JP2023107264A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スポットの色とスポットの大きさを容易に変えることが出来る照明装置を実現する。【解決手段】ネック部、開口部、反射面、及び光軸を有するファンネル型反射板２０の開口部に液晶レンズ１００が配置し、前記ネック部において、第１ユニットでは、第１の色を発光する第１のＬＥＤ１０が配置し、第２ユニットでは、第２の色を発光する第２のＬＥＤが配置し、第３ユニットでは、第３の色を発光する第３のＬＥＤが配置し、第４ユニットでは、第４の色を発光する第４のＬＥＤが配置し、ファンネル型反射板２０の光軸に沿った高さをｈ、前記開口部の径をｄとしたとき、ｈ／ｄは２以上であることを特徴とする照明装置。【選択図】図４

Description

本発明は、照明装置に係り、特に、光スポット径の大きさと光スポットの色を容易に変えることができる照明装置に関する。

スタジオ照明や絵画などを照らすインテリア照明は、スポット光を必要とする。このような場合、スポットの大きさやスポット形状を変化させたい場合がある。また、用途によっては、白色のみでなく、種々のカラー光スポットが必要な場合もある。

特許文献１には、ＬＥＤを光源とし、放物面を有する第１の反射面と平面である第２の反射面を組み合わせた、光の利用効率を改善した照明装置が記載されている。

特許文献２には、出光面が円形であり、外形が円筒である照明装置の内側に多数の凹面鏡と光源を配置し、凹面鏡の形状を場所毎に変えることによって、疑似的に４角の光スポットを得る構成が記載されている。

特許文献３には、直下型の光源の上に出射光の角度を変えるための屈折手段を載置した構成が記載されている。これらの屈折手段として、レンズ、プリズム、液体レンズ、液晶レンズ等を用いることが記載されている。

特許文献４には、液晶レンズを種々の光学装置に用いる構成が記載されている。

特開２００７－７３３０６号公報 特開２００８－１５９５６２号公報 特開２０１２－０６９４０９号公報 WO２０１２／０９９１２７ Ａ１

先行技術には、光スポットの形状の制御手段及びこれを効率的に行う手段が記載されている。一方、光スポットは、白色のみでなく、カラーの光スポットが必要な場合がある。カラーには、色彩のみでなく、トーンが存在する。また、白色でも、色温度の異なる白色が要求される場合がある。

本発明の課題は、光スポットの形状とともに、種々の色彩およびトーンを効率よく制御をすることが可能な照明装置を実現することである。

本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。

（１）第１のネック部、第１の開口部、第１の反射面、及び第１の光軸を有する第１のファンネル型反射板の、前記第１のネック部に第１の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第１の開口部に第１の液晶レンズを配置した第１のユニットと、第２のネック部、第２の開口部、第２の反射面、及び第２の光軸を有する第２のファンネル型反射板の、前記第２のネック部に第２の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第２の開口部に第２の液晶レンズを配置した第２ユニットと、を有し、前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さｈ１は前記第２のファンネル型反射板の前記第２の光軸に沿った長さと同じであり、前記第１の開口の径ｄ１は、前記第２のファンネル型反射板の第２の開口の径と同じであり、ｈ１／ｄ１は２以上であることを特徴とする照明装置。

（２）第３のネック部、第３の開口部、第３の反射面、及び第３の光軸を有する第３のファンネル型反射板の、前記第３のネック部に第３の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第３の開口部に第３の液晶レンズが配置した第３ユニットを有し、前記第３のファンネル型反射板の前記第３の光軸に沿った長さは前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さと同じであり、前記第３の開口の径は、前記第１のファンネル型反射板の第１の開口の径と同じであることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

（３）第４のネック部、第４の開口部、第４の反射面、及び第４の光軸を有する第４のファンネル型反射板の、前記第４のネック部に第４の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第４の開口部に第４の液晶レンズを配置した第４ユニットを有し、前記第４のファンネル型反射板の前記第４の光軸に沿った長さは前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さと同じであり、前記第４の開口の径は、前記第１のファンネル型反射板の第１の開口の径と同じであることを特徴とする（２）に記載の照明装置。

