JP7246516B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
《1-1》実施の形態1の構成
〈照明装置100〉
図1は、実施の形態1に係る照明装置100の内部の構造を概略的に示す側面図である。図1に示されるように、照明装置100は、光源部10と、第1の光学部20と、第2の光学部30と、駆動部60とを備えている。さらに、照明装置100は、第3の光学部40を備えていてもよい。
なお、支持部材25は、例えば、第1の光学部20を、光軸Cpとは別の軸に沿って並進移動可能に支持することも可能である。支持部材25は、第1の光学部20を、前記光源部から前記第1の光学部までの距離を増加させる第1の方向及び光源部10から第1の光学部20までの距離を減少させる第2の方向に移動可能に支持できればよく、この移動は並進移動に限定されない。
ここで、第1の方向(本例の+Z軸方向)は、光源部10から第1の光学部20までの距離を増加させる方向であり、第2の方向(本例の-Z軸方向)は、前記距離を減少させる方向である。第1の光学部20は、複数のレンズ素子の組み合わせによって構成されてもよい。また、第1の光学部20が配光可変部材である場合において、第1の光学部20は、配光可変レンズに代えて、反射ミラーによって構成されてもよい。以下、第1の光学部20から出射される光を、光L2と表現する場合がある(後述の図6及び図12に示される光L2等参照)。
ここで、第3の方向(本例の+RZ軸方向)及び第4の方向(本例の-RZ方向)は、光軸Cpと平行な軸を回転中心として回転する方向である。なお、以上では、第2の光学部30が光軸C3を中心に回転可能に支持されている場合を説明したが、第2の光学部30は、光軸C3に交差する方向又は光軸C3に平行な方向に移動可能に支持されてもよい。例えば、第2の光学部30は、光軸C3を中心とする回転方向、光軸C3に交差する方向、及び光軸C3に平行な方向のうちの1つ以上の方向に移動可能に支持されてもよい。
保持部12は、例えば、照明装置100が備える各光学部またはそれらを支持する支持部を、固定してまたは移動可能に保持する。なお、本例において、保持部12はベース部材11に対して固定されている。例えば、保持部12は、第1の光学部20を支持する支持部材25を、第1の方向及び第1の方向とは逆の第2の方向に並進移動可能に保持する。また、保持部12は、第2の光学部30を支持する支持部としての歯車66を、第3の方向及び第3の方向とは逆の第4の方向に回転可能に保持する。また、保持部12は、第3の光学部40を固定して保持する。例えば、保持部12は、光源部10、第1の光学部20、第2の光学部30及び第3の光学部40の光軸が一致するように、これらの光学要素を保持する。
また、トグル機構70は、後述の図15に示されるように、-Z軸方向に移動している第1の光学部20が予め定められた第2の基準位置を-Z軸方向(進行方向)側に超えたときに、第1の光学部20を-Z軸方向に移動させる力を支持部材25に付与する。ここで、第2の基準位置は、固定部12cとピン73と支軸72とが直線上に並ぶ位置である。
光源部10は、第1の光である光L1を発する。二酸化炭素(CO2)の排出の抑制及び燃料の消費の抑制といった環境への負荷を軽減する観点から、光源部10は、発光効率の高い半導体光源であることが望ましい。半導体光源は、例えば、発光ダイオード(LED)又はレーザーダイオード(LD)などである。光源部10は、ハロゲンバルブなどを有するランプ光源であってもよい。また、光源部10は、固体光源であってもよい。固体光源は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)又は蛍光体に励起光を照射して蛍光体を発光させる光源などを含む。半導体光源は、固体光源の一種である。
第1の光学部20は、例えば、配光可変部材としての配光可変レンズ21である。また、本実施の形態において第1の光学部20は、支持部材25により支持される。支持部材25は、例えば、駆動部60の一部として構成されてもよい。なお、第1の光学部20が、配光可変部材としての配光可変レンズ21と、支持部材25とを有していてもよい。配光可変レンズ21は、光源部10から出射した光L1を成形する。配光可変レンズ21は、例えば、集光レンズである。光源部10が大きな発散角を有するLED光源を有する場合には、配光可変レンズ21を用いることで、効率良く光を集光することができる。配光可変レンズ21は、配光可変レンズ21に入射された光を光軸Cp(ここでは、光軸C2)の方向であって光源部10からの光の進む方向(本例では、+Z軸方向)に出射する。
図3は、第2の光学部30と、それを回転可能に支持する支持部材としての歯車66を含む歯車群とを概略的に示す図である。第2の光学部30は、画像光を形成する画像光形成領域31を含む光学素子(以下、画像光形成部と呼ぶ場合がある)であってもよい。画像光形成領域31は、配光可変レンズ21から出射した光L2が入射すると、入射した光L2から画像情報を有する画像光(L31)を形成する。第2の光学部30は、例えば、中心領域に配置される画像光形成領域31と、その周辺の領域である周辺領域に配置される透光領域32とを有する光学素子であってもよい。
