照明デバイス、および、該照明デバイスを備えた照明装置
【課題】簡易に配光特性を制御することができるコンパクトな照明デバイス、および、該照明デバイスを備えた照明装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る照明デバイス３０は、光学レンズ１および光源２を備えている。光学レンズ１は、回転楕円体をその長軸に平行な面で切って得られる凸形状をしており、光出射面３ａと、光入射面３ｂと、光出射面３ａおよび光入射面３ｂを結ぶ底面４ａとを有している。光源２から出射された光の光軸と、光出射面３ａの凸形状の頂点と、光入射面３ｂの凹形状の頂点とは、切断した回転楕円体の切断面に直交する平面に含まれており、該平面において、光源２の光軸は、光出射面３ａの凸形状の頂点と、光入射面３ｂの凹形状の頂点との間に位置している。
【解決手段】本発明に係る照明デバイス３０は、光学レンズ１および光源２を備えている。光学レンズ１は、回転楕円体をその長軸に平行な面で切って得られる凸形状をしており、光出射面３ａと、光入射面３ｂと、光出射面３ａおよび光入射面３ｂを結ぶ底面４ａとを有している。光源２から出射された光の光軸と、光出射面３ａの凸形状の頂点と、光入射面３ｂの凹形状の頂点とは、切断した回転楕円体の切断面に直交する平面に含まれており、該平面において、光源２の光軸は、光出射面３ａの凸形状の頂点と、光入射面３ｂの凹形状の頂点との間に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路灯、防犯灯、街路灯、または、トンネル灯等に適用される照明デバイス、および、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交通安全および犯罪防止等のために、多数の照明装置が屋外に設置されている。例えば、道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明においては、運転手が道路状態を確実に把握できること、また走行中に照明装置からの光によって視認性が妨げられるのを防ぐことを目的として、照明された道路の平均輝度、輝度の均斉度、および、グレア等に関する評価値が規定されている。
【０００３】
一般に国内における道路灯は、設置高さおよそ７〜１０ｍ、設置間隔およそ３０〜４０ｍで使用される場合が多く、トンネル灯は、設置高さおよそ５ｍ、設置間隔およそ１２〜１５ｍで使用される場合が多い。これらの照明装置に必要とされる配光の特徴としては、照明装置から±６０°付近にピークを備え、かつ、±７５°以上の光をカットするというような特性である。また、海外においても、各国の道路事情に応じた照明装置の特性が要求されている。このような配光特性を実現し、道路灯およびトンネル灯に要求される規定値のうち、より高い基準をクリアするためには、照明装置の配光を精密に制御する必要がある。
【０００４】
照明装置の配光特性を制御するための技術として、特許文献１に記載の方法がある。特許文献１に記載の照明装置では、リフレクタと呼ばれる反射部材を使用して配光特性を制御し、水平方向の光度を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９８２０５号公報
【特許文献２】特開２００９−１５２１６９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７７０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の照明装置に関しては、以下のような課題がある。
【０００７】
近年、省電力化および長寿命化の観点からＬＥＤ光源を用いた照明装置が多数開発されている。ＬＥＤ光源を用いた照明装置においては、器具光束を確保するために多数のＬＥＤ光源を並べて使用することが多く、光源面積が大きくなる。
【０００８】
このような場合、特許文献１に記載された照明装置のように、リフレクタを用いて配光を制御しようとすると、光は様々な方向からリフレクタに入射するため、形状の設定が困難となるといった課題がある。また、この課題を避けるために、リフレクタおよびプリズムの面積を大きくして光源面積の比率を小さくした場合、照明装置が大型化してしまうという課題が生じる。
【０００９】
ここで、上記のような照明装置の大型化を低減するための方法が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された照明装置は、光源と砲弾型のリフレクタとから構成される光源体を複数備えている。この照明装置では、リフレクタを光源ごとに設けることによって、照明装置の大型化を低減している。しかしながら、道路等に設置される照明装置では道路進行方向および幅方向における配光を制御することが重要となるため、特許文献２に記載された照明装置を道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明として用いた場合、光源体の取り付け方法が複雑となる。また、１つの光源とリフレクタとを組み合わせた光源体は、全体の配光分布の一部にのみ寄与しており、ＬＥＤ光源のばらつきまたは故障等で配光分布が変化しやすいという問題がある。
【００１０】
また、道路照明に用いる照明装置は、照明装置の取り付け角度が予め決まっている場合が多く、道路に対する照明装置の位置は一定ではない。これらの条件の下において、道路の明るさ、および、明るさの均一性を確保するには、なるべく理想配光に近い配光特性を実現することが必要であり、とりわけ道路の幅方向の配光を、照明装置の取り付け角度の調整以外の方法で制御することが重要となる。
【００１１】
例えば、特許文献３には、広角配光を実現するための方法が記載されている。特許文献３に記載された照明装置は、扁平面および回転楕円体からなる光学レンズを備えており、１つの光源と光学レンズとの組み合わせによって広角配光を実現している。しかしながら、特許文献３に記載された照明装置を道路照明に用いた場合、道路の幅方向における配光の制御は十分ではなく、照明装置の取り付け角度ならびに設置位置が大きく制限されてしまう。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡易に配光特性を制御することができるコンパクトな照明デバイス、および、該照明デバイスを備えた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る照明デバイスは、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源から出射された光が入射する入射面、および、上記入射面から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズとを備え、上記出射面は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切断した際に得られる該回転楕円体の凸形状の表面であり、上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる凹形状の面であり、上記切断した回転楕円体の切断面に直交する平面に、上記光源から出射された光の光軸と、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点とは含まれており、なおかつ、上記直交する平面において、上記光軸は、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点との間に位置することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、本発明に係る照明デバイスを用いることによって、照明デバイスからの出射光を、光源の光軸方向よりも一方向側にシフトさせることができ、なおかつ、上記一方向に直交する他方向の広い領域を照明することができるようになる。特に、照明デバイスを道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置に適用する場合は、照明デバイスの上記一方向が道路の幅方向となり、上記他方向が道路の進行方向（斜線軸方向）となるように設定することによって、道路の進行方向の照明範囲を広げることができる。そのため、照明装置を連結する灯具の設置間隔を広くすることができる。
【００１５】
また、本来照明すべき道路の幅からはみ出す光についても、照明デバイスを用いることによって、道路を照明する有効な照明光に変換して利用することができるため、効率的な照明装置が実現できる。さらに、出射面および入射面の両面において、光度の強い光を偏向させることができるので、容易に大きな偏向角が得られる。これによって、道路の幅方向への照明光の制御の自由度が高まり、照明条件のよりきめ細かな調整が可能となる。この他、照明装置の設置角度が予め決まっている場合でも、光学レンズだけで道路の幅方向の照明度合いを変化させることができるため、所望の配光分布を得やすくなる。
【００１６】
また、本発明に係る照明デバイスにおいて、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように光学レンズが形成されるため、照明デバイスは大型にならない。結果、照明デバイスを搭載する照明装置の大型化を招くことなく、配光特性に優れた照明装置を実現することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る照明デバイスは、上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる複数の凹部を互いに接合してなる凹形状の面であり、上記光軸と、上記入射面の凹形状の頂点とを含む平面で上記入射面を切断した際に、上記接合した複数の凹部の輪郭線は、少なくとも１つの微分不可能な点を有していることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、光源の光軸方向よりも一方向側を集中的に照明することができ、なおかつ、上記一方向に直交する他方向の広い領域を照明することができるようになる。したがって、２方向の配光特性のさらなる制御と最適化とが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る照明デバイスは、上記出射面には、上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と直交する平面に対して対称な形状を持つ突起部がさらに形成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、突起部を通る光線は、突起部の斜面部分において全反射し、上記一方向に直交する他方向に沿った光線となる。したがって、２方向の配光特性のさらなる制御と最適化とが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る照明デバイスは、上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と、上記入射面を該切断面と平行な平面で切断した際の切断面における長手方向とは、互いに直交していることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、切断した回転楕円体の切断面における長手方向の光の拡散性は、入射面を該切断面と平行な平面で切断した際の切断面における長手方向の光の拡散性よりも高い。すなわち、両方向における配光特性とを制御し、最適化することができる。
【００２３】
また、本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、上述したいずれかの照明デバイスを使用していることを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、容易に配光特性を制御することができるコンパクトな照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の照明デバイスによれば、１つの光学レンズのみによって、一方向およびそれに直交する他方向の２方向の配光特性を制御し、その配光特性を最適化することができる。したがって、本発明に係る照明デバイスを備えた照明装置を用いれば、リフレクタ等を使用せずとも、道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置として適した配光分布および照度を有する照明装置を実現することができる。
【００２６】
また、光源が複数になって光源面積が大きくなった場合においても、本発明に係る照明デバイスはコンパクトであるため、本発明に係る照明デバイスを搭載した照明装置においては、装置の大型化を招くことなく優れた配光特性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る照明デバイスの外観を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る照明デバイスの断面を示す図であり、（ａ）は、照明デバイスをｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイスをｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る照明デバイスにおける配光特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置と観察者との関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る照明デバイスの外観を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る照明デバイスの断面を示す図であり、（ａ）は、照明デバイスをｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイスをｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイスを−ｚ軸方向に向かって見たときの断面図であり、（ｄ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイスを＋ｚ軸方向に向かって見たときの断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係る照明デバイスの外観を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態に係る照明デバイスの断面を示す図であり、（ａ）は、照明デバイスをｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の光出射面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の光出射面の一部を拡大した図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る照明装置における配光特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置と観察者との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を以下の実施の形態により詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
（照明デバイスの構成）
まず本実施の形態に係る照明デバイスの構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る照明デバイス３０の外観を示す図である。
