JP6705174B2 - 光源装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源を備えた光源装置およびその光源装置を用いた照明装置に関する。

従来から、所望の配光パターンを得るために、光源から出射される光を反射するリフレクタを光源の周囲に備えた光源装置が知られている。また、リフレクタを光源に対する相対位置が変化するように可動にして、光源装置の使用状況に応じて可動リフレクタを動かすことで、配光パターンを変化させる光源装置が知られている。

従来の光源装置は、光源の周囲に、固定配光パターンを形成する固定リフレクタと、集光配光パターンおよび拡散配光パターンを形成する２枚の可動リフレクタとを備えていた。光源装置の使用状況に応じて、可動リフレクタを動かすことで、固定配光パターンに対する集光配光パターンおよび拡散配光パターンの照射位置を変化させて全体的な配光パターンを変化させていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１６０３０６号公報

特許文献１に記載された従来の光源装置にあっては、基準となる固定配光パターンに対して集光配光パターンおよび拡散配光パターンを変化させることができるため、光源装置の使用状況に応じて所望な配光パターンを得ることができた。しかしながら、光源から出射された光をリフレクタのみで制御して配光パターンを変化させるため、制御される光を増加させるためにはリフレクタの奥行きを深くする必要があり、このリフレクタを用いた光源装置が大型なものになるという問題点があった。また、リフレクタの深さを浅くして光源装置を小型化すると光の利用効率が低下し、十分な照度が得られないという問題点があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、小型な光源装置であっても十分な照度が得られ、基準となる配光パターンを維持しながら全体的な配光パターンを変化させることができる光源装置および照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光源装置は、光を出射する光源と、前記光源の光軸方向に配置され、前記光源を覆う凹形状を呈し、背面に設けられた入射面と、前記入射面から入射した光の一部を出射する前面に設けられた第１の出射面と、前記入射面から入射した光の残部を出射する側面に設けられた第２の出射面とを有するレンズと、前記レンズの外周を囲い、前記レンズとの相対位置を可変に配置され、前記第２の出射面から出射した光を反射するリフレクタと、を備えた光源装置であって、前記レンズは、前記光軸に対して回転対称の形状を呈し、前記第１の出射面の周囲に反射面が設けられ、前記第２の出射面から出射する光の一部を前記反射面で反射して前記第２の出射面に入射させ、前記リフレクタは、回転対称の形状を呈し、対称軸が前記光軸と一致した位置において、前記光源の位置が第１の焦点となる第１の曲面と、前記反射面を鏡映面とした前記光源の鏡像位置が第２の焦点となる第２の曲面とを有し、前記レンズとの相対位置を変化すべく前記光軸に垂直な回動軸を中心に回動可能であることを特徴とする。
本発明に係る光源装置は、光を出射する光源と、前記光源の光軸方向に配置され、前記光源を覆う凹形状を呈し、背面に設けられた入光凹部の部分の入射面と、前記入射面から入射した光の一部を出射する前面に設けられた第１の出射面と、前記第１の出射面に対向する面に設けられ、前記光源の位置に焦点を有し、前記入射面から入射した光の一部を反射して前記第１の出射面に入射させる反射曲面と、前記入射面から入射した光の残部を出射する側面に設けられた第２の出射面とを有するレンズと、前記レンズの外周を囲い、前記レンズとの相対位置を可変に配置され、前記第２の出射面から出射した光を反射するリフレクタと、を備えた光源装置であって、前記リフレクタは、前記レンズとの相対位置を変化すべく前記光軸に垂直な回動軸を中心に回動可能であり、前記レンズは、前記光軸に垂直かつ前記回動軸に垂直な方向の両端部に前記第２の出射面を有し、前記光軸に垂直かつ前記回動軸に平行な方向の両端部で前記第１の出射面と前記反射曲面とが接していることを特徴とする。

本発明に係る光源装置によれば、小型な光源装置であっても十分な照度が得られ、基準となる配光パターンを維持しながら全体的な配光パターンを変化させることができる小型な光源装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における光源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１における光源装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における光源装置の光の経路を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における光源装置による配光パターンを示す模式図である。 本発明の実施の形態２における光源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態２における光源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態２における光源装置による配光パターンを示す模式図である。 本発明の実施の形態３における光源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態３における光源装置の光の経路を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における光源装置の光の経路を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における光源装置による配光パターンを示す模式図である。 本発明の実施の形態４における光源装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態４における光源装置を示す正面図および断面図である。 本発明の実施の形態４における光源装置の光の経路を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における光源装置の光の経路を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における光源装置による配光パターンを示す模式図である。 本発明の実施の形態４における照明装置を示す模式断面図である。 本発明の実施の形態４における照明装置による配光パターンを示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係る照明装置を示す斜視図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における光源装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光源装置を示す分解斜視図である。図１には、直交座標のｘ−ｙ−ｚ座標軸を合わせて示した。本発明においては、ｘ−ｙ−ｚ座標軸の各矢印が示す方向を＋方向(プラス方向)とし、各矢印が示す方向と反対の方向を−方向(マイナス方向)とする。また、図２は、本発明の実施の形態１における光源装置を示す断面図である。図２は、図１で示した光源装置のｘ−ｙ平面における断面図である。

本発明においては、光源装置の光源が光を出射する側を、前方、前、あるいは前面側といい、反対側を、後方、後、あるいは背面側という。各図においては、前方をｙ軸の＋方向で、後方をｙ軸の−方向で示す。

図１および図２において、光源装置１は、光軸１４を中心に前方に光を出射する光源１０と、光源１０の前方に設けられたレンズ２０と、レンズ２０の外周を囲って設けられたリフレクタ３０と、回動軸３８を中心にリフレクタ３０を回動させる駆動モータ５０とを備えている。さらに、光源装置１は、光源１０が設置された基板１１と、基板１１に密着されたヒートシンク４０と、光源１０に電気接続されたワイヤ１２と、ワイヤ１２を電源装置に電気接続するためのコネクタ１３とを備えている。また、駆動モータ５０はフラットケーブル等の配線により電源装置に電気接続されており（図示せず）、フラットケーブルを介して電源から駆動モータ５０に電力と制御信号が供給される。電源装置は、系統電源の交流電力を光源１０の点灯および駆動モータ５０の駆動に適した直流電力などの電力に変換し、また、光源１０の調光と駆動モータ５０の回転制御を行う制御信号を出力する。なお、図２では、ワイヤ１２、コネクタ１３および駆動モータ５０は省略して示した。

光源１０は、例えば白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）であり、光を前方に出射する。光源１０による配光は概ね光軸１４を対称軸とする回転対称を呈するように配光する。すなわち、光軸１４は、光源１０による配光の対称軸あるいは中心軸と定義される。白色ＬＥＤである光源１０は、波長４００ｎｍ〜４８０ｎｍ程度の青色光を発光するＬＥＤチップ上に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体が設けられており、青色光と黄色光とを合成して白色光を出射する。なお、白色ＬＥＤである光源１０はＬＥＤチップの下側や周囲にリフレクタを備えていてもよく、ＬＥＤチップの前方にレンズを備えていてもよい。また、光源１０は面状に並べられた複数のＬＥＤチップを備えていてもよい。すなわち、光源１０は光を出射するＬＥＤチップを言うのではなく、１つあるいは複数のＬＥＤチップとリフレクタやレンズなどの部品とが一体に形成されて光源として構成された全体を言う。

基板１１は、例えば円板状のアルミニウム基板であり、基板１１上に光源１０が実装される。基板１１には、光源１０に電力を供給するための回路パターンが形成されており、光源１０の他に、ダイオードや抵抗等の回路素子も実装されている。なお、基板１１は、鉄等のその他の金属を基材とした基板であってもよく、ガラスエポキシまたは紙フェノール材等を基材とした基板であってもよい。

ワイヤ１２は、基板１１の回路パターンに電気接続されており、ワイヤ１２に接続されたコネクタ１３を電源装置に接続することで、電源装置からコネクタ１３とワイヤ１２を介して、基板１１上に実装された光源１０や回路素子に電力が供給される。

