JP5534317B2 - Ｌｅｄを用いた壁面照明装置 - Google Patents

Description

この発明は、指向性の高いＬＥＤ（Light emitting diode／発光ダイオード）をライン状に配列した光源手段を用いることにより、壁面の広い面積部分を良好な均整度で照明する壁面照明技術に関する。

たとえば、天井面側の第１の部分から床面側の第２の部分まで広がる壁面を照明するとき、第１の部分あるいは第２の部分のいずれかに寄った部分に光源手段を配置する。それにより、光源手段が照明すべき壁面を見る人の目に入らないようにする。そのため、この種の壁面照明装置には、広い壁面を均一に照明する上での難しさがある。照度の均一性、つまり均整度は、多くの照明場面で求められることであるが、展示物が関与する美術館や博物館において、とりわけその要求が高い。

一般的な光源手段は、長い管体を含む蛍光灯である。通常、各器具ごとに２灯あるいは３灯を並列に並べて用いる。そして、間口の広い壁面については、それらの器具の複数を列状に配列して用いる。蛍光灯を用いた照明は、壁面を直接照明する方式である。必要とする照度レベルや均整度を得るため、蛍光灯の列ごとに調光器で調整したり、特許文献１に示すように、蛍光灯の前面に特定のルーバーを設けることにより制御する。

他の光源手段は、指向性の高いＬＥＤをライン状に複数配列したものである。たとえば、特許文献２は、ライン状に配列したＬＥＤからの光を複雑形状反射器で反射し、対象物を間接照明するようにした技術を示している。複雑形状反射器は、コンピュータプログラムによって、反射光の方向の光線密度を制御するように最適化された形にデザインされている。また、特許文献３においては、ライン状に配列したＬＥＤを光源手段として用いつつ、各ＬＥＤからの直接光のほか、二つの反射部からの光を重畳させることにより、広域な壁面を充分な光量で照明するようにしている。

特開平９−２７２０６号公報 特表２００８−５４２９８７号公報 特表２００８−３１０９８４号公報

光源手段としての蛍光灯は、たとえば２０〜３０ｍｍ径の円筒であり、光が四方に拡散するため、光の利用効率を高める上で難点がある。それに対し、ＬＥＤは、たとえば３〜５ｍｍ径のほぼ点光源であり、しかも、発光部から片面へ指向性のある光を照射する。ＬＥＤを壁面照明に用いる場合、壁面の広さに応じるため、特許文献２および３が示すように、複数の点光源ＬＥＤをライン状に配列して用いることになる。

しかし、照明すべき壁面の前面に立体物を置き、ライン状に配列したＬＥＤによって、その立体物および壁面を照射する実験を行ったところ、壁面上に立体物の多重の陰影が生じたり、色むらが生じたりすることが判明した。多重の陰影は、各ＬＥＤ自体がもつ高指向性という特性に起因すると考えられ、また、色むらについては、各ＬＥＤの色調（色温度、色度）のばらつきに起因すると考えられる。とすれば、そのような陰影や色むらの問題に対処するため、各ＬＥＤからの光を拡散させた形態で照明することも一考すべき手である。ところが、そのような手は、高指向性という特性を殺すことになり、省電力化に反することになる。

そこで、この発明は、省電力化という観点から高指向性というＬＥＤの特性を生かしつつ、前記した多重の陰影および色むらの問題を解決することを課題とする。また、この発明は、大きな面積をもつ壁面の照度均整度を有効に高めることを別の課題とする。

この発明では、ライン状に配列した複数のＬＥＤからの光を直接照射する直接照明方式を避け、各ＬＥＤを二次的な擬似光源とし、それら擬似光源によって壁面を間接照明するようにする。ＬＥＤは高指向性であるため、互いに間隔をもって配列された各ＬＥＤからの光を直接照射すると、大なり小なり陰影が生じるからである。

