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JP6274790B2 - 照明装置及び光学部材 - Google Patents

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Description

本発明は、配光の制御が可能な照明装置に関する。
一般に、屋外に設置される照明装置には、設置する環境に応じて種々の配光特性が要求される。例えば、トンネル灯や道路灯のような照明装置には、道路の通行方向と幅方向とで異なる配光特性が要求される場合があり、さらに、特定の平面(例えば、幅方向に平行な鉛直面)内において、配光の基準軸に対して非対称な配光特性が要求される場合がある。
このような配光特性が要求される典型的な例として、高速道路のトンネル灯をトンネルの片側の壁面のみに設置する場合が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。一般に、高速道路のトンネル灯には、運転者の不安感を軽減する等の理由から、道路面とともにトンネル内の両側の壁面の所定範囲(例えば、道路面から所定の高さの範囲内)を照明することが要求される。この要求を満たすために、高速道路のトンネル灯は、通常、トンネルの両側の壁面にトンネル灯を向かい合わせに設置し、一方の壁面に設置されたトンネル灯により(道路面とともに)他方の壁面を互いに照明する構成がとられる。しかしながら、トンネル灯及びその配線設備等のコスト及び維持管理の容易性の観点から、トンネル灯は、トンネル内の片側の壁面のみに設置することが望ましい。このような課題に対し、特許文献1に記載の発明では、トンネル灯の道路幅方向に平行な鉛直面(トンネルの断面)内の配光特性を、配光の基準軸に対して非対称にすることによって、片側の壁面に設置されたトンネル灯を用いて、道路面とともにトンネル内の両側の壁面を、所定の照明基準を満たすように照明することが図られている。
特許文献1に記載の照明装置の配光特性を図12に示す。図12には、照明装置の配光の基準軸(以下、照明装置の光軸または単に光軸という)C0を含む2つの互いに直交する平面内における配光分布a、bが、それぞれ実線及び破線で示されている。ここで、図12において、測光中心O回りの角度については、光軸C0の角度を0°とし、左回りを正方向とする。
図12に示されるように、配光分布aは、正及び負の2つの角度方向にピークを有し、かつ、光軸C0に対して非対称な分布を有している。すなわち、この配光分布において、負の角度方向にピークを有する分布Aと正の角度方向にピークを有する分布Bとは、分布形状が異なっており、特に、ピークが生じる角度の絶対値及びピークの光度のいずれについても異なるものである。
このような配光特性を有する照明装置をトンネル灯としてトンネル内の片側の壁面に設置する場合、図12に示す配光分布aを有する平面を、道路の幅方向に平行な鉛直面と一致させ、かつ、照明装置の所定の設置位置及び設置角度等に応じて、照明装置の配光特性を、配光分布aが、分布Aに相当する照明光により照明装置を設置した側の壁面の所定範囲を照明し、分布Aよりも明るい分布Bに相当する照明光により道路を挟んで反対側の壁面の所定範囲を照明するように調整することによって、道路面とともにトンネル内の両側の壁面を、所定の照明基準を満たすように照明することが可能となる。
特許文献1には、このような配光特性を有する照明装置として、直管形の蛍光ランプ110と、蛍光ランプ110の後側に配置された反射部材112とを有する照明装置100が開示されている(図13参照)。反射部材112は、それぞれ反射面が一つの曲面で構成された第1及び第2の反射板113、114の一端側を連続一体に連結することによって、断面形状が逆U字状に形成されている。そして、第1の反射板113が蛍光ランプ110の光を反射することによって分布Aに相当する照明光が生じ、第1の反射板113の反射面よりも大きな反射面を備えた第2の反射板114が蛍光ランプ110の光を反射することによって、分布Aよりも明るい分布Bに相当する照明光が生じる。
特開2004−311259号公報(図3〜図5)
しかしながら、特許文献1に記載の照明装置のように、照明光の配光分布の制御に反射板113、114からなる反射部材112を用いた照明装置100には、以下のような課題がある。まず、反射部材112は、断面が逆U字状に形成されているため、照明装置の薄型化が困難である。そして、反射板113、114は、通常、金属板からなるため、反射率が低く、光の損失が発生することにより光源からの光の利用効率の向上が困難である。さらに、板金加工により反射板113、114を成形することから、配光の微調整も困難である。
本発明は、上記課題に鑑み、薄型で高効率でありながら配光の制御を容易に行うことができる照明装置を提供することを目的とする。
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(1)光源と、前記光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材とを備えた照明装置であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源は、その光軸を前記基準軸に対して前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずらして配置され、前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする照明装置。(請求項1)。
本項に記載の照明装置によれば、複数の反射プリズムが延びる方向と直交する面内において、光源の光軸に対して非対称な配光分布を実現することが可能となる。また、本項に記載の照明装置では、このような配光制御を、少なくともいずれか一方の主面に複数のプリズムが設けられた光学部材を用いて実施し、さらに、複数のプリズムが反射プリズムを有するものであるため、薄型であって、かつ光の損失の少ない高効率の照明装置を実現することが可能となる。さらに、本項に記載の照明装置によれば、光学部材と光源との配置構成及び光学部材に設けられる複数のプリズムの光学設計等に基づいて、照明装置の配光特性を精細かつ容易に調整することが可能となる。
さらに、本項に記載の照明装置によれば、複数のプリズムを反射プリズムのみで構成した場合と比較して、反射プリズムを起因とする迷光の発生を抑制し、ひいては、光の出射効率を向上させるとともに、非対称な配光部分の制御性を向上させることができる。
また、本項に記載の照明装置によれば、複数の反射プリズムが延びる方向と直交する面内において光源の光軸に対して非対称な配光分布中の、主となる(光量の多い)分布の光量と、副次的な(光量の小さい)分布の光量とのバランスを、屈折プリズムの作用により容易に調整することが可能となる。
さらに、本項に記載の照明装置は、複数の反射プリズムが延びる方向と直交する面内において光源の光軸に対して非対称な配光分布中の、主となる(光量の多い)分布の光量と、副次的な(光量の小さい)分布の光量とのバランスを調整する上で、特に、副次的な分布の光量の主となる分布の光量に対する比率を増大させる上で有利なものである。
)(1)項に記載の照明装置において、前記光源が、前記複数の反射プリズムの焦点よりも前記光学部材寄りに配置されていることを特徴とする照明装置(請求項)。
本項に記載の照明装置によれば、光学部材と光源との間の、複数のプリズムの焦点距離に対する相対的な距離を調整することにより、光源からの出射光の配光分布を、より広い範囲で精密に調整することが可能となる。
