JP2014203604A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばシーリングライトなどの照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device such as a ceiling light.
光源として、例えばLED(Light Emitting Diode)を使用したシーリングライトやベース照明等の照明装置では、照明装置の光照射側の外装ケースとなるセードと呼ばれる透過性を有する樹脂等の材質で構成される部材を有している。セードとは、照明装置の照射面となる部材であり、照明装置に搭載された光源からの光を拡散しながら透過する機能を有している。このセードを透過し出射した光が照明装置の照射光となって、所定範囲或いは領域を照明する。 In a lighting device such as a ceiling light or base illumination using, for example, an LED (Light Emitting Diode) as a light source, it is made of a material such as a resin having transparency called a shade that becomes an exterior case on the light irradiation side of the lighting device. It has a member. The seed is a member serving as an irradiation surface of the lighting device, and has a function of transmitting light from a light source mounted on the lighting device while diffusing. The light transmitted through the shade and emitted is used as illumination light of the illumination device to illuminate a predetermined range or region.
かかる照明装置、例えばシーリングライトでは、セード上で光源に対応する位置の部分が局所的に輝度が高くなるような極端な明暗が発生しないこと、すなわち均一な照度分布が得られていることが望ましい。 In such an illuminating device, for example, a ceiling light, it is desirable that an extreme brightness and darkness in which a portion at a position corresponding to the light source on the shade does not increase in brightness locally, that is, a uniform illuminance distribution is obtained. .
均一な照度分布を得るための従来技術として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1には、指向性のある複数の光源を実装した基板を備えた照明装置において、光源が基板上において光が均一となるように配置され、光源からの光を拡散する拡散板を、光源から拡散板までの距離が複数の光源間の距離より大きくなるように配置することで、光源の配置による拡散板上の明暗の発生を抑えることを開示している。
As a conventional technique for obtaining a uniform illuminance distribution, for example, one described in
上記特許文献1に記載の構成では、拡散板と光源間の距離が光源の配置ピッチよりも大きく確保する必要がある。この場合、照明装置の厚さ(照明装置の照射面と直交する方向の寸法)が増し、小型、薄型の照明装置の実現が困難となる。また拡散板と光源間の距離を短くするために光源の配置ピッチを短くしようとすると多数の光源が必要となり、発熱の増加、部品点数及びコストの上昇の問題が生じる。また、照明光の照度分布の均一性を向上させようとして拡散板の光拡散度を高くすると、拡散板の透過率が減少するため照明光の輝度や発光効率が低下する。
In the configuration described in
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、複数の光源を備えた照明装置において、照明装置の厚さや光源数の増加を抑制しつつ照明光の明るさ及び照度均一性を向上するために好適な技術を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and in an illumination device including a plurality of light sources, the brightness of the illumination light and the illuminance uniformity are suppressed while suppressing an increase in the thickness of the illumination device and the number of light sources. The present invention provides a suitable technique for improving the performance.
本発明は例えば特許請求の範囲に記載された構成を特徴とするものである。より具体的には、本発明に係る照明装置は、複数の光源と、透光性を有し該光源からの光を拡散して出射するための、外装ケースとしてのセードとを備えた照明装置において、前記複数の光源と前記セードとの間に配置され、かつ前記光源からの光を屈折させるレンズ形状を有する複数の光学要素が二次元的に配列された光学部材を備え、前記光学部材に配列された光学要素の数は前記光源の数よりも多く、前記光学要素を介して前記光源からの出射光を前記セードに照射するように構成したことを特徴とする。 The present invention is characterized by, for example, the structures described in the claims. More specifically, an illuminating device according to the present invention includes a plurality of light sources and a shade as an exterior case that has translucency and diffuses and emits light from the light sources. The optical member includes a plurality of optical elements that are arranged between the plurality of light sources and the shade and have a lens shape that refracts light from the light sources and is two-dimensionally arranged. The number of optical elements arranged is larger than the number of the light sources, and the shade is irradiated with light emitted from the light sources via the optical elements.
上記本発明の構成によれば、光源からの発光光束を各光学要素で屈折して出射させることにより、上記光学部材上で光源の数よりも多い複数の擬似的な発光部(発光領域)を形成することができ、空間的に輝度が均一化された光束をセードに入射させることが可能となる。従って、本発明によれば、照明装置の厚さ及び光源数の増加を抑制しつつもさセード上の照度均一性を改善し、明るい照明光を得ることが可能な照明装置を提供することが可能である。 According to the configuration of the present invention, a plurality of pseudo light-emitting portions (light-emitting regions) larger than the number of light sources on the optical member are refracted by each optical element and emitted from the light beam from the light source. It is possible to form a light flux having a uniform brightness spatially and incident on the shade. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an illuminating device capable of improving the illuminance uniformity on the shade and suppressing the increase in the thickness of the illuminating device and the number of light sources, and obtaining bright illumination light. Is possible.
