JP2024047771A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】1個の光源から複数の方向に光を照射することが出来、各光スポットの形状を任意に変えることが可能である、コンパクトな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。すなわち、光源２０が配置した第１の孔１３と光を出射する第２の孔１２と、前記第１の孔１３と前記第２の孔１２を連結する反射曲面１１を有し、前記第１の孔１３の中心と前記第２の孔１２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第１の反射体１０と、底面と複数の傾斜面を有する多角錐３０が、前記複数の傾斜面を前記第１の反射体１０の前記第２の孔１２に対向するように配置し、前記多角錐３０の前記複数の傾斜面は反射面であり、前記反射面において、前記第１の方向に進む光は、前記第１の方向と交差する第２の方向に進路を変え、前記第２の方向には、液晶レンズ１００が配置していることを特徴とする照明装置である。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の方位角方向に任意の形状の光スポットを照射することが出来る照明装置に関する。

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。一方、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。

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。

特開２００６－１２５８８号公報 特開２０１５－１６７０８６号公報

従来例による技術では、照明装置の側方に均一に光を放射することは可能であるが、側方の複数の方向に任意の形状の光スポットを照射する構成には対応することが出来ない。

本発明の課題は、１個の光源により、複数の方位角方向に任意の形状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ことである。また、本発明の課題は、このような照明装置を小型の照明装置で実現することである。

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。

（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第１の反射体と、底面と複数の傾斜面を有する多角錐が、前記複数の傾斜面を前記第１の反射体の前記第２の孔に対向するように配置し、前記複数の傾斜面は反射面であり、前記反射面において、前記第１の方向に進む光は、前記第１の方向と交差する第２の方向に進路を変え、前記第２の方向には、液晶レンズが配置していることを特徴とする照明装置。

（２）前記多角錐は四角錐であることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

（３）前記第１の方向と前記第２の方向の交差角は９０度であることを特徴とする（１）に記載の照明装置。

コリメート光を出射する照明装置の側面図である。 図１の照明装置を用いて４方向に光を出射する場合の平面図である。 本発明の照明装置の一部を示す斜視図である。 実施例１の照明装置を示す斜視図である。 実施例１の作用を示す断面図である。 実施例１の平面図である。 ファンネル型反射体の斜視図である。 四角錐反射体の斜視図である。 四角錐反射体と液晶レンズの関係を示す断面図である。 液晶レンズの動作を説明する断面図である。 液晶レンズの動作を説明する他の断面図である。 液晶レンズの動作を説明するさらに他の断面図である。 第１液晶レンズの断面図である。 第１液晶レンズの電極形状を示す平面図である。 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。 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。 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。 実施例１の動作を示す図である。 図１８の構成によって、液晶レンズに投射される光スポットの形状である。 実施例２の動作を示す図である。 図２０の構成によって、液晶レンズに投射される光スポットの形状である。 実施例１による液晶レンズの種々の作用を示す表である。 液晶レンズの他の例を示す平面図である。 図２３における液晶レンズのレンズ要素の平面図である。 図２３の液晶レンズの断面図である。 液晶レンズを時分割駆動する場合のチャートである。 実施例３の動作を示す図である。 図２７の構成によって、液晶レンズに投射される光スポットの形状である。 液晶ライトバルブの断面図である。 実施例４のファンネル型反射体の斜視図である。 図３０のファンネル型反射体を上面方向から視た平面図である。 図３０のＣ－Ｃ断面図である。 実施例４の動作を示す図である。 図３３の構成によって、液晶レンズに投射される光スポットの形状である。 実施例４に実施例２を組み合わせた場合の動作を示す図である。 図３５の構成によって、液晶レンズに投射される光スポットの形状である。

以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、所定の方向にコリメート光を出射する照明装置１の側面図である。図１において、縦長の照明装置１の先端にレンズ等の光学部品２が配置され、レンズ等の光学部品２から光が放射される。コリメート光は所定の配向角θを有している。

コリメート光を得るための照明装置１は、パラボラ曲面鏡を用いる場合が多い。このような照明装置１において、出射光４の配光角θを小さくするには、照明装置１の長さｈ１を大きくする必要がある。また、所定の光スポットを得るためには、対応したレンズ等の光学部品を配置する必要がある。

