JP2014182994A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチシャドウの発生がない照射領域の制御が可能な照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、照明装置は、それぞれ法線方向への指向性が強い配光を有し、平面上に並んで配置された複数の光源３と、それぞれ光源に対向して設けられ、光源から出射された光線を集光する複数のコリメータレンズ４と、複数の光源からなる光源郡の中心からの距離が大きいほど、前記集光された光線を前記中心に対してより外側に向けて出射するレンズ部５と、を備えている。
【選択図】図４

Description

この発明の実施形態は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたスポットライトやダウンライトのような照明装置に関する。

照明装置としては、比較的狭小なスペースを集光して照射するスポットライトや、天井から床を照射するダウンライトなどがある。このような照明装置をＬＥＤ光源で実現する場合、一般的には必要な光量を得るためと照明装置を扁平にするために複数のＬＥＤ光源を照明装置の実装面に格子状に平面配列させている。スポットライトのような集光タイプであれば、平面配列された個々のＬＥＤ光源毎にコリメータレンズやリフレクタを設置し、あるいは複数のＬＥＤ光源全体を一括集光するフレネルレンズやリフレクタを設置して集光している。ダウンライトのような集光機能をそれほど必要としないタイプであれば、上述した集光手段は搭載することなくそのまま照射している。

特許第５０７９６３５号公報

従来のスポットライトやダウンライトでは、複数のＬＥＤ光源が平面上に格子状に異なる位置に配置されているため、各ＬＥＤ光源毎に床面などに投影される影が複数の光源毎にずれて多重に映るいわゆるマルチシャドウが発生するという問題を有している。この問題は、光源をできるだけ小さい領域に集約して個々の影のずれが目立たないようにすることで緩和できるが、上述した光源毎の集光手段が配置できなくなったり、発熱の集中による投入電力の制約が出たりする問題があった。また、従来の照明装置は照射する領域が固定であり、たとえば集光度合いを制御したり、照射する領域に動きを持たせた制御が出来なかった。

この発明は以上の点を鑑みてなされたもので、その課題は、マルチシャドウを大幅に軽減し、照射領域を制御可能とした照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、それぞれ法線方向への指向性が強い配光を有し、平面上に並んで配置された複数の光源と、それぞれ前記光源に対向して設けられ、前記光源から出射された光線を集光する複数のコリメータレンズと、前記複数の光源からなる光源郡の中心からの距離が大きいほど、前記集光された光線を前記中心に対してより外側に向けて出射するレンズ部と、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置を示す斜視図。 図２は、前記照明装置の基材を省略して底面側を示す平面図。 図３は、前記照明装置のコリメータレンズおよび光源を拡大して示す断面図。 図４は、前記照明装置の断面図。 図５は、第２の実施形態に係る照明装置を示す平面図。 図６は、図４の線Ａ−Ａに沿った第２の実施形態に係る照明装置の断面図。 図７は、第２の実施形態に係る照明装置を示す斜視図。 図８は、第３の実施形態に係る照明装置を示す斜視図。 図９は、第３の実施形態に係る照明装置を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置１を示す斜視図、図２は、ＬＥＤ光源、コリメータレンズ、およびウェッジレンズを基板側から見た平面図、図３はコリメータレンズの作用を示す断面図、図４の照明装置の断面図である。

図１、図２、および図４に示すように、照明装置１０は、例えば、円板形状の基板２と、基板の一平坦面上に実装された複数のＬＥＤ光源３と、各ＬＥＤ光源３上に設けられた複数のコリメータレンズ４と、コリメータレンズ４上に配置されコリメータレンズ４と一体に接合されたウェッジレンズ５と、を備えている。レンズの周囲には、例えば、金属からなる円筒形状の支持フレーム６が装着され、基板２の外周部およびウェッジレンズ５の外周は、支持フレーム６に支持されている。

また、照明装置１０は、基板２の背面側には筺体や駆動回路を有しているが、これらは様々な形態があるため図示していない。筺体は、基板２からの熱を放熱したり、天井や壁に固定する機能を有し、駆動回路は、商用電力からＬＥＤ光源３を駆動する電力を変換供給している。

複数のＬＥＤ光源３は、基板２の一平坦面に六方格子状に配列され、ほぼ全面に亘って分散して配置されている。複数のＬＥＤ光源３は、基板２の中心に設けられた光源と、この中心光源から基板２の外周縁に向かって、徐々に離れて配置された複数の光源と、を含んでいる。

