を道路進行方向に沿って並べているが、道路幅員方向に沿って並べてもよい。この場合、入射面１９ａは、ＬＥＤ１１一つ分に対応するシリンダーレンズアレイを道路幅員方向につないだ形状になり、出射面１９ｂは、凸のシリンダーレンズを道路幅員方向にＬＥＤ１１の個数分並べた形状になる。即ち、入射面１９ａでは、複数のＬＥＤ１１全体に対して一つのシリンダーレンズアレイが形成され、出射面１９ｂでは、これら複数のＬＥＤ１１各々に対して一つずつシリンダーレンズが形成されることになる。また、ＬＥＤ１１はｍ個×ｎ列のようにマトリックス状に配置してもよい。この場合、レンズ領域１９は、上記同様に、これらＬＥＤ１１の配列に応じた形状となる。
【００２６】
前述したように、防犯灯では、道路進行方向には光を広げ、道路幅員方向には逆に光を絞り集めるといった直交する２軸方向で異なる配光分布が求められる。このような配光分布を生むため、本実施の形態では入射面１９ａ側と出射面１９ｂ側で直交する方向のシリンダーレンズを用い、なおかつ入射面１９ａは凹のシリンダーレンズにして道路進行方向に光を広げる作用を持たせ、出射面１９ｂは凸のシリンダーレンズにして道路幅員方向に光を絞り集める作用を持たせた。さらに、入射面１９ａ側の凹のシリンダーレンズは一つ一つを細いシリンダーレンズとし、これを多数並べてアレイとした。
【００２７】
ＬＥＤ１１の発光面１１ａより発せられ入射面１９ａのシリンダーレンズアレイのうち一つのシリンダーレンズに入射した光は、凹の作用により、その発散角が広げられる。入射面１９ａの各シリンダーレンズは曲率半径や幅、深さが全て同じ値ではなく、照明装置１０全体としての道路進行方向の配光分布が狙いの分布になるように、個々のシリンダーレンズで曲率半径や幅、深さが適正な値に選択されている。即ち、一つ一つのシリンダーレンズは光を拡散するのだが、アレイ全体としては配光が制御されるようになっている。
【００２８】
前述したように、ＬＥＤ１１の眩しさを軽減するためには、レンズ面を梨地面にする手法があるが、梨地面では入射してくる光線をランダムに散らしてしまう。これに対し、本実施の形態では、梨地面ほどの微小な凹凸ではないが、個々の形状が適切に設計された細かいシリンダーレンズアレイにより、微視的には光を拡散しつつ、巨視的には配光を制御している。概念としては、梨地面でＬＥＤ１１の眩しさを緩和するが、配光分布を完全拡散ではなく狙いの分布とするため、梨地面の微小な凹凸をそれぞれ然るべき形状にした、というものであり、実際には微小な凹凸一つずつを設計したり、製造したりするのは困難であるため、設計・製造可能なある程度のサイズを持ったシリンダーレンズのアレイとしていることになる。
【００２９】
なお、前述したように、道路に沿って設置される防犯灯の場合、照明装置１０は、地上に立設された電柱等の支柱に、所定の角度（例えば、２０ｄｅｇ）で傾斜するように取り付けられる。したがって、本実施の形態では、照明装置１０が、第１円柱面１９ｃの母線方向においてレンズ領域１９が所定の角度で傾斜するように取り付けられることになる。
【００３０】
図３は、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表である。
【００３１】
図３では、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面を構成する各シリンダーレンズの曲率半径や幅、凹（即ち、入射面１９ａ側）であれば（凹の中央部の）深さ、凸（即ち、出射面１９ｂ側）であれば（凸の中央部の）高さの設計値を示している。図２に示したように、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの中心位置は、道路進行方向にｘ軸をとり、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心（即ち、ＬＥＤ１１の光軸との交点）をｘ＝０として、ｘの値で表している。なお、本実施の形態において、ＬＥＤ１１同士の間隔は２０［ｍｍ（ミリメートル）］、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさはφ（直径）４．３［ｍｍ］である。
【００３２】
レンズを通して見るＬＥＤ１１の眩しさを緩和するためには、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの幅が細ければ細いほどよく、図３のようにＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさより１／２以下の細さにするのが好ましい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、第１円柱面１９ｃの幅がＬＥＤ１１の発光面１１ａの幅の１／２以下であることが望ましい。また、必ずしも必要ではないが、ＬＥＤ１１の真正面ｘ＝０より離れ、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの幅を細くし、ピッチを狭くするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの幅が小さいことが望ましい。
【００３３】
さらに、道路進行方向に光を広げた配光を少ない数のＬＥＤ１１で効率的に実現するには、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの曲率半径が略大きくなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの曲率半径が大きいことが望ましい。あるいはｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの深さが略浅くなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの深さが小さいことが望ましい。
【００３４】
図４は、比較例に係る照明装置のレンズ領域１９’とＬＥＤ１１を実装した基板１２との部分拡大図である。
【００３５】
この比較例では、レンズ領域１９’の形状のみが本実施の形態と異なる照明装置において、レンズ領域１９’のＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面が不連続な箇所を持たない、即ち連続面で構成されている。入射面１９ａ’側は簡単のため、平面としている。出射面１９ｂ’側は、道路進行方向の断面（道路幅員方向からみた断面）が非球面のトロイダル面であり、図４のように鼓型をしている。道路進行方向の断面は、ＬＥＤ１１の真正面、つまりレンズ中心近傍が凹で、中心より離れるに従って凸になっている。一方、道路幅員方向の断面（道路進行方向からみた断面）は、単純な凸（輪郭が円弧）である。レンズ領域１９’は、この鼓型レンズを、ＬＥＤ１１の並ぶ道路進行方向に沿って、ＬＥＤ１１の個数分つないだ形状になっている。
