JP2023016087A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】厚さが小さく、配光角が小さく、照度を大きくとることが出来る照明装置を実現する。【解決手段】主面と直角方向に光を照射する照明装置であって、前記主面と平行方向に光軸を有し、前記照明装置の中心方向に光を出射する光源ユニット1が複数、前記照明装置の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、前記光源ユニット1は、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板10と、前記ネック部に配置したLED光源20とを有し、前記複数の光源ユニット1の前記開口部と対向して、複数のミラー40が配置し、前記ミラー40は、前記ファンネル型反射板10によってコリメートされた光を前記主面と直角方向に向けることを特徴とする照明装置。【選択図】図6
Description
本発明は、照明装置に係り、特に、配光角度が小さく、かつ、白色色温度を容易に変えることが出来る照明装置に関する。
照明装置として発光ダイオード(LED、Light Emitting Diode)が用いられるようになってきている。LEDは発光効率が良く、消費電力低減に有利である。しかし、LEDからの光を集光し、必要な配光角を有する光スポットとするためには種々の光学装置を必要とする。
特許文献1には、光度分布が、中央が高く、周囲ほど低くなる円形の投射配光パターンとなる照明装置が記載されている。具体的には、特許文献1には、光LED、反射部品、レンズ等を有する複数の集光装置を平面方向に配置し、複数の集光装置からの光を多角錐反射部品で反射させ、この光を、インテグレータ、双曲面反射鏡、及び放物面反射鏡を介して出射させる構成が記載されている。
コリメート光を得るには、放物線ミラーを使用することが効果的であるが、十分なコリメート光を得ようとすると放物線ミラーの光軸方向の長さを長くする必要がある。そすると、照明装置の高さが高くなり、薄型の照明装置が必要な場所には設置することが出来ない。
引用文献1に記載の構成は、複数の光源を平面方向に配置するが、この光をコリメートするために、双曲面鏡、放物面鏡を必要とするので、薄型の照明装置を実現することは困難である。
本願発明の課題は、薄型で、十分な照度を有し、かつ、コリメートされた照明装置を実現することである。
本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。
(1)主面と直角方向に光を照射する照明装置であって、前記主面と平行方向に光軸を有し、前記照明装置の中心方向に光を出射する光源ユニットが複数、前記照明装置の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、前記光源ユニットは、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板と、前記ネック部に配置したLED光源とを有し、前記複数の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数のミラーが配置し、前記ミラーは、前記ファンネル型反射板によってコリメートされた光を前記主面と直角方向に向けることを特徴とする照明装置。
(2)前記ファンネル型反射板は、内壁が鏡面であり、前記光軸方向の断面における内壁は少なくとも一部が放物線形状であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
(3)前記ファンネル型反射板の開口部の、前記光軸方向に直角な方向の断面は、4角であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
(4)主面と直角方向に光を照射する導光板を有する照明装置であって、前記導光板の外側には、前記主面と平行方向に光軸を有し、前記導光板の中心方向に光を出射する光源ユニットが複数、前記導光板の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、前記光源ユニットは、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板と、前記ネック部に配置したLED光源とを有し、前記導光板の内側には、前記複数の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数のミラーが配置し、前記ミラーは、前記ファンネル型反射板によってコリメートされた光を前記主面と直角方向に向けることを特徴とする照明装置。
(5)前記導光板は内側がくり抜かれた環状の構造であり、前記ミラーは、前記導光板の内壁に形成されていることを特徴とする(4)に記載の照明装置。
