CN111406178B - 照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不必调节照明头的朝向便使照射区域比照明头的正下方向前方偏移的照明设备。照明头(4)具有光源(5)、反射板(6)、漫射板(7)。光源(5)以与反射板(6)对置的方式配置在由反射板(6)的曲面形状规定的内部空间内。从光源(5)射出的光的光轴(A)在照明头(4)朝向正下方的状态下朝向铅垂方向。反射板(6)具有相对于该光轴(A)不对称的曲面形状，以在照明头(4)朝向正下方的状态下在照射面上形成的照射区域相对于照明头(4)的正下方朝着特定的方向偏移的方式，将出射光被反射而成的反射光朝向特定的方向引导。漫射板(7)安装于反射板(6)的开口部，以照射区域的光强度变得均匀的方式使反射光漫射。

Description

照明设备
技术领域
本发明涉及一种具备照明头的照明设备，尤其涉及一种从光源射出的光的反射结构。
背景技术
现在已知有一种具备照明头的照明设备。例如，专利文献1公开了一种具有LED安装基板、外壳、LED基板支撑板的照明器具。在LED安装基板上安装有、发出短波长光的LED元件。外壳具有反射面，在该反射面的凹部设置有利用LED元件的短波长光发出转换光的波长转换部。LED基板支撑板以使内侧面朝着凹部底面的方式设置于外壳的开口缘部内侧。在LED基板支撑板上，以使LED元件的发光面朝着反射面的凹部底面的方式安装有LED安装基板。此外，还记载有避免使LED元件的光源被直接看到。
专利文献2公开了一种具备多个LED的灯具，该多个LED利用LED载具保持间隔地在灯具的长度方向纵向配置。各个LED朝着光线的中心方向周边的特定的立体角区域发光。立体角区域朝着用于实现灯具的间接发光的灯具反射板。选择LED的数量及/或LED的间隔，以使得在以距离灯具的底面为彼此最为远离的LED间的距离的至少0.2～2.5倍的照明表面距离被光反射板反射后，所有LED的立体角区域至少部分重叠。
专利文献3公开了一种能够高效地将来自光源的光用作照明的照明装置。该照明装置具备环状光源和反射部件。反射部件的反射面是凹曲面，该凹曲面通过使构成具有2个焦点的椭圆的一部分的曲线以中心轴为中心旋转一周而形成于空间内。各LED与反射面的位置关系规定为：环状光源的包含各LED的光轴的有效配光角内的所有光均到达反射面，将从环状光源的各LED发出并被反射面反射了的光朝着照射面照射。
现有技术文献
专利文献：
专利文献1：日本专利特开2007-300138号公报
专利文献2：日本专利特表2015-511017号公报
专利文献3：日本专利特开2017-133984号公报
发明内容
发明要解决的问题
若是现有的照明设备，在照明头朝向正下方的状态下，因光的照射而在照射面上形成的照射区域位于照明头的正下方。但是，根据使用者的使用状况不同，很多时候照射区域不是位于照明头的正下方，而是位于比正下方靠前方(近前)，会更加便于使用。此类情况例如可以设想阅读放置在照射区域内的书等的使用者被照明头遮挡视线等情形。这种情况下，虽然只要将照明头的朝向调节为斜前方就能解决，但是这会导致本来为大致圆形的照射区域变形为椭圆形，其缘部流溢，边界变得模糊，在最坏的情形下还可能出现使用者近乎直视光源的情况。
本发明即鉴于上述情形而完成，其目的在于，不必调节照明头的朝向，即形成比照明头的正下方向前方偏移了的照射区域。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的第1方案提供一种具备设置台、照明头以及灯臂的照明设备。照明头在下表面相对于照射面平行的状态下，在照射面上形成相对于自己正下方向前方偏移了的照射区域。灯臂连接设置台和照明头。照明头具有第1副光源、第2副光源、第1反射板以及第2反射板。第2副光源比第1副光源向后方偏移配置。第1反射板具有相对于从第1副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第1照射区域相对于照明头的正下方向前方偏移的方式，将从第1副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导。第2反射板比第1反射板向后方偏移配置，具有相对于从第2副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第2照射区域相对于照明头的正下方向前方偏移且与第1照射区域的至少一部分重合并比第1照射区域在前后方向上扩展的方式，将从第2副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导。
