JP2019212363A - 照明装置及び照明装置の調光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の光源が間隔を空けて配置された照明装置に関し、新たな調光手法を見出す。【解決手段】 複数の光源が所定面に間隔を空けてアレイ状に設置された設置領域を有する光源ユニットと、前記設置領域と対向するように配置され、前記各光源から射出された光の波長を変換する単一の蛍光層と、前記蛍光層を挟んで前記設置領域と対向するように配置され、前記蛍光層から射出された光の色度を変更する複数の色度変更素子が前記所定面と平行な平面に沿ってアレイ状に設置された色度変更ユニットとを備え、前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットが前記所定面に沿ってスライド可能に構成され、前記色度変更ユニットを介して射出される光の色度が予め定められた目標色度になるように、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置が定められている。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及び照明装置の調光方法に関するものである。

複数の光源が間隔を空けて設置された照明装置（以下、従来の照明装置ともいう）の調光に関し、例えば、特許文献１には、複数の光源が間隔を空けて設置された光源ユニットと対向するように、複数の蛍光素子が間隔を空けて設置された複数の蛍光素子ユニットを重ねて配置し、光源ユニットに対して各蛍光素子ユニットを移動させることで調光する手法が開示されている。なお、当該手法は、光源と各蛍光素子との重なり度合いを変更させることにより、複数の光源から射出される光を調光するものである。

ところで、前記従来の照明装置として、図８に示すように、複数の紫色ＬＥＤ素子２１０を間隔を空けて設置し、その複数の紫色ＬＥＤ素子２１０をＲＧＢ蛍光層２２０（赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を含有する蛍光層）によって被覆した構造のものがあり、この照明装置２００においては、次のような現象が確認されている。

詳述すると、前記照明装置２００を、蛍光層２２０側から目視した場合に、各紫色ＬＥＤ素子２１０の直上に位置する部分が、青色の強い色になるのに対し、各紫色ＬＥＤ素子２１０の直上に位置しない部分が、赤色の強い色になる。

この現象は、次の原理によって生じる。すなわち、一般的な蛍光体は、ある波長の光を吸収すると、その吸収した光の波長よりも長い波長の光を放出する。そして、前記照明装置２００においては、紫色ＬＥＤ素子２１０から射出された光は、その直上から離れた方向に向かうほど、ＲＧＢ蛍光層２２０を通過する距離が長くなる（図８中、点線参照）。このため、紫色ＬＥＤ素子２１０から射出された光は、その直上から離れた方向に向かうほど、ＲＧＢ蛍光層２２０に含有される各蛍光体によってより長い波長の光に変換される度合いが増す。その結果、紫色ＬＥＤ素子２１０の直上に近いほど波長の短い青色が強い色度の光が射出される一方、紫色ＬＥＤ素子２１０の直上から離れるほど波長の長い赤色が強い色度の光が射出される。

特開２００８−１８６７７７号公報

そこで、本発明は、複数の光源が間隔を空けて設置された照明装置に関し、前記現象を利用して新たな調光手法を提供することを主な課題とするものである。

すなわち、本発明に係る照明装置は、複数の光源が所定面に間隔を空けてアレイ状に設置された設置領域を有する光源ユニットと、前記設置領域と対向するように配置され、前記各光源から射出された光の波長を変換する単一の蛍光層と、前記蛍光層を挟んで前記設置領域と対向するように配置され、前記蛍光層から射出された光の色度を変更する複数の色度変更素子が前記所定面と平行な平面に沿ってアレイ状に設置された色度変更ユニットとを備え、前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットが前記所定面に沿ってスライド可能に構成され、前記色度変更ユニットを介して射出される光の色度が予め定められた色度になるように、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置が定められていることを特徴とするものである。

