(57)【要約】【課題】液晶素子を用いて光制御を行うものであり、照射パターンを円形に近づけることができる照明装置を提供する。【解決手段】複数のＬＥＤ光源１３と、このＬＥＤ光源１３に対応し各光源１３からの光を集光させる光学部１４と、該光学部１４により集光された光の広がり角を制御する液晶部１５とを備える。前記液晶部１５は、この液晶部１５により制御された光のパターンが前記光源１３の光軸周りである周方向にずれるように構成される。【選択図】図２
2014022107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、該光源に対応し各光源からの光を集光させる光学部と、該光学部により集光された光の広がり角を制御する液晶部とを備え、
前記液晶部により制御された光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記液晶部は、複数個の同一構造の液晶素子部を前記周方向にずらして配置して、光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、
前記液晶部は、前記複数個の同一構造の液晶素子部を前記光源の光軸と直交する同一仮想面において周方向にずらして配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の照明装置において、
前記光源数をＮとし、前記液晶部の液晶素子部により制御された光のパターン形状がＭ回対称の回転対称とした場合に、
前記液晶部は、前記液晶素子部を３６０／Ｍ／Ｎ度ずつ周方向にずらして配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載の照明装置において、
前記液晶部は、該液晶部を構成する複数の電極部を前記各光源に対応する位置に前記周方向にずらして配置して、光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、
前記液晶部は、前記複数の電極部を前記光源の光軸と直交する同一仮想面において周方向にずらして配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の照明装置において、
前記光源数をＮとし、前記液晶部により制御された光のパターン形状がＭ回対称の回転対称とした場合に、
前記液晶部は、前記電極部を３６０／Ｍ／Ｎ度ずつ周方向にずらして配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置において、
前記液晶部を透過した光を拡散する光拡散部を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置として、液晶素子を用いて光源から出射される光の広がり角を制御するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１７８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、液晶素子は、１つ用いる場合に、主に１方向に光を広げるものがある。また、照明装置では、光源からの光は放射状に広がるため、照射パターンは円形に近いほど好ましい。即ち、照明装置の光源の光を広げる場合、液晶素子１つで光を１方向のみでは対応できない。そこで、例えば、同一構造の液晶素子を２つ使って光の広がり方向を直交させて２方向に広げることが考えられるが、この場合、光の照射パターンは略四角となる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液晶素子を用いて光制御を行うものであり、照射パターンを円形に近づけることができる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、複数の光源と、該光源に対応し各光源からの光を集光させる光学部と、該光学部により集光された光の広がり角を制御する液晶部とを備え、前記液晶部により制御された光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることを特徴とする。
【０００７】
また上記構成において、前記液晶部は、複数個の同一構造の液晶素子部を前記周方向にずらして配置して、光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることが好ましい。
【０００８】
また上記構成において、前記液晶部は、前記複数個の同一構造の液晶素子部を前記光源の光軸と直交する同一仮想面において周方向にずらして配置されることが好ましい。
