JP2014175126A - スポットライト - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率を高め、照射領域以外への漏れ光が低減されたスポットライトを提供する。
【解決手段】スポットライトは、光源と、第１凸レンズと、第２凸レンズと、遮光部材と、を有する。前記光源は、放出光の出射面を有し、発光中心を通り前記出射面に対して垂直な光軸を有する。前記第１凸レンズは、中心軸が前記光軸上にあり、前記放出光を受け前記放出光よりも広がり角が低減された発散光を放出する。前記第２凸レンズは、中心軸が前記光軸上にあり、前記第１レンズからの前記発散光を集光可能である。前記遮光部材は、中心軸が前記光軸上にあり、前記第１凸レンズの入射面と前記第２凸レンズとの間に配設され、前記第１凸レンズからの前記発散光のうち、外周領域の一部を遮光する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、スポットライトに関する。

ショーウインドー、博物館、美術館などの対象物をスポット照明するには、漏れ光が抑制され、小型、低消費電力であるスポットライトが要求される。

照射光の指向性を高めて対象物を照射するために、たとえば、平行光を用いることができる。

発光素子などの光源から集光レンズまでの距離を長くし、集光レンズの前に遮光マスクを設けると、平行光を得ることができる。

しかしながら、集光レンズへの入射する光量は低下し消費電力が高くなる。また、スポットライトのサイズを小型化することが困難である。

特許５０２２２１０号公報

光利用効率を高め、照射領域以外への漏れ光が低減されたスポットライトを提供する。

実施形態のスポットライトは、光源と、第１凸レンズと、第２凸レンズと、遮光部材と、を有する。前記光源は、放出光の出射面を有し、発光中心を通り前記出射面に対して垂直な光軸を有する。前記第１凸レンズは、中心軸が前記光軸上にあり、前記放出光を受けて前記放出光よりも広がり角が低減された発散光を放出する。前記第２凸レンズは、中心軸が前記光軸上にあり、前記第１レンズからの前記発散光を集光可能である。前記遮光部材は、中心軸が前記光軸上にあり、前記第１凸レンズの入射面と前記第２凸レンズとの間に配設され、前記第１凸レンズからの前記発散光のうち、外周領域の一部を遮光する。

本発明によれば、光利用効率を高め、照射領域以外への漏れ光が低減されたスポットライトが可能となる。

図１（ａ）は第１の実施形態にかかるスポットライトの模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。 第１凸レンズの作用を説明する模式図である。 第１比較例にかかるスポットライトの模式断面図である。 第２比較例にかかるスポットライトの模式断面図である。 第２の実施形態にかかるスポットライトの模式断面図である。 第３の実施形態にかかるスポットライトのヘッド部の部品構成を表す模式斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかるスポットライトの模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
スポットライトは、光源２０と、第１凸レンズ３０と、第２凸レンズ４０と、遮光部材５０と、筐体１０と、を有する。なお、第１の実施形態では、光源２０は、発光素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）２１とする。

筐体１０は、開口部１０ａが設けられ、内側面１０ｂと、開口部１０ａとは反対の側に設けられた底面１０ｃと、を有する。

発光素子２１は、筐体１０の底面１０ｃに配設され、放出光の出射面を有する。また、発光素子２１は、発光中心を通り出射面に対して垂直な光軸２０ａを有する。照射光を白色とする場合、発光素子２１は窒化物系半導体材料とし、蛍光体粒子などの波長変換材を用いて、白色光に変換することができる。また黄色光〜赤色光の可視光を単色で用いる場合、ＩｎＡｌＧａＰ半導体材料とすることができる。

第１凸レンズ３０は、中心軸が光軸２０ａ上となるように、第１凸レンズカバー３１などを介して筐体１０内に配設され、集光性を有する。

第２凸レンズ４０は、中心軸が光軸２０ａ上となるように、第２凸レンズカバー４１などを介して筐体１０内に配設される。第２凸レンズ４０は、第１凸レンズ３０から出射する発散光に対して集光性を有する。第２凸レンズ４０により集光された光は、筐体１０の開口部１０ａから放出される。

遮光部材５０は、中心軸が光軸２０ａ上となるように、かつ第１凸レンズ３０と第２凸レンズ４０との間の筐体１０内に配設される。また、遮光部材５０は、第１レンズ３０からの発散光のうち、外周領域の部分を遮光する。遮光部材５０は、金属部材または樹脂部材の表面に黒色塗料を塗布したものなどとすることができる。

