JP2023158096A - 照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】空からの光の再現度を向上させることができる照明器具を提供することを目的とする。【解決手段】照明器具は、青色光成分を含む光を発する青色用LEDモジュールと、青色用LEDモジュールの光を拡散して面発光する導光板と、白色光を発する白色用LEDモジュールと、導光板と交差する向きに配置され、白色用LEDモジュールの白色光を拡散する拡散板と、青色用LEDモジュールを調光して空の色を再現し、白色用LEDモジュールを調光して日向の光を再現する調光ユニットと、を備え、調光ユニットは、導光板からの発光の輝度と、拡散板からの発光の輝度との比が、1:5.8~1:13となるよう白色用LEDモジュールまたは青色用LEDモジュールを調光する。【選択図】図5
Description
本開示は、LED(Light Emitting Diode)を備える照明器具に関する。
従来、空の様子を再現することが可能な照明器具が提案されている。例えば、特許文献1に記載の照明器具では、複数色のLEDを有する発光モジュールを用いて、青色光、黄色光、橙色光、赤色光および白色光の発光を制御することで、空の様子を再現する構成となっている。
ここで、空からの光は、窓から建物の中に差し込む際に、窓の周囲の窓枠などを照らす。そのため、実際には窓越しに空の青色の光が見えるだけでなく、窓の周囲にも空からの光に照らされた日向の光が見える。しかしながら、特許文献1に記載の照明器具では、平板形状の発光モジュールおよび光拡散板により、窓に見える空の様子しか再現できていなかった。
本開示は、上述のような課題を解決するものであり、空からの光の再現度を向上させることができる照明器具を提供することを目的とする。
本開示の照明器具は、青色光成分を含む光を発する青色用LEDモジュールと、青色用LEDモジュールの光を拡散して面発光する導光板と、白色光を発する白色用LEDモジュールと、導光板と交差する向きに配置され、白色用LEDモジュールの白色光を拡散する拡散板と、青色用LEDモジュールを調光して空の色を再現し、白色用LEDモジュールを調光して日向の光を再現する調光ユニットと、を備え、調光ユニットは、導光板からの発光の輝度と、拡散板からの発光の輝度との比が、1:5.8~1:13となるよう白色用LEDモジュールまたは青色用LEDモジュールを調光する。
本開示の照明器具によれば、空の色を再現する青色用LEDモジュールと、日向の光を再現する白色用LEDモジュールとが上述の輝度比になるよう調光することで、空からの光の再現度を向上させることができる。
以下、照明器具の実施の形態について図面を参照して説明する。本開示の照明器具は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、種々に変形することが可能である。また、本開示の照明器具は、以下の実施の形態に示す構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、明細書の全文において、床面から天井に向かう垂直な方向を「上方向」と呼び、天井側を「上側」と呼ぶことする。また、同様に、天井から床面に向かう垂直な方向を「下方向」と呼び、床面側を「下側」と呼ぶことする。なお、各図面では、各構成部材の相対的な寸法関係または形状等が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る照明器具1の外観を示す斜視図である。照明器具1は、天井埋め込み型の照明器具であり、天井に埋め込まれる器具本体50と、器具本体50に取り付けられる光源ユニット10とを備える。光源ユニット10は、白色光を発する拡散板13と、青色光を発する導光板17とを備える。照明器具1は、導光板17からの青色光と、拡散板13からの白色光とにより、窓枠越しに空を見るような奥行き感のある視覚効果を有する照明を提供することができる。
図1は、実施の形態1に係る照明器具1の外観を示す斜視図である。照明器具1は、天井埋め込み型の照明器具であり、天井に埋め込まれる器具本体50と、器具本体50に取り付けられる光源ユニット10とを備える。光源ユニット10は、白色光を発する拡散板13と、青色光を発する導光板17とを備える。照明器具1は、導光板17からの青色光と、拡散板13からの白色光とにより、窓枠越しに空を見るような奥行き感のある視覚効果を有する照明を提供することができる。
図2は、実施の形態1に係る照明器具1の構成を示す分解斜視図である。照明器具1は、天井Cに設けられた埋め込み穴Hに埋め込まれて設置される。図2に示すように、照明器具1の器具本体50は、長方形の箱形に形成され、下側が開口している。器具本体50は、主面51と、4つの側面52とを有している。側面52のそれぞれは、主面51の4辺のそれぞれから下方向に向かって垂直に延びるように設けられている。
