JP2009004276A - スポットライト - Google Patents

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Atsuya Murata
淳哉 村田
Takeshi Toyama
剛 遠山
Naoto Tokuhara
直人 徳原
Ariyoshi Haniyuda
有美 羽生田
Takao Kitada
孝雄 北田
Koichi Honda
宏一 本多
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Abstract

【課題】光源からの光を投影レンズの焦点部分に集光でき、光源と投影レンズの焦点との間の距離を短くして小型化を図ったスポットライトを提供することである。
【解決手段】複数個の半導体発光素子が平面的に配列された面状光源24に対向するようにアパーチャ16を設ける。アパーチャ16は面状光源24からの光を投光する投光開口を有し、投光開口の大きさは面状光源24の発光部と略同等または発光部よりも小さくなるように形成されている。また、放熱器15は面状光源24の発熱を放熱し、レンズ22a、22bは、アパーチャ16から出射した光を集光して外部に出射する。
【選択図】 図1

Description

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使用されている。また、光源としてLEDを用いたスポットライトも開発されている。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ある(例えば、特許文献1参照)。
また、所望の色を得るために白色以外に補色として青緑、橙、赤などの光と混色させ、各LEDの照射ビームを集中させた投光開口の輪郭(エッジ)をぼかすとともに色むらを抑制するために拡散板を設けたり、フォーカスハンドル及びズームハンドルを設けて、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ないようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。
図10は従来のLEDを光源とするスポットライトの構成図である。スポットライトは、光源ユニット11と投影ユニット12とから構成され、光源ユニットは11はLED光源部13を収納した光源部筐体14と、LED光源部13の発熱を放熱するための放熱器15とから構成される。光源部筐体14には疑似光源部となるアパーチャ16が形成され、LED光源部13は、そのアパーチャ16に光ビームが向くように複数個のLED17を配置して構成されている。これにより、LED光源部13の複数のLED17からの光の集光点がアパーチャ16の位置となり、これによりアパーチャ16で疑似光源を形成している。
また、LED光源部13に点灯電源を供給する電源ユニット18やLED光源部13を点灯制御する制御回路ユニット19は、光源部筐体14の両側面に分散して配置され、スポットライトの点灯操作を行う操作ユニット20は光源部筐体14の側面に設けられている。また、アパーチャ16にはカッターユニット21が設けられ、このカッターユニット21を操作することによりアパーチャ16の形状を変化させることができるようになっている。
一方、投影ユニット12には、光源ユニット11からの光を集光して外部に出射する投影レンズ22a、22bが設けられ、調整ハンドル23a、23bで位置調整されて外部に光が照射される。
特開2001−307502号公報(図2、図3) 特開特開2005−158699号公報(図8〜図12)
しかし、従来のスポットライトでは、LED光源部13はアパーチャ16に光ビームが向くように複数個のLED17を配置して構成されているので、LED光源部13とアパーチャ16との間に所定の距離を保つ必要がある。スポットライトでは、投影レンズ22a、22bの焦点部分の明るさにより外部に出射する光の照射照度が決まり、LED光源部13は投影レンズ22a、22bの焦点部分のなるべく近くに配置した方が焦点部分の明るさは増すが、LED光源部13とアパーチャ16との間に所定の距離を保つ必要があるので、照射照度を高めるには限界がある。