(6)第1の主面と直角方向である第2の方向に光を照射する第1の導光板と、第2の主面と直角方向である第2の方向に光を照射する第2の導光板とが、重ねて配置された照明装置であって、前記第1の導光板の外側には、前記第1の主面と平行方向に光軸を有し、前記第1の導光板の中心方向に光を出射する第1の光源ユニットが複数、前記第1の導光板の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、前記第2の導光板の外側には、前記第2の主面と平行方向に光軸を有し、前記第2の導光板の中心方向に光を出射する第2の光源ユニットが複数、前記第2の導光板の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、前記第1の光源ユニットと前記第2の光源ユニットは、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板と、前記ネック部に配置したLED光源とを有し、前記第1の導光板の内側には、前記複数の第1の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数の第1のミラーが配置し、前記第1のミラーは、前記ファンネル型反射板によってコリメートされた光を前記第2の方向に向け、前記第2の導光板の内側には、前記複数の第2の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数の第2のミラーが配置し、前記第2のミラーは、前記ファンネル型反射板によってコリメートされた光を前記第2の方向に向け、前記第2の方向から視て、前記第1のミラーと前記第2のミラーは重複しないことを特徴とする照明装置。
図1は、放物線ミラー200を用いた照明装置の平面図であり、図2は、該照明装置の断面図である。図1において、放物線ミラー200の中央にLED20が配置している。LED20は、例えば、LED用PCB基板30に配置している。LED20は、高輝度LEDを使用しているので、高温になるために、ヒートシンク300の上に配置している。図3において、放物線ミラー200の背面にヒートシンク300の一部が見えている。
図2は図1のA-A断面図である。図2において、放物線ミラー200の底面にLED20が配置している。LED20から出射した光は、直上に向かう光の他は、放物線ミラー200において反射し、光軸に平行な光となる。しかし、放物線ミラー200を十分に機能させるためには、放物線ミラー200の高さh1が必要となる。配光角度12度程度を得るためには、放物線ミラーの高さh1は、60mm程度は必要である。実際には、これに、ヒートシンクの高さh2、例えば20mm程度が加わるので、照明装置全体の厚さは80mm以上必要になる。つまり、図1、図2の構成では、薄型の照明装置とすることは困難である。
図3は、厚さを非常に薄くすることが出来る照明装置の例を示す斜視図である。図3において、導光板100の2つの側面にLED20が等間隔で配置している。導光板100の下面に反射シート110が配置している。反射シート110は、導光板100から下方に向かう光を反射して出射面側である上側に向ける。
図3において、反射シート110の上に導光板100が配置している。導光板100の厚さは2mm程度である。導光板100は、側面から入射したLED20からの光を出射面である上方向に向ける役割を有する。導光板100の下面方向に向かう光は、反射シート110によって、出射面である、上方向に反射される。
導光板100は、サイドから入射した光を効率よく、主面から出射させて面光源とするために、上面及び下面にプリズムアレイが形成されている。導光板100の上にはプリズムシート120が配置している。図3では、プリズムシート120はプリズム面が下側にある、いわゆる逆プリズムシートである。
図4は、導光板100の相対向する2側面にLEDが配置している場合の平面図である。複数のLED20がLED基板30の上に配置している。光源20からの光は、導光板100の2側面から入射し、上側、すなわち、紙面の上側に光を出射する。LED20は、光の利用効率を上げるために、導光板の側面にできるだけ近づけて配置される。図5は、複数のLED20を導光板100の4側面に配置し、導光板100の主面から出射する光量をより大きくした場合の平面図である。
図3乃至5に示す照明装置は、照明装置の厚さを小さくすることは出来るが、LED20からの光がコリメートされていないので、LED20と導光板100の対向面、導光板100と反射板110の間、導光板100とプリズムシート120の間等における、光の反射、散乱等による光のロスが生ずる。したがって、光の利用効率がよくないという問題を有している。
