JP2003519896A - 照明装置 - Google Patents

照明装置

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Abstract

(57)【要約】 像投写用照明装置は、光放出窓（２）を有するハウジング（１）を具える。ハウジング（１）は光源（３）と、この光源（３）から生じる光を長手軸線（５）に沿って指向させる光学系（４）と、長手軸線（５）に対し直角に配置される像形成面（６）とを収容する。本発明によれば、前記光源をＬＥＤ（３）とし、光学系（４）が、ＬＥＤ（３）から生じる光を平行化するコリメータ素子（１４）を有する。好ましくは、照明装置が、動作中少なくとも５ルーメンの光束を有する１つのみのＬＥＤを具えるようにする。ハウジングは、コリメータ素子（１４）から生じる平行化された光を像形成面（６）上に集束させる集束レンズ（１５）と、像形成面（６）の像を投写する投写レンズ（７、７′）とをも有するようにするのが好ましい。コリメータ素子の一部分が全内面反射を呈するようにするのが好ましい。本発明による照明装置はコンパクト且つ軽量で、エネルギー消費量及び維持費が少なくて済む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、光放出窓を有し、光源と、この光源により発生さすべき放射を長手
軸線に沿って指向させる光学系とを収容するハウジングと、 光ビーム内で前記長手軸線に対し垂直に配置さすべき像形成面と を具え、光ビームにより像を投写する照明装置に関するものである。
【０００２】 このような照明装置自体は既知である。これらの照明装置は、特にステージ照
明のような劇場照明において、特にステージ、スクリーン、背景又は背景幕上に
像又はシルエットを投写するために用いられる。これらの照明装置の他の適用に
は、見込み客の注意を引くために、ロゴや文やその他の像をビルディングの前面
又は例えばシヨーウィンドウの前の路面上に投写することが含まれる。ハウジン
グに可動ミラーを設けることにより、一般に動的な効果が得られる。更に、上述
した照明装置は一般に、ＧＯＢＯとも称される複数の像形成面を有する。他の例
では、これらのＧＯＢＯは回転可能な透明シート上に装着され、その都度異なる
ＧＯＢＯが照明装置により結像される。
【０００３】 劇場照明として用いられるいわゆる光パターン発生器は、欧州特許出願公開第
0253081号明細書から既知であり、この場合ハロゲンランプ又はメタルハライド
ランプが光源として用いられている。光源から生じる光は反射器を用いて平行光
ビームに変えられ、レンズにより像形成面上に集束される。次に、この像形成面
が対応する像に形成される。
【０００４】 上述した種類の照明装置には重大な欠点がある。これらはしばしば大型で、比
較的重く、比較的高価である。更に、これらの照明装置の場合、例えば、ランプ
を規則的に配置する必要がある点で、維持費が比較的多く必要となる。
【０００５】 本発明の目的は、上述した欠点を回避することにある。本発明の目的は特に、
エネルギー消費量及び維持費を比較的低くすると同時に、構成を簡単且つ廉価に
した、頭書に記載した種類の照明装置を提供せんとするにある。
【０００６】 この目的を達成するために、本発明による照明装置では、前記光源が少なくと
も１つの発光ダイオードを有し、前記光学系が光ビームを平行化するコリメータ
素子を有していることを特徴とする。
【０００７】 発光ダイオード（ＬＥＤ）の寿命は６００００時間を超え、これは既知の照明
装置に用いられているハロゲンランプ又はメタルハライドランプの寿命よりも著
しく長い。更に、発光ダイオードのエネルギー消費量は比較的低い（ランプのエ
ネルギー消費量が５０〜２００ワットであるのに対し約１ワットである）。
【０００８】 電気光学素子とも称されるオプトエレクトロニク素子、例えば、発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）のようなエレクトロルミネッセンス素子を光源として用いることに
より、光学的な効率の高い照明装置が得られる。この要因及びその他の要因の結
