JP2019169435A

JP2019169435A - 照明装置

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Publication number: JP2019169435A
Application number: JP2018058290A
Authority: JP
Inventors: 有美羽生田; Yumi Hanyuda
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP7176211B2

Abstract

【課題】ＬＥＤを光源に用いた上で、光の照射範囲を所望する範囲に調節することができる、高出力の照明装置を提供することを課題とする。【解決手段】照明装置１００は、ＬＥＤ１と液晶レンズ２０を有する。液晶レンズ２０は、ＬＥＤ１に対し光の出射側に対向して固定配置され、ＬＥＤ１から出射される光を透過および偏向させる。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、例えば、スポットライトや投光器などの照明装置に関する。

近年、舞台照明などに使用するスポットライトの光源として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた照明装置が普及されつつある。ＬＥＤは、消費電力が小さく、ハロゲンランプと比較して発熱量が小さい利点を有する。反面、ＬＥＤは、熱に弱く、放熱対策が必要である。

また、舞台照明に用いるスポットライトは、一般に、光の出射端にバンドアと呼ばれる複数枚の遮光板を備えている。バンドアは、スポット光の光路上に介在して、スポット光の照射範囲を狭める。このため、バンドアを用いてスポット光の照射範囲を調節するには、バンドアから見て光源が十分に小さく、理想的には点光源であることが望ましい。

特開２０１６−１１０９３４号公報

一方、舞台照明に使用するスポットライトは、できるだけ高出力であることが望ましい。しかし、ＬＥＤは、熱により性能が劣化する特性を有するため、１つのＬＥＤを用いて高出力な照明光を射出することは難しい。これに対し、ＬＥＤの放熱対策のため、複数のＬＥＤを光軸と直交する面に沿って配置した場合、バンドアで遮光したスポット光のエッジがぼやけてしまい、スポット光の照射範囲を所望する範囲に調節することが難しくなる。

よって、ＬＥＤを光源に用いた上で、光の照射範囲を所望する範囲に調節することができる、高出力の照明装置の開発が望まれている。

実施形態に係る照明装置は、光源と液晶レンズを有する。液晶レンズは、光源に対し光の出射側に対向して固定配置され、光源から出射される光を透過および偏向させる。

実施形態によると、光源は、光の出射方向と交差する面に沿って配置した複数の発光素子を含む。

実施形態の照明装置は、複数の発光素子にそれぞれ対向して光源と液晶レンズの間に配置され、発光素子から出射される光を狭角に制御する、複数の配光制御部材をさらに有する。

実施形態によると、液晶レンズは、光の偏向方向が異なる第１および第２の液晶レンズを光の出射方向に重ねて有する。

実施形態の照明装置は、第１および第２の液晶レンズを光の出射方向に沿った軸を中心に回動可能に支持した回動支持機構をさらに有する。

実施形態の照明装置によると、光源に対向して固定配置した液晶レンズにより、光源から出射される光を偏向させるため、光の照射範囲を所望する範囲に調節することができる。

実施形態の照明装置によると、光の出射方向と交差する面に沿って配置した複数の発光素子を有するため、高出力の照明光を出射することができる。また、液晶レンズによって複数の発光素子から出射された光を偏向させるため、光の照射範囲を所望する範囲に調節することができる。

実施形態の照明装置によると、各発光素子に対向して複数の配光制御部材を有するため、液晶レンズに入射する光を所望する配向角度に制御することができる。

実施形態の照明装置によると、光の偏向方向が異なる第１および第２の液晶レンズを光の出射方向に重ねて有するため、バンドアを用いた場合と同様に、光の照射範囲を２方向で制御することができ、照射範囲を所望する範囲に調節することができる。

