JP2012243421A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】固体発光素子と光学部材とを組み合わせた照明器具において、光利用効率を向上する。
【解決手段】照明器具１は、複数のＬＥＤ２２を有する発光部２と、ＬＥＤ２２の各々に対向して設けられた複数のレンズ３２を有する配光制御部３と、配光制御部３を回転可能に保持する調整部４と、を備える。レンズ３２の各々は、そのＬＥＤ２２側の面にＬＥＤ２２が収容される凹部３２ａを有する。調整部４は、発光部２と配光制御部３との間隔を大きくしてＬＥＤ２２を凹部３２ａより外してから、配光制御部３を回転させ、凹部３２ａをＬＥＤ２２に対向させた状態で該間隔を小さくする。これにより、ＬＥＤ２２とレンズ３２とが接触することなくレンズ３２の凹部３２ａにＬＥＤ２２を収容することができるので、ＬＥＤ２２からその側方に出射された光もレンズ３２に入射し、ＬＥＤ２２から出射された光の利用効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light emitting diode）等の固体発光素子と光学部材とを組み合わせた照明器具に関する。

従来からＬＥＤと光学部材とを組み合わせ、照射する光の配光角を可変とする照明器具が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。このような照明器具は、図１４に示されるように、複数のＬＥＤ１０を有する発光部２０と、各々のＬＥＤ１０に対向して設けられた複数のレンズ３０を有する配光制御部４０と、発光部２０及び配光制御部４０を収容する筐体５０と、を備える。配光制御部４０は、略円柱形状とされ、その外周に雄ねじ溝４１を有する。筐体５０は、上面が開口した円柱形状とされ、その内周に雄ねじ溝４１と螺合する雌ねじ溝５１を有する。筐体５０は、その雌ねじ溝５１と配光制御部４０の雄ねじ溝４１とを螺合させることにより、配光制御部４０を回転可能に保持する。配光制御部４０を筐体５０に対して回転させると、ＬＥＤ１０とレンズ３０との距離が変わるので、ＬＥＤ１０から出射された光のレンズ３０における屈折パターンが変化し、その結果、照明器具から照射される光の配光角が変化する。

特開２００４−２２１０４２号公報 特開２００７−２９９６７９号公報

しかしながら、上述したような照明器具では、配光制御部４０を回転させてレンズ３０とＬＥＤ１０とを近接させるときに、レンズ３０とＬＥＤ１０とが接触するので、レンズ３０をＬＥＤ１０の側方にまで配置することができない。そのため、ＬＥＤ１０からその側方に出射された光（破線矢印で示す）はレンズ３０に入射せず、ＬＥＤ１０から出射された光の利用効率が低い。

本発明は、上記課題を解決するものであって、配光制御部を回転させて照射光の配光角を可変とする照明器具において、光源から出射された光の利用効率を高めることができる照明器具を提供することを目的とする。

本発明の照明器具は、回転対称に配置された複数の光源を有する発光部と、前記複数の光源の各々に対向して設けられた複数の光学部材を有する配光制御部と、前記配光制御部を前記発光部の回転対称軸を中心として回転可能に保持する調整部と、を備え、前記光学部材の各々は、該部材の光源側の面に前記光源が収容される空間を成す凹部を有し、前記調整部は、前記発光部と前記配光制御部との間隔を大きくした後、前記配光制御部を回転させ、前記光学部材の凹部を前記光源に対向させた状態で前記間隔を小さくすることで前記間隔を調整する構成とされ、前記間隔は、前記発光部に対する前記配光制御部の回転角度に応じて段階的に変わることを特徴とする。

前記調整部は、前記光源の光軸方向長さの異なる縦溝から成る複数のガイド部を有し、前記ガイド部の各々は、光出射面側において互いに連結されており、前記配光制御部は、前記ガイド部に係合する凸形状の被ガイド部を有することが好ましい。

前記被ガイド部は、前記配光制御部の外周に等間隔に３つ以上配設されていることが好ましい。

本照明器具は、前記配光制御部を前記発光部方向に押圧する弾性体を備えることが好ましい。

本発明によれば、光源と接触することなく光源の側方にまで光学部材を可逆的に配置することができる。従って、光源から出射された光の殆どを光学部材に入射させることが可能となり、光源から出射された光の利用効率が向上する。また、照射する光の配光角を種々に変化させることができる。

