JP2023037174A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形の光スポットを単純な構成で実現する。【解決手段】ネック部と開口部と反射面を有するファンネル型反射板２０を有する照明装置であって、前記ネック部には光源であるＬＥＤ１０が配置し、前記ファンネル型反射板２０の前記開口部の平面形状は円であり、前記ネック部から前記開口部までの、光軸に沿った距離をｈ１とし、前記円の直径をｄとしたとき、ｈ１／ｄ１は２以上であり、前記開口部には液晶レンズ１００が配置していることを特徴とする照明装置。【選択図】図３

Description

本発明は、照明装置に係り、特に、任意のスポット形状とスポット径を得ることが可能な照明装置に関する。

スタジオ照明や絵画などを照らすインテリア照明は、スポット光を必要とする。このような場合、スポットの大きさやスポット形状を変化させたい場合がある。

特許文献１には、出光面が円形であり、外形が笠状である照明装置の内面の場所ごとに反射板の形状を異ならせることによって、疑似的に４角の光スポットを得る構成が記載されている。

特許文献２には、出光面が円形であり、外形が円筒である照明装置の内側に多数の凹面鏡と光源を配置し、凹面鏡の形状を場所毎に変えることによって、疑似的に４角の光スポットを得る構成が記載されている。

特許文献３には、直下型の光源の上に出射光の角度を変えるための屈折手段を載置した構成が記載されている。これらの屈折手段として、レンズ、プリズム、液体レンズ、液晶レンズ等を用いることが記載されている。

特許文献４には、液晶レンズを種々の光学装置に用いる構成が記載されている。

特開２００６－２３６８１４号公報 特開２００８－１５９５６２号公報 特開２０１２－０６９４０９号公報 ＷＯ２０１２／０９９１２７ Ａ１

光スポットの形状を変える方法として、先行技術文献に記載した構成の他に、遮光板を用いる方法がある。遮光板は、余分な光をカットする黒色の吸収体を用いて照射領域を変えるものである。したがって、照明器具としては、エネルギーロスが大きい。また、照射領域の設定は、遮光板の角度を変化させて行うので、手間が大きい。

本発明の課題は、光スポットの大きさや形状を、エネルギーロスが小さく、かつ、簡単に行うことが出来る手段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）ネック部と開口部と反射面を有するファンネル型反射板を有する照明装置であって、前記ネック部には光源であるＬＥＤが配置し、前記ファンネル型反射板の前記開口部の平面形状は円であり、前記ネック部から前記開口部までの、光軸に沿った距離をｈとし、前記円の直径をｄとしたとき、ｈ／ｄは２以上であり、前記開口部には液晶レンズが配置していることを特徴とする照明装置。

（２）ネック部と開口部と反射面を有するファンネル型反射板を有する照明装置であって、前記ネック部には光源であるＬＥＤが配置し、前記ファンネル型反射板の前記開口部の平面形状は矩形であり、前記ネック部から前記開口部までの、光軸に沿った距離をｈとし、前記矩形の１辺の長さをｄとしたとき、ｈ／ｄは２以上であり、前記開口部には液晶レンズが配置していることを特徴とする照明装置。

（３）第１のネック部、円形の開口部、第１の反射面、及び、第１の光軸を有する円形ファンネル型反射板と、第２のネック部、矩形の開口部、第２の反射面、及び第２の光軸を有する矩形ファンネル型反射板とを有する照明装置であって、前記円形ファンネル型反射板において、前記第１のネック部から、前記円形の開口部までの前記第１の光軸に沿った距離をｈ１とし、前記円形の開口部の直径をｄ１としたとき、ｈ１／ｄ１は２以上であり、前記矩形ファンネル型反射板において、前記第２のネック部から、前記矩形の開口部までの前記第２の光軸に沿った距離をｈ２とし、前記矩形の開口部の１辺の長さをｄ２としたとき、ｈ２／ｄ２は２以上であり、前記円形ファンネル型反射板と矩形ファンネル型反射板は隣接して配置されていることを特徴とする照明装置。

