JP2010262818A

JP2010262818A - トンネル用照明装置

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Publication number: JP2010262818A
Application number: JP2009112395A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Kawaguchi; 嘉史川口
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-06
Also published as: JP4999881B2

Abstract

【課題】簡単な構成により、簡単な構造で、ＬＥＤを用いたトンネル用照明装置の配光特性を向上したトンネル用照明装置に適した配光パターンを得ることができるようにする。
【解決手段】器具容器（１４）と、前方を覆うレンズ素子部（１７）を設けた透光性カバー（１２）と、両者で形成される内部空間（１８）とを有し、内部空間（１８）内にはＬＥＤ光源ユニット（１１）を備え、ＬＥＤ光源ユニット（１１）は複数のＬＥＤ素子（１）が非ドットマトリクス状に点在して配置され、入射側レンズカット（５）は平行な断面三角状のプリズム群（６）を構成し、出射側レンズカット（７）は凸状プリズム（８）を構成し、断面三角状のプリズム群は、基準平面（Ｌ）に対し実質的に同一の鋭角となる平面（５ａ）としたトンネル用照明装置を提供する。これにより、積極的に反射鏡を設けなくても、明るさムラを低減した配光パターンを得ることができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、トンネル内にて路面を照らす照明装置、特に地下水路、電気・電話の配線用洞道、地下鉄等の洞道照明灯に関するものである。

従来から高速道路、一般道路等のトンネル内にはトンネル内を照らす照明装置が設置されている。図１はトンネル用照明装置９０の一例を示すものでトンネル８０の壁面８２に取付け具８１を介して取付けられる。トンネル用照明装置９０は主に前面に透明部材からなる保護板９２を備えた容器９４と、容器９４内に配設された蛍光管光源９１により構成されている。

図示しない電源と接続された電力供給線９６をケース側面に防水ソケット９５を介して接続し、蛍光管光源９１が点灯する。光源９１から放射された光は一部は保護板９２を通って照射し、一部は反射板９３にて反射された後に保護板９２を通って照射される。

図２はトンネル８０の天井に取付けた洞道照明灯における通路８２上の配光パターンを模式的に示したものである。トンネル用照明装置９０をトンネルの長さ方向に３個併設した例を示す。各々のトンネル用照明装置９０による配光パターン（等照度曲線）は、蛍光管光源９１が全方位に光るため、照射面に対し円形の配光パターン８４となる。そのため、隣接する光源９１の配光パターンとの間には低照度領域８５が生じる。光束の利用率が低い。

光束の利用率を高め遠方にも光を到達させるために、蛍光管光源上部に点線にて示した反射板９３を設けた照明装置も提案されている。しかし、反射板９３を設けるために照明装置のサイズが大きくなり、例えば人の背丈程度しか高さのない配線用洞道の場合には扱い難い。すなわち、照明装置の厚さが大きくなりトンネル内の有効高さに対する制約になる。

また、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたトンネル用照明装置も提案されている。特許文献１は複数個の発光ダイオードを配設した樹脂板上を金属ケース内部に固定し、それを覆う透明カバーと透明カバー上部に設けた反射板を設けた照明装置をトンネル側壁に設けている。特許文献２には、発光色の異なるＬＥＤユニットを器具本体内に透光性カバーと略平行になるように設け、色温度を変化可能としたトンネル照明器具が開示されている。

特開２００２−３２４４０８号公報特開２００５−１４２１１６号公報

光源として蛍光管の代わりにＬＥＤを用いることで、長寿命、低消費電力となり得るが、特許文献１および特許文献２のトンネル用照明装置は、いずれも多数のＬＥＤを平板上にマトリクス状に多数配置したＬＥＤユニットを光源として使用している。それゆえ、ＬＥＤから照射される配光特性をそのまま利用したものに過ぎず、トンネル用照明装置としてのる配光パターンの制御がなされていない、という問題点がある。

本発明は、以上の点から、光源としてＬＥＤを用いたトンネル用照明装置の配光特性を向上することを主要な目的とする。

本発明は、器具容器と、器具容器の前方を覆う透光性カバーと、器具容器および透光性カバーとで形成される内部空間とを有し、前記内部空間内にはＬＥＤ光源ユニットを備え、前記ＬＥＤ光源ユニットは、前記透光性カバーと離間した複数のＬＥＤ素子が非ドットマトリクス状に点在して配置されており、前記ＬＥＤ素子の光軸前方には、空気層を介して入射側レンズカットおよび出射側レンズカットを備えたレンズ素子部が位置し、前記入射側レンズカットは、他のＬＥＤ素子前方に位置する入射側レンズカットと平行な断面三角状のプリズム群を構成し、前記出射側レンズカットは、対応する入射側レンズカットの前記プリズム群に対応する範囲内に連続曲面からなる凹凸プリズムを構成することを、最も主要な特徴とする。

