JP2008234908A - Ｌｅｄスポットライト - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを光源として色むらのない白色光のスポットライトを提供する。
【解決手段】ＬＥＤスポットライト１は、ＲＧＢのＬＥＤから構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ光源１１と、ＲＧＢ−ＬＥＤ光源１１から投射される混色の光線をロッドレンズ２１の入射面に集光する集光レンズ１２とからなる光源ユニット１０と、入射端面から出射端面に向けて断面積が縮小する角錐ロッドレンズ２１と、角錐ロッドレンズ２１の出射面から出射した点光源５１の出射光を角錐ロッドレンズ２１の軸線上に集光するリフレクタ３１とを備える。角錐ロッドレンズ２１に入射した光線は内部で数回繰り返し反射されながら進行することによってロッドレンズ２１の出射端での輝度ムラが低減するとともに混色が促進されて、どの方向からみても同じ色に見える白色光の点光源５１として出射され、リフレクタ３１により角錐ロッドレンズ２１の軸線上にスポット光として集光される。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤを光源とするＬＥＤスポットライトに関し、特にロッドレンズを備えたＬＥＤスポットライトに関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード）は消費電力が少ない、長寿命である、発熱が少ない、応答速度が速い、省スペースである等の特長を有することから、ＬＥＤを光源とする照明用への応用範囲が広がり、信号機から自動車のヘッドライトにまで実用化が進んでいる。

一方、ＬＥＤの光には出射角度によって光の強度が異なるという特性がある。そのため、リフレクタによって配光を制御することが電球などに比べて困難である。また、ＬＥＤの光は指向性が高く、スペクトルがシャープなため、光が混ざりにくいという性質を持つ。この性質により、混色が十分でないとＲＧＢを用いた白色ＬＥＤの場合、角度によって異なった色に見えてしまう。

また、従来から、蛍光体を含有した透過性のバインダなどにより青色発光素子を封止して、入射した青色光により励起された黄色の蛍光体から発光した光が、入射した青色光と混合して白色光を発光する白色光源がある。この場合でも、ＬＥＤ光の当て方によって色むらが生じる。

このような問題に対応するためにロッドレンズを用いることにより簡易な構成で均一な強度分布の光を出力できる固体光源を用いた照明装置が、特許文献１（特開２００３−２６２７９５）に開示されている。また、複数のＬＥＤランプを用い、これらの光束をロッドレンズに入力して高い光強度でかつ均一な射出光を得る照明装置が特許文献２（特開２００４−２１２４６９）に開示されている。また、光源にＬＥＤを用いて広範囲に光を照射するストロボ装置が特許文献３（特開２００４−２２６５０９）に開示されている。
特開２００３−２６２７９５号公報 特開２００４−２１２４６９号公報 特開２００４−２２６５０９号公報

ＬＥＤを照明として使用する応用範囲は広がっているが、上述のような問題点を解決してスポットライトとして使用する事例は開示されていない。

特許文献１の発明はプロジェクタのライトバルブの照明を対象としており、ロッドレンズからの出射光はシリンドリカルレンズでライトバルブのアスペクト比に調整されており、特許文献２の発明には複数のＬＥＤランプを用いロッドインテグレータに入射して高い光強度で均一な出射光を得ることが開示されているがスポットに絞り込むことについては記載されておらず、特許文献３の発明ではＬＥＤを用いリフレクタと拡散板と凹レンズを用いて広範囲に光を照射しているが、いずれにも照射光を集約してスポットライトとすることについての記載はない。

本発明の目的は、ＬＥＤを光源とした色むらのない白色光のスポットライトを提供することにある。

本発明のＬＥＤスポットライトは、
ＬＥＤを用いた光源と、入射端面からの入射光線を出射端面から均一化した光線として出射するロッドレンズと、光源からの出射光をロッドレンズの入射端面に集光する第１の集光手段と、ロッドレンズからの出射光を集光する第２の集光手段と、を備えたことを特徴とする。

ロッドレンズが入射端面から出射端面に向けて段面積が縮小する四角錐型のロッドレンズであってもよく、ロッドレンズの全長が入射端面の辺の長さの１５倍以上である四角柱型のロッドレンズであってもよい。