【００３０】
図１に示すように、照明デバイス３０は、光学レンズ１および光源２を備えている。光学レンズ１は、光源２から出射された光を拡散させる部材である。この光学レンズ１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしている。光学レンズ１においては、その切断面における長手方向を長軸とし、それに直交する方向を短軸とする。すなわち、光学レンズ１を互いに直交する２つの平面で切断したとき、光学レンズ１の輪郭線の曲率が大きい方の面に平行な軸が長軸であり、輪郭線の曲率が小さい方の面に平行な軸が短軸である。
【００３１】
なお、以下の説明では、説明の便宜上、図中に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を用いて各方向および各面を説明する。＋ｘ軸方向とは、図中に示すｘ軸の矢印方向であり、−ｘ軸方向とは、図中に示すｘ軸の矢印方向とは反対の方向であり、いずれも光学レンズ１の長軸方向である。一方、＋ｙ軸方向とは、図中に示すｙ軸の矢印方向であり、−ｙ軸方向とは、図中に示すｙ軸の矢印方向とは反対の方向であり、いずれも光学レンズ１の短軸方向である。また、＋ｚ軸方向とは、図中に示すｚ軸の矢印方向であり、−ｚ軸方向とは、図中に示すｚ軸の矢印方向とは反対の方向であり、いずれも照明デバイスの光軸方向である。ここで言う光軸とは、光源２から出射される光の立体的な出射光束の中心軸である。
【００３２】
そして、ｘ−ｚ平面とは、ｘ軸およびｚ軸を含む平面であり、長軸を含み、なおかつ、短軸に垂直な平面である。一方、ｙ−ｚ平面とは、ｙ軸およびｚ軸を含む平面であり、短軸を含み、なおかつ、長軸に垂直な平面である。また、ｘ−ｙ平面とは、ｘ軸およびｙ軸を含む平面であり、長軸および短軸を含む平面である。
【００３３】
照明デバイス３０の断面図を図２に示す。図２の（ａ）は、照明デバイス３０をｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイス３０をｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイス３０をｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、光学レンズ１は、光出射面３ａと、光入出射面３ｂと、底面４ａとを有している。光入射面３ｂとは、光源２から出射された光が光学レンズ１へ入射する面を言う。また、光出射面３ａとは、光源２から出射し、光入射面３ｂから入射した光が出射する面を言う。底面４ａは、光出射面３ａと光入射面３ｂとを結ぶ面である。
【００３５】
上述したように、光学レンズ１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしており、凸形状の表面が上記の光出射面３ａである。また、光学レンズ１の底面４ａには、光出射面３ａ側に凹んだ凹形状の凹部が形成されており、該凹部が上記の光入射面３ｂを形成している。この凹部は、ｘ−ｙ平面で切断した際の切断面における長手方向に伸びる軸（以下、長手軸と称す）が光学レンズ１の短軸と一致するように形成されている。すなわち、この凹部の長手軸と光学レンズ１の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。一方、凹部の長手軸と直交する面あるいは軸は、光学レンズ１の長軸と平行となるように形成されているが、光学レンズ１の長軸よりも＋ｙ軸方向側あるいは−ｙ軸方向側にずらして形成されている。すなわち、照明デバイス３０をｘ−ｚ平面から見た場合、光学レンズ１の頂点と、凹部の頂点とはいずれも図２（ａ）の点線Ａ上に位置することになり、ｘ軸上の位置が一致する。しかし、照明デバイス３０をｙ−ｚ平面から見た場合、光学レンズ１の頂点は図２（ｂ）の点線Ｂ上に位置し、凹部の頂点は図２（ｂ）の点線Ｄ上に位置することになり、ｙ軸上の位置が一致しない。
【００３６】
ここで、光源２は凹部のある領域、すなわち光入射面３ｂが囲む領域に配置されている。上述したように、光源２の光軸はｚ軸と平行しているが、ｙ−ｚ平面から見た場合に、光源２の光軸（図２（ｂ）の点線Ｃ）が、光学レンズ１の頂点（図２（ｂ）の点線Ｂ）と、凹部の頂点（図２（ｂ）の点線Ｄ）との間に位置するように配置されている。すなわち、光源２の光軸と、光出射面３ａの頂点と、光入射面３ｂの頂点とは、ｘ−ｙ平面（すなわち、回転楕円体の切断面、あるいは、底面４ａ）に直交する平面に含まれており、該平面において、光源２の光軸は、光出射面３ａの頂点と、光入射面３ｂの頂点との間に位置する。
【００３７】
（照明デバイスの各種部材）
光学レンズ１としては、例えば、アクリル樹脂の他、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、または、ガラス等を用いることが好ましい。しかし、特に限定はなく、可視光域において透明性がよく、透過率が大きい材料であれば好適である。また、本実施の形態に係る光学レンズ１のような形状であれば、射出成形等による方法で大量に製造することが可能である。
【００３８】
一方、光源２としては、ＬＥＤを用いることができる他、半導体レーザー等の光源も適用可能であるが、特に限定はない。光源２の形状は、照明デバイス３０と同様に、回転対称であってもよいし、回転対称ではなく直方体等の形状であってもよい。
【００３９】
（光の入射および出射）
次に、光源２から光学レンズ１に入射される光の出射について説明する。
【００４０】
図２（ａ）には、ｘ−ｚ平面における光線Ｌ１を示す。光源２から出射された光線Ｌ１は、光入射面３ｂから−ｘ軸方向に入射し、光出射面３ａから外部に出射される。光線Ｌ１は、光入射面３ｂの傾きによって光入射面３ｂにおいて−ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ａの傾きによって光出射面３ａにおいても−ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｚ平面から見た場合、光入射面３ｂから−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｂに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｚ平面から見た場合、照明デバイス３０の配光分布は、光学レンズ１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００４１】
続いて、図２（ｂ）には、ｙ−ｚ平面における光線Ｌ２を示す。光源２からそのまま＋ｚ軸方向に出射された光線Ｌ２は、光入射面３ｂから入射し、光出射面３ａから出射される。光線Ｌ２は、光入射面３ｂの傾きによって光入射面３ｂにおいて＋ｙ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ａの傾きによって光出射面３ａにおいても＋ｙ軸方向に偏向される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光出射面３ａからそのまま＋ｚ軸方向に出射された光は、光学レンズ１の作用により、全体的に＋ｙ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｙ−ｚ平面から見た場合、照明デバイス３０の配光分布は、光学レンズ１がないときと比較して広角方向、より正確には＋ｙ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００４２】
次に、図２（ｃ）には、ｘ−ｙ平面における光線Ｌ３を示す。光源２から出射された光線Ｌ３は、光入射面３ｂから＋ｘ軸方向に入射し、光出射面３ａから出射される。光線Ｌ３は、光入射面３ｂの傾きによって光入射面３ｂにおいて＋ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ａの傾きによって光出射面３ａにおいても＋ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｂから＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｂから−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｙ平面から見た場合、照明デバイス３０の配光分布は、光学レンズ１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る照明デバイス３０を用いることによって、照明デバイス３０からの出射光を、光源２の光軸方向よりも＋ｙ軸方向側にシフトさせることができ、なおかつ、±ｘ軸方向の広い領域を照明することができるようになる。特に、照明デバイス３０を道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置に適用する場合は、照明デバイス３０の＋ｙ軸方向が道路の幅方向となり、±ｘ軸方向が道路の進行方向（斜線軸方向）となるように設定することによって、道路の進行方向の照明範囲を広げることができる。そのため、照明装置を連結する灯具の設置間隔を広くすることができる。
【００４４】
また、本来照明すべき道路の幅からはみ出す光についても、照明デバイス３０を用いることによって、道路を照明する有効な照明光に変換して利用することができるため、効率的な照明装置が実現できる。さらに、光出射面３ａおよび光入射面３ｂの両面において、光度の強い光を偏向させることができるので、容易に大きな偏向角が得られる。これによって、道路の幅方向への照明光の制御の自由度が高まり、照明条件のよりきめ細かな調整が可能となる。この他、照明装置の設置角度が予め決まっている場合でも、光学レンズ１だけで道路の幅方向の照明度合いを変化させることができるため、所望の配光分布を得やすくなる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、光出射面３ａの長軸方向と、光入射面３ｂの長手軸方向とが互いに直交するように配置されているが、両方向が直交していなくとも十分に本発明の効果を奏することができる。しかし、両方向が直交していることによって、光学レンズ１の短軸方向に出射される光は、光軸から光学レンズ１の頂点側に傾いた方向に主に出射される。一方、光学レンズ１の長軸方向に出射される光は、左右対称に光が出射されることになり、短軸方向に出射される光よりも拡散性が高い。すなわち、光出射面３ａの長軸方向における光の拡散性は、光入射面３ｂの長手軸方向における光の拡散性よりも高い。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る照明デバイス３０によれば、１つの光学レンズ１のみによって、一方向およびそれに直交する他方向の２方向の配光特性を制御し、その配光特性を最適化することができる。したがって、本実施の形態に係る照明デバイス３０を備えた照明装置を用いれば、リフレクタ等を使用せずとも、道路照明に用いる照明装置として適した配光分布および照度を有する照明装置を実現することができる。
【００４７】
また、光源２が複数になって光源面積が大きくなった場合においても、本実施の形態に係る照明デバイス３０はコンパクトであるため、照明デバイス３０を搭載した照明装置においては、装置の大型化を招くことなく、優れた配光特性を実現することが可能となる。
【００４８】
（照明デバイスの配光特性）
以下に、照明デバイス３０における配光特性のシミュレーション結果を図３に示す。本図は、光学レンズ１の光出射面３ａの±ｘ軸方向（長軸方向）の幅を２０ｍｍ、±ｙ軸方向（短軸方向）の幅を１３ｍｍとし、±ｚ軸方向（光軸方向）の高さを６．５ｍｍとなるように設定した場合の結果である。なお、凹部の長軸方向の長さを７．７ｍｍ、短軸方向の長さを５．２ｍｍとし、光軸方向の高さ（深さ）を３ｍｍとしている。光学レンズ１の頂点と光軸との間隔、ならびに、凹部の頂点と光軸との間隔はそれぞれ１ｍｍに設定した。
【００４９】
図３では、光源２の配光特性として、ランバート分布を仮定した。図３は、光源２の光軸に対して垂直な平面（すなわち、ｘ−ｙ平面）上における配光特性を示しており、実線はｘ−ｚ平面、破線はｙ−ｚ平面の配光特性を示している。
【００５０】
図３に示すように、照明デバイス３０の配光特性は、ｘ−ｚ平面において、０°方向にピークを持つ配光特性となる。これは、光学レンズ１がない従来の照明装置においても同様である。しかし、照明デバイス３０においては、光学レンズ１の作用によって光が±ｘ軸方向に広げられるため、±５５°付近にピークを持つような配光が実現されている。また、ｙ−ｚ平面においては、光学レンズ１の作用によって光が＋ｙ軸方向にシフトされるため、＋２０°付近にピーク位置がシフトしていることが分かる。
【００５１】
（照明装置への適用例）
以下には、本実施の形態に係る照明デバイス３０を照明装置に適用する場合の一具体例を示す。図４（ａ）は、照明デバイス３０を備えた照明装置４０の概略構成を示す斜視図である。図４（ｂ）は、照明デバイス３０を備えた照明装置４０の概略構成を示す断面図である。
【００５２】
図４（ａ）に示すように、照明装置４０には、複数の照明デバイス３０が搭載されている。複数の照明デバイス３０は、基板１４上にマトリクス状に配置されている。図４（ａ）には、一例として、照明デバイス３０を１行（±ｘ軸方向）当たり７個、１列（±ｙ軸方向）当たり１０個配置し、計７０個の照明デバイス３０を配置している例を示す。このときの合計光源光束は１００００（ｌｍ）である。なお、図４（ａ）に示す照明装置４０は一例であり、本実施の形態に係る照明装置４０はこれに限定されるものではない。照明装置４０に搭載する照明デバイス３０の数、ならびに、光源光束については、照明装置４０に要求される光束の大きさによって適宜変更することができる。
【００５３】
照明装置４０では、複数の照明デバイス３０を備える基板１４を筐体１６内に格納しており、複数の照明デバイス３０が筐体１６の一面から露出するように配置されている。筐体１６内には、複数の照明デバイス３０と共に図示しない電源装置等も格納されている。ここで、図４（ｂ）に示すように、照明装置４０において、複数の照明デバイス３０が露出している面には、カバーガラス１３が貼り付けられている。このカバーガラス１３は、照明装置４０を屋外等で使用する場合に、雨およびほこり等から複数の照明デバイス３０を保護することができる。筐体１６もカバーガラス１３と同様の役割を担っている。
【００５４】
（照明装置の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度）
上記の照明装置４０を道路照明としてトンネル灯に適用した場合の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度を測定した。測定条件は、図５に示す通りである。図５の（ａ）は、照明装置４０の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、照明装置４０と観察者２３ａ，２３ｂとの関係を示す図である。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、照明装置４０をトンネル灯に適用する場合、照明装置４０はトンネル４２の内壁に配置され、道路２２に対して平行ではなく、角度θだけ傾斜して配置される。今回は、照明装置４０（正確には、照明デバイス３０が搭載されている基板１４）は、４８°の角度（θ＝４８°）で配置した場合を想定する。
【００５６】