光L2は、画像光形成領域31を通過すると画像光L3に変換される。なお、透光領域32は光を透過できればよく、例えば空気層でもよい。光L3は、画像光形成領域31を通過した画像光(L31)と、透光領域32を通過した光(L32)とを含みうる。なお、光L3は、画像光形成領域31を通過した画像光(L31)のみであってもよいし、透光領域32を通過した光(L32)のみであってもよいし、画像光形成領域31を通過した画像光(L31)と透光領域32を通過した光(L32)とを含む光であってもよい。
光軸C3は、第2の光学部30の光軸である。また、光軸C3は、照明装置100における照明光学系の光軸Cpの一部をなす光軸でもある。光軸Cpと光軸C3とは、少なくとも光源部10からの光が第2の光学部30から出射されて他の光学部材に入射するまでの間、一致する。実施の形態1において、光軸C3は、光軸C1及びC2と一致する。ただし、光軸C3は、光軸C1及びC2からずれていてもよい。すなわち、第3の光学部40の光軸と他の光学部材との光軸とは、同一の軸であってもよいし、異なる軸であっていてもよい。
透光領域32は、例えば、光透過性部材により構成されてもよい。なお、透光領域32は、例えば、光を透過するように構成された遮光板の一部、または画像信号に基づいて画像光を形成する光学部材の一部であって少なくとも照明機能時において画像信号に基づき光を透過するように制御される光学部材により構成されてもよい。この場合、画像光形成領域31と透光領域32とで物理的な区別がなくてもよい。
図4は、第3の光学部40としての光学部材を概略的に示す図である。第3の光学部40は、第2の光学部30から出射される光L3から照明光L4を形成する。照明光L4は、照明装置100の前方、すなわち、+Z軸方向に照射される。第3の光学部40は、例えば、投射レンズである。第3の光学部40は、例えば、保持部12の+Z軸方向の端部に取り付けられている。
駆動部60は、駆動源としてのモータ61で発生した回転駆動力を、第1の光学部20(またはその支持部材25)を光軸C2方向に沿って2方向(光の進行方向とその逆方向)に並進移動させる力に変換する第1の機構である送りねじ62及びスライドナット63を有している。また、駆動部60は、モータ61で発生した回転駆動力を、第2の光学部30を、光軸C3を回転軸に2方向(+R方向と-R方向)に回転させる力に変換する第2の機構である送りねじ62と歯車64から66とを有している。歯車64は、歯車65を介して画像光形成部30に備えられた歯車66と駆動力を伝達可能に連結された歯車列を構成している。ただし、歯車の数及び配置は、図示の例に限定されない。モータ61を駆動することで、送りねじ62が回転し、スライドナット63は移動し、歯車64は回転する。送りねじ62が回転することで、スライドナット63は光軸C2と平行な方向に移動し、かつ、歯車66は、歯車64及び歯車65を介して光軸C3と平行な回転軸まわりに回転する。
図5は、照明装置100の制御系の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。図5に示されるように、照明装置100は、例えば、光源部10と、光源部10を駆動する光源駆動部91と、モータ61と、モータ61を駆動するモータ駆動部92と、画像光形成部(第2の光学部)30と、画像光形成部30を駆動する表示制御部93と、装置全体を制御する制御部94とを有していてもよい。例えば、光源駆動部91は光源駆動回路であり、モータ駆動部92はモータ駆動回路であり、表示制御部93は表示制御回路であり、制御部94は制御回路である。光源駆動部91、モータ駆動部92、表示制御部93、及び制御部94の全体又は一部は、プログラムを記憶するメモリと、プログラムを実行するプロセッサとによって実現されてもよい。なお、画像光形成部30の画像光形成領域31が、マスク領域が固定されたマスクパターン部材により形成される場合、画像光形成部30及び表示制御部93を制御系から除外してもよい。
図6は、照明装置100において、第1の光学部20が第1の位置にあるときの主要な光線を示す図である。第1の光学部20が第1の位置にあるとき、第1の光学部20から出射した光L2は、主に、第2の光学部30の透光領域32を通過する。透光領域32を通過した光(すなわち、L32)は、主に、第3の光学部40の光学面40bから入射し、光学面40cで反射して光学面40eから照明光L4として出射する。第1の光学部20が第1の位置にあるとき、第1の光学部20から出射した光の大部分は、画像光形成部30の周辺領域に配置され、シンボル等が描かれていない透光領域32を通過するので、照明装置100は、通常の照明機器と同様の照明光を出射する。
