JP4017655B2 - 照明装置及び照明システム - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及び照明システムに関し、特に、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称する。）を備えた照明装置及び照明システムに関する。

近年、高輝度の白色ＬＥＤ（いわゆるパワーＬＥＤ）は、照明分野に適用できる領域まで進歩してきた。近い将来、ＬＥＤのワットあたりの輝度が蛍光灯など普及型照明を超えることも容易に推定される。ＬＥＤ照明は、現行の照明に比べて寿命、消費電力、廃棄物処理などの点で幾つもの利点があり、普及により入手がよりし易くなれば、次世代の照明として大きく期待ができる。

しかし、蛍光灯などに代わってＬＥＤ照明がマーケットに受け入れられるためには、これらの利点以外に解決しなければならない課題があり、その一つに、どのように均一照度面を実現するかがある。白熱灯などは照射面の照度分布が比較的なだらかに照射されるので、一つの光源でも、実生活上の一定面積を快適に照明できる。棒状蛍光灯などは、棒状方向にも極めて均一な照度が得られるので、部屋などの居住空間や決められたある面積を均一に照射できている。

一方、ＬＥＤは、半導体の小さな部分が光源となるため、蛍光灯などに比べてはるかに小さな光源である。このため、蛍光灯や白熱灯など従来の照明光源に比べて、光源が極めて小さな部分に集中する点光源といえる。したがって、ＬＥＤのワット当り発光量が現行照明と同等になっても、机上や床面のようなある一定の面積部分を均一に光らせるのは、照明機器として技術的な解決策が必要である。

図１５は、従来のＬＥＤ照明装置の照射状態を示す図である。図１５において、９はレンズ付きＬＥＤチップ、１０は直線状に配列されたＬＥＤチップ９を搭載する横長板状の基板、１１は各ＬＥＤチップ９からの出射光が重なり合って形成される照射領域を示している。

しかし、従来のＬＥＤ照明装置は、照射領域１１の光均一性を担保するために、ＬＥＤチップを、できるだけ互いに接近させて直線状に並べることになる。ＬＥＤチップは、光量光量や発熱、価格の点で自由度が制限されるという問題がある。

例えば、採用するＬＥＤチップの光量（ルーメン／Ｗ）が決まると、ＬＥＤの直線配列長（Ｌ）で、ある距離における照明領域の明るさ（ルックス）が決まってしまう。したがって、明るさを決めると採用ＬＥＤチップによって直線配列長が決まるので、これによって照明器の長さが決まってしまうことになる。

また、照度と機器の長さとを指定すると、必要なＬＥＤチップの光量（ルーメン／Ｗ）は計算で定まるが、適当なＬＥＤが商品として実在するか保証が無い。実際には、明るさや長さの組み合わせに対する市場の要求は多岐にわたるので、対応するＬＥＤの入手は実際上困難である。

このように、従来の照明装置は、得られる照度がＬＥＤチップの敷き詰めた長さに比例するので、照明機器としては極めて自由度がない。例えば６０ｃｍの長さの照明機器を作るのに小電力・小光量のＬＥＤを２個／ｃｍで敷き詰めると１２０個必要となり、０．０８Ｗ／個とすると約１０Ｗ／照明機器となり明るさが十分な照明機器とはならない。

一方、１Ｗ／個級のいわゆるパワーＬＥＤを１個／ｃｍで敷き詰めると６０個必要となり一挙に６０Ｗ／機器となるが、価格の点で高価になりさらにＬＥＤ装置としての発熱の点でも問題がある。

そこで、本発明は、第一には、上記事情を考慮して、光均一性を有する照明装置を提供することを課題とする。

また、光均一性を有する照明装置が実現できると、例えば、街灯、商品又は美術品などのディスプレイに好適に用いることが可能となる。すなわち、街灯への適用利点を例に挙げると、端的には、街灯付近と街灯間との照度差の軽減が図れ、照明効率が向上することがある。ただし、光均一性を有する照明装置を街灯へ適用する場合には、街灯近隣への光害を排除する必要がある。

そこで、本発明は、第二には、光均一性を有する照明装置の利便性を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、
発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの出射光の一部を反射する反射面を有する反射体とを備え、
前記反射面の形状は、前記反射体の長手方向に対する直交断面が略アーチ型であって、
前記直交断面に対して前記発光ダイオードで区分けされる第一反射面と第二反射面とが相互に非対称である。

具体的には、前記直交断面の両端は、相互に、当該発光ダイオードまでの距離が異なる。なお、第一反射面と第二反射面とは一体形状であっても、別体であってもよい。

前記直交断面は、懸垂曲線、２次曲線、楕円曲線、放物線あるいは直線を含むとよい。

前記第一反射面は、照明装置に対して着脱可能とするとよい。反射体自体は、発光ダイオードによって区分けされる直交断面に対象性を持たせておき、オプション的に、多用途の照明装置を実現できるからである。