遮光板を用いた照明装置の斜視図である。 平面光源に対して遮光板を用いた照明装置の斜視図である。 実施例１による照明装置の側面図である。 実施例１による照明装置の斜視図である。 円形ファンネル型反射板の斜視図である。 円形ファンネル型反射板の底面図である。 実施例１の円形ファンネル型反射板の他の例を示す断面図である。 図７の底面図である。 円形ファンネル型反射板のネック部にＬＥＤを配置した状態を示す斜視図である。 円形ファンネル型反射板を用いた照明装置と照射面の関係を示す模式図である。 図９の照明装置を使用した場合の光スポットの形状と照度を示す図である。 円形ファンネル型反射板の開口部に遮光板を配置した例を示す斜視図である。 図１２の照明装置を使用した場合の光スポットの形状と照度を示す図である。 円形ファンネル型反射板の開口部に液晶レンズを配置した例を示す斜視図である。 図１４の照明装置を使用し、液晶レンズをＯＦＦにした状態における光スポットの形状と照度を示す図である。 図１４の照明装置を使用し、液晶レンズをＯＮにした状態における光スポットの形状と照度を示す図である。

４辺の遮光板を、角度をつけて開いた状態における照明装置の斜視図である。 図１７の照明装置による光スポットの形状と照度を示す図である。 ２辺の遮光板のみ、角度をつけて開いた状態における照明装置の斜視図である。 図１９の照明装置による光スポットの形状と照度を示す図である。 液晶レンズを使用した図１４の照明装置の効果の一例を示す、光スポットの形状と照度を示す図である。 矩形ファンネル型反射板の斜視図である。 矩形ファンネル型反射板の底面図である。 矩形ファンネル型反射板を用いた場合の光スポット形状を示す斜視図である。 矩形ファンネル型反射板を用いた照明装置と照射面の関係を示す模式図である。 ２個のファンネル型反射板を用いた場合の照明装置と照射面の関係を示す模式図である。 矩形ファンネル型反射板と円形ファンネル型反射板を有する照明装置で、矩形ファンネル型反射板側のみ点灯した場合の光スポットの形状と照度を示す図である。 矩形ファンネル型反射板と円形ファンネル型反射板を有する照明装置で、円形ファンネル型反射板のみ点灯した場合の光スポットの形状と照度を示す図である。 矩形ファンネル型反射板と円形ファンネル型反射板を４個ずつ配置した照明装置の例を示す平面図である。 図２９において、矩形ファンネル型反射板のみ点灯した場合の光スポット形状と照度を示す図である。 図２９において、円形ファンネル型反射板のみ点灯した場合の光スポット形状と照度を示す図である。 矩形ファンネル型反射板と円形ファンネル型反射板を、配列順を変えて４個ずつ配置した光源の例を示す平面図である。 矩形ファンネル型反射板と円形ファンネル型反射板を、さらに配列順を変えて４個ずつ配置した光源の例を示す平面図である。 液晶レンズによる凸レンズの構成例である。 ２枚構成の液晶レンズの斜視図である。 液晶レンズによる凹レンズの構成例である。 第１の例による液晶レンズの断面図である。 第１の例による液晶レンズの第１電極及び第２電極の平面図である。 第２の例による液晶レンズの断面図である。 第２の例による液晶レンズの第１電極及び第２電極の平面図である。

図１は、光源１からの出射光の出射範囲やスポット形状を変えるために、遮光板４０を用いた例である。図２は、平面状の光源２からの出射範囲やスポット形状を変えるために、遮光板４０を用いた例である。遮光板４０は、黒色吸収体を用いて照射範囲を変えるために、エネルギー効率が悪い。また、出射範囲やスポット形状を変えるために、遮光板４０を調整する必要があるので、セッティングが面倒である。

本発明は、以上のような課題を解決するものであり、以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図３は、実施例１の照明装置の基本的な構成を示す側面図であり、図４は斜視図である。図３において、釣り鐘状の反射板２０の開口部に液晶レンズ１００が配置している。図３の釣り鐘状の反射板２０の開口部は円である。釣り鐘状の反射板２０の頂部に、光源としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１０が配置している。以後釣り鐘状の反射板を円形ファンネル型反射板２０という。円形としたのは、実施例２で説明する、開口部が矩形であるファンネル型反射板３０と区別するためである。

図３のようなファンネル型反射板２０を用いるのは、ファンネル型反射板２０を出射する光の配光角を小さくするためである。ファンネル型反射板２０の少なくとも一部は、放物面となっており、光を光軸に対して平行方向に向ける。ファンネル型反射板２０の開口部には、液晶レンズ１００が配置している。液晶レンズ１００はファンネル型反射板２０からの光のスポット径、あるいは、スポット形状を変える役割を有する。液晶レンズ１００は、通常は、ファンネル型反射板２０の開口部に接触して使用されるが、図３では、図をわかりやすくするためにファンネル型反射板２０と液晶レンズ１００を離して記載している。