本発明のトンネル用照明装置は、簡単な構造で、ＬＥＤを用いたトンネル用照明装置の配光特性を向上したトンネル用照明装置に適した配光パターンを得ることができる、という利点がある。

また、請求項２に記載の発明は、前記レンズ素子部が、前記透光性カバーに設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル用照明装置、である。

請求項２に記載の発明によれば、レンズ素子部を透光性カバーに設けることで、より構造を簡単にすることができ、トンネル用照明装置を薄くすることができ得るという利点がある。

また、請求項３に記載の発明は、前記レンズ素子部は、入射側レンズカットおよび出射側レンズカットが透光性樹脂により一体に形成されており、前記入射側レンズカットの断面三角状のプリズム群は、入射側レンズカットと出射側レンズカットの間の基準平面に対し実質的に同一の鋭角となる平面と、前記基準平面と直交する平面に対し前記ＬＥＤ素子から離れるに従って大きくなる鋭角となる平面を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル用照明装置、である。

請求項３に記載の発明によれば、入射側レンズカットによる光束損失を低減して、ＬＥＤからの光の利用効率を高めたトンネル用照明装置を得ることができるという利点がある。

また、請求項４に記載の発明は、前記入射側レンズカットの各々の断面三角状のプリズムは、前記基準平面方向において前記ＬＥＤ素子の幅に対し、０．４倍から２倍の範囲の大きさであることを特徴とする請求項３に記載のトンネル用照明装置、である。

請求項４に記載の発明によれば、トンネル用照明装置の配光特性を、明るさムラを低減することができるという利点がある。

図１は従来のトンネル用照明装置の一例を模式的に示す断面図である。図２は図１のトンネル用照明装置のトンネル内への設置状態およびその場合の配光特性を示す説明図である。図３は本発明のトンネル用照明装置の一例を模式的に示す断面図である。図４は図３のトンネル用照明装置のＬＥＤ素子およびレンズ素子部を模式的に拡大して示す断面図である。図５は図３のトンネル用照明装置のトンネル内に設置した場合における通路の配光特性を示す説明図である。図６は図３のトンネル用照明装置のをトンネル内に設置した状態における配光特性を示す説明図である。図７はＬＥＤ光源ユニット１１のＬＥＤ素子１と重ね合わせてプリズム群６，７の設定範囲を示したものである図８は入射側レンズカットの設計手順を説明するための模式的な断面図である。図９は出射側レンズカットの設計手順を説明するための模式的な断面図である。

以下、この発明の好適な実施形態を図３〜図９を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図３は本発明のトンネル用照明装置の一例を模式的に示す断面図、図４は図３のトンネル用照明装置のＬＥＤ素子およびレンズ素子部を模式的に誇張して示す断面図である。
トンネル用照明装置１０は、前方が開放した器具容器１４と、当該器具容器１４内に配設したＬＥＤ光源ユニット１１と、器具容器１４の前方開口部を覆う透光性カバー１２とを備え、透光性カバー１２のＬＥＤ光源ユニット１１と対向する位置にはレンズ素子部１７が設けられている。また、器具容器１４の内面でＬＥＤ光源ユニット１１の背面側には点灯制御装置１９が設けられている。トンネルは、高湿度環境や高温環境の場所に設けられたり、冠水することもあり得るため、使用する照明灯もそれらに耐える様、強度、防水性に優れたものとすることが好ましく、ＬＥＤ光源ユニット１１および点灯制御装置１９を防水ケース内に収めらた防浸型照明灯とすることが好適である。

ＬＥＤ光源ユニット１１が点灯すると、該ユニット１１から放射された光はレンズ素子部１７に入射し、レンズ素子部１７にて屈折されて図６に示すような略楕円状の配光パターン８６をなす。ここで、略楕円状の配光パターンとは、トンネル８０内の被照射物である通路８２に沿ったトンネルの長さ方向が長い配光パターンをいう。略楕円状の配光パターンとすることで円形の配光パターンに比べて通路以外の不要な部位への照射が低減され、発光の利用効率が改善されている。