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。尚、各図において、同一の機能、構成を有する要素については同一の符号を付して重複した説明を省略するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
まず図1を用いて、本発明の第一実施例の構成を説明する。ここで、図1は、第一の実施例に係る照明装置の分解斜視図を示している。以下、本実施例に係る照明装置として、シーリングライトを例にして本実施例について説明する。 First, the configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 shows an exploded perspective view of the illumination device according to the first embodiment. Hereinafter, as a lighting device according to the present embodiment, a ceiling light is taken as an example to describe the present embodiment.
図1に示されるように、本実施例に係る照明装置は、複数の光源1と、この複数の光源1が実装された光源基板10と、照明装置の照射面であって、かつ照明装置の光照射側の外装ケースである、透光性及び光拡散性を有するセード3を備えている。尚、紙面上方が本実施例に係る照明装置の光照射方向(光照射側)である。図1に示されたセードは平面状であるが、光照射側に凸を向けて湾曲された形状であってもよい。
As shown in FIG. 1, the illumination device according to the present embodiment includes a plurality of
そして、本実施例では、光源1とセード3との間に、複数の光学要素21が二次元的に形成された光学部材2を配置している。この光学部材2は、例えば透明な樹脂で構成された板状の部材であり、その表面(セード3側)、裏面(光源1側)又はその両面に、例えば凸レンズの形状を為す複数の光学要素21が形成されている。
In this embodiment, an
光源基板10及び光学部材2は、照明装置の側面周囲を覆う円筒状の外装ケースである側面カバー5に収納されて所定の位置に例えばネジやピン或いは係合部品などによって固定される。またセード3は、円筒状の側面カバー5の光照射側端部に結合或いは係合される。光源基板10の背面側には電源部4が接続されており、この電源部4からの電源が光源基板10に形成された配線パターンを通じて各光源1に供給される。
The
尚、本実施例に係る照明装置は、照射面が円形であるためセード3、光学部材2、光源基板10及び側面バー5の光照射側から見た形状が円形となっているが、これに限定されるものではない。これらの光照射側から見た形状を正方形等の矩形上としてもよいし、六角形などの多角形状としてもよい。また、本実施例では外装ケースを照射面側の外装ケースであるセード3と側面側の外装ケースである側面カバー5の2つで構成しているが、セード3を光照射側に凸を向けくように湾曲したものを用い、その内部に光学部材2を収納して光源基板10に結合するように構成すれば、セード3を側面カバー5と兼用することができ、その場合は側面カバー5は不要となる。
In addition, since the illumination device according to the present embodiment has a circular irradiation surface, the shape of the
本実施例において、光源1は、例えば発光ダイオード(Light Emitting Diode, LED)であり、その光放出面に対向するように配置される光学部材2に発光のピークが向くように光束を出射する。本実施例では、LEDとして例えば白色光を出射する白色LEDを用いることができる。白色LEDは、例えば電力を受けて青色光を発光する発光チップ部分と、該発光チップからの青色光を受けて励起され、緑から赤にかけた波長領域のスペクトルを持つ光を発光する蛍光体とを有している。この蛍光体として、赤と緑の光を同時に励起して黄色に見える発光スペクトルを有する蛍光体を用いることもできる。さらに、一つのLEDにおいて、複数の発光チップを搭載した大光量タイプのLEDを利用してもよい。複数の発光チップを搭載したLEDでは、LEDの発光面(光放出面)の中心を規準にして対称となるように、発光チップを例えば矩形状、同心円状に配置することが好ましいが、配置はこれに限定されるものではない。
In the present embodiment, the
また光源1には、配光の調整や光の取り出し効率を改善するためのレンズやリフレクタなどの光調節部品が備えられていてもよい。かかる光調節部品として、例えば、透過性を有する材質で成形された凸レンズや、金属蒸着されたミラーなどを用いることができる。
The
