JP2013137985A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】近接して配置される複数の発光素子と、蛍光体とを光源12として有しており、この光源12からの出射光は、光源12の光軸C上に配置されたレンズシート14に入射された後、レンズシート14の光源12との対向面14aに設けられている、光源12の光軸Cを中心として対称に配置される複数のプリズム16により、その光路が偏向される。更に、光路偏向された光は、レンズシート14の光源12とは反対側の面14bに設けられている複数の光散乱素子22により様々な角度に散乱され、その指向性が低減されて、レンズシート14から出射される。このため、レンズシート14を介して出射される、光源12からの出射光の混色が促され、照明装置10の光源12に、擬似白色発光ダイオードを用いた場合に不可避の色むらを、軽減することができる。
【選択図】図1
Description
図14には、照明装置の光源として用いることが可能な、いわゆる擬似白色LED100が示されている。この擬似白色LED100は、発光素子としての複数の青色発光LED102が底部に近接配置されたランプハウス104と、ランプハウス104の凹部を封止する透明樹脂106とを含み、透明樹脂106に、ガーネット(YAG)等の黄色蛍光体108を分散させたものである。そして、夫々の青色発光LED102から出射される青色光は、ランプハウス104の透明樹脂106内を拡散し、この際に黄色蛍光体108によって、黄色系の蛍光へと波長変換された状態で、便宜上、二点鎖線で示されるような出射光L(L1、L2)として、ランプハウス104の外部へと出射されるものである。なお、図14の符号103で示される部分は、電極端子である。
そして、第1のレンズ群112、第2のレンズ群114の双方によって、擬似白色LED100からの出射光Lの出射角度が、光軸Cと平行な方向へと偏向されるものである。
又、上記のごとく近接配置された複数の青色発光LED102を有する擬似白色LED100を、光源として用いた照明装置からの発光は、その照射面に「チップ見え」と呼ばれる色むらが発生する場合がある。これは照射面において、夫々の青色発光LED102からの出射光のうち、青みが強く輝度も高い光が連なることが原因となり、視認される現象である。
このような、照明光の色むらは、白熱灯や蛍光灯を用いた従来の照明装置では問題となっておらず、擬似白色LED100を光源として用いた照明装置特有の、品質低下要因となっている。
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
更に、本項に記載の照明装置は、複数のプリズムと複数の光散乱素子との双方が、レンズシートの両面に設けられていてもよい。この場合には、レンズシートの両面において、複数のプリズムが形成されている領域を通過する光は、複数のプリズムの各々が有する形状に依存した方向に、その光路が偏向され、複数の光散乱素子が形成されている領域を通過する光は、その指向性が低減されて、様々な角度に散乱される。これにより、レンズシートを通過する光源からの出射光の混色を、更に促すものである。
本項に記載の照明装置は、複数のプリズムが、レンズジシ−トの光源と対向する面のみに形成され、かつ、複数の光散乱素子が、レンズシートの光源とは反対側の面のみに形成されているものである。これにより、レンズシートに入射された光源からの出射光は、光源との対向面において、光源の光軸を中心として対称に配置される複数のプリズムにより、その光路が偏向される。更に、光路偏向された光はレンズシート内を進み、光源とは反対側の面において、複数の光散乱素子により、様々な角度に散乱され、その指向性が低減されて、レンズシートから出射される。そして、レンズシートを介して出射される光源からの出射光の、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数の光散乱素子が、光源の光軸近傍の領域に形成されていることにより、特に光源の光軸近傍に連なって出射される、複数の発光素子からの出射光を、様々な角度に散乱し、レンズシートから出射する。そして、レンズシートの、光散乱素子が形成されている領域を介して出射される光源からの出射光と、光散乱素子が形成されていない領域を介して出射される光源からの出射光との相乗効果により、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数の光散乱素子が、光源の光軸を基準としてレンズシートの外側の領域に形成されているものである。これにより、レンズシートの外側の領域を通過する光源からの出射光を、様々な角度に散乱し、レンズシートから出射する。そして、レンズシートの、光散乱素子が形成されている領域を介して出射される光源からの出射光と、光散乱素子が形成されていない領域を介して出射される光源からの出射光との相乗効果により、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数の光散乱素子が、ドーム形状のものを含むことで、上記(1)から(4)項記載の作用を奏するものとなる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに形成される複数の光散乱素子として、光源の光軸を中心とする同心円状に配置された複数のシリンドリカルレンズを含むものである。そして、これら複数のシリンドリカルレンズの断面の曲率や配置間隔を調整することで、レンズシートから出射される光は、様々な角度に散乱されながらも、その広がり角が制御される。このため、レンズシートを介して出射される光源からの出射光の広がり角を抑制しながら、その混色を促すものとなる。
