JP6801661B2 - 照明装置並びに照明方法 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、さまざまな光源を再現する照明装置に関する。

照明は、夜間など暗い場所で良好な視環境を得る目的で、広く利用されている。例えば、白熱電球、蛍光灯、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの照明器具が入手可能であり、主要な家電製品として広く利用されている。

また、照明の質が人の精神状態や作業効率などに影響することは、よく知られている。空間のイメージに変化を加える目的で、照明が利用されることも多い。照明技術は、鬱病治療のためのライトセラピー（光療法）などにも応用されている。勿論、特に疾患を抱えていない人にとっても、自由に最適化された照明光は、心地よく魅力的である。今後、製品価格の低下とともに、プログラマブルな照明装置の需要は急速に高まっていくと予想される。

例えば、ＬＥＤ光源からの照射光の色合いを制御する制御装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。また、フィリップス社が提供するｈｕｅは、スマートフォンやタブレットなどの情報端末を使ってインターネット経由で操作して、１６００万色を超える色彩を再現できるワイヤレス電球システムである。

このように、ＬＥＤ電球などを使用して、光の色調と強度を調整できる照明装置は既に知られている。しかしながら、実際に光の質を決定付けるのは、色調と強度以外にも、光源の位置や数、光の広がり方などその他のさまざまなパラメーターがある。光を自由に最適化し、さまざまな光源を再現するには、より広範なパラメーターを操作することができる照明装置が必要であると考えられる。

米国特許第８２７９０７９号明細書

本明細書で開示する技術の目的は、色合いと強度だけでなくより広範なパラメーターを操作可能で、さまざまな光源を再現することができる、優れた照明装置を提供することにある。

本明細書で開示する技術は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、
色合いと強度を調整可能な光源の２次元配列からなる光源部と、
前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部と、
を具備する照明装置である。

本明細書で開示する技術の第２の側面によれば、第１の側面に係る照明装置の前記光線制御部は、レンチキュール１つにつき複数の前記色合いと強度を調整可能な光源が対応するように配置したレンチキュラー・レンズからなる。

本明細書で開示する技術の第３の側面によれば、第２の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズは、正面方向から傾いた照射方向を持つ。

本明細書で開示する技術の第４の側面によれば、第２の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズは、方向毎に異なる出射角を持つ。

本明細書で開示する技術の第５の側面によれば、第２の側面に係る照明装置の前記光源部は、液晶パネルと、前記液晶パネルを背面から照射する光源からなる。

本明細書で開示する技術の第６の側面によれば、第５の側面に係る照明装置の前記光源部は、前記レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限するルーバーをさらに備えている。

本明細書で開示する技術の第７の側面によれば、第１の側面に係る照明装置の前記光源部は、発光ダイオード素子からなる。あるいは、本明細書で開示する技術の第８の側面によれば、第１の側面に係る照明装置の前記光源部は、有機ＥＬ素子からなる。

本明細書で開示する技術の第９の側面によれば、第２の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、側面に不透明部を備えている。

本明細書で開示する技術の第１０の側面によれば、第９の側面に係る照明装置の前記不透明部は、隣接するレンチキュールに対応する前記色合いと強度を調整可能な光源からの光を遮るように構成されている。

本明細書で開示する技術の第１１の側面によれば、第１の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、離間して配置されている。

本明細書で開示する技術の第１２の側面によれば、第１の側面に係る照明装置は、前記光源部の駆動を制御する制御部をさらに備えている。

また、本明細書で開示する技術の第１３の側面は、それぞれ側面に不透明部が形成されたレンチキュールを具備するレンチキュラー・レンズである。

本明細書で開示する技術によれば、色合いと強度だけでなくより広範なパラメーターを操作可能で、さまざまな光源を再現することができる、優れた装置を提供することができる。

なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。

本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、本明細書で開示する技術を適用した照明装置１００の構成例を模式的に示した図である。 図２は、光源部１０の構成例を示した図である。 図３は、光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の平面図を示した図である。 図４は、レンチキュラー・レンズ２１におけるレンチキュールの他の配置例を示した図である。 図５は、光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の断面を示した図である。 図６は、１つのレンチキュールから出射される光線の方向を示した図である。 図７は、図５に示した照明装置を異なる方向から見たときに観察される色を示した図である。 図８は、レンチキュラー・レンズ２１の出射角の外から観測したときに色がリピートする様子を示した図である。 図９は、図５に示した照明装置を出射角の外から見たときに観察される色がリピートする様子を示した図である。 図１０は、照明装置１００で正面方向にのみ光を照射する様子を示した図である。 図１１は、照明装置１００の正面以外でも光がリピートする様子を示した図である。 図１２は、改良されたレンチキュラー・レンズ２１の構成例示した図である。 図１３は、改良したレンチキュラー・レンズの出射角の外から観測したときに色がリピートしない様子を示した図である。 図１４は、レンチキュラー・レンズを改良した照明装置を出射角の外から見たときに観察される色がリピートしない様子を示した図である。 図１５は、レンチキュラー・レンズを改良した照明装置でスポットライトのような光を再現する様子を示した図である。 図１６は、照明装置１００で（光の色を変えた）光源を再現した例を示した図である。 図１７は、照明装置１００で（光の色を変えた）光源を再現した例を示した図である。 図１８は、照明装置１００で（光の色を変えた）光源を再現した例を示した図である。 図１９は、照明装置１００で光源（１台のスポットライト）を再現した例を示した図である。 図２０は、照明装置１００で光源（複数台のスポットライト）を再現した例を示した図である。 図２１は、照明装置１００で光源（シャンデリアのような装飾的な照明器具からの光）を再現した例を示した図である。 図２２は、照明装置１００で自然光（木洩れ日）を再現した例を示した図である。 図２３は、照明装置１００で自然光（薄明光線）を再現した例を示した図である。 図２４は、出射角を広くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。 図２５は、出射角を狭くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。 図２６は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図２７は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図２８は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図２９は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図３０は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図３１は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図３２は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図３３は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図３４は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。 図３５は、レンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。 図３６は、レンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。 図３７は、液晶セルを利用した場合の光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の基本的な構成例を示した図である。 図３８は、仕切りが形成されたレンチキュールを配置して構成されるレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示した図である。 図３９は、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズの断面を示した図である。 図４０は、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示した図である。 図４１は、隣接画素からの入射光に起因するクロストークの問題を説明するための図である。 図４２は、レンチキュラー・レンズ２１の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の構成例を示した図である。 図４３は、バックライト１２の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の構成例を示した図である。 図４４は、自然光を光源に利用した照明装置１００を天窓のように屋内に設置している様子を示した図である。 図４５は、自然光を光源に利用した照明装置１００の適用例を示した図である。 図４６は、自然光を光源に利用した照明装置１００の適用例を示した図である。

以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。

Ａ．装置構成
図１には、本明細書で開示する技術を適用した照明装置１００の構成例を模式的に示している。図示の照明装置１００は、光源部１０と、光源部１０の照射面に重畳された光線制御部２０と、光源部１０の駆動を制御する制御部３０と、ユーザーが操作するユーザー・インターフェース（ＵＩ）部４０を備えている。

光源部１０は、色合いと強度を調整可能な無数の色合いと強度を調整可能な光源の２次元配列からなる。また、光線制御部２０は、光源部１０から出射される光の配光を制御する。

光源制御部２０は、例えば、複数のレンチキュール（拡大レンズ）のアレイからなるレンチキュラー・レンズで構成される。本実施形態では、１つのレンチキュールは、円柱の片方の端面に凸面（球面又は非球面）のレンズが形成されたマイクロレンズである。そして、レンチキュール１つにつき複数の色合いと強度を調整可能な光源が対応するように各レンチキュールが配置され、照射光の方向を制御するようになっている。したがって、光源部１０とレンチキュラー・レンズの組み合わせによって、光源の位置や数、光の広がり方などその他のさまざまなパラメーターを調整することが可能となる。あるいは、光線制御部２０を液晶レンズで構成することもでき、この場合、印加電圧を調整することにより見かけ上の液晶の屈折率を変化させることにより、配光を動的に切り替えることができる。

光源部１０は、例えば図２に示すように、液晶パネル１１とバックライト１２の組み合わせで構成することができる。液晶パネル１１は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各成分の光を透過させるカラー・フィルターを含み、背面から照射されるバックライト１２の光を部分的に透過させたり遮ったりして、画素毎の色合いや強度を制御することができる。液晶パネル１１は、偏光方向が直交する偏光板で液晶を挟んだ構造からなる、一般的なものでよい。液晶パネル１１の構造は周知なので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、液晶パネル１１の照射面（表示面）側に、レンチキュラー・レンズ２１を重畳する。

