JP2003161701A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置決め精度を確保することができ、保持力
の安定性が良いロッドレンズの保持装置を備えた照明装
置を提供する。 【解決手段】 ロッドレンズ（４）の光軸に対して平行
な第１の側面と、この第１の側面に垂直な、ロッドレン
ズの光軸に対して平行な第２の側面とに接触する第１の
接触部材（５）と、第１の側面と他の側面とが接触する
部分である角部の内、第２の側面側の角部である第１の
角部に対して断面中心対称位置にある第２の角部に接触
する第２の接触部材（６）と、第２の接触部材を第１の
角部の方向に押付けるバネ部材（７）とからなるロッド
レンズの保持装置（２）を備えたことを特徴とする照明
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被照射面で均一な
照度分布を必要とされる照明装置に関し、特に光源から
の光を集光して均一な照度分布を形成するために使用さ
れるロッドレンズを用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被照射面に均一な照度分布を形成するこ
とのできる照明技術は、学術研究や産業界の各分野にお
いて必要とされる重要な技術である。そして、このよう
な照明系を構成する技術としてロッドインテグレータと
呼ばれるロッドレンズを用いた技術が知られている。

【０００３】図７は、ロッドレンズを用いた照明光学系
の構成を示す図である。

【０００４】光源１１から射出された光束１２は所定の
開口角度をもって、矩形断面をもつロッドレンズ４の入
射端面４ａに入射する。入射した光束１２はロッドレン
ズ４の内部で全反射を繰り返した後、出射端面４ｂで均
一な照度分布を形成する。そして出射端面４ｂから出射
された均一な照度分布の光束はリレーレンズ１３によっ
て被照射面１４を均一に照明する。

【０００５】このような構成の照明光学系において出射
端面４ｂで均一な照度分布を確保するためには、ロッド
レンズ４の入射端面４ａと出射端面４ｂの各中心が光軸
中心線上に正しく配置されていることが必要である。し
かしながら、ロッドレンズ４の光軸方向の長さは、照明
光学系の設計によっては５００ｍｍから１０００ｍｍ以
上に及ぶこともあるため、そのような大きさと重量のロ
ッドレンズを何らかの原因によってその位置がずれるこ
となく安定して保持し続けているだけの性能がロッドレ
ンズの保持装置には要求されている。

【０００６】図８は、従来のロッドレンズ保持装置の構
造を示す図である。図８の（１）は保持装置をロッドレ
ンズ４の端面側からみた側面図であり、図８の（２）
は、ロッドレンズ４を保持した状態を示す斜視図であ
る。

【０００７】図において、ベース１は保持装置を所定位
置精度を保って設置するための定盤で、このベース１の
上面には矩形溝が長手方向に形成され、ベース１は凹の
断面形状を有している。そして、この矩形溝の１方の壁
面である基準面３に直方体形状の支持ブロック１５が押
付けられ、矩形溝内の長手方向に複数個（図では２個）
が固設されている。この基準面３は精度良く平面加工が
施されているため、基準面３に押付けて固定されること
で支持ブロック１５の位置決めは高精度に行われる。

【０００８】また、支持ブロック１５には、ベース１の
長手方向と平行に孔１６が穿孔され、その孔１６の内面
にはリング状の接触部材１９が内接されている。そし
て、孔１６の中心線上方には切り欠き部１７が形成され
ており、基準面３と平行な支持ブロック１５の側面の上
部には、この切欠き部１７を貫通して加工されたネジ孔
１８ａとそのネジ孔１８ａに螺合する締め付けネジ１８
ｂが設けられている。

【０００９】矩形のロッドレンズ４は、支持ブロック１
５の孔１６を貫通して配設され、矩形断面の４個所の角
が接触部材１９と接触した状態で支持ブロック１５によ
って保持される。そのとき、締め付けネジ１８ｂを締め
付け方向に回転すると、支持ブロック１５の弾性変形に
よって切り欠き部１７の間隔が小さくなる。接触部材１
９は図示するように一部が切り欠かれたＣ字形状をして
いるため、切り欠き部１７の間隔が小さくなると共に接
触部材１９もその直径が小さくなるように変形させられ
る。接触部材１９はロッドレンズ４の４箇所の角部に押
付けられることで弾性変形し、接触部の摩擦力によって
ロッドレンズ４が固定される。また、接触部材１９はロ
ッドレンズ４に接触して傷をつけてしまわないように樹
脂材料で作られている。