このようなものであれば、蛍光層から射出される光における光源を中心とした色度の違いを、蛍光層の光源直上部分と色度変更素子との重なり度合いや、蛍光層の光源非直上部分と色度変更素子との重なり度合いを変更することよって調節することができる。これにより、照明装置の調光が可能となる。なお、アレイ状とは、複数の光源又は色度変更素子を、二次元的、言い換えれば、平面的に配列した態様だけでなく、一次元的、言い換えれば、直線的又は曲線的に配列した態様も含まれる概念である。

また、前記光源ユニットが、前記複数の光源を所定ピッチで間隔を空けて設置したものであり、前記色度変更ユニットが、前記複数の色度変更素子を前記所定ピッチと同一ピッチで間隔を空けて設置したものである。このようなものであっても、蛍光層の光源直上部分及び光源非直上部分のそれぞれから射出される光の色度を予め把握し易くなり、調光が容易となる。

なお、前記色度変更素子は、具体的には、前記蛍光層から射出された光の波長を選択的に透過又は反射するものや、前記蛍光層から射出された光の波長を変換するものである。

また、前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットを前記所定面に沿ってスライドさせることにより、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置を調節する位置調節機構をさらに備えるものである。このようなものであれば、光源ユニットに対する色度変更ユニットの微妙な位置調整が容易となる。

また、本発明に係る照明装置の調光方法としては、複数の光源が所定面に間隔を空けてアレイ状に設置された設置領域を有する光源ユニットを備える照明装置の調光方法であって、前記各光源から射出された光の波長を変換する単一の蛍光層を、前記設置領域と対向するように配置し、前記蛍光層から射出された光の色度を変更する複数の色度変更素子が前記所定面と平行な平面に沿ってアレイ状に設置された色度変更ユニットを、前記蛍光層を挟んで前記設置領域と対向するように配置し、前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットを前記所定面に沿ってスライドさせ、前記色度変更ユニットを介して射出される光の色度が予め定められた目標色度になるように、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置を調節するものである。

本発明によれば、複数の光源が間隔を空けて配置された照明装置の調光を容易に行うことができる。

実施形態１に係る照明装置を模式的に示す分解斜視図である。 実施形態１に係る照明装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係る照明装置の光源ユニットに対する色度変更ユニットのスライド状態を示す平面図である。 実施形態１に係る照明装置の調光原理を説明するための模式図である。 実施形態２に係る照明装置を模式的に示す模式図である。 実施形態３に係る照明装置の光源ユニットに対する色度変更ユニットのスライド状態を示す模式図である。 その他の実施形態に係る照明装置の光源ユニットに対する色度変更ユニットのスライド状態を示す模式図である。 従来の照明装置を示す模式図である。

以下に、本発明に係る照明装置を図面に基づいて説明する。

本発明に係る照明装置は、特に用途は限定されないが、繊細な調光（調色）が可能であることから、室内照明として使用することが好適であり、特に、観察者に対して本来の色彩を伝える必要がある美術品等が展示された美術館や博物館の室内照明として使用することが好適である。

＜実施形態１＞ 本実施形態に係る照明装置１００は、図１及び図２に示すように、複数の光源１１が所定面Ｓに間隔を空けて設置された設置領域Ｒを有する光源ユニット１０と、光源ユニット１０の設置領域Ｒ全体と対向するように配置される単一の蛍光層２０と、この蛍光層２０を挟んで光源ユニット１０の設置領域Ｒと対向するように配置される色度変更ユニット３０と、を備えている。

前記光源ユニット１０は、基板１２上に複数の光源１１をアレイ状に配置したものである。光源１１としては、例えば、紫色ＬＥＤ素子等のＬＥＤ素子を使用することができる。なお、本実施形態では、基板１２の表面を所定面Ｓとし、その表面に複数の光源１１を所定ピッチで縦横に配置している。

