【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置から発せられる光を光ファイバケーブルを用いて導光し出射させる照明装置であって、特に調光機能を備えたものに関する。このような調光照明装置は、例えば広告用などの看板の照明その他において利用される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、光源装置から発せられる光を、光ファイバケーブルを介して光源装置から離隔した位置へと導いて、その近くに位置する被照明体へと照射する照明装置が使用されている。光源装置の光源としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等のランプが使用される。また、光ファイバケーブルは、例えば数十〜数百本の光ファイバを束ねたものからなり、一方の端面（光入射端面）に光源装置からの光を導入し、導光した光を他方の端面（光出射端面）または側面から出射させる。光ファイバケーブルは、光源装置に１本のみ接続するシングル接続の形態の他に、複数本の光ファイバケーブルの光入射端部を束ねて光源装置に接続し各光ファイバケーブルの光出射端部を個別に配置するようにしたブランチ接続の形態もある。
【０００３】
光ファイバケーブルの光出射端面から出射される光を用いる照明には、美術品照明、陳列商品照明、看板照明等がある。また、被照明体として光出射端面に近接した位置にガラスや透明樹脂にフロストやディンプルなどの加工を施したものを配置し、これらを床面に埋設したり公園などの貯水池中に配置したりして、景観照明または文字や絵を表示したディスプレイとして使用することもある。
【０００４】
光ファイバケーブルの側面からの出射光を利用するものとしては、プールサイドや壁面に這わせて、装飾照明、意匠照明またはディスプレイなどとして利用する形態がある。
【０００５】
ところで、光ファイバケーブルを用いた照明装置では、光源装置と光ファイバケーブルとの間の光通過経路に種々の光制御のための手段を配置することで、照明光の光演出を一層効果的にすることができる。このような光制御手段として複数の着色領域を持つカラー円板を使用することで、カラー演出を行うことができる。また、光制御手段として通過光量を制御する調光装置を用いて、明暗演出を行うことができる。
【０００６】
明るさを調節する調光の方式には、光源自体の明るさを調節する電気調光方式と、光源から発せられる光を部分的に遮光するメカニカル調光方式とがある。電気調光方式は、ランプ電圧を変化させてランプ自身の明るさを変化させるものであり、装置構成が簡単である。しかしながら、電気調光方式は、ランプの色温度が変化し、色調が変化するという難点がある。また、電気調光方式は、使用できる光源ランプの種類が限定され、ハロゲンランプや白熱ランプのようにフィラメント方式のランプでは可能であるが、メタルハライドランプや水銀灯などの放電灯では特殊なものを除いて不可能である。
【０００７】
一方、メカニカル調光方式には、虹彩絞りを用いる方法、ＮＤフィルタを用いる方法、パンチング遮光板を用いる方法などがある。メカニカル調光方式は、光ファイバケーブルに入射される光の色温度が変化しないため、調光によっては出射光の色調に影響を与えないという利点がある。このため、美術品などの照明にも有効に利用でき、また、カラー演出と併用しても明るさ変化による本来の色調変化は少ない。
【０００８】
しかし、虹彩絞りを用いる方法は、単一開口の径のサイズを変化させて光の透過量を加減するもので、光量分布として有効領域内で中心部は明るく周辺部が暗くなるという現象が発生する。従って、特にブランチ接続の場合には、全ての光ファイバケーブルの出射光を均一に調光することが困難となる。これは、ブランチ接続の場合、複数の光ファイバケーブルの光出射端部のそれぞれに対応する光入射端部は光ファイバケーブル束の光入射端面において異なる領域に位置することが多く、虹彩絞りから光入射端面に入射する入射光の強度分布パターンが均一でないことから、各光ファイバケーブルの光出射端部から出射する光量が異なるからである。
【０００９】
また、ＮＤフィルタを用いる方法は、全ての光ファイバケーブルの出射光を均一に調光できる。しかし、ＮＤフィルタは基材としてのガラスやプラスチックに金属膜を蒸着し、可視域の光量を減光するものであるため、数段階の調光を行うには、金属膜の蒸着濃度の異なるものを所望段階分揃える必要があり、高価なものになる。更に、光量を大きく減少させるためには、金属膜を濃く蒸着することが必要であり、透過されない光は吸収され熱エネルギーに変換されて温度が上昇し、最悪の場合にはフィルタが割れることもある。
【００１０】
パンチング遮光板を用いる方法は比較的安価且つ耐熱性良好である。しかしながら、従来のパンチング遮光板を用いる方法では、調光時に僅かではあるが“ちらつき”を生ずることがある。
【００１１】
以上の如き従来技術の問題点に鑑み、本発明は、光ファイバケーブルを用いたメカニカル方式の調光照明装置であって、耐熱性が良好で、ブランチ接続においても全ての光ファイバケーブルについての調光の均一性が良好で、調光変化をスムーズに行うことができ“ちらつき”が発生しないものを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
光源装置と、該光源装置から発せられる光を導光するものであって前記光源装置から発せられる光が入射する光入射端面及び導光した光を出射させる光出射端面を有する光ファイバケーブルと、該光ファイバケーブルからの出射光強度を調節する調光装置とを備えた調光照明装置であって、
前記調光装置は、円板状基材にその周方向に沿って配列された複数の調光度領域を有する調光板と該調光板のそれに直交する回転中心の周りでの回転を駆動する駆動手段とを有しており、前記調光板を回転させることで前記複数の調光度領域が前記光源装置と前記光ファイバケーブルの光入射端面との間の光通過経路に択一的に進入せしめられ、前記複数の調光度領域のうちの少なくとも２つが前記円板状基材に開けられた多数の小穴により所要の調光度を実現しており、