)(1)または(2)項に記載の照明装置において、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面と平行な1以上の仮想平面で複数の小領域に分けられ、前記複数の小領域の各々に配置される1以上のプリズムは、隣接する前記小領域に配置される前記1以上のプリズムの焦点距離が互いに異なるように構成されることを特徴とする照明装置(請求項)。
本項に記載の照明装置によれば、小領域毎に配置される1以上のプリズムの焦点距離、及び、それらの焦点距離に相対的な光学部材と光源との距離を調整することにより、照明光の配光分布をより精密に調整することが可能となる。
)()項に記載の照明装置において、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に含まれる複数の前記小領域の各々に配置される1以上の前記反射プリズムは、前記小領域が前記基準軸から離れるほど焦点距離が短くなるように構成されていることを特徴とする照明装置(請求項)。
本項に記載の照明装置によれば、反射プリズムに起因する迷光の発生を抑制して、出射効率の低下を軽減することが可能となる。
(5)(1)から(4)のいずれか1項に記載の照明装置において、前記複数のプリズムは、前記光学部材の前記光源を向く主面に設けられており、前記反射プリズムの各々は、前記基準軸を向く第1の面と、該第1の面から入射した光の少なくとも一部を、前記光学部材の前記複数のプリズムが設けられていない主面側に反射する第2の面と、を有することを特徴とする照明装置(請求項5)。
(6)光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源に対して、前記光源の光軸が前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずれるように配置され、前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする光学部材(請求項6)。
(7)光源から出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記複数のプリズムが設けられる領域の前記複数のプリズムが延びる一方向に直交する方向の幅は、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域と他方の領域とで異なることを特徴とする光学部材(請求項7)。
(8)7項)に記載の光学部材と、該光学部材の前記幅が広い方の領域に配置される光源とを備えた照明装置(請求項8)。
本発明は、以上のように構成したため、薄型で高効率でありながら配光の制御を容易に行うことができる照明装置を提供することが可能となる。
本発明の第1の実施形態における照明装置の要部を示す側面図である。 図1に示す照明装置の配光特性を示すグラフである。 本発明の第2の実施形態における照明装置の要部を示す側面図である。 図3に示す照明装置の配光特性を示すグラフである。 本発明の第3の実施形態における照明装置の要部を示す側面図である。 図5に示す照明装置の配光特性を示すグラフである。 本発明の第3の実施形態における照明装置の別の例の要部を示す側面図である。 図7に示す照明装置の配光特性を示すグラフである。 本発明の第4の実施形態における照明装置の要部を示す側面図である。 図7に示す照明装置の配光特性を、実機を用いた測定結果とともに示すグラフである。 本発明に係る照明装置の変形例の要部を示す側面図である。 従来の照明装置の配光特性を示すグラフである。 図12に示す配光特性を有する従来の照明装置の要部を示す側面図である。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、本発明に係る照明装置の構成を示す各図(図1、3、5、7、9、11)は、いずれも、その要部のみを示す模式図である。したがって、本発明の各実施形態における照明装置は、図示された構成要素を内部に保持する筐体等の、図示が省略された他の構成要素を備えるものであってもよい。また、図示された各部分の相対的な寸法は、説明のために特徴を強調して示すものであっって、必ずしも実際の縮尺を反映するものではない。
本発明の第1実施形態における照明装置10は、光源12と、光源12に対向して配置された光学部材14とを備えている。本実施形態において、光学部材14は、2つの主面14a、14bを有するシート状(薄板状)の部材であり、一方の主面14bを光源12に向けて配置されている。また、本実施形態において、光学部材14は、平面視略矩形状に形成されている。但し、本発明において、光学部材14は、後述するように複数のプリズム15を備える限り、その外形形状によって限定されるものではない。
尚、上記の「シート状」という用語は、例えば、類似の用語である「板状」、「フイルム状」と比較した場合、一般的には、板、シート(薄板)、フイルムの順に厚さが薄くなることが示唆されるものであるが、例えば可撓性の有無等の厚さに関連する明確な技術的な意味を持って「板状」、「フイルム状」等の用語と常に使い分けられるものではないため、本発明でも、この「シート状」という用語は、単に2つの主面14a、14bを有する形状を具体的に示すために、「薄板状」を含めて「板状」、「フイルム状」等の用語と適宜置き換え可能な用語として使用されるものである。
ここで、照明装置10において、光源12から光学部材14に向かう方向を前方という。すなわち、光学部材14は、光源12から前方に出射された光の配光を制御するものである。また、照明装置10において、光源12は、主として前方に光を出射するように構成されているものとする。さらに、光源12は、好ましくは、少なくとも図1の紙面に平行な平面内において前方に放射状に広がるように、光を出射する。
光源12に関して、図1に符号C2で示される軸は、光源12の配光の基準軸であり、通常、光源12の発光面に垂直で、測光中心(光源12から発散する光の原点として想定する点)を通る仮想の軸として決まるものである(以下、軸C2を光源12の光軸C2ともいう)。図示の例では、説明のため、光源12の発光面は、光源12の外形上の前面12aと一致し、その測光中心は、発光面12aの幾何学的中心上に位置するものとする。但し、照明装置10において、光源12は、発光面が光源12の外形上の表面として不明確な場合又は曲面の場合等を含むものであり、その場合、光軸C2の定義に用いられる発光面及び測光中心は、光源12の形状等を考慮して適切な仮想面及び位置としてそれぞれ決定される。以下の説明では、このような場合を含めて、光源12の発光面に符号12aを付して参照する。尚、光源12が、発光面12aに垂直な軸回りに対称な配光分布を有する場合、通常、光軸C2は、その配光分布の対称軸であり、典型的には、発光面12aの幾何学的中心軸に一致する。
また、照明装置10は、後述するように、光源12からの出射光の配光を光学部材14により所望の配光に制御し、このように配光が制御された光を照明光として出射するものであるが、照明装置10は、その照明光の配光の基準軸(照明装置10の光軸)が、光源12の光軸C2と一致するように構成されているものである。
光学部材14は、その配光制御作用の基準(または複数のプリズムを配置する基準)となる仮想的な軸である基準軸C1を備えており、光学部材14の光源12を向く主面14bには、次のように、この基準軸C1に基づいて、複数のプリズム15が設けられている。
すなわち、光学部材14の主面14bには、一方向(図1において、紙面に直交する方向)に延びる複数のプリズム15が、基準軸C1を含む仮想平面(図示は省略する。以下、基準面ともいう)で分けられる両側の領域に設けられている。図1において、この基準面は、基準軸C1を含んで紙面に直交する仮想平面であり、光学部材14の主面14bには、基準面に平行に延びる複数のプリズム15が、各プリズム15が延びる方向と直交する方向に配列されて、図1において基準軸C1の左側の領域と右側の領域に設けられている。