前記第一反射面は、前記第二反射面によって規定される前記発光ダイオードからの直接光の照射領域外に、前記発光ダイオードからの光が到達しないように構成されている。上記照射領域外とは、前記第二反射面の端部と当該発光ダイオードとを通る平面よりも外側の外側領域となる。この際、前記第一反射面における前記照射領域外に対応する領域は、光拡散領域、光吸収領域、又は、隣接する領域に対して所要の角度を有する領域とされている。

すなわち、本発明の照明装置は、複数のＬＥＤ光源を基板上に構成し、ＬＥＤ光源の両側に相互に形状が異なる半筒形状の反射板が配置される。この半筒とは、たとえば、断面が成型された曲線で、一定の長さを有する樋状が該当する。半筒形状の反射板の長手方向に直交する断面の形状は、ＬＥＤ光源の近傍で懸垂曲線、あるいは放物線、またはそれらの一部で形成されてもよい。または、半筒形状の反射板の長手方向に直交する断面の形状は、径の比較的大きな円や楕円などの曲線の一部で形成されてもよい。または、半筒形状の反射板の長手方向に直交する断面の形状は、上記の各曲線を複合させてできる曲線で形成されてもよい。

また、本発明の照明システムは、上記照明装置と、前記照明装置を懸架する懸架装置とを備える。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の照明装置の原理説明図である。図１には、点光源と見なされるＬＥＤチップ４００と、曲面中央にＬＥＤチップ４００が設けられている略筒状の一部を構成する形状の反射体である反射板４０１と、ＬＥＤチップ４００からの照射光４０２と、ＬＥＤチップ４００からの直接光と反射板４０１からの反射光との合成光によって形成される長方形の照明領域４０３とを示している。なお、図１には、ＬＥＤチップ４００は一つとしてあるが、本実施形態では、この照明装置は、複数のＬＥＤチップを備えている。

一例としては、この照明装置は、長手方向の長さが１２．５ｃｍ〜１５．０ｃｍ、短手方向の長さが２．５ｃｍ〜３．５ｃｍ、厚さが２．０ｃｍ〜３．０ｃｍとしている。もとも、このサイズに限定されるものではなく、ＬＥＤチップ４００の個数、照度などに応じて、適宜選択すればよい。

図２は、図１の反射板４０１とＬＥＤチップ４００との関係を示す図である。ＬＥＤチップ４００の位置をｘ−ｙ座標のＱ点（０，０）とし、反射板４０１の長手方向に対する直交断面の曲線を一般的式ｙ＝ｆ（ｘ）とする。この場合に、反射板４０１による反射光を解析する。

光源Ｑ（０，０）から出た光は曲線上のＲ（ｒ，ｓ）で反射しＵ（ｕ，ｖ）を通る。この時Ｒ（ｒ，ｓ）での曲線の接線に対するＱ点の対称点をＣ（ｃ，ｄ）とすると、Ｕ点は常にＣ点とＲ点を結ぶ線上にある。本実施形態では、このような光源Ｑ（０，０）の周辺に位置する反射板４０１からの反射光を最適に制御して、照明領域４０３を目的の平面をできるだけ均一に照明する。

まず、図２の反射光の現れ方を解析する。反射板４０１からの反射光の解析は、反射板４０１の断曲面の数式を定めて、数学的手法を用いれば比較的容易に行うことができる。

例えば上記断曲線を懸垂曲線（糸を地上同じ高さの２点に緩く張って垂れ下げた時にできる曲線。曲線の底部が（０，０）をとおる場合、一般式はｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａで表される）とし、曲線を図２のようにｐだけｙ方向にずらしてｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａとする。

さらに曲線に下記の条件を与えて、Ｕ（ｕ，ｖ）点のｖ＝ｈ上の挙動を解析する。懸垂曲線として、例えば、断曲面の端部間距離を１０ｍｍ、端部間中央と曲線底部との間の距離（深さ）を９ｍｍとすると、ｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａにおいてａ＝２．１４となる。さらに、点光源の位置を曲線の底部より１ｍｍ（ｐ＝１）とする。さらに下記の（１）〜（４）の条件式が成り立つ。

（１）ｓ＝ｆ（ｒ）、
（２）ｄ／２−ｓ＝ｍ＊（Ｃ／２−ｒ） （ＱＣの中点はこの接線上にあるから） ここで、ｍはＲでの接線の勾配（ｍ＝ｄｆ（ｒ）／ｄｘ）、
（３）ｄ／ｃ＝−１／ｍ （ＱＣは接線に垂直だから）、
（４）（ｒ−ｃ）／（ｕ−ｃ）＝（ｓ−ｄ）／（ｖ−ｄ） （点Ｃ、Ｒ、Ｕは同一直線状にあるから）。

なお、ここでは、上記断曲線が懸垂曲線の場合を例示したが、これを成分として含むもの（一部に含むもの）、或いは、これに代えて又はこれと共に、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を含むものであってもよい。また、後述するように、ＬＥＤ列によって区分けされる第一反射面を例えば懸垂曲線とし、第二反射面を例えば２次曲線とすることも可能である。