光源基板10は、そのセード3側の面に複数の光源1が二次元的に実装されている。図1では光源基板10上に光源1が5つ実装されている例を図示しているが、必要に応じて光源の実装数を変更してもよい。光源1が光源基板10に二次元的に実装される場合、光源基板10の中心に対して、光源1を同心円状に配置してもよいし、矩形を形成するように配置されていてもよいし、放射状に配置されていてもよい。更に、光源1の配置は幾何的に対称な配置であってもよいし、千鳥配置であってもよい。光源基板10中心や周辺に光源1が追加された配置でもよく、かかる光源1の配置は、本発明を限定するものではない。
A plurality of
また光源基板10は、光源1の他に、電源部4からの電源に基づき光源1を駆動するための駆動電圧を生成して光源1に供給するための駆動回路(ドライバ)、配線及び/または光源1への電力供給量(電流量)を制御するための制御回路などの電子部品や電気回路が設けられている。これら電子部品や電気回路は、光源基板10の光源1の実装面とは反対側の面に設けてもよい。
In addition to the
ここで、光源基板10の表面(セード3側の面)の光学特性は、光の吸収が少なく反射率の高い特性であることが望ましい。光学部材2は透明な材質で構成されているが、光源1から出射して光学部材2に入射した光線は、光学部材2と空気との界面で発生するフレネル反射のため、全ての光線を透過させることができない。照明装置では理想的には光源1からの光線が全て光学部材2を透過することが望ましいので、フレネル反射で透過しなかった光線を再び光学部材2へ向かって入射させることが好ましい。本実施例では、光学部材2と空気の界面で反射した光線を再び光学部材2へ向かって入射させるために、光源基板10の表面に反射性が高い材質を設けている。これは、例えば白色塗料(インク)を光源基板10の表面に塗布することで実現できる。これによって、光源基板10上の表面に反射特性を持たせ、光学部材2で反射して光源1側(光源基板10側)に戻ってきた光線を光源基板10の表面で再び光学部材2へ向かって反射させることができる。光源基板10の表面に反射特性を持たせるために、上記の例では白色塗料を光源基板10の表面に塗布したが、白色の反射シートや反射フィルムを光源基板10の表面に配置或いは積層するようにしてもよい。また光源基板10に吸収が少ない金属光沢面を露出させた構成であってもよいし、更にまた光源基板10を鏡面加工してもよい。
Here, it is desirable that the optical characteristics of the surface of the light source substrate 10 (the surface on the
尚、光源基板10は放熱性が良いアルミなどの金属で構成されていてもよい。もし光源基板10へ供給される電力が少なく放熱性が重要視されない場合には金属以外の材質、例えばガラスエポキシ樹脂等で構成されていてもよい。
The
光学部材2は、例えばガラスやプラスチックなどの光透過性を有する透明材質により構成されている。かかる透明材質は、例えば、生産性に優れたプラスチックを例に挙げると、ポリカーボネート、アクリルなどを利用することができる。光学部材2を製造する方法として、たとえば、アクリルなどの透明樹脂を熱して流動性を高めて金型に流し込み、これを冷やし固めて成型する射出成形を利用することができる。このとき、光学部材2の光入射面、出射面を成形する金型の表面は研磨されていることが好ましい。
The
光学部材2に形成される光学要素21は、光源1からの光線を屈折または反射させる形状をしている。その形状は、典型的には凸レンズ形状である。また光学要素21の形状として、たとえば、球面、平面、またはその他の種類の曲面で構成されていてもよい。かかる光学要素21は、図1に示されるように、1つの光源1に対して複数個(図1の例では30個)光学部材2に設けられている。すなわち複数の光源1のそれぞれに対して複数の光学要素21群が対応して設けられている。
The
光学要素21を製造する方法として、例えば金型による射出成型がある。光学部材2を射出成型する金型に光学要素21の形状を彫り込んでおけば、光学部材2の表面に一体で光学要素21を成型する事ができる。この製造方法は光学部材2と光学要素21を一体成型できるため、製造工程が比較的少なくなり製造コストを抑えることが可能となる。
As a method for manufacturing the
その他の製造方法として、光学要素21を光学部材2とは別のシート状の部材として製造し、光学部材2の表面又は裏面或いはその両方に張り付ける方法がある。光学要素21が複雑な形状である場合、金型による射出成型では成型が困難な場合がある。射出成型では、成型品の厚みが大きい場合、冷えて固まる際に収縮する。細かい形状は前記の収縮によって形状が歪んでしまう問題がある。従って、光学要素21を細かく複雑な形状とする場合には、厚さが薄いシートの表面に光学要素21を形成する方法が有効である。光学要素21を形成したシートは、形状保持のため光学部材2に貼り付ける必要がある。貼り付けに利用する接着剤は透明で、その屈折率は光学部材2と光学要素21の中間の値であることが望ましい。それは、異なる媒質間の屈折率の差は、両者の界面で反射光が発生する原因となるためである。すなわち、上記の構成であれば光学部材21と光学部材2との間に挟まれる接着剤の界面で発生する反射光を抑えることができ、透過率を高めることができる。このため、光源1から出射された光束を効率的に光学部材2と光学部材21を透過させ、セード3に入射される光量を増加させることができる。
