JP2008243602A - 照射範囲可変スポットライト - Google Patents

Abstract

【課題】照射範囲可変スポットライトにおいて、光利用効率を低下させることなく、照射光の光ムラを抑制する。
【解決手段】照射範囲可変スポットライト１は、配光制御部材２と、配光制御部材２との距離を遠近自在に据え付けられる光源ユニット３と、を備え、光源ユニット３は、光源４と、楕円反射鏡５と、これらを収納する筐体３１と、筐体３１の光出射方向に設けられる拡散体６と、を備える。拡散体６と光源４とは、夫々楕円反射鏡５の第２焦点、第１焦点に設置され、拡散体６の側面部の内周面６０は、拡散反射面又は光吸収面として形成される。拡散体６は、反射光Ｌ２及び直射光Ｌ１の双方を拡散して拡散光Ｌ３を出射するので、照射面における光ムラが抑制され、内周面６０に入射した直射光Ｌ１及び反射光Ｌ２は拡散又は吸収され、拡散体６の側面部の形状が照射面に映り込むことがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、配光制御部材と、該配光制御部材との距離を遠近自在に据え付けられる光源ユニットと、を備えた照射範囲可変スポットライトに関する。

従来から、舞台やスタジオ等を照明するために、光の照射範囲を可変としたスポットライトが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のスポットライトを図８に示す。このスポットライト１０１は、配光制御レンズ１０２と、光源１０４及び楕円反射鏡１０５等を有する光源ユニット１０３と、これらを収納する器具筐体１１０と、を備え、光源ユニット１０３が、器具筐体１１０内で光源１０４の光出射方向にスライド自在に据え付けられることにより、配光制御レンズ１０２と光源ユニット１０３との距離を調整して、配光制御レンズ１０２から出射される光の照射範囲を自在に変化させることができる。

一般に、光源１０４からの直射光Ｌ１（図８に点線で示す）と反射光Ｌ２（一点鎖線で示す）とは、夫々配光が異なるため、直射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の両者を含む照射光は、照射面において光ムラを生じ、照射対象を均質に照らし出すことができない。そこで、このようなスポットライト１０１では、光源ユニット１０３の光出射方向にある側面の一部に開口部１３０を設け、開口部１３０と光源１０４とが、夫々楕円反射鏡１０５の第２焦点Ｆ２、第１焦点Ｆ１に配置されるようにすることで、反射光Ｌ２を効果的に開口部１３０に集光して、これを配光制御レンズ１０２へ導くと共に、光源ユニット１０３の内側面１３２により直射光Ｌ１を遮断する。このように、照射光に含まれる反射光Ｌ２を多くして、直射光Ｌ１を少なくすることにより、スポットライト１０１は照射面における光ムラを抑制することができる。

この種のスポットライトにおいて、開口部１３０の口径を小さくすれば、直射光Ｌ１を効果的に遮断できるので、光ムラが抑制されるが、開口部１３０の口径を極端に小さくすると、反射光Ｌ２も遮断してしまい、光利用効率が低下する。また、光源１０４の製造バラツキ等により、光源１０４の配置が第１焦点Ｆ１を僅かに外れると、反射光Ｌ２の集光ポイントも第２焦点Ｆ２から僅かに外れてしまうので、反射光Ｌ２を効率的に利用するためには、開口部１３０の口径を、上記バラツキを加味した所定の大きさに形成する必要がある。しかし、開口部１３０の口径を極端に大きくすると、直射光Ｌ１が多くなり、照射面における光ムラが生じ易くなる。

このような照射光の光ムラを抑制するために、光源の光出射方向に拡散体を設けたスポットライトが知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に示されるスポットライトは、上記のスポットライト１０１の開口部１３０に拡散体を設けたものであり、拡散体の一例を図９に示す。このような拡散体１０６を用いることにより、直射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の双方を拡散体１０６により拡散させ、拡散光Ｌ３（二点鎖線で示す）を出射させれば、光ムラを抑制することができ、また、開口部１３０の口径を光利用効率の高い所定の大きさにすることができる。
特開２００４−３１０５６号公報 特開２００６−２６９１８２号公報

