JP4528911B2 - 光源装置およびこの光源装置を用いた照明装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、このタイプの面状照明装置には、以下の課題が内在している。すなわち、その一つの課題は、所定の肉厚および大きさを有し比較的高価な導光板を必要とするので、大型化が難しくなっていることである。例えば、上記特許文献1の照明装置は、導光板は、官製ハガキ程度のガラス或いはアクリルを使用したものとなっているので、これ以上の大型化が難しい。また、強いて大型化しようとすると、大型の導光板が必要になり、しかも上記特許文献3の照明装置のように、複数個のLEDが必要となって、これら複数個のLEDを導光板の全辺の受光面に配設しなければならなくなる。そのために、照明装置の重量が増大し、かつ部品点数も多くなって組立て作業が面倒になり、さらにコストが高騰することになる。さらに、上記特許文献2の照明装置は、特殊形状の光源ロッドを必要としているが、この光源ロッドを使用しても大型化が難しくなっている。
他の課題は、発光面積を大きくするために大型化すると、それに比例して大型の導光板が必須となって、このような導光板は肉厚の厚いガラス板或いはプラスチック板が使用されるので、その重量が重くなり、それを組み込んだ照明装置の重量が増大し、価格も高騰することである。また、このような大型の導光板を用いると、光源から発光面までの光経路が長くなるために光の減衰が大きくなり、均一な照明光を得るのが難しく、しかも照度の高い照明光を得るのも難しくなる。なお、高い照度を得ようとすると、ハイパワーの光源が必須となってコストの高騰を招くことにもなる。
また、他の課題は、上記課題と関連するが、上記特許文献1、2の照明装置にみられるように光源を導光板の一辺に配置しても、光源から発光面までの光経路が長くなるために光減衰が大きくなり、結局、導光板の大きさが制限されるので、大型化ができないことである。
具体的には、点光源から光が照射されると、第1、第2の光偏向反射板の隙間から、前記点光源からの直接光および反射フードの内壁面に反射された反射光および光偏向反射板で反射された反射光が通過し、照射エリア(照明エリア)は、一対の第1、第2の光偏向反射板の傾斜角度によって設定される。また、第1、第2の光偏向反射板は、前記反射フードの反射面との間に所定の隙間があるので、点光源に最も近接したエリアを暗くさせることなく他のエリアと略同じ照度にできる。
本発明の照明装置の照明技術は、照明装置IDを用いて実現される。この照明装置IDは、指向性の強い光源LS、例えばLEDと、このLEDから所定距離離れた位置にあって、所定長さおよび幅長を有し端部に所定のギャップGをあけて対向する一対の第1、第2の光偏向反射板LF1、LF2と、これらの第1、第2の光偏向反射板の一端部、すなわち、光源LSから離れた側の端部に配設した対向する一対の第1、第2の光拡散部材P1、P2とを備え、一対の第1、第2の光偏向反射板LF1、LF2は、図1に示した光軸Axに対して所定角度α傾斜されて固定した構成となっている。
一対の光偏向反射板LF1、LF2は、光軸Axに対して、光源LSに近い端部を広く、すなわち、この端部と光軸との隙間h2にして、光源LSから離れた端部を狭く、すなわち、この端部と光軸との隙間h3(h2>h3)にして、互いに対向して配設される。この配設により、一対の光偏向反射板は、光軸Axに対して所定の角度αをなして配設される。なお、角度αは一対の光偏向反射板において同一角度としたが、異ならせてもよい。
光拡散部材は、LEDからの距離によって光反射率および光透過率が異なる光反射・光透過板で形成されている。すなわち、光反射率はLEDから近い距離にある箇所が高く、離れるに従って徐々に減少し、光透過率は逆にLEDから近い距離にある箇所が低く形成されている。また、この光反射・光透過板は、乱反射材にするのが好ましい。
図3を参照してこの照度分布シミュレーション結果を説明する。なお、図3は図1の照明装置における光拡散部材面の照度分布をシミュレーションした結果の照度分布曲線図である。この図の照度分布曲線は、第1、第2の光拡散部材のうち、一方の光拡散部材面で計測したものとなっており、他方の光拡散部材の照度も同じ照度分布曲線となっている。