果、発光ダイオードを用いることにより照明装置のエネルギー消費量及び寸法が
減少するも、これに比例して光出力は減少しない。
【０００９】 複数の発光ダイオードを用いる場合には、これらをアレイに配置し、各ＬＥＤ
に１つのコリメータ素子を関連させる。他の例では、照明装置が複数のコリメー
タ素子と関連する複数の発光ダイオードを有し、異なる色の種々の像を順次に又
は同時に投写しうるようにする。１つ以上のＬＥＤを１つのコリメータ素子と関
連させることができる。その結果、ＬＥＤを用いることにより、動的な照明を行
なうことができるという更なる利点が得られる。異なる種類のＬＥＤを組合せる
か、異なる色のＬＥＤを用いるか、これらの双方を行なう場合には、色を所望通
りに混合させることができ、しかも例えば、いわゆるカラーホィールを用いる必
要なく、色を変えることができる。これを達成させるために、本発明による照明
装置の好適例は、ＬＥＤの光束を変える制御電子装置を具える。この手段によれ
ば、所望のカラー効果を達成しうる。ＬＥＤを適切に組合せることにより、白色
光を得ることもでき、制御電子装置を用いて、照明装置の動作中一定に維持され
る所望の色温度を設定することができる。この手段を用いることにより、光束の
調光を達成することができる。制御電子装置は通常、ハウジング内に収容されて
いることに注意すべきである。しかし、原理的には、制御電子装置をハウジング
の外部に設けることができる。
【００１０】 既知の照明装置の他の欠点は、照明装置の動作中に、使用する光源が特に赤外
線（ＩＲ）放射の形態で比較的多くの熱を放出するということである。更に、こ
のような光源は比較的多くのＵＶ放射を発生する。その結果、照明装置内の光学
部品に対し合成樹脂を用いることができないということが分った。合成樹脂より
成る光学系の部品はＵＶ放射による影響の下で劣化するか、又はＩＲ放射による
影響の下で溶融するか、又はこれらの双方が生じることを確かめた。従って、既
知の照明装置における光学系はガラスから成っている。ＬＥＤは放射熱及びＵＶ
光の双方又はいずれか一方をガス放電ランプ又はハロゲンランプよりもそれ程発
生しない為、本発明による照明装置では、光源により発生される放射を指向させ
るのに用いる光学系の部品に対し合成樹脂を用いることができるようになる。発
光ダイオードの温度は、既知の照明装置におけるランプの温度よりも著しく低い
（後者の温度が約２００℃であるのに対し、前者の温度は約５０℃である）。更
に、照明装置のハウジング内の光路を光源に適合させることができる。更に、こ
の適合に必要な寸法上の精度を有する合成樹脂の光学部品を、ガラス部品に比べ
て比較的容易に且つ廉価に製造しうる。この点で、ポリメチルメタクリレート（
ＰＭＭＡ）又はポリカーボネート（ＰＣ）の光学系を用いて満足な結果が達成さ
れる。
【００１１】 発光ダイオードを囲むコリメータ素子を用いることにより、既知の照明装置に
おけるような反射器を用いないで済む。コリメータ素子は更に、動作中発光ダイ
オードにより放出される光を平行光ビームにする。コリメータ素子では、好まし
くは、光の反射及び全内面反射の双方を行なわしめ、これにより既知の照明装置
で反射器上に設けられているような反射性被膜を設けないで済むようになる。
【００１２】 本発明による照明装置はコンパクトで且つ軽量であり、そのエネルギー消費量
及び維持費が少なくて済む。
【００１３】 本発明による照明装置の例では、前記光源が単一の発光ダイオードより成り、
その光束が動作中少なくとも５ルーメンであることを特徴とする。
【００１４】 単一のＬＥＤを用いることによる利点は、照明装置が極めてコンパクトになる
ということである。現在、いわゆる高効率で高出力のＬＥＤが市販されている。
１つのＬＥＤ当りの光束は少なくとも１０ルーメンとし、好ましくは３０ルーメ
ンよりも高くする。これらの高出力ＬＥＤを用いることにより、極めてコンパク
トなハウジングを有する照明装置を製造しうるようになる。
【００１５】 本発明の照明装置の好適例では、ＬＥＤをメタルコアのプリント回路板上に装
着することを特徴とする。ＬＥＤをこのようなメタルコアのプリント回路板（Ｍ