As another manufacturing method, there is a method in which the
上記光学部材2に形成された光学要素21によって、光源1から出射した光線を屈折もしくは反射されてセード3に入射される。この光学部材2に形成された光学要素21の光学的作用について図2を参照して更に説明する。
The light emitted from the
図2は本実施例に係る照明装置の照射面と直交する断面を示している。この例では、1つの光源1に対して3つの光学要素21a〜21cが光学部材21に形成されており、各光学要素21a〜21cは、それぞれ、光源1(光源基板10)側に凸を向けた球面の入射面211とセード3側に凸を向けた球面の出射面212含む球面両凸レンズ形状を有しているものとする。尚、図2の例では光学要素21を3つとしているが、勿論これとは異なる数であってもよく、光源1の数より多ければよい。
FIG. 2 shows a cross section orthogonal to the irradiation surface of the illumination apparatus according to the present embodiment. In this example, three
図2に示された例において、光源1から出射した光束は、光学要素21a、21bおよび21cに入射した光束ごとに光路が分離される。具体的には、光学要素21aの入射面211に入射した光線は、その表面で屈折される。光学要素21aの入射面211によって屈折された光線は、光学要素21aの出射面で再び屈折させられる。その結果、光源1から出射した光束のうち、光学要素21aに入射した光束はセード上のある領域(光学要素21aのほぼ直上)に向かって出射される。同様に、光源1から出射した光束のうち光学要素21bに入射した光束は、光学要素21aを通過した光束が到達したセード3の領域とは別の領域(光学要素21bのほぼ直上)を照明し、光学要素21cに入射した光束は、光学要素21a及び21bを通過した光束が到達したセード3の領域とはまた別の領域(光学要素21cのほぼ直上)を照明する。当然、各学要素21a〜21cによってセード3上に照射される光束の範囲は、部分的に互いに重複していてもよい。
In the example shown in FIG. 2, the optical path of the light beam emitted from the
かかる光学要素21a〜21cの光学的作用によれば、光源1から出射した光束は、光学部材2に設けられた光学要素21a〜21cによって分離され、それぞれの光学要素21があたかも複数の光源であるようにセード3を照明する。すなわち、各光学要素21を擬似的な光源として機能させることができる。セード3を均一に照射するためには、セード3と光源1との距離に対して光源を密に配置することが有効であるが、本実施例の構成であれば、各光源1からの出射光束を、該各光源のそれぞれに対応して光学部材2に設けられた、光源1の間隔よりも密に配置された複数の光学要素21によって複数の光束に分離してセード3を照明するので、セード3上に照射される各光学要素21からの出射光束間の間隔(距離)を光源基板10上に配置された光源1間の間隔(距離)よりも短くすることができる。その結果、光源1とセード3の距離が一定であるとき、光学部材2を利用せずに光源1の光束を直接的にセード3に照射するときに比べて、セード3を均一に照射できる。
According to the optical action of the
ここで、光学部材2に設けられた光学要素21の形状の一例について図3及び図4を参照して説明する。図3は光学要素21の形状の一例を示すものであって、1つの光学要素21の、光学要素21の中心を含み且つ光学部材2の面と直交する断面の拡大図を示している。図4は、光学要素21の形状の他の例を示すものであって、1つの光学要素21の、光学要素21の中心を含み且つ光学部材2の面と直交する断面の拡大図を示している。
Here, an example of the shape of the
図3及び図4に示された光学要素21は、それぞれ、光源1(光源基板10)側に凸を向いた、光源1からの光が入射される入射面211と、セード4側に凸を向いた、光を出射する出射面212とを備えており、光の入射側及び出射側の両方に凸を向けた両凸形状の正レンズである。ここで、入射面211の中心と出射面212の中心は、互いに一致しているものとする。換言すれば、図3及び図4に示された光学要素21は、それぞれ、入射面211を有する半円形状の入射側レンズと出射面212を有する半円形状の出射側レンズから構成され、入射側レンズの光軸と出射側レンズの光軸とが互いに一致している。
The
そして図3に示される光学要素21は、図示されるように、入射面211の焦点が光学要素21の出射面212に略一致するように構成されている。かかる構成であれば、入射面211に入射した光束のうち出射面212に入射する光束が増加するため、通過率が高くなり光学部材2の通過率を改善することができる。
The
