(57)【要約】【課題】照明光の色温度を広範囲かつ連続的に制御することができる照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】光を放射する光源部と、光が透過するときに光の色温度を制御する光学フィルタ２０とを有する照明装置であって、光学フィルタ２０は、光の波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる２色性色素２３を含む液晶２４と、液晶２４を挟み込むように並置された透明電極２５付きの透明基板２６とを備えた少なくとも１つの液晶セル２２ａ，２２ｂを有し、透明電極２５に印加する駆動電圧に応じて２色性色素２３の分子配列を変化させて光学フィルタ２０を透過する光の色温度を制御することにより上記課題を解決する。【選択図】　　　　　図３
2004061828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源部と、前記光が透過するときに前記光の色温度を制御する光学フィルタとを有する照明装置であって、
前記光学フィルタは、前記光の波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる２色性色素を含む液晶と、
前記液晶を挟み込むように並置された透明電極付きの透明基板とを備えた少なくとも１つの液晶セルを有し、
前記透明電極に印加する駆動電圧に応じて前記２色性色素の分子配列を変化させて前記光学フィルタを透過する前記光の色温度を制御することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記液晶セルは、前記液晶に短波長域の透過率が長波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含むことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記液晶セルは、前記液晶に長波長域の透過率が短波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含むことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記光学フィルタは、前記液晶に短波長域の透過率が長波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含む少なくとも１つの液晶セルと、
前記液晶に長波長域の透過率が短波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含む少なくとも１つの液晶セルと
を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記吸収分光特性は、前記光学フィルタを透過する前の光の色温度と前記光学フィルタを透過した後の光の色温度とにおける黒体放射スペクトルの強度比から算出されることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項記載の照明装置。
【請求項６】
前記光源部は、白色光源であることを特徴とする請求項１乃至５何れか一項記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源部は、キセノン放電ランプ又はメタルハライド放電ランプであることを特徴とする請求項１乃至５何れか一項記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置に係り、特に色温度を制御した光を出力する照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、照明装置は高機能化が求められるようになった。特に照明装置は、個人の嗜好，環境又は時間などに応じて照明光の色温度を自在に変えることが望まれている。色温度とは、物体の可視域での放射が黒体放射であると仮定して、その放射の色から推定される温度をいう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、照明光の色温度を変える為には、照明光の短波長域と長波長域との光強度バランスを広範囲かつ連続的に制御する必要がある。しかしながら、照明光の短波長域と長波長域との光強度バランスを制御して照明光の色温度を広範囲かつ連続的に制御できる照明装置は実現されていない。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、照明光の色温度を広範囲かつ連続的に制御することができる照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するため、本発明は、光を放射する光源部と、前記光が透過するときに前記光の色温度を制御する光学フィルタとを有する照明装置であって、前記光学フィルタは、前記光の波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる２色性色素を含む液晶と、前記液晶を挟み込むように並置された透明電極付きの透明基板とを備えた少なくとも１つの液晶セルを有し、前記透明電極に印加する駆動電圧に応じて前記２色性色素の分子配列を変化させて前記光学フィルタを透過する前記光の色温度を制御することを特徴とする。