しかも、レンズシートには、光源の光軸を中心として対称に配置される複数のプリズムが設けられ、なおかつ、光源の光軸を中心とする同心円状に配置された複数のシリンドリカルレンズ、換言すれば、同心円状のレンチキュラーレンズが設けられていることから、このレンズシートを介した光源からの光は、光源の光軸を中心として回転対称性に優れた照度分布となる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数のシリンドリカルレンズが、隣接するシリンドリカルレンズとは断面の曲率が異なるシリンドリカルレンズを含むことにより、例えば、シリンドリカルレンズの断面曲率を、光源の光軸からの距離に応じて変化させることとすれば、光源からの出射光の色度分布に対応して、出射光の広がり角の制御を行うものとなる。又、個々のシリンドリカルレンズの断面曲率を、必要に応じてランダムに設定することとすれば、シリンドリカルレンズが形成されている領域を介して出射される光源からの出射光は、その領域で混色がランダムになされ、かつ、シリンドリカルレンズが形成されていない領域を介して出射される光源からの出射光との相乗効果により、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数のシリンドリカルレンズが、凸シリンドリカルレンズであることにより、上記(6)(7)項記載の作用を奏するものとなる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数のシリンドリカルレンズが、凹シリンドリカルレンズであることにより、上記(6)(7)項記載の作用を奏するものとなる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに形成される複数の光散乱素子として、光源の光軸と直交する面上に規則的に配列された複数の微小レンズを含むものである。そして、これら複数の微小レンズの断面の曲率や配列規則(例えば、マトリクス状、斜め格子状、同心円状等)を調整することで、レンズシートから出射される光は、様々な角度に散乱されながらも、その広がり角が制御される。このため、レンズシートを介して出射される光源からの出射光の広がり角を抑制しながら、その混色を促すものとなる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数の微小レンズが、千鳥格子状に配列されていることで、より稠密に微小レンズが配置されるものとなる。例えば、夫々の微小レンズが平面視で六角形状を成している場合等には、各微小レンズの各外周辺に、隣接する微小レンズが密接して配置されるため、隙間なく微小レンズが配置されるものとなる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数の微小レンズが、凸レンズであることにより、上記(10)(11)項記載の作用を奏するものとなる。
本項に記載の照明装置は、レンズシートに設けられている複数の微小レンズが、凹レンズであることにより、上記(10)(11)項記載の作用を奏するものとなる。
本項に記載の照明装置は、第1のレンズ群に含まれる複数のプリズムが、光源の光軸からの距離に応じて、傾斜面の傾斜角度が小さくなるように構成することで、第1のレンズ群に含まれる複数のプリズムによる、光源の光軸からの距離に応じた、偏向方向の制御がなされるものである。例えば、レンズシートの、第1のレンズ群を介して出射される光源からの出射光の出射角度が、光源の光軸からの距離に関わらず一定となるように、各プリズムの傾斜面の傾斜角度を、光源の光軸からの距離に応じて小さくするものである。
本項に記載の照明装置は、第2のレンズ群に、複数の反射プリズムを含むことで、第1のレンズ群よりも光源の光軸から遠い領域において、第2のレンズ群を介して出射される光源からの出射光の出射角度が、光軸と平行な方向又は光源の光軸に接近する方向へと偏向されるものである。そして、レンズシートの、第1のレンズ群を介して出射される光源からの出射光と、第1のレンズ群の外側に配置される第2のレンズ群を介して出射される光源からの出射光との、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、第1のレンズ群と第2のレンズ群との間の、第3のレンズ群によっても、光源からの出射光が偏向されるものである。ここで、第3のレンズ群は、光源の光軸側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面を有することから、光源からの出射光が、第3のレンズ群の傾斜面に照射されて屈折し、レンズシートから出射する際の光路が、第1のレンズ群を介する出射光とは逆に光源の光軸方向、又は、光源の光軸方向と平行な方向へと偏向されるものである。