なお、照明装置４０は、図５（ｂ）に示すように、±ｘ軸方向が道路２２の進行方向（車線軸方向）と平行になるようにした。また、照明装置４０が連結される灯具の高さが５ｍ、道路２２の進行方向の間隔Ｄが１５ｍとなるように、照明装置４０を千鳥状に配置した。道路の幅Ｗは７ｍとした。本図では、照明装置４０の配置が分かりやすいように、トンネル４２を透過した状態で図示している。したがって、図中に示されている３つの照明装置４０のうち、真ん中に位置する照明装置４０は、観察者２３ａおよび観察者２３ｂの間を隔てるようにトンネル４２を半分に切断した際の観察者２３ｂ側の内壁に配置されている。それ以外の２つの照明装置４０は、観察者２３ａ側の内壁に配置されている。
【００５７】
このときのトンネル灯の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度の値を表１に示す。なお、表１に示す各値を得るために、道路２２の反射率としてアスファルトの値を使用した。
【００５８】
【表１】
【００５９】
総合均斉度は、対象となる道路２２から距離ｄだけ離れた観察者２３ａと観察者２３ｂとのそれぞれの場所からみた場合の道路２２の最小輝度／平均輝度を表している。また、車線軸輝度均斉度は、観察者２３ａの場合には、対象となる道路２２において観察者２３ａからみた点線Ｅのライン上の輝度均一性、観察者２３ｂの場合には、対象となる道路２２において観察者２３ｂからみた点線Ｆのライン上の輝度均一性をそれぞれ示す。なお、表１に示す値は、距離ｄが６０ｍである場合を想定したときの値である。また、点線Ｅは照明装置４０からＷ／４にあるラインであり、点線Ｆは照明装置４０から３Ｗ／４にあるラインである。
【００６０】
一般的に、トンネル灯においては、総合均斉度については０．４以上、また車線軸均斉度については０．６以上の値が要求されている。表１に示すように、照明装置４０をトンネル灯に適用した場合、いずれの値も必要な値をクリアしていることが分かる。これは、本実施の形態に係る照明装置４０においては、照明デバイス３０が備える光学レンズ１によって、道路２２の幅方向（＋ｙ軸方向）に光を偏向させることができるためであり、それによって基準値を大きく上回る均一性を得られるためである。
【００６１】
したがって、以上で説明したように、本実施の形態に係る照明装置４０においては、光学レンズ１によって、道路２２の幅方向（±ｙ軸方向）に異なる配光分布となるように配光特性を制御し、配光分布を最適化することができる。したがって、所望な配光分布を実現することができるため、道路照明において求められる仕様を高い水準でクリアすることができる高い性能を備えるトンネル灯を実現することができる。
【００６２】
また、照明デバイス３０において、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように光学レンズ１が形成されるため、照明デバイス３０は大型にならない。結果、照明デバイス３０を搭載する照明装置４０の大型化を招くことなく、配光特性に優れた照明装置４０を実現することが可能となる。
【００６３】
〔第２の実施の形態〕
（照明デバイスの構成）
まず本実施の形態に係る照明デバイスの構成について、図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態に係る照明デバイス３１の外観を示す図である。
【００６４】
図６に示すように、照明デバイス３１は、光学レンズ１１および光源２を備えている。光学レンズ１１は、光源２から出射された光を拡散させる部材である。この光学レンズ１１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしている。光学レンズ１１においては、その切断面における長手方向を長軸とし、それに直交する方向を短軸とする。すなわち、光学レンズ１１を互いに直交する２つの平面で切断したとき、光学レンズ１１の輪郭線の曲率が大きい方の面に平行な軸が長軸であり、輪郭線の曲率が小さい方の面に平行な軸が短軸である。なお、以下の説明では、第１の実施の形態と同様に、説明の便宜上、図中に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を用いて各方向および各面を説明する。
【００６５】
照明デバイス３０の断面図を図７に示す。図７の（ａ）は、照明デバイス３１をｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイス３１をｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイス３１をｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイス３１を−ｚ軸方向に向かって見たときの断面図であり、（ｄ）は、照明デバイス３１をｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイス３１を＋ｚ軸方向に向かって見たときの断面図である。
【００６６】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、光学レンズ１１は、光出射面３ｃ，３ｄと、光入射面３ｄ〜３ｆと、底面４ｂとを有している。光入射面３ｅ，３ｆとは、光源２から出射された光が光学レンズ１１へ入射する面を言う。また、光出射面３ｃ，３ｂとは、光源２から出射し、光入射面３ｅ，３ｆから入射した光が出射する面を言う。底面４ｂは、光出射面３ｃ，３ｄと光入射面３ｅ，３ｆとを結ぶ面である。
【００６７】
上述したように、光学レンズ１１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしており、凸形状の表面が上記の光出射面３ｃである。また、光学レンズ１１の凸形状の表面の一部に凸部が形成されており、該凸部の表面が上記の光出射面３ｄである。この凸部は、ｙ−ｚ平面に対して対称となるような形状をしている。
【００６８】
また、光学レンズ１１の底面４ｂには、光出射面３ｃ側に凹んだ凹形状の２つの凹部が形成されており、該２つの凹部がそれぞれ上記の光入射面３ｅ，３ｆを形成している。これらの凹部は接合しており、全体として２つで１つの凹部を形成している。この際、２つの凹部をｙ−ｚ平面で切断した際、接合した２つの凹部の輪郭線は、少なくとも１つの微分不可能な点を有している。これらの凹部はその長手軸が光学レンズ１１の短軸と一致するように形成されている。すなわち、これらの凹部の長手軸と光学レンズ１１の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。
【００６９】
光入射面３ｅを形成する凹部は、＋ｙ軸方向に向かうにつれて、±ｘ軸方向の幅が大きくなるような形状をしている。一方、光入射面３ｆを形成する凹部は、−ｙ軸方向に向かうにつれて、＋ｚ軸方向の高さ（深さ）が大きくなり、その後再び＋ｚ軸方向の高さが小さくなるような形状をしている。ここで、上述したように、２つの凹部の対称面と光学レンズ１１の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。したがって、照明デバイス３１をｘ−ｚ平面から見た場合、光学レンズ１１の頂点と、光入射面３ｆの頂点とはいずれも図７（ａ）の点線Ｇ上に位置することになり、ｘ軸上の位置が一致する。しかし、照明デバイス３１をｙ−ｚ平面から見た場合に、光学レンズ１１の頂点が図７（ｂ）の点線Ｈ上に位置し、光入射面３ｆの頂点が図７（ｂ）の点線Ｊ上に位置するように光入射面３ｆは形成されている。すなわち、光入射面３ｆの頂点は、光学レンズ１１の頂点よりも−ｙ軸方向側にずらして形成されており、該光学レンズ１１の頂点とはｙ軸上の位置が一致しない。
【００７０】
ここで、光源２は２つの凹部のある領域、すなわち光入射面３ｅおよび光入射面３ｆが囲む領域に配置されている。光源２の光軸はｚ軸と平行しているが、光入射面３ｅと光入射面３ｆとの境界面を通る。したがって、ｙ−ｚ平面から見た場合に、光源２の光軸（図７（ｂ）の点線Ｉ）が、光学レンズ１１の頂点（図７（ｂ）の点線Ｈ）と、光入射面３ｆの頂点（図７（ｂ）の点線Ｊ）との間に位置するように配置されている。
【００７１】
ところで、照明デバイス３１の光学レンズ１１に適用可能な材料、ならびに、光源２に適用可能な光源は、第１の実施の形態と同様であるため、ここではそれらの説明を省略する。
【００７２】
（光の入射および出射）
次に、光源２から光学レンズ１１に入射される光の出射について説明する。
【００７３】
図７（ａ）には、ｘ−ｚ平面における光線Ｌ４を示す。光源２から＋ｘ軸方向に出射された光線Ｌ４は、光入射面３ｆから入射し、光出射面３ｃから外部に出射される。光線Ｌ１は、光入射面３ｆの傾きによって光入射面３ｆにおいて＋ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｃの傾きによって光出射面３ｃにおいても＋ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｚ平面から見た場合、光入射面３ｆに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｆに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｚ平面から見た場合、照明デバイス３１の配光分布は、光学レンズ１１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００７４】
ところで、光入射面３ｅを通る光線も同様に広角化されるが、光入射面３ｆと比較して光入射面３ｅは緩やかな凹面であるため、光入射面３ｆを通る光線よりも偏向角度の小さな光線として出射される。
【００７５】
続いて、図７（ｂ）には、ｙ−ｚ平面における光線Ｌ５および光線Ｌ６を示す。光源２から−ｙ軸方向に出射された光線Ｌ５は、光入射面３ｆから入射し、光出射面３ｃから出射される。光線Ｌ５は、光入射面３ｆの傾きによって光入射面３ｆにおいて＋ｙ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｃの傾きによって光出射面３ｃにおいては＋ｙ軸方向に偏向される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光源２から−ｙ軸方向に出射され、光入射面３ｆを通る光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｙ軸方向に偏向された光となる。
【００７６】
一方、光源２から＋ｙ軸方向に出射された光線Ｌ６は、光入射面３ｅから入射し、光出射面３ｃから出射される。光線Ｌ６は、光入射面３ｅの傾きによって光入射面３ｅにおいて−ｙ軸方向に偏向され、その後光出射面３ｃにおいてはほとんど偏向されずに光出射面３ｃから出射される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光源２から＋ｙ軸方向に出射され、光入射面３ｅを通る光は、全体的に集光され、広がりが抑えられた光となる。
【００７７】
次に、図７（ｃ）には、ｘ−ｙ平面における光線Ｌ７を示す。光源２から−ｘ軸方向に出射された光線Ｌ７は、突起部を通って光出射面３ｄから出射される。光線Ｌ７は、光出射面３ｄの斜面部分において全反射し、−ｘ軸方向に沿った光線となって光出射面３ｄから出射される。逆に、光源２から＋ｘ軸方向に出射され、突起部を通る光線は、光出射面３ｄの斜面部分において全反射し、＋ｘ軸方向に沿った光線となって光出射面３ｄから出射される。このように、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｆから±ｘ軸方向に入射し、光出射面３ｄの斜面部分において反射する光の一部は、光線Ｌ７のように該斜面部分において全反射し、±ｘ軸方向に沿った光線となる。
【００７８】
続いて、図７（ｄ）には、ｘ−ｙ平面における光線Ｌ８を示す。光源２から−ｘ軸方向に出射された光線Ｌ８は、光入射面３ｅから入射し、光出射面３ｃから外部に出射される。光線Ｌ８は、光入射面３ｅの傾きによって光入射面３ｅにおいて−ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｃの傾きによって光出射面３ｃにおいても−ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｅに−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｆに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｙ平面から見た場合、照明デバイス３１の配光分布は、光学レンズ１１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００７９】
以上のように、本実施の形態に係る照明デバイス３１を用いることによって、照明デバイス３１からの出射光を、光源２の光軸方向よりも＋ｙ軸方向側にシフトさせることができ、なおかつ、±ｘ軸方向の広い領域を照明することができるようになる。特に、光源２から−ｙ軸方向に出射された光は光入射面３ｆを通過し、＋ｙ軸方向に大きく偏向され、広角化される。一方、光源２から＋ｙ軸方向に出射され、光入射面３ｅを通過する光には集光作用が働く。そのため、照明デバイス３１から出射される光は、＋ｙ軸方向の領域を集中的に照明する照明光となる。
【００８０】
このような照明デバイス３１を道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置に適用する場合は、照明デバイス３１の＋ｙ軸方向が道路の幅方向となり、±ｘ軸方向が道路の進行方向（斜線軸方向）となるように設定することによって、道路の進行方向の照明範囲を広げることができる。そのため、照明装置を連結する灯具の設置間隔を広くすることができる。
【００８１】
また、光源２から出射する光を照明すべき領域に集中させることができるため、照明効率の高い照明装置を実現することができる。さらに、道路の幅方向にも照明範囲を変化させることができるので、照明条件のよりきめ細かな調整が可能となる。この他、照明装置の設置角度が予め決まっている場合でも、光学レンズ１１だけで道路の幅方向の照明度合いを変化させることができるため、所望の輝度分布を得やすくなる。
【００８２】
（照明装置への適用例）
以下には、本実施の形態に係る照明デバイス３１を照明装置に適用する場合の一具体例を示す。照明デバイス３１を照明装置に適用する際、例えば、図８に示すような照明デバイス３１とは異なる照明デバイスと組み合わせて照明装置に適用してもよい。図８は、本実施の形態に係る照明デバイス３２の外観を示す図である。
【００８３】
図８に示すように、照明デバイス３２は、光学レンズ１２および光源２を備えている。光学レンズ１２は、光源２から出射された光を拡散させる部材である。この光学レンズ１２は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしている。光学レンズ１２においては、その切断面における長手方向を長軸とし、それに直交する方向を短軸とする。すなわち、光学レンズ１２を互いに直交する２つの平面で切断したとき、光学レンズ１２の輪郭線の曲率が大きい方の面に平行な軸が長軸であり、輪郭線の曲率が小さい方の面に平行な軸が短軸である。なお、以下の説明では、第１の実施の形態と同様に、説明の便宜上、図中に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を用いて各方向および各面を説明する。
【００８４】
照明デバイス３２の断面図を図９に示す。図９の（ａ）は、照明デバイス３２をｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイス３２をｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【００８５】
