JPH05210077A

JPH05210077A - 照明装置

Info

Publication number: JPH05210077A
Application number: JP4015475A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fujikake; 英夫藤掛; Kuniharu Takizawa; 國治滝沢; Hiroshi Tachikawa; 央立川; Osamu Kobayashi; 修小林; Kimiaki Tanaka; 君明田中
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1993-08-20
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JP3029725B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スペクトル分布を変えずに調光する。【構成】光源２と、調光用電源５からの印加電圧の変
化に応答して光源２からの光１２の散乱光１４の量が変
化する液晶調光板４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は調光機能を持つ照明装置
に係り、スペクトル分布を変えずに輝度を広範囲に、か
つ連続的に調節することが必要なテレビ撮影用照明、映
画撮影用照明、写真撮影用照明、演出用照明、および展
示用照明などに適用可能な照明装置に関する。

【０００２】

【発明の概要】この発明は、調光機能を持つ照明装置に
関するもので、光源の前面に印加電圧で光散乱状態が変
化する液晶調光板を配置することにより、スペクトル分
布を変えずに、輝度を広範囲に連続的かつ高速に制御で
きるようにしたものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、輝度の制御が可能な照明装置とし
ては以下に示す装置がある。

【０００４】（１）図８に示すように、光源２として白
熱電球または放電灯などを使用し、光源２に印加する光
源用電源３の実効電圧を変えることにより、光源２から
放射し反射鏡１で反射した直進光１３および光源２から
放射した直進光１３の強度を変え輝度を制御する照明装
置（６はリード線）。

【０００５】（２）図９に示すように、光源２の前面
で、光吸収率の異なる複数の光減衰板２０を切り替える
ことにより、光減衰板２０を透過した直進光１３の強度
を変え輝度を制御する照明装置（１２は光減衰板２０へ
の入射光）。

【０００６】（３）図１０に示すように、光源２の前面
にすだれ状（ブラインド状）の遮光板２１を配置して、
遮光板２１の角度を変えて開口率を変化させることによ
り、輝度を制御する照明装置。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の照明装
置（１），（２）および（３）には、以下に記述する欠
点があった。

【０００８】（１）の照明装置では、光源に白熱電球を
用いた場合、供給電圧を下げて輝度を低くすると、可
視光のスペクトルが長波長側にシフトし、色温度が低下
するため、物体色が変化し（演色性の劣化）、さらに、
輝度の変化に要する速度（応答速度）が遅いなどの問
題がある。また、光源にキセノンランプなどの放電灯を
用いた場合、制御可能な電圧が放電維持に必要な点灯
電圧以上に制限されるため、輝度の変化量が少なく、ま
た、最適な放電維持電圧と異なる供給電圧で放電灯を
駆動するため、放電灯の寿命が短くなり、さらに、一
旦、消灯した場合、再点灯までに時間を要するなどの問
題がある。さらにまた、これらの（１）の照明装置の
調光装置では、いずれもＳＣＲ等の電子回路が用いられ
るため、高輝度光源を制御する場合、調光装置の大型
化、重量化および発熱量の増大が避けられない。

【０００９】（２）の照明装置では、光減衰板２０の光
吸収により輝度を調整するため、光減衰板２０が加熱
し劣化しやすく、そのため、強力な光源を使用でき
ず、高い輝度を実現できないし、さらに、連続的かつ
高速に調光することが困難、すなわち階調性や高速応答
性の欠如などの問題がある。

【００１０】（３）の照明装置では、機械的に遮光板
２１を動かすため、高速に調光することが困難、遮光
板２１の影ができ、照射部位の光強度が不均一になりや
すいなどの問題がある。

