(57)【要約】【課題】  照明装置が照射する光の面内輝度を均一に近づけるための条件を提供する。【解決手段】  照明装置１は、対向して配置され所定の発散特性を有する光源２と、光源２から照射された光を鏡面反射する反射板３と、反射板３に対向して配置され、光源２から照射された光が直接入射する直達光２１及び光源２から照射された光が反射板３で反射して入射する反射光２２がそれぞれ入射し、反射板３に対して反対側に光を射出する光方向制御板４と、を備え、光源２及び反射板３は、反射光２２による光方向制御板４上の照度分布が中央でピークを有するように設置されることを特徴とする。【選択図】図１
2015050028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置され所定の発散特性を有する光源と、
前記光源から照射された光を鏡面反射する反射板と、
前記反射板に対向して配置され、前記光源から照射された光が直接入射する直達光及び前記光源から照射された光が前記反射板で反射して入射する反射光がそれぞれ入射し、前記反射板に対して反対側に光を射出する光方向制御板と、
を備え、
前記光源及び前記反射板は、前記反射光による前記光方向制御板上の照度分布が中央でピークを有するように設置される
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記反射板は、前記光方向制御板に向けて凸状に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
以下の式を満たす請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
【数２６】
2015050028.tif 000028
ただし、
【数２７】
2015050028.tif 000029
であって、Ir(R)は、反射光による光方向制御板上の照度分布、
Ｌ０は、光方向制御板４の長さの半分、
Ｙは、光方向制御板４から光源２の中心までの距離、
θは、光源２の仰角、
σは、光源の配光分布の半値半幅の0.849倍、
αは、反射板３の傾斜角、
ｋは、比例定数、
である。
【請求項４】
対向して配置され所定の発散特性を有する光源と、
前記光源から照射された光を鏡面反射する反射板と、
前記反射板に対向して配置され、前記光源から照射された光が直接入射する直達光及び前記光源から照射された光が前記反射板で反射して入射する反射光がそれぞれ入射し、前記反射板に対して反対側に光を射出する光方向制御板と、
を備え、
前記光源及び前記反射板は、前記直達光による前記光方向制御板上の照度分布のピーク値と前記反射光による前記光方向制御板上の照度分布の中央における値が以下の式を満たすことを特徴とする照明装置。
【数２８】
2015050028.tif 000030
ただし、Ｉｄは、前記直達光による前記光方向制御板上の照度分布のピーク値、
Ｉｒは、前記反射光による前記光方向制御板上の照度分布の中央における値、
である。
【請求項５】
以下の式を満たす請求項４に記載の照明装置。
【数２９】
2015050028.tif 000031
ただし、
【数３０】
2015050028.tif 000032
であって、Ir(R)は、反射光による光方向制御板上の照度分布、
Id(R)は、直達光による光方向制御板上の照度分布、
Ｌ０は、光方向制御板４の長さの半分、
Ｙは、光方向制御板４から光源２の中心までの距離、
θは、光源２の仰角、
σは、光源の配光分布の半値半幅の0.849倍、
αは、反射板３の傾斜角、
ｋは、比例定数、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面型の照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤを用いた照明装置が普及している。しかしながら、ＬＥＤは、点光源であるため、蛍光灯のように大面積の照明器具が求められている天井面又は壁面に取り付ける照明等では、あまり用いられていなかった。そこで、複数のＬＥＤを一列に並べた細長い発光装置を薄型の筺体内部に向かい合うように配置し、表面の光方向制御板にて外部に放射させる構造の照明装置が開示されている（特許文献１及び特許文献２）。
【０００３】
特許文献１及び２に記載された技術は、ＬＥＤにコリメータレンズを取り付けて発光させることで平行光を形成し、平行光を山形の散乱反射板で反射させることで、輝度分布の均一化を試みている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１０−００１６０４号公報
【特許文献２】特開２００８−０６００６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、照明器具は、輝度にムラが存在すると、照明された対象に照度ムラが生じるため、面内の輝度が均一であることが好ましい。例えば、特許文献１及び２に記載された技術は、ＬＥＤが発光した平行光を山形の散乱反射板で拡散させて外部に照射されるときの面内輝度を均一化したものである。