器具本体50の4つの側面52のうち、対向する2つの側面52の内側の面には、Vばね取り付け金具53が取り付けられている。Vばね取り付け金具53は、光源ユニット10に設けられた後述するVばね12を引掛けて保持する。また、主面51の四隅には、ボルト孔51-1が設けられている。また、天井Cの埋め込み穴Hからは、吊り下げボルトBが吊り下げられている。器具本体50は、ボルト孔51-1に吊り下げボルトBを挿入した後、吊り下げボルトBをナット61で締めることで、天井Cに固定される。
また、主面51には、電線孔51-2が形成されるとともに、端子台54が設けられている。端子台54は、電源端子台と信号線端子台とを有する。図2において、電源端子台および信号線端子台は図示を省略している。電線孔51-2からは、電線および信号線が引き出される。電線孔51-2から引き出された電線は、端子台54の電源端子台に電気的に接続される。また、電線孔51-2から引き出された信号線は、端子台54の信号線端子台に電気的に接続される。
光源ユニット10は、器具本体50の開口内部に配置される。光源ユニット10は、上カバー27と、フランジ部11と、Vばね12と、拡散板13と、導光板17と、を備える。上カバー27は、下端が開口した四角錐台に形成される。上カバー27の4つの側面のそれぞれは、台形形状に形成され、上辺の長さが下辺の長さよりも短くなっている。フランジ部11は、平面視で、長方形の枠形に形成されている。フランジ部11は、図2に示すように、上カバー27の下端から水平方向の外側に向かって突出するように配置されている。
Vばね12は、金属製の線材をV字状に曲げて形成された線ばねであり、フランジ部11の上面に取り付けられている。Vばね12は、器具本体50のVばね取り付け金具53の位置に合わせて、合計4個設けられている。Vばね12がVばね取り付け金具53に係合することで、光源ユニット10が器具本体50に吊り下げられて保持される。なお、照明器具1が天井Cの埋め込み穴Hに取り付けられた状態のとき、フランジ部11は埋め込み穴Hの縁を覆う。従って、照明器具1が天井Cの埋め込み穴Hに取り付けられた状態のとき、ユーザからは埋め込み穴Hは見えなくなる。
図3および図4は、実施の形態1に係る照明器具1の光源ユニット10の構成を示す分解斜視図である。光源ユニット10は、図3に示す構成要素と図4に示す構成要素とからなる。図3は、光源ユニット10の下側部分に設けられた構成要素を示し、図4は、光源ユニット10の上側部分に設けられた構成要素を示している。
光源ユニット10の構成要素のうち、まず、図3に示す構成要素について説明する。図3に示すように、光源ユニット10は、フランジ部11と、Vばね12と、パッキン21と、拡散板13と、パッキン22と、白色用LEDモジュール14と、モジュール保持部15とを備える。
フランジ部11は、上述したように、長方形の枠形に形成されている。フランジ部11は、例えば金属から構成されている。Vばね12は、フランジ部11の上面に、合計4個設けられている。
モジュール保持部15は、平面視で長方形の枠形に形成されている。モジュール保持部15は、4つの部材を組み合わせて構成されている。4つの部材のそれぞれは、後述する図5に示されるように、L字断面を有している。また、図3に示すように、モジュール保持部15の4つの部材のそれぞれの下端には、取付フランジ15-1が設けられている。取付フランジ15-1は、ねじによってフランジ部11に取り付けられる。
白色用LEDモジュール14は、3つの基板140と、3つの基板140それぞれの内側に設けられた色温度の異なる2種類の白色LED141および142とを有している。白色用LEDモジュール14の3つの基板140は、長方形の3辺を形成するように、平面視でコの字形に配置される。隣接する基板140同士のなす角度は90°である。白色用LEDモジュール14は、コの字を構成する3方向から白色光を出射する。
白色LED141は、例えば色温度が4000~5000(K)の昼色のLEDであり、白色LED142は例えば色温度が2600~3000(K)の電球色のLEDである。白色用LEDモジュール14は、白色LED141および142の調光率を変化させることにより、様々な色温度および様々な光量の白色光を出射することができる。また、白色LED141と白色LED142は、時刻に応じて調光されてもよい。例えば、白色LED141と白色LED142は、昼間に光量が100%、明け方および夕方に光量が50%、夜に光量が20%となるよう調光される。さらに、白色LED141と白色LED142は、例えば、昼間に色温度が4500Kの昼白色となり、夕方に色温度が3000~3500Kの電球色となり、夜に色温度が4000~3800Kとなるよう調光される。
なお、白色用LEDモジュール14の光源として、LED以外の発光素子または発光装置を用いてもよい。また、白色用LEDモジュール14は、1種類のみの白色LEDを備えてもよいし、3種類以上の白色LEDを備えてもよい。白色用LEDモジュール14は、モジュール保持部15の内側に配置され、モジュール保持部15によって保持される。