さらに、これらの複数のプリズム15は、照明装置10で使用する光源12を、その光軸C2が基準軸C1と一致するように仮想的に配置したときに、このように配置された光源(図1に破線で示す光源13)からの光を反射して光学部材14から出射させる反射プリズムを有している。照明装置10では、複数のプリズム15は、光学部材14の基準面にまたがる全範囲Aにわたって、このような反射プリズム15として構成されている。
ここで、複数の反射プリズム15の各々は、いわゆる全反射(TIR:Total Internal Reflection)型のプリズムであり、具体的には、基準軸C1を向く第1の面15aと、基準軸C1とは反対側を向く第2の面15bとからなる一対のプリズム面15a、15bを備え、光源13からの出射光が、第1の面15aから各プリズム15に入射し、かつ、入射した光の少なくとも一部が、第2の面15bでの全反射によって、光学部材14の反射プリズム15が設けられていない主面14a(以下、出射面14aともいう)側に向かい、この出射面14aから出射されるように構成されている(図1に破線矢印で示される光線参照)。
さらに、図示の例では、複数の反射プリズム15は、そのレンズ作用に関して、基準軸C1上に焦点が位置するように構成されており、光源13は、その発光面13aがこの焦点上に位置し、光源13から、少なくとも各反射プリズム15が延びる方向に直交する平面内(図1の紙面に平行な平面内)において放射状に出射された光は、図1に破線矢印で示される光線で模式的に示すように、この平面内において光軸C2方向と略平行な光に変換されるものである。
そして、照明装置10では、このような光学部材14の構成の下に、実際の光源12は、その光軸C2が、基準軸C1に対して基準面で分けられる一方の領域側(図1に示す例では、基準軸C1の右側)にずらした位置に配置される。詳述すれば、照明装置10において、光源12は、光源13の配置位置から、基準面に直交する方向に沿って、基準面で分けられる一方の領域側にずらした位置に、光軸C2を基準軸C1と平行に維持した向きに配置される。したがって、光学部材14と光源12の発光面12aとの距離は、複数の反射プリズム15の焦点距離Fと一致する。
ここで、光学部材14は、通常、各反射プリズム15が延びる方向(図1の紙面に直交する方向。以下、縦方向ともいう)には一様な光学的性質を有するものである。この場合、基準軸C1の縦方向の位置は、照明装置10の具体的構成に応じて任意の適切な位置とすることができる。例えば、基準軸C1の縦方向の位置は、光学部材14の外形の縦方向の中央位置であってもよい。
また、上記の説明では、照明装置10において、光源13は、その発光面13aが基準軸C1上の焦点上に位置するように配置されるものとしたが、光学部材14が、各反射プリズム15が延びる方向に一様な光学的性質を有する場合、複数の反射プリズム15の焦点は、基準面上に(図1の紙面に直交する方向に)連続する直線状に分布することになる。この場合、光源13の配置位置は、その光軸(光源13に付随する図示は省略するが、光源12の光軸C2と同様に、符号C2を付して参照する)と、基準軸C1とが一致していなくともよく、照明装置10の構造等に応じて、光軸C2が基準面に含まれる(言い換えれば、基準面内の、基準軸C1に平行な仮想軸のいずれか1つと一致する)ものであればよい。
また、上記の説明では、光源12の配置位置は、光源13の配置位置から、基準面に直交する方向に沿ってずらした位置とし、したがって、光源12の光軸C2の縦方向の位置は、基準軸C1(光源13の光軸C2)の縦方向の位置と一致するものとしたが、照明装置10において、光学部材14が、各反射プリズム15が延びる方向に一様な光学的性質を有する場合、光源12が配置される縦方向の位置は、必ずしもこのような位置に限定されるものではなく、照明装置10の構造等に応じて、任意の適切な位置に設定することができる。
ここで、照明装置10において、光源12は、好ましくは、発光ダイオードを含む点状光源からなるものである。但し、照明装置10において、光源12は、線状光源であってもよく、その場合には、照明装置10で使用される光源12及び光源12を仮想的に配置した光源13は、その発光面12a、13a及び光軸C2に関連して上述した所定の位置及び向きに配置されるとともに、線状の光源12、13が延びる方向と、複数の反射プリズム15が延びる方向とが一致するように、配置されるものである。照明装置10において、線状光源は、例えば、直管形の蛍光管を含むものであってもよく、または、線状に配列された複数の点状光源を含むものであってもよい。
以上のように構成された照明装置10の作用効果を説明すれば、次の通りである。
尚、以下では、照明装置10の、縦方向(複数の反射プリズム15が延びる方向)に直交する断面を横断面という。また、光源12の光軸C2を含む横断面は、典型的には、基準軸C1を含むものであるが、縦方向に一様な光学的性質を有する典型的な光学部材14において、以下に説明する配光制御は、光源12の光軸C2を含む横断面に、基準軸C1が含まれない場合についても成り立つものであり、その場合には、以下の説明における「基準軸C1」の記載は、「基準軸C1を、光源12の光軸C2を含む横断面に縦方向に投影した軸」と読み替えられる。
照明装置10では、光源12及び光学部材14を上記のように構成したことにより、光軸C2を含む横断面において、光源12からの出射光の一部は、図1の二点鎖線矢印R1〜R3で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向(図1において、右方)に傾いて出射され、また、光源12からの出射光の別の一部は、図1の二点鎖線矢印L1で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向とは反対の方向(図1において、左方)に傾いて出射されることになる。
この点について詳述すれば、次の通りである。
すなわち、光軸C2を含む横断面において、基準面で分けられる両側の領域のうちの光源12が配置されない側(図1において、基準軸C1の左側)に配置された反射プリズム15には、図1に二点鎖線矢印R1で示すように、光源12からの出射光は、仮想的に配置された光源13からの出射光と同様に、各反射プリズム15の第1の面15aから各反射プリズム15内に入射し、その少なくとも一部の光が第2の面15bで反射されて、光学部材14の出射面14aから出射される。但し、この出射光は、光源12の配置位置を基準軸C1に対して一方向(図1において、右方向)にずらしたことにより、光軸C2方向に対して、そのずらし方向(図1において、右方向)に傾いて出射される。
また、光軸C2を含む横断面において、基準面で分けられる両側の領域のうちの光源12が配置された側(図1において、基準軸C1の右側)に配置された反射プリズム15のうち、光源12の光軸C2に対して基準軸C1の反対側であり、かつ光軸C2とは離れた位置に配置された反射プリズム15には、図1に二点鎖線矢印R3で示すように、光源12からの出射光は、仮想的に配置された光源13からの出射光と同様に、各反射プリズム15の第1の面15aから各反射プリズム15内に入射し、その少なくとも一部の光が第2の面15bで反射されて、光学部材14の出射面14aから出射される。但し、この出射光は、光源12の配置位置を基準軸C1に対して一方向(図1において、右方向)にずらしたことにより、光軸C2方向に対して、そのずらし方向(図1において、右方向)に傾いて出射される。
