特開 2024-104431 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104431

(43)【公開日】2024-08-05

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240729BHJP

   F21V 7/06 20060101ALI20240729BHJP

   F21V 7/09 20060101ALI20240729BHJP

   F21V 9/40 20180101ALI20240729BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240729BHJP

   F21V 14/06 20060101ALI20240729BHJP

   F21V 14/00 20180101ALI20240729BHJP

   F21V 13/12 20060101ALI20240729BHJP

   F21V 13/04 20060101ALI20240729BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20240729BHJP

   G02F 1/1347 20060101ALI20240729BHJP

   G02B 5/10 20060101ALI20240729BHJP

   G02B 5/09 20060101ALI20240729BHJP

   G02B 3/14 20060101ALI20240729BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240729BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 340

F21S2/00 310

F21V7/06 200

F21V7/09 510

F21V9/40 400

F21V5/00 320

F21V14/06

F21V14/00 200

F21V5/00 600

F21S2/00 330

F21S2/00 350

F21V13/12 300

F21V13/04 500

G02F1/13 505

G02F1/1347

G02B5/10 A

G02B5/09

G02B3/14

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008629

(22)【出願日】2023-01-24

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 誠

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 延幸

(72)【発明者】

【氏名】岡田 真文

【テーマコード（参考）】

2H042

2H088

2H189

【Ｆターム（参考）】

2H042DB08

2H042DD01

2H042DD06

2H042DE04

2H088EA42

2H088HA03

2H088HA08

2H088HA28

2H189AA29

2H189AA32

2H189LA05

2H189LA09

2H189LA10

(57)【要約】

【課題】1個の光源から同一スクリーンに複数の光スポットを形成することが出来る照明装置を実現する。
【解決手段】
これを実現するために、本発明は、次のような構成をとる。第１の方向に光を出射するファンネル型反射体１０と、多角錐の第１の反射体３０が、複数の傾斜面を前記ファンネル型反射体の出射孔に対向するように配置し、外形が多角錐台で、複数の傾斜面を有する第２の反射体４０が、平面で視て、前記第１の反射体３０を囲むように配置し、前記第１の反射体３０の傾斜面で反射した光は、前記第１の方向から、前記第１の方向と第１の角度で交差する第２の方向に進路を変え、その後、前記第２の反射体４０の第２の傾斜面で反射し、前記第１の方向と第２の角度で交差する第３の方向に進路を変え、前記第１の角度は前記第２の角度よりも大きく、前記第１の方向と直角方向の面には、複数の光スポット５００が形成されることを特徴とする照明装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とし、前記第１の方向に光を出射するファンネル型反射体と、
底面と第１の複数の傾斜面を有する多角錐の第１の反射体が、前記第１の複数の傾斜面を前記ファンネル型反射体の前記第２の孔に対向するように配置し、
外形が多角錐台で、第２の複数の傾斜面を有する第２の反射体が、平面で視て、前記第１の反射体を囲むように配置し、
前記第１の反射体の前記第１の複数の傾斜面の第１の面で反射した光は、前記第１の方向から、前記第１の方向と第１の角度で交差する第２の方向に進路を変え、その後、
前記第２の反射体の前記複数の第２の傾斜面の第２の面で反射し、前記第１の方向と第２の角度で交差する第３の方向に進路を変え、
前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きく、
前記第１の方向と直角方向の面には、複数の光スポットが形成されることを特徴とする照明装置。

【請求項2】

前記多角錐は四角錐であり、前記多角錐は４角錐台であり、前記複数の光スポットは４個の光スポットであ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】

前記第１の方向と前記第２の方向の交差角である第１の角度は９０度であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項4】

前記複数の第１の傾斜面の前記第１の面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、４５度であり、前記複数の第２の傾斜面の前記第２の面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、４５度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項5】

前記複数の第１の傾斜面の前記第１の面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、４５度であり、前記複数の第２の傾斜面の前記第２の面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、３０度であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項6】

前記ファンネル型反射体の前記第２の孔を覆って、液晶レンズが配置していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項7】

前記ファンネル型反射体の前記第２の孔を覆って、液晶レンズが配置していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。

【請求項8】

光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とし、前記第１の方向に光を出射するファンネル型反射体と、
底面と第１の傾斜面を有する円錐型の第１の反射体が、前記第１の傾斜面を前記第１の反射体の前記第２の孔に対向するように配置し、
外形が円錐台で、第２の傾斜面を有する第２の反射体が、平面で視て、前記第１の反射体を囲むように配置し、
前記第１の反射体の前記第１の傾斜面で反射した光は、前記第１の方向から、前記第１の方向と第１の角度で交差する第２の方向に進路を変え、その後、
前記第２の反射体の前記第２の傾斜面で反射し、前記第１の方向と第２の角度で交差する第３の方向に進路を変え、
前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きく、
前記第１の方向と直角方向の面には、リング状の光スポットが形成されることを特徴とする照明装置。

