JP2007518224A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、光線を発する少なくとも１つの光源（ＬＳ）と、その光線を投射面（ＰＰ）上に導光する手段とを含む照明装置に関するものである。導光手段は、投射面に対して垂直な軸（ＡＸ）に沿って延設された円柱部分（ＣＹＬ）と、その円柱部分の端部に延設された少なくとも１つの凸状表面（ＣＳＨ）とを呈するレンズにより形成されている。凸状表面は、光源から発せられた光線の一部を、投射面に向けて方向付けるように構成されている。本発明は、投射面自体の上には何ら導光手段を用いることなく、光線方向に対して準平行に、投射面に向けて光を投射することを可能とする。結果として、この解決策は比較的コンパクトなものとなる。

Description

本発明は、照明装置の分野およびその応用分野に関するものである。より詳細には、本発明は、光線を発する少なくとも１つの光源と、その光線を投射面上に導光する手段とを含む照明装置に関するものである。

上記のような照明装置は、欧州特許出願公開ＥＰ０２４２７３９号より知られている。光を導光する手段は、投射面上に付与されたストリップおよびバーにより構成されている。

上記の背景技術のような解決策は、ストリップとバーとの格子の存在のため、嵩張って扱いにくいという欠点を有する。かかる照明装置のサイズは、ディスプレイの所望のサイズより小さくは縮小することができない。その結果、そのような照明装置の応用分野は、主としてディスプレイの応用分野のみに限定されている。

そこで、本発明の１つまたは複数の実施形態が有する１つの利点は、冒頭の段落で述べたような照明装置の、多くの応用分野に適用可能な、コンパクトな形態の解決策を提案することである。

この目的のため、本発明は、上記の導光手段を、投射面に対して垂直な軸に沿って延設された円柱部分と、その円柱部分の端部に延設され、光源から発せられた光線の一部を上記の投射面に向けて方向付ける少なくとも１つの凸状表面とを呈するレンズにより形成することを提案する。

この解決策は、投射面自体の上には何ら導光手段を用いることなく、光線方向（すなわち光分布が最大値を呈する方向）に対して準平行に、投射面に向けて光を投射することを可能とする。結果として、この解決策は、光源およびレンズのみを必要とするものなので、極めてコンパクトである。このレンズは、先行技術文献において提案されている導光手段に対して、極めてコンパクトなものである。上記の円柱部分は、光線方向に対して準平行な平面内の幅の狭いストリップ内に、光線を方向付けることを可能とする。上記の凸状表面は、上記の投射面に向けて光線を方向付けることを可能とする。

上記のレンズの１つの実施形態によれば、上記の円柱部分は、軸に沿って引き伸ばされてその円柱部分を形成するような、円形基底面を有するものとされる。円柱部分はまた、同様の光学的効果を持つ任意の形状の基底面を有し得る（湾曲基底面、メニスカス基底面、フレネル基底面等）。このような特徴は、光線方向に対して準平行な、空間の第１の方向に光線を方向付けることを可能にする。

上記のレンズは、上記の円柱部分の両方の端部に２つの凸状表面が延設された形状とされてもよい。そのような凸状表面は、投射面に向けて光線を方向付けることを可能とする。また、この凸状表面は、放物面状であってもよい。

本発明の別の１つの実施形態によれば、この凸状表面は、円柱部分の上記の軸周りに回転対称な、半球面状の表面であってもよい。

本発明の１つの変更実施形態によれば、当該照明装置は、同一のレンズに対して複数の発光ダイオードを含むものとされる。この形態は、多色ビームを得ることを可能とする。

本発明の１つの応用例によれば、上記の投射面が、屈折によって光を透過させるような特別な透明材料のシートとされ、拡散により種々の異なる方向で光が視認可能とされてもよい。本発明のさらなる応用例によれば、そのような透明な投射面が、別の不透明な投射面に対して平行に追加されてもよい。