【００３６】
図５は、本実施の形態のレンズ領域１９の輝度の分布を示す図である。図６は、比較例のレンズ領域１９’の輝度の分布を示す図である。
【００３７】
図２の本実施の形態のシリンダーレンズアレイも、図４の比較例のトロイダル非球面も、路面上や顔の高さ辺りの必要照度は満足している。図５及び図６では、照明装置としての眩しさを比較するために、カバー１８、レンズ領域１９，１９’の正面方向を０［ｄｅｇ］とし、道路進行方向６０［ｄｅｇ］の角度から見た場合の、レンズ領域１９，１９’の輝度の分布を示している。なお、ＬＥＤ１１の一灯あたりの光束は１００［ｌｍ］である。図５のうち最も眩しい輝点の輝度は２２０万［ｃｄ／ｍ２（カンデラ毎平方メートル）］で、図６の方は５２０万［ｃｄ／ｍ２］であった。このように、本実施の形態のシリンダーレンズアレイでは、不連続な箇所を持たない連続面によるレンズに比べ、大幅に眩しさが抑えられている。
【００３８】
即ち、本実施の形態によれば、カバー１８のレンズ領域１９のうちＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面を、入射面１９ａと出射面１９ｂとで直交する方向のシリンダーレンズとし、入射面１９ａ側を細いシリンダーレンズを多数並べたアレイにすることにより、狙いの配光分布、即ち直交する２軸方向で異なる配光に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係る照明装置１０のカバー１８のレンズ領域１９は、細かいシリンダーレンズアレイとしているので、カバー１８全体では凹凸の起伏が緩やかであり、略均一な肉厚になっている。このため、カバー１８を射出成形により製作する場合、ヒケやソリが発生しにくく、製造が容易である。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００４１】
本実施の形態は、実施の形態１に係る照明装置１０においてレンズ領域１９の形状を別の形状に換えたものである。
【００４２】
図７は、本実施の形態に係る照明装置１０のレンズ領域１９とＬＥＤ１１を実装した基板１２との部分拡大図である。
【００４３】
実施の形態１では、レンズ領域１９の入射面１９ａのシリンダーレンズアレイは凹の曲率を有していたが、本実施の形態では凸の曲率を有している。即ち、本実施の形態では、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズが凸レンズになっている。
【００４４】
凹のシリンダーレンズアレイを射出成形により製作する場合、金型は凸形状になる。金型を出っ張らせる必要があるため、金型加工において除去量が多く、加工時間がかかり、コスト高になる。また、シリンダーレンズ同士が隣り合う境界部分の加工には、針のように先の尖った刃具が必要になる。尖った刃具は磨耗が激しい上、加工時間が多くかかる。さらに、例え尖った刃具を用いても、シリンダーレンズ同士の境界には幾らか凹の曲率が付き、成形品では凸となって、凹のシリンダーレンズアレイが多少崩れた形状になるおそれがある。このように、凹のシリンダーレンズアレイには製作上の難点が幾つかある。
【００４５】
一方、本実施の形態の凸のシリンダーレンズアレイでは、金型形状は凹になり、これらの難点は解消されるので、金型を安価簡便に製作することができる。
【００４６】
入射面１９ａが凸のシリンダーレンズの場合、直感的には、道路進行方向に光を広げる作用を持たせられず、必要な配光が得られないように思われるが、実際には、個々のシリンダーレンズの曲率半径や幅、高さを適切に設計することで、狙いの配光を得ることができる。それでいて、もちろん凹のシリンダーレンズアレイと同じく、ＬＥＤ１１の眩しさを緩和する効果を得られる。
【００４７】
図８は、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表である。
【００４８】
図８では、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面を構成する各シリンダーレンズの曲率半径や幅、（凸の中央部の）高さの設計値を示している。図７に示したように、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの中心位置は、道路進行方向にｘ軸をとり、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心（即ち、ＬＥＤ１１の光軸との交点）をｘ＝０として、ｘの値で表している。なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態において、ＬＥＤ１１同士の間隔は２０［ｍｍ］、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさはφ４．３［ｍｍ］である。
【００４９】
実施の形態１と同様、レンズを通して見るＬＥＤ１１の眩しさを緩和するためには、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの幅が細ければ細いほどよく、図８のようにＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさより１／２以下の細さにするのが好ましい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、第１円柱面１９ｃの幅がＬＥＤ１１の発光面１１ａの幅の１／２以下であることが望ましい。また、必ずしも必要ではないが、ＬＥＤ１１の真正面ｘ＝０より離れ、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの幅を細くし、ピッチを狭くするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの幅が小さいことが望ましい。
【００５０】
さらに、道路進行方向に光を広げた配光を少ない数のＬＥＤ１１で効率的に実現するには、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの曲率半径が略大きくなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの曲率半径が大きいことが望ましい。あるいはｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの高さが略低くなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの高さが小さいことが望ましい。