【００１１】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、スペクト
ル分布を変えずに、輝度を広範囲に連続的にかつ高速に
制御し、高輝度で耐久性に優れ、かつ可動性に優れた小
型照明装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は少なくとも光源と、印加電圧の変化に応答して
前記光源からの光の散乱量が変化する液晶調光板とを有
することを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明では、波長依存性が少ない液晶調光板の
光散乱現象を利用しているため、調光時にスペクトル成
分の変化が少ない（従来の（１）の装置のの問題を解
決）。本発明では、光源が最適な電圧で駆動できるた
め、光源の寿命が長い（従来の（１）の装置のの問題
を解決）。液晶調光板は光を吸収しないため加熱しにく
く、耐光性、耐久性に優れる（従来の（２）の装置の
の問題を解決）。また、強力な光源を使用でき、高い輝
度を得ることができる（従来の（２）の装置のの問題
を解決）。液晶調光板の光透過率は印加電圧により連続
的に調節可能であり、輝度の階調性が得られる（従来の
（２）の装置のの問題を解決）。さらに、液晶調光板
の透過率の制御範囲が大きいため、輝度を大幅に制御す
ることができる（従来の（１）の装置のの問題を解
決）。また、液晶調光板の応答時間は液晶の配列変化を
利用しているため、１〜３０ミリ秒と高速である（従来
の（１）の装置の、（２）の装置のおよび（３）の
装置のの問題を解決）。本発明においては、輝度は液
晶調光板で制御されるため、軽量小型の光源用電源を使
用できる（従来の（１）の装置のの問題を解決）。本
発明では、減光する場合、光源は点灯状態のままで、液
晶調光板の光透過率を下げればよいため、輝度を復帰さ
せるのに待ち時間を必要としない（従来の（１）の装置
のの問題を解決）。液晶調光板は均一に作製されるた
め、一様性の高い照度分布が得られる（従来の（３）の
装置のの問題を解決）。また、液晶調光板は薄型・軽
量でその形状を自由に変えられるため、光源，液晶調光
板，レンズおよび光学絞りなどを一つの筒体に組み込
み、可動性に富んだ照明装置を構成することができる。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００１５】実施例の構成本発明による照明装置の模式的構成を示す図１を参照す
ると、本発明の実施例は、光を前方に反射する反射鏡１
の付いた光源２、光源２を点灯するための光源用電源
３、光散乱量により光透過率が変化する液晶調光板４、
液晶調光板４を制御するための調光用電源５を含む。光
源２は光源用電源３にリード線６を介して接続されてい
る。液晶調光板４は、透明な合成樹脂７に液晶８の小滴
が分散した液晶・樹脂複合体９を、各透明基板１０Ａ，
１０Ｂに付着した２つの透明電極１１Ａ、１１Ｂ間に挟
んだ構造を持ち、その２つの透明電極１１Ａ，１１Ｂは
リード線６１を介して調光用交流電源５に接続される。
この場合、複数の液晶調光板４を重ねて使用することも
可能である。光源２から放射されて、液晶調光板４の一
方の透明基板１０Ａに到達する入射光１２は、液晶調光
板４により、直進光１３と散乱光１４になる。必要に応
じて、光が出射方向以外に漏れることを防止するため
に、光源２と液晶調光板４は、筒体１５により一体化さ
れ、コンパクトな灯体を構成する。

【００１６】光源２には、タングステンランプ、ハロゲ
ンランプなどの白熱電球、およびキセノンランプ、メタ
ルハライドランプ、水銀灯、ナトリウムランプ、蛍光灯
などの放電灯が使用可能である。ただし、紫外線は液晶
・樹脂複合体９を劣化させ、赤外線は調光板４を加熱す
るおそれがあるため、紫外線および赤外線放射が抑圧さ
れた構造の光源２を用いることが望ましい。しかし、そ
れらを多量に放射する光源２でも、紫外線や赤外線を反
射する誘電体多層膜１６が付着された透明基板１０Ｃを
光源２と液晶調光板４の間に配置することで、紫外線や
赤外線を除去することも可能である。

【００１７】なお、紫外線や赤外線を除去する構成とし
ては、図５に示すように紫外線や赤外線を透過する誘電
体多層膜６０が付着された透明基板１０Ｃを、光源２か
らの光を反射して入射光１２（すなわち、紫外線や赤外
線を除いた光）が得られる位置に設けることもできる。
なお、その場合、放熱板６２を筒体１５に設けることに
より、誘電体多層膜６０を透過する紫外線や赤外線によ
り生じる熱を外部に放出することができる。

【００１８】液晶調光板４を制御する調光用電源５の周
波数は、フリッカ（ちらつき）防止のため、３０Ｈｚ以
上が望ましい。

【００１９】液晶調光板４を構成する液晶・樹脂複合体
９は、液晶および樹脂の構成材料を混ぜ合わせて均質溶
媒にした後、光硬化、熱硬化、および反応硬化等の方法
を用いて、樹脂成分のみを硬化し、液晶を析出・凝集さ
せることで得られる。あるいは、液晶と樹脂を共通の溶
媒に溶解した後、溶媒成分だけを揮発させて上記構造の
液晶・樹脂複合体９を作ることも可能である。これらの
方法で液晶・樹脂複合体９を作製する場合、液晶小滴の
大きさは硬化速度が大きいほど微細になる。様々な波長
の可視光を均一に散乱させるには、液晶小滴の大きさは
０．５μｍ以上必要であるが、大きすぎると散乱量が減
少するため、実用的には０．５〜１０μｍが適当であ
る。また、樹脂に対して液晶の構成比が大きい場合、液
晶小滴が互いに連結した海綿体状の構造をなすこともあ
る。それ以外の液晶・樹脂複合体９の作製方法として、
多孔質樹脂に液晶を含浸させる方法もある。