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された照明装置は、試験等によって発光角度等の条件が決められており、最適な条件を見いだすことが困難であった。また、光線追跡法等の光学シミュレーションを用いることも可能であるが、同様に、最適な条件を見いだすことが困難であった。そのため、照明装置の具体的な仕様を決定することが困難であった。さらに、光源に平行光を用い，反射板に拡散板を用いていたため、面内の輝度を均一にすることは困難であった。
【０００７】
本発明は、照明装置が照射する光の面内輝度を均一に近づけるための条件を提供する。特に、光源の発散特性を利用し、反射板を鏡面反射とすることにより、面内輝度を均一に近づける。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる一実施形態の照明装置は、
対向して配置され所定の発散特性を有する光源と、
前記光源から照射された光を鏡面反射する反射板と、
前記反射板に対向して配置され、前記光源から照射された光が直接入射する直達光及び前記光源から照射された光が前記反射板で反射して入射する反射光がそれぞれ入射し、前記反射板に対して反対側に光を射出する光方向制御板と、
を備え、
前記光源及び前記反射板は、前記反射光による前記光方向制御板上の照度分布が中央でピークを有するように設置される
ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる一実施形態の照明装置では、
前記反射板は、前記光方向制御板に向けて凸状に形成される
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる一実施形態の照明装置では、
以下の式を満たす。
【数１】
2015050028.tif 000003
ただし、
【数２】
2015050028.tif 000004
であって、Ir(R)は、反射光による光方向制御板上の照度分布、
Ｌ０は、光方向制御板４の長さの半分、
Ｙは、光方向制御板４から光源２の中心までの距離、
θは、光源２の仰角、
σは、光源の配光分布の半値半幅の0.849倍、
αは、反射板３の傾斜角、
ｋは、比例定数、
である。
【００１１】
本発明にかかる一実施形態の照明装置は、
対向して配置され所定の発散特性を有する光源と、
前記光源から照射された光を鏡面反射する反射板と、
前記反射板に対向して配置され、前記光源から照射された光が直接入射する直達光及び前記光源から照射された光が前記反射板で反射して入射する反射光がそれぞれ入射し、前記反射板に対して反対側に光を射出する光方向制御板と、
を備え、
前記光源及び前記反射板は、前記直達光による前記光方向制御板上の照度分布のピーク値と前記反射光による前記光方向制御板上の照度分布の中央における値が以下の式を満たすことを特徴とする。
【数３】
2015050028.tif 000005
ただし、Ｉｄは、前記直達光による前記光方向制御板上の照度分布のピーク値、
Ｉｒは、前記反射光による前記光方向制御板上の照度分布の中央における値、
である。
【００１２】
また、本発明にかかる一実施形態の照明装置では、
以下の式を満たす。
【数４】
2015050028.tif 000006
ただし、
【数５】
2015050028.tif 000007
であって、Ir(R)は、反射光による光方向制御板上の照度分布、
Id(R)は、直達光による光方向制御板上の照度分布、
Ｌ０は、光方向制御板４の長さの半分、
Ｙは、光方向制御板４から光源２の中心までの距離、
θは、光源２の仰角、
σは、光源の配光分布の半値半幅の0.849倍、
αは、反射板３の傾斜角、
ｋは、比例定数、
である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、照明装置の具体的な仕様を求めることができ、照明装置が照射する光の面内輝度を均一に近づけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る一実施形態の照明装置を示す図である。
【図２】本発明に係る一実施形態の照明装置の光方向制御板を示す。
【図３】本発明に係る一実施形態の照明装置の面内輝度を均一に近づける概念を示す。
【図４】参考例１の面内輝度を示す。
【図５】参考例２の面内輝度を示す。
【図６】本発明に係る一実施形態の照明装置の反射光の条件１を説明するための図である。
【図７】本発明に係る一実施形態の照明装置の反射板３による光源２のミラー象を示す。
【図８】比較例１の照度分布を示す。
【図９】本発明に係る一実施形態の照明装置の実施例１の照度分布を示す。
【図１０】比較例２の照度分布を示す。
【図１１】本発明に係る一実施形態の照明装置の実施例２の照度分布を示す。
【図１２】光源２がｙ方向において反射板３と光方向制御板４の中間にない場合の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明にかかる照明装置１について説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る一実施形態の照明装置１を示す。
【００１７】
