JP2009212087A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の小型化を図り、照射光の光量を確保でき色ムラの発生を少なくできる照明装置を提供することである。
【解決手段】面状光源２４は、半導体発光素子（ＬＥＤ１７）が平面的に配設されて構成され、筒状光路２６は内部が反射特性を有し、面状光源２４からの光を導光する。筒状光路２６から出射される光は、照射光を制御する投影レンズ２２ａ、２２ｂで投影される。カッター部２８は、投影レンズ２２ａ、２２ｂと筒状光路２６との間に配置され、筒状光路２６から出射される光の形状を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体発光素子を用いる照明装置に関する。

一般に、劇場やテレビスタジオ等の照明用に使用される照明装置としてスポットライトがある。この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、光源として半導体発光素子である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フィルタを設けたり、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６は従来のＬＥＤを光源とする照明装置の構成図である。照明装置は、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、照明装置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、つまり疑似光源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 特開２００５−１５８６９９号公報

しかし、従来の照明装置では、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。照明装置では、投影レンズ２２ａ、２２ｂのピント位置（ピントが合う位置）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のピント位置のなるべく近くに配置した方がピント位置の明るさは増すが、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のピント位置に近づけると、ピント位置への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。光源であるＬＥＤは、ハロゲン電球などと比べ光量がなく、また、多色のＬＥＤを配合することにより照射光の色の調整を行うので照射光に色ムラが生じることがあった。また、色調整を行わない場合には単色のＬＥＤとなるが、単色の場合においても複数のＬＥＤの輝度のバラツキが照射光のムラを発生させてしまうことがあった。

本発明の目的は、装置全体の小型化を図り、照射光の光量を確保でき色ムラの発生を少なくできる照明装置を提供することである。

請求項１の発明に係わる照明装置は、半導体発光素子が平面的に配設された面状光源と；内部が反射特性を有し前記面状光源からの光を導光する筒状光路と；前記筒状光路から出射される光を投影し照射光を制御するための投影レンズと；前記投影レンズと前記筒状光路のとの間に配置され前記筒状光路から出射される光の形状を制御するカッター部と；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。

面状光源とは、例えば平面の絶縁材上に半導体発光素子が単数または複数個配設されて形成された光源をいう。半導体発光素子とは、例えば、ＬＥＤや有機ＥＬ等である。筒状光路とは、面状光源からの光を導光する光路をいう。筒状光路の内部には反射手段が設けられており、この反射手段の反射特性により、面状光源の出射光のほとんどを筒状光路の開口端部から出射する。これにより、筒状光路の出射光の明るさは面状光源の出射光の明るさとほぼ等しくなり、筒状光路の開口端部には擬似的な面状光源が配設されていることとなる。なお、反射手段の反射面としては、鏡面状の反射面の他、拡散反射面であってもよい。

投影レンズとは、筒状光路から出射される光を制御するレンズをいう。レンズは１個以上からなる複数レンズの組合せも含む。投影レンズの位置を調整することにより、例えば、筒状光路から出射される光を、拡大、縮小、フォーカシングさせて外部に照射する。カッター部とは、筒状光路から出射される光の形状を制御するものをいい、例えば、カッター部は、筒状光路から出射される光の形状を丸、四角、三角などの任意の形状に制御する。投影レンズのピント位置とは、投影レンズの照射面の位置に点光源があると想定したとき、その点光源から放たれた光が一点に集中する位置をいう。

請求項２の発明に係わる照明装置は、請求項１の発明において、前記面状光源からの光を拡散させる拡散フィルタを前記筒状光路内に配置したことを特徴とする。

拡散フィルタとは、面状光源の半導体発光素子から放射された光が透過する際に光を拡散させ、色ムラや照射ムラの発生を抑制するように機能するフィルタをいう。

請求項３の発明に係わる照明装置は、請求項１の発明において、前記面状光源は、前記投影レンズの被写界深度外に配置されていることを特徴とする。

被写界深度とは、ある一点にピントを合わせたとき、その前後の鮮明な像の得られる範囲のことをいう。

請求項４の発明に係わる照明装置は、請求項２の発明において、前記拡散フィルタは、前記投影レンズの被写界深度外の位置に設けられたことを特徴とする。

請求項５の発明に係わる照明装置は、請求項１乃至３のいずれか一の発明において、前記面状光源の半導体発光素子は複数個配列されており、この半導体発光素子を挿入する複数の孔を有し、各々の孔の側面に形成された反射面により前記半導体発光素子の配光特性を制御して前記半導体発光素子からの光を前方に出射するための面状多孔リフレクタを設けたことを特徴とする。