また上記構成において、前記光源数をＮとし、前記液晶部の液晶素子部により制御された光のパターン形状がＭ回対称の回転対称とした場合に、前記液晶部は、前記液晶素子部を３６０／Ｍ／Ｎ度ずつ周方向にずらして配置されることが好ましい。
【０００９】
また上記構成において、前記液晶部は、該液晶部を構成する複数の電極部を前記各光源に対応する位置に前記周方向にずらして配置して、光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることが好ましい。
【００１０】
また上記構成において、前記液晶部は、前記複数の電極部を前記光源の光軸と直交する同一仮想面において周方向にずらして配置されることが好ましい。
また上記構成において、前記光源数をＮとし、前記液晶部により制御された光のパターン形状がＭ回対称の回転対称とした場合に、前記液晶部は、前記電極部を３６０／Ｍ／Ｎ度ずつ周方向にずらして配置されることが好ましい。
【００１１】
また上記構成において、前記液晶部を透過した光を拡散する光拡散部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液晶素子を用いて光制御を行うものであり、照射パターンを円形に近づけることができる照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における照明装置の斜視図である。
【図２】同上における照明装置の分解斜視図である。
【図３】液晶素子について説明するための断面図である。
【図４】液晶部について説明するための斜視図である。
【図５】液晶素子部の各液晶素子について説明するための平面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は液晶素子の光制御について説明するための説明図である。
【図７】複数の液晶素子を用いた光制御について説明するための説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は液晶素子の透明電極に電圧を印加した際の液晶分子の並び方と、この並びの変化に伴って変化する屈折率とについて説明するための説明図である。
【図９】液晶素子の光制御について説明するための説明図である。
【図１０】照明装置の照射パターンについて説明するための説明図である。
【図１１】別例における照明装置の分解斜視図である。
【図１２】同上における照明装置の液晶部について説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、照明装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の照明装置１０の筐体１１は、略有底筒状の筐体本体１１ａと、この筐体本体１１ａの開口部を覆う略円板状の蓋部１１ｂとを備える。蓋部１１ｂは、後述するＬＥＤ光源１３の光を透過する孔部１１ｃが形成される。
【００１５】
図２に示すように筐体１１内には、板状の回路基板１２と、この回路基板１２上に設けられるＬＥＤ光源１３と、このＬＥＤ光源１３に対応する光学部１４と、液晶部１５と、前記液晶部１５を保持するホルダ１６と、拡散フィルタ１７とを備える。
【００１６】
回路基板１２の上面には、ＬＥＤ素子を有する前記ＬＥＤ光源１３が複数配設される。ＬＥＤ光源１３は、図示しない電源からの電力供給により点灯されるようになっている。
光学部１４は、前記ＬＥＤ光源１３と同数の集光部１４ａ（図２では１つのみ図示）を備え、これら集光部１４ａが一体化されている。集光部１４ａは、前記ＬＥＤ光源１３の光軸の略中心に備えられ、ＬＥＤ光源１３から照射された光を集光する。また、光学部１４は、アクリルやポリカーボネイトなどの樹脂、又はガラス等で構成される。
【００１７】
図４に示すように液晶部１５は、前記ＬＥＤ光源１３の数に応じた個数（本実施形態では３つ）の液晶素子部２１を備える。この液晶素子部２１は、図５に示すように４つの液晶素子２２を積層して構成される。液晶素子部２１は前記ＬＥＤ光源１３の光軸と略直交する同一仮想面において周方向に所定角度（本実施形態では３０度）ずらして配設している。
【００１８】
図３に示すように液晶素子２２は、２枚の透明基板３１が対向する対向面上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極３２ａ，３２ｂ．３２ｃがそれぞれ配設される。また、液晶素子２２の透明電極３２ａ，３２ｂ．３２ｃは、一方側の透明基板３１に配設される櫛刃状の櫛刃電極３２ａ，３２ｂと、他方の透明基板３１に配設される平板状の共通電極３２ｃとを有する。櫛刃電極３２ａは、前記共通電極３２ｃと同電位とされる電極３２ａと、図示しない電源から前記電極３２ａよりも高電位となる電極３２ｂとを有する。また、電極３２ａと電極３２ｂは、これら櫛刃部位の延出する方向（電極方向）と直交するとともに光軸方向と直交する方向において交互に並設される。
