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1. (WO2017033553) ILLUMINATION DEVICE
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明 細 書

発明の名称 照明装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019  

発明の効果

0020   0021   0022  

図面の簡単な説明

0023  

発明を実施するための形態

0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082  

産業上の利用可能性

0083   0084   0085   0086  

符号の説明

0087  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46  

明 細 書

発明の名称 : 照明装置

技術分野

[0001]
 本明細書で開示する技術は、さまざまな光源を再現する照明装置に関する。

背景技術

[0002]
 照明は、夜間など暗い場所で良好な視環境を得る目的で、広く利用されている。例えば、白熱電球、蛍光灯、LED(Light Emitting Diode)などの照明器具が入手可能であり、主要な家電製品として広く利用されている。
[0003]
 また、照明の質が人の精神状態や作業効率などに影響することは、よく知られている。空間のイメージに変化を加える目的で、照明が利用されることも多い。照明技術は、鬱病治療のためのライトセラピー(光療法)などにも応用されている。勿論、特に疾患を抱えていない人にとっても、自由に最適化された照明光は、心地よく魅力的である。今後、製品価格の低下とともに、プログラマブルな照明装置の需要は急速に高まっていくと予想される。
[0004]
 例えば、LED光源からの照射光の色合いを制御する制御装置について提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。また、フィリップス社が提供するhueは、スマートフォンやタブレットなどの情報端末を使ってインターネット経由で操作して、1600万色を超える色彩を再現できるワイヤレス電球システムである。
[0005]
 このように、LED電球などを使用して、光の色調と強度を調整できる照明装置は既に知られている。しかしながら、実際に光の質を決定付けるのは、色調と強度以外にも、光源の位置や数、光の広がり方などその他のさまざまなパラメーターがある。光を自由に最適化し、さまざまな光源を再現するには、より広範なパラメーターを操作することができる照明装置が必要であると考えられる。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 米国特許第8279079号明細書

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 本明細書で開示する技術の目的は、色合いと強度だけでなくより広範なパラメーターを操作可能で、さまざまな光源を再現することができる、優れた照明装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008]
 本明細書で開示する技術は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、
 色合いと強度を調整可能な光源の2次元配列からなる光源部と、
 前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部と、
を具備する照明装置である。
[0009]
 本明細書で開示する技術の第2の側面によれば、第1の側面に係る照明装置の前記光線制御部は、レンチキュール1つにつき複数の前記色合いと強度を調整可能な光源が対応するように配置したレンチキュラー・レンズからなる。
[0010]
 本明細書で開示する技術の第3の側面によれば、第2の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズは、正面方向から傾いた照射方向を持つ。
[0011]
 本明細書で開示する技術の第4の側面によれば、第2の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズは、方向毎に異なる出射角を持つ。
[0012]
 本明細書で開示する技術の第5の側面によれば、第2の側面に係る照明装置の前記光源部は、液晶パネルと、前記液晶パネルを背面から照射する光源からなる。
[0013]
 本明細書で開示する技術の第6の側面によれば、第5の側面に係る照明装置の前記光源部は、前記レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限するルーバーをさらに備えている。
[0014]
 本明細書で開示する技術の第7の側面によれば、第1の側面に係る照明装置の前記光源部は、発光ダイオード素子からなる。あるいは、本明細書で開示する技術の第8の側面によれば、第1の側面に係る照明装置の前記光源部は、有機EL素子からなる。
[0015]
 本明細書で開示する技術の第9の側面によれば、第2の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、側面に不透明部を備えている。
[0016]
 本明細書で開示する技術の第10の側面によれば、第9の側面に係る照明装置の前記不透明部は、隣接するレンチキュールに対応する前記色合いと強度を調整可能な光源からの光を遮るように構成されている。
[0017]
 本明細書で開示する技術の第11の側面によれば、第1の側面に係る照明装置の前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、離間して配置されている。
[0018]
 本明細書で開示する技術の第12の側面によれば、第1の側面に係る照明装置は、前記光源部の駆動を制御する制御部をさらに備えている。
[0019]
 また、本明細書で開示する技術の第13の側面は、それぞれ側面に不透明部が形成されたレンチキュールを具備するレンチキュラー・レンズである。

発明の効果

[0020]
 本明細書で開示する技術によれば、色合いと強度だけでなくより広範なパラメーターを操作可能で、さまざまな光源を再現することができる、優れた装置を提供することができる。
[0021]
 なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。
[0022]
 本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