【００５１】
図９は、実施の形態１に係る照明装置１０と本実施の形態に係る照明装置１０との道路進行方向の配光分布を示すグラフである。図１０は、実施の形態１に係る照明装置１０と本実施の形態に係る照明装置１０との道路幅員方向の配光分布を示すグラフである。
【００５２】
図９及び図１０では、実施の形態１と本実施の形態とにおける照明装置１０で得られた配光分布を示すとともに、比較例として、ＬＥＤ１１を実装した基板１２そのものの配光分布も「ＬＥＤ単体」として示している。図９に示すように、道路進行方向では光を広げた配光が得られている。また、図１０に示すように、道路幅員方向では逆に光を絞り集めた配光が得られている。図９及び図１０から、実施の形態１と本実施の形態とで、同等の配光分布が得られていることが分かる。
【００５３】
図１１は、レンズ領域１９の輝度の分布を示す図である。
【００５４】
図１１では、実施の形態１の図５同様、カバー１８、レンズ領域１９の正面方向を０［ｄｅｇ］とし、道路進行方向６０［ｄｅｇ］の角度から見た場合の、レンズ領域１９の輝度の分布を示している。なお、ＬＥＤ１１の一灯あたりの光束は１００［ｌｍ］である。図１１のうち最も眩しい輝点の輝度は２１０万［ｃｄ／ｍ２］で、実施の形態１における図５と同等であった。
【００５５】
以上のことから、入射面１９ａは凹ではなく凸のシリンダーレンズアレイであっても、狙いの配光分布、即ち直交する２軸方向で異なる配光に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。実施の形態１では凹のシリンダーレンズアレイ、本実施の形態では凸のシリンダーレンズアレイ、いずれでも同程度の配光、輝度を達成できることから、凹凸が混在したシリンダーレンズアレイでもよいことが分かる。また、本実施の形態では、入射面１９ａと出射面１９ｂとの双方が凸のシリンダーレンズで構成されることより、レンズ領域１９を裏返し、出射面１９ｂをシリンダーレンズアレイ、入射面１９ａをアレイではなく、一つのシリンダーレンズとしても、配光・輝度を満足できることが分かる。即ち、出射面１９ｂに、母線が互いに略平行な第１円柱面１９ｃを有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、入射面１９ａに、母線が第１円柱面１９ｃの母線に対して略垂直な第２円柱面１９ｄを有する一つのシリンダーレンズが形成されていてもよい。但し、この場合、出射面１９ｂ側が道路進行方向の、入射面１９ａ側が道路幅員方向の配光を制御するようにする。さらには、実施の形態１と本実施の形態で配光・輝度に大差ないことから、出射面１９ｂが凸ではなく凹、あるいは凹凸混在のシリンダーレンズアレイであってもよいことが分かる。
【００５６】
即ち、本実施の形態によれば、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイが凸のシリンダーレンズアレイであっても、狙いの配光分布、即ち直交する２軸方向で異なる配光に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る照明装置１０の入射面１９ａは凸のシリンダーレンズアレイとなっているので、カバー１８の金型を安価簡便に製作することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 照明装置、１１ ＬＥＤ、１１ａ 発光面、１２ 基板、１３ コネクタ、１４ ケーブル、１５ 電源、１６ 筐体、１７ パッキン、１８ カバー、１９，１９’ レンズ領域、１９ａ，１９ａ’ 入射面、１９ｂ，１９ｂ’ 出射面、１９ｃ 第１円柱面、１９ｄ 第２円柱面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ及び照明装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源の正面に透明なレンズを備え、狙いの配光に光を制御しつつ、光源の眩しさを軽減した照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光灯や白熱電球等の従来光源に比べ、ＬＥＤは、近年その発光効率と光束の向上に伴って、ダウンライトやスポットライト、誘導灯等の屋内照明装置、また防犯灯や街路灯等の屋外照明装置の光源として用いられはじめている。特に防犯灯は、市街地に多数設置されるため、低消費電力であるＬＥＤを使用すれば、環境に対する効果が非常に大きい。またＬＥＤは長寿命なため、光源の交換サイクルを伸ばし各自治体の支出を抑制できることから、現在、蛍光灯からの急速な置き換えが進んでいる。
【０００３】
図１２は、道路に沿って設置された防犯灯の一例を示す図である。
【０００４】
防犯灯は夜間の通行の安全を守るための照明装置で、図１２のように道路に沿った電柱等に設置されている。道路や通行人を照らすため、防犯灯には路面上や顔の高さ辺りの必要照度が決められている。また、防犯灯には通常一台あたり数１００〜数１０００［ｌｍ（ルーメン）］の光束が必要であるのに対し、ＬＥＤ一灯あたりの光束は１００［ｌｍ］程度でしかないため、一台の防犯灯に複数個のＬＥＤが搭載される。現在、ＬＥＤは蛍光灯や白熱電球等に比べ、得られる光束に対する価格がまだまだ高いので、防犯灯に限らず多くの照明装置で、ＬＥＤの光源コストが装置全体のコストの約１／２も占めている。
【０００５】
防犯灯では、設置コストを抑えるために、路面上や顔の高さ辺りの必要照度を満たしながら設置間隔を広げること、また装置コストを抑えるために、防犯灯一台あたりに搭載されるＬＥＤの個数を少なくすることが求められる。このように、少ない数のＬＥＤの光束を効率的に使用し、設置間隔を広げるには、道路進行方向には光を広げ、道路幅員方向には逆に光を絞り集めるといった直交する２軸で異なる配光が必要となってくる。
【０００６】
狙いとする配光分布に光を制御するには、ＬＥＤの正面に透明なレンズを配置し、そしてＬＥＤ一つずつに同形状のレンズ面を設け、ＬＥＤ、レンズ面ともに同数のアレイ状とするのが、効果的かつ簡便な手法である。さらに各レンズにおいて、ＬＥＤからの光の入射面もしくは出射面、あるいは双方の面を道路進行方向と道路幅員方向で異なる形状にすることで、直交する２軸方向で異なる配光とすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１８６６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＥＤは小型で発光面積が小さいため高輝度である。つまり眩しい。
【０００９】
