JP2004327113A - 照明装置および照明用レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光源から発せられる光を前方に照射する照明装置において、２枚のレンズにより光の明るさむらを抑えながら照射範囲を変化させる照明用レンズを提供する、および２枚のレンズで光の明るさむらを抑えながら照射範囲を変化させられる照明装置を提供する。
【解決手段】光源側から順に変倍のための正の屈折力を持つレンズ４５、負の屈折力を持つレンズ４８の２枚のレンズにより構成し、レンズ４５は光源側の面が非球面形状となる両凸のプラスチックレンズ、レンズ４８は両凹のプラスチックレンズとする。また照明装置において、発光ダイオードを光源とし、光源の前方に光源側から順に、光を入射する面が非球面形状を持ち変倍のための正の屈折力を持つ両凸のプラスチックレンズ４５、変倍のための負の屈折力を持つ両凹のプラスチックレンズ４８を備え、前記２枚のレンズのうち１枚のレンズを光軸方向に移動可能として取りつける。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を前方に照射する照明装置において、光の明るさむらを抑え、かつ照射範囲を変化させる機能を有する照明用レンズ、および光を前方に照射する照明装置特に懐中電灯などの携帯型の照明装置において、照射範囲を変化させることのできる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、照明装置、特に懐中電灯などに見られる携帯型の照明装置において、当該照明装置より放射された光が明るさむらを生じることが問題となっており、光の強度分布の均一化を果たそうと種々の方法が考えられてきた。また、照明装置により照射される範囲が照明装置と被照射部までの距離によってのみ変化する照明装置では、照射角が一定であり照射範囲を変えられないため不都合であり、使用者が照明装置を使用する状況に応じて臨機応変に照射範囲を変化させられる機能を有する照明装置も考えられてきた。
【０００３】
照射範囲を状況に応じて変化させる機能を持たせたライトとして、例えば（１）光源より後方および側方に放射された光を主として前方に反射させる凹面鏡を備え、光源あるいは凹面鏡を光軸方向に動かすことで照射範囲を変化させるもの（例えば、特許文献１）、（２）光源を装着した反射鏡が通過可能な開口を有する集光フレンネルレンズと、それらの前方に側に配された別の集光フレンネルレンズとを有し、光源および反射鏡を照射光軸方向に移動させるもの（例えば、特許文献２参照）、（３）光源の前方に集光レンズを設け、この集光レンズを着脱可能とし、集光レンズの有無により照射範囲を変化させるもの（例えば、特許文献３参照）、等の手段が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−５７５０１号公報
【特許文献２】
特開平６−１６０９４７号公報
【特許文献３】
実開昭６３−１０６００１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
照明装置、特に懐中電灯などに見られる携帯型の照明装置では、使用目的に応じて機器の使用者が自由に照射範囲を選択できること、照射された光において明るさむらの少ないことが望まれるが、前記（１）の構成では照射範囲を変えることはできるが、凹面鏡により反射された光のうち、光源を形成するガラスを通過する光がガラスの影響を受けて屈折し、照射光において模様のような光むらが発生してしまう。（２）の構成においては照射される範囲を連続的に変化させることが可能であり、すべての光束を利用できるという長所を持っている反面、懐中電灯のような照明装置に用いるには明るさむらを抑える必要がある。また前記（３）の構成では照射範囲の切り替えはレンズの取り付け、取り外しによって行われるため、使用者の選択肢を増やすには選択肢の数だけレンズを準備する必要があった。また照射範囲を切り替える際にはレンズを着脱させる面倒があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、照明装置において照射範囲を変化させ、なおかつ明るさむらを抑制した照明用レンズ、および前記照明用レンズの特徴を兼ね備えた携帯型の照明装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するため、本発明の請求項１記載の照明装置は、光源より放射される光を前方に照射し、電池を電源とする携帯型照明装置において、光源の前方に変倍のための２枚のレンズからなる投射レンズを備えており、この２枚のレンズのうちいずれか一方のレンズが光軸方向に移動可能とする構造を有しており、レンズの移動により照射範囲を容易に切り替えられることを特徴とする携帯型の照明装置である。