図３において、ファンネル型反射板２０の高さｈ１は例えば３０ｍｍで、開口の径ｄ１は６．５ｍｍである。ファンネル型反射板２０の高さｈ１と開口径ｄ１の比ｈ１／ｄ１は大きいほうが配光角を小さくできる。ｈ１／ｄ１は、２以上であり、好ましくは３以上、より好ましくは４以上である。ＬＥＤ１０は例えば、１辺が１ｍｍ程度の直方体である。液晶レンズ１００は、図３では、ファンネル型反射板２０の開口径ｄ１に合わせて小さく記載されているが、照明装置のレイアウト次第で大きくしてもよい。また、実施例２で説明するように、ファンネル型反射板２０を並べて配置するような場合は、液晶レンズを複数形成することができる一枚の液晶レンズパネルを、各ファンネル型反射板共通に配置することが出来る。

液晶レンズ１００は、一般には、第１液晶レンズ、第２液晶レンズの２枚構成であるが、図３では、図をわかりやすくするために、１枚として記載されている。但し、液晶レンズ１００は非常に薄く形成することが出来るので、光源全体の厚さに対しては大きな影響を与えない。

図４は、図３の照明装置に対応する斜視図である。図４において液晶レンズ１００が円形ファンネル型反射板２０の開口部に配置している。液晶レンズ１００に入射する光は、平行光のほうが制御しやすい。すなわち、配光角が小さいほうが制御しやすい。円形ファンネル型反射板２０から出射する光は、小さな配光角を有しているので、液晶レンズ１００による正確な制御が可能である。

図４では、液晶レンズ１００は円形ファンネル型反射板２０の開口部と同じ程度の大きさで記載されているが、実際には、これよりも大きな面積にしたほうが、より正確な液晶レンズ１００を形成することが出来る。すなわち、液晶レンズ１００の有効領域は、円形ファンネル型反射板２０の開口部よりも大きいほうがよい。

図３及び図４は、円形ファンネル型反射板２０の動作を示すための模式図である。すなわち、図３及び図４の円形ファンネル型反射板２０は、内面形状を示している。図３及び図４のような反射面を持つ円形ファンネル型反射板２０は例えば、図５のようにして形成することが出来る。図５は、例えば、アルミニウムのような反射率の高い金属のブロックを用意し、これに対して機械加工をおこなう。図５に示す点線は反射面２１である。あるいは、図５のような円形ファンネル型反射板は２０ダイカストによって制作してもよい。

図５のような円形ファンネル型反射板２０は樹脂によって形成することも出来る。例えば、樹脂を射出成型等によって、図５のような形状とし、その後、内面に対し、反射率の高いアルミニウムあるいは銀等を蒸着、スパッタリング、あるいはメッキ等でコーティングし、反射面２１を形成する。

図６は、図５の円形ファンネル型反射板２０をＡ方向から視た底面図である。図６において、２１は反射面であり、２２は底面である。図６の底面における幅ｗ１は、金属であれば、０．２ｍｍ程度あれば、機械的な強度は十分である。図５のような構成は、外形が矩形なので扱いやすい。また、図５のような照明装置を複数並べて使用する場合は、外形が矩形なので、並べて使用しやすい。

図７及び図８は、図３、図４に示すような円形ファンネル型反射板２０を、金属を用いてプレスによって形成する場合である。図７は断面図であり、図８は図７をＢ方向から視た底面図である。金属材料としては、反射率の高いアルミニウムが最適である。円形ファンネル型反射板は、内径が６．５ｍｍ程度、高さが３０ｍｍ程度なので、厚さｔは、０．２ｍｍ程度あれば、機械的な強度を保つことが出来る。

以後は、円形ファンネル型反射板２０は、図５に示すような、外形が矩形の直方体で、内面が円形ファンネル型である場合を例にとって説明する。図９は、円形ファンネル型反射板２０の頂部に位置するネック部に光源としてのＬＥＤ１０を配置した状態を示す斜視図である。図１０は、図９のような照明装置を２メートルの高さから床面に照射した場合の光スポットを示す図である。図１０において、ｈ１は照明装置の高さであり、ｈ２は照明装置から照射面である床面までの距離である。

図１０において、６０は光束であり、７０は光スポットであり、ｓｗ３は光スポット径である。図１０に示すように、照明装置からの光は配光角に応じて拡大して床面に光スポットとして照射される。スポット形状は、円形ファンネル型反射板２０の開口部の形である円形が維持されている。