Ｃ‐ＰＣＢ）上に設けると、ＬＥＤにより発生される熱を熱伝導によりＰＣＢを
介して容易に消散させることができる。単一のＬＥＤのみを有する光源を具える
照明装置の場合、ＭＣ‐ＰＣＢを使用する必要はない。
【００１６】 本発明による照明装置の好適例では、前記ハウジングが金属から形成され、こ
のハウジングに冷却用フィンが設けられ、金属コアのプリント回路板が、熱伝導
接続部を介して金属ハウジングと接触していることを特徴とする。このような熱
伝導接続部は、金属ハウジングに連結された金属プレート上にＭＣ‐ＰＣＢを装
着することにより形成するのが好ましい。本例では、ＬＥＤ内に発生された熱を
（熱）伝導により、ＭＣ‐ＰＣＢ及び金属プレートを介してハウジング及び冷却
用フィンに消散させることができ、従って、熱は外部に消散される。この場合、
既知の照明装置と相違して、熱を消散させるための強制的な空気冷却が不必要と
なる。光源として用いるＬＥＤは、ハロゲンランプ又はメタルハライドランプを
用いた既知の照明装置における光源のようには、熱を放出しない。ＬＥＤから生
じる熱は熱伝導により消散される。
【００１７】 本発明の照明装置の好適例では、前記光学系が更に、平行化された光ビームを
像形成面上に集束させる集束レンズを有しているようにする。本発明の照明装置
の好適例では、前記コリメータ素子と、前記集束レンズとが相俟って、全体的に
一体化されているようにする。このようにすることにより、照明装置が更にコン
パクトになる。照明装置の変形例では、集束レンズをフレネルレンズとなるよう
に構成する。集束レンズはＰＭＭＡ又はＰＣのような合成樹脂を以て構成し、所
望の光学的なフレネル構造が射出成形により得られるようにするのが好ましい。
【００１８】 本発明の好適例では、照明装置が、像形成面の像を投写する投写レンズをも有
するようにする。投写レンズは、好ましくは、フレネルレンズとなるように構成
する。これにより、照明装置を一層コンパクトにする。このようなフレネルレン
ズは合成樹脂、例えば、ＰＭＭＡ又はＰＣから造るのが好ましい。レンズ誤差を
回避するには、投写レンズを非球面レンズとなるように構成するのが好ましい。
変形例では、投写レンズが、画質を高める（レンズ誤差を補正する）回折構造を
有するようにする。
【００１９】 本発明の上述した観点及びその他の観点は以下の実施例に関する説明から明ら
かとなるであろう。 図面は線図的なものであって、実際のものに正比例させて描いていない。図面
では、可能な限り同様な部分に同じ符号を付した。 図１は、光ビームにより像を投写する本発明による照明装置の線図的斜視図で
ある。この照明装置はハウジング１を有し、このハウジング１に対して移動しう
る調整部材７１内に光放出窓２が設けられている。この照明装置は、動作中、長
手軸線５に沿って光ビームを放出する。ハウジングには冷却用フィン１１が設け
られており、このハウジングは、本例では３本の可撓性脚部２１、２１′上に置
かれている支持体２０により支持されている。この照明装置には、それ自体既知
の、例えば、型番Ｅ１４又はＥ２７の口金を設けるか、又はこの照明装置をこの
口金で懸垂することもできる。
【００２０】 図２Ａは、図１に示す本発明による照明装置を、その一部を断面図とし他の一
部を斜視図として示す線図である。ハウジング１には冷却用フィン１１が設けら
れ、このハウジングは可撓性脚部２１、２１′上に置かれた支持体２０により支
持されている。ハウジング１には、更に、電気接続ケーブルを通すための孔９が
あけられている。ハウジング１には、ＬＥＤ３を動作させるのに必要な制御電極
（図面を明瞭にするために図示せず）も設けられている。これらの制御電極は、
必要に応じ、ハウジング１の外部に設けることもできる。
【００２１】 ハウジング１は、光源３と、この光源３により発生さすべき放射を長手軸線５
に沿って指向させる光学系４（図２Ｂ参照）とを収容している。ハウジング１は
更に、光ビーム内で長手軸線５に対し直角に配置された像形成面６も収容してい
る。この像形成面６はＧＯＢＯ（演劇及び映画界で用いられる“GO BlackOut ”
の略語）とも称される。ＧＯＢＯは一般に、光を選択的に透過するマスクとして