図３は、図２の反射光の軌跡の説明図である。ここでは、ｈ＝６０ｍｍの直線上における反射点（Ｕ（ｕ，ｈ））の現れ方と反射光の軌跡を上記の式を用いて求めた結果を示している。なお、図３では、縦軸を横軸に比して圧縮した形態で示している点に留意されたい。

懸垂曲線上のＲ点をｘ方向に０．５ｍｍずつずらしていきながら、各位置（ａｒ〜ｊｒ点）で各々反射する反射光を図示すると、図３のようになる。図３では、ｘ＝０．５ｍｍのＲ点（ａｒ）での反射光がａであり、ｘ＝１．０ｍｍのＲ点（ｂｒ）に対応する反射光がｂである、というようにしてある。

ここで、対象ＬＥＤ光源を点光源とする場合、図３においてｙ＝０またはｙが負のＲ点からの反射光は実際には考慮しなくてよい。これは、製品化され市場で入手できるほとんどのＬＥＤ光源は、発光チップの性質上光を前方のみに放出するように造られているからである。

図４は、製品化され市場で入手できるほとんどのＬＥＤ光源の側面図である。例えば、図４において、４０４はＬＥＤチップ４００を搭載し配線等を施したパッケージ基板である。ＬＥＤチップ４００からの光は、図４に示す点線よりも上部に発せられるように製品化されているのが通常である。

図５は、図３に示す反射光の軌跡を図４に示す出射角の制限を考慮した解析結果である。図５では、図３に示したｙの値が０または負となるａｒ、ｂｒ、ｃｒ、ｄｒからの反射光を割愛してある。

図５に示すように、ｙ＝０および負の反射光をのぞいた光源Ｑからの実際の反射光は、曲線部分Ａからｙ＝６０ｍｍの線上に現れる反射光ｅｒ〜ｊｒであり、これらは直線部分Ａ’に集中する。

このように、点光源Ｑ点の前方で、一定の距離（ｙが一定：ここではｙ＝６０ｍｍ）にある直線上のある部分に反射光を集中させたい場合、反射板４０１の断曲面を示す数式とＬＥＤ光源４００の位置との関係を予め計算しておき、計算結果に基づいて底部近くの適当な位置にＬＥＤ光源４００を設置すれば実現できる。

ここでは、ＬＥＤ光源４００の周辺の反射板４０１の断曲面を懸垂曲線として上記のようなパラメーターを与えたが、当該断曲線を放物線や楕円などとしてもパラメーターとＬＥＤ光源４００の位置とを最適に選べば、同様の数学的手法で、ｙ＝一定である線上の目標の部分に計画的に集中させることができる。

図６は、反射板４０１を設けていない場合の、点光源Ｑから出射される直接光の照射分布概略図である。図７は、ｙ＝６０の線上での、図６に示す直接光（曲線ｄ）と、反射板４０１からの反射光（曲線ｒ）と、これらの合成光（曲線ｓ）との相対照度分布図である。

直接光は、ｙ＝＋の全方向に放出されるので、例えばｙ＝６０ｍｍの線上でこの直接光の照度分布は、図７に示すｘ＝０で中心値となる曲線ｄとなる。従って、この直接光と図５のような一部分に集中する反射光（曲線ｒ）とを重畳合成することによって、例えばｙ＝（一定値）の直線上（曲線ｓ）で照度を均一となるように制御することが可能になる。

ここでは、合成光の照度分布ｓは、反射光中心値付近Ｅ点から中心向かっての照度は均一になる。

同様の方法で、反射光ｒの中心部が図７のｘ軸＋側にも位置するように反射板４０１の条件を定めれば、図８に示す合成光Ｓのように、集中反射光の２つの中心点Ｅ，Ｆの間を均一な照度にすることができる。さらに、このＥ−Ｆ間均一な照度分布をそのままＺ軸方向に形成できれば、一つの点光源からＺ軸方向（反射板４０１の長手方向）に横に長い面積を、均一に照明できることになる。

図９は、上記Ｚ軸方向に対する反射光の解析結果であり図５に示す解析結果に対応する図である。Ｚ軸は（０，０）に垂直に図９の手前−奥方向に伸びているとする。換言すると、図９は、Ｚ軸方向の反射光を示す三次元図を、ｘｙ平面に投影した図である。

断面が図５の懸垂曲線となる反射板４０１を、図５の曲線部分ＡにＺ軸方向に平行して積み重ね、Ｚ＝ｚの平面上で同様の反射光を考える。例えば図５での反射点Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）は、図９ではＲ（ｘ，ｙ，ｚ）となる。図９において、光源Ｑ（０，０，０）から放射された光は、例えばｅｚで反射してｙ＝６０ｍｍの線上でｅｚ’に到達する。ここで、ｅｚは図５のｅｒをＺ軸方向にのみＺ＝ｚだけシフトした点である。