ヒートシンク４０は、複数の放熱フィンを備えており、基板１１の光源が実装された面とは反対側の面に密着されている。これにより光源１０の発熱による熱が、ヒートシンク４０の放熱フィンから放熱される。なお、基板１１とヒートシンク４０との間に、熱伝導グリースや熱伝導シート等の熱伝導材、あるいは、接着剤を介在させて、基板１１とヒートシンク４０との間の熱伝導率を高めてもよい。熱伝導材または接着剤等は、光源１０の消費電力、回路素子等の耐熱温度、光源装置１の寿命や強度等に基づいて、使用の可否を適宜決定すればよい。

レンズ２０は、光源１０から出射された光の進行方向を変える光学部材であり、例えば光源１０の光軸１４を対称軸とした回転対称の円柱状の形状を呈している。レンズ２０は、光源１０から光が出射される側、すなわち、光源１０の前方に配置されている。レンズ２０は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂またはガラス等の透明な材料で形成されている。レンズ２０は、光源１０を覆って基板１１に固定されており、光源１０とレンズ２０との相対位置は常に固定されている。また、基板１１はヒートシンク４０に固定されているので、基板１１とレンズ２０とはヒートシンク４０によって位置決めされている。

図２に示すように、レンズ２０は光軸１４を対称軸とする回転対称の円柱状の形状を呈しており、背面側の円柱の底面に入射面２１、前面側の底面に出射面２２を備え、側面に側面２３を有している。入射面２１には、光源１０を中心とする半球状に形成された入光凹部２４が設けられており、光源１０から出射された光は入光凹部２４に入射する。入光凹部２４は光源１０を中心とする半球状に形成されているため、光源１０から出射された光は、入光凹部２４に垂直に入射する。この結果、光源１０から出射された光は、入光凹部２４に入射してもほぼ屈折せずにレンズ２０の内部に進入する。

出射面２２は、光軸１４を中心として光軸１４の周囲に設けられた出射屈折面２８と、出射屈折面２８の周囲に設けられた全反射面２９とにより構成されている。出射屈折面２８は、光軸１４を中心として光軸１４の周囲に設けられており、光源装置１の前方に対して凸形状に形成された滑らかな曲面となっている。出射屈折面２８は、光源１０から出射されてレンズ２０に入射した光の一部を屈折させて集光し、光源装置１の前方の壁面や床面などの被照射面側に出射する。全反射面２９は、出射屈折面２８の周囲すなわち出射面２２の外周部に設けられており、光軸１４と垂直な平面であり、基板１１と平行な平面である。全反射面２９は、光源１０から出射されてレンズ２０に入射した光の一部を全反射して側面２３側に偏向し、側面２３から出射させる。

図２に示すように、レンズ２０の材料の屈折率をｎとして、出射屈折面２８と全反射面２９との境界位置と光軸１４との間の角度θ１を、下記の数式（１）で表した角度とすることで、全反射面２９の全面で光源１０から出射された光を全反射させることができる。すなわち、角度θ１は、数式（１）の右辺で表した臨界角以上に大きくすればよい。

θ１≧ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（１）

側面２３は、光軸１４と平行な面である。光源１０から出射された光の一部は、直接側面２３に入射し、また、全反射面２９で反射された光も側面２３に入射される。これらの光は側面２３で屈折され、側面２３から出射される。すなわち、レンズ２０からリフレクタ３０側に出射される。つまり、光源１０から出射された光のうち、直接側面２３に入射した光と全反射面２９で反射されて側面２３に入射した光は、側面２３から光軸１４の動径方向に出射される。ここで動径方向とは、概ね光軸１４に垂直な方向を言い、厳密には光軸１４との間の角度が９０°でなくてもよく、光軸１４からリフレクタ３０に向かう方向を言う。

リフレクタ３０は、レンズ２０の外周を囲って設けられている。リフレクタ３０の内面は回転対称の形状を呈している。リフレクタ３０は、回動軸３８を中心に回動するが、リフレクタ３０の内面の回転対称軸と光軸１４とが一致する場合、リフレクタ３０は基準位置にあると呼ぶ。リフレクタ３０は、樹脂、ガラスまたは金属等の材料により形成されており、内面に塗装または金属蒸着等が施されることにより、内面の反射率が高められている。リフレクタ３０は、前方に開口面３５を有しており、開口面３５がレンズ２０の入射面２１よりも前方になるように配置されている。また、リフレクタ３０は、回動軸３８の方向の両端に回転保持部３６、３７を有し、片側の回転保持部３６には駆動手段である駆動モータ５０のモータ軸５１が連結されている。この結果、駆動モータ５０のモータ軸５１を回転させることで、リフレクタ３０は光軸１４に垂直な回動軸３８を中心に回動する。

リフレクタ３０の内面形状は、第１の回転放物面３１と第２の回転放物面３２とを有している。第１の回転放物面３１は、第２の回転放物面３２よりも前方に設けられている。図２に示すように、第１の回転放物面３１の光軸１４に平行な断面形状は、光源１０を焦点とする放物面形状を呈している。第１の回転放物面３１には、開口面３５が形成されており、光源１０から出射された光は、開口面３５を通って被照射面に照射される。第２の回転放物面３２は、第１の回転放物面３１の後方に接続されて光源１０側に設けられている。第２の回転放物面３２は、図２に示すように光軸１４に平行な断面形状が、点Ｐ１を焦点とする放物面形状を呈している。

ここで、点Ｐ１は全反射面２９を鏡映面とした光源１０の鏡像位置であり、全反射面２９は光軸１４と垂直な平面であるので、点Ｐ１は光軸１４上に存在する。第１の回転放物面３１と第２の回転放物面３２との接続部３３は、破線Ａ−Ａで示したレンズ２０の入射面２１を延伸した仮想平面と、破線Ｂ−Ｂで示したレンズ２０の全反射面２９を延伸した仮想平面との間に位置する。

リフレクタ３０は、回動軸３８を中心に駆動モータ５０からの動力により回動するが、図２では、回動軸３８は点Ｐ１を通る軸としている。回動軸３８が点Ｐ１を通る場合、リフレクタ３０が回動しても、第２の回転放物面３２の焦点は点Ｐ１の位置から変化しないため、第２の回転放物面３２で反射されて被照射面に照射される光の配光は変化しない。この結果、リフレクタ３０を回動した場合の配光の制御性が良くなる。

また、回動軸３８は光源１０を通る軸としてもよい。回動軸３８が光源１０を通る場合、リフレクタ３０が回動しても、第１の回転放物面３１の焦点は光源１０の位置から変化しないため、第１の回転放物面３１で反射されて被照射面に照射される光の配光は変化しない。この結果、リフレクタ３０を回動した場合の配光の制御性が良くなる。

さらに、回動軸３８は光源１０と点Ｐ１とを結ぶ直線上の任意の位置を通る軸としてもよい。この場合、リフレクタ３０が回動すると、第１の回転放物面３１の焦点が光源１０の位置から変化し、第２の回転放物面３２の焦点が点Ｐ１の位置から変化する。しかし、それぞれの焦点位置の変化は共に、回動軸３８が光源１０と点Ｐ１とを結ぶ直線上を通らない場合に比べて小さいので、リフレクタ３０を回動した場合の配光の制御性が良くなる。

つまり、リフレクタ３０を回動した場合の配光の制御性を良くするために、回動軸３８は、光源１０と点Ｐ１とを結ぶ直線上であって光源１０および点Ｐ１の位置を含む任意の位置を通る軸とすることが望ましい。

以上のように光源装置１は構成される。

次に本発明の光源装置１の動作について説明する。

図３は、本発明の実施の形態１における光源装置の光の経路を示す断面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）はともにｙ−ｚ平面の断面図である。図３（ａ）はリフレクタ３０が基準位置にある場合、図３（ｂ）はリフレクタ３０が基準位置より回動して光軸１４から傾いた場合である。

図３で、折れ線矢印で示したＬ１、Ｍ１、Ｓ１は光源１０の中心から出射された光の経路である。以下の説明では、光軸１４に垂直な角度を０度として説明する。従って、光軸１４の角度は９０度である。Ｌ１、Ｍ１、Ｓ１はそれぞれ異なる角度で光源１０から出射された光である。

