光学レンズ及び照明装置
【課題】簡単な構成により２方向の配光を別々に制御する。
【解決手段】照明装置１００は、複数のＬＥＤ１１１と光学レンズアレイ１１０と基板１１２とを備える。光学レンズアレイ１１０は、板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し、他方が光を出射する。光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面の複数箇所には、光屈折部１３０が形成されている。光屈折部１３０は、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）の一方（Ｘ軸方向）からみた断面が凸状に湾曲している。そして、光屈折部１３０は、上記２つの方向の他方（Ｙ’軸方向）からみた断面が凹状に湾曲している。基板１１２には、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面における光屈折部１３０の配置と同じ配置でＬＥＤ１１１が実装されている。
【解決手段】照明装置１００は、複数のＬＥＤ１１１と光学レンズアレイ１１０と基板１１２とを備える。光学レンズアレイ１１０は、板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し、他方が光を出射する。光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面の複数箇所には、光屈折部１３０が形成されている。光屈折部１３０は、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）の一方（Ｘ軸方向）からみた断面が凸状に湾曲している。そして、光屈折部１３０は、上記２つの方向の他方（Ｙ’軸方向）からみた断面が凹状に湾曲している。基板１１２には、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面における光屈折部１３０の配置と同じ配置でＬＥＤ１１１が実装されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ及び当該光学レンズを用いた照明装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ光源の正面に透明な光学レンズを備え、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】
ＬＥＤには、消費電力が少なく、寿命が長いといった特長がある。このため、近年、ＬＥＤを光源とした照明装置が、省エネ等の観点からダウンライトやスポットライト等に用いられている。ＬＥＤは、こういった屋内用の照明器具に限らず、防犯灯や街路灯等の屋外照明器具の光源としても使用されている。
【０００３】
防犯灯に対しては、防犯上確保すべき照明効果として、クラスＡ（４メートル先の人の顔の概要がわかること）、あるいは、少なくともクラスＢ（４メートル先の歩行者の挙動・姿勢がわかること）が望まれる。照明効果を確保するための照度基準として、クラスＡでは、路面上の水平面照度の平均値が５．０ルクス（ｌｘ）以上、鉛直面照度の最小値が１．０ルクス以上であること、クラスＢでは、路面上の水平面照度の平均値が３．０ルクス以上、鉛直面照度の最小値が０．５ルクス以上であることが規定されている（非特許文献１参照）。ここで、水平面照度とは、道路面（５［メートル］×防犯灯の設置間隔［メートル］）上での平均照度のことをいう。鉛直面照度とは、道路の中心線上で路面より１．５メートルの高さ、道路軸に対して直角な鉛直面の最小照度のことをいう。
【０００４】
上記の照明基準を満足しながら、防犯灯の設置間隔をできるだけ広くして設置コストを削減することや、使用する光源の個数を削減して消費電力を低減することも求められている。
【０００５】
上記の照明基準を満足するための技術として、特許文献１及び特許文献２に記載の方法がある。特許文献１に記載の方法では、光源の長手方向に沿って配置された側面反射鏡を用いて配光を制御している。特許文献２に記載の方法では、光源の取付部を断面Ｖ字状に形成し、複数の反射体を用いて配光を制御している。また、いずれの方法でも、さらに、プリズムを用いて配光を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６３１７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３３９９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「安全・安心なまちづくりをめざして 防犯照明ガイド ｖｏｌ．４」、社団法人日本防犯設備協会、平成２２年２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
防犯灯は、道路の歩道側に設置された支柱の高所に取り付けて使用される照明装置である。このとき、照明装置から光を照射したい領域は、照明装置の鉛直（真下）方向ではなく、斜め下方向の道路面となる。このため、照明装置は、光を照射したい領域の方向を向くように所定の角度で設置される。
【０００９】
よって、道路の幅方向と道路の進行方向との２方向の配光を別々に（即ち、異なる配光特性をもつように）制御して、光を照射したい領域に効果的に光を照射するような配光を実現して、設置コストや消費電力を低減することが重要となる。
【００１０】
しかしながら、従来の技術では、２方向の配光を別々に制御することができないか、又は、それができても、構造が複雑になり、部品点数増、コスト高になるという課題があった。
【００１１】
また、ＬＥＤのような発光点の小さい光源を用いる場合、従来の技術では、照度ムラを低減するために、ＬＥＤを密接に配置して道路面に光を照射する必要があり、これによって照明装置の輝度が高くなり、眩しさが増すという課題があった。
【００１２】
本発明は、例えば、簡単な構成により２方向の配光を別々に制御することを目的とする。また、さらに、眩しさを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の態様に係る光学レンズは、
板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し他方が光を出射する光学レンズであって、
前記２つの板面のうちいずれかの板面の複数箇所に、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向の一方からみた断面が凸状に湾曲し他方からみた断面が凹状に湾曲した光屈折部が形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一の態様によれば、簡単な構成により２方向の配光を別々に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る防犯灯の設置例を示す図。
【図２】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）斜視図、（ｂ）設置角度の説明図。
【図３】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）Ａ−Ａ断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図。
【図４】実施の形態１に係るＬＥＤの（ａ）平面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ断面図。
【図５】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）ＸＺ’平面における配光特性を示す図、（ｂ）Ｙ’Ｚ’平面における配光特性を示す図。
【図６】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）ＸＺ’平面における配光特性を示すグラフ、（ｂ）Ｙ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフ。
【図７】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）光学レンズアレイの第２入射面（第２入射面を拡散面としない場合）に入射した光のみの配光特性を示すグラフ、（ｂ）照度を算出した結果を示す表。
【図８】実施の形態２に係る照明装置の斜視図。
【図９】実施の形態２に係る照明装置の（ａ）Ｄ−Ｄ断面図、（ｂ）Ｅ−Ｅ断面図。
【図１０】実施の形態２に係る照明装置の（ａ）ＸＺ’平面における配光特性を示すグラフ、（ｂ）Ｙ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフ。
【図１１】実施の形態２に係る照明装置の照度を算出した結果を示す表。
