JP2012084433A - 照明装置 - Google Patents

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Akiho Aiba
明穂 相場
Takashi Maeda
貴史 前田
Yasunori Ano
康則 阿野
Nobutaka Kobayashi
信高 小林
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Abstract

【課題】複数種類の光源が放射する光を混合する照明装置において、簡単な構成で色ムラの発生を抑える。
【解決手段】拡散反射部123は、平面状であり、光を拡散反射する。光源125a,125bは、拡散反射部123を照射する光を放射する。光源125a(第一の光源)は、光源125b(第二の光源)と対向する位置にある。光源125aと光源125bとは、異なる色の光を放射する。2種類の光源125a,125bが放射した光は、拡散反射部123が拡散反射することにより、均等に混ざり合う。
【選択図】図10

Description

この発明は、複数色の光を混色した光を放射する照明装置に関する。
LEDなどの光源を用いた照明装置において、複数種類の光源を用いて、異なる色の光を混合することにより、所望の色の光を作る技術がある。また、それぞれの光の量を調整することにより、照明装置が放射する光の色を可変とする技術がある。
特開2009−302008号公報
複数色の光を混合する場合、方向や位置によって、複数色の光が均等に混ざらず、色ムラが生じる場合がある。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、色ムラの発生を抑えることを目的とする。
この発明にかかる照明装置は、平面状であり、光を拡散反射する拡散反射部と、上記拡散反射部を照射する光を放射する2以上の光源とを有し、上記光源のうち第一の光源は、上記光源のうち第二の光源と対向する位置にあり、上記第二の光源が放射する光と異なる色の光を放射することを特徴とする。
この発明にかかる照明装置によれば、第一の光源が放射した光と第二の光源が放射した光とが拡散反射部によって均等に混合するので、簡単な構成で色ムラの発生を抑えることができる。
実施の形態1における照明装置100の外観を示す斜視図。 実施の形態1における照明装置100の構造を示す側面視断面図。 実施の形態1における光源ユニット120の外観の一例を示す斜視図。 実施の形態1における光源ユニット120の構造を示す側面視断面図。 実施の形態1における屈折レンズ122の形状を示す斜視図。 実施の形態1におけるレンズ保持部124の形状を示す斜視図。 実施の形態1における光源125の配置を示す図。 実施の形態1における基板126に設けられた回路を示す回路図。 実施の形態1における照明装置100の回路構成を示す回路図。 実施の形態1における光源125が放射する光の経路を示す図。 実施の形態1における拡散反射部123上において光源125が照射する照射範囲510を示す図。 実施の形態2における照明装置100の回路構成を示す回路図。
実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図11を用いて説明する。
図1は、この実施の形態における照明装置100の外観を示す斜視図である。
照明装置100は、例えば天井面に設けられたグリッドに嵌め込んで使用される照明器具である。照明装置100は、筐体110、光源ユニット120などを有する。1つの照明装置100は、2つの光源ユニット120を有する。筐体110(器具本体)は、2つの光源ユニット120、点灯装置130(図2参照)などを内蔵する。光源ユニット120は、LEDなどの光源を有する。
図2は、この実施の形態における照明装置100の構造を示す側面視断面図である。
照明装置100は、点灯装置130を内蔵している。点灯装置130(電源装置)は、商用電源などの交流電源から供給された電力を、光源ユニット120の光源に供給する電力に変換する。