パッキン22は、平面視で、長方形の細枠形に形成されている。パッキン22は、拡散板13の上側の端面と、図4に示す導光板17の出射面である下面との間に配置される。パッキン22は、後述する青色用LEDモジュール18から出射された光が導光板17の出射面から拡散板13の上側の端面に入り込まないよう遮光する。また、パッキン22は、白色用LEDモジュール14から出射された白色光が拡散板13の上側の端面から導光板17の出射面に入り込まないよう遮光する。さらに、パッキン22は、照明器具1が地震等により揺れた場合の緩衝材としても機能する。
拡散板13は、例えば白色の樹脂から構成され、平面視で長方形の枠形に形成されている。拡散板13は、上側と下側が開口した四角錐台形状を有する。すなわち、拡散板13の4つの側面のそれぞれは、垂直方向に対して予め設定された角度で傾斜している。拡散板13の4つの側面のそれぞれは、台形形状の板から構成され、上辺の長さが下辺の長さよりも短くなっている。また、拡散板13の4つの側面のそれぞれが傾斜しているため、平面視で、上辺の位置が下辺の位置よりも内側になるように配置されている。それにより、拡散板13の内部空間は、下方向に向かってテーパ状に大きくなっている。拡散板13は、4枚の台形形状の板を組み合わせて形成されてもよいし、一体成型で形成されてもよい。
拡散板13の4つの側面のうち、3つの面は発光面13-1であり、他の1つの面は非発光面13-2である。3つの発光面13-1は、コの字形状に配置されている。ここで、拡散板13の4つの側面のそれぞれにおいて、拡散板13の内部空間に面している内側の面を前面と呼び、外側の面を背面と称する。
拡散板13は、白色用LEDモジュール14の内側に配置される。すなわち、拡散板13の発光面13-1のそれぞれの背面側に、白色用LEDモジュール14が配置される。白色用LEDモジュール14から出射された白色光は、拡散板13の発光面13-1の背面から入射し、発光面13-1を透過して、発光面13-1の前面から出射される。発光面13-1のそれぞれが傾斜しているため、3つの発光面13-1の前面から出射される白色光は、斜め下方向を照射する。
拡散板13の非発光面13-2の背面には、遮光シート(不図示)が貼付され、非発光面13-2から光が漏れないように構成されている。
このように、拡散板13は、3つの発光面13-1と、光を発しない1つの非発光面13-2とを組み合わせた構成を有している。これにより、拡散板13からの発光は、3方向からの光となり、太陽光に照らされた日向の窓枠、または日陰の窓枠越しに、外からの光が差し込んでいるような奥行き感のある視覚効果を演出することができる。
拡散板13はパッキン21を介して、フランジ部11上に載置される。パッキン21は、平面視で、長方形の細枠形に形成されている。パッキン21は、フランジ部11または拡散板13が振動した際に、互いが直接的にぶつかり合うことを防止する。また、パッキン21の弾力性により、フランジ部11から拡散板13に与える力が緩和され、拡散板13の破損を抑制することができる。さらに、フランジ部11と拡散板13との間にパッキン21を設けることで、窓枠としての印象を持たせることができる。特に、パッキン21が白色系の色調の場合に、窓枠としての印象を強めることができる。また、パッキン21は、拡散板13とフランジ部11との隙間から白色光が漏れることを防ぐ遮光部としても機能する。
次に、光源ユニット10の構成要素のうち、図4に示す構成要素について説明する。図4に示すように、光源ユニット10は、さらに、下ガイドプレート16と、導光板17と、青色用LEDモジュール18と、上ガイドプレート19と、絶縁部23と、モジュール保持部24と、固定部材25と、導光板カバー26と、上カバー27とを備える。また、光源ユニット10は、上カバー27の上面に配置される電源装置31と、調光ユニット32とをさらに備える。
下ガイドプレート16は、図3に示したモジュール保持部15上に載置される。下ガイドプレート16は、2本の棒状の部材から構成され、導光板17の下方において、導光板17の長手方向に延びる端部に沿って配置される。下ガイドプレート16を構成する2本の棒状の部材の両端には、突起部16-3が設けられている。突起部16-3は、上側に向かって垂直に延びている。突起部16-3は、導光板17の短手方向に延びる端面17-2と接触し、導光板17の長手方向への移動を規制する。
上ガイドプレート19は、導光板17上に載置される。上ガイドプレート19は、2本の棒状の部材から構成され、導光板17の長手方向に延びる端部に沿って配置される。
導光板17は、平面視で長方形の板状に形成される。導光板17は、青色用LEDモジュール18から出射された光を拡散させ、出射面である下面から青色光を面発光する。導光板17は、アクリル樹脂で形成され、光を散乱させる粒子である散乱体として、例えばシリカを含む。導光板17の長手方向の端部は、下ガイドプレート16と上ガイドプレート19とで上下方向から挟持される。
導光板17の上面は、全反射するために平滑となっている。導光板17の上面は、鏡面仕上げであることが望ましい。照明器具1の組立て作業中に、導光板17の上面に傷がつくと、傷がついた箇所で全反射が起こりにくくなる。そのため、上面の傷がついた箇所に対応する下面の一部分が白っぽく光って見えてしまう。そのため、導光板17の上面の傷つきを防止するために、導光板17の上面を反射シート(不図示)で覆うようにしてもよい。