【００１９】
図３に示すように、透明基板３１には前記透明電極３２ａ，３２ｂ．３２ｃを含めて前記対向面を概ね覆う態様で配向膜３３を有する。ここで、配向膜３３は、液晶層３４の液晶を所定の角度にチルトさせ電圧無印加の状態で所定の方向に整列配光させるように配向処理が施したものである。なお、後述する配向方向とは、配向膜３３により液晶が整列配向される方向を指す。
【００２０】
図３に示すように、透明基板３１間には、ネマチック液晶等の液晶層３４が封入され、シール材３５にて封止されている。ここで、前記電極３２ａ，３２ｂは、前記電源と接続される端子部３２ｄがシール材３５から外部に露出している。
【００２１】
拡散フィルタ１７は、光を透過する部材（樹脂やガラスなど）の表面に凹凸を設けて構成し、光を拡散するものである。なお、拡散フィルタ１７は、光を透過する部材に例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）などの光拡散物質を混合することで拡散効果を図ってもよい。
【００２２】
次に、本実施形態の照明装置１０の作用について説明する。
本実施形態の照明装置１０は、同一構造の液晶素子部２１を周方向（光軸周り）にずらして配置している。
【００２３】
ここで、図６（ａ）（ｂ）に示すように、液晶素子部２１を構成する液晶素子２２を１つ用いて光制御を行う場合、配向膜３３の配向方向と略同方向の偏光成分の光しか制御できない。このため、図７に示すように液晶素子２２を用いて配向方向が直交するように配置することで、直交する偏光成分の両方を光制御することができる。
【００２４】
また、液晶素子２２は、例えば櫛刃電極３２ａ，３２ｂに電圧を印加すると、図８（ａ）に示すように液晶分子が電界に沿って液晶分子が並ぶ。このように櫛刃電極３２ａ，３２ｂの一方の電極に電圧を印加することで、液晶分子の並び方（向き）が変化する。これに伴って、図８（ｂ）に示すように、液晶素子２２に入射される入射光が実効的に影響を受ける複屈折率である実効複屈折率が変化する。ここで実効複屈折率が変化することで、入射光が曲げられるため、櫛刃状の櫛刃電極３２ａ，３２ｂを有する液晶素子２２は、電極方向に沿って入射光を広げることができ、図９に示すように櫛刃電極３２ａ，３２ｂの電極方向が直交するように液晶素子２２を２つ重ねて用いることで２方向（２次元的）に光を広げることができる。
【００２５】
上述したことを勘案し、本実施形態の液晶部１５の液晶素子部２１は、４つ用いる液晶素子の内の２つの液晶素子を配向方向が略同一で電極方向が略直交するように積層し、他の２つの液晶素子を電極方向が略同一で配向方向が略直交するように積層している。なお、この積層順番は適宜変更してもよい。そして、液晶素子部２１単体での光の液晶素子部２１単体での光の照射パターンＰ１〜Ｐ３は図１０に示すように角丸四角形状をなす。このため、前述のように、液晶素子部２１を周方向ずらすことで各液晶素子部２１における照射パターンが照射面で周方向にずれ、重ね合わせた照射パターンＰＴが円形状に近づくこととなる。
【００２６】
また、照射パターンの周方向へのずれは、光源数をＮ＝３とし、液晶部の液晶素子部２１により制御された光のパターン形状がＭ回対称（４回対称）の回転対称とした場合に、３６０／Ｍ／Ｎ度＝３０度となる。なお、本実施形態の場合、図４では液晶素子部２１は、照射パターンが回転対称であるため、１８０−３０度＝１５０度ずらして図示している。このようにすることで、各液晶素子部２１の角部が周方向において略等角度間隔となるため、重ね合わせた照射パターンＰＴがより確実に円形状に近づくこととなる。また、拡散フィルタ１７を用いているため、さらに円形状に近づくこととなる。
【００２７】
次に、本実施形態の照明装置１０の効果を記載する。
（１）複数のＬＥＤ光源１３と、このＬＥＤ光源１３に対応し各光源１３からの光を集光させる光学部１４と、該光学部１４により集光された光の広がり角を制御する液晶部１５とを備える。前記液晶部１５は、この液晶部１５により制御された光のパターンＰ１〜Ｐ３が前記光源１３の光軸周りである周方向にずれるように構成される。ここで、液晶部１５により略四角形に光が広げられたとしても、光のパターンＰ１〜Ｐ３が一致せずに周方向にずれるため、重ね合わせた光のパターンＰＴを円形状に近づけることができる。
【００２８】