図3は、この実施の形態における光源ユニット120の外観の一例を示す斜視図である。
光源ユニット120(LEDユニット)は、光源ユニット筐体121、屈折レンズ122、拡散反射部123などを有する。1つの光源ユニット120は、2つの屈折レンズ122を有する。屈折レンズ122は、略円柱状であり、透明な樹脂などにより形成されている。2つの屈折レンズ122は、互いに略平行に配置されている。屈折レンズ122は、光源が放射した光を屈折させて、拡散反射部123に向かわせる。拡散反射部123は、略長方形平面状である。拡散反射部123(拡散シート)は、白色であり、光を拡散反射する。光源ユニット筐体121(ユニット本体、光源覆部)は、略直方体箱状であり、下側が開口している。光源ユニット筐体121は、光源の周りを覆い、光源が放射した光が屈折レンズ122以外の方向に漏れるのを防ぐ。
図4は、この実施の形態における光源ユニット120の構造を示す側面視断面図である。
光源ユニット120は、レンズ保持部124、光源125、基板126などを有する。光源ユニット120は、2つのレンズ保持部124を有する。それぞれのレンズ保持部124は、屈折レンズ122を保持する。光源ユニット120は、2枚の基板126を有する。2枚の基板126は、互いに略平行であり、向かい合わせに配置されている。基板126は、光源ユニット筐体121の側壁の内側に取り付けられている。2つの屈折レンズ122は、2枚の基板126の間に位置し、中心軸が基板126と略平行である。1枚の基板126には、複数の光源125が実装されている。光源125は、例えばLEDチップを内蔵したLEDパッケージである。光源125は、屈折レンズ122の中心軸と略平行な方向に略直線状に並べて配置されている。一方の基板126に実装された光源125は、もう1枚の基板126に実装された光源125と、一対一で向かい合わせに配置されている。光源125は、屈折レンズ122に非常に近い位置にあり、屈折レンズ122の中心軸よりも少し下寄りに位置する。このため、光源125が放射して屈折レンズ122が屈折させた光は、斜め上方向に向かう。拡散反射部123は、屈折レンズ122よりも上に位置する。このため、光源125が放射して屈折レンズ122が屈折させた光は、拡散反射部123に当たって拡散反射し、拡散反射した光が光源ユニット筐体121の開口から外部に放射される。
図5は、この実施の形態における屈折レンズ122の形状を示す斜視図である。
上述したように、屈折レンズ122(円柱型レンズ)は、略円柱状である。屈折レンズ122の屈折率は、1よりも大きく、例えば1.5である。屈折レンズ122は、例えばアクリルなどの樹脂により形成されている。屈折レンズ122は、凸レンズとして機能する。
図6は、この実施の形態におけるレンズ保持部124の形状を示す斜視図である。
レンズ保持部124は、例えばシリコーンなどの弾性変形可能な樹脂などにより形成されている。レンズ保持部124は、上側係合部241、架橋部242、下側係合部243、円環部244などを有する。上側係合部241及び下側係合部243は、屈折レンズ122の円柱側面に当接する。上側係合部241は、屈折レンズ122の円柱側面のうち、例えば、一番上から、基板126に近い側の約四分の一程度の範囲に当接する。下側係合部243は、例えば、屈折レンズ122の円柱側面のうち、例えば、一番下に近い約十分の一程度の範囲に当接する。架橋部242は、略長方形板状であり、基板126の表面に沿って、上側係合部241と下側係合部243とを繋ぐ。架橋部242には、光源125に対応する位置に略正方形状の貫通穴が設けられている。光源125は、この貫通穴のなかに位置し、屈折レンズ122に対して光を放射する。円環部244は、レンズ保持部124の長尺方向両端に位置する。円環部244には、レンズ挿入穴245が設けられている。レンズ挿入穴245の径は、屈折レンズ122よりもわずかに小さく、レンズ保持部124が弾性変形することにより、レンズ挿入穴245に屈折レンズ122を挿入して、保持することができる。
図7は、この実施の形態における光源125の配置を示す図である。