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、光学レンズ１２は、光出射面３ｇと、光入射面３ｈと、底面４ｃとを有している。光入射面３ｈとは、光源２から出射された光が光学レンズ１２へ入射する面を言う。また、光出射面３ｇとは、光源２から出射し、光入射面３ｈから入射した光が出射する面を言う。底面４ｃは、光出射面３ｇと光入射面３ｈとを結ぶ面である。
【００８６】
上述したように、光学レンズ１２は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしており、凸形状の表面が上記の光出射面３ｇである。また、光学レンズ１２の底面４ｃには、光出射面３ｇ側に凹んだ凹形状の凹部が形成されており、該凹部が上記の光入射面３ｈを形成している。この凹部は、その長手軸が光学レンズ１２の短軸と一致するように形成されている。すなわち、この凹部の長手軸と光学レンズ１２の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。また、この凹部は、図９（ａ）に示すように、＋ｚ軸方向の高さ（深さ）が略一定であるが、図９（ｂ）に示すように、ｘ−ｙ平面から見た場合に、緩やかに湾曲した弧状の輪郭線を持つような形状をしている。
【００８７】
ところで、照明デバイス３２の光学レンズ１２に適用可能な材料、ならびに、光源２に適用可能な光源は、第１の実施の形態と同様であるため、ここではそれらの説明を省略する。
【００８８】
照明デバイス３２においては、ｙ−ｚ平面から見た場合、図９（ａ）に示すような光線Ｌ９は、光源２から光入射面３ｈに＋ｙ軸方向に入射し、光出射面３ｇから外部に出射される。光線Ｌ９は、光入射面３ｈの傾きによって光入射面３ｈにおいて−ｙ軸方向に偏向され、その後光出射面３ｇにおいてはほとんど偏向されずに光出射面３ｇから出射される。逆に、光源２から光入射面３ｈに−ｙ軸方向に入射した光は、その後光出射面３ｇにおいてはほとんど偏向されずに光出射面３ｇから出射される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光源２から出射される光は、全体的に集光され、広がりが抑えられた光となる。
【００８９】
一方、ｘ−ｙ平面から見た場合、図９（ｂ）に示すような光線Ｌ１０は、光源２から光入射面３ｈに−ｘ軸方向に入射し、光出射面３ｇから外部に出射される。光線Ｌ１０は、光入射面３ｈの傾きによって光入射面３ｈにおいて−ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｇの傾きによって光出射面３ｇにおいても−ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｈに−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１２の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｈから＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１２の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。しかし、照明デバイス３２の光入射面３ｈは緩やかな凹面であり、また照明デバイス３２は照明デバイス３１が備えているような凸部を備えていないため、ｘ−ｙ平面から見た場合、照明デバイス３２の配光分布は、照明デバイス３２と比較して狭角な配光分布となる。
【００９０】
以上のことから、照明デバイス３１は、自身から離れた広範囲を照明することができるのに対して、照明デバイス３２は、照明デバイス３１と比較して自身から近い範囲を照明する。このような照明デバイス３１および照明デバイス３２を備えた照明装置を図１０に示す。図１０（ａ）は、照明デバイス３１を備えた照明装置４１の概略構成を示す斜視図である。図１０（ｂ）は、照明装置４１の概略構成を示す断面図である。図１０（ｃ）は、照明装置４１の光出射面を示す図である。図１０（ｄ）は、照明装置４０の光出射面の一部を拡大した図である。
【００９１】
照明装置４１では、図１０（ｃ）に示すように、複数の照明デバイス３１および複数の照明デバイス３２が搭載されている。複数の照明デバイス３１，３２を備える基板１４は、図１０（ａ）に示すような筐体１７内に格納されており、複数の照明デバイス３１，３２が筐体１７の一面から露出するように配置されている。筐体１７内には、複数の照明デバイス３１，３２と共に図示しない電源装置等も格納されている。ここで、照明装置４１において、複数の照明デバイス３１，３２が露出している面には、カバーガラス１３が貼り付けられている。
【００９２】
複数の照明デバイス３１，３２は、基板１４上において並列配置されている。図１０（ｃ）には、一例として、照明デバイス３１および照明デバイス３２を合わせて１列（±ｙ軸方向）当たり２０個配置し、それを７列並列配置して計１４０個の照明デバイス３１，３２を配置している例を示す。照明デバイス３１の光学レンズ１１のサイズと、照明デバイス３２の光学レンズ１２のサイズとは略同等であり、複数の照明デバイス３１，３２は一定のピッチで配置されている。このときの合計光源光束は１００００（ｌｍ）である。
【００９３】
ここで、図１０（ｃ）に示す領域１５を拡大した図を図１０（ｄ）に示す。図１０（ｄ）に示すように、複数の照明デバイス３１および複数の照明デバイス３２はそれぞれ１列ごとに配置されており、照明デバイス３１を配置した列と照明デバイス３２を配置した列とは、互いに交互になるように配置されている。また、照明デバイス３１を配置した列と、照明デバイス３２を配置した列とは、配列ピッチの半分だけ互いにずれて配置されている。このように照明デバイス３１を配置した列と、照明デバイス３２を配置した列とをずらして配置することによって、照明デバイス３１，３２の充填率が高い場合でも、１つの照明デバイス３１，３２から出射された広角配光の光が、他の照明デバイス３１，３２の光学レンズ１１，１２によって遮蔽されるのを防ぐことができる。なお、配置の方法はこれに限らず、照明デバイス３１と照明デバイス３２とを交互に配置した列を並列配置してもよい。また、十分な配置面積をとることができる場合には、複数の照明デバイス３１，３２をマトリクス状に配置してもよい。
【００９４】
上述したように、照明デバイス３１では、光源２からの出射光は、光源２の光軸方向よりも＋ｙ軸方向側にシフトさせることができ、なおかつ、±ｘ軸方向の広い領域を照明することができる。一方、照明デバイス３２では、光源２からの出射光は全体的に集光され、広がりが抑えられた光となり、照明デバイス３２と比較して±ｘ軸方向の照射領域は狭い。したがって、照明装置４１においては、照明デバイス３１によって、照明装置４１から離れた場所を広範囲に照明すると共に、照明デバイス３２によって、照明装置４１に近い範囲を照明することができる。このように、２つの異なる照明デバイス３１，３２を用いることによって、理想的な配光に近い配光分布を実現しやすくなる。
【００９５】
なお、図１０に示す照明装置４１は一例であり、本実施の形態に係る照明装置４１はこれに限定されるものではない。照明装置４１に搭載する照明デバイス３１，３２の数、ならびに、光源光束については、照明装置４１に要求される光束の大きさによって適宜変更することができる。
【００９６】
（照明装置の配光特性）
以下に、照明装置４１における配光特性のシミュレーション結果を図１１に示す。本図は、光学レンズ１１および光学レンズ１２共に、光出射面３ｃ，３ｇの±ｘ軸方向（長軸方向）の幅を２０ｍｍ、±ｙ軸方向（短軸方向）の幅を１３ｍｍとし、±ｚ軸方向（光軸方向）の高さを６．５ｍｍとなるように設定した場合の結果である。なお、光入射面３ｅの長軸方向の長さを８．３ｍｍ、短軸方向の長さの最長部分を１０ｍｍ、最短部分を４ｍｍとし、光入射面３ｅと光入射面３ｆとの境界面の光軸方向の高さ（深さ）を３ｍｍとしている。光出射面３ｃの頂点と光軸との間隔、ならびに、光入射面３ｆの頂点と光軸との間隔はそれぞれ１ｍｍに設定した。また、図１０（ｂ）に示すように、照明デバイス３１，３２が搭載されている基板１４は、水平方向に対して平行ではなく、角度φだけ傾斜して配置されている。今回は、基板１４は、５°の角度（φ＝５°）で配置した場合を想定する。
【００９７】
図１１では、光源２の配光特性として、ランバート分布を仮定した。実際には、照明デバイス３１，３２の１組の配光分布でこの配光は実現されており、この組み合わせが多数あることで冗長性が確保される。図１１は、光源２の光軸に対して垂直な平面（すなわち、ｘ−ｙ平面）上における配光特性を示しており、実線はｘ−ｚ平面、破線はｙ−ｚ平面の配光特性を示している。
【００９８】
図１１に示すように、照明装置４１の配光特性は、ｘ−ｚ平面において、０°方向にピークを持つ配光特性となる。これは、光学レンズ１がない従来の照明装置においても同様である。しかし、照明デバイス３０においては、光学レンズ１の作用によって光が±ｘ軸方向に広げられるため、±６０°付近にピークを持つような配光が実現されている。また、ｙ−ｚ平面においては、光学レンズ１の作用によって光が＋ｙ軸方向にシフトされるため、＋３０°付近にピーク位置がシフトしていることが分かる。したがって、照明装置４１の出射面はほぼ水平にも関わらず、出射される光は大きく偏向している。故に、照明装置４１を道路照明として用いた場合、照明装置４１の出射面を道路に対して略水平にしたとしても出射光を偏向することができ、理想配光に近い分布を実現することができる。
【００９９】
（照明装置の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度）
上記の照明装置４１を道路照明として道路灯に適用した場合の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度を測定した。測定条件は、図１２に示す通りである。図１２の（ａ）は、照明装置４１の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、照明装置４１と観察者２３ａ，２３ｂとの関係を示す図である。
【０１００】
図１２（ａ）に示すように、照明装置４１を道路灯に適用する場合、照明装置４１（正確には、照明デバイス３１，３２が搭載されている基板１４）は道路２２に対して平行ではなく、角度θだけ傾斜して配置される。今回は、照明装置４１は、５°の角度（θ＝５°）で配置した場合を想定する。
【０１０１】
なお、照明装置４１は、図１２（ｂ）に示すように、±ｘ軸方向が道路２２の進行方向（車線軸方向）と平行になるようにした。また、照明装置４１が連結される灯具の高さが１０ｍ、道路２２の進行方向の間隔Ｄが４０ｍとなるように、照明装置４１を千鳥状に配置した。道路の幅Ｗは７ｍとした。
【０１０２】
このときの道路灯の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度の値を表２に示す。表２に示す値は、道路２２と観察者２３ａ，２３ｂとの距離ｄが６０ｍである場合を想定したときの値である。なお、表２に示す各値を得るために、道路２２の反射率としてアスファルトの値を使用した。
【０１０３】
【表２】
【０１０４】
一般的に、道路灯においては、総合均斉度については０．４以上、また車線軸均斉度については０．５以上の値が要求されている。表２に示すように、照明装置４１を道路灯に適用した場合、いずれの値も必要な値をクリアしていることが分かる。これは、本実施の形態に係る照明装置４１においては、照明デバイス３１が備える光学レンズ１１によって、道路２２の幅方向（＋ｙ軸方向）に光を偏向させることができるためであり、それによって道路灯として必要な輝度均一性を確保できているためである。また、照明装置４１においては、異なる光学レンズ１１，１２を備えた照明デバイス３１，３２を組み合わせることによって、配光分布を理想的な分布に近づけることが可能となっている。
【０１０５】
したがって、以上で説明したように、本実施の形態に係る照明装置４１においては、道路２２の幅方向への偏向角が特に大きい照明デバイス３１と、光の偏向角が小さい照明デバイス３２とを組み合わせることによって、道路２２の幅方向の照度を綿密に制御することができる。またそれと同時に、広角領域にも十分に光を偏向可能な配光特性を確保しつつ、全体の配光分布を最適化することができる。これによって、道路照明に求められる仕様を高い水準でクリアできる高い性能を備える道路灯を実現することができる。
【０１０６】
また、照明デバイス３１，３２において、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように光学レンズ１１，１２が形成されるため、照明デバイス３１，３２は大型にならない。結果、照明デバイス３１，３２を搭載する照明装置４１の大型化を招くことなく、配光特性に優れた照明装置４１を実現することが可能となる。
【０１０７】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０８】
例えば、以上では各実施の形態に係る照明デバイスを備えた照明装置を道路灯あるいはトンネル灯に適用する例を挙げているが、必ずしもこれに限定されるわけではない。各実施の形態に係る照明デバイスおよび該照明デバイスを備える照明装置は、防犯灯、街路灯、公園灯、または、看板照明等の屋外照明、あるいは、その他の照明に幅広く用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、防犯灯、街路灯、道路灯、トンネル灯、公園灯、または、看板照明等の屋外照明、あるいは、その他の照明で使用する照明デバイスおよび該照明デバイスを備える照明装置に幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１，１１，１２ 光学レンズ
２ 光源
３ａ，３ｃ，３ｄ，３ｇ 光出射面
３ｂ，３ｅ，３ｆ，３ｈ 光入射面
４ａ，４ｂ，４ｃ 底面
１３ カバーガラス
１４ 基板
１６，１７ 筐体
２２ 道路
２３ａ，２３ｂ 観察者
３０，３１，３２ 照明デバイス
４０，４１ 照明装置
４２ トンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路灯、防犯灯、街路灯、または、トンネル灯等に適用される照明デバイス、および、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交通安全および犯罪防止等のために、多数の照明装置が屋外に設置されている。例えば、道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明においては、運転手が道路状態を確実に把握できること、また走行中に照明装置からの光によって視認性が妨げられるのを防ぐことを目的として、照明された道路の平均輝度、輝度の均斉度、および、グレア等に関する評価値が規定されている。
【０００３】
一般に国内における道路灯は、設置高さおよそ７〜１０ｍ、設置間隔およそ３０〜４０ｍで使用される場合が多く、トンネル灯は、設置高さおよそ５ｍ、設置間隔およそ１２〜１５ｍで使用される場合が多い。これらの照明装置に必要とされる配光の特徴としては、照明装置から±６０°付近にピークを備え、かつ、±７５°以上の光をカットするというような特性である。また、海外においても、各国の道路事情に応じた照明装置の特性が要求されている。このような配光特性を実現し、道路灯およびトンネル灯に要求される規定値のうち、より高い基準をクリアするためには、照明装置の配光を精密に制御する必要がある。
