(57)【要約】【課題】照明器具において、光の照射方向を立体角で２πステラジアン、４πステラジアンのような広範囲に変えることができるようにし、また、光取り出し効率を向上する。【解決手段】照明器具１は、光源２と、光の透過率と反射率の割合を変化させることができる調光ミラー３とを備える。調光ミラー３は、互いに独立して光の透過率及び反射率の調整が可能な複数の領域３ａを有する球面形状を成す。光源２は調光ミラー３の中心に配置される。調光ミラー３の内側面に光拡散性を有する透光部材４が配置される。球面形状の調光ミラー３を透過領域と反射領域とに分離し、光源２の出射光を反射領域で反射させ、かつ透過領域からその法線方向に沿って光を取り出すことができ、光の照射方向を広範囲に変えることができる。また、光源２の出射光は、透光部材４で拡散透過し、拡散透過によって調光ミラー３の界面での全反射が軽減されるので、光取り出し効率が向上する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光の透過率と反射率の割合を変化させることができる調光ミラーとを備えた照明器具において、
前記調光ミラーは、互いに独立して光の透過率及び反射率の調整が可能な複数の領域を有する球面形状を成し、
前記光源は前記調光ミラーの中心に配置され、
前記調光ミラーの内側面に光拡散性を有する透光部材が配置されていることを特徴とする照明器具。
【請求項２】
前記調光ミラーは半球面形状であり、この半球面の底面に円形の反射板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
【請求項３】
前記調光ミラーの一部が反射板に置き換えられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。
【請求項４】
前記透光部材は、光の拡散度合いを変えることができるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と、光の透過率と反射率の割合を変化させることができる調光ミラーとを備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光の照射方向を切替えることができる照明器具として、光源が装着された灯具をモータにより回動させて光源の向きを変えるものがある（例えば、特許文献１参照）。ところが、このような照明器具において、照射方向の切替えを全方向で実施するには、灯具を水平回動及び首振り回動させる２組のモータ駆動機構が必要になり、器具が大型化なものとなる。また、照射方向の切替えに伴ってモータ音がしたり、灯具が回動するので、ユーザが不快に感じることがある。
【０００３】
そこで、光の透過率と反射率の割合が可変な調光ミラーを用いて光源から出射される光を配光制御する照明器具が知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。このような照明器具は、光源の光出射側に調光ミラーが複数の領域に分割して配置され、それぞれの領域の光の透過率及び反射率を調整することによって所望の照射方向や照射範囲を得るものとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５７５０２号公報
【特許文献２】特開２００５−５６７０６号公報
【特許文献３】特開２００７−２２７２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような調光ミラーを用いる照明器具では、モータを用いるものに比し小型化を実現でき、またモータ音などが生じることがないが、光の照射方向を立体角で２πステラジアン（半球）、４πステラジアン（全球）のような広範囲に変えることができなかった。また、調光ミラーはその屈折率が空気の屈折率より高いため、光源からの出射光のうち、調光ミラー内から空気との界面に比較的大きな入射角で入射する光は、その界面で反射され、調光ミラーから取り出すことができず、光取り出し効率が十分ではなかった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、光源からの出射光を調光ミラーを用いて配光する照明器具において、光の照射方向を立体角で２πステラジアン、４πステラジアンのような広範囲に変えることができ、しかも、光取り出し効率を向上できる照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の照明器具は、光源と、光の透過率と反射率の割合を変化させることができる調光ミラーとを備えた照明器具において、前記調光ミラーは、互いに独立して光の透過率及び反射率の調整が可能な複数の領域を有する球面形状を成し、前記光源は前記調光ミラーの中心に配置され、前記調光ミラーの内側面に光拡散性を有する透光部材が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
この照明器具において、前記調光ミラーは半球面形状であり、この半球面の底面に円形の反射板が配置されていることが好ましい。