【図１２】実施の形態３に係る照明装置の（ａ）光学レンズアレイの位置をずらした状態のＤ−Ｄ断面図、（ｂ）光学レンズアレイの位置をずらした状態の配光特性を示すグラフ。
【図１３】実施の形態３に係る照明装置の（ａ）光学レンズアレイが元の位置にある状態の鉛直面照度の分布を示す図、（ｂ）光学レンズアレイの位置をずらした状態の鉛直面照度の分布を示す図。
【図１４】実施の形態３に係る照明装置の（ａ）調整機構の構成例を示すＤ−Ｄ断面図、（ｂ）調整機構の別の構成例を示すＤ−Ｄ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る防犯灯２００の設置例を示す図である。
【００１８】
防犯灯２００は、照明装置１００と、地上に立設された支柱１０１とを備える。照明装置１００は、支柱１０１により高所に設置されている。支柱１０１は、例えば道路の歩道側に設置されている。照明装置１００は、その発光面（底面）が道路の水平面１０２における所望の領域の方向を向くように、所定の角度θで支柱１０１の上部に取り付けられている。
【００１９】
以下では、図１に示すように、道路の進行方向にＸ軸、道路の幅方向にＹ軸、道路の鉛直方向にＺ軸をおき、道路の水平面１０２をＸＹ平面、道路の鉛直面１０３をＹＺ平面とする。また、Ｙ軸に対する照明装置１００の発光面の傾斜方向、即ち、Ｙ軸を角度θ傾けた方向にＹ’軸をおき、Ｙ軸に対して垂直方向、即ち、Ｚ軸をＹ’軸と同様に角度θ傾けた方向にＺ’軸をおく。
【００２０】
なお、本実施の形態では、照明装置１００が防犯灯２００に使用されているが、照明装置１００は、街路灯その他の屋外照明器具に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に使用されてもよい。
【００２１】
図２（ａ）は、照明装置１００の斜視図である。図２（ｂ）は、照明装置１００を設置する所定の角度（設置角度）θの説明図である。図３（ａ）は、図２（ａ）の照明装置１００のＡ−Ａ断面図である。図３（ｂ）は、図２（ａ）の照明装置１００のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
照明装置１００は、複数のＬＥＤ１１１（光源の例）と、各ＬＥＤ１１１の正面（発光面と対向する位置）に配置された光学レンズアレイ１１０（光学レンズの例）と、基板１１２（光源モジュールの例）とを備える。光学レンズアレイ１１０と基板１１２とは、図示しないレンズホルダにより位置決めされている。
【００２３】
光学レンズアレイ１１０は、板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し、他方が光を出射する。ここでは、透光性部材として、アクリル樹脂を用いているものとするが、ＬＥＤ１１１からの出射光を透過する材料であれば、他の透光性部材を用いてもよい。例えば、ポリカーボネイト樹脂、ガラス等の透明な材料を用いることができる。
【００２４】
光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面の複数箇所には、光屈折部１３０が形成されている。図３（ｂ）に示すように、光屈折部１３０は、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）の一方（Ｘ軸方向）からみた断面が凸状に湾曲している。そして、図３（ａ）に示すように、光屈折部１３０は、上記２つの方向の他方（Ｙ’軸方向）からみた断面が凹状に湾曲している。図２（ａ）に示すように、ここでは、光屈折部１３０が２４箇所（３個×８列）に形成されているものとするが、光屈折部１３０の数はこれに限らない。
【００２５】
光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面と逆側の板面、即ち、光を入射する側の板面において、光屈折部１３０に対向する位置のそれぞれには、光入射部１４０が形成されている。光入射部１４０は、上記２つの方向の両方（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）からみた断面が凹状に湾曲している。
【００２６】
光学レンズアレイ１１０の光入射部１４０が形成されている板面の光入射部１４０の周囲には、光を拡散させる光拡散部１５０が形成されている。なお、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面の光屈折部１３０の周囲に、光を拡散させる光拡散部１５０が形成されていてもよい。
【００２７】
光学レンズアレイ１１０において、光入射部１４０の表面には第１入射面１１０ａが形成され、光拡散部１５０の表面には第２入射面１１０ｂが形成され、光屈折部１３０の表面には第１出射面１１０ｃが形成される。前述したように、光拡散部１５０が光屈折部１３０の周囲にも形成される場合、この光拡散部１５０の表面には第２出射面１１０ｄが形成される。
【００２８】
このように、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を入射する側の板面には、ＬＥＤ１１１の正面（発光面から一定間隔離れたところ）に位置する第１入射面１１０ａと、第１入射面１１０ａを取り囲む第２入射面１１０ｂとが形成されている。図３（ａ）に示すように、第１入射面１１０ａは、ＸＺ’平面において、ＬＥＤ１１１の略中心を通る光軸１２０に対して対称で、中心が凹形状になっており、ＬＥＤ１１１の光軸１２０から離れた位置において変曲点に達し、さらに外側にいくにしたがって、凸形状に変化している。第２入射面１１０ｂは、ＸＹ’平面と略平行であり、略平らな形状をしている。
【００２９】
また、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面には、主として第１入射面１１０ａからの光を屈折させて出射する第１出射面１１０ｃと、第１出射面１１０ｃを取り囲む第２出射面１１０ｄとが形成されている。図３（ｂ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、Ｙ’Ｚ’平面において、光軸１２０に対して対象で、光軸１２０付近を頂点とした凸の形状になっている。第２出射面１１０ｄは、ＸＹ’平面と略平行であり、略平らな形状をしている。
【００３０】
基板１１２には、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面における光屈折部１３０（及び光入射部１４０）の配置と同じ配置でＬＥＤ１１１が実装されている。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、照明装置１００は、上記２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０の断面が凹状にみえる方向（Ｙ’軸方向）において、光学レンズアレイ１１０が角度θで傾斜するように、支柱１０１に取り付けられる。つまり、照明装置１００は、ＹＺ平面内で角度θ傾けられる。
【００３２】
図４（ａ）は、ＬＥＤ１１１の平面図（発光面側をみた図）である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００３３】
ＬＥＤ１１１は、セラミックスパッケージ１１１ａと、ＬＥＤ素子１１１ｂと、蛍光体が混入されたシリコーン樹脂１１１ｃとを備える。ＬＥＤ素子１１１ｂは、セラミックスパッケージ１１１ａの開口面１１１ｄ（発光面）を形成する凹部に実装されている。シリコーン樹脂１１１ｃは、当該凹部に充填されている。例えば、ＬＥＤ素子１１１ｂが青色光を発すると、この青色光の一部の波長成分によりシリコーン樹脂１１１ｃに混入された蛍光体が励起されて黄色光を発する。これにより、青色光と黄色光との混色光である白色光がセラミックスパッケージ１１１ａの開口面１１１ｄから出射される。なお、セラミックスパッケージ１１１ａは、図示しない電力供給用の電極を有し、この電極から図示しないワイヤを介してＬＥＤ素子１１１ｂに電力が供給される。
【００３４】
以下では、本実施の形態の作用効果について説明する。
【００３５】
図５（ａ）は、照明装置１００のＸＺ’平面における配光特性を示す図である。図５（ｂ）は、照明装置１００のＹ’Ｚ’平面における配光特性を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）において、矢印はＬＥＤ１１１から出射された光の進行方向（軌跡）を表している。図６（ａ）は、照明装置１００のＸＺ’平面における配光特性を示すグラフである。図６（ｂ）は、照明装置１００のＹ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフである。図７（ａ）は、光学レンズアレイ１１０の第２入射面１１０ｂ（第２入射面１１０ｂを拡散面としない場合）に入射した光のみの配光特性を示すグラフである。
【００３６】
まずは、第１入射面１１０ａを通過する光について説明する。
