JP5119035B2

JP5119035B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP5119035B2
Application number: JP2008113502A
Authority: JP
Inventors: 晋治野口; 忠史村上; 田中　　渉; 哲山内; 広行関井; 友樹白川; 哲也西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: JP2009266521A

Description

本発明は、光源から出射される光の配光態様を制御する配光制御部材を備える照明器具に関する。

従来から、光源を覆うグローブを液体の注入できる有底形状として該グローブ内に液体が注入された状態と液体が注入されていない状態との間で切替えられるように構成し、光源から出射されてグローブの底面を通って下方へ広がる光の分布を変化させることができる照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この照明器具では、例えば、グローブの底面が下方向きに湾曲した形状である場合に、グローブ内に液体を注入したときは、グローブの底部に溜まった液体によって凸レンズと同様の光学的作用が得られ光源から出射された光がスポットライト状に収束される。また、グローブの底面が上方向きに湾曲した形状である場合には、グローブの底部に溜まった液体によって凹レンズと同様の光学的作用が得られるようになっている。
特開昭５５−９８４０５号公報

ところで、光源から出射された光を正確にスポットライト状に収束させるためには、グローブの底面に溜まった液体が正しく凸レンズ形状になるようにするだけでは不十分であり、光源から出射された光が液体を通過してグローブの底面から下方へ出射する過程において不必要な屈折をしないように図らなければならない。ところが、上記特許文献１に記載の照明器具では、グローブの底面と液体との間に材質の相違に伴う光学的境界が生じて、この光学的境界部分で光が不必要な屈折をし、光のビームが正しくスポットライト状に収束しない虞がある。グローブの底面が上方向きに湾曲され、グローブの底部に溜まった液体によって実質的な凹レンズを形成させる場合も同様に光のビームが正確に制御されない虞がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、光の配光態様を制御する配光制御部材を備える照明器具において、配光制御をより精密に行うことができる照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光源と、該光源から出射される光の配光態様を制御する配光制御部材と、を備える照明器具であって、前記配光制御部材は、流体を注入及び排出可能な内部空間を有する光透過性の中空ボックスを備え、前記中空ボックスの内部空間を形成する周壁の屈折率と、前記内部空間に注入される流体の屈折率とを略同等とし、前記流体に光拡散物が混入され、前記配光制御部材は、前記光源からの光を拡散する光拡散面を有する光学部材をさらに備え、前記光学部材は、その光拡散面が前記中空ボックスに対向するように配置され、前記中空ボックスの内部空間に流体を注入することによって前記光拡散面の光拡散作用を消失させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、流体を注入可能な内部空間の周壁の屈折率と流体自体の屈折率とを略同等としたので、内部空間に流体を注入したときに、流体と中空ボックスとの間に光学的境界部分が生じず、光源から出射される光の配光制御をより精密に行うことができる。また、中空ボックスに注入する流体に光拡散物を混入するので、拡散光を簡単に得ることができ、流体に混入する光拡散物の混入割合を変化させることによって本照明器具から出射される光の配光態様を様々に変化させることができる。さらに、中空ボックスが光学部材の光拡散面に対向して配置され、中空ボックスに流体を注入することによって光拡散面の光拡散作用が消失されるので、本照明器具から出射される光を拡散光と非拡散光との間で簡単に切替えることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る照明器具について図１及び図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の照明器具１は、図１に示されるように、光源２と、光源２から出射される光Ｌの配光態様を制御する配光制御装置３（配光制御部材）と、を備える。光源２は、本実施形態では球形の蛍光灯であるが、ハロゲンランプ、白熱灯、ＬＥＤ等の他の種類のものであってもよい。また、光源２は、反射板（不図示）を有して出射光Ｌが略同一方向へ向かうビーム状になるように構成されている。本実施形態の場合は、光源２からの光Ｌが上方へ向かうビーム状になっている。

配光制御装置３は、上面に半球状の凹部４ａを有する光透過性の中空ボックス４と、該中空ボックス４の内部空間４ｂに透明の流体Ｒを注入及び排出するポンプ装置５と、を備える。中空ボックス４は、屈折率が1.49のアクリル樹脂を射出成型したものであり、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、周囲が薄い壁面４ｃに形成され、この壁面４ｃに囲まれた内部が流体Ｒを注入可能な閉じた空間４ｂに構成されている。なお、中空ボックス４の素材は、アクリル樹脂以外にも種々のものが可能であるが、それらの屈折率が流体Ｒの屈折率と同等であることが望ましい。屈折率に関する中空ボックス４と流体Ｒの関係は後に詳述する。