【０００４】
照明装置の配光特性を制御するための技術として、特許文献１に記載の方法がある。特許文献１に記載の照明装置では、リフレクタと呼ばれる反射部材を使用して配光特性を制御し、水平方向の光度を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９８２０５号公報
【特許文献２】特開２００９−１５２１６９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７７０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の照明装置に関しては、以下のような課題がある。
【０００７】
近年、省電力化および長寿命化の観点からＬＥＤ光源を用いた照明装置が多数開発されている。ＬＥＤ光源を用いた照明装置においては、器具光束を確保するために多数のＬＥＤ光源を並べて使用することが多く、光源面積が大きくなる。
【０００８】
このような場合、特許文献１に記載された照明装置のように、リフレクタを用いて配光を制御しようとすると、光は様々な方向からリフレクタに入射するため、形状の設定が困難となるといった課題がある。また、この課題を避けるために、リフレクタおよびプリズムの面積を大きくして光源面積の比率を小さくした場合、照明装置が大型化してしまうという課題が生じる。
【０００９】
ここで、上記のような照明装置の大型化を低減するための方法が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された照明装置は、光源と砲弾型のリフレクタとから構成される光源体を複数備えている。この照明装置では、リフレクタを光源ごとに設けることによって、照明装置の大型化を低減している。しかしながら、道路等に設置される照明装置では道路進行方向および幅方向における配光を制御することが重要となるため、特許文献２に記載された照明装置を道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明として用いた場合、光源体の取り付け方法が複雑となる。また、１つの光源とリフレクタとを組み合わせた光源体は、全体の配光分布の一部にのみ寄与しており、ＬＥＤ光源のばらつきまたは故障等で配光分布が変化しやすいという問題がある。
【００１０】
また、道路照明に用いる照明装置は、照明装置の取り付け角度が予め決まっている場合が多く、道路に対する照明装置の位置は一定ではない。これらの条件の下において、道路の明るさ、および、明るさの均一性を確保するには、なるべく理想配光に近い配光特性を実現することが必要であり、とりわけ道路の幅方向の配光を、照明装置の取り付け角度の調整以外の方法で制御することが重要となる。
【００１１】
例えば、特許文献３には、広角配光を実現するための方法が記載されている。特許文献３に記載された照明装置は、扁平面および回転楕円体からなる光学レンズを備えており、１つの光源と光学レンズとの組み合わせによって広角配光を実現している。しかしながら、特許文献３に記載された照明装置を道路照明に用いた場合、道路の幅方向における配光の制御は十分ではなく、照明装置の取り付け角度ならびに設置位置が大きく制限されてしまう。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、簡易に配光特性を制御することができるコンパクトな照明デバイス、および、該照明デバイスを備えた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る照明デバイスは、上記の課題を解決するために、光源と、上記光源から出射された光が入射する入射面、および、上記入射面から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズとを備え、上記出射面は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切断した際に得られる該回転楕円体の凸形状の表面であり、上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる凹形状の面であり、上記切断した回転楕円体の切断面に直交する平面に、上記光源から出射された光の光軸と、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点とは含まれており、なおかつ、上記直交する平面において、上記光軸は、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点との間に位置することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、本発明に係る照明デバイスを用いることによって、照明デバイスからの出射光を、光源の光軸方向よりも一方向側にシフトさせることができ、なおかつ、上記一方向に直交する他方向の広い領域を照明することができるようになる。特に、照明デバイスを道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置に適用する場合は、照明デバイスの上記一方向が道路の幅方向となり、上記他方向が道路の進行方向（斜線軸方向）となるように設定することによって、道路の進行方向の照明範囲を広げることができる。そのため、照明装置を連結する灯具の設置間隔を広くすることができる。
【００１５】
また、本来照明すべき道路の幅からはみ出す光についても、照明デバイスを用いることによって、道路を照明する有効な照明光に変換して利用することができるため、効率的な照明装置が実現できる。さらに、出射面および入射面の両面において、光度の強い光を偏向させることができるので、容易に大きな偏向角が得られる。これによって、道路の幅方向への照明光の制御の自由度が高まり、照明条件のよりきめ細かな調整が可能となる。この他、照明装置の設置角度が予め決まっている場合でも、光学レンズだけで道路の幅方向の照明度合いを変化させることができるため、所望の配光分布を得やすくなる。
【００１６】
また、本発明に係る照明デバイスにおいて、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように光学レンズが形成されるため、照明デバイスは大型にならない。結果、照明デバイスを搭載する照明装置の大型化を招くことなく、配光特性に優れた照明装置を実現することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る照明デバイスは、上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる複数の凹部を互いに接合してなる凹形状の面であり、上記光軸と、上記入射面の凹形状の頂点とを含む平面で上記入射面を切断した際に、上記接合した複数の凹部の輪郭線は、少なくとも１つの微分不可能な点を有していることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、光源の光軸方向よりも一方向側を集中的に照明することができ、なおかつ、上記一方向に直交する他方向の広い領域を照明することができるようになる。したがって、２方向の配光特性のさらなる制御と最適化とが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る照明デバイスは、上記出射面には、上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と直交する平面に対して対称な形状を持つ突起部がさらに形成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、突起部を通る光線は、突起部の斜面部分において全反射し、上記一方向に直交する他方向に沿った光線となる。したがって、２方向の配光特性のさらなる制御と最適化とが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る照明デバイスは、上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と、上記入射面を該切断面と平行な平面で切断した際の切断面における長手方向とは、互いに直交していることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、切断した回転楕円体の切断面における長手方向の光の拡散性は、入射面を該切断面と平行な平面で切断した際の切断面における長手方向の光の拡散性よりも高い。すなわち、両方向における配光特性とを制御し、最適化することができる。
【００２３】
また、本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、上述したいずれかの照明デバイスを使用していることを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、容易に配光特性を制御することができるコンパクトな照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の照明デバイスによれば、１つの光学レンズのみによって、一方向およびそれに直交する他方向の２方向の配光特性を制御し、その配光特性を最適化することができる。したがって、本発明に係る照明デバイスを備えた照明装置を用いれば、リフレクタ等を使用せずとも、道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置として適した配光分布および照度を有する照明装置を実現することができる。
【００２６】
また、光源が複数になって光源面積が大きくなった場合においても、本発明に係る照明デバイスはコンパクトであるため、本発明に係る照明デバイスを搭載した照明装置においては、装置の大型化を招くことなく優れた配光特性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る照明デバイスの外観を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る照明デバイスの断面を示す図であり、（ａ）は、照明デバイスをｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイスをｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る照明デバイスにおける配光特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の一形態に係る照明装置と観察者との関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る照明デバイスの外観を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る照明デバイスの断面を示す図であり、（ａ）は、照明デバイスをｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイスをｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイスを−ｚ軸方向に向かって見たときの断面図であり、（ｄ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイスを＋ｚ軸方向に向かって見たときの断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係る照明デバイスの外観を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態に係る照明デバイスの断面を示す図であり、（ａ）は、照明デバイスをｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイスをｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の光出射面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の光出射面の一部を拡大した図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る照明装置における配光特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る照明装置と観察者との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を以下の実施の形態により詳細に説明する。なお、以下の説明においては、同一の機能および作用を示す部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
（照明デバイスの構成）
まず本実施の形態に係る照明デバイスの構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る照明デバイス３０の外観を示す図である。
【００３０】
図１に示すように、照明デバイス３０は、光学レンズ１および光源２を備えている。光学レンズ１は、光源２から出射された光を拡散させる部材である。この光学レンズ１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしている。光学レンズ１においては、その切断面における長手方向を長軸とし、それに直交する方向を短軸とする。すなわち、光学レンズ１を互いに直交する２つの平面で切断したとき、光学レンズ１の輪郭線の曲率が大きい方の面に平行な軸が長軸であり、輪郭線の曲率が小さい方の面に平行な軸が短軸である。
【００３１】
なお、以下の説明では、説明の便宜上、図中に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を用いて各方向および各面を説明する。＋ｘ軸方向とは、図中に示すｘ軸の矢印方向であり、−ｘ軸方向とは、図中に示すｘ軸の矢印方向とは反対の方向であり、いずれも光学レンズ１の長軸方向である。一方、＋ｙ軸方向とは、図中に示すｙ軸の矢印方向であり、−ｙ軸方向とは、図中に示すｙ軸の矢印方向とは反対の方向であり、いずれも光学レンズ１の短軸方向である。また、＋ｚ軸方向とは、図中に示すｚ軸の矢印方向であり、−ｚ軸方向とは、図中に示すｚ軸の矢印方向とは反対の方向であり、いずれも照明デバイスの光軸方向である。ここで言う光軸とは、光源２から出射される光の立体的な出射光束の中心軸である。
【００３２】
そして、ｘ−ｚ平面とは、ｘ軸およびｚ軸を含む平面であり、長軸を含み、なおかつ、短軸に垂直な平面である。一方、ｙ−ｚ平面とは、ｙ軸およびｚ軸を含む平面であり、短軸を含み、なおかつ、長軸に垂直な平面である。また、ｘ−ｙ平面とは、ｘ軸およびｙ軸を含む平面であり、長軸および短軸を含む平面である。
【００３３】
照明デバイス３０の断面図を図２に示す。図２の（ａ）は、照明デバイス３０をｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイス３０をｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイス３０をｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、光学レンズ１は、光出射面３ａと、光入出射面３ｂと、底面４ａとを有している。光入射面３ｂとは、光源２から出射された光が光学レンズ１へ入射する面を言う。また、光出射面３ａとは、光源２から出射し、光入射面３ｂから入射した光が出射する面を言う。底面４ａは、光出射面３ａと光入射面３ｂとを結ぶ面である。
