JP4461782B2 - 照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の微小光源が２次元的に配列された光源モジュールを複数備える照明器具に関する。

１個の発光ダイオードで得られる光束は、最大でも（１〜３）ｌｍ程度であるので、一般照明用光源としては光量が大きく不足する。このために、多数の発光ダイオードを２次元的に配列して、所定の光量を得る照明器具が、本出願人により開発され既に出願済みである（例えば特許文献１参照。）。

この未公開の先行出願に記載の照明器具は、四角形の基板が有した導電体パターン上に発光ダイオードを縦横に等間隔に並べて２次元的に配列するとともに、これらの発光ダイオードが個別に挿通配置される挿通孔を中央部に有した反射体を縦横に等間隔に並べて２次元的に配列し、それによって互いに隣接した各反射体の四角形状をなす開口の縁を稜線状に連続させて、この稜線を桝目状にした構成を備えている。この照明器具では、各発光ダイオードが点灯されることにより、各反射体の開口を直接通って出射する直接光（無反射光）と、各反射体で反射してから反射体の開口を通って出射する反射光とで、被照明空間を照明できる。
特願２００３−０４０１３０（段落００２６−００２８、００３４、００３６−００３８、図１−図４）

前記のように発光ダイオードを集合させてなる光源は、使用した発光ダイオードの数に応じた多数の発光点を有している。この発光点の輝度は高いので、光源を視認した時には、多数の発光点が粒状に視認される。しかし、前記特許文献１に記載の照明器具では、光源が有する多数の発光点が粒状に視認されることに対する充分な考慮がなされておらず、この点に関して改善の余地が残されている。

すなわち、多数の高輝度の発光点が縦横に並べて２次元的に配置されているので、これを被照明空間から見た場合には、発光点のところは明るく視認され、隣接する発光点間のところは相対的に暗く視認される。こうした明暗の繰返し刺激よって、発光ダイオードを集合させてなる光源はそれを視認する人間にとっては空間的な「ちらつき」として認識される。このようなちらつき感を伴う光源では、その発光ダイオードの２次元的配置に起因する視覚的ストレスを人間が受ける。それにより、照明環境での快適感を減じるように心理的に感じられることがある（なお、このような視覚的ストレスによる心理的悪影響を、本明細書では「心理的不快感」と称する。）。

本発明は、微小光源が２次元的に配列された光源モジュールによる心理的不快感を低減できる照明器具の提供を目的とする。

前記課題を解決するために請求項１の発明は、２次元的に整列して配置された多数の微小光源を有する光源モジュールを複数備え、これら光源モジュールが互いに離れて設けられ、前記微小光源に直流電流を印加して前記微小光源を直流点灯させる電子回路を具備している照明器具であって、前記光源モジュールを被照明空間から視認したときの前記微小光源のピッチが、空間周波数で表して３ｃｐｄより大きくなるように前記各微小光源が配置されているとともに、前記各光源モジュールを被照明空間から視認したときの前記光源モジュールのピッチが、空間周波数で表して１ｃｐｄより小さくなるように前記各光源モジュールが配置されていることを特徴としている。

この発明及び以下の各発明において、微小光源には、微小発光素子、例えば固体発光素子、好ましくは発光ダイオードを用いることができる。これら微小光源の２次元的配置は、正面からみて微小光源が縦横に等間隔に並ぶマトリックス状の配置、正面からみて微小光源が斜めの縞柄配置となるように並ぶストライプ状の配置、微小光源が井桁の各枡目に対して斜め方向には隣接するが、縦横の並び方向には１つ置きに位置するように並ぶチェッカー状の配置等の整列的な配置とすることができる。なお、微小光源は、単一の微小発光素子であっても、実質的に単一と視認できる程度に至近距離に配置された複数の微小発光素子からなる一群であってもよい。又、空間周波数の単位「ｃｐｄ」は、cycle per degreeの略であって、人間が見る平面角１度あたり明暗が何サイクルあるかということを示す指標である。言いかえれば、平面角１度の角度範囲の中で何回明暗が繰返されるかということを示す指標であって、明るさと暗さが交互に現れる周期性がある場合に、その視覚刺激を人間が空間的な「ちらつき」として知覚する際の感度を示す指標でもある。