【０００８】
本発明の請求項２記載の照明用レンズは光源側から順に、正の屈折力をもつ第１レンズと負の屈折力をもつ第２レンズより構成される照明用レンズであって、前記第１レンズは、両凸のレンズ、第２レンズは両凹のレンズから構成されている。この２枚のレンズよりなる照明用レンズは、照明用レンズからある一定の距離離れた地点において、光源上のある断面の像ができるように意図されており、照射された物体は明るく照らし出される。その際、球面収差を抑えるため、第１レンズの光源側の面は非球面形状を有している。また通常、光源において中心部分から離れると中心部分より暗くなってしまい、このままでは照射された光においても中心から離れるに従い暗くなってしまう。そのため、この非球面形状は照射される光の中心部分と周辺部分の明るさを均一化する働きも行なっている。この照明用レンズにおいて、２枚のレンズのうち、第１レンズあるいは第２レンズが光軸方向に動かされ、レンズが移動することで照射範囲を変化させる。例えば、第１レンズを可動とし第２レンズを固定した場合、第１レンズが光源に近づくことで照射される範囲が広がり、第１レンズが光源から離れた場合、すなわち第１レンズが第２レンズに近づいたときに照射範囲が狭まる。照明用レンズはガラスレンズにより製作することも可能であるが、ガラスレンズに比べ相対的に安価に製作するには、プラスチックレンズを用いるほうが価格的に有利となる。
【０００９】
また、本発明の請求項３記載の照明装置では、請求項１記載の照明装置において投射レンズが光源側から順に正の屈折力をもつ第１レンズと負の屈折力をもつ第２レンズより構成されており、第１レンズは両凸のプラスチックレンズ、第２レンズは両凹のプラスチックレンズからなる。また、第１レンズの光源側の面は非球面形状を有している。以上のように本発明の照明装置の投射レンズは請求項２記載の照明用レンズと同じ構成を備えており、請求項２記載の照明用レンズがもつ利点を備えた照明装置を提供できる。また、光源には他の光源と比較して相対的に光源自身がもつ明るさむらの少ない発光ダイオードを用いることによって、照射された光においても明るさむらの少ない光を得ることができる。
【００１０】
また、請求項４記載の照明装置では、請求項３記載の照明装置において、光源側のレンズを移動させる手段として、光源側のレンズを収納する外殻ケースに先端から切り込み孔を形成してあり、レンズあるいはレンズ保持具の光軸に対しておよそ垂直な面に設置された突起が前記切り込み孔を貫通し、前記突起が外郭ケースより突き出た状態となっている。機器の使用者は照明装置の外側へ突き出たこの突起を操作することで、容易にレンズを光軸方向に操作可能となる。また、外郭ケースの先端部には筒状の蓋部を設け固定し、前記突起が外郭ケース先端から脱落することを防止している。前記突起の外郭ケースに接する面に穴をもうけ、穴には凸部をもった部品を取付ける。凸部をもった部品には外郭ケースの突起に接する面を押す向きに力が加わるように、弾性を持ったもの、もしくはばねと組み合わせて使用する。一方外郭ケースの突起が接触する面にはレンズを移動させるときに前記凸部が通過する位置に１箇所以上の凹部を設ける。通常は外郭ケースにより凸部は押されており、突起と凸部を持った部品の相対的な位置は変化しないが、外郭ケースに設けられた前記凹部の位置に前記凸部が位置したときには、凸部を持った部品が突起から突き出る向きへ移動し、凸部が凹部に引っ掛る状態となる。この状態からレンズを動かすと、再び外郭ケースの突起に接触する面により凸部が押されている状態となる。凹部および凸部の位置が合わさった状態からレンズを移動させるためには凸部を凹部の位置からずらすための負荷がかかり、レンズを移動させるために必要な力が大きくなり、特定の位置でレンズを止まりやすくする。このレンズが前記特定の位置に止まりやすくすることで、使用者は自由に照射範囲を選べるだけでなく、あらかじめ定められた特定の照射範囲の倍率を選択しやすくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる携帯型の照明装置について図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１にかかる照明装置の一例を示す断面構成図である。同図において外殻ケース１の内部には電池２が収納されており、レンズ側を前方、スイッチ側を後方としたとき、電池後方には電池接続用の端子３およびスイッチ部４の取り付けられた複数の部品よりなる底蓋部５が取りつけられている。一方、電池の前方には外殻ケース１の長手方向の断面に設けられた壁体６の孔から電池接続端子の働きをするばね７が挿入、取付けられている。また、さらに前方には光源８の取りつけられた基板９、光が後方から漏れることを防ぐ壁体１０が外郭ケース１に固定されている。