実施形態の照明装置によると、第１および第２の液晶レンズを光の出射方向に沿った軸を中心に回動させることができ、光を照射する対象物におけるスポット光を所望する角度に回動させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置を示す外観斜視図である。図２は、図１の照明装置の要部を示す概略図である。図３は、図１の照明装置の変形例を示す概略図である。図４は、図３の照明装置により形成されるスポット光の形状について説明するための図である。図５は、第２の実施形態に係る照明装置の要部を示す概略図である。図６は、図５の照明装置の複数の光源ユニットのレイアウトの一例を示す図である。図７は、図５の照明装置の複数の光源ユニットのレイアウトの他の例を示す図である。図８は、図５の照明装置の変形例を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
以下の説明では、照明装置１００から光を出射する方向を矢印Ｌで示し、出射方向Ｌに沿った前方から照明装置１００を見て上下左右方向を規定する。なお、各図において、出射方向ＬをＺ方向とし、出射方向Ｌの前方から見て左右方向をＸ方向とし、上下方向をＹ方向として座標軸を図示する場合もある。

（第１の実施形態）
図１に示すように、第１の実施形態に係る照明装置１００は、略矩形箱状の筐体１０１を有する。筐体１０１は、金属板により形成されている。光の出射方向Ｌと反対の筐体１０１の後端側には、複数枚の放熱フィン１０２が設けられている。放熱フィン１０２は、ＹＺ平面に沿って上下に延設されてＸ方向に互いに離間して筐体１０１と一体に設けられている。

筐体１０１の前方の面には、光を出射するための矩形の開口部１０１ａが設けられている。開口部１０１ａには、矩形の透光板１０４が取り付けられている。透光板１０４は、開口部１０１ａを塞ぐように設けられている。透光板１０４は、照明装置１００から出射される光を透過させて拡散させる。透光板１０４は省略することができる。

筐体１０１の左右の側壁１０５、１０６には、照明装置１００を図示しない照明バトンなどに取り付けるための取付アーム１０８が取り付けられている。取付アーム１０８は、帯状の金属板をＵ字状に折り曲げた形状を有し、その両端が、それぞれ、筐体１０１の側壁１０５、１０６に回動可能に取り付けられている。取付アーム１０８の両端は、Ｘ方向に延設された回動軸１０９を介して、筐体１０１に回動可能に取り付けられている。このため、照明装置１００は、取付アーム１０８を介して照明バトンなどに取り付けた状態で、上下に回動可能となっている。

図２に示すように、照明装置１００は、放熱フィン１０２に熱的に接続した光源基板２、光源基板２の表面２ａに実装した光源ユニット１０、および光の出射方向Ｌに沿って光源ユニット１０の前方に離間して配置した液晶レンズ２０を有する。すなわち、光源ユニット１０、液晶レンズ２０、および透光板１０４は、光の出射方向Ｌに沿ってこの順序で配置されている。ここでは、説明を分かり易くするため、放熱フィン１０２の形状を図１と異ならせて示してある。

光源ユニット１０は、表面１２ａにＬＥＤ１（Light Emitting Diode）（発光素子）を取り付けたベース部材１２、およびＬＥＤ１の前方を覆うようにベース部材１２に取り付けたコリメータレンズ１４を有する。ベース部材１２は、ＸＹ平面に沿って配置されている。コリメータレンズ１４は、ＬＥＤ１から出射された光を狭角に制御する配光制御部材として機能する。配光制御部材として、この他に、リフレクタや集光レンズを用いてもよい。本実施形態では、コリメータレンズ１４は、ＬＥＤ１から出射された光を平行光に変える。

ＬＥＤ１の熱は、ベース部材１２および光源基板２を介して複数枚の放熱フィン１０２に伝わる。複数枚の放熱フィン１０２は、ＬＥＤ１の熱を筐体１０１の外部へ放熱する。つまり、ベース部材１２および光源基板２は、熱伝導率の高い材料により形成されている。

液晶レンズ２０は、光源ユニット１０に対し、光の出射側に離間対向して、固定配置されている。液晶レンズ２０は、ＸＹ平面に沿う姿勢で配置され、支持部材２２を介して筐体１０１に固定されている。液晶レンズ２０を光が透過する有効領域は、コリメータレンズ１４を介して入射される全ての光を透過させる大きさを有する。言い換えると、液晶レンズ２０のＸＹ平面に沿った形状はいかなる形状であってもよく、円形や四角形であってもよいが、光源ユニット１０から出射される全ての光を透過させる大きさであることが望ましい。

液晶レンズ２０は、光源ユニット１０を介して出射される光を透過させて偏向させる。液晶レンズ２０は、図示しない液晶層を間に挟んでＺ方向の両側に図示しない一対の透明電極を有し、一対の透明電極間に電圧を与えることで光の透過／遮断を制御する。なお、液晶レンズ２０は、一対の透明電極間に与える電圧を変えることで、透過する光の拡散度を制御する。

