MCSでは、お客様のニーズを実現するため特許に裏付けされた確かなLED照明技術を開発しています。以下に、LP-400シリーズ、LP-600シリーズ、LP-700シリーズ、ソラミール照明灯を支えているMCSのLED照明技術を紹介します。

 

目次

1.MCS照明への思い(社長)
2.新技術・新製品開発のトピックス
3.NEWS
4.MCS・LED照明を支える特許
5.MCSオリジナルLEDレンズの構造
 ソラミール、商用電源用外灯に対するQ&A
6.MCS LEDレンズを用いた照明装置の特徴
7.大規模駐車場の照明の実例
8.光害対策の照明
9.高速道路トンネル照明
10.植物成長用照明

1.MCS照明への思い(社長)

2.新技術・新製品の開発トピック

■2020年12月 特許第6810312号「生物成長に合わせた照明の可能な生物育成システム、照明装置及び育成方法」が登録されました。

 ご用命があれば申し付け下さい。

■LPWL-488MBを掲載しました。

■2020年1月 特許登録:第6634568号「作業関連曲面の照明に適した照明方法及び照明システム

■LPHシリーズを新発売しました。
■LPWL-488、LPWL-485を発売しました。

3.NEWS

2021年3月 New!太陽光発電型LED照明灯改修対応のお知らせ

太陽光発電型LED照明灯を設置してから、数年が経過し、点灯していない物が見受けられます。
蓄電池の寿命は、おおよそ鉛蓄電池で3~4年、リチウムイオン電池で7年~10年と言われています。設置したメーカーもすでに無く、撤去にも、費用がかかり、対応に困っているケースはいないでしょうか。灯具のみの交換、あるいは、蓄電池の交換、制御基板含め、中身全て交換など、特注対応を承っております。他メーカー品でも、現地調査をさせていただき、一番良い方法を提案をさせていただきます。対応に、お困りの方は、ぜひ、一度ご相談ください。

2020年12月 特許第6810312号「生物成長に合わせた照明の可能な生物育成システム、照明装置及び育成方法」登録

2020年12月  埼玉県吉川市 栄町 緑道ソラミールが設置されました。
2019年11月  埼玉県吉川市 永田公園 ソラミールが設置されました。
2020年6月   長野県佐久市リサーチパーク内に LED照明灯が設置されました。

2020年11月   LPWL-488MBのページを新設しました。 
2020年1月   特許登録:第6634568号「作業関連曲面の照明に適した照明方法及び照明システム。
2018年6月   LPH-488、LPH-489、LPH-485、LPH-486を更新しました。  
2018年3月   佐久市一本松公園にソラミールLED照明灯が設置されました。  
2017年9月   佐久市浅間公民館にソラミール及び商用電源LED照明灯が設置されました。  
2017年1月   ドローンにより創錬センターのLED照明灯による照明風景撮影。

2016年10月   小海線北中込駅広場にソラミールが設置されました。
2016年10月  ワイド・ビューライトLP-602(20W)の発売を開始しました。 

4.MCS・LED照明を支える特許

 MCS(マイクロコントロールシステムズ)(株)では、お客様の工作機械用照明器具、外灯照明器、植物用照明器などのニーズを実現するためMCS照明器具技術を開発し、商品化しました。MCSは、その中でMCSオリジナルのLEDレンズ、装置、照明法等の特許を出願し、特許を取得しています。それら特許に裏付けされた製品をご提供しています。
 

特許第5641544号  
「配光分散制御型LED照明デバイス、装置及び照明方法」

特許第5641547号
「配光分散制御型LED照明装置及び該装置を用いた照明方法」

特許第5879612号
「押圧により蓋体が固定される照明装置用筐体及び蓋体固定方法」

特許第6518893号
「配光分散制御型LED照明装置」

特許6283848号
「反射光による点検動作の開始が可能な照明装置及び点検動作開始方法」

特許6340537号
「通行体の通行・移動区域に適した照明システム、照明灯及び照明方法」

特許第6634568号
「作業関連曲面の照明に適した照明方法及び照明システム」

特許第6810312号
「生物成長に合わせた照明の可能な生物育成システム、照明装置及び育成方法」

5.MCSオリジナルLEDレンズの構造

 MCSのLEDレンズの構造を図1に示します。LEDレンズは、LED素子からの光線の配光角を制御する「配光角制御レンズ」と、そこから出て来る光線の均一性、照射形状を制御する「微小レンズ(マイクロレンズ)」から構成されています。