図２は、４方向の側面方向に任意のスポット形状を有する光を放射する場合の平面図である。図２は図１に示す照明装置１を水平に方向に、方位角９０度をもって配置したものである。図２の照明装置セットによれば、４方向に任意の光スポットを形成するこが出来るが、図２に示すように、照明装置セットの平面の径ｘ１、ｙ１が大きくなる。また、図１で述べたように、コリメート光を得ようとすると。照明装置１の長さｈ１が大きくなり、その結果、照明装置セットの水平方向の径ｘ１、ｙ１がさらに大きくなる。

図３は、このような問題を解決した本発明による照明装置の一部分を示す斜視図である。図３において、ベース３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。

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、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。

図３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３はＬＥＤ基板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３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。

図３の構造では、所定のコリメート光を所定の４方向に放射することが出来るが、出射光の形状は変化させることが出来ない。実施例１では、図３の構成において、四角錐反射体３０で反射した光に対し、液晶レンズ１００を作用させる構成とする。図４は、この構成を示す斜視図である。

図４において、四角錐反射体３０で反射した光の光路と直角の主面を有する液晶レンズ１００が配置されている。図４では、位置関係を示すために、液晶レンズ１００は透明シートであるとして記載されている。液晶レンズ１００は、実際には、薄い液晶レンズが積層された構成であるが、図４では、図を複雑にしないために、１枚の透明シートとして記載されている。

図５は図４のＡ－Ａ断面図である。図５は、実施例１の作用を示す断面図である。図５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３内に収容されている。

図５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、９０度光路を曲げられ、水平方向（ｘ方向に向かう）。水平方向に進路を変えた光は液晶レンズ１００に入射し、レンズ作用を受ける。

液晶レンズ１００において、レンズ作用を受けなければ、光はそのまま水平方向に直進するが、液晶レンズ１００によって、発散作用を受けると図５の点線のように、光は発散する。後で述べるように、液晶レンズ１００は電気的に種々な形状のレンズ作用を行うことが出来るので、種々の形状の光スポットを容易に得ることが可能である。

図６は、図４を上側から視た平面図である。図１０において、外形の平面形状が正方形であり、内側に円形の出射孔１２が形成されたファンネル型反射体１０の上に、四角錐反射体３０が凸部を下向きにして配置している。平面で視て、四角錐反射体３０を挟む形で、４個の液晶レンズ１００が配置している。図６において、ファンネル型反射体１０からの出射光は互い９０度の方位角をもって、水平方向に出射される。図６における平面の径ｘ２、ｙ２は図２のｘ１、ｙ１に比べて小さくすることが出来る。

図７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。

図７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ｄｄが６．５ｍｍ程度の円である。

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。図４の本発明の構成では、ファンネル型反射体１０は縦向きで使用されるので、アスペクト比を大きくしても、照明装置の水平方向の幅には影響がない。

図８は四角錐反射体３０の斜視図である。図３、図４、図５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。

図９は、四角錐反射体３０と液晶レンズ１００付近の光の進路を示す断面図である。図９において、ファンネル型反射体１０側からの光は四角錐反射体３０の反射面で反射して液晶レンズ１００に入射する。図９では、液晶レンズ１００に入射した光は発散作用を受けて液晶レンズから出射する。

図９では、液晶レンズ１００は４枚の液晶レンズ１１０，１２０、１３０、１４０によって構成されている。各々の液晶レンズは、異なった偏光を有する光に対して作用する。各々の液晶レンズは、配線が形成されたＴＦＴ基板と対向基板で構成されているが、ＴＦＴ基板と対向基板の厚さは各々０．５ｍｍ程度であるので、各々の液晶レンズの厚さは１ｍｍ程度である。したがって、４枚使用したとしても、液晶レンズの総厚は４ｍｍ程度である。また、液晶レンズに入射する光スポットは、非常に小さいので、液晶レンズの外形は、1辺が１０ｍｍ程度あれば十分である。

図１０は、液晶レンズ１００の原理を示す断面図である。図１０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１０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７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。

図１０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１０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。

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１１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。

図１１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１１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。

図１２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１２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１２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１１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。

図１３は、液晶レンズ１１０の詳細断面図である。図１３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。

図１４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２１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。

図１４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１３、図１４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。

図１３及び図１４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。

図１５はこの構成を示す斜視図である。図１５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。

図１６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１６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。