このとき、入射面211(の径)が十分に小さく、入射面211の大きさに対して光源1と光学要素21の距離が十分に遠い条件を想定すると、入射面211に入射する光束は略平行光となる。光学要素21の入射面211に入射した平行光は、入射面211の焦点に一点で収束する。図3に示された例では、入射面211の焦点は出射面212に略一致させているので、出射面212において光源1からの出射光束を収束させ、通過率(光学要素21に入射される光束に対する出射光束の比)を高くすることが可能となる。ところが、実際には光源1が有限の大きさを持っているため、入射面211に入射する光束は完全な平行光束ではなく、出射面212上では有限の大きさに収束している。また、光学要素21の大きさが光源1と光学要素21との距離に比べて十分に小さくない場合、光学要素21には、ある角度で発散した光束として入射するため、光学要素21の出射面212上で略収束した光源1の像がぼけてしまう傾向にある。従って、十分な通過率を確保するためには、出射面212のサイズ(径)が、入射面211が光源像を結像するサイズよりも大きいことが望ましい。
At this time, assuming that the incident surface 211 (the diameter thereof) is sufficiently small and the distance between the
また、図4に示される光学要素21の別の例では、図示されるように、出射面212の焦点を入射面211に略一致するように構成されている。この図4に示された光学要素21の別の例の光学的作用を以下に説明する。
Further, in another example of the
光源1から出射した光束は、光学要素21の入射面211に到達するまでの間に発散しながら伝播するため、入射面211上における光源1からの光束によって形成される照度分布は、比較的均一となる。この光束は、図4の実線及び点線に示されるように光学要素21の内部を通過して出射面212から出射される。
Since the light beam emitted from the
ここで、出射面の焦点を入射面に一致させた構成のレンズは、出射面の焦点上の空間的な照度分布に応じて出射光の配光分布を形成する機能を有する。従って、本例のように出射面212の焦点を入射面212に一致させれば、上述のように入射面211上の照度分布はほぼ均一であるため、出射面212からの出射光は略均一な配光分布を持つようになる。このとき、光学要素21からの出射光束の強度は、出射角(出射方向)に依存せずにほぼ一定となる。その結果、光学要素21を通して光源1が見える範囲であれば、方向によらず光学要素21が発光しているように見えるので、光源1が密に配置されていると見ることができる。従って、本例に係る光学要素21によれば、光源1からの光をセード3上で照度分布が均一になるように照射することができ、セード3上の照度分布を改善しながら通過率が高い光学系を提供できる。
Here, the lens having a configuration in which the focal point of the emission surface coincides with the incident surface has a function of forming a light distribution of the emitted light according to the spatial illuminance distribution on the focal point of the emission surface. Therefore, if the focal point of the
このように、本実施例によれば、各光源1に対して光源1の間隔よりも密に配置された複数の光源を設け、これを介して光源1からの光をセードに3照射しているので、光学部材2を光照射側から見たときに、複数の光源が密に配置されて光を照射しているように見える。このため、実際の光源1の数を増加させたり、光源1とセード3間の距離を長くしたり、また照明光の空間的な輝度均一性を高めるためにセード3の拡散度を高めたりなくても空間的な輝度均一性を向上させることができる。このため、本実施例によれば、光源1の数を増加させず、また照明装置の厚さを厚くすること無く、またセード3の拡散度を高めることなく輝度均一性の高い照明装置を提供することができる。一般的に、セード3の拡散度を下げるとセード3の透過率を高くすることができるため、照明装置の発光効率を高くすることができる。
Thus, according to the present embodiment, a plurality of light sources arranged more densely than the interval between the
従って、本実施例によれば、コストの上昇を抑え厚さを薄くしつつも、輝度均一性が高くかつ明るい照明光を照射することが可能な照明装置を提供することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an illuminating device that can irradiate bright illumination light with high brightness uniformity while suppressing an increase in cost and reducing the thickness.
