JP2006260947A - Solid luminescence type lighting device and spot light - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード(LED)等の固体発光素子を用いた固体発光式照明装置及びスポットライトに関する。 The present invention relates to a solid light emitting illumination device and a spotlight using a solid light emitting element such as a light emitting diode (LED).
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、ハロゲン電球や放電ランプが多用されているが、近年、発光ダイオード等の固体発光素子の高光度化に伴い、スポットライトの光源としてこれらの素子を使用することが注目されている。 In general, halogen light bulbs and discharge lamps are widely used as light sources for spotlights used for lighting in theaters and television studios. Attention has been focused on the use of these elements as light sources for lights.
この種の固体発光素子は、実質的な発光領域の大きさに対して相対的に高出力の光量が得られ、また発光領域が小さいために配光の制御が容易で、樹脂レンズ等と組み合わせることによって光の指向性が決め易い利点がある。そのため、所望の領域のみ光照射させるものには好適で、無駄な光漏れがない分、実効的な光変換効率が高まることが期待されることが、一つの理由となっている。 This type of solid state light emitting device can obtain a light amount of relatively high output with respect to the substantial size of the light emitting region, and since the light emitting region is small, it is easy to control the light distribution and is combined with a resin lens or the like. Thus, there is an advantage that the directivity of light can be easily determined. For this reason, it is suitable for light irradiation only in a desired region, and it is expected that effective light conversion efficiency is expected to increase as much as unnecessary light leakage does not occur.
発光ダイオード(LED)を用いたLED式スポットライトでは、この利点を生かして指向性のある多数の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ものが開発されている(例えば、特許文献1参照)。 In LED spotlights using light emitting diodes (LEDs), taking advantage of this advantage, a large number of directional LEDs are arranged as light sources, and the irradiation beam of each LED is condensed at one point to create a virtual single point light source unit And the illuminance and illuminance distribution on the irradiated surface are changed by changing the positional relationship between the light source unit and the lens (see, for example, Patent Document 1).
また、本件出願人らは、光源として各々光量が制御できる異なる発光色の複数の発光ダイオードを配置し、それら発光ダイオードの放射光を混光させることにより、照射光の色調を変化させ得るLED式スポットライトを開発した。 Further, the present applicants have arranged a plurality of light emitting diodes of different emission colors each capable of controlling the amount of light as a light source, and mixed the emitted light of the light emitting diodes, thereby changing the color tone of the irradiation light. Spotlight developed.
ここで、レンズの位置を移動させて被照射面の照度及び照度分布を変化させた場合、特にその照射光を広範囲のものとしたときには、もともとLEDからの放射光の指向性が強いことも相俟って被照射面での均斉度が悪化し、また各々の発光ダイオードから放射される異色光が色斑となり易いため、これを解消しようとレンズの前段で透過光を均一に拡散する拡散板を透過させて、最終的な照射光の均斉度や色斑を改善している。
しかし、均一に拡散させる拡散板を用いたとき、混光された放射光の輪郭部分の光も拡散されてより外側に広がるため、拡散板を透過した照射光のうち、輪郭部分に対応した部分の光量の低下が目立ち易くなったり、一般的に最も光量が必要とされる中央での光量が相対的に低下する不具合があった。 However, when a diffuser plate that diffuses uniformly is used, the light of the contoured portion of the mixed radiated light is also diffused and spread to the outside, so the portion of the irradiated light that has passed through the diffuser plate corresponds to the contoured portion. However, there is a problem that the light amount at the center where the light amount is generally required is relatively lowered.
これらを改善するためには、拡散板の拡散度合いを弱くすることが考えられるが、拡散が弱まると、異なった発光ダイオードの発光色が色斑として認識され易くなるという不具合があり、実用性を損なってしまう。 In order to improve these, it is conceivable to reduce the degree of diffusion of the diffusion plate. However, if the diffusion is weakened, there is a problem that the light emission colors of different light emitting diodes are easily recognized as color spots. It will be lost.
そこで、本発明は、色斑の発生を軽減しつつ、照射光量の低下を抑制できる固体発光式照明装置及びスポットライトを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the solid light emission type illuminating device and spotlight which can suppress the fall of the amount of irradiation light, reducing generation | occurrence | production of a color spot.