光偏向反射板LF1、LF2の反射率a1;0.95
底部反射部材の反射率a2;0.95
光拡散部材の透過率b1;0
光拡散部材のΔ透過率b2;0.02
光拡散部材の反射率a4;0.96
光拡散部材の吸収率c1;0.04
LEDの光量F(lm);80
光偏向反射板LF1、LF2の角度α(度);30
光源LSから光偏向反射板LF1、LF2終端部までの距離d4;36mm
光偏向反射板終端部における前記光偏向反射板終端部と光軸Ax間の隙間h3;6mm
光偏向反射板LF1、LF2の長さd5;20mm
光軸Axと一方の光拡散部材間の距離1/2×h1;36mm
光源LSから光拡散部材P1、P2先端までの距離d3;37mm
光源LSから底反射部材までの距離d1;530mm
また、直接光DLは、底部反射部材P3で反射して底部反射光R1が得られる。さらに、直接光が光拡散部材で1回反射した後、底部反射部材P3で反射した底部反射光R2、図示を省略したが、直接光が光偏向反射板で1回反射したときの光偏向反射板1回反射光、この光偏向反射板1回反射光が光拡散部材で1回反射した1回反射光、光偏向反射板1回反射光が光拡散部材で2回反射した2回反射光、光偏向反射板2回反射光、なども得られる。図3に示す合成照度CLは、これらの光、直接光DL、反射光PR1、PR2および以降の反射光などの光を全て合成した照度である。図3に示されるように、光偏向反射板は、LEDからの照射光をコントロールして、前記LEDから遠く離れたエリアへの照射光の伝達を可能にして、前記被照射エリアにおける照度分布を均一化する反射板となっている。
この照度分布のシミユレーション結果から、合成照度CLは、光源LSから距離によっても略フラット、すなわち、光源から離れても若干減少するものの略フラットな曲線を描き一方の光拡散部材の放射面に略均一な照明光が得られる。特に、直接光DLの曲線に比べて合成照度CLの曲線がフラットになっている。他方の光拡散部材の放射面にも略均一な照明光が得られる。
角度αは、0度以外で6度〜30度まで変更した実験を行い、所望の合成照度CLを得ることができた。また、角度α以外の条件、例えば、光源の光量、光偏向反射板の長さ、光軸との間隔および光拡散部材の長さなどを変更すると、角度αの変更が必要になり、結局、この角度と他の条件とを適合させることによって、所望の合成照度CLを得ることができる。なお、この照明装置IDは光偏向反射板と光拡散部材とが連結されている。そうすると連結部分に近い箇所の光拡散部材が暗くなることがあるので、以下に説明する本発明の実施形態に係る照明装置では、光偏向反射板の外側、すなわち、一対の光偏向反射板が対向する側と反対側に反射部材を配設して、この領域が暗くなるのを防止している。図3のLFR1は、この反射部材と光偏向反射板の外側との間で反射する反射光を示している。
まず、図4、図5を参照して、本発明の第1の実施形態に係る照明装置の概要を説明する。
照明装置1は、図4、図5に示すように、対向する一対の長辺枠2a、2bおよび短辺枠2c、2dを有し内部に所定大きさの窓口2eが設けられた額縁状の枠体2と、この枠体の窓口に嵌め込まれた一対の光拡散部材11A、11A'と、長辺枠2a内に設けられた光源装置3と、この光源装置3に対向した長辺枠2bに配置された対向側機材16とを備えている。額縁状の枠体2は、枠辺に光源装置3、対向側機材16および光拡散部材11A、11A'を収容できる大きさの幅長および長さを有し、合成樹脂成型体或いは金属板材で形成されている。対向側機材16は、一方の光源装置3と同じ光源装置、或いは反射板、或いは光源装置3の電源装置のいずれかとなっている。対向側機材16を光源装置にすると、照明装置は、図4の状態で上下に光源装置が設けられるので、広い面積の照明光を得ることが可能になり、また、照度を上げることもできる。また、反射板とすると光の利用率を上げることが可能になる。さらに、電源装置とするとこの装置が枠体に組込まれるので照明装置のコンパクト化が可能になる。