LED光源部13を投影レンズ22a、22bの焦点部分に近づけると、焦点部分へのLED光源部13からの光入射角が大きくなるため、投影レンズ22a、22bへの入射光率が下がる。
本発明の目的は、光源からの光を投影レンズの焦点部分に集光でき、光源と投影レンズの焦点との間の距離を短くして小型化を図ったスポットライトを提供することである。
請求項1の発明に係わるスポットライトは、複数個の半導体発光素子が平面的に配列された面状光源と;前記面状光源に対向するように設けられ、前記面状光源からの光を投光する投光開口を有し、前記投光開口の大きさは前記面状光源の発光部と略同等または発光部よりも小さくなるように形成されたアパーチャと;前記面状光源の発熱を放熱する放熱器と;前記アパーチャから出射した光を集光して外部に出射するレンズを有した投影ユニットと;を備えことを特徴とする。
本発明及び以下の発明において、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。
面状光源は、例えば平面の絶縁材上に複数個の半導体発光素子が配列されて形成される。半導体発光素子は、例えば発光ダイオードLED、有機EL(electroluminescence)等である。アパーチャは面状光源に対向するように設けられ、面状光源からの光を投光する投光開口を有する。投光開口の大きさは面状光源の発光部と略同等または発光部よりも小さくなるように形成される。発光部は面状光源から光が出射される部分である。
面状光源はアパーチャの近傍に配置されアパーチャが疑似光源部となる。放熱器は面状光源の発熱を伝熱し放熱フィンより放熱する。投影レンズはアパーチャから離間して設けられ、アパーチャから出射される出射光を集光して外部に出射する。投影レンズは球面レンズや平坦状レンズを含む。また、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。
請求項2の発明に係わるスポットライトは、請求項1の発明において、前記面状光源は、前記半導体発光素子からの光を透過する蛍光体フィルムを有し、前記アパーチャを有する筐体と前記蛍光体フィルムとを熱的に結合させ、前記蛍光体フィルムの発熱を前記筐体に伝熱して放熱することを特徴とする。
蛍光体フィルムは半導体発光素子からの光を透過する。蛍光体フィルムは面状光源に一体的に配置してもよいし面状光源と離間して設けてもよい。
「アパーチャを有する筐体と蛍光体フィルムとを熱的に結合させ」とは、蛍光体フィルムの発熱をアパーチャを有する筐体に伝熱して放熱することをいう。蛍光体フィルムは面状光源の光を透過する際に発熱する。そこで、蛍光体フィルムをアパーチャを有する筐体に熱的に結合させ筐体に伝熱させて筐体から放熱する。
請求項3の発明に係わるスポットライトは、請求項1または2の発明において、前記面状光源に点灯電源を供給する電源ユニット及び前記面状光源を点灯制御する制御回路ユニットを前記投影ユニットの両側面に設けるとともに、前記面状光源の点灯操作を行う操作ユニットを前記電源ユニットの反対側側面に設けたことを特徴とする。
本発明は、面状光源の発熱の影響を緩和するために、電源ユニット及び制御回路ユニットを投影ユニットの両側面に分散して配置するようにしたものである。例えば、電源ユニット及び回路ユニットは投影ユニットの左右の側面に分散配置する。また、面状光源の点灯操作を行う操作ユニットは、例えば電源ユニットとは反対側の側面の斜め下側に配置し、電源ユニットからの発熱の影響を緩和する。
請求項4の発明に係わるスポットライトは、請求項1乃至3のいずれか一記載の発明において、前記投影ユニットの出射光の光軸を回転軸として前記投影ユニットを回動可能に支持し、前記投影ユニットの縦横の配置を可変としたことを特徴とする。
「投影ユニットの出射光の光軸を回転軸として投影ユニットを回動可能に支持し」とは、投影ユニットを左右90°方向に回動可能に支持することをいう。例えば、投影ユニットと光源ユニットとは固定して取り付け、投影ユニットの筐体または光源ユニットの筐体のいずれかに、筐体を回動自在に支持し吊り下げるアーム部を設け、アーム部の位置を回動させて投影ユニットの縦横の配置を可変とする。