【００１０】このようにしてロッドレンズ４は、接触部
材１９を介して複数の支持ブロック１５によって保持さ
れる。複数の支持ブロック１５はベース１に設けられた
基準面３によって一直線上に配置されるため、ロッドレ
ンズ４は光軸線上に位置決めされた状態となる。尚、ベ
ース１及び矩形溝の長さ、支持ブロック１５の数はロッ
ドレンズ４の長さに応じて適宜決められる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ロッドレンズ４の保持装置ではロッドレンズ４に接触し
たＣ字形状の接触部材１９を間接的に変形させることで
ロッドレンズ４を固定保持しているが、位置決め精度と
保持力の安定性について、解決すべき課題が存してい
た。

【００１２】第１の課題は、位置決め精度を更に向上さ
せることである。接触部材１９がロッドレンズ４と接触
する個所で締め付け時に変形する量はロッドレンズ４の
４箇所の角部で同じ量とは限らない。

【００１３】図９は、締め付け時の接触部材１９の変形
状態、ここでは４箇所の角部が同じ量だけ変形している
状態を示す図である。

【００１４】締め付ネジ１８ｂを締め付けることによっ
て接触部材１９はロッドレンズ４の４つの角部によって
噛み込まれた状態に変形され、これによってロッドレン
ズ４は保持される。しかし、この噛み込み量は、接触部
材１９の局部的な硬度分布、噛み込む際の角度などに影
響されるため、４つの角部の噛み込み量が全て同一であ
るとは限らない。

【００１５】以下に、上述した支持ブロック１５を用い
て２本以上のロッドレンズ４を固定保持する場合に考え
られる課題を、図１０の（１）と（２）を参照して説明
する。

【００１６】詳述すると、長いロッドレンズが必要な場
合、通常考えられるのは、特別に１本の長いロッドレン
ズを製作して用いるか、特別に製作することなく入手で
きる長さのロッドレンズを２本並べて長いロッドレンズ
として使用することが考えられる。

【００１７】ここでは、後者のようにロッドレンズを２
本以上配置しようをした場合、支持ブロック１５は少な
くとも４個以上の必要数をベース１に配置することにな
る。

【００１８】ここで、ロッドレンズ４の４箇所の角部に
よる支持ブロック１５の接触部材１９の変形量が夫々異
なった場合、例えば図１０の（１）や（２）に示すよう
にロッドレンズ４は、各支持ブロック１５において、そ
の中心位置が相互に異なることになるため、ロッドレン
ズ４を全長にわたって光軸線上（一点鎖線）に一致させ
て位置決め配置することは困難となる。

【００１９】また、夫々のロッドレンズ４の接合面は、
図１０の（１）のように夫々端面が一致しないだけでな
く、図１０の（２）のように接合面同士に微妙な角度が
ついて配置されてしまうことが容易に想到される。そし
てこの結果、出射端面が光軸に対して傾きを持ち被照射
面の照度分布が均一でなくなってしまうこととなる。

【００２０】第２の課題は、保持力を常に安定させるこ
とである。前述のようにロッドレンズ４の保持固定力は
接触部材１９の変形による押付け摩擦力によっている
が、接触部材１９はロッドレンズ４の破損を防ぐため樹
脂材料で作られているため、周囲の温度変化や材料自体
の経時変化などによりわずかに収縮することが考えられ
る。そのため、収縮する程度によっては、ロッドレンズ
４との接触部において摩擦力が低下し、安定した保持力
を維持できなくなり、外部からの衝撃や保持装置の姿勢
変化等によってロッドレンズ４が本来の固定位置からず
れてしまう恐れがある。