まず、図３（ａ）に示すように、リフレクタ３０が基準位置にある場合について説明する。

光源１０からの出射角度が最も小さい光Ｓ１は、入光凹部２４を通ってレンズ２０の内部に進入する。入光凹部２４は光源１０を中心とした半球状の形状を呈しているため、光Ｓ１は入光凹部２４でほとんど屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。レンズ２０の内部に進入した光Ｓ１は側面２３に到達し、側面２３で屈折されてレンズ２０から出射される。図３（ａ）に示すように、光Ｓ１は、レンズ２０の側面２３から紙面右斜め下方向、すなわち斜め前方に向かって出射される。側面２３から出射した光Ｓ１は、主として第１の回転放物面３１に到達する。第１の回転放物面３１は光源１０の位置に焦点を有するため、光Ｓ１は第１の回転放物面で反射されて、ほぼ平行光として開口面３５を通ってリフレクタ３０から出射され、被照射面に照射される。

光源１０からの出射角度が中程度の光Ｍ１は、入光凹部２４を通ってレンズ２０の内部に進入する。光Ｓ１の場合と同様、光Ｍ１は入光凹部２４でほとんど屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。レンズ２０の内部に進入した光Ｍ１は全反射面２９に到達し、全反射面２９で全反射される。この結果、光Ｍ１は全反射面２９を鏡映面とする光源１０の鏡像位置にある仮想光源から出射された光とみなされる。全反射面２９で全反射された光Ｍ１は、側面２３に到達し、側面２３で屈折されてレンズ２０から出射される。図３（ａ）に示すように、光Ｍ１は、レンズ２０の側面２３から紙面右斜め上方向、すなわち斜め後方に向かって出射される。側面２３から出射した光Ｍ１は、主として第２の回転放物面３２に到達する。第２の回転放物面３２は、全反射面２９を鏡映面とした光源１０の鏡像位置に焦点を有するため、光Ｍ１は第２の回転放物面で反射されて、ほぼ平行光として開口面３５を通ってリフレクタ３０から出射され、被照射面に照射される。

光源１０からの出射角度が最も大きい光Ｌ１は、入光凹部２４を通ってレンズ２０の内部に進入する。光Ｓ１および光Ｍ１の場合と同様、光Ｌ１は入光凹部２４でほとんど屈折せずに、そのままレンズ２０の内部に進入する。レンズ２０の内部に進入した光Ｌ１は出射屈折面２８に到達する。出射屈折面２８に到達した光は、前方に凸形状の曲面からなる出射屈折面２８で集束方向に屈折され、ほぼ平行光として開口面３５を通って出射し、被照射面に照射される。

次に、図３（ｂ）に示すように、リフレクタ３０が回動して光軸１４から傾いた場合について説明する。

光源１０からの出射角度が最も大きい光Ｌ１は、上述のようにレンズ２０を通ってそのまま開口面３５から出射されるので、光Ｌ１の経路はリフレクタ３０の回動とは無関係であり、図３（ａ）のリフレクタ３０が基準位置にある場合と同一である。

光源１０からの出射角度が最も小さい光Ｓ１は、レンズ２０の側面２３から出射されるまでの経路は、上述の図３（ａ）のリフレクタが基準位置にある場合と同一である。側面２３から出射した光Ｓ１は、主として第１の回転放物面３１に到達する。図３（ｂ）に示すようにリフレクタ３０は、光軸１４から紙面右斜め下方向、すなわち右斜め前方に傾いているので、第１の回転放物面３１に到達した光Ｓ１は、第１の回転放物面３１で反射され、開口面３５を通って、光軸１４から紙面右斜め下方向、すなわち右斜め前方に傾いた方向に向かって出射され、被照射面に照射される。

光源１０からの出射角度が中程度の光Ｍ１も、レンズ２０の側面２３から出射されるまでの経路は、上述の図３（ａ）のリフレクタが基準位置にある場合と同一である。側面２３から出射した光Ｍ１は、主として第２の回転放物面３２に到達する。光Ｓ１の場合と同様、リフレクタ３０が光軸１４から傾いているので、第２の回転放物面３２に到達した光Ｍ１は、第２の回転放物面３２で反射され、開口面３５を通って、光軸１４から紙面右斜め下方向、すなわち右斜め前方に傾いた方向に向かって出射され、被照射面に照射される。

図４は本発明の実施の形態１における光源装置による配光パターンを示す模式図である。光源装置１により被照射面は、図４に示す配光パターンで照射される。

図４（ａ）は、図３（ａ）に示したリフレクタ３０が基準位置にある場合の配光パターン、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示したリフレクタ３０が光軸１４から傾いている場合の配光パターンである。

図４（ａ）および図４（ｂ）において、照射領域６０は、図３で示した光Ｌ１により照射される領域であり、光軸１４の近辺がリフレクタ３０を介さずに光源装置１から出射された光Ｌ１により照射される。照射領域６１は、図３で示した光Ｍ１およびＳ１により照射される領域であり、光Ｍ１および光Ｓ１がリフレクタ３０で反射されて光源装置１から出射されるため、光軸１４からのリフレクタ３０の傾き角度に合わせて、照射領域６１の位置が光軸１４を基準とした位置から移動する。すなわち、回動軸３８を中心にリフレクタ３０を回動させることで、照射領域６０の局所照明状態を維持したまま、照射領域６１を照射する周囲光のみを変化させることができ、この結果、照射領域６０の局所照明部分の照度を十分に高く維持しながら、自在に配光パターンを変化させることができる。

以上に説明したように、リフレクタ３０が駆動モータ５０により回動軸３８を中心に回動し、リフレクタ３０の光軸１４からの傾き角度が変化するため、リフレクタ３０に到達しない光Ｌ１の経路を変えずに、リフレクタ３０で反射される光Ｍ１、光Ｓ１の経路を変化させることができる。この結果、照射領域６０の局所照明部分の照度を十分に高く維持しながら、自在に配光パターンを変化させることができる。

また、本実施の形態１に係る光源装置１では、レンズ２０は、光源１０から出射された光の一部を全反射面２９で反射させてリフレクタ３０側に偏向する。すなわち、光源１０から出射されて様々な方向に拡散する光をリフレクタ３０側に偏向している。この結果、奥行き（ｙ軸方向の長さ）が浅いリフレクタ３０であっても光源１０から出射された光を大量に取り込むことができ、リフレクタ３０を小さくすることができる。従って、小型なリフレクタ３０であっても配光パターンが変化する照射領域６１の光による照度をも十分に高めることができ、小型、高効率な光源装置を得ることができる。

従来の一般的な光源装置においては、光源装置がレンズを有していている場合であっても、レンズは、光源から出射された光をリフレクタ側に偏向する機能を有していない。このため、図３で示したような光源からの出射角度が光Ｓ１より大きいが、直接被照射面側に出射される光Ｌ１より小さい、出射角度が中程度の光Ｍ１をリフレクタで反射させるには、従来の光源装置は、光Ｍ１をリフレクタ側に偏向するレンズを有しないため、リフレクタの前後方向の長さ、すなわちリフレクタの奥行きを深くしなければならなかった。

これに対し、本実施の形態１に係る光源装置１では、レンズ２０は、光源１０から出射された光を全反射してリフレクタ３０側に偏向する全反射面２９を有する。このため、リフレクタ３０は、光源１０から出射された光を大量に取り込むことができる。従って、リフレクタ３０の奥行きを深くすることなく、照射される光の制御性を高めることができる。これにより、光源１０から出射された光のうち、方向を制御して出射させる光の量を十分に確保して光の利用効率を高めつつ光源装置１を小型化することができるといった効果が得られる。

さらに、レンズ２０は、全反射面２９の内周側に、光源１０から出射された光を屈折して被照射面側に出射する出射屈折面２８を有する。このように、レンズ２０はリフレクタ３０側に光を偏向する全反射面２９と、被照射面側に光を出射する出射屈折面２８とを有し、光源１０から出射された光をレンズ２０とリフレクタ３０とでそれぞれ制御するため、配光の制御性が高いといった効果が得られる。

また、本実施の形態１に係る光源装置１では、光源１０からの光をリフレクタ３０側に偏向する機能を有するレンズ２０と、光軸１４に垂直な回動軸３８を中心に回動するリフレクタ３０とを組み合わせ、リフレクタ３０を回動させることでリフレクタ３０を介して照射される光の照射領域６１のみを変化させて、配光パターンを変化させることができる。このため、光軸１４からのリフレクタ３０の傾きに合わせて、周辺部の照射領域６１の位置は変わるが、主にレンズ２０の出射屈折面２８から出射された光の照射領域６０の位置は変わらない。この結果、局所照明部分の照度を十分に高く維持しながら、自在に配光パターンを変化させることができるといった効果が得られる。