（２）液晶部１５は、複数個の同一構造の液晶素子部２１を前記周方向にずらして配置して、光のパターンＰ１〜Ｐ３が前記光源１３の光軸周りである周方向にずれる。このように、同一構造の液晶素子部２１を部品の種類を抑えることができる。また複数種に液晶素子部を用いた場合と比較してコストを抑えることが可能となる。
【００２９】
（３）液晶部１５は、複数個の同一構造の液晶素子部２１を前記光源１３の光軸と直交する同一仮想面において周方向にずらして配置される。このような構成とすることで、液晶素子部２１と照射面との距離を各液晶素子部２１においてずれることが抑えられる。
【００３０】
（４）前記光源数をＮ（＝３）とし、液晶部１５の液晶素子部２１により制御された光のパターンＰ１〜Ｐ３の形状がＭ（＝４）回対称の回転対称とした場合に、液晶部１５は、液晶素子部を３６０／Ｍ／Ｎ度（＝３０度）ずつ周方向にずらして配置される。このような構成とすることで、パターンＰ１〜Ｐ３の角部を等間隔とすることができるため、より確実にパターンＰ１〜Ｐ３を重ね合わせたパターンＰＴを円形に近づけることができる。
【００３１】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、液晶素子部２１を複数設けて照射パターンＰ１〜Ｐ３を周方向にずらす構成としたが、これに限らない。例えば、１つの液晶素子部２１に櫛刃電極３２ａ，３２ｂを複数組設けてこれらの電極を光源に対応する位置に周方向にずらして配置してもよい。以下に、その一例を説明する。
【００３２】
図１１及び図１２に示すように液晶部４１は、液晶素子部４２を備える。この液晶素子部４２は、４つの液晶素子４３ａ〜４３ｄを積層して構成される。また、各液晶素子４３ａ〜４３ｄは、配向方向が略同一の液晶素子４３ａ，４３ｂと、この液晶素子４３ａ，４３ｂと配向方向が直交する液晶素子４３ｃ，４３ｄとを有する。液晶素子部４２は、独立した３つの電極部４５を有する。この電極部４５は、積層する液晶素子４３ａ〜４３ｄのそれぞれに上記実施形態の櫛刃電極３２ａ，３２ｂを有する電極ユニット４６ａ，４６ｂを備える。電極ユニット４６ａ，４６ｂは、各液晶素子４３ａ〜４３ｄのそれぞれに３つずつ設けられる。また、電極部４５は、電極方向が略同一の２つの電極ユニット４６ａと、これらの電極ユニット４６ａと電極方向が略直交する２つの電極ユニット４６ｂとを備える。電極部４５の電極方向が略同一の電極ユニット４６ａを備える液晶素子４３ａ，４３ｃは、配向方向が直交する構成とされる。また電極部４５の電極方向が略同一の電極ユニット４６ｂを備える液晶素子４３ｂ，４３ｄは、配向方向が直交する構成とされる。そして、各電極部４５は、光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれるように、周方向にずらして配置される。このとき、前記複数の電極を前記光源の光軸と直交する同一仮想面（仮想空間内）において周方向にずらして配置される。照射パターンの周方向へのずれは、光源数をＮ＝３とし、液晶部の液晶素子部２１により制御された光のパターン形状がＭ回対称（４回対称）の回転対称とした場合に、３６０／Ｍ／Ｎ度＝３０度となる。これにより、各液晶素子部２１の角部が周方向において略等角度間隔となる。
【００３３】
・上記実施形態では、光源としてＬＥＤ光源１３を採用したが、これに限らない。
・上記実施形態では、拡散フィルタ１７を設ける構成としたが、省略してもよい。また、液晶素子部２１の出射面に凹凸を設けて拡散する構成を採用してもよい。
【００３４】
・上記実施形態では、ＬＥＤ光源１３を３つとしたが、適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０…照明装置、１３…光源、１４…光学部、１５，４１…液晶部、１７…拡散フィルタ（光拡散部）、２１，４２…液晶素子部、４５…電極部、Ｐ１〜Ｐ３…パターン。
【図１】
2014022107.tif 000003
【図２】
2014022107.tif 000004
【図３】
2014022107.tif 000005
【図４】
2014022107.tif 000006
【図５】
2014022107.tif 000007
【図６】
2014022107.tif 000008
【図７】
2014022107.tif 000009
【図８】
2014022107.tif 000010
【図９】
2014022107.tif 000011
【図１０】
2014022107.tif 000012
【図１１】
2014022107.tif 000013
【図１２】
2014022107.tif 000014