[0023]
[図1] 図1は、本明細書で開示する技術を適用した照明装置100の構成例を模式的に示した図である。
[図2] 図2は、光源部10の構成例を示した図である。
[図3] 図3は、光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の平面図を示した図である。
[図4] 図4は、レンチキュラー・レンズ21におけるレンチキュールの他の配置例を示した図である。
[図5] 図5は、光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の断面を示した図である。
[図6] 図6は、1つのレンチキュールから出射される光線の方向を示した図である。
[図7] 図7は、図5に示した照明装置を異なる方向から見たときに観察される色を示した図である。
[図8] 図8は、レンチキュラー・レンズ21の出射角の外から観測したときに色がリピートする様子を示した図である。
[図9] 図9は、図5に示した照明装置を出射角の外から見たときに観察される色がリピートする様子を示した図である。
[図10] 図10は、照明装置100で正面方向にのみ光を照射する様子を示した図である。
[図11] 図11は、照明装置100の正面以外でも光がリピートする様子を示した図である。
[図12] 図12は、改良されたレンチキュラー・レンズ21の構成例示した図である。
[図13] 図13は、改良したレンチキュラー・レンズの出射角の外から観測したときに色がリピートしない様子を示した図である。
[図14] 図14は、レンチキュラー・レンズを改良した照明装置を出射角の外から見たときに観察される色がリピートしない様子を示した図である。
[図15] 図15は、レンチキュラー・レンズを改良した照明装置でスポットライトのような光を再現する様子を示した図である。
[図16] 図16は、照明装置100で(光の色を変えた)光源を再現した例を示した図である。
[図17] 図17は、照明装置100で(光の色を変えた)光源を再現した例を示した図である。
[図18] 図18は、照明装置100で(光の色を変えた)光源を再現した例を示した図である。
[図19] 図19は、照明装置100で光源(1台のスポットライト)を再現した例を示した図である。
[図20] 図20は、照明装置100で光源(複数台のスポットライト)を再現した例を示した図である。
[図21] 図21は、照明装置100で光源(シャンデリアのような装飾的な照明器具からの光)を再現した例を示した図である。
[図22] 図22は、照明装置100で自然光(木洩れ日)を再現した例を示した図である。
[図23] 図23は、照明装置100で自然光(薄明光線)を再現した例を示した図である。
[図24] 図24は、出射角を広くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。
[図25] 図25は、出射角を狭くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。
[図26] 図26は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図27] 図27は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図28] 図28は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図29] 図29は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図30] 図30は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図31] 図31は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図32] 図32は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図33] 図33は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図34] 図34は、レンチキュラー・レンズからの光の照射角度を説明するための図である。
[図35] 図35は、レンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。
[図36] 図36は、レンチキュラー・レンズの構成例を示した図である。
[図37] 図37は、液晶セルを利用した場合の光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の基本的な構成例を示した図である。
[図38] 図38は、仕切りが形成されたレンチキュールを配置して構成されるレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示した図である。
[図39] 図39は、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズの断面を示した図である。
[図40] 図40は、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示した図である。
[図41] 図41は、隣接画素からの入射光に起因するクロストークの問題を説明するための図である。
[図42] 図42は、レンチキュラー・レンズ21の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の構成例を示した図である。
[図43] 図43は、バックライト12の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の構成例を示した図である。
[図44] 図44は、自然光を光源に利用した照明装置100を天窓のように屋内に設置している様子を示した図である。
[図45] 図45は、自然光を光源に利用した照明装置100の適用例を示した図である。
[図46] 図46は、自然光を光源に利用した照明装置100の適用例を示した図である。

