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JP5370661B2 - Gas station canopy lights - Google Patents

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JP5370661B2
JP5370661B2 JP2009172443A JP2009172443A JP5370661B2 JP 5370661 B2 JP5370661 B2 JP 5370661B2 JP 2009172443 A JP2009172443 A JP 2009172443A JP 2009172443 A JP2009172443 A JP 2009172443A JP 5370661 B2 JP5370661 B2 JP 5370661B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a canopy light of a gasoline station, capable of lighting a lower part of a canopy and its ambience brightly enough without bringing about nuisances caused by light to neighboring residents or the like, and facilitating maintenance works with a simple configuration. <P>SOLUTION: The canopy light 70 of the gasoline station is constituted, in order to prevent the light of the canopy light 70 from leaking to outside of the site, by designing so that a directional angle &Theta; of the canopy light 70 is equal to an angle (or smaller than or qual to the angle) calculated by a formula &theta;=arctanä(H-h)/L}, wherein L is the shortest horizontal distance between the canopy light arranged on a lower surface of a canopy 54 of the gasoline station and a fire prevention wall 60 arranged in an outer periphery of the site, H a height of the canopy light 70, and h a height of the fire prevention wall 60. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明はガソリンスタンドのキャノピー灯に係り、特に発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源として使用したガソリンスタンドのキャノピー灯に関する。   The present invention relates to a gas station canopy lamp, and more particularly to a gas station canopy lamp using a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) as a light source.

ガソリンスタンドの敷地内には、略中央部に車にガソリン等の燃料を給油するための給油機が配置され、その上方に支柱に支持されたキャノピーと呼ばれる屋根が5〜6m程の高さに設定されている。このキャノピーの下面には、主にキャノピーの下部を照明するキャノピー灯と呼ばれる照明装置が設けられており、光源としてHIDランプなどが使用されている。   In the petrol station site, a refueling machine for refueling gasoline and other fuels is placed in the center of the car, and a roof called a canopy supported by a column above it is about 5 to 6 meters high. Is set. An illuminating device called a canopy lamp that mainly illuminates the lower portion of the canopy is provided on the lower surface of the canopy, and an HID lamp or the like is used as a light source.

ところで、ガソリンスタンドの敷地の外周部には、火災の延焼を防止するために防火塀が設けられているが、その防火塀を越えてキャノピー灯などからの光が敷地外に漏れると、近隣住民等に光害(過剰な光による公害)を及ぼす恐れがある。従来のキャノピー灯は、照明装置自体として厳密に配光を制御するものではないため、光害対策として、キャノピー灯の明るさ(光度)を低減したり、キャノピー灯にフードなどの部材を付加して照明範囲を制限するような方法が採られている。   By the way, fire pits are installed on the outer periphery of the gas station site to prevent the spread of fire. If light from a canopy light leaks outside the site, May cause light pollution (pollution caused by excessive light). The conventional canopy lamp does not strictly control the light distribution as the lighting device itself. Therefore, as measures against light pollution, the brightness (luminance) of the canopy lamp is reduced, or a member such as a hood is added to the canopy lamp. The method of limiting the illumination range is taken.

しかしながら、従来のようにキャノピー灯の明るさを低減すると、キャノピー下部も暗くなり、集客効果が低下するという問題がある。また、キャノピー灯にフード等の部材を付加して照明範囲を制限する場合には、構成が複雑になるとともに部品点数が増え、ランプ交換や清掃、点検等のメンテナンス作業に手間がかかるという問題があった。   However, if the brightness of the canopy lamp is reduced as in the prior art, there is a problem that the lower part of the canopy becomes dark and the effect of attracting customers decreases. Moreover, when a member such as a hood is added to the canopy lamp to limit the illumination range, the configuration is complicated and the number of parts is increased, and maintenance work such as lamp replacement, cleaning, and inspection takes time. there were.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、近隣住民等への光害を及ぼすことなく、キャノピー下部及びその周辺を十分に明るく照明することができ、また、構成が簡易でメンテナンス作業が容易なガソリンスタンドのキャノピー灯を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can illuminate the lower part of the canopy and its surroundings sufficiently brightly without causing light pollution to neighboring residents, etc., and has a simple configuration and maintenance. The object is to provide a canopy lamp for a gas station that is easy to work with.

前記目的を達成するために、請求項1に係るガソリンスタンドのキャノピー灯は、ガソリンスタンドのキャノピーに設置され、半導体発光素子を光源とするキャノピー灯において、前記キャノピー灯と、前記ガソリンスタンドの敷地の外周部に設置される防火塀との最短の水平距離をL、該キャノピー灯の地面からの高さをH、防火塀の地面からの高さをhとすると、 前記キャノピーに設置されるキャノピー灯の指向角Θが、次式、
θ=arctan{L/(H−h)}
により求まる角度以下であり、前記キャノピー灯は、一枚のレンズを有しており、前記レンズは、前記半導体発光素子から出射された光を前記レンズ内部で一回反射させた後に出射させる第1反射面と、前記第1反射面の外側に設けられ、前記半導体発光素子から出射された光を前記レンズ内部で一回反射させた後に出射させる第2反射面と、を有し、前記半導体発光素子から出射された光を前記レンズのみを介して前記指向角Θの配光を形成することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a canopy lamp of a gas station according to claim 1 is installed in a canopy of a gas station, and is a canopy lamp using a semiconductor light emitting element as a light source. A canopy lamp installed in the canopy, where L is the shortest horizontal distance to the fire pit installed on the outer periphery, H is the height of the canopy lamp from the ground, and h is the height of the fire pit from the ground. The directivity angle Θ of
θ = arctan { L / (H−h) }
Angle below der which is obtained by is, the lighting canopy has a single lens, the lens is first emit light emitted from the semiconductor light emitting element after being reflected once within the lens A first reflecting surface, and a second reflecting surface that is provided outside the first reflecting surface and reflects the light emitted from the semiconductor light emitting element once inside the lens, and then emits the light. It is characterized that you form a light distribution of the directional angle Θ light emitted from the light emitting element through only the lens.

本発明によれば、キャノピー灯の指向特性自体を防火塀から外部に光が漏れないようにしたため、近隣住民等への光害を及ぼすことなく、キャノピー下部を十分に明るく照明することができる。また、照射範囲を制限するフードなどの付加部材を使用しないため、構成が簡易であり、メンテナンス作業も容易に行うことができる。   According to the present invention, since the directivity characteristic of the canopy lamp itself is prevented from leaking from the fire pit to the outside, the lower part of the canopy can be illuminated sufficiently brightly without causing light damage to neighboring residents. Moreover, since an additional member such as a hood that limits the irradiation range is not used, the configuration is simple, and maintenance work can be easily performed.

また、本発明によれば、キャノピー灯の光学系の構成が簡易であり、キャノピー灯の小型化も図れる。 Further , according to the present invention, the configuration of the optical system of the canopy lamp is simple, and the canopy lamp can be downsized.

本発明によれば、近隣住民等への光害を及ぼすことなく、キャノピー下部を十分に明るく照明することができ、また、構成が簡易でメンテナンス作業も容易になる。   According to the present invention, the lower part of the canopy can be illuminated sufficiently brightly without causing light pollution to neighboring residents and the like, and the configuration is simple and the maintenance work is facilitated.

ガソリンスタンドの敷地内の構成を簡易的に示した外観図Outline view showing the structure of the gas station site キャノピー灯により照明されるキャノピー下部の照度分布(キャノピー灯の高さ約6.0m、観測高さ約1.5m)における配光パターンを示した図。The figure which showed the light distribution pattern in the illumination intensity distribution (the height of a canopy lamp is about 6.0 m, the observation height is about 1.5 m) illuminated by the canopy lamp. 防火塀との距離が最短となるキャノピー灯の位置と、その距離が最短となる防火塀60の位置とを含む鉛直断面を示した断面図。Sectional drawing which showed the vertical cross section containing the position of the canopy lamp with the shortest distance with a fire barrier, and the position of the fire barrier 60 with the shortest distance. 本実施の形態の水冷式LED照明装置の斜視図。The perspective view of the water-cooling type LED lighting apparatus of this Embodiment. 図4の矢視A方向の図。The figure of the arrow A direction of FIG. 図4の矢視B方向の図。The figure of the arrow B direction of FIG. 図6のC−C線断面図。The CC sectional view taken on the line of FIG. 図6のD−D線断面図。The DD sectional view taken on the line of FIG. 図6のE−E線断面図。EE sectional view taken on the line of FIG. 図4の水冷式LED照明装置の分解斜視図。FIG. 5 is an exploded perspective view of the water-cooled LED lighting device of FIG. 4. 図4の水冷式LED照明装置の水冷ユニットの基本構成図。The basic block diagram of the water cooling unit of the water cooling type LED lighting apparatus of FIG. レンズの形状を示した断面図(XZ平面図)。Sectional drawing (XZ top view) which showed the shape of the lens. レンズの一部を拡大した拡大断面図(XZ平面図)。図。The expanded sectional view which expanded a part of lens (XZ top view). Figure. パーソナルコンピュータの構成を示したブロック図。The block diagram which showed the structure of the personal computer. レンズの形状を算出するためのパーソナルコンピュータのCPUによる処理手順を示したフローチャート。The flowchart which showed the process sequence by CPU of the personal computer for calculating the shape of a lens. 図15のステップS20の処理を内容を示したフローチャート。The flowchart which showed the content of the process of step S20 of FIG. 仮想焦点の説明に使用した図。The figure used for description of a virtual focus. 初期入射点の説明に使用した図。The figure used for description of the initial incidence point. 図16のフローチャートの説明に使用した図。The figure used for description of the flowchart of FIG. 図16のフローチャートの説明に使用した図。The figure used for description of the flowchart of FIG. 制御曲線β(α)の決め方の説明に使用した図。The figure used for description of how to determine control curve β (α). 制御曲線β(α)の一例を示した図。The figure which showed an example of control curve (beta) ((alpha)).

以下、添付図面を参照して、本発明に係るガソリンスタンドのキャノピー灯を実施するための形態について詳細に説明する。   Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, a form for carrying out a canopy lamp of a gas station concerning the present invention is explained in detail.

図1は、ガソリンスタンドの敷地内の構成を簡易的に示した外観図である。同図に示すようにガソリンスタンド50の敷地内には、略中央部に車にガソリン等の燃料を給油するための給油機52、52、・・・が配置され、その上方にキャノピー54と呼ばれる屋根が支柱56、56に支持されて5〜6m程度の高さに設置されている。   FIG. 1 is an external view simply showing the configuration of a petrol station site. As shown in the figure, in the site of the gas station 50, refueling machines 52, 52,... For supplying fuel such as gasoline to a car are arranged in a substantially central portion, and called a canopy 54 above the refueling machines 52, 52,. The roof is supported by the columns 56 and 56 and is installed at a height of about 5 to 6 m.

また、敷地内には、従業員や来客者が利用するスタッフルーム、サービスルーム等が設けられる建屋58等が配置され、敷地の外周部には、車両等の出入口となる道路に面した部分を除き防火塀60が設けられている。尚、防火塀60は、ガソリンスタンド50の内部、又は、外部において火災が発生した場合に延焼を防止することを主目的としている。   In addition, on the site, there are buildings 58 etc. where staff rooms and service rooms used by employees and visitors are provided, and on the outer periphery of the site, there is a part facing the road that serves as the entrance of vehicles etc. Except for that, a fire pit 60 is provided. The main purpose of the fire pit 60 is to prevent the spread of fire when a fire occurs inside or outside the gas station 50.

更に、キャノピー54の下面側には、キャノピー54の下側を照明するキャノピー灯70、70、・・・が設置されている。本実施の形態では、そのキャノピー灯70として、LEDを光源とするLED照明装置が用いられている。LED照明装置の構成については後述するが、キャノピー灯として一般的に使用されているHIDランプ等に比べて、熱が発生し難い、低消費電力、薄型、軽量等の利点がある。特に、後述のLED照明装置によれば、所望の配光を光源であるLEDと保護カバーを兼ねた1枚の薄型レンズのみで光学系が構成されており、構成が簡易であるとともに小型化が実現されている。尚、LEDに限らず、レーザーダイオード(LD)等の他の種類の半導体発光素子を光源としてもよい。   Further, on the lower surface side of the canopy 54, canopy lights 70, 70,... For illuminating the lower side of the canopy 54 are installed. In the present embodiment, an LED illumination device using an LED as a light source is used as the canopy lamp 70. Although the configuration of the LED lighting device will be described later, there are advantages such as less heat generation, low power consumption, thinness, and light weight compared to a HID lamp or the like generally used as a canopy lamp. In particular, according to the LED lighting device described later, the optical system is configured by only one thin lens that serves as a light source and an LED as a light source for a desired light distribution. It has been realized. In addition, it is good also considering not only LED but other types of semiconductor light-emitting devices, such as a laser diode (LD), as a light source.

本実施の形態のキャノピー灯70、70、…(LED照明装置)により照明されるキャノピー54下部の照度分布を図2に示す。同図に示すようにキャノピー54の真下中央が最も明るく、600Lux程度となっており、周辺になるほど徐々に照度が低くなるように配光されている。   FIG. 2 shows the illuminance distribution below the canopy 54 illuminated by the canopy lamps 70, 70,... (LED lighting device) of the present embodiment. As shown in the figure, the center directly below the canopy 54 is the brightest, about 600 Lux, and the light distribution is such that the illuminance gradually decreases toward the periphery.

そして、同図では示されていないが、キャノピー灯70、70、…からの光が図1の防火塀60の外側に漏れないようにキャノピー灯70、70、…の照明範囲が制限されている。   Although not shown in the figure, the illumination range of the canopy lights 70, 70,... Is limited so that light from the canopy lights 70, 70,. .