尚、本実施例では照明装置としてシーリングライトを例にして説明したが、他の照明装置にも適用可能であることは言うまでもない。また、本実施例では1つの光源1に対して複数の光学要素21を設けたが、複数の光源を有する光源群(例えば近接して配置された2〜3つの光源)に対して該光源群の光源数よりも多い複数の光学要素21を設けるようにしてもよい。
In this embodiment, the ceiling light is described as an example of the lighting device, but it goes without saying that the present invention can be applied to other lighting devices. In the present embodiment, a plurality of
次に、図5及び図6を用いて本発明の第二実施例の一構成例を説明する。図5は、第二実施例に係る光学系の、光源1の中心と光学要素21bの中心を含み且つ光学部材21の面と直交する面の断面図を示している。図示されるように、本実施例では、光学要素21a及び21cの出射面212の中心が、光学要素21a及び21cの入射面211の中心よりも光源1に対して外側に位置している
本実施例の光学的作用の説明の前に、図6を参照して、第一実施例のように光学要素21a入射面211の中心と出射面212の中心が一致している場合の光学的作用を説明する。簡単のため、入射面211が十分に小さく、入射面211の大きさに対して光源1との距離が十分に遠い条件を想定する。この条件下では、光源1から入射面211に入射する光束は略平行光となる。光学要素21に対して入射面211から入射した平行光は、入射面211の焦点に一点で収束する。図6の例では、入射面211の焦点が出射面212に略一致しているものとする。
Next, a configuration example of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view of a surface of the optical system according to the second embodiment that includes the center of the
このとき、光源1から光学要素21の入射面211に入射した光束は、入射面211で屈折させられて出射面212に収まる範囲に収束されるが、この光束は様々な角度を有する光線を含んでいる。このため、出射面212の法線に対して臨界角度よりも大きな角度で入射する光線は、出射面212で全反射して出射面212を通過することができず、戻り光となって入射面211に向かう。かかる戻り光の発生は、光学要素21又は光学部材2の透過率を低下させる要因となる。
At this time, the light beam incident on the
これに対し本実施例に係る照明装置は、図5に示されるように、光学要素21a〜21cのそれぞれはセード3側に凸を向けた出射面212と光源1側に凸を向けた入射面211を持つ両凸レンズ形状を有しているが、、光源1の光軸上に位置する光学要素21bの周囲(つまり光学要素21bよりも外側)に位置する光学要素21a及び21cの出射面212の中心が、光源1に対して光学要素21a及び21cの入射面211の中心よりも外側に位置している。すなわち、本実施例は、光学要素21a及び21cのそれぞれの出射面212の中心を、入射面211の中心よりも外側に位置するように、出射面212の中心と入射面211の中心をずらした構成となっている。このような構成によって、入射面211を通過して入射面211の焦点に向かうように収束している光束は、図示されるように出射面212に対して深い角度で入射させることができるようになる。このため、出射面212で全反射して入射面211側に向かう戻り光を抑えることができ、光学部材2の通過率を高くすることができる。
On the other hand, in the illumination device according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, each of the
また、本実施例の構成において第一実施例のように出射面212の焦点を入射面211に略一致するように光学要素21を構成すれば、上記第一実施例で説明したように入射面211上の照度分布は均一であるため、出射面212から均一な配光分布の出射光を得ることができる。その結果、セード3上では照度分布が均一になるように照明される。
Further, in the configuration of the present embodiment, if the
このように、本実施例の構成によれば、入射面211からの入射光が出射面212で全反射されることが抑制されるため、セード3上の照度分布を改善しながら発光効率を高めることができる。
As described above, according to the configuration of this embodiment, since the incident light from the
次に、図7を用いて本発明の第三実施例の一構成例を説明する。図7は、第三実施例に係る光学系及び光学部材2の、光源1の中心と光学部材2の中心を含み且つ光学部材2の面と直交する面の断面図を示している。
Next, a configuration example of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the surface of the optical system and the
図4に示されるように、本実施例に係る照明装置は、光学部材2に形成する光学要素21として、両凸レンズに代えてフレネルレンズの一部を形成している。より詳細には、本実施例は、図7に示されるように光学部材2の入射面(光源1側)に、光源1側に凸を向けた入射面フレネルレンズ214を形成し、光学部材2の出射面(セード4側)にセード4側に凸を向けた出射面フレネルレンズ215を形成している。入射面フレネルレンズ214及び出射面フレネルレンズ215は、複数の光源1のそれぞれに対応して設けられている。すなわち、入射面フレネルレンズ214及び出射面フレネルレンズ215は、光学部材2の面状に各光源1に対応させて複数設けられている。ここで、入射側フレネルレンズ214及び/または出射側フレネルレンズ215の焦点距離は、光学部材2上の位置に応じて変化させている。
As shown in FIG. 4, the illumination device according to the present embodiment forms a part of a Fresnel lens as an