【請求項9】

前記第１の方向と前記第２の方向の交差角である第１の角度は９０度であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。

【請求項10】

前記第１の傾斜面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、４５度であり、前記第２の傾斜面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、４５度よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。

【請求項11】

前記第１の傾斜面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、４５度であり、前記第２の傾斜面が、前記第１の方向と直角方向となす角度は、３０度であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。

【請求項12】

前記ファンネル型反射体の前記第２の孔を覆って、液晶レンズが配置していることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同一平面上に複数の光スポットを形成するための、効率的で、かつコンパクトな構成を可能にする照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

同一の方向に複数の光スポットを形成する要求が存在する。このような場合、所定の配光角を有する必要な個数の照明装置を、必要な間隔をおいて配置することがおこなわれていた。この方法では、必要なスポット数だけ照明装置が必要であり、コスト的な負担になっている。

【0003】

一方、室内において、例えば天井に取り付けられた照明装置に対し、垂直方向、すなわち、床方向ではなく、水平方向、すなわち、壁方向に光を出射し、間接照明をおこなう需要がある。また、公園等では、照明装置の側面方向に光を照射することによって、公園内の照明として使用する需要が存在する。

【0004】

特許文献１には、1個の光源を用いて、照明装置の周辺全体に均一に光を照射することが出来る構成が記載されている。また、特許文献２には複数の光源を用いて照明装置の周辺に均一に光を照射することが出来る構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－１２５８８号公報

【特許文献2】特開２０１５－１６７０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来例のように、照明装置を光スポットの数だけ用意すると、コスト的な負担が大きい。また、各スポットの形状を変えようとすると、スポット形状を変えることが出来る照明装置を必要な数用意するか、別なスポット形状を照射できる照明装置をさらに用意する必要がある。したがって、さらなるコスト増となる。一方、複数の照明装置をスポットの間隔に合わせて配置する必要があるので、複数の照明装置を配置するためのスペースが必要になる。

【0007】

本発明は、以上のような問題を解決するものであり、本発明の課題は、単一の照明装置から、同じ方向に複数の光スポットを照射することが出来る構成を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。

【0009】

（１）光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とし、前記第１の方向に光を出射するファンネル型反射体と；底面と第１の複数の傾斜面を有する多角錐の第１の反射体が、前記第１の複数の傾斜面を前記ファンネル型反射体の前記第２の孔に対向するように配置し；外形が多角錐台で、第２の複数の傾斜面を有する第２の反射体が、平面で視て、前記第１の反射体を囲むように配置し；前記第１の反射体の前記第１の複数の傾斜面の第１の面で反射した光は、前記第１の方向から、前記第１の方向と第１の角度で交差する第２の方向に進路を変え、その後、前記第２の反射体の前記複数の第２の傾斜面の第２の面で反射し、前記第１の方向と第２の角度で交差する第３の方向に進路を変え、前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きく、前記第１の方向と直角方向の面には、複数の光スポットが形成されることを特徴とする照明装置。

【0010】

（２）前記多角錐は四角錐であり、前記多角錐は４角錐台であり、前記複数の光スポットは４個の光スポットであることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

【0011】

（３）前記ファンネル型反射体の前記第２の孔を覆って、液晶レンズが配置していることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

【0012】

（４）光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とし、前記第１の方向に光を出射するファンネル型反射体と；底面と第１の傾斜面を有する円錐型の第１の反射体が、前記第１の傾斜面を前記第１の反射体の前記第２の孔に対向するように配置し；外形が円錐台で、第２の傾斜面を有する第２の反射体が、平面で視て、前記第１の反射体を囲むように配置し；前記第１の反射体の前記第１の傾斜面で反射した光は、前記第１の方向から、前記第１の方向と第１の角度で交差する第２の方向に進路を変え、その後、前記第２の反射体の前記第２の傾斜面で反射し、前記第１の方向と第２の角度で交差する第３の方向に進路を変え、前記第１の角度は、前記第２の角度よりも大きく、前記第１の方向と直角方向の面には、リング状の光スポットが形成されることを特徴とする照明装置。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】複数の光スポットを形成するための、従来例による照明装置である。