また、ｅｚ’は図５のｅｒをＺ軸方向にＺ＝ｚ’だけシフトした点である。ｚとｚ’との関係は、反射幾何学的に決定される。同様に、ｆｚ〜ｊｚからの反射は、ｆｚ’〜ｊｚ’に到達する。光学上の条件を考慮して、図３を求めたときと同様の手法で反射光の軌跡を数式的に求めると、Ｚ＝ｚ平面での反射光ｅｚ〜ｊｚがｅｚ’〜ｊｚ’に到達する軌跡は、Ｚ＝０のｘｙ平面に投影してみると、図５の対応するｘｙ平面（ｚ＝０）での軌跡と完全に一致することがわかっている。

すなわち、図９に表される反射光ｅｚ〜ｊｚがｅｚ’〜ｊｚ’に到達する軌跡は、Ｚの値にかかわらずｘｙ平面では図５の反射光ｅｒ〜ｊｒがｅｒ〜ｊｒに到達する軌跡と同じである。従って、上記曲面上での反射点ＲをＺ方向に変化させても、ｘｙ平面上では同じ軌跡で反射することになる。

換言すると、反射光の集中する帯は、Ｚ軸すなわち反射板４０１の軸（長手）方向に並行して、反射光が届く限り続くことになる。しかし、点光源Ｑ（０，０，０）から反射点までの光の距離はｚの値によって変化するので、ｚの値によって決まるｘｙ平面上でｅｚ’〜ｊｚ’の各点の照度は変化することになる。

図１０は、反射光の集中する帯を示す図である。図１０には、照明領域４０３の長手方向の両端に、それぞれ、反射光の集中帯状領域が形成されている状態を示している。なお、集中帯状領域間は照度が均一な領域を示している。

以上の説明から、ＬＥＤチップ４００のような点光源の両側に、適切な曲面を持つ長い半筒状の反射板４０１を構成することによって、反射板４０１に沿って広がる照射領域４０３の照度を均一にすることができる。したがって、この構成を同一の半筒状反射を使って繋いでやれば、反射板に沿った長い領域を適当に離れた点光源で均一に照明ができることになる。

例えば、図１１に示すような適当な距離だけ離れた２つのＬＥＤ光源の近傍に、予め点光源の位置と最適な曲面を有する長い半筒状反射板を図のように構成することで、ＬＥＤの照射方向にある平面領域（図では点線で囲まれた下方の領域）を均一に照明できる。

図１２（ａ），図１２（ｂ）は、図１１に示す２つのＬＥＤチップ４００の距離と照射領域４０３のＺ軸方向の照度との関係の説明図である。具体的には、現実的なパラメーターを一例として定めて、図１０に示した反射光の集中帯状領域の照度が、２つのＬＥＤチップ４００間の距離によってどうなるかを計算によってシミュレートした結果を示している。

ＬＥＤチップ４００が２つある場合、反射光の集中帯状領域内に存在する測定点の照度は、ＬＥＤチップ４００間の間隔が所望であれば、各ＬＥＤチップ４００からの出射光が重なり合った部分であるため、両方のＬＥＤチップ４００から達する反射光の合計となる。係る場合には、図１２（ａ）に示すように、反射光の集中帯状領域のＺ軸方向の照度は均一性がある。

一方、ＬＥＤチップ４００間の間隔が離れすぎている場合には、上記重なり合った部分が形成されず、このため、図１２（ｂ）に示すように、反射光の集中帯状領域のＺ軸方向の照度は均一性を有しなくなる。

以上の技術的検討から、複数のＬＥＤチップ４００の間隔を離して設置しても、最適な曲面を有する半筒形状の反射板４０１と組み合わせることによって、反射板４０１の長手方向に沿った長い照射領域４０３を均一に照明できることがわかる。

図１３は、図１１の照度を目的に合わせて調整するための適用例である。図１３に示すように、ＬＥＤチップをグループ化するなどして、柔軟に照度を調整しても、照明領域４０３では均一な照度が得られる。

図１４は、図１３の変形例である。図１４（ａ）は照明装置の断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の側面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）下面図である。この例では、反射板４０１に代えて、予め適切に計算された曲面（例えば断面が懸垂曲線の部分）を有する２枚の反射板９１０，９１３を備えている。反射板９１０，９１３とＬＥＤチップ４００とは、図示しない支持部材などを介して、相互に接続すればよい。この場合、反射板９１０，９１３に対するＬＥＤチップ４００の接続位置は、自由に変更できるとよい。

ここで、反射板９１０，９１３を備えることとしたのは、図４を用いて説明したように、実際のＬＥＤチップ４００は、後方に光りが照射されるものが少ないから、ＬＥＤチップ４００を含むＸＺ平面よりも後方に含まれる部分を除く趣旨である。

このようなＬＥＤチップ４００を有した照明装置により、反射板９１０，９１３の長手方向に伸びる長方形の照射領域４０３を均一に照明することが可能になる。実際には、ＬＥＤチップ４００は純粋な点電源ではなく照射面を有しているので、反射光の集中度はなまることをうまく活用したり、反射板９１０，９１３の鏡面を適度に梨地にしたりして、反射集中帯を広げる等、均一度をさらに改善することも可能になる。

