JP2005317397A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを用いて意匠性の高い照明器具を提供すること。
【解決手段】発光ダイオードを光源として、該光源の近傍に配置される投光カバーに、多角錐状等のプリズム効果をもたらす表面性状を有する凹凸部を、少なくとも片面に設けた透光部材を用いて、前記光源の光線を前記多角錐状の凹凸部で屈折させて多点光源化し、前記投光カバーの外部から光源を視認するとき、前記投光カバー表面に一種の図形を具現する。発光ダイオードの光源を点光源とした場合、投光カバー上に多数の点光源が配置されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本願発明は、発光ダイオードを光源に用いた照明器具に関する。

照明器具は夜間における環境の明るさを補うための機器として利用されており、光源としては白熱電灯、蛍光灯、水銀灯などが広く使用されている。更に明るさのみならず広告やディジタル機器のディスプレイなど人に情報を伝達するための光源として発光ダイオードが利用されるようになり、近年では発光ダイオードが照明用に広く利用されている。照明器具は屋外で使用される分野では明るさの効率の良い光源が要求されるが、屋内で使用される分野の照明器具は明るさの他に意匠性が求められる。従来は光源として白熱電灯や蛍光灯が用いられ、光源自体が広い表面積を有しており、光源を包む投光カバーに着色や意匠を施すことで照明器具に変化をもたせていたが、光源が広い表面積を有しているため投光カバー全体が明るくなり、投光カバー表面の起伏や凹凸による光線の屈折を利用して意匠性を高めた照明器具としてはシャンデリアなどが挙げられる。発光ダイオードはどちらかと云えば点光源であり、投光カバーの表面形状により光線が屈折し、光源を見る角度で種々の意匠性を醸し出すことに着目し本願発明に至ったものである。
特開２００３−２９７１０５号公報

発光ダイオードを用いて意匠性の高い照明器具を提供すること。

本願発明は、発光ダイオードを光源として、該光源の近傍に配置される投光カバーに、多角錐状等のプリズム効果をもたらす表面性状を有する凹凸部を、少なくとも片面に設けた透光部材を用いて、前記光源の光線を前記多角錐状の凹凸部で屈折させて多点光源化し、前記投光カバーの外部から光源を視認するとき、前記投光カバー表面に一種の図形を具現することを特徴としており、発光ダイオードのような光源から発せられた光線は略半球状の半径方向に直進するが、投光カバーを構成する透光部材表面で屈折した場合は、光線と透光部材の凹凸面の角度及び透光部材の屈折率に従って、透光部材の表面で屈折若しくは全反射する。これにより全反射した光線は投光カバー内で反射を繰り返しいずれかの方向に投光するが、屈折して投光カバーを構成する透光部材から放出された光線は直接的に人の眼に届くか対象物を部分的に照らすことになる。プリズム効果をもたらす部分が、例えば四角錐状等の多角錘体で底辺の長さが３乃至５ｍｍ程度であり、これらが密接して列状に配置された投光カバーでは、その表面から放出される光線は四角錐の１乃至２面に限られ他の面からは光線が放出されないから、光線は分割された光束となり、それぞれ異なる方向に放出される。従って人が光源を眺めた場合眼に入る光線は限られたものになり、これにより見る角度によって異なった図形を投光カバー表面に目視することになる。多角錐形状としては、三角錐、四角錘、五角錐、六角錘などが挙げられ、光源を点光源とした場合、多数個の多角錐の面で光線を屈折させることで多点光源化することを特徴とする。実施例では主に四角錘を例示して説明しているが、多角錐を構成する各面の位置を同じにして列設するとき、多角錐のいずれかの面で屈折して透過する光線は透過した面の面積に基づいた光束となり、投光カバーを目視する方向への平行光線のみが視認できるので、これらの光束が点光源としてみなされ結果としてこれらの点光源が一種の図形を具現することになる。多角錐を隈無く列設するためには三角錐、四角錘、六角錘が好ましい。なお透光部材は以下に述べる実施例では樹脂製を用いているが、樹脂製に限らずガラス素材を用いて同様の効果を利用する場合も本発明に含まれる。