【図2】本発明の実施例１による照明装置の斜視図である。

【図3】本発明の実施例１による照明装置の断面図と、この構成によって形成された複数の光スポットの例である。

【図4】ファンネル型反射体の斜視図である。

【図5】４角錐である第１の反射体の斜視図である。

【図6】ファンネル型反射体と４角錐である第１の反射体を組み合わせた状態を示す斜視図である。

【図7】第１の反射体及び第２の反射体の作用を示す断面図である。

【図8】第１の反射体の作用を示す断面図である。

【図9】第１の反射体の作用を示す平面図である。

【図10】液晶レンズと第１の反射体近くの構成を示す断面図である。

【図11】実施例１において、液晶レンズを作用させた場合の第１の例である。

【図12】実施例１において、液晶レンズを作用させた場合の第２の例である。

【図13】実施例１において、液晶レンズを作用させた場合の第３の例である。

【図14】液晶レンズの動作を説明する断面図である。

【図15】液晶レンズの動作を説明する他の断面図である。

【図16】液晶レンズの動作を説明するさらに他の断面図である。

【図17】第１液晶レンズの断面図である。

【図18】第１液晶レンズの電極形状を示す平面図である。

【図19】第１液晶レンズと第２液晶レンズの動作を示す斜視図である。

【図20】第１液晶レンズと第２液晶レンズを積層した状態を示す断面図である。

【図21】第１液晶レンズ、第２液晶レンズ、第３液晶レンズ、第４液晶レンズの動作を示す斜視図である。

【図22】実施例２による照明装置の斜視図である。

【図23】実施例２による照明装置の断面図及びこれによって形成されるリング状光スポットの例である。

【図24】実施例２におけるファンネル型反射体と第１反射体を組み合わせた斜視図である。

【図25】実施例２におけるファンネル型反射体と第１反射体を組み合わせた断面図である。

【図26】実施例２における第１反射体の作用を示す断面図である。

【図27】実施例２における第１反射体の作用を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施例によって本発明を説明する前に、比較例の具体的な構成を図１によって説明する。図１において、所定の４個の光スポットを得るために、４個の照明装置５が配置している。各照明装置５の出射面６からは、所定の配光角度θを有するコリメート光が放射される。必要な配光角θは、必要なスポット径、照明装置５から照射面６までの距離等によって決められる。一般的には、光スポットを形成するための、配光角は１２度以下である。

【0015】

図１において、照明装置５は、内部がパラボラ反射面となっており、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｏｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源からの光をコリメートして光を出射面６から放射する。パラボラ反射面を用いて必要な配光角を得るためには、各照明装置において、ｚ方向の高さｚｚはある程度の長さが必要である。

【0016】

また、図１では、出射面６の法線方向に光が出射されるので、照射面の光スポットの間隔に合わせて、各照明装置の間隔ｘ１、ｙ１を決める必要がある。すなわち、照明装置側では、光スポットの間隔に合わせて、照明装置を配置するスペースを確保する必要がある。

【0017】

本発明は、このような従来例における問題点を解決するものである。以下に、実施例によって、本発明の内容を詳細に説明する。

【実施例0018】

図２は、本発明の実施例１の構成を示す斜視図である。図２において、光源は、内部に、少なくとも一部がパラボラ曲面である、ファンネル状の反射面を有する、ファンネル型反射体１０、反射体の下方の開口に配置されるＬＥＤを内部に有するベース１４とで、構成されている。この光源の具体的な構成は後で説明する。

【0019】

光源の出射面を覆って液晶レンズ１００が配置している。なお、液晶レンズ１００は表示領域スポットの形状を変化させる場合に必要となるものである。液晶レンズ１００から出射した光は、４角錐反射体である、第１反射体３０に入射する。光は、４角錐反射体３０の４個の傾斜面において反射して、４個の光スポットに分解すると同時に、光路を約９０度曲げられる。

【0020】

４個の光スポットは、外側に配置した、外形が４角錐台である第２反射体４０において反射し、向きを再び変えて、上方から出射する。この時に出射する光の方向は、第１反射体３０における反射角度と、第２反射体４０における反射角度によって決められる。

【0021】

図３の下側の図は、図２に示す照明装置の断面図であり、図３の上側の図は、図３の下側の図の照明装置によって形成される４個の光スポット５００の例である。図３の断面図において、ファンネル型反射体１０の内側には、少なくとも一部がパラボラ曲面である反射面１１が形成されている。ファンネル型反射体１０の下面には、ＬＥＤを配置するための小孔が形成されている。但し、図３では、ＬＥＤは省略されている。