本発明の実施形態に係る照明器具の分解斜視図。 上記照明器具の斜視図。 図２のＩ−Ｉ線断面図。 上記照明器具の上面図。 上記照明器具を構成する配光制御部を斜め下方から見たときの斜視図。 （ａ）は上記配光制御部の下面図、（ｂ）は同配光制御部の上面図。 上記配光制御部を構成するレンズの断面図。 （ａ）は上記照明器具を構成する調整部の上面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図。 上記配光制御部を回転させるときの上記照明器具の断面図。 上記配光制御部の回転動作を示す上記照明器具の上面図。 （ａ）は上記配光制御部と発光部とが近接した状態における上記照明器具の断面図、（ｂ）は（ａ）の状態において光源から出射された光の光路を示す図。 上記配光制御部の回転動作を示す上記照明器具の上面図。 （ａ）は上記配光制御部と上記発光部とが離れた状態における上記照明器具の断面図、（ｂ）は（ａ）の状態において光源から出射された光の光路を示す図。 従来の照明器具の断面図。

本発明の実施形態に係る照明器具の構成について図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図４に示されるように、照明器具１は、発光部２と、発光部２の発光面側に設けられた配光制御部３と、配光制御部３を回転可能に保持する調整部４と、発光部２で生じた熱を放熱する放熱部５と、を備える。照明器具１は、更に、配光制御部３を発光部２方向に押圧する弾性体６と、弾性体６を光出射面側から支持する筐体７と、を備える。なお、図４では弾性体６及び筐体７の図示を省略している。

発光部２は、円盤形状の配線基板２１と、配線基板２１上に回転対称に配置された光源となる複数のＬＥＤ２２と、を有する。ＬＥＤ２２は、回転対称軸Ｌに対応する位置に配置されたものと、回転対称軸Ｌに対応する位置を中心とする正多角形の各頂点に配置されたものと、から成る。本実施形態においては、ＬＥＤ２２は、正六角形の各頂点に対応する位置に配置されており、６０度回転対称となっている。各々のＬＥＤ２２の光軸は、それぞれ回転対称軸Ｌに対して平行となっている。なお、配線基板２１上に実装されるＬＥＤ２２の数及び配線基板２１上におけるＬＥＤ２２の配置は、図例のものに限定されない。また、ＬＥＤ２２には、例えば、白色光を発する白色ＬＥＤが用いられる。

配線基板２１は、高い熱伝導率を有する材料、例えば、アルミニウム等の金属、ガラスエポキシ等の樹脂、又はセラミック等の無機材料を母材として構成される。配線基板２１は、そのＬＥＤ２２実装面に高い光反射率を有する光反射部材（図示なし）を有する。光反射部材は、例えば、銀やアルミニウムから構成される。また、配線基板２１は、ＬＥＤ２２への給電を担う配線パターン（図示なし）を有する。

配光制御部３は、略円盤形状とされ、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、又はガラス等の透光性材料から構成される。配光制御部３は、ＬＥＤ２２からの光が入射する面にレンズアレイ３１（図１においてドットで示す）を有する。レンズアレイ３１は、各々のＬＥＤ２２に対向して設けられた複数のレンズ３２と、レンズ３２間に位置する平坦部と、から成る。各レンズ３２の光軸は、それぞれ対向するＬＥＤ２２の光軸と一致している。また、配光制御部３は、その外周に調整部４内における配光制御部３の位置決めに用いられる複数の被ガイド部３３と、配光制御部３を回転させる際の持ち手となる保持部３４と、を有する。被ガイド部３３は、配光制御部３の側方に突出した凸形状とされ、本実施形態においては等間隔に４つ、すなわち９０度ずつ角度を隔てて配設されている。被ガイド部３３は、調整部４のガイド部４３に係合する。