青色用LEDモジュール18は、導光板17の長手方向に延びる端面17-1に平行になるように配置される。青色用LEDモジュール18は、2つの基板180と、基板180にそれぞれ配置された複数のLEDとを備える。基板180の上部には、複数の貫通穴18-1が設けられている。青色用LEDモジュール18の構成および調光制御については、後ほど詳述する。
青色用LEDモジュール18は、固定部材25によりモジュール保持部24に取り付けられる。固定部材25の青色用LEDモジュール18側の面には、円柱型の突起部25-1が設けられている。突起部25-1は、青色用LEDモジュール18の基板180の貫通穴18-1にそれぞれ挿入される。突起部25-1が貫通穴18-1に挿入された状態で、固定部材25がモジュール保持部24にねじ止めされる。
モジュール保持部24は、断面がL字状の板金で形成されている。モジュール保持部24は、青色用LEDモジュール18の基板180を保持するだけでなく、青色用LEDモジュール18からの熱を外部に放出する放熱板としても機能する。モジュール保持部24は、図3に示したモジュール保持部15の上面に取り付けられる。また、青色用LEDモジュール18は、絶縁部23を介して、モジュール保持部24に取り付けられる。なお、青色用LEDモジュール18の基板180が両面基板でない場合には、絶縁部23は省略してもよい。
導光板カバー26は、上ガイドプレート19上に載置される。導光板カバー26は、導光板17を上から覆い、導光板17を保護する。上カバー27は、図3および図4に示す光源ユニット10の構成要素を覆い、当該構成要素を保護する。上カバー27の上面には、電源装置31および調光ユニット32が載置される。
電源装置31は、青色用LEDモジュール18および白色用LEDモジュール14に電力を供給する。調光ユニット32は、青色用LEDモジュール18および白色用LEDモジュール14が備える各LEDを調光する。本実施の形態の調光ユニット32は、青色用LEDモジュール18を調光して空の色を再現し、白色用LEDモジュール14を調光して日向の光を再現する。電源装置31と調光ユニット32とは、例えば渡り配線などの配線で、電気的に接続される。また、電源装置31および調光ユニット32は、光源ユニット10が器具本体50に取り付けられた状態において、器具本体50の端子台54の電源端子台および信号端子台と電気的に接続される。
図5は、実施の形態1に係る照明器具1の構成を示す断面模式図である。図5は、照明器具1を、長手方向の中央部分において、短手方向の1つの側面に平行な平面で切断した断面を模式的に示している。
図5に示すように、器具本体50の下端の開口内に光源ユニット10が配置される。光源ユニット10のフランジ部11の上面には、Vばね12が設けられている。Vばね12は、器具本体50に設けられたVばね取り付け金具53に引き掛けられた状態で保持されている。これにより、光源ユニット10と器具本体50とが係合され、光源ユニット10が器具本体50に保持される。
白色用LEDモジュール14は、モジュール保持部15に保持され、拡散板13の背面に配置される。また、青色用LEDモジュール18は、モジュール保持部15の上面に固定されたモジュール保持部24に保持され、空隙33を介して導光板17の端面に対向するように配置される。拡散板13と導光板17とは互いに交差する向きに配置されている。具体的には、導光板17は天井Cと平行に配置され、拡散板13は導光板17から斜め下方向に延びるよう配置される。
青色用LEDモジュール18から出射した光は、導光板17の端面17-1に入射され、導光板17の上面と下面とで全反射しながら導光板17内を進む。導光板17内を進む光の一部は、導光板17内の散乱体に当たって拡散され、導光板17の下面から面発光される。導光板17および青色用LEDモジュール18により、窓越しに見える空の色を再現する空模擬部が構成される。また、白色用LEDモジュール14から出射された白色光は、拡散板13の背面から入射され、拡散板13の発光面13-1の前面から出射される。発光面13-1は傾斜しているため、発光面13-1の前面から出射される白色光は、斜め下方向を照らす。拡散板13と白色用LEDモジュール14により、窓の周囲に差し込む日向の光を再現する周囲発光部が構成される。
次に、本実施の形態における青色用LEDモジュール18の構成および調光制御について説明する。図6は、実施の形態1に係る青色用LEDモジュール18の概略構成を示す図である。図6では、青色用LEDモジュール18における1つの基板180の概略構成を示しているが、もう1つの基板180の構成も図6と同様である。図6に示すように、青色用LEDモジュール18の基板180には、複数の白色LED181と、青色LED182と、緑色LED183とが配置される。詳しくは、基板180には、2個の白色LED181と、2個の青色LED182と、1個の緑色LED183とを一組として、複数の組が一列に配置される。