しかしながら、上述のように開口部１３０に拡散体１０６を設けると、拡散体１０６に入射した光の一部は、拡散体１０６の側面部の内周面１６０で全反射して拡散体１０６から出射されることがある（図９に破線で示す）。この全反射された光（全反射光）Ｌ４は、全反射せずに拡散体１０６から出射した拡散光Ｌ３とは配光が異なる。そのため、この全反射光Ｌ４を含む照明光は、照射面において光ムラを生じる。具体的には、拡散体１０６の側面部の形状が照射面に映り込み、リング状の明暗となって現れる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、光利用効率を低下させることなく、照射光の光ムラを抑制し、また、照射面に拡散体の形状が映り込むことを抑制した照射範囲可変スポットライトを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、配光制御部材と、該配光制御部材との距離を遠近自在に据え付けられる光源ユニットと、を備えた照射範囲可変スポットライトにおいて、前記光源ユニットは、光源と、前記光源からの光を前記配光制御部材の方向へ反射させる楕円反射鏡と、前記光源及び楕円反射鏡を収納する筐体と、前記筐体に設けられ、前記光源から出射した光及び前記楕円反射鏡により反射された光を拡散させて前記配光制御部材の方向へ出射する拡散体と、を備え、前記拡散体と光源とは、夫々前記楕円反射鏡の第２焦点、第１焦点に設置され、前記拡散体の側面部の内周面は、拡散反射面又は光吸収面とされているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照射範囲可変スポットライトにおいて、前記拡散体は、透光性材料に拡散粒子を含有して成るものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の照射範囲可変スポットライトにおいて、前記拡散体は、光源から出射された光の入射面又は出射面に、同心円状に複数のＲ状凸部又は凹部を形成したドーナツ型突起が設けられているものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の照射範囲可変スポットライトにおいて、前記ドーナツ型突起において、複数のＲ状の凸部又は凹部のつなぎ目がＲ状に形成されているものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載の照射範囲可変スポットライトにおいて、前記拡散体は、光源から出射された光の入射面又は出射面に、六角形又は四角形で区切られたＲ状の凸部又は凹部から成る複数の突起が形成されているものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の照射範囲可変スポットライトにおいて、光源はハロゲンランプであり、前記拡散体は、前記光源の光軸が交差する部分に拡散部を設けたものである。

請求項１の発明によれば、光源からの直射光及び楕円反射鏡で反射した反射光の双方を、拡散体を用いて拡散させて拡散光を出射するようにしたので、照射面における光ムラを効果的に抑制することができる。また、拡散体の側面部の内周面に入射した直射光及び反射光は、拡散反射面として形成された内周面で拡散反射し、又は、光吸収面として形成された内周面に吸収されるので、この内周面において全反射せず、照射面に拡散体の側面部の形状が映り込むことがない。

請求項２の発明によれば、安価な構成材料により拡散体を作成することができる。

請求項３の発明によれば、拡散体の入射面又は出射面の形状によって拡散体に入射した光を拡散反射させるので、例えば、拡散粒子を用いるよりも高効率で光を拡散することができる。

請求項４の発明によれば、拡散体の入射面又は出射面に形成されたドーナツ型突起のつなぎ目の形状がＲ状に形成されているので、つなぎ目の形状の映り込みが抑制され、照射面に投影される光ムラがより低減される。

請求項５の発明によれば、入射面又は出射面に形成された六角形又は四角形で区切られたＲ状の凸部又は凹部から成る複数の突起により、例えば、楕円反射鏡の縁の形状といった同心円形状に映し出される光ムラを低減することができる。

請求項６の発明によれば、ハロゲンランプを用いたときに、その光軸近傍の光を効果的に拡散させて、照射面全体を光ムラなく均質な光で照射することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトについて、図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）乃至（ｄ）を参照して説明する。本実施形態の照射範囲可変スポットライト（以下、スポットライト）１は、器具筐体１０の光出射方向に取り付けられる配光制御部材２と、器具筐体１０内において配光制御部材２との距離を遠近自在に据え付けられる光源ユニット３と、を備える。

光源ユニット３は、光源４と、光源４から出射された光を配光制御部材２の方向へ反射させる楕円反射鏡５と、光源４及び楕円反射鏡５を収納する筐体３１と、を備える。器具筐体１０の内側面には、例えば、光の出射方向（光軸Ｘで示される方向）と平行なガイドレール（図示せず）が備えられ、光源ユニット３は、このガイドレールに沿って器具筐体１０の内をスライド自在に配置される。スポットライト１は、例えば、凸状の配光制御部材２が用いられたとき、図１（ａ）に示されるように、光源ユニット３を配光制御部材２から遠ざけることにより、照射範囲を狭くすることができ、図１（ｂ）に示されるように、光源ユニット３を配光制御部材２に近付けることにより、照射範囲を広くすることができる。