発明を実施するための形態

[0024]
 以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
[0025]
A.装置構成
 図1には、本明細書で開示する技術を適用した照明装置100の構成例を模式的に示している。図示の照明装置100は、光源部10と、光源部10の照射面に重畳された光線制御部20と、光源部10の駆動を制御する制御部30と、ユーザーが操作するユーザー・インターフェース(UI)部40を備えている。
[0026]
 光源部10は、色合いと強度を調整可能な無数の色合いと強度を調整可能な光源の2次元配列からなる。また、光線制御部20は、光源部10から出射される光の配光を制御する。
[0027]
 光源制御部20は、例えば、複数のレンチキュール(拡大レンズ)のアレイからなるレンチキュラー・レンズで構成される。本実施形態では、1つのレンチキュールは、円柱の片方の端面に凸面(球面又は非球面)のレンズが形成されたマイクロレンズである。そして、レンチキュール1つにつき複数の色合いと強度を調整可能な光源が対応するように各レンチキュールが配置され、照射光の方向を制御するようになっている。したがって、光源部10とレンチキュラー・レンズの組み合わせによって、光源の位置や数、光の広がり方などその他のさまざまなパラメーターを調整することが可能となる。あるいは、光線制御部20を液晶レンズで構成することもでき、この場合、印加電圧を調整することにより見かけ上の液晶の屈折率を変化させることにより、配光を動的に切り替えることができる。
[0028]
 光源部10は、例えば図2に示すように、液晶パネル11とバックライト12の組み合わせで構成することができる。液晶パネル11は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各成分の光を透過させるカラー・フィルターを含み、背面から照射されるバックライト12の光を部分的に透過させたり遮ったりして、画素毎の色合いや強度を制御することができる。液晶パネル11は、偏光方向が直交する偏光板で液晶を挟んだ構造からなる、一般的なものでよい。液晶パネル11の構造は周知なので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、液晶パネル11の照射面(表示面)側に、レンチキュラー・レンズ21を重畳する。
[0029]
 液晶パネル11とバックライト12の組み合わせは、コンピューターのディスプレイやテレビ受像機として用いられる液晶表示ディスプレイと、構造上類似する点もある。しかしながら、本実施形態に係る照明装置100は、映像の表示目的ではなく照明目的で使用されることに依拠する構造上の相違点もある。例えば、バックライト12には、明るい視環境を得るべく、高出力の光源を用いるものとする(例えば、輝度8500cd/m 2、全光束20ルーメンのLEDチップを1500個程度用いて、バックライト12を構成する)。
[0030]
 図37には、液晶セルを利用した場合の光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の基本的な構成例を示している。
[0031]
 バックライト12は、点光源が2次元アレイ状に配列された光源3711と、各点光源の照射光を拡散する拡散板3712と、拡散光を正面方向に向ける2層のプリズム・レンズ3713と、二重反射と光の屈折率を利用して光線を集約させ輝度を上昇させる反射型偏光フィルム(DBEF:Dual Brightness Enhancement Film)3714からなる。
[0032]
 また、液晶パネル11は、偏光方向が直交するように配設された裏面側及び表面側の各偏光板3721及び3723で液晶3722の両面を挟んだ構造からなる。液晶3722は、実際にはTFTアレイ、配向膜、共通電極、カラー・フィルターなどからなる多層基板の両面をガラス基板で挟んだ構造からなるが、図37では簡素化のため図示を省略している。
[0033]
 レンチキュラー・レンズ21は、レンチキュールの2次元配列からなり、光源部10からの光線制御を行なう。レンチキュラー・レンズの詳細については後述に譲る。
[0034]
 なお、液晶パネル11とバックライト12の組み合わせに代えて、高輝度出力が可能な有機EL(Electroluminescent)素子や発光ダイオード素子といった自発光素子などその他のデバイスを光源部10に用いてもよい。
[0035]
 UI部40は、例えばスマートフォンやタブレット、パーソナル・コンピューター(PC)などの情報端末や、制御部30に備えられた操作パネルなどで構成される。ユーザーは、UI部40を通じて、所望する(すなわち、照明装置100が再現することを希望する)光源を指定することができる。照明装置100が再現できる光源として、スポットライトやシャンデリアなどの照明機器の他、木洩れ日や薄明光線といった自然光を挙げることができる(後述)。
[0036]
 制御部30は、上記のUI部40からの命令を受け付ける命令受付部31と、再現したい光源に応じて光源部10の発光を制御する発光制御部32を備えている。
[0037]
