JP2002042520A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの光量を有効利用可能な発光装置を
提供する。また、所定の仮想面に映し出される光模様の
鮮明度を確保しつつ、装置を小型化し、装置構造に基づ
く光模様の推測を困難なものとする。 【解決手段】 光源１０の前方に、光源からの光を被投
光面４０に向けて反射する複数の反射面２１を備えた反
射体２０を配設する。各反射面２１は、自己が反射した
光の大部分を、光源１０よりも後方位置において各反射
面毎に設定された集光領域Ｄ内に集束させるような凹面
形状をなす。集光領域Ｄ内に集束された光は、そこを通
過後発散して被投光面４０に到達する。そして、被投光
面４０上には複数の反射面２１からの反射光が重なり合
った光模様が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部に光を投射す
るための発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディスコ等のサービス業に従事す
る店舗では、意図的に暗くした店内をきらびやかに装飾
するための光を発する各種投光器等の発光装置が利用さ
れている。このような投光器の一種に、スクリーンや壁
面に対して所定の幾何学パターンを映し出す光模様投射
装置が存在する。

【０００３】この種の従来の光模様投射装置では、例え
ば中心に光源となる電球を配置するとともに、その中心
光源から所定距離Ｒ１だけ離れた位置に球面状の遮光曲
面を設け、その遮光曲面に所定の幾何学パターンのスリ
ットを形成している。つまり、従来の投射装置は、電球
を内包した半径Ｒ１の球体または半球状物体の表面にス
リットを形成したものとして提供されている。そして、
電球から発された光のうちスリットを通過したものだけ
が当該投射装置の外に放出され、光源から所定距離Ｒ２
（Ｒ１＜Ｒ２）離れた位置に設置された所定の仮想面と
しての被投光面をなすスクリーン等に前記スリットの幾
何学パターンに対応した光模様を映し出していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来構成の光模様投射装置には、次のような難点が存在す
る。

【０００５】（イ）光源としての電球から発される光の
うち実際に外部に放出されて被投光面上での光模様形成
に貢献するのは、スリットを通過したものだけである。
そして、スリットを通過できない光は、遮光曲面の内側
で無駄に反射されまたは吸収されて熱エネルギーに変換
されてしまい、本来の目的に有効利用されない。このた
め、光源からの光量のうちの一部しか有効利用されず、
エネルギー損失が大きい。

【０００６】（ロ）光には、スリットにより影のエッジ
を出すためには制限がある。つまり、前記光源からスリ
ットまでの距離Ｒ１に比してスリットから被投光面まで
の距離（Ｒ２−Ｒ１）が過度に大きくなると、被投光面
上に結像された光模様がぼけてしまう。このため、被投
光面上の光模様の幾何学パターンをある程度鮮明に保つ
ためには、光源からスリットまでの距離Ｒ１に対する光
源から被投光面までの距離Ｒ２の比率（Ｒ２／Ｒ１）を
所定の範囲内に保つ必要がある。従って、一定の上限が
存在する。距離Ｒ２は設置空間の環境条件そのものであ
るから、距離Ｒ２に適合させて距離Ｒ１（すなわち、光
模様投射装置の筐体半径）を設定するより仕方がない。
しかし、そうすると多くの場合、光模様投射装置の大径
化（＝大型化）が避けられない。

【０００７】（ハ）従来の光模様投射装置では、被投光
面に映し出される光模様と、遮光曲面に形成されたスリ
ットの幾何学パターンとが完全一致しているため、光源
を点灯する以前に、スリットの幾何学パターンから光模
様の形態を容易に理解できてしまう。このように、装置
と光模様との関係が極めて容易に予測可能であると、観
客にとっては意外性がなく面白みに欠ける。

【０００８】本発明の目的は、光源からの光量を極力有
効利用することができる発光装置を提供することにあ
る。さらに、仮想面に映し出される光模様の鮮明度を確
保しつつ小型化が可能な発光装置を提供することにあ
る。加えて、投射装置が被投光面に作り出す光模様を、
外部から観測可能な装置構造に基づいて予測することが
困難な発光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光を
投射する発光装置であって、主として光の投射方向と反
対側に光を放つように設置された光源と、前記光源の前
方に設置されるとともに前記光源からの光を投射方向に
向けて反射する複数の反射面を有する反射体とを備え、
前記複数の反射面の各々は、自己が反射した光の大部分
を、前記光源の位置またはそれよりも後方位置において
各反射面毎に設定された集光領域内に集束させるような
凹面形状をなし、各反射面によって反射されかつ対応す
る集光領域内に集束された光が当該集光領域の通過後発
散して、前記複数の反射面からの反射光が重なり合った
光を形成するようにしたことを特徴とする。

【００１０】この発光装置によれば、光源が発した光
は、光源前方の反射体に設けられた凹面形状の各反射面
によって反射される。各反射面による反射光は、対応す
る集光領域に一旦集められ、そこを通過後は発散する。
この各反射光は、その断面形状が、各反射面の正面形状
を反映したものとなる。ここで、集光領域に一旦集束さ
せるという光路設定のために、一つの反射面が作り出す
光の断面形状は、その反射面の正面形状を反転または倒
立させたものとなる（図３参照）。さらに、複数存在す
るそれぞれの反射面からの反射光が互いに重なり合うよ
うに発散される。このように、本装置には、光源が発す
る光を無駄に遮る内部構造が存在せず、光源が発した光
の大部分が、各反射面によって反射されて、外部に効率
よく放射される（すなわち、光の外部反射効率が高
い）。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の発光
装置において、前記集光領域を通過後、所定の仮想面上
に、前記複数の反射面からの反射光の重なり合った光に
よる光模様が形成されるようにしたことを特徴とする。