前述したようにＬＥＤの正面に透明なレンズを配置し、配光制御を行う場合、ＬＥＤ一つ分に対応するレンズ面は、通常入射面、出射面ともに不連続な箇所を持たない連続面である。このようなレンズの場合、ＬＥＤの発光面がレンズを通して直接見えるため眩しく、配光制御している分、レンズを見る方位によってはＬＥＤそのものより眩しいことがある。
【００１０】
眩しさを軽減するために、一般に行われるようにレンズの入射面や出射面を梨地面にしたり、拡散材を練り込んだ半透明な樹脂でレンズを製作したりすると、狙いの配光分布に光を制御できなくなる。そして、少ない数のＬＥＤでは前述した必要照度を満足できなくなり、防犯灯の設置間隔を狭くする、あるいは搭載するＬＥＤの個数を増やす等の補償が必要となり、コスト高になってしまう。
【００１１】
本発明は、例えば、直交する２軸方向で異なる狙いの配光分布に光を制御しつつ、眩しさを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一の態様に係る光学レンズは、
少なくとも１つの光源から発せられる光を入射する入射面と光を出射する出射面とを有し、
前記少なくとも１つの光源の光源１つ分に対応する前記入射面と前記出射面とのうち、一方には、母線が互いに略平行な第１円柱面を有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、他方には、母線が前記第１円柱面の母線に対して略垂直な第２円柱面を有する一つのシリンダーレンズが形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一の態様によれば、光学レンズの入射面と出射面とのうち、一方には、母線が互いに略平行な第１円柱面を有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、他方には、母線が上記第１円柱面の母線に対して略垂直な第２円柱面を有する一つのシリンダーレンズが形成されているため、直交する２軸方向で異なる狙いの配光分布に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る照明装置の分解斜視図。
【図２】実施の形態１に係る照明装置のレンズ領域と基板との部分拡大図。
【図３】実施の形態１に係る照明装置のレンズ領域のＬＥＤ一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表。
【図４】比較例に係る照明装置のレンズ領域と基板との部分拡大図。
【図５】実施の形態１に係る照明装置のレンズ領域の輝度の分布を示す図。
【図６】比較例に係る照明装置のレンズ領域の輝度の分布を示す図。
【図７】実施の形態２に係る照明装置のレンズ領域と基板との部分拡大図。
【図８】実施の形態２に係る照明装置のレンズ領域のＬＥＤ一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表。
【図９】実施の形態１に係る照明装置と実施の形態２に係る照明装置との道路進行方向の配光分布を示すグラフ。
【図１０】実施の形態１に係る照明装置と実施の形態２に係る照明装置との道路幅員方向の配光分布を示すグラフ。
【図１１】実施の形態２に係る照明装置のレンズ領域の輝度の分布を示す図。
【図１２】道路に沿って設置された防犯灯の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明装置１０の分解斜視図である。
【００１７】
照明装置１０は、ＬＥＤ１１、基板１２、コネクタ１３、ケーブル１４、電源１５、筐体１６、パッキン１７、カバー１８を備える。なお、本実施の形態では、照明装置１０が防犯灯として使用されるものとするが、照明装置１０は、街路灯その他の屋外照明器具として使用されてもよいし、建物内の廊下や通路等を照らす屋内用の照明器具として使用されてもよい。
【００１８】
光源であるＬＥＤ１１は基板１２上に、略直線状かつ等間隔に配列・実装されている。基板１２は、アルミニウム等の金属、あるいはガラスエポキシ樹脂やセラミック等の板材からなり、その表面にはＬＥＤ１１を点灯駆動するための回路パターン（図示していない）がプリントされている。基板１２は、コネクタ１３、ケーブル１４を介して、電源１５より給電される。基板１２と電源１５はネジ止め等により、筐体１６に固定される。筐体１６はアルミニウムやマグネシウム等のダイキャスト製、もしくはプラスチック成形品である。ＬＥＤ１１、基板１２、コネクタ１３、ケーブル１４、電源１５は、筐体１６に収納されている。
【００１９】
筐体１６の正面、出光側には、防水用のパッキン１７を挟んで、カバー１８がネジ止め等により取り付けられる。カバー１８はアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂であり、射出成形により製作される。カバー１８のうちＬＥＤ１１の正面に位置する部位に、レンズ領域１９（光学レンズの一例）が設けられている。図１ではレンズ領域１９を実際のレンズ形状で描画せず、網掛けにてその領域だけを示している。このレンズ領域１９を、カバー１８とは別の独立したレンズ部材として設けても構わないが、このように装置外郭のカバー１８と一体に形成することで低コスト化が図れる。カバー１８のレンズ領域１９以外の部位は、外観向上のため梨地面とするのが好ましい。カバー１８の清掃を考慮すると、梨地面とするのはカバー１８の内側、筐体１６側の面のみでよい。
【００２０】
その他、筐体１６には、電源１５を覆う板金カバー（図示していない）や昼夜を判断する照度センサ（図示していない）が搭載される場合がある。
【００２１】
なお、図１２に示すように、道路に沿って設置される防犯灯の場合、カバー１８の正面が鉛直（真下）方向を向くのではなく、２０［ｄｅｇ（度）］前後の角度で傾けて道路中央線方向を向くように設置される。このため、図１と図１２に示した「道路幅員方向」の矢印の方向は厳密には異なるが、本明細書においては略同じ方向とみなし、以降、他の図も含め、特に区別せず同じ「道路幅員方向」として扱う。
【００２２】
図２は、レンズ領域１９とＬＥＤ１１を実装した基板１２との部分拡大図である。
【００２３】
