説明

光源ユニット及び照明装置

【課題】目的外の漏れ光を抑制して対象物へ有効に光を照射できる光源ユニット及びこの光源ユニットを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】光源ユニットLuは、光の照射方向に向かって拡開し、曲線を回転させた回転曲面の少なくとも一部によって形成された反射面31を備えている。この反射面31の焦点Fに対して光軸方向にずれているとともに、光軸と略直交する方向に配置された基板21と、この基板21に実装された発光素子22とを有する光源部2を備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、夜の景観を美しく演出するライトアップや競技場等における照明を行うのに適する光源ユニット及び照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば、投光器等の照明装置において、光源から放射される光を反射する反射面の形状を放物線を回転させた回転放物面とし、この回転放物面の焦点に光源の光中心を配置するものが知られている。これによって、反射面で反射された光は、略平行光となって集光されて対象物に照射される。したがって、対象物にスポットをあてて照明を行い、効果的に演出するには、光源の光中心を反射面の焦点に配置することが好適となる。
【0003】
また、近時、光源として長寿命や省電力が期待できるLED(発光ダイオード)等の発光素子が用いられるようになってきている。この場合、その光出力を増加するため、基板を大きくして基板に複数の発光素子を実装し、発光面の面積を増大することが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−117558号公報
【特許文献2】国際公開2011/016236号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、略平行光を照射するため、上記のような発光素子が実装された基板を反射面の焦点に配置すると、発光素子から出射される光のうち、反射面に反射されない直接光が反射面の照射方向端部(開口端部)から照射され、目的外の漏れ光として増加する傾向となる。この漏れ光は、例えば、対象物へ有効に作用することなく、目的外の方向へ不必要に拡散したりする。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、目的外の漏れ光を抑制して対象物へ有効に光を照射できる光源ユニット及びこの光源ユニットを用いた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】
本発明の実施形態による光源ユニットは、光の照射方向に向かって拡開し、曲線を回転させた回転曲面の少なくとも一部によって形成された反射面を備えている。また、この反射面の焦点に対して光軸方向にずれているとともに、光軸と略直交する方向に配置された基板と、この基板に実装された発光素子とを備えた光源部を具備している。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態によれば、目的外の漏れ光を抑制して対象物へ有効に光を照射できる光源ユニット及びこの光源ユニットを用いた照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図2】同照明装置を示す正面図である。
【図3】同照明装置を示す側面図である。
【図4】図2中、Y−Y線に沿って切断して示す断面図である。
【図5】図3中、X−X線に沿って切断して示す断面図である。
【図6】同照明装置における反射体を示す斜視図である。
【図7】同照明装置における光源部を示す斜視図である。
【図8】同照明装置における反射面の焦点と光源部との配置関係を模式的に示す断面図であり、(a)は実施形態を示し、(b)は比較例を示している。
【図9】本発明の第2の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
【図10】同照明装置における反射面の焦点と光源部との配置関係を模式的に示す断面図である。
【図11】本発明の第3の実施形態に係る照明装置において、反射面の焦点と光源部との配置関係を模式的に示す断面図であり、(a)は実施形態を示し、(b)は比較例を示している。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の第1の実施形態について図1乃至図8を参照して説明する。図1乃至図5は、照明装置を示し、図6は、反射体を示し、図7は、光源部を示している。さらに、図8は、反射体の反射面における焦点と光源部との配置関係を説明するため模式的に示している。
【0011】
