JP2013161734A - 複数光源を具備する照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源からの光を被照射体に照射する場合、各光源による光軸が一点に集中し、集光性が向上し、その後に平行光を出す平行性が向上し、結局、複数の光源からの光が遠くまで届き易く、被照射体に届いた光の量が均一である照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】凹円弧上に配置されている複数の光源と、上記複数の光源のうちの１つの光源からの光を受ける球面レンズと、上記球面レンズから出射された光を集束する集束レンズとを具備し、１つの上記光源と１つの上記球面レンズと１つの上記集束レンズとによって構成されるユニットが複数設けられ、上記ユニットのそれぞれが出射した光が１点に集まり、この集まった各光の焦点を調整する非球面レンズであるコリメータレンズが設けられている照明装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数光源を具備する照明装置に関する。

従来、複数の光源を有する照明装置は、複数のレーザ発光部が直線状に等ピッチで配列され、この出射光をシリンドリカルレンズアレイで、一方向について平行光束化し、この光を、コンデンサレンズが、カライドスコープの入射側端面に収斂する装置である（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００２−１８４２０６号公報

しかし、上記従来例では、複数の光源からの光を被照射体に照射する場合、各光源による光軸が一点に集まらないので、集光性が低下し、その後に平行光を出す平行性が低下し、結局、光が遠くまで届き難く、被照射体に届いた光の量が不均一であるという問題がある。

本発明は、複数の光源からの光を被照射体に照射する場合、各光源が出射した光の集光性が向上し、その後に出射される光の平行性が向上し、結局、複数の光源からの光が遠くまで届き易く、被照射体に届いた光の量が均一である照明装置を提供することを目的とする。

本発明の複数光源を具備する照明装置は、凹球面上の曲線上に配置されている複数の光源と、上記複数の光源のうちの１つの光源からの光を受ける球面レンズと、上記球面レンズから出射された光を集束する集束レンズとを具備し、１つの上記光源と１つの上記球面レンズと１つの上記集束レンズとによって構成されるユニットが複数設けられ、上記ユニットのそれぞれが出射した光が１点に集まり、この集まった各光の焦点を調整する非球面レンズであるコリメータレンズが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の光源からの光を被照射体に照射する場合、各光源が出射した光の集光性が向上し、その後に出射される光の平行性が向上し、結局、複数の光源からの光が遠くまで届き易く、被照射体に届いた光の量が均一であるという効果を奏する。

本発明の実施例１である照明装置１００を示す図である。 発光素子照明装置１００におけるユニットＵ１を示す図である。 本発明の実施例２である照明装置２００を示す図である。 本発明の実施例３である照明装置３００を示す図である。 本発明の実施例４である照明装置４００を示す図である。 本発明の実施例５である照明装置５００を示す図である。 本発明の実施例６である照明装置６００を示す図である。 本発明の実施例７である照明装置７００を示す図である。

発明を実施するための形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１である照明装置１００を示す図である。

照明装置１００は、ＬＥＤ固定台１０と、ＬＥＤ２１、２２、２３と、３つの球レンズ４１、４２、４３と、３つの集束レンズ５１、５２、５３と、１つのコリメータレンズ６０とが設けられている。

ＬＥＤ固定台１０は、凹球面上の曲線１１を有する。凹球面上の曲線１１は、真円の弧であり、ＬＥＤ２１、２２、２３は、真円の弧の凹側の曲線上に配置されている。

なお、ＬＥＤ２１、２２、２３の代わりに、ＬＤ等、他の発光素子を使用するようにしてもよい。

球レンズ４１、４２、４３は、それぞれ、ＬＥＤ２１、２２、２３からの光を受け、球レンズ４１、４２、４３が出射した光が１点で集中する。なお、球レンズ４１、４２、４３の代わりに、凸レンズ、凹レンズを使用するようにしてもよく、つまり、球レンズ４１、４２、４３の代わりに球面レンズを使用するようにしてもよい。

集束レンズ５１、５２、５３は、それぞれ、球レンズ４１、４２、４３が出射した光を集束するレンズである。

また、１つの上記ＬＥＤと１つの後述の円柱部材（図２参照）と１つの上記球レンズと１つの上記集束レンズとによって、１つのユニットが構成されている。つまり、ユニットＵ１は、ＬＥＤ２１と円柱部材３１と球レンズ４１と集束レンズ５１とによって構成され、ユニットＵ２は、ＬＥＤ２２と円柱部材（図示せず）と球レンズ４２と集束レンズ５２とによって構成され、ユニットＵ３は、ＬＥＤ２３と円柱部材（図示せず）と球レンズ４３と集束レンズ５３とによって構成されている。