本発明の課題は、薄型で、光の利用効率がすぐれ、かつ十分なコリメート光を出射することが出来る照明装置を実現することである。以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
図6は、本発明の実施例1の構成を示す底面図である。図6において、LED光源20とファンネル型反射板10とを有する光源ユニット1が8個、方位角方向で45度の間隔をおいて平面状に配置している。ファンネル型反射板10の出口には、ミラー40が配置され、ファンネル型反射板10からの光を紙面上側に反射する。図6において、60は光束の断面図であり、ミラー40は台形である。図に示すように、光束60の断面は4角形である。なお、ミラー40の面は、台形でも4角形でもよい。図6において、ミラー40の主面はファンネル型反射板10からの出射光の光軸に対して45度傾いているので、光束60は、ミラー40において反射後、紙面の垂直方向に向かう。
図7は、図6のB-B断面に相当する実施例1による照明装置と、照明装置から出射する光束60と、床面等における照射スポット70の関係を示す断面図である。なお、図6は底面図であるから、光源ユニットからの光は、図7において下方に向かう。
図7の上側に実施例1の照明措置における光源ユニット1の配置が記載されている。図7では、3個の光源ユニット1が描かれており、他の光源は省略されている。また、図7では、図を複雑にしないために、ミラー40は省略されている。図7において、光源ユニット1からの光は図示しないミラー40で反射し、照射面に向かう。図7では、3個の光源ユニット1からの光が照射面に照射されて光スポットを形成する様子を示している。
照明装置から照射面までの距離dは、例えば2乃至4mである。図7において、3個の光源ユニット1からの光は、照射面に向かうまでにミックスしてしまい、1個のスポットのように見える。つまり、ミラー40の配置領域は、照明装置の中心から半径30mm程度以内に抑えることが出来る。したがって、各ミラー40で反射した光は、照射面までの2乃至4mの光路において、完全にミックスされる。
図8は光源ユニット1の構造を示すための断面図である。図8の左側は、光軸と平行な方向における、光源ユニット1の断面図であり、右側は、光軸と直角な方向における光源ユニット1の断面図である。図8の、右側に示すように、光軸と直角な方向におけるファンネル型反射板10の開口部における断面は4角である。つまり、光源ユニット1から出射する光束の断面は4角である。
図8において、太線部分は容器の断面を示している。ファンネル型反射板10は、例えば、反射率の高い金属の板で形成することができる。あるいは、樹脂でファンネル形状を形成し、内側に反射率の高い、アルミニウムあるいは銀等を蒸着して作ることができる。
図8の左側に示すように、光源ユニット1は、LED光源20とファンネル型反射板10で構成されている。ファンネル型反射板10は断面が少なくとも一部が放物線形の鏡面で形成されており、矢印で示すように、光源20からの光が光軸と平行方向になるように反射する。図8に示すファンネル型反射板10の内径aは例えば6.5mm、長さbは例えば30mmである。ファンネル型反射板10を金属で形成する場合、厚さは0.2mm程度で必要な強度を確保することが出来るので、ファンネル型反射板10の外形は7mm以下とすることが出来る。また、ファンネル型反射板10を樹脂で形成し、内側に反射膜としての、金属を蒸着あるいはスパッタリングで形成する場合も同様に外形を小さくすることが出来る。
図8に示すように、ファンネル型反射板10の開口部と反対側(ネック部)にLED光源20が配置している。LED光源20の外形は、例えば、1辺が1.3mmの直方体である。このように、ファンネル型反射板10もLED光源20も外形は非常に小さい。
本発明では、図6あるいは図7に示すように、ファンネル型反射板10を横に寝かせて配置するので、照明装置としては非常に薄くすることが出来る。ところで、図8におけるファンネル型反射板10の開口の径aとファンネル型反射板10の長さの比b/aができるだけ大きいほうが、よりコリメートした光を得ることができる。本発明における照明装置では、ファンネル型反射板10の長さbを大きくしても照明装置の厚さは大きくならないので、十分にコリメートした光を得ることが出来る。
図9はLED光源20とファンネル型反射板10を有する光源ユニット1とミラー40を組み合わせた状態を示す側面図である。図9において、LED光源20からの光がファンネル型反射板10においてコリメートされ、ファンネル型反射板10の開口から出射する。この光はミラー40によって90度方向を変え、上方向に向かう。図9における、ミラー40で反射した光の向きは、上側であり、図7のミラー40で反射した光の向きと逆であるが、これは、ミラー40の角度だけの問題であり、原理は同じである。