面状多孔リフレクタとは、半導体発光素子の配光特性を制御して半導体発光素子からの光を前方に出射する反射板をいい、半導体発光素子の熱に耐え得る素材で形成される。そして、例えば、複数の孔の１つ１つに対し、半導体発光素子が一つずつ挿入され、半導体発光素子からの光を前方に直接的に出射するとともに、半導体発光素子からの光の一部を孔の側面に形成された光の反射面で反射して前方に直接的に出射する。

請求項１の発明によれば、投影する光を放射する光源を平面状の面状光源としたので、装置全体の小型化を図ることができ、かつ、面状光源の半導体発光素子からの光が筒状光路からカッター部に出射されるので、面状光源の出射光量の減衰を抑制できる。

請求項２の発明によれば、面状光源からの光を拡散させる拡散フィルタを筒状光路内に設けたので光を拡散できる。従って、さらに、ボツボツ感、色ムラや照射ムラの発生を抑えることができる。

請求項３の発明によれば、面状光源を投影レンズの被写界深度外に配置するので、面状光源の半導体発光素子の１つ１つのボツボツ感を減少させることができ、色ムラや照射ムラを減少させることができる。

請求項４の発明によれば、拡散フィルタを投影レンズの被写界深度外に配置するので、拡散フィルタの影像を照射光に含むことを減少できる。

請求項５の発明によれば、面状光源の半導体発光素子を挿入する複数の孔を有し、各々の孔の側面に形成された反射面により半導体発光素子の配光特性を制御して半導体発光素子からの光を前方に出射するための面状多孔リフレクタを設けたので、複数の半導体発光素子の光を拡散フィルタよりも面状光源側の筒状光路内で混色でき、色ムラが生じることをより防止できる。

本発明の実施の形態に係わる照明装置の構成図。 本発明の実施の形態における面状光源の平面図。 本発明の実施の形態における面状多孔リフレクタの説明図。 本発明の実施の形態における筒状光路の斜視図。 本発明の実施の形態における面光源の配置位置の説明図。 従来のＬＥＤを光源とする照明装置の構成図。

図１は本発明の実施の形態に係わる照明装置の構成図である。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照明装置は、図６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を光源ユニット１１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。

図１に示すように、光源ユニット１１の面状光源２４は複数個の半導体発光素子であるＬＥＤ１７が平面的に配列され光を出射する。以下、半導体発光素子がＬＥＤである場合について説明する。面状光源２４には面状多孔リフレクタ２５が装着され、面状多孔リフレクタ２５により、ＬＥＤ１７の配光特性を制御してＬＥＤ１７からの光を前方に出射する。面状光源２４及び面状多孔リフレクタ２５の詳細については後述する。

面状光源２４の背面は放熱器１５に直接的に取り付けられ、面状光源２４での発熱は、放熱器１５の放熱フィン１６から放熱される。また、面状多孔リフレクタ２５に近接して筒状光路２６が設けられており、この筒状光路２６は、面状多孔リフレクタ２５により配光特性が制御されたＬＥＤ１７の光を投影ユニット１２に導光する。筒状光路２６の内面には、鏡面状の反射特性を有する反射手段が設けられている。また、筒状光路２６の内部には、面状多孔リフレクタ２５で配光制御された面状光源２４からの光を拡散させる拡散フィルタ２７が設けられている。

そして、筒状光路２６と投影ユニット１２との間の位置であって筒状光路２６の開口端部近傍にはカッター部２８が設けられる。このため、カッター部２８には面状光源２４から出射された光のほとんどが到達することになり、光漏れや光損失が抑制されるの効率が向上する。

このカッター部２８により、筒状光路２６から出射される光の形状が制御され、カッター部２８で光の形状が制御された光は、投影ユニット１２の拡散シート３４を介して投影レンズ２２ａ、２２ｂに出射される。投影レンズ２２ａ、２２ｂは、カッター部２８を通った光を、拡大、縮小、フォーカシングさせて外部に照射する。拡散シート３４はカッター部２８でカットした光の形状のエッジ部分をぼかすために設けられている。光の形状のエッジ部分を鮮明にする場合には拡散シート３４を設ける必要はない。