器具容器１４は、金属もしくはＡＢＳ樹脂などからなり、前方が開放した函状もしくは板状とされ、当該容器に取付ける透光性カバーとで内部空間１８を形成する。器具容器１４の裏面側は、トンネル８０の壁面３１に取付けた取り付け具８１に図示しないネジ等の公知の手段で取り付け可能とされている。

透光性カバー１２は、アクリル、ポリカーボネートなどの透明樹脂からなり、周縁が器具容器１４と気密的に結合される。図１の例では、器具容器１４を函形状とし、周囲に断面Ｕ字状としたシール溝１４ａを設ける。他方の透光性カバー１２は断面コ字状に成形し、周縁にシール脚１２ａを設ける。前記シール溝１４ａ内にホットメルト等の接着剤を供給した後に、シール脚１２ａを圧入して接着固定する。接着剤を用いる代わりにゴムパッキン等を介して両者を嵌合させ、金属クリップなどで器具容器１４と透光性カバー１２を挟むことで気密的に結合するものでも良い。

ＬＥＤ光源ユニット１１は前記内部空間１８に配設される。図５はＬＥＤ光源ユニット１１を模式的に示す平面図である。図３および図４は図のＣＣ線断面に対応する。ＬＥＤ光源ユニット１１は、給電用の配線パターンを形成したガラスエポキシ基板もしくはセラミック基板または金属基板等からなるＬＥＤ搭載基板２と、当該基板上に電気的および機械的に接続した複数のＬＥＤ素子１からなる。ＬＥＤ搭載基板２は熱伝導性および表面高反射率のものが好適である。ＬＥＤ光源ユニット１１の放熱性を高められ、また透光性カバー１２からの内面反射などによる設計外の光をも有効に利用するためである。ＬＥＤ素子１は、例えば表面実装タイプのものとされ、その光軸Ａがトンネル用照明装置１０の照射方向、すなわち図１および図２においては紙面下側を向くように設置される。

ＬＥＤ素子１は、半値全幅９０°から１７０°のランバーシアン特性を示す矩形の表面実装タイプのものが好適である。半値全幅が９０°より小さいとＬＥＤ素子１から斜め方向に向かう光束が少ないため後述するレンズ素子部１７の屈折を大きくしなければならずレンズ素子部の形成が困難になるからである。また、半値全幅が１７０°より大きいとＬＥＤ素子１直下、すなわち光軸Ａ上の輝度が相対的に低くなるからである。また、各々のＬＥＤ素子１は非ドットマトリクス状に点在して配置する。点在して設けることでＬＥＤ素子の使用数を低減することができる。

レンズ素子部１７は、ＬＥＤ光源ユニット１１と離間して設置される。本実施形態においては射出成形によりレンズ素子部１７を前記透光性カバー１２と一体に形成している。レンズ素子部１７は、ＬＥＤ光源ユニット１１と対向する面側に入射側レンズカット５と、これと反対側の面に設けた出射側レンズカット７とが同一材料にて一体に形成されている。これにより入射側レンズカット５から入射した光が出射側レンズカット７から出射するまでの間の光の減衰を抑制することができる。また、レンズ素子部１７を多くの段差を有する入射側レンズカット５と曲面状の出射側レンズカット７という、異なる性質を持ったレンズカットの組み合わせとすることで、ＬＥＤ光源ユニット１１を直視にて観察しにくいものとすることができ、ＬＥＤ素子１のギラツキ感を抑制することができる。

入射側レンズカット５は、レンズ素子部１７の前記内部空間１８側表面に多数形成され、ＬＥＤ光源ユニット１１との間に空気層１５が存在する。また、断面三角状の入射側プリズム群６を構成する。プリズム６Ｌ１、６Ｌ２、６Ｌ３、６Ｒ１、６Ｒ２、６Ｒ３の各々が断面三角状となる三角柱とされ、前記したトンネル８０内の被照射物である通路８２の長さ方向Ｌ、すなわち、トンネルの長さ方向に連続して並設している。図４における符号Ｌが、図５における通路の長さ方向Ｌに対応する。また、光軸Ａの左側の三角状プリズム６Ｌ１、６Ｌ２および６Ｌ３と、右側の三角状プリズム６Ｒ１、６Ｒ２および６Ｒ３とは、光軸Ａを通り長さ方向Ｌと直交する平面を基準として鏡面対象の形状とされている。鏡面対象とすることで通路長さ方向における配光パターンの均一性を容易に高めることができる。