筐体３１は、アルミニウム合金等の金属又はポリカーボネートやＰＰＳ等の樹脂材料等を略円筒形状に形成し、その両端部に夫々円形状の平板を配置して作成される。光出射方向にある平板には、略円形状の開口部３０が形成される。また、開口部３０には、光源４からの直射光Ｌ１（点線で示す）及び楕円反射鏡５により反射された反射光Ｌ２（一点鎖線で示す）を入射して、これらの光を拡散させて配光制御部材２の方向へ拡散光Ｌ３を出射する拡散体６が設けられる。また、筐体３１の内側面は黒塗り塗装が施され、光出射方向にある平板は開口部３０を除いて閉口しており、光源４からの直射光Ｌ１を遮断する遮断面３２となっている。

配光制御部材２、拡散体６及び光源４は、各々の略中心を通る軸が、図中の光軸Ｘで示されるように、略一致するように配置される。また、楕円反射鏡５は、その第１焦点Ｆ１及び第２焦点Ｆ２を結ぶ線分が、上記光軸Ｘと略一致するように配置される。光源４は、楕円反射鏡５の第２焦点Ｆ２に位置するように、拡散体６は、上記楕円反射鏡５の第１焦点Ｆ１に位置するように配置される。

配光制御部材２は、透明ガラス又は透光性樹脂等から成る凸レンズ又はフレネルレンズが用いられる。光源４には、汎用の光源が用いられ、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプや高圧ナトリウムランプいった高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、コンパクト蛍光灯、ＬＥＤ等が用いられる。また、光源４は、複数のＬＥＤ（ＲＧＢ）を配置し、各ＬＥＤを適宜に調光制御することにより任意の色の光を出射可能としたものであってもよい。また、楕円反射鏡５は、例えば、アルミ蒸着反射板、ガラス基板ダイクロイックミラー等が用いられる。

また、光源ユニット３は、光源４の種類に応じた適宜の点灯回路７を備え、光源４への給電をオンオフするスイッチング素子、スイッチング素子へ点灯制御信号を出力する点灯制御用マイコン、上記の各電子部品等を搭載する基板、光源４の種類に応じて商用電源（図示せず）の電流・電圧を安定化させる安定器、これらの各構成部を収納する回路筐体等を備える。点灯回路７は、図１（ａ）（ｂ）に示されるように、筐体３１の筐体外側面に配置されていてもよいし、光源４からの光を遮断しなければ、筐体３１内に収納されていてもよい。

拡散体６は、透明ガラス又は透光性樹脂材料に拡散粒子６ａを混ぜ合わせ、開口部３０の形状に適合するように、略円柱形状に形成されたものが用いられる。拡散粒子６ａには、例えば、酸化チタンや架橋シリコン微粒子等といった汎用の安価な材料が用いられる。また、拡散体６の側面部は、図２（ａ）（ｂ）に示されるように、粗い光学表面に加工され、又は、図２（ｃ）（ｄ）に示されるように、黒塗り塗装が施されることにより、拡散体６の側面部の内周面６０が、拡散反射面又は光吸収面として形成される。

光源４からの直射光Ｌ１と、楕円反射鏡５による反射光Ｌ２とは、夫々配光が異なるので、直射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の両者が開口部３０からそのまま出射されると、スポットライトの照明面において光ムラを生じる。しかし、スポットライト１は、拡散体６と光源４とが、夫々楕円反射鏡５の第２焦点、第１焦点に設置されているので、光源４（第１焦点Ｆ１）から出射された光のうち、楕円反射鏡５による反射光Ｌ２は、拡散体６（第２焦点Ｆ２）に入射する。一方、光源４からの直射光Ｌ１はその多くが遮断面３２により遮断される（図１（ａ）（ｂ））。このように、スポットライト１は、直射光Ｌ１の混光を防止して反射光Ｌ２を効果的に利用することにより、照射面における光ムラを抑制することができる。

なお、開口部３０の口径は、直射光Ｌ１を遮断して光ムラを抑制するには、なるべく小さい方が好ましい。しかし、極端に小さいと、反射光Ｌ２まで遮断してしまい、光利用効率が低下する。また、光源４の製造バラツキ等により、光源４の配置が第１焦点Ｆ１を僅かに外れると、反射光Ｌ２の集光ポイントも第２焦点Ｆ２から僅かに外れてしまうので、反射光Ｌ２を効率的に利用するには、開口部３０の口径を、上記バラツキを加味した所定の大きさに形成する必要がある。しかし、開口部３０の口径が極端に大きいと、直射光Ｌ１の混光が増え、光ムラを生じ易くなる。そこで、開口部３０の口径は、光源４の発光部の光軸Ｘ方向の長さの略２．２倍とすることにより、直射光Ｌ１をなるべく遮断すると共に、光源４の製造バラツキ等があっても、反射光Ｌ２の大部分を利用することができる。