請求項２の発明は、前記発光ダイオードを列状に配置して一群を構成するように配置したことを特徴としており、発光ダイオードを所定のピッチで直線状、曲線状或いはこれらを組み合わせた線上に複数個配置したものを一群として、この一群を並列若しくは交差する位置に配置する。これらの複数の発光ダイオードは透光部材からなる投光カバーの表面に対して異なった位置に配置されることになるから、放出される光線の方向は多方向になり、光束が重なる部分はひときわ明るくなり比較的くらい部分とが交錯して、光源を見る人が移動すれば複数種の図形を醸し出すことになる。

請求項３の発明は、前記発光ダイオードの一群を交差するように配置したことを特徴としており、投光カバーの中心部にダイオードの一群の交点を配置すれば投光カバーの全体に亘り比較的均等な図形が現れる。例えばダイオードの一群が直線状に配列され、同じ一群を直交するように配置すれば、投光カバーの４方向に同じ図形が現れる。

請求項４の発明は、前記発光ダイオードの一群の全部の発光ダイオードを点滅させるか、又は前記一群の発光ダイオードを一部及び／又は順次点滅させることを特徴としており、透光部材からなる投光カバーの表面に現される図形の変化と図形に動きを与えるものである。図形は光源を見る人のみが投光カバー上に視認できるものであり、それが移動することで、一段と意匠効果を高めることができる。

請求項５の発明は、前記発光ダイオードに加えて白熱灯及び／又は蛍光灯を配置し輝度を調整することを特徴としており、本発明の照明器具を使用する箇所により輝度が不足することを補う事と、白熱灯の輝度を自在に調節するか、蛍光灯を点滅させ雰囲気の癒し効果を高める。

請求項６の発明は、前記透光部材を前記光源の近傍に配置して、前記光源を多点光源化し、該多点光源から放出される光線がプリズム効果を有しない投光カバーに投影することを特徴としており、請求項１に記載の投光カバーがそれ自体に多角錐の凹凸部を形成するのに対して、発光ダイオードの発光する光を先ず透光部材を透過させることで屈折させ透過する光線と全反射する光線に分割して透過した光線を点光源として利用する。

本発明の照明器具は、ほのかな明かりの中に見る角度により変化する造形的な図形を演出し、自然に造形の美の中に引き込まれ「癒し」の照明効果を発揮する。発光ダイオードに発色の異なるものを適宜配置したり、これらを点滅させることで、図形の変化に加えて色調の変化を楽しむこともできる。長時間点灯しても消費電力は極めて少ない。

発光ダイオードのような光源を、プリズム効果を有する四角錐状の凹凸部を設けた透光部材を投光カバーに用いて点光源を多点光源化し、光源を見る角度により異なった図形を具現して照明器具の意匠性を高めた。

（実施例１）
図１は本発明の照明器具１の全体を示す斜視図であり一部を破断面にしている。２は四角錐を表面に形成した透光部材を用いた投光カバーであり、一例として透明なアクリル樹脂を用いている。四角錐の底辺は３ｍｍで中央部が高さ１ｍｍのピラミッド形状であり、肉厚は２ｍｍでプリズム効果を示す。３は光源であり発光ダイオードを用いている。本実施例では基板４の中央に１個を配置し、直交する方向に３個宛配置し合計１３個である。５は照明器具の取付部材である。発光ダイオード及び投光カバーの内部はシーリングされており防湿性を有する。また発光ダイオードは発光面が２×３ｍｍであり、高さ１．４ｍｍのものを使用した。

本発明の特徴は、光源３が透光部材からなる投光カバー上に造形的な模様を具現するところにある。その理由を次ぎに述べる。図２は、投光カバー２の１辺に対して基板４の中心線上の任意の一点から放射される光線がどのよな軌跡６を描くか屈折率を基にして作図した軌跡図である。投光カバー２を光源（発光ダイオード）の発光面に水平な断面で示している。投光カバーの一辺の長さは８０ｍｍで角筒であり、四角錐の頂点で断面を作成し、鋸歯状面としている。鋸歯状面の２個の斜面のうち片方の面は透過した光線はアクリル樹脂の屈折率（１．４９）に従い屈折して放射状に進行するが、他方の面は全反射して外方には透過せず投光カバーのいずれかの面から放出され投光カバー全体の明るさを現すことになる。上記軌跡６にハッチングで表示した部分は四角錘面の同じ部分を透過した光線域であり光束としている。