作用する薄肉の金属シートを以て構成されているか、或いは、像が設けられてい
る（着色）ガラスを以て構成することができる。像形成面６は、光を屈折させる
（ギリシア語“kukaloris ”から生じた）いわゆるクッキー（Cookie）を有する
ようにすることもできる。一般に、照明装置は、回転可能な透明プレート上に装
着された複数のＧＯＢＯを有し、この照明装置はその都度異なるＧＯＢＯを結像
させる。
【００２２】 本発明の手段によれば、光源は、照明装置のハウジング１内に収容された発光
ダイオード３を有する。光学系４は、光ビームを平行にするコリメータ素子１４
を有する。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、光学系（一体化素子）４は平行化機
能と集束機能とを有する。
【００２３】 本発明の照明装置では、従来の照明装置から既知の光源の代りに発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）を用いる為、例えば、広告文と、会社のロゴ及び／又はブランド名
の画像との双方又はいずれか一方のような透明陽画を有する、光学的に透明な合
成樹脂から像形成面を製造するのが好ましい。
【００２４】 図２Ａの例では、ハウジングが１つのＬＥＤ３と、これに関連する１つの像形
成面６とを有する。このようにすることにより、極めてコンパクトな照明装置が
得られる。光放出窓２を含むハウジング１の、長手軸線５に沿って測った長さは
５〜１０cmの範囲内である。既知の照明装置の長さは一般に、３０〜１００cmの
範囲内である。
【００２５】 光出力の高い照明装置を得るためには、ＬＥＤのいわゆるパワーパッケージを
光源として用いることができる。例えば、“Barracuda ”（ヒューレットパッカ
ード社の商品名）型の高効率、高出力ＬＥＤを用いることができる。１つのＬＥ
Ｄ当りの光束は赤色ＬＥＤの場合１０ルーメンであり、緑色ＬＥＤの場合１３ル
ーメンである。これらの高効率、高出力ＬＥＤを用いることにより、所望の比較
的高い光出力に対しＬＥＤの個数を比較的少なくすることができるという特定の
利点が得られる。このことは、製造すべき照明装置の小型化や効率に寄与する。
他の例では、“Prometheus” （ヒューレットパッカード社の商品名）型のＬＥ
Ｄを高効率、高出力ＬＥＤとして用い、この場合、１つのＬＥＤ当りの光束は赤
色ＬＥＤの場合３５ルーメンであり、緑色ＬＥＤの場合３０ルーメンである。１
つ以上の高効率、高出力ＬＥＤを光源として用いることにより、日中でも見やす
い照明装置が得られ、その輝度は既知の照明装置の輝度に匹敵しうる。
【００２６】 ＬＥＤ３は、メタルコアの（金属を芯とした）プリント回路板（ＭＣ‐ＰＣＢ
）１３上に装着するのが好ましい。この金属コアプリント回路板１３は、冷却用
フィン１１が設けられている金属ハウジング１と、熱伝導接続部を介して接触し
ている。このような熱伝導接続部は、ＭＣ‐ＰＣＢ１３を金属ハウジング１に直
接接続するか又は金属プレートを介して接続することにより得るのが好ましい。
ＬＥＤ３内で発生される熱は、ＭＣ‐ＰＣＢ１３を介する（熱）伝導によりハウ
ジング１及び冷却用フィン１１に消散させることができ、この処理では、外界へ
の熱消散が達成される。この場合、既知の照明装置で用いられているような熱消
散のための強制的な空気冷却が不必要となるという利点が得られる。
【００２７】 図２Ａに示す照明装置における光学系４は更に、平行光ビームを像形成面６に
集束させる集束レンズ１５を有する。図２Ａの光学系４を拡大して示す図２Ｂに
示すように、ＬＥＤ３がコリメータ素子１４と組み合わされ、このコリメータ素
子が集束レンズ１５と組み合わされ、これら全体が一体化されている。この一体
化素子４はコリメータ機能と集束機能とを有する。ＬＥＤ３はＭＣ‐ＰＣＢ１３
上に設けられ、光軸２５を有し、動作中光を放出する発光体２１より成る。図２
Ｂに示す例では、ＬＥＤ３の発光体２１に、例えばレンズの形態の光透過性エン
ベロープ２１′が設けられている。コリメータ素子１４と集束レンズ１５とが相