図1. MCS照明装置のレンズ構造

「配光角制御レンズ」は、光線の収束性を制御し、照明装置の使用環境に合わせて、広角、狭角の光線を得ることが出来ます。これにより、広く照明することや、遠くに照明することが出来ます。

「マイクロレンズ」は、光を分散させて光線の色ムラを抑制し、均一な光線にします。

  通常の球面レンズを用いれば円形の照射面となります。しかし、本レンズではマイクロレンズの配列、X、Y座標のピッチを変えることにより、図2のように正方形、長方形、楕円形に変えることが出来ます。その結果、光線を照射対象領域に合わせて最適な照射する形状を選択することが可能となりました。したがって、大規模な領域の照明でもエネルギーロスを抑制し、エコ、省エネに最適な照明が実現されます。

正方形照射形状
長方形照射形状
楕円照射形状

図2.マイクロレンズの配列、ピッチを変えた照射形状(光学シミュレーション)

6.MCS LEDレンズを用いた照明装置の特徴

【高照度・低消費電力】  
 MCSオリジナルLEDレンズ使用により高照度の照明をご提供します。その結果、消費電力も低く抑えることが出来ます。

【加工状態が見えやすい照明】  
 LED照明は、蛍光灯より高照度、低電力、長寿命が大きな利点です。しかしながら、LED光源は面光源の蛍光灯とは異なり点光源です。点光源の最も大きな欠点は、光源が加工面に写り込む現象があります。

 旋盤加工では、LED光源が加工円柱曲面に写り込んだ場合は、加工面にLED個数に対応した多重影が見えます。この多重影が見えれば加工のビビリ状態など表面の微妙な加工状態の把握が難しくなります。旋盤加工のプロの方からどうにかならないかとのご指摘がありました。

 そこで、その多重影を抑制するために検討し、多重影を抑制した機械加工照明技術を開発しました。以下がそれらの照明器であり、レンズを従来の1段ではなく、2段、3段にして且つレンズ配置をずらして明暗線を抑制しました。詳しくは、LPW-488のページにその効果が説明されていますのでご参照下さい。

LPW-488画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: LPW-488N.jpg
LPWL-488LPWL-488MB画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: s-LPWL488b11.jpg画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: s-LPWL488b1.jpg
LPW-489LPH-489画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: Kisen_LPW489GAIKAN2.jpg画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: LPH-489.jpg

 本照明器は、その新規性、効果を認められて特許登録されました。特許番号は第6634568号「作業関連曲面の照明に適した照明方法及び照明システム」です。


【長距離・高範囲・配光照明】
 MCS LEDレンズは、配光角制御レンズ、微小レンズを最適化することにより、長距離、広範囲の照明が可能となります。これにより、工作機械用の照明から、駐車場、トンネルの照明まで適用出来ます。特にレンズの光線の向きを変えることによってお客様のご希望の照度を出来るだけ実現する配光技術が特徴であります。これにより、照明設置条件、照明条件に最適な照明を実現します。

【防塵、防水、防油、防腐食】
 工作機械環境の防塵、防水、防油性を確保します(IP67、IP69K 準拠)。

 水溶性クーラントに対する耐食性を強化した機種を開発しました。切削油に対して、腐食しにくい、硫化しにくい特性を有しています(オプションとして、裏面防水シート用意)。

画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: s-LPWL488b1-1.jpg画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: image8512.jpg

     LPWL-488MB                 LPH-488   


画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: LPH-486.jpg
       LPH-486
画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: image93111.jpg画像に alt 属性が指定されていません。ファイル名: image9111.jpg
  LPH-489      LPH-486

必要なところに必要な照度(長距離・広範囲)

 MCSオリジナルLEDレンズは、「長距離・広範囲」照明が出来るので、Long Wide(LW)レンズと命名しています。LWレンズと光線の向き(配光)設計することにより、設置環境に合わせて、お客様のご希望に応えて、広範囲、長距離(およそ20~30m)の照明をご提供します。

