JP2023142874A

JP2023142874A - 照明装置

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Publication number: JP2023142874A
Application number: JP2022049996A
Authority: JP
Inventors: 光三小川; Kozo Ogawa; 淳哉村田; Atsuya Murata
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-10-06

Abstract

【課題】器具効率を向上できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、複数の発光素子３４が実装された基板３３と、発光素子３４からの光を屈折させる光源レンズ部３７と、光源レンズ部３７で屈折される光を拡散する拡散板２０と、拡散板２０で拡散される光を投影する投影レンズ２１と、筒部材２２と、を備える。筒部材２２は、光源レンズ部３７で屈折される光が入射する所定の形状の入射口４０を有する入射口部４１と、入射口４０から入射する光が拡散板２０に向けて出射する所定の形状の出射口４２を有する出射口部４３と、入射口部４１から出射口部４３に亘って周囲を覆う筒部４４と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

従来、複数の発光素子のそれぞれからの光を拡散板に集光し、拡散板で拡散される光を照射面へ照射する照明装置がある。

この照明装置では、レンズなどのアセンブリ誤差や、器具小型化に伴う短焦点化により、光の集光度合いが低下することから、集光しきれない光が照射面へ照射する光として取り出されず、器具効率が低下する。

特開２０２０－５３２７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、器具効率を向上できる照明装置を提供することにある。

実施形態の照明装置は、複数の発光素子が実装された基板と、発光素子からの光を屈折させる光源レンズ部と、光源レンズ部で屈折される光を拡散する拡散板と、拡散板で拡散される光を投影する投影レンズと、筒部材と、を備える。筒部材は、光源レンズ部で屈折される光が入射する所定の形状の入射口を有する入射口部と、入射口から入射する光が拡散板に向けて出射する所定の形状の出射口を有する出射口部と、入射口部から出射口部に亘って周囲を覆う筒部と、を有する。

実施形態の照明装置によれば、器具効率が向上することが期待できる。

第１の実施形態を示す照明装置の斜視図である。同上照明装置の断面図である。同上照明装置の光学系の断面図である。同上照明装置の光学系の分解斜視図である。第２の実施形態を示す照明装置の光学系の分解斜視図である。第３の実施形態を示す照明装置の光学系の断面図である。同上照明装置の光学系の分解斜視図である。第４の実施形態を示す照明装置の光学系の断面図である。同上照明装置の光学系の分解斜視図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図４を参照して説明する。

図１および図２に示す照明装置１０は、スタジオや舞台などで使用される光を照射するスポットライトである。スポットライトとしては、度座標上の広範囲の色を再現して投影可能なフルカラースポットライトである。

照明装置１０は、筐体１１と、この筐体１１をスタジオや舞台の天井側に設置されるバトンに吊り下げるためのアーム１２と、を備えている。

筐体１１は、光を照射する光軸ａを有し、光軸方向に対応した前後方向に長尺な直方体形状に形成され、前面側から光を照射する。筐体１１の前面側の周辺部には、光を遮光するバンドア１３が角度調整可能に取り付けられている。なお、光軸ａの方向は、後述する発光素子３４から最も高い強度で光が放射される方向と略一致する。以降の説明では、光軸方向に対応した光照射方向を前方、光照射方向と反対方向を後方、と定義する。

筐体１１内には、光学系１５が配置されている。光学系１５は、光源モジュール１６と、第１レンズ１７と、第２レンズ１８と、アパーチャ枠１９と、拡散板２０と、投影レンズ２１と、第２レンズ１８と拡散板２０との間に配置される筒部材２２と、を備えている。

光源モジュール１６、第１レンズ１７、第２レンズ１８は放熱器２３の前面側にねじ止めなどによって取り付けられている。なお、第２レンズ１８は、第１レンズ１７と一体に形成されていてもよい。光源モジュール１６は、放熱器２３に直接、もしくは間接的に面接触されて熱的に接続されるように取り付けられている。ここでの間接的とは、光源モジュール１６と、放熱器２３と、の間に放熱シートや放熱グリスが介在することをいう。筒部材２２の後端側が放熱器２３にねじ止めなどによって取り付けられ、筒部材２２の前端側にアパーチャ枠１９がねじ止めなどによって取り付けられ、アパーチャ枠１９に拡散板２０が支持されている。投影レンズ２１は、筐体１１の前面側に取り付けられている。

筐体１１内の底部には、摺動送り軸２５と、図示しない摺動軸と、が光軸ａと平行に配置されている。摺動送り軸２５に係合する摺動送り部材２６と、摺動軸に係合する図示しない摺動部材とに、放熱器２３の下部側が支持されている。摺動送り軸２５の後端が筐体１１の後面側から突出され、この摺動送り軸２５の後端にハンドル２７が取り付けられている。そして、ハンドル２７によって摺動送り軸２５が回動操作することにより、摺動送り軸２５に係合する摺動送り部材２６が光軸方向に沿って前方または後方に移動し、この摺動送り部材２６と一体に放熱器２３が光軸方向に沿って前方または後方に移動する。

