JP5652956B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light emitting diode）等の固体発光素子と光学部材とを組み合わせた照明装置に関する。

従来からＬＥＤと光学部材とを組み合わせ、照射する光の配光角を可変とする照明装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。このような照明装置は、図１４に示されるように、複数のＬＥＤ１０を有する発光部２０と、各々のＬＥＤ１０に対向して設けられた複数のレンズ３０を有する配光制御部４０と、発光部２０及び配光制御部４０を収容する筐体５０と、を備える。配光制御部４０は、略円柱形状とされ、その外周に雄ねじ溝４１を有する。筐体５０は、上面が開口した円柱形状とされ、その内周に雄ねじ溝４１と螺合する雌ねじ溝５１を有する。筐体５０は、その雌ねじ溝５１と配光制御部４０の雄ねじ溝４１とを螺合させることにより、配光制御部４０を回転可能に保持する。配光制御部４０を筐体５０に対して回転させると、ＬＥＤ１０とレンズ３０との距離が変化する。そのため、ＬＥＤ１０から出射された光のレンズ３０における屈折パターンが変わり、照明装置から照射される光の配光角が変化する。

特開２００４−２２１０４２号公報 特開２００７−２９９６７９号公報

しかしながら、上述したような照明装置では、配光制御部４０を回転させてレンズ３０とＬＥＤ１０とを近接させるときに、レンズ３０とＬＥＤ１０とが接触するので、レンズ３０をＬＥＤ１０の側方にまで配置することができない。そのため、ＬＥＤ１０からその側方に出射された光（破線矢印で示す）は、レンズ３０に入射せず、ＬＥＤ１０から出射された光の利用効率が低い。

本発明は、上記課題を解決するものであって、配光制御部を回転させて照射光の配光を制御する照明装置において、光源から出射された光の利用効率を高めることができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、回転対称に配置された複数の光源を有する発光部と、前記複数の光源の各々に対向して設けられた複数の光学部材を有する配光制御部と、前記配光制御部を前記発光部の回転対称軸を中心として回転可能に保持する筐体と、を備え、前記配光制御部を回転させることで当該配光制御部と前記発光部との距離を可変とする構成とされ、前記光学部材の各々は、当該部材の光源側の面に前記回転対称軸を中心として当該部材の各中心を通る円の円周に沿って溝部を有することを特徴とする。

前記発光部及び配光制御部は、前記回転対称軸に対応する位置に中心用光源及び中心用光学部材を有することが好ましい。

前記中心用光学部材は、前記溝部を有さないことが好ましい。

前記筐体は、前記複数の光源の各々と前記複数の光学部材の各々とを対向させた状態で前記配光制御部の回転動作を制止する弾性突出部を有することが好ましい。

本発明によれば、配光制御部を回転させて光学部材と光源とを近接させたとき、光源は光学部材の溝部をくぐり抜けて光学部材と接触しないので、光学部材を光源と接触することなく光源の側方にまで配置することができる。従って、光源からその側方に出射された光も光学部材に入射させることが可能となり、光源から出射された光の利用効率が向上する。

本発明の実施形態に係る照明装置の分解斜視図。 上記照明装置の斜視図。 上記照明装置を構成する配光制御部を斜め下方から見たときの斜視図。 （ａ）は上記配光制御部の下面図、（ｂ）は同配光制御部の上面図。 上記配光制御部の側面図。 上記配光制御部を構成するレンズの断面図。 上記照明装置を構成する筐体の斜視図及びその一部拡大図。 上記筐体の上面図。 上記照明装置の上面図。 上記配光制御部を回転させているときの上記照明装置の上面図。 （ａ）は発光部と配光制御部とを近接させた状態における上記照明装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の状態において光源から出射された光の光路を示す図。 （ａ）は上記状態よりも発光部と配光制御部とを離した状態における上記照明装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の状態において光源から出射された光の光路を示す図。 （ａ）は上記状態よりも更に発光部と配光制御部とを離した状態における上記照明装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の状態において光源から出射された光の光路を示す図。 従来の照明装置の断面図。

本発明の実施形態に係る照明装置の構成について、図１乃至図９を参照して説明する。本照明装置は、光源としてＬＥＤを用いている。

図１、図２に示されるように、照明装置１は、発光部２と、発光部２の発光面側に設けられた略円盤形状の配光制御部３と、配光制御部３を回転可能に保持する筐体４と、発光部２で生じた熱を放熱する放熱部５と、を備える。発光部２は、筐体４の内側底面に取り付けられている。配光制御部３は、発光部２から出射された光が入射する位置に筐体４により保持される。放熱部５は、熱伝導率の高いアルミニウムや銅から構成された複数の平板状フィン５１を有し、筐体４の外側底面に固定される。