【０００６】
このような照明装置では、光の波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる２色性色素を液晶に含ませ、透明電極に印加する駆動電圧を変化させることにより、２色性色素の分子配列を変化させる。
【０００７】
したがって、駆動電圧を連続的に変化させることにより２色性色素の吸収分光特性を連続的に変化させることができるので、入射される光の光強度バランスを制御して光の色温度を広範囲かつ連続的に制御することが可能である。
【０００８】
また、本発明は、前記液晶セルは、前記液晶に短波長域の透過率が長波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含むことを特徴とする。
【０００９】
このような照明装置では、液晶セルが短波長域よりも長波長域の光を強く吸収する。したがって、長波長域と短波長域との光強度のバランスを制御することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記液晶セルは、前記液晶に長波長域の透過率が短波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含むことを特徴とする。
【００１１】
このような照明装置では、液晶セルが長波長域よりも短波長域の光を強く吸収する。したがって、長波長域と短波長域との光強度のバランスを制御することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記光学フィルタは、前記液晶に短波長域の透過率が長波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含む少なくとも１つの液晶セルと、前記液晶に長波長域の透過率が短波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含む少なくとも１つの液晶セルとを有することを特徴とする。
【００１３】
このような照明装置では、液晶に長波長域の透過率が短波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含む液晶セルと、液晶に短波長域の透過率が長波長域の透過率より大きい吸収分光特性の２色性色素を含む液晶セルとを用いることで、長波長域と短波長域との光強度のバランスを制御することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記吸収分光特性は、前記光学フィルタを透過する前の光の色温度と前記光学フィルタを透過した後の光の色温度とにおける黒体放射スペクトルの強度比から算出されることを特徴とする。
【００１５】
このような照明装置では、光学フィルタを透過する前の光の色温度と透過した後の光の色温度とにおける黒体放射スペクトルの強度比から吸収分光特性を算出することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記光源部は、白色光源であることを特徴とする。
【００１７】
このような照明装置では、放射分光特性がほぼ平坦な白色光源を光源部として用いることができる。したがって、光源部から放射される光の可視光領域における放射分光特性をほぼ平坦とすることができる。
【００１８】
また、本発明は、前記光源部は、キセノン放電ランプ又はメタルハライド放電ランプであることを特徴とする。
【００１９】
このような照明装置では、放射分光特性がほぼ平坦なキセノン放電ランプ又はメタルハライド放電ランプを光源部として用いることができる。したがって、光源部から放射される光の可視光領域における放射分光特性をほぼ平坦とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の照明装置の一実施例の構成図を示す。照明装置１は、光源１０，光学フィルタ２０，駆動電源３０を備えるように構成される。
【００２２】
