(57)【要約】【課題】照明光の照射方向を変更した際に出射される照明光の光量の低減を抑制することができる照明装置及びフレネルレンズを提供すること。【解決手段】本発明に係る照明装置は、筐体と、筐体に対して回動自在に設けられる回動部材と、回動部材に保持されて、該回動部材と一体的に回動可能であり、照明光を出射する発光素子と、回動部材に保持されて、回動部材と一体的に回動可能なフレネルレンズであって、入射した照明光を反射する複数の反射プリズムからなる反射部を有するフレネルレンズと、を備え、反射部は、複数の反射プリズムのうちの少なくとも一部の反射プリズムが、発光素子が発する照明光の光軸に向けて照明光を反射する。【選択図】図２
2017157532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に対して回動自在に設けられる回動部材と、
前記回動部材に保持されて、該回動部材と一体的に回動可能であり、照明光を出射する発光素子と、
前記回動部材に保持されて、前記回動部材と一体的に回動可能なフレネルレンズであって、入射した前記照明光を反射する複数の反射プリズムからなる反射部を有するフレネルレンズと、
を備え、
前記反射部は、前記複数の反射プリズムのうちの少なくとも一部の反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記フレネルレンズは、前記筐体の内部壁面と当該フレネルレンズとの位置関係によって決まる領域に位置する反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射する
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記フレネルレンズは、少なくとも外周側の領域に位置する反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記反射部は、前記複数の反射プリズムが円環状に配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項５】
前記フレネルレンズは、
前記反射部の内部側に設けられており、入射した前記照明光を屈折させて外部に出射する屈折プリズムからなる屈折部、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項６】
前記回動部材は、回動の中心軸が、前記発光素子の光軸に垂直であり、かつ該光軸から離れた位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の照明装置。
【請求項７】
筐体と、前記筐体に対して回動自在に設けられる回動部材と、前記回動部材に保持されて、該回動部材と一体的に回動可能であり、照明光を出射する発光素子と、を備えた照明装置において、前記回動部材に保持されて、前記回動部材と一体的に回動可能なフレネルレンズであって、
入射した前記照明光を反射する複数の反射プリズムからなる反射部であって、前記複数の反射プリズムのうちの少なくとも一部の反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射する反射部、
を備えたことを特徴とするフレネルレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光素子などの発光素子を用いた照明装置及びフレネルレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子を備えた照明装置において、発光素子からの照明光の照射方向を変更可能な技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。図５は、従来の照明装置の構成を示す模式図である。図５に示す照明装置２００は、天井１００に取り付けられ、中空円柱状をなす筐体２１０と、筐体に対して回動自在に設けられる回動部材２１１と、回動部材２１１に保持され、照明光を出射する発光素子２１２と、回動部材２１１に保持され、発光素子２１２が出射した照明光を反射して集光するバルク状のカップレンズ２１３とを備えている。回動部材２１１は、中心軸Ｐ100を回転軸として回転可能な回転ギア２１４に接続され、回転ギア２１４の回転に連動して回動する。図５は、筐体２１０の照明光の出射側の開口端２１０ａを通過する平面と、発光素子２１２の光軸Ｎ100とが直交する場合を示している。