【００２１】第２の課題は、ロッドレンズ４を水平に保
持する場合には保持力の低下はロッドレンズ４に対して
それほど大きな影響は及ぼさないと思われるが、垂直ま
たは傾斜して保持する場合には、保持力の低下はロッド
レンズ４の脱落、滑落といった事態を引き起こすことが
考えられる。しかしながら、このような事態を避けるた
め、摩擦力を得ようとして接触部材１９を必要以上に変
形させると、前述のようにロッドレンズ４の本来の保持
位置からのずれを引き起こし、場合によってはロッドレ
ンズ４に過度な圧力を加えてしまい破損させかねない恐
れも十分に考えられる。

【００２２】本発明は、係る事情に鑑みてなされたもの
であって、位置決め精度を確保することができ、保持力
の安定性が良いロッドレンズ４の保持装置を備えた照明
装置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
の本発明は、ロッドレンズの光軸に対して平行な第１の
側面とこの第１の側面に垂直なロッドレンズの光軸に対
して平行な第２の側面とに接触する第１の接触部材と、
第１の側面と他の側面とが接触する部分である角部の
内、第２の側面側の角部である第１の角部に対して断面
中心対称位置にある第２の角部に接触する第２の接触部
材と、第２の接触部材を第１の角部の方向に押付けるバ
ネ部材とからなるロッドレンズの保持装置を備えた照明
装置である。

【００２４】ここで、「ロッドレンズの光軸に対して平
行な側面」とは、ロッドレンズの外面であって、ロッド
レンズの断面形状である多角形の１つの辺を一辺とし、
ロッドレンズの長さ（光軸）方向の辺を他の一辺とする
矩形面のことをいう。従って、断面形状がｎ角形のロッ
ドレンズはｎ個の側面をもつことを意味する。

【００２５】そして、側面の「角部」とは、互いに隣接
する側面によって形成される角を含んだ領域、即ち側面
の一辺である長辺の周辺領域をいう。

【００２６】また、「断面中心対称位置」とは、ロッド
レンズの断面形状である多角形の重心点を中心として点
対称な位置をいう。

【００２７】また本発明は、ロッドレンズの光軸に対し
て平行な第１の側面とこの第１の側面に隣接するロッド
レンズの光軸に対して平行な第２の側面とに接触する第
１の接触部材と、第１の側面と第２の側面とが接触する
部分である第１の角部に対して断面中心対称位置にある
第２の角部に接触する第２の接触部材と、第２の接触部
材を第１の角部の方向に押付けるバネ部材とからなるロ
ッドレンズの保持装置を備えた照明装置である。

【００２８】また本発明は、上記記載の発明である照明
装置において、ロッドレンズの第１の側面と接触する第
１の接触部材の面にロッドレンズとの接触面積を小さく
するための溝が形成されている照明装置である。

【００２９】また本発明は、上記記載の発明である照明
装置において、第２の接触部材が第２の角部を構成する
隣接する２つの側面と接触している照明装置である。

【００３０】また本発明は、上記記載の発明である照明
装置において、第１の接触部材がロッドレンズと接触す
る部位のロッドレンズの断面周方向の接触長がそれぞれ
０．２ｍｍ以上で２ｍｍ以下である照明装置である。

【００３１】ここで、「断面周方向の接触長」とは、ロ
ッドレンズと接触部材が理想的に接触した状態の断面図
において、接触部材が接触する部位（接触部）毎のそれ
ぞれの接触長さをいう。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るロッドレン
ズ保持装置の構造を示す図である。図１の（１）は保持
装置をロッドレンズ４の端面側からみた側面図であり、
図１の（２）は、ロッドレンズ４を保持した状態を示す
斜視図である。本図では図８と同一の機能の部分には同
一の符号を付している。