屈折して透過する光線はある程度の収束性を有し光束とみなすことができる。投光カバーを構成する透光部材２６の表面は四角錘状であるから、屈折して透過する光線の軌跡は更に複雑になる。そこで鋸歯状の面をＸ−Ｘ’方向とＹ−Ｙ’方向に置いてこれらを合成して光束の分散状況を検証した。図３（ｂ）図は、透光部材２６の四角錘の一部拡大図であり、基準線Ｏ−Ｏ’のＬ方向の位置を透過する光線はＡ面とＢ面を透過し、他の面は全反射する。またＲ方向の位置を透過する光線はＣ面とＤ面を透過する。同（ａ）図は基準線Ｏ−Ｏ’線上に光源３を配置し、透光部材を透過した光線が１００ｍｍ離れた位置に置いた疑似スクリーン７に投影する映像を斜視図で示している。この図は原点ＯとしてＹ−Ｘ面を考察したのであるが、Ｘ’方向に屈折した光束が現れている。この部分の光束は本発明が造形的な模様を示す照明器具であることの重要な原因となる部分である。図４に原点をＯとしてＹ−Ｙ’軸に対称な図形を示すＹ−Ｘ’面を含めて疑似スクリーン７上に投影される映像８を示している。先述した原点Ｏを超えて屈折した光束は重なり合って他の部分より２倍の明るさを有することなる。個々の映像を三角形状にしているのは、図３（ｂ）図に示した四角錘のＡ面とＢ面及びＣ面とＤ面を透過する光束を表したためである。

図４に示した映像８は疑似スクリーン上の映像であり、照明器具から少し離れた位置でこの照明器具を眺める人が、スクリーン上の映像と同じ映像を見ることはできない。何故ならば投光カバー表面の四角錘表面を透過した光束がそれぞれ離れていくような放射状の光束の集まりである為である。従って照明器具を見ながら移動する人は種々の造形的な模様を目認することとなる。

照明器具の投光カバーの一辺の正面から１ｍ以上離れた位置から目視できる光束はさほど多くはない。図５（ａ）図は、基準線Ｏ−Ｏ’上に配置された光源７個のそれぞれから放射される光束のうち同基準線とほぼ平行な光束群の軌跡６ａを示している。これ以外の角度で放射される光線は１ｍ以上離れた位置では投光カバーの一辺の幅より外側へ向かい正面からは見ることができない。また（ｂ）図では光束のうちの中心となる光線のみを示している。従って全体に明るい投光カバーの表面にひときわ明るい光線を直視できる範囲はあまり広くはない。（ａ）、（ｂ）図ともに図３に示した要領で云えばＸ−Ｘ’方向の光線について述べているものであるが、これら光線のＹ−Ｙ’方向についても同じ状況となり、Ｏ−Ｏ’軸に対称な図形を示す。

図６は、基準線Ｏ−Ｏ’に対して直交する方向に配置された光源３のそれぞれの光束の透過状況を示している。（ａ）図はＸ−Ｘ’方向の光束の分布を示し、（ｂ）図に光束の中心となる光線のみを示した。一定の幅の光線が並列することになるが中央部に光線の密度が幾分高くなる傾向にある。これらの光線のＹ−Ｙ’方向の光線の分布は一定の高さに光源の数と同じ数だけ現れることになる。

四角錘を表面に形成した透光部材からなる投光カバー２は、１個の光源を更に多数の点光源としてその表面に配置した効果を示す特徴がある。本発明の照明器具を種々の方向から眺めたときの極めて特徴的な模様を、図７（ａ）及び（ｂ）に斜視図で示す。ピラミッド状やＶ字型の模様が全体としては明るい投光カバー上にひときわ輝いて見ることができる。これらの模様は発光ダイオードの数により複数個の模様が現れる。