放熱器２３に取り付けられた光源モジュール１６、第１レンズ１７、第２レンズ１８、アパーチャ枠１９、拡散板２０および筒部材２２は、放熱器２３と一体的に光軸方向に移動する移動光学系１５ａであり、また、投影レンズ２１は、筐体１１の前面側に取り付けられた固定光学系１５ｂである。さらに、移動光学系１５ａと放熱器２３と摺動送り部材２６および摺動部材とは、一体的に光軸方向に沿って筐体１１内を前方または後方に移動する光源部２９である。

筐体１１の下部には、光源モジュール１６に点灯電力を供給して点灯させる電源部３１が設置されている。

また、図３および図４に光学系１５を示す。図３は光学系１５の断面図、図４は光学系１５の分解斜視図である。フルカラースポットライトの場合、投影レンズ２１の手前で、光を混色することが好ましいため、光学系１５においては、光源モジュール１６からの光を一度集光して拡散板２０で拡散することで疑似光源を生成し、この疑似光源の光を投影レンズ２１で照射面へ照射する。

光学系１５においては、光軸ａを中心として、光源モジュール１６、第１レンズ１７、第２レンズ１８、筒部材２２、アパーチャ枠１９、拡散板２０、および投影レンズ２１が光軸方向に沿って順に配置されている。

光源モジュール１６は、基板３３と、この基板３３の一面側である前面側に実装された複数の発光素子３４（図３参照）と、を備えている。

基板３３は、四角形状に形成されている。基板３３の形状は、四角形以外に多角形や円形などであってもよい。基板３３は、単層基板または片面基板であり、例えばアルミニウムなどの金属材料や、例えばガラスエポキシなどの樹脂材料や、例えば酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックスなどの無機材料で形成されたベース板を有し、このベース板の前面側に配線パターンが形成されている。配線パターンには、各発光素子３４を実装する複数の実装パッドと、発光素子３４の種類毎の実装パッドを直列または直並列に接続するとともに基板３３の前面側の周辺部に設けられる入力端子部に接続される配線部とを含んでいる。配線部は複数の実装パッドの間や、基板３３の周辺領域などに沿って配線されるが、一部の配線部が交差する交差箇所が存在する場合、その交差箇所では下層の配線部上に設けられるジャンパー用絶縁層に交差する上層の配線部が設けられ、異なる系統の配線部同士が絶縁されている。

発光素子３４は、基板３３の中心から所定の半径の円形の実装範囲内に実装されている。発光素子３４は、例えばＳＭＤ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＤｅｖｉｃｅ）パッケージタイプや、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）タイプが用いられ、基板３３の配線パターンの実装パッドに半田付けにより接続され、配線パターンを通じて電源部から点灯電力が供給されることにより光を放射する。発光素子３４は、光の照射面にレンズ部が配設されていることが好ましい。なお、発光素子３４の封止部材である樹脂材料を光の照射方向に向ってレンズ部を形成するように凸形状とすることで、レンズ部のように機能させるように構成されていてもよい。

発光素子３４には、赤、緑、青、シアンなどの各光色の発光素子３４が用いられ、さらに、明るい緑色や黄色、または青みがかった緑色であるミント色系の光や、琥珀色であるアンバー色系の光を放射する蛍光体を含む発光素子３４が用いられていてもよい。各光色の発光素子３４は、混色性が考慮されて基板３３に配置されている。なお、複数の発光素子３４には、単一の光色の光を放射する発光素子３４が用いられてもよいし、上記の複数の光色を個別に放射可能なマルチカラーの発光素子３４が用いられてもよい。そして、電源部３１により、投影する光の色に応じて、色毎の発光素子３４に点灯電力が供給され、色毎の発光素子３４が点灯される。

また、第１レンズ１７は、発光素子３４毎に対向して配置される全反射型のコリメータレンズ３６を複数備えたレンズ集合体にて構成されている。レンズ集合体の外形は、複数の発光素子３４が実装される基板３３の円形の実装範囲に対応した略円形に形成されている。コリメータレンズ３６は、発光素子３４からの光を屈折させるものであって、主として発光素子３４からの光を光軸に平行な平行光に屈折させる。

また、第２レンズ１８には、第１レンズ１７の光軸方向に対向される大きさの円板状に形成されている。第２レンズ１８は、第１レンズ１７で屈折された光を入射して所定の集光位置に集光する集光レンズである。第２レンズ１８には、第１レンズ１７に対向する面に同心円状に複数のレンズ形状が形成され、第１レンズ１７から入射する光を所定の集光位置に集光するフレネルレンズを用いることができる。