【００３３】図において、ベース１は保持装置を所定位
置精度を保って積載するための定盤で、このベース１の
上面には矩形溝が長手方向に形成され、ベース１は凹の
断面形状を有している。そして、この矩形溝の１方の壁
面である基準面３に支持ブロック２の側面が押付けら
れ、矩形溝内の長手方向に複数個（図では２個）が配設
されている。この基準面３は精度良く平面加工が施され
ているため、基準面３に押付けて固定することで支持ブ
ロック２の位置決めが行われる。

【００３４】支持ブロック２の上面には矩形溝と平行に
矩形形状の切り欠き溝１０が形成され、更にこの切り欠
き溝１０を斜め上方から見込むように固定部８が設けら
れている。そして、切り欠き溝１０の内面にはＬ字形状
のエッジを有する第一接続部材５が内接され図示しない
ネジ等の手段で固定されている。

【００３５】矩形のロッドレンズ４は、第一接触部材５
上に設置され、第一接触部材５には接触部５ａと接触部
５ｂが形成されている。ここで、接触部５ａは矩形断面
のロッドレンズ４の第１の角部に第一接触部材５がＬ字
状のエッジに接触する部位であり、接触部５ｂはロッド
レンズ４の下面接触面の他の角部が第一接触部材５と接
触する部位である。そして、接触部５ａと接触部５ｂは
ベース１の基準面３からの位置寸法が所定の誤差範囲内
になるように管理されている。また、第一接触部材５は
ロッドレンズ４に接触して傷をつけることのないように
少なくともロッドレンズ４と接触する部分は樹脂材料で
作られているものとする。

【００３６】一方、ロッドレンズ４の第１の角部に対し
て断面中心対称位置にある第２の角部には、第二接触部
材６に形成されている後述するＬ字状の接触部６ａが接
触している。第二接触部材６は固定部８に設けられたバ
ネ部材７によって斜め上方からロッドレンズ４の第２の
角部に押付けられており、この結果、第二接触部材６は
ロッドレンズ４を第１の角部に向かう方向に押付ける力
を発生させている。ここで、バネ部材７の押付け力はロ
ッドレンズ４と第二接触部材６との間に摩擦力を発生さ
せると共に、ロッドレンズ４を破損しない程度の所定の
力量となるように構成する。

【００３７】図２は、ロッドレンズ４と接触部材との接
触状態を示す断面図である。

【００３８】ここで、第一接触部材５には、ロッドレン
ズ４の下面と接触する面に溝２０が形成されている。そ
して、第一接触部材５の接触部５ａ、５ｂと第二接触部
材６の接触部６ａのみにおいて接触することで接触部材
とロッドレンズ４の接触面積を小さくするように構成し
ている。これは、接触部材５、６をロッドレンズ４の表
面と同程度の平面度で加工することは困難なため、ロッ
ドレンズ４と接触部材５、６とが接触して擦れ合うこと
などによりロッドレンズ４に傷が付くことを回避するた
めである。

【００３９】従って、図２中に示したロッドレンズ４と
接触部材５、６との接触長ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｙ１、ｙ
２は、接触部材５、６の加工性と前述の傷の発生回避と
必要な摩擦力の確保を考慮すると、０．２〜２ｍｍの範
囲とするのが良く、０．５〜１ｍｍの範囲であることが
望ましい。

【００４０】また、接触部材５、６はロッドレンズ４を
傷つけない点を考慮して樹脂材料を用いるのが望まし
く、ゴムなどの弾性体では変形量が大きくなるため位置
決め精度が低下してしまう。また、第２の接触部材６が
ロッドレンズ４の角部を押すように構成しているのは、
ロッドレンズ４の中央部を押圧する構成と比べてロッド
レンズ４を変形させるような応力を作用させないことを
考慮したためである。

【００４１】このように構成することによって、ロッド
レンズ４は、第一接触部材５に設けられた接触部５ａと
接触部５ｂに接触することでその断面位置を位置決めさ
れる。そして、位置決めされたロッドレンズ４の第２の
角部を第二接触部材６を介してバネ部材７で押付けるこ
とにより、ロッドレンズ４は位置決めされた状態で、第
一接触部材５の接触部５ａ、接触部５ｂには第二接触部
材６による押付け摩擦力が作用して固定保持される。

