JP6279438B2 - 照明装置及び照明システム - Google Patents

Description

本発明は、天井灯に投光器を付加した照明装置に関する。

照明装置光源のＬＥＤ化に伴い、従来の白熱電球、蛍光灯といった比較的サイズの大きい光源を用いた従来の照明装置より照明装置のデザインの自由度が高くなっている。したがって、多様な構造の照明装置を考えることができるが、一方で、一般家庭の天井には、天井灯一灯分の電源配線しか設置されていないのが普通である。このような状況では、部屋に多様な照明装置を配置するためには、電源配線を同時に施設する必要があり、部屋内には電気配線が張りめぐらされることになる。これを改善するためには、設置したい照明装置に対して何らかの形でエネルギーを分配する必要がある。

方法としては、磁気共鳴を用いた無線電力伝送やなどが考えられるが、伝送ロスや、送電機構が大きいなどの問題が多い。一方、光を直接投光する方式は伝送効率が高く有望である。

特開２０１１−１５４８２９号公報

上記特許文献１の記載には、投光器と導光板との構成で光源と違う部分に光を導光する構成が例示されている。しかしながら、この構成では自由な光源と受光器の位置を実現することができず、部屋での配置が固定化されてしまう。またレイアウト変更の際には工事が必要になり変更の自由度が小さいという課題があった。

そこで、本発明の目的は、電気配線することなく、部屋の自由な位置を照明可能とする高い自由度を有する照明装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の照明装置の主な特徴は、照明装置本体に、天井面に沿う方向に光源からの光ビームを該照明装置本体の外部に向けて照射する複数の投光器と、該投光器からの光ビームの光路を変換する光路変換部とを有することである。

すなわち、本構成により、部屋の中央付近の天井に設置された主光源と、それに対して配置自由度の大きい光路変換部（受光器）による光照射面を提供することができる。

具体的には、天井の主灯具のつく電源線により給電された照明装置本体に、方向が可変となるＬＥＤ光源を用いた投光器と、投光器から照射される細く収斂した光ビームを受光する受光器と具備し、受光器は天井に容易に取り付けられて自由な位置に配置することができ、必要な方向に光ビームを照射させて照明が必要な部分に光を分配する照明装置を提供することができる。この方式では、光エネルギーの伝送は光そのものであるために、大変小さいロスで受光器に届けることができる。

本発明によれば、電気配線することなく、部屋の自由な位置を照明可能とする高い自由度を有する照明装置を提供することができる。

本発明の照明装置の全体構造を示す図。 本発明の照明装置の部屋内レイアウトを示す図。 本発明の照明装置の投光器側の構造の実施例を示す図。 本発明の照明装置の投光器側の構造の実施例を示す図。 本発明の照明装置の投光器側の構造の実施例を示す図。 本発明の照明装置の投光器側の構造の実施例を示す図。 本発明の照明装置の受光器側の機能を示す図。 本発明の照明装置の受光器側のレイアウト拡大機能を示す図。 本発明の照明装置の受光器側のレイアウト拡大機能による照射面積拡大を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明を適用した照明装置の全体構造（天井灯システム）を示す図である。天井５の表面に照明装置本体１が配置され、天井５の周辺には受光器３が配置されている。照明装置本体１には通常照明として用いる照明装置本体の拡散発光面（セード）２と共に、受光器３に光線を投光する投光器を具備している。投光器の射出部１８より受光器３に向けて光線を天井５の表面に沿うように照射し、受光器３では受光した光線の向きを変え、必要な方向に光を照射する。本図に示す構成では、受光器３で受光した光線は床７に照射され、受光器光照射面４に示す範囲を主として照明する。

この構成により、照明装置本体１のみでは暗かった部屋の周辺部分（図中で示す受光器光照射面４の領域）などを受光器３により効率よく照明することができる。本発明では受光器３には電力は必要がないため電源配線を施設する必要はなく、配置は単に、天井５に据えつけるだけで済み、簡単な工事で自由な位置に設置することができる。

照明装置本体１の投光器の向きが変えられないと、受光器３の設置する方向は照明装置本体１に対して固定されてしまい、受光器３との距離が設定できるだけの配置自由度となる。これでは照明デザイン的に制約が大きい。この課題に対しては、照明装置本体に付けた投光器からの射出光の向きを可変とすることである程度広くすることができる。

図２は、投光器１つからの射出方向の可変角度を９０度とした場合の床面の光照射範囲を示す。光照射可能領域８Ａは、受光器３Ａで照明することが可能な範囲を示している。同様に、光照射可能領域８Ｂ−８Ｄのそれぞれは、受光器３Ｂ,３Ｃ,（３Ｄ）で照明することが可能な範囲を示している。各光照射可能領域８Ａ−８Ｄは互いに重なり合って照明する領域を持ち、図に示すように、床７のほぼ全域を受光器３Ａ,３Ｂ,３Ｃ,（３Ｄ）により照明範囲をカバーすることができる。