【００３７】
ＬＥＤ１１１から出射され、第１入射面１１０ａに到達した光は、屈折の作用を受けて光学レンズアレイ１１０内に入射され、大部分の光は第１出射面１１０ｃに到達し、さらに屈折の作用を受けて光学レンズアレイ１１０から出射される。
【００３８】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１入射面１１０ａはコーニック形状（例えば、放物面、楕円面、双曲面）になっており、ＬＥＤ１１１から出射された光を、出射角１２１が大きくなる方向に屈折させる。つまり、光学レンズアレイ１１０の光入射部１４０は、ＬＥＤ１１１から出射された光を入射すると、その光を光軸１２０から離れる方向に屈折させる。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、ＸＺ’平面において、中心の凹んだ形状になっており、光をより出射角１２１が大きくなる方向に屈折させる。つまり、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０は、前述した２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光屈折部１３０の断面が凹状にみえる方向（Ｙ’軸方向）からみた場合、光入射部１４０に入射した光を、さらに光軸１２０から離れる方向に屈折させて出射する。これにより、図６（ａ）に示すように、大きい出射角１２１の照度が強くなるように配光を制御することができる。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、Ｙ’Ｚ’平面において、凸形状になっており、ＬＥＤ１１１からの広がった光を集めて、道路面に照射するように作用する。つまり、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０は、上記２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光屈折部１３０の断面が凸状にみえる方向（Ｘ軸方向）からみた場合、光入射部１４０に入射した光を、光軸１２０に近づく方向に屈折させて出射する。これにより、図６（ｂ）に示すように、光軸１２０中心付近の小さい出射角１２１の照度が最も強くなるように配光を制御することができる。
【００４１】
図６（ａ）のように、大きい出射角１２１の照度が強くなっている配光では、道路の広い範囲を照射できる。しかし、この平面を傾けて使用すると、道路面において、局所的に照度が高くなる部分ができるため適当ではない。
【００４２】
図６（ｂ）のように、光軸１２０中心付近の小さい出射角１２１の照度が最も強くなっている配光では、道路の広い範囲を照射することはできないが、所定の角度θで傾けて、比較的狭い領域を均一に照らすことができる。
【００４３】
よって、本実施の形態では、所定の角度θで傾けるＹ’Ｚ’平面の配光としては、小さい出射角１２１の照度が最も強くなる図６（ｂ）のような配光を選択し、道路の進行方向を広く照射したいＸＺ’平面の配光としては、大きい出射角１２１の照度が強くなる図６（ａ）のような配光を選択している。これにより、２方向の配光を別々に制御することが可能となっている。
【００４４】
なお、本実施の形態では、第１出射面１１０ｃを用いて、２方向の配光を別々に制御しているが、第１入射面１１０ａを用いて２方向の配光を制御しても、同様の効果を得ることができる。つまり、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０は、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を入射する側の板面の複数箇所に形成されていてもよい。この場合、光屈折部１３０は、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）の一方（Ｙ’軸方向）からみた断面が凸状に湾曲し、他方（Ｘ軸方向）からみた断面が凹状に湾曲したものとなる。
【００４５】
次に、第２入射面１１０ｂを通過する光について説明する。
【００４６】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１１１から出射され、第２入射面１１０ｂに到達した光は、拡散されて光学レンズアレイ１１０内に入射され、第１出射面１１０ｃ、第２出射面１１０ｄに到達し、光学レンズアレイ１１０から出射される。
【００４７】
第２入射面１１０ｂを拡散面にしたことにより得られる作用効果を説明する。
【００４８】
基板１１２に実装されているＬＥＤ１１１以外の電子部品の高さ等によるが、ＬＥＤ１１１と、その正面に配置する光学レンズアレイ１１０とを、ある程度間隔をあけて配置する場合がある。この場合、ＬＥＤ１１１から出射される光の一部は、第１入射面１１０ａに入射されず、第２入射面１１０ｂに入射されることになる。
【００４９】
このとき、第２入射面１１０ｂに入射された光が、光学レンズアレイ１１０から出射される際に、一方向に集中する傾向があるため、その方向の輝度が高くなってしまう。
【００５０】
図７（ａ）のグラフでは、第２入射面１１０ｂを拡散面としない場合に、第２入射面１１０ｂに入射した光のみの配光特性を算出した結果を示している（第１入射面１１０ａを鏡面にしたときの、照明装置１００のＸＺ’平面の配光特性である）。この結果では、出射角５０°付近で照度が集中して強くなるという現象が起こっていることがわかる。図７（ａ）では、第２入射面１１０ｂが単なる平坦面であるため、ＬＥＤ１１１から出射された光が、光軸１２０に近づく方向に屈折し、この光が、第１出射面１１０ｃで集光されて、上記のような現象が起こっていると想定される。ＬＥＤ１１１と光学レンズアレイ１１０との間隔にもよるが、ＬＥＤ１１１から出射される光の約２０％が、第２入射面１１０ｂに入射される場合もあり、この場合、かなり眩しくなるため、上記のような現象を回避することは重要である。そこで、本実施の形態では、第２入射面１１０ｂを拡散面とし、第２入射面１１０ｂに入射した光を拡散させ、背景光とすることで、眩しさを低減する。
【００５１】
図７（ｂ）は、照明装置１００の照度を算出した結果を示す表である。
【００５２】
図７（ｂ）の表では、照明装置１００を用いて、設置高さ４．５メートル、設置間隔３０メートルでの、道路に対する水平面照度と鉛直面照度とを算出した結果を示している。この結果から、照明装置１００が、防犯灯の照度基準であるクラスＡ及びクラスＢを満足していることがわかる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、ＬＥＤ１１１の正面に配置された透明な光学レンズアレイ１１０が、少なくともＬＥＤ１１１の正面に位置する第１入射面１１０ａと、第１入射面１１０ａを取り囲む第２入射面１１０ｂとで構成される入光面を有する。また、この光学レンズアレイ１１０が、主として第１入射面１１０ａからの光を屈折させて出射する第１出射面１１０ｃと、第１出射面１１０ｃを取り囲む第２出射面１１０ｄとを有する。そして、第１出射面１１０ｃのＸＺ’平面の断面形状は、中心の凹んだ形状になっており、Ｙ’Ｚ’平面の断面形状は、凸形状になっている。このため、簡単な構成で、道路の幅方向であるＹＺ平面と道路の進行方向であるＸＺ平面との２方向の配光を別々に制御して所望の配光を実現し、設置コストや消費電力を低減した照明装置１００を提供することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の第２入射面１１０ｂの全体もしくは一部が拡散特性を有する。このため、眩しさを低減した照明装置１００を提供することができる。
【００５５】
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。
【００５６】
図８は、本実施の形態に係る照明装置１００の斜視図である。図９（ａ）は、図８の照明装置１００のＤ−Ｄ断面図である。図９（ｂ）は、図８の照明装置１００のＥ−Ｅ断面図である。
【００５７】
図８に示すように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面の６箇所（３個×２列）に形成されている。
【００５８】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面と逆側の板面、即ち、光を入射する側の板面において、光入射部１４０が形成されていない。つまり、当該板面は、実施の形態１における第１入射面１１０ａ、第２入射面１１０ｂの区別がなく、全体が略平らな形状の入射面１１０ｅになっている。
【００５９】
図１０（ａ）は、照明装置１００のＸＺ’平面における配光特性を示すグラフである。図１０（ｂ）は、照明装置１００のＹ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフである。
【００６０】