前記光通過経路には前記調光板の調光度領域を通過した光を入射端面から導入しミキシングして出射端面から前記光ファイバケーブルの方へと出射させるミキシングロッドが配置されており、該ミキシングロッドは断面が略正七角形、略正六角形及び略正五角形のいずれかをなす多角柱部を備えていることを特徴とする、光ファイバケーブルを用いた調光照明装置、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記光源装置は光源とそれに付されたリフレクタとを備えている。本発明の一態様においては、前記ミキシングロッドは、前記多角柱部が前記入射端面側に位置しており、前記出射端面側には前記多角柱部に連続して形成された円柱部が位置している。本発明の一態様においては、前記多数の小穴を有する調光度領域において前記小穴は当該調光度領域の中心を通る前記円板状基材の半径方向線分を対称中心線としてその両側に線対称的に配列されている。本発明の一態様においては、複数の前記光ファイバケーブルがそれらの光入射端面側の端部同士を束ねられて配置されており、前記複数の光ファイバケーブルのそれぞれはそれらの光出射面側の端部が個別に配置されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明による調光照明装置の一実施形態の使用状態を示す斜視図であり、図２はその部分斜視図であり、図３はその光学系の主要部を示す図である。
【００１６】
図１に示されているように、本実施形態では、光源装置１と複数の光ファイバケーブル４０とを備えている。個別の光ファイバケーブル４０には、図１において、符号４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，・・・・４ｊが付されている。光ファイバケーブル４０は、直径数ｍｍ以下の光ファイバを例えば数十〜数百本束ねて被覆材で被覆したものからなる。複数の光ファイバケーブル４０を例えば数本〜数十本束ねたものを光ファイバケーブル束４と呼ぶ。本実施形態では、光ファイバケーブル束４はブランチ接続されており、全ての光ファイバケーブルの光入射端部が数十ｃｍの長さにわたって被覆材を剥奪された上で入射端口金４１により纏めて束ねられ、これが光源装置１の受け口金部１５に接続されており、個別の光ファイバケーブルの光出射端部が適宜の間隔を以て壁面からなる被照明体５の下辺部近傍に配置されている。光源装置１は被照明体５から隔てられた位置に配置され、光ファイバケーブル４０の光出射端部から出射した光が被照明体５に照射される。
【００１７】
図２及び図３に示されるように、光源装置１は、光源たるランプ１１、それに付されたリフレクタ（反射鏡）１２、防熱フィルタ１３、ランプ用電源１４、受け口金部１５、調光装置２及びミキシングロッド３を備えている。調光装置２は、調光板２１とそれを回転させる駆動手段２２とからなる。これらは受け口金部１５を除き１つの筐体内に収納されている。
【００１８】
光源ランプ１１としては、特に制限はないが、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ等が使用される。リフレクタ１２は、光源ランプ１１から発せられる光を効率よくミキシングロッド３の光入射端面へと導くのに使用される。
【００１９】
調光板駆動手段２２としてはステッピングモータやシンクロナスモータなどが使用され、該駆動手段２２によりＸＹ面内の調光板２１がＸＹ面に直交する回転中心の周りで回転せしめられ且つ所要の回転角度位置にて停止せしめられる。
【００２０】
ミキシングロッド３は、多角柱部３１と円柱部３２とつば部３３とを有する。つば部３３は光源装置筐体への取り付けの便宜のために形成されている。
【００２１】
図４は調光板２１の一例を示す正面図である。調光板は、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの耐熱性のある金属からなる円板状基材を用いて形成されており、該基材の厚みは例えば０．５〜１．０ｍｍである。図示されるように、調光板２１には中心部に駆動手段２２の駆動回転軸への取り付けのための取り付け穴が形成されており、その周囲に周方向に沿って７等分されて形成された７つの調光度領域「調光１」〜「調光７」が配置されている。これらの調光度領域は、互いに異なる調光度（即ち入射光量に対する通過光量の割合）を持つ。
【００２２】
「調光１」は１００％光透過の素通し部であり、「調光７」は光非透過の遮光部である。「調光２」〜「調光６」は、多数の小穴が開けられて光透過性を付与された部分であり、小穴寸法は「調光２」から「調光６」へと次第に小さくなっている。各調光度領域の開口率は、「調光２」から「調光６」にかけて次第に小さくなっている。本実施形態では、「調光２」〜「調光５」では小穴の形状は菱形であり、「調光６」では小穴の形状は円形である。
【００２３】
「調光２」〜「調光６」のそれぞれにおいて、多数の小穴は、当該領域の調光板半径方向の中心線に関して線対称的に配列されている。これにより、調光板２１を所望の回転角度位置に停止させて所望の調光度領域を光通過経路に配置する際に、該中心線が光通過経路の中心を通るように配置することができ、この場合、全ての光ファイバケーブルでの導光量を均一にすることが一層容易である。
【００２４】
次に、リフレクタ１２付きの光源ランプ１１から照射される光束の分布及び該光束を導光して光ファイバケーブル束４へと出射するミキシングロッド３について説明する。
【００２５】
図５はリフレクタ１２付きの光源ランプ１１の配光特性を示す図である。これは、反射鏡から７０ｍｍ離れた位置に直径１ｍｍで長さ１ｍの光ファイバの入射端を配置し、該光ファイバをＸ方向及びＹ方向にそれぞれ１ｍｍピッチで移動させ、該光ファイバの出射端での照度を照度計で測定したものである。この図から、配光特性は中心部の照度が高く周辺部の照度が低い円錐状になっていることが分かる。この光束の有効径は、一般に最大照度の５０〜３０％以上の領域の直径を指す。
【００２６】
また、光源ランプ１１及びリフレクタ１２からの光には、ランプのフィラメントの形状やリフレクタの形状によって生ずる照度斑がある。更に、調光板２１を通過することでも若干照度斑が大きくなる。照度斑があると、光ファイバケーブル束４に入射する際に各光ファイバへの入射光量が異なることになり、照明の均一性が低下するので、好ましくない。
【００２７】
この照度斑の発生をできるだけ抑えるために、ミキシングロッド３が使用される。図６及び図７はミキシングロッドの機能を説明するための模式図である。ランプとリフレクタにより形成される集束光は、光軸付近を通るメリジオナル光線に近い光線から構成される。そこで、ランプの光軸をミキシングロッドの軸と一致させた場合のメリジオナル光線のミキシングの様子を、種々の断面形状のものにつき示したのが図６である。断面内では、メリジオナル光線は中心から発する光とみなされる。
【００２８】
図６（Ａ）は、断面円形のミキシングロッドの場合を示す。この場合、中心から発せられる光はロッド内面により必ず逆向きに反射せしめられ、中心に戻る。従って、反射光もまたメリジオナル光線である。各光線は、一定の反射モードをなし、このロッドの中を十分長い距離通過してミキシングが行われる結果、ランダムで等方的なメリジオナル光線の集合になったりすると、出射光は光軸からの距離が大きくなるほど強度が小さくなる強度分布の光となる。実際には、入射光は完全なメリジオナル光線ではないため、強度分布は上記とはやや異なるものの、中心部が強く周辺部が弱いパターンを持つ。