【０００９】
この照明器具において、前記調光ミラーの一部が反射板に置き換えられていることが好ましい。
【００１０】
この照明器具において、前記透光部材は、光の拡散度合いを変えることができるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明器具によれば、球面形状を成す調光ミラーを光の透過率の高い透過領域と反射率の高い反射領域とに分離し、光源から出射される光を反射領域で反射させ、かつ透過領域からその法線方向に沿って光を取り出すことができるので、光の照射方向を立体角で２πステラジアン（半球）、４πステラジアン（全球）のような広範囲に変えることができる。また、光源の出射光は、透光部材で拡散透過し、拡散透過によって調光ミラーの界面での全反射が軽減されるので、光取り出し効率が向上する。また、光源の向きを変えることなく光の照射方向を切替えるので、モータ等が不要で器具の小型化を実現でき、また、モータ音が生じることがなく静かである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明器具の外観構成図。
【図２】同照明器具の調光ミラーの構成図。
【図３】（ａ）は同照明器具による配光の一例を示す図、（ｂ）はその他の例を示す図。
【図４】上記照明器具の変形例を示す外観構成図。
【図５】（ａ）は同照明器具による配光の一例を示す図、（ｂ）はその他の例を示す図。
【図６】上記照明器具の他の変形例を示す外観構成図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る照明器具の外観構成図。
【図８】同照明器具の透光部材の構成図。
【図９】（ａ）は同照明器具による透光部材の光の拡散度合いを高めた状態での配光の一例を示す図、（ｂ）は光の拡散度合いを低くした状態での配光の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る照明器具について図１乃至図３を参照して説明する。図１に示すように、照明器具１は、光源２と、光の透過率と反射率の割合を変化させることができる調光ミラー３とを備えている。調光ミラー３は、互いに独立して光の透過率及び反射率の調整が可能な複数の領域３ａを有する球面形状を成し、光源２から出射される光を透過又は反射する。調光ミラー３の内側面には光拡散性を有する透光部材４が配置されている。また、照明器具１は、光源２を点灯させるための点灯回路５と、調光ミラー３を光の透過率の高い透明状態と反射率の高い鏡状態とに可変制御する制御部６とを備えている。
【００１４】
光源２は、調光ミラー３の中心に配置され、ここでは、調光ミラー３周縁から中心に向けて延在するソケットに取り付けられている。光源２は、照明用途として一般的に使用されるランプ、例えば、白熱電球やハロゲン電球、高輝度放電灯、ＬＥＤ（発光ダイオード）などを用いることができる。光源２と点灯回路５とは電源線により接続され、点灯回路５には汎用のものを用いることができる。
【００１５】
調光ミラー３は、透光部材４上に複数の領域３ａがそれぞれ略均等な大きさに区画形成されており、ここでは、各領域３ａが互いに異なる２つの多角形状を組み合わせたものなっている。各領域３ａの形状については上記に限定されず、例えば、円形であってよい。調光ミラー３は、調光方式としてエレクトロクロミック方式を用いたもので構成され、制御部６により電圧が印加されることにより、各領域３ａが透明状態と鏡状態とに可逆的に切替えられる。調光ミラー３の各領域３ａと制御部６間の配線は、領域３ａ同士の境目を通して繋ぐことが好ましい。調光ミラー３は、エレクトロクロミック方式を用いたものに限られず、例えば、水素ガスと酸素ガスとに交互に曝すことにより状態変化を行うガスクロミック方式を用いたものであってもよい。
【００１６】
透光部材４は、入射する光を拡散透過させるものであり、ここでは球面状に形成されている。透光部材４は、例えば、アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂に光拡散性の高い有機又は無機の微粒子（例えば、シリコーン微粒子）を混入した材料により作製される。透光部材４は上記に限られず、透明樹脂の表面を微細な凹凸により租面化したもので構成されてもよい。
【００１７】
制御部６は、調光ミラー３への印加電圧をそれぞれの領域３ａ毎に調整が可能であり、印加電圧の大きさを手動又は自動で操作するスイッチを有する。制御部６は上記構成に限られず、例えば、調光ミラー３の各領域３ａへの印加電圧を予め設定されたパターンに従って変化させるものであってよいし、センサにより人を存在を検知して光源２の点灯に併せて印加電圧を変化させるものであってもよい。
【００１８】
図２に示すように、調光ミラー３は、全固体型ミラーであり、透過・反射層としてマグネシウム・ニッケル合金薄膜を有する。調光ミラー３は、透明基材上に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）及びマグネシウム・ニッケル（Ｍｇ−Ｎｉ）合金を順に積層して成る。透明基材は、柔軟性を有する透明材料、例えばガラス板やプラスチックなどにより形成される。ＩＴＯ層、ＷＯ３層、Ｔａ２Ｏ５層、Ａｌ層、Ｐｄ層、Ｍｇ−Ｎｉ合金層はそれぞれ、透明導電膜、イオン貯蔵層、固体電解質層、バッファ層、触媒層、透過・反射層として機能する。