図1に代表して示すように、照明装置として投光器が示されている。この投光器は、装置本体としての略箱状の筐体1と、この筐体1に配設された光源部2と、この光源部2から出射される光を反射して目的とする方向に照射する反射体3とを備えている。また、光源部2に電力を供給する電源ユニット4と、筐体1を支持するアーム5とを備えている。
【0012】
筐体1は、図1乃至図5に示すように、アルミニウム合金製のダイカストで作られていて、光の照射方向側、すなわち、前面側が開口して、光源部2及び反射体3が収容される収容空間11が形成されている。
【0013】
詳しくは、前面側の開口は、一対の8角形が隣接して一辺で繋ぎ合わされたような形状をなしており、開口から背面側へ向かって各8角形の筒状を形成する内側部分には、複数の光源部2と反射体3とからなる一対の光源装置Ldが配設されている。この8角形の対辺間の距離は、400mm〜500mm程度である。また、筐体1の背面側であってその外面には、板状の放熱フィン12が複数突設して形成されている。各放熱フィン12は、互いに略平行状態となっている。
【0014】
光源部2は、図7に代表して示すように、COB(chip on board)型のものであって、基板21と、この基板21に複数実装された発光素子22であるLEDチップと、封止部材23とを備えている。
【0015】
基板21は、例えば、白色系の酸化アルミニウム、窒化アルミニウムや窒化ケイ素等のセラミックス材料の平板で一辺が20mm〜40mmの略四角形状に形成されている。表面側には銅箔で形成された配線パターン層が形成されている。また、その上には適宜レジスト層が積層されるようになっている。
【0016】
さらに、基板21の一端部側には、配線パターン層に接続された一対の給電端子24が設けられている。加えて、基板21の各角部の近傍には、取付け用のねじ貫通孔25が形成されている。
【0017】
なお、基板21の材料には、絶縁材である例えば、ガラスエポキシ樹脂(FR−4)等の材料又は各発光素子22の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れたべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用することができ、格別その材料が限定されるものではない。
【0018】
複数の発光素子22は、LEDのベアチップからなる。LEDのベアチップには、例えば、白色系の光を発光部で発光させるために、青色の光を発するものが用いられている。このLEDのベアチップは、シリコーン樹脂系の絶縁性接着剤を用いて基板21上にマトリクス状に配置されて接着され、ボンディングワイヤによって配線パターン層に電気的に接続されている。
【0019】
封止部材23は、蛍光体層であり、透光性合成樹脂、例えば、透明シリコーン樹脂にYAG:Ce等の蛍光体を適量含有している。封止部材23は、発光素子22及び配線パターン層を被覆して略四角形状に形成されている。蛍光体は、発光素子22が発する光で励起されて、発光素子22が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子22が青色光を発する本実施形態では、白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。
【0020】
なお、発光素子としては、表面実装型のLEDパッケージを用いてもよい。また、砲弾型のLEDを実装するようにしてもよく、実装方式や形式は、格別限定されるものではない。
【0021】
このような光源部2は、図1、図2、図4及び図5に示すように、筐体1の収容空間11における背面側(底部)に複数個、具体的には、一つの光源装置Ldあたり4個が90°回転対称に配設されるようになっている(主として図2参照)。また、基板21は、その裏面側が筐体1の底部に面接触して熱的に結合され、図示しない取付ねじによって取付けられている。
【0022】
反射体3は、図6に代表して示すように、アルミニウム等の材料により作られていて、光の照射方向に向かって拡開するように凹面状に形成され、内面側は鏡面仕上げされて反射面31が形成されている。なお、反射面31は、鏡面仕上げや白色塗装等が施され、反射率が高くなるように構成される。
【0023】
反射面31は、曲線を回転させた回転曲面の一部が複数組合わされて形成されている。詳しくは、放物線を回転させた回転放物面の一部32が4つ組合わされて形成され、光の照射方向側の開口部は、正面視において4つの円弧が連続して繋ぎ合わされた形状をなしており(但し、隣接する反射体3との合わせ目部分においては直線状となっている)、また、光の照射方向側とは反対側、すなわち、背面側の中央部は鋭角状に突出して形成されている。
【0024】