なお、本実施の形態１では、駆動モータ５０をリフレクタ３０に連結して、リフレクタ３０が回動するように構成したが、駆動モータ５０は、光源１０およびレンズ２０との位置が固定されたヒートシンク４０などに連結して、レンズ２０を回動させてもよい。すなわち、レンズ２０とリフレクタ３０の相対位置が変化すればよい。

また、レンズ２０に入射した光のうち、側面２３から出射されてリフレクタ３０側に向かう光の量と、出射屈折面２８から出射されて被照射面側に向かう光の量との比率は、出射屈折面２８と全反射面２９の境界位置、および入光凹部２４の形状を適宜設定することによって変更することができる。

また、レンズ２０の出射面２２は前方に凸形状の出射屈折面２８を有するとしたが、全反射面２９と同一平面となるように形成した出射屈折面であってもよい。図２に示したように、出射屈折面２８が前方に凸形状の場合、出射屈折面２８から出射される光は集束するように屈折するので、出射屈折面２８からは平行光や集束光が出射される。一方、出射屈折面２８が平面の場合、出射屈折面２８から出射される光は拡散するように屈折するので、出射屈折面２８からは拡散光が出射される。すなわち、出射屈折面２８の形状は光源装置１の用途によって任意に選択することができる。また、全反射面２９はレンズ２０の外側に金属蒸着等の方法で形成した反射膜を有する平面であってもよい。

また、リフレクタ３０の内面は、上述のように焦点位置が異なる２つの回転放物面を接続して構成したが、これに限るものではなく他の形状の曲面であってもよい。例えば、１つの焦点を有する回転放物面であってもよく、また、回転楕円面や回転双曲面など他の形状の曲面であってもよい。また、特定の焦点を有しないｎ次多項式（ｎは偶数）で表される形状の曲面であってもよい。すなわち、リフレクタ３０の内面の形状は、光源装置１の配光制御性を考慮して選択してもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における光源装置を示す分解斜視図である。また、図６は、本発明の実施の形態２における光源装置の光の経路を示す断面図である。図５および図６において、図１および図２、図３と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、レンズの形状およびリフレクタの形状が相違し、リフレクタが駆動モータにより回動する構成は同じである。本実施の形態２では、実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

図６は、図５で示した光源装置のｙ−ｚ平面における断面図である。図６では、ワイヤ１２、コネクタ１３、駆動モータ５０は省略して示した。図６（ａ）は、リフレクタ１３０が光軸１４に対して傾いておらず基準位置にある場合、図６（ｂ）は、リフレクタ１３０が光軸１４から傾いている場合である。図中に記した折れ線矢印Ｌ２、Ｍ２、Ｓ２は、それぞれ光源１０から異なる角度で出射された光の経路であり、光源１０からの出射角度が最も小さい光がＳ２、出射角度が中程度の光がＭ２、出射角度が最も大きい光がＬ２である。

まず、レンズ１２０およびリフレクタ１３０の形状について説明する。

レンズ１２０は、光軸１４を対象軸とする回転対称の円柱状の形状を呈している。図６に示すように、レンズ１２０は、基板１１の光源１０が実装された面に対向し、光源１０から出射された光が入射する入射面１２１を円柱状のレンズ１２０の背面側の底面に有している。また、レンズ１２０の内部に入射した光の一部が出射する出射面１２２を円柱状のレンズ１２０の前面側の底面に有している。さらに、レンズ１２０の内部に入射した光の一部が出射する側面１２３を円柱状のレンズ１２０の側面に有している。

入射面１２１は、入光凹部１２４と第２の凹部１５０とを有している。入光凹部１２４は、傾斜面１２５と底面１２６とを有している。入光凹部１２４は、被照射面側を上底面、光源１０側を下底面とする円錐台状の形状をしており、円錐台の側面が傾斜面１２５を構成し、円錐台の上底面が底面１２６を構成している。光源１０から出射された光は、入光凹部１２４に入射し、レンズ１２０の内部に進入する。

第２の凹部１５０は、入光凹部１２４の外周に設けられており、内周側部に第１の屈折面１５１、底部に第２の屈折面１５２および外周側部に第３の屈折面１５３を有している。第１の屈折面１５１は、後方から前方に向かうに従い光軸１４から遠ざかるように傾斜した面である。第２の屈折面１５２は、光軸１４から遠ざかるに従い後方側に傾斜した面である。第３の屈折面は光軸１４に平行な面である。傾斜面１２５からレンズ１２０の内部に入射した光は、第２の凹部１５０により屈折され、出射面１２２側または側面１２３側に偏向される。

出射面１２２は、光源１０側を上底面とする円錐台状の第３の凹部１２７を有している。図６に示すように、出射面１２２の全面に第３の凹部１２７が設けられている。第３の凹部１２７は、出射屈折面１２８と全反射面１２９とを有している。出射屈折面１２８は、第３の凹部１２７を形成する円錐台の上底面であり、全反射面１２９は円錐台の側面である。出射屈折面１２８は、入光凹部１２４からレンズ１２０内に入射した光の一部を出射し、被照射面に照射する。また、全反射面１２９は、入光凹部１２４からレンズ１２０内に入射した光の一部を全反射し、側面１２３側に偏向し、側面１２３から出射させる。すなわち、側面１２３から出射される光は、光軸１４の動径方向に出射される。

リフレクタ１３０は、内面が回転楕円面の形状を呈している。図６に示す点Ｐ２は、リフレクタ１３０の内面の回転楕円面の第１焦点である。レンズ１２０は、点Ｐ２が全反射面２９で反射される光の仮想光源位置となるように設計される。リフレクタ１３０は、回動軸１３８を中心に駆動モータ５０により回動されるが、回動軸１３８は、リフレクタ１３０の内面の第１焦点位置である点Ｐ２を通る軸であってよい。回動軸１３８がリフレクタの焦点位置を通る場合には、リフレクタ１３０が回動しても焦点位置が変わらず、リフレクタ１３０で反射される光の制御性が良いためである。

次に、本発明の実施の形態２に係る光源装置１００の動作について説明する。

図６（ａ）および図６（ｂ）から分かるように、光源１０から出射された光Ｌ２、Ｍ２、Ｓ２の経路は、レンズ１２０から出射されるまでは同じである。

光源１０からの出射角度が最も小さい光Ｓ２は、入光凹部１２４の傾斜面１２５からレンズ１２０の内部に入射する。光Ｓ１は、傾斜面１２５で屈折され、その後、第２凹部１５０の第１の屈折面１５１で屈折されて、さらに、第２の屈折面１５２で屈折され、第３の凹部１２７の全反射面１２９に入射する。そして、光Ｓ２は、全反射面１２９で全反射され、レンズ１２０の側面１２３によって斜め後方に出射される。すなわち、図６に示すように側面１２３から紙面右斜め上方向に出射される。側面１２３から出射した光Ｓ２は、リフレクタ１３０に到達し、リフレクタ１３０で反射され、回転楕円面であるリフレクタ１３０の第２焦点に向かって集束する光として、開口面１３５から出射される。

光源１０からの出射角度が中程度の光Ｍ２は、入光凹部１２４の傾斜面１２５からレンズ１２０の内部に入射する。光Ｍ２は、傾斜面１２５で屈折され、その後、第２の凹部１５０を介さず、第３の凹部１２７の全反射面１２９に入射する。そして、光Ｍ２は、全反射面１２９で全反射され、レンズ１２０の側面１２３からほぼ水平に出射される。側面１２３から出射した光Ｍ２は、リフレクタ１３０に到達し、リフレクタ１３０で反射され、リフレクタ１３０の第２焦点に向かって集束する光として、開口面１３５から出射される。

光源１０からの出射角度が最も大きい光Ｌ２は、入光凹部１２４の底面１２６からレンズ１２０の内部に入射する。光Ｌ２は、底面１２６で屈折され、その後、第３の凹部の出射屈折面１２８で屈折され、発散光として開口面１３５から出射される。すなわち、光Ｌ２は、レンズ１２０の出射屈折面１２８から出射されるので、リフレクタ１３０の内面で反射されることなく、開口面１３５を通って被照射面に照射される。