【００２９】
図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、それぞれ断面正二十角形及び断面正八角形のミキシングロッドの場合を示す。このように断面が八角形以上の正多角形の場合、中心から発せられる光はロッド内面での反射により逆向きとはならないが、比較的中心に戻る。従って、反射光はもはやメリジオナル光線ではなく、反射の度に角度を変え、ランダムな光になっていく。従って、十分に長いロッドを使用して反射回数を増やせば出射光分布は均一に近づく。正二十角形に比べて正八角形の場合には、反射による拡散の度合いが大きく、比較的短い距離で均一化が進むが、一回の反射では反射光が断面の全体に広がらない（影の部分ができる）ため、周辺に暗い部分ができやすく、このため、ある程度長いロッドが必要になる。
【００３０】
図６（Ｄ）、図６（Ｅ）及び図６（Ｆ）は、それぞれ断面正六角形、断面正方形及び断面正三角形のミキシングロッドの場合を示す。これらの断面が正六角形、正方形及び正三角形の場合、更には断面が正七角形、正五角形及び長方形の場合には、一回の反射で光が断面内で全体に広がる性質を持つので、かなり短い距離で出射光分布の均一度を高めることができる。
【００３１】
一方、図７は、光源ランプの光軸がロッドの軸からずれた場合の入射光線の経路を種々の断面形状のロッドの断面内に投影して見た図である。
【００３２】
図７（Ａ）は、断面正六角形のミキシングロッドの場合を示す。断面正七角形及び断面正五角形の場合も同様である。これらの場合、偏心したことで遠くなった側の内面で反射せしめられた光は断面全体には広がらず、影の部分を生ずる。これにより、短い距離（たとえば長さをＬとし、その断面形状における最長対角線の長さをＤとして、Ｌ／Ｄが３未満）で均一度を向上させることは困難である。
【００３３】
図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、それぞれ断面正方形及び断面正三角形のミキシングロッドの場合を示す。断面長方形の場合も同様である。これらの場合、偏心しても一回の反射で光が断面全体に広がる性質は変わらず、かなり短い距離で均一度を向上させることができる。
【００３４】
図７（Ｄ）は、断面鈍角三角形のミキシングロッドの場合を示す。この場合、偏心した位置によっては特定の側の内面（鈍角を挟む内面）の反射光が影の部分を持つ。これにより、短い距離で均一度を向上させることが難しくなる。
【００３５】
以上のことから、集光性の光源光について、以下のことがわかる：
・多角柱ロッドは均一な出力光を作るミキシング作用を持つ；
・円柱ロッドは中心部が強く周辺部が弱い強度分布（偏心した場合にはリング状の強度分布）を発生させ、均一な出力光を得ることができない。しかし、入射光が均一で、円柱ロッドの長さが短い場合（たとえば直径以下の場合）には、光りの均一性に影響を与えず、そのまま均一な出力光を得ることができる；
・断面が正七角形乃至正六角形乃至正五角形のロッドは、入射集束光がロッドの中心軸に入射する場合には、短いロッドでも高いミキシング効果が得られる；
・断面が正方形状、長方形状、鈍角三角形でない三角形状の場合には、偏心した光に対しても高いミキシング効果が得られる。
【００３６】
以上のことから、断面正三角形状、断面正方形状及び断面長方形状のロッドが最も有利であるが、しかし、リフレクタ付きのランプから出射される光束は断面円形状であり、更に、光ファイバケーブル束の光入射端部は断面円形状の口金による纏め方が最も製作容易であるという事情がある。即ち、光入射効率の点では、断面正方形状及び断面三角形状のロッドは不利であり、またそのまま光ファイバケーブル束の光入射端面と接続すると光量損失が大きいという難点がある。
【００３７】
そこで、ミキシングロッド３を光入射側の多角柱部３１と光出射側の円柱部３２とを含むように構成し、多角柱部３１は断面正五角形、断面正六角形及び断面正七角形のものとし、これを円柱部３２に滑らかに接続した形態となすのが好ましい。そして、多角柱部３１の長さをＬとし、その断面形状における最長対角線の長さをＤとして、Ｌ／Ｄが３以上となるようにすることで、高いミキシング効果が得られる。
【００３８】
光ファイバケーブル４０の光出射端面からの出射光をそのまま被照明体に照射することもできるが、光出射端面に凸レンズなどの光学素子を付設して照射パターンを変えて被照明体へと照射することも可能である。また、光ファイバを撚り加工または照光加工することで、光ファイバケーブル４０の側面から光出射させるようにすることができる。
【００３９】
また、調光と同時または非同時にてカラー演出を行うために、図１に示されているように、光源装置１と光ファイバケーブル束４との間の光通過経路（特に調光板２１とミキシングロッド３との間の領域）にて、複数の着色領域を持つカラー円板７を調光板２１と平行に配置することができる。該カラー円板７は、不図示の回転駆動手段（駆動手段２２と同様なもの）により調光板の回転中心と平行な回転中心の周りで回転せしめられ、更に適宜の回転角度位置にて停止せしめられる。
【００４０】
以下、実施例により本発明を更に説明する。
【００４１】
［実施例１］
図１〜図５に関し説明したような照明装置を製作した。
【００４２】
光ファイバケーブル４０は、プラスチック光ファイバ（三菱レイヨン社製：商品名ＣＫ−３０：光ファイバー径０．７５ｍｍ）を４８本束ね、ポリエチレン製被覆材で被覆した、長さ１０ｍのものである。この光ファイバケーブル４０を１０本用意し、その全ての光入射端部の被覆材を３０ｃｍにわたって剥奪し、これらをランダムに混ぜ合わせて、入射口金４１により纏めて集束した。光入射端面はホットカットして均一に仕上げた。各光ファイバケーブルの光出射端部はパイプ状の口金に入れ、接着剤で接着固定した後、研磨処理した。これらの各光ファイバケーブルの光出射端部を１ｍピッチで床面から被照明体である壁面５に向けて照射するようにした。
【００４３】
光源ランプ１１は、１５０ＷのＣＤＭランプ（セラミック・ディスチャージ・メタルハライド・ランプ）を用い、光ファイバケーブル束４への入射効率を向上させるべくランプ光を集光させるためのリフレクタ１２付きのものを使用した。
【００４４】
調光板２１は、厚み０．５ｍｍ、直径１２０ｍｍの鉄板からなる基材を用い、エッチング加工により、「調光６」〜「調光３」には菱形の小穴を多数開け、「調光２」には円形の小穴を多数開けた。これらの小穴は、各調光度領域における基材半径方向の中心線を境にほぼ線対称になるように配置した。この調光板２１を、駆動手段としてのシンクロナスモータの３ｒ．ｐ．ｍ．で回転する軸に取り付け治具を介して取り付けた。尚、このシンクロナスモータは外部スイッチのＯＮ−ＯＦＦにより回転／停止制御ができるようにした。