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１６において、ＡＬは配向膜１１３の配向方向を示している。図１６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。

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。

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１７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。

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、四方向にコリメート光を放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。

図１８は実施例１で説明した照明装置において、光スポットの形状を説明するための断面図及び平面図である。図１８の左上の図は、四角錐反射体３０を底面から視た図である。すなわち、左上側には、四角錐反射体３０が、頂点が紙面上側になるように配置している。四角錐反射体３０の上の、シェーディングが付された円４は、ファンネル型反射体１０からの円形の光スポットが四角錐反射体１０の３角形の反射面に照射している状態が示されている。図１８において、断面が円形の光を出射するファンネル型反射体１０の断面図が四角錐反射体３０の下側に示されている。

平面で視て、四角錐反射体３０全体に照射されるスポットは円形であるが、各四角錐反射体３０の反射面から反射される光スポット形状は異形になる。図１８の液晶レンズ１１０に投射される光スポット、すなわち、図１８のＡ方向から視た光スポットの形状は図１９に示すように扇型である。液晶レンズ１００が拡散レンズであれば、照射面に照射される光スポットの形状は、図１９に示す扇型が拡大した形となる。

照明装置の用途によっては、図１９に示すような光の照射形状であっても問題が無い場合も多い。一方、照射スポットが矩形等の単純な形状が必要とされる場合もある。液晶レンズ１００は、光束の発散等は可能であるが、光のスポット形状を、異形から矩形等の単純な形に変化させることは難しい。そこで、実施例２では、四角錐反射体３０から反射した光が液晶レンズ１００に入射する前に絞り（アパチャーとも言う）４０を配置して、光スポットの形状を、例えば、矩形に整形して入射させる。矩形のような単純な光スポット形状であれば、液晶レンズ１００によって光スポット形状を変化させることは可能である。

図２０は、このような、照明装置の作用を示す図である。図２０は、光スポットの形状を説明するための図であるが、図１８と異なる点は、液晶レンズ１００の前に絞り４０を配置して、液晶レンズ１００に入射する光の形を例えば矩形に整えることが出来る構成となっていることである。図２０は、絞り４０は液晶レンズ１１０から間隔を空けて配置しているが、液晶レンズに貼り付けてもよい。

図２１は、四角錐反射体３０からの光が絞り４０及び液晶レンズ１００に入射する光スポットの形状を示す図である。図２１において、絞り４０に入射する光のスポット形状５は扇型であり、図１９と同じである。入射した光は絞り４０によって実線で示す矩形６に成形される。液晶レンズ１００には、この矩形の光スポット６が形成される。

図２２は、液晶レンズに入射した矩形の光スポット６を種々な形状に変化させた照射光７とする場合の例である。２２Ａは矩形光スポット６を全体的に拡散した場合である。２２Ｂは、矩形光スポット６に対し、横方向にのみ拡大して場合の例である。２２Ｃは、矩形光スポット６に対し、縦方向にのみ拡大して場合の例である。２２Ｄは、矩形光スポット６に対し、クロス形状となるように拡大した例である。

２２Ａは図１４のレンズ構成によって対応することが出来るが、２２Ｂ、２２Ｃ、２Ｄ等は、図１４のレンズ構成では対応できない。図２３は、このような作用をもつことが出来る液晶レンズ１１０の平面図である。図２３において、ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５が周辺においてシール材１５０で接着し、内部に液晶が封入されている。ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５が重なった領域がレンズ領域１７０となる。

ＴＦＴ基板１１１は対向基板１１５よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１１１において、対向基板１１５と重なっていない部分は端子領域１６０である。端子領域１６０には、液晶レンズを駆動するドライバＩＣ１６５等が配置している。

図２３のレンズ領域１７０において、横方向（ｘ方向）に走査線１５１が延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、信号線１５２が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線１５１と信号線１５２に囲まれた領域にレンズ要素電極（以後単に要素電極という）を含むレンズ要素１５３が形成される。要素電極と対向基板に形成されたコモン電極との間に電圧を印加して、液晶分子を必要な方向に配向させて、光を屈折させる。