請求項1記載の固体発光式照明装置は、指向性を有し、特定の光色の光を放射するように構成されている第1の固体発光素子と、指向性を有すると共に、第1の固体発光素子と異なる光色の光を放射するように構成されている第2の固体発光素子と、第1及び第2の固体発光素子からの放射光を混光して所定の方向に投射するように第1及び第2の固体発光素子を収容する器具本体と、混光された放射光の光路に位置し、光路と交わる方向で光拡散特性が異なるように構成されている透光部と、を有することを特徴とする。 The solid-state light-emitting illuminating device according to claim 1 has directivity, a first solid-state light-emitting element configured to emit light of a specific light color, directivity, and first The second solid-state light-emitting element configured to emit light of a light color different from that of the solid-state light-emitting element and the emitted light from the first and second solid-state light-emitting elements are mixed and projected in a predetermined direction. As described above, an instrument main body that accommodates the first and second solid state light emitting devices, and a translucent portion that is located in the optical path of the mixed radiated light and has different light diffusion characteristics in the direction intersecting the optical path, It is characterized by having.
上記本発明及び以下の発明における用語の定義及び技術的意味は以下によるものとし、特に指定のない用語については、当業者が通常想定する一般的な定義又は意味とする。 The definitions and technical meanings of the terms in the present invention and the following invention are as follows. Terms not particularly specified have general definitions or meanings usually assumed by those skilled in the art.
固体発光素子の指向性とは、その素子から放射される光の放射方向を意味し、指向性を有するとは、光の放射方向が、全方向のうち、広角であるか狭角であるかは問わず、所定の方向となっていることをいう。例えば、発光ダイオードの実質的な発光部に、その放射光を集光等させる樹脂レンズなどが取り付けられているものなどがこれに該当する。 The directivity of a solid-state light emitting device means the direction of light emitted from the device, and having directivity means whether the light emission direction is wide or narrow in all directions. Means that it is in a predetermined direction. For example, this corresponds to a case where a resin lens or the like for condensing the emitted light is attached to a substantial light emitting portion of the light emitting diode.
固体発光素子とは、典型的には、発光ダイオード素子、半導体レーザー又はカーボン・ナノチューブを利用した固体発光デバイスなどが該当するが、発光原理や素子の形態等に依らず必要に応じて異種のものを利用することができる。 Typically, solid-state light-emitting elements include light-emitting diode elements, solid-state light-emitting devices using semiconductor lasers or carbon nanotubes, but different types of light-emitting elements as required regardless of the light-emitting principle or element form. Can be used.
また、第1の固体発光素子について、特定の光色を放射するとは、その固体発光素子から放射される主体的な光が、予め定められた任意の色度領域にあることをいう。例えば、テレビや舞台照明に多用されているスポットライトを用途とするものにあっては、白色光などに対応した発光色を特定の光色として選択することができ、他方、第2の固体発光素子における異なる光色とは、例えば色調を変化させるために用いられる青色や赤色光などの補色光に対応した光色とすることができる。また、固体発光素子の直接的な発光色自体がそれら特定又は特定以外の光色となっているものの他、例えばその素子に組み込まれた色変換フィルタや蛍光剤などを介して直接的な発光色が変換等されて、特定又は特定以外の光色となっているものであっても良い。 Further, to emit a specific light color for the first solid state light emitting device means that the principal light emitted from the solid state light emitting device is in an arbitrary predetermined chromaticity region. For example, in a case where a spotlight often used for television or stage lighting is used, a light emission color corresponding to white light or the like can be selected as a specific light color, while the second solid state light emission. The different light colors in the element can be light colors corresponding to complementary color light such as blue and red light used for changing the color tone, for example. In addition to the direct emission color of the solid state light emitting device itself being a specific or non-specific light color, for example, the direct emission color via a color conversion filter or a fluorescent agent incorporated in the device. May be converted into a specific or non-specific light color.
光拡散特性とは、第1及び第2の固体発光素子の放射光に対する光学的な拡散特性を意味し、したがって本発明における透光部は、少なくともその一部が実質的な拡散効果を備え、混光された光が入射される方向(光路)と交差する方向で、その拡散度合が実質的に変化するように構成されている。なお、拡散度合の変化は、連続的であることが好適であるが、所望に応じて、段階的又は離散的なものとすることもでき、例えば、拡散光の指向性を制御できる拡散性透光樹脂やガラスの拡散板などの部材を用いることができる。 The light diffusing characteristic means an optical diffusing characteristic with respect to the emitted light of the first and second solid state light emitting elements, and therefore, the light transmitting part in the present invention has at least a part thereof having a substantial diffusing effect, The diffusion degree is substantially changed in a direction intersecting with a direction (optical path) in which the mixed light is incident. The change in the degree of diffusion is preferably continuous, but may be stepwise or discrete as desired. For example, the diffusive transparency that can control the directivity of the diffused light. Members such as optical resin and glass diffusion plates can be used.
