JP2005142005A - Ｌｅｄ式スポットライト - Google Patents

Abstract

【課題】光出力の効率を損なわず配光ムラを軽減できるＬＥＤ式スポットライトを提供する。
【解決手段】所定方向に光ビームが向くように複数個のＬＥＤが取り付けられたＬＥＤ配列部、このＬＥＤ配列部に取り付けられた複数個のＬＥＤの光ビームが集光する所定位置に設けられ、ＬＥＤの光ビームにより励起されて発光するように構成された蛍光体１５Ａとを有する光源装置１１と；蛍光体１５Ａから放射された光を集光可能にして外部に出射する集光レンズ１６と；光源装置１１及び集光レンズ１６を収納するスポットライト本体と；スポットライト本体に設けられ、光源装置１１と集光レンズ１６との距離を相対的に可変する移動機構２２と；を備えていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ式スポットライトに関する。

一般に、劇場やテレビスタジオ等の照明用に使用されるスポットライトの光源には、ハロゲン電球などの点光源が多用されている。

これは、光源の発光部分がレンズに対して十分小さく、レンズが光源の光を充分に取り込むことができ効率よく照射できるからである。ハロゲン電球を用いたスポットライトでは、フィラメントをできるだけ高温に熱して光を発生させるので、可視光だけでなく多くの熱線を放射する。従って、光源を収納する筐体には熱に耐える鉄あるいは軽金属の板が使用され、またレンズも耐熱性のガラスが使用されるので、スポットライトが重くなりスポットライトの移動に労力を要している。

そこで、曲面に多数のＬＥＤを光源として配置し、各ＬＥＤの照射ビームを一点に集光させて仮想の単一点光源ユニットを構成し、この光源ユニットとレンズとの位置関係を可変にして被照射面の照度及び照度分布を変化させるようにしたスポットライトが開発されている。
特開２００１−３０７５０２号公報（図２、図３）

しかし、特開２００１−３０７５０２号公報のものでは、ピントが合っているところでは混色して各ＬＥＤの照射エリアにずれが生じないが、ピントがあっていないところでは照射ずれ（照射面での明暗のばらつき）が生じる。これは、実際に発光している複数のＬＥＤが空間的に広がって配列されており、発光する光源部分が広がりを持っているため、ＬＥＤのビームが一点に集光している箇所以外にレンズの焦点が位置したときに、各ＬＥＤからの光が直接的に被照射面に出射されるからである。

例えば、人物にピントを合わせた場合、背景壁などには各ＬＥＤの照射がずれてしまい照射ずれが生じる。また、スポットライトで光線をわざとぼかして使用する場合もあるが、このときにも照射ずれが生じる。

また、例えば赤色、緑色、青色等の異なった発光色のＬＥＤを多数用いて、混色された白色光を出射しようとしたときは、ピントが合っていないときの照射ずれに起因して、照射面では混色のムラが顕著に発生してそれぞれの色調の配光ムラが生じる。

このような配光ムラを緩和するために、光路の途中に拡散板を設けることも考えられるが、この拡散板での光吸収や散乱などがあるため、光量を低下させて効率を悪化させる不具合がある。

本発明の目的は、光出力の効率損なわず配光ムラを軽減できるＬＥＤ式スポットライトを提供することである。

請求項１の発明に係わるＬＥＤ式スポットライトは、所定方向に光ビームが向くように複数個のＬＥＤが取り付けられたＬＥＤ配列部と；このＬＥＤ配列部に取り付けられた複数個のＬＥＤの光ビームが集光する所定位置に設けられ、ＬＥＤの光ビームにより励起されて発光するように構成された蛍光体と；を有する光源装置と；蛍光体から放射された光を集光可能にして外部に出射する集光レンズと；光源装置及び集光レンズを収納するスポットライト本体と；スポットライト本体に設けられ、光源装置と集光レンズとの距離を相対的に可変する移動機構と；を備えていることを特徴とする。