光源装置3は、図6、図7に示すように、複数個のLED4と、これらのLEDが装着されてLEDからの照射光の一部を所定方向へ反射させるアーチ型の反射フード7と、LED4からの照射光を所定方向へ偏向する一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bとを備え、これらの光偏向反射板は、アーチ型の反射フード7に複数個のLED4を区画する仕切り反射板10で固定されている。これらの反射フード7、光偏向反射板9A、9Bおよび仕切り反射板10のうち、反射フード7は、光吸収率が低くしかも高い光反射率を有し、さらに乱反射する材料で形成され、また、第1、第2の光偏向反射板9A、9Bおよび仕切り反射板10は、光吸収率が低くしかも両面に高い光反射率(乱反射を含む)および低光透過率を有する材料で形成されている。これらの反射フード7、第1、第2の光偏向反射板9A、9Bおよび仕切り反射板10は、例えば超微細発泡光反射部材で形成されている。超微細発泡光反射部材のうち、光透過率1%、反射率98%および吸光率1%の特性を有する材料が好ましい。反射フード7、第1、第2の光偏向反射板9A、9Bおよび仕切り反射板10を同一材料で構成すると、異種の材料を使用するのに比べて、材料の調達および加工などが容易になる。勿論、反射フード7、第1、第2の光偏向反射板9A、9Bおよび仕切り反射板10を同一材料でなく異なる材料、例えば、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを部材に塗布したものを用いて形成してもよい。
一方の光偏向反射板9Aは、図6〜図9に示すように、所定の長さおよび幅長を有する板状体で形成されている。この光偏向反射板は、その長さが反射フード7と略同じ長さになっており、幅長は、反射フード7に固定したときに、アーチ型天井面との間に所定の隙間があく長さになっている。この光偏向反射板9Aは、表面9a及び裏面9bが高光反射率の反射面(乱反射を含む)で形成されている。一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bは、図7に示すように、反射フード7内に光軸Axに対して所定角度α傾斜させて固定される。これらの光偏向反射板9A、9Bの取付けは、仕切り反射板10を用いて固定される。なお、図7の光軸Axは、この図にあって、LED4の真下方向に垂下される光軸を左右に移動したものとなっている。
図7に示す一対の第1、第2の光拡散部材11A、11A'は、同じ構成を有しているので、一方の光拡散部材11Aを説明する。
光拡散部材11Aは、図10に示すように、対向する長辺および短辺を有し細長矩形状の光拡散パネル12と、この光拡散パネル12の一面に装着する拡散シート13とを有している。光拡散パネル12は、既に公知の光拡散板、例えば半透明のガラス板或いは合成樹脂板で形成したものが使用される。拡散シート13は、光拡散パネル12と同じ形状を有するシート材で形成されている。この拡散シート13は、一端辺から他端辺に向かって、光源からの距離によって反射率および光透過率が異なる光反射・光透過シートで形成されている。すなわち、光反射率はLED4から近い距離にある箇所が高く、離れるに従って徐々に減少し、光透過率は逆にLED4から近い距離にある箇所が低く、離れるに従って徐々に高くなるようにされている。この拡散シート13は、図10Bに示すように、光透過性シート、例えばフイルム状の透明シート13aに高反射率の反射材からなる所定形状の反射ドット14を複数個所定の規則性141〜14i〜14nを持って配設したもので形成されている。図10Bでは、これらの反射ドット14は、光源(LED)に近い領域では反射ドット141の面積が大きく、中間領域の反射ドット14iではその面積が中、さらに遠く離れた領域の反射ドット14nでは小さく形成されている。これらの反射ドット141〜14i〜14nの面積は、光源からの距離によって大中小に変化させたが、LED4が図2のような配光特性を持っているので、指向角度によってこれらの反射ドット14の面積を変更してもよい。また、この拡散シート13は、図10Cのように、高反射率の反射シート13bを用いて、この反射シートに光を通過させる開口151〜15i〜15nを形成したものを用いてもよい。