発光部２は、円盤形状の配線基板２１と、配線基板２１上に回転対称に配置された光源となる複数のＬＥＤ２２と、を有する。ＬＥＤ２２は、回転対称軸Ｌに対応する位置に配置された中心用ＬＥＤ２３と、中心用ＬＥＤ２３の周縁に配置された複数の周縁用ＬＥＤ２４と、から成る。周縁用ＬＥＤ２４は、それぞれ回転対称軸Ｌを中心とする正六角形の各頂点に対応する位置に配置されている。これらＬＥＤ２２は、それぞれ白色光を発する白色ＬＥＤから構成される。各々のＬＥＤ２２の光軸は、それぞれ回転対称軸Ｌと平行になっている。なお、配線基板２１上に実装されるＬＥＤ２２の数及び配線基板２１上におけるＬＥＤ２２の配置は、本実施形態のものに限定されない。

配線基板２１は、高い熱伝導率を有する材料、例えば、アルミニウム等の金属、ガラスエポキシ等の樹脂、又はセラミック等の無機材料を母材として構成される。配線基板２１は、そのＬＥＤ２２実装面に高い光反射率を有する光反射部材（図示なし）を有する。光反射部材は、例えば、銀やアルミニウムから構成される。また、配線基板２１は、ＬＥＤ２２への給電を担う配線パターン（図示なし）を有する。

配光制御部３は、ＬＥＤ２２からの光が入射する面に略円盤形状のレンズアレイ３１（ドットで示す）を有する。レンズアレイ３１は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、又はガラス等の透光性材料から構成される。レンズアレイ３１は、各々のＬＥＤ２２に対向して設けられた複数のレンズ３２と、レンズ３２間に位置する平坦部と、から成る。レンズ３２は、中心用ＬＥＤ２３に対向する中心用レンズ３３と、周縁用ＬＥＤ２４に対向する周縁用レンズ３４と、から成る（後述する図３、図４も参照）。各々のレンズ３２の光軸は、それぞれ対向するＬＥＤ２２の光軸と一致している。

レンズアレイ３１は、略円筒形状のレンズホルダ３５により保持されている。レンズホルダ３５は、例えば、アルミニウム等の金属やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂から構成される。レンズホルダ３５は、その外周に設けられた雄ねじ溝３６と、雄ねじ溝３６と略直交する方向に設けられた配光制御部位置決め用の窪み部３７と、光出射面側の端部に突出した環状凸状部３８と、を有する。窪み部３７は、周縁用レンズ３４に対応する位置に設けられており、この窪み部３７に筐体４の弾性突出部４２が嵌合する。

筐体４は、上面が開口した円柱形状とされ、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウムにより構成される。筐体４は、その内周に雌ねじ溝４１を有する。この雌ねじ溝４１は、配光制御部３の雄ねじ溝３６と螺合する。筐体４は、その雌ねじ溝４１と配光制御部３の雄ねじ溝３６とを螺合させることにより、配光制御部３を回転可能に保持する。また、筐体４は、その側壁に配光制御部位置決め用の弾性突出部４２を有する。

配光制御部３を構成するレンズ３２の構造について図３乃至図６を参照して説明する。図３乃至図５に示されるように、周縁用レンズ３４の各々は、ＬＥＤ２２側の面に回転対称軸Ｌを中心として周縁用レンズ３４の各中心を通る円（図４（ａ）において破線で示される）の円周に沿って溝部３９を有する。溝部３９は、配光制御部３が回転操作されたときに、周縁用レンズ３４と周縁用ＬＥＤ２４との接触（干渉）を防止するものである。中心用レンズ３３は、溝部３９を有さない。

レンズ３２は、図６に示されるように、ＬＥＤ２２側が小径となった略逆円錐台形状とされ、ＬＥＤ２２からの光が入射する面に凹部３２ａを有する。凹部３２ａは、ＬＥＤ２２を取り囲むように設けられており、ＬＥＤ２２と対向する第１の光入射面３２ｂと、凹部３２ａの側面を構成する第２の光入射面３２ｃと、を有する。レンズ３２は、更に、第２の光入射面３２ｃから入射した光を全反射する光反射面３２ｄと、光を出射する光出射面３２ｅと、を有する。なお、図６は、溝部３９を有する周縁用レンズ３４の断面図を示しているが、中心用レンズ３３は、溝部３９を有さない点を除いて周縁用レンズ３４と同一の構造を有する。