図10は、図9に対応する、LED光源20とファンネル型反射板10を有する光源ユニット1とミラー40を組み合わせた状態を示す平面図である。図10において、ミラー40の平面は台形となっているが、台形に限らず、例えば4角でもよい。図10において、ファンネル型反射板10から出射する光束60は、ハッチングで示す部分において、ミラー40によって上方向に反射される。光束60の向きを下方にする場合は、ミラーの向きを変えればよい。
図6は、図8乃至図10で説明した光源ユニット1とミラー40の組み立て体を8個配置したものである。図6の特徴は、光源ユニット1で、あらかじめコリメートされた光をミラー40に照射することである。したがって、ミラー40の大きさを小さくすることが出来、小さな光スポットを実現できるとともに、照明装置を薄くすることができる。また、光源ユニット1及びミラー40を小さくすることが出来るので、任意の光スポットを形成することが容易である。
図6において、各光源ユニット1及び対応するミラー40の照明装置の中心からの距離は同一ではない。このような配置によって、複数の光源ユニット1を小さい面積に配置することが出来、光スポット径70を小さくすることが出来る。このような配置によって、照明装置の中央付近のデッドスペースを減らして、照明装置を小さくすることが出来る。図6の構成の他の利点は、複数の光源ユニット1及びミラー40の照明装置の中心からの距離を調整することによって、光スポットの径、あるいは、照度の強度分布を変えることが出来る。
図6のような配置とするには、例えば、樹脂モールドを作成して、このモールドに光源ユニット1及びミラー40を嵌め込んでいけば、効率的な組み立てが可能となる。図6のような配置とした場合のファンネル型反射板10の光軸と直角方向の径は7mm以下なので、照明装置全体の厚さを小さくすることが出来る。一方、照射される光は、8個の光源ユニット1からの光の合計になるので、高い照度を実現することが出来る。さらに、各LED光源20は互いに距離をおいて配置されるので、LED光源20からの発熱の問題も軽減することが出来る。
なお、図6は、光源ユニット1が8個の場合について記載したが、これは例であり、光源ユニット1の数は、必要な光スポットの形状、照明装置の大きさ等を勘案して任意の数とすることができる。
図11は実施例2による照明装置の平面図であり、図12は、図11のC-C断面図である。実施例2が実施例1と異なる点は、ミラー40を配置した導光板50を用い、この導光板50の周囲に複数の光源ユニット1を配置していることである。図11では、ミラー40が導光板50に組み込まれているので、光源ユニット1は導光板50との位置合わせのみに注意すればよいため、照明装置としての組み立て精度が向上する。
図11において、導光板50は、内側がくり抜かれた環状となっている。導光板50の外形は8角形であり、各辺に対応して導光板50の内周にミラー40が配置している。導光板50は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂等の透明樹脂で形成することが出来る。平面で視て、導光板50の中心から各ミラー40までの距離は、ミラー40毎に異なっている。理由は、実施例1で述べたとおりである。
図11において、導光板50の8角形の外周の各辺には、光源ユニット1が配置している。各光源ユニット1の形状は図8で説明したのと同様である。つまり、各光源ユニット1から出射される光は、コリメート光であり、導光板50に効率よく入射する。導光板50に入射した光はミラー40に向かって直進し、ミラー40において、方向が90度変わる。
図12は、この様子を示す、図11のC-C断面図である。図12における矢印が、光源ユニット1から出射する光の光路である。図12において、導光板50のy方向の厚さは、ファンネル型反射板10のy方向の厚さと同程度である。導光板50の内壁には、x方向に対して45度の角度でミラー40が配置している。図12におけるミラー40は、導光板50の内壁に、反射率の高い金属箔を貼り付けて形成することが出来る。あるいは、導光板50の内壁にスパッタリングあるいは蒸着等によって反射率の高い金属膜を成膜することによって形成することも出来る。
図11では、導光板50の外形は正8角形である。しかし、光源ユニット1とミラー40の距離を均一にしたい等の必要性があれば、それに応じて変形した8角形としてもよい。また、図11では、導光板50のデッドスペースを減らすために、各ミラー40の導光板50の中心からの距離は異ならせているが、平面方向のスペースが許せば、導光板50の内壁を、外壁と同じ正8角形としてもよい。