（４）第１の組み立て体は、第１のネック部、第１の開口部、第１の反射面、及び第１の光軸を有する第１のファンネル型反射板の、前記第１の開口部に第１の液晶レンズを配置した構成であり、前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さはｈ１であり、前記第１の開口部の径はｄ１であり、第１ユニットは、前記第１のネック部に第１の色を発光する第１のＬＥＤが搭載された構成であり、第２ユニットは、前記第１のネック部に第２の色を発光する第２のＬＥＤが搭載された構成であり、第３ユニットは、前記第１のネック部に第３の色を発光する第３のＬＥＤが搭載された構成であり、第４ユニットは、前記第１のネック部に第４の色を発光する第４のＬＥＤが搭載された構成であり、第２の組み立て体は、第２のネック部、第２の開口部、第２の反射面、及び第２の光軸を有する第２のファンネル型反射板の、前記第２の開口部に第２の液晶レンズを配置した構成であり、前記第２のファンネル型反射板の前記第２の光軸に沿った長さはｈ２であり、前記開口部の径はｄ２であって、第５ユニットは、前記第２のネック部に第１の色を発光する第１のＬＥＤが搭載された構成であり、第６ユニットは、前記第２のネック部に第２の色を発光する第２のＬＥＤが搭載された構成であり、第７ユニットは、前記第２のネック部に第３の色を発光する第３のＬＥＤが搭載された構成であり、第８ユニットは、前記第２のネック部に第４の色を発光する第４のＬＥＤが搭載された構成であり、ｈ１／ｄ１は２以上であり、かつ、ｈ１＞ｈ２であることを特徴とする照明装置。

カラー投光器の斜視図である。 光スポットの色制御のために、複数の投光器を配置した例を示す斜視図である。 本発明による照明ユニットの側面図である。 本発明による照明ユニットの斜視図である。 矩形ファンネル型反射板の断面図である。 矩形ファンネル型反射板の底面図である。 他の例による矩形ファンネル型反射板の斜視図である。 実施例１の照明装置と光スポットの関係を示す模式図である。 実施例１の照明装置の底面図と側面図である。 実施例１の作用を示す図である。 液晶レンズをＯＦＦした場合の光スポットの例である。 液晶レンズをＯＮした場合の光スポットの例である。 実施例２における、矩形ファンネル型反射板の光軸方向の長さとスポット径の関係を示す模式図である。 実施例２の照明装置の底面図と側面図である。 長い矩形ファンネル型反射板側を点灯し、液晶レンズをＯＦＦした場合の光スポットである。 短い矩形ファンネル型反射板側を点灯し、液晶レンズをＯＦＦした場合の光スポットである。 長い矩形ファンネル型反射板側を点灯し、液晶レンズをＯＮした場合の光スポットである。 短い矩形ファンネル型反射板側を点灯し、液晶レンズをＯＮした場合の光スポットである。 円形ファンネル型反射板の斜視図である。 円形ファンネル型反射板の一例における断面図である。 図２０の底面図である。 円形ファンネル型反射板の他の例における斜視図である。 図２２の底面図である。 液晶レンズによる凸レンズの構成例である。 ２枚構成の液晶レンズの斜視図である。 液晶レンズによる凹レンズの構成例である。 第１の例による液晶レンズの断面図である。 第１の例による液晶レンズの第１電極及び第２電極の平面図である。 第２の例による液晶レンズの断面図である。 第２の例による液晶レンズの第１電極及び第２電極の平面図である。

図１は、カラーの光スポットを照射する投光器の斜視図である。図１において、アーム１１付の投光器１の出射部分に複数のカラーフィルム１３を有する色変換器１２が配置している。色変換器１２において、Ｙは黄色フィルム、Ｂは青フィルム、Ｒは赤フィルム、Ｇは緑フィルム、Ｗは白色を表す。なお、白色は、白色光源の色温度を設定する場合や、色のトーンを制御したい場合にも用いられる。

図１に示す投光器１では、単色光しか放射できない。多くの色の光スポットを形成するためには、図１のような投光器１を多数用意して、各投光器１からの光を混合する必要がある。図２はこの様子を示す模式図である。図２において、黄色、青色等を放射する５個の投光器１が使用されている。各投光器１は図１のような構成を有している。図２において、投光器１の光出射部分に遮光板１４が配置している。光スポットの大きさや形状を制御するためである。

図２のような構成によって、所望の光スポットの大きさ、形状、投射光の色を制御するには、多数の投光器１が必要であり、かつ、多数の投光器１を各々制御する必要がある。

本発明によれば、スポットの色、形状、大きさを、比較的簡単な構成により、簡単な操作によって制御することが出来る。以下に実施例によって、本発明の内容を詳細に説明する。

図３は、実施例１の照明装置の基本的な構成を示す側面図である。図３において、釣り鐘状の反射板２０の開口部に液晶レンズ１００が配置している。図３の釣り鐘状の反射板２０の開口部は矩形である。図４は図３の斜視図を示す。以後、図４のような釣り鐘状反射板を矩形ファンネル型反射板２０と呼ぶ。矩形としたのは、実施例３に示すように、釣り鐘状反射板の開口部が円の場合もあるからである。開口部が円の場合は、円形ファンネル型反射板３０と呼ぶ。図４は釣り鐘状反射板２０の外形を示すが、内面もほぼ、同じ形状となっている。