図１１は、図９のような照明装置を図１０のように配置した場合の光スポット形状と照度を示す図である。図１１の上側はスポット形状で、下側は照度を示す。図１１において、点線は光スポット形状の等高線である。下側のグラフにおいて、横軸は、上の図における光スポットに対応する場所を示し、縦軸は照度（Ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ）を示す。

図１２は、図９に対して、円形ファンネル型反射板２０の開口部に遮光板４０を配置した場合の斜視図である。図１２において、遮光板４０は、円形ファンネル型反射板２０の開口面に対して直角方向、すなわち、ｚ方向に延在している。したがって、光源からの光のスポット形状は矩形に近くなる。

図１３は、図１２のような光源を図１０に示すような配置とした場合の床面１０００における光スポット形状と照度を示す図である。図１３の上側の図において、丸い点線は、遮光板４０が無い場合の光源本来のスポット形状である。図１３の内側の略矩形の点線は、遮光板４０によって、光スポット形状が略矩形になったことを示す。

図１３の下側のグラフは、略矩形の光スポットに対応する照度を示すものである。図１３に示すように、照度のピーク値は、図１１と同じである。光源からの光のうち、利用できるのは、下のグラフにある照度の積分値である。図１１の照度のグラフと図１３の照度のグラフを比較すると、図１３における積分値は小さい。つまり、遮光板４０を用いることによって、光スポット径を制御することが出来るが、光の利用効率は低下する。

図１４は、液晶レンズ１００を用いて光スポット形状を変化させる場合の照明装置の斜視図である。図１５及び図１６は、図１４に示す液晶レンズ１００を用いた照明装置による光スポットの制御の効果を示す図である。図１５及び図１６は、図１４の照明装置を図１０のような配置とした場合である。

図１５は、図１４における液晶レンズ１００をＯＦＦした場合、つまり、液晶レンズ効果がない場合の光スポット形状及び照度分布である。図１５の上側の点線は光スポットの等高線であり、下側が対応する照度である。図１６は、図１４における液晶レンズ１００を、拡散レンズになるように、ＯＮした場合の光スポット形状及び照度分布である。図１６の上側の点線は光スポットの等高線であり、下側が対応する照度である。

図１６の光スポット径は、図１５の光スポットの径よりも大きくなっている。一方、図１６における照度のピークは図１５の照度のピークに比較して小さい。その代わりにスポット径が大きくなっている。液晶レンズ１００は、印加する電圧によってレンズ強度を変えることが出来るので、比較的容易に光スポットの形状及び照度を変えることが出来る。一方、図１２に示すように、遮光板を用いて光スポット形状と照度分布を変えるには、遮光板４０の角度、長さ等を変える必要がある。

図１７及び図１８は、遮光板４０を用いて光スポットの大きさ及び形状を変える場合である。図１７は、４枚の遮光板４０を、ｚ方向と角度をもって円形ファンネル型反射板２０の開口部に配置した状態を示す斜視図である。図１７において、円形ファンネル型反射板２０の開口部から出射する光スポットは円形であるが、遮光板４０の影響によって、照射面における光スポットは略矩形になる。

図１８は、図１７の照明装置を用いた場合の光スポット形状及び照度分布である。図１８の上側の光スポット形状において、点線で示す円Ａは、遮光板４０が無い場合の光スポット形状である。内側の略矩形の点線Ｂが遮光板４０の効果による光スポット形状である。４辺方向において、光が遮光板４０によって吸収されるために、光スポット形状が矩形に近くなっている。したがって、光の利用効率は落ちることになる。

図１９及び図２０は、遮光板４０を用いて、光スポットの形状とアスペクト比を変化させる場合の例である。図１９は照明装置の斜視図である。図１９において、円形ファンネル型反射板の開口部に形成された４枚の遮光膜４０において、相対する２枚の遮光板４０は、開口部平面に対して垂直方向、すなわち、ｚ方向に延在しているのに対し、相対する他の２枚の遮光板４０は、ｚ方向に対して角度をもって広がっている。したがって、平面で視て９０度方向で光の吸収が異なるので、光スポット形状は長方形になる。

図２０は、図１９の照明装置を用いた場合の光スポット形状及び照度分布である。図２０の上側の光スポット形状において、点線で示す円Ａは、遮光板４０が無い場合の光スポット形状である。内側の略長方形の点線Ｂが遮光板４０の効果による光スポット形状である。２辺方向において、光が遮光板４０によって強く吸収されるために、光スポット形状が長方形に近くなっている。したがって、光の利用効率は落ちることになる。