【００４２】接触部５ａと接触部５ｂはベース１の基準
面３からの位置寸法が所定の誤差範囲内に納まるように
管理されているため、ロッドレンズ４の位置はその全長
にわたって光軸線上に正確に位置決めされる。第二接触
部材６はロッドレンズ４の第１の角部に向かう方向に押
付けられることにより、その押し付け力の分力ベクトル
は接触部５ａと接触部５ｂに分割して作用し、ロッドレ
ンズ４の位置決めを維持することができる。

【００４３】図３は、押し付け力を説明する図である。

【００４４】ここで、第二接触部材６の押し付け力をｆ
とすると、その力は図中で水平と垂直方向の２つの分力
ｆｘとｆｙに分割されて作用する。また、ロッドレンズ
４の重量はロッドレンズ４の重心位置Ｇに垂直方向の力
として作用している。従って、接触部５ａ、５ｂ、６ａ
にはそれぞれの接触面に対して垂直に作用する力によっ
て摩擦力が生じており、この摩擦力によってロッドレン
ズ４が保持される。

【００４５】また、第二接触部材６がロッドレンズ４を
押す力の方向について考察すると、これは図３におい
て、例えば点Ａを支点としてロッドレンズ４が回転しな
いようなモーメントの釣り合いを考えれば良い。従っ
て、ロッドレンズ４を押す力の方向が、重心Ｇに向かう
方向あるいはそれよりも大きな俯角を有する方向となる
ように固定部８を設ければ良いこととなる。

【００４６】また、前述の検討より明らかなように、接
触部６ａの接触面積が小さく摩擦力が小さくても、接触
部５ａ、５ｂによる摩擦力でロッドレンズ４が保持固定
できれば所定の目的を達成することができる。従って、
第二接触部材６の接触部位の断面形状は、図４の（１）
に示すようなＬ字形状でなくとも、図４の（２）に示す
円弧形状、図４の（３）に示す平面形状であっても良
い。

【００４７】また本発明の構成においては、第二接触部
材６をバネ部材７で押付ける形態を採用しているため、
ロッドレンズ４と各接触部との間に発生する摩擦力は常
に一定に保たれ、接触部材の経時変化による変形等によ
って摩擦力が変化することもなく安定した固定保持力で
ロッドレンズ４を保持することができる。

【００４８】このような構成の保持機構では、ロッドレ
ンズ４が光軸方向に長い場合でも上記接触部材５、６を
設けた支持ブロック２を所定の間隔で必要数を配置すれ
ば良い。

【００４９】例えば、一本の長いロッドレンズ４を光軸
上に配置しようとした場合、図５の（１）のように精度
良く平面加工が施された光軸方向に長いベース１の基準
面３に対して等間隔に４個の支持ブロック２を設置し、
その支持ブロック２の接触部材５、６でロッドレンズ４
を保持することで光軸上に長いロッドレンズ４を位置決
め配置することができる。

【００５０】なお、ここでは、１本の長いロッドレンズ
４の保持に４個の支持ブロック２を用いていたが、これ
に限られるものではなく、例えば、３個であっても４個
以上であっても特に限定されるものではない。

【００５１】また、複数のロッドレンズ４を光軸上に直
列配置しようとした場合、図５の（２）のように精度良
く平面加工が施された光軸方向に長いベース１の基準面
３に対して４個の支持ブロック２を各ロッドレンズ４の
両端を保持するように設置し、その支持ブロック２の接
触部材５、６でロッドレンズ４を夫々保持することで、
複数のロッドレンズ４を光軸上にまるで１本のロッドレ
ンズが配置されているかのように位置決め配置すること
ができる。

【００５２】尚、本実施の形態では矩形断面形状のロッ
ドレンズ４を例として説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなくロッドレンズ４の断面形状が６角形
或いは８角形であった場合にも適用することが可能であ
る。図５には、矩形形状以外の他の断面形状を持つロッ
ドレンズの保持方法を示している。本発明はこのように
幅広く適用することが可能である。