ポンプ装置５は、中空ボックス４の内部空間４ｂに連通するパイプ６、７により接続されたバッファボックス８、９と、該バッファボックス８、９にパイプ１１、１２、及び開閉バルブ１３、１４を介して接続された空気加圧ポンプ１５と、を備える。流体Ｒを注入するためのパイプ６は内部空間４ｂの下部に連結され、内部空間４ｂから空気を排出するためのパイプ７は内部空間４ｂの上部に連結されている。また、バッファボックス８内には予め流体Ｒが充填されている。

中空ボックス４の内部空間４ｂへの流体Ｒの注入は、空気加圧ポンプ１５が作動した状態で開閉バルブ１４を閉じて開閉バルブ１３を開けることによって、バッファボックス８内の流体Ｒをパイプ６を通じて中空ボックス４内へ押し出すことにより行われる。内部空間４ｂに流体Ｒが注入されるときに内部空間４ｂから排出される空気は、内部空間４ｂの上部に連結されたパイプ７を通じてバッファボックス９内へと排出される。流体Ｒがパイプ６を通じて中空ボックス４内に注入された状態を図２（ａ）に示す。この状態で中空ボックス４は実質的に１つの凹レンズを構成し、光源２から出射された光Ｌは、中空ボックス４を通過する間にビーム角を拡大される。

中空ボックス４の内部空間４ｂからの流体Ｒの排出は、開閉バルブ１３を閉じて開閉バルブ１４を開けることによって、バッファボックス９内の空気をパイプ７を通じて中空ボックス４の内部空間４ｂへ流入させることにより行われる。内部空間４ｂの上方に空気が注入されることによって内部空間４ｂから排出される流体Ｒは、パイプ６を通じてバッファボックス８内へ戻される。流体Ｒが排出されて空になった中空ボックス４の状態を図２（ｂ）に示す。この状態で光源２から出射された光Ｌは、ビーム角を変更されることなく中空ボックス４を貫いて直進する。

以上のように、開閉バルブ１３、１４の開閉を制御することによって、中空ボックス４の内部空間４ｂ内に流体Ｒが注入された状態と、内部空間４ｂから流体Ｒが排出された状態とを容易に切替えることができ、光源２から出射される光Ｌの配光態様を容易に切替えることができる。

そして、本実施形態では、流体Ｒとして、中空ボックス４を構成するアクリル樹脂の屈折率1.49と略同等の屈折率1.48を有するパラフィン油が用いられる。これによって中空ボックス４の内部空間４ｂに流体Ｒが注入されたときに流体Ｒと中空ボックス４の壁面４ｃとの間に光学的境界部分が生じず、光源２から出射された光Ｌが、流体Ｒと壁面４ｃとの間で不必要な屈折をすることがなく、ビーム形状を維持したままビーム角が拡大される。

なお、流体Ｒは、低揮発性であって高温における安定性があり、光による変色劣化性がない物質であればパラフィン油に限定されず種々のものを用いることができるが、中空ボックス４を構成する物質の屈折率と略同等の屈折率を有することが望ましい。例えば、上記のアクリル樹脂（屈折率：1.49）とパラフィン油（屈折率：1.48）の組合せ以外にも、中空ボックス４の材質として硬質ガラス（屈折率：1.51）を用い、流体Ｒとしてアルキルナフタレン（屈折率：1.48）を用いることができる。

また、中空ボックス４を構成する光透過性の素材としては、他にもポリカーボネート樹脂（屈折率：1.6）、ポリスチレン樹脂（屈折率：1.6）、ポリエチレン樹脂（屈折率：1.53）、ソーダガラス（屈折率：1.52）等を用いることができ、流体Ｒとしては、水（屈折率：1.334）、シリコン油（屈折率：1.46）、フッ素系不活性液体（屈折率：1.36）、アルキルナフタレン（屈折率：1.48）等を用いることができる。これらの中から屈折率の値が近い材質同士を中空ボックス４の素材及び流体Ｒとして選択することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態の照明器具１は第１の実施形態と略同一の構成であり、異なる点は中空ボックス４が上方に湾曲した凸レンズ形状とされている点と、流体Ｒに酸化チタン粒子、ガラスビーズ、気泡等の光拡散物ｐを混入した点である。中空ボックス４を構成する材質の屈折率と流体Ｒの屈折率とは、第１の実施形態と同様に略同等とされる。