図3は、図1のようなガソリンスタンド50において、防火塀60との水平距離が最短となるキャノピー灯70の位置と、その距離が最短となる防火塀60の位置とを含む鉛直断面を示した断面図である。同図に示すように、キャノピー灯70の地面からの高さをH、防火塀60の地面からの高さをh、キャノピー灯70と防火塀60までの水平距離(最短水平距離)をLとする。また、キャノピー灯70と防火塀60の上端とを結ぶ直線が鉛直方向の直線となす角をθ(最大許容照射角度θという)とすると、θは次式(1)、
θ=arctan{L/(H−h)} …(1)
により求められる。
FIG. 3 shows a vertical cross section including the position of the canopy lamp 70 having the shortest horizontal distance from the fire pit 60 and the position of the fire retardant 60 having the shortest distance in the gas station 50 as shown in FIG. FIG. As shown in the figure, the height of the canopy lamp 70 from the ground is H, the height of the fire fence 60 from the ground is h, and the horizontal distance (shortest horizontal distance) between the canopy lamp 70 and the fire fence 60 is L. To do. If the angle between the straight line connecting the canopy lamp 70 and the upper end of the fire pit 60 and the straight line in the vertical direction is θ (referred to as the maximum allowable irradiation angle θ), θ is the following equation (1):
θ = arctan { L / (H−h) } (1)
Is required.

これに基づき、各キャノピー灯70は、指向角Θが上式(1)により算出される最大許容照射角度θとなるように、又は、その最大許容照射角度θ以下となるように設計される。指向角Θは、正面の光度に対して光度が半減する角度(半値角)を示す。これにより、キャノピー灯70からの光が防火塀60の外側に漏れないようになっている。   Based on this, each canopy lamp 70 is designed so that the directivity angle Θ becomes the maximum allowable irradiation angle θ calculated by the above equation (1) or less than the maximum allowable irradiation angle θ. The directivity angle Θ indicates an angle (half-value angle) at which the luminous intensity is halved with respect to the luminous intensity of the front. Thereby, the light from the canopy lamp 70 is prevented from leaking to the outside of the fire pit 60.

尚、上式(1)の最大許容照射角度θは、ガソリンスタンドによって異なるため、各ガソリンスタンドの最大許容照射角度θに応じて適切な指向角Θのキャノピー灯(LED照明装置)を製造するようにしてもよいし、指向角Θが異なる数種類のキャノピー灯(LED照明装置)を製品化し、各ガソリンスタンドにおける最大許容照射角度θに応じて、各ガソリンスタンドで使用するキャノピー灯の種類を最適なものに選択できるようにしてもよい。   Since the maximum allowable irradiation angle θ of the above formula (1) varies depending on the gas station, a canopy lamp (LED lighting device) having an appropriate directivity angle Θ is manufactured according to the maximum allowable irradiation angle θ of each gas station. Alternatively, several types of canopy lamps (LED lighting devices) with different directivity angles Θ have been commercialized, and the type of canopy lamp used at each gas station is optimal depending on the maximum allowable irradiation angle θ at each gas station. You may make it selectable.

次に、上記キャノピー灯70等に使用されるLED照明装置(水冷式LED照明装置)の構成について説明する。図4は本実施の形態の水冷式LED照明装置の斜視図、図5は図4の矢視A方向の図、図6は図4の矢視B方向の図、図7は図6のC−C線断面図、図8は図6のD−D線断面図、図9は図6のE−E線断面図、図10は本実施の形態の水冷式LED照明装置の分解斜視図、図11は本実施の形態の水冷式LED照明装置の水冷ユニットの基本構成図である。   Next, the configuration of the LED lighting device (water-cooled LED lighting device) used for the canopy lamp 70 and the like will be described. 4 is a perspective view of the water-cooled LED lighting device of the present embodiment, FIG. 5 is a view in the direction of arrow A in FIG. 4, FIG. 6 is a view in the direction of arrow B in FIG. -C sectional view, FIG. 8 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 6, FIG. 9 is a sectional view taken along the line EE of FIG. 6, and FIG. 10 is an exploded perspective view of the water-cooled LED lighting device of this embodiment. FIG. 11 is a basic configuration diagram of a water-cooling unit of the water-cooled LED lighting device of the present embodiment.

本実施の形態に係る水冷式LED照明装置1(以下、LED照明装置1という)は、図7〜図10に示すように、矩形ボックス状のハウジング2の内部に光源ユニット3と制御回路ユニット4及び水冷ユニット5を組み込んで構成されている。   The water-cooled LED lighting device 1 (hereinafter referred to as the LED lighting device 1) according to the present embodiment includes a light source unit 3 and a control circuit unit 4 inside a rectangular box-shaped housing 2, as shown in FIGS. And the water cooling unit 5 is incorporated.

上記ハウジング2は、PC等の樹脂或いはアルミニウム等の金属で構成されており、図4に示すように、その周面には縦方向の長い複数のスリットから成る吸気口6が形成され、上面には扇形の複数のスリットから成る排気口7が形成されている。そして、このハウジング2の下面は開口しており、この開口部には前記光源ユニット3が嵌め込まれて固定されている。   The housing 2 is made of a resin such as PC or a metal such as aluminum. As shown in FIG. 4, an air inlet 6 composed of a plurality of longitudinally long slits is formed on the peripheral surface of the housing 2. Is formed with an exhaust port 7 formed of a plurality of fan-shaped slits. The lower surface of the housing 2 is open, and the light source unit 3 is fitted and fixed in the opening.

上記光源ユニット3は、図7〜図10に示すように、光源であるLED8(図11参照)を実装して成る複数{図示例では9枚}のメタル基板9と、これらのメタル基板9を取り付ける矩形プレート状のベース10及びハウジング2の下面開口部に嵌め込まれる矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズ11を含んで構成されている。尚、図10において、12はケーブルコネクタである。   As shown in FIGS. 7 to 10, the light source unit 3 includes a plurality of {9 in the illustrated example] metal substrates 9 formed by mounting LEDs 8 (see FIG. 11) as light sources, and these metal substrates 9. A rectangular plate-like base 10 to be attached and a rectangular plate-like transparent resin lens 11 fitted into the lower surface opening of the housing 2 are included. In FIG. 10, reference numeral 12 denotes a cable connector.

本実施の形態では、LED8を実装して成る9枚のメタル基板9は縦横3列のマトリックス状に配置されており、これに対応してアルミダイキャスト製のベース10にもLED8と同数の台座10a(図7及び図9参照)が縦横3列のマトリックス状に一体に突設されている。そして各メタル基板9は、矩形の熱伝導シート13を介してベース10の各台座10aのネジ止めによって固定されている。尚、各熱伝導シート13は、絶縁性と熱伝導率の高いシリコンなどによって構成されている。   In the present embodiment, the nine metal substrates 9 on which the LEDs 8 are mounted are arranged in a matrix of three rows and columns, and correspondingly, the base 10 made of aluminum die-casting also has the same number of pedestals as the LEDs 8. 10a (see FIG. 7 and FIG. 9) is integrally projected in a matrix form of three rows in length and width. Each metal substrate 9 is fixed by screwing each pedestal 10 a of the base 10 via a rectangular heat conductive sheet 13. In addition, each heat conductive sheet 13 is comprised by the silicon | silicone etc. with insulation and high heat conductivity.

また、前記制御回路ユニット4は、図10に示すように、下面が開口する矩形ボックス状の回路ケースの内部に不図示の各種電子部品が実装された回路基板15を組み込み、回路ケース14の下面開口部を矩形プレート状のカバー16によって覆うことによって構成されている。ここで、回路ケース14は熱伝導率の高いアルミダイキャスト等によって成形されており、その上面には放熱部を構成する多数の放熱ピン17が一体に突設されている。そして、この回路ケース14の内部正面には回路基板15が絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等から成る矩形の熱伝導シート18を介して密着されている。尚、回路ケース14とカバー16との接合部にはOリング19が介装されており、このOリング19のシール作用によって回路ケース14内が密封され、外部から回路ケース14内への水等の浸入が防止されている。   Further, as shown in FIG. 10, the control circuit unit 4 incorporates a circuit board 15 on which various electronic components (not shown) are mounted inside a rectangular box-shaped circuit case having an open bottom surface. The opening is covered with a rectangular plate-shaped cover 16. Here, the circuit case 14 is formed by aluminum die casting or the like having a high thermal conductivity, and a large number of heat radiation pins 17 constituting a heat radiation portion are integrally projected on the upper surface thereof. A circuit board 15 is in close contact with the inner front surface of the circuit case 14 via a rectangular heat conductive sheet 18 made of silicon or the like having high insulation and thermal conductivity. Note that an O-ring 19 is interposed at the joint between the circuit case 14 and the cover 16, and the inside of the circuit case 14 is sealed by the sealing action of the O-ring 19, and water or the like from the outside into the circuit case 14. Intrusion is prevented.

前記水冷ユニット5は、図7〜図11に示すように、熱交換器である水冷ジャケット20と、該水冷ジャケット20において受熱して温度が高くなった冷却水を外気(冷却風)との熱交換によって冷却するラジエータ21と、該ラジエータ21に冷却風を供給するファン22と、冷却水を閉ループの循環経路内で循環させる循環ポンプ23及び冷却水を貯留するリザーブタンク24を備えており、ファン22はラジエータ21と対向してこれの上方に配置されている。   As shown in FIGS. 7 to 11, the water cooling unit 5 has a water cooling jacket 20 that is a heat exchanger and heat of the cooling water that has received heat in the water cooling jacket 20 and is heated to the outside air (cooling air). A radiator 21 for cooling by replacement, a fan 22 for supplying cooling air to the radiator 21, a circulation pump 23 for circulating the cooling water in a closed loop circulation path, and a reserve tank 24 for storing the cooling water. 22 is disposed above the radiator 21 so as to face it.

ところで、上記水冷ジャケット20は、中空の矩形板状に成形されており、図7〜図9に示すように、その内部には冷却水通路が形成されている。そして、この水冷ジャケット20の一端上には、図8及び図10に示すように、ラジエータ21において外気(冷却風)との熱交換によって冷却されて冷却水が流入する入口パイプ25と、当該水冷ジャケット20において受熱して温度が高くなった冷却水を排出する出口パイプ26が立設されている。   By the way, the water cooling jacket 20 is formed in a hollow rectangular plate shape, and a cooling water passage is formed therein as shown in FIGS. As shown in FIGS. 8 and 10, an inlet pipe 25 into which cooling water flows after being cooled by heat exchange with the outside air (cooling air) in the radiator 21 is provided on one end of the water cooling jacket 20. An outlet pipe 26 is provided to discharge the cooling water whose temperature has been increased by receiving heat in the jacket 20.

そして、本実施の形態では、図7及び図9に示すように、ハウジング2内下部の底部に水冷ジャケット20が水平に配置されており、この水冷ジャケット20を挟んでこれの上下に制御回路ユニット4と光源ユニット3が配置されている。ここで、水冷ジャケット220の下面側に配されて光源ユニット3は、そのベース10が矩形の熱伝導シート27を介して水冷ジャケット20の下面に密着している。尚、本実施の形態では、熱伝導シート27は、絶縁性と熱伝導率の高いシリコン等によって構成されている。   And in this Embodiment, as shown in FIG.7 and FIG.9, the water cooling jacket 20 is horizontally arrange | positioned at the bottom part of the lower part in the housing 2, and this control circuit unit is put up and down across this water cooling jacket 20. 4 and the light source unit 3 are arranged. Here, the light source unit 3 arranged on the lower surface side of the water cooling jacket 220 has its base 10 in close contact with the lower surface of the water cooling jacket 20 via a rectangular heat conductive sheet 27. In the present embodiment, the heat conductive sheet 27 is made of silicon or the like having high insulation and thermal conductivity.

また、制御回路ユニット4は、そのカバー16が水冷ジャケット20の上面に密着する状態で該水冷ジャケット20の上面側に配置されている。尚、本実施の形態では、冷却水として水にプロピレングリコールを混合して成る不凍液が使用されている。   Further, the control circuit unit 4 is arranged on the upper surface side of the water cooling jacket 20 with the cover 16 being in close contact with the upper surface of the water cooling jacket 20. In this embodiment, an antifreeze liquid obtained by mixing water with propylene glycol is used as the cooling water.

他方、図7及び図9に示すように、ハウジング2内の水冷ジャケット20から離間した上部には前記ラジエータ21とファン22が配置されており、水冷ジャケット20とラジエータ21との間には空間部Sが形成され、この空間部Sに制御回路ユニット4と前記循環ポンプ23及び前記リザーブタンク24が配置されている。具体的には、水冷ジャケット20上には門型のシャーシ28が立設されており、このシャーシ28によって囲まれる空間に制御回路ユニット4が配され、シャーシ28上に循環ポンプ23とリザーブタンク24が設置されている。   On the other hand, as shown in FIGS. 7 and 9, the radiator 21 and the fan 22 are disposed in the upper portion of the housing 2 apart from the water cooling jacket 20, and a space portion is provided between the water cooling jacket 20 and the radiator 21. S is formed, and the control circuit unit 4, the circulation pump 23, and the reserve tank 24 are arranged in the space S. Specifically, a gate-shaped chassis 28 is erected on the water cooling jacket 20, and the control circuit unit 4 is disposed in a space surrounded by the chassis 28, and the circulation pump 23 and the reserve tank 24 are disposed on the chassis 28. Is installed.