一方、光軸C2を含む横断面において、光源12の光軸C2近傍に配置された反射プリズム15(光軸C2に対して基準軸C1とは反対側に配置された反射プリズム15、及び、光源12の光軸C2と基準軸C1との間に配置された反射プリズム15を含む)、及び、光源12の光軸C2と基準軸C1との間(必ずしも光源12の光軸C2近傍に限られない範囲)に配置された反射プリズム15には、図1に二点鎖線矢印L1、R2で示すように、光源12からの出射光は、仮想的に配置された光源13からの出射光とは異なり、各反射プリズム15の第2の面15bから各反射プリズム15内に入射することになる。そして、このように第2の面15bから入射した光の多くは、図1に二点鎖線矢印L1で示すように、第1の面15aに入射することなく光学部材14の出射面14aから出射される結果、光軸C2方向に対して、光源12のずらし方向とは反対方向(図1において、左方向)に傾いて出射される。
尚、第2の面15bから入射した光の一部は、図1に二点鎖線矢印R2で示すように、少なくとも一部が第1の面15aで反射されて光学部材14の出射面14aから出射される結果、光軸C2方向に対して、光源12のずらし方向(図1において、右方向)に傾いて出射される。
ここで、照明装置10において、光源12及び光学部材14は、光源12から出射して光学部材14に入射した光の多くが、図1に二点鎖線矢印R1〜R3で示す光線のように、光軸C2方向に対して右方に傾いて出射されるように構成及び配置されている。
以下、光軸C2を含む横断面において、光学部材14の出射面14aからの出射光の出射方向が異なる二方向に別れる場合、出射光の光量が多い側の出射光を主光、少ない側の出射光を副光という。
照明装置10の場合、図1の二点鎖線矢印R1〜R3で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向(図1において、右方)に傾いて出射される光が、主光R1〜R3、図1の二点鎖線矢印L1で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向とは反対の方向(図1において、左方)に傾いて出射される光が、副光L1である。
そして、このような光源12及び光学部材4の配置構成において、通常、光学部材14の出射面14aから出射される主光R1〜R3の平均的な出射角(光軸C2方向に対する右方への傾き角)と、副光L1の平均的な出射角(光軸C2方向に対する左方への傾き角)は異なっており、これによって、照明装置10では、光学部材14から出射される照明光について、光軸C2を含む横断面において、光源12の光軸C2(すなわち、照明装置10の光軸)に対して、光量及び出射角ともに非対称な配光分布を実現することができる。
さらに、照明装置10では、光軸C2を含む横断面において、光学部材14の出射面14aから出射される主光R1〜R3の平均的な出射角(光軸C2方向に対する傾き角)は、基準軸C1に対する光源12の光軸C2の、その横断面内におけるずらしの距離が増大するほど大きくなる。したがって、光源12と光学部材14との配置構成において、基準軸C1と光源12の光軸C2との、光軸C2を含む横断面内での距離を調節することにより、主光R1〜R3の出射方向を制御することができる。
また、光軸C2を含む横断面において、基準軸C1と光源12の光軸C2との横断面内における距離が増大するほど、基準軸C1と光源の光軸C2との間に存在する反射プリズム15の数が増大することから、副光L1の光量の主光R1〜R3の光量に対する比率が増大する。したがって、光源12と光学部材14との配置構成において、基準軸C1と光源12の光軸C2との横断面内での距離を調節することにより、副光L1の光量の主光R1〜R3の光量に対する比率を制御することができる。
そして、照明装置10では、このような配光制御を、一方の主面14bに複数の反射プリズム15を有する光学部材14を用いて実施するものであるため、薄型であって、かつ光の損失の少ない高効率の照明装置10を実現することが可能となる。さらに、照明装置10によれば、光学部材14と光源12との配置構成、及び光学部材14の複数のプリズム15の光学設計に基づいて、照明装置10の配光特性を精細かつ容易に調整することが可能となる。
さらに、例えば、光源12を、いわゆるCOB(Chip On Board)型のLEDのように比較的発光面積の広い点状光源から構成した場合、光源12からの出射光のうち、光軸C2に対して離れた位置から複数のプリズム15に入射する光は、光軸C2近傍から複数のプリズム15に入射する光よりも入射の角度範囲が狭いことにより、配光の制御性が確保しやすいという特性を備えている。したがって、本発明に係る照明装置において、効率と配光の制御性とを確保するためには、光軸C2から離れた領域に効率に優れた反射プリズム15を配置するとともに、反射プリズム15を主体として配光制御機能を発揮するように、複数のプリズム15を構成することが望ましい。本実施形態における照明装置10では、複数のプリズム15を、光学部材14の基準面にまたがる全範囲Aにわたって反射プリズム15として構成することによって、このような観点からも望ましい複数のプリズム15の構成が実現されているものである。
尚、上述したように、光学部材14において、複数の反射プリズム15は、通常、複数の反射プリズム15が延びる方向には、一様な光学的性質を有しているため、照明装置10の照明光について、光軸C2を含む横断面に直交する面(以下、縦断面ともいう)内における配光分布は、光源12のその面内における配光分布が直接反映されたものとなり、特に、光源12の光軸C2を含む縦断面内における配光分布が、光軸C2に対して対称である場合、照明光の、その面内における配光分布も、光軸C2に対して対称なものとなる。
図2は、照明装置10に相当するモデルについて、照明光の配光分布を解析(レイトレーシングによるシミュレーション)した結果を示すグラフである。
解析に用いたモデルでは、光学部材14の屈折率は1.58(成形材料としてポリカーボネートを想定)とし、複数の反射プリズム15の配列方向(図1において、紙面左右方向)の幅は、95mmとした。また、複数の反射プリズム15は、各反射プリズム15の頂角を40°、配列のピッチを50μmとして、各反射プリズム15のプリズム面15a、15bの光学部材の主面(例えば、出射面14a)に対する傾斜角度を調整することによって、焦点距離Fを15mmに設定した。また、光源12の配光分布は、点状光源である発光ダイオード(発光径が20mmのCOB型のLED)を想定してモデル化されており、光軸C2を含む横断面内における、光源12の光軸C2の基準軸C1からのずらしの距離は、15mmとした。
図2において、円周方向の座標は、光軸C2方向(前方)を0°とする指向角〔°〕であり、負の角度が、図1における光軸C2方向に対する右方への傾き角、正の角度が、図1における光軸C2方向に対する左方への傾き角に相当する。また、半径方向の座標は、光度〔cd〕を示している。また、図2には、照明装置10の照明光の光軸C2を含む横断面内における配光曲線が実線で示され、光軸C2を含む縦断面内における配光曲線が破線で示されている。
図2に実線で示された配光曲線から、照明装置10では、照明光の光軸C2を含む横断面内において、光軸C2に対して非対称な配光分布が実現されることが分かる。この配光曲線において、主光に相当する配光分布Cの分布中心の指向角は約−15°であり、副光に相当する配光分布Dの分布中心の指向角は、約35°である。また、主光に相当する配光分布C中のピーク光度に対する副光に相当する配光分布D中のピーク光度の比は、約25%である。