俟って光学系４を形成し、ＬＥＤ３の光軸２５と一致する光軸２５′を有する。
本発明の照明装置の更に他の例では、コリメータ素子を、フレネルレンズ（図３
Ｂ参照）となるように構成する。
【００２８】 図２Ａに示す照明装置は更に、像形成面６の像を投写する投写レンズ７、７′
を有する。図２Ａに示す例では、２つの投写レンズ７、７′、すなわち、ハウジ
ング１に対して固定位置にある第１投写レンズ７と、ハウジング１上に（例えば
らせん運動により）変位自在に設けられた調整部材７１内に装着され、長手軸線
５に沿って移動しうる第２投写レンズ７′とが用いられている。このようにする
ことにより、像形成面６の鮮明な像が得られる。照明装置の他の例では、集束レ
ンズをフレネルレンズとなるように構成する。集束レンズは合成樹脂から形成す
るのが好ましい。
【００２９】 図３Ａは、ＬＥＤ３３と関連するコリメータ素子３４の一実施例を有する当該
ＬＥＤ３３の断面図である。このＬＥＤ３３は光軸３５を有しており、動作中光
を放出する発光体３１を以て構成されている。図３Ａの例においては、ＬＥＤ３
３の発光体３１に、例えばレンズの形態の光透過性エンベロープ３１′が設けら
れている。コリメータ素子３４は、ＬＥＤ３３の光軸３５と一致する光軸３５′
を有する。コリメータ素子３４の形状は、ＬＥＤ３３から生じる光が、光学系に
より、コリメータ素子３４の光軸３５′に対し平行な方向に放出されるように選
択する（コリメータ素子３４を通過する光線は極めて線図的に示してある）。こ
の手段によれば、ＬＥＤ３３の光度が（光軸３５に平行な）順方向で増大する。
この目的のために、コリメータ素子３４の表面３８及び３８′を、ＬＥＤ３３か
ら生じて表面３８に当る光が表面３８′を通過した後にコリメータ素子３４の光
軸３５′に対し平行に延在（屈折）する平行光ビームとなるように湾曲させる。
更に、コリメータ素子３４の表面３９；３９′と、これに関連する表面４０；４
０′とを、ＬＥＤ３３から生じて表面３９；３９′に当る光が表面４０；４０′
に向う方向に完全に反射（全内面反射）され、表面４０；４０′の通過後にコリ
メータ素子３４の光軸３５′に対し平行に延在する平行光ビームとなるように湾
曲させる。この場合、反射性被膜を省略しうる。
【００３０】 図３Ｂは、ＬＥＤ４３と、フレネルレンズ４４となるように構成したコリメー
タ素子とを有する照明装置の他の実施例を示す線図的断面図である。ＬＥＤ４３
は光軸４５を有し、動作中光を放出する発光体４１を以て構成されている。図３
Ｂの例では、ＬＥＤ４３の発光体４１に、例えばレンズの形態の光透過性エンベ
ロープ４１′が設けられている。コリメータ素子４４はＬＥＤ４３の光軸４５と
一致する光軸４５′を有する。本例では、コリメータ素子４４がフレネルレンズ
となるように構成されている為、ＬＥＤ４３から生じる光が光学系を通り、コリ
メータ素子４４の光軸４５′に対し平行な方向で放出される。
【００３１】 当業者にとっては、本発明の範囲内で種々の変更が可能であること明らかであ
る。 本発明の範囲は上述した実施例に限定されず、本発明は上述した特徴事項の各
々で、又これらの任意の組合せで構成しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による照明装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２Ａ】 図１に示す本発明による照明装置を、その一部を断面図とし、他の
一部を斜視図として示す線図である。
【図２Ｂ】 投写レンズと一体化したコリメータ素子の一実施例を有するＬＥＤ
の断面図である。
【図３Ａ】 コリメータ素子の一実施例を有するＬＥＤの断面図である。
【図３Ｂ】 フレネルレンズとなるように構成したコリメータ素子の一実施例を