ここで、図8及び図11に示すように、水冷ジャケット20の出口パイプ26から上方へ立ち上がる配管(ゴムホース)29は、ラジエータ21の入口パイプ30に連結されており、ラジエータ21の出口パイプ31から延びる配管(ゴムホース)32は、下方に延びた後に略直角に曲げられて循環ポンプ23の吸入側に接続されている。そして、循環ポンプ23の吐出側から延びる配管(ゴムホース)33は、図11に示すようにリザーブタンク24の入口側に接続されており、リザーブタンク24の出口側から下方に延びる配管(ゴムホース)34は水冷ジャケット20の入口パイプ25に接続されている。このように水冷ジャケット20、ラジエータ21、循環ポンプ23及びリザーブタンク24は配管(ゴムホース)29、32〜34によって連結されて開ループを成す循環経路が形成されており、この循環経路を冷却水が循環することによって所要の冷却作用がなされる。   Here, as shown in FIGS. 8 and 11, a pipe (rubber hose) 29 rising upward from the outlet pipe 26 of the water cooling jacket 20 is connected to the inlet pipe 30 of the radiator 21, and from the outlet pipe 31 of the radiator 21. The extending pipe (rubber hose) 32 extends downward and is bent at a substantially right angle and connected to the suction side of the circulation pump 23. A pipe (rubber hose) 33 extending from the discharge side of the circulation pump 23 is connected to the inlet side of the reserve tank 24 as shown in FIG. Is connected to the inlet pipe 25 of the water cooling jacket 20. As described above, the water cooling jacket 20, the radiator 21, the circulation pump 23, and the reserve tank 24 are connected by the pipes (rubber hoses) 29 and 32-34 to form a circulation path that forms an open loop. Circulation provides the required cooling action.

そして、以上のように構成されたLED照明装置1が起動されて光源ユニット3と制御回路ユニット4及び水冷ユニット5に電源が供給されると、光源ユニット3の複数(本実施の形態では9個)のLED8が発光し、その光はレンズ11を透過して図4の下方に向かって照射されることによって前方を照明するが、光源ユニット3のLED8及び制御回路ユニット4の各種電子部品(不図示)が発熱し、そのままでは光源ユニット3と制御回路ユニット4が加熱されて温度が上昇する。   When the LED lighting device 1 configured as described above is activated and power is supplied to the light source unit 3, the control circuit unit 4, and the water cooling unit 5, a plurality of light source units 3 (9 in the present embodiment) are provided. LED 8 emits light, and the light passes through the lens 11 and is irradiated downward in FIG. 4 to illuminate the front. However, the LED 8 of the light source unit 3 and various electronic components (non-defective parts) of the control circuit unit 4 are illuminated. The light source unit 3 and the control circuit unit 4 are heated and the temperature rises as it is.

然るに、本実施の形態では、水冷ユニット5が同時に駆動され、光源ユニット3と制御回路ユニット4は、前述のように図8に示す循環経路を循環する冷却水によって強制冷却されてその温度上昇が抑えられる。   However, in this embodiment, the water cooling unit 5 is driven simultaneously, and the light source unit 3 and the control circuit unit 4 are forcibly cooled by the cooling water circulating in the circulation path shown in FIG. It can be suppressed.

即ち、循環ポンプ23によって循環経路を循環する冷却水は、水冷ジャケット20において光源ユニット3及び制御回路ユニット4において発生する熱を受熱して光源ユニット3及び制御回路ユニット4を冷却し、受熱して温度の高くなった冷却水は、配管29を通ってラジエータ21へと導入される。   That is, the cooling water circulating through the circulation path by the circulation pump 23 receives the heat generated in the light source unit 3 and the control circuit unit 4 in the water cooling jacket 20 to cool the light source unit 3 and the control circuit unit 4 and receive the heat. The cooling water whose temperature has been increased is introduced into the radiator 21 through the pipe 29.

他方、ファン22が不図示のモータによって回転駆動されると、外気がハウジング2の周面に形成された吸気口6から冷却風としてハウジング2内に側方から吸引され、この冷却風は水冷ジャケット20とラジエータ21との間に形成された空間部Sを上方に向かって流れ、その過程でラジエータ21を通過し、ハウジング2の上面に開口する排気口7から外部に排出される。そして、ラジエータ21においては、ここを通過する冷却風によって冷却水の熱が外部に放熱されて該冷却水が冷却され、温度の下がった冷却液水は、配管32を通って循環ポンプ23に吸引される。   On the other hand, when the fan 22 is rotationally driven by a motor (not shown), the outside air is sucked into the housing 2 from the side as the cooling air from the intake port 6 formed in the peripheral surface of the housing 2, and this cooling air is supplied to the water cooling jacket. 20 flows upward through a space S formed between 20 and the radiator 21, passes through the radiator 21 in the process, and is discharged to the outside through the exhaust port 7 opened on the upper surface of the housing 2. In the radiator 21, the heat of the cooling water is radiated to the outside by the cooling air passing through the radiator 21 to cool the cooling water, and the cooling liquid water whose temperature has decreased is sucked into the circulation pump 23 through the pipe 32. Is done.

循環ポンプ23に吸引された冷却水は昇圧された後に循環ポンプ23から配管33を通ってリザーブタンク24へと送り出され、その一部はリザーブタンク24に貯留され、残りの冷却水はリザーブタンク24から配管34を通って水冷ジャケット20へと導入されて光源ユニット3と制御回路ユニット4の冷却に供される。そして、以上の作用(冷却サイクル)が連続的に繰り返されて光源ユニット3と制御回路ユニット4が水冷ジャケット20を流れる冷却水によって強制冷却され、それらの温度上昇が一定値以下に抑えられる。   The cooling water sucked into the circulation pump 23 is boosted and then sent out from the circulation pump 23 through the pipe 33 to the reserve tank 24, a part of which is stored in the reserve tank 24, and the remaining cooling water is stored in the reserve tank 24. Is introduced into the water-cooling jacket 20 through the pipe 34 and used for cooling the light source unit 3 and the control circuit unit 4. Then, the above action (cooling cycle) is continuously repeated, and the light source unit 3 and the control circuit unit 4 are forcibly cooled by the cooling water flowing through the water cooling jacket 20, and their temperature rise is suppressed to a certain value or less.

そして、本実施の形態では、水冷ジャケット20を挟んでこれの上下に制御回路ユニット4と光源ユニット3を配置したため、循環ポンプ23によって冷却水が閉ループの循環経路を循環することによって、水冷ジャケット20の両側に配された光源ユニット3と制御回路ユニット4が冷却水によって同時に強制冷却される。この結果、これらの光源ユニット3と制御回路ユニット4の温度上昇が抑えられて当該LED照明装置1の高出力化が実現される。   In the present embodiment, since the control circuit unit 4 and the light source unit 3 are disposed above and below the water cooling jacket 20, the cooling water circulates in the closed loop circulation path by the circulation pump 23, thereby causing the water cooling jacket 20. The light source unit 3 and the control circuit unit 4 arranged on both sides are simultaneously forcibly cooled by the cooling water. As a result, the temperature rise of the light source unit 3 and the control circuit unit 4 is suppressed, and high output of the LED lighting device 1 is realized.

また、本実施の形態では、制御回路ユニット4の下面を水冷ジャケット20に密着させ、上面に放熱部を構成する多数の放熱ピン17を突設したため、制御回路ユニット4が冷却水によって強制冷却されると同時に放熱ピン17から自然放熱されるため、該制御回路ユニット4が効率良く冷却されてその温度上昇が一層効率的に抑えられる。   In the present embodiment, the lower surface of the control circuit unit 4 is brought into close contact with the water-cooling jacket 20, and a large number of heat radiation pins 17 constituting the heat radiation portion are provided on the upper surface, so that the control circuit unit 4 is forcibly cooled by the cooling water. At the same time, since heat is naturally radiated from the heat radiating pins 17, the control circuit unit 4 is efficiently cooled, and the temperature rise is more efficiently suppressed.

更に、本実施の形態では、光源ユニット3はその全面が熱伝導率の高い熱伝導シート27を介して水冷ジャケット20の下面に密着するため、光源ユニット3の全面が伝熱面となって該光源ユニット3が水冷ジャケット20を流れる冷却水によって効率良く冷却される。   Furthermore, in the present embodiment, the entire surface of the light source unit 3 is in close contact with the lower surface of the water-cooling jacket 20 via the heat conductive sheet 27 having a high thermal conductivity. The light source unit 3 is efficiently cooled by the cooling water flowing through the water cooling jacket 20.

また、本実施の形態では、水冷ユニット5の水冷ジャケット20とラジエータ21との間に形成された空間部Sに制御回路ユニット4を配置したため、ファン22によってハウジング2内に導入された冷却風が空間部Sを流れることによって制御回路ユニット4が強制冷却され、冷却水によっても強制冷却される制御回路ユニット4が一層効率良く冷却されてその温度上昇が効果的に抑えられるという効果も得られる。   In the present embodiment, since the control circuit unit 4 is disposed in the space S formed between the water cooling jacket 20 and the radiator 21 of the water cooling unit 5, the cooling air introduced into the housing 2 by the fan 22 is The control circuit unit 4 is forcibly cooled by flowing through the space S, and the control circuit unit 4 that is forcibly cooled by the cooling water is further efficiently cooled, and the temperature rise can be effectively suppressed.

次に上記LED照明装置1の光源ユニット3におけるレンズの形状の設計(算出)方法について詳説する。上記のように光源ユニット3の光学部は、図7〜図10に示すように、光源であるLED8(図11参照)が縦横3列のマトリックス状に配置され、それらの前方に矩形プレート状の透明な樹脂製のレンズ11が配置される。レンズ11には、縦横3列のマトリックス状に配置された各LED8の位置に対応して、各LED8から出射された光を集めて所定の配光パターン(照度分布)の光を出射する照明用レンズ11Aが形成されている。   Next, a method for designing (calculating) the shape of the lens in the light source unit 3 of the LED illumination device 1 will be described in detail. As described above, in the optical section of the light source unit 3, as shown in FIGS. 7 to 10, LEDs 8 (refer to FIG. 11) as light sources are arranged in a matrix of three rows and columns, and in front of them are rectangular plate shapes. A transparent resin lens 11 is disposed. The lens 11 is for illumination that collects light emitted from the LEDs 8 and emits light of a predetermined light distribution pattern (illuminance distribution) corresponding to the positions of the LEDs 8 arranged in a matrix of three rows and columns. A lens 11A is formed.

以下、図12に示すように任意の1つのLED8を光源100、そのLED8に対向して配置された照明用レンズ11Aをレンズ102として、レンズ102の形状の算出方法について説明する。尚、光源100は、LEDに限らず、レーザーダイオード(LD)等の他の種類の半導体発光素子であってもよい。   In the following, a method for calculating the shape of the lens 102 will be described with an arbitrary one LED 8 as the light source 100 and the illumination lens 11A disposed facing the LED 8 as the lens 102 as shown in FIG. The light source 100 is not limited to an LED, and may be another type of semiconductor light emitting element such as a laser diode (LD).

まず、本実施の形態では、説明を容易にするために、光源100の照度分布等の光学的特性が光軸Oを回転軸とする任意角度の回転に対して対称であり、レンズ102を介して形成される配光パターンや、レンズ102の形状も光軸Oを回転軸とする任意角度の回転に対して対称であるものとする。そして、互いに直交するX、Y、Z軸(座標軸)から成る3次元空間において、光源100の位置をXYZ座標の原点の位置とするとともに、光軸OをZ軸とし、XZ平面における光学部の断面を図示しながら、主にX座標が0以上となる範囲に関してのみ説明する。   First, in the present embodiment, for ease of explanation, optical characteristics such as illuminance distribution of the light source 100 are symmetric with respect to rotation at an arbitrary angle with the optical axis O as the rotation axis, and the lens 102 is interposed. The light distribution pattern formed in this way and the shape of the lens 102 are also symmetric with respect to rotation at an arbitrary angle with the optical axis O as the rotation axis. In a three-dimensional space composed of X, Y, and Z axes (coordinate axes) orthogonal to each other, the position of the light source 100 is set as the position of the origin of the XYZ coordinates, the optical axis O is set as the Z axis, and the optical unit on the XZ plane is Only the range in which the X coordinate is 0 or more will be described mainly while illustrating the cross section.

図12に示すようにレンズ102は、凸面形状に形成された表面OLと、複数の面IL1〜IL3、RL1、RL2の組合せで構成された裏面BLとから構成されている。   As shown in FIG. 12, the lens 102 includes a surface OL formed in a convex shape and a back surface BL configured by a combination of a plurality of surfaces IL1 to IL3, RL1, and RL2.

図13の一部拡大図に示すように光源100から出射される光(光線r)と、Z軸(光軸O)との成す角を光源出射角度というものとし、その角度をαとすると、裏面BLは、光源100から出射された光のうち、光源出射角度αが角度範囲α1L(=0°)≦α<α1Hとなる光をレンズ102内に入射(透過)させる第1透過面IL1と、角度範囲α2L≦α<α2Hとなる光をレンズ102内に入射させる第2透過面IL2と、角度範囲α3L≦α<α3Hとなる光をレンズ102内に入射(透過)させる第3透過面IL3とから形成されている。尚、α1H=α2L、α2H=α3Lである。   As shown in a partially enlarged view of FIG. 13, an angle formed by light (ray r) emitted from the light source 100 and the Z axis (optical axis O) is referred to as a light source emission angle, and the angle is α. The back surface BL has a first transmission surface IL1 that allows light having a light source emission angle α in an angle range α1L (= 0 °) ≦ α <α1H to enter (transmit) into the lens 102 out of the light emitted from the light source 100. , A second transmission surface IL2 that allows light in an angle range α2L ≦ α <α2H to enter the lens 102, and a third transmission surface IL3 that allows light in an angle range α3L ≦ α <α3H to enter (transmit) in the lens 102. And is formed from. Note that α1H = α2L and α2H = α3L.

図12に示すように第1透過面IL1からレンズ102内に入射した光(光線r1)は、レンズ102内において直進し(反射せず)、表面OLから直接出射される。一方、第2透過面IL2と第3透過面IL3からレンズ102内に入射した光(光線r2、r3)は、各々、裏面BLを構成する第1反射面RL1と第2反射面RL2によりレンズ102内部で一回反射した後、表面OLから出射されるようになっている。尚、第1反射面RL1と第2反射面RL2には、内部で光が全反射するような表面処理が施されている。   As shown in FIG. 12, the light (light ray r1) that has entered the lens 102 from the first transmission surface IL1 travels straight (does not reflect) in the lens 102 and is directly emitted from the surface OL. On the other hand, the light (light rays r2, r3) that has entered the lens 102 from the second transmission surface IL2 and the third transmission surface IL3 are respectively reflected by the lens 102 by the first reflection surface RL1 and the second reflection surface RL2 that constitute the back surface BL. After being reflected once inside, it is emitted from the surface OL. The first reflection surface RL1 and the second reflection surface RL2 are subjected to surface treatment so that light is totally reflected inside.

