JP2024056248A - 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】本発明の構成は次のとおりである。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１０と；前記第１の反射体の前記第２の孔を覆って液晶レンズ１００が配置し；底面と、３個以上の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液晶レンズ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、前記液晶レンズは、前記複数の傾斜面に対応してレンズを構成することが可能であることを特徴とする照明装置。【選択図】図２３

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。

特許文献３には、円錐状の反射体を用いて、整形された光ビームの方向を変化させる構成が記載されている。

特開２００８－１２５８８号公報 特開２０１５－１６７０８９号公報 特開２００９－３０２０６３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、前記第１の反射体の前記第２の孔を覆って液晶レンズが配置し、底面と、３個以上の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液晶レンズ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、前記液晶レンズは、前記複数の傾斜面に対応してレンズを構成することが可能であ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。

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。 比較例の照明装置を示す斜視図である。 比較例の作用を示す断面図である。 本発明の照明装置の斜視図である。 本発明の照明装置の作用を示す断面図である。 本発明の照明装置の作用を示す他の断面図である。 図７に対応する断面図である。 図８に対応する断面図である。 ファンネル型反射体の斜視図である。 ４角錐反射体の斜視図である。 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。 ４角錐反射体と液晶レンズの分割の関係を示す平面図である。 実施例１の作用を示す平面図である。 実施例１の作用を示す断面図である。 実施例１の他の作用を示す平面図である。 実施例１の他の作用を示す断面図である。 液晶レンズの平面図である。 液晶レンズの液晶要素の平面図である。 液晶レンズの断面図である。 ４角錐反射体と液晶レンズの組み合わせを示す例である。 図２９に対応する液晶レンズの分割例を示す平面図である。 ４角錐反射体と液晶レンズの組み合わせを示す他の例である。 図３１に対応する液晶レンズの分割例を示す平面図である。 液晶レンズの他の配線パターンと分割例を示す平面図である。 液晶レンズのさらに他の配線パターンと分割例を示す平面図である。

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。図４及び図５に示す比較例は、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を作用させる構成である。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、図４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。

しかし、この構成は、４か所に液晶レンズ１００を配置する必要がある。図５に示すように、液晶レンズは４枚の液晶表示パネルを必要とする。そうすると、４枚×４＝１６枚の液晶レンズが必要になり、製造コストを押し上げる。さらに、４枚セットの液晶レンズ１００についても正確な位置合わせが必要であり、このセッティングコストも、照明装置の製造コストを押し上げることになる。

図６は、本発明による照明装置の斜視図である。図６において、光源は、ＬＥＤ２０によって構成され、ファンネル型反射体１０によって、コリメート光が形成されることは比較例である図３乃至図５と同じである。図６の特徴は、光スポットの形状を変化させるための液晶レンズ１００が、ファンネル型反射体１０における、光の出口に配置されていることである。したがって、液晶レンズ１００は１組４枚あればよい。また、液晶レンズ１００のセッティングも容易であり、図３乃至５の構成に比べて製造コストは大幅に削減することが出来る。

図６において、液晶レンズ１００の上には、４個の反射面を有する４角錐型反射体３０が配置している。図６においては、４個の反射面に入射する前に、光束は液晶レンズ１００によって必要な制御を受ける。図７及び図８は、図６の構成の動作を示す断面図である。

図７は、液晶レンズ１００によるレンズ作用を加えない場合の断面図である。図７において、ファンネル型反射体１０から出射した光は、液晶レンズ１００によっては作用を受けず、４角錐型反射体３０によって、進路を曲げられる。光が曲げられる方向は、４角錐型反射体３０の反射面の頂角ｄ１によって変えることが出来る。例えば、ｄ１が９０度であれば、光は直角方向に曲げられる。

図８は、液晶レンズ１００に発散作用を持つレンズが形成された場合の断面図である。図８において、ファンネル型反射体１０から出射した光は、液晶レンズ１００によって発散作用を受け、４角錐型反射体３０の反射面に入射する。４角錐型反射体３０によって、進路を曲げられるが、この光は、液晶レンズ１００によって発散作用を受けているので、進行するとともに断面の面積が大きくなる。