図４のようなファンネル型反射板２０を用いるのは、ファンネル型反射板２０を出射する光の配光角を小さくするためである。ファンネル型反射板２０の少なくとも一部は、放物面となっており、光を光軸に対して平行方向に向ける。図４において、光軸はｚ方向である。図４のようなファンネル型反射板２０は配光角を小さくできるので、光スポットは矩形を維持する。

図３及び図４において、矩形ファンネル型反射板２０のネック部である頂部に、光源としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１０が配置している。ＬＥＤ１０は例えば、1辺が１ｍｍ程度の直方体である。

ファンネル型反射板２０の開口部には、液晶レンズ１００が配置している。液晶レンズ１００はファンネル型反射板２０からの光のスポット径、あるいは、スポット形状を変える役割を有する。液晶レンズ１００は、通常は、ファンネル型反射板２０の開口部に接触して使用されるが、図３、図４では、図をわかりやすくするためにファンネル型反射板２０と液晶レンズ１００を離して記載している。以後、矩形ファンネル型反射板２０あるいは円形ファンネル型反射板３０とＬＥＤ１０及び液晶レンズ１００の組み合わせをユニットとよぶこともある。

液晶レンズ１００は、図３及び４では、ファンネル型反射板２０の開口径に合わせて小さく記載されているが、照明装置のレイアウト次第で大きくしてもよい。また、複数のファンネル型反射板２０を並べて配置するような場合は、液晶レンズ１００を複数形成することができる一枚の液晶レンズパネルを、各ファンネル型反射板共通に配置することが出来る。

液晶レンズ１００は、一般には、第１液晶レンズ、第２液晶レンズの２枚構成であるが、図３及び４では、図をわかりやすくするために、１枚として記載されている。但し、液晶レンズ１００は非常に薄く形成することが出来るので、光源全体の厚さに対しては大きな影響を与えない。

図３及び４において液晶レンズ１００が矩形ファンネル型反射板２０の開口部に配置している。液晶レンズ１００に入射する光は、平行光のほうが制御しやすい。すなわち、配光角が小さいほうが制御しやすい。矩形ファンネル型反射板２０から出射する光は、小さな配光角を有しているので、液晶レンズ１００による正確な制御が可能である。

矩形ファンネル型反射板２０の製造には、種々の手段を用いることが出来る。図５は、反射率の高い金属、例えばアルミニウムをプレス成型で製造した例を示す断面図である。図６は図５をＡ方向から視た底面図である。図５において、矩形ファンネル型反射板の高さｈ１は例えば３０ｍｍであり、矩形ファンネル型反射板２０の開口部の径ｘ１、ｙ１は例えばは６．５ｍｍである。このように、矩形ファンネル型反射板２０は小さいので、厚さｔは、例えば０．２ｍｍ程度あれば、機械的な強度を保つことが出来る。

矩形ファンネル型反射板２０の内面２１は鏡面であり、少なくとも一部は放物面となっている。出射光の配光角を小さく保つためである。図５及び図６において、矩形ファンネル型反射板２０の高さｈ１と出射面の径ｘ１、ｙ１は、光の配光角に対して大きな影響を持つ（以後ｘ１で代表させる）。ｈ１／ｘ１は、大きいほうが配光角を小さくすることが出来る。すなわち、小さなスポット径とすることが出来る。

ｈ１／ｘ１が小さすぎると、光スポット形状が矩形を保つことが困難になる。すなわち、スポット形状の制御が困難になる。したがって、ｈ１／ｘ１は２以上、好ましくは３以上、より好ましくは４以上である。開口部が長方形の場合、ｘ１あるいはｙ１のいずれか大きいほうが分母になる。図５、図６に示すような矩形ファンネル型反射板２０は、プレス以外に、アルミダイカストで作成することも可能である。

図７は、図４に示すような内面反射面を有する矩形ファンネル型反射板２０を作成する他の方法である。図７は、アルミニウム等の反射率の高い金属の直方体ブロックに、機械加工により、反射面２１を有するように凹部を形成したものである。図７のような構成は、外形が直方体なので、矩形ファンネル型反射板を複数並べて使用するような場合は使いやすい。図７の底面図は図６と同じである。

図７のような形状は、ダイカストを用いて作成することも可能である。ただし、厚さは、ダイカスト可能な厚さとする必要がある。しかし、図８に示すように、厚さは少々厚くなっても、もともと矩形ファンネル型反射板は小さいので、照明装置としの特性にはほとんど影響を与えない。