このようなレンズ102を使用することにより、光源100から略180°の角度範囲で出射される光がリフレクタ等のレンズ102以外の部材を使用することなく照明光として利用されるため構成及び製造が容易であり、また、光源100とレンズ102とが近接して配置されるとともに、レンズ102が薄型であるため、LED照明装置1の光学部を小型化することができ、LED照明装置1全体としての小型化も可能となる。   By using such a lens 102, the light emitted from the light source 100 in an angle range of about 180 ° is used as illumination light without using a member other than the lens 102 such as a reflector, so that the configuration and the manufacture are possible. In addition, the light source 100 and the lens 102 are arranged close to each other, and the lens 102 is thin, so that the optical part of the LED lighting device 1 can be reduced in size. The size can be reduced.

尚、第1反射面RL1や第2反射面RL2のような反射面の数は変更可能であり、図12のように2つの反射面を有する場合に限らない。   The number of reflection surfaces such as the first reflection surface RL1 and the second reflection surface RL2 can be changed, and is not limited to the case of having two reflection surfaces as shown in FIG.

続いて、上記レンズ102の形状の算出方法について説明する。レンズ102の形状の算出にはパーソナルコンピュータ等の演算処理装置が用いられ、事前にインストールされた本実施の形態に係るレンズ設計用のソフト(プログラム)を起動することによってレンズ102の形状を算出するための演算処理が行われるようになっている。   Next, a method for calculating the shape of the lens 102 will be described. An arithmetic processing unit such as a personal computer is used to calculate the shape of the lens 102, and the shape of the lens 102 is calculated by starting the lens design software (program) according to the present embodiment installed in advance. For this purpose, an arithmetic process is performed.

パーソナルコンピュータ150は、図14に示すように,CPU(Central Processing Unit)152と,ROM(Read OnlyMemory)154と,RAM(Random AccessMemory)156と,ホストバス158と,ブリッジ160と,外部バス162と,インタフェース164と,入力装置166と,出力装置168と,ストレージ装置(HDD)170と,ドライブ172等を備える。   As shown in FIG. 14, the personal computer 150 includes a CPU (Central Processing Unit) 152, a ROM (Read Only Memory) 154, a RAM (Random Access Memory) 156, a host bus 158, a bridge 160, an external bus 162, and the like. , An interface 164, an input device 166, an output device 168, a storage device (HDD) 170, a drive 172, and the like.

CPU152は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って動作し、PC150内の各部を制御する。このCPU152は、ROM154に記憶されているプログラム、或いは、ストレージ装置170からRAM156にロードされたプログラムに従って、各種の処理を実行する。ROM154は、CPU152が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するとともに、CPU152からストレージ装置170へのアクセスを軽減するためのバッファーとしても機能する。RAM156は、CPU152の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはCPUバスなどから構成されるホストバス158により相互に接続されている。ホストバス158は、ブリッジ160を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バス162に接続されている。   The CPU 152 functions as an arithmetic processing unit and a control unit, operates according to various programs, and controls each unit in the PC 150. The CPU 152 executes various processes according to a program stored in the ROM 154 or a program loaded from the storage device 170 to the RAM 156. The ROM 154 stores programs and calculation parameters used by the CPU 152 and also functions as a buffer for reducing access from the CPU 152 to the storage device 170. The RAM 156 temporarily stores programs used in the execution of the CPU 152, parameters that change as appropriate during the execution, and the like. These are connected to each other by a host bus 158 including a CPU bus. The host bus 158 is connected to an external bus 162 such as a peripheral component interconnect / interface (PCI) bus via the bridge 160.

入力装置166は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー等の操作手段と、入力信号を生成してCPU152に出力する入力制御回路などから構成されている。出力装置168は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)装置、CRT(Cathode RayTube)ディスプレイ装置、ランプ等の表示装置と、スピーカ等の音声出力装置などで構成される。   The input device 166 includes, for example, operation means such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever, and an input control circuit that generates an input signal and outputs it to the CPU 152. The output device 168 includes, for example, a liquid crystal display (LCD) device, a CRT (Cathode Ray Tube) display device, a display device such as a lamp, and an audio output device such as a speaker.

ストレージ装置170は、パーソナルコンピュータ150の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置であり、例えば、HDD(Hard DiskDrive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置170は、CPU152が実行するプログラムや各種データを格納する。   The storage device 170 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the personal computer 150. For example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical device Consists of storage devices and the like. The storage device 170 stores programs executed by the CPU 152 and various data.

ドライブ172は、記憶媒体用リーダライタであり、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体174に記録されている情報を読み出して、RAM156に出力する。また、ドライブ172は、装着されている書込可能なリムーバブル記録媒体174に情報を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体174は、例えば、DVDメディア、HD−DVDメディア、Blu−rayメディア、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、メモリースティック、または、SDメモリカード(SecureDigital memorycard)等である。   The drive 172 is a storage medium reader / writer, and reads information recorded on a removable recording medium 174 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 156. Further, the drive 172 can also write information on the writable removable recording medium 174 attached. The removable recording medium 174 is, for example, a DVD medium, an HD-DVD medium, a Blu-ray medium, a compact flash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a memory stick, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like.

このように構成されたパーソナルコンピュータ150において、設計者は、本実施の形態に係るレンズ設計用のプログラムの起動を入力装置166を使用して起動させると、CPU152はそのプログラムをストレージ装置170から読み出し、そのプログラムに従った下記のレンズ設計の処理を実行する。   In the personal computer 150 configured as described above, when the designer activates the lens design program according to the present embodiment using the input device 166, the CPU 152 reads the program from the storage device 170. Then, the following lens design processing according to the program is executed.

続いて、レンズ102の形状を算出するための上記パーソナルコンピュータ150のCPU152による処理手順を図15及び図16のフローチャートに従って説明する。   Next, a processing procedure by the CPU 152 of the personal computer 150 for calculating the shape of the lens 102 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

CPU152は、図12のようにX、Y、Z軸(座標軸)から成る3次元空間において、光源100の位置をXYZ座標の原点の位置に設定するとともに、光軸OをZ軸として設定する。また、レンズ102の表面OLの形状は設計者が決めて入力装置166からの入力によって指定し、CPU152がその指定された表面OLの形状をXYZ座標上に設定する(図15のステップS10)。尚、表面OLの形状のデータのように、設計者等の操作者が入力装置166から入力してCPU152に指定するものは、CPU152の演算処理時において設計者が入力装置166から直接入力するのではなく、事前に作成されてストレージ装置170やリムーバブル記録媒体174に記録保存されているデータをそれらのストレージ装置170やリムーバブル記録媒体174から取得するようにしてもよい。以下においても、設計者が指定するデータは、入力装置166、ストレージ装置170、リムーバブル記録媒体174など、CPU152がデータを取得することができる手段であればどのような手段から与えられるものであってもよく、どのような手段から与えられるものかは特に明記しないものとする。   The CPU 152 sets the position of the light source 100 to the position of the origin of the XYZ coordinates and sets the optical axis O as the Z axis in a three-dimensional space composed of X, Y, and Z axes (coordinate axes) as shown in FIG. Further, the shape of the surface OL of the lens 102 is determined by the designer and designated by input from the input device 166, and the CPU 152 sets the shape of the designated surface OL on the XYZ coordinates (step S10 in FIG. 15). In addition, what the operator such as the designer inputs from the input device 166 and designates to the CPU 152 like the data of the shape of the surface OL is directly input from the input device 166 by the designer at the time of the arithmetic processing of the CPU 152. Instead, data created in advance and recorded and stored in the storage device 170 or the removable recording medium 174 may be acquired from the storage device 170 or the removable recording medium 174. In the following, the data designated by the designer is given by any means such as the input device 166, the storage device 170, and the removable recording medium 174 as long as the CPU 152 can acquire the data. However, it is not specified what kind of means is given.

次に、CPU152は、設計者の指定に基づき光源出射角度αとレンズ出射角度βとの関係を示す制御曲線β(α)を設定する(図15のステップS12)。   Next, the CPU 152 sets a control curve β (α) indicating the relationship between the light source emission angle α and the lens emission angle β based on the designation of the designer (step S12 in FIG. 15).

ここで、図13のように光源100からある方向に出射された光(光線r)と、Z軸(光軸O)との成す角を光源出射角度αと称し、光源100からその光源出射角度αの方向に出射された光又は光線を光源出射角度αの光又は光線と称する。また、レンズ102の表面OLからある方向に出射された光(光線r′)と、Z軸(光軸O)との成す角をレンズ出射角度βと称し、レンズ102の表面OLからそのレンズ出射角度βの方向に出射された光又は光線をレンズ出射角度βの光又は光線と称する。   Here, as shown in FIG. 13, an angle formed between light (light ray r) emitted from the light source 100 in a certain direction and the Z axis (optical axis O) is referred to as a light source emission angle α, and the light source emission angle from the light source 100 is the same. Light or light emitted in the direction of α is referred to as light or light having a light source emission angle α. The angle formed between the light (ray r ′) emitted from the surface OL of the lens 102 in a certain direction and the Z axis (optical axis O) is referred to as a lens emission angle β, and the lens emission from the surface OL of the lens 102 The light or light beam emitted in the direction of the angle β is referred to as light or light beam at the lens emission angle β.

制御曲線β(α)は、光源出射角度αの光をレンズ102による屈折や反射によって何度のレンズ出射角度βの光に変換するかを表した曲線であり、この制御曲線β(α)の関係を満たすようにレンズ102の形状が算出される。設計者は、レンズ102から出射される光によってLED照明装置1としての所望の配光(配光パターン)が得られるように制御曲線β(α)を決めて、その制御曲線β(α)をCPU152に指定する。尚、制御曲線β(α)を決める際の手順について後に例示する。   The control curve β (α) is a curve representing how many times the light with the light source exit angle α is converted into light with the lens exit angle β by refraction and reflection by the lens 102, and the control curve β (α) The shape of the lens 102 is calculated so as to satisfy the relationship. The designer determines the control curve β (α) so that a desired light distribution (light distribution pattern) as the LED illumination device 1 is obtained by the light emitted from the lens 102, and the control curve β (α) is determined. Specify to CPU152. A procedure for determining the control curve β (α) will be exemplified later.

次に、CPU152は、設計者の指定に基づきレンズ102の裏面BLを形成する面として形状を算出する予定の算出面の数(Nmax)と、各算出面に入射する光源100からの光の光源出射角度αに関する角度範囲を設定する(図15のステップS14)。ここで、X軸に関して原点に近い側の算出面から第1算出面BL1、第2算出面BL2、・・・とし、N番目(1≦N<Nmax)の算出面を第N算出面BLNで表すものとする。そして、第N算出面BLNに入射する光の光源出射角度αに関する角度範囲をαNL≦α<αNHで表すものとする。   Next, the CPU 152 calculates the number (Nmax) of the calculation surfaces whose shape is to be calculated as the surface forming the back surface BL of the lens 102 based on the designation of the designer, and the light source of light from the light source 100 incident on each calculation surface. An angle range related to the emission angle α is set (step S14 in FIG. 15). Here, from the calculation surface closer to the origin with respect to the X axis, the first calculation surface BL1, the second calculation surface BL2,..., And the Nth (1 ≦ N <Nmax) calculation surface is the Nth calculation surface BLN. It shall represent. An angle range related to the light source emission angle α of light incident on the Nth calculation surface BLN is represented by αNL ≦ α <αNH.

図12、図13に示したような形状の裏面BLを形成する場合、算出面として、第1透過面IL1、第1反射面RL1、第2反射面RL2が第1算出面BL1、第2算出面BL2、第3算出面BL3に相当し、設計者は算出面の数Nmaxとして3を指定する。尚、本実施の形態では、算出面の数Nmaxにかかわらず、N=1の第1算出面B1のみを常に第1透過面IL1のような透過面とし、N≧2の算出面は、第1反射面RL1、第2反射面RL2のような反射面であるものとする。   When the back surface BL having the shape shown in FIGS. 12 and 13 is formed, as the calculation surfaces, the first transmission surface IL1, the first reflection surface RL1, and the second reflection surface RL2 are the first calculation surface BL1 and the second calculation surface. This corresponds to the surface BL2 and the third calculation surface BL3, and the designer designates 3 as the number Nmax of calculation surfaces. In the present embodiment, regardless of the number Nmax of calculation surfaces, only the first calculation surface B1 with N = 1 is always a transmission surface such as the first transmission surface IL1, and the calculation surface with N ≧ 2 is It is assumed that the reflecting surfaces are the first reflecting surface RL1 and the second reflecting surface RL2.

一方、図12、図13において、光源100からの光が第1反射面RL1(第2算出面BL2)や第2反射面RL2(第3算出面BL3)に入射する前に通過する第2透過面IL2、第3透過面IL3は、算出面として設定しないものとする。即ち、算出面として設定する透過面は第1透過面IL1(第1算出面BL1)のみとし、他の透過面(光源100からの光が所定の反射面に入射する前に通過する透過面)は算出面として設定しない。第1透過面IL1以外の透過面は、光源100からの光を対応する反射面へと屈折させる面であり、反射面の形成が困難な方向に光源100からの光を屈折させるような面や、反射面に入射する光源出射角度αの光を無意味に収束させるような面でなければよく、比較的自由に設計することができる(例えば、第1透過面BL1以外の透過面はXZ平面において単に直線形状となる面であってもよい)。そのため、それらの透過面の形状の情報が必要となった段階で適宜設定するものとし、それらの形状に関しては詳細を説明せず、設計者が指定してもよいし、CPU152が自動的に設定してもよいし、両方の組合せで設定してもよいものとする。   On the other hand, in FIGS. 12 and 13, the second transmission through which the light from the light source 100 passes before entering the first reflection surface RL1 (second calculation surface BL2) or the second reflection surface RL2 (third calculation surface BL3). The surface IL2 and the third transmission surface IL3 are not set as calculation surfaces. That is, the transmission surface set as the calculation surface is only the first transmission surface IL1 (first calculation surface BL1), and the other transmission surface (the transmission surface through which the light from the light source 100 passes before entering the predetermined reflection surface). Is not set as a calculation plane. The transmission surfaces other than the first transmission surface IL1 are surfaces that refract the light from the light source 100 to the corresponding reflection surface, such as a surface that refracts the light from the light source 100 in a direction in which the formation of the reflection surface is difficult. The light source emission angle α incident on the reflection surface need not be a surface that converges meaninglessly, and can be designed relatively freely (for example, transmission surfaces other than the first transmission surface BL1 are XZ planes). The surface may simply be a straight line in FIG. For this reason, the information on the shape of the transmissive surface is appropriately set when necessary, the details of the shape may not be described, the designer may specify them, or the CPU 152 automatically sets them. It may be set as a combination of both.