図６に示すように、図６（ａ）のリフレクタ１３０が基準位置にある状態から、図６（ｂ）のリフレクタ１３０が光軸１４に対して傾いた状態に変化することで、リフレクタ１３０を介さずに照射される光Ｌ２の経路は変化しないが、リフレクタ１３０で反射されて照射される光Ｍ２、Ｓ２の経路は変化する。

図７は、本発明の実施の形態２における光源装置による配光パターンを示す模式図である。光源装置１００により被照射面は、図７に示す配光パターンで照射される。

図７（ａ）は、図６（ａ）に示したリフレクタ１３０が基準位置にある場合の配光パターン、図７（ｂ）は、図６（ｂ）に示したリフレクタ１３０が光軸１４から傾いている場合の配光パターンである。

図７（ａ）および図７（ｂ）において、照射領域１６０は、図６で示した光Ｌ２により照射される領域であり、光軸１４を中心に広い範囲が、リフレクタ１３０を介さずにレンズ１２０のみを通過した光Ｌ２により照射される。すなわち、周囲光が光Ｌ２により形成される。照射領域１６１は、図６で示した光Ｍ２およびＳ２により照射される領域である。照射領域１６１は、レンズ１２０によりリフレクタ１３０側に偏向された光Ｍ２および光Ｓ２がリフレクタ１３０で反射されて照射されるため、リフレクタ１３０の光軸１４からの傾き角度に合わせて、照射領域１６１の位置が光軸１４を基準とした位置から移動する。すなわち、回動軸１３８を中心にリフレクタ１３０を回動させることで、周囲光の照射領域１６１の位置を変化させずに、照射領域１６１による局所照明の位置を変化させることができる。この結果、照射領域１６１による局所照明部分の照度を十分に高く維持しながら位置を移動させて、自在に配光パターンを変化させることができる。

以上のように、本実施の形態２に係る光源装置１００は、光源１０から出射された光の一部を、レンズ１２０の全反射面１２９で反射してリフレクタ１３０側に偏向し、リフレクタ１３０で反射して、被照射面に照射する。レンズ１２０は、傾斜面１２５からレンズ１２０内に入射した光を屈折する第２の凹部１５０を有しており、第２の凹部１５０は、入光凹部１２４から側面１２３に向かう光路の途中に設けられている。このため、光源１０から出射された光が全反射面１２９に到達することなく、直接側面１２３に到達することを抑制することができる。この結果、リフレクタ１３０で反射された光は、主として全反射面１２９で反射された光となるため、リフレクタ１３０の焦点を全反射面１２９で反射される光の仮想光源に設定して、配光の制御性を良くすることができるといった効果が得られる。さらに、全反射面１２９で反射される光の仮想光源の位置にリフレクタ１３０を回動する回動軸１３８を設定することで、リフレクタ１３０が回動した場合であっても、配光の制御性を良くすることができるといった効果が得られる。

また、上述のように、リフレクタ１３０に到達する光の大部分は、全反射面１２９によって反射された光である。この結果、全反射面１２９で反射されて、側面１２３から出射される光は、レンズ１２０の斜め後方に向かって出射される。従って、リフレクタ１３０が奥行きの浅い薄型のリフレクタであっても、光源１０から出射された光をより大量に取り込むことができるので、リフレクタ１３０を小さくすることができる。この結果、光源装置１００を、光源１０から出射された光のうち、照射方向を制御できる光の量を十分に確保して光の利用効率を高めつつ、小型化することができるといった効果が得られる。

なお、入光凹部１２４の傾斜面１２５と底面１２６の境界位置を変更することにより、リフレクタ１３０を介さずに照射される照射位置が変化しない光と、リフレクタ１３０で反射されて照射される照射位置が変化する光の比率をコントロールすることができる。

また、本実施の形態２では、リフレクタ１３０の内面形状が回転楕円面である場合について説明したが、リフレクタ１３０の内面形状は、回転楕円面に限るものではなく、回転放物面や回転双曲面など焦点を有する他の曲面であってもよい。さらに、ｎ次多項式（ｎは偶数）で表される焦点を有しない曲面であってもよい。これら内面の形状が回転楕円面とは異なるリフレクタを用いた場合には、図７で示した配光パターンのうち、照射領域１６１の形状が異なり、図７とは違った照射領域１６１の形状で、自在に配光パターンを変化させることができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３における光源装置を示す分解斜視図である。図８において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、レンズおよびリフレクタの形状と、レンズとリフレクタとの相対位置が光軸に沿った前後方向に変化する構成とが相違している。本実施の形態３では、実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。

図８に示すように、光源装置２００は、ヒートシンク４０に固定される直線歯形の歯車であるラック５３と、駆動モータ５０のモータ軸５１に取付けられた歯車５２とを備えている。駆動モータ５０のモータ軸５１が回転すると、歯車５２はラック５３を光軸１４に平行な前後方向に移動させる。これにより、ラック５３に固定されたヒートシンク４０と、ヒートシンク４０に対して位置が固定された光源１０、基板１１、レンズ２２０も光軸１４に沿って前後方向に移動する。

なお、図８ではラック５３をヒートシンク４０に固定して光源１０を光軸１４に沿って前後方向に移動させているが、ラック５３をリフレクタ２３０に固定してリフレクタ２３０を光軸１４に沿って前後方向に移動させてもよい。また、ラック５３を取りつける場所は、ヒートシンク４０やリフレクタ２３０に限らず、他の場所であってもよい。さらに、ヒートシンク４０やリフレクタ２３０を前後方向に始動させる構成は、ラック５３と歯車５２とを用いた構成に限らず、例えば、ボールねじを用いて前後方向に移動させる構成など他の構成であってよい。すなわち、レンズ２２０とリフレクタ２３０との相対位置が可動な構成であればよい。

図８に示すように、レンズ２２０とリフレクタ２３０とは、光軸１４を対称軸とした回転対称の形状を呈している。リフレクタ２３０の内面は、焦点を有する回転放物面の形状を呈している。なお、本実施の形態３では、リフレクタ２３０の内面が回転放物面である場合について説明するが、回転楕円面、回転双曲面あるいはｎ次多項式（ｎは偶数）で表される形状の曲面であってもよい。

図９および図１０は、本発明の実施の形態３における光源装置の光の経路を示す断面図である。図９および図１０は、図８で示した光源装置２００のｘ−ｙ平面における断面図である。図９および図１０では、ワイヤ１２、コネクタ１３、駆動モータ５０、歯車５２、ラック５３は省略して示した。図中、折れ線矢印で示したＳ３、Ｌ３は、それぞれ光源１０から異なる角度で出射された光の経路であり、光源１０からの出射角度が小さい光がＳ３、出射角度が大きい光がＬ３である。

図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ光源１０およびレンズ２２０とリフレクタ２３０との相対位置が異なる。図９および図１０に示すように、光源１０、基板１１、ヒートシンク４０、レンズ２２０は、一体部２１５を構成し、一体部２１５が光軸１４に沿って前後方向に移動する。

図９（ａ）は、内面が回転放物面であるリフレクタ２３０の焦点が、光源１０の発光中心に位置する場合である。本実施の形態３では、一体部２１５が図９（ａ）の位置にある状態を基準位置にあると呼び、光源１０の発光中心がリフレクタ２３０の焦点に存在する位置を基準位置と呼ぶ。図９（ｂ）は、一体部２１５が基準位置よりも後方に移動した場合、図１０（ａ）は、一体部２１５が基準位置よりも前方に移動した場合、図１０（ｂ）は、一体部２１５が図１０（ａ）よりもさらに前方に移動した場合である。

まず、図９（ａ）を用いて、レンズ２２０の形状について説明する。レンズ２２０は、前方すなわち被照射面側に上底面を有する円錐台状の形状をしている。円錐台の下底面側に入射面２２１、円錐台の上底面側に出射面２２２、円錐台の側面に側面２２３を有する。

入射面２２１には、光源１０側に凹形状の入凹部２２４が設けられ、入光凹部２２４の形状は光軸１４を中心軸とする円柱状となっている。円柱状の入光凹部２２４は、入光側面２２５と入光底面２２６とを有している。出射面２２２は、前方に凸形状の滑らかな曲面を呈している。これにより、出射面２２２から出射される光は集束方向に屈折される。