さらに、図７のような形状は樹脂によって形成することも可能である。すなわち、樹脂を射出成型によって、図７のような形状とし、内面２１にアルミニウム等の反射率の高い金属を蒸着、スパッタリング、あるいは、メッキ等によってコーティングして作成することも出来る。

図５、図６等で述べたように、矩形ファンネル型反射板２０は非常に小さく、また、矩形ファンネル型反射板２０を用いた照明装置も非常に小さい。このような照明装置の大きさにくらべ、照射装置から照射面までの距離は、はるかに大きい。図８は、図３に示すような照明装置を２個並べた構造を２メートルの高さから床面１０００に照射した場合の光スポット７０を示す図である。

図８において、５０は光束であり、６０は光スポットであり、ｓｗ１は光スポット径である。図８に示すように、照明装置からの光は配光角に応じて拡大して床面に光スポット６０として照射される。スポット６０の形状は、矩形ファンネル型反射板２０の開口部の形である矩形が維持されている。

図８において、ｈ１は照明装置のｚ方向の大きさであり、ｈ２は照明装置から照射面である床面１０００までの距離である。図８において、矩形ファンネル型反射板２０と矩形ファンネル型反射板２０の中心間の間隔ｗ１は、例えば７ｍｍ程度である。一方、照明装置２０から床面１０００までの距離は２ｍであり、はるかに大きい。したがって、床面１０００における光スポットの位置は、左側の矩形ファンネル型反射板２０からの光だろうと、右側の矩形ファンネル型反射板２０からの光だろうと区別はつかない。つまり、単純に照度が２倍になるだけである。

図９は、矩形ファンネル型反射板２０を用いたユニットを４個正方形になるように配置した状態を示す底面図及び側面図である。左側が底面図であるが、４個用いても、大きさは１４ｍｍ×１４ｍｍ程度なので非常に小さい。なお、底面図では、液晶レンズは省略している。４個の矩形ファンネル型反射板２０に配置されたＬＥＤのうち、Ｒ ＬＥＤは赤色ＬＥＤであり、Ｂ ＬＥＤは青色ＬＥＤであり、Ｇ ＬＥＤは緑いろＬＥＤであり、Ｗ ＬＥＤは白色ＬＥＤである。なお、白色は、色のトーンを出すためにも使用される。

図９の右側が側面図であるが、図８と同様に、ユニットが２個並んでいる場合に相当する。各矩形ファンネル型反射板２０の開口部に液晶レンズ１００が配置している。図９において、液晶レンズパネル１００は４個の矩形ファンネル型反射板２０に共通に配置されているが、個々の矩形ファンネル型反射板２０毎に液晶レンズが形成される構成となっている。

図８で説明したように、４個の矩形ファンネル型反射板２０のいずれかからであろうと、光スポットは、同じ位置に同じ形状で照射される。したがって、任意の色の光スポットは、発光色の異なる４個のＬＥＤ光源をミックスすることによって形成することが出来る。

図１０は、４個のＬＥＤを用いた場合のスポットの色の例である。図において、Ｗ（白）、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）は各照明装置単独で点灯すればよい。Ｙ（黄）はＲとＧを点灯し、Ｃ（シアン）はＧとＢを点灯し、Ｐ（紫）は、ＲとＢを点灯することによって得られる。その他、いろいろな中間色は、Ｗ（白）、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のＬＥＤの発光強度を調整することによって、対応することが出来る。

スポットのサイズは、矩形ファンネル型反射板２０で決まる配光角と、照明装置から照射面までの距離によって決まる。しかし、実施例１では、矩形ファンネル型反射板２０の開口部に液晶レンズ１００を配置しているので、液晶レンズ１００の特性を調整することによって、光スポットの大きさを制御することが出来る。光スポットの大きさの制御は、液晶レンズ１００の電極に印加する電圧によって制御可能である。

図１１及び図１２は、図９の構成の照明装置を用いて光スポットを照射した場合の模式図である。図１１、図１２とも矩形ファンネル型反射板２０の開口部に液晶レンズ１００を配置している。図１１では、液晶レンズ１００をＯＦＦした状態における光スポット形状である。図１１では、液晶レンズ１００は光スポット形状に対して影響を与えていない。図１２は液晶レンズ１００に発散レンズとしての作用を持たせたものである。したがって、図１２の光スポットの形状は、図１１の光スポットの形状よりも大きい。ただし、図１２における照度は図１１の照度よりも小さくなる。

図１１及び図１２は液晶レンズ１００によって均等に光スポットを拡大した例であるが、液晶レンズ１００の電圧のかけ方によっては、光スポットのアスペクト比を変えることも可能である。液晶レンズ１００の動作及び構成例については、実施例４で説明する。