また、第N算出面BLNに入射する光の光源出射角度αに関する角度範囲αNL≦α<αNHは、光源100から各角度方向に出射される光のうち、有効に利用する光の角度範囲0°〜αmaxを算出面の数Nmaxで分割することによって第1算出面BL1〜第Nmax算出面BLNmaxまでの各算出面に入射させる光の光源出射角度αに関する角度範囲を定めたもので、αNH=α(N+1)L(ただし、NがNmaxの場合を除く)の関係を有する。   In addition, the angle range αNL ≦ α <αNH related to the light source emission angle α of the light incident on the Nth calculation surface BLN is an angle range of light that is effectively used among the light emitted from the light source 100 in each angle direction. -Αmax is divided by the number Nmax of calculation surfaces to determine an angle range related to the light source emission angle α of light incident on each calculation surface from the first calculation surface BL1 to the Nmax calculation surface BLNmax, and αNH = α (N + 1) L (except when N is Nmax).

図12、図13に示したような形状の裏面BLを形成する場合、図13に示すように第1算出面BL1に入射する光の光源出射角度αの角度範囲は図中の0°(α1L)≦α<α1Hで示す範囲であり、第2算出面BL2に入射する光の光源出射角度αの角度範囲は、図中のα2L≦α<α2Hの範囲であり、第3算出面BL3に入射する光の光源出射角度αの角度範囲は、図中のα3L≦α<α3Hの範囲である。   When the back surface BL having the shape as shown in FIGS. 12 and 13 is formed, as shown in FIG. 13, the angle range of the light source emission angle α of the light incident on the first calculation surface BL1 is 0 ° (α1L in the drawing). ) ≦ α <α1H, and the light source emission angle α of the light incident on the second calculation surface BL2 is in the range of α2L ≦ α <α2H in the drawing and is incident on the third calculation surface BL3. The angle range of the light source emission angle α of the light is α3L ≦ α <α3H in the drawing.

本実施の形態では、これらの角度範囲は、算出面の数Nmaxとともに設計者が初期の段階で指定するものとするが、ある算出面に関して、設計者が指定した角度範囲の光に対して制御曲線β(α)の関係を満たすように形状を形成することが不可能となる可能性がある。また、初期の段階で全ての算出面についての角度範囲を設定しておく必要もないため、以下の処理において、算出面の形状を第1算出面BL1から第Nmax算出面BLNmaxまで順に算出していく仮定において、適宜、必要となる角度範囲の情報を設定し、又は、修正できるようにしてもよい。このとき、算出面の数Nmaxも、設定又は修正された角度範囲に応じて修正できるようにするか、又は、算出面の数Nmaxの指定自体を不要とすることができる(ある算出面の形状を算出した後、必要であれば算出面を1つ追加していく等の方法では算出面の数Nmaxの指定は不要)。   In the present embodiment, these angle ranges are specified by the designer at an early stage together with the number Nmax of calculation surfaces. However, with respect to a certain calculation surface, control is performed for light in the angle range specified by the designer. There is a possibility that the shape cannot be formed so as to satisfy the relationship of the curve β (α). In addition, since it is not necessary to set the angle ranges for all the calculation surfaces in the initial stage, the shape of the calculation surface is calculated in order from the first calculation surface BL1 to the Nmax calculation surface BLNmax in the following processing. Under certain assumptions, information on the required angle range may be set or corrected as appropriate. At this time, the number Nmax of the calculation surfaces can be corrected according to the set or corrected angle range, or the specification itself of the number Nmax of calculation surfaces can be made unnecessary (the shape of a certain calculation surface) After calculating, it is not necessary to specify the number Nmax of calculation planes in a method such as adding one calculation plane if necessary.

尚、上記のように本実施の形態では、レンズ102はZ軸(光軸O)を回転軸とする任意角度の回転に対して対称となる形状を有していることを前提としているため、XZ平面においてX≧0の範囲におけるレンズ102の裏面BLの形状(線形状)を求めれば、その線形状をZ軸に対して回転させて形成される面がレンズ102の裏面BL全体の形状として求まる。従って、本実施の形態では、XZ平面においてX≧0の範囲における裏面BLの形状のみを算出する手順のみを示している。仮にレンズ102がこのような対称性を有していない場合であっても、例えば、本実施の形態と同様の手順で任意断面でのレンズ102の裏面BLの形状(線形状)を求め、それを3次元的につなぎ合わせて裏面BLの3次元形状を求めることができる。   As described above, in the present embodiment, the lens 102 is premised on having a shape that is symmetric with respect to rotation at an arbitrary angle with the Z axis (optical axis O) as the rotation axis. If the shape (line shape) of the back surface BL of the lens 102 in the range of X ≧ 0 in the XZ plane is obtained, the surface formed by rotating the line shape with respect to the Z axis is the shape of the entire back surface BL of the lens 102. I want. Therefore, in the present embodiment, only the procedure for calculating only the shape of the back surface BL in the range of X ≧ 0 on the XZ plane is shown. Even if the lens 102 does not have such symmetry, for example, the shape (line shape) of the back surface BL of the lens 102 in an arbitrary cross section is obtained by the same procedure as in the present embodiment. Can be connected three-dimensionally to obtain the three-dimensional shape of the back surface BL.

次に、CPU152は、図17に示すようにレンズ102の表面OLよりも後側(光源100側)の全体がレンズ102の媒質であると仮定し(大気中から表面OLを介してレンズ102内に進入した光は永続的にレンズ媒質内を進行するものと仮定する)、Z軸(光軸O)との成す角が角度βとなる平行光を前面側(Z軸の正側)から表面OLに入射させたときの焦点(結像点)の位置(座標)を光線追跡等の手法を用いて求める(図15のステップS16)。ここで、Z軸に対して角度βで入射した平行光の焦点の座標をS(β)とし、仮想焦点S(β)と称するものとする。   Next, as shown in FIG. 17, the CPU 152 assumes that the entire rear side (light source 100 side) of the surface 102 of the lens 102 is the medium of the lens 102 (from the atmosphere to the inside of the lens 102 through the surface OL. The light that enters the lens medium is assumed to travel permanently in the lens medium), and parallel light whose angle β with the Z-axis (optical axis O) forms an angle β from the front side (the positive side of the Z-axis) to the surface. The position (coordinates) of the focal point (imaging point) when incident on the OL is obtained using a method such as ray tracing (step S16 in FIG. 15). Here, the coordinate of the focal point of the parallel light incident at an angle β with respect to the Z axis is S (β), and is referred to as a virtual focal point S (β).

仮想焦点S(β)は、レンズ出射角度βの光をレンズ102の表面OLから出射する仮想光源でもあり、図17に示すようにレンズ102の表面OLにレンズ102内から入射する光線rの軌跡の延長線上に仮想焦点S(β)が存在する場合、即ち、仮想焦点S(β)の位置に仮想光源を配置したときにその仮想光源から出射されるいずれかの光線の軌跡と光線rの軌跡とが一致する場合には、その光線rは、レンズ出射角度βの光としてレンズ102の表面OLから外部(大気中)に出射される。   The virtual focal point S (β) is also a virtual light source that emits light having a lens emission angle β from the surface OL of the lens 102, and the locus of the light ray r incident on the surface OL of the lens 102 from within the lens 102 as shown in FIG. When the virtual focal point S (β) is present on the extension line, that is, when the virtual light source is arranged at the position of the virtual focal point S (β), the trajectory of any ray emitted from the virtual light source and the ray r When the locus coincides, the light beam r is emitted from the surface OL of the lens 102 to the outside (in the atmosphere) as light having a lens emission angle β.

このように仮想焦点S(β)は、レンズ102内に入射した光をレンズ出射角度βの光としてレンズ102の表面OLから出射させる場合に、その光がレンズ102内において通るべき軌跡を与えるもので、後述のようにレンズ102の裏面BLから入射した光を制御曲線β(α)に従ったレンズ出射角度βの光として出射させる場合に、その光がレンズ102内で通過すべき軌跡を求める際に参照される。   As described above, the virtual focal point S (β) gives a trajectory that the light should pass through the lens 102 when the light incident on the lens 102 is emitted from the surface OL of the lens 102 as light having the lens emission angle β. Thus, when light incident from the back surface BL of the lens 102 is emitted as light having a lens emission angle β according to the control curve β (α) as described later, a trajectory that the light should pass through the lens 102 is obtained. Referenced when.

また、角度βの値を変えて仮想焦点S(β)の位置(座標)を求めると、図17に示すような凸面形状の表面OLに対して、XZ平面上において略楕円形の線ls上に仮想焦点S(β)が検出され、略楕円形の線lsを描く仮想焦点群が形成される。従って、角度βの値を微少量ずつ変更しながら仮想焦点S(β)の位置を離散的に求めておいてもよいが、複数の仮想焦点S(β)の位置に基づいて、任意の角度βに対する仮想焦点S(β)の位置を示す近似曲線の曲線式ls(β)を求めておき、必要時において任意の角度βに対する仮想焦点S(β)の位置を曲線式ls(β)を用いて求めるようにしてもよい。   Further, when the position (coordinates) of the virtual focal point S (β) is obtained by changing the value of the angle β, the convex surface OL as shown in FIG. 17 is on the substantially elliptical line ls on the XZ plane. The virtual focal point S (β) is detected at, and a virtual focal point group that draws a substantially elliptical line ls is formed. Accordingly, the position of the virtual focal point S (β) may be obtained discretely while changing the value of the angle β little by little, but any angle can be determined based on the positions of the plurality of virtual focal points S (β). A curve formula ls (β) of an approximate curve indicating the position of the virtual focus S (β) with respect to β is obtained, and the position of the virtual focus S (β) with respect to an arbitrary angle β is expressed by a curve formula ls (β) when necessary. You may make it obtain | require using.

以上の初期設定の処理が終了すると、CPU152は、算出面の形状を実際に算出するための処理に移行する。まず、算出面の番号を示すNを1として、N≦Nmax(Nmaxは算出面の数)の条件を満たすか否かの判定処理を行う(図15のステップS18)。N=1の場合には、この条件を常に満たすため、ステップS20に移行して、第1算出面BL1の形状を算出する。尚、形状を算出するための具体的な処理内容については後述する。第1算出面BL1の形状を算出すると、続いてNをN=N+1(Nを1増加)として(ステップS22)、ステップS18の判定処理に戻る。   When the above initial setting process is completed, the CPU 152 proceeds to a process for actually calculating the shape of the calculation surface. First, a process of determining whether or not the condition of N ≦ Nmax (Nmax is the number of calculation planes) is satisfied with N indicating the calculation plane number being 1 (step S18 in FIG. 15). In the case of N = 1, in order to always satisfy this condition, the process proceeds to step S20, and the shape of the first calculation surface BL1 is calculated. Specific processing contents for calculating the shape will be described later. After calculating the shape of the first calculation surface BL1, N is set to N = N + 1 (N is increased by 1) (step S22), and the process returns to the determination process of step S18.

このような処理がN=1からN=Nmaxとなるまで実行され、Nが算出面の数Nmaxを越えてNmax+1になると、ステップS18においてNOと判定されて、全ての処理が終了する。   Such a process is executed from N = 1 to N = Nmax. When N exceeds the number Nmax of calculation planes and becomes Nmax + 1, it is determined NO in step S18, and all the processes are completed.

続いて、所定値Nにおける第N算出面BLNの形状を算出する図15のステップS20の処理内容について、図16のフローチャートを用いて具体的に説明する。まず、CPU152は、設計者の指定に従って、光源出射角度αNLの光が第N算出面BLNに入射する位置として初期入射点BLN(αNL)の位置(座標)を設定する(ステップS30)。光源出射角度αNLは、第N算出面BLNに入射する光の光源出射角度αに関する角度範囲αNL≦α<αNHのうち最小の角度を示す。   Next, the processing content of step S20 in FIG. 15 for calculating the shape of the Nth calculation surface BLN at the predetermined value N will be specifically described with reference to the flowchart in FIG. First, the CPU 152 sets the position (coordinates) of the initial incident point BLN (αNL) as the position at which light having the light source emission angle αNL is incident on the Nth calculation surface BLN according to the designer's specification (step S30). The light source emission angle αNL indicates the minimum angle in the angle range αNL ≦ α <αNH related to the light source emission angle α of light incident on the Nth calculation surface BLN.