【００１９】
調光ミラー３の初期状態は、鏡状態である。この鏡状態において透明導電膜及び透過・反射層間に５ボルト程度の電圧を印加すると、イオン貯蔵層（ＨｘＷＯ３）中に蓄えられている水素イオン（Ｈ＋）が透過・反射層（Ｍｇ−Ｎｉ合金）中に移動し、金属状態にあるＭｇ−Ｎｉ合金が水素化され非金属状態となる。その結果、調光ミラー３は透明状態に変化する。そして、この透明状態にある調光ミラー３に、電圧極性を反転してマイナス５ボルト程度の電圧を印加すると、透過・反射層（Ｍｇ−Ｎｉ合金水素化物）中の水素イオンがイオン貯蔵層（ＷＯ３）中へ戻り（脱水素化）、調光ミラー３は元の鏡状態に変化する。このような調光ミラー３の各状態は電圧を切っても保持される。ここに、調光ミラー３は、透過・反射層にマグネシウム・ニッケル合金を用いるものに限られず、例えば、イットリウムやランタンなどの希土類金属の水素化物や、希土類金属とマグネシウム若しくはガドリニウム合金の水素化物を用いてもよい。ここに、調光ミラー３は、透過・反射層にマグネシウム・ニッケル合金を用いるものに限られず、例えば、イットリウムやランタンなどの希土類金属や、希土類金属とマグネシウム若しくはガドリニウム合金を用いてこれらを水素化／脱水素化するものでもよい。
【００２０】
上記のように構成された照明器具１による配光状態を図３を用いて説明する。図３（ａ）において、調光ミラー３は、上方部分に位置する領域３ａが透明状態に、残りの領域３ａが鏡状態に調整されている。ここでは透明状態にある領域（以下、透過領域という）は、区画された１領域であり、鏡状態にある領域（以下、反射領域という）はそれ以外の複数領域である。光源２が点灯されると、光源２からは光が放射状に出射される。光源２から調光ミラー３の透過領域に向かう光Ｌ１は、透光部材４で拡散して透過領域から外部に照射される。このとき、光の照射方向は、概ね透過領域の法線方向に沿った角度方向となる。光源２から調光ミラー３の反射領域に向かう光Ｌ２及びＬ３は、反射領域で反射された後、透光部材４で拡散される。光Ｌ２及びＬ３は、反射領域での反射を繰り返して透過領域に到達し、概ね透過領域の法線方向に沿った角度方向に照射される。従って、調光ミラー３の一部を透明状態にしたとき、光源２の出射光は調光ミラー３の中心から透過領域の方向に取り出されるようになる。また、図３（ｂ）に示すように、調光ミラー３の透過領域を下方部分に変えると、光の照射方向はその透過領域の方向に切り替えられる。ここに、図３では光の照射方向を１方向とした例を示したが、これに限られず、調光ミラー３の互いに離間した複数の領域を透明状態にすることにより光の照射方向が２方向となる。
【００２１】
このように本実施形態に係る照明器具１によれば、球面形状を成す調光ミラー３を光の透過率の高い透過領域と反射率の高い反射領域とに分離し、光源２から出射される光を反射領域で反射させ、かつ透過領域からその法線方向に沿って光を取り出すことができるので、光の照射方向を立体角で４πステラジアン（全球）の範囲にて変えることができる。また、光源２の出射光は、透光部材４で拡散透過し、拡散透過によって調光ミラー３の界面での全反射が軽減されるので、光取り出し効率が向上する。また、光源２の向きを変えることなく光の照射方向を切替えるので、モータ等が不要で器具の小型化を実現でき、また、モータ音が生じることがなく静かである。
【００２２】
次に、図４及び図５を用いて上記照明器具の変形例を説明する。この変形例に係る照明器具１においては、図４に示すように、調光ミラー３は半球面形状であり、この半球面の底面円形の反射板７が配置されている。反射板７は、調光ミラー３内側面に望む面が反射面であり、この反射面にチップ型の光源２が取り付けられている。反射板７には、例えば、アルミ板にアルマイト処理を施したものを用いることができる。反射板７は、これに限られず、ガラス又はプラスチックなどの基材に、アルミや銀の金属薄膜、若しくは高屈折材料（ＴｉＯ２等）及び低屈折材料（ＳｉＯ２等）から成る金属多層膜を形成したものであってもよい。
【００２３】
上記のように構成された照明器具１において、図５（ａ）に示すように、光源２を点灯すると、光源２からの光は半球面形状の調光ミラー３側に向けて放射状に出射される。光源２から調光ミラー３の透過領域に向かう光Ｌ１は、透光部材４で拡散して透過領域から外部に照射される。このとき、光の照射方向は、概ね透過領域の法線方向に沿った角度方向となる。光源２から調光ミラー３の反射領域に向かう光Ｌ２及びＬ３は、反射領域で反射された後、透光部材４で拡散され、反射板７に入射される。光Ｌ２及びＬ３は、反射領域及び反射板７での反射を繰り返して透過領域に到達し、概ね透過領域の法線方向に沿った角度方向に照射される。また、図５（ｂ）に示すように、調光ミラー３の透過領域位置を変えると、光の照射方向はその透過領域の方向に切り替えられる。