そして、ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３のそれぞれが出射した光が１つの点Ｐに集まり、この集まった各光の焦点をコリメータレンズ６０が調整する。

なお、ＬＥＤ２１、２２、２３が出射する光の色は同一である。この色は、有色でも無色（白色）でもよい。

実施例１において、ＬＥＤ２１、２２、２３は、凹球面上の曲線１１上に配置されているが、凹球面の１つの断面中に設けられていてもよい。

コリメータレンズ６０は、非球面レンズである。

図２は、発光素子照明装置１００におけるユニットＵ１を示す図である。

ユニットＵ１は、ＬＥＤ２１と円柱部材３１と球レンズ４１と集束レンズ５１とによって構成されている。

円柱部材３１は、全体が円柱状であり、透孔３１ａと傾斜面３１ｂとを有する。透孔３１ａは、円柱部材３１の中央部に設けられ、透孔３１ａ内に、ＬＥＤ２１が設けられている。傾斜面３１ｂは、円柱部材３１の図２中、右端部分が円錐台状に刳り抜かれた面である。傾斜面３１ｂに、球レンズ４１が当接されている。円柱部材３１の図２中、左端が凹面１１に固定されている。

円柱部材３１に対応する他の円柱部材（ＬＥＤ２２、２３に対応する円柱部材）が、図示しないが、凹球面上の曲線１１と球レンズ４２との間に設けられ、また、凹球面上の曲線１１と球レンズ４３との間に設けられている。

次に、上記実施例の動作について説明する。

まず、ＬＥＤ２１で発光した光を、球レンズ４１が受け、球レンズ４１から出射された光が、１つの点Ｐに集まり、その後に、コリメータレンズ６０で平行光になる。

ＬＥＤ２２で発光した光も、上記と同様に、球レンズ４２が受け、球レンズ４２から出射された光が、１つの点Ｐに集まり、その後に、コリメータレンズ６０で平行光になる。ＬＥＤ２３で発光した光も、上記と同様に、球レンズ４３が受け、球レンズ４３から出射された光が、１つの点Ｐに集まり、その後に、コリメータレンズ６０で平行光になる。

そして、発光素子照明装置１００で作られた平行光が、所定の被照射体に向かって進み、その被照射体を照明する。

実施例１によれば、複数の光源からの光を被照射体に照射する場合、各光源による光軸が１つの点Ｐに集中するので、集光性が向上し、したがって、その後に得られる光の平行性が向上する。よって、実施例１によれば、複数の光源からの光が遠くまで届き易く、被照射体に届いた光の量が均一である。

また、実施例１では、球レンズ４１、４２、４３が設けられているが、これらの代わりに、球レンズ以外の凸レンズを設けるようにしてもよい。

コリメータレンズ６０の前または後に、光を混合するミキシング手段を設けるようにしてもよい。ミキシング手段は、細かな泡を有する透過材料、擦りガラス等、種々の手段が考えられる。ミキシング手段を使用することによって、コリメータレンズ６０から出射された光が、壁等の被照射手段に照射された場合、その照射光の明るさが均一になる。また、コリメータレンズ６０中に細かな泡を有するレンズであれば、コリメータレンズ６０自体がミキシング機能を有する。

図３は、本発明の実施例２である照明装置２００を示す図である。

照明装置２００は、照明装置１００において、移動手段７０を有する実施例である。

移動手段７０は、コリメータレンズ６０を、その光軸方向に移動する手段である。具体的には、ピエゾ素子、超音波モータ等によってコリメータレンズ６０を、光軸方向に進退させる。

移動手段７０によって、コリメータレンズ６０を軸方向に移動すると、ＬＥＤ２１、２２、２３で発生した光の焦点を調整することができる。

図４は、本発明の実施例３である照明装置３００を示す図である。

照明装置３００は、照明装置１００において、単色の光を発するＬＥＤ２１、２２、２３の代わりに、赤色光発光用ＬＥＤ２１ｒ、緑色光発光用ＬＥＤ２２ｇ、青色光発光用ＬＥＤ２３ｂが設けられている実施例である。これによって、白色以外の色の光を発することができる。

図５は、本発明の実施例４である照明装置４００を示す図である。

照明装置４００は、照明装置３００において、赤色用ＬＥＤ２１ｒ、緑色用ＬＥＤ２２ｇ、青色用ＬＥＤ２３ｂが発生する光の輝度を、個々に制御する輝度制御手段８０ｒ、８０ｇ、８０ｂを有する実施例である。