図５に示すように、発光素子２１２から出射された照明光は、カップレンズ２１３に入射し、該カップレンズ２１３から放射状に出射されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９２３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６は、従来の照明装置の構成を示す模式図であって、開口端２１０ａを通過する平面と、光軸Ｎ100とが非直交である、すなわち、天井１００に対して、回動部材２１１が傾斜している状態を示す図である。図６に示すように、回動部材２１１が回動することによってカップレンズ２１３から出射される照明光の照射方向が変更されると、カップレンズ２１３から出射される照明光のうち、カップレンズ２１３の端部から出射される照明光が、筐体２１０の内部壁面によって進行を遮られてしまう。このように、発光素子２１２（カップレンズ２１３）からの照明光の照射方向を変更した際に、照明装置２００から出射される照明光の光量が低減されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、照明光の照射方向を変更した際に出射される照明光の光量の低減を抑制することができる照明装置及びフレネルレンズ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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る照明装置は、筐体と、前記筐体に対して回動自在に設けられる回動部材と、前記回動部材に保持されて、該回動部材と一体的に回動可能であり、照明光を出射する発光素子と、前記回動部材に保持されて、前記回動部材と一体的に回動可能なフレネルレンズであって、入射した前記照明光を反射する複数の反射プリズムからなる反射部を有するフレネルレンズと、を備え、前記反射部は、前記複数の反射プリズムのうちの少なくとも一部の反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一態様に係る照明装置は、前記フレネルレンズは、前記筐体の内部壁面と当該フレネルレンズとの位置関係によって決まる領域に位置する反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る照明装置は、前記フレネルレンズは、少なくとも外周側の領域に位置する反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る照明装置は、前記反射部は、前記複数の反射プリズムが円環状に配置されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る照明装置は、前記フレネルレンズは、前記反射部の内部側に設けられており、入射した前記照明光を屈折させて外部に出射する屈折プリズムからなる屈折部、をさらに有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る照明装置は、前記回動部材は、回動の中心軸が、前記発光素子の光軸に垂直であり、かつ該光軸から離れた位置に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様に係るフレネルレンズは、筐体と、前記筐体に対して回動自在に設けられる回動部材と、前記回動部材に保持されて、該回動部材と一体的に回動可能であり、照明光を出射する発光素子と、を備えた照明装置において、前記回動部材に保持されて、前記回動部材と一体的に回動可能なフレネルレンズであって、入射した前記照明光を反射する複数の反射プリズムからなる反射部であって、前記複数の反射プリズムのうちの少なくとも一部の反射プリズムが、前記発光素子が発する前記照明光の光軸に向けて前記照明光を反射する反射部、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、照明光の照射方向を変更した際に出射される照明光の光量の低減を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の模式図である。
【図２】図２は、図１に示す照明装置の要部の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の模式図である。