液晶パネル１１とバックライト１２の組み合わせは、コンピューターのディスプレイやテレビ受像機として用いられる液晶表示ディスプレイと、構造上類似する点もある。しかしながら、本実施形態に係る照明装置１００は、映像の表示目的ではなく照明目的で使用されることに依拠する構造上の相違点もある。例えば、バックライト１２には、明るい視環境を得るべく、高出力の光源を用いるものとする（例えば、輝度８５００ｃｄ／ｍ²、全光束２０ルーメンのＬＥＤチップを１５００個程度用いて、バックライト１２を構成する）。

図３７には、液晶セルを利用した場合の光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の基本的な構成例を示している。

バックライト１２は、点光源が２次元アレイ状に配列された光源３７１１と、各点光源の照射光を拡散する拡散板３７１２と、拡散光を正面方向に向ける２層のプリズム・レンズ３７１３と、二重反射と光の屈折率を利用して光線を集約させ輝度を上昇させる反射型偏光フィルム（ＤＢＥＦ：Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）３７１４からなる。

また、液晶パネル１１は、偏光方向が直交するように配設された裏面側及び表面側の各偏光板３７２１及び３７２３で液晶３７２２の両面を挟んだ構造からなる。液晶３７２２は、実際にはＴＦＴアレイ、配向膜、共通電極、カラー・フィルターなどからなる多層基板の両面をガラス基板で挟んだ構造からなるが、図３７では簡素化のため図示を省略している。

レンチキュラー・レンズ２１は、レンチキュールの２次元配列からなり、光源部１０からの光線制御を行なう。レンチキュラー・レンズの詳細については後述に譲る。

なお、液晶パネル１１とバックライト１２の組み合わせに代えて、高輝度出力が可能な有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子や発光ダイオード素子といった自発光素子などその他のデバイスを光源部１０に用いてもよい。

ＵＩ部４０は、例えばスマートフォンやタブレット、パーソナル・コンピューター（ＰＣ）などの情報端末や、制御部３０に備えられた操作パネルなどで構成される。ユーザーは、ＵＩ部４０を通じて、所望する（すなわち、照明装置１００が再現することを希望する）光源を指定することができる。照明装置１００が再現できる光源として、スポットライトやシャンデリアなどの照明機器の他、木洩れ日や薄明光線といった自然光を挙げることができる（後述）。

制御部３０は、上記のＵＩ部４０からの命令を受け付ける命令受付部３１と、再現したい光源に応じて光源部１０の発光を制御する発光制御部３２を備えている。

図３には、光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の平面図を示している。但し、液晶パネル１１におけるＲ、Ｇ、Ｂの色配列は図示に限定されないものとする。例えば、ベイヤー配列（単位配列の２×２画素中で２画素をＧ画素として対角に配置し、他の２画素をＲ画素及びＢ画素とする）であってもよい。図示の例では、各１画素は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色からなり、色合いと強度を調整可能な光源を構成している。そして、各レンチキュールの下に複数の画素を含むように、レンチキュラー・レンズ２１のサイズと配置を決めることによって、レンチキュール１つにつき複数の色合いと強度を調整可能な光源が対応し、各光源の照射光の出射方向がレンチキュールによって制御可能な状態となっている。図３では簡素化して描いているが、１つのレンチキュールは、例えば２０×２０画素をカバーするサイズである。

図３に示した例では、レンチキュラー・レンズ２１は、正方形をなす格子状にレンチキュールを配置する正方配置を採用しているが、レンチキュールの配置はこれに限定されるものではない。レンチキュールの充填率が高くなる他の配置方法を採用して、光線制御の粒度をより細かくするようにしてもよい。図４には、レンチキュラー・レンズ２１におけるレンチキュールの他の配置例を示している。図４に示す例では、１行毎にレンチキュールの配置を半ピッチずつずらして、隣接するレンチキュールの中心がデルタ形状（三角形）をなすようにレンチキュールを配置するデルタ配置を採用して、レンチキュールの充填率を上げている。いずれのレンチキュール配置であっても、各レンチキュールの下に複数の色合いと強度を調整可能な光源を含むように、レンチキュラー・レンズ２１のサイズと配置を決めることとする。

図５には、光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１からなる照明装置の断面を示している。但し、図面の簡素化のため、各レンチキュールの下には、複数の色合いと強度を調整可能な光源として、紙面水平方向に液晶パネル１１の３画素がそれぞれ置かれているものとして描いた。