尚、図2に破線で示された配光曲線から、照明光の光軸C2を含む縦断面内における配光分布は、光軸C2に対してほぼ対称であることが分かる。
さらに、図示は省略するが、同様のモデルを用いて、光軸C2を含む横断面内における光源12の光軸C2の基準軸C1からのずらしの距離を、それぞれ0mm、5mm、10mmに設定して、同様の解析を行った結果と併せて、主光の出射角及び副光の光量の主光の光量に対する比率の、光源12の光軸C2の基準軸C1からのずらしの距離に対する上述したような依存性も確認された。
このような配光特性を備えた照明装置10は、例えば、トンネル内の片側の壁面に設置されて、トンネル内の両側の壁面を道路面とともに照明するトンネル灯として好適に適用されるものである。この場合、図2に実線で示す配光分布を有する平面(光軸C2を含む横断面)を、道路の幅方向に平行な鉛直面と一致させ、かつ、照明装置10の所定の設置位置及び設置角度等に応じて、照明装置10の配光特性を、副光Dに相当する照明光により照明装置10を設置した側の壁面の所定範囲を照明し、副光Dよりも明るい主光Cに相当する照明光により道路を挟んで反対側の壁面の所定範囲を照明するように調整することによって、道路面とともにトンネル内の両側の壁面を、所定の照明基準を満たすように照明することが可能となる。
また、照明装置10は、幅方向の両側の路肩の外側に歩道が設けられた道路に対して、道路の幅方向の片側の路肩に寄せて立設されて、道路の両側の歩道を道路面とともに照明する道路灯としても好適に適用することができる。この場合、図2に実線で示す配光分布を有する平面(光軸C2を含む横断面)を、道路の幅方向に平行な鉛直面と一致させ、かつ、照明装置10の所定の設置位置及び設置角度等に応じて、照明装置10の配光特性を、副光Dに相当する照明光により照明装置10を設置した側の歩道を照明し、副光Dよりも明るい主光Cに相当する照明光により道路を挟んで反対側の歩道を照明するように調整することによって、道路面とともに道路の両側の歩道を、所定の照明基準を満たすように照明することが可能となる。
次に、図3〜図9を参照して、本発明に係る照明装置の別の実施形態について説明する。但し、以下の各実施形態の説明では、先行して説明された実施形態と共通の特徴についての説明は適宜省略し、主として各実施形態に固有の特徴について説明する。
図3に示す本発明の第2の実施形態における照明装置20は、その基本的な構成は、図1に示す照明装置10と同様のものであるが、その光学部材24の光源12を向く主面24bの、基準面で分けられる両側の領域に設けられた複数のプリズム15、22のうち、基準面の近傍(図3にBで示す範囲)に配置される複数のプリズム22が、屈折プリズム22からなる点で、照明装置10と相違するものである。
そして、光学部材24において、基準面で分けられる両側の領域うち基準面の近傍Bの外側(図3に、Aで示す範囲)には、それぞれ、図1に示す照明装置10が備える反射プリズム15と同様の複数の反射プリズム15が設けられている。その際、基準面で分けられる両側の領域のうち光源12が配置される側(図3において、基準軸C1の右側)に設けられた屈折プリズム22と反射プリズム15との境界は、光源12の光軸C2上よりも基準軸C1寄りに位置している。
複数の反射プリズム15は、図1に示す照明装置10と同様に、そのレンズ作用に関して、基準軸C1上に焦点が位置するように構成されており、光源13は、その発光面13aがこの焦点上に位置するように仮想的に配置される。
また、複数の屈折プリズム22は、照明装置10で使用する光源12を、その光軸C2が基準軸C1と一致するように仮想的に配置したときに、このように配置された光源(図3に破線で示す光源13)からの光を屈折して光学部材24から出射させるものである。
具体的には、各屈折プリズム22は、光学部材24の主面(例えば、出射面24a)に対して傾斜させて配置される第1の面22aを備えており、複数のプリズム22は、それぞれの第1の面22aから入射する光を屈折させることにより、線状のフレネルレンズ(後方に凸のシリンドリカルレンズに相当)として機能するように構成される。また、各屈折プリズム22は、(図3に示す例では、基準軸C1の両側から第1の面22a同士が直接連結された屈折プリズム22を除いて)、光学部材24の主面に略直交し、隣接する屈折プリズム22の第1の面22aを連結する第2の面22bも備えている。
以上のように構成された照明装置20は、上述した照明装置10と同様の作用効果を奏するものである。その際、照明装置20では、光学部材24の、基準面の近傍Bの外側(図3に、Aで示す範囲)に複数の反射プリズム15が設けられていることにより、上述したような、光源12を比較的発光面積の広い点状光源から構成した場合に望ましい複数のプリズム22、15の構成が実現されている。
加えて、照明装置20は、照明装置10と比較して、次のような特有の作用効果を奏する。
まず、照明装置20では、光源12の光軸C2を含む横断面において、光源12から出射されて屈折プリズム22に入射する光は、図3に二点鎖線矢印L2で示す光線のように、光学部材24の出射面24aから、光軸C2方向に対して、光源12の光源13に対するずらし方向とは反対方向(図1において、左方向)に傾いて出射される。
すなわち、照明装置10において、光源12から出射されて、光軸C2と基準軸C1との間に配置される反射プリズム15の作用により主光R2となる光、及び、基準面で分けられる両側の領域のうちの光源12が配置されない側(図1において、基準軸C1の左側)に配置された反射プリズム15のうち、基準軸C1近傍に配置される反射プリズム15の作用により主光R1となる光の少なくとも一部が、照明装置20では、副光L2として出射されて全体の配光分布に寄与することになる。
したがって、照明装置20において、反射プリズム15の一部に代えて屈折プリズム22を配置することは、照明装置の設置環境の照明基準等に応じて、副光L1、L2の光量と主光R1〜R3との光量とのバランスを調整する手段として機能し、特に、照明装置20の構成は、副光L1、L2の光量の主光R1〜R3の光量に対する比率を増大させる上で、照明装置10よりも有利なものである。
さらに、照明装置20は、照明装置10と比較して、次のように、光の制御性及び出射効率の向上を図る上で有利なものである。すなわち、反射プリズム15は、一対の第1及び第2の面15a、15bの光学部材24の主面(例えば、出射面24a)に対する傾斜角度が比較的大きいため、例えば、その第2の面15bから反射プリズム15内に入射した後、第1の面15aを透過することにより外部に漏れる光が存在し、このような光が所謂迷光となって、照明装置20における光の制御性及び出射効率の向上を阻害する原因となることがある。
これに対して、光源12から出射されて複数の屈折プリズム22に入射する光の大部分は、反射プリズム15の第1及び第2の面15a、15bよりも、光学部材24の主面(例えば、出射面24a)に対する傾斜角度が小さい第1の面22aから、より確実に屈折プリズム22内に入射し、光学部材24の出射面24aから出射されるものであるため、複数のプリズムが全て反射プリズム15で構成された照明装置10と比較して、上述したような迷光の発生を抑制し、ひいては、光の出射効率を向上させるとともに、非対称な配光部分の制御性を向上させることができる。
図4は、照明装置20に相当するモデルについて、照明光の配光分布を解析(レイトレーシングによるシミュレーション)した結果を示す、図2と同様のグラフである。
解析に用いたモデルの条件は、複数の屈折プリズム22を、基準面の両側の±6mmの範囲に設定したことを除いて、図2に関連して上述した照明装置10に相当するモデルと同様のものである。
