JP2014205411A

JP2014205411A - 照明装置

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Publication number: JP2014205411A
Application number: JP2013083855A
Authority: JP
Inventors: 高志太田; Takashi Ota; 淳志元家; Atsushi Motoie
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-10-30
Also published as: US9518708B2; US20140307447A1

Abstract

【課題】航空機のキャビン内の天井を照明する照明装置において、少ない個数の照明装置でキャビン内を均一に照明し、航空機の総重量の軽量化及び燃費向上に寄与する。
【解決手段】照明装置１は、一列に配された複数のＬＥＤ３Ｂ、３Ｇ、３Ｒと、ＬＥＤが実装される長尺状の基板４と、ＬＥＤを一括して囲い該ＬＥＤからの光の配光を制御するレンズ６と、を備える。ＬＥＤから出射される光の光軸は、基板と直交しており、レンズは、集光レンズであり、ＬＥＤからの光を入射する第１の光入射面６１と、光入射面から入射した光を導光する媒体６０と、光出射面６３と、ＬＥＤから入射した光を拡散させる拡散粒子８を含有する拡散部と、を有する。また、拡散部における拡散粒子の濃度は、ＬＥＤから出射される光の光軸の近傍において高く、光軸から離れるに従って低くなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、航空機のキャビン内の天井を照明する照明装置に関する。

航空機のキャビン内に設けられる照明装置には、例えば、通路の床面に所定間隔で配置される照明装置、読書等をする乗客のために客席を局所的に照明する照明装置、及び通路上方の天井を照明する照明装置がある。これらの照明装置の中でも、キャビン内の明るさは、主として通路上方の天井を照明する照明装置によって制御される。

ところで、近年、航空機の燃費向上のため、機体本体だけでなく、キャビン内に配置される様々な装置の軽量化が要求されている。そこで、航空機のキャビン内に設けられる照明装置の光源にＬＥＤを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特に、通路上方の天井を照明する照明装置は、機内の全長に渡って多数設けられるので、各照明装置に小型で軽量なＬＥＤを光源として用いることで、機体総重量の削減に寄与することができる。

図９は、この種の照明装置の構成例を示す。照明装置１０１，１０２は、航空機ＡＰのキャビン内における通路Ｐ上方の天井Ｃを照明するものであり、通路Ｐの一側及び他側の各々に沿って設けられている。照明装置１０１，１０２は、通路側客席Ｓｐ及び窓側客席Ｓｗの上方収納棚ＳＲｐ，ＳＲｗの上端部に取り付けられ、客席Ｓｐ，Ｓｗに座った乗客からは見えないようになっている。なお、図中の破線矢印は、照明装置１０１，１０２から照射される照明光の光軸方向を示す。

特表２００５−５３７６１３号公報

しかしながら、上記図９に示したように、１つの通路Ｐに対して２列の照明装置１０１，１０２を設けた場合、全装置の総重量が大きくなり、その分だけ航空機ＡＰの総重量が増して航空機ＡＰの燃費が悪くなる。ところが、図１０に示すように、仮に、窓側の収納棚ＳＲｗの上部にのみ照明装置１０１を設けた場合、照明装置１０１から通路側の収納棚ＳＲｐ近傍の天井Ｃまでの方向（照明装置の光軸Ｌ方向）では、光路長が長くなるので、その領域が暗くなる。一方、照明装置１０１に、光軸Ｌ方向の集光性の高い光学部材を用いれば、通路側の収納棚ＳＲｐ近傍の天井Ｃを明るくすることができるが、この領域がスポットライト的に明るくなり、天井Ｃ全体としてムラができ、見栄えが悪くなる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するものであって、少ない個数の照明装置でキャビン内を均一に照明することができ、且つ航空機の総重量の軽量化及び燃費向上に寄与することができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、一列に配された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤが実装される長尺状の基板と、前記ＬＥＤを一括して囲い該ＬＥＤからの光の配光を制御する光学レンズと、を備えた照明装置であって、前記ＬＥＤから出射される光の光軸は、前記基板と直交しており、前記光学レンズは、集光レンズであり、前記ＬＥＤからの光を入射する光入射面と、前記光入射面から入射した光を導光する媒体と、前記媒体を導光する光を出射する光出射面と、前記ＬＥＤから入射した光を拡散させる拡散粒子を含有する拡散部と、を有し、前記拡散部における前記拡散粒子の濃度は、前記ＬＥＤから出射される光の光軸の近傍において高く、該光軸から離れるに従って低くなることを特徴とする。