請求項2記載のスポットライトは、指向性を有し、特定の光色の光を放射するように構成されている第1の固体発光素子と、指向性を有すると共に、第1の固体発光素子と異なる光色の光を放射するように構成されている第2の固体発光素子と、第1及び第2の固体発光素子からの放射光を混光して所定の方向に投射するように第1及び第2の固体発光素子を収容する器具本体と、混光された放射光の光路に位置し、光路と交わる方向で光拡散特性が異なるように構成されている透光部と、第1及び第2の固体発光素子との離間距離を相対的に変動できるように構成され、透光部を透過した放射光の照射範囲を調整する光学レンズと、第1及び第2の固体発光素子に適合する点灯電力を供給する点灯装置と、を備えていることを特徴とする。 The spotlight according to claim 2 has a directivity, a first solid state light emitting device configured to emit light of a specific light color, a directivity and the first solid state light emitting device. A second solid-state light emitting device configured to emit light of a different light color from the first solid-state light emitting device, and the first and second solid-state light emitting devices are mixed with each other and projected in a predetermined direction. An instrument body that houses the first and second solid-state light emitting elements, a translucent portion that is located in the optical path of the mixed radiated light, and is configured to have different light diffusion characteristics in a direction intersecting the optical path; And an optical lens that adjusts the irradiation range of the radiated light that has passed through the translucent portion, and the first and second solid state light emitting elements. And a lighting device that supplies suitable lighting power.
請求項1記載の発明によれば、混光された放射光の光路に位置し、光路と交わる方向で光拡散特性が異なるように構成された透光部を備えているため、拡散作用が相対的に強い透光部では、その光拡散作用により、異なった発光ダイオードの発光色の色斑を軽減でき、また、拡散作用が相対的に弱い透光部では、照射光量の低下が防止できるため、全体として、色斑の発生を軽減しつつ、照射光量の低下が抑制可能となる固体発光式照明装置を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, since the light transmissive portion is configured so as to be located in the optical path of the mixed radiated light and have different light diffusion characteristics in the direction intersecting with the optical path, the diffusing action is relatively low. The light-transmitting part with a strong light can reduce the color spots of the light emission colors of different light-emitting diodes, and the light-transmitting part with a relatively weak diffusing action can prevent the irradiation light quantity from decreasing. As a whole, it is possible to provide a solid light-emitting illuminating device that can suppress the decrease in the amount of irradiation light while reducing the occurrence of color spots.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の構成に加え、第1及び第2の固体発光素子に適合する点灯電力を供給する点灯装置と、第1及び第2の固体発光素子との離間距離を相対的に変動できるように構成され、透光部を透過した放射光の照射範囲を調整する光学レンズとを備えているため、照射光の色調の調整ができると共に、色斑の発生を軽減しつつ、照射光量の低下が抑制可能となるスポットライトを提供できる。さらには、光学レンズは、透光部を透過した放射光を投射するようになっているため、光学レンズから投射された照射光を透光部が透過するものに対して、光学レンズのズーム状態によって、照射光が透過する透光部の領域が変化してしまうという現象が発生せず、したがって、ズーム状態によっては、透光部の光拡散特性が発揮されなくなるという支障を未然に防止できる。 According to invention of Claim 2, in addition to the structure of Claim 1, the lighting device which supplies the lighting power suitable for the 1st and 2nd solid state light emitting element, the 1st and 2nd solid state light emitting element, And the optical lens that adjusts the irradiation range of the radiated light transmitted through the light transmitting portion, so that the color tone of the irradiated light can be adjusted and It is possible to provide a spotlight that can suppress the decrease in the amount of irradiation light while reducing the occurrence. Furthermore, since the optical lens projects the radiated light that has passed through the translucent part, the optical lens zoom state with respect to the light that is transmitted from the optical lens through the translucent part. Therefore, the phenomenon that the region of the light transmitting part through which the irradiation light is transmitted does not change, and therefore, it is possible to prevent the trouble that the light diffusing characteristic of the light transmitting part cannot be exhibited depending on the zoom state.