本发明的第2方案提供一种至少具备照明头的照明设备。照明头具有第1副光源、第2副光源、第1反射板以及第2反射板，在下表面相对于照射面平行的状态下，在照射面上形成相对于自己正下方向前方偏移了的照射区域。第2副光源比第1副光源向后方偏移配置。第1反射板具有相对于从第1副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第1照射区域相对于照明头的正下方向前方偏移的方式，将从第1副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导。第2反射板比第1反射板向后方偏移配置，具有相对于从第2副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第2照射区域相对于照明头的正下方向前方偏移且与第1照射区域的至少一部分重合并比第1照射区域在前后方向上扩展的方式，将从第2副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导。
在此，在第1方案或第2方案中，优选第1副光源中的光轴相对于铅垂方向的斜度大于第2副光源中的光轴相对于铅垂方向的斜度。此外也可以是在照明头中的前方中央处配置有一个第1副光源，在照明头中的后方左右处配置有两个第2副光源。此外也可以是还设置透镜漫射板，所述透镜漫射板设置于反射光的光轴上，将反射光向一定的角度漫射。在该情况下，优选第1照射区域及第2照射区域在透镜漫射板的漫射前至少一部分互相重合。此外优选第1反射板及第2反射板作为前方侧缘部的反射特性以随着趋向前方侧的缘部而反射光相对于铅垂方向所成的光线角度逐渐变小的方式进行反射。而且也可以是第1反射板及第2反射板具有使抛物线相对于从第1副光源及第2副光源射出的光的光轴倾斜而成的剖面形状，作为不对称的曲面形状。
发明的效果
根据本发明，对每个副光源设置反射板，由各反射板将反射光向特定的方向引导。通过如上所述组合多个光学系统，能够使在照射面上形成的照射区域相对于照明头的正下方偏移，并使照射区域的至少一部分重合。此外，通过使第2照射区域相对于照明头的正下方向前方偏移且与第1照射区域的至少一部分重合并比第1照射区域在前后方向上扩展，能够在使这些照射区域重合时形成更接近于圆形的光。
附图说明
图1是照明设备的主视图。
图2是照明设备的侧视图。
图3是第1实施方式的光学系统剖视图。
图4是反射结构的说明图。
图5是反射结构的说明图。
图6是反射结构的说明图。
图7是反射结构的说明图。
图8是由来自照明头的光形成的照射区域的说明图。
图9是示出照射区域的光强度分布的图。
图10是带有调节机构的光学系统剖视图。
图11是示出第2实施方式的光学系统配置的俯视图。
图12是左右的光学系统剖视图。
图13是中央的光学系统剖视图。
图14是示出漫射前每个光源的照射区域的光强度分布的图。
图15是示出漫射前合成光源的照射区域的光强度分布的图。
图16是示出漫射后照射区域的光强度分布的图。
图17是第3实施方式的光学系统的俯视图。
图18是第3实施方式的变形例的光学系统说明图。
图19是示出漫射前照射区域的光强度分布的图。
图20是示出漫射后照射区域的光强度分布的图。
附图标记说明
1 照明设备
2 设置台
3 灯臂
4 照明头
5、5a～5d 光源
6、6a～6e 反射板
7 透镜漫射板
8 旋转轴
具体实施方式
(第1实施方式)
图1是本实施方式的照明设备的主视图，图2是其侧视图。该照明设备1用作台灯，主体由设置台2、灯臂3、照明头4构成。设置台2具有呈大致圆柱状的形状，载置于桌子等的设置面上。灯臂3的一端安装于设置台2的上部，灯臂3向设置台2的上方延伸。在该灯臂3的另一端，照明头4安装于后方。照明头4的朝向能够自由调节。该图示出了照明头4略微朝向前方的状态，但照明头4相对于水平线H形成的角θ为0度的状态(θ＝0)是朝向正下方的状态。此外，在以下说明中，以照明设备1的前后方向为“X方向”，以其左右方向为“Y方向”，尤其在本实施方式中以与X方向上的灯臂3侧相反的方向为“前方”。
图3是内置于照明头4的光学系统剖视图。该光学系统具有：光源5、反射板6、透镜漫射板7。光源5由搭载了1个或多个作为发光体的LED的单个发光单元构成，以与反射板6对置的方式配置在由反射板6的曲面形状规定的内部空间内。本实施方式中，光源5以在照明头4朝向正下方的状态(θ＝0)下从其射出的光的光轴A朝向铅垂方向的方式配置。而且，如后所述，光源5也可是组合有多个发光单元而成的多个光源。