【００３５】
上述したように、光学レンズ１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしており、凸形状の表面が上記の光出射面３ａである。また、光学レンズ１の底面４ａには、光出射面３ａ側に凹んだ凹形状の凹部が形成されており、該凹部が上記の光入射面３ｂを形成している。この凹部は、ｘ−ｙ平面で切断した際の切断面における長手方向に伸びる軸（以下、長手軸と称す）が光学レンズ１の短軸と一致するように形成されている。すなわち、この凹部の長手軸と光学レンズ１の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。一方、凹部の長手軸と直交する面あるいは軸は、光学レンズ１の長軸と平行となるように形成されているが、光学レンズ１の長軸よりも＋ｙ軸方向側あるいは−ｙ軸方向側にずらして形成されている。すなわち、照明デバイス３０をｘ−ｚ平面から見た場合、光学レンズ１の頂点と、凹部の頂点とはいずれも図２（ａ）の点線Ａ上に位置することになり、ｘ軸上の位置が一致する。しかし、照明デバイス３０をｙ−ｚ平面から見た場合、光学レンズ１の頂点は図２（ｂ）の点線Ｂ上に位置し、凹部の頂点は図２（ｂ）の点線Ｄ上に位置することになり、ｙ軸上の位置が一致しない。
【００３６】
ここで、光源２は凹部のある領域、すなわち光入射面３ｂが囲む領域に配置されている。上述したように、光源２の光軸はｚ軸と平行しているが、ｙ−ｚ平面から見た場合に、光源２の光軸（図２（ｂ）の点線Ｃ）が、光学レンズ１の頂点（図２（ｂ）の点線Ｂ）と、凹部の頂点（図２（ｂ）の点線Ｄ）との間に位置するように配置されている。すなわち、光源２の光軸と、光出射面３ａの頂点と、光入射面３ｂの頂点とは、ｘ−ｙ平面（すなわち、回転楕円体の切断面、あるいは、底面４ａ）に直交する平面に含まれており、該平面において、光源２の光軸は、光出射面３ａの頂点と、光入射面３ｂの頂点との間に位置する。
【００３７】
（照明デバイスの各種部材）
光学レンズ１としては、例えば、アクリル樹脂の他、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、または、ガラス等を用いることが好ましい。しかし、特に限定はなく、可視光域において透明性がよく、透過率が大きい材料であれば好適である。また、本実施の形態に係る光学レンズ１のような形状であれば、射出成形等による方法で大量に製造することが可能である。
【００３８】
一方、光源２としては、ＬＥＤを用いることができる他、半導体レーザー等の光源も適用可能であるが、特に限定はない。光源２の形状は、照明デバイス３０と同様に、回転対称であってもよいし、回転対称ではなく直方体等の形状であってもよい。
【００３９】
（光の入射および出射）
次に、光源２から光学レンズ１に入射される光の出射について説明する。
【００４０】
図２（ａ）には、ｘ−ｚ平面における光線Ｌ１を示す。光源２から出射された光線Ｌ１は、光入射面３ｂから−ｘ軸方向に入射し、光出射面３ａから外部に出射される。光線Ｌ１は、光入射面３ｂの傾きによって光入射面３ｂにおいて−ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ａの傾きによって光出射面３ａにおいても−ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｚ平面から見た場合、光入射面３ｂから−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｂに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｚ平面から見た場合、照明デバイス３０の配光分布は、光学レンズ１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００４１】
続いて、図２（ｂ）には、ｙ−ｚ平面における光線Ｌ２を示す。光源２からそのまま＋ｚ軸方向に出射された光線Ｌ２は、光入射面３ｂから入射し、光出射面３ａから出射される。光線Ｌ２は、光入射面３ｂの傾きによって光入射面３ｂにおいて＋ｙ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ａの傾きによって光出射面３ａにおいても＋ｙ軸方向に偏向される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光出射面３ａからそのまま＋ｚ軸方向に出射された光は、光学レンズ１の作用により、全体的に＋ｙ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｙ−ｚ平面から見た場合、照明デバイス３０の配光分布は、光学レンズ１がないときと比較して広角方向、より正確には＋ｙ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００４２】
次に、図２（ｃ）には、ｘ−ｙ平面における光線Ｌ３を示す。光源２から出射された光線Ｌ３は、光入射面３ｂから＋ｘ軸方向に入射し、光出射面３ａから出射される。光線Ｌ３は、光入射面３ｂの傾きによって光入射面３ｂにおいて＋ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ａの傾きによって光出射面３ａにおいても＋ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｂから＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｂから−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｙ平面から見た場合、照明デバイス３０の配光分布は、光学レンズ１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る照明デバイス３０を用いることによって、照明デバイス３０からの出射光を、光源２の光軸方向よりも＋ｙ軸方向側にシフトさせることができ、なおかつ、±ｘ軸方向の広い領域を照明することができるようになる。特に、照明デバイス３０を道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置に適用する場合は、照明デバイス３０の＋ｙ軸方向が道路の幅方向となり、±ｘ軸方向が道路の進行方向（斜線軸方向）となるように設定することによって、道路の進行方向の照明範囲を広げることができる。そのため、照明装置を連結する灯具の設置間隔を広くすることができる。
【００４４】
また、本来照明すべき道路の幅からはみ出す光についても、照明デバイス３０を用いることによって、道路を照明する有効な照明光に変換して利用することができるため、効率的な照明装置が実現できる。さらに、光出射面３ａおよび光入射面３ｂの両面において、光度の強い光を偏向させることができるので、容易に大きな偏向角が得られる。これによって、道路の幅方向への照明光の制御の自由度が高まり、照明条件のよりきめ細かな調整が可能となる。この他、照明装置の設置角度が予め決まっている場合でも、光学レンズ１だけで道路の幅方向の照明度合いを変化させることができるため、所望の配光分布を得やすくなる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、光出射面３ａの長軸方向と、光入射面３ｂの長手軸方向とが互いに直交するように配置されているが、両方向が直交していなくとも十分に本発明の効果を奏することができる。しかし、両方向が直交していることによって、光学レンズ１の短軸方向に出射される光は、光軸から光学レンズ１の頂点側に傾いた方向に主に出射される。一方、光学レンズ１の長軸方向に出射される光は、左右対称に光が出射されることになり、短軸方向に出射される光よりも拡散性が高い。すなわち、光出射面３ａの長軸方向における光の拡散性は、光入射面３ｂの長手軸方向における光の拡散性よりも高い。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る照明デバイス３０によれば、１つの光学レンズ１のみによって、一方向およびそれに直交する他方向の２方向の配光特性を制御し、その配光特性を最適化することができる。したがって、本実施の形態に係る照明デバイス３０を備えた照明装置を用いれば、リフレクタ等を使用せずとも、道路照明に用いる照明装置として適した配光分布および照度を有する照明装置を実現することができる。
【００４７】
また、光源２が複数になって光源面積が大きくなった場合においても、本実施の形態に係る照明デバイス３０はコンパクトであるため、照明デバイス３０を搭載した照明装置においては、装置の大型化を招くことなく、優れた配光特性を実現することが可能となる。
【００４８】
（照明デバイスの配光特性）
以下に、照明デバイス３０における配光特性のシミュレーション結果を図３に示す。本図は、光学レンズ１の光出射面３ａの±ｘ軸方向（長軸方向）の幅を２０ｍｍ、±ｙ軸方向（短軸方向）の幅を１３ｍｍとし、±ｚ軸方向（光軸方向）の高さを６．５ｍｍとなるように設定した場合の結果である。なお、凹部の長軸方向の長さを７．７ｍｍ、短軸方向の長さを５．２ｍｍとし、光軸方向の高さ（深さ）を３ｍｍとしている。光学レンズ１の頂点と光軸との間隔、ならびに、凹部の頂点と光軸との間隔はそれぞれ１ｍｍに設定した。
【００４９】
図３では、光源２の配光特性として、ランバート分布を仮定した。図３は、光源２の光軸に対して垂直な平面（すなわち、ｘ−ｙ平面）上における配光特性を示しており、実線はｘ−ｚ平面、破線はｙ−ｚ平面の配光特性を示している。
【００５０】
図３に示すように、照明デバイス３０の配光特性は、ｘ−ｚ平面において、０°方向にピークを持つ配光特性となる。これは、光学レンズ１がない従来の照明装置においても同様である。しかし、照明デバイス３０においては、光学レンズ１の作用によって光が±ｘ軸方向に広げられるため、±５５°付近にピークを持つような配光が実現されている。また、ｙ−ｚ平面においては、光学レンズ１の作用によって光が＋ｙ軸方向にシフトされるため、＋２０°付近にピーク位置がシフトしていることが分かる。
【００５１】
（照明装置への適用例）
以下には、本実施の形態に係る照明デバイス３０を照明装置に適用する場合の一具体例を示す。図４（ａ）は、照明デバイス３０を備えた照明装置４０の概略構成を示す斜視図である。図４（ｂ）は、照明デバイス３０を備えた照明装置４０の概略構成を示す断面図である。
【００５２】
図４（ａ）に示すように、照明装置４０には、複数の照明デバイス３０が搭載されている。複数の照明デバイス３０は、基板１４上にマトリクス状に配置されている。図４（ａ）には、一例として、照明デバイス３０を１行（±ｘ軸方向）当たり７個、１列（±ｙ軸方向）当たり１０個配置し、計７０個の照明デバイス３０を配置している例を示す。このときの合計光源光束は１００００（ｌｍ）である。なお、図４（ａ）に示す照明装置４０は一例であり、本実施の形態に係る照明装置４０はこれに限定されるものではない。照明装置４０に搭載する照明デバイス３０の数、ならびに、光源光束については、照明装置４０に要求される光束の大きさによって適宜変更することができる。
【００５３】
照明装置４０では、複数の照明デバイス３０を備える基板１４を筐体１６内に格納しており、複数の照明デバイス３０が筐体１６の一面から露出するように配置されている。筐体１６内には、複数の照明デバイス３０と共に図示しない電源装置等も格納されている。ここで、図４（ｂ）に示すように、照明装置４０において、複数の照明デバイス３０が露出している面には、カバーガラス１３が貼り付けられている。このカバーガラス１３は、照明装置４０を屋外等で使用する場合に、雨およびほこり等から複数の照明デバイス３０を保護することができる。筐体１６もカバーガラス１３と同様の役割を担っている。
【００５４】
（照明装置の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度）
上記の照明装置４０を道路照明としてトンネル灯に適用した場合の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度を測定した。測定条件は、図５に示す通りである。図５の（ａ）は、照明装置４０の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、照明装置４０と観察者２３ａ，２３ｂとの関係を示す図である。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、照明装置４０をトンネル灯に適用する場合、照明装置４０はトンネル４２の内壁に配置され、道路２２に対して平行ではなく、角度θだけ傾斜して配置される。今回は、照明装置４０（正確には、照明デバイス３０が搭載されている基板１４）は、４８°の角度（θ＝４８°）で配置した場合を想定する。
【００５６】
なお、照明装置４０は、図５（ｂ）に示すように、±ｘ軸方向が道路２２の進行方向（車線軸方向）と平行になるようにした。また、照明装置４０が連結される灯具の高さが５ｍ、道路２２の進行方向の間隔Ｄが１５ｍとなるように、照明装置４０を千鳥状に配置した。道路の幅Ｗは７ｍとした。本図では、照明装置４０の配置が分かりやすいように、トンネル４２を透過した状態で図示している。したがって、図中に示されている３つの照明装置４０のうち、真ん中に位置する照明装置４０は、観察者２３ａおよび観察者２３ｂの間を隔てるようにトンネル４２を半分に切断した際の観察者２３ｂ側の内壁に配置されている。それ以外の２つの照明装置４０は、観察者２３ａ側の内壁に配置されている。
【００５７】
このときのトンネル灯の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度の値を表１に示す。なお、表１に示す各値を得るために、道路２２の反射率としてアスファルトの値を使用した。
【００５８】
【表１】
【００５９】
総合均斉度は、対象となる道路２２から距離ｄだけ離れた観察者２３ａと観察者２３ｂとのそれぞれの場所からみた場合の道路２２の最小輝度／平均輝度を表している。また、車線軸輝度均斉度は、観察者２３ａの場合には、対象となる道路２２において観察者２３ａからみた点線Ｅのライン上の輝度均一性、観察者２３ｂの場合には、対象となる道路２２において観察者２３ｂからみた点線Ｆのライン上の輝度均一性をそれぞれ示す。なお、表１に示す値は、距離ｄが６０ｍである場合を想定したときの値である。また、点線Ｅは照明装置４０からＷ／４にあるラインであり、点線Ｆは照明装置４０から３Ｗ／４にあるラインである。
【００６０】
一般的に、トンネル灯においては、総合均斉度については０．４以上、また車線軸均斉度については０．６以上の値が要求されている。表１に示すように、照明装置４０をトンネル灯に適用した場合、いずれの値も必要な値をクリアしていることが分かる。これは、本実施の形態に係る照明装置４０においては、照明デバイス３０が備える光学レンズ１によって、道路２２の幅方向（＋ｙ軸方向）に光を偏向させることができるためであり、それによって基準値を大きく上回る均一性を得られるためである。
【００６１】
したがって、以上で説明したように、本実施の形態に係る照明装置４０においては、光学レンズ１によって、道路２２の幅方向（±ｙ軸方向）に異なる配光分布となるように配光特性を制御し、配光分布を最適化することができる。したがって、所望な配光分布を実現することができるため、道路照明において求められる仕様を高い水準でクリアすることができる高い性能を備えるトンネル灯を実現することができる。
【００６２】