レンチキュラー・レンズ２１は、例えばアクリルやＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰ（ＰｏｌｙｐｒｏＰｙｌｅｎｅ）などの材質からなり、例えば３Ｄプリントで製作することができ、あるいは射出成形などの成形技術を用いて量産することができる。１つのレンチキュールは、円柱の片方の端面に凸面（球面又は非球面）のレンズが形成されたマイクロレンズである。各レンチキュールは、円柱の高さ、表面の凸面の形状（曲率）、物質の屈折率、下方の画素との相対位置になどに応じて、各画素からの出射光の光線制御を行なう。

図６には、１つのレンチキュールから出射される光線の方向を図解している。ある１つのレンチキュールに下方に配置された３画素が左から順に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光をそれぞれ発してレンチキュールの底面に入射している場合、図６（Ａ）に示すように、レンチキュールの右上方には、赤色の光線６０１が出射する。また、図６（Ｂ）に示すように、正面方向には緑色の光線６０２が出射し、図６（Ｃ）に示すように、左上方には青色の光線６０３が出射する。

図７には、図５に示した照明装置を異なる方向から見たときに観察される色を図解している。但し、各レンチキュールの下方に配置された３画素はそれぞれ、図６に示したように、左から順に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を照射し、照明装置としては赤色の光線を右方に出射し、緑色の光線を正面方向に出射し、青色の光線を左方に出射しているものとする。したがって、照明装置を左方７０１から見ると青色を観察し、正面７０２から見ると緑色を観察し、右方７０３から見ると赤色を観察することになる。

各レンチキュールから出射される光の色合いと強度は液晶パネル１１で制御することができ、各光線の出射方向はレンチキュールで制御することができる。したがって、本実施形態に係る照明装置１００によれば、色合いと強度の他に、光線方向などのパラメーターを制御できるので、さまざまな光源を再現することができる。ここで言う光源は、現実の光源（太陽光を始めとする自然光など）と、架空の光源（スポットライト、シャンデリアなど）を含む、広範囲の光源を含むものとする。

Ｂ．レンチキュラー・レンズの構成例
本実施形態に係る照明装置１００において、レンチキュラー・レンズ２１は、光源部１０からの光線制御を行なう役割を果たす。レンチキュラー・レンズは、円柱の片方の端面に凸面（球面又は非球面）のレンズが形成されたマイクロレンズであるが、円柱の高さ、表面の凸面の形状（曲率）、物質の屈折率、下方の画素との相対位置になどに応じて出射角を決定することができる。

図２４には、レンズの高さを低く、凸面の曲率を小さくして、出射角を広くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示している。また、図２５には、レンズの高さを高く、凸面の曲率を大きくして、出射角を狭くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示している。

また、左右対称的（若しくは、回転対称）なレンチキュールからなるレンチキュラ―レンズを使用する照明装置１０は、図２６に示すように、出射角の中心はほぼ正面を向き、左右対称的な照射角度からなる光２６０１が照射される。ところが、図２７に示すように、照明装置１０が壁際に設置されている場合には、壁方向に光が照射される必要はなく、言い換えれば、照射光２６０１のうち壁に照射された成分は無駄になる。

壁際に設置された照明装置１００においては、図２８に示すように、出射角が部屋の内側を向くように光２８０１の照射角度を変えた方が、同じ光量で室内をより明るくすることができ効率的である。光の照射方向は、レンチキュラー・レンズの形状によって制御することが可能である。図２９には、一方向に傾きを持たせたレンチキュールで構成されるレンチキュラー・レンズを用いて、光の照射方向を傾けた様子を示している。また、図３０には、中心からずれたレンズ（凸部）を持つレンチキュールからなるレンチキュラー・レンズを用いて、光の照射方向を傾けた様子を示している。例えば、図２９や図３０に示すようなレンチキュラー・レンズを適用することで、照明装置１００は、図２８に示すように、出射角が部屋の内側を向くように光２８０１の照射角度を変えることができる。

なお、図３１に示すように、逆に出射角が部屋の壁側を向くように光３１０１の照射角度を変えた照明装置１００を用いることで、壁を照らした間接照明を実現することもできる。

また、細長い廊下のような空間においては、照明装置１００の照射角度が３６０度回りに均一であると、廊下の幅方向には壁を照射する成分が多くなる一方、廊下の長さ方向には端から端まで照射光が行き渡らず暗い箇所が生じてしまう。そこで、図３２に示すように、照明装置１００が設置される空間（部屋）の形状を考慮して、壁間の距離が短いｘ方向には照射光３２０１の出射角を狭く、壁間の距離が長いｙ方向には照射光３２０１の出射角を広く設定する方が、空間全体を効率的に明るくすることができる。