ＬＥＤ１１１から出射され、入射面１１０ｅに入射した光は、第１出射面１１０ｃに到達し、屈折の作用を受けて出射される。また、入射面１１０ｅに入射した光の一部は、第２出射面１１０ｄから出射される。
【００６１】
図９（ａ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、実施の形態１と同様に、ＸＺ’平面において、中心の凹んだ形状になっており、光をより出射角１２１が大きくなる方向に屈折させる。これにより、図１０（ａ）に示すように、大きい出射角１２１の照度が強くなるように配光を制御することができる。なお、本実施の形態では、入射面１１０ｅ全体が略平坦であるため、図６（ａ）に示した実施の形態１の配光よりも出射角１２１の幅が狭くなっている。よって、実施の形態１よりも照明装置１００の設置間隔を狭くすることが望ましい。
【００６２】
図９（ｂ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、実施の形態１と同様に、Ｙ’Ｚ’平面において、凸形状になっており、ＬＥＤ１１１からの広がった光を集めて、道路面に照射するように作用する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、光軸１２０中心付近の小さい出射角１２１の照度が最も強くなるように配光を制御することができる。
【００６３】
このように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、２方向の配光を別々に制御することが可能となっている。
【００６４】
図１１は、照明装置１００の照度を算出した結果を示す表である。
【００６５】
図１１の表では、照明装置１００を用いて、設置高さ４．５メートル、設置間隔１０メートルでの、道路に対する水平面照度と鉛直面照度とを算出した結果を示している。この結果から、照明装置１００が、防犯灯の照度基準であるクラスＡ及びクラスＢを満足していることがわかる。
【００６６】
以上より、設置間隔の狭い照明装置１００であれば、入射面１１０ｅ全体が平坦であっても、道路に対する水平面照度と鉛直面照度との基準を満たすことができる。本実施の形態によれば、レンズ金型の作製が容易になる等、より簡単な構成で、所望の配光特性を実現した照明装置１００を提供することができる。
【００６７】
実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。
【００６８】
図１２（ａ）は、図８の照明装置１００の光学レンズアレイ１１０の位置をずらした状態のＤ−Ｄ断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）と同じ状態における照明装置１００の配光特性を示すグラフである。
【００６９】
図１２（ａ）に示すように、本実施の形態では、実施の形態２と同じ形状の光学レンズアレイ１１０の位置を、Ｙ’軸方向にずらすことができる。つまり、前述した２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０の断面が凹状にみえる方向（Ｙ’軸方向）において、光学レンズアレイ１１０と基板１１２（及びＬＥＤ１１１）との相対位置を調整することができる。図示していないが、照明装置１００は、そのための調整機構（具体例は後述する）を備えるものとする。
【００７０】
図１２（ｂ）に示すように、本実施の形態では、図１０（ａ）に示した実施の形態２の配光よりも出射角１２１の幅が大きくなっている。このように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の位置を変えることで、出射角１２１の幅を調整することができる。
【００７１】
図１３（ａ）は、光学レンズアレイ１１０が元の位置にある状態、即ち、図９（ａ）の照明装置１００の鉛直面照度の分布を示す図である。図１３（ｂ）は、光学レンズアレイ１１０の位置をずらした状態、即ち、図１２（ａ）の照明装置１００の鉛直面照度の分布を示す図である。
【００７２】
図１３（ａ）の分布では、図１３（ｂ）よりも、照度の高い点が中心に移動している。このように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の位置を変えることで、道路の鉛直面１０３（ＹＺ平面）における照度分布を調整することができる。
【００７３】
ここで、鉛直面照度を調整する利点について説明する。
【００７４】
防犯上の照明効果として規定されている鉛直面照度は、道路の中心線上で路面より１．５メートルの高さ、道路軸に対して直角な鉛直面１０３の最小照度である。このとき、防犯灯２００の配光特性が同じであれば、設置間隔と角度θとに依存して、鉛直面照度の分布は異なってくるため、道路の中心線上での照度が弱くなってしまう場合がある。そのため、特に、設置間隔の異なる防犯灯２００の鉛直面照度の規格を、１つのレンズカバー（光学レンズアレイ１１０）で対応しようとしたときには、鉛直面照度を調整することが重要となる。
【００７５】
本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０をＹ’軸方向に調整することで、最適な鉛直面照度になるように簡単に調整することができる。また、製品組み立て時にも同様の調整を行い出荷することで、製品の歩留まり向上に貢献できる。
【００７６】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図８の照明装置１００における調整機構の構成例を示すＤ−Ｄ断面図である。
【００７７】
図１４（ａ）の例では、光学レンズアレイ１１０を支持するレンズホルダ１１３に、前述した調整機構として、光学レンズアレイ１１０の端部１１０ｆがＹ’軸方向にスライド自在に嵌められる溝１６０が設けられている。
【００７８】
図１４（ｂ）の例では、光学レンズアレイ１１０に、前述した調整機構として、レンズホルダ１１３の端部１１３ａがＹ’軸方向にスライド自在に嵌められる溝１６０が設けられている。
【００７９】
以上のように、本実施の形態では、照明装置１００が、Ｙ’軸に平行な方向に、ＬＥＤ１１１と光学レンズアレイ１１０との相対位置を調整できる機構を有している。例えば、そのような機構として、光学レンズアレイ１１０又はレンズホルダ１１３に調整溝を作製している。このため、防犯灯２００の照度基準である鉛直面照度を、最適な分布に調整することができる。また、製品組み立て時にも同様の調整を行い出荷することで、製品の歩留まり向上に貢献できる。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 照明装置、１０１ 支柱、１０２ 水平面、１０３ 鉛直面、１１０ 光学レンズアレイ、１１０ａ 第１入射面、１１０ｂ 第２入射面、１１０ｃ 第１出射面、１１０ｄ 第２出射面、１１０ｅ 入射面、１１０ｆ 端部、１１１ ＬＥＤ、１１１ａ セラミックスパッケージ、１１１ｂ ＬＥＤ素子、１１１ｃ シリコーン樹脂、１１１ｄ 開口面、１１２ 基板、１１３ レンズホルダ、１１３ａ 端部、１２０ 光軸、１２１ 出射角、１３０ 光屈折部、１４０ 光入射部、１５０ 光拡散部、１６０ 溝、２００ 防犯灯。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ及び当該光学レンズを用いた照明装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ光源の正面に透明な光学レンズを備え、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】
ＬＥＤには、消費電力が少なく、寿命が長いといった特長がある。このため、近年、ＬＥＤを光源とした照明装置が、省エネ等の観点からダウンライトやスポットライト等に用いられている。ＬＥＤは、こういった屋内用の照明器具に限らず、防犯灯や街路灯等の屋外照明器具の光源としても使用されている。
【０００３】
防犯灯に対しては、防犯上確保すべき照明効果として、クラスＡ（４メートル先の人の顔の概要がわかること）、あるいは、少なくともクラスＢ（４メートル先の歩行者の挙動・姿勢がわかること）が望まれる。照明効果を確保するための照度基準として、クラスＡでは、路面上の水平面照度の平均値が５．０ルクス（ｌｘ）以上、鉛直面照度の最小値が１．０ルクス以上であること、クラスＢでは、路面上の水平面照度の平均値が３．０ルクス以上、鉛直面照度の最小値が０．５ルクス以上であることが規定されている（非特許文献１参照）。ここで、水平面照度とは、道路面（５［メートル］×防犯灯の設置間隔［メートル］）上での平均照度のことをいう。鉛直面照度とは、道路の中心線上で路面より１．５メートルの高さ、道路軸に対して直角な鉛直面の最小照度のことをいう。
【０００４】
上記の照明基準を満足しながら、防犯灯の設置間隔をできるだけ広くして設置コストを削減することや、使用する光源の個数を削減して消費電力を低減することも求められている。