ＬＥＤの輝度は、今後も進歩すると予想されるが、反射板４０１，９１０，９１３を備えることにより、輝度の大きなＬＥＤの照明分野への適用を著しく進歩させることが可能になる。

すなわち、反射板４０１，９１０，９１３と組み合わせることによって、高輝度のＬＥＤチップ４００を適度に分散したり、グループ化したりすることで、ＬＥＤチップ４００をライン状に配置できることから、目的の照度を得るためのＬＥＤの選択や照明機器の長さあるいは大きさに自由度を与えることができる。

なお、ＬＥＤチップ４００は、基板４０４上に設け、反射板４０１，９１０，９１３の曲部の長手方向の任意の位置に着脱可能としてもよい。具体的には、たとえば、反射板４０１の曲部にレールを這わせるとともに、当該レールに電源線を設け、電源線上にＬＥＤチップ４００を着脱可能とすることで実現できる。

つぎに、本発明の実施例について説明する。本実施例では、図１等に示す照明装置を変形した照明装置２００を備える、街灯用の照明システムについて説明する。ただし、本実施例の照明システムは、例えば、店頭での商品ディスプレイ用の照明システム、美術館の絵画等の照明システムにも好適に用いることができる。

図１６は、本発明の実施例の照明システムによる照射領域４０３の説明図である。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）には、例えば４ｍ幅の道路と、その道路の片側に設置された街灯の懸架装置１００と、懸架装置１００によって懸架される照明装置２００と、照明装置２００からの照明光４０２と、照明光４０２の照射領域４０３とを示している。

図示するように、懸架装置１００は、様々な高さのものが存在している。ここでは、図１６（ａ）に３．５ｍ、図１６（ｂ）に４．０ｍ、図１６（ｃ）に４．５ｍという、３パターンの高さを示している。

照明装置２００の位置は、道路の中央よりも懸架装置１００の設置側となることが多い。このような懸架装置１００に対して、仮に、図１等に示すように、長手方向の直交断面に対象性がある反射板４０１を備える照明装置を懸架し、当該照明装置から光を照射すると、照射領域４０３の幅（図１６の左右方向）の中心は、照明装置の直下となる。

図１６（ｄ）に示すように、係る場合には、道路の全幅に照射領域４０３を確保しようとすると、懸架装置１００の設置側では、道路の脇を越えて光が照射される。この結果、懸架装置１００の設置側では、街灯近隣への光害が生じかねない。そこで、本実施例では、照明装置２００の反射板４０１の形状等を工夫して、光害が生じないようにしている。

具体的な反射板４０１の形状等の条件については後述するが、照明装置２００から図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示す照射角で光を照射すると、上記の光害の発生を防止できる。すなわち、
図１６（ａ）に示すように、懸架装置１００の高さが３．５ｍの場合には、照明装置２００からの垂線に対する懸架装置１００の設置側への照射角は１５．９度、もう一方の照射角は４０．６度、全体として５６．５度とするとよい。

図１６（ｂ）に示すように、懸架装置１００の高さが４．０ｍの場合には、照明装置２００の垂線に対する懸架装置１００の設置側への照射角は１４度、もう一方の照射角は３６．９度、全体として５０．９度とするとよい。

図１６（ｃ）に示すように、懸架装置１００の高さが４．５ｍの場合には、照明装置２００の垂線に対する懸架装置１００の設置側への照射角は１２．５度、もう一方の照射角は３３．７度、全体として４６．２度とするとよい。

以下、照明装置２００の具体的構成について、いくつかのパターンを例示して説明する。

（実施例１）
図１７は、本発明の実施例１に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す模式図である。図１７には、既述の基板４０４と、基板４０４の第一面に接続されているヒートシンク２１０と、基板４０４の第一面の裏面である第二面に設けられているＬＥＤチップ４００と、ＬＥＤチップ４００に対応する開口部が形成されている反射板４０１と、ヒートシンク２１０，基板４０４，ＬＥＤチップ４００及び反射板４０１が収容される断面が略コの字状の筐体２２０とを示している。

ヒートシンク２１０は、選択的に設けられるものであり、ＬＥＤチップ４００の発熱量が少なければ必ずしも設けなくてもよい。その一方で、ＬＥＤチップ４００の発熱量が多ければ、筐体２２０にヒートシンク機能を備えてもよい。具体的には、アルミニウム等のように、熱伝導性が高い物質を用いたり、筐体２２０自体に溝又は凹凸を形成して表面積を増したりすればよい。或いは、筐体２２０に外付けなどで、更に図示しないヒートシンクを接続させて、放熱効果を高めてもよい。