1枚の基板126(LEDモジュール)には、例えば12個の光源125が実装されている。光源125には、光源125aと、光源125bとの2種類がある。2種類の光源125a,125bは同数であり、例えば、1枚の基板126に光源125a(第一LEDパッケージ)が6個、光源125b(第二LEDパッケージ)が6個実装されている。2種類の光源125a,125bは、発光色が異なる。例えば、光源125aは昼白色、光源125bは電球色である。あるいは、光源125aは相関色温度が5000K、光源125bは相関色温度が3000Kである。照明装置100が放射する光は、2種類の光源125a,125bが放射した光を混ぜた光である。2種類の光源125a,125bの発光量を調整することにより、照明装置100は、色度座標図上で2種類の光源125a,125bの色度座標を結んだ線分上の任意の色度座標(相関色温度)の光を放射することができる。2種類の光源125a,125bは、交互に並べられている。すなわち、光源125aの隣には光源125bが配置され、光源125bの隣には光源125aが配置されている。また、もう1枚の基板126との関係で言えば、異なる種類の光源125a,125bが、互いに向き合うように配置されている。すなわち、光源125aの正面には光源125bが配置され、光源125bの正面には光源125aが配置されている。
図8は、この実施の形態における基板126に設けられた回路を示す回路図である。
基板126は、例えばプリント配線板であり、銅箔などにより配線が形成されている。基板126に形成された配線と、基板126に実装された部品とをはんだ付けなどにより電気接続することにより、基板126には、2つの光源回路250a,250bが形成されている。光源回路250aは、1種類の光源125aだけを直列に電気接続した回路である。光源回路250bは、もう1種類の光源125bだけを直列に電気接続した回路である。これは、光源125の種類ごとに、発光量を調整できるようにするためである。
図9は、この実施の形態における照明装置100の回路構成を示す回路図である。
照明装置100は、各基板126ごとに光源回路250aと光源回路250bとを1つずつ有する。照明装置100は2つの光源ユニット120を有し、1つの光源ユニット120は2枚の基板126を有するから、照明装置100は、光源回路250aと光源回路250bとを4つずつ有する。4つの光源回路250aは、互いに直列に電気接続されている。また、4つの光源回路250bは、互いに直列に電気接続されている。そして、4つの光源回路250aを直列に接続した回路と4つの光源回路250bを直列に接続した回路とが直列に電気接続され、8つの光源回路250a,250bすべてが直列に電気接続されている。
点灯装置130は、例えばバックコンバータ回路を用いた交流直流変換回路であり、ダイオードブリッジDB、入力コンデンサC31、4つのスイッチング素子Q32,Q34,Q38,Q39、ゲート抵抗R33、整流素子D35、チョークコイルL36、平滑コンデンサC37、電流検出抵抗R40、制御回路131などを有する。ダイオードブリッジDBは、交流電源ACから供給される交流電力を全波整流して、電圧波形を脈流にする。入力コンデンサC31は、ダイオードブリッジDBの出力に並列に電気接続されている。入力コンデンサC31は、バックコンバータ回路で発生する高周波ノイズが照明装置100の外部に漏れないよう遮断する。スイッチング素子Q32は、制御回路131が生成した制御信号にしたがってオンオフする。スイッチング素子Q32がオンになるとゲート抵抗R33に電流が流れる。ゲート抵抗R33に電流が流れることによりゲート抵抗R33の両端に電圧が発生すると、スイッチング素子Q34がオンになる。スイッチング素子Q34と、整流素子D35とは、互いに直列に電気接続し、ダイオードブリッジDBの出力に電気接続している。チョークコイルL36と、平滑コンデンサC37とは、互いに直列に電気接続し、整流素子D35に並列に電気接続している。スイッチング素子Q34がオンになると、平滑コンデンサC37を充電する電流が流れる。チョークコイルL36は、平滑コンデンサC37を充電する電流を制限する。