 図3には、光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の平面図を示している。但し、液晶パネル11におけるR、G、Bの色配列は図示に限定されないものとする。例えば、ベイヤー配列(単位配列の2×2画素中で2画素をG画素として対角に配置し、他の2画素をR画素及びB画素とする)であってもよい。図示の例では、各1画素は、R、G、Bの3色からなり、色合いと強度を調整可能な光源を構成している。そして、各レンチキュールの下に複数の画素を含むように、レンチキュラー・レンズ21のサイズと配置を決めることによって、レンチキュール1つにつき複数の色合いと強度を調整可能な光源が対応し、各光源の照射光の出射方向がレンチキュールによって制御可能な状態となっている。図3では簡素化して描いているが、1つのレンチキュールは、例えば20×20画素をカバーするサイズである。
[0038]
 図3に示した例では、レンチキュラー・レンズ21は、正方形をなす格子状にレンチキュールを配置する正方配置を採用しているが、レンチキュールの配置はこれに限定されるものではない。レンチキュールの充填率が高くなる他の配置方法を採用して、光線制御の粒度をより細かくするようにしてもよい。図4には、レンチキュラー・レンズ21におけるレンチキュールの他の配置例を示している。図4に示す例では、1行毎にレンチキュールの配置を半ピッチずつずらして、隣接するレンチキュールの中心がデルタ形状(三角形)をなすようにレンチキュールを配置するデルタ配置を採用して、レンチキュールの充填率を上げている。いずれのレンチキュール配置であっても、各レンチキュールの下に複数の色合いと強度を調整可能な光源を含むように、レンチキュラー・レンズ21のサイズと配置を決めることとする。
[0039]
 図5には、光源部10及びレンチキュラー・レンズ21からなる照明装置の断面を示している。但し、図面の簡素化のため、各レンチキュールの下には、複数の色合いと強度を調整可能な光源として、紙面水平方向に液晶パネル11の3画素がそれぞれ置かれているものとして描いた。
[0040]
 レンチキュラー・レンズ21は、例えばアクリルやPET(Polyethylene Terephthalate)、PP(PolyproPylene)などの材質からなり、例えば3Dプリントで製作することができ、あるいは射出成形などの成形技術を用いて量産することができる。1つのレンチキュールは、円柱の片方の端面に凸面(球面又は非球面)のレンズが形成されたマイクロレンズである。各レンチキュールは、円柱の高さ、表面の凸面の形状(曲率)、物質の屈折率、下方の画素との相対位置になどに応じて、各画素からの出射光の光線制御を行なう。
[0041]
 図6には、1つのレンチキュールから出射される光線の方向を図解している。ある1つのレンチキュールに下方に配置された3画素が左から順に赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光をそれぞれ発してレンチキュールの底面に入射している場合、図6(A)に示すように、レンチキュールの右上方には、赤色の光線601が出射する。また、図6(B)に示すように、正面方向には緑色の光線602が出射し、図6(C)に示すように、左上方には青色の光線603が出射する。
[0042]
 図7には、図5に示した照明装置を異なる方向から見たときに観察される色を図解している。但し、各レンチキュールの下方に配置された3画素はそれぞれ、図6に示したように、左から順に赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を照射し、照明装置としては赤色の光線を右方に出射し、緑色の光線を正面方向に出射し、青色の光線を左方に出射しているものとする。したがって、照明装置を左方701から見ると青色を観察し、正面702から見ると緑色を観察し、右方703から見ると赤色を観察することになる。
[0043]
 各レンチキュールから出射される光の色合いと強度は液晶パネル11で制御することができ、各光線の出射方向はレンチキュールで制御することができる。したがって、本実施形態に係る照明装置100によれば、色合いと強度の他に、光線方向などのパラメーターを制御できるので、さまざまな光源を再現することができる。ここで言う光源は、現実の光源(太陽光を始めとする自然光など)と、架空の光源(スポットライト、シャンデリアなど)を含む、広範囲の光源を含むものとする。
[0044]
B.レンチキュラー・レンズの構成例
 本実施形態に係る照明装置100において、レンチキュラー・レンズ21は、光源部10からの光線制御を行なう役割を果たす。レンチキュラー・レンズは、円柱の片方の端面に凸面(球面又は非球面)のレンズが形成されたマイクロレンズであるが、円柱の高さ、表面の凸面の形状(曲率)、物質の屈折率、下方の画素との相対位置になどに応じて出射角を決定することができる。
[0045]
 図24には、レンズの高さを低く、凸面の曲率を小さくして、出射角を広くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示している。また、図25には、レンズの高さを高く、凸面の曲率を大きくして、出射角を狭くしたレンチキュラー・レンズの構成例を示している。
[0046]
 また、左右対称的(若しくは、回転対称)なレンチキュールからなるレンチキュラ―レンズを使用する照明装置10は、図26に示すように、出射角の中心はほぼ正面を向き、左右対称的な照射角度からなる光2601が照射される。ところが、図27に示すように、照明装置10が壁際に設置されている場合には、壁方向に光が照射される必要はなく、言い換えれば、照射光2601のうち壁に照射された成分は無駄になる。