（実施例２）
上述した本願発明の照明器具を浴室に利用した例を図８に示す。（ａ）図は浴室１０のパース図である。浴槽１１に立設する壁面に発光ダイオードを光源とした照明器具１が取付けられており、天井には蛍光灯又は白熱灯を光源とする主照明ダウンライト１２が埋め込まれている。これらの光源の点滅及び輝度の調整はリモートコントローラ１３で行われる。（ｂ）図は電気系統の説明図であり、天井裏には調光装置ユニット１４が設置されており、照明器具１の発光ダイオード３の電源としてＤＣ１２Ｖに変換される他、主照明ダウンライト１２の輝度調整が行われる。双方の照明が点灯され、入浴中に主照明ダウンライトの輝度を下げていくと照明器具１の照明が顕著になり、種々の形状が投光カバー２に現れて幻想的な雰囲気を醸し出し、「癒し」の効果が提供される。また鏡１５にも反射して浴室内の照明を助長する。更に照明器具１の複数の発光ダイオード３を順次点滅させると、発光している発光ダイオードの位置が変化することで、投光カバー上の模様が種々に変化して異なった趣の照明が提供される。発光色の異なる発光ダイオードを組み合わせれば更に意匠効果は向上する。

（実施例３）
上記実施例では投光カバーの外側表面に四角錘の凹凸が有る場合を述べたが、投光カバーの内画面に四角錘の凹凸が形成されている場合を検証し、図９に発光ダイオード３から発する光の軌跡を示す。投光カバー２ａの一つの面に直交する方向に７個の発光ダイオードを１０ｍｍピッチで配列した一群は、実施例１と同じであるが、投光カバーの内面側に四角錘の凹凸があるので屈折する光線の経路が異なっている。投光カバーから一番遠い位置にある（ａ）図の場合は発光ダイオードの光線は比較的収束性が有るが、（ｃ）図及び（ｄ）図に示すように、発光ダイオードが投光カバーに近いものほど光線が分散される傾向にある。しかしながら発光ダイオード１個の光源が多数の点光源として投光カバーの表面に配列されることに変わりはなく、見る角度により模様が変化する面白さがある。表面が平滑面になるのでメンテナンスは楽になる利点を有する。

（実施例４）
投光カバーの形状が円筒形の場合を検証する。発光ダイオード３は実施例１と同様に直交する方向に１３個１０ｍｍピッチで配置し、円筒の直径は８０ｍｍとし、円筒表面に底辺が３ｍｍ、高さ１ｍｍの四角錘が連なった状態の投光カバー２ｂである。図１０及び図１１は、基準線Ｏ−Ｏ’上に７個配置された発光ダイオード３の光線が投光カバーを透過してどのような軌跡を描くのかを作図したものであり、投光カバーに近いものから順次（ａ）〜（ｇ）図に示す。投光カバー２ｂは発光ダイオード３の発光面の位置に水平な断面で示しており、基準線Ｏ側から投光カバーを目視する場合を示している。投光カバーに最も近い発光ダイオードから５個目の（ｅ）図までは、基準線Ｏ−Ｏ’にほぼ平行な光跡が認められるがそれより離れた位置の（ｆ）及び（ｇ）図では平行になる光跡が認められない。

図１１は、投光カバー２ｂの中心から基準線Ｏ−Ｏ’に直交する方向で水平に１０ｍｍピッチで配列された発光ダイオード３から放出される光跡を作図したものである。（ａ）図は中心から１０ｍｍ離れた位置の発光ダイオード３から放射された光線の投光カバー２ｂを透過する光線の光跡を示しており基準線にほぼ平行な光線が認められる。（ｃ）図に示されるように平行光線は発光ダイオードの位置より中心に近寄った箇所に現れる。また四角錘のうちの特定の２面から屈折した光線が基準線に沿った方向にでるが他の２面では全反射が起こり別の箇所から外へ放出されると同時に投光カバーを明るく照らすことになる。投光カバー上に具現される意匠性のある模様は実施例１と同様な傾向にあるが、平行光線が中央に寄ることから、目視する円筒状投光カバーの中央付近に三角形状若しくはローソクの炎状に現れ、黙視する位置を投光カバーの基準線Ｏ−Ｏ’に対して４５度回動した方向から目視した場合はＶ又はＸ字型の模様が現れる。