図９は図７の平面図である。図９において、液晶レンズ１００及び４角錐型反射体３０の平面図は矩形であるが、液晶レンズ１００の外形のほうが大きい。図９において、中央の円は、光が液晶レンズ１００を通って４角錐型反射体３０の４個の反射面に投影された状態を示している。この光は、４角錐型反射体３０の反射面で反射してｘ方向及びｙ方向に放射される。

図１０は図８の平面図である。図１０において、液晶レンズ１００及び４角錐型反射体３０の平面図は矩形であるが、液晶レンズ１００の外形のほうが大きい。図９において、中央の円は、光が液晶レンズ１００を通って４角錐型反射体３０の４個の反射面に投影された状態を示している。この光は、反射面で反射してｘ方向及びｙ方向に放射される。但し、図１０においては、反射光は、液晶レンズ１００による発散作用によって、広がりながら進行する。

したがって、図８及び図１０で示す照明装置のスポット径は、図７及び図９で示す照明装置のスポット径よりも大きい。どの程度大きくするかは、液晶レンズ１００に形成される発散レンズの強度によって制御することが出来る。すなわち、液晶レンズ１００によれば、光スポットの大きさを容易に制御することが出来る。

図１１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１１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１１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１２は四角錐反射体３０の斜視図である。図６、図７、図８等では、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１２のような支柱３１を配置するスペースが存在する。

図１３は、液晶レンズ１００の原理を示す断面図である。図１３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１３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１３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１３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１３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１４はこのレンズ構成を示す分解斜視図である。図１４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１４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１４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１５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１５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１５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１５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１４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１６は、液晶レンズ１１０の詳細断面図である。図１６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１７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１７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１７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１６、図１７の例は、第１電極１１２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１６及び図１７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１８はこの構成を示す斜視図である。図１８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１９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１９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１９において、ＡＬは配向膜１１３の配向方向を示している。図１９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２０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。

図２１は４角錐反射体と液晶レンズ１００の関係を示す平面図である。図２１の上側の図は、４角錐反射体３０を反射面側から視た平面図である。図２１の下側の図は、液晶レンズ１００の平面図である。図２１では、液晶レンズ１００の領域を、４角錐反射体の反射面I、II、III、IVに合わせて、（１）、（２）、（３）、（４）の領域に分割している。すなわち、４角錐反射体３０の４個の反射体面に液晶レンズ１００のレンズ作用を異ならせることによって、４個の反射面からの光スポットの形状を変えることが出来る。

図２２はこのような構成を可能とする本発明による照明装置の平面図である。図２２において、液晶レンズ１００は４角錐反射体３０の反射面に合わせて、図２１に示すような４個の領域に分割されている。図２２は、図２１における領域（２）のみに、発散レンズを形成し、他の領域には、レンズ作用を形成しない場合の平面図である。図２２において、ｘ方向右側に出射する光のスポットが他の方向に出射する光のスポット径よりも大きくなっている。

図２３は、図２２のＢ－Ｂ断面図である。図２３において、４角錐反射体３０の左側の反射面で反射した光は、コリメート光として出射される。４角錐反射体３０の右側の反射面で反射した光は、液晶レンズ１００の作用を受けて発散をしながら、ｘ方向右側に出射する。すなわち、図２３において、照明装置の左右において、異なった径の光スポットを得ることが出来る。

図２１に示す液晶レンズ１００の４個の領域（１）、（２）、（３）、（４）のすべてについて異なったレンズ作用を形成すれば、４方向全てについて異なった光スポットを得ることが出来る。図２４はこれを示す平面図である。図２４では、ｘ－ｙ平面上では、Ｂ方向とＣ方向が液晶レンズ１００によって拡散作用を受けている。図２４は、ｘ－ｙ平面なので、z方向の形状は記載されていないが、図２３等で説明したように、ｚ方向にも、スポット径を変化させることが出来る。

図２５は、図２４のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに示す方向における光スポットの形状を示す例である。Ａは液晶レンズ１００の作用を受けていない、コリメート光である。Ｂは液晶レンズ１００によって、拡散作用を受けた場合である。Ｃは液晶レンズ１００によって、横方向（図２４のｙ方向）にのみ拡散作用を受けた場合である。Ｄは液晶レンズ１００によって、縦方向（図２４のｚ方向）にのみ拡散作用を受けた場合である。