出射側レンズカット７は、前記内部空間１８と反対側となるレンズ素子部１７の表面に多数形成され、出射側プリズム群８を構成する。プリズム７Ｌ１および７Ｒ１の各々は凸形状のプリズムとされる。また、光軸Ａと交差する点がプリズム７Ｌ１とプリズム７Ｒ１の境界となり、凹部７ｃとされる。これにより出射側プリズム群８は連続曲面からなる凹凸面の表面とされる。さらに、出射側プリズム群８の面積は、これに対応する入射側プリズム群６よりも広い面積とされる。出射側プリズム群８の面積を大きくすることで、入射側プリズム群に入射した光をより効率よく外部に取り出すことが可能となる。

入射側プリズム群６および出射側プリズム群８を設ける領域は、各ＬＥＤ素子１の光軸上およびこれを中心とした所定の角度範囲、具体的には少なくともＬＥＤ素子１の半値全幅に対応する範囲内に設ける。図７はＬＥＤ光源ユニット１１のＬＥＤ素子１と重ね合わせてプリズム群６，７の設定範囲を示したものである。図７における符号６Ｅは入射側プリズム群６の各々の三角柱形状の入射側レンズカット５の稜線であり、通路８２の長さ方向Ｌと直交する。

また、出射側プリズム群８は、入射側プリズム群６を設ける領域と同一もしくはこれよりも広い面積とする。入射側プリズム群よりも広い面積に設けることで、配光パターンの明るさムラを低減することができるからである。

入射側レンズカット５の詳細について図８および図９を参照して設計手順に沿って説明する。
最初に、ＬＥＤ素子１のＬＥＤ発光部１Ｈの最表面との距離Ｄ、ＬＥＤ素子１の中心を通る光軸Ａを設定する。ＬＥＤ素子１の発光特性、距離Ｄ、レンズカットを設ける領域の広さおよび加工精度を考慮してカット数およびピッチを設定する。この例では光軸Ａに対して左側のプリズム６Ｌ１、６Ｌ２、６Ｌ３、・・６Ｌ１０の計１０個のプリズム、右側にプリズム６Ｒ１、６Ｒ２、６Ｒ３、・・６Ｒ１０の計１０個のプリズムを同一ピッチにて設ける。ＬＥＤ素子発光部１Ｈの最表面の左側端部をＨＬ、右側端部をＨＲとする。

各プリズム６Ｌ１、６Ｌ２、６Ｌ３等のピッチはＬＥＤ発光部１Ｈの幅と略同一とする。具体的には、ＬＥＤ発光部１Ｈの幅に対して２倍を超えるピッチとすると入射側レンズカット５の各々の大きさが大きくなり、明るさのムラが目立ち易くなる。同様に０．４倍よりも小さくなると、各々のプリズムが小さくなり精密なプリズムを作成するために製造コストが高くなるからである。さらに好ましくは、ＬＥＤ発光部１Ｈの幅に対して０．８倍から１．２倍の範囲の大きさとすると良い。この範囲の場合にはＬＥＤ素子および各プリズム群の加工をコストを上げることなく実施できるからである。

各々のプリズムは次のようにする。なお、光軸Ａを中心として左右対称に設計するので、以下の説明では左側のみ説明する。
各々のプリズム６Ｌ１、６Ｌ２、６Ｌ３、・・６Ｌ１０は通路の長さ方向Ｌ（基準平面）に沿った断面が三角形状となる三角柱状カットとする。各々の稜線６Ｅを中心にして左側の斜面５ａと右側の斜面５ｂを備える。図８においては左側１０個目のプリズム６Ｌ１０についてのみ符号を付してある。左側斜面５ａはＨＬと各々の稜線６Ｅとを結んだ各々の光路と略並行となるように設定することが好適である。図８においては６Ｌ３、６Ｌ４，６Ｌ５のプリズムの各々の左側斜面５ａはそれぞれ光路Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５と略並行とした状態を示す。従って、ＬＥＤ素子１から離れるに従って、プリズムの斜面の角度カバー１２表面と平行、すなわちＬ（基準平面）に近ずく。一方、右側斜面５ｂは一定、例えばＬに対して１５度とする。

このようにすることで、断面三角状の入射側プリズム群６は、入射側レンズカットと出射側レンズカットの間の基準平面に対し実質的に同一の鋭角となる平面、すなわち右側斜面５ｂ（光軸Ａの右側においては左側斜面）と、前記基準平面と直交する平面（光軸Ａと平行は平面）に対し前記ＬＥＤ素子から離れるに従って大きくなる鋭角平面、すなわち左側斜面５ａ（光軸Ａの右側においては右側斜面）を備える。これにより、容易にプリズム接続面の光束損失を防ぐことができる。