レンズ領域１９は、ＬＥＤ１１の発光面１１ａから発せられる光を入射する入射面１９ａと、入射面１９ａに入射した光を出射する出射面１９ｂとを有する。入射面１９ａには、複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成されている。このシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、母線が互いに略平行な第１円柱面１９ｃを有する。一方、出射面１９ｂには、一つのシリンダーレンズが形成されている。この一つのシリンダーレンズは、母線が第１円柱面１９ｃの母線に対して略垂直な第２円柱面１９ｄを有する。前述したように、本実施の形態では、基板１２上に複数のＬＥＤ１１が略直線状に配置されており、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイは、これら複数のＬＥＤ１１各々に対して一つずつ形成されており、出射面１９ｂの一つのシリンダーレンズは、これら複数のＬＥＤ１１全体に対して形成されている。入射面１９ａのシリンダーレンズアレイは、一つ一つのシリンダーレンズアレイの中心が一つ一つのＬＥＤ１１の光軸上に位置するように形成されている。出射面１９ｂの一つのシリンダーレンズは、そのシリンダーレンズの中心軸が一つ一つのＬＥＤ１１の光軸と交差するように形成されている。また、本実施の形態では、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズが凹レンズ、出射面１９ｂの一つのシリンダーレンズが凸レンズになっている。
【００２４】
このように、レンズ領域１９のうち入射面１９ａ、つまりＬＥＤ１１側の面は、シリンダーレンズのアレイとなっている。道路進行方向にＬＥＤ１１が繰り返し配置されているためだけでなく、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面においても、細かくアレイを形成している。アレイでは、細いシリンダーレンズが道路進行方向に多数並んでいる。一つ一つのシリンダーレンズは道路進行方向に凹の曲率を有し、その母線は道路幅員方向に伸びている。一方、入射面１９ａに対向する出射面１９ｂはアレイではなく、一つのシリンダーレンズで形成されている。出射面１９ｂ側のシリンダーレンズは、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイに直交する方向に形成されており、即ち道路幅員方向に凸の曲率を有し、道路進行方向に母線が伸びている。
【００２５】
本実施の形態では、ＬＥＤ１１は道路進行方向に沿って基板１２上に並んでいる。このため、入射面１９ａは、ＬＥＤ１１一つ分に対応するシリンダーレンズアレイを道路進行方向に繰り返した形状になっており、出射面１９ｂは、凸のシリンダーレンズを道路進行方向につないだ形状になっている。なお、本実施の形態では、ＬＥＤ１１を道路進行方向に沿って並べているが、道路幅員方向に沿って並べてもよい。この場合、入射面１９ａは、ＬＥＤ１１一つ分に対応するシリンダーレンズアレイを道路幅員方向につないだ形状になり、出射面１９ｂは、凸のシリンダーレンズを道路幅員方向にＬＥＤ１１の個数分並べた形状になる。即ち、入射面１９ａでは、複数のＬＥＤ１１全体に対して一つのシリンダーレンズアレイが形成され、出射面１９ｂでは、これら複数のＬＥＤ１１各々に対して一つずつシリンダーレンズが形成されることになる。また、ＬＥＤ１１はｍ個×ｎ列のようにマトリックス状に配置してもよい。この場合、レンズ領域１９は、上記同様に、これらＬＥＤ１１の配列に応じた形状となる。
【００２６】
前述したように、防犯灯では、道路進行方向には光を広げ、道路幅員方向には逆に光を絞り集めるといった直交する２軸方向で異なる配光分布が求められる。このような配光分布を生むため、本実施の形態では入射面１９ａ側と出射面１９ｂ側で直交する方向のシリンダーレンズを用い、なおかつ入射面１９ａは凹のシリンダーレンズにして道路進行方向に光を広げる作用を持たせ、出射面１９ｂは凸のシリンダーレンズにして道路幅員方向に光を絞り集める作用を持たせた。さらに、入射面１９ａ側の凹のシリンダーレンズは一つ一つを細いシリンダーレンズとし、これを多数並べてアレイとした。
【００２７】
ＬＥＤ１１の発光面１１ａより発せられ入射面１９ａのシリンダーレンズアレイのうち一つのシリンダーレンズに入射した光は、凹の作用により、その発散角が広げられる。入射面１９ａの各シリンダーレンズは曲率半径や幅、深さが全て同じ値ではなく、照明装置１０全体としての道路進行方向の配光分布が狙いの分布になるように、個々のシリンダーレンズで曲率半径や幅、深さが適正な値に選択されている。即ち、一つ一つのシリンダーレンズは光を拡散するのだが、アレイ全体としては配光が制御されるようになっている。
【００２８】
前述したように、ＬＥＤ１１の眩しさを軽減するためには、レンズ面を梨地面にする手法があるが、梨地面では入射してくる光線をランダムに散らしてしまう。これに対し、本実施の形態では、梨地面ほどの微小な凹凸ではないが、個々の形状が適切に設計された細かいシリンダーレンズアレイにより、微視的には光を拡散しつつ、巨視的には配光を制御している。概念としては、梨地面でＬＥＤ１１の眩しさを緩和するが、配光分布を完全拡散ではなく狙いの分布とするため、梨地面の微小な凹凸をそれぞれ然るべき形状にした、というものであり、実際には微小な凹凸一つずつを設計したり、製造したりするのは困難であるため、設計・製造可能なある程度のサイズを持ったシリンダーレンズのアレイとしていることになる。
【００２９】
なお、前述したように、道路に沿って設置される防犯灯の場合、照明装置１０は、地上に立設された電柱等の支柱に、所定の角度（例えば、２０ｄｅｇ）で傾斜するように取り付けられる。したがって、本実施の形態では、照明装置１０が、第１円柱面１９ｃの母線方向においてレンズ領域１９が所定の角度で傾斜するように取り付けられることになる。
【００３０】
図３は、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表である。
【００３１】
図３では、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面を構成する各シリンダーレンズの曲率半径や幅、凹（即ち、入射面１９ａ側）であれば（凹の中央部の）深さ、凸（即ち、出射面１９ｂ側）であれば（凸の中央部の）高さの設計値を示している。図２に示したように、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの中心位置は、道路進行方向にｘ軸をとり、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心（即ち、ＬＥＤ１１の光軸との交点）をｘ＝０として、ｘの値で表している。なお、本実施の形態において、ＬＥＤ１１同士の間隔は２０［ｍｍ（ミリメートル）］、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさはφ（直径）４．３［ｍｍ］である。
【００３２】