しかも、この発明における二次的な擬似光源は、点光源ＬＥＤの像が四方八方に密に配列した形態である。点光源ＬＥＤの像である多数の各擬似光源は、点光源ＬＥＤと同様の高指向性をもつ。そのような二次的な擬似光源を作り出すため、この発明では、特定の反射手段を用いる。その特定の反射手段は、点光源ＬＥＤの大きさに近似した小さな凸部あるいは凹部からなる単位反射部の多数を密に配列した反射面を含んでいる。各単位反射部は、点光源ＬＥＤを結像する小さな凸面鏡あるいは凹面鏡として機能する。各単位反射部は、反射面上、四方八方に無数に存在する。そのため、二次的な擬似光源は、点光源ＬＥＤが密集した面光源のようである。

前記した多重の陰影や色むらを有効になくすためには、二次的な擬似光源を全体として面光源として機能させることが好ましい。そのために、互いに隣り合う単位反射部を連続するように配列するのが良い。しかも、各単位反射部による像である各擬似光源に対し、点光源ＬＥＤと同様の高指向性をもたせるため、各単位反射部について、その径を点光源ＬＥＤと同様、たとえば３〜５ｍｍ径とし、しかも、凸あるいは凹の曲面の曲率を大きく設定すべきである。このような多数の単位反射部をもつ反射手段については、プレス加工、へら絞り、ロール加工、ダイカスト、プラスチック成形加工など各種の製法によって得ることができる。加工法としてはエンボス加工が好適であり、反射手段として、最も好ましいものは、エンボス加工によるプラスチックやアルミニューム製などの基板本体と、その基板本体の一面にある反射面とを含むものである。

また、照明すべき壁面は、天井面側の第１の部分から床面側の第２の部分までの高さがたとえば３ｍにわたるなど広い面積をもつ。しかも、光源手段や反射手段をたとえば天井面側に配置するなどの制約もある。そのような制約の下で、広面積の壁面を良好な均整度で照明するため、この発明の好ましい形態では、反射手段の反射面を複数に区分けする手法を採用する。この区分けの基本的な考え方は、照明すべき壁面部分を複数に区分けし、光源手段から離れた壁面部分にはより充分な光エネルギーを供給し、光源手段に近い壁面部分には少な目の光エネルギーを供給し、壁面全体としての均整度を高めようとする考え方である。したがって、照明すべき壁面あるいは反射手段の反射面のいずれかを、順次大きさを変えて互いに異なる面積にすることにより、均整度を高めることができる。しかし、最も対応しやすい手法は、照明すべき壁面については同じ面積のｎ個（ここで、ｎは、通常の数ｍの壁面高さについて、設計のしやすさの点から、３≦ｎ≦１５、より好ましくは、５≦ｎ≦１０を満足する正の整数）の部分に区分けし、反射手段の反射面の方だけを面積が段階的に異なるｎ個の反射領域に区分けする方法である。

この発明の壁面照明装置の一実施例であり、光源手段を正面から見た図である。 図１の壁面照明装置の上面図である。 図１の３−３線に沿う断面図である。 反射手段の基板本体の表の反射面側を写真で示す図である。 図４Ａの基板本体の裏側を写真で示す図である。 壁面の均整度を示す図である。

図１〜図３に示す壁面照明装置１０は、外形的には、縦および横の各寸法が３０ｃｍほどであり、長さが１２０ｃｍほどの大きさである。本体ケーシング１２の長手方向の両側には、断面形状がＬ型の端板１４，１４がある。これらの端板１４，１４は、装置１０を取り付けるための金物である。本体ケーシング１２の中に、ＬＥＤを用いた光源手段２０および特徴的な反射手段３０がある。

光源手段２０は、本体ケーシング１２の一端から他端まで伸びる支持基板２２と、その支持基板２２上、たとえば２〜３ｃｍ間隔でライン状に配置された多数のＬＥＤ２４とを含む。各ＬＥＤ２４自体は、パッケージ化された部品であり、光を発する部分の径が３〜５ｍｍであり、いわば点光源である。このようなＬＥＤ２４として、青色ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた白色チップタイプのものを適用することができる。各ＬＥＤ２４は発熱するため、支持基板２２の背面に放熱体２６を付属させる。放熱体２６としては、複数の放熱フィンをもつアルミニューム押出し製品を適用することができる。