【０００５】
上記の照明基準を満足するための技術として、特許文献１及び特許文献２に記載の方法がある。特許文献１に記載の方法では、光源の長手方向に沿って配置された側面反射鏡を用いて配光を制御している。特許文献２に記載の方法では、光源の取付部を断面Ｖ字状に形成し、複数の反射体を用いて配光を制御している。また、いずれの方法でも、さらに、プリズムを用いて配光を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６３１７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３３９９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「安全・安心なまちづくりをめざして 防犯照明ガイド ｖｏｌ．４」、社団法人日本防犯設備協会、平成２２年２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
防犯灯は、道路の歩道側に設置された支柱の高所に取り付けて使用される照明装置である。このとき、照明装置から光を照射したい領域は、照明装置の鉛直（真下）方向ではなく、斜め下方向の道路面となる。このため、照明装置は、光を照射したい領域の方向を向くように所定の角度で設置される。
【０００９】
よって、道路の幅方向と道路の進行方向との２方向の配光を別々に（即ち、異なる配光特性をもつように）制御して、光を照射したい領域に効果的に光を照射するような配光を実現して、設置コストや消費電力を低減することが重要となる。
【００１０】
しかしながら、従来の技術では、２方向の配光を別々に制御することができないか、又は、それができても、構造が複雑になり、部品点数増、コスト高になるという課題があった。
【００１１】
また、ＬＥＤのような発光点の小さい光源を用いる場合、従来の技術では、照度ムラを低減するために、ＬＥＤを密接に配置して道路面に光を照射する必要があり、これによって照明装置の輝度が高くなり、眩しさが増すという課題があった。
【００１２】
本発明は、例えば、簡単な構成により２方向の配光を別々に制御することを目的とする。また、さらに、眩しさを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の態様に係る光学レンズは、
板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し他方が光を出射する光学レンズであって、
前記２つの板面のうちいずれかの板面の複数箇所に、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向の一方からみた断面が凸状に湾曲し他方からみた断面が凹状に湾曲した光屈折部が形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一の態様によれば、簡単な構成により２方向の配光を別々に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る防犯灯の設置例を示す図。
【図２】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）斜視図、（ｂ）設置角度の説明図。
【図３】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）Ａ−Ａ断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図。
【図４】実施の形態１に係るＬＥＤの（ａ）平面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ断面図。
【図５】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）ＸＺ’平面における配光特性を示す図、（ｂ）Ｙ’Ｚ’平面における配光特性を示す図。
【図６】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）ＸＺ’平面における配光特性を示すグラフ、（ｂ）Ｙ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフ。
【図７】実施の形態１に係る照明装置の（ａ）光学レンズアレイの第２入射面（第２入射面を拡散面としない場合）に入射した光のみの配光特性を示すグラフ、（ｂ）照度を算出した結果を示す表。
【図８】実施の形態２に係る照明装置の斜視図。
【図９】実施の形態２に係る照明装置の（ａ）Ｄ−Ｄ断面図、（ｂ）Ｅ−Ｅ断面図。
【図１０】実施の形態２に係る照明装置の（ａ）ＸＺ’平面における配光特性を示すグラフ、（ｂ）Ｙ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフ。
【図１１】実施の形態２に係る照明装置の照度を算出した結果を示す表。
【図１２】実施の形態３に係る照明装置の（ａ）光学レンズアレイの位置をずらした状態のＤ−Ｄ断面図、（ｂ）光学レンズアレイの位置をずらした状態の配光特性を示すグラフ。
【図１３】実施の形態３に係る照明装置の（ａ）光学レンズアレイが元の位置にある状態の鉛直面照度の分布を示す図、（ｂ）光学レンズアレイの位置をずらした状態の鉛直面照度の分布を示す図。
【図１４】実施の形態３に係る照明装置の（ａ）調整機構の構成例を示すＤ−Ｄ断面図、（ｂ）調整機構の別の構成例を示すＤ−Ｄ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る防犯灯２００の設置例を示す図である。
【００１８】
防犯灯２００は、照明装置１００と、地上に立設された支柱１０１とを備える。照明装置１００は、支柱１０１により高所に設置されている。支柱１０１は、例えば道路の歩道側に設置されている。照明装置１００は、その発光面（底面）が道路の水平面１０２における所望の領域の方向を向くように、所定の角度θで支柱１０１の上部に取り付けられている。
【００１９】
以下では、図１に示すように、道路の進行方向にＸ軸、道路の幅方向にＹ軸、道路の鉛直方向にＺ軸をおき、道路の水平面１０２をＸＹ平面、道路の鉛直面１０３をＹＺ平面とする。また、Ｙ軸に対する照明装置１００の発光面の傾斜方向、即ち、Ｙ軸を角度θ傾けた方向にＹ’軸をおき、Ｙ軸に対して垂直方向、即ち、Ｚ軸をＹ’軸と同様に角度θ傾けた方向にＺ’軸をおく。
【００２０】
なお、本実施の形態では、照明装置１００が防犯灯２００に使用されているが、照明装置１００は、街路灯その他の屋外照明器具に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に使用されてもよい。
【００２１】
図２（ａ）は、照明装置１００の斜視図である。図２（ｂ）は、照明装置１００を設置する所定の角度（設置角度）θの説明図である。図３（ａ）は、図２（ａ）の照明装置１００のＡ−Ａ断面図である。図３（ｂ）は、図２（ａ）の照明装置１００のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
照明装置１００は、複数のＬＥＤ１１１（光源の例）と、各ＬＥＤ１１１の正面（発光面と対向する位置）に配置された光学レンズアレイ１１０（光学レンズの例）と、基板１１２（光源モジュールの例）とを備える。光学レンズアレイ１１０と基板１１２とは、図示しないレンズホルダにより位置決めされている。
【００２３】
光学レンズアレイ１１０は、板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し、他方が光を出射する。ここでは、透光性部材として、アクリル樹脂を用いているものとするが、ＬＥＤ１１１からの出射光を透過する材料であれば、他の透光性部材を用いてもよい。例えば、ポリカーボネイト樹脂、ガラス等の透明な材料を用いることができる。
【００２４】
光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面の複数箇所には、光屈折部１３０が形成されている。図３（ｂ）に示すように、光屈折部１３０は、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）の一方（Ｘ軸方向）からみた断面が凸状に湾曲している。そして、図３（ａ）に示すように、光屈折部１３０は、上記２つの方向の他方（Ｙ’軸方向）からみた断面が凹状に湾曲している。図２（ａ）に示すように、ここでは、光屈折部１３０が２４箇所（３個×８列）に形成されているものとするが、光屈折部１３０の数はこれに限らない。
【００２５】
光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面と逆側の板面、即ち、光を入射する側の板面において、光屈折部１３０に対向する位置のそれぞれには、光入射部１４０が形成されている。光入射部１４０は、上記２つの方向の両方（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）からみた断面が凹状に湾曲している。