本実施例では、電源は照明装置本体にのみ給電され、受光器（実施例６、７で詳述する）は電源不要である。

従って、本実施例に示す発明は、受光器は天井に容易に取り付けられて自由な位置に配置することができ、必要な方向に光ビームを照射させて照明が必要な部分に光を分配することができる効果を有する。

なお、同一光照射可能領域内の近接した領域を２つの受光器で照明する場合（本例では、３Ａと（３Ｄ））は、光照射可能領域が重なっているような領域（本例では、８Ａと８Ｄ）を除いて、他の光照射可能領域を照射することはできない。

従って、図中の受光器（３Ｄ）を受光器３Ｄに移動し、同一光照射可能領域８Ａ内の近接した２つの領域を照射する必要がある。
そこで、以下の実施例２〜５では、このレイアウトの自由度をさらに改善した例を示す。

図３は、本発明の第２の実施例を示す図で、照明装置の投光器の構成と投光器からの光ビームの稼働範囲を説明する図である。図３ａ）は、投光器の構成を示す図で、複数の投光器２０が照明装置本体１内部に配置された状態を示す。また、図３ｂ）は、１つの投光器２０を図示したもので、基板１９上に光学部品が搭載された構成を示している。

本実施例の投光器の構成は照明装置本体１に組み込む形で、投光器２０が設置される。光の出射方向の調整は、投光器２０全体を移動することにより実行される点が本実施例の特徴である。

投光器２０は、ヒートシンク１３上に設置された光源ＬＥＤ１０、該ＬＥＤ１０からの光を投影レンズ９に向けて集光するコンデンサーレンズ１１、投光器ユニットのサイズを小さくするために光線を折り畳む目的の反射ミラー１２ａ,１２ｂ、コンデンサーレンズの像を受光器に向けて集光するための投影レンズ９より構成される。本実施例では投光器２０上に固定された上述した光学構成部品９〜１３が一体となって、照明装置本体１上で移動することにより、射出する光線の方向を変えることができる。移動は、例えば、投光器２０を照明装置本体１の中心を基準として円周方向に回転させて行う。

図中に示すＲ型とＬ型とは、上述した光学構成部品９〜１３は全く同一構成であるが、Ｒ型とＬ型とは互いに鏡像関係、すなわち、投影レンズ９を透過する光方向に線対称に折り返すと互いに重なる配置関係となっている。Ｒ型とＬ型とを並置する理由は、Ｒ型同士、またはＬ型同士を並置すると、稼働範囲の制約が大きくなるので、それを回避するためである。因みに、本実施例で用いた構成では、Ｌ型とＬ型を最近接させた時の両者の中心角は４０度（図中の右上方に示す）となり、ヒートシンク１３が互いに離隔するようにＬ型とＲ型を最近接させた時の両者の中心角は２０度（図中の左上方に示す）となり、ヒートシンク１３が互いに隣接するようにＬ型とＲ型を最近接させた時の両者の中心角は６０度（図中の左下方に示す）となる。

本図で示すよう、Ｒ型とＬ型とを並置する構成では、２つの光線の間隔を最小２０度まで小さくすることができる。従って、図２の場合と比較すると受光器配置の自由度を大きくすることができる。投光器２０全体を移動させるので、移動の方法には自由度が大きくなる。本実施例のように、ほぼ照明装置本体１の中心に沿って円弧上を移動させても良いが、そうでなくても良い。円弧上を移動させると、投影レンズ９が装置の周囲に沿って大きく動くために、装置の開口部分が大きくなってしまう。これを避けるためには投影レンズ９を中心に稼働させてもよい。この場合は開口部分を小さくすることができる。

本実施例では、光学構成部品９〜１３は基板１９上に固定され、その基板を移動あるいは回転することにより、射出する光線の方向を変えているので、各光学構成部品の調整に要する手間が少なく、また各部品の稼働部分がないので部品寿命に係る信頼性を高く維持できる特徴がある。

図４は、本発明の第３の実施例を示す図で、照明装置の投光器の構成と投光器からの光ビームの稼働範囲を説明する図である。
図４は、投光器の構成を示す図で、複数の投光器２０が照明装置本体１内部に配置された状態を示す。本図では、４つの投光器２０が図示されているが、１つ１つの投光器２０は、図３ｂ）で示すような基板１９上に光学部品が搭載されている（図示せず）。具体的には、投光器２０は、ヒートシンク１３上に設置された光源ＬＥＤ１０、該ＬＥＤ１０からの光を投影レンズ９に向けて集光するコンデンサーレンズ１１、投光器ユニットのサイズを小さくするために光線を折り畳む目的の反射ミラー１２、コンデンサーレンズの像を受光器に向けて集光するための投影レンズ９、光線の方向を変えるための回転ミラー１４より構成される。なお、回転ミラー１４は、光源ＬＥＤ１０からの光ビームと投影レンズ９からの光ビームが有するそれぞれの光軸を含む平面に対して垂直方向に設けられた回転軸（図示せず）に対して回転を行う。