反射板6将从光源5沿光轴A的方向射出的出射光朝着下方反射。反射板6在左右方向(Y方向)上具有相对于从光源5射出的光的光轴A左右对称的曲面形状，在前后方向(X方向)上如图3所示具有相对于光轴A前后不对称的曲面形状。据此，被反射板6反射了的反射光不是被引导至照明头4的正下方，而是被引导至照明头4的正下方的前方。
而且，光源5的斜度及位置不限于图3所示，应根据包括台灯的高度等的实际产品规格进行适当确定。例如，若将光源5向前方倾斜，则能够将从照明头4射出的光更加向前方引导。反之，若将光源5向后方倾斜，则能将从照明头4射出的光更加向后方引导。此外，若将光源5靠近反射板6，则光的照射区域扩大。反之，若将光源5远离反射板6，则光的照射区域缩小。
以下，参照图4～图7，对本实施方式的反射结构进行详细的说明。本实施方式中，作为反射板6的一例，采用前后方向的剖面呈抛物线状的反射板。具体而言，采用下述的非球面式反射板，根据k的值不同，将底面(右边的第1项)分为：球面(k＝0)、椭圆面(-1＜k＜0)、抛物面(k＝-1)、双曲面(k＜-1)。本实施方式中，作为一例，采用的是：K＝-1，r＝30，h＝54.772。
Figure GDA0003765914800000061
首先，对图4所示的抛物线进行说明。当光从抛物线的焦点B朝着上方射出时，被反射板6反射了的反射光作为平行光朝着正下方射出。据此，会在照射面上形成大致圆形的照射区域(光区)。
然后，如图5所示，考虑将光源5从焦点B的位置靠近反射板6侧并使光轴A相对于反射板5的焦点轴C倾斜了规定的角度(例如30度)的情况。据此，反射光的出射方向也会倾斜，被引导至照明头4斜前方而非正下方。在照射面上形成的照射区域会大于图4所示的情况，而且会呈现新月状。此外，通过靠近光源5，反射光不再是平行光。
然后，如图6所示，以使光源5朝着正上方的方式纠正反射板6的倾斜，并用水平线H剖切反射板6的一部分即光源5的下方的部位。据此，如图7所示，在反射板6(照明头4)朝着正下方的状态下，来自照明头4(反射板6)的反射光被朝着斜前方引导。
而且，尽管优选反射板6的剖面形状是非球面形状(抛物线状)，但不限于此，只要能将反射光朝着斜前方引导，就可以采用任何形状。
透镜漫射板7设置于从反射板6射出了的反射光的光轴上，以照射区域S的光强度变得均匀的方式将反射光进行漫射。透镜漫射板7又称为LSD(Light Shaping Diffusers：光塑形漫射器)漫射板，在膜的表面形成细微的凹凸，利用凹凸结构的折射/衍射作用，使入射光向一定的角度漫射。
图8是从照明头4射出的光所形成的照射区域的说明图。在照明头4朝着正下方的状态下，来自反射板6的反射光朝着斜前方呈直线状射出。该反射光在透过透镜漫射板7时漫射，但基于其特性，保持朝向前方的直进性。据此，照射区域D(光区)以相对于照明头4的正下方向前方偏移了的方式形成。换言之，在X方向上，照射区域D的中心位于比照明头4的前端(前方的缘部)靠外侧。
图9是示出没有夹设透镜漫射板7的情况下的照射区域D的光强度分布的图。图9中，越是用浅色(白色)示出的区域，光强度越高，越是用深色(黑色)示出的区域，光强度越低。该图所示的光强度分布中，下部之所以稍微中断，是因为受到支撑光源5的台座的影响。通过夹设透镜漫射板7，照射区域D呈大致圆形且具有均匀的强度分布。
而且，作为前方侧的缘部中的反射板6的反射特性，优选如图7所示，以随着趋向前方侧的缘部而从反射板6射出的反射光的光线角度θ意即反射光的出射方向相对于铅垂方向所成的角度逐渐变小的方式进行反射。如上所述，上述非平行光通过将光源5从焦点B的位置向反射板6侧靠近、倾斜得以实现。据此，能够有效防止在照射面上形成的照射区域(聚光)向前方流溢而导致边界模糊的现象。
如上所述，根据本实施方式，通过利用反射板6将反射光朝着斜前方引导，能够使在照射面上形成的照射区域D比照明头4的正下方向前方偏移。据此，即使不调节照明头4的朝向，也能有效地避免发生阅读被放置于照明头4的正下方的书等的使用者被照明头4遮挡视线的现象。此外，由于可以保持照明头4朝向正下方的状态不变，因此不仅可以使照射区域D保持原本的大致圆形的鲜明的形状，还不易出现使用者直视光源5的情况。