【0022】

ファンネル型反射体１０の外形は直方体である。したがって、扱いが容易である。ファンネル型反射体１０の上側には、光を出射させるための、出射孔が形成されている。出射孔からは、コリメート光が出射する。この光は、液晶レンズ１００に入射して、光は必要な制御を受ける。光が丸いスポットのままでよければ、１００液晶レンズは必ずしも必要ではない。

【0023】

図３において、液晶レンズ１００の上に、４角錐反射体である第１反射体３０が配置している。液晶レンズ１００から出射した光は、第１反射体３０の４つの反射面において、分割され、各々、液晶レンズ１００からの出射光に対して、略９０度方向に向きを変える。略９０度というのは、必要な光スポットの位置等によって、反射光の向きを変える必要があるからである。

【0024】

第１反射体３０で反射した光は、外形が４角錐台である、第２反射体４０の内面で反射し、上方に向かう。上方とは、必ずしも、垂直方向に向かうという意味ではない。第２反射体４０を出射する光の向きは、必要なスポットの位置に合わせて変化させる。第２反射体４０を出射する光の向きは、第１反射体３０の反射面の角度、及び、第２反射体４０の反射面の角度によって決められる。

【0025】

図３の上側の図は、このようにして形成された、スクリーンにおける４個の光スポット５００の例である。なお、図３の照明装置における４角錐である第１反射体３０は、４つの反射面を有しているので、光スポット５００は４個形成される。このように、実施例１の照明装置によれば、同じ方向に４個の光スポットを1個の照明装置にて得ることが出来る。

【0026】

図４は、ファンネル型反射体１０の斜視図である。ファンネル型反射体１０の外形は直方体となっている。直方体の内部には、ファンネル状に凹部が形成され、凹部の壁面はパラボラ曲面１１となっている。この凹部の形状は、ｘ－ｙ平面では円であり、ｚ軸方向の断面はパラボラ曲面となっている。パラボラ曲面によって、光は、ｚ軸と平行方向にコリメートされる。なお、凹部の壁面は、一部がパラボラ曲面となっている構成でもよい。

【0027】

図４において、直方体の下面には、ＬＥＤ２０用の孔１３が形成されている。小型のＬＥＤは平面で視て１．５ｍｍ□程度の小さいものも市販されている。ＬＥＤ孔１３には、このような小さなＬＥＤが組み込まれるだけのスペースが存在していればよい。直方体の上面には、出射孔１２が形成されている。出射孔１２は、例えば直径ｄｄ１が６．５ｍｍ程度の円である。

【0028】

ＬＥＤ用孔１３と出射孔１２の間はパラボラ曲面１１でつながっている。パラボラ曲面１１によってＬＥＤ２０から出射した光はコリメートされて出射孔１２から出射する。図６において、出射孔１２の径ｄｄとファンネル型反射体１０の高さの比（ｈｆ／ｄｄ）が大きいほど、よりコリメートされた光、すなわち、配光角の小さな出射光を得ることが出来る。（ｈｆ／ｄｄ）をアスペクト比と呼ぶこともある。アスペクト比は、２以上であることが好ましく、３以上であればより好ましく、４以上であればさらに好ましい。

【0029】

図５は四角錐反射体３０の斜視図である。他の図では、図を複雑にしないために、四角錐反射体３０が宙に浮いているように記載されていることもあるが、実際には、四角錐反射体３０のコーナーに配置された支柱３１によって支えられている。各支柱３１は、ファンネル型反射体１０の出光面側のコーナー付近に配置されることになる。四角錐反射体１０のコーナーには光が入射しないので、図８のような支柱３１を配置するスペースが存在する。

【0030】

図６は、図４のファンネル型反射体と、図５の第１反射体３０を組み合わせた状態を示す斜視図である。図３において、ベース１４の上にコリメート光を出射するファンネル型反射体１０が配置している。ファンネル型反射体１０は、外側は直方体で、内側に壁面がパラボラ曲面の反射面１１が形成されている。ファンネル型反射体１０の底面に形成された孔１３にＬＥＤ２０が配置している。ＬＥＤ２０からの光はパラボラ曲面１１で反射しながら、出射孔１２から出射する。

【0031】

出射孔１２に対応して、四角錐反射体３０が反射面を下側、すなわち、出射孔１２と対向して配置している。四角錐反射体３０の４個の反射面は、例えば、頂角が９０度の３角形である。四角錐反射体３０の頂点はファンネル型反射体１０の中心軸、すなわち、光軸と一致している。したがって、ファンネル型反射体１０の出射孔１２から出射したコリメート光は四角錐反射体３０の４面で反射して４方向に出射する。