光源の前方において外郭ケース１内部には前方側から差し込まれるようにして筒体１１が収納されており、さらに筒体１１の内部には、レンズ１２および筒体１３が入っている、レンズ１２は筒体１１および筒体１１に嵌め込まれた筒体１３によって、外郭ケース１の長手方向の向きで挟まれるようにして固定されている。外郭ケース１の最前部には、前方の蓋部として筒体１５が取付けられる。筒体１５の内部には筒体１６が嵌め込まれており、レンズ１４はレンズ１２同様、２個の筒体に外郭ケースの長手方向の向きで挟まれるようにして固定されている。外郭ケース１の外側および筒体１５の内側にはそれぞれねじ部１７が設けられており、筒体１５は外郭ケース１にねじ込まれることによって取付けられる。筒体１５と外郭ケース１の取付け方法がねじ部によるため、このねじを締めることにより２枚のレンズ１２、１４の間隔が狭まり、ネジを緩めることにより２枚のレンズ１２、１４の間隔が広がる。このように、投射レンズを構成する２枚のレンズ１２、１４の間隔を可変とすることで照明装置の照射範囲を変化させることができる。
【００１３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における照明用レンズについて説明する。図２は本発明の実施の形態２にかかる照明用レンズの一例を示す図である。照明用レンズは光源側より順に正の屈折力をもった第１レンズ２２と、負の屈折力をもった両凹の第２レンズ２３により構成されている。
【００１４】
この２枚のレンズから構成される照明用レンズ２５は、第１レンズあるいは第２レンズのうち片方が位置を固定されており、他方は光軸２４方向に移動することで、光源から放射された光の照射される範囲を変化させている。例えば第１レンズが光軸２４方向に移動するとき、図２のように第１レンズが光源に近いときは照射範囲が相対的に広く、図３のように第１レンズが第２レンズに近づいたとき照射範囲は相対的に狭くなる。
【００１５】
また照明用レンズの働きにより、照明用レンズの光源側と反対の照射側領域において、第２レンズより照射側領域へある一定の距離離れた位置に、光源の光軸方向に垂直な方向の一断面の像が作られる。この像が作られる位置は光源から放射される光の量に応じて、また機器の使用される状況を想定して適切な位置となるように選択され、照明用レンズは前記選択された位置に像を作るように選ばれる。
【００１６】
また、全てのレンズ面に球面レンズを用いた場合には、つくられる像の収差が大きくなるため、第１のレンズの光源側の面は非球面形状を有しており、収差を抑制している。
【００１７】
レンズはガラスレンズで作成しても同等の効果をもつ投射レンズを作成できるが、ガラスレンズを用いると高価になるという短所をもつため、プラスチックレンズを用いた方が好ましい。
【００１８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３にかかる携帯型の照明装置について説明する。本発明の実施の形態３にかかる照明装置として、例えば実施の形態１における照明装置において、光源に近い側のレンズ１２に前述の第１レンズ２２を用い、光源に近い側の面が非球面形状となるように配置する。光源から遠い側のレンズ１４には前述の第２レンズ２３を用いる。本実施の形態における照明装置の投射レンズは前述の照明用レンズと同じく、光源の像を前方に作る性質をもっており、光源８の一断面の像を照明装置の前方に作成している。このとき、光源８の断面内において輝度むらがあれば、写し出された像についても断面内の輝度むらに起因して明るさむらが発生するため、光源としては、光源の断面内に輝度むらをもたないことが望まれる。そこで、本発明では光源８に発光ダイオードを適用することで、つくられた像の明るさむら、すなわち、照射された光の明るさむらを抑えている。
【００１９】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４にかかる携帯型の照明装置について図４、図５、図６を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態４にかかる照明装置の一例を示す断面構成図、図５は図４中のＡ方向から見た図である。本実施例では、外郭ケース４１の形状が光源４２から見て照射側において図１中の外郭ケース１と異なり、レンズを移動させる手段が異なっている。
【００２０】
前方部より切り込み孔４３が２ヶ所に設けられた外郭ケース４１の内側には筒体４４が挿入されており、筒体４４の内部には実施の形態２記載の第１レンズに相当するレンズ４５が筒体４４および筒体４６で挟まれるようにして固定されている。筒体４４の外側側面には突起４７が２個設けられており、この突起４７が前記切り込み孔４３を貫通して外郭ケース４２の外側まで突き出ており、この突起４７は切り込み孔４３に沿って移動可能となるともに、突起４７を操作することで筒体４４、４６、レンズ４５が光軸５３方向に移動する。