請求項１の発明では、光源モジュールの各微小光源のピッチが、空間周波数で表して３ｃｐｄより大きいので、平面角１度あたり微小光源による輝点が３以上あって、微小光源の配置密度（言いかえれば、視野内の空間周波数）が高くなっている。これにより、被照明空間から照明器具を視認した時に、光源モジュールの粒状に視認される各微小光源の並びに基づく明暗の繰返しに起因する視覚上のちらつき感を認識し難くすることが可能である。又、各光源モジュールのピッチが、空間周波数で表して１ｃｐｄより小さいので、平面角１度あたり光源モジュールによる輝点が１以下あって、各光源モジュールの配置密度が低くなっている。これにより、被照明空間から照明器具を視認した時に、各光源モジュールの並びに基づく明暗の繰返しに起因する視覚上のちらつき感を認識し難くすることが可能である。したがって、粒状に視認される微小光源が２次元的に配列された光源モジュール自体及びその配置に起因するちらつき感を知覚し難くできる。

又、前記課題を解決するために請求項２の発明は、２次元的に整列して配置された多数の微小光源を有する光源モジュールを複数備え、これら光源モジュールが互いに離れて設けられていて、天井に設置される照明器具であって、前記各微小光源を12.3mm以下のピッチで配置するとともに、前記各光源モジュールを37mm以上のピッチで配置したことを特徴としている。

この発明は、オフィス等の一般的な照明環境での人間の目の高さと天井高さを考慮し、例えば着座した人間の目の高さ位置が1.1ｍ、天井高さが2.6ｍとした条件で、天井側に設置された照明器具の微小光源のピッチ及光源モジュールのピッチを定めたものであり、光源モジュールの各微小光源を12.3mm以下のピッチで配置したことで、各微小光源のピッチを空間周波数で表して３ｃｐｄより大きくでき、各光源モジュールを37mm以上のピッチで配置したことで、空間周波数で表して１ｃｐｄより小さくできる。これにより、粒状に視認される微小光源が２次元的に配列された光源モジュールからなる光源モジュール自体及びこのモジュールの配置に起因するちらつき感を知覚し難くできる。

又、請求項１又は２の発明の好ましい形態では、請求項３の発明のように、前記各光源モジュールを非マトリックス状となるようにランダムに配置するとよい。

この請求項３の発明では、各光源モジュールの配置に規則性がないので、各光源モジュール相互の間隔がより大きくなって、各光源モジュールとそれらの間の暗い部分とによるちらつき感をより知覚し難くできる。

請求項１、２の発明によれば、被照明空間から見た場合に粒状に視認される微小光源が２次元的に配列された光源モジュール自体及びこのモジュールの配置に起因するちらつき感を知覚し難くなるので、視覚的ストレスによる心理的悪影響、すなわち「心理的不快感」を低減可能な照明器具を提供できる。

請求項３の発明によれば、各光源モジュールとそれらの間の暗い部分とによるちらつき感をより知覚し難くなるので、「心理的不快感」をより低減可能な照明器具を提供できる。

図１から図４を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。

図１中符号１１は、例えば床からの高さが2.6ｍの天井に直付けし、或いは埋め込んで設置される照明器具１１を示している。この天井設置形の照明器具１１は、四角形例えば長方形で薄形に形成された器具本体１２を備え、この器具本体１２の正面には、複数の光源モジュール１３が、所定の配置例えば縦横に並べて配置されている。なお、器具本体１２が薄形、ひいては照明器具１１が薄形であることは、後述のように光源モジュール１３の各発光要素に微小光源を採用していることにより実現されている。