輝度制御手段８０ｒ、８０ｇ、８０ｂによって、ＬＥＤ２１ｒ、２２ｇ、２３ｂが発生する光の色の輝度を、個々に制御し、これによって、何万種類もの色の光を発生することができる。なお、ＬＥＤ２１ｒのみを発光すれば、赤の単色の光を発生し、ＬＥＤ２２ｇのみを発光すれば、緑の単色の光を発生し、ＬＥＤ２３ｂのみを発光すれば、青の単色の光を発生する。

図６は、本発明の実施例５である照明装置５００を示す図である。

照明装置５００は、基本的には、照明装置１００と同じであるが、ＬＥＤ２１，２２、２３の他に、ＬＥＤ２４、２５を設けた実施例である。

この場合、ユニットが５個設けられ、５個のユニットが出射した光は、１つの点Ｐに集まり、この集まった各光の焦点をコリメータレンズ６０が調整することは、発光素子照明装置１００の場合と同じである。

照明装置５００において、ＬＥＤを６個以上設けるようにしてもよい。

図７は、本発明の実施例６である照明装置６００を示す図である。

照明装置６００は、基本的には、照明装置５００と同じであるが、ＬＥＤが凹球面上の曲線１１上に配置されている代わりに、凹球面１２上に配置されている点が異なり、また、多数のＬＥＤが配置されている点が異なる。ＬＥＤ２１、２２、２３の他に、ＬＥＤ２１、２２、２３と同様のＬＥＤ２０、２０、……が多数、凹球面１２に配置されている。また、ＬＥＤ２１、２２、２３、２０、２０、……のそれぞれに対応して、球レンズ４１、４２、４３、４０、４０、……が設けられ、また、球レンズ４１、４２、４３、４０、４０、……のそれぞれに対応して、集束レンズ５１、５２、５３、５０、５０、……が設けられている。ただし、図７においては、球レンズ４１、４２、４３、４０、４０、……、集束レンズ５１、５２、５３、５０、５０、……を省略して示してある。また、球レンズ４０は、球レンズ４１、４２、４３と同様のものであり、集束レンズ５０は、集束レンズ５１、５２、５３と同様のものである。

また、凹球面１２上に、数多くのＬＥＤ２１、２２、２３、２０、２０、……を配置することによって、照明装置６００が発する光量が飛躍的に多くなる。この場合も、ＬＥＤ２１、２２、２３、２０、２０、……が発した光を、それぞれ対応する球レンズ４１、４２、４３、４０、４０、……が受け、球レンズ４１、４２、４３、４０、４０、……から出射された光を、それぞれ対応する集束レンズ５１、５２、５３、５０、５０、……が、１つの点Ｐに集束し、図７では図示しないコリメータレンズ６０が、平行光にしたり、集束レンズ５１、５２、５３、５０、５０、……が出射した各光の焦点を調整する。

図８は、本発明の実施例７である照明装置７００を示す図である。

照明装置７００は、基本的には、照明装置１００と同じであるが、ＬＥＤ固定台１０の代わりに、ＬＥＤ固定台１０ａを設け、凹球面上の曲線１１の代わりに、自由曲線１１ａを設け、非球面レンズであるコリメータレンズ６０の代わりに、球面レンズであるコリメータレンズ６０ａを設け、また、ＬＥＤ２２、球レンズ４２、集束レンズ５２を、球面収差量Ｓ．Ａの長さだけ移動した実施例である。

なお、球面収差量Ｓ．Ａは、球面レンズの球面による収差の量である。また、自由曲線１１ａは、コリメータレンズ６０ａの球面収差量ＳＡに基づいて位置が決定される曲線である。

つまり、照明装置１００は、凹球面上の曲線１１として円弧を使用し、この凹球面上の曲線１１上に、ＬＥＤ２１、２２、２３を載置し、コリメータレンズ６０として非球面レンズを使用している。このようにする代わりに、照明装置７００のように、自由曲線１１ａを使用し、この自由曲線１１ａ上に、ＬＥＤ２１、２２ａ、２３を載置し、コリメータレンズとして、球面レンズのコリメータレンズ６０ａを使用するようにしてもよい。

すなわち、点Ｐを中心とする所定半径の円周上に、ＬＥＤ２１、２３を配置し、点Ｐから球面収差量Ｓ．Ａだけ、図８中、左に移動した点を点Ｐ１とし、点Ｐ１を中心として上記所定半径の円周上に、ＬＥＤ２２ａを配置する。そして、球レンズ４２に対応する球レンズ４２ａ、集束レンズ５２に対応する集束レンズ５２ａを配置する。ＬＥＤ２２ａと、球レンズ４２ａと、集束レンズ５２ａとによって、新たなユニットが構成され、この新たなユニットが出射する光が、点Ｐ１で焦点を結び、球面レンズであるコリメータレンズ６０ａに送られ、平行光を出射する。