有するＬＥＤの断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨハネス ペー エム アンセムス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 アントニウス イェー エム ファン ヘ ース オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 セオドラス エフ エム エム マース オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 3K014 AA01 LA01 LB04 3K060 AA01 AA03 AA06 CA01 CD00 CD01 CD08 EA01 5F041 AA33 AA47 DC23 EE16 EE25 FF11

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光放出窓を有し、光源と、この光源により発生さすべき放射を長
    手軸線に沿って指向させる光学系とを収容するハウジングと、 光ビーム内で前記長手軸線に対し垂直に配置さすべき像形成面と を具え、光ビームにより像を投写する照明装置において、 前記光源が少なくとも１つの発光ダイオードを有し、前記光学系が光ビームを
    平行化するコリメータ素子を有していることを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の照明装置において、前記光源が単一の発光ダイ
    オードより成り、その光束が動作中少なくとも５ルーメンであることを特徴とす
    る照明装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の照明装置において、前記コリメータ素子
    の一部分が全内面反射を呈するようになっていることを特徴とする照明装置。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の照明装置において、前記発光ダイオード
    の側とは反対側のコリメータ素子の表面が湾曲していることを特徴とする照明装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の照明装置において、前記光学系が更に、
    平行化された光ビームを像形成面上に集束させる集束レンズを有していることを
    特徴とする照明装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の照明装置において、前記コリメータ素子と、前
    記集束レンズとが相俟って、全体的に一体化されていることを特徴とする照明装
    置。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の照明装置において、前記集束レンズがフレネル
    レンズとなるように構成されていることを特徴とする照明装置。
  8. 【請求項８】 請求項１又は２に記載の照明装置において、この照明装置が、像
    形成面の像を投写する投写レンズを有していることを特徴とする照明装置。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の照明装置において、前記投写レンズが、フレネ
    ルレンズとなるように構成されていることを特徴とする照明装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１又は２に記載の照明装置において、前記発光ダイオー
    ドが、メタルコアのプリント回路板上に装着されていることを特徴とする照明装
    置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の照明装置において、前記ハウジングが金属
    から形成され、このハウジングに冷却用フィンが設けられ、金属コアのプリント
    回路板が、熱伝導接続部を介して金属ハウジングと接触していることを特徴とす
    る照明装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１又は２に記載の照明装置において、この照明装置が、
    発光ダイオードの光束を変える制御電子装置を具えていることを特徴とする照明
    装置。
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