筐体４の弾性突出部４２は、図７、図８に示されるように、筐体４の側壁に設けられた縦穴４３と、縦穴４３に収容された弾性体４４と、から成る。弾性体４４は、ステンレス等から構成され、略Ｖ字形状に折り曲げられた板バネとされる。この板バネは、その頂部を筐体４の内周面から突出させた状態で、縦穴４３に弾装されている。なお、弾性体４４は、ステンレス以外の材料から構成されてもよいし、板バネに限定されず、例えば、弾性を有する球から構成されてもよい。

弾性突出部４２は、図９に示されるように、配光制御部３が６０度回転する毎に窪み部３７に嵌り込み、配光制御部３の回転動作を制止する。このとき、各々のレンズ３２が各ＬＥＤ２２と対向するように、発光部２が筐体４に取り付けられている。なお、図９では、環状凸状部３８の図示を省略している。

照明装置１は、配線基板２１の配線パターンと電気的に接続された配電線（図示なし）を導出している。この配電線は、スイッチやマイコン等を備えた調光装置（図示なし）に接続されている。調光装置は、更に、商用電源（図示なし）と電気的に接続されており、この商用電源からＬＥＤ２２への電力供給を調節することにより、ＬＥＤ２２をオン／オフ制御及び調光制御する。

上記のように構成された本実施形態の照明装置１の作用を、図１０乃至図１３を参照して説明する。照明装置１は、配光制御部３を回転対称軸Ｌを中心として回転させることで、配光制御部３と発光部２との距離を可変とする。具体的には、照明装置１は、配光制御部３を筐体４に対して時計回りに回転させることにより、配光制御部３と発光部２とを接近させる。逆に、照明装置１は、配光制御部３を筐体４に対して反時計回りに回転させることにより、配光制御部３と発光部２とを離れさせる。このとき、周縁用ＬＥＤ２４は、図１０に示されるように、周縁用レンズ３４の溝部３９をくぐり抜けて周縁用レンズ３４と接触しない。一方、中心用レンズ３３は、回転対称軸に対応する位置に配置されているので、配光制御部３を回転させてもその場で回転するだけで、配光制御部３内における相対的位置自体は変化しない。そのため、中心用レンズ３３は、溝部３９を有さなくても中心用ＬＥＤ２３と接触しない。

図１１（ａ）は、配光制御部３と発光部２とを近接させた状態を示す。このとき、ＬＥＤ２２から出射された光の殆どは、図１１（ｂ）に示されるように、ＬＥＤ２２の側方にまでレンズ３２が配置されているのでレンズ３２に入射する（光路を破線矢印で示す）。レンズ３２の第１の光入射面３２ｂに入射した光は、そこで屈折され、更に光出射面３２ｅにおいて屈折された後、レンズ３２より出射される。第２の光入射面３２ｃに入射した光は、そこで屈折された後、光反射面３２ｄにより全反射され、更に光出射面３２ｅにおいて屈折されてからレンズ３２より出射される。なお、図１１（ｂ）は、溝部３９を有する周縁用レンズ３４における光路を示しているが、中心用レンズ３３においても同様のパターンで光が出射される。

配光制御部３の発光部２方向への移動は、配光制御部３が発光部２に接触する前に、配光制御部３の環状凸状部３８が筐体４の上端部に当接されることにより規制されるので、配光制御部３が発光部２方向へ移動し過ぎて発光部２に損傷を与えることはない。

図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示される状態から、配光制御部３と発光部２とを離し、レンズ３２の焦点位置にＬＥＤ２２を配置させた状態を示す。このとき、ＬＥＤ２２から出射された光は、図１２（ｂ）に示されるように、レンズ３２により屈折（及び全反射）され、光軸に平行な光となってレンズ３２から出射される。

図１３（ａ）は、図１２（ａ）に示される状態から、更に配光制御部３と発光部２とを離した状態を示す。このとき、ＬＥＤ２２から出射された光は、図１３（ｂ）に示されるように、図１１（ｂ）や図１２（ｂ）に示されるパターンとは異なるパターンでレンズ３２により屈折（及び全反射）された後、レンズ３２から出射される。