そして、レンズシートの、第1のレンズ群を介して出射される光源からの出射光と、第1のレンズ群の外側に配置される第2のレンズ群を介して出射される光源からの出射光に、更に、第1のレンズ群と第2のレンズ群との間の、第3のレンズ群を介して出射される光源からの出射光とが合わさり、更なる混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、第2のレンズ群に、光源の光軸側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面を有する複数のプリズムを含むことで、第1のレンズ群よりも光源の光軸から遠い領域において、光源からの出射光が、第2のレンズ群の傾斜面に照射されて屈折し、レンズシートから出射する際の光路が、第1のレンズ群を介する出射光とは逆に光源の光軸方向、又は、光源の光軸方向と平行な方向へと偏向されるものである。そして、レンズシートの、第1のレンズ群を介して出射される光源からの出射光と、第1のレンズ群の外側に配置される第2のレンズ群を介して出射される光源からの出射光との、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、レンズシートの各レンズ群に含まれる複数のプリズムが、光源の光軸を中心として回転対称をなすことで、光源の光軸を中心とする放射方向の全方向に対し、レンズシートを介して出射される光源からの出射光の、混色が促されるものである。
本項に記載の照明装置は、例えば、複数のプリズムがレンズシートの光源とは反対側の面に形成される場合において、複数のプリズムの隣接するプリズム間に平坦部が設けられており、この平坦部に複数の光散乱素子が形成されているものである。すなわち、プリズムと、複数の光散乱素子が形成された平坦部とが、光源の光軸を中心とする同心円状に、レンズシートの径方向に交互に設けられることとなる。これにより、レンズシートのプリズムを通過することで、プリズムの形状に依存した方向に光路偏向される光源からの出射光と、レンズシートのプリズムと隣接する平坦部を通過することで、複数の光散乱素子により様々な角度に散乱される光源からの出射光との混色が、更に促されることになる。
本項に記載の照明装置は、例えば、複数のプリズムがレンズシートの光源とは反対側の面に形成される場合において、プリズムを構成しているプリズムの傾斜面に、複数の光散乱素子が形成されているものである。このようなプリズムを通過する、光源からの出射光は、プリズムの形状に依存した方向に光路偏向され、更に、光路偏向された方向を基準として、複数の光散乱素子により様々な角度に散乱されて、レンズシートから出射される。これにより、光源からの出射光の混色を促すものである。
本項に記載の照明装置は、光源が有する複数の発光素子が、近接して配置されているものである。このような光源においては、所謂「チップ見え」と呼ばれる色むらが発生することが懸念されるが、本項に記載の照明装置は、レンズシートに形成される複数の光散乱素子を、例えば、光源の光軸近傍の領域に形成することとすれば、特に光源の光軸近傍に連なって出射される、複数の発光素子からの出射光を、複数の光散乱素子により様々な角度に散乱させるため、このような色むらをも低減するものとなる。
本項に記載の照明装置は、光源が、複数の青色発光ダイオードから出射される青色光を蛍光体によって黄色系の蛍光へと波長変換し、擬似白色発光ダイオードを構成するものである。そして、擬似白色発光ダイオードから出射される光源からの出射光が、上述のごとく、レンズシートのプリズムや光散乱素子によって混色が促されることで、擬似白色発光ダイオードに不可避の色むらを、軽減ないし解消するものである。
図1に示されるように、本発明の第1の実施の形態に係る照明装置10は、光源12と、レンズシート14とを含むものであり、レンズシート14は、光源12の光軸Cを中心として、対称に配置される複数のプリズムと、光源12の光軸C近傍の円状の領域に形成される、複数の光散乱素子22とを有するものである。光源12は、図14に示される従来と同様の擬似白色LED100の構成を有しており、各部の構成については図14と同一の符号を付している。なお、図1の例では、光源として、青色発光ダイオード102が3個配置された擬似白色LEDが例示されているが、本実施の形態に係る照明装置の光源では、青色発光ダイオード102の個数は3個〜数十個で設定され、その配置のピッチは略0.25mmに設定されている。
又、レンズシート14の光源12とは反対側の面14bには、光源12の光軸C近傍に位置する、光源12の光軸Cを中心とした円状の領域に、複数の光散乱素子22が形成されている。ここで、本実施の形態に係る光散乱素子22としては、図1(b)に拡大図示されるように、ドーム形状の光散乱素子22aを採用している。
更に、光源12及びレンズシート14の外縁部を一体に覆う椀状又は有底円筒状の反射鏡(図示省略)を備えることで、照明装置10が構成されている。
又、ドーム形状の光散乱素子22aのドーム径は、略0.07mmに設定し、更に、ドーム形状の光散乱素子22aが形成される円状の領域に対し、ドーム形状の光散乱素子22aが形成される密度は、略80%に設定している。