【0032】

図６において、ファンネル型反射体１０の外形は直方体であり、高さｚｆは２０ｍｍ程度、幅ｘｆ、ｙｆは例えば１０ｍｍ程度である。また、ベース１４はＬＥＤ基板２１を収容する程度の高さがあればよいので、高さｚｂは、例えば、３ｍｍ程度で十分である。一方、四角錐反射体３０は１辺が１０ｍｍとすると、高さは３．５ｍｍ程度になる。したがって、図６の構造は、断面の１辺が１０ｍｍの正方形で、高さは３０ｍｍ以下の非常にコンパクトな外形となる。このようなコンパクトな照明装置から４方向にコリメート光を出射することが出来る。

【0033】

図７は、実施例１の作用を示す断面図である。図７において、外形が直方体であるファンネル型反射体１０の内側に側壁がパラボラ曲面である反射面１１が形成されている。ファンネル型反射体１０の底面に形成されたＬＥＤ用孔１３にＬＥＤ２０が配置している。ＬＥＤ２０はＬＥＤ基板２１に配置され、ＬＥＤ基板２１はベース１４内に収容されている。

【0034】

図７において、ＬＥＤ２０を出射した光は、パラボラ曲面１１で反射しながら出射孔１２から四角錐反射体３０に向かい、四角錐反射体３０の反射面において、約９０度光路を曲げられ、水平方向（ｘ方向）に向かう。そして、外形が４角錐台である、第２反射体の内面の反射面において、略ｚ方向、すなわち、スクリーンの方向に向かう。

【0035】

図８は、図７の４角錐反射体である第１反射体３０付近における光の動作を示す断面図である。図８において、ファンネル型反射体１０の、光の出射面１２が、第１反射体３０の反射面に投影される。この投影された光は、第１反射体３０において反射し、外形が円錐台である第２反射体４０の反射面に入射する光５１０になる。

【0036】

図９は、図８における第１反射体３０とその作用を下面（裏面）から視た状態を示す平面図である。図９において、第１反射体３０に投影された、ファンネル型反射体１０の出射面１２からの光は、第１反射体１０の反射面において、反射し、外形が円錐台である第２反射体４０の反射面に入射する光５１０になる。

【0037】

図１０は、図３の液晶レンズ１００および第１反射体３０付近の断面図である。図１０において、ファンネル型反射体１０の出射面１２の上に液晶レンズ１００が配置している。液晶レンズ１００は、第１液晶レンズ１１０、第２液晶レンズ１２０、第３液晶レンズ１３０、第４液晶レンズ１４０の4枚構成となっている。液晶レンズ１００については、後で詳細に説明する。

【0038】

図１０において、ファンネル型反射体１０の出射面１２から液晶レンズ１００に入射した光は、液晶レンズ１００によって、断面形状が変化する。この変化した断面形状の光が４角錐である第１反射体３０の反射面に投影される。そして、この投影された、液晶レンズ１００の制御を受けた光が、外形が４角錐台である第２反射体４０の反射面に入射し、反射して上方に向かう。

【0039】

第２反射体４０の反射面を反射した光がどの程度の角度で上側に向かうかは、図１０の第１反射体の頂角ｄ１、及び、第２反射体４０の反射面の水平方向に対する角度ｄ２によって決まる。仮に、頂角ｄ１が９０度で、第２反射体の反射面の角度が水平方向に対して４５度であれば、光は真上、すなわち、垂直方向に向かう。

【0040】

しかし、一般には、スクリーンにおける光スポットの間隔は、大きいので、第２反射体４０の水平方向に対する角度ｄ２は、４５度よりも小さくなる。例えば、図３の上の図に示すような、４個の光スポット５００は、第１反射体３０の頂角の角度ｄ１が９０度、第２反射体の水平方向に対する角度ｄ２が３０度の場合に形成されたものである。

【0041】

図１１乃至図１３は、図３の光スポットに対し、液晶レンズ１００を用いて、スクリーンにおける光スポット５００の形状を変化させた例である。図１１は、光スポット５００を液晶レンズ１００によって、特に、対角方向に拡散させ、スクリーンにおける光スポット形状を、比較的矩形に近いスポット形状とした例である。図１２は、光スポット５００を液晶レンズ１００によって、特に、横方向に拡散させ、スクリーンにおける光スポット形状を、横長のスポット形状とした例である。図１３は、光スポット５００を液晶レンズ１００によって、特に、縦方向に拡散させ、スクリーンにおける光スポット形状を、縦長のスポット形状とした例である。