また、スポットライト１は、開口部３０に拡散体６を設けたことにより、反射光Ｌ２及び直射光Ｌ１の双方を拡散させて、拡散光Ｌ３（二点鎖線で示す）を出射するようにしたので、照射面における光ムラをより効果的に抑制することができる。また、拡散体６の側面部の内周面６０に入射した直射光Ｌ１及び反射光Ｌ２は、図２（ｂ）に示されるように、拡散反射面として形成された内周面６０で拡散反射し、又は、図２（ｄ）に示されるように、光吸収面として形成された内周面６０で吸収されるので、内周面６０において全反射しない。そのため、図９で示した全反射光Ｌ４により、拡散体６の側面部の形状が照射面に映り込むことがない。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトについて、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態のスポットライト１は、上記第１の実施形態における拡散体６が、光源４から出射された光の入射面６１又は出射面６２に、同心円状に複数のＲ状凸部又は凹部を形成したドーナツ型突起６３を設けられているものである。なお、図３（ｂ）では、拡散体６の入射面６１及び出射面６２の両面に、同心円状に複数のＲ状凸部を形成した例を示している。

本実施形態の拡散体６は、透明ガラス又は透光性樹脂材料を、開口部３０の形状に適合するように、略円柱形状に形成し、更に入射面６１又は出射面６２を所定形状に加工したものである。なお、拡散体６の側面部の内周面６０は、上記第１の実施形態と同様に、拡散反射面又は光吸収面として形成される。また、拡散体６以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。

上述した第１の実施形態のスポットライト１では、拡散体６の構成材料に含有させる拡散粒子６ａの量を多くすれば光を効果的に拡散させることができるが、拡散粒子６ａは、拡散体６に入射した光の多くを損失させ、光利用効率を低下させることがあった。それに対し、本実施形態では、拡散体６の入射面６１又は出射面６２の形状によって拡散体６に入射した光を拡散反射させるので、拡散粒子６ａを用いる必要がなく、より高効率で光を拡散することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトについて、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態のスポットライト１は、上記第２の実施形態における拡散体６のドーナツ型突起６３において、複数のＲ状の凸部又は凹部のつなぎ目６４がＲ状に形成されているものである。その他の構成は上記第２の実施形態と同様である。

上述した第２の実施形態のスポットライト１では、拡散体６の入射面６１又は出射面６２に形成されたドーナツ型突起６３のつなぎ目６４の形状が、照射面に投影されて光ムラを生じることがあった。例えば、図３（ｂ）に示される拡散体６を用いたとき、照射面に同心円状の形成された凸部のつなぎ目６４の形状が強く映り込むことがあり、特に、照射範囲を狭くしたときに顕著な映り込みがあった。それに対し、本実施形態では、複数のＲ状の凸部又は凹部のつなぎ目６４もＲ状に形成されているので、つなぎ目６４の形状の映り込みが抑制され、照射面に投影される光ムラがより低減される。

次に、本発明の第４の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトについて、図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態のスポットライト１は、上記第１の実施形態における拡散体６が、光源４から出射された光の入射面６１又は出射面６２に、六角形又は四角形で区切られたＲ状の凸部又は凹部から成る複数の突起６５が形成されているものである。その他の構成は上記第２の実施形態と同様である。なお、図５（ａ）は、六角形で区切られたＲ状の凸部から成る複数の突起６５が形成された拡散体６の例を示している。

上述した第２又は第３の実施形態のスポットライト１では、入射面６１又は出射面６２に形成されたドーナツ型突起６３と同じ同心円形状に映し出される光ムラ、例えば、楕円反射鏡５の縁の形状が映し出されることによる光ムラを低減することが困難であった。それに対し、本実施形態では、入射面６１又は出射面６２に形成された六角形又は四角形で区切られたＲ状の凸部又は凹部から成る複数の突起６５により、これらの同心円状に映し出される光ムラも軽減することができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトについて、図６及び図７（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態のスポットライト１は、光源４にハロゲンランプ４０が用いられ、拡散体６は、光源４の光軸Ｘが交差する部分が拡散性を有するように形成されているものである。すなわち、本実施形態の拡散体６は、透明ガラス又は透光性樹脂に拡散粒子６ａを混ぜ合わせ、拡散体６の略中心部において拡散粒子６ａの濃度が高くなるように形成される。また、拡散体６の入射面６１又は出射面６２の略中心部に、上記第２乃至第４の実施形態に示したようなドーナツ型突起等を設けてもよい。なお、拡散体６の側面部の内周面６０は、上記第１の実施形態と同様に、拡散反射面又は光吸収面として形成され、光源４及び拡散体６以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。