なお、青色用LEDモジュール18の基板180に配置される白色LED181、青色LED182、および緑色LED183の数および配置は、図6の例に限定されるものではない。例えば、白色LED181と、青色LED182と、緑色LED183とを、基板180の下側の領域に配置してもよい。この場合、導光板17と拡散板13とを近づけて配置することができ、導光板17からの青色光と拡散板13からの白色光とを近接させて出射することができる。また、白色LED181と、青色LED182と、緑色LED183との上下方向の位置をずらして配置するなどしてもよい。また、白色LED181、青色LED182、および緑色LED183の並びは、色のばらつきおよび基板の設計を考慮し、適宜決定すればよい。ただし、空の色を再現するためには、青色用LEDモジュール18におけるLEDの総数に対する白色LED181、青色LED182、および緑色LED183の数の比は、2:2:1とすることが望ましい。
青色用LEDモジュール18の基板180の上部には、複数の貫通穴18-1が設けられている。基板180の中央部分に設けられた貫通穴18-1(不図示)は円形であり、それ以外の貫通穴18-1は長手方向に延びた楕円形である。青色用LEDモジュール18の基板180は、白色LED181、青色LED182、および緑色LED183から発せられる熱によって熱膨張および熱収縮する。そのため、青色用LEDモジュール18をモジュール保持部24に固定させると、青色用LEDモジュール18の基板180に熱膨張および熱収縮による反りまたはゆがみが生じるおそれがある。
そこで、本実施の形態では、基板180に楕円形の貫通穴18-1を設け、固定部材25の突起部25-1を貫通穴18-1に遊びを持って挿入できる構成となっている。これにより、青色用LEDモジュール18の基板180が熱膨張および熱収縮した場合にも、突起部25-1が楕円形の貫通穴18-1内を長手方向に移動することができ、基板180の反りまたはゆがみを抑制することができる。
白色LED181は、例えば色温度が5000(K)であり、順電圧が6VのLEDである。青色LED182は、ドミナント波長が470nm以下であり、順電圧が3VのLEDである。緑色LED183は、例えばドミナント波長が510~570nmであり、順電圧が3VのLEDである。白色LED181は、青色LED182および緑色LED183よりも順電圧が高く、同じ電流が流れた場合に、青色LED182および緑色LED183よりも明るく発光する。すなわち、青色用LEDモジュール18における、各LEDの出力バランスは、白色LED181>青色LED182>緑色LED183となる。
本実施の形態の青色用LEDモジュール18は、白色LED181、青色LED182、および緑色LED183の発光を制御して、空の色、特に青空の色を再現する。このように、白、青、緑の3色を用いることで、赤、青、緑の3色を用いる場合に比べて、演色性を向上させることができる。
図7は、実施の形態1に係る照明器具1の制御ブロック図である。図7に示すように、電源装置31は、青色用LEDモジュール18の白色LED181と、青色LED182と、緑色LED183とに、それぞれ電流を流す第1電源装置31aと、第2電源装置31bと、第3電源装置31cと、を備える。LED毎に個別に電源装置を備えることで、青色用LEDモジュール18の発光色に対して二次元の制御ができるため、様々な青空を再現することができる。電源装置31は、さらに、白色用LEDモジュール14の白色LED141と、白色LED142と、にそれぞれ電流を流す第4電源装置31dと、第5電源装置31eと、を備える。
また、調光ユニット32は、第1電源装置31aおよび第2電源装置31bに第1調光信号を送信する第1制御回路32aと、第3電源装置31cに第2調光信号を送信する第2制御回路32bと、を備える。すなわち、第1制御回路32aは、青色用LEDモジュール18の白色LED181および青色LED182の発光を制御し、第2制御回路32bは、青色用LEDモジュール18の緑色LED183の発光を制御するものである。
また、調光ユニット32は、さらに、第4電源装置31dに第3調光信号を送信する第3制御回路32cと、第5電源装置31eに第4調光信号を送信する第4制御回路32dと、を備える。すなわち、第3制御回路32cは、白色用LEDモジュール14の白色LED141の発光を制御するものであり、第4制御回路32dは、白色用LEDモジュール14の白色LED142の発光を制御するものである。第1~第4制御回路32a~32dは、例えばタイマー(不図示)を有し、時刻に応じて第1~第5電源装置31a~32eを制御する。第1~第4制御回路32a~32dは、専用の単一回路または複合回路などのハードウェア、メモリに格納されるプログラムを実行するマイクロコンピュータまたはプロセッサ、もしくはこれらの組み合わせで構成される。
上述のように、本実施の形態では、第1制御回路32aによって、青色用LEDモジュール18の白色LED181と青色LED182との両方に対し、同じ制御を行う。これにより、LED毎に制御回路を設ける場合に比べて、照明制御を簡易化できるとともに、制御回路の数を削減させることができる。本実施の形態の場合は、制御回路の数を4つとすることができ、照明器具1の開発が容易になる。