また、光源ユニット１１は投影ユニット１２に支持棒３５により着脱可能に取り付けられるように形成されている。支持棒３５は投影ユニット１２に差し込み式にて着脱可能に取り付けられる。

図２は面状光源２４の平面図である。プリント基板２９は平板状の絶縁材に銅箔で配線をプリントして形成され、そのプリント基板２９に複数個のＬＥＤ１７が取り付けられる。図２では、４５個のＬＥＤ１７を取り付けた場合を示しており、白色ＬＥＤ１７ｗに加え、補色として３個の青色ＬＥＤ１７ｂ及び６個の赤色ＬＥＤ１７ｒを設けた場合を示している。

図３は面状多孔リフレクタ２５の説明図であり、図３（ａ）は面状多孔リフレクタ２５の斜視図、図３（ｂ）は面状多孔リフレクタ２５の断面図、図３（ｃ）は面状多孔リフレクタ２５に挿入された半導体発光素子の光の配光特性の説明図である。図３（ａ）に示すように、面状多孔リフレクタ２５のリフレクタ本体２９は白色耐熱素材によって構成される。これは、面状多孔リフレクタ２５はＬＥＤ１７の照射側に光を配光制御し、ＬＥＤ１７の照射側の反対側は面状光源２４のプリント基板２９に接しＬＥＤ１７の発熱の影響を受けるからである。

面状多孔リフレクタ２５は、面状光源２４の個々のＬＥＤ１７を一つずつ挿入するための複数の孔３０を有しており、各々の孔３０の側面には反射面３１が形成されている。図３（ｂ）に示すように、各々の孔３０には一つずつＬＥＤ１７が挿入され、孔３０の側面に形成された反射面３１は、ＬＥＤ１７からの光出射方向に対して広角となる形状に構成されている。また、各々の孔３０の奥行き（面状多孔リフレクタ２５の厚さ）ｈは、ＬＥＤ１７の発光部の先端が孔３０の開口先端部にほぼ一致する大きさに形成されている。これは、孔３０の奥行きを大きくすると孔３０の反射面３１が長くなり、ＬＥＤ１７からの光が反射面３１で減衰するので、面状多孔リフレクタ２５の孔３０から出射するＬＥＤ１７からの光のロスを軽減するためである。

このように、面状多孔リフレクタ２５は、各々のＬＥＤ１７をそれぞれ孔３０に挿入し、ＬＥＤ１７からの光を直接的に出射するとともに孔３０の反射面３１で反射して前方に出射する。これにより、図３（ｃ）の点線で示す配光特性Ｌ１が得られ、個々のＬＥＤ１７の発光部分が拡大されて、面状光源２４のＬＥＤ１７のボツボツ感を減らし照射光の色ムラを緩和する。

また、孔３０の反射面３１を鏡面あるいは白色とし、反射率が大きな拡散反射面とした場合には、図３（ｃ）の実線で示す配光特性Ｌ２ように、点線で示す配光特性Ｌ１よりも拡散した配光特性Ｌ２が得られる。これにより、複数の色のＬＥＤ１７の色を適切に混色でき、色ムラが生じることを防止できる。

図４は筒状光路２６の斜視図である。筒状光路２６は筒部３２と鍔部３３とから構成され、筒部３２の内面は反射特性を有する反射面で形成されている。また、筒部３２の内部には光を拡散させる拡散フィルタ２７を有している。筒状光路２６は面状光源２４とカッター部２８までの間の距離を保つものである。

面状光源２４とカッター部２８までの間は、なるべく短い方が照射光が明るくなるが、その間を短くすると、カッター部２８を通った光を投影する投影レンズ２２ａ、２２ｂにより面状光源２４のＬＥＤ１７のボツボツ感がそのまま投影される。従って、面状光源２４のＬＥＤ１７の輝度のバラツキやＬＥＤ１７の色がそのままムラとなり照射光に投影されることとなる。

逆に、面状光源２４とカッター部２８までの間が長いと照射光が暗くなるが、内部が反射面となっている筒状光路２６とすることで、面状光源２４の光を効率よくカッター部２８へ照射することが可能となり、筒状光路２６の長さをある程度確保し、また、筒状光路２６内に反射フィルム２７を入れることで、照射光のムラの軽減を行うようにしている。