また、上記の例では、第2の光学部30の中心に画像光形成領域31を配置して、その周辺に透光領域32を配置したが、例えば、第2の光学部30の中心に透光領域32を配置して、その周辺に画像光形成領域31を配置することも可能である。
以上に説明したように、実施の形態1に係る照明装置100によれば、1台のモータ61の回転駆動力を用いて、異なる機能を切り替え可能にかつ高機能に備えることができる。より具体的には、一般的な照明機器としての機能と、サイネージ照明機器としての機能とを切り替え可能に、かつサイネージ照明機器として動作するときに投影する画像の向きを自由に設定できるなど高機能に備える照明装置100を提供することができる。なお、上記では、高機能の一例として、画像の向きを自由に設定できる点を挙げたが、高機能の他の例として、切り替え動作を迅速に行うことができる点や、一般的な照明機器として動作するときに照明光の配光パターンを変更できる点なども挙げられる。
《2-1》実施の形態2の構成
図17から図19は、実施の形態2に係る照明装置200の内部の構造を概略的に示す側面図である。図17は、第1の光学部20a(本例では、配光可変レンズ22)が第1の位置にあるときの状態を示す。図18は、第1の光学部20aが第2の位置にあるときの状態を示す。図19は、第1の光学部20aを第2の位置に置きながら第2の光学部30を回転させる第2の動作を示す。
第1の光学部20aは、配光可変部材としての配光可変レンズ22であってもよい。また、第1の光学部20aは、実施の形態1と同様、配光可変部材としての配光可変レンズ22と、配光可変レンズ22を、光学系の光軸Cp方向(ここでは、第1の光学部20aの光軸C2方向)に直線移動可能に支持する支持部材26とを有する光学ユニットであってもよい。
また、第3の光学部43は、例えば、光学面41a、41b、41cと、透光性を有する支持部41dとを有する。光学面41aは、光入射面である。例えば、第2の光学部30の画像光形成領域31から出射した光L31は、光学面41aに入射する。光学面41bは、光出射面である。光学面41cは、リフレクタ部42の反射面である。支持部41dは、光学面41aと41bとを備えたレンズ部41をリフレクタ部42に支持する。なお、第3の光学部43の構造は、図示された構造に限定されない。
モータ61を駆動することで送りねじ62が回転すると、スライドナット63と歯車64とが同時に駆動する。送りねじ62が回転することでスライドナット63は、光軸Cp(より具体的には、第1の光学部20aの光軸C2)と平行な方向に移動し、かつ、歯車64、歯車65及び歯車66を介して第2の光学部30が、光軸Cp(より具体的には、第2の光学部30の光軸C3)周りに回転する。
以上に説明したように、実施の形態2に係る照明装置200によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。すなわち、1台のモータ61の回転駆動力を用いて、異なる機能を切り替え可能にかつ高機能に備えることができる。より具体的には、一般的な照明機器としての機能と、サイネージ照明機器としての機能とを切り替え可能に、かつサイネージ照明機器として動作するときに投影する画像の向きを自由に設定できるなど高機能に備える照明装置200を提供することができる。なお、上記では、高機能の一例として、画像の向きを自由に設定できる点を挙げたが、高機能の他の例として、切り替え動作を迅速に行うことができる点や、一般的な照明機器として動作するときに照明光の配光パターンを変更できる点なども挙げられる。
図20は、実施の形態3に係る照明装置300の内部の構造を概略的に示す側面図である。図20において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図1に示される符号と同じ符号が付される。なお、図20では、第1の光学部20及び第3の光学部40を簡略化して示しているが、これらの機能は図1に示される構成要素と同様である。
実施の形態1から3における駆動部60,60aの構造は、種々の変更が可能である。例えば、駆動部60,60aは、ベルトプーリーを用いた機構、摩擦歯車を用いた機構、ラック・ピニオンを用いた機構、などによって構成することが可能である。
以上の各実施の形態を基にして、以下に発明の内容を付記として記載する。
光(L1)を発する光源部(10)と、
前記光(L1)を入射して、入射した前記光(L1)の発散角を変更する第1の光学部(20)と、
発散角が変更された前記光(L2)を入射して、画像情報を有する画像光を含む光(L31)を出射する画像光形成領域(31)を含む第2の光学部(30)と、
前記第1の光学部(20)及び前記第2の光学部(30)を移動させる駆動部(60、60a)と、
前記第1の光学部(20)を、第1の方向(+Z)及び前記第1の方向の逆方向である第2の方向(-Z)に移動可能に支持する第1の支持部材(25)と、
前記第2の光学部(30)を、第3の方向(+RZ)及び前記第3の方向の逆方向である第4の方向(-RZ)に移動可能に支持する第2の支持部材(66)と、を備え、