【００１２】この発光装置によれば、仮想面上に結像さ
れる光模様は、各反射面の反転形状を重ね合わせたもの
となる。ここで、本装置には、光源が発する光を無駄に
遮る内部構造が存在せず、光源が発した光の大部分が、
各反射面によって反射されて仮想面に到達し光模様の形
成に有効利用され、光模様の鮮明度確保に貢献する。

【００１３】また、複数の反射面からの反射光の重なり
合いによって仮想面上の光模様の形状が決定されるた
め、該装置を単に外部から目視観察しても、その内部構
造と光模様の形状との間の因果関係を推し量ることは、
通常極めて困難である。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２に記載の発光装置において、前記反射体の中心は前記
光源の中心軸線上に位置しており、前記複数の反射面
は、前記中心軸線を取り囲むように配置されるととも
に、該中心軸線から等角度間隔にて放射方向に延びる複
数の仮想分割線によって区画される互いに同形状の凹面
として提供されていることを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、複数の反射凹面のいず
れもが、同形状をなしかつ光源の中心軸線に対する位置
的対称性をもって配置される。このため、各反射凹面が
外部投射される光の各々に対して、断面形状の同一性及
び配置の対称性を付与することができる。ひいては、各
反射面からの反射光が重なり合ってできる光に対して
も、その断面形状に幾何学的な対称性や規則性を付与す
ることが可能となる。

【００１６】請求項４の発明は、請求項３に記載の発光
装置において、前記反射体は６面の反射面を有してお
り、前記６面の反射面は、前記中心軸線を取り囲むよう
に配置されるとともに、該中心軸線から等角度間隔にて
放射方向に延びる６つの仮想分割線によって区画される
互いに同形状の凹面として提供されていることを特徴と
する。

【００１７】請求項４は、後述する最良の実施形態及び
変更例の一部に開示した反射体の構造に本発明を限定す
るものである。その技術的意義は後ほど明らかとなる
が、その要点を説明すると、６つの反射凹面は、１２０
度の位相間隔で配置される３つの反射凹面で一つのグル
ープを構成し、各グループの３つの反射凹面が投射する
反射光がほぼ重なり合って一つの断面略三角形状の光が
作り出される。各３つの反射凹面からなる二つのグルー
プ間には６０度の位相ズレがあるため、各グループが作
り出す断面略三角形状の光も６０度の位相ズレをもって
重なり合い、その結果、一つの断面六芒星形状の光が作
り出される（図４参照）。個々の反射凹面の形状や配列
に関する知見から、このような断面六芒星形状の光の出
現を予測することは極めて困難であろう。

【００１８】請求項５の発明は、請求項３または請求項
４に記載の発光装置において、前記複数の反射面に対応
する複数の集光領域の各々は、一つの集光点とみなし得
る程度の狭面積に設定され、かつこれらの集光領域は、
前記光源よりも同一距離だけ後方に位置するとともに前
記中心軸線から等距離の位置にてそれぞれ対応する反射
面と対向配置され、前記複数の反射面の各々は、前記光
源を一つの焦点とし、対応する集光領域をもう一つの焦
点とする楕円面に準じた凹面として提供されていること
を特徴とする。

【００１９】請求項５は、後述する最良の実施形態及び
変更例の一部に開示した集光領域の設定手法に本発明を
限定するものである。その技術的意義は後ほど明らかと
なるが、この構造を採用することの利点を一言で言え
ば、複数の反射面に対応させて複数の集光領域を現実に
設定することが容易になる。また、各反射面の凹面形状
を既知の光学技術を利用して設計することが容易にな
る。

【００２０】請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の
いずれか一項に記載の発光装置において、前記集光領域
が設定される位置には、当該集光領域を包含可能な光学
窓が形成された遮蔽板が配設されていることを特徴とす
る。

【００２１】このような遮蔽板の配設により、外部から
の光が装置内部に入射することが抑制され、そのような
外光が本装置から投射される光の視認性に対する攪乱要
因となることが回避される。また、光学窓付き遮蔽板の
存在により、各反射面からの光が光学窓を介して外部に
投射するのを妨害することなく、外から装置内部を覗く
ことをできなくすることができる。このため、観客はま
すます、当該発光装置が投射する光の形状を事前に予測
することができず、光の断面形状が映し出されたときの
意外性が増大する。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１〜請求項６の
いずれか一項に記載の発光装置において、前記光源は、
半導体発光素子を利用した光源であることを特徴とす
る。このため、半導体発光素子は点存在に近く、発光装
置を全体として小型化することが容易になる。

【００２３】請求項８の発明は、請求項１〜請求項７の
いずれか一項に記載の発光装置において、前記光源は、
それが発する光を特定方向に集める偏向レンズを備えて
いることを特徴とする。