本実施形態の照明装置１は、光源２と、反射板３と、光方向制御板４と、を備える。ここで、光方向制御板４の反射板３側の一端を原点とし、光方向制御板４の反射板３側の他端に向かう方向をｘ方向、反射板３に向かう方向をｙ方向、ｘ，ｙ方向に対して右手系の座標を形成する紙面に対して奥に向かう方向をｚ方向とする。
【００１８】
光源２は、ｚ方向に対向して伸びる２つのＬＥＤ列を用いることが好ましい。各ＬＥＤには、光配向特性を有するレンズ２ａが設けられている。このレンズ２ａの光配向特性は、ｚ方向に対する輝度ムラを低減するため、ｚ方向に対しては広くすることが好ましい。また、このレンズ２ａの光配向特性は、光源２から離れた位置まで高輝度を確保するため、ｙ方向には適度に狭いことが好ましい。
【００１９】
反射板３は、光方向制御板４に対向して配置され、光源２の照射する光の一部が入射すると、光方向制御板４に向けて反射させる。反射板３は、アルミニウム又は銀等の金属反射膜を用いることが好ましい。図１に示す例の反射板３は、光源２の中間で光方向制御板４に向けて凸状に屈曲させた傾斜面を有する。なお、反射板３は、平面でもよい。
【００２０】
図２は、本発明に係る一実施形態の照明装置１の光方向制御板４を示す。
【００２１】
光方向制御板４は、斜めに入射した光束を正面方向に射出する部材である。例えば、光方向制御板４は、図２（ａ）に示すようなプリズムシート、図２（ｂ）に示すような散乱粒子４ａを混入した拡散シートを用いることが好ましい。また、図２（ｃ）に示すように、プリズムシートと散乱粒子４ａを混入した拡散シートの両方を用いてもよい。
【００２２】
図３は、本発明に係る一実施形態の照明装置の面内輝度を均一に近づける概念を示す。図４は、参考例１の面内輝度を示す。図５は、参考例２の面内輝度を示す。
【００２３】
本実施形態の照明装置１では、光源２から光方向制御板４へ到達する２つの光を有する。図３に示すように、２つの光は、光源２が照射した光が光方向制御板４へ直接到達する直達光２１及び光源２が照射した光が反射板３で反射して光方向制御板４へ到達する反射光２２である。直達光２１と反射光２２は、それぞれ異なる位置にピークを有し、反射光２２のピークは、直達光２１のピークよりも光源２から遠い位置に生じる。また、直達光２１と反射光２２の合計分布は、直達光２１と反射光２２の和である。なお、この図、および以降の図において、細い実線は直達光２１による照度分布を、点線は反射光２２による分布を、太い実線は合計分布を表す。また、特に断らない限り、それぞれの分布は二つの光源の和を表すこととする。
【００２４】
本実施形態の照明装置１では、直達光２１と反射光２２の合計分布を均一化させるために、２つの条件を満足させることが好ましい。
【００２５】
第１の条件は、光源２から光方向制御板４へ到達する直達光２１と反射光２２の合計分布が中央付近で均一になるように形成することである。この条件を満足しない場合、参考例１として示した図４のように、中央を外れた位置に２つのピークが生じてしまう。この場合、直達光２１と反射光２２のピークが重なってしまい、中央が暗くなり、合計分布を均一化させることが困難となる。
【００２６】
第２の条件は、第１の条件に加え、光源２から光方向制御板４へ到達する直達光２１のピーク強度と反射光２２のピーク強度をほぼ等しくすることである。この条件を満足しない場合、参考例２として示した図５のように、左右のピークが中央のピークと異なってしまい、合計分布を均一化させることが困難となる。
【００２７】
図１に示した座標において、Ｙは光源２の位置を示す定数である。ここでは、図１において左側の光源２による光方向制御板４の座標Ｘにおける照度を直達光２１と反射光２２に分けて考える。
【００２８】
なお、厳密には図１においてＺ方向の分布も考える必要があるが、光源２が密に並んでいること、及び、Ｚ方向の配光分布が十分に広いことを考慮すると、Ｚ方向には均一と考えてよい。すなわち、本実施形態では、紙面内での照度分布のみを考えればよい。
【００２９】
まず、直達光２１による照度について説明する。直達光２１による照度は、以下の式（１）で与えられる。
【数６】
2015050028.tif 000008
ただし、ｋは、比例係数、
G(X)は、光源２の配光特性、
D(X)は、光源２からの距離の二乗の逆数、
S(X)は、光方向制御板４に対する入射角の効果、
である。
【００３０】
G(X)は、以下の式（２）で表される。ここで、光源２の配光分布は、レンズを用いて配光分布を狭める場合、一般に正規分布に近似してもよいので、正規分布に従うと仮定した。
【数７】
2015050028.tif 000009
ただし、φは、光源２から測定点Ｘに向かう線分がＸ軸となす角、
θは、光源２の仰角、
σは、正規分布の標準偏差、
である。
【００３１】
また、正規分布の標準偏差σと、半値半幅σｈは、以下の式（３）の関係がある。
【数８】
2015050028.tif 000010
以下、標準偏差σを用いて説明するが、光源の配向分布が正規分布から外れる場合は、半値半幅σｈに置き換えて考えればよい。
【００３２】
また、φは、以下の式（４）で表される。
【数９】
2015050028.tif 000011
【００３３】
次に、D(X)は、以下の式（５）で表される。式（１）及び式（５）によって、直達光２１による照度Id(X)が光源２からの距離の二乗に反比例することがわかる。
【数１０】