調整部４は、上面が開口した円柱形状とされ、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウムにより構成される。調整部４は、外壁４１と、外壁４１の内周に密着して設けられた内壁４２と、から成る二重構造となっている。内壁４２は、外壁４１よりもＬＥＤ２２の光軸方向高さが低く設定されており、その上端部に複数のガイド部４３を有する。これらガイド部４３は、光軸方向長さの異なる複数種類の縦溝から構成されており、光出射面側において互いに連結されている。ガイド部４３は、光軸方向長さの長いガイド部４３ａと、光軸方向長さの短いガイド部４３ｂと、光軸方向長さがガイド部４３ａ、４３ｂの中間であるガイド部４３ｃと、から成る（図１、図８（ｂ）参照）。ガイド部４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、調整部４を光出射面側から見たときに、ガイド部４３ａ−４３ｂ−４３ｃの並びが反時計回りに繰り返すパターンで、互いに３０度ずつ角度を隔てて設けられている（図１、図８（ａ）参照）。なお、ガイド部４３ａ、４３ｂ、４３ｃの配置は、本実施形態のものに限定されない。また、ガイド部４３の種類は、２種類であってもよいし、４種類以上であってもよい。

放熱部５は、熱伝導率の高いアルミニウムや銅から構成されており、複数の平板状フィン５１を有する。放熱部５は、高い熱伝導率を有する接着剤、例えば、放熱シリコーン接着剤により調整部４の底面に密着して固定されている。

弾性体６は、ステンレスから構成されたコイル状バネとされる。弾性体６は、配光制御部３の直径よりもやや小さい直径を有し、レンズ３２と干渉しないように配光制御部３の光出射面に載置されている。

筐体７は、例えば、プラスチックから構成された扁平な円環形状とされ、弾性体６を配光制御部３に押しつけた状態で、調整部４の外壁４１上端部に固定されている。

配光制御部３を構成するレンズ３２の構造について図５乃至図７を参照して説明する。図５、図６に示されるように、各々のレンズ３２は、それぞれ光入射面側（ＬＥＤ２２側）が小径となった逆円錐台形状とされ、ＬＥＤ２２側の面に凹部３２ａを有する。凹部３２ａは、図７に示されるように、レンズ３２とＬＥＤ２２とが近接したときにＬＥＤ２２が収容される空間を成す。凹部３２ａは、ＬＥＤ２２と対向する第１の光入射面３２ｂと、凹部３２ａの側面を構成する第２の光入射面３２ｃと、を有する。また、レンズ３２は、第２の光入射面３２ｃから入射した光を全反射する光反射面３２ｄと、光を出射する光出射面３２ｅと、を有する。

照明器具１は、配線基板２１に設けられた配線パターンと電気的に接続された配電線（図示なし）を導出している。この配電線は、スイッチやマイコン等を備えた調光装置（図示なし）に接続されている。調光装置は、更に、商用電源（図示なし）と電気的に接続されており、この商用電源からＬＥＤ２２への電力供給を調節することにより、ＬＥＤ２２をオン／オフ制御及び調光制御する。

上記のように構成された本実施形態の照明器具１の作用を、上述の図に加えて更に図９乃至図１３を参照して説明する。照明器具１は、配光制御部３の被ガイド部３３を調整部４のガイド部４３ａ、４３ｂ、４３ｃのいずれかに係合させることにより、発光部２と配光制御部３との間隔Ｄを調整する。具体的には、照明器具１は、被ガイド部３３をガイド部４３ａに係合させることにより、発光部２と配光制御部３とを近接させて配置する。また、照明器具１は、被ガイド部３３をガイド部４３ｂに係合させることにより、発光部２と配光制御部３とを離して配置する。また、照明器具１は、被ガイド部３３をガイド部４３ｃに係合させることにより、被ガイド部３３をガイド部４３ａに係合させた場合と被ガイド部３３をガイド部４３ｂに係合させた場合の中間位置に配光制御部３を配置する。