図３３には、ｘ方向とｙ方向で出射角が異なるレンチキュラー・レンズの構成例を示している。一般的なレンチキュールは円柱の上面に凸レンズが形成された形状をなす。これに対し、図３３に示すレンチキュール３３０１は、ｘ方向で、円柱の中心部分のみを切り出した形状をなしている。図３４には、図３３に示すレンチキュール３３０１のｘ方向並びにｙ方向の出射角をそれぞれ示している。レンチキュール３３０１は、ｘ方向には中心部分のみが切り出され、その両端が切り取られた分だけ出射角が狭くなっている。したがって、照明装置１００としては、ｘ方向には狭い範囲に光を照射することになる。一方、レンチキュール３３０１は、ｙ方向には元のレンズ形状のままなので、出射角が狭くなることはなく、ｘ方向よりも広い出射角を持つ。したがって、照明装置１００としては、ｙ方向には広い範囲に光を照射することになる。

なお、図３３に示すような、方向毎に出射角が異なるレンチキュラー・レンズにおいても、図３５に示すように各レンチキュールを正方配置する構成例と、図３６に示すように各レンチキュールをデルタ配置する構成例が挙げられる。

Ｃ．クロストークの問題について
図６〜図７を参照して説明したように、レンチキュラー・レンズ２１の出射角内では、適切に光線制御された光を観察することができる。ところが、レンチキュラー・レンズ２１の出射角の外から観察すると、隣のレンチキュールの下にある画素からの出射光が観測されるため、色がリピートするという問題がある。図８に示す例では、各レンチキュールの下方に配置された３画素はそれぞれ、左から順に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を照射している（図６と同様）。ここで、あるレンチキュール８１２からの出射光を出射角の外から観察したときには、右隣のレンチキュール８１１の下にある画素から出射した赤色の光線８０１が、レンチキュール８１２にも入射するというクロストークのために、出射角の左側で繰り返し観測される。同様に、左隣のレンチキュール８１３の下にある画素から出射した青色の光線８０３が、レンチキュール８１２にも入射するというクロストークのために、出射角の右側で繰り返し観測される。

図７には、照明装置１００を出射角内の方向から見たときに観察される色を示したが、左から順に、青色、緑色、赤色が観察される。これに対し、照明装置１００をさらに出射角の外から見たときには、図９に示すように、出射角の右側の外では青色、緑色、赤色…が繰り返し観察され、出射角の左側の外では、赤色、緑色、青色…が繰り返し観測されることになる。

出射角の外から照明装置１００を眺めたときに、観察される色がリピートすることによる問題点について、図１０並びに図１１を参照しながら説明する。照明装置１００のある領域で正面方向にのみ光を照射してスポットライトのような光源を再現したいときには、その領域内の各レンチキュールの下に配置された画素のうち真ん中だけから光を照射させればよい。ところが、隣のレンチキュールの下の画素からの照射光１１１２、１１１３が入り込むこと、すなわちクロストークにより、図１１に示すように、正面方向の光１１０１だけでなく、出射角の外にも光１１０２、１１０３が照射されると、スポットライトのような効果を得ることはできない。

図１２には、出射角の外で光が観測されないように（すなわち、リピートを防ぐように）改良されたレンチキュラー・レンズ２１の構成例を示している。１つのレンチキュールは、円柱の片方の端面に凸面（球面又は非球面）のレンズが形成されたマイクロレンズである（前述）。図１２に示す例では、各レンチキュールの円柱部分の外周には、光を透過しない（不透明若しくは遮光性の）仕切り１２０１が形成されている。隣のレンチキュールの下にある画素からの出射光は、この仕切り１２０１によって遮られ、クロストークがなくなることから、リピート、すなわち、隣のレンチキュールの下にある画素から出射した光線が出射角の外側で繰り返し観測されるという現象はなくなる。この結果、照明装置１００は、光源の位置や数、光の広がり方などのパラメーターを正確に調整することが可能となり、さまざまな光源をよりリアルに再現することができるようになる。

図１３に示す例では、各レンチキュールの下方に配置された３画素はそれぞれ、左から順に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を照射している（図８と同様）。ここで、あるレンチキュール１３１２からの出射光を出射角の外から観察したときには、右隣のレンチキュール１３１１の下にある画素から出射した赤色の光線（図中、点線で示す）８０１は仕切り１２０１Ｒで遮られるため、クロストークがなくなり、出射角の左側で繰り返し観測されることはない。同様に、左隣のレンチキュール１３１３の下にある画素から出射した青色の光線（図中、点線で示す）８０３は仕切り１２０１Ｌで遮られるため、クロストークがなくなり、出射角の右側で繰り返し観測されることはない。