請求項5の発明に係わるスポットライトは、請求項1乃至4のいずれか一記載の発明において、前記放熱器と前記面状光源とは一体となる光源ユニットを形成し、前記光源ユニットは前記投影ユニットに着脱可能に取り付けられることを特徴とする。
本発明は、投影ユニットと光源ユニットとの取り付けを着脱可能にし、発光色、色温度出射光の光形状の異なる光源ユニットへの取り替えを可能としたものである。
請求項1の発明によれば、光源を面状光源としてアパーチャで疑似光源部を形成するので投影レンズの焦点部分に集光でき、面状光源と投影レンズの焦点との間の距離を格段に短くできる。従って、スポットライトの小型化が図れる。
請求項2によれば、蛍光体フィルムをアパーチャを有する筐体に伝熱して、蛍光体フィルムと面状光源との放熱を分離しているので、蛍光体フィルムの熱ダメージを軽減でき良好な発光効率を保つことが期待できる。
請求項3の発明によれば、熱に弱い部品で構成される回路制御ユニットや電源ユニットを面状光源から離すことが可能となるので、回路制御ユニットや電源ユニットへの熱的影響を緩和できる。また、操作ユニットを熱源となる電源ユニットの反対側に設けるので操作ユニットに対する熱的影響をも緩和できる。
請求項4の発明によれば、投影ユニットの縦横サイズをユーザー側で可変できるので、設置スペースの広さなどの要求に応じて縦横サイズを選択でき使い勝手が向上する。
請求項5の発明によれば、投影ユニットと光源ユニットとの取り付けを着脱可能としたので、発光色、色温度出射光の光形状の異なる光源ユニットへの取り替えが可能となり、照射光の色温度および照射光形状の選択を容易に行える。
図1は本発明の実施の形態に係わるスポットライトの一例を示す構成図である。以下の説明では、半導体発光素子として発光ダイオードLEDを用いた場合について説明する。
本発明の実施の形態に係わるスポットライトは、図10に示した従来例に対し、光源ユニット11のLED光源部13を面状光源24とし、面状光源24に点灯電源を供給する電源ユニット18及び面状光源24を点灯制御する制御回路ユニット19を投影ユニット12の両側面に設けるとともに、面状光源24の点灯操作を行う操作ユニット20を電源ユニット18の反対側側面に設けたものである。また、光源ユニット11は投影ユニット12に着脱可能に取り付けられるように形成されている。
図1に示すように、光源ユニット11のLED光源部13は光源部筐体14内に形成され、LED光源部13の面状光源24は複数個のLED17が平面的に配列され疑似光源部となるアパーチャ16に光を照射する。アパーチャ16は光源部筐体14に形成される。すなわち、アパーチャ16は、面状光源24に対向するように設けられている。
この面状光源24とアパーチャ16との間には、面状光源24からの光を透過する蛍光体フィルム25が設けられ、また、蛍光体フィルム25とアパーチャ16との間には蛍光体フィルム25を通った光を集光する集光ユニット26が設けられている。蛍光体フィルム25は、例えばLEDの青色や黄色の発光色を擬似的な白色光に変換し疑似白色光を出射する。あるいは白色光以外の各種の色の光を出射する。
そして、面状光源24の背面には取付板27を介して放熱器15の熱交換器28が設けられており、面状光源24での発熱は、熱交換器28からヒートパイプ29により放熱器15の放熱フィン30に伝熱され放熱フィン30で放熱される。また、蛍光体フィルム25は、光源部筐体14に取り付けられ、蛍光体フィルム25の発熱を光源部筐体14に伝熱して放熱される。
投影ユニット12は、光源ユニット11からの光を集光して外部に出射する投影レンズ22a、22bを有し、面状光源24に点灯電源を供給する電源ユニット18、面状光源24を点灯制御する制御回路ユニット19は、投影ユニット12の両側面に設けられている。また、面状光源24の点灯操作を行う操作ユニット20は、投影ユニット12の電源ユニット18が設けられる反対側側面に設けられている。これにより、操作ユニット20への電源ユニット18からの発熱の影響を緩和するようにしている。そして、後述するように、光源ユニット11は投影ユニット12に対して着脱可能に取り付けられる。
図2は図1の光源部13の詳細図である。LED光源部13の面状光源24は取付板27に取り付けられ、取付板27は支持棒31により光源部筐体14に支持される。そして、支持棒31は投影ユニット12の投影ユニット筐体32に差し込み式にて着脱可能に取り付けられる。これにより、光源ユニットを構成する光源部筐体14及び放熱器15は投影ユニット12に着脱可能に取り付けられる。