反射板４０１は、ＬＥＤチップ４００を含む図１７の奥−手前方向に配列されるＬＥＤチップ列（図示せず）を挟んで、相対的に急な曲面を有する第一反射面２０１と、相対的に緩やかな曲面を有する第二反射面２０２とに分けられる。このように、本実施例では、第一反射面２０１と第二反射面２０２とを、相互に非対称に構成する。ただし、反射板４０１自体の形状は、ＬＥＤチップ列の列方向に対する直交断面が略アーチ型であるという点は、既述の実施形態の場合と同様である。なお、略アーチ型に含まれる類型の直交断面については後述する各実施例で説明する。また、本実施例の照明装置が、ＬＥＤチップ４００が複数備えることが必須ではない点に留意されたい。

ここで、反射板４０１は、第一反射面２０１と第二反射面２０１とを一体形状としたものであってもよいが、これらを別パーツとしたものであってもよい。いずれの場合であっても、金型等を用いて一意に作成するとよい。ただし、後者の場合には、第二反射面２０１を用途に応じて使用するということが可能となるので好ましい。つまり、後者の場合には、汎用用途に対しては、一対の第一反射面２０１によって反射板４０１を構成し、街灯等の特定用途に対しては、第一反射面２０１と第二反射面２０１とによって反射板４０１を構成するという、選択的な使用が可能となる。

ＬＥＤチップ列は、例えば３つのＬＥＤチップ４００によって構成することができる。各ＬＥＤチップ４００は、その発光色を、全て同じにしてもよいし、異ならせてもよい。例えば、白色系統の発光色のＬＥＤチップ４００と、青色系統の発光色のＬＥＤチップ４００とを組み合わせたＬＥＤチップ列を用いることも可能である。

ここで、青色は、人間に対して心理的に鎮静効果を与えることが知られている。このため、上記のように、照明装置２００において青色系統の発光色のＬＥＤチップ４００を用いると、夜間の街灯で発生しうる犯罪件数の抑止にも貢献することができる。なお、本明細書で説明するような反射板を用いない場合には、上記のように数種類の発光色のＬＥＤチップ４００を用いても、照射光がうまく混合されず、青色が相対的に強い照射領域と白色が相対的に強い照射領域とが現れるという状態になる。換言すると、本明細書で説明する反射板を備える照明装置２００の場合には、数種類の発光色の混合色の照射領域４０３を実現できるという利点がある。

第一反射面２０１及び第二反射面２０２は、共に、長手方向に対する直交断面を、懸垂曲線等としている。ただし、第一反射面２０１側の直交断面の懸垂曲線と、第二反射面２０２側の直交断面の懸垂曲線とは、一般式：［ｙ＝ａ＊ｃｏｓｈ（ｘ／ａ）−ａ］における係数を異ならせている。もっとも、第一反射面２０１側の直交断面を例えば懸垂曲線とし、第二反射面２０２側の直交断面を例えば２次曲線とするとのように、互いに種別が相違する曲線を組み合わせてもよい。

図１７には、ＬＥＤチップ４００の発光点４００ａと、第一反射面２０１の端部２０１ａと、第二反射面２０２の端部２０２ａとをそれぞれ示している。発光点４００ａと端部２０１ａとの距離は、発光点４００ａと端部２０２ａの距離に比して短い。このような形状の反射板４０１を用いると、照射領域４０３は、ＬＥＤチップ列の直下に対して第二反射面２０２側に位置することになる。つまり、照射領域４０３が、照明装置２００に対して正対しないようになる。

なお、例えば、図１６（ｂ）に示した条件の照明領域を実現しようとする場合には、反射板４０１の諸条件を以下のようにするとよい。すなわち、ＬＥＤチップ４００の土台表面中央４００ｂと発光点４００ａとの間の距離を約１．０ｍｍ、端部２０１ａと端部２０２ａとの間の距離を約１９．５ｍｍ、各端部２０１ａ，２０２を結ぶ線と発光点４００ａからの垂線との交点４００ｃと端部２０２ａとの距離を約１２．５ｍｍ、交点４００ｃと端部２０１ａとの距離を約７．０ｍｍとする。

以上説明した照明装置２００を、１台の懸架装置１００に対して１〜３台程度取り付けると、光害が発生しない街灯を実現できる。

（実施例２）
図１８は、本発明の実施例２に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す模式図である。実施例１に係る照明装置２００は、第一反射面２０１と第二反射面２０２という、相互に異なる条件の曲面を有する反射板４０１を用いていた。このため、実施例１に係る照明装置２００は、街灯等のように特定用途に対して合致するものである半面、汎用用途に不向きであるし、製造上の難点がある。これに対して、本実施例に係る照明装置２００は、この種の反射板４０１を用いた場合よりも、用途の汎用性、製造の容易性を向上させるものである。

図１８には、第一反射面を構成する反射部材２３０を示している。反射部材２３０は、照明装置２００の筐体２２０等に対して、着脱可能な構成としている。反射板４０１自体は、実施形態で示したような、ＬＥＤチップ列を挟んで対象性を備えた構成としている。このような反射板４０１を用いた場合であっても、反射部材２３０を照明装置２００に取り付けることによって、ＬＥＤチップ４００から反射部材２３０の取り付け側への光照射角を狭められるので、実施例１と同様の効果が得られる。