上述のように、本実施形態の照明装置１によれば、発光部２と配光制御部３とを近接させるときに、レンズ３２をＬＥＤ２２に接触することなくＬＥＤ２２の側方にまで配置することができる。従って、ＬＥＤ２２から出射された光の殆どをレンズ３２に入射させることが可能となり、ＬＥＤ２２から出射された光の利用効率が向上する。また、照射する光の配光角を種々に変化させることができる。

また、中心用ＬＥＤ２３及び中心用レンズ３３を有する構成にあっては、回転対称軸Ｌに対応するスペースを有効に活用しつつ、照明装置１から出射される光の光量を増大させることができる。また、中心用レンズ３３は、溝部３９を有さないので、周縁用レンズ３４と比較して、より多くのＬＥＤ２２から出射された光をレンズに入射させることができる。

また、配線基板２１、筐体４、及び平板状フィン５１が熱伝導率の高い材料から構成されていれば、ＬＥＤ２２の発光に伴って生じた熱を効率良く外界へ放熱することができる。これにより、照明装置１内部の異常な温度上昇を防ぐことが可能となるので、ＬＥＤ２２の寿命を延ばすと共に、安定な照明装置１の動作が保証される。

また、配線基板２１のＬＥＤ２２実装面に光反射部材が設けられていれば、レンズ３２の光出射面３２ｅで全反射される等して照明装置１の内部方向へ戻ってきた光を、光反射部材により反射して再び照明装置１の外部方向へ向かわせることができる。これにより、照明装置１の光取り出し効率を向上させることができる。

更に、発光部２と配光制御部３とが離れている場合、ＬＥＤ２２から出射された光の一部は、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示されるように、レンズ３２に入射せず、レンズアレイ３１の平坦部に直接入射することがある。このような光は、レンズ３２によって配光制御されないので、照射むらを引き起こしたり、グレアとなる可能性がある。そこで、この平坦部に光を拡散する光拡散材を添加したり、平坦部に光を拡散する光学処理を施してもよい。これにより、平坦部に入射する光を種々の方向に拡散することが可能となるので、平坦部に入射した光による照射むらやグレアの発生を低減することができる。なお、平坦部に成される加工は、上記のものに限定されず、例えば、光を遮光する遮光部材を設けたり、光を遮光する光学処理を施してもよい。これにより、平坦部から光が出射されなくなるので、照射むらやグレアの発生を防止することができる。

なお、本発明に係る照明装置は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態の照明装置は、中心用ＬＥＤ及び中心用レンズを有しているが、本照明装置は、これら中心用部材を必ずしも有する必要はない。また、中心用レンズは、溝部を有していてもよい。また、光源は、白色ＬＥＤに限定されず、他色の光を発するＬＥＤから構成されてもよいし、ＬＥＤとは発光機構が異なる有機ＥＬ等の光源から構成されてもよい。また、複数の光源は、すべて同一とされる必要はなく、複数種類の光源から構成されてもよい。また、光学部材は、本実施形態で用いられた凹部を有するレンズに限定されず、一般的な凸レンズから構成されてもよいし、反射板等のレンズ以外の光学部材から構成されてもよい。この場合、反射板は、例えば、絞り加工を施したアルミニウム反射板にアルマイト処理を施したものや、成形した樹脂表面にアルミニウム膜等を成膜したものとされる。また、配光制御部を構成する光学部材及びレンズホルダは、一体に成型されてもよい。

１ 照明装置
２ 発光部
２２ 光源（ＬＥＤ）
２３ 中心用光源（中心用ＬＥＤ）
３ 配光制御部
３２ 光学部材（レンズ）
３３ 中心用光学部材（中心用レンズ）
３９ 溝部
４ 筐体
４２ 弾性突出部
Ｌ 回転対称軸

Claims (4)

1. 回転対称に配置された複数の光源を有する発光部と、
   前記複数の光源の各々に対向して設けられた複数の光学部材を有する配光制御部と、
   前記配光制御部を前記発光部の回転対称軸を中心として回転可能に保持する筐体と、を備え、
   前記配光制御部を回転させることで当該配光制御部と前記発光部との距離を可変とする構成とされ、
   前記光学部材の各々は、当該部材の光源側の面に前記回転対称軸を中心として当該部材の各中心を通る円の円周に沿って溝部を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記発光部及び配光制御部は、前記回転対称軸に対応する位置に中心用光源及び中心用光学部材を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記中心用光学部材は、前記溝部を有さないことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記筐体は、前記複数の光源の各々と前記複数の光学部材の各々とを対向させた状態で前記配光制御部の回転動作を制止する弾性突出部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。

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