[0047]
 壁際に設置された照明装置100においては、図28に示すように、出射角が部屋の内側を向くように光2801の照射角度を変えた方が、同じ光量で室内をより明るくすることができ効率的である。光の照射方向は、レンチキュラー・レンズの形状によって制御することが可能である。図29には、一方向に傾きを持たせたレンチキュールで構成されるレンチキュラー・レンズを用いて、光の照射方向を傾けた様子を示している。また、図30には、中心からずれたレンズ(凸部)を持つレンチキュールからなるレンチキュラー・レンズを用いて、光の照射方向を傾けた様子を示している。例えば、図29や図30に示すようなレンチキュラー・レンズを適用することで、照明装置100は、図28に示すように、出射角が部屋の内側を向くように光2801の照射角度を変えることができる。
[0048]
 なお、図31に示すように、逆に出射角が部屋の壁側を向くように光3101の照射角度を変えた照明装置100を用いることで、壁を照らした間接照明を実現することもできる。
[0049]
 また、細長い廊下のような空間においては、照明装置100の照射角度が360度回りに均一であると、廊下の幅方向には壁を照射する成分が多くなる一方、廊下の長さ方向には端から端まで照射光が行き渡らず暗い箇所が生じてしまう。そこで、図32に示すように、照明装置100が設置される空間(部屋)の形状を考慮して、壁間の距離が短いx方向には照射光3201の出射角を狭く、壁間の距離が長いy方向には照射光3201の出射角を広く設定する方が、空間全体を効率的に明るくすることができる。
[0050]
 図33には、x方向とy方向で出射角が異なるレンチキュラー・レンズの構成例を示している。一般的なレンチキュールは円柱の上面に凸レンズが形成された形状をなす。これに対し、図33に示すレンチキュール3301は、x方向で、円柱の中心部分のみを切り出した形状をなしている。図34には、図33に示すレンチキュール3301のx方向並びにy方向の出射角をそれぞれ示している。レンチキュール3301は、x方向には中心部分のみが切り出され、その両端が切り取られた分だけ出射角が狭くなっている。したがって、照明装置100としては、x方向には狭い範囲に光を照射することになる。一方、レンチキュール3301は、y方向には元のレンズ形状のままなので、出射角が狭くなることはなく、x方向よりも広い出射角を持つ。したがって、照明装置100としては、y方向には広い範囲に光を照射することになる。
[0051]
 なお、図33に示すような、方向毎に出射角が異なるレンチキュラー・レンズにおいても、図35に示すように各レンチキュールを正方配置する構成例と、図36に示すように各レンチキュールをデルタ配置する構成例が挙げられる。
[0052]
C.クロストークの問題について
 図6~図7を参照して説明したように、レンチキュラー・レンズ21の出射角内では、適切に光線制御された光を観察することができる。ところが、レンチキュラー・レンズ21の出射角の外から観察すると、隣のレンチキュールの下にある画素からの出射光が観測されるため、色がリピートするという問題がある。図8に示す例では、各レンチキュールの下方に配置された3画素はそれぞれ、左から順に赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を照射している(図6と同様)。ここで、あるレンチキュール812からの出射光を出射角の外から観察したときには、右隣のレンチキュール811の下にある画素から出射した赤色の光線801が、レンチキュール812にも入射するというクロストークのために、出射角の左側で繰り返し観測される。同様に、左隣のレンチキュール813の下にある画素から出射した青色の光線803が、レンチキュール812にも入射するというクロストークのために、出射角の右側で繰り返し観測される。
[0053]
 図7には、照明装置100を出射角内の方向から見たときに観察される色を示したが、左から順に、青色、緑色、赤色が観察される。これに対し、照明装置100をさらに出射角の外から見たときには、図9に示すように、出射角の右側の外では青色、緑色、赤色…が繰り返し観察され、出射角の左側の外では、赤色、緑色、青色…が繰り返し観測されることになる。
[0054]
 出射角の外から照明装置100を眺めたときに、観察される色がリピートすることによる問題点について、図10並びに図11を参照しながら説明する。照明装置100のある領域で正面方向にのみ光を照射してスポットライトのような光源を再現したいときには、その領域内の各レンチキュールの下に配置された画素のうち真ん中だけから光を照射させればよい。ところが、隣のレンチキュールの下の画素からの照射光1112、1113が入り込むこと、すなわちクロストークにより、図11に示すように、正面方向の光1101だけでなく、出射角の外にも光1102、1103が照射されると、スポットライトのような効果を得ることはできない。
[0055]