上記照明装置において、前記光学レンズは、前記光出射面がフレネル構造を有するように構成されていることが好ましい。

上記照明装置において、前記光学レンズは、前記光出射面を覆う透光性被覆部材を更に有し、前記透光性被覆部材の屈折率が、前記媒体の屈折率よりも高いことが好ましい。

上記照明装置において、前記光学レンズは、前記光入射面がフレネル構造を有するように構成されていることが好ましい。

上記照明装置において、前記拡散部は、前記媒体に前記拡散粒子が含有されることにより設けられていることが好ましい。

上記照明装置において、前記拡散部は、前記透光性被覆部材に前記拡散粒子が含有されることにより設けられていることが好ましい。

本発明によれば、レンズは、ＬＥＤからの光を、その光軸方向に集光する一方、拡散粒子の濃度が光軸の近傍において高いので、光を光軸方向の周囲に拡散し、光束が光軸方向に集中しない。そのため、例えば、この照明装置を、キャビン内の通路の一側に設けたとき、照明装置から出射された光が、照明装置を設けた一側の近傍だけでなく、他側の近傍まで、均一に照明することができる。従って、通路の両側に照明装置を設けた場合に比べて、少ない個数の照明装置でキャビン内を効果的に照明することができ、且つ航空機の総重量の軽量化及び燃費向上に寄与することができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置が設置された航空機のキャビン内の断面図。上記照明装置の上面図。図２のＩ−Ｉ線断面を含む斜視図。上記照明装置を構成するＬＥＤユニットの断面図。上記照明装置に用いられるレンズの側断面図。上記レンズを構成する材料の屈折率と波長との相関を示す図。上記実施形態の変形例に係る照明装置に用いられるレンズの断面図。（ａ）（ｂ）は上記実施形態の別の変形例に係る照明装置に用いられるレンズの断面図。一般的な照明装置が設置された航空機のキャビン内の断面図。一般的な照明装置の取付状態を示す部分拡大断面図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について図１乃至図６を参照して説明する。図１に示すように、照明装置１は、航空機ＡＰのキャビン内の天井Ｃを照明するのに用いられる。照明装置１は、航空機ＡＰの進行方向に沿う２列の乗客用通路Ｐの各々に沿って、通路側客席Ｓｐ及び窓側客席Ｓｗの上方にある収納棚ＳＲｐ，ＳＲｗの上端部に取り付けられている。なお、図中の破線矢印は、照明装置１から照射される照明光の光軸方向を示す。

図２に示すように、照明装置１は、長尺形状とされ、直線状に配置された複数のＬＥＤユニット２を有し、図例では、１０個のＬＥＤユニット２が２０．８ｍｍ置きに配置されている。各ＬＥＤユニット２は、列状に配置された３つ以上のＬＥＤ３（図例では、赤色ＬＥＤ３Ｒ、緑色ＬＥＤ３Ｇ及び青色ＬＥＤ３Ｂ）を有し、それらが互いに０．５ｍｍずつ間隔を置いてＬＥＤ３の並び方向における長さが１０．３ｍｍとなるように配置されている。このようにＬＥＤユニット２及びＬＥＤ３を配置することで、ＬＥＤユニット２同士の光そして各々のＬＥＤユニット２におけるＬＥＤ３同士の光が、互いに効率良く混ざり合う。

図３に示すように、照明装置１は、ＬＥＤユニット２を実装する基板４と、基板４に搭載されＬＥＤユニット２を駆動するための駆動回路５と、ＬＥＤユニット２から出射された光を配光制御する光学部材（光学レンズ、以下レンズ６という）と、を備える。また、照明装置１は、これらを保持する枠体７を備える。駆動回路５は、赤色ＬＥＤ３Ｒ、緑色ＬＥＤ３Ｇ及び青色ＬＥＤ３Ｂの各々を個別に駆動するためのドライバ（不図示）を有する。