【図５】図５は、従来の照明装置の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、従来の照明装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して本発明に係る照明装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の模式図（部分断面図）である。図１に示す照明装置１は、天井１００に取り付けられ、中空円柱状をなす筐体１０と、筐体に対して内側に回動自在に設けられる回動部材１１と、回動部材１１に保持され、照明光を出射する発光素子１２と、回動部材１１の一端側に取り付けられるとともに、発光素子１２を保持する保持部材１３と、回動部材１１の他端側（照明光の出射端側）に設けられるフレネルレンズ１４とを備えている。照明装置１は、例えば、筐体１０を天井１００の開口に埋め込んで取り付けたり、図示しない固定具によって固定されたりすることによって、天井１００に取り付けられる。図１は、筐体１０の照明光の出射側の開口端１０ａを通過する平面と、発光素子１２が発する照明光の光軸Ｎ（以下、単に「発光素子の光軸」ということもある）とが直交する場合を示している。
【００１７】
回動部材１１には、貫通孔１１ａが形成されている。貫通孔１１ａは、保持部材１３を取り付け可能な取付部１１１と、取付部１１１に連なり、内部壁面が曲面をなす曲面部１１２とを有する。曲面部１１２は、表面に鏡面加工が施されており、照明光を反射可能である。また、回動部材１１は、中心軸Ｐを回転軸として回転可能な回転ギア１５に接続され、回転ギア１５の回転に連動して回動する。中心軸Ｐは、回動部材１１の中心に対して、偏心した位置に設けられている。換言すれば、回動部材１１の回転軸である中心軸Ｐは、発光素子１２の光軸と垂直に延び、かつこの光軸から離れた位置に配置されている。
【００１８】
発光素子１２は、例えば、青色ＬＥＤチップに黄色蛍光体を適用した方式により白色の光を放射状に出射する白色ＬＥＤ素子からなる。なお、発光素子１２から出射される照明光は、中心軸に対して等方的に放射されている。図１に示すように、発光素子１２から出射された照明光は放射状に出射され、フレネルレンズ１４に入射している。
【００１９】
保持部材１３は、例えば熱伝導率の高い材料を用いて形成され、発光素子１２を保持する。保持部材１３は、回動部材１１の取付部１１１に取り付けられており、回動部材１１と一体的に回動する。保持部材１３を熱伝導率の高い材料を用いて形成することにより、発光素子１２などが発した熱を外部に放出する放熱部材として機能する。
【００２０】
つぎに、フレネルレンズ１４について説明する。図２は、図１に示す照明装置の要部の構成を示す模式図であって、フレネルレンズ１４の構成を説明する図である。フレネルレンズ１４は、例えば透明な光学材料（樹脂等）で構成されている。フレネルレンズ１４は、発光素子１２側の表面に凹凸形状が形成されている円板状をなしており、回動部材１１に保持されている。このため、フレネルレンズ１４は、回動部材１１と一体的に回動する。具体的に、フレネルレンズ１４は、中央側に設けられ、入射した照明光を屈折させる複数の屈折プリズム１４１ａからなる屈折部１４１と、外周側に設けられ、入射した照明光を全反射させる複数の反射プリズム１４２ａからなる反射部１４２とを有している。このため、本実施の形態に係るフルネルレンズ１４は、照明光を出射する出射面において、屈折させた照明光を出射する屈折照明光出射領域Ｒ10と、反射した照明光を出射する反射照明光出射領域Ｒ11とを有する。屈折照明光出射領域Ｒ10は円をなす平面領域を形成しており、反射照明光出射領域Ｒ11は屈折照明光出射領域Ｒ10の外周に設けられる円環状の平面領域を形成している。なお、各領域の外周のなす形状は、円に限らず、多角形、楕円をなすものであってもよい。また、屈折照明光出射領域Ｒ10及び反射照明光出射領域Ｒ11の比率は、発光素子１２との距離や、回動部材１１の回動範囲等に基づいて設計される。
【００２１】
複数の屈折プリズム１４１ａ及び複数の反射プリズム１４２ａは、同心円状に配置されている。また、複数の屈折プリズム１４１ａは、発光素子１２からの距離や角度に応じて各々の屈折角度が設計されている。具体的に、屈折プリズム１４１ａは、照明光が入射する面であって、発光素子１２の光軸Ｎに対して傾斜し、照明光を屈折させる傾斜面を有している。複数の屈折プリズムは、図２に示されるように、光軸Ｎからの距離に応じて傾斜面の傾斜角度が設計されている。本実施の形態では、すべての屈折プリズム１４１ａが、光軸と交差する方向に照明光を屈折させるものとして説明する。なお、各屈折プリズムの傾斜面の傾斜角度は、公知の関係式から容易に求めることが可能である。
【００２２】
複数の反射プリズム１４２ａは、入射した照明光を反射する反射面がそれぞれ設けられており、設計された反射角度で照明光をそれぞれ反射する。具体的に、反射プリズム１４２ａの照明光の反射面の角度は、発光素子からの距離や角度に応じて設計されている。本実施の形態では、複数の反射プリズム１４２ａの全てが、入射した照明光を、光軸Ｎと交差する方向に照明光を反射するものとして説明する。