本実施形態の液晶レンズ２０は、コリメータレンズ１４を介して狭角に制御された光（平行光）を透過させて拡散させる。そして、一対の電極間に与える電圧を制御することで、液晶レンズ２０を介して出射される光の出射角を変え、光の照射面（図示せず）におけるスポット光の大きさを変える。

よって、上述した第１の実施形態によると、液晶レンズ２０を用いてスポット光の照射領域の大きさを変えることができるため、従来のように光学レンズを光の出射方向Ｌに沿って移動させるズーム機構と比較して、出射方向Ｌに沿った照明装置１００のサイズを短くすることができる。本実施形態では、ＬＥＤ１を光源に使用し、コリメータレンズ１４を配光制御部材として用い、且つ液晶レンズ２０をズームレンズの代りに用いたため、照明装置１００の出射方向Ｌのサイズを極めて薄くすることができる。

（第１の実施形態の変形例）
図３は、上述した第１の実施形態の照明装置１００の変形例を示す概略図である。この変形例に係る照明装置１１０は、光の出射方向Ｌに沿って２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを重ねて有する。また、この照明装置１１０は、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂをそれぞれ独立して出射方向Ｌに沿った軸を中心にＸＹ平面に沿って回動可能に支持した回動支持部材２４（回動支持機構）を有する。

照明装置１１０は、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂをＸＹ平面に沿って回動自在に支持した以外、上述した第１の実施形態の照明装置１００と略同じ構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施形態の照明装置１００と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

液晶レンズ２０ａ、２０ｂは、透過する光をその透過方向と交差する１方向に偏向させる特性を有する。例えば、一方の液晶レンズ２０ａ（第１の液晶レンズ）は、透過する光をＹ方向に偏向させ、図４（ｂ）に示すようなＹ方向に延びた形状のスポット光を形成する。言い換えると、液晶レンズ２０ａは、図４（ａ）に示す（偏向前の）円形のスポット光を、図４（ｂ）に示すようにＹ方向に延びた長円形のスポット光に変形可能な向きに配置される。

もう一方の液晶レンズ２０ｂ（第２の液晶レンズ）は、透過する光を液晶レンズ２０ａと異なる方向、すなわちＸ方向に偏向させる。言い換えると、液晶レンズ２０ｂは、液晶レンズ２０ａに対して光の偏向方向を９０°異ならせた姿勢で配置される。このため、液晶レンズ２０ｂは、液晶レンズ２０ａを透過して図４（ｂ）に示す形状に変形された長円形のスポット光を図４（ｃ）に示す略矩形のスポット光に変形させることができる。

液晶レンズ２０ａ、２０ｂは、図示のようにＺ方向に互いに離間して配置してもよく、両者を接触させて配置してもよい。或いは、透過する光を独立して偏向させることができるように、Ｚ方向に隣接した２層の液晶層を一体に重ねて構成してもよい。この場合、液晶レンズ２０ａ、２０ｂを透過する光が異なる材質間の界面を通過する回数を少なくすることができ、光のロスを少なくすることができ、照明の効率を高めることができる。

以上のように、偏向方向の異なる２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを用いて光を偏向させることにより、スポット光をＸ方向およびＹ方向に広げることができる。また、各液晶レンズ２０ａ、２０ｂの図示しない透明電極に与える電圧を変えることにより、スポット光の照射範囲をＸ方向およびＹ方向において調節することができる。つまり、本変形例によると、従来のバンドアを用いた配光制御と同様に、光の照射範囲を調節することができる。

また、本変形例によると、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを光の出射方向Ｌに沿った軸を中心に回動可能となっているため、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを所望する角度に回動させることにより、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを透過した光の照射領域を被照射面において回動させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る照明装置２００の要部を示す概略図である。第２の実施形態の照明装置２００は、光の出射方向Ｌと交差する面に沿って複数の光源ユニット１０を配置した以外、上述した第１の実施形態の照明装置１００と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