2015050028.tif 000012
【００３４】
次に、S(X)は、以下の式（６）で表される。式（１）及び式（６）によって、直達光２１による照度Id(X)が入射角の余弦に比例することがわかる。
【数１１】
2015050028.tif 000013
【００３５】
ここで、簡単のために以下のパラメータＲ≡Ｘ／Ｙを導入すると、直達光２１による照度Id(X)は、以下の式（７）で与えられる。
【数１２】
2015050028.tif 000014
【００３６】
次に、反射光２２による照度について説明する。
【００３７】
図６は、本発明に係る一実施形態の照明装置１の反射光２２の条件１を説明するための図である。図７は、本発明に係る一実施形態の照明装置１の反射板３による光源２のミラー象を示す。
【００３８】
反射光２２による照度Ir(X)は、図７から、式（７）に対してＹ→３Ｙ、θ→２α−θにそれぞれ置き換えればよいことがわかる。ただし、光方向制御板４から光源２までの距離と、光源２から反射板３までの距離は等しく、Ｙであるとする。この置き換えにより、以下の式（８）が得られる。なお、αは反射板３の傾斜角であって、０でもよい。
【数１３】
2015050028.tif 000015
【００３９】
また、反射光の場合、Ｒ≡Ｘ／３Ｙとし、図６に示したIr(R)のグラフの形状を調べるために微分すると、以下の式（９）となる。
【数１４】
2015050028.tif 000016
【００４０】
式（９）には、以下の式（１０）及び式（１１）のような特徴がある。
【数１５】
2015050028.tif 000017
【００４１】
ただし、Rprは、以下の式（１１）を満たすＲである。
【数１６】
2015050028.tif 000018
【００４２】
このことは、Ｒが増加するにつれて、Ir(R)が単調に増加し、Rpr以降は、単調に減少することを表し、Ir(R)は、唯一のピークを有することがわかる。
【００４３】
したがって、条件１は、以下の式（１３）のように与えられる。
【数１７】
2015050028.tif 000019
ただし、R0rは、光方向制御板４の中央におけるＲの値であって、以下の式（１４）で表す。
【数１８】
2015050028.tif 000020
ただし、Ｌ０は、光方向制御板４の長さの半分、
Ｙは、光方向制御板４から光源２の中心までの距離、
である。
【００４４】
式（１３）の左辺は中央の照度を表し、右辺はピーク位置における照度を表す。式（１３）の両辺は左側の光源２に加えて右側の光源２の寄与も考慮している。そして、この式は左辺の中央における照度が、右辺のピーク位置における照度よりも大きいことを表す。
【００４５】
以下に、条件１を満たさない比較例１と条件１を満たす実施例１の具体的な数値例を示す。ただし、Ir(R)の値は、定数である右辺最初のk/9Y2は無視して求めた。
【００４６】
比較例1               実施例1
L0              300mm                 300mm
Y                29mm                  29mm
σ                 5.1deg                5.1deg
（半値半幅6degに相当）
θ                 0deg                  0deg
α                 0deg                  3deg
結果
R0                 3.45                  3.45
Rp                 6.5                   4.6
Ir(R0)             0.00014               0.0029
Ir(Rp)             0.00081               0.0045
Ir(2R0-Rp)         0.0000                0.0002
式（１３）の左辺    0.00028               0.0059
式（１３）の右辺    0.00081               0.0047
条件１              満たさない             満たす
（左辺＜右辺）         （左辺＞右辺）
【００４７】
図８は、比較例１の照度分布を示す。図９は、本発明に係る一実施形態の照明装置の実施例１の照度分布を示す。
【００４８】
Ir(R)は左側の光源２の寄与による照度分布、Ir(R)+Ir(2R0r-R)は両側の光源２の寄与による照度分布をそれぞれ表している。条件１を満たさない比較例１は、中央にピークが生じないのに対し、条件１を満たす実施例１は、中央にピークが生じている。また、反射板３に傾きαをつけることで望ましい分布に近づけることが可能であることがわかる。
【００４９】
次に、第２の条件について説明する。
【００５０】
直達光２１のピーク強度は、以下の式（１５）で与えられる。
【数１９】
2015050028.tif 000021
ただし、Rpdは、直達光２１のピークを与えるＲであり、以下の式（１６）の解である。
【数２０】
2015050028.tif 000022