図５は本発明の実施の形態における面光源の配置位置の説明図である。図５では、照射光を最大限に絞った状態での投影レンズ２２ａ、２２ｂの位置と被写界深度３６の範囲が最も大きくなった状態を示している。

図５に示すように、投影レンズ２２ａ、２２ｂは、そのピント位置３７がカッター部２８の近傍に位置するように配置される。そして、調整ハンドル２３ａ、２３ｂにより投影レンズ２２ａ、２２ｂの位置を調整し、照射光を最大限に絞った状態にしたときは、被写界深度３６の範囲が大きくなる。この状態において、面状光源２４及び拡散フィルタ２７は投影レンズ２２ａ、２２ｂの被写界深度３６の範囲外に位置するように配置されている。また、調整ハンドル２３ａ、２３ｂにより投影レンズ２２ａ、２２ｂの位置を調整し、照射光を最大限に拡げた状態にしたときは、ピント位置３７は変わらずに被写界深度３６の範囲がピント位置３７に向かう方向に小さくなる。この状態においても、面状光源２４及び拡散フィルタ２７は投影レンズ２２ａ、２２ｂの被写界深度３６の範囲外に位置する。

このように、面状光源２４及び拡散フィルタ２７は投影レンズ２２ａ、２２ｂの被写界深度３６の範囲外に位置するように配置されているが、筒状光路２６の開口端には内部の反射手段によって擬似的な面状光源が配設されることになるので、光出力の低下を伴うことなく、面状光源２４の半導体発光素子の１つ１つのボツボツ感が照射領域に現れにくくなり、また拡散フィルタ２７の本体の影像が映し出されることを防止でき、照明装置の効率を向上させながら色ムラや照射ムラを減少させることができる。

本発明の実施の形態によれば、同一平面状に複数個のＬＥＤ１７を配置して面状光源２４を構成し、面状光源２４の照射側の反対側に放熱器１５を直接的に取り付けるので、小型化が可能となる。また、面状光源を投影レンズの被写界深度外に配置するので、面状光源の半導体発光素子の１つ１つのボツボツ感を減少させることができ、色ムラや照射ムラを減少させることができる。

また、内部は反射特性を有し拡散フィルタ２７を有した筒状光路２６により、面状光源２６とカッター部２８までの間を照射光のムラが生じない長さに確保するので、面状光源２４からの光量の減衰を抑制しつつＬＥＤ１７のボツボツ感を緩和し、色ムラや照射ムラを生じないようにすることができる。さらには、面状光源からの光を拡散させる拡散フィルタを筒状光路内に設けたので光を拡散でき、これにより、さらに、ボツボツ感、色ムラや照射ムラを生じないようにできる。

また、面状光源２４のＬＥＤ１７からの光を制御するための面状多孔リフレクタ２５を設け、面状多孔リフレクタ２５の孔３０の反射面３１により、各々のＬＥＤ１７からの光を反射して前方に出射するので、色ムラや照射ムラを生じないようにすることができる。

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…放熱フィン、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…面状多孔リフレクタ、２６…筒状光路、２７…拡散フィルタ、２８…カッター部、２９…プリント基板、３０…孔、３１…反射面、３２…筒部、３３…鍔部、３４…拡散シート、３５…支持棒、３６…被写界深度、３７…ピント位置

Claims (5)

1. 半導体発光素子が平面的に配設された面状光源と；
   内部が反射特性を有し前記面状光源からの光を導光する筒状光路と；
   前記筒状光路から出射される光を投影し照射光を制御するための投影レンズと；
   前記投影レンズと前記筒状光路との間に配置され前記筒状光路から出射される光の形状を制御するカッター部と；
   を備えことを特徴とする照明装置。
2. 前記面状光源からの光を拡散させる拡散フィルタを前記筒状光路内に配置したことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記面状光源は、前記投影レンズの被写界深度外に配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記拡散フィルタは、前記投影レンズの被写界深度外の位置に設けられたことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
5. 前記面状光源の半導体発光素子は複数個配列されており、この半導体発光素子を挿入する複数の孔を有し、各々の孔の側面に形成された反射面により前記半導体発光素子の配光特性を制御して前記半導体発光素子からの光を前方に出射するための面状多孔リフレクタを設け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照明装置。

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