かかる本実施例の構成によれば、光源1から出射して光学部材2に入射される光束に対し、広い領域で光学部材2での入射位置に応じた所望の光学特性を実現することができる。例えば、光源1から出射した光束のうち、光源1の光軸に近い方向の光線に対しては入射側フレネルレンズ214及び/または出射側フレネルレンズ215レンズのパワーを弱く、光源1の光軸から離れる方向に向かう光線に対しては入射側フレネルレンズ214及び/または出射側フレネルレンズ215レンズのパワーを強める構成とすることができる。すなわち、本実施例の構成によれば、光源1の出射光束を有効にセード3上に照射することできるので、効率を高めつつセード3上に光を均一に照射することが可能となる。
According to the configuration of the present embodiment, desired optical characteristics corresponding to the incident position on the
入射側フレネルレンズ214の焦点を、例えば図示されるように光源1の光放出面に位置させるように構成してもよい。この構成において、光源1から出射した光束は、入射側フレネルレンズ214に入射して屈折され、出射側フレネルレンズ215で再度屈折されて出射するが、出射側フレネルレンズ215から出射した光束は、光源1の光軸に対して略平行に出射する。出射側フレネルレンズ215から光源1の光軸と平行な方向に光束を出射させれば、セード3が光源1の光軸方向(光学要素2或いは光源基板2と直交する方向)に移動したとしても、出射側フレネルレンズ215からの出射光が照射されるセード3上の領域での照度分布は、変化が生じにくい。
You may comprise so that the focus of the incident
すなわち、入射側フレネルレンズ214の焦点を光源1の光放出面に位置させるように構成すれば、光源1の出射光束を有効に利用しつつ、セード3の取り付け誤差に起因する光学性能の変動を抑えることができ、組み立ての許容誤差を緩和した製造性が高い照明装置及び光学系を提供できる。
That is, if the focal point of the incident-
尚、図7では、光学部材2に形成されるフレネルレンズとして、光源1側及びセード3側ともに凸面形状をしているものを図示しているが、一方が平面または凹面形状のいずれかを組み合わせた構成であってもよい。
In FIG. 7, the Fresnel lens formed on the
次に、図8〜10を用いて本発明の第四実施例の一構成例を説明する。この第四実施例は、光学部材2における光学要素の二次元的な配列の実施例である。
Next, a configuration example of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fourth embodiment is an embodiment of a two-dimensional arrangement of optical elements in the
図8は、本実施例に係る光学部材2における光学要素の第1の配列例を示すものであって、光学部材2を光照射側から見た正面図を示している。
FIG. 8 shows a first arrangement example of the optical elements in the
図8に示されるように、第1の配列例は、複数の光源1のそれぞれに対応する位置を中心とした光学部材2上の所定の領域に、光学要素21(例えば第一実施例の両凸レンズ)が各光源1と対応する位置を基準にして放射状に配置したものである。すなわち、1つの光源1と対応する位置を基準に複数の円形の光学要素21が放射状に配置された所定の領域が、各光源1に対応して光学部材2上に複数設けられている。尚、本実施例において、光学要素21の光照射側から見た形状は円形である。
As shown in FIG. 8, in the first arrangement example, an optical element 21 (for example, both of the first embodiment) is placed in a predetermined region on the
光源1が光を照射できる領域に対してセード3が広い場合、複数の光源1を用いて広域を照射するが、本実施例の構成であれば、第一実施例等でも説明したように、セード4の広い領域を照射することができる。そして第1の配列例では、複数の光源1のそれぞれに対応し複数の光学要素21を、1つの光源1と対応する位置を基準にして放射状に設けることで、光学要素21の光学特性の幾何的な対称性を維持することが可能である。尚、本例では各光源1に対応する複数の光学要素の個数はそれぞれ同じとしているが、例えば光学部材2の中心に位置する光源1に対応する光学要素の個数を、外側に位置する光源1に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。照明装置照射面の周囲の輝度均一性を向上させたい場合は、逆に光学部材2の外側に位置する光源1に対応する光学要素の個数を、中心に位置する光源1に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。
When the
すなわち、本実施例の構成であれば、複数の光源1を用いながら、光学部材2の透過率を高めてセード3上を均一に照射する光学系を提供できる。
That is, with the configuration of the present embodiment, an optical system that uniformly irradiates the
次に、図9を用いて本実施例に係る光学要素の第2の配列例を説明する。図9は、本実施例に係る光学部材2における光学要素の第2の配列例を示すものであって、光学部材2を光照射側から見た正面図を示している。
Next, a second arrangement example of optical elements according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a second arrangement example of the optical elements in the
図9に示されるように、第1の配列例は、複数の光源1のそれぞれに対応する位置を中心とした光学部材2上の所定の領域に、各光源1と対応する位置を中心として複数の多角形状(図9では六角形状)の光学要素251を互いが接触するように(光学要素251間に隙間が生じないように)敷き詰めて配置している。このとき、1つの所定領域に配置された光学要素251群は、光源1の位置に対応する(光源1の光軸上にある)光学要素251の中心とそれに隣接する光学要素251の中心を通る光学部材2の面状の直線を基準に対称に配列されている。すなわち、1つの光源1と対応する複数の六角形状の光学要素21がある直線を基準に対称に配置された所定の領域が、各光源1に対応して光学部材2上に複数設けられている。六角形状の光学要素21は、その中心を通り且つ光学部材の面と直交する断面が図3等に示されるように両凸のレンズ形状を為しているものとする。
As shown in FIG. 9, the first arrangement example includes a plurality of areas around the positions corresponding to the