前記駆動部(60、60a)は、
駆動源(61)で発生した回転駆動力を、前記第1の光学部(20)を前記第1の方向(+Z)及び前記第2の方向(-Z)に移動させる力に変換する第1の機構(62、63)と、
前記回転駆動力を、前記第2の光学部(30)を前記第3の方向(+RZ)及び前記第4の方向(-RZ)に移動させる力に変換する第2の機構(62、64、65)と、を有する
照明装置(100、300)。
〈付記2〉
前記第1の機構は、前記第1の光学部(20)に前記第1の方向(+Z)の力及び前記第2の方向(-Z)の力を付与する送りねじ機構(62、63)を有する付記1に記載の照明装置(100、300)。
〈付記3〉
前記第1の方向(+Z)に移動している前記第1の光学部(20)が予め定められた第1の基準位置を超えたときに、前記第1の光学部(20)を前記第1の方向(+Z)に移動させる力を付与し、前記第2の方向(-Z)に移動している前記第1の光学部(20)が予め定められた第2の基準位置を超えたときに、前記第1の光学部(20)を前記第2の方向(-Z)に移動させる力を付与するトグル機構(70)を更に備える付記1又は2に記載の照明装置(100、300)。
光(L1)を発する光源部(10)と、
前記光(L1)を入射して、入射した前記光(L1)の発散角を変更する第1の光学部(20a)と、
発散角が変更された前記光(L2)を入射して、画像情報を有する画像光を含む光(L31)を出射する画像光形成領域(31)を含む第2の光学部(30)と、
前記第1の光学部(20a)及び前記第2の光学部(30)を移動させる駆動部(60)と、
前記第1の光学部(20a)を、第1の方向(+Z)及び前記第1の方向の逆方向である第2の方向(-Z)に移動可能に支持する第1の支持部材(26)と、
前記第2の光学部(30)を、第3の方向(+RZ)及び前記第3の方向の逆方向である第4の方向(-RZ)に移動可能に支持する第2の支持部材(66)と、
前記第1の光学部(20a)に前記第1の方向(+Z)の力を付与する弾性部材(80)と、を備え、
前記駆動部(60)は、
駆動源(61)で発生した回転駆動力を、前記第1の光学部(20a)を前記第2の方向(-Z)に移動させる力に変換する第1の機構(62、63)と、
前記回転駆動力を、前記第2の光学部(30)を前記第3の方向(+RZ)及び前記第4の方向(-RZ)に移動させる力に変換する第2の機構(62、64~66)と、を有する
照明装置(200)。
〈付記5〉
前記第1の機構は、前記第1の光学部(20a)に前記第2の方向(-Z)の力を付与する送りねじ機構(62、63)を有する付記4に記載の照明装置(200)。
光(L1)を発する光源部(10)と、
前記光(L1)を入射して、入射した前記光(L1)の発散角を変更する第1の光学部(20、20a)と、
発散角が変更された前記光(L2)を入射して、画像情報を有する画像光を含む光(L31)を出射する画像光形成領域(31)を含む第2の光学部(30)と、
前記第2の光学部(30)から出射される光(L3)から予め定められた配光パターンを有する照明光を形成して出射する第3の光学部(40、43)と
前記第1の光学部(20、20a)及び前記第2の光学部(30)を移動させる駆動部(60、60a)と、を備え、
前記第3の光学部(43)は、
前記第2の光学部(30)から出射された光(L3)が入射するレンズ部(41)と、
前記レンズ部(41)の外側に配置され、前記第2の光学部(30)から出射された光(L3)を反射するリフレクタ部(42)と、を有し、
前記レンズ部(41)は、
前記第2の光学部(30)から出射された光(L3)を集光する集光部と、
前記集光部を支持する透光性の支持部と、を有する
照明装置。
〈付記7〉
前記リフレクタ部(42)は、凹面鏡である付記6に記載の照明装置。
Claims (18)
- 光を発する光源部と、
前記光を入射して、入射した前記光の発散角を変更する第1の光学部と、
発散角が変更された前記光を入射して、画像情報を有する画像光を含む光を出射する画像光形成領域を含む第2の光学部と、
前記第1の光学部及び前記第2の光学部を移動させる駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、前記移動として、前記第1の光学部を、前記第1の光学部の光軸方向に沿って並進移動させる第1の動作と、前記第1の光学部を移動させずに前記第2の光学部を回転させる第2の動作とを実行する
照明装置。 - 光を発する光源部と、
前記光を入射して、入射した前記光の発散角を変更する第1の光学部と、
発散角が変更された前記光を入射して、画像情報を有する画像光を含む光を出射する画像光形成領域を含む第2の光学部と、
前記第1の光学部及び前記第2の光学部を移動させる駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、前記移動として、前記第1の光学部を所定の方向に並進移動させる第1の動作と、前記第1の光学部を移動させずに前記第2の光学部を回転させる第2の動作とを実行する