図２１は、図１４に示す液晶レンズ１００を用いた照明装置を使用した場合の、光スポットの形状を示す図である。図２１において、上側がビームスポット形成であり、下側が対応する照度である。図２１の上側の図において、点線の円Ａは、液晶レンズ１００を動作させなかった場合のスポットの形状である。横長の点線の楕円Ｂは、液晶レンズ１００を動作させた場合の光スポットの形状である。

図２１においては、液晶レンズ１００は１方向、すなわち、横方向には発散レンズが形成され、１方向と直角方向、すなわち、縦方向にはレンズ作用がない。したがって、光スポット形状は横長の楕円となる。図２１の下側のグラフは、上の図の楕円の光スポットに対応する照度を示すグラフである。図２１における照度の積分値は、図１８、図２０の場合よりも大きい。図２１では、遮光板４０による光の吸収が無いので、光の利用効率が向上する。

また、液晶レンズ１００を用いた構成であれば、液晶レンズ１００への印加電圧を変えることによって、光スポットの形状を容易に変えることが出来る。ただし、液晶レンズ１００を用いた照明装置では、光スポット形状を、例えば、円から矩形に変えるようなことは容易でなない。

ところで、実施例２でも説明するように、本発明は、矩形ファンネル型反射板３０も用いることが出来る。この矩形ファンネル型反射板３０は、開口部が矩形であり、出射する光スポットの形状は矩形である。矩形ファンネル型反射板３０と液晶レンズ１００を使用すれば、矩形の光スポット形状を様々な形に制御することが可能である。効果は、以上で述べた、円形ファンネル型反射板２０で説明したのと同じである。

液晶レンズ１００を用いた照明装置では、例えば、円形の光スポットを矩形の光スポットに変えることは容易ではない。実施例２は、光スポット形状を容易に変換することが可能な照明装置の構成を与えるものである。このために、実施例２では、実施例１で用いた円形ファンネル型反射板２０に加え、矩形ファンネル型反射板３０を用いる。

図２２は矩形ファンネル型反射板３０の斜視図である。矩形ファンネル型反射板３０は、内側の反射面３１は、少なくとも一部が放物曲面となっているが、開口部は矩形となっている。図２２は、アルミニウム等の反射率の高い金属ブロックに機械加工等で、凹部を形成することによって形成されている。機械加工の代わりにダイカスト法を用いてもよい。また、実施例１で説明したように、樹脂をモールド成形し、内部に反射率の高い、アルミニウム、銀等を蒸着、スパッタリング、あるいは、メッキ等でコーティングしてもよい。

図２３は、図２２の矩形ファンネル型反射板３０をＣ方向から視た底面図である。図２３において、３１は反射面であり、３２は底面である。図２３の底面における幅ｗ１は、金属であれば、０．２ｍｍ程度あれば、機械的な強度は十分である。図２３のような構成は、外形が矩形なので扱いやすい。また、図２３のような照明装置を複数並べて使用する場合は、外形が矩形なので、並べて使用しやすい。

矩形ファンネル型反射板３０においても、配光角を小さくするためには、矩形ファンネル型反射板３０の高さｈ１と開口の辺の長さｄ２の比を大きくする必要がある。ｈ１／ｄ２の比は２以上であり、好ましくは３以上、より好ましくは４以上である。開口部が長方形の場合、ｄ２は長軸の長さである。

図２４は、矩形ファンネル型反射板３０から放出される光スポットの形状を示す斜視図である。図２４において、頂部であるネック部には光源であるＬＥＤ１０が配置している。反射面３１は、少なくとも一部は、放物面となっているので、放射される光スポットの形状は、開口部と同じ矩形が維持される。

図２５は、図２４のような照明装置を２メートルの高さから床面に照射した場合の光スポット７０を示す図である。図２５において、ｈ１は照明装置の高さであり、ｈ２は照明装置から照射面である床面１０００までの距離である。図２５のその他の構成は、図１０で説明したのと同じであるので、説明は省略する。図２４において、矩形ファンネル型反射板３０は、１０度以下の小さな配光角を有しているので、床面における光スポットも矩形を維持している。

図２６は、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０を２個並べて光源として用いた場合の説明図である。図２６において、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０の中心間の間隔ｗ２は、例えば７ｍｍ程度である。一方、照明装置２０、３０から床面１０００までの距離は２ｍであり、はるかに大きい。したがって、床面１０００における光スポットの位置は、矩形ファンネル型反射板３０からの光スポットであろうと、円形ファンネル型反射板２０からの光スポットであろうと、ほとんど変わらない。変わるのは、光スポット７０が矩形になるか円形になるかだけである。