【００４５】
ミキシングロッド３は、透明なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いて、多角柱部３１が断面の１辺１０．５ｍｍ且つ長さ６５ｍｍの正六角柱形状で、円柱部３２が直径２１ｍｍφ且つ長さ８ｍｍ（１５°テーパ部を含む）で、つば部３３が直径２３ｍｍφ且つ長さ２ｍｍとなるように製作した。
【００４６】
調光板２１とミキシングロッド３の入射端面との距離を２ｍｍとし、ミキシングロッド３の光出射端面と光ファイバケーブル束４の光入射端面とを密着させた。
【００４７】
外部スイッチのＯＮにより、調光板２１を回転させながら、壁面５に照射されている光を観察したところ、“ちらつき”は全く無く、スムーズに調光された。また、外部スイッチをＯＦＦにし、１０本の光ファイバケーブル４０のそれぞれからの出射光が照射されている壁面５の明るさを観察したところ、全く同等であった。
【００４８】
［実施例２］
実施例１と同様な装置において、光源装置１の外部スイッチをＯＮ−ＯＦＦさせて、調光板２１を各調光領域の中心線（対称中心）が光束の中心になるように順番に停止させた。その時の１つの光ファイバケーブル４０の光出射端面からの出射光の光束値を光束計により測定した。その結果を図８に示す。これにより、調光が円滑且つ効率的に行えることが分かった。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐熱性が良好で、ブランチ接続においても全ての光ファイバケーブルについての調光の均一性が良好で、調光変化をスムーズに行うことができ“ちらつき”が発生しない光ファイバケーブルを用いた調光照明装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による調光照明装置の一実施形態の使用状態を示す斜視図である。
【図２】図１の装置の部分斜視図である。
【図３】図１の装置の光学系の主要部を示す図である。
【図４】調光板の一例を示す正面図である。
【図５】リフレクタ付きの光源ランプの配光特性を示す図である。
【図６】ミキシングロッドの機能を説明するための模式図である。
【図７】ミキシングロッドの機能を説明するための模式図である。
【図８】光ファイバケーブルの光出射端面からの出射光の光束値の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源装置
１１ 光源ランプ
１２ リフレクタ（反射鏡）
１３ 防熱フィルタ
１４ ランプ用電源
１５ 受け口金部
２ 調光装置
２１ 調光板
「調光１」〜「調光７」 調光度領域
２２ 駆動手段
３ ミキシングロッド
３１ 多角柱部
３２ 円柱部
３３ つば部
４０ 光ファイバケーブル
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，・・・・４ｊ 光ファイバケーブル
４ 光ファイバケーブル束
４１ 入射端口金
５ 被照明体
７ カラー円板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device that guides and emits light emitted from a light source device using an optical fiber cable, and particularly relates to a lighting device having a light control function. Such a dimmable lighting device is used, for example, for lighting a signboard for advertisement and the like.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
2. Description of the Related Art Conventionally, an illumination device has been used in which light emitted from a light source device is guided to a position separated from the light source device via an optical fiber cable, and irradiated to an illuminated body located near the light source device. As a light source of the light source device, a lamp such as a halogen lamp or a metal halide lamp is used. The optical fiber cable is made of, for example, a bundle of several tens to several hundreds of optical fibers. Light from the light source device is introduced into one end face (light incident end face), and the guided light is transmitted through the other end face. (Light emitting end face) or the side face. In addition to the single connection mode in which only one optical fiber cable is connected to the light source device, the optical fiber cables are connected to the light source device by bundling the light incident ends of a plurality of optical fiber cables, and the light emitting ends of each optical fiber cable are connected. There is also a form of branch connection that is arranged individually.