光源１０は光４０を放出し、その光４０を光学フィルタ２０に入射する。駆動電源３０は、光学フィルタ２０に駆動電圧を印加する。光学フィルタ２０は光源１０から入射された光を透過させるときに、駆動電源３０から印加された駆動電圧に応じて光の色温度を制御する。光学フィルタ２０に入射された光４０は、照明光５０として光学フィルタ２０から出力される。
【００２３】
色温度を変換する光学フィルタ２０の透過分光特性は、プランクの黒体放射理論に基づき求められる。即ち、光源１０から入射される光４０の黒体放射スペクトルと、変換したい色温度の照明光５０の黒体放射スペクトルとを算出し、そのその黒体放射スペクトルの強度比を求めることにより、光学フィルタ２０の透過分光特性を得ることができる。
【００２４】
図２は、本発明による光学フィルタの入射光の波長と透過率との関係を説明する一例の図を示す。図２では、光源１０から入射される色温度５６００Ｋの光４０を、色温度３０００Ｋ，４０００Ｋ，７０００Ｋ又は１００００Ｋの照明光５０に変換するための透過分光特性を示している。
【００２５】
例えばグラフ１０１は、５６００Ｋの白色光（例えば、直射日光）を３０００Ｋの照明光５０（例えば、白熱ランプ光など）に変換するための透過分光特性を示している。グラフ１０２は、５６００Ｋの白色光を４０００Ｋの照明光５０に変換するための透過分光特性を示している。
【００２６】
グラフ１０３は、５６００Ｋの白色光を７０００Ｋの照明光５０に変換するための透過分光特性を示している。また、グラフ１０４は、５６００Ｋの白色光を１００００Ｋの照明光５０（例えば、青空光など）に変換するための透過分光特性を示している。
【００２７】
したがって、光学フィルタ２０に入射される光４０の色温度を大きく変換するためには、色温度の変化がない平坦な透過分光特性から、両方向に傾斜した透過分光特性に変換できる光学フィルタ２０を実現する必要がある。
【００２８】
次に、光学フィルタ２０の詳細に説明する。図３は、光学フィルタの一実施例の構成図を示す。光学フィルタ２０は、１枚の偏光板２１，２枚の液晶セル２２ａ，２２ｂを備えるように構成される。なお、図３の光学フィルタ２０は一例として２枚の液晶セル２２ａ，２２ｂを備えているが、２枚の液晶セル２２ａ，２２ｂを備える構成に限るものでなく、少なくとも１枚の液晶セルを備える構成であればよい。
【００２９】
偏光板２１は、光源１０から入射される光４０の振動方向を一方向に揃えて液晶セル２２ａに出力する。液晶セル２２ａ，２２ｂは、分子配列によって光吸収率が異なる２色性色素２３を含む液晶２４と、その液晶２４を挟み込む２枚のガラス基板２６とを備える。なお、液晶セル２２ａ，２２ｂは透過分光特性の傾斜方向が例えば図２のグラフ１０２とグラフ１０３とのように異なっており、光吸収の波長依存性が逆転している。
【００３０】
また、ガラス基板２６は、液晶２４側に透明電極２５を備える。透明電極２５は、リード線を介して駆動電源３０に接続されており、交流又は直流の駆動電圧が印加される。
【００３１】
液晶セル２２ａ，２２ｂの透明電極２５に駆動電圧が印加されていない又は印加されている駆動電圧が小さい場合、細長い分子構造の液晶２４及び２色性色素２３はガラス基板２６に対して平行に配向（ホモジニアス配向）しており、２色性色素２３の長軸方向に振動する偏光を強く吸収（ハイルマイヤー型ゲストホスト動作）する。
【００３２】
液晶セル２２ａ，２２ｂには異なる吸収分光特性の２色性色素２３が用いられており、可視光域の短波長成分及び長波長成分を強く吸収する。したがって、液晶セル２２ａ，２２ｂは、それぞれ個別に照明光５０の色温度を低下及び増加させる。
【００３３】
液晶セル２２ａ，２２ｂの透明電極２５に十分な駆動電圧が印加されると、細長い分子構造の液晶２４及び２色性色素２３は電界方向に再配向し、ガラス基板２６に対して垂直に立ち上がる。つまり、２色性色素２３による短波長成分及び長波長成分の吸収が減少するため、液晶セル２２ａ，２２ｂの透過分光特性は平坦になる。したがって、液晶セル２２ａ，２２ｂを透過した照明光５０の色温度は変化しない。
【００３４】
液晶セル２２ａ，２２ｂの何れか一方の透明電極２５に十分な駆動電圧が印加されると、十分な駆動電圧が印加された液晶セル２２ａ又は２２ｂの液晶２４及び２色性色素２３が電界方向に再配向し、ガラス基板２６に対して垂直に立ち上がる。つまり、十分な駆動電圧が印加された液晶セル２２ａ又は２２ｂの２色性色素２３による短波長成分又は長波長成分の吸収が減少するため、液晶セル２２ａ及び２２ｂを透過した照明光５０の色温度は低下又は増加する。
【００３５】
例えば、液晶セル２２ａの２色性色素２３が可視光域の短波長成分を強く吸収する吸収分光特性を有し、液晶セル２２ｂの２色性色素２３が可視光域の長波長成分を強く吸収する吸収分光特性を有する場合、液晶セル２２ａの透明電極２５に十分な駆動電圧が印加されると照明光５０の色温度は増加する。一方、液晶セル２２ｂの透明電極２５に十分な駆動電圧が印加されると照明光５０の色温度は低下する。