レンズ２２０は、前方に上底面を有する円錐台状の形状を呈しているため、側面２２３と、入光側面２２５との間の幅は、レンズ２２０の前面側から背面側に向かうに従って大きくなっている。これにより、入光側面２２５から入射した光が側面２２３から出射する際に、光源１０からの出射角度よりも小さい角度に屈折される。すなわち、入光側面２２５から入射した光は、後方側に屈折されて側面２２３から出射される。つまり、入光側面２２５から入射した光は、光軸１４の動径方向に出射される。

以上のように光源装置２００は構成される。

次に、光源装置２００の動作について説明する。

まず、図９（ａ）の一体部２１５が基準位置にある場合について説明する。図９（ａ）に示すように、光源１０からの出射角度が小さい光Ｓ３は、入光凹部２２４の入光側面２２５に入射する。入光側面２２５は、光軸１４に平行な面であるので、光Ｓ３は、後方側に屈折されてレンズ２２０の内部を進入し、側面２２３に到達する。側面２２３は、光軸１４との間の距離が後方に向かうに従い大きくなるように傾いた面であるので、側面２２３から出射する光Ｓ３は、後方側に屈折される。この結果、光Ｓ３の出射角度は、光源１０から出射された際の出射角度よりも小さくなる。そして、側面２２３から出射された光Ｓ３は、リフレクタ２３０に到達し、リフレクタ２３０で反射され、開口面２３５を通って被照射面側に出射される。光Ｓ３は、レンズ２２０により出射角度を小さくされるため、リフレクタ２３０に入射する光Ｓ３の仮想光源の位置は、光源１０の位置より前方になる。ここで、仮想光源の位置とは、レンズ２２０が存在しないと仮定した場合に、リフレクタ２３０に入射する光Ｓ３の出射角度と同じ角度で光Ｓ３を出射する光軸１４上の仮想の光源の位置である。この結果、リフレクタ２３０で反射された光Ｓ３は、平行光ではなく、少し集束された光となって、被照射面に照射される。

光源１０からの出射角度が大きい光Ｌ３は、入光凹部２２４の入光底面２２６に入射する。入光底面２２６に入射した光Ｌ３は、集束方向に屈折されて、レンズ２２０の内部に進入し、出射面２２２に到達する。出射面２２２は前方に凸形状の滑らかな曲面であるため、光Ｌ３はさらに集束方向に屈折されて、出射面２２２から出射され、ほぼ平行光となって開口面２３５を通り、被照射面側に出射される。このように、光源１０から出射されて入光底面２２６に入射した光Ｌ３は、リフレクタ２３０の内面で反射されることなく、被照射面に照射される。

次に、図９（ｂ）の一体部２１５が基準位置よりも後方に移動した場合について説明する。図９（ｂ）に示すように、一体部２１５が基準位置よりも後方に移動した場合であっても、光源１０とレンズ２２０との位置は変化しないので、光源１０から出射された光が、レンズ２２０に入射して、レンズ２２０から出射するまでの経路は、図９（ａ）の場合と同じであるので、レンズ２２０から出射するまでの経路については説明を省略する。また、光源１０からの出射角度が大きい光Ｌ３は、リフレクタ２３０を介さずに、レンズ２２０から出射して、直接被照射面に照射されるので、図９（ａ）の場合と同じであり、光Ｌ３の経路については説明を省略する。図１０（ａ）、図１０（ｂ）についても同様である。

図９（ｂ）に示すように、光Ｓ３は、レンズ２２０により光源１０から出射した際の出射角度よりも小さい出射角度に屈折されて、レンズ２２０から出射される。従って、レンズ２２０から出射された光Ｓ３の仮想光源の位置は、図９（ｂ）の光源１０の位置よりも前方となり、リフレクタ２３０の焦点位置に一致する。この結果、レンズ２２０から出射されてリフレクタ２３０に到達した光Ｓ３は、リフレクタ２３０で反射されて、平行光となって開口面２３５から出射され、被照射面に照射される。

次に、図１０（ａ）の一体部２１５が基準位置よりも前方に移動した場合と、図１０（ｂ）の一体部２１５が図１０（ａ）に示す位置よりもさらに前方に移動した場合とについて説明する。

図１０（ａ）の一体部２１５が基準位置よりも前方に移動した場合には、リフレクタ２３０の焦点位置は、レンズ２３０から出射された光Ｓ３の仮想光源の位置よりも後方になるため、リフレクタ２３０で反射された光は、集束光となって開口面２３５から出射され、被照射面に照射される。

図１０（ｂ）の一体部２１５が図１０（ａ）に示す位置よりもさらに前方に移動した場合には、レンズ２３０から出射された光Ｓ３は、リフレクタ２３０に到達する前に、開口面２３５から出射される。この結果、レンズ２３０から出射された光Ｓ３は、発散光となって被照射面に照射される。

図１１は、本発明の実施の形態３における光源装置による配光パターンを示す模式図である。図１１（ａ）は図９（ａ）の一体部２１５が基準位置にある場合の配光パターン、図１１（ｂ）は図９（ｂ）の一体部２１５が基準位置より後方に移動した場合の配光パターン、図１１（ｃ）は図１０（ａ）の一体部２１５が基準位置より前方に移動した場合の配光パターン、および、図１１（ｄ）は図１０（ｂ）の一体部２１５が図１０（ａ）の位置よりもさらに前方に移動した場合の配光パターンである。

図１１において、照射領域２６０は、レンズ２２０の出射面２２２から出射されてリフレクタ２３０を介さずに出射される光Ｌ３により照射される領域であり、照射領域２６１は、レンズ２２０の側面２２３から出射されてリフレクタ２３０に反射されて、あるいはリフレクタ２３０に到達せずに出射される光Ｓ３により照射される領域である。

図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、光軸１４の付近はリフレクタ２３０を介さずに光源装置２００から出射した光Ｌ３により照射されるので、一体部２１５が移動しても照射領域２６０は変化しない。一方、照射領域２６０の周囲は、リフレクタ２３０に反射されて、あるいはリフレクタ２３０に到達せずに出射される光Ｓ３により照射されるので、一体部２１５の移動に伴い照射領域２６１が変化する。すなわち、照射領域２６０の局所照明状態を維持したまま、照射領域２６１を照射する周囲光のみを変化させることができる。この結果、照射領域２６０の局所照明部分の照度を十分に高く維持しながら、自在に配光パターンを変化させることができる。

以上のように本発明の実施の形態３に係る光源装置によれば、レンズ２２０とリフレクタ２３０との相対位置を変化させることによって、局部照明部分の照度を一定に維持しつつ自在に配光パターンを変化させることができるといった効果が得られる。また、レンズ２２０の入光側面２２５と側面２２３との間の幅を後方に向かうに従って大きくなるようにしたので、光源１０から出射され入光側面２２５に入射した光を、リフレクタ２３０に向かう方向に屈折させてレンズ２２０から出射するので、小型なリフレクタ２３０であっても大量に光を取り込むことができ周囲光の照度を十分に高くすることができるといった効果が得られる。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４における光源装置を示す分解斜視図である。また、図１３は、本発明の実施の形態４における光源装置を示す正面図および断面図である。図１２および図１３において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、レンズの形状およびリフレクタの形状が相違している。本実施の形態４では、実施の形態１と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。なお、図１２では駆動モータ５０を省略して示し、図１３では、ワイヤ１２、コネクタ１３、駆動モータ５０を省略して示した。

図１３（ａ）は、光源装置３００の正面図である。また、図１３（ｂ）は、光源装置３００のｘ−ｙ平面における断面図、図１３（ｃ）は、光源装置３００のｙ−ｚ平面における断面図である。

図１２に示すように、光源装置３００のリフレクタ３３０は、回転保持部３３６に駆動モータ５０のモータ軸５１が連結されており、駆動モータ５０の動力によりリフレクタ３３０が回動軸３３８を中心に回動する。なお、実施の形態１の図１では回動軸をｘ軸方向にとって示したが、本実施の形態４の図１２では回動軸３３８をｚ軸方向にとって示した。ｘ軸、ｚ軸は共に、光軸１４の方向であるｙ軸に垂直な軸であり、本実施の形態４の光源装置３００にあっても回動軸３３８は光軸１４に垂直な軸である。

図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、レンズ３２０は、入光凹部３２２と、出射面３２８と、側面３２５とを備えている。入光凹部３２２は、レンズ３２０の背面側に円柱状の凹部を形成して構成される。円柱状の入光凹部３２２は、入光側面３２３と入光底面３２４を有し、入光底面３２４は光源１０側に凸形状の滑らかな曲面を呈している。出射面３２８は、光軸１４に垂直な平面である。