【００２４】
このような照明器具１においては、光源２から出射される光を半球面形状を成す調光ミラー３の反射領域で反射させ、かつ透過領域からその法線方向に沿って光を取り出すことができるので、光の照射方向を立体角で２πステラジアンの範囲にて変えることができる。また、調光ミラー３底面部分に入射する光を反射板７で反射させて、調光ミラー３の透過領域から出射させることができるので、光取り出し効率の高い配光を実現できる。
【００２５】
次に、図６を用いて照明器具の他の変形例を説明する。この変形例に係る照明器具１は、調光ミラー３の一部が反射板８に置き換えられている。ここでは、反射板８が調光ミラー３の下方球面部分と置き換えられたものとなっている。このような照明器具１においては、光照射する必要の無い方向には、調光ミラー３に代えて反射板８を用いて器具を作製でき、製造コストが安価である。また、光源からの光は反射板８で反射されて調光ミラー３の透過領域から照射されるので、光取り出し効率を維持できる。
【００２６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る照明器具について図７乃至図９を参照して説明する。図７に示すように、この照明器具１の透光部材４は、光の拡散度合いを変えることができるように構成されている。透光部材４には、例えば、液晶パネルを用いることができる。照明器具１は、透光部材４の光の拡散度合いを可変制御する制御部９を備えている。制御部９は、透光部材４に電圧を印加するための電源回路などを有し、印加電圧の大きさを手動又は自動で操作にてスイッチ操作できるよう構成される。制御部９は上記構成に限られず、例えば、透光部材４への印加電圧を予め設定されたパターンに従って変化させるものであってよいし、センサにより人を存在を検知して光源２の点灯に併せて印加電圧を変化させるものであってもよい。
【００２７】
透光部材４は、図８に示すように、高分子分散型液晶により構成され、液晶分子４１が分散された高分子マトリクス４２を、ＩＴＯなどの透明電極４３付設の透明基板４４（例えば、ガラス、プラスチックなど）により挟持したものである。透光部材４は、透明電極４３，４３間に電圧が印加されていないとき、液晶分子４１がランダムな方向を向いているため、液晶分子４１と高分子マトリクス４２との屈折率に差が生じる。そのため、透光部材４への入射光は散乱される。そして、透明電極４３，４３間に電圧が印加されると、液晶分子４１が電界の方向と同じ方向に配列され、液晶分子４１と高分子マトリクス４２での屈折率の差が小さくなる。このとき、透光部材４への入射光は透光部材４をそのまま透過される。透光部材４の作製方法としては、例えば、ネマチック液晶と紫外線硬化型ポリマーの混合液を透明基板間に充填し、紫外線照射によりポリマーを硬化させて高分子ネットワークを作る方法が挙げられる。このような透光部材４は、光透過時の透過率が高く、かつ視覚依存性が少ないという特性を有する。
【００２８】
上記のように構成された照明器具１による配光状態を図９を用いて説明する。図９（ａ）に示すように、透光部材４の光の拡散度合いが高い場合、調光ミラー３の透過領域に向かう光Ｌ１は、透光部材４を透過する際の拡散性が高いので、透過領域から出射される出射角が大きくなる。また、調光ミラー３の反射領域からの反射光Ｌ２及びＬ３は、透光部材４での拡散性が高いので、調光ミラー３の透過領域に入射するときにその入射角が大きくなり、透過領域から出射される出射角が大きくなる。そのため、透過領域からの出射光のビーム広がり角は大きなものとなる。
【００２９】
次に、図９（ｂ）に示すように、透光部材４の光の拡散度合いが低い場合、調光ミラー３の透過領域に向かう光Ｌ１は、透光部材４での拡散性が低いので、透過領域から出射される出射角が小さくなる。調光ミラー３の反射領域からの反射光Ｌ２及びＬ３は、透光部材４での拡散性が低いので、調光ミラー３の透過領域に入射する入射角が小さくなり、透過領域から出射される出射角が小さくなる。そのため、透過領域からの出射光のビーム広がり角は小さなものとなる。
【００３０】
このように本実施形態に係る照明器具１によれば、光の照射方向を広範囲に変えることができるだけでなく、透光部材４の光の拡散度合いを調整することによりビーム広がり角をも変えることが可能となる。
【００３１】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、透光部材４は上記限られず、調光ミラー３の透過・反射層などを積層する透明基材に光拡散性を持たせ、それを透光部材として用いてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  照明器具
２  光源
３  調光ミラー
３ａ  領域
４  透光部材
５  点灯回路
６  制御部
７  円形の反射板
８  反射板
９  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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