さらに、反射体3における各回転放物面の一部32に対応して円形状の入射開口33が形成されている。入射開口33は、光源部2から出射される光が入射する開口であり、回転放物面の一部32における放物線の軸上であって、背面側に形成されている。この入射開口33には、光源部2が対向するように配置される。
【0025】
このように構成された反射体3は、図1及び図2に示すように、一対の反射体3が隣接するように筐体1内に配設されている。具体的には、反射体3の開口部における鍔部34が筐体1の前面側の開口縁に支持されて配設されるようになっている。
【0026】
なお、反射面31は、放物線を回転させた回転放物面によって構成するのが好ましいが、これに限定されない。例えば、回転楕円面等の回転曲面によって構成することもできる。
【0027】
電源ユニット4は、図1、図3乃至図5に示すように、筐体1の背面側に設けられている。電源ユニット4は、各光源装置Ldに対応して一対備えられていて、筐体1の放熱フィン12に取付けられている。
【0028】
電源ユニット4は、8角柱の箱状のケース内に回路部品を収容して構成されており、商用交流電源ACに接続されて、この交流電源ACを受けて直流出力を生成するものである。電源ユニット4は、例えば、全波整流回路の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、この平滑コンデンサに直流電圧変換回路及び電流検出手段を接続して構成されている。したがって、電源ユニット4は、光源部2に接続されており、その直流出力を発光素子22に供給し、発光素子22を点灯制御するようになっている。なお、電源ユニット4は、外部の直流電源DCに接続されて、直流電源DCを受けて、発光素子に直流出力を供給する形態であってもよい。
【0029】
なお、電源ユニット4の取付け位置は、筐体1の背面側に限らない。筐体1の側面側に取付けるようにしてもよいし、また、アーム5に取付けるようにしてもよい。さらに、電源ユニット4のケースの形状も取付け位置に応じて適宜変更することができる。
【0030】
アーム5は、図1乃至図3に示すように、略コ字状に形成されており、筐体1を支持するとともに、照射光を目的の方向に向けて照射できるように調整可能となっている。アーム5は、台座部51と、この台座部51の両端側から略直角方向に延出する脚部52とを備えている。
【0031】
脚部52は、筐体1の両側を回動可能に支持しており、つまり、筐体1の仰角を変更可能に、光の照射方向を可変できるように支持している。この仰角の変更は、脚部52に設けられたハンドル52aを締め付け、緩める操作を行うことにより可能となっている。
【0032】
台座部51は、構造物等に取付けられて投光器を構造物等に固定設置する部分であり、この台座部51の略中央部には、回転台部53が形成されている。回転台部53は、構造物等にボルト締めされて取付けられる。この場合、筐体1を仰角方向と直交する方向(左右方向)に回動させて、照射光を目的の方向に向けて照射できるように調整可能となっている。
【0033】
このように照射方向の調整は、台座部51を構造物等に取付ける際に、回転台部53によって左右方向の調整を行うことができ、脚部52に設けられたハンドル52aを操作することにより仰角方向の調整を行うことができる。
【0034】
筐体1の前面側の開口には、パッキンを介して開口を密閉的に閉塞して防水性を確保する透光性の前面カバー6が装着されている。この前面カバー6は、ガラスやポリカーボネートの材料によって構成できる。
【0035】
以上のような照明装置において、光源部2と、この光源部2に対向する反射面31とのよって光源ユニットLuが構成される。具体的には、一つの光源部2と、この光源部2に対向する回転放物面の一部32とによって光源ユニットLuが構成される。したがって、照明装置は、複数の光源ユニットLuが集合して構成されていることとなる。
【0036】
図4及び図5に示すように、光源ユニットLuにおいて、放物面の一部32によって形成された反射面31には、放物線の軸上に焦点Fがある。この焦点Fに対して光源部2は、光軸方向にずれて配置されている。つまり、光源部2は、焦点Fの位置に配置されていない。
【0037】
より詳しくは、光源部2は、焦点Fより放物面の反射面31における頂点側に配置されている。また、基板21は、光軸と略直交する方向に配置されており、発光素子22が実装された発光面側が反射体3の入射開口33に対向するように配置されている。
【0038】
このような反射面31の焦点Fと、光源部2との配置関係について図8を参照して詳細に説明する。図8は、これらの配置関係を模式的に示す断面図であり、図8(a)は、本実施形態を示すものであり、図8(b)は、比較例を示すものである。なお、既述の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付して説明する。