 LW(Long Wide)レンズと配光技術を用いれば、「必要なところに必要な照度」が実現出来ます。LWレンズのレンズパラメーターを変えることにより、照射形状を制御出来ます。
 また、レンズの配光(光線の向き)を自由に変えることにより照射方向を変え、図3のように照射領域の位置を変えることが出来ます。その結果、お客様のご使用場所の希望に合わせて、照明設計が可能です。商用電源用の上記外灯用照明灯もご提供出来ます。

 外灯照明は、設置場所の条件で灯具用のポールを照明したい場所に設置出来ない場合があります。その場合は、配光技術を適用してポールが設置出来る場所から10~20m先の領域にも照明出来ます。そのようなご要求があればご遠慮なく照会下さい。

 

図3.照明領域の自由度

より遠く、より広い、照明分布

  LWレンズを用いれば、より遠く、より広く照明出来ます。当社で同じLED素子を用いてレンズ無の外灯用照明器と新外灯用照明器の照度分布(光学シミュレーション)を図4aに比較しました。従来のレンズ無照明に較べて、LWレンズを用いることによって、LEDからの光束をLWレンズにより、より遠く、より広く飛ばすことが出来ます。配光特性は設置条件を考慮して設計することが出来ます。

図4a.LWレンズ有と無の照度分布比較

新LWレンズ照明と従来照明の比較

所望照度以上をカバーする照度面積新LWレンズ
照度面積
SLW
LWレンズ無
照度面積
S0
照度面積比

SLW/S0
1ルックス以上の照度面積94m251m21.8
2ルックス以上の照度面積56m228m22.0

 1ル ックス以上の照度面積は、新LWレンズによれば94m2 となり、レンズ無に較べて 1.8倍の広さの照明が可能です。2ルックス以上の照度面積は、新LWレンズによれば56m2 となり、レンズ無に較べて2倍の広さの照明が可能です。新LWレンズを用いることにより、LED光源からの光を配光特性により遠方まで照射出来ます。

20Wクラスの照明分布(シミュレーション)

 図4bは、新LWレンズの配光を変えて、出来るだけ幅広く、且つ出来るだけ遠方に照明した場合の照明分布を示す。投入電力は20Wです。照度の等高線0.1ルックスにおいて、幅60m(左右30m)、奥行き22m以上の均一な照明が可能となります。

図4b.20Wクラスの照明分布(シミュレーション)

 図4bは、出来るだけ幅広く照度設計したものですが、設置場所の都合で照明分布の幅はそれほど必要無いが、なるべく遠方を照明したい場合があります。図4cは実際に前述の要求に沿って、新LWレンズの配光を変えて出来るだけ遠方に照明するように設計した照明分布例を示します。投入電力は20Wです。照度の等高線0.5ルックスで、奥行き20mを越しています。

図4c.遠方照明重視の照明分布(20Wクラス)

7.大規模駐車場の照明の実例

中央公民館(創錬センター)の駐車場の夜の照明風景 (長野県佐久市)を写真1に示します。
〇照明条件
・駐車場 : 6000 m2
・21 LED照明灯が駐車場に設置されています。21基のLED灯に投入された全電力は 680Wです。現在、使用している新LED素子を用いれば、約500Wで実現出来ます。 
〇照度測定結果
・最小照度   :全体駐車場において2 ルックス以上(市からの仕様値)
・全体の平均照度:9.8 lx.

佐久市 中央公民館(創錬センター)駐車場の照明風景(a)

佐久市 中央公民館(創錬センター)駐車場の照明風景(b)

写真1. 佐久市中央公民館の照明風景

 

  図5(a)は、写真1(a)で示した「中央公民館の駐車場」の照明を設計した時の光学シミュレーションを示します。図では、3ブロックの照度分布が示されています。それぞれのブロックの面積は、32m×16mです。 No1からNo8はLED外灯を示し、各ブロックの4隅に1基のLED照明灯が設置されています。各ブロックの照明に寄与するLED灯への投入電力は、1基当たり12Wで、4基合計では48Wです。 

  ブロック内の照度を出来るだけ均一に、且つ最低照度が2ルックス以上となるように、レンズ配光設計がなされています。計算値では、最低照度は2ルックス以上(実測値>2 ルックス確認)、実測値で平均照度は13ルックス(全面積の実測値9.8 lx)となりました。実測定値は設計値とほぼ同等でした。

  

図5(a). 写真1(a)で示した「中央公民館の駐車場」の照明を設計した時の光学シミュレーション(光線の配光ストリームが見られます)。

                              