照明装置。 - 画像光を含む光を予め定められた被投射面に投影する投影機能と、画像光を含まない光を被照射面に向けて照射する照明機能とを切替可能な照明装置であり、
前記駆動部は、前記照明機能時に前記第1の動作により、前記投影機能と前記照明機能とを切り替える
請求項1又は2に記載の照明装置。 - 画像光を含む光を予め定められた被投射面に投影する投影機能と、画像光を含まない光を被照射面に向けて照射する照明機能とを切替可能な照明装置であり、
前記駆動部は、前記照明機能時に前記第1の動作により、前記投影機能と前記照明機能とを切り替え、
前記駆動部は、前記第2の動作により、前記投影機能時に投影される前記画像光が有する前記画像情報の向きを変更する
請求項1又は2に記載の照明装置。 - 前記第1の光学部を、第1の方向及び前記第1の方向の逆方向である第2の方向に移動可能に支持する第1の支持部材と、
前記第2の光学部を、第3の方向及び前記第3の方向の逆方向である第4の方向に移動可能に支持する第2の支持部材と、
を更に備える請求項1、2、4のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記第1の方向は、前記光源部から前記第1の光学部までの距離を増加させる方向であり、
前記第2の方向は、前記光源部から前記第1の光学部までの距離を減少させる方向であり、
前記第3の方向は、前記光源部から前記第2の光学部までの距離を変化させずに、前記第2の光学部を所定の方向に回転させる方向であり、
前記第4の方向は、前記光源部から前記第2の光学部までの距離を変化させずに、前記第2の光学部を前記所定の方向とは逆方向に回転させる方向である
請求項5に記載の照明装置。 - 前記第1の方向及び前記第2の方向は、前記第1の光学部の光軸と平行な方向であり、
前記第3の方向及び前記第4の方向は、前記第2の光学部の光軸と平行な軸を回転軸とする回転方向である
請求項5又は6に記載の照明装置。 - 前記第2の支持部材は、前記第2の光学部を支持しつつ、前記第3の方向及び前記第4の方向に移動する力を前記第2の光学部に付与する歯車である請求項5から7のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記駆動部は、
駆動源で発生した回転駆動力を、前記第1の光学部を並進移動させる力に変換して前記第1の支持部材に伝達するとともに、前記回転駆動力を、前記第2の光学部を回転させる力に変換して前記第2の支持部材に伝達する駆動機構を有する請求項5から8のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記駆動機構は、送りねじ機構を有し、
前記送りねじ機構により、少なくとも前記第1の方向及び前記第2の方向のいずれか一方向に対する並進力が前記第1の支持部材に伝達される
請求項9に記載の照明装置。 - 前記駆動機構は、歯車を有し、
前記歯車によって、少なくとも前記第3の方向及び前記第4の方向のいずれか一方向に対する回転力が前記第2の支持部材に伝達される
請求項9又は10に記載の照明装置。 - 前記歯車には、傘歯歯車が含まれる請求項11に記載の照明装置。
- 前記駆動源は、1台のモータである請求項9から12のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1の方向に移動している前記第1の光学部が予め定められた第1の基準位置を超えたときに、前記第1の光学部を前記第1の方向に移動させる力を付与し、前記第2の方向に移動している前記第1の光学部が予め定められた第2の基準位置を超えたときに、前記第1の光学部を前記第2の方向に移動させる力を付与するトグル機構を更に備える請求項5から13のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1の光学部に前記第1の方向又は前記第2の方向への並進力を付与する弾性部材を更に備える請求項5から13のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記画像光形成領域は、前記第2の動作に伴い、複数の種類の画像のいずれかの画像を示す画像情報を有する画像光を形成する請求項1、2、4から15のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記画像光形成領域は、複数の画像を含む遮光部材により構成される請求項1、2、4から16のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記画像光形成領域は、画像信号に基づいて画像光を形成する光学部材により構成される請求項1、2、4から16のいずれか1項に記載の照明装置。
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