 図12には、出射角の外で光が観測されないように(すなわち、リピートを防ぐように)改良されたレンチキュラー・レンズ21の構成例を示している。1つのレンチキュールは、円柱の片方の端面に凸面(球面又は非球面)のレンズが形成されたマイクロレンズである(前述)。図12に示す例では、各レンチキュールの円柱部分の外周には、光を透過しない(不透明若しくは遮光性の)仕切り1201が形成されている。隣のレンチキュールの下にある画素からの出射光は、この仕切り1201によって遮られ、クロストークがなくなることから、リピート、すなわち、隣のレンチキュールの下にある画素から出射した光線が出射角の外側で繰り返し観測されるという現象はなくなる。この結果、照明装置100は、光源の位置や数、光の広がり方などのパラメーターを正確に調整することが可能となり、さまざまな光源をよりリアルに再現することができるようになる。
[0056]
 図13に示す例では、各レンチキュールの下方に配置された3画素はそれぞれ、左から順に赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を照射している(図8と同様)。ここで、あるレンチキュール1312からの出射光を出射角の外から観察したときには、右隣のレンチキュール1311の下にある画素から出射した赤色の光線(図中、点線で示す)801は仕切り1201Rで遮られるため、クロストークがなくなり、出射角の左側で繰り返し観測されることはない。同様に、左隣のレンチキュール1313の下にある画素から出射した青色の光線(図中、点線で示す)803は仕切り1201Lで遮られるため、クロストークがなくなり、出射角の右側で繰り返し観測されることはない。
[0057]
 図14に示すように、照明装置100を出射角内の方向から見たときには、左から順に、青色、緑色、赤色が観察されるが、隣のレンチキュールの下の画素から照射された光の色は仕切り1201で遮られるため、出射角の外側で画像が繰り返し観測されることはない。
[0058]
 図38には、仕切りが形成されたレンチキュールを配置して構成されるレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示している。同図ではレンチキュールをデルタ配置した構成例を示しているが、正方配置にしても同様にクロストークを解消することができる。
[0059]
 また、図39には、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズの断面構成を示している。また、図40には、各レンチキュールを離間して配置したレンチキュラー・レンズを上面から眺めた様子を示している。図39並びに図40に示すように各レンチキュールを離間して配置すると、隣のレンチキュールの側面から漏れた光が入り込みにくくなるので、クロストークを抑制することができる。同図ではレンチキュールをデルタ配置した構成例を示しているが、正方配置にしても同様にクロストークを抑制することができる。また、レンチキュールを離間して配置する場合も、各レンチキュールの側面に不透明若しくは遮光性の仕切りを形成することにより、クロストークを抑制する効果をさらに高めることができる。
[0060]
 クロストークの原因は、図8や図11に示したように、隣接するレンチキュールからの侵入光に限定されない。例えば図41に示すように、隣のレンチキュールに入射すべき画素からの光が入射することによっても、クロストークが発生する。液晶パネル11は、液晶4101の両面を、(例えば、700ミクロン程度の)厚みのあるガラス基板4102及び4103で挟んだ構造である。したがって、液晶4101とレンチキュラー・レンズ21間が離間しているため、参照番号4110で示すように、隣のレンチキュールに入射すべき画素からの光が大きな入射角で入射し易くなり、このような隣接画素からの入射光によりクロストークが発生する。
[0061]
 隣接画素からの入射光によるクロストークを抑制する方法として、レンチキュラー・レンズへの入射光の入射角を制限することが挙げられる。例えば、レンチキュラー・レンズより手前に、無数のルーバーを緻密に平行配置したルーバー層を配置して、レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限して、隣接画素からの入射光を取り除くようにすることができる。
[0062]
 図42には、レンチキュラー・レンズ21の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の構成例を示している。
[0063]
 表面の偏光板3723とレンチキュラー・レンズ21の間の任意の場所にルーバー層4201を配設することができるが、図示のようにレンチキュラー・レンズ21に直近に配設すると、入射角を制限する効果が大きい。また、ルーバー層4201の前後に粘着剤3724が入る場合がある。ルーバー層を1枚挿入するとx又はy方位のいずれかの指向性を制御することができる。ルーバーの配列をクロスにして2枚のルーバー層を挿入すると、全方位の指向性を制御することができるが、透過率が下がり、照明光が暗くなる。
[0064]
 また、図43には、バックライト12の近傍にルーバー層を配置した場合の光源部10及びレンチキュラー・レンズ21の構成例を示している。
[0065]
 裏面の偏光板3721と光源3711の間の任意の場所にルーバー層4301を配設することができるが、図示のように裏面の偏光板3721に直近に配設すると、入射角を制限する効果が大きい。ルーバー層を1枚挿入するとx又はy方位のいずれかの指向性を制御することができる。ルーバーの配列をクロスにして2枚のルーバー層を挿入すると、全方位の指向性を制御することができるが、透過率が下がり、照明光が暗くなる。