【0042】

図１４は、液晶レンズ１００の原理を示す断面図である。図１４において、液晶層３００の左側からコリメートされた光が入射している。図１４におけるＰは入射光の偏向方向の意味である。通常の光の偏向方向はランダム分布しているが、液晶は屈折率に異方性があるので、図１４はＰ方向に偏向している光についての作用を示すものである。

【0043】

図１４において、液晶層３００には、電極によって液晶分子３０１が液晶層３００の周辺に行くにしたがって、傾きが大きくなるように配向している。液晶分子３０１は細長い形状であり、液晶分子３０１の長軸方向の実効屈折率は、液晶分子３０１の短軸方向の実効屈折率よりも大きいので、液晶層３００の周辺ほど屈折率が大きくなるため、凸レンズが形成される。図１４における点線は光波面ＷＦであり、ｆはレンズのフォーカス距離である。

【0044】

液晶は、屈折率に異方性があるので、レンズを形成するには、第１のレンズが作用する光の偏向方向と直角方向に偏向する光に作用する第２のレンズが必要になる。図１５はこのレンズ構成を示す分解斜視図である。図１１において、左側の平行四辺形は光の波面である。つまり、Ｘ方向とＹ方向に偏向した光が液晶層３００に入射する。第１液晶レンズ１１０はＸ偏光光に作用するレンズであり、第２液晶レンズ１２０はＹ偏光光に作用するレンズである。

【0045】

図１５において、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０では液晶分子３０１の初期配向方向が９０度異なっている。液晶分子３０１の初期配向は、液晶レンズ内の配向膜の配向方向によって決定される。つまり、図１５では、２枚の液晶レンズ１１０、１２０において、光が入射する側の基板における配向膜の配向方向が互いに直角方向になっている。

【0046】

図１６は液晶レンズによって凹レンズを形成する場合である。図１６において、波面ＷＦが液晶層３００に平行で、１方向に偏向した光が、左側から液晶層３００に入射する。図１６において、液晶層３００における液晶分子３０１は、電極によって光軸付近において最も大きく配向され、周辺に行くにしたがって、配向角度が小さくなっている。このような液晶配向によるレンズ構成によって、液晶層３００を通過した光の波面ＷＦは図１２の点線で示すような曲線になって凹レンズが形成される。なお、凹レンズの場合も、図１５に示すように、２枚の液晶レンズが必要なことは同じである。

【0047】

図１７は、液晶レンズ１１０の詳細断面図である。図１７において、ＴＦＴ基板１１１の上には、第１電極１１２が形成され、第１電極１１２を覆って第１配向膜１１３が形成されている。第１配向膜１１３の配向方向によって、入射光のうちの、液晶レンズによって作用を受ける方向の偏光光が決められる。対向基板１１５の内側には、第２電極１１６が形成され、第２電極１１６を覆って第２配向膜１１７が形成されている。第１配向膜１１３の配向方向と第２配向膜１１７の配向方向の関係は、どのような液晶を使用するかによって決められる。ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５の間に液晶層３００が挟持されている。

【0048】

図１８の左側は第１基板１１１に形成された第１電極１１２の平面図である。第１電極１１２は同心円状の円となっている。円状の各電極１１２には電圧を印加するための引き出し配線１１４が接続されている。図１８の右側の図は、対向基板１１５に形成された第２電極１１６の形状を示す平面図である。第２電極１１６は、平面電極であり、対向基板１１５のほぼ全面にわたって形成されている。

【0049】

図１８において、第１電極１１２と第２電極１１６間の電圧を変化させることによって種々の強度のレンズを形成することができる。図１７、図１８の例は、第１電極１１１が同心円で形成されているので、円形のレンズを容易に形成できるという特徴を有している。

【0050】

図１７及び図１８で説明した液晶レンズ１１０は、１方向、例えば偏光光ＰＸに対して作用するレンズである。しかし、ＬＥＤ１０からの光は、あらゆる方向に偏光しているので、少なくとも、ＰＸと直角方向に偏光した光ＰＹに対して作用する液晶レンズが必要である。

【0051】

図１９はこの構成を示す斜視図である。図１９において、ＬＥＤからの光ＬＬが左側から入射すると、第１液晶レンズ１１０によってＰＸ方向に偏光した光が液晶レンズの作用を受ける。ＰＹ方向に偏光した光は第１液晶レンズ１１０の影響を受けない。ＰＹ方向に偏光した光は、第２液晶レンズ１２０によって液晶レンズの作用を受ける。ＰＸ方向に偏光した光は、第２液晶レンズ１２０の作用は受けない。これによって、ｘ方向に偏光した光もｙ方向に偏光した光も液晶レンズの作用を受けることが出来る。