一般に、舞台照明用のハロゲンランプの多くは、製造の都合上、ランプ頭頂部に突起があり、この突起により上記の光軸Ｘ近傍の光量が多くなり、例えば、照射面の略中心部近傍が明るく照らし出され、照射面において光ムラを生じることがある。本実施形態の拡散体６は、その略中心部の拡散性が高くなるように形成されているので、光軸Ｘ近傍を透過する光を効果的に拡散させて、照射面全体を光ムラなく均質な光で照射することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、光源４と拡散体６との間に小型のレンズ（図示せず）を設けて、光源４からの直射光Ｌ１の一部を楕円反射鏡５の第２焦点Ｆ２に集光することにより、直射光Ｌ１と反射光Ｌ２との配光が近似するようにしてもよい。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトにおける照射範囲を狭くしたときの側断面図、（ｂ）は同スポットライトにおける照射範囲を広くしたときの側断面図。 （ａ）は同上スポットライトに用いられ、側面部の内周面が拡散反射面として形成された拡散体の斜視図、（ｂ）は同拡散体の側断面図、（ｃ）は側面部の内周面が光吸収面として形成された拡散体の斜視図、（ｄ）は同拡散体の側断面図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトに用いられる拡散体の正面図、（ｂ）は同拡散体の側断面図。 （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトに用いられる拡散体の正面図、（ｂ）は同拡散体の側断面図。 （ａ）は本発明の第４の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトに用いられる拡散体の正面図、（ｂ）は同拡散体の側断面図。 本発明の第５の実施形態に係る照射範囲可変スポットライトの側断面図。 （ａ）は同上スポットライトに用いられ、光源の光軸と交差する部分が拡散性を有する拡散体の斜視図、（ｂ）は同拡散体の側断面図。 従来の照射範囲可変スポットライトの側断面図。 従来の照射範囲可変スポットライトにおいて、拡散体を設けた例を示す側断面図。

符号の説明

１ 照射範囲可変スポットライト
２ 配光制御部材
３ 光源ユニット
３１ 筐体
４ 光源
４０ ハロゲンランプ
５ 楕円反射鏡
６ 拡散体
６ａ 拡散粒子
６０ 拡散体の側面部の内周面
６１ 入射面
６２ 出射面
６３ ドーナツ型突起
６４ つなぎ目
６５ 突起
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点

Claims (6)

1. 配光制御部材と、該配光制御部材との距離を遠近自在に据え付けられる光源ユニットと、を備えた照射範囲可変スポットライトにおいて、
   前記光源ユニットは、
   光源と、
   前記光源からの光を前記配光制御部材の方向へ反射させる楕円反射鏡と、
   前記光源及び楕円反射鏡を収納する筐体と、
   前記筐体に設けられ、前記光源から出射した光及び前記楕円反射鏡により反射された光を拡散させて前記配光制御部材の方向へ出射する拡散体と、を備え、
   前記拡散体と光源とは、夫々前記楕円反射鏡の第２焦点、第１焦点に設置され、
   前記拡散体の側面部の内周面は、拡散反射面又は光吸収面とされていることを特徴とする照射範囲可変スポットライト。
2. 前記拡散体は、透光性材料に拡散粒子を含有して成ることを特徴とする請求項１に記載の照射範囲可変スポットライト。
3. 前記拡散体は、光源から出射された光の入射面又は出射面に、同心円状に複数のＲ状凸部又は凹部を形成したドーナツ型突起が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照射範囲可変スポットライト。
4. 前記ドーナツ型突起において、複数のＲ状の凸部又は凹部のつなぎ目がＲ状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照射範囲可変スポットライト。
5. 前記拡散体は、光源から出射された光の入射面又は出射面に、六角形又は四角形で区切られたＲ状の凸部又は凹部から成る複数の突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照射範囲可変スポットライト。
6. 前記光源はハロゲンランプであり、前記拡散体は、光源の光軸が交差する部分に拡散部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の照射範囲可変スポットライト。

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