図２７は、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０を２個並べ、矩形ファンネル型反射板３０のみ点灯した場合の光スポットの形状を示す。図２７上側は、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０の底面図であり、中央の図は、光スポットの形状であり、下側の図は、光スポットに対応する照度を表している。点線で示す光スポットは矩形となっている。

図２８は、図２７と同じ照明装置において、円形ファンネル型反射板２０のみ点灯した場合の光スポットの形状である。図２８の上側に示す光源の配置は図２７と同じである。図２８の中央の図は、光スポットの形状であり、下側の図は、光スポットに対応する照度を表している。点線で示す光スポットは円形となっている。

このように、図２６乃至図２８の構成を用いれば円形のスポットと矩形のスポットを容易に切り替えることが出来る。また、矩形ファンネル型反射板３０も円形ファンネル型反射板２０も外形は非常に小さいので、複数並べることも容易である。

図２７、図２８のような、矩形ファンネル型反射板３０、円形ファンネル型反射板２０が各１個ずつの構成では、照度が十分でない場合、各照明装置を複数並べればよい。図２６に示すように、ファンネル型反射板２０、３０の幅は、ファンネル型反射板２０、３０から床面１０００までの距離に比べて十分に小さいので、矩形ファンネル型反射板３０及び円形ファンネル型反射板２０を複数並べても、スポット位置は実質的には変化しない。スポットの照度が大きくなるだけである。

図２９は、矩形ファンネル型反射板３０を４個、円形ファンネル型反射板２０を４個正方形に配置したセットを並べたものである。図３０は、図２９の照明装置において、４個の矩形ファンネル型反射板３０のみ点灯した状態を示す。図３０において、光スポットの形は矩形であるが図２７の場合のスポット形状とは大きな差はない。ただし、対応する照度ａ２は図２７における照度ａ１の約４倍となっている。

図３１は、図２９の照明装置において、４個の円形ファンネル型反射板２０のみ点灯した状態を示す。光スポットの形は円形であるが図２８の場合のスポット形状とは大きな差はない。ただし、対応する照度ｂ２は図２８における照度ｂ１の約４倍となっている。

図３２は、矩形ファンネル型反射板３０を４個ｘ方向に並べ、円形ファンネル型反射板２０を４個ｘ方向に並べたものをｙ方向に配列したものである。この場合も矩形ファンネル型反射板３０のみ点灯すれば矩形の光スポットが形成され、円形ファンネル型反射板２０のみ点灯すれば円形の光スポットが形成される。各場合の光スポット形状及び照度分布は図３０及び図３１と同様なので説明を省略する。

図３３は、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０を互い違いにして、ｘ方向に４個、ｙ方向に２個配置したものである。この場合も矩形ファンネル型反射板３０のみ点灯すれば矩形の光スポットが形成され、円形ファンネル型反射板２０のみ点灯すれば円形の光スポットが形成される。各場合の光スポット形状及び照度分布は図３０及び図３１と同様なので説明を省略する。

図２９乃至図３３は、矩形ファンネル型反射板３０か円形ファンネル型反射板２０のいずれかを点灯する場合の例である。必要に応じて、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０を同時に点灯すれば、矩形光スポットと円形光スポットのミックスしたスポット形状を得ることが出来る。この場合、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０の点灯する数を変化させることによって、円形と矩形の組み合わせによる、さまざまな照度分布の光スポットを得ることが出来る。

ところで、図２７乃至図３３に示す光源装置は、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０を別々に製造してそれを並べてもよいし、共通の金属ブロックに、複数個分の矩形ファンネル型反射板３０及び円形ファンネル型反射板２０を形成してもよい。あるいは、矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０のペアブロックを作成し、これを組み合わせて４個以上のファンネル型反射板を有する照明装置を構成してもよい。

図２７、２８、２９、３２、３３等に示す矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０の組み合わせに対し、各開口部に液晶レンズ１００を使用すれば、より細かい光スポット形状の制御が可能である。この場合、液晶レンズパネルは複数の矩形ファンネル型反射板３０と円形ファンネル型反射板２０に共通とし、液晶レンズパネル内において、各ファンネル型反射板に対応して液晶レンズ１００を形成すればよい。