本発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は以下による。

ＬＥＤ配列部は例えば絶縁材料で板状に形成され、複数個のＬＥＤからの光ビームが所定位置に向くように平面的に並んで配置される。ＬＥＤはいわゆるパワー型ＬＥＤ及び砲弾型ＬＥＤの双方を含み、パワー型ＬＥＤのみが配置される場合、砲弾型ＬＥＤのみが配置される場合、パワー型ＬＥＤ及び砲弾型ＬＥＤの双方が配置される場合の双方を含む。パワー型ＬＥＤは高ワット型であり光出力が大きく発熱量も砲弾型ＬＥＤに比べて大きいものである。また、ＬＥＤが放射する光ビームの波長は、次の蛍光体を励起するものであれば、特定のものに限定されるものではなく、紫外線の他、青色等の可視光を放射する等を用いることができる。

蛍光体は、ＬＥＤ配列部に取り付けられた複数個のＬＥＤの光ビームが集光する所定位置に、例えばガラス板等の透光性部材に被着等されて設けられ、ＬＥＤの光ビームにより励起されて発光するものを意味し、所望の発光色に応じて、蛍光体の材料又は種類は既知の蛍光体から適宜選択することができる。

集光レンズは、蛍光体から放射される光を集光可能にして外部に出射するものであり、球面レンズや平坦状レンズを含み、１個または２個以上のレンズを利用した２群構成のレンズを有する場合も含む。

移動機構は、集光レンズと光源装置との距離を相対的に可変とするものであり、この移動機構によりフォーカスさせることにより、被照射面での照射面積を連続変化させることができ、また、光量を連続変化させることができる。

スポットライト本体は、例えば金属製の箱体で形成され、内部に光源装置と集光レンズを収納するものを意味する。

本発明によれば、ＬＥＤ配列部に取り付けられた複数個のＬＥＤからの光を所定位置に集光させ、集光された位置で蛍光体が励起して発光するため、この蛍光体部分が擬似点光源となる。したがって、集光レンズと組み合わせてスポットライトを構成したときに、拡散板を用いなくてもＬＥＤの発光色のばらつきや混色の斑などの発生を軽減できる。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤ配列部に取り付けられた複数個のＬＥＤからの光ビームが集光する位置に設けられた蛍光体が、各ＬＥＤの発光色のばらつき等に影響されることなく、その光ビームにより励起されて発光するため、この蛍光体は擬似点光源に近似するものとなり、結果として、配光ムラが軽減される。また、光量を低下させる原因となる拡散板を用いる必要がないため、光出力の効率損なうことがない。

図１は本発明の第１の実施の形態に用いられる光源装置１１の構成図である。ＬＥＤ配列部１２は例えば絶縁材料で板状に形成され、複数個のＬＥＤ１３からの光ビームがアパーチャ部１４のアパーチャ１５に向くように平面的に並んで配置されている。

このアパーチャ１５には、透光性の優れたガラス板に被着され、紫外線によって励起されて白色光を放射する蛍光体１５Ａが配設されている。

ＬＥＤ１３には光出力が大きい紫外線を放射するパワー型ＬＥＤまたは砲弾型ＬＥＤが使用され、各々のＬＥＤ１３は、光ビームの光軸中心がアパーチャ１５の中心部、すなわち蛍光体１５Ａに向くように光ビームを射出する。ＬＥＤ１３から放射された紫外線により励起されて発光する蛍光体１５Ａが、例えばスポットライトの集光レンズ１６の焦点に位置するとき、蛍光体１５Ａから集光レンズ方向１６に向かう可視光は、略平行光として外部に照射される。

このように、ＬＥＤ配列部１２に取り付けられた複数個のＬＥＤ１３の光ビームが集光する所定位置に蛍光体１５Ａは配置されている。したがって、擬似光源となる蛍光体１５Ａは、ＬＥＤ配列部の平面的な大きさに比較して小さなものとなるため、相対的に点光源に近似させることができる。

図２は本発明に適用される光源装置１１の他の実施形態を示す構成図である。

この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、ＬＥＤ配列部１２として、光ビーム角の狭い複数個のＬＥＤが取り付けられた第１のＬＥＤ配列部１２Ａと、光ビーム角の広い複数個のＬＥＤが取り付けられた第２のＬＥＤ配列部１２Ｂとを設け、第１のＬＥＤ配列部１２Ａは第２のＬＥＤ配列部１２Ｂよりアパーチャ部１４の後方に配置したものである。