この第2の配列例によれば、複数の多角形状の光学要素251が互いに接触するように(光学要素251間に隙間が生じないように)敷き詰めて配置されているので、光学部材2の表面積のうち、光学要素251が存在する領域を広げることができる。このため、光学部材2において光学要素21が機能する領域を増加させることができる。尚、本例では各光源1に対応する複数の光学要素の個数はそれぞれ同じとしているが、例えば光学部材2の中心に位置する光源1に対応する光学要素の個数を、外側に位置する光源1に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。照明装置照射面の周囲の輝度均一性を向上させたい場合は、逆に光学部材2の外側に位置する光源1に対応する光学要素の個数を、中心に位置する光源1に対応する光学要素の個数よりも多くしてもよい。
According to the second arrangement example, since the plurality of polygonal
すなわち、第2の配列例の構成であれば、複数の光源1から出射した光束のうちセード3に照射することができる光量を増加することができ、光学部材2透過率を高めてセード3を均一に照射する効果を高めた光学系を提供できる。
That is, with the configuration of the second arrangement example, the amount of light that can be applied to the
次に、図10を用いて本実施例に係る光学要素の第3の配列例を説明する。図10は、本実施例に係る光学部材2における光学要素の第3の配列例を示すものであって、光学部材2を光照射側から見た正面図を示している。
Next, a third arrangement example of optical elements according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a third arrangement example of the optical elements in the
図10に示されるように、第3の配列例は、ある光源1に対応して光学要素251が配置された領域と、別の光源1に対応して光学要素が配置された領域とが、少なくともその一部において互いに交差或いは接触している。ここで、光学要素251は、図9に示した光学要素と同じ六角形状を為している。すなわち、本実施例では、ある光源1に対応して設けられた複数の光学要素251の一部と、別の光源1に対応して設けられた複数の光学要素251の一部とが、互いに交差或いは接触している。ここでは、照射面の外周付近において、ある光源1に対応して設けられた複数の光学要素251の一部と、別の光源1に対応して設けられた複数の光学要素251の一部とを互いに交差或いは接触させている。
As shown in FIG. 10, the third arrangement example includes an area where the
本第3の配列例も第1または2の配列例のように、1つの光源1に対応して複数の光学要素251を配置する構成である。かかる構成では、複数の光源1が互いに隣接する領域において、ある光源1に対応する光学要素251に別の光源1から光束が入射した場合、その光束は当該ある光源1から入射した光束とは異なる特性で光学要素251から出射する。これは、セード3上で、光源1の境界部分における照度分布などの光学特性の不連続性の発生の原因となる。
As in the first or second arrangement example, the third arrangement example also has a configuration in which a plurality of
これに対し第3の配列例の構成では、複数の光源1間の境界付近の、照射面の外周側には光学要素251を配置し、外周側以外(内側)の領域261には、光学要素251を設けず、これに代えて、例えば複数のプリズムまたはレンズを設けている。このプリズム、レンズに代えて、散乱特性を有する面設けてもよい。この構成によれば、光学部材2上の、複数の光源1間の境界付近の領域に、光学要素251の配置ピッチ相当で複数の特性が異なる光源を配置した状態を構成することができる。従って、この第3の配置例によれば、セード3を照明する際に、複数の光源1の境界付近でも極端な光学特性の変化を抑えた光学系を提供できる。上記複数のプリズムまたはレンズのそれぞれは、好ましくは光学要素251よりも小さいサイズを有している。しかしながら、光学要素251とほぼ同じ大きさとしてもよいし、若干大きなサイズとしてもよい。
On the other hand, in the configuration of the third arrangement example, the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。たとえば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1…光源、2…光学部材、21、251…光学要素、211…入射面、212…出射面、3…セード、4…電源部、10…光源基板、213…入射側フレネルレンズ、214…出射側フレネルレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記複数の光源と前記セードとの間に配置され、かつ前記光源からの光を屈折させるレンズ形状を有する複数の光学要素が二次元的に配列された光学部材を備え、
前記光学要素を介して前記光源からの出射光を前記セードに照射するように構成したことを特徴とする照明装置。 In an illuminating device comprising a plurality of light sources and a shade as an outer case for diffusing and emitting light from the light source,
An optical member that is arranged between the plurality of light sources and the shade and that has a plurality of optical elements having a lens shape that refracts light from the light source and is two-dimensionally arranged;
An illuminating device configured to irradiate the shade with light emitted from the light source through the optical element.
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