【００２３】
また、本実施の形態に係るフルネルレンズ１４は、発光素子１２の光軸Ｎが筐体１０の開口端１０ａを通過する平面と直交する場合、照明光の出射面が、開口端１０ａを通過する平面と一致するか、または平行となるように配置されている。
【００２４】
図３及び図４は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の構成を示す模式図であって、開口端１０ａを通過する平面と、発光素子１２の光軸Ｎとが非直交である、すなわち、天井１００に対して、回動部材１１が傾斜している状態を示す図である。図３及び図４における回動方向は、光軸Ｎに対して、互いに反対側である。本実施の形態では、図３及び図４に示すように、回動部材１１が回動することによってフレネルレンズ１４から出射される照明光の照射方向が変更された場合であっても、反射プリズム１４２ａが、照明光を光軸Ｎと交差する方向に反射させるため、フレネルレンズ１４から出射された照明光のうち、筐体１０の内部壁面に遮られる方向に進行する照明光の光量を低減することができる。
【００２５】
一方で、従来の照明装置（図６参照）では、回動部材２１１が回動することによってカップレンズ２１３から出射される照明光の照射方向が変更されると、カップレンズ２１３から出射される照明光のうち、カップレンズ２１３の端部から出射される照明光が、筐体２１０の内部壁面によって進行を遮られてしまう。このため、カップレンズ２１３から出射された照明光のうち、筐体２１０の内部壁面に遮られる方向に進行する照明光の光量が多く、照明対象に照射する光量が低減してしまう。
【００２６】
ここで、カップレンズ２１３の場合であっても、反射面の形状によっては、入射した光を光軸と交差する方向に変向させることが部分的には可能である。しかしながら、カップレンズ２１３の反射面は、連続的な曲面で形成されているため、照明光の反射方向を精密に制御することは困難である。
【００２７】
ここで、本発明の一実施の形態に係る照明装置と、従来の照明装置との、回動状態ごとの光束値のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションは、光源やレンズ（プリズム）の特性などに基づき公知のシミュレーションプログラムを用いて行った。表１に、回動部材１１，２１１の光軸Ｎ，Ｎ100に対する傾斜角度に対する光束値のシミュレーション結果を示す。光束値は、シミュレーションにより筐体の開口端（開口端１０ａ，２１０ａ）から外部に放出される光束をカウントすることにより得られる。表１中の傾斜角度が０°とは、筐体の照明光の出射側の開口端を通過する平面と、発光素子の光軸とが直交する場合を示している（図１および図５参照）。また、表１では、例えば、時計回りの回転方向、および反時計回りの回転方向のうち一方を＋（プラス）方向、他方を−（マイナス）方向とし、傾斜方向と傾斜角度を示している。例えば、傾斜角度が＋３５°の場合、時計回りの方向（＋方向）に回動し、傾斜角度が０°の場合の発光素子の光軸と、回動後の発光素子の光軸とのなす角度が３５°をなしている。また、傾斜角度が−４５°の場合、反時計回りの方向（−方向）に回動し、傾斜角度が０°の場合の発光素子の光軸と、回動後の発光素子の光軸とのなす角度が４５°をなしている。また、表１では、傾斜角度が０°のときのシミュレーションにより得られた光束値を１００．０％とし、傾斜角度が＋３５°および−４５°のときのシミュレーションにより得られた光束値を、傾斜角度が０°のときのシミュレーションにより得られた光束値に対する割合（％）で示している。
【表１】
2017157532.tif 000003
【００２８】
表１に示すように、いずれの照明装置においても、回動部材を回動させると、傾斜角度が０°のときの光束値に対して光束値が低下するものの、本実施の形態に係る照明装置は、傾斜角度が＋３５°の場合に９５．５％、傾斜角度が−４５°の場合に９６．２％となっており、従来の照明装置（＋３５°：８１．２％、−４５°：８５．７％）と比して光束値が相対的に大きくなっているのが分かる。これにより、本実施の形態に係る照明装置１のように、反射プリズム１４２ａの出射方向を光軸と交差する方向とすることによって、筐体１０に遮られる照明光を抑制することができる。なお、回動部材の回転軸が偏心しているため、傾斜角度が−４５°の場合の光束値の割合が、傾斜角度が＋３５°の場合よりも光束値の割合が大きい。