図１４に示すように、照明装置１００を出射角内の方向から見たときには、左から順に、青色、緑色、赤色が観察されるが、隣のレンチキュールの下の画素から照射された光の色は仕切り１２０１で遮られるため、出射角の外側で画像が繰り返し観測されることはない。

図３８には、仕切りが形成されたレンチキュールを配置して構成されるレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示している。同図ではレンチキュールをデルタ配置した構成例を示しているが、正方配置にしても同様にクロストークを解消することができる。

また、図３９には、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズの断面構成を示している。また、図４０には、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示している。図３９並びに図４０に示すように各レンチキュールを離間して配置すると、隣のレンチキュールの側面から漏れた光が入り込みにくくなるので、クロストークを抑制することができる。同図ではレンチキュールをデルタ配置した構成例を示しているが、正方配置にしても同様にクロストークを抑制することができる。また、レンチキュールを離間して配置する場合も、各レンチキュールの側面に不透明若しくは遮光性の仕切りを形成することにより、クロストークを抑制する効果をさらに高めることができる。

クロストークの原因は、図８や図１１に示したように、隣接するレンチキュールからの侵入光に限定されない。例えば図４１に示すように、隣のレンチキュールに入射すべき画素からの光が入射することによっても、クロストークが発生する。液晶パネル１１は、液晶４１０１の両面を、（例えば、７００ミクロン程度の）厚みのあるガラス基板４１０２及び４１０３で挟んだ構造である。したがって、液晶４１０１とレンチキュラー・レンズ２１間が離間しているため、参照番号４１１０で示すように、隣のレンチキュールに入射すべき画素からの光が大きな入射角で入射し易くなり、このような隣接画素からの入射光によりクロストークが発生する。

隣接画素からの入射光によるクロストークを抑制する方法として、レンチキュラー・レンズへの入射光の入射角を制限することが挙げられる。例えば、レンチキュラー・レンズより手前に、無数のルーバーを緻密に平行配置したルーバー層を配置して、レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限して、隣接画素からの入射光を取り除くようにすることができる。

図４２には、レンチキュラー・レンズ２１の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の構成例を示している。

表面の偏光板３７２３とレンチキュラー・レンズ２１の間の任意の場所にルーバー層４２０１を配設することができるが、図示のようにレンチキュラー・レンズ２１に直近に配設すると、入射角を制限する効果が大きい。また、ルーバー層４２０１の前後に粘着剤３７２４が入る場合がある。ルーバー層を１枚挿入するとｘ又はｙ方位のいずれかの指向性を制御することができる。ルーバーの配列をクロスにして２枚のルーバー層を挿入すると、全方位の指向性を制御することができるが、透過率が下がり、照明光が暗くなる。

また、図４３には、バックライト１２の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部１０及びレンチキュラー・レンズ２１の構成例を示している。

裏面の偏光板３７２１と光源３７１１の間の任意の場所にルーバー層４３０１を配設することができるが、図示のように裏面の偏光板３７２１に直近に配設すると、入射角を制限する効果が大きい。ルーバー層を１枚挿入するとｘ又はｙ方位のいずれかの指向性を制御することができる。ルーバーの配列をクロスにして２枚のルーバー層を挿入すると、全方位の指向性を制御することができるが、透過率が下がり、照明光が暗くなる。

図１５には、クロストークの問題を解決したレンチキュラー・レンズ２１（図１２を参照のこと）を用いた照明装置１００のある領域で正面方向にのみ光を照射して、スポットライトのような光を再現する様子を示している。各レンチキュールの側面に仕切り１２０１を設けたことから、隣のレンチキュールの下の画素からの照射光が入り込むこと（図１１を参照のこと）はなくなるので、スポットライトのような効果を得ることができる。

Ｄ．照明装置の適用例
本実施形態に係る照明装置１００を、例えば部屋の天井に設置して使用することができる。また、設置場所は天井に限らず、部屋の壁面や床であってもよい。

例えば、照明装置１００を部屋の天井に設置する場合、天井の中央ではなく壁寄りに設置してもよい。壁寄りに設置する場合、使用するレンチキュラー・レンズの形状を変更することによって、部屋の内側を照射するようにしたり（図２８を参照のこと）、逆に壁を照らして間接照明にしたりするように（図３１を参照のこと）、構成することができる。