内部空間４ｂから空気を排出するためのパイプ７は、中空ボックス４が凸レンズ形状とされることに伴って凸レンズ形状の頂部４ｄに連結される。また、第１の実施形態と同様に、開閉バルブ１３、１４を所定の順序で開閉することによって中空ボックス４の内部空間４ｂ内に流体Ｒを注入及び排出する。内部空間４ｂに流体Ｒが注入された状態では、中空ボックス４全体が実質的に１つの凸レンズを構成し、光源２から出射された光Ｌのビームがスポットライト状に収束される。内部空間４ｂから流体Ｒが排出された状態では、光源２から出射された光Ｌは、空の中空ボックス４を貫いて直進しビーム角は変更されない。

ここで、本実施形態では、流体Ｒに光拡散物ｐが混入されているので、光拡散物ｐの混入量に応じて中空ボックス４に流体Ｒが注入されたときの本照明器具から出射する光の配光態様を様々に変化させることができる。具体的には、流体Ｒに光拡散物ｐを少量混入することによって、光源２から出射された光が内部空間４ｂ内の流体Ｒ中を通るときに僅かに拡散し、中空ボックス４を出た光のビームを輪郭のぼやけたスポットライト状にすることができる。この場合には凸レンズを構成する中空ボックス４による光の収束効果が若干低下し、被照射物又は被照射面の照度はやや低下するが、被照射物の周囲の空間の照度は増加する。

また、流体Ｒに光拡散物ｐを多量に混入することによって、光源２から出射された光が内部空間４ｂ内の流体Ｒ中を通るときに十分に拡散し、中空ボックス４を出た光を拡散光とすることができる。この場合には凸レンズを構成する中空ボックス４による光の収束効果が消失する。なお、流体Ｒに対する光拡散物ｐの混入割合は、流体Ｒが100重量部に対して光拡散物ｐが0.05〜3重量部の割合が標準である。また、光拡散物としては、酸化チタン粒子、ガラスビーズ、気泡以外にも、ポリシロキサン系重合体、もしくはその架橋物からなる微粒子、フッ素系樹脂、ベンゾグアナミン樹脂架橋物、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、タルク等を用いることができる。

さらに、流体Ｒに着色材として染料又は顔料を含ませて光源２から出射された光に着色することができる。この場合の着色材としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン系の有機顔料、有機染料や酸化物無機顔料、水酸化物無機顔料、金属顔料を用いることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図４（ａ）、（ｂ）及び図５を参照して説明する。本実施形態の照明器具１は、第１の実施形態と同様に、光源２と、光源２から出射される光Ｌの配光態様を制御する配光制御装置３３（配光制御部材）と、を備える。光源２は断面が楕円状の反射板２ａを有し、光源２からの光Ｌが略平行になって前方へ出射される。

配光制御装置３３は、中空ボックス３４と、該中空ボックス３４の内部空間３４ｂに透明の流体Ｒを注入及び排出するポンプ装置３５と、を備え、さらに中空ボックス３４の光源２側に光源２からの光Ｌをバットウイング状に拡散する三角錘プリズム板３１（光学部材）を備える。

三角錘プリズム板３１は、光源２側の面が平面３１ａであり、他側の面が多数の小さな三角錘を有する光拡散面３１ｂに構成されており、この光拡散面３１ｂに対向するように中空ボックス３４が配置されている。中空ボックス３４の光が出射される側の面３４ａは滑らかな平面に形成されている。また、三角錘プリズム板３１を構成する材質、中空ボックス３４を構成する材質、及び流体Ｒは、略同等の屈折率を有するものに選択されている。例えば、三角錘プリズム板３１と中空ボックス３４とが硬質ガラス（屈折率：1.51）から構成され、流体Ｒがパラフィン油（屈折率：1.48）から構成される。