【００２４】この構成によれば、光源の偏向レンズの集
光特性を種々変更することで、外部に投射される光にお
ける輝度分布を調節することが可能となる（図６及び図
７参照）。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の最良の実施形態を
図１〜図５を参照して説明する。図１及び図２に示すよ
うに、本実施形態の発光装置をなす光模様投射装置は、
光源１０と、その光源の中心軸線方向前方側（図２では
下側）に設けられた反射体としての基台２０と、前記光
源の中心軸線方向後方側（図２では上側）に設けられた
遮蔽板３０とを備えている。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示
すように、基台２０及び遮蔽板３０はいずれも、ほぼ同
じ面積の平面六角形状をなす。基台２０と遮蔽板３０と
は互いに対応する６つの隅部に立設された６本の支柱２
４によって連結され、両者は該装置の軸線（光源１０の
中心軸線Ｚに一致する）の方向に所定間隔を隔てて配置
されている。光源１０は、遮蔽板３０の中心部から軸線
方向に延びる支持棒３１により基台２０と遮蔽板３０の
中間に保持されている。

【００２６】図１（Ｂ）及び図２に示すように、基台２
０の上面側（光源と対向する側）には、複数の反射凹面
２１Ａ〜２１Ｆ（本例では６つ）が形成されている。６
つの反射凹面は中心軸線Ｚを取り囲むように配置され、
かつその中心軸線Ｚから等角度間隔（本例では６０度間
隔）で放射状に延びる６つのエッジ線２２（仮想分割線
に相当する）により区画されている。

【００２７】すなわち、６つの反射凹面２１Ａ〜２１Ｆ
の全てが同一形状をなすとともに、各々が光源１０側か
ら見て平面略扇形状をなしている。これらの反射凹面
は、それぞれの扇の要が中心軸線Ｚに集められた形で互
いに隣接配置されるとともに、隣り合う二つの反射凹面
の側辺境界には前記エッジ線２２が位置している。かか
る反射凹面２１Ａ〜２１Ｆを基台２０に設けた結果、基
台２０の上面側には、前記６つの反射凹面が内壁面とな
る上に開口した一つのゼリーカップ状の凹部２３が構成
される。図２からわかるように、光源１０は、その前方
発光面が前記凹部２３内に進入する位置に配設されてい
る。

【００２８】本例では光源１０として発光ダイオード
（ＬＥＤ）が用いられている。具体的には図５に示すよ
うに、光源１０は、略円柱状の支持体１１と、その下面
（前方面）に固着された半導体発光素子１２と、その発
光素子を封止する半径Ｒの半球状透明樹脂１３とを備え
ている。半導体発光素子１２は、支持体１１内に設けら
れた給電線（破線で示す）を介して外部から電流が供給
される。

【００２９】透明樹脂１３は、発光素子１２の全露出面
を覆って外気との接触を遮断しつつ、該素子を支持体１
１の下面に保持する。本例では、完全な半球体の中心に
発光素子１２が位置し、発光素子１２から発される光線
はいずれも半球体表面に対し直角に入射するため、光線
が半球体表面から外に向かう際には屈折しない。このた
め、半球状の透明樹脂１３は偏向レンズとして機能せ
ず、発光素子１２が発する光は半球状の全方位に均等に
放射される。そして、支持体１１の下側に突出形成され
た半球状透明樹脂１３の全体が前記凹部２３内にすっぽ
りと収容されているため、発光素子１２から発射された
光はほぼ全て、前記６つの反射凹面２１Ａ〜２１Ｆに到
達し各凹面で反射されて向きを変える。

【００３０】各反射凹面は、金属表面を鏡面仕上げする
ことによりまたは物理的もしくは化学的蒸着によって金
属膜を形成することにより提供される金属光沢面である
が、個々の反射凹面の構成要素となる曲線または曲面に
は幾何学的計算に基づく特徴が付与されている。図３
は、一つの反射凹面２１に着目した場合の中心軸線Ｚか
らの一放射方向断面及び正面形状の概要を示す。

【００３１】図３によれば、反射凹面２１には、扇の要
位置に相当する頂点Ｐ１から扇の外周円弧を構成する外
縁点Ｐ２までの全範囲において任意の反射点Ｐｘが存在
する。そして、任意の反射点Ｐｘで反射された全ての光
線が、特定の集光領域Ｄ内に集束するように反射凹面２
１の凹面形状が設定されている。集光領域Ｄは、光源１
０よりも軸線方向後方であって中心軸線Ｚから放射方向
に所定距離の位置に設定されている。

【００３２】集光領域Ｄの面積は、それ自体で一つの集
光点と見なせるほどに小さい。そして、光源１０の中心
から任意の反射点Ｐｘまでの光路長をＬ１とし、その反
射点Ｐｘから集光領域Ｄまでの光路長をＬ２とした場
合、反射凹面２１上の全ての反射点Ｐｘにおいて常にＬ
１＋Ｌ２が一定値となるように反射凹面２１の形状が設
定されている。換言すれば、反射凹面２１の凹面形状
は、光源１０の中心を第１焦点とするとともに集光領域
Ｄを第２焦点とする楕円を前記中心軸線Ｚの周りで回転
させた場合に得られる回転楕円面に沿って設定されてい
る。