また、照明装置１００を細長い廊下のような空間で利用する場合には、使用するレンチキュラー・レンズの形状を変更することによって（図３３を参照のこと）、壁間の距離が短いｘ方向には出射角を狭く、壁間の距離が長いｙ方向には出射角、を広く設定して、空間全体を効率的に明るくするようにすることができる（図３２を参照のこと）。

また、本実施形態に係る照明装置１００を、部屋の天井に設置して、図１６〜図１８に示すように、光の色を変化させることができる。

また、本実施形態に係る照明装置１００を、部屋の天井に設置して、図１９に示すように、１台のスポットライトの光を再現することができる。さらに、図２０に示すように、複数台のスポットライトの光を再現することもできる。

また、本実施形態に係る照明装置１００を、部屋の天井に設置して、図２１に示すように、シャンデリアのような装飾的な照明器具の光を再現することもできる。

また、本実施形態に係る照明装置１００を、部屋の天井に設置して、図２２に示すような木洩れ日や、図２３に示すような、雲の切れ間から洩れる薄明光線といった自然光を再現することができる。

このように、本実施形態に係る照明装置１００によれば、光源部１０とレンチキュラー・レンズ２１の組み合わせによって、光源の位置や数、光の広がり方などその他のさまざまなパラメーターを調整することが可能であり（前述）、現実の光源（太陽光を始めとする自然光など）と、架空の光源（スポットライト、シャンデリアなど）を含む、広範囲の光源をよりリアルに再現することができる。当業界では、さまざまな光源を高度に再現する技術のことを、インテグラル・イメージング、プログラマブル・ライティング、インテグラル・イルミネーションとも呼ぶ。

照明装置１００が、さまざまな光源を再現するための処理手順について説明しておく。

照明装置１００において再現したい光源に関する情報が、ＵＩ部４０を通じて入力される。

発光制御部３２は、その所望する光源を形成するための、レンチキュラー・レンズ２１の各レンチキュールから出射する光の方向と、色合い及び強度を、光線追跡などの手法に基づいて計算する。

そして、発光制御部３２は、各レンチキュールから出射する光の方向と、色合い及び強度を実現するための、レンチキュールの下の液晶パネル１１の制御信号を計算し、この制御信号に基づいて液晶パネル１１の駆動を制御する。

Ｅ．照明装置の変形例
図２などでは、液晶パネル１１とバックライト１２の組み合わせからなる光源部１０を用いた照明装置１００の構成例や適用例について示してきた。変形例として、バックライト１２に代えて、太陽光などの自然光を光源に利用して、液晶パネル１１とレンチキュラー・レンズなどの光線制御部２０によって室内に取り込まれる自然光の色合いや強度、配光を制御することが考えられる。

図４４には、自然光を光源に利用した照明装置１００（の光線制御部２０及び光源部１０）を、天窓のように屋内に設置している様子を示している。図４４では照明装置１００を簡素化して描いているが、室内を向く面に光線制御部２０が配置され、その外側に液晶パネル１１が配置されているものとする。

通常は、太陽光や月光などの自然光、街灯などの人工光を含む外光が、天窓を介して室内を照射する。これに対し、図４４に示した照明装置１００の場合、液晶パネル１１によるシャッター動作により、室内を照射する外光の色合いや強度を制御することができ、光線制御部２０によって配光を制御することができる。例えば、光線制御部２０を液晶レンズで構成することにより、配光を電気的、動的に切り替えることができる。但し、図４４では、光線制御部２０にて配光を変えず、太陽光をそのまま室内に取り込んでいる状態を示している。

例えば、夏の暑い日などには、図４５に示すように、太陽光が床面を照射せず壁や天井を照射するように配光を切り替えて、間接照明として利用するようにしてもよい。逆に日の入らない冬場などには、図４６に示すように、太陽光が床面を直接照射するように配光を切り替えて、部屋が暖かくなるようにすることができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書で開示する技術を適用した照明装置は、例えば部屋の天井や壁面、床などに設置して使用することができる。本明細書で開示する技術を適用した照明装置は、単純に色合いや強度を調整できるだけでなく光線制御を行なうもでき、スポットライトやシャンデリアといった照明器具の人工光や、木洩れ日や薄明光線といった自然光など、さまざまな光源をリアルに再現することができる。