図９は、矩形ファンネル型反射板２０を４個正方形に配置した場合の例である。照度をより大きくしたい場合は、例えば、矩形ファンネル型反射板を８個あるいは１２個、１６個のように、４個の倍数で増やしていけばよい。各矩形ファンネル型反射板２０の大きさは、底辺の１辺が、例えば、６．５ｍｍのように非常に小さいので、６．５ｍｍを４個、１方向に並べたとしても、２６ｍｍ程度であり、照射面まで、例えば２ｍ離れていれば、図８で説明したように、いずれの矩形ファンネル型反射板２０を点灯したとしても、光スポット７０の位置は実質的には変化しない。

このように、実施例１の構成を用いれば、光スポット７０の色彩や形状、大きさを容易に制御することが出来る。なお、以上の説明では、照明装置は、各々、色の異なる光を発光できる、４個の照明ユニットで構成されるとして説明したが、必要に応じて、２色、あるいは、３色の光を発光できる構成であってもよい。

光スポット形状は矩形ファンネル型反射板２０の形状によっても制御することが出来る。矩形ファンネル型反射板２０から出射する光の配光角は、図５に示す、矩形ファンネル型反射板の高さｈ１と開口部の径ｘ１によっておおよそ決められる。ｈ１／ｘ１が大きいほど配光角が小さくなる。すなわち、光スポットの径は小さくなる。

図１３はこの様子を示す模式図である。図１３において、開口径はほぼ同じであるが、高さが高い（ｈ３）矩形ファンネル型反射板２５と高さが低い（ｈ４）矩形ファンネル型反射板２６とが並んで配置されている。照射面１０００において、高さの高い矩形ファンネル型反射板２５からの光スポット６０の径ｓｗ２は、高さの低い矩形ファンネル型反射板２６からの光スポット６０の径ｓｗ３よりも小さい。

図１４は、赤ＬＥＤ、青ＬＥＤ、緑ＬＥＤ、白ＬＥＤと、高さの高い矩形ファンネル型反射板２５を組み合わせた４個の照明ユニットと、赤ＬＥＤ、青ＬＥＤ、緑ＬＥＤ、白ＬＥＤと、高さの低い矩形ファンネル型反射板２６を組み合わせた４個の照明ユニットとを並べて配置した状態を示す図であり、左側が底面図、右側が側面図である。矩形ファンネル型反射板毎に液晶レンズを形成することが出来る液晶レンズパネル１００が矩形ファンネル型反射板２５、２６の開口部に配置されている。ただし、左側の底面図では、液晶レンズパネルは省略されている。

図１４において、高さの高い矩形ファンネル型反射板２５をＯＮにすると、小さな光スポットが形成され、高さの低い矩形ファンネル型反射板２６をＯＮにすると大きな光スポットが形成される。図８で説明したように、照明ユニット間の間隔は、照明ユニットと照射面との距離に比べてはるかに小さいので、照射される光スポットの位置は殆ど変化がない。

図１５乃至図１８は、実施例２の動作を示す模式図である。図１５乃至図１８では、各矩形ファンネル型反射板２５、２６の開口部には液晶レンズ１００が配置している。図１５は、図１４のような配置の照明装置において、長い矩形ファンネル型反射板２５のみ点灯した場合の光スポット６０である。この場合は、比較的小さい光スポット６０が形成される。図１５では、液晶レンズ１００はＯＦＦ状態である。

図１６は、図１４のような配置の照明装置において、短い矩形ファンネル型反射板２６のみ点灯した場合の光スポット６０である。この場合は、図１５よりも大きい光スポット６０が形成される。図１６では、液晶レンズ１００はＯＦＦ状態である。
図１７は、図１５の状態において、液晶レンズ１００をＯＮにして、液晶レンズ１００に発散レンズを形成した場合の模式図である。これによって光スポットは図１５の場合よりも大きくなる。図１８は、図１６の状態において、液晶レンズ１００をＯＮにして、液晶レンズ１００に発散レンズを形成した場合の模式図である。これによって光スポットは図１６の場合よりも大きくなる。

図８で説明したように、各場合の光スポット６０の位置は殆ど変わらない。光スポットサイズが変わるのみである。このように、図１４の構成であれば、光スポット６０のサイズを細かく制御することが出来る。以上の説明では、矩形ファンネル型反射板２５、２６の長さは２種類のみとしたが、３種類以上とすればさらに細かく光スポットのサイズを調整することが可能である。この場合も、長さの異なる各矩形ファンネル型反射板２０の数は４個である。つまり、矩形ファンネル型反射板２０の数は４の倍数となる。なお、広い範囲での色制御が不要ならば、矩形ファンネル型反射板２０は２以上の倍数とすることも出来る。