また、照明デバイス３０において、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように光学レンズ１が形成されるため、照明デバイス３０は大型にならない。結果、照明デバイス３０を搭載する照明装置４０の大型化を招くことなく、配光特性に優れた照明装置４０を実現することが可能となる。
【００６３】
〔第２の実施の形態〕
（照明デバイスの構成）
まず本実施の形態に係る照明デバイスの構成について、図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態に係る照明デバイス３１の外観を示す図である。
【００６４】
図６に示すように、照明デバイス３１は、光学レンズ１１および光源２を備えている。光学レンズ１１は、光源２から出射された光を拡散させる部材である。この光学レンズ１１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしている。光学レンズ１１においては、その切断面における長手方向を長軸とし、それに直交する方向を短軸とする。すなわち、光学レンズ１１を互いに直交する２つの平面で切断したとき、光学レンズ１１の輪郭線の曲率が大きい方の面に平行な軸が長軸であり、輪郭線の曲率が小さい方の面に平行な軸が短軸である。なお、以下の説明では、第１の実施の形態と同様に、説明の便宜上、図中に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を用いて各方向および各面を説明する。
【００６５】
照明デバイス３０の断面図を図７に示す。図７の（ａ）は、照明デバイス３１をｘ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイス３１をｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｃ）は、照明デバイス３１をｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイス３１を−ｚ軸方向に向かって見たときの断面図であり、（ｄ）は、照明デバイス３１をｘ−ｙ平面で切断した際に、該照明デバイス３１を＋ｚ軸方向に向かって見たときの断面図である。
【００６６】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、光学レンズ１１は、光出射面３ｃ，３ｄと、光入射面３ｄ〜３ｆと、底面４ｂとを有している。光入射面３ｅ，３ｆとは、光源２から出射された光が光学レンズ１１へ入射する面を言う。また、光出射面３ｃ，３ｂとは、光源２から出射し、光入射面３ｅ，３ｆから入射した光が出射する面を言う。底面４ｂは、光出射面３ｃ，３ｄと光入射面３ｅ，３ｆとを結ぶ面である。
【００６７】
上述したように、光学レンズ１１は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしており、凸形状の表面が上記の光出射面３ｃである。また、光学レンズ１１の凸形状の表面の一部に凸部が形成されており、該凸部の表面が上記の光出射面３ｄである。この凸部は、ｙ−ｚ平面に対して対称となるような形状をしている。
【００６８】
また、光学レンズ１１の底面４ｂには、光出射面３ｃ側に凹んだ凹形状の２つの凹部が形成されており、該２つの凹部がそれぞれ上記の光入射面３ｅ，３ｆを形成している。これらの凹部は接合しており、全体として２つで１つの凹部を形成している。この際、２つの凹部をｙ−ｚ平面で切断した際、接合した２つの凹部の輪郭線は、少なくとも１つの微分不可能な点を有している。これらの凹部はその長手軸が光学レンズ１１の短軸と一致するように形成されている。すなわち、これらの凹部の長手軸と光学レンズ１１の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。
【００６９】
光入射面３ｅを形成する凹部は、＋ｙ軸方向に向かうにつれて、±ｘ軸方向の幅が大きくなるような形状をしている。一方、光入射面３ｆを形成する凹部は、−ｙ軸方向に向かうにつれて、＋ｚ軸方向の高さ（深さ）が大きくなり、その後再び＋ｚ軸方向の高さが小さくなるような形状をしている。ここで、上述したように、２つの凹部の対称面と光学レンズ１１の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。したがって、照明デバイス３１をｘ−ｚ平面から見た場合、光学レンズ１１の頂点と、光入射面３ｆの頂点とはいずれも図７（ａ）の点線Ｇ上に位置することになり、ｘ軸上の位置が一致する。しかし、照明デバイス３１をｙ−ｚ平面から見た場合に、光学レンズ１１の頂点が図７（ｂ）の点線Ｈ上に位置し、光入射面３ｆの頂点が図７（ｂ）の点線Ｊ上に位置するように光入射面３ｆは形成されている。すなわち、光入射面３ｆの頂点は、光学レンズ１１の頂点よりも−ｙ軸方向側にずらして形成されており、該光学レンズ１１の頂点とはｙ軸上の位置が一致しない。
【００７０】
ここで、光源２は２つの凹部のある領域、すなわち光入射面３ｅおよび光入射面３ｆが囲む領域に配置されている。光源２の光軸はｚ軸と平行しているが、光入射面３ｅと光入射面３ｆとの境界面を通る。したがって、ｙ−ｚ平面から見た場合に、光源２の光軸（図７（ｂ）の点線Ｉ）が、光学レンズ１１の頂点（図７（ｂ）の点線Ｈ）と、光入射面３ｆの頂点（図７（ｂ）の点線Ｊ）との間に位置するように配置されている。
【００７１】
ところで、照明デバイス３１の光学レンズ１１に適用可能な材料、ならびに、光源２に適用可能な光源は、第１の実施の形態と同様であるため、ここではそれらの説明を省略する。
【００７２】
（光の入射および出射）
次に、光源２から光学レンズ１１に入射される光の出射について説明する。
【００７３】
図７（ａ）には、ｘ−ｚ平面における光線Ｌ４を示す。光源２から＋ｘ軸方向に出射された光線Ｌ４は、光入射面３ｆから入射し、光出射面３ｃから外部に出射される。光線Ｌ１は、光入射面３ｆの傾きによって光入射面３ｆにおいて＋ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｃの傾きによって光出射面３ｃにおいても＋ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｚ平面から見た場合、光入射面３ｆに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｆに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｚ平面から見た場合、照明デバイス３１の配光分布は、光学レンズ１１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００７４】
ところで、光入射面３ｅを通る光線も同様に広角化されるが、光入射面３ｆと比較して光入射面３ｅは緩やかな凹面であるため、光入射面３ｆを通る光線よりも偏向角度の小さな光線として出射される。
【００７５】
続いて、図７（ｂ）には、ｙ−ｚ平面における光線Ｌ５および光線Ｌ６を示す。光源２から−ｙ軸方向に出射された光線Ｌ５は、光入射面３ｆから入射し、光出射面３ｃから出射される。光線Ｌ５は、光入射面３ｆの傾きによって光入射面３ｆにおいて＋ｙ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｃの傾きによって光出射面３ｃにおいては＋ｙ軸方向に偏向される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光源２から−ｙ軸方向に出射され、光入射面３ｆを通る光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｙ軸方向に偏向された光となる。
【００７６】
一方、光源２から＋ｙ軸方向に出射された光線Ｌ６は、光入射面３ｅから入射し、光出射面３ｃから出射される。光線Ｌ６は、光入射面３ｅの傾きによって光入射面３ｅにおいて−ｙ軸方向に偏向され、その後光出射面３ｃにおいてはほとんど偏向されずに光出射面３ｃから出射される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光源２から＋ｙ軸方向に出射され、光入射面３ｅを通る光は、全体的に集光され、広がりが抑えられた光となる。
【００７７】
次に、図７（ｃ）には、ｘ−ｙ平面における光線Ｌ７を示す。光源２から−ｘ軸方向に出射された光線Ｌ７は、突起部を通って光出射面３ｄから出射される。光線Ｌ７は、光出射面３ｄの斜面部分において全反射し、−ｘ軸方向に沿った光線となって光出射面３ｄから出射される。逆に、光源２から＋ｘ軸方向に出射され、突起部を通る光線は、光出射面３ｄの斜面部分において全反射し、＋ｘ軸方向に沿った光線となって光出射面３ｄから出射される。このように、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｆから±ｘ軸方向に入射し、光出射面３ｄの斜面部分において反射する光の一部は、光線Ｌ７のように該斜面部分において全反射し、±ｘ軸方向に沿った光線となる。
【００７８】
続いて、図７（ｄ）には、ｘ−ｙ平面における光線Ｌ８を示す。光源２から−ｘ軸方向に出射された光線Ｌ８は、光入射面３ｅから入射し、光出射面３ｃから外部に出射される。光線Ｌ８は、光入射面３ｅの傾きによって光入射面３ｅにおいて−ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｃの傾きによって光出射面３ｃにおいても−ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｅに−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｆに＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１１の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。したがって、ｘ−ｙ平面から見た場合、照明デバイス３１の配光分布は、光学レンズ１１がないときと比較して広角方向、より正確には±ｘ軸方向の光度が強い配光分布となる。
【００７９】
以上のように、本実施の形態に係る照明デバイス３１を用いることによって、照明デバイス３１からの出射光を、光源２の光軸方向よりも＋ｙ軸方向側にシフトさせることができ、なおかつ、±ｘ軸方向の広い領域を照明することができるようになる。特に、光源２から−ｙ軸方向に出射された光は光入射面３ｆを通過し、＋ｙ軸方向に大きく偏向され、広角化される。一方、光源２から＋ｙ軸方向に出射され、光入射面３ｅを通過する光には集光作用が働く。そのため、照明デバイス３１から出射される光は、＋ｙ軸方向の領域を集中的に照明する照明光となる。
【００８０】
このような照明デバイス３１を道路灯あるいはトンネル灯等の道路照明に用いる照明装置に適用する場合は、照明デバイス３１の＋ｙ軸方向が道路の幅方向となり、±ｘ軸方向が道路の進行方向（斜線軸方向）となるように設定することによって、道路の進行方向の照明範囲を広げることができる。そのため、照明装置を連結する灯具の設置間隔を広くすることができる。
【００８１】
また、光源２から出射する光を照明すべき領域に集中させることができるため、照明効率の高い照明装置を実現することができる。さらに、道路の幅方向にも照明範囲を変化させることができるので、照明条件のよりきめ細かな調整が可能となる。この他、照明装置の設置角度が予め決まっている場合でも、光学レンズ１１だけで道路の幅方向の照明度合いを変化させることができるため、所望の輝度分布を得やすくなる。
【００８２】
（照明装置への適用例）
以下には、本実施の形態に係る照明デバイス３１を照明装置に適用する場合の一具体例を示す。照明デバイス３１を照明装置に適用する際、例えば、図８に示すような照明デバイス３１とは異なる照明デバイスと組み合わせて照明装置に適用してもよい。図８は、本実施の形態に係る照明デバイス３２の外観を示す図である。
【００８３】
図８に示すように、照明デバイス３２は、光学レンズ１２および光源２を備えている。光学レンズ１２は、光源２から出射された光を拡散させる部材である。この光学レンズ１２は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしている。光学レンズ１２においては、その切断面における長手方向を長軸とし、それに直交する方向を短軸とする。すなわち、光学レンズ１２を互いに直交する２つの平面で切断したとき、光学レンズ１２の輪郭線の曲率が大きい方の面に平行な軸が長軸であり、輪郭線の曲率が小さい方の面に平行な軸が短軸である。なお、以下の説明では、第１の実施の形態と同様に、説明の便宜上、図中に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を用いて各方向および各面を説明する。
【００８４】
照明デバイス３２の断面図を図９に示す。図９の（ａ）は、照明デバイス３２をｙ−ｚ平面で切断した際の断面図であり、（ｂ）は、照明デバイス３２をｘ−ｙ平面で切断した際の断面図である。
【００８５】
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、光学レンズ１２は、光出射面３ｇと、光入射面３ｈと、底面４ｃとを有している。光入射面３ｈとは、光源２から出射された光が光学レンズ１２へ入射する面を言う。また、光出射面３ｇとは、光源２から出射し、光入射面３ｈから入射した光が出射する面を言う。底面４ｃは、光出射面３ｇと光入射面３ｈとを結ぶ面である。
【００８６】
上述したように、光学レンズ１２は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切って得られる凸形状をしており、凸形状の表面が上記の光出射面３ｇである。また、光学レンズ１２の底面４ｃには、光出射面３ｇ側に凹んだ凹形状の凹部が形成されており、該凹部が上記の光入射面３ｈを形成している。この凹部は、その長手軸が光学レンズ１２の短軸と一致するように形成されている。すなわち、この凹部の長手軸と光学レンズ１２の短軸とは、同じｙ−ｚ平面内にある。また、この凹部は、図９（ａ）に示すように、＋ｚ軸方向の高さ（深さ）が略一定であるが、図９（ｂ）に示すように、ｘ−ｙ平面から見た場合に、緩やかに湾曲した弧状の輪郭線を持つような形状をしている。
【００８７】
ところで、照明デバイス３２の光学レンズ１２に適用可能な材料、ならびに、光源２に適用可能な光源は、第１の実施の形態と同様であるため、ここではそれらの説明を省略する。
【００８８】
照明デバイス３２においては、ｙ−ｚ平面から見た場合、図９（ａ）に示すような光線Ｌ９は、光源２から光入射面３ｈに＋ｙ軸方向に入射し、光出射面３ｇから外部に出射される。光線Ｌ９は、光入射面３ｈの傾きによって光入射面３ｈにおいて−ｙ軸方向に偏向され、その後光出射面３ｇにおいてはほとんど偏向されずに光出射面３ｇから出射される。逆に、光源２から光入射面３ｈに−ｙ軸方向に入射した光は、その後光出射面３ｇにおいてはほとんど偏向されずに光出射面３ｇから出射される。そのため、ｙ−ｚ平面から見た場合、光源２から出射される光は、全体的に集光され、広がりが抑えられた光となる。
【００８９】
一方、ｘ−ｙ平面から見た場合、図９（ｂ）に示すような光線Ｌ１０は、光源２から光入射面３ｈに−ｘ軸方向に入射し、光出射面３ｇから外部に出射される。光線Ｌ１０は、光入射面３ｈの傾きによって光入射面３ｈにおいて−ｘ軸方向に偏向され、さらに光出射面３ｇの傾きによって光出射面３ｇにおいても−ｘ軸方向に偏向される。そのため、ｘ−ｙ平面から見た場合、光入射面３ｈに−ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１２の作用により、全体的に−ｘ軸方向に偏向された光となる。逆に、光入射面３ｈから＋ｘ軸方向に入射した光は、光学レンズ１２の作用により、全体的に＋ｘ軸方向に偏向された光となる。しかし、照明デバイス３２の光入射面３ｈは緩やかな凹面であり、また照明デバイス３２は照明デバイス３１が備えているような凸部を備えていないため、ｘ−ｙ平面から見た場合、照明デバイス３２の配光分布は、照明デバイス３２と比較して狭角な配光分布となる。