図4に実線で示された配光曲線から、照明装置20でも、照明光の光軸C2を含む横断面内において、光軸C2に対して非対称な配光分布が実現されることが分かる。
さらに、この配光曲線において、主光に相当する配光分布C中のピーク光度に対する副光に相当する配光分布D中のピーク光度の比は、約46%であり、基準面近傍に配置された複数の反射プリズム15に代えて、複数の屈折プリズム22を配置することにより、主光の光量に対する副光の光量の比率が増大することが分かる。
ここで、図3に示した例では、複数の屈折プリズム22は、基準面で分けられる両側の領域のそれぞれに、第1の面22aが基準軸C1とは反対側を向く複数の屈折プリズム22が配置されるとともに、一方の領域の複数の屈折プリズム22と他方の領域の複数の屈折プリズム22とが、基準面に対して対称に構成されている。但し、この場合でも、複数の屈折プリズム22の焦点は、複数の反射プリズム15の焦点と必ずしも一致していなくともよい。また、複数の屈折プリズム22を、基準面で分けられる両側の領域に設ける場合であっても、その構成は、基準面に対して対称的でなくともよい。例えば、全ての屈折プリズム22を、図3において基準面の右側に配置された屈折プリズム22と同様に、その第1の面22aが光源12の光軸C2側を向くように構成するものであってもよい。また、照明装置20において、複数の屈折プリズム22は、基準面で分けられる領域のいずれか一方側(例えば、光源12が配置される側)のみに設けられるものであってもよい。
図5に示す本発明の第3の実施形態における照明装置30は、その基本的な構成は、図1に示す照明装置10と同様のものであるが、光学部材14と光源12の発光面12aとの距離Gが、複数の反射プリズム15の焦点距離Fよりも小さく、光源12が、複数の反射プリズム15の焦点よりも光学部材14寄りに配置されている点で、照明装置10と相違するものである。
照明装置30は、上述した照明装置10と同様の作用効果を奏することに加えて、照明装置10と比較して、次のような特有の作用効果を奏するものである。
照明装置30では、光軸C2を含む横断面において、基準面で分けられる両側の領域のうちの光源12が配置されない側(図5において、基準軸C1の左側)に配置された反射プリズム15には、図5に二点鎖線矢印R1で示すように、光源12からの出射光は、図1に示す照明装置10と同様に、各反射プリズム15の第1の面15aから各反射プリズム15内に入射し、その少なくとも一部の光が第2の面15bで反射されて、光学部材14の出射面14aから出射される。
但し、照明装置30では、このような出射光R1の出射角度(光軸C2方向に対する傾き角)は、照明装置10において同位置に配置された反射プリズム15の作用により出射される出射光R1の出射角度よりも大きくなる(言い換えれば、光学部材14の出射面14aに平行な方向に近づく)。この出射角度は、複数のプリズム15の焦点距離Fの調整及び光学部材14と光源12の発光面12aとの距離の調整のいずれか一方または両方により、光学部材14と光源12の発光面12aとの距離Gを、複数のプリズム15の焦点距離Fに対して相対的に小さくするほど、大きくなるものである。
一方、光軸C2を含む横断面において、基準面で分けられる両側の領域のうちの光源12が配置された側(図5において、基準軸C1の右側)に配置された反射プリズム15のうち、光源12の光軸C2に対して基準軸C1の反対側であり、かつ光軸C2とは離れた位置に配置された反射プリズム15には、図5に二点鎖線矢印L3で示すように、光源12からの出射光は、図1に示す照明装置10(図1の二点鎖線矢印R3参照)と同様に、各反射プリズム15の第1の面15aから各反射プリズム15内に入射し、その少なくとも一部の光が第2の面15bで反射されるものの、その反射光が光学部材14の出射面14aから出射される際には、この出射光は、図1に示す照明装置10とは異なり、光軸C2方向に対して、光源12の光源13に対するずらし方向とは反対方向(図5において、左方向)に傾いて出射される。
照明装置30において、このような出射光L3の光量は、複数のプリズム15の焦点距離Fの調整及び光学部材14と光源12の発光面12aとの距離の調整のいずれか一方または両方により、光学部材14と光源12の発光面12aとの距離Gを、複数のプリズム15の焦点距離Fに対して相対的に小さくするほど増大する。
特に、照明装置30では、このように光学部材14と光源12の発光面12aとの距離Gを、複数のプリズム15の焦点距離Fに対して相対的に小さくすることによって、図5に二点鎖線矢印L1、L3で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向とは反対の方向(図5において、左方)に傾いて出射される光の光量を、図5の二点鎖線矢印R1、R4で模式的に示す光線のように、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向(図5において、右方)に傾いて出射される光の光量よりも大きくすることができ、この場合、出射光L1、L3が主光、出射光R1、R4が副光となる。
このように、照明装置30では、光学部材14と光源12の発光面12aとの、複数のプリズム15の焦点距離Fに対する相対的な距離Gを調整することにより、光源12からの出射光の配光分布を、より広い範囲で精密に調整することができる。また、一般に、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向とは反対の方向(図5において、左方)に傾いて出射される光L1、L3は、光軸C2方向に対する傾き角に比較的広い分布を有するため、照明装置30は、出射光L1、L3を主光とすることによって、照明装置の設置環境の照明基準等に応じて、主光L1、L3に関して比較的広い配光分布を得るために、有利なものである。
さらに、照明装置30では、光源12からの出射光のうち、光源12の光軸C2近傍に配置された反射プリズム15に対して、その第1の面15aの光学部材14の出射面14a寄りの部分から、反射プリズム15に入射した光は、図5に二点鎖線矢印R4で示すように、第2の面15bに入射してそこで反射されることなく、光学部材14の出射面14aから出射される結果、光軸C2方向に対して、光源12のずらし方向(図5において、右方向)に傾いて出射されることになる。
このような出射光R4は、光源12から光軸C2近傍に出射される光であることから、通常、光量が多く、全体の出射光分布に対して、光学部材14の出射面14aから、光軸C2方向に対して、基準軸C1に対して光軸C2をずらした方向(図5において、右方)に傾いて出射される光R1、R4の光量を増加させることに大きく寄与するものである。また、出射光R4には、その出射角度(光軸C2方向に対する傾き角)が大きくなる傾向がある。
これによって、主光L1、L3の平均的な出射方向と、副光R1、R4の平均的な出射方向との間の角度を広げるという態様での配光制御を容易に実施することが可能であるため、例えば、照明装置30をトンネル灯や道路灯に適用する場合、設置環境の照明基準等に応じて、トンネル灯や道路灯に適した配光分布を容易に得ることができる。
図6は、照明装置30に相当するモデルについて、照明光の配光分布を解析(レイトレーシングによるシミュレーション)した結果を示す、図2と同様のグラフである。
解析に用いたモデルの条件は、複数の反射プリズム15の焦点距離F(80mm)に対して、光源12の発光面12aと光学部材14との距離を15mmに設定したことを除いて、図2に関連して上述した照明装置10に相当するモデルと同様のものである。