【００２９】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、中央側に設けられ、入射した照明光を屈折させる複数の屈折プリズム１４１ａと、外周側に設けられ、入射した照明光を全反射させる複数の反射プリズム１４２ａとを有するフレネルレンズ１４を備えた照明装置１において、反射プリズム１４２ａが、入射した照明光に対し、発光素子１２の光軸Ｎと交差する方向に反射するようにしたので、照明光の照射方向を変更した際に出射される照明光の光量の低減を抑制することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、複数の反射プリズム１４２ａの全てが、入射した照明光を、光軸Ｎと交差する方向に反射させるものとして説明したが、複数の反射プリズム１４２ａのうちの少なくとも一部の反射プリズム１４２ａが、光軸Ｎと交差する方向に反射させるものであればよい。例えば、反射部１４２において、筐体１０の内部壁面とフレネルレンズ１４との位置関係によって決まる領域に位置する反射プリズム１４２ａが入射した照明光を、発光素子１２の光軸Ｎ側に向けて、光軸Ｎと交差する方向に反射させるようにしてもよい。具体的に、反射部１４２は、複数の反射プリズム１４２ａのうち、外周側の端部に配置された一つ又は複数の反射プリズム１４２ａが、入射した照明光を、発光素子１２の光軸Ｎ側に向けて、光軸Ｎと交差する方向に反射させるようにすれば、筐体１０によって遮られる照明光を低減することが可能である。フルネルレンズ１４が出射する照明光において、外周側の照明光が筐体１０の内部壁面によって遮られやすいので、複数の反射プリズム１４２ａのうちの外周側の反射プリズム１４２ａが、光軸Ｎと交差する方向に反射させるものであれば、上述した効果を得ることができる。
【００３１】
また、上記実施の形態では、発光素子は白色ＬＥＤ素子であるものとして説明したが、白色ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤチップに黄色蛍光体を適用した方式のものに限られない。発光素子１２は、異なる色を出射する複数のＬＥＤ素子からなるものであってもよいし、ハロゲンランプやキセノンランプからなるものであってもよいし、半導体レーザからなるものであってもよい。また、発光素子は、白色ＬＥＤ素子に限られず、赤色、緑色、青色などのＬＥＤ素子でもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態では、回動部材１１の回転軸が偏心しているものとして説明したが、回動部材１１の中心を通過する軸を回転軸として回動させるものであってもよい。
【００３３】
また、上記実施の形態では、反射プリズム１４２ａが、光軸Ｎと交差する方向に照明光を反射するものとして説明したが、照明光または照明光の進行方向の延長線上で光軸Ｎと交差するものであればよく、照明光が照明対象に到達するまでに必ずしも交差するというものではない。
【００３４】
また、上記実施の形態では、フルネルレンズ１４が、屈折部１４１を有するものとして説明したが、屈折部１４１を有しない構成であってもよい。例えば、屈折部１４１の代わりに板状をなす透過レンズとしてもよいし、カバーガラスとしてもよいし、すべてを反射プリズム１４２ａとしてもよい。また、屈折プリズム１４１ａや反射プリズム１４２ａは、必ずしも同心円状に形成される必要はなく、例えば、直線状（いわゆるリニアフレネレルレンズ）あるいは楕円状に形成してもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態において、図１などでは、屈折プリズム１４１ａが光軸と交差する方向に照明光を屈折させる構成を例に説明したが、屈折プリズム１４１ａが光軸と平行な方向に照明光を屈折させてもよいし、光軸から離れる方向に照明光を屈折させるものであってもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２００  照明装置
１０  筐体
１１  回動部材
１２  発光素子
１３  保持部材
１４  フレネルレンズ
１５  回転ギア
１００  天井
１４１  屈折部
１４２ａ  屈折プリズム
１４２  反射部
１４２ａ  反射プリズム
【図１】
2017157532.tif 000004
【図２】
2017157532.tif 000005
【図３】
2017157532.tif 000006
【図４】
2017157532.tif 000007
【図５】
2017157532.tif 000008
【図６】
2017157532.tif 000009