このように、図２１の領域（１）、（２）、（３）、（４）のレンズ作用を変えることによって各方向の光スポットの形状を変えることが出来るが、このような液晶レンズは、図１６に示すような液晶レンズでは構成することが出来ない。このような液晶レンズは、図２６乃至図２８に示すように液晶要素１５３をマトリクス状に配置することによって実現することが出来る。

すなわち、マトリクス配置であれば、マトリクス状に配置した多数のレンズ要素に印加する電圧（具体的には、信号線電圧と走査線電圧）を制御することによって、任意の作用を有する液晶レンズを構成することが出来る。図２６において、点線の対角線は架空の線であるが、これによって、図２１に示す領域（１）、（２）、（３）、（４）が仕切られる。

図２６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２６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２７はレンズ要素１５３の平面図である。図２７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２８は、液晶レンズの断面図である。図２８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２６乃至２８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、縮小させることが出来る。

液晶レンズ１００の分割方法、及び、マトリクスのパターニング方法は、種々の方法をとることが出来るが、４角錐反射体３０の配置との関係で規定される場合もある。その一つは、図２９及び図３０に示す配置である。この配置は、図３０に示すように、液晶レンズ１００を矩形の４個の領域に分割し、これに合うように、４角錐反射体３０を配置するものである。この配置は、液晶レンズ１００の分割が分かりやすいという利点はあるが、液晶レンズ１００及びファンネル型反射体１０と、４角錐反射体３０が整列しないという問題がある。すなわち、製品としてコンパクトに纏めることが難しいという問題がある。

これに対して、図３１及び図３２では、液晶レンズ１００を対角方向に分割し、４個の3角形の領域を形成するように構成し、これに合わせて４角錐反射体３０を配置する構成としている。この構成は、液晶レンズ１００及びファンネル型反射体１０と、４角錐反射体３０を整列させることが出来る、すなわち、液晶レンズ１００の辺と４角錐反射体３０の辺を平行にすることが出来るという利点を有している。

液晶レンズ１００を４個の３角形に分割するといっても、走査線と信号線のレイアウトを変える必要はない。走査電圧と信号電圧の印加方法を変えればよい。したがって、製品としてまとめることを考慮すると、図３１と図３２の組み合わせが、より合理的と考えられる。

図３３及び図３４は、液晶レンズ１００の他の配線パターン及び分割方法を示す平面図である。図３３及び図３４では、走査線１５１が対角線と平行に形成され、信号線１５２が走査線１５１と交差する方向の対角線と平行に形成されている。液晶レンズ１００が形成するレンズの形状によっては、このような配線の構成が適する場合がある。図３３は、液晶レンズ１００を４個の矩形の領域に分割したものであり、図３４は、液晶レンズ１００を対角線によって、４個の３角形の領域に分割したものである。図３３の場合における液晶レンズ１００と４角錐反射体３０の組み合わせは図２９のようになり、図３４の場合における液晶レンズ１００と４角錐反射体３０の組み合わせは図３１のようになる。

以上の説明では、４角錐反射体を使用して、光を屈曲および分割している構成である。しかし、本発明は、これに限らず、３角錐反射体、あるいは、５角錐以上の多角錐反射体を使用する場合にも適用することが出来る。この場合の液晶レンズの分割方法、パターニング方法、液晶レンズと３角錐を含む多角錐反射体の配置方法等は、実施例１及び２で説明した、４角錐反射体３０の場合を応用すればよい。

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、 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、 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

Claims (8)

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、
   前記第１の反射体の前記第２の孔を覆って液晶レンズが配置し、
   底面と、３個以上の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液晶レンズ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、
   前記液晶レンズは、前記複数の傾斜面に対応してレンズを構成することが可能であ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. 前記液晶レンズは、液晶分子を配光させることが出来る複数のレンズ要素がマトリクス状に形成されてい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、走査線が第１の方向に延在し、信号線が走査線と信号線と交差する第２の方向に延在し、前記走査線と前記信号線に囲まれた領域に液晶要素が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記液晶レンズは、４枚の液晶レンズパネルが重なって構成されてい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の方向と前記第２の方向のなす角度は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。
7. 前記液晶レンズは矩形であり、対角線によって、３角形である４個の領域に分割可能であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
8. 前記４角錐は平面で視て第１の辺を持つ矩形であり、前記液晶レンズは第２の辺を持つ矩形であり、前記４角錐の前記第１の辺は、前記液晶レンズの前記第２の辺と平行であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。

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