[0003]
Illumination using light emitted from the light emitting end face of the optical fiber cable includes artistic lighting, display goods lighting, signboard lighting, and the like. In addition, an object to be illuminated may be a glass or transparent resin that has been subjected to processing such as frost or dimple at a position close to the light emitting end face, and may be buried on the floor or placed in a reservoir such as a park. Then, it may be used as landscape lighting or a display that displays characters and pictures.
[0004]
As a method of using light emitted from the side surface of the optical fiber cable, there is a form in which the light is used as a decorative light, a design light, a display, or the like along a poolside or a wall surface.
[0005]
By the way, in a lighting device using an optical fiber cable, by arranging various light control means in a light passage path between the light source device and the optical fiber cable, the light production of the illumination light can be more effectively performed. can do. By using a color disk having a plurality of colored regions as such light control means, a color effect can be achieved. In addition, a light / dark effect can be performed using a light control device that controls the amount of transmitted light as light control means.
[0006]
The dimming method for adjusting the brightness includes an electric dimming method for adjusting the brightness of the light source itself, and a mechanical dimming method for partially blocking light emitted from the light source. The electric dimming method changes the brightness of the lamp itself by changing the lamp voltage, and the device configuration is simple. However, the electric dimming method has a disadvantage that the color temperature of the lamp changes and the color tone changes. In addition, the electric dimming method limits the types of light source lamps that can be used, and can be used with filament lamps such as halogen lamps and incandescent lamps, but excluding special lamps such as metal halide lamps and mercury lamps. Impossible.
[0007]
On the other hand, the mechanical dimming method includes a method using an iris diaphragm, a method using an ND filter, a method using a punching light shielding plate, and the like. The mechanical dimming method has an advantage that the color temperature of light incident on the optical fiber cable does not change, so that the dimming does not affect the color tone of the emitted light. For this reason, it can be effectively used for illumination of works of art and the like, and even when used in combination with a color effect, there is little change in the original color tone due to a change in brightness.
[0008]
However, the method using an iris diaphragm changes the size of the diameter of a single aperture to increase or decrease the amount of transmitted light, and as a light quantity distribution, the phenomenon occurs that the central part is bright and the peripheral part is dark in the effective area. I do. Therefore, particularly in the case of a branch connection, it is difficult to uniformly control light emitted from all the optical fiber cables. This is because, in the case of a branch connection, the light incident ends corresponding to the light emitting ends of the plurality of optical fiber cables are often located in different regions on the light incident end face of the optical fiber cable bundle, and the light from the iris diaphragm is This is because the intensity distribution pattern of the incident light incident on the incident end face is not uniform, so that the amount of light emitted from the light emitting end of each optical fiber cable is different.
[0009]
Further, the method using the ND filter can uniformly control the output light of all the optical fiber cables. However, since the ND filter deposits a metal film on glass or plastic as a base material and diminishes the amount of light in the visible range, it is necessary to use a filter with a different deposition concentration of the metal film to perform dimming in several steps. Must be arranged in desired stages, which is expensive. Furthermore, in order to greatly reduce the amount of light, it is necessary to deposit a metal film densely, and light that is not transmitted is absorbed and converted into heat energy to increase the temperature, and in the worst case, the filter may be broken. is there.
[0010]
The method using a punching light shielding plate is relatively inexpensive and has good heat resistance. However, in the conventional method using a punching light-shielding plate, "flickering" may occur, though slightly, at the time of dimming.
[0011]
In view of the problems of the prior art as described above, the present invention is a mechanical dimming lighting device using an optical fiber cable, which has good heat resistance and can control all optical fiber cables even in branch connection. It is an object of the present invention to provide a light-emitting element having good light uniformity, capable of smoothly performing dimming change, and free from “flicker”.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, as achieving the above objects,
A light source device, and an optical fiber cable that guides light emitted from the light source device and has a light incident end surface on which light emitted from the light source device is incident and a light emitting end surface for emitting the guided light, A dimming device that adjusts the intensity of light emitted from the optical fiber cable.