照明装置1は、図4、図5に示すように、光源装置3および一対の光拡散部材11A、11A'が額縁状の枠体2に収容され、この光源装置3には、反射フード7の空間8内に一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bが収容されている。この光源装置3は、図7に示すように、LED4から照射光が照射されると、第1、第2の光偏向反射板9A、9Bの隙間9Gからは、LED4からの直接光、および反射フード7の内壁面7c'に反射した反射光および光偏向反射板9A、9Bの表面9aで反射された反射光が通過して、第1、第2の光拡散部材11A、11A'に照射される。すなわち、一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bの傾斜角度αによって照射エリア(照明エリア)が設定されて、一対の第1、第2の光拡散部材11A、11A'に照射される。この照明エリアの設定は、両光拡散部材11A、11A'面において、上記照明分布シミュレーション通りの照明光となる。また、反射フード7の空間8内では、内壁面7c'と一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bの端部との間にそれぞれ隙間8Gが開いているので、LED4からの直接光およびこの反射フード7の内面に反射した反射光が、これらの隙間8Gを通過して内壁面7c'に照射されて反射され、またこの反射光が両光偏向反射板9A、9Bの裏面9bで反射されて第1、第2の光拡散部材11A、11A'に照射される。この照射により、両光拡散部材11A、11A'と枠体2の長辺枠2a近傍付近が暗くならない。すなわち、光源装置3では、長辺枠2a近傍付近が暗くなり易くなるが、隙間8Gを設けることによりこの不都合を解消できる。この照明装置1によれば、一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bは、両光偏向反射板間に隙間9Gがあき、且つ光軸に対して所定角度α傾斜されているので、LED4からの照射光は、その一部が隙間9Gからそのままストレートに通過し、また一部が一対の光偏向反射板9A、9Bで遮光され且つ反射されて、対向する一対の第1、第2の光拡散部材11A、11A'における照明エリアが所定範囲に分散設定されて、光拡散部材面に照射されているので大面積で均一な面状照明が得られる。また、第1、第2の光拡散部材11A、11A'と枠体2の長辺枠2a近傍付近も隙間8Gからの照射光で照射されて暗くなることがない。また、照明装置1は、光源装置3が反射フード7内の空間に複数個の個室8Aが形成されるので、各個室内のLED4からの照射光が個室内の内壁、すなわち、反射フード7および仕切り反射板10のそれぞれの反射面で反射されて、空間8の隙間開口8aから照射される。この照射光により、隣接する個室8Aの隙間開口8a付近の照度が略均一になる。
この第1の実施形態に係る照明装置1では、LEDからの光が対向する一対の光拡散部材を照射するようにし、両面照明としたが、いずれか一方の片面照明としてもよい。この場合は、第1、第2の光偏向反射板のいずれか一方を鏡面などの反射板とし、同様に第1、第2の光拡散部材もこの反射板に合わせて、鏡面の反射板にすることによって、片面照明が可能になる。
本発明の第2の実施形態に係る照明装置は、第1の実施形態の照明装置1の光源装置の構成が一部異なるのみで、他の構成が同じになっている。共通の構成には同じ符号を付してその説明を援用して重複説明を省略し、異なる構成を説明する。
光源装置3Aは、上記の光源装置3の反射フード7、一対の第1、第2の光偏向反射板9A、9Bおよび仕切り反射板10の一部構成が異なっている。すなわち、反射フード7Aは、底部が比較的広く、この底部の対向する側辺から所定長さ延設された一対の側方反射部が短長のフード部材で形成されている。また、一対の第1、第2の光偏向反射板9A'、9B'は、同じ構成を有し、幅長が比較的長く反射フード7Aに収容したときに、空間8の開口から突出する長さに形成されている。さらに、仕切り反射板10Aも空間8の開口から突出する長さに形成されたものとなっている。この照明装置は、第1の実施形態の照明装置と同様の効果を奏するものとなっている。
以下、図13を参照して、この照明装置を説明する。なお、図13は本発明の第3の実施形態に係る照明装置の概略断面図である。