そして、第1のレンズ群14Aに含まれる複数のプリズム161、162、163‥‥は、図2に示されるように、光源12の光軸Cからの距離に応じて、傾斜面16aの傾斜角度θ1、θ2、θ3‥‥が小さくなる態様(θ1>θ2>θ3)で形成されている。なお、図1、図2の例では、光源12の発光面12aと、レンズシート14の光源12との対向面14aとの距離Y(又は、発光面12aおよび対向面14aを結ぶ仮想線と光軸とがなす角度)を考慮しつつ、第1のレンズ群14Aを介して出射される光源からの出射光の出射角度が、光源12の光軸Cからの距離に関わらず20°で一定となるように、各プリズム161、162、163‥‥の傾斜面16aの傾斜角度θ1、θ2、θ3‥‥が設定されている。なお、各プリズム161、162、163‥‥の傾斜面16aの傾斜角度θ1、θ2、θ3‥‥は、公知の関係式から容易に求めることが可能である。
なお、光源12の発光面12aと、レンズシート14の光源12との対向面14aとの距離Yは、本発明の第1の実施の形態では、光源12の発光面12aの直径dと略一致するように設定されているが、照明装置の照明光の輝度を損なうことなく色むらを低減し、かつ、照明装置10の小型化を促進する観点から、0.5d≦Y≦1.5dの範囲に設定することが望ましい。又、同様の観点から、レンズシート14の直径Dについては、前述した20mm以上という設定に加え、TAN−1(D/2Y)<80°に設定することが望ましい。
又、図3(b)は、図3(a)に示される第1のレンズ群14Aと第2のレンズ群14Bとの間に、光源12の光軸C側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面20aを有する複数のプリズムを含む、第3のレンズ群14Cが形成されているものである。本説明では、このように、光源12の光軸C側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面20aを有する複数のプリズム20からなるレンズ群14Cを「凸フレネルレンズ」ともいう。
一方、図3(c)は、図3(a)に示される第2のレンズ群14Bを、図3(b)で説明したように、光源12の光軸C側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面20aを有する複数のプリズム20からなる、凸フレネルレンズに置換したものである。
まず、図4(a)に示されるように、レンズシート14の、第1のレンズ群14Aを構成する複数のプリズム16が、凹フレネルレンズである場合には、光源12からの出射光Lは、各プリズム16の、光源12の光軸C側を向いて傾斜する傾斜面16aでの屈折により、レンズシート14から出射する際の光路が、光源12の光軸Cに対して外側へと偏向される。このため、レンズシート14の、第1のレンズ群14Aを介して出射される光源12からの出射光Lは、第1のレンズ群14Aの外側に配置される第2のレンズ群14B(図1、図3(a)参照)の、複数の反射プリズム18を介して出射される、光源12の光軸Cと平行な出射光(図15参照)との、混色が促されるものである。
この場合は、その傾斜角度にもよるが、光源12からの出射光Lは、各プリズム20の、光源12の光軸Cとは反対側を向いて傾斜する傾斜面20aでの屈折により、レンズシート14から出射する際の光路が、光源12の光軸Cと平行な方向へと偏向されることとなる。又、仮に、各プリズム20の傾斜面20aの傾斜角度を増大させても、レンズシート14からの出射光Lの出射角度は、図4(b)に示されるような、プリズムを備えず平坦面のみで形成されているものよりも、(光源12の光軸Cに対して外側への)出射角度を大きくすることは出来ない。すなわち、レンズシート14の、第1のレンズ群14A”を介して出射される光源12からの出射光Lは、第1のレンズ群14Aの外側に配置される第2のレンズ群14Bの、複数の反射プリズム18を介して出射される、光源12の光軸Cと平行な出射光(図15参照)との混色が、殆ど期待できないものである。
この場合は、その傾斜角度にもよるが、光源12からの出射光Lは、各プリズム20の、光源12の光軸C側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面20aでの屈折により、レンズシート14から出射する際の光路が、光源12の光軸Cに対して内側へと、明確に偏向されるものとなる。
従って、図4(d)の例では、レンズシート14の、第1のレンズ群14A’”を介して出射される光源12からの出射光Lと、第1のレンズ群14Aの外側に配置される第2のレンズ群14Bの、複数の反射プリズム18を介して出射される、光源12の光軸Cと平行な出射光(図15参照)との混色は期待できるが、照明装置10の照明光の輝度を損なうことになってしまう。
なお、図5、図6において、本発明の第1の実施の形態に係るデータは、符号凹で示されている。又、参考例として、第1のレンズ群14Aに係る、図4(b)の比較例に係るデータを符号FLで、図4(c)の比較例に係るデータを符号凸で、図4(d)の比較例に係るデータを符号凸2で、各々示している。更に、第2のレンズ群14Bに係る、傾斜面の傾斜角度がランダムに形成された反射プリズムのデータを符号TIR(RDM)で、従来の、傾斜面の傾斜角度が一定の反射プリズムに係るデータを符号TIR(PA)で、各々示している。
そして、本発明の第1の実施の形態に係る凹の出射角度は、第1のレンズ群14Aが形成されたrが2mmまでの全領域において、上記各比較例よりも、出射角度αが大きくなっていることが解る。
なお、本発明の第1の実施の形態に係る、図3(b)(c)の例についての具体的数値の開示は省略するが、図3(a)の例と同様に、第1のレンズ群14Aに、光源12の光軸C側を向いて傾斜する傾斜面16aを有する複数のプリズム16を含むことから、同様の色むら軽減効果が期待できるものである。