また、R0dは、光方向制御板４の中央におけるＲの値であって、以下の式（１７）で表す。
【数２１】
2015050028.tif 000023
【００５１】
直達光２１のピークと反射光２２の中央値が等しい時、すなわち、両者の比率が1.0の以下の式（１８）を満たす時、照度は均一となる。
【数２２】
2015050028.tif 000024
【００５２】
ただし、輝度比0.5〜２程度は、許容できる範囲なので、条件２としては、以下の式（１９）及び式（２０）が得られる。
【数２３】
2015050028.tif 000025
【００５３】
なお、以下の式（２１）を満たすと、より好ましい。
【数２４】
2015050028.tif 000026
【００５４】
以下に、条件２を満たさない比較例２と条件２を満たす実施例２の具体的な数値例を示す。ただし、Ir(R)の値は、定数である右辺最初のk/Y2は無視して求めた。
【００５５】
比較例2               実施例2
L0              300mm                 300mm
Y                29mm                  29mm
σ                 8.49deg               8.49deg
（半値半幅10degに相当）
θ                 0deg                  0deg
α                 0deg                  5deg
結果
R0r                3.45                  3.45
Rpr                3.9                   2.7
Ir(R0)             0.00353               0.0166
Ir(Rpr)            0.00365               0.0200
Ir(2R0r-Rpr)       0.00292               0.0115
式（１９）の左辺    0.00705               0.0332
式（１９）の右辺    0.00665               0.0315
条件１              満たす                満たす
Rpd                3.9                   3.9
Id(Rpd)            0.00365               0.00365
Id(2R0-2Rpd)       0.00019               0.00019
式（１９）の分子    0.00385               0.00385
式（１９）の分母    0.000783              0.00369
式（１９）の比率    4.91                  1.04
条件２              満たさない            満たす
（2＜式（１９）の比率） （0.5＜式（１９）の比率＜2）
【００５６】
図１０は、比較例２の照度分布を示す。図１１は、本発明に係る一実施形態の照明装置の実施例２の照度分布を示す。
【００５７】
条件２を満たさない比較例２は、反射光のピークが中央にあるものの、直達光のピークの方が強いので、合計分布は均一にならない。条件２を満たす実施例２は、直達光と反射光のピークが同じ値となるため、合計分布は均一に近づく。
【００５８】
図１２は、光源２がｙ方向において反射板３と光方向制御板４の中間にない場合の例を示す。
【００５９】
例えば、光源２の中心から光方向制御板４までの距離をＹｔとし、光源２の中心から反射板３までの距離をＹｂとすると、式（７）は式（２２）、式（８）は式（２３）、式（１４）は式（２４）、式（１７）は式（２５）のように変更される。
【数２５】
2015050028.tif 000027
【００６０】
このように本実施形態によれば、照明装置の具体的な仕様を求めることができ、照明装置が照射する光の面内輝度を均一に近づけることが可能となる。
【００６１】
以上、照明装置をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…照明装置
２…光源
２１…直達光
２２…反射光
３…反射板
４…光方向制御板
【図１】
2015050028.tif 000033
【図２】
2015050028.tif 000034
【図３】
2015050028.tif 000035
【図４】
2015050028.tif 000036
【図５】
2015050028.tif 000037
【図６】
2015050028.tif 000038
【図７】
2015050028.tif 000039
【図８】
2015050028.tif 000040
【図９】
2015050028.tif 000041
【図１０】
2015050028.tif 000042
【図１１】
2015050028.tif 000043
【図１２】
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