この考え方を、発光素子照明装置２００、３００、４００、５００、６００に適用するようにしてもよい。

上記考え方を発光素子照明装置５００に適用する場合、ＬＥＤ２１、２２、２３、２５、２６を、自由曲線上に配置し、球面レンズであるコリメータレンズ６０ａを使用する。なお、自由曲線１１ａは、図８に示すように、ＬＥＤ固定台１０ａに設けられ、焦点である２つの点Ｐ、Ｐ１が存在する。上記自由曲線１１ａは、コリメータレンズ６０ａの球面収差量ＳＡに基づいて位置が決定される曲線である。

これに対して、発光素子照明装置５００に上記の考え方を適用した装置では、ＬＥＤ固定台が、自由曲線１１ａとは異なる自由曲線を有する。上記自由曲線は、コリメータレンズ６０ａの球面収差量ＳＡに基づいて位置が決定される曲線であり、ＬＥＤ２１、２２、２３、２５、２６に対応する曲線である。

上記考え方を発光素子照明装置６００に適用する場合、ＬＥＤ２１、２２、２３、２５、２６の他に、ＬＥＤ２０、２０、……をも、凹非球面上に配置し、球面レンズであるコリメータレンズ６０ａを使用する。

なお、非球面は、断面が放物線である非球面以外の非球面もある。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００…照明装置、
１１…凹球面上の曲線、
２１、２２、２３、２０…ＬＥＤ、
３１…円柱部材、
４１、４２、４３…球レンズ、
５１、５２、５３…集束レンズ、
６０…コリメータレンズ、
７０…移動手段、
８０ｒ、８０ｇ、８０ｂ…輝度制御手段。

Claims (9)

1. 凹球面上の曲線上に配置されている複数の光源と；
   上記複数の光源のうちの１つの光源からの光を受ける球面レンズと；
   上記球面レンズから出射された光を集束する集束レンズと；
   を具備し、１つの上記光源と１つの上記球面レンズと１つの上記集束レンズとによって構成されるユニットが複数設けられ、
   上記ユニットのそれぞれが出射した光が１点に集まり、この集まった各光の焦点を調整する非球面レンズであるコリメータレンズが設けられていることを特徴とする照明装置。
2. コリメータレンズの球面収差量に基づいて位置が決定される曲線上に配置されている複数の光源と；
   上記複数の光源のうちの１つの光源からの光を受ける球面レンズと；
   上記球面レンズから出射された光を集束する集束レンズと；
   を具備し、１つの上記光源と１つの上記球面レンズと１つの上記集束レンズとによって構成されるユニットが複数設けられ、
   上記コリメータレンズは、上記ユニットのそれぞれが出射した各光の焦点を調整する球面レンズであることを特徴とする照明装置。
3. 凹球面に配置されている複数の光源と；
   上記複数の光源のうちの１つの光源からの光を受ける球面レンズと；
   上記球面レンズから出射された光を集束する集束レンズと；
   を具備し、１つの上記光源と１つの上記球面レンズと１つの上記集束レンズとによって構成されるユニットが複数設けられ、
   上記ユニットのそれぞれが出射した光が１点に集まり、この集まった各光の焦点を調整する非球面レンズであるコリメータレンズが設けられていることを特徴とする照明装置。
4. コリメータレンズの球面収差量に基づいて位置が決定される曲線上に配置されている複数の光源と；
   上記複数の光源のうちの１つの光源からの光を受ける球面レンズと；
   上記球面レンズから出射された光を集束する集束レンズと；
   を具備し、１つの上記光源と１つの上記球面レンズと１つの上記集束レンズとによって構成されるユニットが複数設けられ、
   上記コリメータレンズは、上記ユニットのそれぞれが出射した各光の焦点を調整する球面レンズであることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
   上記球面レンズは、球レンズであることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
   上記コリメータレンズを、その光軸方向に移動する移動手段を有することを特徴とする照明装置。
7. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
   上記光源は、単色の光源または複数色の光源であることを特徴とする照明装置。
8. 請求項５において、
   上記複数色の光源の輝度を、個々に制御する輝度制御手段を有することを特徴とする照明装置。
9. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
   上記コリメータレンズの前後またはコリメータレンズ中に、光を混合するミキシング手段を有することを特徴とする照明装置。

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