【００９０】
以上のことから、照明デバイス３１は、自身から離れた広範囲を照明することができるのに対して、照明デバイス３２は、照明デバイス３１と比較して自身から近い範囲を照明する。このような照明デバイス３１および照明デバイス３２を備えた照明装置を図１０に示す。図１０（ａ）は、照明デバイス３１を備えた照明装置４１の概略構成を示す斜視図である。図１０（ｂ）は、照明装置４１の概略構成を示す断面図である。図１０（ｃ）は、照明装置４１の光出射面を示す図である。図１０（ｄ）は、照明装置４０の光出射面の一部を拡大した図である。
【００９１】
照明装置４１では、図１０（ｃ）に示すように、複数の照明デバイス３１および複数の照明デバイス３２が搭載されている。複数の照明デバイス３１，３２を備える基板１４は、図１０（ａ）に示すような筐体１７内に格納されており、複数の照明デバイス３１，３２が筐体１７の一面から露出するように配置されている。筐体１７内には、複数の照明デバイス３１，３２と共に図示しない電源装置等も格納されている。ここで、照明装置４１において、複数の照明デバイス３１，３２が露出している面には、カバーガラス１３が貼り付けられている。
【００９２】
複数の照明デバイス３１，３２は、基板１４上において並列配置されている。図１０（ｃ）には、一例として、照明デバイス３１および照明デバイス３２を合わせて１列（±ｙ軸方向）当たり２０個配置し、それを７列並列配置して計１４０個の照明デバイス３１，３２を配置している例を示す。照明デバイス３１の光学レンズ１１のサイズと、照明デバイス３２の光学レンズ１２のサイズとは略同等であり、複数の照明デバイス３１，３２は一定のピッチで配置されている。このときの合計光源光束は１００００（ｌｍ）である。
【００９３】
ここで、図１０（ｃ）に示す領域１５を拡大した図を図１０（ｄ）に示す。図１０（ｄ）に示すように、複数の照明デバイス３１および複数の照明デバイス３２はそれぞれ１列ごとに配置されており、照明デバイス３１を配置した列と照明デバイス３２を配置した列とは、互いに交互になるように配置されている。また、照明デバイス３１を配置した列と、照明デバイス３２を配置した列とは、配列ピッチの半分だけ互いにずれて配置されている。このように照明デバイス３１を配置した列と、照明デバイス３２を配置した列とをずらして配置することによって、照明デバイス３１，３２の充填率が高い場合でも、１つの照明デバイス３１，３２から出射された広角配光の光が、他の照明デバイス３１，３２の光学レンズ１１，１２によって遮蔽されるのを防ぐことができる。なお、配置の方法はこれに限らず、照明デバイス３１と照明デバイス３２とを交互に配置した列を並列配置してもよい。また、十分な配置面積をとることができる場合には、複数の照明デバイス３１，３２をマトリクス状に配置してもよい。
【００９４】
上述したように、照明デバイス３１では、光源２からの出射光は、光源２の光軸方向よりも＋ｙ軸方向側にシフトさせることができ、なおかつ、±ｘ軸方向の広い領域を照明することができる。一方、照明デバイス３２では、光源２からの出射光は全体的に集光され、広がりが抑えられた光となり、照明デバイス３２と比較して±ｘ軸方向の照射領域は狭い。したがって、照明装置４１においては、照明デバイス３１によって、照明装置４１から離れた場所を広範囲に照明すると共に、照明デバイス３２によって、照明装置４１に近い範囲を照明することができる。このように、２つの異なる照明デバイス３１，３２を用いることによって、理想的な配光に近い配光分布を実現しやすくなる。
【００９５】
なお、図１０に示す照明装置４１は一例であり、本実施の形態に係る照明装置４１はこれに限定されるものではない。照明装置４１に搭載する照明デバイス３１，３２の数、ならびに、光源光束については、照明装置４１に要求される光束の大きさによって適宜変更することができる。
【００９６】
（照明装置の配光特性）
以下に、照明装置４１における配光特性のシミュレーション結果を図１１に示す。本図は、光学レンズ１１および光学レンズ１２共に、光出射面３ｃ，３ｇの±ｘ軸方向（長軸方向）の幅を２０ｍｍ、±ｙ軸方向（短軸方向）の幅を１３ｍｍとし、±ｚ軸方向（光軸方向）の高さを６．５ｍｍとなるように設定した場合の結果である。なお、光入射面３ｅの長軸方向の長さを８．３ｍｍ、短軸方向の長さの最長部分を１０ｍｍ、最短部分を４ｍｍとし、光入射面３ｅと光入射面３ｆとの境界面の光軸方向の高さ（深さ）を３ｍｍとしている。光出射面３ｃの頂点と光軸との間隔、ならびに、光入射面３ｆの頂点と光軸との間隔はそれぞれ１ｍｍに設定した。また、図１０（ｂ）に示すように、照明デバイス３１，３２が搭載されている基板１４は、水平方向に対して平行ではなく、角度φだけ傾斜して配置されている。今回は、基板１４は、５°の角度（φ＝５°）で配置した場合を想定する。
【００９７】
図１１では、光源２の配光特性として、ランバート分布を仮定した。実際には、照明デバイス３１，３２の１組の配光分布でこの配光は実現されており、この組み合わせが多数あることで冗長性が確保される。図１１は、光源２の光軸に対して垂直な平面（すなわち、ｘ−ｙ平面）上における配光特性を示しており、実線はｘ−ｚ平面、破線はｙ−ｚ平面の配光特性を示している。
【００９８】
図１１に示すように、照明装置４１の配光特性は、ｘ−ｚ平面において、０°方向にピークを持つ配光特性となる。これは、光学レンズ１がない従来の照明装置においても同様である。しかし、照明デバイス３０においては、光学レンズ１の作用によって光が±ｘ軸方向に広げられるため、±６０°付近にピークを持つような配光が実現されている。また、ｙ−ｚ平面においては、光学レンズ１の作用によって光が＋ｙ軸方向にシフトされるため、＋３０°付近にピーク位置がシフトしていることが分かる。したがって、照明装置４１の出射面はほぼ水平にも関わらず、出射される光は大きく偏向している。故に、照明装置４１を道路照明として用いた場合、照明装置４１の出射面を道路に対して略水平にしたとしても出射光を偏向することができ、理想配光に近い分布を実現することができる。
【００９９】
（照明装置の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度）
上記の照明装置４１を道路照明として道路灯に適用した場合の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度を測定した。測定条件は、図１２に示す通りである。図１２の（ａ）は、照明装置４１の設置状態を示す図であり、（ｂ）は、照明装置４１と観察者２３ａ，２３ｂとの関係を示す図である。
【０１００】
図１２（ａ）に示すように、照明装置４１を道路灯に適用する場合、照明装置４１（正確には、照明デバイス３１，３２が搭載されている基板１４）は道路２２に対して平行ではなく、角度θだけ傾斜して配置される。今回は、照明装置４１は、５°の角度（θ＝５°）で配置した場合を想定する。
【０１０１】
なお、照明装置４１は、図１２（ｂ）に示すように、±ｘ軸方向が道路２２の進行方向（車線軸方向）と平行になるようにした。また、照明装置４１が連結される灯具の高さが１０ｍ、道路２２の進行方向の間隔Ｄが４０ｍとなるように、照明装置４１を千鳥状に配置した。道路の幅Ｗは７ｍとした。
【０１０２】
このときの道路灯の総合輝度均斉度、および、車線軸輝度均斉度の値を表２に示す。表２に示す値は、道路２２と観察者２３ａ，２３ｂとの距離ｄが６０ｍである場合を想定したときの値である。なお、表２に示す各値を得るために、道路２２の反射率としてアスファルトの値を使用した。
【０１０３】
【表２】
【０１０４】
一般的に、道路灯においては、総合均斉度については０．４以上、また車線軸均斉度については０．５以上の値が要求されている。表２に示すように、照明装置４１を道路灯に適用した場合、いずれの値も必要な値をクリアしていることが分かる。これは、本実施の形態に係る照明装置４１においては、照明デバイス３１が備える光学レンズ１１によって、道路２２の幅方向（＋ｙ軸方向）に光を偏向させることができるためであり、それによって道路灯として必要な輝度均一性を確保できているためである。また、照明装置４１においては、異なる光学レンズ１１，１２を備えた照明デバイス３１，３２を組み合わせることによって、配光分布を理想的な分布に近づけることが可能となっている。
【０１０５】
したがって、以上で説明したように、本実施の形態に係る照明装置４１においては、道路２２の幅方向への偏向角が特に大きい照明デバイス３１と、光の偏向角が小さい照明デバイス３２とを組み合わせることによって、道路２２の幅方向の照度を綿密に制御することができる。またそれと同時に、広角領域にも十分に光を偏向可能な配光特性を確保しつつ、全体の配光分布を最適化することができる。これによって、道路照明に求められる仕様を高い水準でクリアできる高い性能を備える道路灯を実現することができる。
【０１０６】
また、照明デバイス３１，３２において、光源面積が大きいアレイ状のＬＥＤ光源を用いた場合においても、各ＬＥＤ光源に対応するように光学レンズ１１，１２が形成されるため、照明デバイス３１，３２は大型にならない。結果、照明デバイス３１，３２を搭載する照明装置４１の大型化を招くことなく、配光特性に優れた照明装置４１を実現することが可能となる。
【０１０７】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０８】
例えば、以上では各実施の形態に係る照明デバイスを備えた照明装置を道路灯あるいはトンネル灯に適用する例を挙げているが、必ずしもこれに限定されるわけではない。各実施の形態に係る照明デバイスおよび該照明デバイスを備える照明装置は、防犯灯、街路灯、公園灯、または、看板照明等の屋外照明、あるいは、その他の照明に幅広く用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、防犯灯、街路灯、道路灯、トンネル灯、公園灯、または、看板照明等の屋外照明、あるいは、その他の照明で使用する照明デバイスおよび該照明デバイスを備える照明装置に幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１，１１，１２ 光学レンズ
２ 光源
３ａ，３ｃ，３ｄ，３ｇ 光出射面
３ｂ，３ｅ，３ｆ，３ｈ 光入射面
４ａ，４ｂ，４ｃ 底面
１３ カバーガラス
１４ 基板
１６，１７ 筐体
２２ 道路
２３ａ，２３ｂ 観察者
３０，３１，３２ 照明デバイス
４０，４１ 照明装置
４２ トンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
上記光源から出射された光が入射する入射面、および、上記入射面から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズとを備え、
上記出射面は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切断した際に得られる該回転楕円体の凸形状の表面であり、
上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる凹形状の面であり、
上記切断した回転楕円体の切断面に直交する平面に、上記光源から出射された光の光軸と、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点とが含まれており、なおかつ、上記直交する平面において、上記光軸は、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点との間に位置することを特徴とする照明デバイス。
【請求項２】
上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる複数の凹部を互いに接合してなる凹形状の面であり、
上記光軸と、上記入射面の凹形状の頂点とを含む平面で上記入射面を切断した際に、上記接合した複数の凹部の輪郭線は、少なくとも１つの微分不可能な点を有していることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
上記出射面には、上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と直交する平面に対して対称な形状を持つ突起部がさらに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と、上記入射面を該切断面と平行な平面で切断した際の切断面における長手方向とは、互いに直交していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明デバイスを備えた照明装置。
【請求項１】
光源と、
上記光源から出射された光が入射する入射面、および、上記入射面から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズとを備え、
上記出射面は、回転楕円体をその長軸に平行な平面で切断した際に得られる該回転楕円体の凸形状の表面であり、
上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる凹形状の面であり、
上記切断した回転楕円体の切断面に直交する平面に、上記光源から出射された光の光軸と、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点とが含まれており、なおかつ、上記直交する平面において、上記光軸は、上記出射面の凸形状の頂点と、上記入射面の凹形状の頂点との間に位置することを特徴とする照明デバイス。
【請求項２】
上記入射面は、上記出射面側に凹んでいる複数の凹部を互いに接合してなる凹形状の面であり、
上記光軸と、上記入射面の凹形状の頂点とを含む平面で上記入射面を切断した際に、上記接合した複数の凹部の輪郭線は、少なくとも１つの微分不可能な点を有していることを特徴とする請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
上記出射面には、上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と直交する平面に対して対称な形状を持つ突起部がさらに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
上記切断した回転楕円体の切断面における長手方向と、上記入射面を該切断面と平行な平面で切断した際の切断面における長手方向とは、互いに直交していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明デバイスを備えた照明装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図６】
【図８】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８６０１９（Ｐ２０１２−１８６０１９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８３３６（Ｐ２０１１−４８３３６）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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