なお、図11は、光源ユニット1が8個の場合について記載したが、これは例であり、光源ユニット1の数は、必要な光スポットの形状、照明装置の大きさ等を勘案して任意の数とすることができる。また、導光板50の外形の平面形状も、3角形以上の多角形とすることができる。そして、導光板50の内側の開口部の形状も外形に合わせて変化させればよい。
図13は実施例3による照明装置の分解斜視図であり、図14は、図13の断面図である。図13の特徴は、実施例2で説明した導光板50を有する照明装置を2枚重ねた構成を有している。すなわち、図13の構成は、照明装置からの光の強度を実施例2の2倍にすることが出来る。一方、光スポットの大きさは、実施例2とほぼ同じにすることが出来る。なお、図13おける下側の照明装置と上側の照明装置の動作は実施例2で説明したとおりである。
図13において、下側に配置する第1の照明装置と上側に配置する第2の照明装置とはほぼ同じ形状となっている。第1の照明装置と第2の照明装置が異なっているのは、導光板50に配置されたミラー40の位置である。図14は、第1の照明装置と第2の照明装置を重ねて配置した場合の断面図である。図14に示すように、下側である第1の照明装置からの光が、上側である第2の照明装置のミラー40によって遮られないような配置になっている。言い換えると、平面で視て、第1の照明装置のミラー40と第2の照明装置のミラー40とが重ならないような配置となっている。
図13において、各々8角形である第1の照明装置の導光板50(以後第1の導光板という)と第2の照明装置の導光板50(以後第2の導光板という)の外形の辺は、重ねられて配置する。第1の照明装置と第2の照明装置の差は、導光板50の内壁に配置されたミラー40の照明装置の中心からの距離が、方位角方向で45度異なっていることである。したがって、同一の導光板50を作成し、照明装置を組み立てるときに、第1の導光板50に対して第2の第2の導光板50を方位角方向で45度回転させればよい。
図13及び図14に示す導光板50は、8角形であるが、本発明はこれに限らず、3角形以上の多角形であればよい。特に、4角形、6角形等の偶数の多角形であれば、図13で説明したように、下側の第1の照明装置及び上側の第2の照明装置の導光板50につき、同じ導光板50を、方位角方向に回転しただけで使用できるというメリットがある。
図13及び図14の構成は、第1の照明装置と第2の照明装置に導光板50を使用した場合の例である。しかし、実施例1のように、導光板50を使用しない場合であっても、第1の照明装置と第2の照明装置を重ねて使用することは可能である。機能的には、下側の第1の照明装置に使用されるミラー40と、上側の第2の照明装置に使用されるミラー40とが平面で視て重ならないように配置すればよい。
具体的には、透明なモールド樹脂を用いて光源ユニット1とミラー40をセットし、第1の照明装置と第2の照明装置を重ねればよい。そして、第1の照明装置のミラー40と第2の照明装置のミラー40が平面で視て重ならないような構成とすればよい。このような構成が、図13、図14と機能的に異なる点は、光源ユニット1とミラー40の間に導光板50が存在しないだけである。
このようなモールドの外形を多角形して、各辺に光源ユニット1を配置する場合、モールドの外形を偶数の多角形とすれば、同じ形状のモールドを方位角の方向に、所定の角度、回転させるだけで、第1照明装置と第2照明装置に使用することができる。
以上で説明した構成では、ミラー40は、光軸に対して45度で配置すると最も小さな光スポットを得ることが出来る。しかし、光スポット形状の必要性に応じて、ミラー40の角度を光軸に対して45度から若干ずらす場合もありうる。
1…光源ユニット、 10…ファンネル型反射板、 20…LED、 30…LED用基板、 40…ミラー、 50…導光板、 60…光束、 70…光スポット、 100…導光板、 110…反射シート、 120…プリズムシート
Claims (14)
- 主面と直角方向に光を照射する照明装置であって、
前記主面と平行方向に光軸を有し、前記照明装置の中心方向に光を出射する光源ユニットが複数、前記照明装置の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、
前記光源ユニットは、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板と、前記ネック部に配置したLED光源とを有し、
前記複数の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数のミラーが配置し、