本発明の別の１つの応用例によれば、当該照明装置は、光源から見て、上記のレンズよりも後方に配された光学素子をさらに含むものとされる。その光学素子は、当該照明装置が投射面上に有意な像を投影するように、列ごとに描画された特徴を呈する。そのような光学素子は、ゴーボー（ｇｏｂｂｏ）と呼ばれることが多い。

本発明の上記およびその他の側面は、以下で説明する実施形態を参照することにより明らかとされる。以下では、図面を参照しながら、例を用いて本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明に従う１つの照明装置を表した模式図である。この照明装置は、光源ＬＳと、導光手段とを含んでいる。この光源は、たとえば発光ダイオードとされる。そのような光源は、極めてコンパクトであり、光の色およびパワーに関して広範な多様性が得られるという利点を呈する。上記の導光手段は、投射面ＰＰに垂直な円柱部分軸ＡＸに沿って延設された円柱部分ＣＹＬと、その円柱部分ＣＹＬの端部に延設されて、光源ＬＳから発せられた光線の一部を投射面ＰＰに向けて反射および屈折する、少なくとも１つの凸状表面ＣＳＨとを呈する、レンズＯＤにより構成されている。このレンズは、たとえばガラス、または任意の他の光学材料から形成されている。このレンズは、中実であってもよいし、たとえば液体により満たされた中空部分を有していてもよい。

図２は、図１に示した本発明の照明装置の、線Ａ−Ａに沿って切断した状態の斜視図である。この図は、平面ＸＹ内における、上記のレンズの作用を図解している。光源ＬＳから発せられた光線は、光線方向周囲に広がる。すなわち、全光線が、光源ＬＳの出射位置における光線方向と平行というわけではない。このことは、導光手段の利用が必要なことを示唆する。本発明によれば、導光手段は、各光線が、このレンズから出射された際、平面ＸＹ内において上記の光線方向に対してごく平行となるように、上記の光線方向周囲の各光線を方向付ける。こうして、本発明により提案されるレンズは、平面ＸＹ内の狭い角度範囲内における、光線の導光を可能とする。その結果、平面ＸＹにごく平行な任意の平面内において、１本の光条が得られる。

平面（Ｘ，Ｙ）内におけるレンズの円柱部分ＣＹＬの円形形状、および凸状表面の存在は、上記のように光線を方向付けることを可能とする。

図３は、本発明の１つの照明装置の、光源を中心とした平面ＸＺに沿った断面図であって、平面ＸＺ内におけるこの照明装置の作用を図解した図である。上記のレンズは、円柱部分の端部に延設されて、光源から発せられた光線の一部ＰＬＲ１を投射面ＰＰに向けて反射および屈折する、少なくとも１つの凸状表面ＣＳＨ１を呈する。この図に示した例示的な実施形態によれば、円柱部分ＣＹＬの他方の端部に、もう１つ別の凸状表面ＣＳＨ２が延設されている。この凸状表面ＣＳＨ２も、光線の別の一部ＰＬＲ２を、投射面ＰＰに向けて反射する。これらの表面ＣＳＨ１およびＣＳＨ２の形状は、かかる目的に適うように選択されている。これらの表面は、図３に破線で示すような放物面形状（凸状表面が、放物面の一部の形状に追従する）を呈していてもよい。

図４は、本発明の照明装置の別の例示的な実施形態の断面図であって、この実施形態の作用を図解した合成図である。この実施形態では、断面Ａを軸ＡＸ周りに回転させることにより、凸状表面の形状が形成される。図４に示された例では、この断面Ａは、円の一部であり、したがって図５に表されているように、凸状表面ＣＳＨ１としての球面の一部を形成する。この形状は、光線の一部ＰＬＲを、投射面ＰＰに向けて方向付けることを可能にする。