レンズ６は、１０個のＬＥＤユニット２を一括して覆う長尺形状とされ、ポリカーボネート等の透光性樹脂から成る媒体６０を母体とする。また、レンズ６は、ＬＥＤユニット２からの光を入射する第１の光入射面６１と、第１の光入射面６１の外側に設けられた第２の光入射面６２と、媒体６０を導光する光を出射する光出射面６３と、を有する。また、レンズ６は、その短手方向における両端部から外方に伸びるように設けられた一対の鍔部６４を有し、一対の鍔部６４が枠体７の長手方向に沿って設けられた一対の溝７１にスライド挿入されることで、枠体７に対して着脱可能に取り付けられている。また、光出射面６３及び鍔部６４の、基板４と反対側の面は、透光性被覆部材６５によって覆われている。媒体６０は、ＬＥＤユニット２から入射した光を拡散させる拡散粒子８を含有しており、拡散部として機能する。拡散粒子８は、その屈折率が、媒体６０の屈折率よりも高く、０．１７±０．０２程度の差があることが好ましく、その材料としては、例えば、架橋アクリルが用いられる。また、拡散粒子８は、ナノ粒子であり、その平均粒径０．８〜２ｎｍであることが好ましい。

図４に示すように、赤色ＬＥＤ３Ｒは、赤色光を出射する赤色ＬＥＤチップ３１Ｒと、赤色ＬＥＤチップ３１Ｒを搭載する基台３２と、赤色ＬＥＤチップ３１Ｒを封止する封止材３３と、を有する。赤色ＬＥＤ３Ｒは、基台３２のＬＥＤチップ搭載面３２ａとは反対側の実装面３２ｂを介して基板４に実装されている。基台３２は、一端が赤色ＬＥＤチップ３１Ｒに接続され他端が実装面３２ｂから導出された配線（不図示）を有し、実装面３２ｂから導出された配線は、基板４の配線パターン（不図示）に接続されている。基台３２は、熱伝導性及び耐熱性に優れた材料、例えば、アルミニウムやセラミックにより構成される。

青色ＬＥＤ３Ｂは、赤色ＬＥＤチップ３１Ｒの代わりに青色光を出射する青色ＬＥＤチップ３１Ｂを有する以外は、赤色ＬＥＤ３Ｒと同様に構成されている。

緑色ＬＥＤ３Ｇは、青色ＬＥＤチップ３１Ｂと、青色ＬＥＤチップ３１Ｂを搭載する基台３４と、封止材３３中に分散され青色光を緑色光に波長変換する緑色蛍光体３５と、を有する。基台３４は、その中央に凹部３４ａを有し、凹部３４ａの底面に青色ＬＥＤチップ３１Ｂを搭載している。基台３４は、赤色ＬＥＤ３Ｒや青色ＬＥＤ３Ｂの基台３２と同様に配線（不図示）を有し、青色ＬＥＤチップ３１Ｂと基板４の配線パターン（不図示）とを接続する。

一般に、緑色光を出射する緑色ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップ等に比べて、エネルギ／光変換効率及び発光輝度が低い。上記のように青色ＬＥＤチップ３１Ｂと緑色蛍光体３５とを用いて緑色ＬＥＤ３Ｇを構成することで、緑色ＬＥＤチップを用いて緑色ＬＥＤを構成する場合に比べて、エネルギ／光変換効率及び発光輝度を向上することができる。

上記のように構成された赤色ＬＥＤ３Ｒ及び青色ＬＥＤ３Ｂは、一般的なＬＥＤと同様に、相対的に狭い配光角（例えば、８０°）を有する。これに対して、緑色ＬＥＤ３Ｇは、緑色蛍光体３５を有する封止材３３の全体が緑色光を出射する光源のように振る舞い、相対的に広い配光角（例えば、１２０°）を有する。配光角の広い緑色ＬＥＤ３Ｇは、ＬＥＤユニット２におけるＬＥＤ３の並びにおいて中央（内方）に配置され、配光角の狭い赤色ＬＥＤ３Ｒ及び青色ＬＥＤ３Ｂの各々は、ＬＥＤ３の並びにおいて端部に配置されている。

従って、この構成によれば、配光角の広い緑色ＬＥＤ３Ｇが中央に配置されているので、緑色ＬＥＤ３Ｇから出射された緑色光は、緑色ＬＥＤ３Ｇに隣接する赤色ＬＥＤ３Ｒ及び青色ＬＥＤ３Ｂから出射された赤色光及び青色光と効果的に混ざり合う。そのため、照射光の色むらを低減することができる。また、駆動回路５がＬＥＤ３を個別に駆動することにより、照明装置１から出射される照明光の光色を任意に制御することができる。従って、例えば、キャビン内の天井を青白く照明して早朝のシーンを演出したり、橙色に照明して夕方のシーンを演出する等により、様々な照明演出を行うことができる。