【0052】

図２０は、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０を積層した状態を示す断面図である。第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０は透明接着材２００によって接着している。図２０において、第２液晶レンズ１２０の電極構成は、第１液晶レンズ１１０と同じである。つまり、第２液晶レンズ１２０において、ＴＦＴ基板１２１に第３電極１２２が形成され、その上に第３配向膜１２３が形成されている。対向基板１２５の上に第４電極１２６が形成され、その上に第４配向膜１２７が形成されている。

【0053】

第２液晶レンズ１２０が第１液晶レンズ１１０と異なる点は、配向膜１２３の配向方向である。図２０において、ＡＬは配向膜１１３の配向方向を示している。図２０において、第１液晶レンズ１１０におけるＴＦＴ基板１１１に形成された第１配向膜１１３の配向方向は例えばｘ方向である。第２液晶レンズ１２０のＴＦＴ基板１２１に形成された第３配向膜１２３の配向方向は、例えばｙ方向である。つまり、ｘ方向に偏光した光もｙ方向に偏光した光も、２枚の液晶レンズ１１０及び１２０によって作用を受けることが出来る。

【0054】

なお、第１液晶レンズ１１０における対向基板１１５に形成された第２配向膜１１７の配向方向、及び第２液晶レンズ１２０の対向基板１２５に形成された第４配向膜１２７の配向方向は、液晶３００としてどのような液晶を使用するかによって決まる。つまり、第１液晶レンズ１１０における第２配向膜１１７は第１配向膜１１３と同じ方向に配向する場合もあるし、直角方向に配向する場合もある。第２液晶レンズ１２０における第３配向膜１２３と第４配向膜１２７の関係も同じである。

【0055】

ところで、ＬＥＤ１０からの光は、全方向に偏光しているので、ＰＸあるいはＰＹの偏光光にのみ作用したのでは、液晶レンズの十分な作用を得られない場合がある。この場合は、図２１に示すように、例えば、ｘ方向に対して４５度方向に偏光している光Ｐ４５に対して作用する液晶レンズ１３０、ｘ方向に対して１３５度方向に偏光している光Ｐ１３５に対して作用する液晶レンズ１４０を加えればよい。

【0056】

以上で説明したように、実施例１の構成によれば、非常にコンパクトな照明装置によって、同一方向で、離れた位置にコリメート光を照射することが出来る。さらに、照射光の形状を任意に変化させることが出来る。

【0057】

以上の説明では、４角錐の第１反射体及び４角錐台の第２反射体を用いることによって、４個の光スポットを得る構成である。しかし、３個あるいは、５個以上の光スポットを得たい場合も、同様な構成を適用することが出来る。すなわち、３個の光スポットを得たい場合は、３角錐の第１反射体及び３角錐台の第２反射体を用いればよい。また、５個以上の光スポットを得たい場合は、５角錐あるいはそれ以上の第１反射体を用い、かつ、５角錐台あるいはそれ以上の角錐台の第２反射体を用いればよい。この場合、第１の反射体を多角錐反射体と、第２の反射体を外形が多角錐台反射体という呼び方をする。

【0058】

また、光スポットをリニアに配置するような場合は、例えば、図２乃至図１３で説明した照明装置において、一部を遮光して用いればよい。

【実施例0059】

実施例２は、実施例１で説明した本発明の構成に対して、バリエーションを加えて、リング状のスポットライトを得ることが出来る構成を与えるものである。リング状のスポットライトの形成は容易ではない。従来は、例えば、円形、言い換えると、円板状のスポットライトに対して、中央部分を遮光することによって、リング状のスポットライトを構成している。この方法では、光源からの光の多くの部分は遮光されてしまうので、光の利用効率が非常に悪い。実施例２は、このような問題点を克服し、リング状のスポットライトを構成するための、光の利用効率の高い、光源装置を実現するものである。

【0060】

図２２は、実施例２の光源装置の斜視図である。図２２が実施例１の図２と異なる点は次のとおりである。実施例１における、４角錐の反射体である、第１反射体３０が、実施例２では、円錐形の反射体である第３反射体５０に置き換わっている。これによって、ファンネル型反射体１０及びベース１４で構成される光源からの光の向きを略９０度変換するとともに、リング状の光に変換する。第３の第３反射体５０を囲んで、外形が円錐台の第４の反射体６０が配置している。実施例１では、外形が４角錐台型の第２反射体４０が配置しているが、実施例２の構成では、リング状のスポットを形成するために、第２の反射体４０に変えて、外形が円錐台の第４の反射体６０を用いている。