【００２６】
光学レンズアレイ１１０の光入射部１４０が形成されている板面の光入射部１４０の周囲には、光を拡散させる光拡散部１５０が形成されている。なお、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面の光屈折部１３０の周囲に、光を拡散させる光拡散部１５０が形成されていてもよい。
【００２７】
光学レンズアレイ１１０において、光入射部１４０の表面には第１入射面１１０ａが形成され、光拡散部１５０の表面には第２入射面１１０ｂが形成され、光屈折部１３０の表面には第１出射面１１０ｃが形成される。前述したように、光拡散部１５０が光屈折部１３０の周囲にも形成される場合、この光拡散部１５０の表面には第２出射面１１０ｄが形成される。
【００２８】
このように、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を入射する側の板面には、ＬＥＤ１１１の正面（発光面から一定間隔離れたところ）に位置する第１入射面１１０ａと、第１入射面１１０ａを取り囲む第２入射面１１０ｂとが形成されている。図３（ａ）に示すように、第１入射面１１０ａは、ＸＺ’平面において、ＬＥＤ１１１の略中心を通る光軸１２０に対して対称で、中心が凹形状になっており、ＬＥＤ１１１の光軸１２０から離れた位置において変曲点に達し、さらに外側にいくにしたがって、凸形状に変化している。第２入射面１１０ｂは、ＸＹ’平面と略平行であり、略平らな形状をしている。
【００２９】
また、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面には、主として第１入射面１１０ａからの光を屈折させて出射する第１出射面１１０ｃと、第１出射面１１０ｃを取り囲む第２出射面１１０ｄとが形成されている。図３（ｂ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、Ｙ’Ｚ’平面において、光軸１２０に対して対象で、光軸１２０付近を頂点とした凸の形状になっている。第２出射面１１０ｄは、ＸＹ’平面と略平行であり、略平らな形状をしている。
【００３０】
基板１１２には、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面における光屈折部１３０（及び光入射部１４０）の配置と同じ配置でＬＥＤ１１１が実装されている。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、照明装置１００は、上記２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０の断面が凹状にみえる方向（Ｙ’軸方向）において、光学レンズアレイ１１０が角度θで傾斜するように、支柱１０１に取り付けられる。つまり、照明装置１００は、ＹＺ平面内で角度θ傾けられる。
【００３２】
図４（ａ）は、ＬＥＤ１１１の平面図（発光面側をみた図）である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００３３】
ＬＥＤ１１１は、セラミックスパッケージ１１１ａと、ＬＥＤ素子１１１ｂと、蛍光体が混入されたシリコーン樹脂１１１ｃとを備える。ＬＥＤ素子１１１ｂは、セラミックスパッケージ１１１ａの開口面１１１ｄ（発光面）を形成する凹部に実装されている。シリコーン樹脂１１１ｃは、当該凹部に充填されている。例えば、ＬＥＤ素子１１１ｂが青色光を発すると、この青色光の一部の波長成分によりシリコーン樹脂１１１ｃに混入された蛍光体が励起されて黄色光を発する。これにより、青色光と黄色光との混色光である白色光がセラミックスパッケージ１１１ａの開口面１１１ｄから出射される。なお、セラミックスパッケージ１１１ａは、図示しない電力供給用の電極を有し、この電極から図示しないワイヤを介してＬＥＤ素子１１１ｂに電力が供給される。
【００３４】
以下では、本実施の形態の作用効果について説明する。
【００３５】
図５（ａ）は、照明装置１００のＸＺ’平面における配光特性を示す図である。図５（ｂ）は、照明装置１００のＹ’Ｚ’平面における配光特性を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）において、矢印はＬＥＤ１１１から出射された光の進行方向（軌跡）を表している。図６（ａ）は、照明装置１００のＸＺ’平面における配光特性を示すグラフである。図６（ｂ）は、照明装置１００のＹ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフである。図７（ａ）は、光学レンズアレイ１１０の第２入射面１１０ｂ（第２入射面１１０ｂを拡散面としない場合）に入射した光のみの配光特性を示すグラフである。
【００３６】
まずは、第１入射面１１０ａを通過する光について説明する。
【００３７】
ＬＥＤ１１１から出射され、第１入射面１１０ａに到達した光は、屈折の作用を受けて光学レンズアレイ１１０内に入射され、大部分の光は第１出射面１１０ｃに到達し、さらに屈折の作用を受けて光学レンズアレイ１１０から出射される。
【００３８】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１入射面１１０ａはコーニック形状（例えば、放物面、楕円面、双曲面）になっており、ＬＥＤ１１１から出射された光を、出射角１２１が大きくなる方向に屈折させる。つまり、光学レンズアレイ１１０の光入射部１４０は、ＬＥＤ１１１から出射された光を入射すると、その光を光軸１２０から離れる方向に屈折させる。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、ＸＺ’平面において、中心の凹んだ形状になっており、光をより出射角１２１が大きくなる方向に屈折させる。つまり、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０は、前述した２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光屈折部１３０の断面が凹状にみえる方向（Ｙ’軸方向）からみた場合、光入射部１４０に入射した光を、さらに光軸１２０から離れる方向に屈折させて出射する。これにより、図６（ａ）に示すように、大きい出射角１２１の照度が強くなるように配光を制御することができる。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、Ｙ’Ｚ’平面において、凸形状になっており、ＬＥＤ１１１からの広がった光を集めて、道路面に照射するように作用する。つまり、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０は、上記２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光屈折部１３０の断面が凸状にみえる方向（Ｘ軸方向）からみた場合、光入射部１４０に入射した光を、光軸１２０に近づく方向に屈折させて出射する。これにより、図６（ｂ）に示すように、光軸１２０中心付近の小さい出射角１２１の照度が最も強くなるように配光を制御することができる。
【００４１】
図６（ａ）のように、大きい出射角１２１の照度が強くなっている配光では、道路の広い範囲を照射できる。しかし、この平面を傾けて使用すると、道路面において、局所的に照度が高くなる部分ができるため適当ではない。
【００４２】
図６（ｂ）のように、光軸１２０中心付近の小さい出射角１２１の照度が最も強くなっている配光では、道路の広い範囲を照射することはできないが、所定の角度θで傾けて、比較的狭い領域を均一に照らすことができる。
【００４３】
よって、本実施の形態では、所定の角度θで傾けるＹ’Ｚ’平面の配光としては、小さい出射角１２１の照度が最も強くなる図６（ｂ）のような配光を選択し、道路の進行方向を広く照射したいＸＺ’平面の配光としては、大きい出射角１２１の照度が強くなる図６（ａ）のような配光を選択している。これにより、２方向の配光を別々に制御することが可能となっている。
【００４４】
なお、本実施の形態では、第１出射面１１０ｃを用いて、２方向の配光を別々に制御しているが、第１入射面１１０ａを用いて２方向の配光を制御しても、同様の効果を得ることができる。つまり、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０は、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を入射する側の板面の複数箇所に形成されていてもよい。この場合、光屈折部１３０は、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）の一方（Ｙ’軸方向）からみた断面が凸状に湾曲し、他方（Ｘ軸方向）からみた断面が凹状に湾曲したものとなる。