The dimming device drives a dimming plate having a plurality of dimming degree regions arranged on a disk-shaped substrate along a circumferential direction thereof and rotation of the dimming plate around a rotation center orthogonal to the dimming plate. Driving means, and rotating the light control plate allows the plurality of light control areas to selectively enter a light passage path between the light source device and the light incident end face of the optical fiber cable. And at least two of the plurality of dimming degree regions realize a required dimming degree by a large number of small holes formed in the disc-shaped base material,
A mixing rod for introducing and mixing light passing through the dimming degree area of the dimming plate from the incident end face and emitting the light toward the optical fiber cable from the emitting end face is disposed in the light passage path. The rod is provided with a polygonal prism having a cross section of one of a substantially regular hexagon, a substantially regular hexagon, and a substantially regular pentagon, a dimming lighting device using an optical fiber cable,
Is provided.
[0013]
In one embodiment of the present invention, the light source device includes a light source and a reflector attached to the light source. In one aspect of the present invention, in the mixing rod, the polygonal column portion is located on the incident end surface side, and a cylindrical portion formed continuously with the polygonal column portion is located on the emission end surface side. ing. In one embodiment of the present invention, in the dimming degree region having the large number of small holes, the small holes are line-symmetrical on both sides with a radial line segment of the disc-shaped base material passing through the center of the dimming degree region as a center line of symmetry. Are arranged regularly. In one embodiment of the present invention, a plurality of the optical fiber cables are arranged with their ends on the light incident end surface side bundled and arranged, and each of the plurality of optical fiber cables is on the light exit surface side thereof. The ends are individually arranged.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a perspective view showing a use state of an embodiment of a dimming lighting device according to the present invention, FIG. 2 is a partial perspective view thereof, and FIG. 3 is a diagram showing a main part of the optical system.
[0016]
As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a light source device 1 and a plurality of optical fiber cables 40. The individual optical fiber cables 40 are denoted by reference numerals 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f,... 4j in FIG. The optical fiber cable 40 is formed by bundling, for example, several tens to several hundreds of optical fibers having a diameter of several mm or less and covering the bundle with a coating material. A bundle of several to several tens of optical fiber cables 40, for example, is called an optical fiber cable bundle 4. In the present embodiment, the optical fiber cable bundles 4 are branch-connected, and the light incident ends of all the optical fiber cables are stripped of the covering material over a length of several tens of cm, and are then gathered together by the incident end base 41. The bundles are connected to the receptacle 15 of the light source device 1, and the light emitting ends of the individual optical fiber cables are arranged at appropriate intervals in the vicinity of the lower side of the illuminated body 5 formed of the wall surface. The light source device 1 is disposed at a position separated from the illuminated body 5, and the light emitted from the light emitting end of the optical fiber cable 40 is radiated to the illuminated body 5.
[0017]
As shown in FIGS. 2 and 3, the light source device 1 includes a lamp 11 as a light source, a reflector (reflecting mirror) 12 attached thereto, a heat prevention filter 13, a lamp power supply 14, a receiving base 15, and a light control device 2. And a mixing rod 3. The light control device 2 includes a light control plate 21 and driving means 22 for rotating the light control plate 21. These are housed in one case except for the receiving base 15.
[0018]
Although there is no particular limitation on the light source lamp 11, for example, a halogen lamp, a metal halide lamp, an LED or the like is used. The reflector 12 is used to efficiently guide the light emitted from the light source lamp 11 to the light incident end face of the mixing rod 3.
[0019]
A stepping motor, a synchronous motor, or the like is used as the dimming plate driving means 22. The dimming plate 21 in the XY plane is rotated around a rotation center orthogonal to the XY plane by the driving means 22, and a required rotation is performed. Stop at the angular position.
[0020]
The mixing rod 3 has a polygonal column 31, a column 32, and a flange 33. The collar portion 33 is formed for convenience of attachment to the light source device housing.
[0021]
FIG. 4 is a front view illustrating an example of the light control plate 21. The light control plate is formed using a disk-shaped substrate made of a heat-resistant metal such as iron, aluminum, and stainless steel, and the thickness of the substrate is, for example, 0.5 to 1.0 mm. As shown in the figure, a mounting hole for mounting the driving means 22 to the driving rotary shaft is formed in the center of the dimming plate 21 and formed around the circumference thereof in seven parts along the circumferential direction. The seven light control degree areas “light control 1” to “light control 7” are arranged. These dimming degree regions have different dimming degrees (that is, the ratio of the passing light amount to the incident light amount).
[0022]
“Dimming 1” is a transparent portion that transmits 100% light, and “Dimming 7” is a light blocking portion that does not transmit light. “Dimming 2” to “dimming 6” are portions in which a number of small holes are formed to impart light transmittance, and the small hole size gradually decreases from “dimming 2” to “dimming 6”. ing. The aperture ratio of each dimming degree region gradually decreases from “dimming 2” to “dimming 6”. In the present embodiment, the shape of the small hole is “diamond 2” to “dimming 5”, and the shape of the small hole is “circular” in “dimming 6”.
[0023]
In each of “light control 2” to “light control 6”, a large number of small holes are arranged line-symmetrically with respect to the center line in the light control plate radial direction of the region. Thereby, when the light control plate 21 is stopped at a desired rotation angle position and a desired light control degree region is disposed on the light passage path, the center line can be disposed so as to pass through the center of the light passage path. In this case, it is easier to make the amount of light guided by all the optical fiber cables uniform.
[0024]
Next, the distribution of the light beam emitted from the light source lamp 11 with the reflector 12 and the mixing rod 3 that guides the light beam and emits the light beam to the optical fiber cable bundle 4 will be described.