照明装置17は、光源装置3をケース18に収容したものとなっている。すなわち、この照明装置17は、反射フード7の湾曲部を覆う本体ケース19と、この本体ケースの開口部を覆う透明プレート20とからなるケース18に、光源装置3が収容された構成となっている。この照明装置によれば、照明範囲を集中させることなく、適度に分散させて所望の照明エリアを設定できる。なお、この第3の実施形態では、光源装置3をケースに収容したが、他の光源装置3Aを収容して構成してもよい。
2 枠体
3、3A 光源装置
4 LED
5 基板
7、7A 反射フード
8 空間
8A 個室
8G 隙間
9A、9B、9A'、9B'、LF1、LF2 光偏向反射板
9G 隙間
10 仕切り反射板
11A、11A'、P1、P2 光拡散部材
12 光拡散パネル
13 拡散シート
14 反射ドット
15 開口
16 対向側機材
17 照明装置
18 ケース
20 透明プレート
Ax 光軸
α 角度
ID 照明装置
LS 光源
G ギャップ
Claims (10)
- 指向性の強い点光源と、
前記点光源が設けられる底部および前記底部の対向する両辺部から外方向へ所定長さ延設されて端部が開放された対向する一対の側方反射部を有し、内部に前記底部および一対の側方反射部で囲まれた所定大きさの内部空間が設けられて、内壁面が反射面で形成された反射フードと、
前記点光源からの照射光を所定の方向へ偏向させる一対の第1、第2の光偏向反射板と、を備え、
前記第1、第2の光偏向反射板は、所定の長さおよび幅長を有し表裏面が高反射率の板状面で形成されたものからなり、
前記反射フードは、前記底部に前記点光源が少なくとも一個設けられて、
前記第1、第2の光偏向反射板は、前記反射フードの反射面との間に所定の隙間をあけ、且つ前記点光源の指向角零度を通る光軸を間に挟んで互いに所定の隙間をあけ、すなわち前記点光源に近接した方がその隙間が大きく、離れた方の隙間が小さくなるようにして、前記光軸に対してそれぞれ所定の傾斜角度αをなして配設されていることを特徴とする光源装置。 - 前記反射フードは、前記底部および一対の側方反射部が長手方向に所定長さ延設されて、前記延設された底部の長手方向に所定の間隔をあけて前記点光源が複数個配設されて、前記内部空間は、前記複数個の点光源の間が仕切り反射板で仕切られて、前記仕切り反射板で前記第1、第2の光偏向反射板が支持されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記第1、第2の光偏向反射板は、前記点光源から最も離れた各端辺部が前記反射フードの隙間間に位置し、又は前記隙間から外方へ突出していることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記傾斜角度αは、6度から30度の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記反射フードは、高い光反射率に加えて乱反射する反射材、前記第1、第2の光偏向反射板および前記仕切り反射板は、高い光反射率で光吸収率および光透過率が低く且つ乱反射する反射材でそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記反射フード、前記第1、第2の光偏向反射板および前記仕切り反射板は、超微細発泡光反射部材で形成されていることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
- 前記点光源は、1個の発光素子又は複数個の発光素子を集合した発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 所定の幅長および長さを有する矩形状の2枚の第1、第2の光拡散部材が所定の隙間をあけて対向して配設され、前記第1、第2の光拡散部材の少なくとも一端辺の隙間に、請求項1〜7のいずれか1つに記載の光源装置が配設されていることを特徴とする照明装置。
- 前記第1、第2の光拡散部材は、それらの光反射率が前記点光源に近い側が高く且つ前記点光源から離れるにしたがって低減し、一方、光透過率が前記点光源に近い側が低く前記点光源から離れるにしたがって高く設定されているものであることを特徴とする請求項8に記載の照明装置。
- 前記第1、第2の光拡散部材は、いずれか一方の光拡散部材が反射板であることを特徴とする請求項8に記載の照明装置。
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