反射部材２３０は、ＬＥＤチップ４００からの光を反射する平面状の第一面２３０ａと、第一面２３０ａに対して直交して延びる第二面２３０ｂと、第二面２３０ｂとともに筐体２２０に対して取り付けられる第三面２３０ｃという３つの面からなる。反射部材２３０の形状は、図示するように、断面が略コの字形状とすることができる。ただし、例えば、第一面２３０ａを、図１７に示した第一反射面２０１と同じような曲面としてもよい。

反射部材２３０の第一面２３０ａと第二面２３０ｂとの交線の位置は、図１７の端部２０１ａの位置に対応する。したがって、図１８に示すような、反射部材２３０が取り付けられた照明装置２００は、図１７に示す照明装置２００と同様に、街灯に好適に用いることができる。

（実施例３）
図１９は、図１８の変形例を示す図である。本実施例では、反射部材２３０の第一面２３０ａに、光拡散又は光吸収領域２３０ｄを設けている点が、実施例２の場合と異なる。この領域２３０ｄは、反射部材２３０の製造段階で設けてもよいし、反射部材２３０本体の製造後に光拡散シート又は光吸収シートなどを貼付することによって設けてもよい。

ここで、実施例２に係る照明装置２００の場合には、第二反射面２０２によって規定されるＬＥＤチップ４００からの直接光の照射領域外に、領域２３０ｄに対応する領域からの反射光が到達してしまう。この反射光自体の照度は低いため、道路周辺に対して光害が発生するということはないが、所望の照射領域４０３を実現するためには、領域２３０ｄを設けることが好ましい。

光拡散領域２３０ｄを設けた場合には、ＬＥＤチップ４００からの光を無駄なく照射領域４０３に照射させることができる。一方、光吸収領域２３０ｄを設けた場合には、ＬＥＤチップ４００からの光が、上記照射領域外に到達することを防止できる。このように、光拡散領域２３０ｄ、光吸収領域２３０ｄのいずれを設けた照明装置２００は、実施例２に係る照明装置２００よりも利点がある。

図２０は、図１９に示す照明装置２００を備える照明システムによる照射領域の照度分布図である。図１９に示す照明装置２００を、床から高さ３．５ｍの位置に懸架し、その周辺を遮光カーテンにより暗くした状態で照射計測実験を行った。ＬＥＤチップ４００の数は３つとし、約２５ｍｍ間隔で配列した。そして、いずれのＬＥＤチップ４００も、３Ｗの電力駆動とした。

実験結果によると、５ルクスの照度が、床の照明装置２００の直下から反射板４０１の長手方向約２ｍの地点、短手方向のうち反射部材２３０を取り付けていない側に対応する約１．５ｍの地点、及び、短手方向のうち反射部材２３０を取り付けている側に対応する約０．５ｍの地点で得られた。

また、３ルクスの照度が、上記直下から同長手方向約３ｍの地点、同短手方向のうち反射部材２３０を取り付けていない側に対応する約２ｍの地点、及び、同短手方向のうち反射部材２３０を取り付けていない側に対応する約０．７ｍの地点で得られた。

さらに、１ルクスの照度が、上記直下から同長手方向約５ｍの地点、同短手方向のうち反射部材２３０を取り付けていない側に対応する約３ｍの地点、及び、同短手方向のうち反射部材２３０を取り付けている側に対応する約１ｍの地点で得られた。

ここで、一般的には、１ルクスの明るさがあれば、新聞の活字程度の文字が可読可能な明るさであるといわれている。このため、１ルクス程度の明るさは、街灯としての明るさとしては十分であると考えられる。換言すると、１ルクス程度の明るさで４ｍの幅の道路を照らそうとする場合には、懸架装置１００の間隔は約１０ｍとすればよいことがわかる。

（実施例４）
図２１は、本発明の実施例４に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。

図２１（ａ）に示す反射板４０１は、上記直交断面において、第一反射面２０１を、第二反射面２０２に比して相対的に長くしている。この長い部分２０１ｂは、実施例２で説明したように、着脱可能な反射部材２３０としてもよいし、実施例１で説明したように一体的なものであってもよい。図２１（ａ）に示す反射板４０１を備える照明装置２００の場合にも、実施例１，２で説明した照明装置２００と同様の効果が得られる。

図２１（ｂ）には、図２１（ａ）に示す反射板４０１の変形例を示している。この反射板４０１は、第一反射面２０１の長い部分２０１ｂを、光拡散領域又は光吸収領域２０１ｂ’としている。図２１（ｂ）に示す反射板４０１を備える照明装置２００の場合にも、実施例３で説明した照明装置２００と同様の効果が得られる。

（実施例５）
図２２は、本発明の実施例５に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。図２１に示した照明装置２００の場合には、スペースファクタの点で改善課題がある。これに対して、図２２に示す照明装置２００は、スペースファクタが優れているという利点がある。