図5(b)写真1の駐車場の全体配置図

 図5(b)は、写真1の駐車場に設置された照明灯の全体配置図を示します。1灯照明と2灯照明があります。図5(c)は図5(b)の照明灯による全体の照度分布を示した図である。それぞれの照明灯からの光線の指向性がわかります。このような均一な照度分布が得られるのは、配光制御と長距離・広角の照明が出来るLWレンズ系があるからです。設置者のご要求を踏まえて、設計致します。ご照会ください。

図5(c) 図5(b)の照明灯による全体の照度分布

8.光害対策の照明

  LW(Long Wide)レンズと光線方向を変えることが出来る配光技術を使用することにより、照明灯から出る光線が夜間に居住区において光害とならないように照明設計が可能となります。お客様のご希望に応えて、照明設計致します。

従来照明灯の光害例

  最近、環境に対する住人意識の高まりにより、照明による「光害」が問題化しています。夜間照明灯からの光がマンション(図6(a))や、個人住宅(図6(b))に入る場合があり問題になる場合があります。また、大型店舗駐車場(図6(c))の外灯からの光が、近隣の住宅に入り、苦情の問題も発生する場合もありました。

  この原因は、照明灯などの光源から照明すべき対象以外に光が漏れて照らすことが原因です。蛍光灯照明や授来のLED照明を用いた場合、 「漏れ光線」は360度、四方に照射され居間、寝室などに侵入します。

(a)
  (b)
(c)

                             図6. 光公害の例   

従来照明灯と新照明灯の比較

図7(a)は従来の照明灯(外灯)照明の例を示します。一般的に、照明形状は図のように円形の形状であり、照明灯直下近傍で照度が大きく、外灯と外灯の間の領域で暗い領域が出て来ます。

 図7(b)は外灯にLWレンズと配光技術を適用した例を示します。道路の通行面と同じように、レンズパラメータを調整して、照射形状を長方形としたものです。これにより道路幅に合わせて照射させます。無駄なく照明出来るため、低消費電力でも明るい照明が可能となります。

(a)
(b)

                        図7. 外灯の従来照明と新照明

LWレンズによる照明で光害対策

図8(a)は、LWレンズを用いた新外灯照明を示したものであります。道路に沿って、レンズ照射形状を長方形としたもので、LWレンズの光軸を調整して、光線が極力住宅の敷地に入らないようにすることも出来ます。図8(b)は、LWレンズを用いて、近隣へ光害を抑えた照明が可能となりました。したがって、外灯の接地条件に合わせて「光害」対策が可能であります。

(a)
(b)

      図8. LW(Long Wide)ライトに照明イメージ  

9.高速道路トンネル照明

 高速道路トンネルの照明灯は、高速運転の安全性から、LED照明灯において、高照度、照明均斉度(照明の均一性)が最も厳しい照明規格が設定されています。その中でも、高速道路トンネルは24時間、年間を通して、多くの車に利用されています。

 MCSは、照明規格の厳しい高速道路トンネル照明技術を開発し、首都高速道路(株)の「新技術」に応募しました。その結果、審査において「受け入れた新技術」として認定頂きました。

 以下に、それらの技術をご紹介します。

 MCS・LEDレンズ技術を高速道路のトンネル照明へ適用しました。高速道路照明基準を基に光学設計により検討しました。

 図9は、照度設計の条件であるLED照明灯具の代表的な設置条件を示します。一般的な2車線の高速道路トンネルで、車道幅員は9m、灯具高さは5mとしています。

 図9. 照明設計のための高速道路幅及び灯具位置

 高速道路トンネルの照明には、高速で移動する車の安全性を確保するため、駐車場の照明などより、厳しい照度基準が設定されています。時速80kmとした場合、アスファルト道路上の照明基準例は表2であります。

 表3に路面上の照度(輝度)の均一性を規定する総合輝度均斉度及び車軸輝度均斉度の基準を示します。総合輝度均斉度は、9mの幅員上の全ての領域において、最小部輝度(照度)/平均輝度(照度)で定義されます。車線軸輝度均斉度は、2車線のそれぞれの中間軸(車が走行する車軸線)上の最小部分輝度(照度)/最大部分輝度(照度)の比で定義されます。

表2.高速道路照度基準(80km/h)

                    設計速度
                  (km/h)
  路面平均輝度
(cd/m2
 照度換算値(ルックス)
照度基準   保守率0.7考慮照度
 80  4.5  81  96.4

表3.総合及び車両輝度均斉度基準

                                                                              

総合輝度均斉度 ≧0.4を満足すること
車軸輝度均斉度 ≧0.6を満足すること

 高速道路のトンネル内の照明方法には、以下の図10のように「向かい合わせ配列」、「千鳥配列」が一般的であります。

図10. 従来の照明灯具の配列
. 