例えば、N=1の場合、図18に示すように光源出射角度0°の光が第1算出面BL1に入射する位置を初期入射点BL1(0°)として指定する。尚、同図には、図12等に示した第1算出面BL1の形状が点線で示されているが、この段階では第1算出面BL1の形状は全く決まっておらず、この形状に基づいて初期入射点BL1(0°)の位置を指定するのではなく、設計者がレンズ102の厚みなどを考慮して指定する。ただし、任意の値Nにおいて、初期入射点BLN(αNL)の位置は、少なくとも光源出射角度αNLの光が表面OLに到達する前に通過する位置という条件を満たす必要があり、N=1の場合もこの条件を満たす位置を初期入射点BLN(αNL)として指定する必要がある。   For example, when N = 1, as shown in FIG. 18, a position where light having a light source emission angle of 0 ° is incident on the first calculation surface BL1 is designated as the initial incident point BL1 (0 °). In the figure, the shape of the first calculation surface BL1 shown in FIG. 12 and the like is indicated by a dotted line, but at this stage, the shape of the first calculation surface BL1 is not determined at all, and is based on this shape. Instead of designating the position of the initial incident point BL1 (0 °), the designer designates it considering the thickness of the lens 102 and the like. However, at an arbitrary value N, the position of the initial incident point BLN (αNL) must satisfy the condition that at least the light of the light source emission angle αNL passes before reaching the surface OL, and N = 1 In addition, it is necessary to designate a position satisfying this condition as the initial incident point BLN (αNL).

また、例えば、N=2の場合、図18に示すように光源出射角度α2Lの光が第2算出面BL2に入射する位置として初期入射点BL2(α2L)を設定する。このとき、光源出射角度α2Lの光は、第2算出面BL2に入射する前に、第2透過面IL2からレンズ102内に入射する際に屈折する。従って、初期入射点BL2(α2L)の位置は第2透過面IL2での屈折の仕方によって設定し得る位置が制限されるが、例えば、初期入射点BL2(α2L)の位置を設計者が指定した後、その初期入射点BL2(α2L)に光源出射角度α2Lの光が入射するように第2透過面IL2の形状を設定するようにしてもよいし、第2透過面IL2の形状を設定した後、その第2透過面IL2によって屈折した光源出射角度α2Lの光が通過する位置を算出し、その通過位置のいずれかに初期入射点BL2(α2L)の位置を設計者の指示に従って設定するようにしてもよい。尚、N=3の場合もN=2の場合と同様に、第3透過面IL3での屈折を考慮して、図18に示すように光源出射角度α3Lの光が第3算出面BL3に入射する位置として初期入射点BL3(α3L)を設定し、N≧4の場合もN=2、3と同様に初期入射点BLN(αNL)を設定する。   For example, when N = 2, as shown in FIG. 18, an initial incident point BL2 (α2L) is set as a position where light having a light source emission angle α2L is incident on the second calculation surface BL2. At this time, the light having the light source emission angle α2L is refracted when entering the lens 102 from the second transmission surface IL2 before entering the second calculation surface BL2. Accordingly, the position of the initial incident point BL2 (α2L) can be set by the manner of refraction at the second transmission surface IL2, but the designer has designated the position of the initial incident point BL2 (α2L), for example. Thereafter, the shape of the second transmission surface IL2 may be set so that light having the light source emission angle α2L is incident on the initial incident point BL2 (α2L), or after the shape of the second transmission surface IL2 is set. Then, the position through which light having the light source emission angle α2L refracted by the second transmission surface IL2 passes is calculated, and the position of the initial incident point BL2 (α2L) is set to one of the passing positions according to the instructions of the designer. May be. In the case of N = 3, similarly to the case of N = 2, in consideration of refraction at the third transmission surface IL3, the light having the light source emission angle α3L is incident on the third calculation surface BL3 as shown in FIG. The initial incident point BL3 (α3L) is set as the position to be operated, and when N ≧ 4, the initial incident point BLN (αNL) is set similarly to N = 2 and 3.

このようにして第N算出面BLNの初期入射点BLN(αNL)を設定すると、次にCPU152は、まず、光源出射角度αの値α0としてα0=αNLに設定し、その光が第N算出面BLNに入射する位置を示す入射点BLN(α0)を初期入射点BLN(αNL)に設定する(ステップS32)。   When the initial incident point BLN (αNL) of the Nth calculation surface BLN is set in this way, the CPU 152 first sets α0 = αNL as the value α0 of the light source emission angle α, and the light is the Nth calculation surface. An incident point BLN (α0) indicating a position incident on BLN is set as an initial incident point BLN (αNL) (step S32).

そして、CPU152は、ステップS34〜ステップS42の処理を繰り返す。これによって、光源出射角度α0をαNLからΔαずつ増加させながら、各光源出射角度α0の光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α0)を順次求め、それらの入射点BLN(α0)の位置によって第N算出面BLNの形状を最終的に算出する。   And CPU152 repeats the process of step S34-step S42. As a result, while increasing the light source emission angle α0 by Δα from αNL, incident points BLN (α0) at which light of each light source emission angle α0 is incident on the Nth calculation surface BLN are sequentially obtained, and these incident points BLN (α0). The shape of the Nth calculation surface BLN is finally calculated according to the position of.

今、所定の光源出射角度α0の光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α0)が求まった状態であるとする。図19は、N=1の場合において、所定の光源出射角度α0の光が第1算出面BL1に入射する入射点BL1(α0)が求まった状態を例示している。CPU152は、まず、入射点BLN(α0)と、光源出射角度α0に対して制御曲線β(α)で対応付けられたレンズ出射角度β(α0)=β0に対応する仮想焦点S(β0)を通る直線M0を求める(ステップS34)。直線M0は、入射点BLN(α0)に入射した光線r1が、レンズ出射角度β(α0)で出射されるためのレンズ102内での光線の軌跡を示している。   Assume that an incident point BLN (α0) where light having a predetermined light source emission angle α0 is incident on the Nth calculation surface BLN has been obtained. FIG. 19 illustrates a state where an incident point BL1 (α0) where light having a predetermined light source emission angle α0 is incident on the first calculation surface BL1 is obtained when N = 1. First, the CPU 152 sets the virtual focal point S (β0) corresponding to the incident point BLN (α0) and the lens emission angle β (α0) = β0 associated with the light source emission angle α0 by the control curve β (α). A straight line M0 is obtained (step S34). The straight line M0 indicates the locus of the light ray in the lens 102 for the light ray r1 incident on the incident point BLN (α0) to be emitted at the lens emission angle β (α0).

次に、CPU152は、光源出射角度α0の光が第N算出面BLNの入射点BLN(α0)に入射した後、その光が直線M0の方向に(直線M0に一致する軌跡となるように)屈折(N=1の場合)又は反射(N≧2の場合)するように、入射点BLN(α0)における第N算出面BLNの面方向(本実施の形態では法線方向γ(α0))を算出する(ステップS36)。即ち、入射点BLN(α0)において第N算出面BLNに接する接平面P(α0)を求める。第N算出面BLNが入射点BLN(α0)において、ここで算出される面方向を有するものとすれば、光源出射角度α0の光を制御曲線β(α)に従ったレンズ出射角度β(α0)の光としてレンズ102から出射させることができる。   Next, after the light having the light source emission angle α0 is incident on the incident point BLN (α0) of the Nth calculation surface BLN, the CPU 152 moves the light in the direction of the straight line M0 (so as to have a locus matching the straight line M0). Surface direction of the Nth calculation surface BLN at the incident point BLN (α0) (normal direction γ (α0) in the present embodiment) so as to be refracted (when N = 1) or reflected (when N ≧ 2). Is calculated (step S36). That is, a tangential plane P (α0) in contact with the Nth calculation surface BLN at the incident point BLN (α0) is obtained. If the N-th calculation surface BLN has the surface direction calculated here at the incident point BLN (α0), the light with the light source emission angle α0 is converted into the lens emission angle β (α0) according to the control curve β (α). ) Light from the lens 102.

具体的に説明すると、光源出射角度α=α0の光が第N算出面BLNの入射点BLN(α0)に入射する際の入射角θ1と、第N算出面BLNの入射点BLN(α0)に入射して直線M0の方向に屈折又は反射した光の屈折角θ2(N=1の場合)又は反射角θ2(N≧2の場合)とが、入射角θ1と屈折角θ2又は反射角θ2との関係を規定する所定の光学的条件を満たすように、入射点BLN(α0)における第N算出面BLNの法線方向γ(α0)(接平面P(α0))を求める。法線方向γ(α0)は、例えば、入射点BLN(α0)における第N算出面BLNの法線とZ軸(光軸O)との成す角とする。   More specifically, at the incident angle θ1 when the light having the light source emission angle α = α0 is incident on the incident point BLN (α0) of the Nth calculation surface BLN and the incident point BLN (α0) of the Nth calculation surface BLN. The refraction angle θ2 (when N = 1) or the reflection angle θ2 (when N ≧ 2) of the light incident and refracted or reflected in the direction of the straight line M0 is the incident angle θ1 and the refraction angle θ2 or reflection angle θ2. The normal direction γ (α0) (tangential plane P (α0)) of the Nth calculation surface BLN at the incident point BLN (α0) is obtained so as to satisfy a predetermined optical condition that defines The normal direction γ (α0) is, for example, an angle formed between the normal line of the Nth calculation surface BLN and the Z axis (optical axis O) at the incident point BLN (α0).

N=1の場合、図19に示すよう入射点BL1(α0)において法線方向γ(α0)が未知の接平面P(α0)を想定し、光源出射角度α=α0の光線r1が入射点BL(α0)においてその接平面P(α0)に入射する際の入射角θ1と、入射点BL1(α0)に入射して直線M0の方向に屈折した光線r2の屈折角θ2とが次式のスネルの法則、
sinθ1/sinθ2=n2/n1(ただし、n1、n2は、各々、真空に対する大気の屈折率(n1)とレンズ媒質の屈折率(n2)を示す)
を満たすように、接平面P(α0)の法線方向γ(α0)を算出する。これによって算出された法線方向γ(α0)は入射点BL1(α0)における第1算出面BL1の法線方向であり、接平面P(α0)は入射点BL1(α0)における第1算出面BL1の接平面である。
In the case of N = 1, as shown in FIG. 19, a tangent plane P (α0) whose normal direction γ (α0) is unknown is assumed at the incident point BL1 (α0), and a light ray r1 having a light source emission angle α = α0 is incident. The incident angle θ1 when incident on the tangential plane P (α0) at BL (α0) and the refraction angle θ2 of the ray r2 incident on the incident point BL1 (α0) and refracted in the direction of the straight line M0 are expressed by the following equations. Snell's law,
sinθ1 / sinθ2 = n2 / n1 (where n1 and n2 represent the refractive index of the atmosphere (n1) and the refractive index of the lens medium (n2), respectively, with respect to vacuum)
The normal direction γ (α0) of the tangent plane P (α0) is calculated so as to satisfy The normal direction γ (α0) calculated thereby is the normal direction of the first calculation surface BL1 at the incident point BL1 (α0), and the tangential plane P (α0) is the first calculation surface at the incident point BL1 (α0). It is a tangential plane of BL1.

N=2の場合、図20に示すように入射点BL2(α0)において法線方向γ(α0)が未知の接平面P(α0)を想定し、光源出射角度α=α0の光線r1が入射点BL2(α0)においてその接平面P(α0)に入射する際の入射角θ1と、入射点BL2(α0)に入射して直線M0の方向に反射した光線r2の屈折角θ2とが、次式の反射の法則、
θ1=θ2
を満たすように、接平面P(α0)の法線方向γ(α0)を算出する。これによって算出された法線方向γ(α0)は入射点BL2(α0)における第2算出面BL2の法線方向であり、接平面P(α0)は入射点BL2(α0)における第2算出面BL2の接平面である。尚、光源出射角度α=α0の光線r1が入射点BL2(α0)において接平面P(α0)に入射する際の入射角θ1は、第2透過面IL2によって屈折作用を受けた光線の入射角となる。
In the case of N = 2, as shown in FIG. 20, assuming a tangent plane P (α0) whose normal direction γ (α0) is unknown at the incident point BL2 (α0), a light beam r1 having a light source emission angle α = α0 is incident. The incident angle θ1 when incident on the tangential plane P (α0) at the point BL2 (α0) and the refraction angle θ2 of the ray r2 incident on the incident point BL2 (α0) and reflected in the direction of the straight line M0 are as follows: The law of reflection of the equation,
θ1 = θ2
The normal direction γ (α0) of the tangent plane P (α0) is calculated so as to satisfy The normal direction γ (α0) calculated thereby is the normal direction of the second calculation surface BL2 at the incident point BL2 (α0), and the tangential plane P (α0) is the second calculation surface at the incident point BL2 (α0). It is a tangential plane of BL2. The incident angle θ1 when the light beam r1 having the light source emission angle α = α0 is incident on the tangential plane P (α0) at the incident point BL2 (α0) is the incident angle of the light beam refracted by the second transmission surface IL2. It becomes.

Nが3以上の場合には、N=2の場合と同様にして入射点BLN(α0)における第N算出面BLNの法線方向γ(α0)(接平面P(α0))が算出される。   When N is 3 or more, the normal direction γ (α0) (tangential plane P (α0)) of the Nth calculation surface BLN at the incident point BLN (α0) is calculated in the same manner as when N = 2. .

次に、CPU152は、上記のようにしてステップS36で求めた入射点BLN(α0)における第N算出面BLNの接平面P(α0)を、入射点BLN(α0)の近傍での第N算出面BLNの形状であると仮定し、光源出射角度α0を微小角度Δα分だけ増加させた光源出射角度α0+Δαの光線L1が接平面P(α0)に入射する入射点を求める。そして、その入射点を、光源出射角度α0+Δαの光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α0+Δα)として設定する(ステップS38)。   Next, the CPU 152 calculates the tangent plane P (α0) of the Nth calculation surface BLN at the incident point BLN (α0) obtained in step S36 as described above, in the vicinity of the incident point BLN (α0). Assuming the shape of the surface BLN, an incident point at which a light beam L1 having a light source emission angle α0 + Δα obtained by increasing the light source emission angle α0 by a minute angle Δα is incident on the tangential plane P (α0) is obtained. Then, the incident point is set as an incident point BLN (α0 + Δα) at which light having the light source emission angle α0 + Δα is incident on the Nth calculation surface BLN (step S38).