図２４はレンズ要素１５３の平面図である。図２４において、走査線１５１と信号線１５２に囲まれた領域に要素電極１５４が形成されている。要素電極１５４と信号線１５２との間に走査信号によってスイッチングされるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されている。ＴＦＴは走査線１５１から分岐したゲート電極２１０、半導体膜２１１、信号線１５３から分岐したドレイン電極２１２、及びソース電極１２３で形成され、ソース電極２１３はスルーホール２１４を介して要素電極１５４と接続する。他の液晶レンズ１２０、１３０、１４０も同様な構成となっている。

図２５は、液晶レンズの断面図である。図２５において、要素電極１５４が形成されたＴＦＴ基板１１１とコモン電極１５５が形成された対向基板１１５との間に液晶層３００が挟持されている。ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５はシール材１５０によって接着している。要素電極１５４とコモン電極１５５との間に液晶レンズの要素１５３が形成される。ＴＦＴ基板１１１は対向基板１１５よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１１１が対向基板１１５と重なっていない部分は端子領域１６０となっており、端子領域１６０にはドライバＩＣ１６５が配置している。

図２３乃至２５に示す液晶レンズは、レンズ要素１５３がマトリクス状に配置しているので、入射光を任意の方向に拡大させることが出来る。すなわち、液晶レンズに入射した光を横方向にのみ発散させれば、図２２の２２Ｂに示すような光スポットが得られ、液晶レンズに入射した光を縦方向にのみ発散させれば、図２２の２３Ｂに示すような光スポットが得られる。

しかし、液晶レンズ１００によって、図２２Ｄに示すように、クロス形状の光スポットを得るには、同様な方法では難しい。そこで、図１５のような光スポットを得るには、図２２Ｂの横長の光スポットと図２２Ｃの縦長の光スポットを時分割で表示すればよい。図２６は、クロス形状の光スポットを得るための時分割駆動の例である。図２６に示すように、最初のＴ１の間は横長のスポットを表示し、続くＴ１の間は縦長のスポットを表示する。Ｔ１はフリッカーが目立たないような時間を選べばよい。一方、絞りの形状をクロス形状にしておけば、図１４のレンズ構成によって、２６Ｄの光スポットを容易に得ることが出来る。

なお、図２３乃至２５の液晶レンズを用いれは、発散あるいは収束のレンズのみでなく、光を一方向に偏向するようなレンズを形成することが出来る。例えば、図２３の各要素１５３における液晶分子の配向方向を左から右、あるいは、右から左に順に大きくすることによって、入射光を左右方向に偏向することが出来る。

実施例２では、液晶レンズ１００に入射する光スポットは絞り４０によって整形している。しかし、絞り４０では、光スポット形状を変える場合は、絞り４０を取り換える必要がある。また、光スポット形状に合わせて色々な開口を有する絞り４０を用意しておく必要がある。

実施例３では、液晶レンズ１００に入射する光スポット形状を液晶ライトバルブ４００によって整形する。液晶ライトバルブ４００を用いれば、液晶レンズ１００に入射する光スポットの形状を任意の形状とすることが出来る。液晶ライトバルブ４００は、基本的な構成は液晶表示装置と同じである。あるいは、図２３乃至図２５で説明した液晶レンズと同じであるということが出来る。

図２７は実施例３における光スポットの形状を説明するための図であるが、図２０と異なる点は、液晶レンズ１００の前に絞り４０ではなく、液晶ライトバルブ４００を配置している点である。図２７は、液晶ライトバルブ４００は液晶レンズ１１０から間隔を空けて配置しているが、液晶レンズ１００に貼り付けてもよい。

図２８は液晶ライトバルブ４００を用いた場合の、光スポットの形状を示す平面図である。液晶レンズ１００には、扇状の光スポット４が入射し、これを液晶ライトバルブによって矩形６に絞っている。図２８は、四角錐反射体３０からの反射光が扇型の光スポット４として液晶ライトバルブ４００に入射するが、液晶ライトバルブ４００によって、矩形６に整形されて、液晶レンズ１００側に出射する。

液晶ライトバルブ４００は基本的な構成は図２３乃至図２５で説明した液晶レンズと同じ構造であるということが出来る。図２９は液晶ライトバルブ４００の断面図である。液晶ライトバルブ４００は、図２３乃至図２５で説明した液晶レンズ１００とは異なり、下偏光板４２０と上偏光板４３０が必要である。液晶ライトバルブ４００において、液晶は偏向光にのみ作用するからである。