【００３３】つまり、本例では、６つの反射凹面２１Ａ
〜２１Ｆのそれぞれに対応する６つの集光領域（または
集光点）Ｄが光源１０よりも後方に設定され、しかも６
つの集光領域Ｄは、中心軸線Ｚの周りにおいて等角度間
隔（本例では６０度間隔）にて中心軸線Ｚから等距離の
位置に存在している。そして、各反射凹面２１は前述の
ような回転楕円面に準じた凹面形状をなし、光源１０か
ら受けた全ての光を自己に対応する集光領域Ｄに集束さ
せるべく反射する。なお、図３に示唆するように、集光
領域Ｄに集められた光はそこを通過した後発散して、当
該光模様投射装置から所定距離の位置に設置された所定
の仮想面をなす被投光面４０（例えばスクリーンや壁
面）上に到達する。

【００３４】図１（Ａ）及び図２に示すように、遮蔽板
３０には複数個の光学窓としての透孔３２（反射凹面数
に対応した数、すなわち６個）が貫通形成されている。
これらの透孔３２は前記６つの集光領域Ｄに対応して設
けられており、各透孔３２の内部空間内には、対応する
集光領域Ｄが完全に包含される。つまり、遮蔽板３０は
６つの集光領域Ｄの設定位置に配設されるとともに、集
光領域Ｄに集束された光の通過を妨げないように６つの
透孔３２が形成されている。各透孔３２の面積は、集光
領域Ｄの設定面積及び遮蔽板３０の板厚との関係で決ま
るが、遮蔽板３０が極めて薄くかつ集光領域Ｄが一つの
集光点とみなせるほど小さい場合には、透孔３２も限り
なく点存在に近づけることができる。

【００３５】この光模様投射装置の機能の本質に鑑みれ
ば、遮蔽板３０はその機能発揮のための必須コンポーネ
ントではない。但し、遮蔽板３０を設けることで、光源
１０以外からの光線（攪乱光）が基台２０の各反射凹面
に入射するのを抑制することができ、光模様形成に関与
する光線の制御が確実となる等の副次的効果がもたらさ
れる。

【００３６】次に、この光模様投射装置による光模様形
成の概要を説明する。図３に示すように、光源１０から
発された光は各反射凹面によって反射され、集光領域Ｄ
に集束された後発散して被投光面４０上に達する。一つ
の反射凹面２１にのみ着目した図３によれば、反射凹面
２１の扇形の頂点Ｐ１で反射された光線は、その後左下
がりの光路をたどり集光領域Ｄを通過後、被投光面４０
の下半部の点Ｐ１’に達する。他方、反射凹面２１の外
周円弧を構成する外縁点Ｐ２で反射された光線は、その
後左上がりの光路をたどり集光領域Ｄを通過後、被投光
面４０の上半部の点Ｐ２’に達する。

【００３７】その結果、被投光面４０上には、反射凹面
２１の正面扇形形状を上下反転させつつ拡大したような
略扇形形状の光模様が映し出される。この光模様は、対
応する反射凹面２１の正面形状とほぼ相似形をなす。ま
た、光模様の拡大倍率は、集光領域Ｄと被投光面４０と
の距離に応じて変化する。

【００３８】前述のように、本例の光模様投射装置には
６つの反射凹面２１Ａ〜２１Ｆが存在し、それぞれの反
射凹面２１Ａ〜２１Ｆによって各反射凹面２１Ａ〜２１
Ｆに対し反転・拡大した略扇形形状の光模様が提供され
る。そして、これら６つの略扇形光模様が重なり合っ
て、あたかも一つの幾何学模様が創出される。図４は、
個々の反射凹面２１Ａ〜２１Ｆが作り出す略扇形光模様
と、それらが組み合わさって一つの幾何学模様が合成さ
れる様子を概念的に示す。

【００３９】図４における最上段の三つの図形４１Ａ，
４１Ｃ及び４１Ｅは、それぞれ反射凹面２１Ａ，２１Ｃ
及び２１Ｅによって作り出される略扇形光模様である。
これら三つの略扇形光模様４１Ａ，４１Ｃ及び４１Ｅは
各図形の重心位置がほぼ一致するような位置関係を保ち
つつ被投光面４０上に映し出されること、三つの反射凹
面２１Ａ，２１Ｃ及び２１Ｅは中心軸線Ｚの周りに１２
０度の位相間隔で配置されていること、さらに各反射凹
面２１Ａ，２１Ｃ及び２１Ｅの頂点Ｐ１での角度が６０
度であることといった三つの要因により、略扇形光模様
４１Ａ，４１Ｃ及び４１Ｅの各々が有する三つの頂点
は、被投光面４０上のほぼ同一位置に集まる。その結
果、図形４２に示すような合成された光模様が出現す
る。

【００４０】すなわち、三つの略扇形光模様４１Ａ，４
１Ｃ及び４１Ｅの重なり合いによってほぼ正三角形状の
図形４２（図４では倒立正三角形）が浮かび上がる。こ
の正三角形の内部領域は、三つの反射凹面からの反射光
が重なり合うため、相対的に輝度の高い中輝度領域とな
る。逆に、その正三角形の各辺を弦とする三つの円弧状
領域（破線円弧で示す）は、前記中輝度領域よりも相対
的に輝度の低い低輝度領域となる。