第1~第5調光信号は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号であり、PWM信号のデューティ比に応じて光量が変更される。電源装置31は、PWM信号に基づいて、各LEDに流れる電流を変えることで青色用LEDモジュール18と白色用LEDモジュール14との調光制御を行う。
図8は、実施の形態1に係る青色用LEDモジュール18の光量を示すグラフである。図8の横軸は時刻を示し、縦軸は青色用LEDモジュール18の光量を示す。本実施の形態の青色用LEDモジュール18は、白色用LEDモジュール14と同様に、時刻に応じて光量が変更される。詳しくは、図8に示すように、昼間(例えば8時から16時)の光量は100%とされ、明け方(例えば6時から8時)および夕方(例えば16時から18時)の光量は50%とされ、夜(例えば18時から6時)の光量は20%とされる。なお、図8に示す時刻は、単なる一例であって、図8の例に限定されず、適宜設定してよい。また、季節に応じて各時刻の光量を変更してもよい。例えば、季節が夏の場合は、冬の場合に比べて、青色用LEDモジュール18の光量を100%とする昼間の時間を長くしてもよい。また、季節に応じて、青色用LEDモジュール18の光量だけでなく色度を変更してもよい。
図9は、実施の形態1に係る青色用LEDモジュール18の調光制御を説明するグラフである。図9の横軸は時刻を示し、縦軸は調光信号のデューティ比を示す。また、図9の実線は第1制御回路32aから出力される第1調光信号を示し、破線は第2制御回路32bから出力される第2調光信号を示す。図9に示すように、第1制御回路32aおよび第2制御回路32bは、昼間の第1調光信号および第2調光信号のデューティ比を1とする。
そして、夕方(例えば16時)になると、第1制御回路32aは、第1調光信号のデューティ比を予め設定された第1減少率で0.2まで減少させる。また、第2制御回路32bは、第2調光信号のデューティ比を第1減少率よりも大きい第2減少率で0.2まで減少させる。これにより、まず緑色LED183の光量が20%まで低下し、その後、白色LED181と青色LED182が20%まで低下する。
また、明け方になると、夕方と逆の制御が行われる。具体的には、まず、第1制御回路32aは、第1調光信号のデューティ比を予め設定された第1増加率で1まで増加させる。第2制御回路32bは、第1制御回路32aがデューティ比を増加させてから所定の時間が経過した後(例えば6時)に、第2調光信号のデューティ比を第1増加率よりも大きい第2増加率で1まで増加させる。
このような制御を行うことにより、夕方になるとまず緑色LED183の光量が低下し、その後白色LED181と青色LED182が低下することで、導光板17からの光を自然光と同じように紫がかった深い青色へと変化させることができる。
また、本実施の形態では、空模擬部により再現される空の光だけでなく、周囲発光部により再現される日向の光を含めた全体の光が、実際の自然光を再現するよう、空模擬部および周囲発光部が調光される。図10は、空模擬部と周囲発光部との輝度比および色度の最適値を確認した実験結果を示す表である。
図10に示す輝度比は、空模擬部の輝度に対する周囲発光部の輝度の比率であり、拡散板13からの発光の輝度を導光板17からの発光の輝度で除した値である。また、図10では、空模擬部および周囲発光部の色度をCIE色度図のxy座標系(x,y)で示している。図10に示す「好ましさ」および「評価」における「OK」、「△」または「NG」は、実際の空のように見えるか否かで判断される。例えば、周囲発光部の輝度が高くなると、空模擬部の発光が周囲発光部に負けてしまうため、周囲発光部からの光が照明のように見えてしまう。ただし、周囲発光部の色温度が低くなると、周囲発光部が照明のように見えなくなるものの、周囲発光部の色温度が低くなりすぎると、夕方のような印象になってしまう。「△」は、許容値ではあるがOKとは言い難い結果を示す。
図10の実験結果からは、空模擬部と周囲発光部の輝度比、すなわち導光板17からの発光の輝度:拡散板13からの発光の輝度は、1:5.8~1:7が好ましく、1:7が最適値であることがわかった。また、拡散板13からの発光の最適な色度は、CIE色度図のxy座標系(x,y)において、(0.338,0.345)~(0.363,0.355)であることがわかった。
図11は、複数の試作品における周囲発光部の色温度の好ましさと、空模擬部と周囲発光部を合わせた両方での自然さを確認した実験結果を示す表である。図11に示すように、試作103と試作104とを比較すると、輝度比は同等であるが、空模擬部と周囲発光部の輝度の絶対値の相違により、空模擬部と周囲発光部の両方を含めた全体の自然さは相違することがわかった。すなわち、輝度比および色度は、最適値に幅を持つことがわかった。
図12は、図10および図11の実験結果に基づく周囲発光部の最適な色度範囲を示す表である。図12に示すように、周囲発光部、すなわち拡散板13からの発光の最適な色度範囲は、CIE色度図のxy座標系(x,y)において、(0.3376,0.3616)、(0.3366,0.3369)、(0.3630,0.3550)、(0.3660,0.3820)の範囲である。