各光源モジュール１３は天井下の被照明空間から視認可能に設けられている。すなわち、照明器具１１は各光源モジュール１３の視認を妨げるカバーなどを備えておらず、各光源モジュール１３は被照明空間に臨んでいる。しかし、導光性を有する透明の合成樹脂やガラスにより一体成形されたプリズム部等を有する透過制光体を各光源モジュール１３の表面に付設した照明器具１１とすることは妨げない。

図３（Ａ）に示すように各光源モジュール１３は、基板１４と、多数の微小光源例えば発光ダイオード１５と、反射体１６と、点灯ユニット１７等を備えている。

基板１４は電気絶縁材料により四角形例えば正方形をなしている。この基板１４の一面である正面には図示しない導電性の配線パターンが形成されている。基板１４には、固体発光素子であるチップ状の発光ダイオード１５が夫々配線パターン上に縦横に等間隔で並んで、電気的かつ機械的に接続された状態に取付けられている。これにより、図２に示すように各発光ダイオード１５は所定間隔で２次元的に整列されている。これら発光ダイオード１５の光束は例えば（１〜３）ｌｍであり、その発光色は、照明用として白色が好適に用いられるが、他の単色の色や、複数色を用いてもよい。

前記２次元的に配置された発光ダイオード１５の縦横の相互間隔は、被照明空間から照明器具１１を視認したときのピッチＰＤが空間周波数で表して３ｃｐｄ（cycle per degree）より大きくなるように設定されている。具体的には、既述のように2.6ｍの高さの天井に照明器具１１が設置されていて、人間の目の高さが1.1ｍ（なお、これは一般的なオフィスでの着座時に目の高さに相当する。）と仮定したときに、着座状態で照明器具１１を斜め４５°の仰角で見上げた条件下において、縦横に隣接した発光ダイオード１５相互のピッチＰＤが12.3mm以下となるように設定されている。ピッチＰＤの下限は、発光ダイオード１５の大きさによって決まり、たとえば0.1mmとすることが技術的に可能とされている。ピッチＰＤがその上限（３ｃｐｄである12.3mm）を超える場合には、２次元的配置の発光ダイオード１５により粒状感が知覚され易くなり好ましくない。このピッチＰＤは、その上限と下限の間で、照明器具１１の大きさや光源モジュール１３の大きさ等に適合させて、適宜選択できる。

反射制光体として機能する反射体１６は、発光ダイオード１５が個別に配置される反射部２１が縦横に桝目状（マトリックス状）に配設されて一体形成されている。反射体１６は、電気絶縁材料例えば合成樹脂の成形品であって、その外形は、基板１４と同様な四角形例えば正方形をなしている。反射体１６の表面、つまり、各反射部２１の表面には夫々アルミニューム蒸着膜などからなる反射膜２２が設けられている。

各反射部２１は、その中央部に発光ダイオード１５が挿通して配置される四角形又は円形の通孔２３を有している。各反射部２１は、その通孔２３の縁から表面の開口に向けて次第に拡開した凹状をなしている。各反射部２１の開口縁は例えば四角形状具体的には反射体１６と相似形をなす正方形をなしている。反射膜２２は、反射部２１の開口縁をなす各辺に連続する４面で所定の配光パターンが得られるように構成されており、前記４面は、いずれも、その曲率や光拡散性が発光ダイオード１５の発光特性や光源モジュール１３の配光パターンに対応する曲面又は平面で形成されている。互いに隣接する反射部２１の開口縁２１ａの各辺同士は線状の稜線２４を形成して連続されているので、この縦横の稜線２４が反射体１６の表面側において同一表面上で桝目状に形成されている。