【0039】
まず、図8(b)の比較例においては、放物面から形成された反射面31の焦点Fに光源部2を配置している。この場合、光源部2の発光素子22から出射され、反射面31に反射される光の大部分は平行光となって前面側へ照射される。
【0040】
しかしながら、光源部2の発光面は、所定の大きさの面積を有しているため、発光素子22から出射される光のうち、反射面31に反射されない直接光が最大角度θとして反射面の開口部から照射され、目的外の漏れ光として拡散されるようになる。
【0041】
これに対し、図8(a)に示すように、本実施形態では、反射面31の焦点Fに対して光軸方向にずらせて、頂点側に光源部2を配置している。このため、発光素子22から出射される光のうち、反射面31に反射されない直接光は、最大角度θとして反射面の開口部から照射され拡散されるようになる。
【0042】
つまり、漏れ光に関する最大角度θ<最大角度θの関係となり、本実施形態においては、最大角度θを小さくすることができ、比較例よりも漏れ光を抑制して減少することが可能となる。
【0043】
なお、本実施形態のように光源部2を反射面31の焦点Fに対してずらせて配置することにより、反射面31に反射されて前面側へ照射される平行光は、その分減少するが、有効な照射光としての効果には大きな影響を与えないという評価結果が得られている。
【0044】
次に、本実施形態の作用を説明する。照明装置は、アーム5を例えば、構造物等に取付けて設置し、照射方向を対象物に向けて調整し、電源を投入して使用される。
【0045】
照明装置の設置状態において、電源ユニット4に電力が供給されると、光源部2における発光素子22に通電され発光素子22は発光する。発光素子22から出射された光は、封止部材23を透過し、反射体3における入射開口33を通過して直接又は反射面31によって反射され前面カバー6を透過して目的とする方向に照射される。この場合、光源部2は、反射面31の焦点Fに対してずれて配置されているので、反射面31に反射されない漏れ光の拡散を抑制することが可能となる。
【0046】
また、発光素子22の発光に伴い熱が発生する。この熱は、基板21の裏面側から主として筐体1へ伝導され、さらに、複数の放熱フィン12に伝導されて広い表面積によって効果的に放熱される。これにより発光素子22の温度上昇を抑制することが可能となる。
【0047】
加えて、図4及び図5に示すように、光源部2は、反射面31における放物面の頂点側をカットするようにして形成された入射開口33の背面側に位置している。したがって、光源部2が広い面積の発光面を有する場合であっても、この発光面の略全面を入射開口33に対向させることができ、発光面からの光を利用方向に有効に活用することができる。
【0048】
さらに、反射体3における入射開口33の部分と光源部2との間には、間隙Gが形成されているため、対流作用が生じ、光源部2の温度上昇を軽減することが可能となる。
【0049】
以上のように本実施形態によれば、目的外の漏れ光を抑制して対象物へ有効に光を照射できる光源ユニットLu及びこの光源ユニットLuを用いた照明装置を提供することができる。
【0050】
次に、本発明の第2の実施形態について図9及び図10を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
【0051】
本実施形態の照明装置は、単一の光源装置Ld及び光源ユニットLuによって構成されたものを示している。したがって、光源装置Ldは、光源ユニットLuと同一のものであり、光源装置Ld=光源ユニットLuとなっている。
【0052】
光源ユニットLuは、光源部2と、反射面31とを備えている。光源部2は、第1の実施形態と同様に、COB(chip on board)型のものであって、基板21と、この基板21に複数実装された発光素子22であるLEDチップと、封止部材23とを備えている。なお、所望の光出力を実現するため、基板21の大きさは、第1の実施形態のものよりも若干大きく、発光面の面積が広いものを適用するのが好ましい。
【0053】
反射体3は、アルミニウム等の材料により作られていて、光の照射方向に向かって拡開するように凹面状に形成され、内面側は鏡面仕上げされて反射面31が形成されている。
【0054】
反射面31は、その略全面が曲線を回転させた回転曲面から形成されている。具体的には、その略全面が放物線を回転させた回転放物面によって形成されている。
【0055】
また、主として図10に示すように、反射面31の焦点Fに対して光源部2は、光軸方向にずれて頂点側に配置されている。このため、発光素子22から出射される光のうち、反射面31に反射されない直接光は、最大角度θとして最大角度θが小さくなって反射面31の開口部から照射され拡散されるようになる。