此外，根据本实施方式，作为反射板6的前方侧缘部的反射特性，以随着靠近前方侧的缘部而反射光相对于铅垂方向所成的光线角度θ逐渐变小的方式进行反射。据此，能够有效避免发生在照射面上形成的照射区域D向前方流溢而导致边界模糊的现象。
而且，所谓照明头朝向正下方的状态，典型地如图8所示，是指照明头4的下表面(图3中的透镜漫射板7的表面)或构成光源5的平面相对于照射面平行的状态。但是，照明头4的下表面等虽是有效的判断因素，但并非一定局限于此。关于是否为照明头朝着正下方的状态，应根据实际产品中的整体形状、结构(包括光学结构)等的多样性，针对每个实际产品单独判断。此外，在利用电动马达等进行照明头的调节的系统(照明设备)中，多数情况下考虑初始设置为照明头朝着正下方的状态，因此也可认为处于该中性的初始设置状态下的照明头的朝向为正下方。若在未经使用者调节的初始设置状态下打开电源时，系统以在比照明头的正下方靠前方形成照射区域D的方式运转，则能够立即向使用者显示本发明的照明设备的便利性。
此外，本实施方式中，也可在照明头4设置能够对从光源5射出的光的光轴的斜度进行变更的机构。例如，如图10所示，构成为：在构成光源5的发光单元设置在照明设备1的Y方向上延伸的旋转轴8，以该旋转轴8为中心，光源5能够在规定的范围内自由转动。光源5的转动既可以通过以手动转动旋转轴8来实施，也可以通过电动马达等自动实施。据此，能够任意调节来自照明头4的出射光的范围和强度，能够进一步提高使用者的使用便利性。此外，只要设置能够变更发光单元(光源5)与抛物线的焦点B之间的距离的机构，则也能够调节焦距。此时，若事先使旋转轴8相对于发光单元偏心，则仅通过旋转轴8的旋转，即可同时进行光轴的斜度调节及焦距调节。而且，关于从光源5射出的光的光轴的斜度和光源5与焦点B之间的位置关系，也可不设置旋转轴8那样的用于驱动的机构，而是构成为固定于任意的斜度及位置关系。
(第2实施方式)
本实施方式中，对组合多个上述第1实施方式的光学系统(副光源)，在比照明头4的正下方靠前方形成照射区域D的例子进行说明。
图11是示出本实施方式的光学系统的配置的俯视图。照明头4的内部以3个反射板6a～6c在前后方向上交替偏移的方式配置。在反射板6a～6c分别配置有构成光源5的副光源5a～5c。图12是左右的光学系统剖视图，图13是中央的光学系统剖视图。若将左右的光学系统中光源5a、5c的光轴相对于铅垂方向的斜度设为θ1，将中央的光学系统中的光源5b的光轴相对于铅垂方向的倾度设为θ2，则θ2设定得大于θ1。除了上述内容外，均与第1实施方式相同，故此处省略详细说明。
图14是示出漫射前每个副光源5a～5c的漫射前照射区域D的光强度分布的图，图15是示出重合3个副光源5a～5c的漫射前合成光源的照射区域D的光强度分布的图，图16是示出该漫射后照射区域D的光强度分布的图。作为实验的一个例子，这些图示出了：照明头4的直径为200mm左右，台灯的高度为300mm，从与设置面平行的平面射出较广范围且呈现圆形的光时的分布。由左右的副光源形成的光的照射区域(图14中(a)及图14中(c))比由中央的光源形成的光的照射区域(图14中(b))在前后方向(图的左右方向)上扩展，据此重合了3份光时，形成更接近圆形的光(图15)，利用漫射板7使该接近圆形的合成光漫射(图16)，结果能够使照射区域D更加接近圆形，且保持照度。此外，来自3个光学系统的出射光被合成，在比照明头4的正下方靠前方形成照射区域D。
如上所述，根据本实施方式，通过组合多个光学系统，与第1实施方式相同，能够使在照射面上形成的照射区域D比照明头4的正下方向前方偏移。
(第3实施方式)
上述第1及第2实施方式中，对在比照明头的正下方靠前方形成照射区域D的例子进行了说明，本实施方式则对组合多个光学系统(副光源)在照明头4的正下方形成大型且美丽的大致圆形的照射区域D的例子进行说明。
图17是本实施方式的光学系统的俯视图。在照明头4的内部呈点对称意即在上下左右配置有4个反射板6a～6d，该4个反射板6a～6d通过将上述具有反射特性的反射板6进行切割而成。在反射板6a～6d分别倾斜配置有构成光源5的多个副光源5a～5d。但是副光源5a～5d相对于反射板6a～6d的相对斜度小于第1及第2实施方式，来自各个反射板6a～6d的反射光被设定为不从照明头4的正下方大幅分散。此外，如图18所示，也可将上述反射板6构成为单个环状的反射板6e。
图19是示出多个副光源5a～5d的照射区域D漫射前的光强度分布的图，图20是示出经过透镜漫射板7漫射后的光强度分布的图。经过透镜漫射板7的处理后，4个光区重合，作为照射区域D，其范围较大且呈大致圆形，光强度均匀。