図３（Ａ）に示すように点灯ユニット１７は基板１４の裏側に配置されている。この点灯ユニット１７は、電気絶縁性のボックス３１を有している。ボックス３１は、これから突設された複数のねじ３２により、基板１４の裏面にこれから離間し間隔を空けた状態で固定されている。各ねじ３２の先端部は、基板１４を貫通し、絶縁物３３を介してナット３４が締め付けられることによって、基板１４に固定されている。ボックス３１内には電子回路基板３５が収容され、この電子回路基板３５とねじ３２との間には電気絶縁物３６が介在されている。電子回路基板３５には、交流電流を全波整流して直流電流に変換し、この変換された直流電流を発光ダイオード１５に印加してこの発光ダイオード１５を直流点灯させる電子回路３７が実装されている。電子回路基板３５には図示しない電源から交流電流を導く電線３８が接続されているとともに、電子回路基板３５と基板１４の配線パターンとは、直流電流を導く電線３９を通して電気的に接続されている。

なお、本実施形態では、各光源モジュール１３の夫々に対して個別に点灯ユニット１７を対応させて設けたが、各光源モジュール１３の数より少ない点灯ユニットを用いてこの点灯ユニットを少なくとも２以上の光源モジュール１３に共用させてもよい。

前記構成の各光源モジュール１３は、図１に示すように器具本体１２に対して２次元的に、例えば縦横に等間隔に並べるとともに、互いに接しないように相互間に隙間Ｓを設けて配置されている。隣接した光源モジュール１３の縦横の相互間隔は、被照明空間から照明器具１１を視認したときのピッチＰＭが空間周波数で表して１ｃｐｄより小さくなるように設定されている。具体的には、既述のように天井高さ2.6ｍの天井に設置された照明器具１１を、人間の目の高さが1.1ｍとなる着座状態で照明器具１１を斜め４５°の仰角で見上げた条件下において、縦横に隣接した光源モジュール１３相互のピッチＰＭが37.0mmより大きくなるように設定されている。このピッチＰＭの上限は、照明器具１１の大きさによって決まり、たとえば縦横各600mmの面積に相当する大きさの照明器具の大きさに適合した値を適宜設定できる。ピッチＰＭがその下限（１ｃｐｄである37.0mm）未満の場合には、２次元的配置の光源モジュール１３による粒状感が知覚され易くなり好ましくない。このピッチＰＭは、その上限と下限の間で、照明器具１１の大きさや光源モジュール１３の大きさ・数等に適合させて、適宜選択できる。

照明器具１１を点灯させた場合、各光源モジュール１３が有した多数の発光ダイオード１５が直流点灯されるので、反射体１６の各反射部２１の開口を直接通って出射する直接光（無反射光）と、各反射部２１の反射膜２２で反射してから反射部２１の開口を通って出射する反射光とで、被照明空間を照明できる。

この場合、被照明空間から各光源モジュール１３を視認した時の輝度分布を示す図３（Ｂ）のように、発光点である各発光ダイオード１５のところが最も明るく視認され、各反射部２１の開口縁のところが最も暗く視認される。このため、例えば着座状態で天井の照明器具１１を視認した場合、その人間は、発光ダイオード１５の２次元的配置に起因する明暗の繰返し刺激を受ける。それにも拘らず、前記構成の照明器具１１ではこれを視認した人間に対する視覚的ストレスを軽減できる。

すなわち、図４は人間の視覚系での知覚の大きさを、時間的周波数（単位Ｈｚ）と、空間周波数（単位ｃｐｄ、なお、ｃｐｄはcycle per degreeの略）との関係で表したグラフである。図４中縦軸の時間的周波数は、明暗の周期が１秒間に何回あるかということを示す指標である。図４中横軸の空間周波数は、人間が見る平面角１度あたり明暗が何サイクルあるかということを示す指標であり、言いかえれば、平面角１度の角度範囲の中で何回明暗が繰返されるかということを示す指標であって、明るさと暗さが交互に現れる周期性がある場合に、その視覚刺激を人間が「ちらつき」として知覚する際の感度を示す指標でもある。