スイッチング素子Q34がオフになると、整流素子D35には、還流電流が流れる。8つの光源回路250a,250bを直列に電気接続した回路は、平滑コンデンサC37と並列に電気接続している。スイッチング素子Q38は、4つの光源回路250bを直列に接続した回路と並列に電気接続している。スイッチング素子Q38は、制御回路131が生成した制御信号にしたがってオンオフする。スイッチング素子Q39は、4つの光源回路250aを直列に接続した回路と並列に電気接続している。スイッチング素子Q39は、制御回路131が生成した制御信号にしたがってオンオフする。電流検出抵抗R40は、光源回路250を流れる電流を検出し、検出した電流に比例する電圧(以下「電流検出電圧」と呼ぶ。)を生成する。制御回路131は、電流検出抵抗R40が生成した電流検出電圧に基づいて、3つのスイッチング素子Q32,Q38,Q39それぞれをオンオフする制御信号を生成する。
制御回路131は、スイッチング素子Q32を高周波(例えば数十kHz)でオンオフする。制御回路131は、電流検出抵抗R40が生成した電流検出電圧に基づいて、光源回路250を流れる電流が多すぎる場合には、スイッチング素子Q32をオンオフする周波数を高くして、平滑コンデンサC37を充電する電流を減らす。これにより、平滑コンデンサC37の両端電圧が下がり、光源回路250を流れる電流が少なくなる。逆に、制御回路131は、光源回路250を流れる電流が少なすぎる場合には、スイッチング素子Q32をオンオフする周波数を低くして、平滑コンデンサC37を充電する電流を増やす。これにより、平滑コンデンサC37の両端電圧が上がり、光源回路250を流れる電流が多くなる。
また、制御回路131は、2つのスイッチング素子Q38,Q39を高周波(例えば数十kHz)で交互にオンオフする。なお、2つのスイッチング素子Q38,Q39が同時にオンにならないよう、2つのスイッチング素子Q38,Q39のオンオフを切り替えるとき、制御回路131は、2つのスイッチング素子Q38,Q39をともにオフにするデッドタイム期間を設ける。スイッチング素子Q38をオン、スイッチング素子Q39をオフにすると、光源回路250aだけに電流が流れ、光源回路250bには電流が流れない。このため、光源125aだけが点灯する。また、スイッチング素子Q38をオフ、スイッチング素子Q39をオンにすると、光源回路250bだけに電流が流れ、光源回路250aには電流が流れない。このため、光源125bだけが点灯する。光源125aと光源125bとでは種類が異なるため、電圧電流特性が異なる場合がある。また、光源125aと光源125bとで電圧電流特性が同じだったとしても、1つ1つの光源125a,125bの順方向降下電圧にはバラツキがある。このため、同じ電圧を印加したとすると、光源125aを点灯したとき光源回路250aを流れる電流と、光源125bを点灯したとき光源回路250bを流れる電流とは、同じにならない場合がある。制御回路131は、電流検出抵抗R40が生成した電流検出電圧に基づいて、光源回路250を流れる電流が一定になるよう、スイッチング素子Q32を制御して、印加する電圧を変化させるので、光源125aを点灯したとき光源回路250aを流れる電流と、光源125bを点灯したとき光源回路250bを流れる電流とは、等しくなる。
制御回路131は、光源125aを点灯する期間の長さと、光源125bを点灯する期間の長さとの割合を調整することにより、光源125aの平均発光量と、光源125bの平均発光量とを調整し、照明装置100が発する光の色度座標(相関色温度)を、所望の色度座標(相関色温度)にする。例えば、制御回路131は、照明装置100全体が放射する光の色度座標を所望の色度座標にするために必要な光源125aの平均発光量と光源125bの平均発光量との比を算出し、あるいはあらかじめ記憶しておく。制御回路131は、光源回路250aに目標電流値の電流を流したときの光源125aの発光量と光源回路250bに目標電流値の電流を流したときの光源125bの発光量との比と、目標となる平均発光量の比とに基づいて、光源125aを点灯する時間の長さと、光源125bを点灯する時間の長さとの比を算出する。制御回路131は、算出した時間の長さの比に基づいて、2つのスイッチング素子Q38,Q39のオンオフを制御する。