つまり、図２９の上偏光板４３０を通過した光は偏向している。したがって、液晶レンズ１００において、上偏光板４３０を通過した偏光光に作用するように、液晶レンズ１００の配向膜を制御することによって、液晶レンズ１００は1枚の液晶レンズでレンズ作用を発揮することができる。

実施例３における問題点は、液晶ライトバルブ４００に貼り付けられた偏光板４２０、４３０によって、光の透過率が半分近くにまで減少してしまうことである。しかし、透過光の減少は、偏光板として反射型偏光板を用いることによって軽減することが出来る。

実施例１乃至３で使用したファンネル型反射体１０では、内部に形成された反射面１１の断面は、図７に示すように、円である。このようなファンネル型反射体１０から出射した円形の光は、図１８等に示すように、四角錐反射体３０の各面の反射面において、利用効率が低い。特に、四角錐反射体３０を平面で視たときの４コーナー付近での利用効率が低い。

ファンネル型反射体１０からの光の形状が矩形であれば、図３３に示すように、四角錐反射体３０の反射面の利用効率を上げることが出来る。特に、平面で視たときの四角錐反射体３０の４コーナー付近での利用効率を上げることが出来る。

図３０は、四角錐反射体３０に矩形の入射光を供給するための、ファンネル型反射体１５の斜視図である。図３０のファンネル型反射体１５が図７のファンネル型反射体１０と異なる点は、ファンネル型反射体１５の開口１７及びＬＥＤ用孔１８が矩形だということである。さらに、反射曲面１６の断面も矩形になっている。これによって、ファンネル型反射板１５からの出射光の形状を矩形にすることが出来る。

図３１は、図３０のファンネル型反射体１５を上から視た平面図である。図３１に示すように、ファンネル型反射体１５の開口１７は矩形であり、出射光は、この矩形に対応した形状となる。図３２は図３０のファンネル型反射体１５のＣ－Ｃ断面図である。ＬＥＤ用孔１８と開口１７の間は、断面の少なくとも一部がパラボラである曲面１６によって接続されている。これによって、出射孔１７からは、コリメートされた、断面が矩形の光が出射される。

ファンネル型反射体１５の高さと出射孔１７の径の比であるアスペクト比は、次のように定義することが出来る。出射孔１７が正方形であれば、ｈｆ／（ｄｘ又はｄｙ）、出射孔１７が長方形であれば、ｈｆ／（ｄｘまたはｄｙのいずれか大きい方）。アスペクト比は、好ましくは２以上、より好ましくは３以上、さらに好ましくは４以上である。

図３３は、図３０のようなファンネル型反射体１５を用いて断面が矩形の光４を四角錐反射体３０に照射し、四角錐反射体３０の反射面から液晶レンズ１００に向かって光４が反射している状態を示す図である。図３３を図１８と比較すると、図３３のほうが四角錐反射体３０の反射面の利用効率は大きくなっている。その分、より多くの光が液晶レンズに入射し、より明るい光スポットを得ることが出来る。

図３４は四角錐反射体３０から反射して液晶レンズ１００に入射した光のスポット形状である。すなわち、図３３の白矢印Ａの方向から光スポットを視たときの形状である。光スポット５の形状は、３角形であり、ほぼ、四角錐反射体３０の反射面に対応している。この３角形の面積は実施例１における図１９の扇型の面積よりも大きい。

図３５は、本実施例を実施例２に適用した場合の図である。絞り４０を使用した場合も、本実施例はそのまま使用することが出来る。図３６は絞り４０を配置した場合の、絞り４０に入射する光スポット５の形状と絞り４０を通過した後の光スポット６の径である。これは実施例２で説明したとおりである。実施例３と本実施例の組み合わせも同様であり、実施例３の構成をそのまま適用することが出来る。

実施例１乃至４では、四角錐反射体を用いたが、反射体は、四角錐に限る必要はない。例えば、三角錐、５角錐、６角錐等の反射体を使用することも出来る。三角錐であれば３個の反射面が形成され、５角錐であれば５個の反射面が形成され、６角錐であれば６個の反射面が形成される。対応する液晶レンズは、反射面に対応して配置される。したがって、それぞれ、方位角で、１２０度、７２度、６０度間隔で液晶レンズが配置される。つまり、多角錐の角数をｎとすると、方位角で、３６０／ｎ度の間隔で液晶レンズが配置される。しかし、多角錐反射体に光を供給するファンネル型反射体は１個でよい。各反射面における動作は、実施例１乃至４で説明したのと同じである。