図４に示すように、各ＬＥＤ光源３は、基板２の法線方向、すなわち、基板２の中心軸Ｃと平行な方向に強い光を照射し、法線方向からの角度をθとするとき、ｃｏｓθに比例して側面方向への光度が弱くなっていく指向性を有している。従って、コリメータレンズ４が無い場合は、中央光度に対して半値となる角度の２倍、すなわち２θ・１／２が１２０度となり、広がった配光分布となっている。

図２ないし図４に示すように、コリメータレンズ４は、ポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂により形成されている。コリメータレンズ４は、下側中央部に形成されＬＥＤ光源３からの光を入光する凹部４ａと、入光した光の一部を上面に向けて反射する曲面状の外側壁面４ｂと、これらの光を上方に向けて出射する平坦な外側上面（出射面）４ｃとを有している。そして、各コリメータレンズ４は、凹部４ａ内にＬＥＤ光源３が位置するように、ＬＥＤ光源３に被せて基板２上に載置されている。

このように構成されたコリメータレンズ４は、図３に示すように、ＬＥＤ光源３から出射した光をコリメートする、つまり、基板２に対して法線方向の平行光に集光する。本実施形態において、コリメータレンズ４は、２θ・１／２が約２０度となるように設定されている。

図１および図４に示すように、レンズ部を構成するウェッジレンズ５は、ポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂により形成されている。ウェッジレンズ５は、コリメータレンズ４から出射した光を入光する平坦な下面（入射面）５ａと、円筒形状の外周面５ｂと、入光した光が出射する球面状に窪んだ上面（出射面）５ｂとを有する薄い円板状の回転対称形に形成されている。そして、ウェッジレンズ５は、その下面５ａがコリメータレンズ４の上面４ｃに接触した状態で、複数のコリメータレンズ４上に配置され、複数のコリメータ郡および基板２と同軸的に配置されている。すなわち、ウェッジレンズ５は、複数の光源全域を滑らかに覆う凹レンズを構成している。ウェッジレンズ５は、コリメータレンズ４と別体に形成したものをコリメータレンズ上に固定配置しても、あるいは、本実施形態のように、複数のコリメータレンズ４と一体に成形してもよい。

ウェッジレンズ５による光線への作用について説明する。図４に示すように、ＬＥＤ光源３から出射されコリメータレンズ４によりコリメートされた光線は、ウェッジレンズ５の下面５ａより入光され、上面５ｃにより形成された凹レンズにより発散作用を受け、発散されて出射する。本実施形態のウェッジレンズ５においては、凹状の上面５ｃは、傾斜角がウェッジレンズ５の中心から離れるほど大きくなるよう形成されている。そのため、ウェッジレンズ５は、中心から離れる部位ほど発散作用を強めることができる。すなわち、照明装置１０の中心から外側に位置するＬＥＤ光源３ほど、出射した光線が光源群の中心に対してより外側に曲げられるため、基板２に実装された面では拡がりのあるＬＥＤ光源３の配列となっているが、ウェッジレンズ５の作用により実質的に基板２の平面より奥側に配置された点光源からの照射と同等となっている。

本実施形態において、複数のＬＥＤ光源３で構成される光源群の中心（中心軸Ｃ上に位置するＬＥＤ光源）から各ＬＥＤ光源３までの距離をＬｉ、各ＬＥＤ光源３から出射した光線がウェッジレンズ５により曲げられた傾角をθｉとすると、Ｌｉ／ｔａｎθｉがほぼ一定の値になるようウェッジレンズ５の発散作用、すなわち凹状の上面５ｃの形状が設定されている。これにより、複数のＬＥＤ光源３から出射した光線は点光源化される。従って、ＬＥＤ光源３から出射した光線による照射領域と各々のＬＥＤ光源３とが１対１に対応することとなり、マルチシャドウの発生を抑えることができる。また、照明装置全体を薄く構成し、出射光を有効に利用することができる。
本実施例では、２θ・１／２が２０度となる同一仕様のコリメータレンズ４をＬＥＤ光源３毎に設置し、これら全体を覆うように発散角度１５度の凹レンズ状のウェッジレンズ５を配置し、照明装置として２θ・１／２が４０度の集光タイプの照明装置を実現している。