本実施例では、回転ミラー１４が投光器２０の射出部１８に設置されているので、光線の方向を変えるためには回転ミラー１４のみを回転すればよく、光線の向きを変えるのが容易であるという特徴がある。本実施例は、光の出射は、回転ミラー１４の回転により動径方向に出射する点が特徴である。ここで、動径方向とは、照明装置本体の中心点から周縁方向に向かう方向を指すものとする。出射される光ビームの稼働範囲は、図示するように、動径方向に９０度の開きが可能となる。
なお、回転ミラー１４の回転は、手動でも電動でもよいが、電源配線の観点から、手動が好ましい。

図５は、本発明の第４の実施例を示す図で、照明装置の投光器の構成と投光器からの光ビームの稼働範囲を説明する図である。

図５は、投光器の構成を示す図で、複数の投光器２０が照明装置本体１内部に配置された状態を示す。本図では、４つの投光器２０が図示されているが、１つ１つの投光器２０は、図３ｂ）で示すような基板１９上に光学部品が搭載されている（図示せず）。具体的には、投光器２０は、ヒートシンク１３上に設置された光源ＬＥＤ１０、該ＬＥＤ１０からの光を投影レンズ９に向けて集光するコンデンサーレンズ１１、投光器ユニットのサイズを小さくするために光線を折り畳む目的の２つの反射ミラー１２ａ、１２ｂコンデンサーレンズの像を受光器に向けて集光するための投影レンズ９、光線の方向を変えるための回転ミラー１４より構成される。なお、回転ミラー１４の回転軸は、実施例３で説明した構成と同様である。

本実施例で示す構成では、回転ミラー１２ａに入る直前の光線は照明装置本体の中心から外側方向、すなわち動径方向から導き入れられ、回転ミラー１２ｂにより光線の向きを照明装置本体の接線方向（動径方向と交わる方向、または直交する方向）に変えられる。

回転ミラー１４が図中のＡで示すように配置されている場合は、光はαで示す方向に反射される。次に、回転ミラー１４をＢで示す位置に回転すると、光はβで示す方向に反射される。すなわち、光を１８０度回転した反対方向にも出射することが可能になる。
つまり、この構成では一つの射出部１８に対して二つの９０度範囲の方向に光を照射することが可能である。この場合は一つの投光器あたり合計１８０度の範囲で光を照射することができるので、設置した部屋のほぼすべての位置で２台の受光器を設置することが可能となりレイアウトの自由度が大きくとれるという特徴がある。

図６は、本発明の第５の実施例を示す図で、照明装置の投光器の構成と投光器からの光ビームの稼働範囲を説明する図である。
図６ａ）は、投光器の構成を示す図で、複数の投光器２０が照明装置本体１内部に配置された状態を示す。本図では、４つの投光器２０が図示されているが、１つ１つの投光器２０は、図６ｂ）で示すような基板１９上に光学部品が搭載されている。

具体的には、投光器２０は、ヒートシンク１３上に設置された光源ＬＥＤ１０、該ＬＥＤ１０からの光を投影レンズ９に向けて集光するコンデンサーレンズ１１、投光器ユニットのサイズを小さくするために光線を折り畳む目的の反射ミラー１２ａ、１２ｂ、コンデンサーレンズの像を受光器に向けて集光するための投影レンズ９、光線の方向を変えるための回転ミラー１４より構成される。なお、回転ミラー１４の回転軸は、図中の一点鎖線で示す軸（ｚ方向）であり、その軸の周りに回転するものとする（図中矢印）。

図６ｂ）について、詳細に説明する。図６ｂ）は、図６ａ）に示すＡ方向から見た図であり、図６ａ）がｘ−ｙ平面であるのに対して、図６ｂ）は、その平面に対して垂直であるｘ−ｚ面を示している。すなわち、本実施例の投光器２０は、ｚ方向に立体的な構造となっている。

図６ｂ）では、光源ＬＥＤ１０からの光が、反射ミラー１２aでｘ方向に反射され、反射された光は、次に反射ミラー１２bでｚ方向に反射され、投影レンズ９を通過した光は、回転ミラー１４で、ｘ方向に反射される。
ここで、反射ミラー１２b、投影レンズ９、回転ミラー１４は、図６ａ）では、重なって見えている。