【００３６】
２色性色素２３の配向は透明電極２５に印加される駆動電圧の強度に応じて連続的に変化するため、その駆動電圧を調整することにより、液晶セル２２ａ，２２ｂの透過分光特性を連続的に変化させることができる。
【００３７】
したがって、照明装置１は液晶セル２２ａ，２２ｂの透明電極２５に印加する駆動電圧を変化させることで、液晶２４及び２色性色素２３の配列方向を連続的に変化させ、光学フィルタ２０の透過分光特性をアナログ的に制御することができる。したがって、本発明の照明装置１は、照明光５０の色温度を広範囲かつ連続的に制御することが可能である。
【００３８】
図３の光学フィルタ２０は２枚の液晶セル２２ａ及び２２ｂを備える構成について説明したが、何れか一方の液晶セル２２ａ又は２２ｂで光学フィルタ２０を構成した場合であっても照明光５０の色温度を連続的に低下又は増加させることができる。なお、１枚の液晶セル２２ａ又は２２ｂで光学フィルタ２０を構成した場合、色温度の制御範囲は狭まる。一方、３枚以上の液晶セルを組み合わせれば、さらに色温度の制御範囲を拡げることも可能となる。
【００３９】
また、図３の光学フィルタ２０では、光利用率を低減させる偏光板２１を用いているが、光吸収の偏光依存性を解消すれば偏光板２１を用いなくてもよい。例えば２色性色素２３が光４０の分子長軸方向の振動成分（偏光）を強く吸収するため、透過分光特性の同じ液晶セル２２ａ，２２ｂを液晶２４及び２色性色素２３の分子配向が直交するように積層することにより、光吸収の偏光依存性を解消できる。
【００４０】
そして、液晶セル２２ａ，２２ｂの透明電極２５に等しい駆動電圧を印加するようにすれば、光源１０から入射される光４０の全ての偏光成分に対して吸収および透過が起こる。
【００４１】
また、液晶２４の配列をねじり、ねじれ軸をガラス基板２６に対して水平または垂直方向にしたホワイトテーラー型液晶セルを構成することにより、偏光板２１を配置することなく１枚のホワイトテーラー型液晶セルだけで光学フィルタ２０を構成できる。したがって、１枚のホワイトテーラー型液晶セルだけで光学フィルタ２０を構成する場合、光４０の利用効率を高めることができる。
【００４２】
また、図３では、液晶セル２２ａ，２２ｂがホモジニアス配向のため、誘電率異方性が正の液晶２４を用いるが、駆動電圧が印加されていない状態でガラス基板２６に対して垂直に立ったホメオトロピック配向も応用可能である。ホメオトロピック配向を応用する場合、誘電率異方性が負の液晶２４を利用する。
【００４３】
さらに、液晶２４は、ネマティック液晶，コレステリック液晶，スメクティック液晶を液晶材料として用いることができるが、高速応答を得るためにネマティック液晶が有用である。なお、スメクティック液晶の一種である強誘電性液晶を用いることもできる。
【００４４】
図２のグラフ１０１〜１０４の透過分光特性のように、長波長域から短波長域にかけて吸収が連続的に増加又は短波長域から長波長域にかけて吸収が連続的に増加する液晶セル２２ａ，２２ｂを２色性色素２３の調合により設計すれば、照明光５０の色温度を広範囲かつ連続的に制御することができる。
【００４５】
なお、２色性色素２３は固有の分子構造に起因する吸収ピークを持つため、長波長域から短波長域にかけて吸収が連続的に増加又は短波長域から長波長域にかけて吸収が連続的に増加する液晶セル２２ａ，２２ｂは、少なくとも１種類の２色性色素２３を調合することで得られる。例えば吸収率が高いアゾ系色素、アントラキノン系色素などが２色性色素２３として有用である。
【００４６】
図１の光源１０は、白熱ランプ，蛍光ランプなどの従来の光源を用いることもできるが、連続スペクトルの放射分光特性が可視光域でほぼ平坦なキセノン放電ランプやメタルハライド放電ランプなどが有用である。光源１０にキセノン放電ランプやメタルハライド放電ランプなどを用いた場合、照明光５０の色温度を広範囲に増減できる。また、光源１０にキセノン放電ランプやメタルハライド放電ランプなどを用いた場合、連続スペクトルを有することにより優れた演色性を実現できる。
【００４７】
また、図１の駆動電源３０は液晶セル２２ａ，２２ｂの透明電極２５に印加する交流又は直流の駆動電圧を発生するだけの簡易な電子回路構成である。したがって、照明装置１は光学フィルタ２０，駆動電源３０を一体化して構成することにより、小型化が可能である。
【００４８】
以下、光学フィルタ２０の作成手順の一例として、図３の構成の光学フィルタ２０の作成手順について説明していく。
【００４９】