レンズを通して見るＬＥＤ１１の眩しさを緩和するためには、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの幅が細ければ細いほどよく、図３のようにＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさより１／２以下の細さにするのが好ましい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、第１円柱面１９ｃの幅がＬＥＤ１１の発光面１１ａの幅の１／２以下であることが望ましい。また、必ずしも必要ではないが、ＬＥＤ１１の真正面ｘ＝０より離れ、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの幅を細くし、ピッチを狭くするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの幅が小さいことが望ましい。
【００３３】
さらに、道路進行方向に光を広げた配光を少ない数のＬＥＤ１１で効率的に実現するには、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの曲率半径が略大きくなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの曲率半径が大きいことが望ましい。あるいはｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの深さが略浅くなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの深さが小さいことが望ましい。
【００３４】
図４は、比較例に係る照明装置のレンズ領域１９’とＬＥＤ１１を実装した基板１２との部分拡大図である。
【００３５】
この比較例では、レンズ領域１９’の形状のみが本実施の形態と異なる照明装置において、レンズ領域１９’のＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面が不連続な箇所を持たない、即ち連続面で構成されている。入射面１９ａ’側は簡単のため、平面としている。出射面１９ｂ’側は、道路進行方向の断面（道路幅員方向からみた断面）が非球面のトロイダル面であり、図４のように鼓型をしている。道路進行方向の断面は、ＬＥＤ１１の真正面、つまりレンズ中心近傍が凹で、中心より離れるに従って凸になっている。一方、道路幅員方向の断面（道路進行方向からみた断面）は、単純な凸（輪郭が円弧）である。レンズ領域１９’は、この鼓型レンズを、ＬＥＤ１１の並ぶ道路進行方向に沿って、ＬＥＤ１１の個数分つないだ形状になっている。
【００３６】
図５は、本実施の形態のレンズ領域１９の輝度の分布を示す図である。図６は、比較例のレンズ領域１９’の輝度の分布を示す図である。
【００３７】
図２の本実施の形態のシリンダーレンズアレイも、図４の比較例のトロイダル非球面も、路面上や顔の高さ辺りの必要照度は満足している。図５及び図６では、照明装置としての眩しさを比較するために、カバー１８、レンズ領域１９，１９’の正面方向を０［ｄｅｇ］とし、道路進行方向６０［ｄｅｇ］の角度から見た場合の、レンズ領域１９，１９’の輝度の分布を示している。なお、ＬＥＤ１１の一灯あたりの光束は１００［ｌｍ］である。図５のうち最も眩しい輝点の輝度は２２０万［ｃｄ／ｍ２（カンデラ毎平方メートル）］で、図６の方は５２０万［ｃｄ／ｍ２］であった。このように、本実施の形態のシリンダーレンズアレイでは、不連続な箇所を持たない連続面によるレンズに比べ、大幅に眩しさが抑えられている。
【００３８】
即ち、本実施の形態によれば、カバー１８のレンズ領域１９のうちＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面を、入射面１９ａと出射面１９ｂとで直交する方向のシリンダーレンズとし、入射面１９ａ側を細いシリンダーレンズを多数並べたアレイにすることにより、狙いの配光分布、即ち直交する２軸方向で異なる配光に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係る照明装置１０のカバー１８のレンズ領域１９は、細かいシリンダーレンズアレイとしているので、カバー１８全体では凹凸の起伏が緩やかであり、略均一な肉厚になっている。このため、カバー１８を射出成形により製作する場合、ヒケやソリが発生しにくく、製造が容易である。
【００４０】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００４１】
本実施の形態は、実施の形態１に係る照明装置１０においてレンズ領域１９の形状を別の形状に換えたものである。
【００４２】
図７は、本実施の形態に係る照明装置１０のレンズ領域１９とＬＥＤ１１を実装した基板１２との部分拡大図である。
【００４３】
実施の形態１では、レンズ領域１９の入射面１９ａのシリンダーレンズアレイは凹の曲率を有していたが、本実施の形態では凸の曲率を有している。即ち、本実施の形態では、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズが凸レンズになっている。
【００４４】
凹のシリンダーレンズアレイを射出成形により製作する場合、金型は凸形状になる。金型を出っ張らせる必要があるため、金型加工において除去量が多く、加工時間がかかり、コスト高になる。また、シリンダーレンズ同士が隣り合う境界部分の加工には、針のように先の尖った刃具が必要になる。尖った刃具は磨耗が激しい上、加工時間が多くかかる。さらに、例え尖った刃具を用いても、シリンダーレンズ同士の境界には幾らか凹の曲率が付き、成形品では凸となって、凹のシリンダーレンズアレイが多少崩れた形状になるおそれがある。このように、凹のシリンダーレンズアレイには製作上の難点が幾つかある。
【００４５】
一方、本実施の形態の凸のシリンダーレンズアレイでは、金型形状は凹になり、これらの難点は解消されるので、金型を安価簡便に製作することができる。
【００４６】
入射面１９ａが凸のシリンダーレンズの場合、直感的には、道路進行方向に光を広げる作用を持たせられず、必要な配光が得られないように思われるが、実際には、個々のシリンダーレンズの曲率半径や幅、高さを適切に設計することで、狙いの配光を得ることができる。それでいて、もちろん凹のシリンダーレンズアレイと同じく、ＬＥＤ１１の眩しさを緩和する効果を得られる。
【００４７】
図８は、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面の設計値を示す表である。
【００４８】