前記蛍光層２０は、各光源１１から射出された光の波長を異なる波長に変換する蛍光体を含有するものである。具体的には、蛍光層２０は、その全域に亘って同種の蛍光体が分散されたものである。本実施形態では、当該蛍光体を含有するバインダ（例えば、シリコーン樹脂）を光源ユニット１０上に積層して蛍光層２０を形成している。よって、光源ユニット１０と蛍光層２０とが一体になっている。また、前記蛍光体としては、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体（以下、これら三つの蛍光体を合わせてＲＧＢ蛍光体ともいう）を使用しているが、これに限定されず、各種の蛍光体を使用したり、組み合わせることができる。

前記色度変更ユニット３０は、透明基板３２上に蛍光層２０から射出された光の色度を変更する色度変更素子３１を複数アレイ状に並べて配置したものである。色度変更素子３１には、蛍光層２０から射出された光の波長の一部を選択的に透過又は反射する波長選択素子や、蛍光層２０から射出された光の波長を異なる波長に変換する波長変換素子が含まれる。なお、複数の色度変更素子３１は、光源ユニット１０の所定面Ｓと平行な平面上に配置される。ここで、複数の色度変更素子３１が配置される平面は、前記所定面Ｓと厳密な意味で平行でなくてもよく、所定面Ｓに対して若干傾いていてもよい。

前記波長選択素子は、蛍光層２０から射出された光の波長のうちで、所定の波長の全部を反射又は透過する性質のものであってもよく、また、所定の波長の一部を透過すると共に残部を反射する性質のものであってもよく、これら二つの性質を兼ね合わせたものであってもよい。

前記波長変換素子は、前記蛍光層２０から射出される光の波長を異なる波長に変換する蛍光体を含有するものである。波長変換素子は、前記蛍光層２０と同様に蛍光体を含有するバインダを透明基板３２上に積層して形成することができる。

なお、本実施形態では、複数の色度変更素子３１を透明基板３２上に前記所定ピッチと同一ピッチで縦横に配置して色度変更ユニット３０を形成している。そして、色度変更素子３１としては、蛍光層２０から射出された光の波長のうちで、赤色の波長の全部を透過し、緑色及び青色の波長の一部を透過すると共に残部を反射するフィルタ状の波長選択素子を使用している。

次に、本実施形態に係る照明装置１００の調光方法を説明する。

本実施形態においては、前記のとおり、光源ユニット１０を構成する基板１２上に蛍光層２０が積層されているため、光源ユニット１０と蛍光層２０とは一体になっている。そこで、先ず、この蛍光層２０上にこれらとは別体の色度変更ユニット３０を配置する。そして、蛍光層２０を介して射出される光の色度が予め定めた目標色度になるように、光源ユニット１０に対して色度変更ユニット３０を所定面Ｓと平行な平面に沿ってスライドさせながら、各光源１１と各色度変更素子３１との重なり度合いを調節して調光する。ここで、当該重なり度合いとは、前記所定面Ｓと直交する方向から目視した場合に、光源１１と色度変更素子３１とが重なる面積の広さともいえる。

なお、本実施形態においては、図３に示すように、光源ユニット１０に対し、色度変更ユニット３０を回転させることなく平行にスライド移動させてずらしている。よって、各光源１１に対応する色度変更素子３１の重なり度合いが同一になっている。これにより、照明装置１００から照射される光の色度が、発光面全体に亘って略均一となる。

そして、調光が終わった後、その重なり度合いを維持した状態、すなわち、光源ユニット１０に対する色度変更ユニット２０の位置を維持した状態で、蛍光層２０上に色度変更ユニット３０を固定することによって目標色度の光を射出する照明装置を得ることができる。

なお、蛍光層２０上に色度変更ユニット３０を固定する手段としては、色度変更ユニット３０を接着剤や粘着剤等によって蛍光層２０上に貼り付けて固定してもよく、また、光源ユニット１０、蛍光層２０及び色度変更ユニット３０をまとめて挟み込むクランプ部材等のようなものによって固定してもよく、その他、光源ユニット１０に対して色度変更ユニット３０を位置ズレしないように固定できるような手段であれば特に限定されない。