本実施形態のポンプ装置３５は、中空ボックス３４の下部に連結された流体注入用のパイプ３６と、該パイプ３６に開閉バルブ３８を介して連結されたシリンダ４０と、中空ボックス３４の上部に連結された開閉バルブ３９を有する空気排出用のパイプ３７と、を備える。シリンダ４０の内部には予め流体Ｒが注入されており、開閉バルブ３８、３９を開いた上で、図示しない駆動源によってピストン４０ａが流体Ｒを吐出する方向（矢印Ａ）へ移動されると、流体Ｒが中空ボックス３４の内部空間３４ｂへ注入される。流体Ｒの注入動作が終了すると、開閉バルブ３８、３９は閉じられる。図４（ａ）は中空ボックス３４の内部空間３４ｂ内に流体Ｒが注入された状態を示す。

また、開閉バルブ３８、３９を開いた上で、ピストン４０ａが流体Ｒを吸引する方向（矢印Ｂ）へ移動されると、流体Ｒが中空ボックス３４の内部空間３４ｂからシリンダ４０へと戻される。流体Ｒの排出動作が終了すると、開閉バルブ３８、３９は閉じられる。図４（ｂ）は中空ボックス３４の内部空間３４ｂから流体Ｒが排出された状態を示す。

以上のようにして流体Ｒが中空ボックス３４内に注入された状態と中空ボックス３４から排出された状態とに切替えることができ、光の配光態様（曲線）を図４（ａ）に示したように、スポットライト状と、図４（ｂ）に示したように、バットウイング状との間で簡単に切替えることができる。

これについてさらに詳述する。流体Ｒが中空ボックス３４の内部空間３４ｂへ注入されると、三角錘プリズム板３１の光拡散面３１ｂが、対向する中空ボックス３４内の流体Ｒによって全面的に覆われるので光拡散作用が消失され、光源２から出射された略平行な光Ｌがその直進性を維持したまま配光制御装置３３を通過して本照明器具１の前方へ出射される。

また、流体Ｒが中空ボックス３４の内部空間３４ｂから排出されると、三角錘プリズム板３１の光拡散面３１ｂが空気層に露出されるので、光拡散面３１ｂが有する本来の光拡散作用が働き、光源２から出射された略平行な光Ｌがバットウイング状に拡散されて本照明器具１の前方へ出射される。

なお、光拡散面を有する光学部材としては、三角錘プリズム板３１に限られず表面に細かな凹凸を有するすりガラス状の光学部材等の種々のものを用いることができる。また、本実施形態において中空ボックス３４に注入される流体Ｒ中に光拡散物を混入することも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る照明器具の斜視図。（ａ）は同照明器具の中空ボックスに流体が注入された状態の側断面図、（ｂ）は同照明器具の中空ボックスから流体が排出された状態の側断面図。本発明の第２の実施形態に係る照明器具における中空ボックスに流体が注入された状態の側断面図。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る照明器具において中空ボックスに流体が注入された状態の側断面図、（ｂ）は同照明器具において中空ボックスから流体が排出された状態の側断面図。同照明器具における光拡散面を有する三角錘プリズム板の正面図。

符号の説明

１照明器具
２光源
３配光制御装置（配光制御部材）
４中空ボックス
４ｂ内部空間
４ｃ壁面（周壁）
３１三角錘プリズム板（光学部材）
３１ｂ光拡散面
３３配光制御装置（配光制御部材）
３４中空ボックス
３４ｂ内部空間
Ｌ光
Ｒ流体
ｐ光拡散物

Claims

光源と、該光源から出射される光の配光態様を制御する配光制御部材と、を備える照明器具であって、
前記配光制御部材は、
流体を注入及び排出可能な内部空間を有する光透過性の中空ボックスを備え、
前記中空ボックスの内部空間を形成する周壁の屈折率と、前記内部空間に注入される流体の屈折率とを略同等とし、
前記流体に光拡散物が混入され、
前記配光制御部材は、前記光源からの光を拡散する光拡散面を有する光学部材をさらに備え、
前記光学部材は、その光拡散面が前記中空ボックスに対向するように配置され、前記中空ボックスの内部空間に流体を注入することによって前記光拡散面の光拡散作用を消失させることを特徴とする照明器具。