[0066]
 図15には、クロストークの問題を解決したレンチキュラー・レンズ21(図12を参照のこと)を用いた照明装置100のある領域で正面方向にのみ光を照射して、スポットライトのような光を再現する様子を示している。各レンチキュールの側面に仕切り1201を設けたことから、隣のレンチキュールの下の画素からの照射光が入り込むこと(図11を参照のこと)はなくなるので、スポットライトのような効果を得ることができる。
[0067]
D.照明装置の適用例
 本実施形態に係る照明装置100を、例えば部屋の天井に設置して使用することができる。また、設置場所は天井に限らず、部屋の壁面や床であってもよい。
[0068]
 例えば、照明装置100を部屋の天井に設置する場合、天井の中央ではなく壁寄りに設置してもよい。壁寄りに設置する場合、使用するレンチキュラー・レンズの形状を変更することによって、部屋の内側を照射するようにしたり(図28を参照のこと)、逆に壁を照らして間接照明にしたりするように(図31を参照のこと)、構成することができる。
[0069]
 また、照明装置100を細長い廊下のような空間で利用する場合には、使用するレンチキュラー・レンズの形状を変更することによって(図33を参照のこと)、壁間の距離が短いx方向には出射角を狭く、壁間の距離が長いy方向には出射角、を広く設定して、空間全体を効率的に明るくするようにすることができる(図32を参照のこと)。
[0070]
 また、本実施形態に係る照明装置100を、部屋の天井に設置して、図16~図18に示すように、光の色を変化させることができる。
[0071]
 また、本実施形態に係る照明装置100を、部屋の天井に設置して、図19に示すように、1台のスポットライトの光を再現することができる。さらに、図20に示すように、複数台のスポットライトの光を再現することもできる。
[0072]
 また、本実施形態に係る照明装置100を、部屋の天井に設置して、図21に示すように、シャンデリアのような装飾的な照明器具の光を再現することもできる。
[0073]
 また、本実施形態に係る照明装置100を、部屋の天井に設置して、図22に示すような木洩れ日や、図23に示すような、雲の切れ間から洩れる薄明光線といった自然光を再現することができる。
[0074]
 このように、本実施形態に係る照明装置100によれば、光源部10とレンチキュラー・レンズ21の組み合わせによって、光源の位置や数、光の広がり方などその他のさまざまなパラメーターを調整することが可能であり(前述)、現実の光源(太陽光を始めとする自然光など)と、架空の光源(スポットライト、シャンデリアなど)を含む、広範囲の光源をよりリアルに再現することができる。当業界では、さまざまな光源を高度に再現する技術のことを、インテグラル・イメージング、プログラマブル・ライティング、インテグラル・イルミネーションとも呼ぶ。
[0075]
 照明装置100が、さまざまな光源を再現するための処理手順について説明しておく。
[0076]
 照明装置100において再現したい光源に関する情報が、UI部40を通じて入力される。
[0077]
 発光制御部32は、その所望する光源を形成するための、レンチキュラー・レンズ21の各レンチキュールから出射する光の方向と、色合い及び強度を、光線追跡などの手法に基づいて計算する。
[0078]
 そして、発光制御部32は、各レンチキュールから出射する光の方向と、色合い及び強度を実現するための、レンチキュールの下の液晶パネル11の制御信号を計算し、この制御信号に基づいて液晶パネル11の駆動を制御する。
[0079]
E.照明装置の変形例
 図2などでは、液晶パネル11とバックライト12の組み合わせからなる光源部10を用いた照明装置100の構成例や適用例について示してきた。変形例として、バックライト12に代えて、太陽光などの自然光を光源に利用して、液晶パネル11とレンチキュラー・レンズなどの光線制御部20によって室内に取り込まれる自然光の色合いや強度、配光を制御することが考えられる。
[0080]
 図44には、自然光を光源に利用した照明装置100(の光線制御部20及び光源部10)を、天窓のように屋内に設置している様子を示している。図44では照明装置100を簡素化して描いているが、室内を向く面に光線制御部20が配置され、その外側に液晶パネル11が配置されているものとする。
[0081]
 通常は、太陽光や月光などの自然光、街灯などの人工光を含む外光が、天窓を介して室内を照射する。これに対し、図44に示した照明装置100の場合、液晶パネル11によるシャッター動作により、室内を照射する外光の色合いや強度を制御することができ、光線制御部20によって配光を制御することができる。例えば、光線制御部20を液晶レンズで構成することにより、配光を電気的、動的に切り替えることができる。但し、図44では、光線制御部20にて配光を変えず、太陽光をそのまま室内に取り込んでいる状態を示している。
[0082]
 例えば、夏の暑い日などには、図45に示すように、太陽光が床面を照射せず壁や天井を照射するように配光を切り替えて、間接照明として利用するようにしてもよい。逆に日の入らない冬場などには、図46に示すように、太陽光が床面を直接照射するように配光を切り替えて、部屋が暖かくなるようにすることができる。