このようにして光源出射角度α0+Δαの光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α+Δα)が求まると、光源出射角度αの値α0をα0+Δαと置き換えるとともに、光源出射角度α0の光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α0)の座標を入射点BLN(α0+Δα)の値に置き換える(ステップS40)。そして、上記ステップS34からの処理を繰り返す。ステップS40において新たに設定した光源入射角度α0の値が、第N算出面BLNに入射する光の光源出射角度α0の範囲、即ち、αNL≦α0<αNHの範囲を超えた場合にはステップS42の判定処理によってステップS34〜ステップS42の反復処理が終了する。尚、初期入射点BLN(α0)を光源出射角度αNLの光の入射点BLN(αNL)として、α0の値を徐々に大きくして入射点BLN(α0)の値を求めているため、第N算出面BLNに入射する光の光源出射角度α0の範囲αNL≦α0<αNHのうち、αNL≦α0の条件は常に満たされる。従って、ステップS42では、α0<αNHの条件を満たすか否かの判定処理のみが行われている。   When the incident point BLN (α + Δα) where the light having the light source emission angle α0 + Δα is incident on the Nth calculation surface BLN is obtained in this way, the value α0 of the light source emission angle α is replaced with α0 + Δα, and the light having the light source emission angle α0 is the first light. The coordinates of the incident point BLN (α0) incident on the N calculation surface BLN are replaced with the value of the incident point BLN (α0 + Δα) (step S40). Then, the processing from step S34 is repeated. If the value of the light source incident angle α0 newly set in step S40 exceeds the range of the light source emission angle α0 of the light incident on the Nth calculation surface BLN, that is, the range of αNL ≦ α0 <αNH, the process proceeds to step S42. The iterative process of step S34 to step S42 is completed by the determination process. Since the initial incident point BLN (α0) is used as the incident point BLN (αNL) of the light having the light source emission angle αNL, the value of the incident point BLN (α0) is obtained by gradually increasing the value of α0. Of the range αNL ≦ α0 <αNH of the light source emission angle α0 of light incident on the calculation surface BLN, the condition of αNL ≦ α0 is always satisfied. Therefore, in step S42, only the determination process is performed to determine whether or not the condition of α0 <αNH is satisfied.

以上のようにして、光源出射角度αの光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α)が、第N算出面BLNに入射する光源出射角度αに関する角度範囲αNL≦α<αNHの全体に対して求められると、CPU152は、それらの入射点BLN(α)をαの大きさ順に接続する。このとき各入射点を接続した線形状が滑らかな曲線を描くように、且つ、各入射点でのその線形状の接線方向がステップS36で求めた各入射点に接する接平面のXZ平面での断面方向(接平面の法線方向に直交する方向)となるように、スプライン曲線やビジエ曲線などを使用して各入射点を接続する。これにより、第N算出面BLNの形状(XZ平面での線形状)が連続した1つの曲線として求められる(ステップS44)。この処理が終了すると、図15のステップS22に移行する。   As described above, the incident point BLN (α) at which light having the light source emission angle α is incident on the Nth calculation surface BLN is in an angle range αNL ≦ α <αNH with respect to the light source emission angle α incident on the Nth calculation surface BLN. When calculated for the whole, the CPU 152 connects these incident points BLN (α) in the order of the size of α. At this time, the line shape connecting each incident point draws a smooth curve, and the tangential direction of the line shape at each incident point is the tangential plane in contact with each incident point obtained in step S36 on the XZ plane. Each incident point is connected using a spline curve, a Visier curve, etc. so that it may become a section direction (direction orthogonal to the normal direction of a tangent plane). As a result, the shape of the Nth calculation surface BLN (linear shape on the XZ plane) is obtained as one continuous curve (step S44). When this process ends, the process proceeds to step S22 in FIG.

尚、最終的には、上記のようにしてXZ平面(X≧0)の範囲で求められた第N算出面BLNや、第N算出面BLN(N≧2)に光源100からの光を導く第N入射面(図12、図13等に示した第2反射面RL2、第3反射面RL3、・・・)の線形状をZ軸(光軸O)を中心にして回転させてそれらの線形状が描く面を求めることによって、レンズ102の裏面BL全体の形状が求められる。   Finally, the light from the light source 100 is guided to the Nth calculation surface BLN and the Nth calculation surface BLN (N ≧ 2) obtained in the range of the XZ plane (X ≧ 0) as described above. The linear shape of the Nth incident surface (the second reflecting surface RL2, the third reflecting surface RL3,... Shown in FIG. 12, FIG. 13, etc.) is rotated around the Z axis (optical axis O), and their linear shapes are rotated. By obtaining the surface drawn by the line shape, the shape of the entire back surface BL of the lens 102 is obtained.

以上の処理において、ステップS30で設定した初期入射点は、必ずしも光源出射角度αNLの光が第N算出面BLNに入射する位置でなくてもよい。上記実施の形態では、初期入射点として各算出面の端点(各算出面に入射する光のうち最小の光源出射角度αの光が入射する入射点)を設計者が指定し、その位置を基点として、光源出射角度αが大きくなる方向に光線を変化させて算出面上の点(入射点)及び面方向を順次求めるようにしたが、例えば、算出面上の任意の点を初期入射点として指定できるようにし、その場合には、その位置を基点として、光源出射角度αが大きくなる方向と小さくなる方向の両方向に光線を変化させて算出面上の点(入射点)を求めるようにすればよい。   In the above processing, the initial incident point set in step S30 does not necessarily have to be a position where light having the light source emission angle αNL is incident on the Nth calculation surface BLN. In the above embodiment, the designer specifies the end point of each calculation surface as the initial incident point (the incident point where the light having the smallest light source emission angle α out of the light incident on each calculation surface is incident), and the position is the base point As described above, the light beam is changed in the direction in which the light source emission angle α is increased to sequentially obtain the point (incident point) on the calculation surface and the surface direction. For example, an arbitrary point on the calculation surface is set as the initial incident point. In this case, the point on the calculation surface (incident point) is obtained by changing the light beam in both directions in which the light source emission angle α increases and decreases with the position as the base point. That's fine.

また、上記のステップS38において、光源出射角度α0+Δαの光が第N算出面BLNに入射する入射点を、光源出射角度α0の光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α0)における接平面P(α0)に入射(交差)する点として設定したが、任意の光源出射角度においてその光が第N算出面BLNに入射する入射点を初期入射点BLN(αNL)と同様に設計者が指定できるようにしてもよい。また、第N算出面BLNの基調とする面形状(XZ平面における線形状)を設計者が事前に指定しておき、光源出射角度αの光線がその基調とする線形状と交差する点を入射点として設定するようにしてもよい。   In step S38, the incident point at which the light source emission angle α0 + Δα is incident on the Nth calculation surface BLN is the contact point at the incident point BLN (α0) at which the light source emission angle α0 is incident on the Nth calculation surface BLN. Although it is set as a point incident (intersects) on the plane P (α0), the designer sets the incident point at which the light is incident on the Nth calculation surface BLN at an arbitrary light source emission angle in the same manner as the initial incident point BLN (αNL). It may be possible to specify. In addition, the surface shape (line shape in the XZ plane) as the basic tone of the Nth calculation surface BLN is specified in advance by the designer, and the point where the light beam having the light source emission angle α intersects the linear shape as the base is incident. You may make it set as a point.

次に、光源出射角度αとレンズ出射角度βとの関係を表す制御曲線β(α)の一例について説明する。設計者は、レンズ102から出射される光によって所望の配光(配光パターン)が得られるように、光源100から出射された各光源出射角度αの光(光線)を何度のレンズ出射角度βでレンズ102から出射させるかを制御曲線β(α)によって設定する。この制御曲線β(α)に基づいてレンズ102の形状を上記のように算出し、形成することによって、その制御曲線β(α)に従った目的の配光制御がレンズ102によって行われるため、多様な配光制御を容易に実現することができる。   Next, an example of the control curve β (α) representing the relationship between the light source emission angle α and the lens emission angle β will be described. The designer uses the light emitted from the light source 100 with each light source emission angle α (light beam) as many times as the lens emission angle so that a desired light distribution (light distribution pattern) can be obtained by the light emitted from the lens 102. Whether to emit light from the lens 102 at β is set by a control curve β (α). By calculating and forming the shape of the lens 102 based on the control curve β (α) as described above, the target light distribution control according to the control curve β (α) is performed by the lens 102. Various light distribution controls can be easily realized.

まず、図21は、LEDの光源100のXZ平面における光源出射角度α(α≧0)に対する光度分布(指向性分布)の一例を示す。同図に示す光度分布は、正面となる0°の出射角度方向の光度が最も高い値を示し、光源出射角度αが大きくなるに従って光度が徐々に減少する一般的な特性を示している。   First, FIG. 21 shows an example of the luminous intensity distribution (directivity distribution) with respect to the light source emission angle α (α ≧ 0) in the XZ plane of the LED light source 100. The luminous intensity distribution shown in the figure shows a general characteristic that the luminous intensity in the emission angle direction of 0 ° which is the front is the highest value, and the luminous intensity gradually decreases as the light source emission angle α increases.

これのような特性の光源100における光源出射角度α(α≧0)の光に対して、例えば、レンズ102から出射される光のレンズ出射角度βを所定範囲0°〜βmax内に制限するとともに、レンズ出射角度βが大きくなる程、徐々に光度が低くなるような光度分布による配光を形成するものとする。例えば、このような配光は、図1〜図3で説明したガソリンスタンドのキャノピー灯70に使用するLED照明装置1に有効である。   With respect to light having a light source emission angle α (α ≧ 0) in the light source 100 having such characteristics, for example, the lens emission angle β of light emitted from the lens 102 is limited within a predetermined range of 0 ° to βmax. The light distribution by the light intensity distribution is formed so that the light intensity gradually decreases as the lens exit angle β increases. For example, such a light distribution is effective for the LED lighting device 1 used for the canopy lamp 70 of the gas station described with reference to FIGS.

この場合の制御曲線β(α)の決め方の一例として、まず、光源出射角度αに関して複数の角度範囲に分割したときの各角度範囲を積分区間として光度を積分したときに、それらの積分値が同じになるように、各角度範囲を決定する。図21には、光源出射角度α(α≧0)の範囲をこのようにして分割した場合に、光源出射角度αの0°側から0°、α1、α2、α3、α4、・・・の境界角度によって複数の角度範囲0°〜α1、α1〜α2、α2〜α3、α3〜α4、・・・に分割された様子が示されている。   As an example of how to determine the control curve β (α) in this case, first, when the luminous intensity is integrated using each angle range as an integration interval when the light source emission angle α is divided into a plurality of angle ranges, their integrated values are Each angle range is determined to be the same. In FIG. 21, when the range of the light source emission angle α (α ≧ 0) is divided in this way, 0 °, α1, α2, α3, α4,. It is shown that the angle ranges are divided into a plurality of angle ranges 0 ° to α1, α1 to α2, α2 to α3, α3 to α4,.

このとき、例えば、図22の制御曲線β(α)に示すように、光源出射角度αの角度範囲として隣接する2つずつ角度範囲0°〜α1とα1〜α2、α2〜α3とα3〜α4、・・・を1組とする。そして、同じ組の角度範囲の光は、レンズ出射角度βに関して同一角度範囲の光に変換するとともに、同じ組の2つの角度範囲のうち一方の角度範囲の光は、光源出射角度αが大きくなるほど、レンズ出射角度βも大きくなるようにし、他方の範囲の光は、光源出射角度αが大きくなるほど、レンズ出射角度βが小さくなるようにして、光源出射角度αの小さい光と、大きい光とを重ね合わせてレンズ出射角度範囲βに関して同一角度の光を形成するようにする。これによって光源100が有する輝度ムラなどが軽減される。   At this time, for example, as shown in the control curve β (α) of FIG. 22, two adjacent angle ranges of the light source emission angle α are 0 ° to α1 and α1 to α2, α2 to α3, and α3 to α4. , ... are one set. The light in the same set of angle ranges is converted into light in the same angle range with respect to the lens emission angle β, and the light in one angle range of the two angle ranges in the same set increases as the light source emission angle α increases. The lens emission angle β is also increased, and the light in the other range is such that as the light source emission angle α increases, the lens emission angle β decreases so that light with a small light source emission angle α and light with a large light output. By superimposing, light having the same angle with respect to the lens emission angle range β is formed. As a result, uneven brightness and the like of the light source 100 are reduced.

また、図22の制御曲線β(α)に示すように、1組目の角度範囲0°〜α1、α1〜α2の光を、レンズ出射角度βの最大の角度範囲0°〜βmaxの光に変換し、第2組目の角度範囲α2〜α3、α3〜α4の光を、レンズ出射角度βの角度範囲0°〜β1(<βmax)の光に変換し、第3組目移行の角度範囲の光についても同様に、レンズ出射角度βの範囲を0°側に狭めていくことにより、レンズ出射角度βの角度範囲0°に近い範囲ほど、多くの組の角度範囲からの光が重ね合わせられる。従って、上記のようにレンズ102から出射される光のレンズ出射角度βが所定範囲0°〜βmax内に制限され、レンズ出射角度βが大きくなる程、徐々に光度が低くなるような光度分布が、これによって形成される。このように光源出射角度αの角度範囲が異なる光を重ね合わせることによって光源100の輝度ムラなどが軽減されるとともに、光度の積分量が等しい各組の光を重ね合わせる量によってレンズ102から出射される光の光度分布を形成することができるため、所望の配光を容易に作ることができる。尚、ここで説明した制御曲線β(α)の決め方は一例であって、どのような方法で決めてもよい。特に図15、16のフローチャートのようにレンズ102の形状を求めることで、多様な制御曲線β(α)に対応したレンズ102を容易に設計することができため、設計者が制御曲線β(α)を決める際の自由度が高い。   Further, as shown in the control curve β (α) of FIG. 22, the light in the first set of angle ranges 0 ° to α1 and α1 to α2 is changed to light in the maximum angle range 0 ° to βmax of the lens emission angle β. The second set of angle ranges α2 to α3 and α3 to α4 are converted into light having a lens emission angle β of 0 ° to β1 (<βmax), and the third set shift angle range is converted. Similarly, by narrowing the range of the lens exit angle β toward 0 °, the light from a larger set of angle ranges overlaps as the range of the lens exit angle β is closer to 0 °. It is done. Therefore, as described above, the light intensity distribution is such that the lens emission angle β of the light emitted from the lens 102 is limited to a predetermined range of 0 ° to βmax, and the luminous intensity gradually decreases as the lens emission angle β increases. This is formed by this. In this way, by superimposing the light with different light source emission angles α, luminance unevenness of the light source 100 is reduced, and the light is emitted from the lens 102 by the amount of superimposing each set of light having the same integral amount of luminous intensity. Therefore, a desired light distribution can be easily made. The method of determining the control curve β (α) described here is an example, and any method may be used. In particular, by obtaining the shape of the lens 102 as shown in the flowcharts of FIGS. 15 and 16, the lens 102 corresponding to various control curves β (α) can be easily designed, so that the designer can control the control curve β (α ) Has a high degree of freedom when deciding.