【００４１】他方、図４における最下段の三つの図形４
１Ｂ，４１Ｄ及び４１Ｆは、それぞれ反射凹面２１Ｂ，
２１Ｄ及び２１Ｆによって作り出される略扇形光模様で
ある。これら三つの略扇形光模様４１Ｂ，４１Ｄ及び４
１Ｆは各図形の重心位置がほぼ一致するような位置関係
を保ちつつ被投光面４０上に映し出されること、三つの
反射凹面２１Ｂ，２１Ｄ及び２１Ｆは中心軸線Ｚの周り
に１２０度の位相間隔で配置されていること、さらに各
反射凹面２１Ｂ，２１Ｄ及び２１Ｆの頂点Ｐ１での角度
が６０度であることといった三つの要因により、略扇形
光模様４１Ｂ，４１Ｄ及び４１Ｆの各々が有する三つの
頂点は、被投光面４０上のほぼ同一位置に集まる。その
結果、図形４３に示すような合成された光模様が出現す
る。

【００４２】すなわち、三つの略扇形光模様４１Ｂ，４
１Ｄ及び４１Ｆの重なり合いによってほぼ正三角形状の
図形４３（図４では正立正三角形）が浮かび上がる。こ
の正三角形の内部領域は、三つの反射凹面からの反射光
が重なり合うため、相対的に輝度の高い中輝度領域とな
る。逆に、その正三角形の各辺を弦とする三つの円弧状
領域（破線円弧で示す）は、前記中輝度領域よりも相対
的に輝度の低い低輝度領域となる。

【００４３】加えて、本例では、六つの略扇形光模様４
１Ａ〜４１Ｆは各図形の重心位置がほぼ一致するような
位置関係を保ちつつ被投光面４０上に映し出され、しか
も、三つの反射凹面２１Ａ，２１Ｃ及び２１Ｅの一群と
残り三つの反射凹面２１Ｂ，２１Ｄ及び２１Ｆの一群と
は中心軸線Ｚの周りに６０度の位相間隔で配置されてい
る。このため、図形４２と図形４３とはほぼ重心位置を
同じくしかつ位相が互いに６０度ずれた位置関係にあ
る。これにより、両図形４２及び４３が重なることで、
図形４４に示すような六芒星形の光模様が出現する。

【００４４】ここで、図形４４には、中心の正六角形領
域と、その正六角形の各辺に隣接する６つの小三角形領
域とが存在する。各小三角形領域は、図形４２または４
３の正三角形内部領域と同じく中輝度領域である。他
方、図形４４の正六角形領域は、前記小三角形領域（中
輝度領域）よりも相対的に輝度の高い高輝度領域とな
る。仮に図形４２または４３における低輝度領域の輝度
を１とすれば、中輝度領域の輝度は３程度、高輝度領域
の輝度は６程度となり、図形４４においては、高輝度領
域及び中輝度領域との相対関係において低輝度領域の存
在を視覚的に認識することが難しくなる。このため、一
見して被投光面４０上には、図４に示す六芒星形の明確
な輪郭線を持つが如き図形４４が浮かび上がる。

【００４５】本実施形態によれば以下のような効果を得
ることができる。・ＬＥＤのように点光源とみなせるほ
ど小さな光源１０を用いているため、光模様投射装置を
全体として小型化することが容易となる。

【００４６】・光源１０から発された光のほぼ全てが６
つの反射凹面２１Ａ〜２１Ｆによって反射され、途中遮
られることなく被投光面４０上に到達する。つまり、光
模様投射装置の内部において遮光される光がほとんどな
く、光源１０からの光は必ず外部に放射される。換言す
れば、内部的な遮光によるエネルギー損失が極めて少な
く光の外部放射効率が高い。

【００４７】一般に、ＬＥＤのような半導体発光素子１
２を用いた光源の場合には、その光量の少なさが問題と
なることが多いが、本件装置によれば、外部放射効率が
高いためＬＥＤ光源の光量の少なさが問題視される場面
が減る。逆に言えば、本件装置は、発光量の少ない小型
光源の利用を可能とする点で極めて優れた光模様投射装
置と言える。

【００４８】・本実施形態では、６つの反射凹面２１Ａ
〜２１Ｆがそれぞれに描く個々の光模様４１Ａ〜４１Ｆ
を互いに重ね合わせて、一つの合成光模様４４を現出し
ている。この合成された光模様４４の幾何学パターン
は、各反射凹面の形状や配列から容易に推定できるもの
ではなく、また、そもそも本例に限って言えば、小さな
透孔３２しか持たない遮蔽板３０の存在によって各反射
凹面の形状や配列を外部から確かめることができない。
このため、この光模様投射装置によれば、観客が光源１
０の点灯時に被投光面４０に映し出される光模様４４の
パターンを事前に推定することは不可能である。そし
て、光源１０の点灯時に出現する光模様４４のパターン
は、観客にとって意外性があり極めておもしろいものと
なる。

【００４９】・前述のように個々の光模様４１Ａ〜４１
Ｆを重ね合わせて一つの合成光模様４４を現出している
ため、個々の光模様４１Ａ〜４１Ｆの一つ一つの輝度が
低い場合でも、合成光模様４４の輝度を十分に高めて鮮
明なものとすることができ、被投光面４０での幾何学パ
ターンのぼけを抑制することができる。なお、この事実
は、発光量の少ない小型光源を利用する際に有利に働
く。また、光模様投射装置の小型化を図りつつ、該投射
装置から被投光面４０までの距離の限界値（つまり光模
様４４をある程度鮮明に視認可能な距離の最大値）を従
来以上に拡大することが可能となる。