根据本实施方式，通过组合多个光学系统，能够在照明头4的正下方形成范围较大且呈大致圆形、光强度均匀的照射区域D。
而且，上述第1及第2实施方式中，对以相对于照明头4的正下方朝着前方偏移的方式形成照射区域D的例子进行了说明，但偏移的方向不限于前方，本发明广泛地包括相对于照明头4的正下方朝着一个方向偏移的实施方式。此外，照明设备1不限于台式，还包括夹式和吊式等，也可仅由照明头4构成。

Claims (7)

1.一种照明设备，其特征在于，具备：
设置台；
照明头，其在下表面相对于照射面平行的状态下，在所述照射面上形成相对于自己正下方向前方偏移了的照射区域；以及
灯臂，其连接所述设置台和所述照明头，
所述照明头具有：
第1副光源；
第2副光源，其比所述第1副光源向后方偏移配置；
第1反射板，其具有相对于从所述第1副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在所述照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第1照射区域相对于所述照明头的正下方向前方偏移的方式，将从所述第1副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导；以及
第2反射板，其比所述第1反射板向后方偏移配置，具有相对于从所述第2副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在所述照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第2照射区域相对于所述照明头的正下方向前方偏移且与所述第1照射区域的至少一部分重合并比所述第1照射区域在前后方向上扩展的方式，将从所述第2副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，
所述第1副光源中的光轴相对于铅垂方向的斜度大于所述第2副光源中的光轴相对于铅垂方向的斜度。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，
在所述照明头中的前方中央处配置有一个所述第1副光源配置，
在所述照明头中的后方左右处配置有两个所述第2副光源。
4.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，
还具有透镜漫射板，所述透镜漫射板设置于所述反射光的光轴上，将所述反射光向一定的角度漫射，
所述第1照射区域及所述第2照射区域在所述透镜漫射板的漫射前至少一部分互相重合。
5.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，
所述第1反射板及所述第2反射板作为前方侧缘部的反射特性，以随着趋向前方侧的缘部而所述反射光相对于铅垂方向所成的光线角度逐渐变小的方式进行反射。
6.根据权利要求5所述的照明设备，其特征在于，
所述第1反射板及所述第2反射板具有使抛物线相对于从所述第1副光源及所述第2副光源射出的光的光轴倾斜而成的剖面形状，作为所述不对称的曲面形状。
7.一种照明设备，其特征在于，
至少具备照明头，所述照明头在下表面相对于照射面平行的状态下，在所述照射面上形成相对于自己正下方向前方偏移了的照射区域，
所述照明头具有：
第1副光源；
第2副光源，其比所述第1副光源向后方偏移配置；
第1反射板，其具有相对于从所述第1副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在所述照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第1照射区域相对于所述照明头的正下方向前方偏移的方式，将从所述第1副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导；以及
第2反射板，其比所述第1反射板向后方偏移配置，具有相对于从所述第2副光源射出的光的光轴不对称的曲面形状，以在所述照明头的下表面相对于照射面平行的状态下在照射面上形成的第2照射区域相对于所述照明头的正下方向前方偏移且与所述第1照射区域的至少一部分重合并比所述第1照射区域在前后方向上扩展的方式，将从所述第2副光源射出的光被反射而成的反射光朝着特定的方向引导。
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