次に、本実施形態に係る照明装置の調光原理を図４に基づき説明する。なお、図４（ａ）は、光源１１と色度変更素子３１とが完全に重なっていない状態を示し、図４（ｂ）は、光源１１と色度変更素子３１とが完全に重なっている状態を示している。

ここで、本実施形態に係る調光原理を簡易的に説明するため次のように仮定する。蛍光層２０の光源１１の直上に位置する部分Ａ（以下、光源直上部分Ａともいう）では、光源１１から射出された紫色の波長の光が、赤色〔強度１〕、緑色〔強度２〕、青色〔強度３〕の波長の光に変換され、蛍光層２０の光源１１の直上に位置しない部分Ｂ（以下、光源非直上部分Ｂともいう）では、光源１１から射出された紫色の波長の光が、赤色〔強度３〕、緑色〔強度２〕、青色〔強度１〕の波長の光に変換されるものと仮定する。また、色度変更素子３１は、蛍光層２０から射出された光の波長のうちで、赤色の波長の光の全部を透過し、緑色の波長の光の１／２を透過すると共に１／２を反射し、青色の波長の光の１／３を透過すると共に２／３を反射するものと仮定する。さらに、色度変更素子３１で反射された波長の光は、その全部が再度色度変更素子３１を透過することなく蛍光層２０を通過して透明基板３２を介して射出されるものと仮定する。なお、以下において、角括弧内の数値を強度とし、また、当該数値の小数点２以下は省略する。

先ず、各光源１１と各色度変更素子３１とが完全に重なっていない状態においては、図４（ａ）に示すように、光源直上部分Ａからは、蛍光層２０で変換された波長の光がそのまま透明基板３２を介して射出される。具体的には、光源直上部分Ａからは、赤色〔１〕、緑色〔２〕、青色〔３〕の波長の光が透明基板３２を介して射出される。

一方、光源非直上部分Ｂからは、蛍光層２０で変換された波長の光が色度変更素子３１によって色度を変更されて射出される。具体的には、光源非直上部分Ｂからは、蛍光層２０で赤色〔３〕に変換された波長の光は、その全部が色度変更素子３１を透過する。また、蛍光層２０で緑色〔２〕に変換された波長の光は、その緑色〔１〕が色度変更素子３１を透過し、残りの緑色〔１〕が色度変更素子３１で反射される。また、蛍光層２０で青色〔１〕に変換された波長の光は、その青色〔０．３３〕が色度変更素子３１を透過し、残りの青色〔０．６６〕が色度変更素子３１で反射される。

また、色度変更素子３１で反射された光は、再び蛍光層２０で変換されて透明基板３２から射出される。具体的には、色度変更素子３１で反射された緑色〔１〕の波長の光は、蛍光層２０で緑色〔０．５〕及び赤色〔０．５〕の波長の光に変換されて透明基板３２から射出される。また、色度変更素子３１で反射された青色〔０．６６〕の波長の光は、蛍光層２０で緑色〔０．３３〕及び赤色〔０．３３〕の波長の光に変換されて透明基板３２から射出される。

よって、各光源１１と各色度変更素子３１とが完全に重なっていない状態においては、照明装置１００全体で見れば、赤色〔４．８３〕、緑色〔３．８３〕、青色〔３．３３〕の波長の光が射出されることになる。

次に、各光源１１と各色度変更素子３１とが完全に重なっている状態においては、図４（ｂ）に示すように、蛍光層２０で変換された波長の光が、色度変更素子３１によって色度を変更されて射出される。具体的には、光源直上部分Ａからは、蛍光層２０で赤色〔１〕に変換された波長の光は、その全部が色度変更素子３１を透過する。また、蛍光層２０で緑色〔２〕に変換された波長の光は、その緑色〔１〕が色度変更素子３１を透過し、残りの緑色〔１〕が色度変更素子３１で反射される。また、蛍光層２０で青色〔３〕に変換された波長の光は、その青色〔１〕が色度変更素子３１を透過し、残りの青色〔２〕が色度変更素子３１で反射される。