被ガイド部３３がガイド部４３ｃに係合されている状態（図３、図４参照）では、ＬＥＤ２２の一部がレンズ３２の凹部３２ａに収容されている。この状態から、被ガイド部３３をガイド部４３ａに係合させた状態へ変更する動作を説明する。まず、配光制御部３の保持部３４を掴んで、被ガイド部３３がガイド部４３ｃから外れるまで配光制御部３を光軸方向に沿って光出射面側に引き上げ、配光制御部３と発光部２との間隔Ｄを大きくする（図９参照）。これにより、ＬＥＤ２２が凹部３２ａから外れる。次いで、配光制御部３を引き上げた状態のまま、配光制御部３を回転対称軸Ｌを中心として時計回りに６０度回転させる（図１０参照）。この回転動作の際、ＬＥＤ２２は、凹部３２ａから既に外れているのでレンズ３２と接触しない。その後、各々の凹部３２ａを各ＬＥＤ２２に対向させた状態で、配光制御部３と発光部２との間隔Ｄを小さくする方向に配光制御部３を光軸方向に沿って移動させ、被ガイド部３３をガイド部４３ａに係合させる。このとき、凹部３２ａはＬＥＤ２２と対向した状態でＬＥＤ２２に近づくので、レンズ３２はＬＥＤ２２と接触することなくＬＥＤ２２を凹部３２ａに収容した状態となる（図１１（ａ）（ｂ）参照）。これにより、レンズ３２がＬＥＤ２２の側方にまで配置される。

上記状態においては、ＬＥＤ２２から出射された光の殆どがレンズ３２に入射する（図１１（ｂ）において破線矢印で示された光路を参照）。ＬＥＤ２２から出射されて第１の光入射面３２ｂに入射した光は、そこで屈折され、更に光出射面３２ｅにおいて屈折された後、レンズ３２より出射される。また、ＬＥＤ２２から出射されて第２の光入射面３２ｃに入射した光は、そこで屈折された後、光反射面３２ｄにより全反射され、更に光出射面３２ｅにおいて屈折されてからレンズ３２より出射される。この場合、レンズ３２より出射される光は、配光角の大きい光となり、広い範囲に照射される。

次に、上記状態から被ガイド部３３をガイド部４３ｂに係合させた状態へ変更する動作を説明する。まず、上述のように、配光制御部３の保持部３４を掴んで配光制御部３と発光部２との間隔Ｄが大きくなる方向に配光制御部３を引き上げることにより、被ガイド部３３をガイド部４３ａから外すと共に、ＬＥＤ２２を凹部３２ａから外す。次いで、配光制御部３を６０度時計回りに回転させて、各々のレンズ３２と各ＬＥＤ２２とを対向させる（図１２参照）。このとき、ＬＥＤ２２は、凹部３２ａから既に外れているのでレンズ３２と接触しない。その後、被ガイド部３３がガイド部４３ｂに係合するまで配光制御部３と発光部２との間隔Ｄを小さくすることにより、配光制御部３と発光部２とが離れて配置された状態となる（図１３（ａ）（ｂ）参照）。このとき、ＬＥＤ２２から出射された光は、図１１（ｂ）に示されるパターンとは異なるパターンでレンズ３２により屈折（及び全反射）された後、レンズ３２から出射される。

上記では、配光制御部３と発光部２との間隔Ｄは、発光部２に対して配光制御部３を６０度回転させる毎に段階的に変わる場合を示したが、回転角度は６０度の整数倍であればよいし、回転方向は反時計回りであってもよい。

上述のように、本実施形態の照明器具１によれば、発光部２と配光制御部３との間隔Ｄを調整する際に、間隔Ｄを一旦大きくしてＬＥＤ２２とレンズ３２とが接触しないようにしてから配光制御部３を回転させる。次いで、ＬＥＤ２２とレンズ３２の凹部３２ａとを対向させた状態で、間隔Ｄを小さくすればよい。その結果、ＬＥＤ２２とレンズ３２とが接触することなくレンズ３２の凹部３２ａにＬＥＤ２２を収容することができるので、ＬＥＤ２２からその側方に出射された光もレンズ３２に入射し、ＬＥＤ２２から出射された光の利用効率が向上する。また、照射する光の配光角を種々に変化させることができる。

被ガイド部３３を凸形状とし、ガイド部４３を縦溝とすれば、簡単な構造で発光部２と配光制御部３との間隔Ｄを調整することができる。そのため、照明器具１の操作が容易になると共に、照明器具１の製造にかかるコストが低減される。

また、被ガイド部３３が配光制御部３の外周に等間隔に３つ以上配設されていれば、配光制御部３を調整部４に対して安定かつ正確な位置に配置することが可能となるので、ＬＥＤ２２に対するレンズ３２の位置精度が向上する。

また、弾性体６が設けられていれば、配光制御部３を調整部４に押圧して固定することができるので、配光制御部３のがたつきを抑制することができる。これにより、ＬＥＤ２２に対するレンズ３２の位置精度が向上する。また、照明器具１を反転させても配光制御部３が脱落しないので、種々の角度で照明器具１を使用することが可能となり、照明器具１の利便性が向上する。