【００５０】・この光模様投射装置では、遮蔽板３０は
必須のコンポーネントではないが、遮蔽板３０を設ける
ことで、光源１０以外からの光線（攪乱光）が基台２０
の各反射凹面に入射するのを抑制して、光模様形成に関
与する光線の制御を確実なものとすることができる。ま
た、遮蔽板３０は外部からの光を遮るため、例えば該投
射装置を野外に設置したとしても、ＬＥＤ等を構成する
樹脂が一日中、野放図に日光等にさらされることがな
く、樹脂の劣化が遅れ、結果的に耐用時間が長くなる。
さらには、遮蔽板３０の表面に予め各種模様を印刷等し
ておくことで、遮蔽板３０を装飾用の化粧板として役立
たせることも可能である。

【００５１】（その他の実施形態）上記実施形態の各種
変更例を以下に示す。 （変更例１）上記実施形態では、光源１０としてのＬＥ
Ｄを構成する透明樹脂１３を半径Ｒの半球形状とした
が、その透明樹脂１３の形状を図６（Ａ）に示すよう
に、半径Ｒの半球（破線で示す）を外方向に引き延ばし
たような形状（つまりＬＥＤの中心軸線Ｚに長軸が一致
するような楕円断面を持つ立体形状）に変更してもよ
い。かかる形状を採用すれば、半導体発光素子１２から
発される光線が透明樹脂１３の湾曲表面を通過して外に
向かう際に、中心軸線Ｚ寄りの屈折を受ける。すなわ
ち、透明樹脂１３は、光源１０の周方向（図の水平方
向）よりも前方方向（図の垂直下向き）に光を集める偏
向レンズとして機能する。

【００５２】この場合、各反射凹面２１において、その
外周円弧を構成する外縁点Ｐ２よりも頂点Ｐ１に近い領
域の光量が相対的に増加し、六芒星形の光模様４４にあ
っては頂点Ｐ１’に近い三角形領域（図６（Ｂ）に梨地
模様で示す）の輝度が、上記実施形態（図１〜図５）の
場合よりも相対的に高まる。つまり、光源１０の透明樹
脂１３の形状を変更することにより、光模様４４での輝
度分布の調節が可能となる。

【００５３】（変更例２）上記変更例１とは逆に、光源
１０としてのＬＥＤを構成する透明樹脂１３の形状を図
７（Ａ）に示すように、半径Ｒの半球（破線で示す）を
内方向に押し潰したような形状（つまりＬＥＤの中心軸
線Ｚとの直交方向に長軸が一致するような楕円断面を持
つ立体形状）に変更してもよい。かかる形状を採用すれ
ば、半導体発光素子１２から発される光線が透明樹脂１
３の湾曲表面を通過して外に向かう際に、中心軸線Ｚか
ら遠ざかる方向への屈折を受ける。すなわち、透明樹脂
１３は、光源１０の前方方向（図の垂直下向き）よりも
周方向（図の水平方向）に光を集める偏向レンズとして
機能する。

【００５４】この場合、各反射凹面２１において、その
頂点Ｐ１よりも外縁点Ｐ２に近い領域の光量が相対的に
増加し、六芒星形の光模様４４にあっては頂点Ｐ２’に
近い六角形領域（図７（Ｂ）に梨地模様で示す）の輝度
が、上記実施形態（図１〜図５）の場合よりも相対的に
高まる。つまり、光源１０の透明樹脂１３の形状を変更
することにより、光模様４４での輝度分布の調節が可能
となる。

【００５５】（変更例３）上記実施形態並びに変更例１
及び２で用いた光源１０において、レンズ的役目を果た
す透明樹脂を設けずに半導体発光素子１２を裸状態にす
るとともに、その半導体発光素子からは主として紫外線
を発生させ、さらに被投光面４０上には蛍光塗料等の蛍
光物質を被覆しておいてもよい。この場合には、半導体
発光素子１２から発された紫外線は、そのエネルギー量
を落とすことなく反射凹面２１で反射された後に被投光
面４０上の蛍光物質に照射される。すると、制御された
反射光を受けた部分のみが蛍光を発し、所定の幾何学模
様が浮かび上がる。

【００５６】（変更例４）上記実施形態では、基台２０
に形成する反射凹面の数を６個としたが、図８（Ａ）に
示すように１２個の反射凹面２１を基台に付与してもよ
い。この場合、各反射凹面は中心軸線Ｚの周りに３０度
間隔で配置され、各反射凹面２１に対応して１２個の集
光領域Ｄ（破線円で示す）が設定されることになる。な
お、各反射凹面２１は上記実施形態と同じく回転楕円面
に準じた凹面として提供される。上記実施形態におい
て、６面の反射凹面に代えて図８（Ａ）のような１２面
の反射凹面２１を設置した場合、被投光面４０上には、
図８（Ｂ）に示すような光模様が映し出される。この光
模様には、１２個の反射凹面２１の頂点に対応して１２
個の芒（「のぎ」または「とげ」の意味）が表れる。図
８（Ａ）と図８（Ｂ）とを比較してわかるように、この
場合も反射凹面の形状や配置から光模様の幾何学パター
ンを推測することは非常に難しく、観客はその模様に意
外性を感じる。