【００４５】
次に、第２入射面１１０ｂを通過する光について説明する。
【００４６】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１１１から出射され、第２入射面１１０ｂに到達した光は、拡散されて光学レンズアレイ１１０内に入射され、第１出射面１１０ｃ、第２出射面１１０ｄに到達し、光学レンズアレイ１１０から出射される。
【００４７】
第２入射面１１０ｂを拡散面にしたことにより得られる作用効果を説明する。
【００４８】
基板１１２に実装されているＬＥＤ１１１以外の電子部品の高さ等によるが、ＬＥＤ１１１と、その正面に配置する光学レンズアレイ１１０とを、ある程度間隔をあけて配置する場合がある。この場合、ＬＥＤ１１１から出射される光の一部は、第１入射面１１０ａに入射されず、第２入射面１１０ｂに入射されることになる。
【００４９】
このとき、第２入射面１１０ｂに入射された光が、光学レンズアレイ１１０から出射される際に、一方向に集中する傾向があるため、その方向の輝度が高くなってしまう。
【００５０】
図７（ａ）のグラフでは、第２入射面１１０ｂを拡散面としない場合に、第２入射面１１０ｂに入射した光のみの配光特性を算出した結果を示している（第１入射面１１０ａを鏡面にしたときの、照明装置１００のＸＺ’平面の配光特性である）。この結果では、出射角５０°付近で照度が集中して強くなるという現象が起こっていることがわかる。図７（ａ）では、第２入射面１１０ｂが単なる平坦面であるため、ＬＥＤ１１１から出射された光が、光軸１２０に近づく方向に屈折し、この光が、第１出射面１１０ｃで集光されて、上記のような現象が起こっていると想定される。ＬＥＤ１１１と光学レンズアレイ１１０との間隔にもよるが、ＬＥＤ１１１から出射される光の約２０％が、第２入射面１１０ｂに入射される場合もあり、この場合、かなり眩しくなるため、上記のような現象を回避することは重要である。そこで、本実施の形態では、第２入射面１１０ｂを拡散面とし、第２入射面１１０ｂに入射した光を拡散させ、背景光とすることで、眩しさを低減する。
【００５１】
図７（ｂ）は、照明装置１００の照度を算出した結果を示す表である。
【００５２】
図７（ｂ）の表では、照明装置１００を用いて、設置高さ４．５メートル、設置間隔３０メートルでの、道路に対する水平面照度と鉛直面照度とを算出した結果を示している。この結果から、照明装置１００が、防犯灯の照度基準であるクラスＡ及びクラスＢを満足していることがわかる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、ＬＥＤ１１１の正面に配置された透明な光学レンズアレイ１１０が、少なくともＬＥＤ１１１の正面に位置する第１入射面１１０ａと、第１入射面１１０ａを取り囲む第２入射面１１０ｂとで構成される入光面を有する。また、この光学レンズアレイ１１０が、主として第１入射面１１０ａからの光を屈折させて出射する第１出射面１１０ｃと、第１出射面１１０ｃを取り囲む第２出射面１１０ｄとを有する。そして、第１出射面１１０ｃのＸＺ’平面の断面形状は、中心の凹んだ形状になっており、Ｙ’Ｚ’平面の断面形状は、凸形状になっている。このため、簡単な構成で、道路の幅方向であるＹＺ平面と道路の進行方向であるＸＺ平面との２方向の配光を別々に制御して所望の配光を実現し、設置コストや消費電力を低減した照明装置１００を提供することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の第２入射面１１０ｂの全体もしくは一部が拡散特性を有する。このため、眩しさを低減した照明装置１００を提供することができる。
【００５５】
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。
【００５６】
図８は、本実施の形態に係る照明装置１００の斜視図である。図９（ａ）は、図８の照明装置１００のＤ−Ｄ断面図である。図９（ｂ）は、図８の照明装置１００のＥ−Ｅ断面図である。
【００５７】
図８に示すように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が、光学レンズアレイ１１０の２つの板面のうち、光を出射する側の板面の６箇所（３個×２列）に形成されている。
【００５８】
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０が形成されている板面と逆側の板面、即ち、光を入射する側の板面において、光入射部１４０が形成されていない。つまり、当該板面は、実施の形態１における第１入射面１１０ａ、第２入射面１１０ｂの区別がなく、全体が略平らな形状の入射面１１０ｅになっている。
【００５９】
図１０（ａ）は、照明装置１００のＸＺ’平面における配光特性を示すグラフである。図１０（ｂ）は、照明装置１００のＹ’Ｚ’平面における配光特性を示すグラフである。
【００６０】
ＬＥＤ１１１から出射され、入射面１１０ｅに入射した光は、第１出射面１１０ｃに到達し、屈折の作用を受けて出射される。また、入射面１１０ｅに入射した光の一部は、第２出射面１１０ｄから出射される。
【００６１】
図９（ａ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、実施の形態１と同様に、ＸＺ’平面において、中心の凹んだ形状になっており、光をより出射角１２１が大きくなる方向に屈折させる。これにより、図１０（ａ）に示すように、大きい出射角１２１の照度が強くなるように配光を制御することができる。なお、本実施の形態では、入射面１１０ｅ全体が略平坦であるため、図６（ａ）に示した実施の形態１の配光よりも出射角１２１の幅が狭くなっている。よって、実施の形態１よりも照明装置１００の設置間隔を狭くすることが望ましい。
【００６２】
図９（ｂ）に示すように、第１出射面１１０ｃは、実施の形態１と同様に、Ｙ’Ｚ’平面において、凸形状になっており、ＬＥＤ１１１からの広がった光を集めて、道路面に照射するように作用する。これにより、図１０（ｂ）に示すように、光軸１２０中心付近の小さい出射角１２１の照度が最も強くなるように配光を制御することができる。
【００６３】
このように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、２方向の配光を別々に制御することが可能となっている。
【００６４】
図１１は、照明装置１００の照度を算出した結果を示す表である。
【００６５】
図１１の表では、照明装置１００を用いて、設置高さ４．５メートル、設置間隔１０メートルでの、道路に対する水平面照度と鉛直面照度とを算出した結果を示している。この結果から、照明装置１００が、防犯灯の照度基準であるクラスＡ及びクラスＢを満足していることがわかる。
【００６６】
以上より、設置間隔の狭い照明装置１００であれば、入射面１１０ｅ全体が平坦であっても、道路に対する水平面照度と鉛直面照度との基準を満たすことができる。本実施の形態によれば、レンズ金型の作製が容易になる等、より簡単な構成で、所望の配光特性を実現した照明装置１００を提供することができる。
【００６７】
実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態２との差異を説明する。
【００６８】
図１２（ａ）は、図８の照明装置１００の光学レンズアレイ１１０の位置をずらした状態のＤ−Ｄ断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）と同じ状態における照明装置１００の配光特性を示すグラフである。
【００６９】
図１２（ａ）に示すように、本実施の形態では、実施の形態２と同じ形状の光学レンズアレイ１１０の位置を、Ｙ’軸方向にずらすことができる。つまり、前述した２つの方向（Ｘ軸方向及びＹ’軸方向）のうち、光学レンズアレイ１１０の光屈折部１３０の断面が凹状にみえる方向（Ｙ’軸方向）において、光学レンズアレイ１１０と基板１１２（及びＬＥＤ１１１）との相対位置を調整することができる。図示していないが、照明装置１００は、そのための調整機構（具体例は後述する）を備えるものとする。
【００７０】
図１２（ｂ）に示すように、本実施の形態では、図１０（ａ）に示した実施の形態２の配光よりも出射角１２１の幅が大きくなっている。このように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の位置を変えることで、出射角１２１の幅を調整することができる。
【００７１】
図１３（ａ）は、光学レンズアレイ１１０が元の位置にある状態、即ち、図９（ａ）の照明装置１００の鉛直面照度の分布を示す図である。図１３（ｂ）は、光学レンズアレイ１１０の位置をずらした状態、即ち、図１２（ａ）の照明装置１００の鉛直面照度の分布を示す図である。