実施例３は、実施例１及び２において使用される液晶レンズの構成の例である。図３４は、液晶レンズの原理を示す断面図である。図３４において、液晶層３００の左側からコリメートされた光が入射している。図３４におけるＰは入射光の偏向方向の意味である。通常の光の偏向方向はランダム分布しているが、液晶は屈折率に異方性があるので、図３４はＰ方向に偏向している光についての作用を示すものである。

図３４において、液晶層３００には、電極によって液晶分子３０１が液晶層３００の周辺に行くにしたがって、傾きが大きくなるように配向している。液晶分子３０１は細長い形状であり、液晶分子３０１の長軸方向の実効屈折率は、液晶分子３０１の短軸方向の実効屈折率よりも大きいので、液晶層３００の周辺ほど屈折率が大きくなるため、凸レンズが形成される。図３４における点線は光波面ＷＦであり、ｆはレンズのフォーカス距離である。

液晶は、屈折率に異方性があるので、レンズを形成するには、第１のレンズが作用する光の偏向方向と直角方向に偏向する光に作用する第２のレンズが必要になる。図３５はこのレンズ構成を示す分解斜視図である。図３５において、左側の平行四辺形は光の波面である。つまり、Ｘ方向とＹ方向に偏向した光が液晶層に入射する。第１液晶レンズ１１０はＸ偏光光に作用するレンズであり、第２レンズ１２０はＹ偏光光に作用するレンズである。

図３５において、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０では液晶分子３０１の初期配向方向が９０度異なっている。液晶分子３０１の初期配向は、液晶レンズ内の配向膜の配向方向によって決定される。つまり、図３５では、２枚の液晶レンズにおいて、光が入射する側の基板における配向膜の配向方向が互いに直角方向になっている。

図３６は液晶レンズによって凹レンズを形成する場合である。図３６において、波面ＷＦが液晶層３００に平行で、１方向に偏向した光が、左側から液晶層３００に入射する。図３６において、液晶層３００における液晶分子３０１は、電極によって光軸付近において最も大きく配向され、周辺に行くにしたがって、配向角度が小さくなっている。このような液晶分子３０１の配向によるレンズ構成によって、液晶層３００を通過した光の波面ＷＦは図２５の点線で示すような曲線になって凹レンズが形成される。なお、凹レンズの場合も、図３５に示すように、２枚の液晶レンズが必要なことは同じである。

図３７は実際の液晶レンズの構成の第１の例を示す断面図である。図３７において、第１基板１０１の上に第１電極１０２が配置し、第２基板１０３の上に第２電極１０４が配置し、第１基板１０１と第２基板１０３の間に液晶層３００が挟持されている。第１電極１０２と第２電極１０４を覆って配向膜が形成されているが図３７では省略されている。以下の図も同様である。配向膜にラビング処理等の配向処理を行うことによって液晶分子３０１の初期配向方向を決める。

図３７では、第１基板１０１側の液晶分子３０１の初期配向方向と第２基板１０３側の液晶分子３０１の初期配向方向が９０度となっており、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプの液晶レンズとなっている。第１電極１０２はｘ方向に延在し、第２電極１０４はｙ方向に延在している。ただし、液晶レンズ１００の形成にはＴＮタイプタイプの液晶に限る必要はない。

図３８の左側の図は第１基板１０１に形成された第１電極１０２の平面図である。図３８の右側の図は第２基板１０３に形成された第２電極１０４の平面図である。第１電極１０２はｘ方向に延在しており、第２電極１０４はｙ方向に延在している。第１電極１０２と第２電極１０４の交点において、液晶分子３０１が電圧に従って配向する。つまり、第１電極１０２と第２電極１０４への電圧の印加方法によって種々の液晶レンズの機能を発揮させることが出来る。

図３９は実際の液晶レンズ１００の構成の第２の例を示す断面図である。図３９において、第１基板１０１の上にストライプ状の第１電極１０２が配置し、第２基板１０３の上に平面状の第２電極１０４が配置し、第１基板１０１と第２基板１０３の間に液晶層３００が挟持されている。図４０の左側の図は第１基板１０１に形成された第１電極１０２の平面図であり、第１電極はｘ方向に延在している。図４０の右側の図は第２基板１０３に形成された第２電極１０４の平面図であり、第２電極１０４は平面状である。第２の例も、第１電極１０２と第２電極１０４の間に印加される電圧によって種々の液晶レンズの機能を発揮させることが出来る。