図８では、レンズ領域１９の、ＬＥＤ１１一つ分に対応するレンズ面を構成する各シリンダーレンズの曲率半径や幅、（凸の中央部の）高さの設計値を示している。図７に示したように、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの中心位置は、道路進行方向にｘ軸をとり、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心（即ち、ＬＥＤ１１の光軸との交点）をｘ＝０として、ｘの値で表している。なお、実施の形態１と同様に、本実施の形態において、ＬＥＤ１１同士の間隔は２０［ｍｍ］、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさはφ４．３［ｍｍ］である。
【００４９】
実施の形態１と同様、レンズを通して見るＬＥＤ１１の眩しさを緩和するためには、入射面１９ａ側の各シリンダーレンズの幅が細ければ細いほどよく、図８のようにＬＥＤ１１の発光面１１ａの大きさより１／２以下の細さにするのが好ましい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、第１円柱面１９ｃの幅がＬＥＤ１１の発光面１１ａの幅の１／２以下であることが望ましい。また、必ずしも必要ではないが、ＬＥＤ１１の真正面ｘ＝０より離れ、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの幅を細くし、ピッチを狭くするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの幅が小さいことが望ましい。
【００５０】
さらに、道路進行方向に光を広げた配光を少ない数のＬＥＤ１１で効率的に実現するには、ｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの曲率半径が略大きくなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの曲率半径が大きいことが望ましい。あるいはｘの絶対値が大きくなるに従い、シリンダーレンズの高さが略低くなるようにするのがよい。即ち、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、ＬＥＤ１１の発光面１１ａの中心から遠いシリンダーレンズほど第１円柱面１９ｃの高さが小さいことが望ましい。
【００５１】
図９は、実施の形態１に係る照明装置１０と本実施の形態に係る照明装置１０との道路進行方向の配光分布を示すグラフである。図１０は、実施の形態１に係る照明装置１０と本実施の形態に係る照明装置１０との道路幅員方向の配光分布を示すグラフである。
【００５２】
図９及び図１０では、実施の形態１と本実施の形態とにおける照明装置１０で得られた配光分布を示すとともに、比較例として、ＬＥＤ１１を実装した基板１２そのものの配光分布も「ＬＥＤ単体」として示している。図９に示すように、道路進行方向では光を広げた配光が得られている。また、図１０に示すように、道路幅員方向では逆に光を絞り集めた配光が得られている。図９及び図１０から、実施の形態１と本実施の形態とで、同等の配光分布が得られていることが分かる。
【００５３】
図１１は、レンズ領域１９の輝度の分布を示す図である。
【００５４】
図１１では、実施の形態１の図５同様、カバー１８、レンズ領域１９の正面方向を０［ｄｅｇ］とし、道路進行方向６０［ｄｅｇ］の角度から見た場合の、レンズ領域１９の輝度の分布を示している。なお、ＬＥＤ１１の一灯あたりの光束は１００［ｌｍ］である。図１１のうち最も眩しい輝点の輝度は２１０万［ｃｄ／ｍ２］で、実施の形態１における図５と同等であった。
【００５５】
以上のことから、入射面１９ａは凹ではなく凸のシリンダーレンズアレイであっても、狙いの配光分布、即ち直交する２軸方向で異なる配光に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。実施の形態１では凹のシリンダーレンズアレイ、本実施の形態では凸のシリンダーレンズアレイ、いずれでも同程度の配光、輝度を達成できることから、凹凸が混在したシリンダーレンズアレイでもよいことが分かる。また、本実施の形態では、入射面１９ａと出射面１９ｂとの双方が凸のシリンダーレンズで構成されることより、レンズ領域１９を裏返し、出射面１９ｂをシリンダーレンズアレイ、入射面１９ａをアレイではなく、一つのシリンダーレンズとしても、配光・輝度を満足できることが分かる。即ち、出射面１９ｂに、母線が互いに略平行な第１円柱面１９ｃを有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、入射面１９ａに、母線が第１円柱面１９ｃの母線に対して略垂直な第２円柱面１９ｄを有する一つのシリンダーレンズが形成されていてもよい。但し、この場合、出射面１９ｂ側が道路進行方向の、入射面１９ａ側が道路幅員方向の配光を制御するようにする。さらには、実施の形態１と本実施の形態で配光・輝度に大差ないことから、出射面１９ｂが凸ではなく凹、あるいは凹凸混在のシリンダーレンズアレイであってもよいことが分かる。
【００５６】
即ち、本実施の形態によれば、入射面１９ａのシリンダーレンズアレイが凸のシリンダーレンズアレイであっても、狙いの配光分布、即ち直交する２軸方向で異なる配光に光を制御しつつ、眩しさを抑えることができる。
【００５７】
また、本実施の形態に係る照明装置１０の入射面１９ａは凸のシリンダーレンズアレイとなっているので、カバー１８の金型を安価簡便に製作することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 照明装置、１１ ＬＥＤ、１１ａ 発光面、１２ 基板、１３ コネクタ、１４ ケーブル、１５ 電源、１６ 筐体、１７ パッキン、１８ カバー、１９，１９’ レンズ領域、１９ａ，１９ａ’ 入射面、１９ｂ，１９ｂ’ 出射面、１９ｃ 第１円柱面、１９ｄ 第２円柱面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源から発せられる光を入射する入射面と光を出射する出射面とを有する光学レンズにおいて、
前記少なくとも１つの光源の光源１つ分に対応する前記入射面と前記出射面とのうち、一方には、母線が互いに略平行な第１円柱面を有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、他方には、母線が前記第１円柱面の母線に対して略垂直な第２円柱面を有する一つのシリンダーレンズが形成されていることを特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
請求項１の光学レンズと、