図１２は、図１０及び１１に示した光跡のうち基準線Ｏ−Ｏ’にほぼ平行な光線のみを描いたものである。基準線のＯ側から投光カバーを目視すると基準線に直交する方向の発光ダイオードの光線が付加されてより明るい光源になる。実施例１に示した角筒型の投光カバーの角部を曲面で仕上げた場合は円筒型の特徴が付加された照明器具を提供することができる。

（実施例５）
図１３は別の実施態様である照明器具１６を示す。（ａ）図は主照明に白熱灯１７を用いて発光ダイオード３と組み合わせた照明器具である。該照明器具の構成は、投光カバー１８を螺着固定する取付部材１９の底部１９ａに円弧状の基板２０が取着され、等間隔で発光ダイオード３が７個同心円周上に配置される。２１は基板の両端を固定する固定ネジである。底部１９ａには２箇所にボス２２が立設されネジ穴が設けられており、多角錐を片側面に連ねて列設した樹脂製の透光部材を固定する。また同底部中央にはソケット２３が立設され白熱灯又は蛍光灯が螺着される。取付部材１９の周縁部１９ｂは円筒状でありその内面側に投光カバー１８を螺着させるネジが設けられている。２４はパッキン材であり投光カバーがねじ込まれたとき水密にカバー内部を保つ。なお投光カバーの螺着部は図示していない。本実施例の投光カバーは顔料を含み乳白色であり光を散乱させる機能を有するものである。梨地加工を施したものも利用できる。２５はクッション材であり照明器具を建築部材に取り付けるときに緩みを防止する為のものである。白熱灯は照明として輝度が不足した場合に点灯し、電圧を制御して輝度を可変にして意匠的効果を発揮する。また蛍光灯を用いる場合は輝度調整ができないが輝度が不足した場合に点灯し、消灯した場合は発光ダイオードのみの光源となる。ボール型の蛍光灯が好適である。

図１３（ｂ）図は、同（ａ）図に示した照明器具１６に透光部材２６をボス２２にネジ２７を用いて固定した照明器具１６ａを示す。前記透光部材には実施例１と同じ構造の底辺が３ｍｍで中央部の高さが１ｍｍ、全厚が３ｍｍの四角錘を列設したアクリル樹脂製板を円盤状に打抜いて用いている。透光部材２６の裏面と発光ダイオード３の表面の間隔はボス２２の高さによるが、５〜２０ｍｍが好ましい。図１４（ａ）は透光部材２６の裏面から７ｍｍ離れた発光ダイオード３から放射された光線が透光部材で屈折する様子をアクリル樹脂の屈折率（１．４９）に基づいて作図したものである。Ｏ−Ｏ’は透光部材に垂直な基準線であり、ｗは透光部材の直径方向の幅を示す。四角錘の頂点から１００ｍｍ離れた位置に疑似スクリーンを置き、光線が進む軌跡を示す。前記幅ｗを透過した光線は幅ｗ’に広がるが実施例１に示すように透光部材の四角錘の１乃至２面から透過する光線が光束となり点光源化する。本例の場合は投光カバー１８の円筒面を照らすことが求められるので幅ｗ’が広い方が好都合である。同（ｂ）図は透光部材２６から１７ｍｍ離れた位置に発光ダイオード３が置かれた場合を示し透光部材の幅ｗの範囲を透過する光線は疑似スクリーン上に幅ｗ’の軌跡を描くが（ａ）の場合より狭い範囲となっている。光線の軌跡が太い実線で示された範囲が本例の投光域である。尤も透光部材がドーナッツ状の円盤であるため円周方向には幅ｗに限定されず更に広い範囲で光線が放射される。本例では透光カバー１８が顔料を含んだ乳白色であり、透明性が無く透光部材から投影される模様は鮮明にならずにぼやけた映像となる。