上記で示された実施形態の利点は、回転体部品は製造が容易であるので、レンズの実現が容易な点である。さらに、回転体かつ半球状の表面は、高精度での研磨が容易である。

図５は、図４に示した例示的な実施形態に係る照明装置の作用を、より具体的に示した図である。この図では、凸状表面ＣＳＨ１により表されているレンズＯＤの上側部分は、半球状となっている。凸状表面ＣＳＨ２により表されている、投射面ＰＰ近くの下側部分は、放物面状の表面であって、その焦点は、光源ＬＳの位置に対応する。このような、焦点が光源ＬＳの点に対応する放物面形状の役割は、その形状が光線を投射面ＰＰ上に再指向させることを可能とするように、円柱部分ＣＹＬを切断することである。

上記で示した実施形態では、投射面ＰＰ上における光レベルおよび光線長は、方向Ｚ上において光源ＬＳの位置を調整することにより得られる。このことは、結果として、異なる応用例に対して同一のレンズを使用すること、およびいくつかの応用例に対して装置を適合化させることを可能とする。

図６は、本発明の１つの変更実施形態を示した図である。この本発明の変更実施形態は、同一のレンズＯＤを用い、かつ複数の光源ＬＳ１およびＬＳ２を用いている。レンズＯＤによる光源ＬＳ１およびＬＳ２の位置に依存して、投射面ＰＰ上に多色の光が投射されるようになすことが可能である。このような変更実施形態は、多色ビームが望まれる任意の応用形態において利用可能である。

応用形態のいくつかの例を以下に示す。

図７ａに示した第１の応用例によれば、光は単純に投射面ＰＰ上に投射され、図７ｂに示すように、投射面ＰＰの表面上に１本の光条ＬＳＴを形成する。この第１の応用例は、照明用途またはディスプレイ用途に用いることができる。たとえば、この応用例は、図７ｃに示すような、天井照明に用いることができる。得られる照明器具は、非常に平坦でコンパクトなものである。このような照明器具の周縁に、上記で述べた照明装置ＬＤをいくつか分布させて配置すれば、かかる照明器具の中心のスペースを、空きスペースＦＳＰとすることができる。このスペースＦＳＰは、たとえば、消化装置、別の光源ＬＳ、または任意の他の補助的特徴部品を配するのに活用することができる。そのような照明器具は、特定の位置にある対象物を照明するため、美術館や博物館において使用することもできる。この応用例はまた、図７ｄに示すように、ディスプレイ装置用にも用いることができる。このディスプレイ装置は、本発明に従う照明装置を利用している。各照明装置は、矢印の一部または表現された種々の記号の一部を生成する。ある有利な形態では、各点ＬＤＰに、いくつかの照明装置が集中配置される。たとえば、各点ＬＤＰに、上記の照明装置が８個実装された場合、点ＬＤＰから投射される光線は、８個の異なる方向を有し得ることとなる。

図８ａおよび８ｂに表された本発明の第２の応用例によれば、透明材料のシートＴＳが、レンズＯＤの上に、投射面ＰＰに対して平行に設けられている。この透明材料は、ガラス、プレキシガラス、または他の任意の透明材料であってよく、あるいは半透明の材料であってもよい。図８ａに示されているように、レンズＯＤによって投射面ＰＰの方に再指向させられない光線は、屈折により透過させられ、上記の透明材料のシートＴＳを通して、拡散により種々の異なる方向において視認可能となる。この応用例は、図８ｂに示すような三次元的効果が要請される際に有用である。この図では、透明材料のシートは、照明装置を部分的に覆っているが、以下に説明するように全体的に覆うことも可能である。ある効果的な形態では、図７ｄに示すようなディスプレイ装置に、その全体を覆うような透明材料のシートを追加することによって、三次元的効果を提供することができる。この場合、矢印および種々の記号は、空間内において二重の線として見える。このことは、第２および第３の応用例の組合せに相当する。