【００５３】また、本実施の形態ではベース１に支持ブ
ロック２を固設し、この支持ブロック２上に第一接触部
材５を介してロッドレンズ４を配設しているが、本発明
はこの形態に限定されるものではなく、支持ブロック２
を設けずに、固定部８を備えたベース１上に第一接触部
材５を介してロッドレンズ４を配設するように構成して
も良い。またこれとは逆に、支持ブロック２上に新たな
支持ブロックを設けるなど、支持ブロックを複数段備え
た構成であっても良い。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ッドレンズの全長にわたってその断面位置を光軸線上に
正確に位置決めすることができる。

【００５５】また、ロッドレンズが長い場合、または複
数本を光軸線上に直列配置する場合でも上記の位置決め
作用によって直線性を保つことができる。

【００５６】さらに、バネを用いて押し付けることでロ
ッドレンズと接触部材との間に発生する摩擦力が一定に
保たれるので、接触部材の経時変化等による摩擦力の変
化が発生しない。そのため保持機構内でロッドレンズの
固定位置がずれたり、または押し付け力過大によってロ
ッドレンズが破損することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロッドレンズ保持装置の構造を示
す図。

【図２】ロッドレンズと接触部材との接触状態を示す断
面図。

【図３】押し付け力を説明する図。

【図４】第二接触部材の接触部位の形状を示す図。

【図５】本発明の使用状態を示す図。

【図６】他の断面形状を持つロッドレンズの保持方法を
示す図。

【図７】ロッドレンズを用いた照明光学系の構成を示す
図。

【図８】従来のロッドレンズ保持装置の構造を示す図。

【図９】締め付け時の接触部材の変形状態を示す図。

【図１０】従来のロッドレンズ保持装置の課題を示す
図。

【符号の説明】

１…ベース ２…支持ブロック ３…基準面 ４…ロッドレンズ ５…第一接触部材 ５ａ…接触部 ５ｂ…接触部 ６…第二接触部材 ６ａ…接触部 ７…バネ部材 １０…切り欠き溝 ２０…溝

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照射面で均一な照度分布を得るため
   に、該被照射面と照明光源との間にロッドレンズを介在
   した照明装置において、 前記ロッドレンズの光軸に対して平行な第１の側面と、
   この第１の側面に垂直な、前記ロッドレンズの光軸に対
   して平行な第２の側面とに接触する第１の接触部材と、 前記第１の側面と他の側面とが接触する部分である角部
   の内、前記第２の側面側の角部である第１の角部に対し
   て断面中心対称位置にある第２の角部に接触する第２の
   接触部材と、 前記第２の接触部材を前記第１の角部の方向に押付ける
   バネ部材とからなるロッドレンズの保持装置を備えたこ
   とを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 被照射面で均一な照度分布を得るため
   に、該被照射面と照明光源との間にロッドレンズを介在
   した照明装置において、 前記ロッドレンズの光軸に対して平行な第１の側面と、
   この第１の側面に隣接する前記ロッドレンズの光軸に対
   して平行な第２の側面とに接触する第１の接触部材と、 前記第１の側面と前記第２の側面とが接触する部分であ
   る第１の角部に対して、断面中心対称位置にある第２の
   角部に接触する第２の接触部材と、 前記第２の接触部材を前記第１の角部の方向に押付ける
   バネ部材とからなるロッドレンズの保持装置を備えたこ
   とを特徴とする照明装置。
3. 【請求項３】 前記ロッドレンズの第１の側面と接触す
   る前記第１の接触部材の面に、前記ロッドレンズとの接
   触面積を小さくするための溝が形成されていることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記第２の接触部材が、前記第２の角部
   を構成する隣接する２つの側面と接触していることを特
   徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１の請求項に記
   載の照明装置。
5. 【請求項５】 前記第１の接触部材が前記ロッドレンズ
   と接触する部位の、前記ロッドレンズの断面周方向の接
   触長がそれぞれ０．２ｍｍ以上で２ｍｍ以下であること
   を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１の請求項
   に記載の照明装置。