前記ミラーは、前記光源ユニットから出射された光を前記主面と直角方向に向けることを特徴とする照明装置。 - 前記ファンネル型反射板は、内壁が鏡面であり、前記光軸方向の断面における内壁は少なくとも一部が放物線形状であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記ファンネル型反射板の前記開口部の、前記光軸方向に直角な方向の断面は、4角であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記照明装置の中心から、前記複数のファンネル型反射板の前記開口部までの距離は、前記複数のファンネル型反射板毎に異なることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記照明装置の中心から、前記ミラーの中心までの距離は、前記複数のミラー毎に異なることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 主面と直角方向に光を照射する導光板を有する照明装置であって、
前記導光板の外側には、前記主面と平行方向に光軸を有し、前記導光板の中心方向に光を出射する光源ユニットが複数、前記導光板の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、
前記光源ユニットは、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板と、前記ネック部に配置したLED光源とを有し、
前記導光板の内側には、前記複数の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数のミラーが配置し、
前記ミラーは、前記光源ユニットから出射された光を前記主面と直角方向に向けることを特徴とする照明装置。 - 前記導光板は環状であり、前記ミラーは、前記導光板の内壁に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
- 前記ファンネル型反射板は、内壁が鏡面であり、前記光軸方向の断面における内壁は少なくとも一部が放物線形状であることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
- 前記ファンネル型反射板の前記開口部の、前記光軸方向に直角な方向の断面は、4角であることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
- 前記導光板の中心から、前記複数のファンネル型反射板の前記開口部までの距離は、前記複数のファンネル型反射板毎に異なることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
- 前記導光板の中心から、前記ミラーの中心までの距離は、前記複数のミラー毎に異なることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。
- 第1の主面と直角方向である第2の方向に光を照射する第1の導光板と、
第2の主面と直角方向である第2の方向に光を照射する第2の導光板とが、重ねて配置された照明装置であって、
前記第1の導光板の外側には、前記第1の主面と平行方向に光軸を有し、前記第1の導光板の中心方向に光を出射する第1の光源ユニットが複数、前記第1の導光板の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、
前記第2の導光板の外側には、前記第2の主面と平行方向に光軸を有し、前記第2の導光板の中心方向に光を出射する第2の光源ユニットが複数、前記第2の導光板の中心に対して所定の方位角をもって放射状に配置し、
前記第1の光源ユニットと前記第2の光源ユニットは、ネック部と開口部を有するファンネル型反射板と、前記ネック部に配置したLED光源とを有し、
前記第1の導光板の内側には、前記複数の第1の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数の第1のミラーが配置し、
前記第1のミラーは、前記第1の光源ユニットから出射された光を前記第2の方向に向け、
前記第2の導光板の内側には、前記複数の第2の光源ユニットの前記開口部と対向して、複数の第2のミラーが配置し、
前記第2のミラーは、前記第2光源ユニットから出射された光を前記第2の方向に向け、
前記第2の方向から視て、前記第1のミラーと前記第2のミラーは重複しないことを特徴とする照明装置。 - 前記第1の導光板と前記第2の導光板は環状であり、前記第1のミラーは前記第1の導光板の内壁に形成され、前記第2のミラーは前記第2の導光板の内壁に形成されていることを特徴とする請求項12に記載の照明装置。
- 前記第1の導光板と前記第2の導光板は同一の形状であり、前記第2の導光板は、前記第1の導光板に対して所定の方位角方向に回転して配置していることを特徴とする請求項12に記載の照明装置。
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