【００２１】
外郭ケース４１の最前部には実施の形態２記載の第２レンズに相当するレンズ４８が取付けられた筒体４９が固定されており、この筒体４９と筒体４９に嵌め込まれた筒体５０に挟まれるようにしてレンズ４８が固定される。筒体４９はレンズの保持を行なうともに突起４７が切り込み孔４３の前方より外れることを防止している。
【００２２】
また、レンズを特定の位置で止まりやすくするため、切り込み孔４３には凹部５１が設けられ、筒体４４に設けられた突起４７は図６に示すように内部にばね６１および柱体６２が組み込まれるよう穴６３を有している。柱体６２は凸部６４が図５に示す切り込み穴４３の壁面５２側の端面に設けられており、反対側の端面からはばね６１によって常に押されている。柱体６２がばね６２によって押されることによって、柱体６２は突起４７から突き出る向きに力を受けるが、通常、柱体の凸部６４が壁面５２に押さえられることによって、柱体６２は突起４７内部に収納されている。突起４７が操作・スライドされて凸部６４が凹部５１の位置にきたとき、柱体６２が突起４７から突き出て凸部６４が凹部５１に引っ掛かる。この位置から再度突起４７を操作・スライドするときには、凸部６４の凹部５１への引っ掛かりを外す負荷がかかるため、この引っ掛かる状態の位置でレンズが止まり易くなる。本実施例ではレンズを移動させる負荷が大となり、レンズを止めやすくなる位置が１箇所の場合を示したが、切り込み穴に設ける凹部の数を増やすことで、レンズを止めやすくなる位置が増える。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、照射範囲を連続的に変えることのできる照明装置を提供することができ、請求項２記載の照明用レンズによれば、照射位置において光源の像をつくることで、照射された物体を明るく照らしだし、かつ自由に照射範囲を変倍できる照明用レンズを提供することができる。また、請求項３記載の発明によれば、前記照明用レンズ記載の性能をもった照明装置の提供が可能になるとともに、明るさむらの少ない照射光が得られる照明装置を提供できる。請求項４記載の照明装置では、請求項３記載の照明装置において、使用者が容易に照射範囲を変化させられる手段を提供できるとともに、特定の照射角を容易に選択できる照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による照明装置を示す断面図
【図２】実施の形態２による照射範囲が広いときの投射レンズの作用を示す模式図
【図３】実施の形態２による照射範囲が狭いときの投射レンズの作用を示す模式図
【図４】実施の形態４の照明装置を示す断面図
【図５】実施の形態４の側面図
【図６】実施の形態４による特定の位置にレンズを止めやすくするため構造を示す図
【符号の説明】
１、４１ 外郭ケース
２ 電池
３ 電池接続端子
４ スイッチ部
５ 底蓋部
６、１０ 壁体
７、６１ ばね
８、２１、４２ 光源
９ 基板
１１、１３、１５、１６、４４、４６、４９、５０ 筒体
１２、１４、４５、４８ レンズ
１７ ねじ部
２２ 第１レンズ
２３ 第２レンズ
２４、５３ 光軸
２５ 照明用レンズ
４３ 切り込み孔
４７ 突起
５１ 凹部
５２ 壁面
６２ 柱体
６３ 穴
６４ 凸部

Claims (4)

1. 光源から発せられた光を前方に照射し、電源に電池を用いた照明装置において、光源の前方に変倍のための２枚のレンズからなる投射レンズを有し、どちらか一方のレンズが光軸方向に移動可能としたことを特徴とする携帯型の照明装置。
2. 光源側から順に、変倍のための正の屈折力をもつ第１レンズと負の屈折力をもつ第２レンズより構成される照明用レンズであって、前記第１レンズは、光源側の面が非球面形状を有した両凸のプラスチックレンズ、第２レンズは両凹のプラスチックレンズから構成されることを特徴とする照明用レンズ。
3. 請求項１の照明装置において、光源に発光ダイオードを用い、照明装置の具備する２枚のレンズからなる投射レンズが光源側から順に変倍のための正の屈折力をもつ第１レンズと負の屈折力をもつ第２レンズからなり、前記第１レンズは光源側の面が非球面形状を有した両凸のプラスチックレンズ、第２レンズは両凹のプラスチックレンズである携帯型の照明装置。
4. 請求項３記載の携帯型の照明装置において、レンズの保持部材またはレンズそのものの外郭ケースに接する面に突起を設け、前記突起が貫通する切り込み孔を外郭ケースに設け、前記突起が切り込み孔端面に接する面に凸部を設け、切り込み孔に凹部を設けたことを特徴とする携帯型の照明装置。

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