本実施例では、投光器内の光線の経路に立ち上げミラーを設置することで光線を一度垂直方向に向ける。この垂直光を回転ミラー１４によりもう一度水平方向に戻すことにより光の方向を変える仕組みである。この方式によれば、一度垂直方向に光線を向けるために、ほかの方式のように浅い角度での反射を利用することなく、４５度に傾けた小型の回転ミラー１４で簡単に光の方向を変えることができる。したがって、光の方向を変える部分の機構を小さくできるという特徴を持つ。

図７は、本発明の受光器３の構造について説明する図である。
受光器３は本体の投光器の投影レンズ９から投影された光ビームを受け、それを所望の方向（多くは下向き）に向きを変え、さらに適度の角度に配光を広げる必要がある。したがって、受光器の中には受光器反射ミラー１５（ほぼ４５度）と拡散板１６を備えている。受光器３から配光を広げた光ビームは、床面の受光器光照射面４を照射する。

本実施例では、受光器反射ミラー１５は、受光器３に固定され、反射角度も固定される。受光器反射ミラー１５と拡散板１６の機能は、拡散機能が付加された反射ミラーを作ることで一つの部品にまとめることも可能である。この場合には拡散機能付の受光器反射ミラー１５のみでよく、拡散板１６は不要となる。

図８は、本発明の受光器３の反射光の方向を変化させることにより、照射範囲の拡大を図る構造の実施例を示すための図である。

受光器内の受光器反射ミラー１５あるいは受光器本体３の向きを可変とすることで、本体の投光器からの光を同じ方向から受けても、受光器からの受光器光照射面４を可変とすることができる。この図はでは、受光器反射ミラー１５の向きを可変とすることで照明範囲を変えている。

この方法によれば図９に示すように、従来の受光器の真下が中心の照明範囲に加えて、受光器の可変範囲分の照明範囲が追加されるために、さらに広い範囲の照明が可能になる。
図９は、本発明の照明装置の受光器側のレイアウト拡大機能による照射面積拡大を示す図である。受光器３Ｃ本体の向きが可変であるので、受光器３Ｃを中心とした円形領域が照射面積を示している。他の受光器３Ａ、Ｂ、Ｄに関しても同様の照射面積を示す。従って、例えば、図２で示す照射面積８Ａに対して、図８では，拡大照射面１７Ａで示すように照射面積が大きく拡大されている。同様に、図２で示す３Ｂ−３Ｄの照射面積は、拡大照射面１７Ｂ−１７Ｄのように拡大される。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
たとえば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したもので
あり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある
実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施
例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部に
ついて、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：照明装置本体、
２：拡散発光面、
３,３Ａ,３Ｂ,３Ｃ,３Ｄ：受光器、
４：受光器光照射面、
５：天井、
６：壁、
７：床
８Ａ,８Ｂ,８Ｃ,８Ｄ：光照射可能領域、
９：投影レンズ、
１０：光源ＬＥＤ、
１１：コンデンサーレンズ、
１２,１２a,１２b：反射ミラー、
１３：ヒートシンク、
１４：回転ミラー、
１５：受光器反射ミラー、
１６：拡散板、
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ：拡大照射面、
１８：射出部、
１９：基板、
２０：投光器。

Claims (4)

1. 照明装置本体に、ＬＥＤを備えた光源と前記光源からの光ビームの光路を変換する反射ミラーと光路を変換された光ビームを集光する投影レンズとを含む光学系を備えた投光器を円周上に複数個設け、前記投光器を円周上で移動させて光ビームの照射方向を調整すると共に、
   複数の前記投光器の内の隣り合う一対の前記投光器は、線対称に折り返すと互いに重なる鏡像関係となるように配置されていることを特徴とする照明装置。
2. 天井面に取り付けられた照明装置本体に、ＬＥＤを備えた光源と前記光源からの光ビームの光路を変換する反射ミラーと光路を変換された光ビームを集光する投影レンズとを含む光学系を備えた投光器を円周上に複数個設け、前記投光器を円周上で移動させて光ビームの照射方向を調整すると共に、複数の前記投光器の内の隣り合う一対の前記投光器は、線対称に折り返すと互いに重なる鏡像関係となるように配置され、
   更に、前記照明装置本体の外部に設置され、前記投光器からの光ビームを受光し床面に向けて光路を変換する受光器とを備えることを特徴とする照明システム。
3. 前記受光器は、反射ミラーを有し、前記受光器の前記反射ミラーにより光路の変換を行うことを特徴とする請求項２に記載の照明システム。
4. 前記受光器の前記反射ミラーは、前記投光器からの光ビームに対する入射角度を変化させる回転機構を有し、入射角度の調整により、床面に向けての光路の変換を行うことを特徴とする請求項３に記載の照明システム。

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