まず、照明光５０の色温度を減少又は増加させる液晶セル２２ａ，２２ｂとして、それぞれ異なる２色性色素２３を添加したマネティック液晶を透明電極２５付きガラス基板２６で挟んでセル化する。そのとき、液晶分子を一様に配向させるため、予めラビング処理を施したポリイミド配向膜（例えば、厚さ０．０５μｍのポリイミド樹脂など）を透明電極２５上に設ける。
【００５０】
光学フィルタ２０は、例えば上記のように作成した２枚の液晶セル２２ａ，２２ｂ及び偏光板２１を積層することで作成できる。作成した光学フィルタ２０の透過分光特性を図４に表す。
【００５１】
図４は、本発明による光学フィルタの透過分光特性と駆動電圧との関係を説明する一例の図を示す。図４中、グラフ１１１は液晶セル２２ａ及び２２ｂの透明電極２５に駆動電圧（例えば、１０Ｖ）を印加する場合の透過分光特性を表している。
【００５２】
グラフ１１２は、液晶セル２２ａの透明電極２５に駆動電圧を印加し、液晶セル２２ｂの透明電極２５に駆動電圧を印加しない場合の透過分光特性を表している。また、グラフ１１３は、液晶セル２２ａの透明電極２５に駆動電圧を印加せず、液晶セル２２ｂの透明電極２５に駆動電圧を印加する場合の透過分光特性を表している。
【００５３】
グラフ１１１は、ほぼ平坦な透過分光特性を表している。グラフ１１２は、短波長域から長波長域にかけて吸収が増加する透過分光特性を表している。また、グラフ１１３は、長波長域から短波長域にかけて吸収が増加する透過分光特性を表している。
【００５４】
したがって、光学フィルタ２０は液晶セル２２ａ又は２２ｂの透明電極２５に印加する駆動電圧の組合せを制御することで、ほぼ平坦な吸収分光特性，両方向に傾斜した吸収分光特性を実現することが可能である。
【００５５】
さらに、図３の構成の光学フィルタ２０と、キセノンランプ（色温度５６００Ｋ）で構成された光源１０とを組み合わせた照明装置１について、液晶セル２２ａ又は２２ｂの透明電極２５に印加する駆動電圧と照明光５０の色温度との関係を図５を参照しつつ説明する。
【００５６】
図５は、本発明による光学フィルタの駆動電圧と色温度との関係を説明する図を示す。図５では、液晶セル２２ａの透明電極２５に駆動電圧を印加せず、液晶セル２２ｂの透明電極２５に駆動電圧を印加する場合に、色温度が５６００Ｋの光４０が３８００Ｋの照明光５０に変換されることを表している。
【００５７】
液晶セル２２ａ及び２２ｂの透明電極２５に駆動電圧を印加する場合に、色温度が５６００Ｋの光４０が５３００Ｋの照明光５０に変換されることを表している。また、液晶セル２２ａの透明電極２５に駆動電圧を印加し、液晶セル２２ｂの透明電極２５に駆動電圧を印加しない場合に、色温度が５６００Ｋの光４０が８２００Ｋの照明光５０に変換されることを表している。
【００５８】
したがって、光学フィルタ２０は液晶セル２２ａ又は２２ｂの透明電極２５に印加する駆動電圧の組合せを制御することで、照明光５０の色温度を３８００Ｋから８２００Ｋまで広範囲に制御できる。なお、駆動電圧の変化に対する光学フィルタ２０の応答速度は、高速（例えば、３０ｍｓ秒以下）である。
【００５９】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、光の波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる２色性色素を液晶に含ませ、透明電極に印加する駆動電圧を変化させることにより、２色性色素の吸収分光特性を連続的に変化させ、入射される光の光強度バランスを制御して光の色温度を広範囲かつ連続的に制御することが可能である。
【００６０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照明装置の一実施例の構成図である。
【図２】本発明による光学フィルタの入射光の波長と透過率との関係を説明する一例の図である。
【図３】光学フィルタの一実施例の構成図である。
【図４】本発明による光学フィルタの透過分光特性と駆動電圧との関係を説明する一例の図である。
【図５】本発明による光学フィルタの駆動電圧と色温度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１　　照明装置
１０　　光源
２０　　光学フィルタ
２１　　偏光板
２２ａ，２２ｂ　　液晶セル
２３　　２色性色素
２４　　液晶
２５　　透明電極
２６　　ガラス基板
３０　　駆動電源
４０　　光
５０　　照明光
【図１】
2004061828.tif 000003
【図２】
2004061828.tif 000004
【図３】
2004061828.tif 000005
【図４】
2004061828.tif 000006
【図５】
2004061828.tif 000007