産業上の利用可能性

[0083]
 以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
[0084]
 本明細書で開示する技術を適用した照明装置は、例えば部屋の天井や壁面、床などに設置して使用することができる。本明細書で開示する技術を適用した照明装置は、単純に色合いや強度を調整できるだけでなく光線制御を行なうもでき、スポットライトやシャンデリアといった照明器具の人工光や、木洩れ日や薄明光線といった自然光など、さまざまな光源をリアルに再現することができる。
[0085]
 要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
[0086]
 なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
(1)色合いと強度を調整可能な光源の2次元配列からなる光源部と、
 前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部と、
を具備する照明装置。
(2)前記光線制御部は、レンチキュール1つにつき複数の前記色合いと強度を調整可能な光源が対応するように配置したレンチキュラー・レンズからなる、
上記(1)に記載の照明装置。
(3)前記レンチキュラー・レンズは、正面方向から傾いた照射方向を持つ、
請求項2に記載の照明装置。
(3-1)前記レンチキュラー・レンズは、所定の方向に傾いたレンチキュールからなる、
上記(3)に記載の照明装置。
(3-2)前記レンチキュラー・レンズは、中心からずれたレンズを持つレンチキュールからなる、
上記(3)に記載の照明装置。
(4)前記レンチキュラー・レンズは、方向毎に異なる出射角を持つ、
請求項2に記載の照明装置。
(4-1)前記レンチキュラー・レンズは、一方向で中心部分のみが切り取られたレンチキュールからなる、
上記(4)に記載の照明装置。
(5)前記光源部は、液晶パネルと、前記液晶パネルを背面から照射する光源からなる、
上記(2)に記載の照明装置。
(6)前記光源部は、前記レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限するルーバーをさらに備える、
上記(5)に記載の照明装置。
(6-1)前記ルーバーは、前記レンチキュラー・レンズの近くに設置される、
上記(6)に記載の照明装置。
(6-2)前記ルーバーは、前記液晶パネルの裏面近くに設置される、
上記(6)に記載の照明装置。
(7)前記光源部は、発光ダイオード素子からなる、
上記(1)に記載の照明装置。
(8)前記光源部は、有機EL素子からなる、
上記(1)に記載の照明装置。
(9)前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、側面に不透明部を備える、
上記(2)に記載の照明装置。
(10)前記不透明部は、隣接するレンチキュールに対応する前記色合いと強度を調整可能な光源からの光を遮る、
上記(9)に記載の照明装置。
(11)前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、離間して配置される、
上記(1)に記載の照明装置。
(12)前記光源部の駆動を制御する制御部をさらに備える、
上記(1)に記載の照明装置。
(13)それぞれ側面に不透明部が形成されたレンチキュールを具備するレンチキュラー・レンズ。

符号の説明

[0087]
 100…照明装置
 10…光源部、11…液晶パネル、12…バックライト
 20…光線制御部、21…レンチキュラー・レンズ
 30…制御部、31…命令受付部、32…発光制御部
 40…ユーザー・インターフェース部
 3711…光源、3712…拡散板、3713…プリズム・レンズ
 3714…反射型偏光フィルム、3721…偏光板(裏面側)
 3722…液晶、3723…偏光板(表面側)、3724…粘着剤
 4201、4301…ルーバー層

請求の範囲

[請求項1]
 色合いと強度を調整可能な光源の2次元配列からなる光源部と、
 前記色合いと強度を調整可能な光源の照射方向を制御する光線制御部と、
を具備する照明装置。
[請求項2]
 前記光線制御部は、レンチキュール1つにつき複数の前記色合いと強度を調整可能な光源が対応するように配置したレンチキュラー・レンズからなる、
請求項1に記載の照明装置。
[請求項3]
 前記レンチキュラー・レンズは、正面方向から傾いた照射方向を持つ、
請求項2に記載の照明装置。
[請求項4]
 前記レンチキュラー・レンズは、方向毎に異なる出射角を持つ、
請求項2に記載の照明装置。
[請求項5]
 前記光源部は、液晶パネルと、前記液晶パネルを背面から照射する光源からなる、
請求項2に記載の照明装置。
[請求項6]
 前記光源部は、前記レンチキュラー・レンズへの入射光を所定値以下の入射角に制限するルーバーをさらに備える、
請求項5に記載の照明装置。
[請求項7]
 前記光源部は、発光ダイオード素子からなる、
請求項1に記載の照明装置。
[請求項8]
 前記光源部は、有機EL素子からなる、
請求項1に記載の照明装置。
[請求項9]
 前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、側面に不透明部を備える、
請求項2に記載の照明装置。
[請求項10]
 前記不透明部は、隣接するレンチキュールに対応する前記色合いと強度を調整可能な光源からの光を遮る、
請求項9に記載の照明装置。
[請求項11]
 前記レンチキュラー・レンズの各レンチキュールは、離間して配置される、
請求項1に記載の照明装置。
[請求項12]
 前記光源部の駆動を制御する制御部をさらに備える、
請求項1に記載の照明装置。
[請求項13]
 それぞれ側面に不透明部が形成されたレンチキュールを具備するレンチキュラー・レンズ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]

[ 図 26]

[ 図 27]

[ 図 28]

[ 図 29]

[ 図 30]

[ 図 31]

[ 図 32]

[ 図 33]

[ 図 34]

[ 図 35]

[ 図 36]

[ 図 37]

[ 図 38]

[ 図 39]

[ 図 40]

[ 図 41]

[ 図 42]

[ 図 43]

[ 図 44]

[ 図 45]

[ 図 46]