この図４から時間的周波数による刺激、つまり、時間軸上での光の強弱の速さに起因する視覚的ストレスは、略２Ｈｚ〜１０Ｈｚの範囲が最も強く、これに比較して時間周波数が低くなる（つまり、光の強弱の変化が緩慢になる）ほど弱くなっていることが理解される。又、この逆に時間周波数が略１０Ｈｚを超えて高くなると（つまり、光の強弱の変化が速くなると）視覚的ストレスは低減していき、やがて視覚的ストレスとはならなくなる理解される。これは、光の強弱の変化が速過ぎて、その変化を人間の目では「ちらつき」感として捉えることができないことを意味している。平滑な直流で点灯される発光ダイオード１５においては、時間的な光の強弱は発生しないので、「ちらつき」を感じることはない。完全に平滑化されていない直流で点灯される発光ダイオードにおいても、商用電源周波数を全波整流して用いる場合、この発光ダイオードによる明暗の周波数は、商用電源周波数が５０Ｈｚでは１００Ｈｚ、商用電源周波数が６０Ｈｚでは１２０Ｈｚとなるので、この明暗の周波数は人間の目で「ちらつき」感として捉えることはできない。したがって、直流点灯される発光ダイオード１５を用いる照明器具にあっては、時間的周波数による視覚的ストレスは無視できる。

ところで、既述のように多数の発光ダイオード１５を縦横に並べて２次元的に配置した光源モジュール１３は、隣接する発光ダイオード１５間のところが相対的に暗く視認され、この光源モジュール１３を視認する人間に「ちらつき」感を与えるので、空間周波数についてはこれを無視できない。

しかし、着座した人間の目の高さ位置が1.1ｍ、天井高さが2.6ｍとした条件で、光源モジュール１３の各発光ダイオード１５を12.3mm以下のピッチで配置したことによって、各発光ダイオード１５相互のピッチＰＤが、空間周波数で表して３ｃｐｄより大きくなるようにしたので、着座者が照明器具１１を視認した場合、平面角１度あたり発光ダイオード１５による輝点が３以上となって、視認上の発光ダイオード１５の配置密度を細かくできる。

すなわち、各発光ダイオード１５相互のピッチＰＤが空間周波数で表して３ｃｐｄより大きいということは、図４では時間周波数が限りなく「０」に近い領域で空間周波数の値が３より増えることを意味しているので、図４で最も「ちらつき」を感じ易い領域Ａと、その次に「ちらつき」を感じ易い領域Ｂとを避けることができる。これにより、被照明空間から照明器具１１を視認した時に、光源モジュール１３の粒状に視認される各発光ダイオード１５の並びに基づく明暗の繰返しに起因する「ちらつき感」を認識し難くすることが可能である。

又、既述のように着座した人間の目の高さ位置が1.1ｍ、天井高さが2.6ｍとした条件で、器具本体１２に対して各光源モジュール１３を互いに離して37mm以上のピッチで配置したことによって、各光源モジュール１３相互のピッチＰＭが、空間周波数で表して１ｃｐｄより小さくなるようにしたので、着座者が照明器具１１を視認した場合、平面角１度あたり光源モジュール１３による輝点が１以下となって、視認上の各光源モジュール１３の配置密度を粗くできる。

すなわち、各光源モジュール１３相互のピッチＰＭが空間周波数で表して１ｃｐｄより小さいということは、図４では時間周波数が限りなく「０」に近い領域で空間周波数の値が１より減ることを意味しているので、図４で最も「ちらつき」を感じ易い領域Ａと、その次に「ちらつき」を感じ易い領域Ｂとを避けることができる。これにより、被照明空間から照明器具１１を視認した時に、非連続に比較的大きな間隔ごとに配設されている各光源モジュール１３の並びに基づく明暗の繰返しに起因するちらつき感を認識し難くすることが可能である。