[0025]
FIG. 5 is a diagram showing the light distribution characteristics of the light source lamp 11 with the reflector 12. This is achieved by arranging the input end of an optical fiber having a diameter of 1 mm and a length of 1 m at a position 70 mm away from the reflecting mirror, moving the optical fiber at a pitch of 1 mm in each of the X direction and the Y direction, and setting the output end of the optical fiber. Is measured with an illuminometer. From this figure, it can be seen that the light distribution characteristics are conical with high illuminance at the center and low illuminance at the periphery. The effective diameter of this light flux generally refers to the diameter of a region of 50 to 30% or more of the maximum illuminance.
[0026]
Further, the light from the light source lamp 11 and the reflector 12 has unevenness in illuminance caused by the shape of the lamp filament and the shape of the reflector. Further, even when the light passes through the light control plate 21, the illuminance unevenness slightly increases. If there is uneven illuminance, the amount of light incident on each optical fiber when entering the optical fiber cable bundle 4 will be different, and the uniformity of illumination will be reduced, which is not preferable.
[0027]
The mixing rod 3 is used to minimize the occurrence of the illumination unevenness. 6 and 7 are schematic diagrams for explaining the function of the mixing rod. The convergent light formed by the lamp and the reflector is composed of light rays that pass near the optical axis and are close to meridional light rays. FIG. 6 shows how the meridional light beams are mixed when the optical axis of the lamp coincides with the axis of the mixing rod for various cross-sectional shapes. Within the cross-section, meridional rays are considered to originate from the center.
[0028]
FIG. 6A shows a case of a mixing rod having a circular cross section. In this case, the light emitted from the center is always reflected in the opposite direction by the inner surface of the rod and returns to the center. Therefore, the reflected light is also a meridional light beam. Each ray forms a certain reflection mode, and after passing through this rod for a sufficiently long distance to perform mixing, a random and isotropic set of meridional rays is emitted. The light has an intensity distribution in which the intensity decreases as the distance increases. Actually, since the incident light is not a perfect meridional light beam, the intensity distribution is slightly different from the above, but has a pattern with a strong central portion and a weak peripheral portion.
[0029]
FIGS. 6B and 6C show the case of a mixing rod having a regular octagonal cross section and a regular octagonal cross section, respectively. When the cross section is a regular polygon having an octagon or more, light emitted from the center is not reversed due to reflection on the inner surface of the rod, but relatively returns to the center. Therefore, the reflected light is no longer a meridional light beam, but changes its angle at each reflection, and becomes random light. Therefore, if the number of reflections is increased by using a sufficiently long rod, the emitted light distribution approaches uniformity. In the case of a regular octagon, as compared to a regular octagon, the degree of diffusion due to reflection is large, and uniformization proceeds over a relatively short distance, but the reflected light does not spread over the entire cross section in one reflection (shadow of shadow). Part is formed), so that a dark part tends to be formed in the periphery, and therefore, a somewhat long rod is required.
[0030]
FIGS. 6D, 6E, and 6F show mixing rods having a regular hexagonal section, a square section, and a regular triangular section, respectively. If these cross sections are regular hexagons, squares and regular triangles, and even if the cross sections are regular heptagons, regular pentagons and rectangles, light has a property of spreading throughout the cross section with one reflection, so it is quite short. The uniformity of the emitted light distribution can be increased by the distance.
[0031]
On the other hand, FIG. 7 is a view in which the path of an incident light beam when the optical axis of the light source lamp deviates from the axis of the rod is projected onto the cross sections of the rods having various cross-sectional shapes.
[0032]
FIG. 7A shows a case of a mixing rod having a regular hexagonal cross section. The same applies to the case of a regular heptagon and a regular pentagon. In these cases, the light reflected on the inner surface on the side distant due to the eccentricity does not spread over the entire cross section, but produces a shadow portion. Thus, it is difficult to improve the uniformity over a short distance (for example, L is the length and D is the length of the longest diagonal in the cross-sectional shape, and L / D is less than 3).
[0033]
FIGS. 7B and 7C show the case of a mixing rod having a square cross section and a regular triangular cross section, respectively. The same applies to the case of a rectangular cross section. In these cases, even if the eccentricity occurs, the property that the light spreads over the entire cross section by one reflection does not change, and the uniformity can be improved over a relatively short distance.
[0034]
FIG. 7 (D) shows a case of a mixing rod having a triangular obtuse cross section. In this case, depending on the eccentric position, the reflected light on the inner surface on the specific side (the inner surface sandwiching the obtuse angle) has a shadow portion. This makes it difficult to improve the uniformity over a short distance.
[0035]
From the above, the following can be understood for the light source light of the light collecting property:
The polygonal rod has a mixing action to produce a uniform output light;
The cylindrical rod generates an intensity distribution that is strong at the center and weak at the periphery (in the case of eccentricity, a ring-shaped intensity distribution), and cannot obtain uniform output light. However, when the incident light is uniform and the length of the cylindrical rod is short (for example, when the diameter is less than the diameter), uniform output light can be obtained without affecting the uniformity of light;
A rod having a cross section of a regular heptagon to a regular hexagon or a regular pentagon can provide a high mixing effect even with a short rod when the incident converged light is incident on the central axis of the rod;
When the cross section is a square, a rectangle, or a triangular shape other than an obtuse triangle, a high mixing effect can be obtained even for decentered light.
[0036]
From the above, a rod having a regular triangular cross section, a square cross section, and a rectangular cross section is most advantageous, but the light beam emitted from the lamp with the reflector has a circular cross section, and furthermore, the optical fiber cable bundle. There is a situation that it is easiest to manufacture the light incident end portion by using a base having a circular cross section. That is, in terms of the light incidence efficiency, rods having a square cross section and a triangular cross section are disadvantageous, and if they are connected to the light incidence end face of the optical fiber cable bundle as it is, there is a problem that the light loss is large.