複数の光源ユニット１０は、それぞれ、表面１２ａにＬＥＤ１を取り付けたベース部材１２、およびＬＥＤ１の前方を覆うようにベース部材１２に取り付けたコリメータレンズ１４を有する。つまり、複数のコリメータレンズ１４は、複数のＬＥＤ１にそれぞれ対向して、各ＬＥＤ１と液晶レンズ２０の間に配置されている。

液晶レンズ２０は、ＸＹ平面に沿った光の透過位置によらず、透過する光を同様に拡散させる。このため、ＸＹ平面に沿って複数配置した光源ユニット１０からそれぞれ出射されたスポット光の照射領域は被照射面において略重なる。つまり、本実施形態のようにＸＹ平面に沿って複数の光源ユニット１０を配置しても、スポット光の照射領域のエッジがぼやける不具合を生じることはない。

図６は、複数の光源ユニット１０のＸＹ平面に沿ったレイアウトの一例を示す図である。図６は、照明装置２００を前方から見た図である。本実施形態では、図６に示すように９個の光源ユニット１０をＸ方向およびＹ方向のそれぞれに３つずつ並べて配置した。光源ユニット１０のレイアウトはこれに限らず、例えば、図７に示すレイアウトとしてもよい。この場合、照明装置２００の筐体１０１の開口部１０１ｂは、図示のように円形であってもよい。

以上のように、第２の実施形態によると、複数の光源ユニット１０を光の出射方向Ｌと交差する面に沿って配置したため、ＬＥＤ１を光源に用いた上で、高出力の照明装置を提供することができる。

（第２の実施形態の変形例）
図８は、上述した第２の実施形態の照明装置２００の変形例を示す概略図である。この変形例に係る照明装置２１０は、光の出射方向Ｌに沿って２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを重ねて有する。また、この照明装置２１０は、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂをそれぞれ独立して出射方向Ｌに沿った軸を中心にＸＹ平面に沿って回動可能に支持した回動支持部材２４（回動支持機構）を有する。

照明装置２１０は、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂをＸＹ平面に沿って回動自在に支持した以外、上述した第２の実施形態の照明装置２００と略同じ構造を有する。よって、ここでは、上述した第２の実施形態の照明装置２００と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

本変形例においても、スポット光の偏向方向を２方向で独立して制御することができ、スポット光の照射領域もＸ方向およびＹ方向の両方向に関して調節することができる。よって、本変形例においても、従来のバンドアを用いた照明装置と同様に、スポット光の照射領域を所望する形状に調節することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の照明装置によれば、ＬＥＤ１に対向した液晶レンズ２０を持つことにより、ＬＥＤ１を光源に用いた上で、光の照射範囲を所望する範囲に調節することができる。また、複数のＬＥＤ１を光の出射方向と交差する面に沿って配置することができ、高出力の照明装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上述した各実施形態の変形例では、２枚の液晶レンズ２０ａ、２０ｂを回動可能に支持した回動支持部材２４について説明したが、回動支持部材２４は、液晶レンズ２０ａ、２０ｂを手動により回動可能に支持したものであってもよく、電動により回動可能としたものであってもよい。

１…ＬＥＤ、２…光源基板、１０…光源ユニット、１２…ベース部材、１４…コリメータレンズ、２０、２０ａ、２０ｂ…液晶レンズ、２２…支持部材、２４…回動支持部材、１００、１１０、２００、２１０…照明装置、１０１…筐体、１０１ａ…開口部。

Claims

光源と；
前記光源に対し光の出射側に対向して固定配置され、前記光源から出射される光を透過および偏向させる液晶レンズと；
を有する照明装置。
前記光源は、光の出射方向と交差する面に沿って配置した複数の発光素子を含む、
請求項１の照明装置。
前記複数の発光素子にそれぞれ対向して前記光源と前記液晶レンズの間に配置され、前記発光素子から出射される光を狭角に制御する、複数の配光制御部材をさらに有する、
請求項２の照明装置。
前記液晶レンズは、光の偏向方向が異なる第１および第２の液晶レンズを光の出射方向に重ねて有する、
請求項１または請求項２の照明装置。
前記第１および第２の液晶レンズを光の出射方向に沿った軸を中心に回動可能に支持した回動支持機構をさらに有する、
請求項４の照明装置。