以上のように、前記構成の照明器具１１においては、粒状に視認される発光ダイオード１５が２次元的に配列された光源モジュール１３自体及びこれらのモジュール１３の配置に起因するちらつき感を知覚し難くできる。したがって、この照明器具１１は、視覚的ストレスによる心理的悪影響、すなわち「心理的不快感」を低減することが可能である。

又、本実施形態では、照明器具１１の各反射部２１は四角形であって、その開口縁２１ａがマトリックス状に連続するので、隣接した反射部２１相互間に隙間ができて、そこが暗くなることがない。すなわち、各光源モジュール１３内で明るい部分と暗い部分とが形成されることがなく、光源モジュール１３全体を光らせることができる。これにより、各発光部、つまり、発光ダイオード１５を収容した１つの反射部２１による粒状感の知覚を低減させる上で更に好ましい。

図５は本発明の第２の実施の形態を示している。この実施形態は、第１実施形態と実質的に同じであるので、同じ構成については第１実施形態の該当構成と同じ符号を付して、その説明を省略し、以下、第１実施形態とは異なる点を説明する。

第２実施形態では、各光源モジュール１３を非マトリックス状となるようにランダムに器具本体１２に配置している。この点以外の構成は、図５に示されない構成を含めて第１実施形態と同じである。

このため、第２実施形態においても、第１実施形態と同じ作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、各光源モジュール１３の配置に規則性（周期性）がないので、各光源モジュール１３相互の間隔がより大きくなる。このことは、各光源モジュール１３相互のピッチＰＭが空間周波数で表して１ｃｐｄより更に小さくなるということを意味している。これにより、第２実施形態では、各光源モジュール１３とそれらの間の暗い部分とによるちらつき感をより知覚し難くできるに伴い、「心理的不快感」をより低減可能である点で優れている。

なお、本発明の照明器具は、天井以外の壁面に直付けしたり、天井から吊下げたりすることもでき、又は、スタンドに取付けて設けることも可能である。又、本発明において、反射体を用いる場合、その各反射部の開口部は四角形状ではなく円形であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る照明器具を示す概略的正面図。 図１の照明器具が備える光源モジュールを拡大して示す正面図。 （Ａ）は図２の光源モジュールを示す断面図。（Ｂ）は図２（Ａ）の光源モジュールの輝度分布を示す図。 人間の視覚系の知覚の大きさを、時間的な周波数と空間的な周波数との関係で示す図。 本発明の第２の実施形態に係る照明器具を示す概略的正面図。

符号の説明

１１…照明器具、１２…器具本体、１３…光源モジュール、１４…基板、１５…発光ダイオード（微小光源）、１６…反射体、１７…点灯ユニット、２１…反射部、２２…反射膜、２１ａ…開口縁、３７…電子回路、ＰＤ…発光ダイオード（微小光源）のピッチ、ＰＭ…光源モジュールのピッチ

Claims (3)

1. ２次元的に整列して配置された多数の微小光源を有する光源モジュールを複数備え、これら光源モジュールが互いに離れて設けられ、前記微小光源に直流電流を印加して前記微小光源を直流点灯させる電子回路を具備している照明器具であって、
   前記光源モジュールを被照明空間から視認したときの前記微小光源のピッチが、空間周波数で表して３ｃｐｄより大きくなるように前記各微小光源が配置されているとともに、
   前記各光源モジュールを被照明空間から視認したときの前記光源モジュールのピッチが、空間周波数で表して１ｃｐｄより小さくなるように前記各光源モジュールが配置されていることを特徴とする照明器具。
2. ２次元的に整列して配置された多数の微小光源を有する光源モジュールを複数備え、これら光源モジュールが互いに離れて設けられていて、天井に設置される照明器具であって、
   前記各微小光源を12.3mm以下のピッチで配置するとともに、前記各光源モジュールを37mm以上のピッチで配置したことを特徴とする照明器具。
3. 前記各光源モジュールを非マトリックス状となるようにランダムに配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明器具。

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