従って、本発明の第2の実施の形態に係るレンズシート14’(図9(a))では、比較例に係るレンズシート14’(図9(b))と比較すると、光源12からの出射光Lが、様々な方向に光路が偏向されることが解る。
従って、本発明の第3の実施の形態に係るレンズシート14”(図11(a))では、比較例に係るレンズシート14”(図11(b))と比較すると、光源12からの出射光Lが、様々な方向に光路が偏向されることが解る。
又、図1(a)、図8(a)、図10(a)、及び図12の例では、第1のレンズ群14Aとして、複数のプリズム16で構成された凹フレネルレンズが示されているが、これを複数のプリズム20で構成した凸フレネルレンズとしてもよく、更には、凹フレネルレンズと凸フレネルレンズとを組合せたものとしてもよい。
Claims (19)
- 複数の発光素子及び蛍光体を有する光源と、
該光源の光軸上に配置され、前記光源の光軸を中心として対称に配置される複数のプリズムを有するレンズシートとを含む照明装置であって、
前記複数のプリズムは、前記レンズシートの少なくとも前記光源と対向する面に形成され、
複数の光散乱素子が、前記レンズシートの少なくとも前記光源とは反対側の面に形成されていることを特徴とする照明装置。 - 前記レンズシートの前記複数の光散乱素子が形成される領域は、前記光源の光軸近傍の領域であることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記複数の光散乱素子が形成される領域は、前記光源の光軸を基準として前記レンズシートの外側の領域であることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記複数の光散乱素子は、ドーム形状が含まれることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の照明装置。
- 前記複数の光散乱素子は、前記光源の光軸を中心とする同心円状に配置された複数のシリンドリカルレンズが含まれることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の照明装置。
- 前記複数のシリンドリカルレンズは、隣接するシリンドリカルレンズとは断面の曲率が異なるシリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項5記載の照明装置。
- 前記複数のシリンドリカルレンズは、凸シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項5又は6記載の照明装置。
- 前記複数のシリンドリカルレンズは、凹シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項5又は6記載の照明装置。
- 前記複数の光散乱素子は、前記光源の光軸と直交する面上に規則的に配列された複数の微小レンズが含まれることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の照明装置。
- 前記複数の微小レンズは、千鳥格子状に配列されていることを特徴とする請求項9記載の照明装置。
- 前記複数の微小レンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項9又は10記載の照明装置。
- 前記複数の微小レンズは、凹レンズであることを特徴とする請求項9又は10記載の照明装置。
- 前記レンズシートは、前記光源の光軸を基準位置として内側に配置される第1のレンズ群と、該第1のレンズ群の外側に配置される第2のレンズ群とを含み、
前記第1のレンズ群は、前記光源の光軸側を向いて傾斜する傾斜面を有する複数のプリズムを含むことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の照明装置。 - 前記第1のレンズ群に含まれる複数のプリズムは、前記光源の光軸からの距離に応じて、前記傾斜面の傾斜角度が小さくなる態様で形成されていることを特徴とする請求項13記載の照明装置。
- 前記第2のレンズ群は、複数の反射プリズムを含むことを特徴とする請求項13又は14記載の照明装置。
- 前記第1のレンズ群と前記第2のレンズ群との間に、前記光源の光軸側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面を有する複数のプリズムを含む第3のレンズ群が形成されていることを特徴とする請求項15記載の照明装置。
- 前記第2のレンズ群は、前記光源の光軸側とは反対側を向いて傾斜する傾斜面を有する複数のプリズムを含むことを特徴とする請求項13又は14記載の照明装置。
- 前記各レンズ群に含まれる複数のプリズムが、前記光源の光軸を中心として、回転対称をなすことを特徴とする請求項13から17のいずれか1項記載の照明装置。
- 前記複数の発光素子は青色発光ダイオードであり、前記蛍光体は前記青色発光ダイオードから出射される青色光を黄色系の蛍光へと波長変換するものであることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項記載の照明装置。
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