【００５７】（変更例５）本発明における光源１０は、
ＬＥＤ等の半導体発光素子を利用したものに限定されな
い。その他の光源として、白熱電球、小型豆球タイプの
冷陰極管または熱陰極管を採用してもよい。但し、被投
光面４０上に映し出される光模様の形状が明確となり、
あるいはその輪郭等を潰さないためには、点存在に近い
光源を用いることが望ましい。その意味でＬＥＤは、工
業的に入手可能な光源部品の中でも最善の選択肢とな
る。

【００５８】（変更例６）上記実施形態では、基台２０
に設けられた６つの反射凹面２１のどれも同形状とし、
各反射凹面を中心軸線Ｚの周囲に等角度間隔にて配置し
た。つまり、中心軸線Ｚにとって全ての反射凹面が等価
な存在（これを軸対称形と呼ぶ）となるように構成し
た。本発明の趣旨を逸脱しない限り、複数の反射凹面は
互いに同形状である必要はなく、また、中心軸線Ｚの周
囲に等角度間隔にて配置可能な形状である必要もない。

【００５９】すなわち、例えば図９に示すように、頂点
の内角が３０度、６０度、９０度の略扇形反射凹面を二
つずつ準備し、合計６つの異形反射凹面を中心軸線Ｚの
周囲に配置してもよい。このような反射凹面群を介して
映し出される光模様は、単なる対称形ではない複雑な幾
何学形状を呈する。

【００６０】（変更例７）上記実施形態では、光源１０
と基台２０とを別体としていたが、両者を一体化するこ
とも可能である。例えば図１０に示すように、肉薄で長
尺なリードフレーム５１を水平方向に延設し、その中心
位置に半導体発光素子１２を固定する。発光素子１２へ
の給電は、リードフレーム５１に沿って設けられた給電
線を介して行う。このリードフレーム５１及び発光素子
１２を内部に封入する形で透明な樹脂材料５２（例えば
透明なエポキシ樹脂）をモールドし、全体として巨大な
透明レンズ体状に仕上げる。

【００６１】樹脂材料５２をモールドする際に使用する
金型（付形用の型）の内壁面を、上記実施形態における
複数の反射凹面２１の凹面形状に対応させておくこと
で、樹脂モールドの完了後には前記透明レンズ体の底部
に上記反射凹面２１の回転楕円面に対応する凸面５３を
複数形成することができる。そして、これらの凸面５３
に対し例えば物理的または化学的な蒸着処理により金属
（例えば銀）を付着させることで、凸面の表面に反射膜
５４を形成することができる。この反射膜５４の内側面
は、発光素子１２からの光を反射する反射凹面の役目を
果たす。図２に示す光源１０及び基台２０に代えて、図
１０に示すような反射膜付きの樹脂モールド品を用いて
も、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００６２】（変更例８）上記変更例７のように蒸着処
理による反射膜５４の形成工程を経ずとも、光源１０と
基台２０との一体化は可能である。例えば図１１に示す
ように、複数の反射凹面２１が形成された扁平ゼリーカ
ップ型の金属製反射体５５を予め準備しておく。そし
て、この反射体５５と、リードフレーム５１及び発光素
子１２を内部に封入する形で透明な樹脂材料５２（例え
ば透明なエポキシ樹脂）をモールドし、図１１に示すよ
うな樹脂モールド品を一挙に完成させてもよい。図２に
示す光源１０及び基台２０に代えて、図１１に示すよう
な樹脂モールド品を用いても、前記実施形態と同様の効
果を得ることができる。

【００６３】なお、変更例７及び８における透明な樹脂
材料５２は、透明なガラス材料で置換されてもよい。す
なわち、変更例７及び８で用いる材料５２は、電気絶縁
性を備えた光透過性材料であれば、どうようなものでも
よい。

【００６４】（変更例９）上記実施形態においては、遮
蔽板３０上に透孔３２を形成することで光学窓を構成し
たが、この透孔３２を光透過性材料で封止してもよい。 （変更例１０）上記実施形態及び各変更例においては、
反射凹面の凹面形状は滑らかに連続したものを想定して
いたが、反射した光を特定の集光領域Ｄに集束させるよ
うな面構成である限り、滑らかな凹面である必要はな
い。例えば、極めて多数の微小平面を個々の微小平面の
角度を微妙に変化させつつ配列することで、前記反射凹
面と光学的に等価な凹状多面体を構成してもよい。この
ような凹状多面体も、本件明細書でいう「反射凹面」の
範疇に含まれる。

【００６５】（変更例１１）上記実施形態及び各変更例
においては、光模様投射装置からの光を被投光面４０に
投射して、その光に基づく光模様を映し出すようにし
た。これに対して、光模様投射装置からの光を、例えば
微粒子（煙、微小浮遊物等）が浮遊する媒質（空気等の
気体、水等の液体等）中を通過させ、当該光の外形形状
を浮かび上がらせるようにしてもよい。また、上記実施
形態及び各変更例の光模様投射装置は、その光模様投射
装置を被投光面４０側から見るようにすることで、例え
ば信号等の光源として利用することもできる。

【００６６】次に、上記実施形態及び各変更例からさら
に把握される技術的思想の要点を列挙する。 （１）請求項１〜８に記載の発光装置において、前記光
源の発光面は、前記反射体に設けられた複数の反射凹面
によって構成される凹部（より具体的にはゼリーカップ
状の凹部）内に進入配置されていること。

【００６７】（２）請求項１〜８に記載の発光装置にお
いて、光源と反射体とが光透過性材料によって一体化さ
れていること。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように各請求項に記載の発
光装置によれば、光源からの光量を有効利用することが
できる。