(第1の実施の形態) (First embodiment)
図1は本発明の第1の実施の形態に係わる固体発光式照明装置11の概略構成図である。LED配列部12には固体発光素子としてLED13が複数個取り付けられており、特定の光色を放射する主ビーム用の白色LED13aに加え、白色とは光色の異なる補色用LED13b1、13b2が取り付けられている。ここで、LED13は、砲弾型のものや、光出力が相対的に大きい高出力型パワーLEDを使用することができ、また、補色用LEDとしては、例えば赤色系、緑色系、青色系などの有色を発するLEDを単独又は適宜組み合わせ等して用いることができる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid state light
LED配列部12の複数個のLED13は、アパーチャ16が位置する領域で出射光が混光されるようにアパーチャ16の中心に向けてビームを射出するように配列されている。
The plurality of LEDs 13 of the
アパーチャ部15は、LED配列部12に取り付けられた複数個のLED13の放射光のうち、アパーチャ16の領域外にある乱光を遮断し、アパーチャ16を介して、例えばスポットライトの集光レンズ17に向けてLED13の放射光を通過させる。
The
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アパーチャ16が位置するようにアパーチャ部15は設けられているため、このアパーチャ16が疑似光源とみなせるようになる。
Thus, since the
また、アパーチャ部15のアパーチャ16と集光レンズ17との間には、透光部として拡散板18が設けられている。
Further, a
この拡散板18は、樹脂等の材質で形成されたもので、一方面の中央領域は凹凸加工されていると共に、外縁に向かうにしたがってその表面が平滑になるように加工されている。
The
したがって、外輪郭領域においては、光を拡散せずに全透過させる一方、中央部では所定の光拡散角度を持っている。 Therefore, in the outer contour region, the light is totally transmitted without being diffused, while the central portion has a predetermined light diffusion angle.
この光拡散角度は、LED13の照射角度をθ1、拡散板14の拡散角度をθ2とすると(1)式で表される。
This light diffusion angle is expressed by equation (1) where θ1 is the irradiation angle of the LED 13 and θ2 is the diffusion angle of the
α=(θ12−θ22)1/2 …(1) α = (θ1 2 -θ2 2) 1/2 ... (1)
例えば、LED13aの照射角度θ1がθ1=10°であるとし、拡散板18の拡散角度θ2がθ2=10°のとき、その拡散板射出角度αは、α=14.1°となる。
For example, when the irradiation angle θ1 of the
したがって、拡散板18の中央領域での拡散角度は、集光レンズ17に到達する拡散光が集光レンズ17の径程度に収まる範囲とすることが好ましい。
Therefore, it is preferable that the diffusion angle in the central region of the diffusing
以上のような固体発光式照明装置によれば、拡散板18は、LEDの放射光の光路と交わる方向で、その中央領域が光拡散特性を有し、また外輪郭領域において拡散しないように構成されているため、放射光の輪郭部分での光拡散がなく、その結果、輪郭部分に対応した部分の光量の低下を防止することができる。また、中央領域の光は、透光部である拡散板18により拡散されるため、LED13から放射された各色の色斑を改善できる。したがって、舞台やスタジオなどに多用されているスポットライトで実用上問題となる光中央部での色斑が効果的に解消される。
According to the solid state lighting device as described above, the
(第2の実施の形態) (Second Embodiment)
図2は本発明の実施の形態に係わるスポットライトの概略構成図、図3はその概略正面図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the spotlight according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic front view thereof.
スポットライト本体19は例えば金属製の箱体で形成され、内部に図1に示した固体発光式照明装置11が収納される。
The spotlight
集光レンズ17は、固体発光式照明装置11から離間してスポットライト本体19に配設され、固体発光式照明装置11から出射される出射光を集光する。集光レンズ17は球面レンズや平坦状レンズで構成することができる。本実施形態では1個のフレネルレンズを用いた場合を示している。
The condensing
また、集光レンズ17と固体発光式照明装置11との距離を相対的に可変とするように既知の移動機構20が設けられている。この移動機構20は、光源フォーカスハンドル20a及びレンズフォーカスハンドル20bを含み、この移動機構20により、LED配列部12と集光レンズ17との離間距離を相対的に変動させることにより、被照射面での光照射面積が変化し、また光量が変化するように構成されている。
Further, a known moving mechanism 20 is provided so that the distance between the
また、集光レンズ17側のスポットライト本体19にはバンドア21が設けられており、このバンドア21の開閉角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所望により遮光し調節する。
Further, the
LED13に適合する点灯電力を供給する点灯装置(図示せず)は、スポットライト本体19の下部に位置する点灯装置収納部19a内に収納されている。この点灯装置は、供給される商用電源をLEDに適合した低ワットの直流に変換し、また外部から出力されたDMX信号などの調光信号に応じて、主ビームの白色LED13a及び補色用LED13b1、13b2に対する点灯電力を各々独立に調整できるように構成されている。
A lighting device (not shown) that supplies lighting power suitable for the LED 13 is housed in a lighting
以上のようなスポットライトによれば、上記の実施形態と同じく拡散板18は、LEDの放射光の光路と交わる方向で、その中央領域が光拡散特性を有し、また外輪郭領域において拡散しないように構成されているため、放射光の輪郭部分での光拡散がなく、その結果、輪郭部分に対応した部分の光量の低下を防止することができる。また、中央領域の光は、透光部である拡散板18により拡散されるため、LED13から放射された各色の色斑を改善できる。さらには、拡散された後の光を移動機構20によりフォーカスするので、光学レンズのズーム状態によって、照射光が透過する透光部の領域が変化してしまうという現象が発生しないため、したがって、ズーム状態によっては、透光部の光拡散特性が発揮されなくなるということがなく、所望のとおり被照射面を照明することができる。
According to the spotlight as described above, the
以上説明した実施形態においては、透光部を構成する拡散板として、一方面の中央領域は凹凸加工されていると共に、外縁に向かうにしたがってその表面が平滑になるように加工されたもの、換言すれば、光路に直交する方向にその中央から外輪に向かうにしたがって光拡散性が弱まる特性のものを説明しているが、これに限らず、光拡散特性を異ならせても良い。 In the embodiment described above, as the diffusion plate constituting the translucent part, the central region of one surface is processed to be uneven, and the surface is processed so as to become smooth toward the outer edge, in other words In this case, the light diffusing property is described as decreasing from the center toward the outer ring in the direction orthogonal to the optical path. However, the present invention is not limited to this, and the light diffusing property may be varied.