側面３２５は、レンズ３２０の表面のうち、入光凹部３２４の入光側面３２３と入光底面３２４および出射面３２８を除く残りの面である。図１３（ｂ）に示すように、側面３２５は、ｚ軸方向に平行な平面を有し、残りの部分が曲面となっている。側面３２５の曲面部分は反射側面３２６であり、光源１０の発光中心に焦点を有する回転放物面の形状を呈した全反射面である。反射側面３２６は、反射側面３２６の入光凹部３２４との境界位置での垂線と、この境界位置と光源１０とを結ぶ直線との間の角度を、全反射角以上となるように形成することで全反射面にすることができる。また、反射側面３２６の表面に金属蒸着等により反射膜を形成して全反射面にしてもよい。一方、側面３２５の平面部分は屈折側面３２７であり、レンズ３２０に入射した光を屈折させて、光軸１４の動径方向に出射する。屈折側面３２７は、レンズ３２０の前面側から背面側に向かうに従って、光軸１４との距離が大きくなるように傾斜している。

リフレクタ３３０の内面は、回転双曲面の形状を呈する曲面部３３１と、ｘ軸方向に平行な平面部３３２で構成される。なお、曲面部３３１は、回転双曲面に限らず、回転放物面や回転楕円面あるいはｎ次多項式（ｎは偶数）で表される他の形状の曲面であってもよい。本実施の形態４では、曲面部３３１を形成する回転双曲面の対称軸と光軸１４とが一致した場合を、リフレクタ３３０が基準位置にあると呼ぶ。図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示したリフレクタ３３０は基準位置にある。

図１３に示すように、リフレクタ３３０の曲面部は、レンズ３２０の屈折側面３２７に対向して配置され、リフレクタ３３０の平面部は、レンズ３２０の反射側面３２６に対向して配置される。

次に、本実施の形態４の光源装置３００の動作について説明する。

図１４および図１５は、本発明の実施の形態４における光源装置の光の経路を示す断面図である。図１４は、リフレクタ３３０が基準位置にある場合を示す断面図であり、図１５は、リフレクタ３３０が光軸１４から傾いた位置にある場合を示す断面図である。また、図１４（ａ）および図１５（ａ）は、ｘ−ｙ平面における断面図、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）は、ｙ−ｚ平面における断面図である。

図中に示した折れ線矢印は、光源１０から出射された光の経路であり、光源１０からの出射角度が最も小さい光がＳ４、光源１０からの出射角度が中程度の光がＭ４、光源１０からの出射角度が最も大きい光がＬ４である。

まず、図１４（ａ）のリフレクタ３３０が基準位置にある場合のｘ−ｙ平面における各光の経路について説明する。光源１０からの出射角度が最も小さい光Ｓ４は、入光側面３２３に入射して後方側に曲がるように屈折し、レンズ３２０の内部に進入する。レンズ３２０内に入射した光Ｓ４は、反射側面３２６に到達し、反射側面３２６で全反射されて、ほぼ平行光になって出射面３２８から出射される。レンズ３２０から出射した光Ｓ４は、開口面３２５を通って、被照射面に照射される。

光源１０からの出射角度が中程度の光Ｍ４は、入光側面３２３に入射して後方に曲がるように屈折し、レンズ３２０の内部に進入する。レンズ３２０内に入射した光Ｍ４は、屈折側面３２７に到達し、屈折側面３２７で屈折されて、レンズ３２０の外部へ出射される。レンズ３２０の周囲にはリフレクタ３３０が設置されているため、光Ｍ４はリフレクタ３３０の曲面部３３１で反射される。曲面部３３１は回転双曲面の形状を呈しているため、光Ｍ４は発散光となり、開口面３３５を通って、被照射面に照射される。

光源１０からの出射角度が最も大きい光Ｌ４は、入光底面３２４に入射して集束する方向に屈折し、ほぼ平行光になってレンズ３２０の内部に進入する。レンズ３２０内に入射した光Ｌ４は、出射面３２８から出射し、平行光で開口面３２５を通って、被照射面に照射される。

次に、図１４（ｂ）のリフレクタ３３０が基準位置にある場合のｙ−ｚ平面における各光の経路について説明する。光源１０から出射された光Ｓ４と光Ｍ４とは共に、入光側面３２３に入射して屈折し、レンズ３２０の内部に進入する。そして、反射側面３２５に到達し、反射側面３２５で前方に反射され、出射面３２８から出射する。光Ｓ４と光Ｍ４とは、ほぼ平行光になって開口面３３５を通って、被照射面に照射される。

光源１０から出射された光Ｌ４は、入光底面３２４に入射して集束する方向に屈折してほぼ平行光になり、出射面３２８から出射され、開口面３２５を通って、被照射面に照射される。すなわち、ｙ−ｚ平面においては、光源１０から出射された全ての光が、リフレクタ３３０を介さずに出射され、平行光になって光源装置３００から出射される。

次に、図１５のフレクタ３３０が光軸１４から傾いた位置にある場合について説明する。リフレクタ３３０はｘ軸方向に対して傾くように構成されているので、図１５（ｂ）に示すｙ−ｚ断面は、図１４（ｂ）と同一である。従って、図１５（ｂ）の光の経路についての説明は省略する。

図１５（ａ）において、リフレクタ３３０を介さず、レンズ３２０から出射される光Ｓ４および光Ｌ４は、図１４（ａ）で説明した光Ｓ４および光Ｌ４と同じ経路で出射され、被照射面に照射される。一方、光Ｍ４は、レンズ３２０から出射されるまでの経路は図１４（ａ）で説明した光Ｍ４と同一であるが、リフレクタ３３０が光軸１４から傾いているので、リフレクタ３３０に到達して、リフレクタ３３０で反射される方向が、図１４（ａ）の場合とは異なる。すなわち、図１４（ａ）の場合よりも、リフレクタ３３０が光軸１４から傾いている方向に、光Ｌ４も傾いて反射される。この結果、リフレクタ３３０の傾きに合わせて、ｘ−ｙ平面の光Ｍ４による照射領域のみが変化する。

図１６は、本発明の実施の形態４における光源装置による配光パターンを示す模式図である。図１６（ａ）は、図１４で示したリフレクタ３３０が基準位置にある場合の配光パターンであり、図１６（ｂ）は、図１５で示したリフレクタ３３０が光軸１４から傾いた位置にある場合の配光パターンである。

図１５において、照射領域３６０は、リフレクタ３３０を介さずに光源装置３００から出射した光による照射領域であり、具体的には、光源１０から出射された後、レンズ３２０の入光底面３２４に入射して、集光されて出射面３２８から出射した光、および、入光側面３２３から入射して、反射側面３２６で反射されて集光されて出射面３２８から出射した光による照射領域である。照射領域３６１は、リフレクタ３３０で反射されて光源装置３００から出射した光による照射領域であり、具体的には、光源１０から出射された後、入光側面３２３から入射して、屈折側面３２７から出射して、リフレクタ３３０で反射された光による照射領域である。

図１５に示すように、光軸１４の近辺の照射領域３６０は、リフレクタ３３０を傾けても変化しないが、照射領域３６０の紙面左右外側の照射領域３６１は、リフレクタ３３０を傾けることによって位置が変化する。すなわち、回動軸３３８を中心にリフレクタ３３０を回動させることによって、照射領域３６０による局部照明部分の位置と照度とを一定に保ったまま、照射領域３６１による周囲光の位置を変化させて配光パターンを自在に変化させることができる。

なお、上述の説明から分かるように、本実施の形態４の光源装置３００では、リフレクタ３３０の平面部３３２には光は入射しない。すなわち、平面部３３２は光学的には不要な部分である。従って、平面部３３２は、反射率が低くてもよく、切り欠きとなっていてもよい。また、平面部３３２を形成せず、リフレクタ３３０全体を曲面部３３１とした回転対称の形状としてもよい。ただし、平面部３３２は光学的には不要な部分であるので、リフレクタ３３０を回転対称の形状にするよりも、平面部３３２を形成した方が、ｚ軸方向のリフレクタ３３０の幅を小さくできるので、光源装置３００の小型化が図れるといった効果が得られる。

図１７は、本発明の実施の形態４における照明装置を示す模式断面図である。図１７は、本実施の形態４で説明した光源装置３００を自動車のヘッドランプに用いた照明装置を示す模式断面図である。