また、色度変更素子３１で反射された光は、再び蛍光層２０で変換されて透明基板３２から射出される。具体的には、色度変更素子３１で反射された緑色〔１〕の波長の光は、蛍光層２０で緑色〔０．５〕及び赤色〔０．５〕の波長の光に変換されて透明基板３２から射出される。また、色度変更素子３１で反射された青色〔２〕の波長の光は、蛍光層２０で緑色〔１〕及び赤色〔１〕の波長の光に変換されて透明基板３２から射出される。

一方、光源非直上部分Ｂからは、蛍光層２０で変換された波長の光がそのまま透明基板３２を介して射出される。具体的には、光源非直上部分Ｂからは、赤色〔３〕、緑色〔２〕、青色〔１〕の波長の光が透明基板３２を介して射出される。

よって、各光源１１と各色度変更素子３１とが完全に重なっている状態においては、照明装置１００全体で見れば、赤色〔５．５〕、緑色〔４．５〕、青色〔２〕の波長の光が射出されることになる。

前記仮想例からも分かるように、各光源１１と各色度変更素子３１との重なり度合いを変化させることにより、照明装置１００全体から射出される各波長の光の強度を調節することができ、これにより、照明装置１００の調光が可能となる。

＜実施形態２＞ 本実施形態は、前記実施形態１に係る照明装置１００の変形例であり、本実施形態に係る照明装置１００は、光源ユニット１０に対する色度変更ユニット３０の位置を調節するための位置調節機構４０を備えている点で前記実施形態１と構成が相違しているが、その他は同一構成を有している。

前記位置調節機構４０は、図５に示すように、蛍光層２０が積層された光源ユニット１０が固定されると共に、色度変更ユニット３０がスライド可能に差し込まれる支持溝４３が設けられた支持体４０と、支持体４０に差し込まれた色度変更ユニット３０を蛍光層２０が積層された光源ユニット１０に対して固定するネジ４２と、を備えている。

このような構成であれば、支持溝４３に固定された光源ユニット１０に対する色度変更ユニット３０のスライド位置を調節することにより、各光源１１に対する色度変更素子３１の重なり度合いを調節できる、これにより、照明装置１００の調光を行うことができる。

＜実施形態３＞ 本実施形態は、前記実施形態１に係る照明装置１００における調光方法の変形例である。図６に示す実施形態においては、前記所定面Ｓに垂直な任意の軸を回転軸とし、光源ユニット１０を色度変更ユニット３０に対して回転させるようにスライド移動させる。

このようなものであれば、各光源１１に対応する色素変更素子３１の重なり度合いが異なるようになる。具体的には、各光源１１に対応する色度変更素子３１の重なり度合いが、当該各光源１１の回転軸からの距離によって変化する。これにより、照明装置１００から照射される光の色度が、回転軸からの距離によって変化する。なお、図６に示す実施形態においては、回転軸からの距離が遠い光源１１ほど色度変更素子３１との重なり度合いが小さくなっている。

前記任意の軸としては、例えば、図６（ａ）に示すように前記設置領域Ｒの中心を通る軸や図６（ｂ）に示すように前記設置領域Ｒの角を通る軸等を選択することができる。

＜その他の実施形態＞ 前記各実施形態においては、光源１１を縦方向のピッチと横方向のピッチを同一にしているが、縦方向のピッチと横方向のピッチとを異ならせてもよい。さらに、図７に示すように、光源１１を同心円上に複数配置し、各円上で等ピッチとなるように配置してもよい。なお、色度変更素子３１は、複数の光源１１が設置されたリング状の設置領域Ｒと対向するように、当該複数の光源１１と同様に配置されている。この場合、前記同心円の中心を回転軸とし、光源ユニット１０に対して色度変更ユニット３０を回転させるようにスライドさせると、各光源１１に対応する色度変更素子３１の重なり度合いが、当該各光源１１の回転軸からの距離によって変化する。なお、図７に示す実施形態においては、回転軸からの距離が遠い光源１１ほど色度変更素子３１との重なり度合いが小さくなっている。