LED光源部13の面状光源24の背面には取付板27を介して放熱器15の熱交換器28が設けられており、面状光源24での発熱は、熱交換器28からヒートパイプ29により放熱器15の放熱フィン30に伝熱され放熱フィン30で放熱される。
一方、光源ユニット11の光源部筐体14にはアパーチャ16が設けられており、アパーチャ16は、面状光源24からの光を投光する投光開口を有し、投光開口の大きさは面状光源の発光部と略同等または発光部よりも小さくなるように形成されている。また、そのアパーチャ16の背面には蛍光体フィルム25が光源部筐体14に設けられ、蛍光体フィルム25とアパーチャ16との間には蛍光体フィルム25を通った光を集光する集光ユニット26が設けられている。
蛍光体フィルム25がアパーチャを有する光源部筐体14に設けられているので、蛍光体フィルム25の発熱は光源部筐体14に伝熱して放熱される。このように、蛍光体フィルム15と光源部筐体14とを熱的に結合させ、蛍光体フィルム25の発熱を光源部筐体14に伝熱して放熱する。なお、図2では蛍光体フィルム25は面状光源24と離間して設けているが、面状光源24に一体的に配置してもよい。また、また蛍光体フィルム15と放熱部材である光源部筐体14の間に放熱グリス等を介在させるとより放熱効果が高くなる。
LED光源部13の面状光源24はアパーチャ16の背面に配置される。面状光源24は複数個のLED17が平面的に配列されて構成され、疑似光源部となるアパーチャ16に対して、蛍光体フィルム25及び集光ユニット26を介して平面的な光を照射する。蛍光体フィルム25は、例えば、LED17の青色や黄色の発光色を擬似的な白色光に変換するものである。また、集光ユニット26は蛍光体フィルム25を通った光を投影レンズ22a、22bに照射するように集光するものである。
図3は投影ユニット12の正面図である。図3に示すように、面状光源24に点灯電源を供給する電源ユニット18を投影ユニット12の左側に配置し、面状光源24を点灯制御する制御回路ユニット19を投影ユニット12の右側に配置する。これにより、光源ユニット11のLED光源部13の発熱の影響を緩和するようにしている。また、面状光源24の点灯操作を行う操作ユニット20は電源ユニット18の反対側側面つまり制御回路ユニット19側に設ける。これにより、操作ユニット20への電源ユニット18からの発熱の影響を緩和するようにしている。また、電源ユニット18及び制御回路ユニット19を投影ユニット12の両側面に設けたことに伴い、投影レンズ22a、22bの位置調整を行う調整ハンドル23a、23bは投影ユニット12の底部に配置する。
図4は投影ユニット12の支持機構の説明図であり、図4(a)は投影ユニット12の長辺を縦方向にして支持した場合の斜視図、図4(a)は投影ユニット12の短辺を縦方向にして支持した場合の斜視図である。
吊下げ型の演出用のスポットライトでは、設置スペースの広さなどによりスポットライトのサイズの要求が異なり、例えば、天井が低い設置スペースの場合では、観客もしくはカメラから照明器具が見えてしまうためにスポットライトの光軸からの縦方向や奥行き幅が小さい器具が求められている。一方、天井が高い設置スペースの場合では、できるだけ多くの照明機材を吊りこむためにスポットライト間のスペースを縮める横幅の小さい器具が求められる。本発明の実施の形態では、投影ユニット12の両側面に電源ユニット18及び制御回路ユニット19を配置したことに伴い、投影ユニット12の正面形状は、長辺と短辺とを有する長方形となる。
そこで、図4に示すように、投影ユニット12は左右90°方向に回動可能に支持し、要求に応じて縦横方向の長さを変化できるようにする。例えば、投影ユニット12と光源ユニット11とは固定して取り付けておき、光源ユニット11の光源部筐体14にアーム部33を、投影ユニット12の出射光の光軸を回転軸として回動自在に取り付ける。この場合、光源部筐体14に回動案内レール34を設けて、その回動案内レール34にアーム部33を取り付けてアーム部33を回動させ、アーム部33の位置を投影ユニット12の縦横の位置に変化させる。