図９ａから９ｃに表された第３の応用例によれば、図９ｂに表されているように、像ＩＭが投射面ＰＰ上に投影される。特別に計算されたゴーボーＧＯＢが使用されている。図３および５に示すように、光線同士は互いに交差する。そのため、上記のゴーボーＧＯＢは、列ごとに、光の逆伝搬（ｂａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）により形成される。すなわち、投影される像ＩＭは、ゴーボーＧＯＢ上において単純かつ直接的に再現されるものではないが、像ＩＭは、投射面ＰＰ上において光線により再構成されるようにゴーボーＧＯＢ上において分解される。信号装置（ｓｉｇｎａｌｅｔｉｃｓ）におけるこの応用形態の一例が、図９ｃに示されている。この例では投射面ＰＰ上に矢印が描かれている。この例では、この矢印を描くために、本発明の照明装置が複数用いられているが、特別に計算されたゴーボーを有する本発明の照明装置を１つのみ用いて、より小さな矢印を描くこともできる。本発明によれば、他のパターンも効果的に投影することができる。投影による任意の所望の描画対象について、逆伝搬により、適合化されたゴーボーを算出することが可能である。

ここで、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲により規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くのバリエーションや変更形態が可能である点を理解されたい。この点に関連して、以下、本開示の締括りを述べる。

本発明は、上記した応用例に限定されるものではない点を理解されたい。本発明は、導光された光線を必要とする任意の応用例において用いることができる。

本発明に係る方法は、上記の実施形態、変更形態および応用例に限定されるものではない点を理解されたい。たとえば、光線に寄生する光線を低減するために、光源近くまたはレンズ近くに、絞りを追加することが有利となるかもしれない。

各請求項内に含まれるいずれの参照符号も、その請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「含む」もしくは「備える」との動詞およびそれらの活用形の使用が、各請求項において規定されている以外の工程または要素の存在を排除するものではないことは明らかである。ある要素または工程の前に置かれた「１つの」との語は、そのような要素または工程が複数存在することを排除するものではない。

本発明の照明装置の１つの例示的な実施形態を示した模式図 図１に示した本発明の照明装置の、線Ａ−Ａに沿って切断した状態の斜視図であって、図１の平面ＸＹ内におけるこの照明ユニットの作用を図解した図 図１に示した本発明の照明装置の、平面ＸＺに沿った断面図であって、平面ＸＺ内におけるこの照明装置の作用を図解した図 本発明の照明装置の別の例示的な実施形態の断面図であって、図１の平面ＸＺ内におけるこの実施形態の作用を図解した合成図 図４に示した例示的な実施形態に係る照明装置の作用を、より具体的に示した図 本発明の１つの変更実施形態を示した図 本発明の第１の応用例を示した図 本発明の第１の応用例を示した図 本発明の第１の応用例を示した図 本発明の第１の応用例を示した図 本発明の第２の応用例を示した図 本発明の第２の応用例を示した図 本発明の第３の応用例を示した図 本発明の第３の応用例を示した図 本発明の第３の応用例を示した図

Claims (8)

1. 光線を発する少なくとも１つの光源と、該光線を投射面上に導光する手段とを含む照明装置であって、
   前記導光手段が、前記投射面に対して垂直な軸に沿って延設された円柱部分と、該円柱部分の端部に延設され、前記光源から発せられた前記光線の一部を前記投射面に向けて方向付ける少なくとも１つの凸状表面とを呈するレンズにより形成されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記円柱部分が、円形基底面、湾曲基底面、メニスカス基底面、フレネル基底面の中から選択された基底面を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記レンズが、前記円柱部分の両方の端部に２つの凸状表面が延設された形状とされていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記凸状表面が、前記円柱部分の前記軸周りに回転対称な、半球面状の表面であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
5. 前記凸状表面が放物面状であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
6. 同一のレンズに対して複数の発光ダイオードを含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
7. 前記投射面が、屈折および拡散によって光を透過させるようにされた透明材料のシートであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
8. 当該照明装置が、前記光源から見て、前記レンズよりも後方に配された光学素子をさらに含み、
   該光学素子は、当該照明装置が前記投射面上に有意な像を投影するように、列ごとに描画された特徴を呈していることを特徴とする請求項１記載の照明装置。

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