なお、平滑コンデンサC37の静電容量が比較的大きい場合など、平滑コンデンサC37の両端電圧が比較的ゆっくり変化する場合には、スイッチング素子Q38,Q39のオンオフを切り換えた直後において、光源回路250aあるいは光源回路250bを流れる電流が一時的に目標電流値から外れる可能性がある。このため、制御回路131は、電流検出抵抗R40が生成した電流検出電圧に基づいて、光源125aを点灯したとき光源回路250aを流れた電流の実際の値と、光源125bを点灯したとき光源回路250bを流れた電流の実際の値とをそれぞれ取得する構成であってもよい。制御回路131は、目標電流値ではなく、取得した実際の電流値に基づいて、光源125aの発光量と光源125bの発光量との比を算出し、算出した発光量の比と、目標となる平均発光量の比とに基づいて、光源125aを点灯する期間の長さと、光源125bを点灯する期間の長さとの割合を調整することにより、光源125aの平均発光量と、光源125bの平均発光量とを調整し、照明装置100が発する光の色度座標(相関色温度)を、所望の色度座標(相関色温度)にする。
図10は、この実施の形態における光源125が放射する光の経路を示す図である。
光源125aが放射した光は、屈折レンズ122を通ることにより屈折させられて、拡散反射部123に向かう。屈折レンズ122が屈折させた光が、2つの屈折レンズ122のちょうど真ん中付近で拡散反射部123に当たるよう、拡散反射部123と屈折レンズ122との間の距離を設定する。
光源125aの正面には、光源125bが位置する。光源125bが放射した光は、図示していないが、同様に屈折レンズ122が屈折させて、2つの屈折レンズ122のちょうど真ん中付近で拡散反射部123に当たる。すなわち、光源125aが放射した光と、その正面に位置する光源125bが放射した光とは、拡散反射部123上のほぼ同じ位置を照射する。
拡散反射部123が、照射された光を拡散反射することにより、光源125aが放射した光と、光源125bが放射した光とが混ざり、所望の色度座標(相関色温度)の光となる。
図11は、この実施の形態における拡散反射部123上において光源125が照射する照射範囲510を示す図である。
光源125aは、互い違いに、左右から拡散反射部123を照射する。このため、複数の光源125aが全体として拡散反射部123を照射する照射範囲510aは、2つの屈折レンズ122のちょうど真ん中付近を中心とした帯状の範囲となる。複数の光源125bが全体として拡散反射部123を照射する照射範囲510bは、図示していないが、照射範囲510aとほぼ一致する範囲となる。
光源125aが照射する照射範囲510aと、光源125bが照射する照射範囲510bとがほぼ一致しているので、光源125aが放射した光と、光源125bが放射した光とが、ほぼ均等に混ざり、色ムラを少なくすることができる。
また、光源125が放射した光は、屈折レンズ122により屈折させられて、すべて拡散反射部123を照射するので、照明装置100を外から見ても、光源125が放射した光を直接見ることはできない。すなわち、照明装置100は、個々の光源125が放射した光を外部に放射することなく、2種類の光源125a,125bが放射した光を混色した混合光だけを外部に放射する。
なお、1つの点灯装置130で2種類の光源125a,125bに電力を供給するのではなく、光源125の種類ごとに1つずつ点灯装置130を設ける構成であってもよい。
また、2種類の光源125a,125bを交互に点灯するのではなく、同時に2種類の光源125a,125bを点灯させる期間を設ける構成としてもよい。
また、2種類の光源125a,125bを点灯する時間の長さによって、光源125a,125bそれぞれの平均発光量を調整するのではなく、光源125a,125bそれぞれを流れる電流を変えることにより、それぞれの平均発光量を調整する構成としてもよい。
実施の形態2.