ＬＥＤを用いた光源は、ＲＧＢのＬＥＤが一体型に構成された光源であり、第１の集光手段は一体型のＲＧＢのＬＥＤの出射光をロッドレンズの入射端面に集光するレンズであってもよく、ＬＥＤを用いた光源は、ＲＧＢのＬＥＤが個別に設けられている光源であり、第１の集光手段は個別のＲＧＢのＬＥＤの出射光をそれぞれ集光するレンズと、そのレンズからのそれぞれの出射光をロッドレンズの入射端面に向けて集約するクロスダイクロイックミラーレンズと、そのクロスダイクロイックミラーレンズの出射光をロッドレンズの入射端面に集光するレンズであってもよく、ＬＥＤを用いた光源は、蛍光体を含有した透光性のバインダにより青色ＬＥＤを封止した白色光源であり、第１の集光手段は白色光源の出射光をロッドレンズの入射端面に集光するレンズであってもよい。第２の集光手段はリフレクタであってもよく、レンズであってもよい。

出射端の面積の小さいロッドレンズを経由させることで、完全拡散光である点光源を作ることができるのでスポットライトの設計が容易になる。

ＲＧＢ３色のＬＥＤを使用する場合でも、ＬＥＤ光を励起光とし、蛍光体により白色光を得る場合でもロッドレンズを経由させることによって色むらを低減できる。

本発明は、ＬＥＤからの光を集光手段を用いて一点に集め、その焦点を結ぶ位置にロッドレンズを設置し、出射端の面積の小さいロッドレンズの先にリフレクタやレンズを設けて集光する構成としたので、完全拡散光である点光源を作ることができ、十分混色させることができるので色ムラのない白色光のスポット光が得られるという効果がある。

次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。

第１の実施の形態のＬＥＤスポットライト１は、ＲＧＢのＬＥＤから構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ光源１１と、ＲＧＢ−ＬＥＤ光源１１から投射される混色の光線をロッドレンズ２１の入射面に集光する第１の集光手段である第１の集光レンズ１２とからなる光源ユニット１０と、断面が出射面に向かって縮小する角錐ロッドレンズ２１と、角錐ロッドレンズ２１の出射面から出射し点光源５１を形成する出射光を集光するリフレクタ３１と、筐体となるケーシング４１とを備える。ここでは第１の集光手段を集光レンズとして説明するが、リフレクタを用いてもよい。

ＲＧＢ−ＬＥＤ光源１１には不図示の電源からスイッチを経由して電流が供給される。角錐ロッドレンズ２１は、入射端から出射端に向けて断面が縮小する角錐形状となっていて、角錐ロッドレンズ２１の周壁は反射面になっており、角錐ロッドレンズ２１に入射した光線は内部で数回繰り返し反射されながら進行することによって角錐ロッドレンズ２１の出射端での輝度ムラが低減し、細い出射端から点光源５１として出射する。

上述のように、ＬＥＤの光は指向性が高く、スペクトルがシャープなため、光が混ざりにくいという性質を持つており、混色が十分でないとＲＧＢを用いた白色ＬＥＤの場合、角度によって異なった色に見えてしまうという問題がるが、角錐ロッドレンズ２１を通過させることにより混色が促進され、各色のＬＥＤから出射する光の強度が局所的に集中することがなくなり、どの方向からみても同じ色に見える白色光として出射される。角錐ロッドレンズ２１から点光源５１として出射した光は第２の集光手段であるリフレクタ３１によって角錐ロッドレンズ２１の軸線方向にスポット光として集光される。

第１の実施の形態では、光源をＲＧＢのＬＥＤから構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ光源１１として説明したが、黄色の蛍光体を含有した透明性のバインダにより青色発光素子を封止して、青色発光素子が発する青色光と、入射した青色光により励起されて蛍光体から発光した光とが混合することによって白色光となる白色光源に対しても同様に適応できる。この場合でも、ＬＥＤ光の当たり方によって生じる色むらがロッドレンズ２１を通過させることによって出射端で低減される。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の第２の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。

第２の実施の形態のＬＥＤスポットライト２では、角錐ロッドレンズ２１が、ロッドレンズの全長が入射端面の辺の長さの１５倍以上である細長い角柱ロッドレンズ２２に変更された以外は第１の実施の形態と構成も機能も同じなので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、集光レンズ１２により角柱ロッドレンズ２２の入射端に入射した光線が細長い角柱ロッドレンズ２２の内部で数回繰り返し反射されながら進行することによって角柱ロッドレンズ２２の出射端での輝度ムラが低減し細い出射端から点光源５１として出射する。

次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図３は本発明の第３の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。

第３の実施の形態のＬＥＤスポットライト３では、第２の集光手段がリフレクタ３１から第２の集光レンズ３２に変更された以外は第１の実施の形態と構成も機能も同じなので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、角錐ロッドレンズ２１の出射面から点光源５１として出射した出射光は、第２の集光レンズ３２によって角錐ロッドレンズ２１の軸線方向にスポット光として集光される。この場合、第２の集光レンズ３２をレンズの軸方向に移動可能な構造とすれば、第２の集光レンズ３２の集光点の位置を移動させることができる。ここで、角錐ロッドレンズ２１を第２の実施の形態の角柱ロッドレンズ２２とすることもできる。