前記入射面に対して光を発する発光面を有する前記少なくとも１つの光源と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、前記第１円柱面の幅が前記発光面の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項２の照明装置。
【請求項４】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の幅が小さいことを特徴とする請求項２又は３の照明装置。
【請求項５】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の曲率半径が大きいことを特徴とする請求項２から４のいずれかの照明装置。
【請求項６】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、凹レンズであり、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の深さが小さいことを特徴とする請求項２から５のいずれかの照明装置。
【請求項７】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、凸レンズであり、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の高さが小さいことを特徴とする請求項２から５のいずれかの照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、
前記少なくとも１つの光源として、略直線状に配置された複数のＬＥＤを備え、
前記シリンダーレンズアレイは、前記複数のＬＥＤ各々に対して一つずつ形成されており、前記一つのシリンダーレンズは、前記複数のＬＥＤ全体に対して形成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれかの照明装置。
【請求項９】
前記照明装置は、
前記少なくとも１つの光源として、略直線状に配置された複数のＬＥＤを備え、
前記シリンダーレンズアレイは、前記複数のＬＥＤ全体に対して形成されており、前記一つのシリンダーレンズは、前記複数のＬＥＤ各々に対して一つずつ形成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれかの照明装置。
【請求項１０】
前記照明装置は、さらに、
前記少なくとも１つの光源を収納する筐体と、
前記光学レンズと一体に形成され、前記筐体に取り付けられるカバーと
を備えることを特徴とする請求項２から９のいずれかの照明装置。
【請求項１１】
前記照明装置は、地上に立設された支柱に、前記第１円柱面の母線方向において前記光学レンズが所定の角度で傾斜するように取り付けられることを特徴とする請求項２から１０のいずれかの照明装置。
【請求項１】
少なくとも１つの光源から発せられる光を入射する入射面と光を出射する出射面とを有する光学レンズにおいて、
前記少なくとも１つの光源の光源１つ分に対応する前記入射面と前記出射面とのうち、一方には、母線が互いに略平行な第１円柱面を有する複数のシリンダーレンズからなるシリンダーレンズアレイが形成され、他方には、母線が前記第１円柱面の母線に対して略垂直な第２円柱面を有する一つのシリンダーレンズが形成されていることを特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
請求項１の光学レンズと、
前記入射面に対して光を発する発光面を有する前記少なくとも１つの光源と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、前記第１円柱面の幅が前記発光面の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項２の照明装置。
【請求項４】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の幅が小さいことを特徴とする請求項２又は３の照明装置。
【請求項５】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の曲率半径が大きいことを特徴とする請求項２から４のいずれかの照明装置。
【請求項６】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、凹レンズであり、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の深さが小さいことを特徴とする請求項２から５のいずれかの照明装置。
【請求項７】
前記シリンダーレンズアレイの各シリンダーレンズは、凸レンズであり、前記発光面の中心から遠いシリンダーレンズほど前記第１円柱面の高さが小さいことを特徴とする請求項２から５のいずれかの照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、
前記少なくとも１つの光源として、略直線状に配置された複数のＬＥＤを備え、
前記シリンダーレンズアレイは、前記複数のＬＥＤ各々に対して一つずつ形成されており、前記一つのシリンダーレンズは、前記複数のＬＥＤ全体に対して形成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれかの照明装置。
【請求項９】
前記照明装置は、
前記少なくとも１つの光源として、略直線状に配置された複数のＬＥＤを備え、
前記シリンダーレンズアレイは、前記複数のＬＥＤ全体に対して形成されており、前記一つのシリンダーレンズは、前記複数のＬＥＤ各々に対して一つずつ形成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれかの照明装置。
【請求項１０】
前記照明装置は、さらに、
前記少なくとも１つの光源を収納する筐体と、
前記光学レンズと一体に形成され、前記筐体に取り付けられるカバーと
を備えることを特徴とする請求項２から９のいずれかの照明装置。
【請求項１１】
前記照明装置は、地上に立設された支柱に、前記第１円柱面の母線方向において前記光学レンズが所定の角度で傾斜するように取り付けられることを特徴とする請求項２から１０のいずれかの照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１５０２９６（Ｐ２０１２−１５０２９６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９２７４（Ｐ２０１１−９２７４）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
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