以上説明した液晶レンズの構成は、例であり、液晶レンズは、他の構成によっても実現することが出来る。液晶レンズで光スポットを制御する場合、液晶レンズに入射する光の配光角が小さければ、より正確な光スポット形状の制御が可能になる。実施例１及び２では、図５に示す円形ファンネル型反射板２０、あるいは図２１に示す矩形ファンネル型反射板３０と組み合わせて液晶レンズ１００を使用する。円形ファンネル型反射板２０も矩形ファンネル型反射板３０も小さな配光角を実現することが出来るので、正確な光スポット形状及び照度の制御が可能である。

１…光源、 ２…面光源、 １０…ＬＥＤ、 ２０…円形ファンネル型反射板、 ２１…反射面、 ２２…底面、 ３０…矩形ファンネル型反射板、 ３１…反射面、 ３２…底面、 ４０…遮光板、 ５０…照射面、床面、 ６０…光束、 ７０…光スポット、 １００…液晶レンズ、 １０１…第１基板、 １０２…第１電極、 １０３…第２基板、 １０４…第２電極、 １０６…引き出し線、 １１０…第１液晶レンズ、 １２０…第２液晶レンズ、 １０００…照射面

Claims (17)

1. ネック部と開口部と反射面を有するファンネル型反射板を有する照明装置であって、
   前記ネック部には光源であるＬＥＤが配置し、
   前記ファンネル型反射板の前記開口部の平面形状は円であり、
   前記ネック部から前記開口部までの、光軸に沿った距離をｈとし、前記円の直径をｄとしたとき、ｈ／ｄは２以上であり、
   前記開口部には液晶レンズが配置してい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の前記光軸に沿った断面は、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外形は直方体であり、反射面は、前記直方体に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記ファンネル型反射板は金属で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記ファンネル型反射板は樹脂で形成され、前記反射面は金属がコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
6. ネック部と開口部と反射面を有するファンネル型反射板を有する照明装置であって、
   前記ネック部には光源であるＬＥＤが配置し、
   前記ファンネル型反射板の前記開口部の平面形状は矩形であり、
   前記ネック部から前記開口部までの、光軸に沿った距離をｈとし、前記矩形の１辺の長さをｄとしたとき、ｈ／ｄは２以上であり、
   前記開口部には液晶レンズが配置していることを特徴とする照明装置。
7. 前記ファンネル型反射板の前記光軸に沿った断面は、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。
8. 前記矩形は正方形であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
9. 前記矩形は長方形であり、前記ｄは前記長方形の長辺の長さであることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
10. 前記ファンネル型反射板の外形は直方体であり、反射面は、前記直方体に形成された凹部であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
11. 第１のネック部、円形の開口部、第１の反射面、及び、第１の光軸を有する円形ファンネル型反射板と、第２のネック部、矩形の開口部、第２の反射面、及び第２の光軸を有する矩形ファンネル型反射板とを有する照明装置であって、
    前記円形ファンネル型反射板において、前記第１のネック部から、前記円形の開口部までの前記第１の光軸に沿った距離をｈ１とし、前記円形の開口部の直径をｄ１としたとき、ｈ１／ｄ１は２以上であり、
    前記矩形ファンネル型反射板において、前記第２のネック部から、前記矩形の開口部までの前記第２の光軸に沿った距離をｈ２とし、前記矩形の開口部の１辺の長さをｄ２としたとき、ｈ２／ｄ２は２以上であり、
    前記円形ファンネル型反射板と矩形ファンネル型反射板は隣接して配置されていることを特徴とする照明装置。
12. 前記円形ファンネル型反射板は第１の直方体内に形成された凹部であり、
    前記矩形ファンネル型反射板は第２の直方体内に形成された凹部であることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記第１の直方体と前記第２の直方体の大きさは同じであることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
14. 前記円形ファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った断面は、少なくとも一部が放物線形状であり、
    前記矩形ファンネル型反射板の前記第２の光軸に沿った断面は、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１１に記載の照明装置。
15. 前記円形ファンネル型反射板が複数存在し、前記矩形ファンネル型反射板が複数存在していることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
16. 前記円形ファンネル型反射板と前記矩形ファンネル型反射板は同じ直方体内に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
17. 前記円形ファンネル型反射板と前記矩形ファンネル型反射板の開口部には、単一の液晶レンズパネルが配置し、前記液晶レンズパネルは、前記円形ファンネル型反射板及び前記矩形ファンネル型反射板毎に液晶レンズを形成することが可能な請求項１１に記載の照明装置。

Images