また、配線基板２１、調整部４、及び放熱部５が熱伝導率の高い材料から構成されていれば、ＬＥＤ２２の発光に伴って生じた熱を効率良く外界へ放熱することができる。これにより、照明器具１内部の異常な温度上昇を防ぐことが可能となるので、ＬＥＤ２２の寿命を延ばすと共に、安定な照明器具１の動作が保証される。

また、配線基板２１のＬＥＤ２２実装面に光反射部材が設けられていれば、レンズ３２の光出射面３２ｅで全反射されて照明器具１の内部方向へ戻ってきた光を、光反射部材により反射して再び照明器具１の外部方向へ向かわせることができる。これにより、照明器具１の光取り出し効率が向上する。

更に、発光部２と配光制御部３とが離れている場合、ＬＥＤ２２から出射された光の一部は、図１３（ｂ）に示されるように、レンズ３２に入射せず、レンズアレイ３１の平坦部に直接入射することがある。このような光は、レンズ３２によって配光制御されないので、照射むらを引き起こしたりグレアとなる可能性がある。そこで、この平坦部に光を拡散する光拡散材を添加したり、光を拡散する光学処理を施してもよい。これにより、平坦部に入射する光を種々の方向に拡散することが可能となるので、平坦部に入射した光による照射むらやグレアの発生を低減することができる。なお、平坦部に成される加工は、上記のものに限定されず、例えば、光を遮光する遮光部材を設けたり、光を遮光する光学処理を施してもよい。これにより、平坦部から光が出射されなくなるので、照射むらやグレアの発生を防止することができる。

なお、本発明に係る照明器具は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、光源は、白色ＬＥＤに限定されず、他色の光を発するＬＥＤから構成されてもよいし、ＬＥＤとは発光機構が異なる有機ＥＬ等の光源から構成されてもよい。また、複数の光源は、すべて同一とされる必要はなく、複数種類の光源から構成されてもよい。また、光学部材は、凹部を有するレンズに限定されず、例えば、凹部を有する反射板等レンズ以外の光学部材から構成されてもよい。この場合、反射板は、例えば、絞り加工を施したアルミニウム反射板にアルマイト処理を施したものや、成形した樹脂表面にアルミニウム膜等を成膜したものとされる。また、被ガイド部とガイド部の構造は、本実施形態のものに限定されず、互いに係合するものであればよい。また、弾性体は、コイル状バネに限定されず、例えば、円環状に成型された弾性ゴムから構成されてもよい。

１ 照明器具
２ 発光部
２２ 光源（ＬＥＤ）
３ 配光制御部
３２ 光学部材（レンズ）
３２ａ 凹部
３３ 被ガイド部
４ 調整部
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ ガイド部
６ 弾性体
Ｄ （発光部と配光制御部との）間隔
Ｌ 回転対称軸

Claims (4)

1. 回転対称に配置された複数の光源を有する発光部と、
   前記複数の光源の各々に対向して設けられた複数の光学部材を有する配光制御部と、
   前記配光制御部を前記発光部の回転対称軸を中心として回転可能に保持する調整部と、を備え、
   前記光学部材の各々は、該部材の光源側の面に前記光源が収容される空間を成す凹部を有し、
   前記調整部は、前記発光部と前記配光制御部との間隔を大きくした後、前記配光制御部を回転させ、前記光学部材の凹部を前記光源に対向させた状態で前記間隔を小さくすることで前記間隔を調整する構成とされ、前記間隔は、前記発光部に対する前記配光制御部の回転角度に応じて段階的に変わることを特徴とする照明器具。
2. 前記調整部は、前記光源の光軸方向長さの異なる縦溝から成る複数のガイド部を有し、前記ガイド部の各々は、光出射面側において互いに連結されており、
   前記配光制御部は、前記ガイド部に係合する凸形状の被ガイド部を有することを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
3. 前記被ガイド部は、前記配光制御部の外周に等間隔に３つ以上配設されていることを特徴とする請求項２に記載の照明器具。
4. 前記配光制御部を前記発光部方向に押圧する弾性体を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明器具。

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