以上、上記の実施の形態では、説明を容易にするために、光源100の照度分布等の光学的特性が光軸Oを回転軸とする任意角度の回転に対して対称であり、レンズ102を介して形成される配光パターンや、レンズ102の形状も光軸Oを回転軸とする任意角度の回転に対して対称であるものとしたが、このような対称性を有していない場合にも上記処理手順と同様の処理手順でレンズ102の裏面BLの形状を算出することができる。対称性を考慮しない場合においても適用可能なレンズ102の形状を算出するための処理手順の概要を、図15、図16のフローチャートに対応させて説明する。ただし、図15、図16と略同様の処理が行われる工程については説明を省略する。   As described above, in the above embodiment, for ease of explanation, the optical characteristics such as the illuminance distribution of the light source 100 are symmetric with respect to rotation at an arbitrary angle with the optical axis O as the rotation axis, and the lens 102 is The light distribution pattern formed through the lens 102 and the shape of the lens 102 are also symmetric with respect to rotation at an arbitrary angle with the optical axis O as the rotation axis. Also, the shape of the back surface BL of the lens 102 can be calculated by a processing procedure similar to the above processing procedure. An outline of a processing procedure for calculating the shape of the lens 102 that can be applied even when symmetry is not considered will be described in association with the flowcharts of FIGS. 15 and 16. However, the description of the process in which substantially the same processing as in FIGS.

まず、光源100とレンズ102の表面OLの形状(座標)をXYZ座標上に設定する(ステップS10に相当)。そして、光源出射方向αとレンズ出射方向βとの関係を示す配光制御データβ(α)を設定する(ステップS12に相当)。ここで、上記実施の形態では光源100から出射された光とZ軸(光軸O)との成す角である光源出射角度αによって光源100から出射された光の出射方向を表していたが、ここでは、光源100から出射された光の3次元的な出射方向を光源出射方向αとして表す。αは具体的には3次元ベクトルに相当する。レンズ出射方向βについても光源出射方向αと同様にレンズ102の表面OLから出射された光の3次元的な出射方向をレンズ出射方向βとして表す。そして、配光制御データβ(α)は、設計者が所望の配光制御を行うために、光源出射方向αとレンズ出射方向βを対応付けるデータであり、上記実施の形態のように2次元に限定した場合の制御曲線β(α)に相当する。このとき配光制御データβ(α)は、光源出射方向αの光線とレンズ出射方向βの光線とが同一面内となる関係で対応付けるものではなく、3次元的に全く異なる方向のαとβとを対応付けることも可能である。   First, the shape (coordinates) of the surface OL of the light source 100 and the lens 102 are set on XYZ coordinates (corresponding to step S10). Then, light distribution control data β (α) indicating the relationship between the light source emission direction α and the lens emission direction β is set (corresponding to step S12). Here, in the above embodiment, the emission direction of the light emitted from the light source 100 is represented by the light source emission angle α which is an angle formed between the light emitted from the light source 100 and the Z axis (optical axis O). Here, the three-dimensional emission direction of the light emitted from the light source 100 is expressed as the light source emission direction α. Specifically, α corresponds to a three-dimensional vector. Regarding the lens emission direction β, the three-dimensional emission direction of the light emitted from the surface OL of the lens 102 is expressed as the lens emission direction β as in the light source emission direction α. The light distribution control data β (α) is data for associating the light source emission direction α and the lens emission direction β so that the designer performs desired light distribution control, and is two-dimensionally as in the above embodiment. This corresponds to the control curve β (α) when limited. At this time, the light distribution control data β (α) does not associate the light beams in the light source emission direction α and the light beams in the lens emission direction β in the same plane, but α and β in three-dimensionally different directions. Can be associated with each other.

次に、算出面の個数Nmaxと第N算出面BLN(N=1、2、…、Nmax)に入射する光源出射方向αに関する範囲を設定する(ステップS14に相当)。そして、レンズ出射方向βに対応する仮想焦点S(β)の位置を求める(ステップS16に相当)。即ち、表面OLを大気とレンズ102の媒質との境界とし、大気中で所定方向γと反対方向に進行する平行光が大気中から表面OLを介してレンズ102の媒質内に入射した後、レンズ102内を永続的に進行すると仮定した場合にその平行光が収束する焦点位置を示す仮想焦点S(γ)を算出する。このとき、表面OLからレンズ出射方向βに光を出射するためのレンズ102内での光の軌跡は方向γをレンズ出射方向βとしたときの仮想焦点S(β)によって決まるため、レンズ出射方向βに対応する仮想焦点をS(β)としている。   Next, the number Nmax of calculation surfaces and a range related to the light source emission direction α incident on the Nth calculation surface BLN (N = 1, 2,..., Nmax) are set (corresponding to step S14). Then, the position of the virtual focal point S (β) corresponding to the lens emission direction β is obtained (corresponding to step S16). That is, the surface OL is a boundary between the atmosphere and the medium of the lens 102, and parallel light traveling in the direction opposite to the predetermined direction γ in the atmosphere enters the medium of the lens 102 from the atmosphere via the surface OL, and then the lens. A virtual focus S (γ) indicating a focus position at which the parallel light converges when it is assumed that the lens 102 travels permanently is calculated. At this time, the locus of light in the lens 102 for emitting light from the surface OL in the lens emission direction β is determined by the virtual focus S (β) when the direction γ is the lens emission direction β. A virtual focus corresponding to β is S (β).

続いて、ステップS18〜ステップS22に相当する処理により、各算出面の形状を順次算出する。ステップS20における第N算出面BLNにおいて、光源100から所定の光源出射方向αに出射された光が第N算出面BLNに入射する入射点BLN(α)と、その光源出射方向αに対して配光制御データβ(α)で対応付けられたレンズ出射方向βに対する仮想焦点S(β)とを結ぶ直線M0を求める(ステップS34に相当)。そして、入射点BLN(α)に入射した光をその直線M0の方向に屈折させる屈折面、又は、反射させる反射面の面方向(入射点BLN(α)における接平面P(α))を求める(ステップS36に相当)。   Subsequently, the shape of each calculation surface is sequentially calculated by a process corresponding to steps S18 to S22. In the Nth calculation surface BLN in step S20, the light emitted from the light source 100 in the predetermined light source emission direction α is incident on the incident point BLN (α) where the light enters the Nth calculation surface BLN and the light source emission direction α. A straight line M0 connecting the virtual focal point S (β) with respect to the lens emission direction β associated with the light control data β (α) is obtained (corresponding to step S34). Then, a refracting surface that refracts light incident on the incident point BLN (α) in the direction of the straight line M0 or a surface direction of the reflecting surface that reflects the light (tangent plane P (α) at the incident point BLN (α)) is obtained. (Corresponding to step S36).

そして、光源出射方向αを少しずつ異なる方向に変更しながら、上記のようにしてその方向の光が第N算出面BLNに入射する入射点における面方向を算出する。このとき、各光源出射方向の光が第N算出面BLNに入射する入射点は、各光源出射方向の光が通過する位置の近傍において既に算出されている入射点の接平面と交差する位置として設定する。即ち、光源出射方向が最も近い光の入射点の接平面と交わる位置に設定する(ステップS38に相当)。また、少なくとも入射点の1つは初期入射点として設計者が指定する(ステップS30に相当)。   Then, while changing the light source emission direction α to slightly different directions, the surface direction at the incident point where the light in that direction enters the Nth calculation surface BLN is calculated as described above. At this time, the incident point where the light in each light source emission direction enters the Nth calculation surface BLN is a position that intersects the tangent plane of the incident point already calculated in the vicinity of the position where the light in the light source emission direction passes. Set. In other words, the light source emission direction is set to a position that intersects the tangent plane of the closest light incident point (corresponding to step S38). Further, at least one of the incident points is designated by the designer as an initial incident point (corresponding to step S30).

以上のようにして第N算出面BLNの各点(入射点)の位置と、各点における面方向(接平面)を算出すると、それらの各点を通る面であって、各点において算出した面方向となる面を求めて第N算出面BLNの形状を算出する(ステップS44に相当)。   When the position of each point (incident point) on the Nth calculation surface BLN and the surface direction (tangent plane) at each point are calculated as described above, the surface passes through each point and is calculated at each point. The surface to be the surface direction is obtained and the shape of the Nth calculation surface BLN is calculated (corresponding to step S44).

尚、各算出面に光源100からの光が入射する入射点の位置を、一点のみでなく複数の入射点の位置を設計者が指定するようにしてもよい。また、各算出面の基調とする面形状を設計者が事前に指定しておき、光源出射角度αの光線がその基調とする面と交差する点を入射点として設定するようにしてもよい。このとき、各入射点に対して求められた面方向の面を各入射点の近傍での局所面とし、各入射点での局所面を連結して算出面全体の面を形成するようにしてもよいし、上記のように各入射点の面方向が算出した面形状となるような曲面を形成するようにしてもよい。   Note that the designer may specify the positions of the incident points where the light from the light source 100 is incident on each calculation surface, as well as the positions of a plurality of incident points. Alternatively, the surface shape as the base tone of each calculation surface may be designated in advance by the designer, and the point where the light beam having the light source emission angle α intersects the base surface may be set as the incident point. At this time, the surface in the plane direction obtained for each incident point is defined as a local surface in the vicinity of each incident point, and the local surface at each incident point is connected to form the entire calculation surface. Alternatively, a curved surface may be formed so that the surface direction of each incident point is the calculated surface shape as described above.

以上、上記のように形成されたレンズ102と光源100とからなる光学部を有する照明装置は、任意の用途に使用することができるもので、図1等に示したガソリンスタンドのキャノピー灯に限らない。また、図4〜図11に示したような構成のLED照明装置1の光学部として適用されるものではなく、半導体発光素子である光源と、光源からの光は配光制御する照明用レンズとを備えた照明装置の照明用レンズとして上記のように形成されたレンズ102を適用することができる。   As described above, the illumination device having the optical unit including the lens 102 and the light source 100 formed as described above can be used for any application, and is limited to the canopy lamp of the gas station shown in FIG. Absent. Moreover, it is not applied as an optical part of the LED illuminating device 1 of a structure as shown in FIGS. 4-11, The light source which is a semiconductor light-emitting device, The illumination lens which controls the light distribution from the light source, The lens 102 formed as described above can be applied as an illumination lens of an illumination device including the above.

1…水冷式LED照明装置、2…ハウジング、3、光源ユニット、4…制御回路ユニット、5…水冷ユニット、8…LED、11…レンズ、11A…照明用レンズ、50…ガソリンスタンド、54…キャノピー、60…防火塀、70…キャノピー灯、100…光源、102…レンズ、BL…裏面、IL1、IL2、IL3…透過面、RL1、RL2…反射面、OL…表面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water cooling type LED lighting apparatus, 2 ... Housing, 3, Light source unit, 4 ... Control circuit unit, 5 ... Water cooling unit, 8 ... LED, 11 ... Lens, 11A ... Illumination lens, 50 ... Gas station, 54 ... Canopy , 60 ... Fire retardant, 70 ... Canopy lamp, 100 ... Light source, 102 ... Lens, BL ... Back surface, IL1, IL2, IL3 ... Transmission surface, RL1, RL2 ... Reflection surface, OL ... Surface

Claims (1)

ガソリンスタンドのキャノピーに設置され、半導体発光素子を光源とするキャノピー灯において、
前記キャノピー灯と、前記ガソリンスタンドの敷地の外周部に設置される防火塀との最短の水平距離をL、該キャノピー灯の地面からの高さをH、防火塀の地面からの高さをhとすると、
前記キャノピーに設置されるキャノピー灯の指向角Θが、次式、
θ=arctan{L/(H−h)}
により求まる角度以下であり、
前記キャノピー灯は、一枚のレンズを有しており、
前記レンズは、前記半導体発光素子から出射された光を前記レンズ内部で一回反射させた後に出射させる第1反射面と、前記第1反射面の外側に設けられ、前記半導体発光素子から出射された光を前記レンズ内部で一回反射させた後に出射させる第2反射面と、を有し、
前記半導体発光素子から出射された光を前記レンズのみを介して前記指向角Θの配光を形成することを特徴とするガソリンスタンドのキャノピー灯。
In a canopy lamp installed in a gas station canopy and using a semiconductor light emitting element as a light source,
L is the shortest horizontal distance between the canopy light and the fire pit installed on the outer periphery of the gas station site, H is the height of the canopy light from the ground, and h is the height of the fire pit from the ground. Then,
The directivity angle Θ of a canopy lamp installed in the canopy is
θ = arctan { L / (H−h) }
Angle below der which is obtained by is,
The canopy lamp has a single lens,
The lens is provided on the outer side of the first reflecting surface, the first reflecting surface for emitting the light emitted from the semiconductor light emitting element after being reflected once inside the lens, and is emitted from the semiconductor light emitting element. A second reflecting surface that emits the reflected light once reflected inside the lens, and
Lighting canopy gas station, characterized that you form a light distribution of the directional angle Θ light emitted from the semiconductor light emitting element through only the lens.
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JPS61175148A (en) * 1985-01-29 1986-08-06 Tokyo Tatsuno Co Ltd Oil station
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