図6に実線で示された配光曲線から、照明装置30でも、照明光の光軸C2を含む横断面内において、光軸C2に対して非対称な配光分布が実現されることが分かる。但し、図6に実線で示す配光曲線では、主光に相当する配光分布Cの分布中心は、正の指向角(図5における光軸C2方向に対する左方への傾き角)方向に生じ、その値は、約15°である。またこの配光曲線から、その主光の配光分布Cは、照明装置10に関連して図2に実線で示された配光曲線の主光の配光分布Cよりも、半値幅が顕著に広いことが分かる。
さらに、図6に実線で示す配光曲線において、副光に相当する配光分布Dの分布中心の指向角は、負の指向角(図5における光軸C2方向に対する右方への傾き角)方向に生じ、その値は、約−50°である。これから、この指向角の絶対値は、照明装置10に関連して図2に実線で示された配光曲線の副光の配光分布Dの分布中心の指向角(約35°)よりも大きいことが分かる。
図7は、本発明の第3の実施形態における照明装置の別の例の要部を示す側面図である。図7に示す照明装置40は、その基本的な構成は、図3に示す照明装置20と同様のものであるが、光学部材14と光源12の発光面12aとの距離Gが、複数の反射プリズム15の焦点距離Fよりも小さく、光源12が、複数の反射プリズム15の焦点よりも光学部材14寄りに配置されている点で、照明装置20と相違するものである。
以上のように構成された照明装置40では、図5に示す照明装置30と同様の作用効果を奏することに加えて、複数の屈折プリズム22を備えていることに関して、図3に示す照明装置20と同様の作用効果を奏するものである。
図8は、照明装置40に相当するモデルについて、照明光の配光分布を解析(レイトレーシングによるシミュレーション)した結果を示す、図2と同様のグラフである。
解析に用いたモデルの条件は、複数の屈折プリズム15の焦点距離F(80mm)に対して、光源12の発光面12aと光学部材14との距離を15mmに設定したことを除いて、図3に関連して上述した照明装置20に相当するモデルと同様のものである。なお、複数の屈折プリズム22は、その焦点距離を屈折プリズム15の焦点距離Fと必ずしも一致させる必要はなく、本実施形態では、複数の屈折プリズム22の焦点距離を、光源12の発光面12aと光学部材14との距離である15mmに設定している。
図8に実線で示される配光曲線から、照明装置40は、照明装置20に対して、照明装置30が照明装置10に対して備える上述した特徴と同様の特徴を備えることが分かる。
次に、図9を参照して、本発明の第4の実施形態における照明装置50について説明する。図9に示す照明装置50は、光源12と、光源12に対向して配置された光学部材54とを備えており、光学部材54の主面54bには、一方向(図9において、紙面に直交する方向)に延びる複数のプリズム55、22、56、57が、基準面(基準軸C1を含む仮想平面)で分けられる両側の領域に設けられている。図9において、この基準面は、基準軸C1を含んで紙面に直交する仮想平面であり、光学部材54の主面54bには、基準面に平行に延びる複数のプリズム55、22、56、57が、各プリズム55、22、56、57が延びる方向と直交する方向に配列されて、図9において基準軸C1の左側の領域と右側の領域に設けられている。
そして、照明装置50では、これらの複数のプリズム55、22、56、57は、基準面と平行な1以上(図示の例では、3つ)の仮想平面(図示は省略する)で複数(図示の例では、4つ)の小領域A1、B、A2、A3に分けられ、これらの複数の小領域A1、B、A2、A3各々に、1以上のプリズム55、22、56、57が配置されている。また、これらの小領域A1、B、A2、A3は、基準軸C1を含む小領域(図示の例では、小領域B)と、基準軸C1を含む小領域Bの外側に設けられる小領域A1、A2、A3を含んでおり、光源12は、その光軸C2が、基準軸C1の外側に設けられる小領域A1、A2、A3のうちの1つ(図示の例では、小領域Bの右方に隣接する小領域A2)に含まれるように配置されている。
尚、図9には、全ての小領域A1、B、A2、A3に、それぞれ複数のプリズム55、22、56、57が配置されるように図示されているが、照明装置50において、各小領域A1、B、A2、A3には、少なくとも1つのプリズム55、22、56、57が配置されていればよい。
照明装置50において、隣接する小領域A1、B、A2、A3に配置される1以上のプリズム55、22、56、57は、その焦点距離が互いに異なるように構成されている。
すなわち、図9に示す例では、少なくとも、小領域A1に含まれる複数のプリズム55の焦点距離と、小領域Bに含まれる複数のプリズム22の焦点距離は異なり、かつ、小領域Bに含まれる複数のプリズム22の焦点距離と、小領域A2に含まれる複数のプリズム56の焦点距離とは異なり、かつ、小領域A2に含まれる複数のプリズム56の焦点距離と、小領域A3に含まれる複数のプリズム57の焦点距離とは異なるものである。但し、例えば、小領域A1と小領域A3のように互いに隣接しない小領域A1、A3に含まれる複数のプリズム55、57の焦点距離は、同じであってもよい。
図9に示す例では、複数の小領域A1、B、A2、A3のうち、基準軸C1近傍の小領域Bに含まれる複数のプリズム22は、屈折プリズム22からなり、小領域Bの外側の小領域A1、A2、A3に含まれる複数のプリズム55、56、57は、それぞれ反射プリズム55、56、57からなる。
その際、基準面で分けられる両側の領域のうち光源12が配置される側(図9において、基準軸C1の右側)に含まれる複数の小領域A2、A3の各々に配置された1以上の反射プリズム56、57は、小領域A2、A3が基準軸C1から離れるほど、焦点距離が短くなるように構成されている。すなわち、図9に示す例では、小領域A3に配置された複数の反射プリズム57の焦点距離は、小領域A2に配置された複数の反射プリズム56の焦点距離よりも短い。
また、照明装置50において、光学部材54と光源12の発光面12aとの距離Hは、光学部材54による所望の配光制御に応じて、適切に設定されるものである。
以上のように構成された照明装置50によれば、上述した第1〜第3の実施形態における照明装置10、20、30、40と同様に、光軸C2を含む横断面において、光軸C2に対して、光量及び出射角ともに非対称な配光分布を実現するものである。
加えて、照明装置50では、小領域A1、B、A2、A3毎の焦点距離、及び、それらの焦点距離に相対的な光学部材54と光源12の発光面12aとの距離Hを調整することにより、照明光の配光分布をより精密に調整することが可能となる。
さらに、照明装置50では、基準面で分けられる両側の領域のうち光源12が配置される側(図9において、基準軸C1の右側)に含まれる複数の小領域A2、A3の各々に配置された1以上の反射プリズム56、57を、小領域A2、A3が基準軸C1から離れるほど、焦点距離が短くなるように構成したことによって、迷光となる光(例えば、第1の面57aから反射プリズム57に入射し、その第2の面57bで反射された後再び第1の面57aに入射して、第1の面57aを透過して外部に漏れる光)の発生を抑制して、出射効率の低下を軽減することが可能となる。
尚、図9に示す照明装置50において、光学部材54と光源12の発光面12aとの距離は、小領域A1、A2、A3に配置された複数の反射プリズム55、56、57のそれぞれに焦点距離よりも短くなるように構成されており、かつ、基準軸C1の近傍の小領域Bには、複数の屈折プリズム22が配置されるものであるため、この照明装置50は、基本的に、図7に示す照明装置40と同様の作用効果を奏するものであり、それに加えて、上述したような照明装置50に特有の作用効果を奏するものである。