実施の形態2について、図12を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
この実施の形態では、放射する光の色(色度座標や相関色温度)や量(調光度)を変えることができる照明装置について説明する。
図12は、この実施の形態における照明装置100の回路構成を示す回路図である。
照明装置100は、実施の形態1で説明した構成に加えて、調光信号入力端子141と、色温度信号入力端子142とを有する。
調光信号入力端子141は、照明装置100が放射する光の総量(調光度)を指示する調光信号を入力する。調光信号は、例えばパルス幅変調(PWM)された矩形波信号であり、例えばオンデューティが大きいほど低い調光度を表わす。
色温度信号入力端子142は、照明装置100が放射する光の色(相関色温度)を指示する色温度信号を入力する。色温度信号は、例えばパルス幅変調された矩形波信号であり、例えばオンデューティが大きいほど低い色温度を表わす。
なお、照明装置100は、調光度あるいは相関色温度のうちいずれか一方のみを可変とする構成であってもよい。例えば調光度のみを可変とする場合、色温度信号入力端子142はなくてもよい。あるいは相関色温度のみを可変とする場合、調光信号入力端子141はなくてもよい。
制御回路131は、調光信号入力端子141が入力した調光信号と、色温度信号入力端子が入力した色温度信号とに基づいて、光源125aが放射すべき光の量と、光源125bが放射すべき光の量とを算出する。例えば、制御回路131は、あらかじめ、調光度と色温度との組と、光源125a,125bが放射すべき光の量との関係をテーブルとして記憶しておき、記憶したテーブルを参照することにより、光源125aが放射すべき光の量と、光源125bが放射すべき光の量とを算出する。
制御回路131は、算出した光の量に基づいて、光源回路250を流れる電流の目標値と、光源125aを点灯する時間の長さと光源125bを点灯する時間の長さとの比を算出する。
制御回路131は、算出した電流の目標値と、電流検出抵抗R40が生成した電流検出電圧とに基づいて、スイッチング素子Q34のオンオフを制御する。
また、制御回路131は、算出した点灯時間の長さの比に基づいて、2つのスイッチング素子Q38,Q39のオンオフを制御する。
これにより、照明装置100は、放射する光の色や量を外部から指示することができる。照明装置100は、指示にしたがって、放射する光の色や量を変化させる。このように、照明装置100が放射する光の色や量を変えた場合でも、光源125aが放射した光と、光源125bが放射した光とを均等に混ぜ、色ムラを少なくすることができる。
100 照明装置、110 筐体、120 光源ユニット、121 光源ユニット筐体、122 屈折レンズ、123 拡散反射部、124 レンズ保持部、125 光源、126 基板、130 点灯装置、131 制御回路、141 調光信号入力端子、142 色温度信号入力端子、241 上側係合部、242 架橋部、243 下側係合部、244 円環部、245 レンズ挿入穴、250 光源回路、510 照射範囲、AC 交流電源、C31 入力コンデンサ、C37 平滑コンデンサ、D35 整流素子、DB ダイオードブリッジ、L36 チョークコイル、Q32,Q34,Q38,Q39 スイッチング素子、R33 ゲート抵抗、R40 電流検出抵抗。

Claims (5)

  1. 平面状であり、光を拡散反射する拡散反射部と、
    上記拡散反射部を照射する光を放射する2以上の光源とを有し、
    上記光源のうち第一の光源は、上記光源のうち第二の光源と対向する位置にあり、上記第二の光源が放射する光と異なる色の光を放射することを特徴とする照明装置。
  2. 上記照明装置は、
    上記光源が放射した光を屈折させて上記拡散反射部を照射させる2つの屈折レンズを有し、
    上記屈折レンズのうち第一の屈折レンズは、上記第一の光源が放射した光を屈折させて上記拡散反射部を照射させ、
    上記屈折レンズのうち第二の屈折レンズは、上記第二の光源が放射した光を屈折させて上記拡散反射部を照射させることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 上記屈折レンズは、略円柱状であり、
    上記屈折レンズの中心軸は、互いに平行であり、上記拡散反射部に対して平行であり、上記拡散反射部からの距離が略同一であり、
    上記光源は、上記屈折レンズの中心軸よりも上記拡散反射部から離れた位置にあり、
    上記第一の光源と上記第二の光源とは、2つの上記屈折レンズを挟んで対向していることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
  4. 上記照明装置は、4以上の光源を有し、
    上記光源のうち第三の光源は、上記第一の光源が放射する光と略同じ色の光を放射し、上記第二の光源に対して上記屈折レンズの中心軸と平行な方向に並んで配置され、
    上記光源のうち第四の光源は、上記第二の光源が放射する光と略同じ色の光を放射し、上記第一の光源に対して上記屈折レンズの中心軸と平行な方向に並んで配置され、上記第三の光源に対向する位置にあることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の照明装置。
  5. 上記照明装置は、
    上記光源を覆い、上記光源が放射した光のうち上記屈折レンズが屈折させる光以外の光が上記照明装置の外部に漏れないようにする光源覆部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の照明装置。
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