以上のことから、本実施形態によれば、マルチシャドウの発生がない、配光角が狭い狭角配光用の照明装置を提供することができる。

また、本発明は、従来必ずしも集光手段を用いていなかったダウンライトなどの照明装置にも適用することができる。すなわち、個々のコリメータレンズ４の集光を緩めにして、かつウェッジレンズ５の発散作用を強めにしてやれば、照明装置１０の照射領域を広げつつ、マルチシャドウの発生を抑制することができる。

また、図４に示すように、本発明の実施形態では個々のＬＥＤ光源３が照射する領域が照明装置１０が照射する領域の一部分となっているため、個々のＬＥＤ光源を個別に駆動制御することで照射領域を制御することが出来る。すわなち、中心に配置したＬＥＤ光源３のみを駆動すれば２θ・１／２が２０度の集光照射となり、他のＬＥＤ光源３も適時駆動することで２θ・１／２を２０〜４０度の範囲で制御することができる。また、ＬＥＤ光源３を時間に対して駆動制御することで、揺らいだ木漏れ日のような照射や、スキャンするような照射が可能である。

なお、本実施形態では、光をコリメートするためのレンズとしては上述した形状のコリメータレンズ４を用いているが、このレンズ４は、光をコリメートさえできればよく、特に上記の形状に限定されるものではない。また、複数のＬＥＤ光源および複数のコリメータレンズ４は、六方格子状の配列に限らず、基板２の形状に応じて種々の配列が可能である。例えば、複数のＬＥＤ光源および複数のコリメータレンズ４を、同芯の複数の円上に並べて配置してもよく、あるいは、三角形状、四角形状、その他の多角形状に配列してもよい。

また、実施例ではコリメータレンズ４をＬＥＤ光源３毎に個別に設置し、かつ、ウェッジレンズ５もコリメータレンズと別に部品形成したが、これはコリメータレンズ４やウェッジレンズ５の機能を後から置換え可能とするためである。これらは組立の簡易化の観点より適時一体化してよい。すなわち、複数のコリメータレンズ４を一体化し、かつウェッジレンズも一体化した１つのカバー部材としてもよい。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る照明装置１０を示す平面図、図６は、図５の線Ａ−Ａに沿った照明装置の断面図、図７は、照明装置を示す斜視図である。
第２の実施形態において、照明装置１の基本的な構成は第１の実施形態と同じであり、ウェッジレンズ５の構成が一部相違している。

図５ないし図７に示すように、第２の実施形態によれば、レンズ部を構成するウェッジレンズ５は、複数の別個のウェッジレンズで構成され、コリメータレンズ４上に個別に配置されている。各ウェッジレンズ５は、コリメータレンズ４の上面（出射面）４ｃに面接する平坦な下面（入射面）５ａと、コリメータレンズ４の上面４ｃに対して傾斜した上面（出射面）５ｃと、を有している。複数のウェッジレンズ５は、レンズ郡の中心から外側に離れて位置するウェッジレンズ程、上面５ｃの傾斜角が大きくなるように形成されている。更に、複数のウェッジレンズ５は、傾斜した上面５ｃがレンズ郡の中心方向を向くように配置されている。複数のウェッジレンズ５は、光源群の中心に近いほど薄い楔状に形成されている。なお、コリメータレンズ郡の中心に位置するコリメータレンズ４上には、ウェッジレンズ５を設けていない。

以上のように構成された第２の実施形態に係る照明装置１０によれば、第１の実施形態と同様に、照明装置の外側に位置するＬＥＤ光源３ほど、出射した光線が光源群の中心に対して外側に曲げられるため、照明装置が点光源化され、マルチシャドウの発生を抑えることができる。また、本実施形態においては、ＬＥＤ光源３を個々に点灯制御可能であり、マルチシャドウ抑制効果をより大きくすることできる。
なお、複数のウェッジレンズ５は、それぞれコリメータレンズ４と一体に成形してもよく、こうすることで余分なフレネル反射界面を解消させて効率を向上させるとともに、組立を簡易化することができる。また、複数のＬＥＤ光源３毎のレンズを互いに連結し、一体に形成するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る狭角用の照明装置１０を示す斜視図、図９は、照明装置１０の断面図である。第３の実施形態において、照明装置１の基本的な構成は、第２の実施形態と同じであり、ウェッジレンズ５の構成が一部相違している。