図13は、図10および図11の実験結果に基づく色度図である。図13に示す点線は、黒体軌跡であり、破線はCIE昼光である。また、図13には、ANSI(米国規格協会)で定める4000K、4500K、5000K、5700K、6500Kの色温度範囲が示される。さらに、図13には、図10の実験結果における輝度比1:4、1:5、1:5.8、1:6.2、1:6.5、1:7の場合の周囲発光部の色度と、図11の実験結果における試作101、102、103、104の周囲発光部の色度とが示される。
図13において太線で示す範囲は、図10および図11の実験結果において「OK」または「△」と判断された周囲発光部の色度を含む範囲である。この範囲には、輝度比1:5.8~1:7の場合の色度と、試作101、103、104の色度とが含まれる。この範囲が、図12に示す周囲発光部の色度座標(0.3376,0.3616)、(0.3366,0.3369)、(0.3630,0.3550)、(0.3660,0.3820)の4点を結ぶ四角形で囲まれる範囲であり、周囲発光部の推奨色温度範囲である。
図14、図15および図16は、実際の空と日向の色度および輝度の測定結果を示す表である。詳しくは、図14は、2019年4月3日の神奈川県鎌倉市大船の空の測定結果であり、図15は、2019年4月15日の神奈川県鎌倉市大船の空の測定結果であり、図16は、2019年4月16日の神奈川県鎌倉市大船の空の測定結果である。なお、何れも天気は晴れとする。また、図14~図16に記載される「時刻」は、測定開始時刻であり、実際に測定された時刻とは15分程度のばらつきがある。例えば、「10:55」と記載されている場合は、「10:55~11:10」の間に測定された結果である。また、測定視野は、0.1°である。また、「北」、「東」、「南」、「西」と示された測定値は、水平面に対して20deg程度の角度での測定値である。また、「天空(北)」、「天空(東)」、「天空(西)」と示された測定値は、水平面から70deg程度の角度での測定値である。また、「日向」は白色コピー用紙に自然光を当てて測定したものである。
図17は、昼間における実際の空と日向との輝度比を示す表である。図17は、図14および図15に太枠で示される、一般的に昼間と想定される10時~14時の間の輝度比(日向の輝度/空の輝度)の最大値、平均値および最小値を含む。図10に示す実験結果から導きだした輝度比1:5.8~1:7は、図17に示す実際の空と日向との輝度比と同等であることがわかる。また、図17に示す結果によると、昼間における実際の空と日向との輝度比は、最大で12.964である。そのため、導光板17からの発光の輝度と、拡散板13からの発光の輝度との比は、1:5.8~1:13としてもよい。
以上を踏まえ、本実施の形態の調光ユニット32は、導光板17からの発光の輝度と、拡散板13からの発光の輝度との比が1:5.8~1:13となるよう白色用LEDモジュール14または青色用LEDモジュール18、もしくは両方を調光する。好ましくは、調光ユニット32は、導光板17からの発光の輝度と、拡散板13からの発光の輝度との比が、1:5.8~1:7となるよう白色用LEDモジュール14または青色用LEDモジュール18、もしくは両方を調光する。
さらに、調光ユニット32は、拡散板13からの発光の色度が、CIE色度図のxy座標系(x,y)において、(0.3376,0.3616)、(0.3366,0.3369)、(0.3630,0.3550)、(0.3660,0.3820)の4点を結ぶ四角形で囲まれる範囲内に存在するよう白色用LEDモジュール14を調光する。
以上のように、本実施の形態の照明器具1は、導光板17から青色用LEDモジュール18による青色光と、拡散板13から白色用LEDモジュール14による白色光とを発することで、窓越しに見える空の様子と、窓の周囲の日向の光とを再現できる。また、導光板17からの発光の輝度と拡散板13からの発光の輝度との輝度比、および拡散板13からの発光の色度を上述のように設定することで、照明器具1における空からの光の再現度を向上させることができる。
なお、実施の形態1では、照明器具1を天井Cに取り付けることを前提として説明したが、照明器具1は、室内の壁に設置してもよい。但し、その場合には、白色用LEDモジュール14を、平面視でL字型にする。また、これに合わせて、拡散板13についても、4つの側面のうち、隣接する2つの面を発光面13-1とし、他の2面を非発光面13-2とする。他の構成については、実施の形態1と同じにする。これにより、照明器具1を天井Cに取り付けた場合と同様に、照明器具1を室内の壁に設置した場合においても、太陽光に照らされた日向または日陰の窓枠越しに奥行き感のある青空を見るような視覚効果を演出することができる。また、照明器具1の形状は、長方形に限定されるものではなく、正方形の箱型であってもよい。