なお、図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

第１のＬＥＤ配列部１２Ａには光ビーム角θ１である複数個のパワー型ＬＥＤ１３Ａが取り付けられ、第２のＬＥＤ配列部１２Ｂには光ビーム角θ２である複数個の砲弾型ＬＥＤ１３Ｂが取り付けられている。第１のＬＥＤ配列部１２Ａのパワー型ＬＥＤ１３Ａの光ビーム角θ１は、第２のＬＥＤ配列部１２Ｂの砲弾型ＬＥＤ１３Ｂの光ビーム角θ２より狭いので、第１のＬＥＤ配列部１２Ａを第２のＬＥＤ配列部１２Ｂの後方に配置して、アパーチャ１５及び蛍光体１５Ａに対して同一の拡がりを持って入射されるようにしている。

すなわち、第１のＬＥＤ配列部１２Ａと蛍光体１５Ａとの距離Ｌ１は、第２のＬＥＤ配列部１２Ｂと蛍光体１５Ａとの距離Ｌ２より大きくし、各々のパワー型ＬＥＤ１３Ａ及び砲弾型ＬＥＤ１３Ｂの光が蛍光体１５Ａに入射されるようにしている。

このようにビームの狭いＬＥＤ１３Ａをビームの広いＬＥＤ１３Ｂの後方に配置することにより、疑似光源部を形成する蛍光体１５Ａからの出射光の光出力の効率を向上させる。

以上の説明では、第２のＬＥＤ配列部１２Ｂには砲弾型ＬＥＤ１３Ｂが取り付けられた場合について説明したがパワー型ＬＥＤ１３Ａが取り付けられた場合においても同様に適用できることは言うまでもない。

この実施の形態によれば、第１のＬＥＤ配列部１２Ａからの光ビーム及び第２のＬＥＤ配列部１２Ｂからの光ビームは、蛍光体１５Ａに対して同一の拡がりを持って入射されるので光出力の効率を向上させることができる。

また、第１のＬＥＤ配列部１２Ａと第２のＬＥＤ配列部１２Ｂとの配置位置が異なるので、放熱効率も高めることができる。

図３は本発明に適用される光源装置１１の他の実施形態の説明図であり、図３（ａ）はその構成図、図３（ｂ）はＬＥＤを多段にした場合のＬＥＤ配列部１２の正面図、図３（ｃ）はＬＥＤを多段にしていない場合のＬＥＤ配列部１２の正面図である。

この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、ＬＥＤ１３の発光部が重ならないように多段に積み重ねて取り付け配列したものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

ＬＥＤ１３は前面側に発光部を有し背面側に取付部を有しており、一般に取付部の方が面積が大きくなっている。このことから、図３（ｃ）に示すように、ＬＥＤ配列部１２の基板にＬＥＤ１３を取り付けた場合には、隣接するＬＥＤ１３の発光部間には隙間が生じるとともに、上下端や左右端にはＬＥＤ１３を取り付けることができない場合がある。

図３（ｃ）ではＬＥＤ配列部１２の基板が平板上の円形である場合を示しており、この場合には９個のＬＥＤ１３しか取り付けることができない。

そこで、第３の実施の形態では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１３の発光部が重ならないようにＬＥＤ１３を奥行き方向にずらして多段に積み重ねて配列する。これにより、ＬＥＤ配列部１２の基板の上下端や左右端にＬＥＤ１３を追加して配置することが可能になる。

図３（ｂ）では、図３（ｃ）同じ大きさのＬＥＤ配列部１２の基板に対して４個増の１３個のＬＥＤ１３を配列した場合を示している。

第３の実施の形態によれば、ＬＥＤ１３の発光部が重ならないようにＬＥＤ１３の取付部が重なるようにＬＥＤ１３を取り付けるので基板への実装密度が向上する。したがって、同じ大きさのＬＥＤ配列部１２の基板に対して、より大きな光出力とすることができる。

図４は本発明のスポットライトの構成図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図である。スポットライト本体２１は例えば金属製の箱体で形成され、内部に前述の光源装置１１が収納される。

集光レンズ１６は、ＬＥＤ式光源装置１１から離間してスポットライト本体２１に配設され、光源装置１１から出射される出射光を集光するものであり、球面レンズや平坦状レンズで形成される。図５では１個のフレネルレンズを用いた場合を示している。