実施例１及び２では、配光角が小さく、かつ、矩形スポットを得るために、矩形ファンネル型反射板２０を使用している。本発明は、矩形スポットのみでなく、円形のスポットに対しても対応することが出来る。図１９は、円形スポットを得ることが可能な、反射面である内面の一部が少なくとも放物面であり、開口部が円形である、円形ファンネル型反射板３０を用いた照明装置の斜視図である。図１９において、円形ファンネル型反射板３０の頂部である、ネック部に、光源であるＬＥＤ１０が配置している。円形の開口部には、液晶レンズ１００が配置している。図１９が実施例１の図３乃至図６に示す照明装置と異なる点は、ファンネル型反射板２０の開口部が円形であるという点である。

図２０は円形ファンネル型反射板２０の光軸である、ｚ軸に沿った断面であり、図２１は、図２０をＢ方向から視た底面図である。円形ファンネル型反射板２０の高さｈ１は例えば３０ｍｍであり、開口部における直径ｄ１は例えば６．５ｍｍである。図２０、図２１に示す反射面３１は少なくとも一部が放物面となっている。このような形状の円形ファンネル型反射板３０であれば配光角は１０度以下を維持することが出来る。配光角を１０度以下に維持するには、ｈ１／ｄ１は２以上であり、好ましくは３以上、より好ましくは４以上である。

図２０のような円形ファンネル型反射板３０は、例えば、アルミニウム等の、反射率の高い金属をプレスによって形成することが出来る。円形ファンネル型反射板はサイズが小さいので、厚さｔは０．２ｍｍ程度であれば、機械的な強度は十分に保つことが出来る。

また、図２０、図２１に示すような円形ファンネル型反射板３０はアルミダイカストによって形成することも可能である。この場合、円形ファンネル型反射板の板厚ｔは、ダイカスト可能な厚さとする必要があるが、板厚が若干大きくなっても、円形ファンネル型反射板３０はもともと小さいので、図８で説明したように、大きな問題となることはない。

図２２、図２３は、円形ファンネル型反射板３０を製造する他の方法である。図２２は斜視図であり、図２３は、図２２をＣ方向から視た底面図である。図２２は、例えば、アルミニウムのような、反射率の高い金属ブロックに対し、機械加工によって、少なくとも一部が放物面である凹部３１を形成したものである。図２２のｚ軸に垂直な断面は円なので、実施例１の図７に示すような矩形ファンネル型反射板２０に比べて機械加工は容易である。

図２２、図２３に示す円形ファンネル型反射板３０は樹脂によって形成することも可能である。すなわち、樹脂を射出成型によって、図２２のような形状とし、内面３１にアルミニウム等の反射率の高い金属を蒸着、スパッタリング、あるいは、メッキ等によってコーティングして作成することも出来る。

図２０、図２１、あるいは、図２２、図２３のような円形ファンネル型反射板３０を用い、図１９のような構成によって、円形スポットを形成する照明装置を形成することが出来る。図１９を組み合わせることによって、実施例１及び実施例２で説明したような、種々の色や、大きさに対応することが出来る照明装置を形成することが出来る。すなわち、実施例１及び実施例２で説明した矩形ファンネル型反射板２０を、円形ファンネル型反射板３０で置き換えることによって、同じ効果を得ることが出来る。異なる点は、光スポットが円形になるという点だけである。

ところで、矩形ファンネル型反射板２０と円形ファンネル型反射板３０を並列に並べれば、矩形スポットと円形スポットを容易に切り替える照明装置を実現することが出来る。なお、以上の例では、実施例３におけるファンネル型反射板の開口部は円であるとして説明したが、楕円でもよい。この場合、ファンネル型反射板の高さｈ１と開口径ｄ１の比、ｈ１／ｄ１のｄ１としては、楕円の長軸を用いればよい。

実施例４は、実施例１乃至２において使用される液晶レンズ１００の構成の例である。図２４は、液晶レンズ１００の原理を示す断面図である。図２４において、液晶層３００の左側からコリメートされた光が入射している。図２４におけるＰは入射光の偏向方向の意味である。通常の光の偏向方向はランダム分布しているが、液晶は屈折率に異方性があるので、図２４はＰ方向に偏向している光についての作用を示すものである。

図２４において、液晶層３００には、電極によって液晶分子３０１が液晶層３００の周辺に行くにしたがって、傾きが大きくなるように配向している。液晶分子３０１は細長い形状であり、液晶分子３０１の長軸方向の実効屈折率は、液晶分子３０１の短軸方向の実効屈折率よりも大きいので、液晶層３００の周辺ほど屈折率が大きくなるため、凸レンズが形成される。図２４における点線は光波面ＷＦであり、ｆはレンズのフォーカス距離である。