図２２（ａ）に示す反射板４０１は、上記直交断面において、先端領域２０１ｃが第二反射面２０２側に向き、略レの字状とした第一反射面２０１を備える。この場合にも、図２１（ａ）に示した照明装置２００と同様の効果が得られる。

図２２（ｂ）には、図２２（ａ）に示す反射板４０１の変形例を示している。この反射板４０１は、先端領域２０１ｃを、光拡散領域又は光吸収領域２０１ｃ’としている。図２２（ｂ）に示す反射板４０１を備える照明装置２００の場合にも、実施例３で説明した照明装置２００と同様の効果が得られる。

（実施例６）
図２３は、本発明の実施例６に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。図２３（ａ），図２３（ｂ）に示す反射板４０１は、実施例３に係る反射板４０１の変形例である。

実施例３の場合には、領域２０３ｄを設けたが、これに代えて、又はこれとともに、領域２０３ｄを第一面２３０ａに対して所要角度としている。こうすると、ＬＥＤチップ４００からの光が、領域２０３ｄに照射されにくくなるので、実施例３の場合と同様の効果が得られる。

（実施例７）
図２４は、本発明の実施例７に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。図２４（ａ），図２４（ｂ）に示す反射板４０１は、実施例３に係る反射板４０１の別の変形例である。

図２４（ａ）に示すように、実施例３で領域２０３ｄを設けたことに代えて、領域２０３ｄに相当する領域を割愛した。この場合には、領域２０３ｄによって光が反射されるという現象が生じ得ないので、実施例３の場合と同様の効果が得られる。

図２４（ｂ）には、図２４（ａ）の変形例を示している。第一反射面２０１の第一面２３０ａと第二面２３０ｂと第三面２３０ｃによって囲まれた領域の一部に、ＬＥＤチップ４００からの光が到達することになる。この場合、当該領域から第二反射面２０２に向けて進行する光があるので、照射領域２０３の光の均一性を担保するために、第一面２３０ａに光吸収又は光拡散領域２３０ｄを設けている。

したがって、この種の反射板４０１を用いた照明装置２００を備える照明システムを街灯に用いると、図１６に示すような照射領域を実現することが可能となる。

産業上の利用分野

本発明は、照明業の利用することが可能である。

本発明の実施形態の照明装置の原理説明図である。 図１の反射板４０１とＬＥＤチップ４００との関係を示す図である。 図２の反射光の軌跡の説明図である。 製品化され市場で入手できるほとんどのＬＥＤ光源の側面図である。 図３に示す反射光の軌跡を図４に示す出射角の制限を考慮した解析結果である。 反射板４０１を設けていない場合の、点光源Ｑから出射される直接光の照射分布概略図である。 ｙ＝６０の線上での、図６に示す直接光（曲線ｄ）と、反射板４０１からの反射光（曲線ｒ）と、これらの合成光（曲線ｓ）との相対照度分布図である。 図７の変形例を示す図である。 Ｚ軸方向に対する反射光の解析結果を示す図である。 反射光の集中する帯を示す図である。 図１の変形例である。 図１１に示す２つのＬＥＤチップ４００の距離と照射領域４０３のＺ軸方向の照度との関係の説明図である。 図１１の照度を目的に合わせて調整するための適用例である。 図１３の変形例である。 従来のＬＥＤ照明装置の照射状態を示す図である。 本発明の実施例の照明システムによる照射領域４０３の説明図である。 本発明の実施例１に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す模式図である。 本発明の実施例２に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す模式図である。 図１８の変形例を示す図である。 図１９に示す照明装置２００を備える照明システムによる照射領域の照度分布図である。 本発明の実施例４に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。 本発明の実施例５に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。 本発明の実施例６に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。 本発明の実施例７に係る照明装置２００の長手方向に対する直交断面を示す図である。

符号の説明

１００ 懸架装置
２００ 照明装置
２０１ 第一反射面
２０２ 第二反射面
２１０ ヒートシンク
２２０ 筐体
４００ ＬＥＤチップ
４０１ 反射板
４０２ 照射光
４０３ 照明領域

Claims (4)

1. 発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの出射光の一部を反射する反射面を有していて略筒状の一部を構成する形状の反射体とを備え、
   前記反射面は、前記反射体の長手方向の直交断面が略アーチ型であり、
   前記発光ダイオードからの直接光と当該反射面からの反射光との合成光が照射領域を照射する照明装置であって、
   前記発光ダイオード及び前記反射体は、
   前記照射領域が、
   前記直接光の照度のピークが前記反射体の長手方向に沿って位置する中央部と、
   前記反射光の照度のピークが当該中央部の両側であって前記反射体の長手方向に沿って帯状に位置する集中帯状領域とを含む態様で選択される照明装置。
2. 前記反射面の長手方向に直交する断面が、懸垂曲線成分、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を形成する、請求項１記載の照明装置。
3. 前記発光ダイオードは基板上に取り付けられており、
   前記基板は、前記反射体に着脱可能である、請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記基板は、前記反射体との相対位置が、変更可能とされている、請求項３記載の照明装置。

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