実施例１乃至４では、ファンネル型反射体から出射した光は、四角錐反射体によって９０度光路を曲げられるが、光学装置の要求によって、９０度から若干ずれることはありうる。しかし、基本的な動作は実施例１乃至４で説明したのと同じである。

１…照明装置、 ２…光学部品 、３…ベース、 ４…ファンネル型反射体からの出射光、 ５…光スポット、 ６…絞り後の光スポット、 ７…レンズ作用を受けた光スポット、 １０…ファンネル型反射体、 １１…パラボラ反射面、 １２…開口、 １３…ＬＥＤ用孔、 １５…角型ファンネル型反射体、 １６…パラボラ反射面、 １７…開口、 １８…ＬＥＤ用孔、 ２０…ＬＥＤ、 ２１…ＬＥＤ基板、 ３０…四角錐反射体、 ３１…支柱、 ３５…四角錐台反射体、 ３６…反射面、 ３７…平坦部、 ４０…絞り、 １００…液晶レンズ、 １１０…第１液晶レンズ、 １１１…ＴＦＴ基板、 １１２…第１電極、 １１３…第１配向膜、 １１４…引き出し配線、 １１５…対向基板、 １１６…第２電極、 １１７…第２配向膜、 １２０…第２液晶レンズ、 １２１…ＴＦＴ基板、 １２２…第３電極、 １２３…第３配向膜、 １２５…対向基板、 １２６…第４電極、 １２７…第４配向膜、 １５０…シール材、 １５１…走査線、 １５２…信号線、 １５３…レンズ要素、 １５４…要素電極、 １５５…コモン電極、 １６０…端子領域、 １６５…ドライバＩＣ、 １７０…レンズ領域、 ２１０…ゲート電極、 ２１１…半導体膜、 ２１２…ドレイン電極、 ２１３…ソース電極、 ２１４…スルーホール、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 ４００…液晶ライトバルブ、 ４１１…ＴＦＴ基板、 ４１２…画素電極、 ４１５…対向基板、 ４１６…コモン電極、 ４２０…下偏光板、 ４３０…上偏光板

Claims (13)

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第１の反射体と、
   底面と複数の傾斜面を有する多角錐が、前記複数の傾斜面を前記第１の反射体の前記第２の孔に対向するように配置し、
   前記複数の傾斜面は反射面であり、前記反射面において、前記第１の方向に進む光は、前記第１の方向と交差する第２の方向に進路を変え、
   前記第２の方向には、液晶レンズが配置していることを特徴とする照明装置。
2. 前記多角錐は四角錐であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１の方向と前記第２の方向の交差角は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。
4. 前記液晶レンズは、前記第２の傾斜面の全てに対応して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。
5. 前記第１の反射体の外形は直方体であり、
   前記第１の孔は、前記直方体の第１の面に形成され、
   前記第２の孔は、前記直方体において、前記第１の面に対向する第２の面に形成され、
   前記第１の孔は第２の孔よりも小さく、
   前記第１の孔と前記第２の孔を結ぶ曲面の少なくとも一部は、パラボラ曲面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記第１の反射体の前記第２の孔は円であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 前記第１の反射体の前記第２の孔は矩形であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記第１の反射体において、前記第２の孔の直径と前記第１の反射体の前記第１の面と前記第２の面の距離の比は２以上であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
9. 前記第１の反射体の前記第２の孔は正方形であり、
   前記第２の孔の辺の長さと前記第１の反射体の前記第１の面と前記第２の面の距離の比は２以上であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
10. 前記液晶レンズと前記第２の反射体の間には絞り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。
11. 前記液晶レンズと前記第２の反射体の間には、液晶ライトバルブ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。
12. 前記液晶レンズは、第１の液晶レンズ、第２の液晶レンズ、第３の液晶レンズ、第４の液晶レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
13. 前記第１の液晶レンズ、前記第２の液晶レンズ、前記第３の液晶レンズ、前記第４の液晶レンズは、入射光のうちの、異なる偏光光に対して作用することを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。

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