【００２０】また、この液晶・樹脂複合体９は自己支持
性を持つため、膜厚の制御が容易であり、超大型の液晶
調光板４を作ることも可能である。なお、樹脂７が軟質
の場合には、液晶・樹脂複合体９の側面を支えるため
に、透明電極１１Ａ，１１Ｂ間にスペーサを配設するこ
ともある。また、液晶・樹脂複合体９の膜厚は、十分な
光散乱を得るために５μｍ以上が好ましい。

【００２１】液晶・樹脂複合体９に用いられる液晶８の
常光屈折率ｎ₀ は、樹脂７の屈折率ｎ_p と同等の値であ
る。さらに、液晶調光板４の光散乱現象は、液晶８の異
常光屈折率ｎ_e と樹脂７の屈折率ｎ_p の差により生じる
ものであるから、液晶８の屈折率異方性Δｎ（＝ｎ_e −
ｎ₀ ）は可能な限り大きい方が有利である。そのため、
液晶８には屈折率異方性の大きなネマティック液晶、コ
レステリック液晶、スメクティック液晶、またはこれら
液晶の混合液晶を用いることができ、応答速度の面で
は、シアノビフェニル系のネマティック液晶が適してい
る。シアノビフェニル系のネマティック液晶と組合わせ
る樹脂７としては、屈折率ｎ_p が１．５２程度の透明な
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が最適で
ある。さらに、本装置は光源２で発生する熱の影響を受
け易いため、１００℃以上の耐熱性を持つ液晶８と樹脂
７を用いることが望ましい。

【００２２】一例として試作した本実施例の液晶調光板
４では、液晶８としてシアノビフェニル系混合ネマティ
ック液晶（常光屈折率ｎ₀ ＝１．５２５、異常光屈折率
ｎ_e＝１．７５４）を使用し、樹脂７として、紫外線硬
化性のウレタン樹脂（屈折率ｎ_p ＝１．５２４）を用い
た。液晶と樹脂材料の均質混合液（配合比１：１）に、
強度１０ｍＷ／ｃｍ² の紫外線（波長３６５ｎｍ）を照
射した場合、１〜３μｍ程度の液晶小滴を含む液晶・樹
脂複合体９が生成された。なお、透明電極１１Ａ，１１
Ｂとしては、青板ガラス１０Ａ，１０Ｂに付着したＩＴ
Ｏ（Ｉｎ₂ Ｏ₃：Ｓｎ）を用いた。このような方法で試
作された液晶調光板４の有効面積および厚みは、それぞ
れ１０_X １０ｃｍおよび１０μｍである。

【００２３】実施例の動作次に、本実施例の照明装置の動作を図面を用いて説明す
る。

【００２４】図１に示すように、光源２は常に最適な電
圧により点灯状態にあり、光源２から放射された無偏光
の可視光（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、すなわち入射光
１２は、液晶調光板４により強度変調を受ける。

【００２５】すなわち、図２に示すように、調光用電源
５の電圧振幅がゼロ、または低い場合、液晶・樹脂複合
体９の液晶８が電圧で駆動されないため、液晶分子の配
列方向（配向）は樹脂界面の規制力を受けて不規則であ
る。従って、液晶８の屈折率、特に異常光屈折率ｎ_e と
樹脂７の屈折率ｎ_p の不整合から、入射光１２は樹脂と
液晶の界面で散乱し、液晶調光板４は白濁する。そのた
め、入射光１２は液晶調光板４を経て散乱光１４となり
直進光１３は減衰して、本照明装置の輝度は最小にな
る。

【００２６】次に、図３に示すように十分大きな交流電
圧が調光用電源５から液晶調光板４に供給された場合、
液晶・樹脂複合体内部の液晶８は正の誘電率異方性Δε
を持つため、大部分の液晶分子は電界に平行に並ぶ。あ
らかじめ、液晶８の常光屈折率ｎ₀ を樹脂７の屈折率ｎ
_p に近似してあるため、入射光１２は屈折率の差を感じ
ず、そのまま透過して直進光１３となる。この時、液晶
調光板４は光の透過状態となり、本照明装置の輝度は最
大になる。