次に出射側レンズカット７を設計する。出射側レンズカット７は、左側１個目から１０個目までの領域に対応する範囲にわたって曲面プリズムカット７Ｌ１とし、右側１個目から１０個目までの領域に対応する範囲にわたって曲面プリズムカット７Ｒ１を設ける。
左側端部をＨＬから出射する光線および右側端部をＨＲから出射する光線の双方について上記入射側レンズカット５に入射したときの光路を検討し、各々の左側の入射側プリズム６Ｌ１、６Ｌ２、６Ｌ３、・・６Ｌ１０の配光パターンが図９に示すように一部が重なるように曲率を設定する。また、この曲率を基準として滑らかな表面となるようにする。これにより連続曲面とし、明るさムラを低減した凸状プリズムを形成することが出来る。

上述のように設計することで、入射側プリズム群６においてはプリズム接続面の光束損失を防ぐことができる。また、出射側プリズム群８においては光源直下で凹状の曲線部、光源より最も遠い部位で、レンズ基本肉厚につながる凹状の曲線部を形成し、なめらかな照射パターンを生じる。この凸状のプリズムは、連続曲面とし、明るさムラの無い配光パターンを実現することができる。

このようにして、本発明によれば各ＬＥＤ素子１に積極的に反射鏡を設けなくても、明るさムラを低減したＬＥＤトンネル用照明装置を得ることができ、トンネル内を効率良く照射することができる。また、トンネル用照明装置は、ＬＥＤの長寿命を活かし、メンテナンスが不要な照明灯とすることにより、光源交換が不要なため、構造が簡単に出来るメリットがある。また、光源が点光源に近いため、蛍光灯で実現出来なかった、レンズカットに拠るトンネル用照明装置に適した配光パターンに制御することができる、という利点がある。

なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。例えば、ＬＥＤ素子１を複数個密接配置したものを光源として用いたり、出射側レンズカット７を入射側レンズカット５を設けら領域に対し複数のカットを設ける場合も本発明に包含される。

例えば地下水路、電気・電話の配線用洞道、地下鉄等の洞道照明灯を含むトンネル通路照明灯に適用できる。

１ＬＥＤ素子
ＡＬＥＤ素子の光軸
２ＬＥＤ搭載基板
５入射側レンズカット
６入射側プリズム群
７出射側レンズカット
８出射側プリズム群
１０トンネル用照明装置
１１ＬＥＤ光源ユニット
１２透光性カバー
１４器具容器
１５空気層
１７レンズ素子部
１８内部空間
１９点灯制御装置
８０トンネル
８１取付け具
８２通路
８３壁面
８４，８６配光パターン

Claims

器具容器と、器具容器の前方を覆う透光性カバーと、器具容器および透光性カバーとで形成される内部空間とを有し、前記内部空間内にはＬＥＤ光源ユニットを備え、
前記ＬＥＤ光源ユニットは、前記透光性カバーと離間した複数のＬＥＤ素子が非ドットマトリクス状に点在して配置されており、
前記ＬＥＤ素子の光軸前方には、空気層を介して入射側レンズカットおよび出射側レンズカットを備えたレンズ素子部が位置し、
前記入射側レンズカットは、他のＬＥＤ素子前方に位置する入射側レンズカットと平行な断面三角状のプリズム群を構成し、
前記出射側レンズカットは、対応する入射側レンズカットの前記プリズム群に対応する範囲内に連続曲面からなる凹凸プリズムを構成することを特徴とするトンネル用照明装置。
前記レンズ素子部が、前記透光性カバーに設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル用照明装置。
前記レンズ素子部は、入射側レンズカットおよび出射側レンズカットが透光性樹脂により一体に形成されており、
前記入射側レンズカットの断面三角状のプリズム群は、入射側レンズカットと出射側レンズカットの間の基準平面に対し実質的に同一の鋭角となる平面と、前記基準平面と直交する平面に対し前記ＬＥＤ素子から離れるに従って大きくなる鋭角となる平面を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル用照明装置。
前記入射側レンズカットの各々の断面三角状のプリズムは、前記基準平面方向において前記ＬＥＤ素子の幅に対し、０．８倍から１．２倍の範囲の大きさであることを特徴とする請求項３に記載のトンネル用照明装置。