図２は、第１凸レンズの作用を説明する模式図である。
発光素子２１は、発光中心Ｏ１を有する。光軸２０ａは、発光中心Ｏ１を通り、出射面２０ｂに垂直となる。また、第１凸レンズ３０は、焦点Ｏ２を有する。発光素子２１の出射面２０ｂは、第１凸レンズ３０の焦点Ｏ２の内側（第１凸レンズの側）に配設される。このようにすると、第１凸レンズ３０は、発光素子２１の放出光を受けて、放出光よりも広がり角が低減された発散光ＧＤを放出できる。放出光の広がり角は、指向特性などを測定することにより求めることができる。

第１凸レンズ３０は、集光性があればよいので、たとえば、両凸レンズとすることができる。または、本図のように、平凸レンズとし、その平面３０ａの側に発光素子２０の出射面２０ｂを配置すると、発光中心Ｏ１からの発散光ＧＤの波面を第１凸レンズ３０の波面と合わせやすい。このため、放出光を集光することが容易となるので、より好ましい。

第２凸レンズ４０は、第１凸レンズ３０からの発散光ＧＤをさらに集光する。第１凸レンズ３０と、第２凸レンズ４０と、の間の距離を長くしていくと、発散光ＧＤを略平行にすることができる。さらに距離を長くしていくと結像する。さらに距離を長くすると、光はより発散する。

第１凸レンズ３０および第２凸レンズ４０は、アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂、石英ガラス、硼珪酸ガラスなどの材料とすることができる。

遮光部材５０による遮られないで第２凸レンズ４０の入射可能な発散光ＧＤは、第２凸レンズ４０の出射領域４４から放出される。第２凸レンズ４０の出射領域の直径４４は、第１レンズ３０の出射領域の直径３４よりも大きい。

図３は、第１比較例にかかるスポットライトである。
スポットライトは、筐体１１０と、発光素子１２０と、第１凸レンズ１３０と、第２凸レンズ１４０と、遮光マスク１５０と、を有する。遮光マスク１５０は、発光素子１２０と第１レンズ１３０との間に設けられている。

第１凸レンズ１３０と第２凸レンズ１４０との間を平行光または集束光とするために、発光素子１２０は、第１凸レンズ１３０の焦点距離よりも遠くに配置される。この場合、発光素子１２０からの放出光は広がり角は大きく、遮光マスク１５０を通過して第１凸レンズ１３０へ入射する光量を大きくすることは困難である。

また、第２凸レンズ１４０の位置を変化させることによって、照射面積を変化させることができる。しかし、放出光が光軸１２０ａと交差すると、平行光ではなくなり用途が限定される。

これに対して、第１の実施形態では、発光素子２１は、第１凸レンズ３０に近接して配置される。このため、光量ロスが低減され第１凸レンズ３０への入射効率を高めることができる。さらに、スポットライトのサイズの小型化が容易となる。

また、発散光ＧＤを第２凸レンズ４０に入射するので、第２凸レンズ４０により平行光に近づけて、対象物体を照射することができる。または、第２凸レンズ４０の位置により、集束光とし結像点の位置を制御することもできる。

さらに、第１の実施形態のスポットライトは、第１凸レンズ３０と第２凸レンズ４０との間に、遮光部材５０を設けている。このため、発散光ＧＤの外周部が筐体１０の一部に反射され、第２レンズ４０に入射することが抑制できる。

図４は、第２比較例にかかるスポットライトの模式断面図である。
第２比較例では、第１凸レンズ１３０と第２凸レンズ１４０との間に遮光部材が設けられない。このため、発光素子１２０の放出光の外周領域の光のうち、筐体１１０の内部で反射した光は、第２凸レンズ１４０へ入射する。もし、筐体１１０の内側面１１０ｂで反射を生じ、反射光ＧＲの一部が第２凸レンズ１４０の外周部への漏れ光となる。この漏れ光（または迷光）は、本来の照射領域の外側を不要に照射する。たとえば、ほの暗い空間の中に設けられた対象物などを照射するとき、このような不要な光は好ましくない。

これに対して、第１の実施形態では、第１凸レンズ３０に入射する光量を損なうことなく、第２凸レンズ４０の外周部へ入射する反射光を遮光部材５０で低減できる。このため、照射領域の外へ漏れる光が低減できる。

図５は、第２の実施形態にかかるスポットライトの模式断面図である。
遮光部材５１は、中心軸が光軸２０ａ上にある円筒形状などとすることができる。また、遮光部材５１は、第１の面５１ａと、第１の面５１ａとは反対の側の第２の面５１ｂと、を有する。