また、前記各実施形態においては、色度変更素子３１を光源１１と同一ピッチで配置しているが、異なるピッチで配置してもよい。

また、前記実施形態においては、蛍光層２０を光源ユニット１０に積層し、これらを一体的に形成しているが、蛍光層２０を光源ユニット１０と別体として形成してもよく、また、蛍光層２０を色度変更ユニット３０と一体にしてもよい。なお、いずれの場合であっても、蛍光層２０は、光源ユニット１０の設置領域Ｒと対向するように配置する。

また、前記各実施形態においては、色度変更ユニット２０に配置される複数の色度変更素子３１として同種のものを使用しているが、二種類以上のものを使用してもよい。この場合には、二種類以上の色度変更素子３１を交互に間隔を空けて配置してもよく、また、交互に連続的に連なるように配置してもよい。すなわち、色度変更ユニット２０に配置される複数の色度変更素子３１は、必ずしも間隔を空けて配置する必要はない。但し、隣り合う色度変更素子３１が同種のものである場合には、間隔を空けて配置する必要がある。因みに、同種の色度変更素子とは、所定の色度を有する光を所定の色度に変更するものであり、一方、異種の色度変更素子とは、所定の色度を有する光を異なる色度に変更するものである。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００ 照明装置
１０ 光源ユニット
Ｓ 所定面
Ｒ 設置領域
１１ 光源
２０ 蛍光層
３０ 色度変更ユニット
３１ 色素変更素子

Claims (6)

1. 複数の光源が所定面に間隔を空けてアレイ状に設置された設置領域を有する光源ユニットと、
   前記設置領域と対向するように配置され、前記各光源から射出された光の波長を変換する単一の蛍光層と、
   前記蛍光層を挟んで前記設置領域と対向するように配置され、前記蛍光層から射出された光の色度を変更する複数の色度変更素子が前記所定面と平行な平面に沿ってアレイ状に設置された色度変更ユニットとを備え、
   前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットが前記所定面に沿ってスライド可能に構成され、前記色度変更ユニットを介して射出される光の色度が予め定められた目標色度になるように、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置が定められていることを特徴とする照明装置。
2. 前記光源ユニットが、前記複数の光源を所定ピッチで間隔を空けて設置したものであり、
   前記色度変更ユニットが、前記複数の色度変更素子を前記所定ピッチと同一ピッチで間隔を空けて設置したものである請求項１記載の照明装置。
3. 前記色度変更素子が、前記蛍光層から射出された光の波長を選択的に透過又は反射するものである請求項１又は２のいずれかに記載の照明装置。
4. 前記色度変更素子が、前記蛍光層から射出された光の波長を変換するものである請求項１又は２のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットを前記所定面に沿ってスライドさせて、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置を調節する位置調節機構をさらに備える請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
6. 複数の光源が所定面に間隔を空けてアレイ状に設置された設置領域を有する光源ユニットを備える照明装置の調光方法であって、
   前記各光源から射出された光の波長を変換する単一の蛍光層を、前記設置領域と対向するように配置し、
   前記蛍光層から射出された光の色度を変更する複数の色度変更素子が前記所定面と平行な平面に沿ってアレイ状に設置された色度変更ユニットを、前記蛍光層を挟んで前記設置領域と対向するように配置し、
   前記光源ユニットに対して前記色度変更ユニットを前記所定面に沿ってスライドさせ、前記色度変更ユニットを介して射出される光の色度が予め定められた目標色度になるように、前記各光源に対する前記各色度変更素子の位置を調節することを特徴とする照明装置の調光方法。