要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）色合いと強度を調整可能な光源の２次元配列からなる光源部と、
前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部と、
を具備する照明装置。
（２）前記光線制御部は、レンチキュール１つにつき複数の前記色合いと強度を調整可能な光源が対応するように配置したレンチキュラー・レンズからなる、
上記（１）に記載の照明装置。
（３）前記レンチキュラー・レンズは、正面方向から傾いた照射方向を持つ、
請求項２に記載の照明装置。
（３−１）前記レンチキュラー・レンズは、所定の方向に傾いたレンチキュールからなる、
上記（３）に記載の照明装置。
（３−２）前記レンチキュラー・レンズは、中心からずれたレンズを持つレンチキュールからなる、
上記（３）に記載の照明装置。
（４）前記レンチキュラー・レンズは、方向毎に異なる出射角を持つ、
請求項２に記載の照明装置。
（４−１）前記レンチキュラー・レンズは、一方向で中心部分のみが切り取られたレンチキュールからなる、
上記（４）に記載の照明装置。
（５）前記光源部は、液晶パネルと、前記液晶パネルを背面から照射する光源からなる、
上記（２）に記載の照明装置。
（６）前記光源部は、前記レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限するルーバーをさらに備える、
上記（５）に記載の照明装置。
（６−１）前記ルーバーは、前記レンチキュラー・レンズの近くに設置される、
上記（６）に記載の照明装置。
（６−２）前記ルーバーは、前記液晶パネルの裏面近くに設置される、
上記（６）に記載の照明装置。
（７）前記光源部は、発光ダイオード素子からなる、
上記（１）に記載の照明装置。
（８）前記光源部は、有機ＥＬ素子からなる、
上記（１）に記載の照明装置。
（９）前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、側面に不透明部を備える、
上記（２）に記載の照明装置。
（１０）前記不透明部は、隣接するレンチキュールに対応する前記色合いと強度を調整可能な光源からの光を遮る、
上記（９）に記載の照明装置。
（１１）前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、離間して配置される、
上記（１）に記載の照明装置。
（１２）前記光源部の駆動を制御する制御部をさらに備える、
上記（１）に記載の照明装置。
（１３）それぞれ側面に不透明部が形成されたレンチキュールを具備するレンチキュラー・レンズ。

１００…照明装置
１０…光源部、１１…液晶パネル、１２…バックライト
２０…光線制御部、２１…レンチキュラー・レンズ
３０…制御部、３１…命令受付部、３２…発光制御部
４０…ユーザー・インターフェース部
３７１１…光源、３７１２…拡散板、３７１３…プリズム・レンズ
３７１４…反射型偏光フィルム、３７２１…偏光板（裏面側）
３７２２…液晶、３７２３…偏光板（表面側）、３７２４…粘着剤
４２０１、４３０１…ルーバー層

Claims (12)

1. 所定の色配列を１画素とし、色合いと光強度を調整可能な画素の２次元配列からなる光源部と、
   円柱の片方の端面に凸面のレンズが形成されたレンチキュールを２次元配置したレンチキュラー・レンズからなり、レンチキュール１つにつき複数の画素が置かれ、前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部と、
   を具備する照明装置。
2. 前記レンチキュラー・レンズは、正面方向から傾いた照射方向を持つ、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記レンチキュラー・レンズは、方向毎に異なる出射角を持つ、
   請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源部は、液晶パネルと、前記液晶パネルを背面から照射する光源からなる、
   請求項１に記載の照明装置。
5. 前記光源部は、前記レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限するルーバーをさらに備える、
   請求項４に記載の照明装置。
6. 前記光源部は、発光ダイオード素子からなる、
   請求項１に記載の照明装置。
7. 前記光源部は、有機ＥＬ素子からなる、
   請求項１に記載の照明装置。
8. 前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、側面に不透明部を備える、
   請求項１に記載の照明装置。
9. 前記不透明部は、隣接するレンチキュールに対応する前記色合いと強度を調整可能な光源からの光を遮る、
   請求項８に記載の照明装置。
10. 前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、離間して配置される、
    請求項１に記載の照明装置。
11. 前記光源部の駆動を制御する制御部をさらに備える、
    請求項１に記載の照明装置。
12. 所定の色配列を１画素とし、色合いと光強度を調整可能な画素の２次元配列からなる光源部における各画素の光源の色合いと強度を調整するステップと、
    円柱の片方の端面に凸面のレンズが形成されたレンチキュールを２次元配置したレンチキュラー・レンズからなり、レンチキュール１つにつき複数の画素が置かれ、前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部における各レンチキュールからの前記光源の照射方向を制御するステップと、
    を有する照明方法。