すなわち、光路と交わる方向にその中央から外輪に向かうにしたがって光拡散性が強まる特性のものを使用すれば、相対的に照射面の中心領域での光量を増加することができ、輪郭周囲での色斑の発生を軽減することが期待できる。 In other words, if the light diffusibility increases in the direction intersecting the optical path from the center toward the outer ring, the amount of light in the central area of the irradiated surface can be increased relatively, It can be expected to reduce the occurrence of color spots.
11…固体発光式照明装置、12…LED配列部、13…補色LED、
14…透光部(拡散板)、15…アパーチャ部、16…アパーチャ、17…集光レンズ、
18…拡散板、19…スポットライト本体、20…移動機構、21…バンドア
DESCRIPTION OF
14 ... Translucent part (diffuser plate), 15 ... Aperture part, 16 ... Aperture, 17 ... Condensing lens,
18 ... Diffuser, 19 ... Spotlight body, 20 ... Moving mechanism, 21 ... Banda
Claims (2)
指向性を有すると共に、第1の固体発光素子と異なる光色の光を放射するように構成されている第2の固体発光素子と;
第1及び第2の固体発光素子からの放射光を混光して所定の方向に投射するように第1及び第2の固体発光素子を収容する器具本体と;
混光された放射光の光路に位置し、光路と交わる方向で光拡散特性が異なるように構成されている透光部と;
を備えていることを特徴とする固体発光式照明装置。 A first solid state light emitting device having directivity and configured to emit light of a specific light color;
A second solid state light emitting device having directivity and configured to emit light of a light color different from that of the first solid state light emitting device;
An instrument body containing the first and second solid state light emitting elements so as to mix and project the emitted light from the first and second solid state light emitting elements in a predetermined direction;
A translucent part located in the optical path of the mixed radiant light and configured to have different light diffusion characteristics in the direction intersecting the optical path;
A solid-state light-emitting illuminating device comprising:
指向性を有すると共に、第1の固体発光素子と異なる光色の光を放射するように構成されている第2の固体発光素子と;
第1及び第2の固体発光素子からの放射光を混光して所定の方向に投射するように第1及び第2の固体発光素子を収容する器具本体と;
混光された放射光の光路に位置し、光路と交わる方向で光拡散特性が異なるように構成されている透光部と;
第1及び第2の固体発光素子との離間距離を相対的に変動できるように構成され、透光部を透過した放射光の照射範囲を調整する光学レンズと;
第1及び第2の固体発光素子に適合する点灯電力を供給する点灯装置と、
を備えていることを特徴とするスポットライト。 A first solid state light emitting device having directivity and configured to emit light of a specific light color;
A second solid state light emitting device having directivity and configured to emit light of a light color different from that of the first solid state light emitting device;
An instrument body containing the first and second solid state light emitting elements so as to mix and project the emitted light from the first and second solid state light emitting elements in a predetermined direction;
A translucent part located in the optical path of the mixed radiant light and configured to have different light diffusion characteristics in the direction intersecting the optical path;
An optical lens configured to relatively change a separation distance between the first and second solid state light emitting devices and adjusting an irradiation range of the radiated light transmitted through the light transmitting portion;
A lighting device for supplying lighting power suitable for the first and second solid state light emitting devices;
Spotlight characterized by having.
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