また、図9に示す例では、基準面で分けられる両側の領域のうち光源12が配置されない側(図9において、基準軸C1の左側)には、1つの小領域A1が設けられ、また、基準軸C1近傍には、基準面で分けられる両側の領域にまたがって、1つの小領域Bが設けられるものとしたが、照明装置50は、これらの小領域A1、Bが、さらに複数の小領域に分割されるように構成されるものであってもよい。
ここで、図10は、図7に示す照明装置40に相当する実機を製作し、その照明光の配光分布を測定した結果を、照明装置40に相当するモデルについて、照明光の配光分布を解析した結果とともに示す、図2と同様のグラフである。図10において、実線で示す配光曲線aが実機による測定結果であり、破線で示す配光曲線bが、モデルについての解析結果である。これらの配光曲線a、bを比較すると、実機の配光分布とモデルについて解析した配光分布とは、良く一致しており、この結果からも、本発明に係る照明装置の有効性が確認された。
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明してきたが、本発明に係る照明装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明に係る照明装置は、図11に示す照明装置60のように、光学部材64に設けられる複数のプリズム16、23、64が、光学部材64の光源12を向く側の主面64bとは反対側の主面(出射面)64aに設けられるものであってもよい。尚、図11に示す照明装置60は、基準面近傍に複数の屈折プリズム23が設けられ、屈折プリズム23の外側に反射プリズム16が設けられる構成を備えている。
反射プリズム16は、基準軸C1を向く第1の面16aと、反射プリズム16に入射した光の少なくとも一部を反射する第2の面16bとの一対のプリズム面16a、16bを備えている。但し、この場合、光源12からの出射光は、各反射プリズム16に、光学部材14の光源12を向く主面64b側から入射し、第2の面16bで反射された後、第1の面16aを透過して、照明光として出射されるものである。
また、図11に示す例では、複数の屈折プリズム23は、全て、光軸C2とは反対側を向く第1の面23a(屈折面)を備えるものである。このように、複数の屈折プリズム23を、光学部材64の主面(例えば、主面64b)に対する傾斜方向が一方側に揃った屈折面23aを備えるように構成することにより、迷光の発生を効果的に抑制することができる。
さらに、本発明に係る照明装置は、その光学部材の両方の主面に複数のプリズムを設けるものであってもよい。また、本発明に係る照明装置は、光学部材の複数のプリズムが設けられていない側の主面、または、光学部材の主面の複数のプリズムが設けられていない領域に、例えばドーム形状に形成された複数の光散乱素子を備えるものであってもよい。
また、本発明に係る照明装置は、上述したトンネル灯や道路灯だけでなく、例えば、ベースライトなどの室内照明、あるいは、机上のスタンドなどにも好適に適用されるものである。
10,20,30,40,50,60:照明装置、12:光源、13:仮想的に配置された光源、14,24,54,64:光学部材、15,16,55,56,57:反射プリズム、22,23:屈折プリズム、C1:基準軸、C2:光軸

Claims (8)

  1. 光源と、前記光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材とを備えた照明装置であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源は、その光軸を前記基準軸に対して前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずらして配置され、
    前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、
    前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、
    前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする照明装置。
  2. 前記光源が、前記複数の反射プリズムの焦点よりも前記光学部材寄りに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面と平行な1以上の仮想平面で複数の小領域に分けられ、前記複数の小領域の各々に配置される1以上のプリズムは、隣接する前記小領域に配置される前記1以上のプリズムの焦点距離が互いに異なるように構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
  4. 前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に含まれる複数の前記小領域の各々に配置される1以上の前記反射プリズムは、前記小領域が前記基準軸から離れるほど焦点距離が短くなるように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。
  5. 前記複数のプリズムは、前記光学部材の前記光源を向く主面に設けられており、前記反射プリズムの各々は、前記基準軸を向く第1の面と、該第1の面から入射した光の少なくとも一部を、前記光学部材の前記複数のプリズムが設けられていない主面側に反射する第2の面と、を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の照明装置。
  6. 光源から前方に出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記光源に対して、前記光源の光軸が前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域側にずれるように配置され、
    前記基準軸を含む仮想平面の近傍に配置される複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を屈折させて前記光学部材から出射させる屈折プリズムからなり、
    前記複数のプリズムは、前記光軸を含みかつ前記複数のプリズムが延びる方向と直交する面内における配光分布が、前記光軸の方向を0°として正の出射角を有する側と負の出射角を有する側のいずれか一方にピーク光度を有する比較的光量の多い分布と、他方にピーク光度を有する比較的光量の少ない分布とを含むように構成され、
    前記基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域のうち前記光源が配置される側に設けられた前記屈折プリズムと前記反射プリズムとの境界は、前記光源の光軸上よりも前記基準軸寄りに位置している、ことを特徴とする光学部材。
  7. 光源から出射された光の配光を制御する光学部材であって、前記光学部材が有する二つの主面のうちの少なくともいずれか一方には、一方向に延びる複数のプリズムが、前記光学部材の基準軸を含む仮想平面で分けられる両側の領域に設けられ、前記複数のプリズムは、前記基準軸を含む仮想平面に光軸が含まれるように仮想的に配置された光源からの光を反射させて前記光学部材から出射させる反射プリズムを有しており、前記複数のプリズムが設けられる領域の前記複数のプリズムが延びる一方向に直交する方向の幅は、前記基準軸を含む仮想平面で分けられる一方の領域と他方の領域とで異なることを特徴とする光学部材。
  8. 求項7に記載の光学部材と、該光学部材の前記幅が広い方の領域に配置される光源とを備えた照明装置。
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