また、スポットライト本体２１には、集光レンズ１６と光源装置１１との距離を相対的に可変とする移動機構２２が設けられており、移動機構２２は光源フォーカスハンドル２２ａ及びレンズフォーカスハンドル２２ｂから構成されている。

この移動機構２２によりフォーカスさせることにより、被照射面での照射面積を連続変化させ、また光量を連続変化させる。また、集光レンズ１６側のスポットライト本体２１にはバンドア２３が設けられており、このバンドア２３の開閉角度を調節することにより、スポットライトからの光の照射範囲を調節する。

図５は光源フォーカスハンドル２２ａによる移動機構２２の説明図である。

蛍光体１５Ａが設けられたアパーチャ部１４とＬＥＤ配列部１２とが一体となった光源装置１１が光源フォーカスハンドル２２ａの操作により一体となって動くように構成されている。アパーチャ部１４とＬＥＤ配列部１２とが一体となって動くので、光源フォーカスハンドル２２ａを操作したとしても蛍光体１５Ａが発光した配光に変化は生じない。このことから、フォーカスさせることにより光出力の効率が変化することはない。

図６はレンズフォーカスハンドル２２ｂによる移動機構２２の説明図である。レンズフォーカスハンドル２２ｂは集光レンズ１６を動かしてフォーカスするものであり、レンズ位置Ｘのときはスポット状態であり、レンズ位置Ｙのときはフラッド状態である。フラッド状態のときに集光レンズ１６とバンドア２３との距離が長いほどバンドア２３による遮光時にエッジがよく切れ鮮明になる。従って、バンドア２３を使用する場合に集光レンズ１６を動かしバンドア効果を高めることができる。

以上の説明では集光レンズ１６として１個のフレネルレンズを用いたフレネルスポットライトの場合について説明したが、２個以上のレンズ、例えば２群構成のフレネルレンズを用いたエリプソイダルスポットライトとしてもよい。

このようなＬＥＤ式スポットライトによれば、光源装置１１で複数個のＬＥＤからの光ビームにより蛍光体が励起されて発光する。この蛍光体は、ＬＥＤの発光色のばらつき等に影響されることなく蛍光体１５Ａの固有の波長を発し、また、複数個のＬＥＤの光ビームが集光する所定位置に設けられているため、実質的に発光する部分の大きさは、ＬＥＤ配列部の平面的な大きさに比較して小さなものとなり、相対的に点光源に近似する。

したがって、集光レンズ１６のピントが合っていないところやぼかした場合でも照射ずれが生じることがなく被照射面を適正に照明することができる。

本発明のＬＥＤ式スポットライトに用いられる光源装置の第１の実施の形態に係わる構成図。 本発明のＬＥＤ式スポットライトに用いられる光源装置の第２の実施の形態に係わる構成図。 本発明のＬＥＤ式スポットライトに用いられる光源装置の第３の実施の形態に係わる構成図。 本発明のＬＥＤ式スポットライトの実施の形態を示す構成図。 本発明のＬＥＤ式スポットライトにおける移動機構の実施形態を示す説明図。 本発明のＬＥＤ式スポットライトにおける移動機構の他の実施形態を示す説明図。

符号の説明

１１…光源装置、１２…ＬＥＤ配列部、１３…ＬＥＤ、１４…アパーチャ部、１５…アパーチャ、１５Ａ…蛍光体、１６…集光レンズ、２１…スポットライト本体、２２…移動機構、２３…バンドア、２４…拡散板

Claims (1)

1. 所定方向に光ビームが向くように複数個のＬＥＤが取り付けられたＬＥＤ配列部と；このＬＥＤ配列部に取り付けられた複数個のＬＥＤの光ビームが集光する所定位置に設けられ、ＬＥＤの光ビームにより励起されて発光するように構成された蛍光体と；を有する光源装置と；
   蛍光体から放射された光を集光可能にして外部に出射する集光レンズと；
   光源装置及び集光レンズを収納するスポットライト本体と；
   スポットライト本体に設けられ、光源装置と集光レンズとの距離を相対的に可変する移動機構と；
   を備えていることを特徴とするＬＥＤ式スポットライト。

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