図５は、本実施形態のレンズ６の側断面を示す。レンズ６の第１の光入射面６１は、ＬＥＤユニット２に向けて凸状の曲面を有する。また、レンズ６は、図示した断面（基板の長手方向（図３参照）と直交する断面）において、拡散粒子８の濃度は、ＬＥＤユニット２から出射される光の光軸Ｌの近傍において高く、光軸から離れるに従って低くなっている。第１の光入射面６１の外側に、第２の光入射面６２が連続的に形成されており、この第２の光入射面６２は、フレネル構造を有するように構成されている。

このように構成されたレンズ６では、ＬＥＤユニット２から第１の光入射面６１に入射した光ｒ１は、凸状の曲面から成る第１の光入射面６１ａで屈折されて、媒体６０内を導光された後、光出射面６３のフレネル構造の面においても更に屈折される。その結果、第１の光入射面６１に入射した光ｒ１は、２度屈折されて、光軸Ｌ方向に集光される。また、第２の光入射面６２に入射した光ｒ２は、この第２の光入射面６２で屈折及び全反射された後、光出射面６３のフレネル構造の面においても更に屈折される。その結果、第２の光入射面６２に入射した光ｒ２も、光軸Ｌ方向に集光される。このようにレンズ６は、両面がフレネル構造を有するように構成されているので、レンズ全体の厚みを抑制して、レンズ６を軽量化及び照明装置１を小型化することができる。

第１の光入射面６１及び第２の光入射面６２に入射した光ｒ１，ｒ２は、いずれも光軸Ｌ方向に集光されるので、ＬＥＤユニット２から出射した光の光束は、光軸Ｌ方向が最も多くなる。本実施形態のレンズ６においては、媒体６０に含有される拡散粒子８の濃度は、ＬＥＤユニット２から出射される光の光軸Ｌの近傍において高く、光軸から離れるに従って低くなっている。そのため、レンズ６は、ＬＥＤユニット２からの光を、光軸Ｌ方向に集光しながらも、その周囲に拡散する。

一般的なレンズによれば、集光性を高めてレンズの透過率を高くすれば、照射面においてムラが生じ易くなる。一方、拡散性を高くすると、照射面のムラは生じ難くなるが、照射面の輝度が低下する。すなわち、レンズの透過性と拡散性とは、トレードオフの関係にある。これに対して、本実施形態のレンズ６によれば、レンズ自体の形状により集光性を高めてレンズの光透過率を高くし、且つ光束が多くなる光軸Ｌ近傍で拡散粒子８の濃度を高くすることで、拡散性を得ている。そのため、レンズの透過性と拡散性とを両立させることができる。

従って、本実施形態によれば、レンズ６は、ＬＥＤユニット２からの光を、その光軸Ｌ方向に集光する一方、拡散粒子８の濃度が光軸の近傍において高いので、光を光軸Ｌ方向の周囲に拡散し、光束が光軸方向Ｌに集中しない。そのため、例えば、照明装置１を、キャビン内の通路ｐの一側に設けたとき（図１参照）、照明装置１から出射された光が、照明装置１を設けた一側の近傍だけでなく、他側の近傍まで、均一に照明することができる。従って、通路ｐの両側に照明装置１を設けた場合（図１０参照）に比べて、少ない個数の照明装置１でキャビン内を効果的に照明することができ、且つ航空機ＡＰの総重量の軽量化及び燃費向上に寄与することができる。

また、拡散粒子８を用いているので、レンズ６内では多方向に光が導光され、鍔部６４に導光される光も多くなる。しかしながら、本実施形態のレンズ６においては、フレネル構造は、光出射面６３から鍔部６４の端部まで設けられている。そのため、この鍔部６４に導光された光を光軸Ｌ側に集光することができ、従来は枠体７（図３参照）側で消失していた光を有効光として取り出すことができる。

また、光出射面６３は、透光性被覆部材６５により覆われている。この透光性被覆部材６５は、媒体６０の屈折率ｎ_１よりも高い屈折率ｎ_２を有する材料から構成されている。フレネル構造を有する光出射面６３は、鋸歯の斜辺と垂直辺とが光軸Ｌと直交する方向に定間隔で設けられており、光出射面６３と、この光出射面６３が当接する媒体との境界、すなわち屈折率差を生じる界面が回折格子として機能する。一般に、屈折率には波長依存性があり、図６に示すように、低屈折率材料（屈折率：ｎ_１）は、高屈折率材料（屈折率：ｎ_２）よりも、波長毎の屈折率の変化幅が大きくなる。そのため、例えば、レンズが低屈折率材料から構成されていると、一部の波長成分の光が回折によって干渉縞を生じ、照射面において色ムラを生じることがある。そこで、本実施形態においては、光出射面６３を、媒体６０の屈折率ｎ_１よりも高い屈折率ｎ_２を有する透光性被覆部材６５で覆うことにより、光出射面６３の界面における屈折率差を小さくし、いずれの波長においても回折を生じ難くし、照明光の色ムラを抑制することができる。