 最近は高速道路のトンネルには、24時間、年間を通して使用されるLED照明装置が採用されています。

 LED素子は点光源であり、強い光線を放射するので、高速で運転する運転者の目に、直接入射しないように、図11(a)のような「プロビーム方式」が提案されています。プロビーム照明は、車の進行方向に向けて車の後方から光線を照射しています。これにより、車前方の視認性が良くなり、より安全な走行が確保されます。

 図11(b)は、照明設計したときの、灯具とその中に収納されるLEDレンズの関係を示します。LEDレンズは、複数個、灯具中に収納され、個々のレンズは、道路進行方向(2車線)に対して、路面照度が均一になるように個々のレンズ光軸が設定されます。灯具間隔は、表1、2の基準を満たす条件の下で、1灯具当たりの消費電力を80Wクラスとした場合、灯具間隔は25mとなりました。

図11(a).プロビーム方式照明
図11(b).プロビーム方式照明

図12は、MCSで開発したLEDレンズを用いて、図7のように各LEDレンズの配光角度を変え、総合的に同路面上の照度を出来るだけ均一に組み合わせた照度分布の例であります。

 灯具間隔25mで、2区間分の長さ50mの光学シミュレーションした照度分布を示しています。図のように極めて均一な照度分布が実現されています。1灯具のトータルのLEDへの投入電力は、約80Wであります。

図12.プロビーム方式による照明分布図例(灯具間隔:25m)

  図12に示した実際の数値データから、各基準の数値を計算した結果を表4に示します。この結果から、時速80kmの高速道路のトンネル内の照度平均値、総合輝度均斉度及び車軸輝度均斉度とも、80Wクラスで基準を大きく上回る数値が達成されています。

表4.光学照明設計の結果

  均照度(ルックス)   108    ≧96.4
  総合輝度均斉度   0.72 ( =90/125 ルックス)  ≧0.4 
   車軸輝度均斉度   0.73   ≧0.6

  図13は、高速道路のトンネル照明を想定した場合の標準的なモデル灯具筐体のイメージを示します。筐体はステンレス鋼板からなり、保護等級IP55以上を有します。照明カバーはJIS R3206に規定する透明強化ガラスを用いています。その他の仕様は、首都高速道路株式会社発行の電気通信機器設計資料(K4:道路照明設備編)の設計仕様に準じます。

図13.灯具筐体のモデル図
本プロビーム照明技術は、首都高速道路(株)の「新技術」に応募し、審査を受けた結果、「受け入れた新技術」として認定頂きました。

 本LED照明技術は、LEDレンズの配光を制御出来るため、いろいろな照明環境条件においても、柔軟に照明設計が可能であります。

10.植物成長用照明

 照明装置によって生物に光を照射し、当該生物を育成する生物育成用照明を紹介します。

 そのシステムを図14に示します。図14には個別照明パネル、LED照明素子の構造を示します。図は特許に用いたものです。本技術は特許だけでなく、実際にお客様のご要求に合わせて商品を出荷した実績があります。

 生物の育成単位毎に育成単位の成長する範囲が設定されています。図のように複数の生物成長範囲が生物成長基台上に配列されています。植物成長に適したLED波長を有するLED素子が、生物成長範囲の直上となる領域毎、領域内に配置されます。この配置はお客様の仕様で変えることが出来ます。

 植物は色々な種類、形状がありますので、配光角を制御して照射出来ます。光学デバイスは、図15に示すように光源及レンズの光学的関係を使用形態に合わせて変更可能となっています。

 生物の成長に必要な光の光量密度又は照度を確保します。また照射範囲の育成照射範囲は生物の成長(植物高さ、植物成長幅など)に合わせて変更可能な機構となっています。

 

図14. 植物用照明の全体構成
図15. 照明パネルの詳細構造