このように光源ユニット11と投影ユニットとを支持しスポットライト光軸からの縦横幅が同一でない投影ユニット12に対し、投影ユニット12の光軸回転方向に縦横方向の幅を可変できるようにする。これにより、スポットライトの設置場所によって縦横サイズをユーザー側で調整することができ、要求に応じた演出照明が可能となる。
図5は光源ユニット11のLED光源部13からの発熱を投影ユニット12の筐体で放熱する場合の放熱機構の説明図である。LED17を用いたLED光源部13は大きな光量を出すために高電力タイプのLEDが使用されるので、より強力な放熱を行うことが必要となる。そこで、本発明の実施の形態では、LED光源部13として面状光源24を採用し、その面状光源24は投影ユニット12の近傍に配置されることから、LED光源部13からの発熱を投影ユニット12の筐体からも放熱するように構成する。
図5に示すように、投影ユニット12の上面にヒートパイプ29を配置し、光源ユニット11のLED光源部13からの発熱を投影ユニット12の筐体に伝熱させ、投影ユニット12の筐体からも放熱させる。図5では、投影ユニット12の上面にヒートパイプ29を配置した場合を示したが、投影ユニット12の側面にヒートパイプ29を配置するようにしてもよい。
つまり、光源ユニット11のLED光源部13からの発熱は、LED光源部13の放熱器15から放熱されるが、それに加えて、ヒートパイプ29を用いて発光方向側の投影ユニット12の筐体にも熱を移動させ、投影ユニット12の筐体の一部もしくは全体を使って放熱を行う。これにより、LED光源部13の発光方向の裏側部分の放熱器15の大型化を抑制できスポットライト全体をよりコンパクトにすることができる。
図6は本発明の実施の形態に係わるスポットライトの他の一例を示す構成図である。この一例は、図1に示した一例に対し、光源ユニット11の放熱器15の放熱フィン30を覆うカバー35を設けたものである。
図6に示すように、光源ユニット11の放熱器15の放熱フィン30にはカバー35が設けられ、放熱フィン30は非露出タイプに形成する。これは、紙吹雪などの進入防止を図るためである。LED光源部24の放熱器15にて効率のよい冷却効果を得るためには、放熱フィン30を剥き出しにした方がよいが、舞台やスタジオでは紙吹雪を使用することがあり、その紙吹雪が放熱フィン30の間に付着することがある。すなわち、舞台やスタジオ等では紙吹雪などの異物が付着し、放熱効果の低下や熱的に危険な状態となる場合がある。また、スポットライト操作時の衝撃により、放熱フィン30を破壊損傷する場合がある。
そこで、放熱効果を妨げず異物を侵入させない構造のカバー35で放熱フィン30を覆うようにする。図7はカバー35の一例を示す平面図であり、図7(a)は板状部材にスリット状孔が配列されたもの、図7(b)は枠体に網を張ったものである。すなわち、板状部材、枠体や網は、機械的強度と耐熱性とをもった材料にてカバー35を形成する。これにより、紙吹雪等の異物が放熱フィン30に混入することを防止し、冷却用の空気が流通するように形成する。これにより、光源ユニット11の冷却を損なわず冷却フィン30に異物が混入することを防止できる。
前述したように、本発明の実施の形態では、光源ユニット11は投影ユニット12に着脱可能に取り付けられる。そこで、図8や図9に示すように、予め色温度や光形状が異なる複数種類の光源ユニット11を用意しておき必要に応じて光源ユニット11の取り替えを行う。
従来においては、スポットライトのLED光源部13の長寿命化を図るために、光源ユニット11のLED光源部13の交換は行えない構造となっており、そのため、所望の色温度の光を照射したい場合には、色変換フィルタを用いるか、あるいは別のスポットライを用意するかしていた。色変換フィルタを用いた場合には減光してしまい、また、別のスポットライトを用意するにはコスト高となる。
そこで、光源ユニット11には差し込み式の支持棒31を設け、投影ユニット12には支持棒31が挿入される挿入孔を設けて、光源ユニット11と投影ユニット12とを着脱可能に構成する。そして、図8に示すように、色温度やカラーが異なる複数個の光源ユニット11を用意し必要に応じて取り替える。図8(a)は色温度がA、図8(b)は色温度がB、図8(c)は白色光以外の色Cの面状光源を示している。同様に、図9に示すように、光形状が異なる複数種類の光源ユニット11を用意しておき必要に応じて取り替える。図9(a)は円形状の面状光源、図9(b)は四角形状の面状光源、図9(c)は台形形状の面状光源を示している。