液晶は、屈折率に異方性があるので、レンズを形成するには、第１のレンズが作用する光の偏向方向と直角方向に偏向する光に作用する第２のレンズが必要になる。図２５はこのレンズ構成を示す分解斜視図である。図３５において、左側の平行四辺形は光の波面である。つまり、Ｘ方向とＹ方向に偏向した光が液晶層に入射する。第１液晶レンズ１１０はＸ偏光光に作用するレンズであり、第２レンズ１２０はＹ偏光光に作用するレンズである。

図２５において、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０では液晶分子３０１の初期配向方向が９０度異なっている。液晶分子３０１の初期配向は、液晶レンズ内の配向膜の配向方向によって決定される。つまり、図２５では、２枚の液晶レンズにおいて、光が入射する側の基板における配向膜の配向方向が互いに直角方向になっている。

図２６は液晶レンズによって凹レンズを形成する場合である。図２６において、波面ＷＦが液晶層３００に平行で、１方向に偏向した光が、左側から液晶層３００に入射する。図２６において、液晶層３００における液晶分子３０１は、電極によって光軸付近において最も大きく配向され、周辺に行くにしたがって、配向角度が小さくなっている。このような液晶分子の配向によるレンズ構成によって、液晶層３００を通過した光の波面ＷＦは図２５の点線で示すような曲線になって凹レンズが形成される。なお、凹レンズの場合も、図２５に示すように、２枚の液晶レンズが必要なことは同じである。

図２７は実際の液晶レンズの構成の第１の例を示す断面図である。図２７において、第１基板１０１の上に第１電極１０２が配置し、第２基板１０３の上に第２電極１０４が配置し、第１基板１０１と第２基板１０３の間に液晶層３００が挟持されている。第１電極１０２と第２電極１０４を覆って配向膜が形成されているが図２７では省略されている。以下の図も同様である。配向膜にラビング処理等の配向処理を行うことによって液晶分子３０１の初期配向方向を決める。

図２７では、第１基板１０１側の液晶分子３０１の初期配向方向と第２基板１０３側の液晶分子３０１の初期配向方向が９０度となっており、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプの液晶レンズとなっている。第１電極１０２はｘ方向に延在し、第２電極１０４はｙ方向に延在している。ただし、液晶レンズ１００の形成にはＴＮタイプタイプの液晶に限る必要はない。

図２８の左側の図は第１基板１０１に形成された第１電極１０２の平面図である。図２８の右側の図は第２基板１０３に形成された第２電極１０４の平面図である。第１電極１０２はｘ方向に延在しており、第２電極１０４はｙ方向に延在している。第１電極１０２と第２電極１０４の交点において、液晶分子３０１が電圧に従って配向する。つまり、第１電極１０２と第２電極１０４への電圧の印加方法によって種々の液晶レンズの機能を発揮させることが出来る。

図２９は実際の液晶レンズ１００の構成の第２の例を示す断面図である。図２９において、第１基板１０１の上にストライプ状の第１電極１０２が配置し、第２基板１０３の上に平面状の第２電極１０４が配置し、第１基板１０１と第２基板１０３の間に液晶層３００が挟持されている。

図３０の左側の図は第１基板１０１に形成された第１電極１０２の平面図であり、第１電極はｘ方向に延在している。図３０の右側の図は第２基板１０３に形成された第２電極１０４の平面図であり、第２電極１０４は平面状である。第２の例も、第１電極１０２と第２電極１０４の間に印加される電圧によって種々の液晶レンズの機能を発揮させることが出来る。

以上説明した液晶レンズの構成は、例であり、液晶レンズは、他の構成によっても実現することが出来る。液晶レンズで光スポットを制御する場合、液晶レンズに入射する光の配光角が小さければ、より正確な光スポット形状の制御が可能になる。実施例１乃至３では、図５、図６等に示す矩形ファンネル型反射板２０、あるいは、図２０，図２１等に示す円形ファンネル型反射板３０と組み合わせて液晶レンズ１００を使用する。矩形ファンネル型反射板２０も矩形ファンネル型反射板３０も小さな配光角を実現することが出来るので、正確な光スポット形状及び照度の制御が可能である。

１…投光器、 １０…ＬＥＤ、 １１…アーム、 １２…色変換器、 １３…色変換器、 １４…遮光板、 ２０…矩形ファンネル型反射板、 ２１…反射面、 ２２…底面、 ２５…長い矩形ファンネル型反射板、 ２６…短い矩形ファンネル型反射板、 ３０…円形ファンネル型反射板、 ３１…反射面、 ３２…底面、 ５０…光束、 ６０…光スポット、 １００…液晶レンズ、液晶レンズパネル １０１…第１基板、 １０２…第１電極、 １０３…第２基板、 １０４…第２電極、 １０６…引き出し線、 １１０…第１液晶レンズ、 １２０…第２液晶レンズ、 １０００…照射面