光源手段２０の各ＬＥＤ２４からの光は、照明すべき壁面とは反対の方向に出て、反射手段３０の反射面に向かう。そこで、光源手段２０からの光の照射方向を調整するため、光源照射方向調整機構を付属させることが好ましい。そのような調整機構としては、各ＬＥＤ２４を支持する支持基板２２を含む部分を全体的に揺動可能とし、調整後にロックするような機構を利用することができる。なお、光源手段２０は、本体ケーシング１２の中において、反射手段３０の反射面からの反射光の邪魔にならないような位置、たとえば、反射面の上部周縁寄りに配置する。

この発明の壁面照明装置１０では、光源手段２０の各ＬＥＤ２４からの直射光を照明すべき壁面に照射せずに、点光源である各ＬＥＤ２４からの光を反射手段３０で反射させ、その反射光によって壁面を照射し間接的に照明する。さらに詳しくは、反射手段３０の反射面３２は、各ＬＥＤ２４の大きさに近似した小さな凸部（あるいは凹部）からなる単位反射部が密集した配列である。図４Ａおよび図４Ｂが、エンボス加工による反射面３２を明らかにしている。各単位反射部は、光源手段２０のＬＥＤ２４を結像し、そのＬＥＤ２４と同様の擬似光源を作り出すものである。実験によると、反射面３２の各単位反射部は、径が５ｍｍを越えると陰影を充分に除去することができず、５ｍｍ以下、特には各ＬＥＤ２４と同様の大きさ（３〜５ｍｍ）にすると、陰影をほとんどなくすことができる。しかし、各単位反射部の径を３〜５ｍｍにした場合でも、隣り合う凸部が連続せず、たとえば凸部の間に隙間（つまり、平坦な領域）があると、擬似光源とは異種の性質の光束が増すためか、照明すべき壁面における照度および均整度が劣ることになる。したがって、各単位反射部は、隣り合うもの同士の間に隙間がないように密に（あるいは連続的に）配列させることが必要であり、しかもまた、ＬＥＤ２４の像である二次的な擬似光源が高指向性を維持するように、凸部は径が小さく、かつ大きな曲率をもつようにするのが良い。そのような意味から、最も好ましい反射手段３０は、エンボス加工によるものであり、特には、アルミニュームあるいはその合金製の基板本体に対し、アルミニュームの光沢処理、蒸着、スパッタリングなどで反射面３２を構成したものが良い。

ここで、壁面照明装置１０あるいは本体ケーシング１２を小型化する面からすれば、光源手段２０と反射手段３０との距離を小さくすることが望まれる。しかし、その距離を余りに小さくすると、反射面３２における輝度分布を低下させる。反射面３２の輝度分布については、反射面３２上、各ＬＥＤ２４に相対向する位置とその中間位置との間における輝度比を少なくとも０．５以上にすることが好ましい。そのため、光源手段２０のＬＥＤ２４と反射面３２との中心距離は、少なくともＬＥＤ２４の配列ピッチよりも大きく設定すべきである。

反射手段３０によって、光源手段２０のＬＥＤ２４と同様の多数の擬似光源を作るとき、反射手段３０の各単位反射部からの光の拡がり角は２５°〜３５°である。そのような光の拡がりを考慮して、照明すべき壁面の全体にわたるように、しかもまた、照度の均整度をできるだけ高めるようにして反射手段３０の反射面３２の断面形状を設定することができる。反射面３２の断面形状は、一般的には、内に凹む二次曲線であるが、照明すべき壁面を５〜１０個の帯状の領域に区分けし、壁面照明装置１０から離れた領域ほどより多くの光エネルギーを供給するようにするのが良い。それによって、より高い均整度を得ることができる。