【0056】
したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、目的外の漏れ光を抑制して対象物へ有効に光を照射できる光源ユニットLu及び照明装置を提供することができる。
【0057】
次に、本発明の第3の実施形態について図11を参照して説明する。図11は、図8に相当する反射面31の焦点Fと、光源部2との配置関係を示している。図11(a)は、本実施形態を示すものであり、図11(b)は、比較例を示すものである。なお、第1の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
【0058】
図11(a)に示すように、本実施形態では、反射面31の焦点Fに対して光軸方向にずらせて、頂点側とは反対側(上側)に光源部2を配置している。この場合、反射面31は、回転放物面の開きが比較的狭くなるように形成されていて、つまり、湾曲度が大きくなるように形成されている場合を示している。
【0059】
図11(b)に示すように、反射面31における回転放物面の開きが狭く形成されている場合、反射面31の焦点Fは、頂点側に近づくこととなる。このため、仮に、光源部2に発光面の面積が広いものを用い、この光源部2を焦点Fに配置しようとすると、反射体3の入射開口33が小さくなるため、光源部2からの光が有効に利用されないという問題が生じる。
【0060】
本実施形態によれば、光源部2を反射面31の焦点Fに対して光軸方向にずらせて、上側に配置しているので、入射開口33を大きく形成することができ、光源部2の発光面を入射開口33に対向させて光源部2からの光を有効に利用することが可能となる。
【0061】
なお、この場合、図11(b)に示す比較例に比し、漏れ光に関する最大角度θは、大きくなる。しかしながら、もともと反射面31における回転放物面の開きが狭く形成されている場合であり、漏れ光の拡散は、回転放物面の開きが狭く形成されていることによって抑制されているものである。
【0062】
したがって、本実施形態によれば、光源部2の発光面を有効に利用しつつ、目的外の漏れ光を抑制して対象物へ有効に光を照射できる効果を奏することが可能となる。
【0063】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記各実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【0064】
例えば、反射面は、回転放物面に限らず、回転楕円面等の曲面状に形成することができる。また、発光素子とは、LEDや有機EL等の固体発光素子である。発光素子の実装は、COB(chip on board)型によるのが好ましいが、本発明の性質上、実装方式は特に限定されるものではない。SMD(surface mount device)型によって実装されるものであってもよい。
【0065】
また、発光素子の発光色は、白色に限らず、赤色、緑色や青色の発光色にしたり、これらを混色して所望の発光色にしたり、また、可変色とするように構成してもよい。
さらにまた、照明装置としては、投光器が好適であるが、屋内又は屋外で使用される各種照明器具に適用可能である。
【符号の説明】
【0066】
1・・・装置本体(筐体)、2・・・光源部、
3・・・反射体、4・・・電源ユニット、
5・・・アーム、6・・・前面カバー、
21・・・基板、22・・・発光素子(LED)、
23・・・封止部材、31・・・反射面、
32・・・回転放物面の一部、33・・・入射開口、
Ld・・・光源装置、Lu・・・光源ユニット、
F・・・反射面の焦点

【特許請求の範囲】
【請求項1】
光の照射方向に向かって拡開し、曲線を回転させた回転曲面の少なくとも一部によって形成された反射面と;
この反射面の焦点に対して光軸方向にずれているとともに、光軸と略直交する方向に配置された基板と、この基板に実装された発光素子とを備えた光源部と;
を具備することを特徴とする光源ユニット。
【請求項2】
装置本体と;
この装置本体に配設された請求項1に記載の光源ユニットを具備することを特徴とする照明装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2013−114916(P2013−114916A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−260259(P2011−260259)
【出願日】平成23年11月29日(2011.11.29)
【出願人】(000003757)東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Fターム(参考)】