また、実施の形態1では、LEDごとに第1~第5電源装置31a~31eを備える構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、青色用LEDモジュール18の白色LED181と青色LED182との電源装置を共通化してもよい。これにより、部品点数をさらに削減することができ、コストの削減および照明器具1の小型化を実現することができる。
また、実施の形態1では、白色LED181および青色LED182の制御回路を共通とし、同じ調光信号にて調光する構成としたが、これに限定されるものではない。白色LED181および青色LED182が、それぞれ個別の制御回路を備え、個別の調光信号によって制御されてもよい。
また、上述の実施の形態では、まず緑色LED183の光量を低下させてから、白色LED181と青色LED182の光量を低下させる2段階の制御を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、白色LED181と青色LED182の光量を低下させてから、緑色LED183の光量を低下させる2段階の制御としてもよい。さらに、白色LED181、青色LED182および緑色LED183の制御は、上述したものに限定されるものではなく、目的の空の色に応じて、CIE色度座標におけるx値およびy値の両方または何れか一方をマイナス側またはプラス側に変化させてもよい。
また、上述の実施の形態では、青色用LEDモジュール18は、複数の白色LED181と、青色LED182と、緑色LED183とを有する構成としたが、青色光成分を含む光を発するものであれば、これに限定されるものではない。例えば、青色用LEDモジュール18は、下記(1)~(7)の何れかのLEDを有する構成としてもよい。
(1)青色LEDと、白色LEDと、緑色LEDと、アンバー色LED。
(2)水色LEDと、緑色LEDと、アンバー色LED。
(3)水色LEDと、緑色LED。
(4)白色LED(8000~7000K)と、アンバー色LED。
(5)水色LEDと、アンバー色LED。
(6)水色LEDのみ。
(7)白色LED(8000~7000K)のみ。
(1)青色LEDと、白色LEDと、緑色LEDと、アンバー色LED。
(2)水色LEDと、緑色LEDと、アンバー色LED。
(3)水色LEDと、緑色LED。
(4)白色LED(8000~7000K)と、アンバー色LED。
(5)水色LEDと、アンバー色LED。
(6)水色LEDのみ。
(7)白色LED(8000~7000K)のみ。
1 照明器具、10 光源ユニット、11 フランジ部、13 拡散板、13-1 発光面、13-2 非発光面、14 白色用LEDモジュール、15 モジュール保持部、15-1 取付フランジ、16 下ガイドプレート、16-3 突起部、17 導光板、17-1 端面、17-2 端面、18 青色用LEDモジュール、18-1 貫通穴、19 上ガイドプレート、21 パッキン、22 パッキン、23 絶縁部、24 モジュール保持部、25 固定部材、25-1 突起部、26 導光板カバー、27 上カバー、31 電源装置、31a 第1電源装置、31b 第2電源装置、31c 第3電源装置、31d 第4電源装置、31e 第5電源装置、32 調光ユニット、32a 第1制御回路、32b 第2制御回路、32c 第3制御回路、32d 第4制御回路、33 空隙、50 器具本体、51 主面、51-1 ボルト孔、51-2 電線孔、52 側面、53 取り付け金具、54 端子台、61 ナット、101、102、103、104 試作、140 基板、141、142 白色LED、180 基板、181 白色LED、182 青色LED、183 緑色LED、B 吊り下げボルト、C 天井、H 埋め込み穴。
本開示の照明器具は、青色光成分を含む光を発する青色用LEDモジュールを有し、青色用LEDモジュールの光により窓越しに見える空の色を再現する空模擬部と、白色光を発する白色用LEDモジュールを有し、空模擬部の周囲に配置され、白色用LEDモジュールの白色光により、窓の周囲に差し込む日向の光を再現する周囲発光部と、青色用LEDモジュールを調光して空の色を再現し、白色用LEDモジュールを調光して日向の光を再現する調光ユニットと、を備え、調光ユニットは、空模擬部の発光の輝度と、周囲発光部の発光の輝度との比が、1:5.8~1:13となるように白色用LEDモジュールまたは青色用LEDモジュールを調光する。
Claims (1)
- 青色光成分を含む光を発する青色用LEDモジュールと、
前記青色用LEDモジュールの前記光を拡散して面発光する導光板と、
白色光を発する白色用LEDモジュールと、
前記導光板と交差する向きに配置され、前記白色用LEDモジュールの前記白色光を拡散する拡散板と、
前記青色用LEDモジュールを調光して空の色を再現し、前記白色用LEDモジュールを調光して日向の光を再現する調光ユニットと、を備え、
前記調光ユニットは、前記導光板からの発光の輝度と、前記拡散板からの発光の輝度との比が、1:5.8~1:13となるよう前記白色用LEDモジュールまたは前記青色用LEDモジュールを調光する照明器具。
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