【００６９】請求項２の発明によれば、仮想面に映し出
される光模様の鮮明度を確保しつつ装置の小型化を図る
ことができる。また、この発光装置が仮想面に作り出す
光模様を、当該装置を外部から観測して予測することが
困難となり、映し出される光模様の意外性を確保するこ
とができる。

【００７０】請求項３及び請求項４の発明によれば、請
求項１または請求項２の発明の効果に加えて、投射され
る光の断面形状に幾何学的な対称性や規則性が付与さ
れ、その光を可視化すると見るからに美しい幾何学模様
が形成される。

【００７１】請求項５の発明によれば、請求項３または
請求項４の発明の効果に加えて、本件装置の光学的設計
が容易になる。請求項６の発明によれば、請求項１〜請
求項５のいずれか一項の発明の効果に加えて、遮光板の
採用により、光投射時の外光による攪乱が回避される等
の副次的効果がもたらされる。

【００７２】請求項７の発明によれば、請求項１〜請求
項６のいずれか一項の発明の効果に加えて、装置の小型
化が容易になる。請求項８の発明によれば、請求項１〜
請求項７のいずれか一項の発明の効果に加えて、光源の
偏向レンズ特性を変えることで、外部に投射される光の
輝度分布調節が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光模様投射装置の一例を示し、（Ａ）は遮蔽
板の平面図、（Ｂ）は基台の平面図。

【図２】 図１の２−２線での断面図。

【図３】 一つの反射凹面による光模様形成の原理を示
す図。

【図４】 複数の反射凹面による星形光模様の合成原理
を示す図。

【図５】 光源の一例を示す正面図。

【図６】 光源の一変更例とそのときの光模様を示す
図。

【図７】 光源の一変更例とそのときの光模様を示す
図。

【図８】 反射凹面の変更例とそのときの光模様を示す
図。

【図９】 反射凹面の変更例を示す図。

【図１０】 光模様投射装置の一変更例を示す断面図。

【図１１】 光模様投射装置の一変更例を示す断面図。

【符号の説明】

１０…光源、１２…半導体発光素子、２０…基台（反射
体）、２１，２１Ａ〜２１Ｆ…反射凹面（反射面）、２
２…エッジ線（仮想分割線）、３０…遮蔽板、３２…透
孔（光学窓）、４０…被投光面（所定の仮想面）、４１
Ａ〜４１Ｆ，４２，４３，４４…光模様、５４…反射膜
（反射凹面）、５５…反射体、Ｄ…集光領域、Ｚ…中心
軸線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K060 AA03 AA04 AA06 BB01 BB02 BC04 CA08 CD01 CD02 CD04 CD08 EA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を投射する発光装置であって、 主として光の投射方向と反対側に光を放つように設置さ
   れた光源と、前記光源の前方に設置されるとともに前記
   光源からの光を投射方向に向けて反射する複数の反射面
   を有する反射体とを備え、 前記複数の反射面の各々は、自己が反射した光の大部分
   を、前記光源の位置またはそれよりも後方位置において
   各反射面毎に設定された集光領域内に集束させるような
   凹面形状をなし、 各反射面によって反射されかつ対応する集光領域内に集
   束された光が当該集光領域の通過後発散して、前記複数
   の反射面からの反射光が重なり合った光を形成するよう
   にしたことを特徴とする発光装置。
2. 【請求項２】 前記集光領域を通過後、所定の仮想面上
   に、前記複数の反射面からの反射光の重なり合った光に
   よる光模様が形成されるようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の発光装置。
3. 【請求項３】 前記反射体の中心は前記光源の中心軸線
   上に位置しており、 前記複数の反射面は、前記中心軸線を取り囲むように配
   置されるとともに、該中心軸線から等角度間隔にて放射
   方向に延びる複数の仮想分割線によって区画される互い
   に同形状の凹面として提供されていることを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 【請求項４】 前記反射体は６面の反射面を有してお
   り、 前記６面の反射面は、前記中心軸線を取り囲むように配
   置されるとともに、該中心軸線から等角度間隔にて放射
   方向に延びる６つの仮想分割線によって区画される互い
   に同形状の凹面として提供されていることを特徴とする
   請求項３に記載の発光装置。
5. 【請求項５】 前記複数の反射面に対応する複数の集光
   領域の各々は、一つの集光点とみなし得る程度の狭面積
   に設定され、かつこれらの集光領域は、前記光源よりも
   同一距離だけ後方に位置するとともに前記中心軸線から
   等距離の位置にてそれぞれ対応する反射面と対向配置さ
   れ、 前記複数の反射面の各々は、前記光源を一つの焦点と
   し、対応する集光領域をもう一つの焦点とする楕円面に
   準じた凹面として提供されていることを特徴とする請求
   項３または請求項４に記載の発光装置。
6. 【請求項６】 前記集光領域が設定される位置には、当
   該集光領域を包含可能な光学窓が形成された遮蔽板が配
   設されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のい
   ずれか一項に記載の発光装置。
7. 【請求項７】 前記光源は、半導体発光素子を利用した
   光源であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいず
   れか一項に記載の発光装置。
8. 【請求項８】 前記光源は、それが発する光を特定方向
   に集める偏向レンズを備えていることを特徴とする請求
   項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。