【００７２】
図１３（ａ）の分布では、図１３（ｂ）よりも、照度の高い点が中心に移動している。このように、本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０の位置を変えることで、道路の鉛直面１０３（ＹＺ平面）における照度分布を調整することができる。
【００７３】
ここで、鉛直面照度を調整する利点について説明する。
【００７４】
防犯上の照明効果として規定されている鉛直面照度は、道路の中心線上で路面より１．５メートルの高さ、道路軸に対して直角な鉛直面１０３の最小照度である。このとき、防犯灯２００の配光特性が同じであれば、設置間隔と角度θとに依存して、鉛直面照度の分布は異なってくるため、道路の中心線上での照度が弱くなってしまう場合がある。そのため、特に、設置間隔の異なる防犯灯２００の鉛直面照度の規格を、１つのレンズカバー（光学レンズアレイ１１０）で対応しようとしたときには、鉛直面照度を調整することが重要となる。
【００７５】
本実施の形態では、光学レンズアレイ１１０をＹ’軸方向に調整することで、最適な鉛直面照度になるように簡単に調整することができる。また、製品組み立て時にも同様の調整を行い出荷することで、製品の歩留まり向上に貢献できる。
【００７６】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図８の照明装置１００における調整機構の構成例を示すＤ−Ｄ断面図である。
【００７７】
図１４（ａ）の例では、光学レンズアレイ１１０を支持するレンズホルダ１１３に、前述した調整機構として、光学レンズアレイ１１０の端部１１０ｆがＹ’軸方向にスライド自在に嵌められる溝１６０が設けられている。
【００７８】
図１４（ｂ）の例では、光学レンズアレイ１１０に、前述した調整機構として、レンズホルダ１１３の端部１１３ａがＹ’軸方向にスライド自在に嵌められる溝１６０が設けられている。
【００７９】
以上のように、本実施の形態では、照明装置１００が、Ｙ’軸に平行な方向に、ＬＥＤ１１１と光学レンズアレイ１１０との相対位置を調整できる機構を有している。例えば、そのような機構として、光学レンズアレイ１１０又はレンズホルダ１１３に調整溝を作製している。このため、防犯灯２００の照度基準である鉛直面照度を、最適な分布に調整することができる。また、製品組み立て時にも同様の調整を行い出荷することで、製品の歩留まり向上に貢献できる。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 照明装置、１０１ 支柱、１０２ 水平面、１０３ 鉛直面、１１０ 光学レンズアレイ、１１０ａ 第１入射面、１１０ｂ 第２入射面、１１０ｃ 第１出射面、１１０ｄ 第２出射面、１１０ｅ 入射面、１１０ｆ 端部、１１１ ＬＥＤ、１１１ａ セラミックスパッケージ、１１１ｂ ＬＥＤ素子、１１１ｃ シリコーン樹脂、１１１ｄ 開口面、１１２ 基板、１１３ レンズホルダ、１１３ａ 端部、１２０ 光軸、１２１ 出射角、１３０ 光屈折部、１４０ 光入射部、１５０ 光拡散部、１６０ 溝、２００ 防犯灯。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し他方が光を出射する光学レンズであって、
前記２つの板面のうちいずれかの板面の複数箇所に、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向の一方からみた断面が凸状に湾曲し他方からみた断面が凹状に湾曲した光屈折部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】
前記光屈折部が形成されている板面と逆側の板面において、前記光屈折部に対向する位置のそれぞれに、前記２つの方向の両方からみた断面が凹状に湾曲した光入射部が形成され、
前記光屈折部は、前記光入射部に入射した光を屈折させて出射することを特徴とする請求項１の光学レンズ。
【請求項３】
前記光入射部が形成されている板面の前記光入射部の周囲に、光を拡散させる光拡散部が形成されていることを特徴とする請求項２の光学レンズ。
【請求項４】
前記光屈折部が形成されている板面の前記光屈折部の周囲に、光を拡散させる光拡散部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの光学レンズ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの光学レンズと、
前記光屈折部が形成されている板面における前記光屈折部の配置と同じ配置で光源が実装された光源モジュールと
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記照明装置は、さらに、
前記２つの方向のうち前記光屈折部の断面が凹状にみえる方向において前記光学レンズと前記光源モジュールとの相対位置を調整するための調整機構を備えることを特徴とする請求項５の照明装置。
【請求項７】
前記照明装置は、さらに、
前記光学レンズを支持するレンズホルダを備え、
前記調整機構として、前記光学レンズと前記レンズホルダとの一方に、他方の端部がスライド自在に嵌められる溝が設けられていることを特徴とする請求項６の照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、地上に立設された支柱に、前記２つの方向のうち前記光屈折部の断面が凹状にみえる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５から７のいずれかの照明装置。
【請求項１】
板状の透光性部材からなり、２つの板面の一方が光を入射し他方が光を出射する光学レンズであって、
前記２つの板面のうちいずれかの板面の複数箇所に、当該板面に対して略垂直かつ互いに略垂直な２つの方向の一方からみた断面が凸状に湾曲し他方からみた断面が凹状に湾曲した光屈折部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】
前記光屈折部が形成されている板面と逆側の板面において、前記光屈折部に対向する位置のそれぞれに、前記２つの方向の両方からみた断面が凹状に湾曲した光入射部が形成され、
前記光屈折部は、前記光入射部に入射した光を屈折させて出射することを特徴とする請求項１の光学レンズ。
【請求項３】
前記光入射部が形成されている板面の前記光入射部の周囲に、光を拡散させる光拡散部が形成されていることを特徴とする請求項２の光学レンズ。
【請求項４】
前記光屈折部が形成されている板面の前記光屈折部の周囲に、光を拡散させる光拡散部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの光学レンズ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの光学レンズと、
前記光屈折部が形成されている板面における前記光屈折部の配置と同じ配置で光源が実装された光源モジュールと
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記照明装置は、さらに、
前記２つの方向のうち前記光屈折部の断面が凹状にみえる方向において前記光学レンズと前記光源モジュールとの相対位置を調整するための調整機構を備えることを特徴とする請求項５の照明装置。
【請求項７】
前記照明装置は、さらに、
前記光学レンズを支持するレンズホルダを備え、
前記調整機構として、前記光学レンズと前記レンズホルダとの一方に、他方の端部がスライド自在に嵌められる溝が設けられていることを特徴とする請求項６の照明装置。
【請求項８】
前記照明装置は、地上に立設された支柱に、前記２つの方向のうち前記光屈折部の断面が凹状にみえる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５から７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１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１３８２０８（Ｐ２０１２−１３８２０８Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８４３９（Ｐ２０１０−２８８４３９）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【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７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【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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