次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。図４は本発明の第４の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。

第４の実施の形態のＬＥＤスポットライト４では、第１の実施の形態の光源ユニット１０が、３方向のそれぞれから投射するＲ（赤色）光源ユニット６１Ｒ、Ｇ（緑色）光源ユニット６１Ｇ、Ｂ（青色）光源ユニット６１Ｂと、各光源ユニットからの出射光を１方向に集約するクロスダイクロイックミラー６３と、集光レンズ６４とを組み合わせた光源ユニット６０に変更された以外は第１の実施の形態と構成も機能も同じなので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

Ｒ（赤色）光源ユニット６１Ｒ、Ｇ（緑色）光源ユニット６１Ｇ、Ｂ（青色）光源ユニット６１Ｂには、それぞれＲ−ＬＥＤ光源６２Ｒ、Ｇ−ＬＥＤ光源６２Ｇ、Ｂ−ＬＥＤ光源６２Ｂとレンズとが設けられている。各光源から出射したＧ光、Ｂ光、Ｒ光はそれぞれのレンズで集光されてクロスダイクロイックミラー６３のそれぞれの入射面に入光し、集約されて出射面から集光レンズ６４に入光し、角錐ロッドレンズ２１の入射面に入光する。

図４では図１の第１の実施の形態の光源ユニット１０を光源ユニット６０に変更した例で説明しているが、第２および第３の実施の形態の光源ユニット１０を光源ユニット６０に変更してもよい。

第４の実施の形態では、光源ユニットをＲＧＢのそれぞれに分離したのでＬＥＤの出力を増大させることができ、点光源の照度を高めることができる。

これまでの各実施の形態では、ロッドレンズを角錐型あるいは細長い角柱型として説明したが、透明な円錐型あるいは円柱型を使用することもできる。

本発明の第１の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。 本発明の第２の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。 本発明の第３の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。 本発明の第４の実施の形態のＬＥＤスポットライトの模式的側面図である。

符号の説明

１、２、３、４ ＬＥＤスポットライト
１０、６０ 光源ユニット
１１ ＲＧＢ−ＬＥＤ光源
１２、６４ 集光レンズ
２１ 角錐ロッドレンズ
２２ 角柱ロッドレンズ
３１ リフレクタ
３２ 第２の集光レンズ
４１ ケーシング
５１ 点光源
６１Ｒ Ｒ（赤色）光源ユニット
６１Ｇ Ｇ（緑色）光源ユニット
６１Ｂ Ｂ（青色）光源ユニット
６２Ｒ Ｒ−ＬＥＤ光源
６２Ｇ Ｇ−ＬＥＤ光源
６２Ｂ Ｂ−ＬＥＤ光源
６３ クロスダイクロイックミラー

Claims (8)

1. ＬＥＤを用いた光源と、
   入射端面からの入射光線を均一化した光線として出射端面から出射するロッドレンズと、
   前記光源からの出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に集光する第１の集光手段と、
   前記ロッドレンズからの出射光を集光する第２の集光手段と、を備えたことを特徴とするＬＥＤスポットライト。
2. 請求項１に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記ロッドレンズが前記入射端面から前記出射端面に向けて断面積が縮小する四角錐型のロッドレンズである、ＬＥＤスポットライト。
3. 請求項１に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記ロッドレンズの全長が前記入射端面の辺の長さの１５倍以上である四角柱型のロッドレンズである、ＬＥＤスポットライト。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記ＬＥＤを用いた光源は、ＲＧＢのＬＥＤが一体型に構成された光源であり、前記第１の集光手段は一体型の前記ＲＧＢのＬＥＤの出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に集光するレンズである、ＬＥＤスポットライト。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記ＬＥＤを用いた光源は、ＲＧＢのＬＥＤが個別に設けられている光源であり、前記第１の集光手段は個別の前記ＲＧＢのＬＥＤの出射光をそれぞれ集光するレンズと、該レンズからのそれぞれの出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に向けて集約するクロスダイクロイックミラーレンズと、該クロスダイクロイックミラーレンズの出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に集光するレンズである、ＬＥＤスポットライト。
6. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記ＬＥＤを用いた光源は、蛍光体を含有した透光性のバインダにより青色ＬＥＤを封止した白色光源であり、前記第１の集光手段は前記白色光源の出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に集光するレンズである、ＬＥＤスポットライト。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記第２の集光手段はリフレクタである、ＬＥＤスポットライト。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＬＥＤスポットライトにおいて、
   前記第２の集光手段はレンズである、ＬＥＤスポットライト。

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