ヘッドランプである照明装置２は、光源装置３００と電源装置３とを備えており、光源装置３００と電源装置３とがケーブル４により接続されている。ケーブル４は、電源装置３から光源装置３００に電力と制御信号を供給する。照明装置２は、自動車６の前面側に設けられ、光源装置３００から照射された光が、自動車６の進行方向の道路を照明する。電源装置４は、自動車６の舵角を制御する制御装置に接続されており、自動車６の舵角に合わせて光源装置３００のリフレクタ３３０を回動させる制御信号を光源装置３００に出力する。

図１８は、本発明の実施の形態４における照明装置による配光パターンを示す模式図である。図１８は、ヘッドランプである照明装置２が自動車６の進行方向の道路３７０を照明する場合の配光パターンである。図１８（ａ）は自動車６が直線道路を走行している場合であり、図１８（ｂ）は自動車６がカーブを走行している場合である。自動車６は、道路３７０のセンターライン３７１より左側を紙面上側に向かって走行している。

図１８（ａ）の直線道路を走行している場合には、自動車６のハンドルは切られていないので、電源装置４はリフレクタ３３０が基準位置になるように、光源装置３００に制御信号を出力する。これにより、リフレクタ３３０は基準位置になるように制御され、図１８（ａ）に示す配光パターンで道路３７０が照明される。

図１８（ｂ）のカーブを走行している場合には、自動車６のハンドルは右方向に切られるので、自動車６の制御装置は舵角が右方向であることを電源装置４に伝達し、電源装置４は、リフレクタ３３０が光軸１４に対して右方向に傾くように、光源装置３００に制御信号を出力する。これにより、リフレクタ３３０は光軸１４に対して右方向に傾くように回動し、図１８（ｂ）に示す配光パターンで道路３７０が照明される。

自動車６のヘッドランプが、光源装置３００を備えた照明装置２で構成されることにより、自動車６がカーブを走行する際に、ハンドル操作に合わせて光源装置３００の配光パターンが変化するので、運転手の正面方向の明るさを変化させずに、リフレクタ３３０で反射させた周囲光により自動車６の進行方向を照明することができ、カーブ走行時の視認性を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態４に係る光源装置３００によれば、光源１０から出射された光のうち、リフレクタ３３０を介さずにレンズ３２０のみで配光パターンを制御された光による照射領域３６０の位置および形状を変化させずに、リフレクタ３３０の傾きに合わせて周囲光の照射領域３６１の位置のみを変化させて全体的な配光パターンを自在に制御できるといった効果が得られる。

また、レンズ３２０の側面３２５のうちの一部が全反射する反射側面３２６となっているため、リフレクタ３３０の反射側面３２６に対向する位置は光学的に不要となり、この部分を平面部３３２あるいは切り欠きとすることでリフレクタ３３０を小さくして、小型な光源装置を得ることができるといった効果が得られる。

さらに、レンズ３２０に入射した光が、レンズ３２０でリフレクタ３３０側に屈折されてレンズ３２０から出射されるため、光の取り込み量を保ったままリフレクタ３３０の奥行きを浅くすることができ、小型な光源装置でありながら自在に配光パターンを変化させることができるといった効果が得られる。

なお、レンズ３２０の出射面３２８から出射される光と、レンズ３２０の屈折側面３２７から出射された後にリフレクタ３３０で反射される光との比率は、レンズ３２０の入光凹部３２４の形状、あるいは、側面３２２における反射側面３２６と屈折側面３２７との面積比率を適宜設定することによって変更することができる。

実施の形態５．
図１９は、本発明の実施の形態５に係る照明装置を示す斜視図である。図１９に示す照明装置２は、実施の形態１で説明した光源装置１を備えている。なお、本実施の形態５では照明装置２が実施の形態１で説明した光源装置１を備える場合について説明するが、実施の形態２から４で説明した光源装置を備えていてもよい。

照明装置２は、光源装置１と、光源装置１に電力や制御信号を供給する電源装置３と、光源装置１と電源装置３を電気接続するケーブル４と、光源装置１の出射面であるリフレクタ３０の開口面３５を除く外側を覆う筐体５とを備えている。なお、照明装置２が、例えば天井に埋め込まれて設置される場合には、筐体５は必ずしも必要ではなく、筐体５を備えない照明装置２であってもよい。

電源装置３は、系統電源の交流電力を直流電力などの光源装置１が備える光源の点灯および駆動モータの駆動に適した電力に変換し、また、光源の調光と駆動モータの回転制御を行う制御信号を出力する。電源装置２は、光源装置１の点灯、消灯、調光、および配光パターンの制御を指示するコントローラ（図示せず）から、有線または無線により信号が伝達されて、この信号による指示に基づき光源装置１を制御する。使用者は、コントローラを介して照明装置２を制御する。

以上のように照明装置２は構成されているので、使用者はコントローラを操作することによって、照明装置２による照明の配光パターンを自在に変化させることができる。

なお、本発明の実施の形態１〜５においては、光源１０がＬＥＤである場合について説明したが、光源１０はＬＥＤに限るものでなく、例えばＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）やハロゲンランプなど他の種類の光源であってもよい。また、光源１０は複数個用いてもよく、光軸１４を中心に円形状、矩形状あるいは多角形状に配置してもよい。

また、被照射面の色むらや照度むらを改善するために、レンズやリフレクタの表面の全部または一部に、シボ加工等の光拡散処理を施してもよい。さらに、駆動手段は駆動モータに限るものではなく、例えばバネと電磁石とを用いた駆動手段等、他の駆動手段であってもよく、手動であってもよい。

１、１００、２００、３００ 光源装置
２ 照明装置
３ 電源装置
１０ 光源
２０、１２０、２２０、３２０ レンズ
３０、１３０、２３０、３３０ リフレクタ
５０ 駆動モータ

Claims (4)

1. 光を出射する光源と、
   前記光源の光軸方向に配置され、前記光源を覆う凹形状を呈し、背面に設けられた入射面と、前記入射面から入射した光の一部を出射する前面に設けられた第１の出射面と、前記入射面から入射した光の残部を出射する側面に設けられた第２の出射面とを有するレンズと、
   前記レンズの外周を囲い、前記レンズとの相対位置を可変に配置され、前記第２の出射面から出射した光を反射するリフレクタと、
   を備えた光源装置であって、
   前記レンズは、
   前記光軸に対して回転対称の形状を呈し、
   前記第１の出射面の周囲に反射面が設けられ、前記第２の出射面から出射する光の一部を前記反射面で反射して前記第２の出射面に入射させ、
   前記リフレクタは、
   回転対称の形状を呈し、対称軸が前記光軸と一致した位置において、前記光源の位置が第１の焦点となる第１の曲面と、前記反射面を鏡映面とした前記光源の鏡像位置が第２の焦点となる第２の曲面とを有し、
   前記レンズとの相対位置を変化すべく前記光軸に垂直な回動軸を中心に回動可能であること
   を特徴とする光源装置。
2. 前記回動軸は、前記第１の焦点と前記第２の焦点とを結ぶ直線上に位置する請求項１に記載の光源装置。
3. 光を出射する光源と、
   前記光源の光軸方向に配置され、前記光源を覆う凹形状を呈し、背面に設けられた入光凹部の部分の入射面と、前記入射面から入射した光の一部を出射する前面に設けられた第１の出射面と、前記第１の出射面に対向する面に設けられ、前記光源の位置に焦点を有し、前記入射面から入射した光の一部を反射して前記第１の出射面に入射させる反射曲面と、前記入射面から入射した光の残部を出射する側面に設けられた第２の出射面とを有するレンズと、
   前記レンズの外周を囲い、前記レンズとの相対位置を可変に配置され、前記第２の出射面から出射した光を反射するリフレクタと、
   を備えた光源装置であって、
   前記リフレクタは、前記レンズとの相対位置を変化すべく前記光軸に垂直な回動軸を中心に回動可能であり、
   前記レンズは、前記光軸に垂直かつ前記回動軸に垂直な方向の両端部に前記第２の出射面を有し、前記光軸に垂直かつ前記回動軸に平行な方向の両端部で前記第１の出射面と前記反射曲面とが接していること
   を特徴とする光源装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置に電力を供給する電源装置と、
   を備えた照明装置。

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