これにより、任意の色温度の光源ユニット11に交換することで所望の光色を得ることができる。また、光源ユニット11ごと交換することで、面状光源24と放熱器15との接続が崩れることがないので放熱効果を維持することができる。また、照射面に適した形状の発光面を持つ光源ユニット11と交換可能にすることで、無駄なエリアに照射することなく効率的に照明することができる。
以上の説明では、光源ユニット11を交換するようにしたが、光源ユニットの蛍光体フィルム25を交換できるようにしてもよい。すなわち、予め複数の色や色温度の異なる蛍光体フィルム25を用意し、これらの蛍光体フィルム25と交換することによって色の変化を容易に行うことができる。
本発明の実施の形態に係わるスポットライトの一例を示す構成図。 本発明の実施の形態に係わるスポットライトの光源部の詳細図。 本発明の実施の形態に係わるスポットライトの投影ユニットの正面図。 本発明の実施の形態に係わるスポットライトの投影ユニットの支持機構の説明図。 本発明の実施の形態における光源ユニットのLED光源部からの発熱を投影ユニットの筐体で放熱する場合の放熱機構の説明図。 本発明の実施の形態に係わるスポットライトの他の一例を示す構成図。 本発明の実施の形態における放熱フィンのカバーの一例を示す平面図。 本発明の実施の形態における光源ユニットの色温度が異なる各種一例の説明図。 本発明の実施の形態における光源ユニットの光形状が異なる各種一例の説明図。 従来のLEDを光源とするスポットライトの構成図。
符号の説明
11…光源ユニット、12…投影ユニット、13…LED光源部、14…光源部筐体、15…放熱器、16…アパーチャ、17…LED、18…電源ユニット、19…制御回路ユニット、20…操作ユニット、21…カッターユニット、22…投影レンズ、23…調整ハンドル、24…面状光源、25…蛍光体フィルム、26…集光ユニット、27…取付板、28…熱交換器、29…ヒートパイプ、30…放熱フィン、31…支持棒、32…投影ユニット筐体、33…アーム部、34…回動案内レール、35…カバー

Claims (5)

  1. 複数個の半導体発光素子が平面的に配列された面状光源と;
    前記面状光源に対向するように設けられ、前記面状光源からの光を投光する投光開口を有し、前記投光開口の大きさは前記面状光源の発光部と略同等または発光部よりも小さくなるように形成されたアパーチャと;
    前記面状光源の発熱を放熱する放熱器と;
    前記アパーチャから出射した光を集光して外部に出射するレンズを有した投影ユニットと;
    を備えことを特徴とするスポットライト。
  2. 前記面状光源は、前記半導体発光素子からの光を透過する蛍光体フィルムを有し、前記アパーチャを有する筐体と前記蛍光体フィルムとを熱的に結合させ、前記蛍光体フィルムの発熱を前記筐体に伝熱して放熱することを特徴とする請求項1記載のスポットライト。
  3. 前記面状光源に点灯電源を供給する電源ユニット及び前記面状光源を点灯制御する制御回路ユニットを前記投影ユニットの両側面に設けるとともに、前記面状光源の点灯操作を行う操作ユニットを前記電源ユニットの反対側側面に設けたことを特徴とする請求項1または2記載のスポットライト。
  4. 前記投影ユニットの出射光の光軸を回転軸として前記投影ユニットを回動可能に支持し、前記投影ユニットの縦横の配置を可変としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一記載のスポットライト。
  5. 前記放熱器と前記面状光源とは一体となる光源ユニットを形成し、前記光源ユニットは前記投影ユニットに着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一記載のスポットライト。
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