Claims (15)

1. 第１のネック部、第１の開口部、第１の反射面、及び第１の光軸を有する第１のファンネル型反射板の、前記第１のネック部に第１の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第１の開口部に第１の液晶レンズを配置した第１のユニットと、
   第２のネック部、第２の開口部、第２の反射面、及び第２の光軸を有する第２のファンネル型反射板の、前記第２のネック部に第２の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第２の開口部に第２の液晶レンズを配置した第２ユニットと、を有し、
   前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さｈ１は前記第２のファンネル型反射板の前記第２の光軸に沿った長さと同じであり、前記第１の開口の径ｄ１は、前記第２のファンネル型反射板の第２の開口の径と同じであり、
   ｈ１／ｄ１は２以上であることを特徴とする照明装置。
2. 第３のネック部、第３の開口部、第３の反射面、及び第３の光軸を有する第３のファンネル型反射板の、前記第３のネック部に第３の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第３の開口部に第３の液晶レンズを配置した第３ユニットを有し、
   前記第３のファンネル型反射板の前記第３の光軸に沿った長さは前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さと同じであり、前記第３の開口の径は、前記第１のファンネル型反射板の第１の開口の径と同じであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 第４のネック部、第４の開口部、第４の反射面、及び第４の光軸を有する第４のファンネル型反射板の、前記第４のネック部に第４の色を発光するＬＥＤを配置し、前記第４の開口部に第４の液晶レンズを配置した第４ユニットを有し、
   前記第４のファンネル型反射板の前記第４の光軸に沿った長さは前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さと同じであり、前記第４の開口の径は、前記第１のファンネル型反射板の第１の開口の径と同じであることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１の色は赤色、前記第２の色は緑色、前記第３の色は青色、前記第４の色は白色であるあることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. ｈ１／ｄ１は３以上であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記第１の開口部、前記第２の開口部、前記第３の開口部、前記第４の開口部は矩形であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
7. 前記第１の開口部、前記第２の開口部、前記第３の開口部、前記第４の開口部は長方形であり、前記長方形の長軸の長さがｄ１であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
8. 前記第１の開口部、前記第２の開口部、前記第３の開口部、前記第４の開口部は円であり、ｄ１は前記円の直径であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
9. 前記第１の反射面の少なくとも一部、前記第２の反射面の少なくとも一部、前記第３の反射面の少なくとも一部、前記第４の反射面の少なくとも一部は放物面であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
10. 第１の組み立て体は、第１のネック部、第１の開口部、第１の反射面、及び第１の光軸を有する第１のファンネル型反射板の、前記第１の開口部に第１の液晶レンズを配置した構成であり、
    前記第１のファンネル型反射板の前記第１の光軸に沿った長さはｈ１であり、前記第１の開口部の径はｄ１であり、
    第１ユニットは、前記第１のネック部に第１の色を発光する第１のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第２ユニットは、前記第１のネック部に第２の色を発光する第２のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第３ユニットは、前記第１のネック部に第３の色を発光する第３のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第４ユニットは、前記第１のネック部に第４の色を発光する第４のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第２の組み立て体は、第２のネック部、第２の開口部、第２の反射面、及び第２の光軸を有する第２のファンネル型反射板の、前記第２の開口部に第２の液晶レンズを配置した構成であり、
    前記第２のファンネル型反射板の前記第２の光軸に沿った長さはｈ２であり、前記開口部の径はｄ２であり、
    第５ユニットは、前記第２のネック部に第１の色を発光する第１のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第６ユニットは、前記第２のネック部に第２の色を発光する第２のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第７ユニットは、前記第２のネック部に第３の色を発光する第３のＬＥＤが搭載された構成であり、
    第８ユニットは、前記第２のネック部に第４の色を発光する第４のＬＥＤが搭載された構成であり、
    ｈ１／ｄ１は２以上であり、かつ、ｈ１＞ｈ２であることを特徴とする照明装置。
11. ｈ１／ｄ１は３以上であり、ｈ２／ｄ２は２以上であり、前記第１の開口部の径と前記第２の開口部の径は同じであることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記第１の開口部及び前記第２の開口部は矩形であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
13. 前記第１の開口部及び前記第２の開口部は長方形であり、前記長方形の長軸の長さがｄ１であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
14. 前記第１の開口部及び前記第２の開口部は円であり、ｄ１は前記円の直径であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
15. 前記第１の反射面の少なくとも一部、及び、前記第２の反射面の少なくとも一部は放物面であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。

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