第１凸レンズ３０は、前記第１の面５１ａで、遮光部材５１にはめ込まれ、位置決めがされる。また、第２凸レンズ４０は、第２の面５１ｂの側で遮光部材５１にはめ込まれ固定される。このようにすると、第１凸レンズ３０の中心軸と、第２凸レンズ４０の中心軸と、を発光素子２０の光軸２０ａと合わせることが容易となる。また、筐体を構成する部品数を低減できる。

図６は、第３の実施形態にかかるスポットライトのヘッド部の部品構成を表す模式斜視図である。
スポットライトは、光源２０と、第１凸レンズ６７と、第２凸レンズ６３と、遮光部材６５と、を少なくとも有する。

光源２０は、青紫色〜青色の光を放出する半導体レーザー２２と、半導体レーザー２２からの光を導くファイバーアレイユニット８８と、を有する。半導体レーザー２２の広がり角は、発光素子２１よりも小さいので、光ファイバー（導光路）８８−４へ効率よく導入される。また、レーザー光は、光ファイバー８８−４の出射側の端面から第１凸レンズ６７へ向かって放出される。このため、より低消費電力とできる。

緑（Ｇ）蛍光体７２と、赤（Ｒ）蛍光体７３と、は、たとえば、混合されて熱伝導材７５の上に設けられ、透過蛍光体配置ブロック７７にさらに配設される。光ファイバー８８−４の端面から放出された青紫色〜青光色のレーザー光は、Ｇ蛍光体７２およびＲ蛍光体７３を照射する。

Ｇ蛍光体７２からの緑色光、Ｒ蛍光体７３からの赤色光、および蛍光体により散乱された青色散乱光は、透過蛍光体配置ブロック７７を透過し第１凸レンズ６７に入射する。この場合、蛍光体Ｇ７２の表面およびＲ蛍光体７３の表面を出射面とし、第１凸レンズ６７と、第１凸レンズ６７の焦点と、の間に配置される。

（表１）は、構成部品の符号を説明する。

緑色、赤色、青色が混合されて生じた白色光は、第１凸レンズ６７に入射し、広がり角が低減された発散光ＧＤとなる。レンズホルダー６８に配設された円筒形状の遮光部材６５を通過した発散光は、第２凸レンズ６３でさらに集光されて対象物を照射する。発散光の外周領域のうち、遮光部材６５を照射した光は第２凸レンズ６３を照射しない。このため、所望の照射領域の光が漏れることが抑制される。

第１〜第３のスポットライトは、光利用効率が高められ、小型かつ低消費電力とできる。また、照射領域以外への漏れ光が低減される。これらのスポットライトは、ショーウインドー、博物館、美術館などの対象物を効果的に照射できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２０ 光源、２０ａ 光軸、２０ｂ 出射面、２１ 発光素子、２２ 半導体レーザー、３０、６７ 第１凸レンズ、４０、６３ 第２凸レンズ、５０、５１、６５ 遮光部材、Ｏ１ 発光中心、Ｏ２ （第１凸レンズの）焦点、ＧＤ 発散光

Claims (7)

1. 放出光の出射面を有し、発光中心を通り前記出射面に対して垂直な光軸を有する光源と、
   中心軸が前記光軸上にあり、前記放出光を受けて前記放出光よりも広がり角が低減された発散光を放出する第１凸レンズと、
   中心軸が前記光軸上にあり、前記第１レンズからの前記発散光を集光可能な第２凸レンズと、
   中心軸が前記光軸上にあり、前記第１凸レンズの入射面と前記第２凸レンズとの間に配設され、前記第１凸レンズからの前記発散光のうち、外周領域の一部を遮光する遮光部材と、
   を備えたスポットライト。
2. 前記光源の前記出射面は、前記第１凸レンズと前記第１凸レンズの焦点との間に配設された請求項１記載のスポットライト。
3. 前記遮光部材は、前記光軸に沿って中空領域が設けられた請求項１または２に記載のスポットライト。
4. 前記遮光部材は、第１の面と、前記第１の面とは反対の側の第２の面と、を有し、
   前記第１凸レンズは、前記第１の面の側で前記遮光部材にはめ込まれ、
   前記第２凸レンズは、前記第２の面の側で前記遮光部材にはめ込まれる請求項３記載のスポットライト。
5. 前記第１凸レンズは、平凸レンズであり、
   前記光源の前記出射面は、前記平凸レンズの平面の側に設けられた請求項１〜４のいずれか１つに記載のスポットライト。
6. 前記光源は、発光素子であり、
   前記出射面は、前記発光素子の表面である請求項１〜５のいずれか１つに記載のスポットライト。
7. 前記光源は、半導体レーザーと、前記半導体レーザーからの光を伝送する導光路と、を有し、
   前記出射面は、前記導光路の端面である請求項記１〜５のいずれか１つに記載のスポットライト。

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