図８および図９に示すように、第３の実施形態において、ウェッジレンズ５は、第２の実施形態と同様に、複数のコリメータレンズ４上に個別に配置されている。各ウェッジレンズ５の上面は、鋸歯状の断面形状を有し、ウェッジレンズ５をフレネルレンズ化している。複数のウェッジレンズ５は、レンズ郡の中心から外側に離れて位置するウェッジレンズ程、上面５ｃの鋸歯の傾斜角が大きくなるように形成されている。更に、複数のウェッジレンズ５は、傾斜した上面５ｃがレンズ郡の中心方向を向くように配置されている。なお、コリメータレンズ郡の中心に位置するコリメータレンズ４上には、ウェッジレンズ５を設けていないか、あるいは、平坦な上面を有するウェッジレンズを設ける。

以上のように構成された第３の実施形態に係る照明装置１０によれば、前述した第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。更に、ウェッジレンズ５をフレネルレンズ化することにより、レンズ厚を薄くし、照明装置全体の薄型化を図ることが可能となる。

なお、上述の実施形態では、ＬＥＤ光源３は六方格子状に配置しているが、本発明はＬＥＤ光源配置に制約を受けるものではなく、例えば、正方格子状に配置したり、リング状に配置したりしても良く、さらには不規則な配置としても良い。

また、上述の実施形態では、各ＬＥＤ光源３から出射する光束量については特に明記していないが、各ＬＥＤ光源３の光束量を均一にしても不均一にしても良く、各ＬＥＤ光源３の光束量のよる制約を受けるものではない。例えば、ＬＥＤ光源郡の中心からの距離に応じてＬＥＤ光源の光束量を変えることにより、照明装置の配光分布を制御するようにしてもよい。

上述の実施形態では、コリメータレンズ４やウェッジレンズ５については、レンズとしての作用が必要なため表面は鏡面仕上げをすることが一般的ではあり、この場合、影の輪郭が鋭くはっきりできる。一方、影の輪郭をぼかしたい場合には、コリメータレンズ４やウェッジレンズ５の表面にシボ加工を施せばよく、本発明はこれらレンズの表面状態の制約を受けるものではない。

更に、上述の実施形態では、照射される光線を法線方向から曲げるレンズ部としてコリメータレンズの上面部４ｃにウェッジレンズを有する構成としたが、各コリメータレンズの側面部４ｂあるいは入光部４ａに適時面を傾斜させることで法線方向から曲げるレンズ部を構成としてもよい。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
上述した実施形態はＬＥＤ電球あるいは蛍光体形の照明装置として説明したが、この発明に係る照明装置は、指向性のある光源とこの光源を囲う光学部材と透光カバーとの組み合わせであれば、街路灯照明等についても適用することができる。

２…基材、３…ＬＥＤ光源、４…コリメータレンズ、４ａ…凹部、
５…ウェッジレンズ、５ｃ…上面、６…支持フレーム、１０…照明装置、

Claims (7)

1. それぞれ法線方向への指向性が強い配光を有し、平面上に並んで配置された複数の光源と、
   それぞれ前記光源に対向して設けられ、前記光源から出射された光線を集光する複数のコリメータレンズと、
   前記複数の光源からなる光源郡の中心からの距離が大きいほど、前記集光された光線を前記中心に対してより外側に向けて出射するレンズ部と、
   を備える照明装置。
2. 前記レンズ部は、前記複数の光源全域を覆う凹レンズを有する請求項１に記載の照明装置。
3. 前記レンズ部は、前記複数の光源毎に覆うウェッジレンズを有する請求項１に記載の照明装置。
4. 前記レンズ部は、前記コリメータレンズに組み込まれている請求項１に記載の照明装置。
5. 前記レンズ部は、フレネルレンズである請求項２ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記レンズ部は、前記光源群の中心軸に対して回転対称形に形成されている請求項１に記載の照明装置。
7. 前記レンズ部から出射する光線の前記光源群の中心からの距離をＬｉ、前記光源群の中心軸との成す角度をθｉとすると、前記レンズ部から出射する光線は、Ｌｉ／ｔａｎθｉがほぼ一定となっている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。

Images