[0037]
Therefore, the mixing rod 3 is configured to include the polygonal column portion 31 on the light incident side and the cylindrical portion 32 on the light emission side, and the polygonal column portion 31 has a regular pentagonal section, a regular hexagonal section, and a regular heptagonal section, It is preferable that this is in a form smoothly connected to the cylindrical portion 32. By setting the length of the polygonal column portion 31 to L and the length of the longest diagonal line in the cross-sectional shape to D so that L / D is 3 or more, a high mixing effect can be obtained.
[0038]
Although the light emitted from the light emitting end face of the optical fiber cable 40 can be directly irradiated to the illuminated body, an optical element such as a convex lens is attached to the light emitting end face to change the irradiation pattern and irradiate the illuminated body. It is also possible. Further, by twisting or illuminating the optical fiber, light can be emitted from the side surface of the optical fiber cable 40.
[0039]
Further, as shown in FIG. 1, a light passing path between the light source device 1 and the optical fiber cable bundle 4 (in particular, the The color disk 7 having a plurality of coloring regions can be arranged in parallel with the light control plate 21 in the region between the mixing rod 3). The color disk 7 is rotated around a rotation center parallel to the rotation center of the light control plate by rotation driving means (similar to the driving means 22) not shown, and further stopped at an appropriate rotation angle position. I'm sullen.
[0040]
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples.
[0041]
[Example 1]
A lighting device as described with reference to FIGS.
[0042]
The optical fiber cable 40 has a length of 10 m, which is a bundle of 48 plastic optical fibers (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., trade name: CK-30: optical fiber diameter: 0.75 mm), and covered with a polyethylene covering material. Ten optical fiber cables 40 were prepared, the covering material of all the light incident ends was stripped over 30 cm, these were randomly mixed, and were bundled together by the entrance mouthpiece 41. The light incident end face was uniformly cut by hot cutting. The light emitting end of each optical fiber cable was put into a pipe-shaped base, fixed with an adhesive, and then polished. The light emitting ends of each of these optical fiber cables were irradiated at a pitch of 1 m from the floor surface to the wall surface 5 as the illuminated body.
[0043]
The light source lamp 11 used was a 150 W CDM lamp (ceramic discharge metal halide lamp) with a reflector 12 for condensing the lamp light in order to improve the efficiency of incidence on the optical fiber cable bundle 4. .
[0044]
The light control plate 21 uses a base material made of an iron plate having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 120 mm, and a large number of diamond-shaped small holes are formed in “light control 6” to “light control 3” by etching. Has many circular small holes. These small holes were arranged so as to be substantially line-symmetric with respect to the center line in the base material radial direction in each dimming degree region. This light control plate 21 is connected to a 3r. p. m. It was mounted on a shaft that rotated with a mounting jig. The synchronous motor can be controlled to rotate / stop by turning on / off an external switch.
[0045]
The mixing rod 3 is made of transparent PMMA (polymethyl methacrylate), and the polygonal column portion 31 is a regular hexagonal column having a cross section of 10.5 mm on a side and a length of 65 mm, and the cylindrical portion 32 has a diameter of 21 mmφ and a length of 8 mm ( (Including a 15 ° taper portion) so that the collar portion 33 had a diameter of 23 mmφ and a length of 2 mm.
[0046]
The distance between the light control plate 21 and the incident end face of the mixing rod 3 was 2 mm, and the light emitting end face of the mixing rod 3 and the light incident end face of the optical fiber cable bundle 4 were brought into close contact.
[0047]
By turning on the external switch and observing the light irradiated on the wall surface 5 while rotating the light control plate 21, there was no "flicker" and the light was controlled smoothly. Further, when the external switch was turned off and the brightness of the wall surface 5 irradiated with the light emitted from each of the ten optical fiber cables 40 was observed, the brightness was completely equivalent.
[0048]
[Example 2]
In the device similar to the first embodiment, the external switch of the light source device 1 is turned on and off, and the dimming plates 21 are sequentially stopped so that the center line (the center of symmetry) of each dimming region becomes the center of the light beam. Was. The luminous flux value of the light emitted from the light emitting end face of one optical fiber cable 40 at that time was measured by a photometer. FIG. 8 shows the result. Thereby, it turned out that light control can be performed smoothly and efficiently.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat resistance is good, the uniformity of dimming of all the optical fiber cables is good even in the branch connection, and the dimming change can be performed smoothly. The present invention provides a dimming lighting device using an optical fiber cable that does not generate "".
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a use state of an embodiment of a dimming lighting device according to the present invention.
FIG. 2 is a partial perspective view of the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a main part of an optical system of the apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a front view illustrating an example of a light control plate.
FIG. 5 is a diagram showing light distribution characteristics of a light source lamp with a reflector.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the function of a mixing rod.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the function of a mixing rod.
FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of a luminous flux value of light emitted from a light emitting end face of an optical fiber cable.
[Explanation of symbols]
1 light source device 11 light source lamp 12 reflector (reflection mirror)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Heat insulation filter 14 Lamp power supply 15 Receptacle part 2 Light control device 21 Light control plate "light control 1"-"light control 7" Light control degree area 22 Drive means 3 Mixing rod 31 Polygonal column part 32 Column part 33 Collar part 40 4j Optical fiber cable 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f,... 4j Optical fiber cable 4 Optical fiber cable bundle 41 Incident end cap 5 Illuminated body 7 Color disk