【0061】

図２２では、ファンネル型反射体１０で構成される光源の出射面の上に液晶レンズ１００が配置している。液晶レンズ１００は光のスポット形状を変化させるものである。

【0062】

図２３の下側の図は、図２２の照明装置の断面図であり、上側の図は、これによって形成されるリング状の光スポット６００である。図２３の下側の断面図が、実施例１の図３の下側の断面図と異なる点は、光源からの光が、４角錐型の第１反射体３０ではなく、円錐型の第3反射体５０に置き換わっていることと、実施例１において、周辺を囲む４角錐台である第２反射体４０が、実施例２では、外形が円錐台である第４反射体６０に置き換わっていることである。

【0063】

図２３の断面図において、光源から出射し、液晶レンズ１００を通過した光は、円錐型である第３反射体５０によって、向きを約９０度変えられるとともに、リング状の光に変換される。このリング状の光は、第３反射体５０の周囲を囲む、円錐台型の第４反射体６０の内面に形成された反射面によって、上方に反射し、上方のスクリーンに、図２３の上側に示すリング状のスポット６００となる。

【0064】

上方とは、必ずしも、垂直方向に向かうという意味ではないことは実施例１で説明したのと同じである。すなわち、スクリーンに形成されるリング状スポット６００を所定のサイズとするためには、第４反射体６０を出射する光の向き、照明装置とスクリーン間の距離、出射光の配光角度等の関係を適切に設定する必要がある。第４反射体を出射する光の向きは、図２３に示す、第４反射体６０の反射面の角度ｄ４、及び、図２５に示す、円錐型である第３反射体５０の反射面の角度ｄ３によって決められる。

【0065】

図２３のその他の構成は図３で説明したのと同じである。すなわち、図３では、４角錐型の第１の反射体３０と、外形が４角錐台である第２の反射体４０によって、４個の光スポット５００を形成したのに対し、図２３では、円錐型の第３の反射体５０と。外形が円錐台である第４の反射体６０によって、リング状の光スポット６００を形成している。

【0066】

図２４は、ファンネル型反射体１０で構成される光源と、円錐型の第３反射体５０を組み合わせた状態を示す斜視図である。図２４では液晶レンズ１００は省略されている。図２４における円錐型の第３反射体５０の底面の径ｄｄ２は、例えば、１９．４ｍｍである。ファンネル型反射体１０の構成は、図６で説明したのと同じである。

【0067】

図２５は、図２４の断面図である。図２５は、実施例１の図７に対応する。図２５におけるファンネル型反射体１０、及び、ＬＥＤ２０、ＬＥＤ基板２１を含むベース１４の構成は、図６及び図７で説明したとおりである。図２５において、ファンネル型反射体１０から出射した光は、円錐型である第３反射体５０において、全周において、光の向きを、例えば、９０度変えられることによって、リング状の光に変換される。

【0068】

図２５において、反射光の向きは、円錐状の第３反射体５０の頂角ｄ３によって決められる。ｄ３が例えば、９０度であれば、ファンネル型反射体を出射した光は、９０度、向きを変えられる。この光は、図２３に示す外形が円錐台型の第４反射体６０の反射面の角度ｄ４によって、上方に向きを変えられる。図２５のファンネル型反射体１０及びベース１４の構成は、実施例１の図７で説明したのと同じである。

【0069】

図２６は、図２５の円錐型反射体である第３反射体５０付近における光の動作を示す断面図である。図２６において、ファンネル型反射体１０の、光の出射面１２が、第３反射体５０の反射面に投影される。この投影された光は、第３反射体５０において反射し、平面で視てリング状の光６１０に変換される。このリング状に変換された光は、図２３に示すように、外形が円錐台である第４反射体６０によって上方向に反射し、スクリーン上にリング状の光スポット６００として投射される。

【0070】

図２７は、図２５における円錐型である第３反射体とその作用を下面（裏面）から視た状態を示す平面図である。図２７において、第３反射体５０に投射された、ファンネル型反射体１０の出射面１２からの光は、第３反射体５０の反射面においてリング状の光に変換される。このリング状の光は、第３反射体５０の周囲を囲むように配置された第４反射体６０の反射面に投射される。このリング状の光は、図２７において、６１０で示されている。第４反射体６０の反射面に投射されリング状の光６１０は、上方向に反射して、スクリーン上にリング状光スポット６００として投射される。

【0071】

このように、本発明によるリング状の光スポットは、光源からの大部分の光を、光スポットとして使用することが出来るので、従来のリング状光スポットを形成するための光源に比較して、格段に光の利用効率を上げることが出来る。したがって、低消費電力の光源を得ることが出来る。