【００２７】なお、電圧の強弱による液晶８の配向変化
は連続的であるため、上記の調光は、調光用電源５の電
圧を変化させることにより、連続的に行うことが可能で
ある。また、液晶調光板４の応答時間は、液晶８の配列
変化を利用しているため、１〜３０ミリ秒と高速であ
る。

【００２８】また、図４に示すように、調光板４で生じ
た散乱光１４を、光学レンズ１７と光学絞り１８からな
る光学機器１９により除去することが可能である。その
場合、１００：１以上の極めて高い調光比を得ることが
可能である。

【００２９】一例として試作した液晶調光板４を用いて
本実施例である図４の装置を構成し、液晶調光板４の光
透過率と印加電圧の関係を測定した結果を図６に示す。
この時、最大の光透過率は８０％であった。なお、応答
時間は、立上がり時間、立下り時間共に数ミリ秒であっ
た。また、印加電圧が小さい場合、および印加電圧が十
分に大きな場合の液晶調光板４の光透過率と波長の関係
を図７に示す。可視光全域にわたり、ほぼ平坦な特性が
得られており、電圧を印加した場合と印加しない場合
で、直進光のスペクトル成分がほとんど変化していない
ことが示されている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源と光散乱性の液晶調光板を組み合わせることによ
り、スペクトル分布を変えずに、輝度を広範囲に連続的
かつ高速に制御でき、高輝度で耐久性に優れた照明装置
を提供することができる。さらに、本照明装置の灯体は
コンパクトな構成を持つため、操作性、携帯性に優れて
いる。

【００３１】従って、本発明の照明装置は、テレビ撮影
用照明、映画撮影用照明、写真撮影用照明、演出用照
明、および展示用照明などに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明装置の一実施例の構成例を示す図
である。

【図２】図１の構成要素の液晶調光板における印加電圧
が低い場合の動作を示す図である。

【図３】図１の構成要素の液晶調光板における印加電圧
が十分に大きな場合の動作を示す図である。

【図４】本発明の照明装置の他の実施例の構成例を示す
図である。

【図５】本発明の照明装置のさらに他の実施例の構成例
を示す図である。

【図６】図４の実施例における液晶調光板の電圧振幅と
光透過率の関係を示す図である。

【図７】図４の実施例における液晶調光板の光透過率と
波長の関係を示す図である。

【図８】従来の照明装置の構成を示す図である。

【図９】従来の照明装置の他の構成を示す図である。

【図１０】従来の照明装置のさらに他の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１反射鏡２光源３光源用電源４液晶調光板５調光用電源６リード線７樹脂８液晶９液晶・樹脂複合体１０Ａ透明基板１０Ｂ透明基板１０Ｃ透明基板１１Ａ透明電極１１Ｂ透明電極１２入射光１３直進光１４散乱光１５筒体１６誘電体多層膜１７光学レンズ１８光学絞り１９光学機器２０光減衰板２１遮光板６０誘電体多層膜６１リード線６２放熱板

フロントページの続き (72)発明者小林修東京都渋谷区神南二丁目２番１号日本放送協会放送センター内 (72)発明者田中君明東京都渋谷区神南二丁目２番１号日本放送協会放送センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、印加電圧の変化に応答して前記
光源からの光の散乱量が変化する少なくとも１つの液晶
調光板とを有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記光源と前記液晶調光板を筒体内に組
み込んだことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】前記液晶調光板は、ネマティック液晶、
コレステリック液晶、スメクティック液晶、またはこれ
らの液晶の混合液晶の常光屈折率と同等の屈折率を持つ
樹脂中に前記液晶を分散させた液晶・樹脂複合体、また
は前記液晶中に前記樹脂を分散させた液晶・樹脂複合体
を透明電極で挟んだ構造を持つことを特徴とする請求項
１または２に記載の照明装置。
【請求項４】前記光源と前記液晶調光板との間に、前
記光源からの赤外線もしくは紫外線、あるいは両者を反
射する誘電体多層膜を設置したことを特徴とする請求項
１、２または３に記載の照明装置。
【請求項５】前記光源からの赤外線もしくは紫外線、
あるいは両者を透過する誘電体多層膜を設け、該誘電体
多層膜を反射した前記光源からの光を前記液晶調光板に
照射することを特徴とする請求項１、２、３または４に
記載の照明装置。
【請求項６】前記液晶調光板からの散乱光を除去する
光学レンズと光学絞りとからなる光学機器を有すること
を特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の照
明装置。