次に、本実施形態の変形例に係る照明装置について、図７を参照して説明する。図７に示す変形例では、透光性被覆部材６５に拡散粒子８が含有されることにより拡散部が設けられている。この構成によれば、拡散部の作製が容易であり、拡散粒子８の濃度や勾配の異なる透光性被覆部材６５を複数種製造して、それらを適宜に取り替えることにより、レンズ６の光透過性及び拡散性を変更することができる。また、拡散部は、透光性被覆部材６５の表面に拡散ドット印刷を施したものであってもよい。

次に、本実施形態の別の変形例に係る照明装置について、図８を参照して説明する。図８（ａ）に示す変形例では、レンズ６は、光入射面６１Ａが凹状となるように形成されている。この凹状の光入射面６１Ａは、その底面をＬＥＤユニット２から正面方向に出射された光が入射する第１の光入射面６１ａとし、筒状の側面をＬＥＤユニット２から広角に出射された光が入射する第２の光入射面６１ｂとしている。第１の光入射面６１ａは、ＬＥＤユニット２に向けて凸状の曲面を有する。また、レンズ６は、第２の光入射面６１ｂに相対して設けられ第２の光入射面６１ｂから入射した光を全反射する全反射面６２Ａを有する。そして、上記実施形態と同様、レンズ６は、図示した断面（基板の長手方向（図３参照）と直交する断面）において、拡散粒子８の濃度は、ＬＥＤユニット２から出射される光の光軸Ｌの近傍において高く、光軸から離れるに従って低くなっている。このレンズ６は、汎用されるハイブリッドレンズの光出射面にフレネル構造等を加工したものなので、レンズの設計及び製造を簡易にすることができる。また、この変形例においても、図８（ｂ）に示すように、透光性被覆部材６５に拡散粒子８が含有されることにより拡散部が設けられていてもよい。

なお、本発明に係る照明装置は、上記実施形態及びその変形例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、照明装置はＲＧＢ以外の色の光を出射するＬＥＤを有していてもよく、ＲＧＢのＬＥＤに加えて白色光を出射する白色ＬＥＤを設け、これらＬＥＤを個別に調光制御する構成としてもよい。なお、本発明に係る照明装置は、照明装置１の近方と遠方とで、光路長の差に応じた輝度差が生じ難いようにしているので、１列の通路を有する航空機にも適用することができる。しかしながら、１列の通路の場合には、照明の対称性が強く要請される。また、航空機の左右重量バランスを鑑みて、２列の通路を有する航空機に適用されることが好ましい。

１照明装置
２ＬＥＤユニット
３ＬＥＤ
４基板
６レンズ（光学レンズ：光学部材）
６０媒体（拡散部）
６１第１の光入射面（光入射面）
６１ａ第１の光入射面（光入射面）
６１ｂ第２の光入射面（光入射面）
６２第２の光入射面（光入射面）
６３光出射面
６５透光性被覆部材（拡散部）
８拡散粒子
Ｌ光軸

Claims

一列に配された複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤが実装される長尺状の基板と、前記ＬＥＤを一括して囲い該ＬＥＤからの光の配光を制御する光学レンズと、を備えた照明装置であって、
前記ＬＥＤから出射される光の光軸は、前記基板と直交しており、
前記光学レンズは、集光レンズであり、前記ＬＥＤからの光を入射する光入射面と、前記光入射面から入射した光を導光する媒体と、前記媒体を導光する光を出射する光出射面と、前記ＬＥＤから入射した光を拡散させる拡散粒子を含有する拡散部と、を有し、
前記拡散部における前記拡散粒子の濃度は、前記ＬＥＤから出射される光の光軸の近傍において高く、該光軸から離れるに従って低くなることを特徴とする照明装置。
前記光学レンズは、前記光出射面がフレネル構造を有するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記光学レンズは、前記光出射面を覆う透光性被覆部材を更に有し、
前記透光性被覆部材の屈折率が、前記媒体の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記光学レンズは、前記光入射面がフレネル構造を有するように構成されている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装置。
前記拡散部は、前記媒体に前記拡散粒子が含有されることにより設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
前記拡散部は、前記透光性被覆部材に前記拡散粒子が含有されることにより設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。