また、照明すべき壁面上での照度の均整度を調整したり、関係する展示ケースの大きさ（たとえば、その高さ、および照明装置と壁面の距離の変化）に対応して、壁面照明装置１０による照射方向を調整したりすることが求められる。それに応じるため、壁面照明装置１０は、壁面照射方向調整機構５０を付属している。この調整機構５０は、本体ケーシング１２上、反射手段３０の一端に配置した回転軸５２と、反射手段３０の背後に配置した角度調整部５４とを備える。角度調整部５４には、本体ケーシング１２に設けた円弧形状の溝５４０と、端板１４に固定され、溝５４０内を移動する調整軸５４２と、調整軸５４２を溝５４０の所望位置で固定するための固定つまみ５４４とがある。それにより、本体ケーシング１２に支持された反射手段３０は、角度α（たとえば、２０°程度）の範囲で照射の角度を調整可能である。なお、調整作業を容易に行えるようにするため、各ＬＥＤ２４を駆動するＬＥＤ電源４０を、角度調整の回転支点となる回転軸５２から離れた位置に配置し支持するようにすると良い。

さて、図５は、この発明の壁面照明装置１０と今までの蛍光灯による照明の場合とにおける均整度を比較して示す。照明すべき壁面は、３ｍ強の高さであり、壁面照明装置１０（および蛍光灯）の各器具を壁面から７５ｃｍ前方に位置する天井面側に配置した。見る人の眼の高さ１５０ｃｍの照度を１００％の基準照度として、この発明の壁面照明装置１０による照度分布を実線ＬＥＤで示し、蛍光灯による照度分布を破線ＦＬで示す。壁面照明装置１０による均整度は、今までの蛍光灯によるものに比べて非常に優れていることが分かるであろう。

１０ 壁面照明装置
２０ 光源手段
２２ 支持基板
２４ ＬＥＤ
３０ 反射手段
３２ 反射面
５０ 壁面照射方向調整機構

Claims (7)

1. 第１の部分から第２の部分まで広がる壁面を照明する壁面照明装置であって、
   複数の点光源ＬＥＤをライン状に配列したものであり、照明すべき壁面の前方であって、第１の部分あるいは第２の部分のいずれか一方に寄った側に位置し、各ＬＥＤからの光を壁面から遠ざける方向に照射する光源手段と、
   その光源手段の各ＬＥＤからの照射光を反射し、前記の壁面を間接照明する反射手段とを備え、
   前記反射手段には、点光源ＬＥＤの大きさに近似した小さな凸部あるいは凹部からなる単位反射部の多数を含む反射面があり、多数の単位反射部は反射面上、四方八方に密に配列しており、しかも、それら多数の単位反射部のそれぞれが点光源ＬＥＤからの照射光を反射し、二次的な擬似光源として前記の壁面を照明することを特徴とする、ＬＥＤを用いた壁面照明装置。
2. 前記二次的な擬似光源は、前記単位反射部による像である、請求項１の壁面照明装置。
3. 前記反射手段は、前記壁面に対する照射方向を調整するための壁面照射方向調整機構を付属する、請求項１の壁面照明装置。
4. 前記反射手段の反射面は、第１から第ｎの反射領域までのｎ個（ここで、ｎは、３≦ｎ≦１５を満足する正の整数）のそれぞれ帯状の反射領域を含み、それら第１から第ｎの各反射領域は順番を示す数が大きくなるにつれて反射面積が小さくなっており、反射面積が一番大きい第１の反射領域からの光が前記壁面上、反射手段から一番離れた部分を照明し、そして、反射面積が小さくなるにつれて反射手段により近い部分を順次照明するようにし、反射面積が一番小さい第ｎの反射領域からの光が前記壁面上、反射手段に一番近い部分を照明する、請求項１の壁面照明装置。
5. 点光源ＬＥＤおよび単位反射部の各径はそれぞれ３〜５ｍｍである、請求項１の壁面照明装置。
6. 前記反射手段は、エンボス加工による基板本体と、その基板本体の一面にある反射面とを含む、請求項１の壁面照明装置。
7. 前記反射手段の単位反射部から光の拡がり角は、２５°〜３５°であり、それにより、単位反射部と前記壁面との間に物体があるとき、前記壁面上に前記物体の多重の陰影および色むらを生じない、請求項１の壁面照明装置。

Images