（実施例６）
図１５は本願発明に使用される多角錐の形状を平面図で示す。発光ダイオードのような光源を透光部材を透過させることで多点光源化して、点光源の連なり方が種々の模様を具現するので、多角錐を構成する各面のいずれかから透過する箇所が規則性を有していることが好ましい。同（ａ）図は三角錐の平面図であり、一例として斜面の一部にハッチングで示した箇所が光線透過面として点光源となる。（ｂ）図は四角錘であり上述した実施例で用いたものであり、（ｃ）図は更に応用例として六角錘を示したものである。

ほのかな明かりが求められる分野に利用され、庭園等、門灯、ブラケット、ダウンライト、浴室灯などに好適に利用される。

本願発明の照明器具の斜視図である。（実施例１） 任意の点に置かれた発光ダイオードから発せられる光線の屈折経路を示す説明図である。（実施例１） （ａ）図は発光ダイオードからの光線が光束となって模擬スクリーンに投影する様子を示す斜視説明図である。（実施例１） 模擬スクリーンの投影図である。（実施例１） （ａ）図は基準線Ｏ−Ｏ’に配列された各発光ダイオードの光線群の軌跡を示し、（ｂ）図はその中心となる光線一つ宛を示す軌跡図である。（実施例１） （ａ）図は基準線Ｏ−Ｏ’に直交する方向に配列された各発光ダイオードの光線群の軌跡を示し、（ｂ）図はその中心となる光線一つ宛を示す軌跡図である。（実施例１） （ａ）図は投光カバー上の模様の一例を示し、（ｂ）図は異なる模様の一例を示す。（実施例１） （ａ）図は本願発明の照明器具を用いた浴室の一例を示すパース図であり、（ｂ）図はその電気系統図である。（実施例２） （ａ）〜（ｄ）図は、投光カバーの内面側に四角錘の凹凸を形成した場合の発光ダイオードの光線の経路を示す軌跡図である。（実施例３） （ａ）〜（ｇ）図は円筒型の投光カバーを用いたときの発光ダイオードの光線の経路を示す光線軌跡図である。（実施例４） （ａ）〜（ｄ）図は円筒型の投光カバーを用いたときの発光ダイオードの光線の経路を示す光線軌跡図である。（実施例４） （ａ）及び（ｂ）図は基準線にほぼ平行な光線のみを示した光線軌跡図である。（実施例４） （ａ）図は別の実施態様を示す照明器具の斜視図であり、（ｂ）図は更に光線を屈折させる透光部材を設置した照明器具を示す。（実施例５） （ａ）図は投光板の近い位置に発光ダイオードを置いた場合の光線軌跡図であり、（ｂ）図はそれより遠い位置に発光ダイオードを置いた場合の軌跡図である。（実施例５） （ａ）図は三角錐、（ｂ）図は四角錘、（ｂ）図は六角錘を示す平面図である。（実施例６）

符号の説明

１ 照明器具
２ 投光カバー
３ 光源（発光ダイオード）
４ 基板
５ 取付部材
６ 光線の軌跡
７ 疑似スクリーン
８ 映像
10 浴室
11 浴槽
12 主光源ダウンライト
13 リモートコントローラ
14 調光装置ユニット
15 鏡
16 照明器具
17 白熱灯
26 透光部材

Claims (6)

1. 発光ダイオードを光源として、該光源の近傍に配置される投光カバーに、多角錐状等のプリズム効果をもたらす表面性状を有する凹凸部を、少なくとも片面に設けた透光部材を用いて、前記光源の光線を前記多角錐状の凹凸部で屈折させて多点光源化し、前記投光カバーの外部から光源を視認するとき、前記投光カバー表面に一種の図形を具現することを特徴とする照明器具。
2. 前記発光ダイオードを列状に配置して一群を構成するように配置した請求項１に記載の照明器具。
3. 前記発光ダイオードの一群を交差するように配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明器具。
4. 前記発光ダイオードの一群の全部の発光ダイオードを点滅させるか、又は前記一群の発光ダイオードを一部及び／又は順次点滅させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明器具。
5. 前記発光ダイオードに加えて白熱灯及び／又は蛍光灯を配置し輝度を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明器具。
6. 前記透光部材を前記光源の近傍に配置して、前記光源を多点光源化し、該多点光源から放出される光線がプリズム効果を有しない投光カバーに投影することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明器具。

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