第１レンズ１７と、第２レンズ１８と、によって光源レンズ部３７を構成する。なお、上述した第１レンズ１７と、第２レンズ１８と、の構成は、光源レンズ部３７の一例であり、照明装置１０の構成によって適宜変更が可能である。例えば、光源レンズ部３７は、第１レンズ１７もしくは第２レンズ１８の一方だけを備えていてもよいし、第１レンズ１７と第２レンズ１８が一体となったレンズを備えていてもよい。

また、アパーチャ枠１９は、光が通過する所定の直径の円形に開口されたアパーチャ３８を備えている。アパーチャ枠１９は、第２レンズ１８もしくは筒部材２２の集光位置の近傍に配置されている。

また、拡散板２０は、第２レンズ１８もしくは筒部材２２で集光された光が入射し、拡散させて混色させる。拡散板２０は、第２レンズ１８もしくは筒部材２２の集光位置の近傍に配置されている。拡散板２０は、アパーチャ３８よりも大径の円板状に形成され、アパーチャ３８を覆うように、アパーチャ板１９の前面側または後面側のいずれかに配置されている。なお、拡散板２０は、アパーチャ３８の開口に一致する大きさに形成されていてもよい。

また、投影レンズ２１は、拡散板２０で拡散された光を入射し、照射面へ照射する。投影レンズ２１には、円板状に形成され、拡散板２０側とは反対の前面側に同心円状に複数のレンズ形状が形成されたフレネルレンズを用いることができる。

また、筒部材２２は、板金や、金属のプレス加工、または樹脂成形などによって形成されている。筒部材２２は、第２レンズ１８からの光を入射する入射口４０が開口された入射口部４１と、この入射口部４１から入射する光が拡散板２０へ向けて出射する出射口４２が開口された出射口部４３と、入射口部４１から出射口部４３に亘って周囲を覆う筒部４４と、を備えている。

入射口４０および入射口部４１は、四角形状に設けられている。入射口４０は、一辺の長さが第２レンズ１８の直径寸法と同じもしくは大きく、第２レンズ１８の前面側の全域が入射口４０に対向され、第２レンズ１８の前面側から出射される光が全て入射するように構成されている。入射口部４１の各辺には、放熱器２３にねじ止めして取り付けるための取付部が設けられている。

出射口４２および出射口部４３は、入射口４０および入射口部４１よりも小形の四角形状に設けられている。出射口４２は、一辺の長さがアパーチャ３８の直径寸法と略同じで、アパーチャ３８の全域に対向されている。出射口部４３の各辺には、アパーチャ枠１９をねじ止めして取り付けるための取付部が設けられている。

筒部４４は、入射口部４１の４つの辺と出射口部４３の４つの辺とに亘ってそれぞれ設けられる４つの平面を有し、光軸ａに交差する方向の断面が四角形で、入射口部４１側から出射口部４３側に亘って小形となるように傾斜する四角推状に形成されている。筒部４４は、入射口部４１から出射口部４３に亘って１つの直線または複数の直線にて設けられている。筒部４４の内面には、アルミ蒸着などで鏡面反射面とされるとともに、この鏡面反射面の表面にサンドブラスト処理やアルマイト処理などの拡散処理が施された反射面４５が形成されている。なお、筒部４４の内面は、光吸収部材を塗装・塗布・貼り付けることにより、光を吸収するように構成されていてもよい。

そして、照明装置１０においては、照射する光の色に応じて各色の発光素子３４が点灯され、点灯された発光素子３４の光が第１レンズ１７で主として光軸ａに平行な平行光となって出射されるとともに第２レンズ１８でアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域へ向けて集光され、拡散板２０によって各色の光が混色されて疑似光源が生成され、この拡散板２０で生成される疑似光源の光が投影レンズ２１により照射面へ照射される。

第２レンズ１８の前面側からアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域へ向けて集光されるように出射される光は、入射口４０から筒部材２２内に入射し、筒部材２２内から出射口４２を通じてアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域へ向けて出射される。

第２レンズ１８では、アパーチャ３８および拡散板２０へ向けて集光されるように光が出射されるが、レンズなどのアセンブリ誤差や、器具小型化に伴う短焦点化により、光の集光度合いが低下するなどして、集光しきれない光がアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域へ向かわずにアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域よりも外径側となる外側へ向かう場合がある。この場合、集光しきれない光も入射口４０から筒部材２２内に入射するため、集光しきれない光が、筒部材２２の内面の反射面４５で反射し、アパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域へ向けて導かれる。

そのため、照明装置１０では、第２レンズ１８で集光しきれない光を照射面へ照射する光として取り出すことができ、器具効率を向上できる。ここでの器具効率とは、発光素子３４から放射される光のうち、投影レンズ２１を通して照明装置１０の外に取り出される光の割合を示す。例えば、発光素子３４から１００本の光線を照射した際に、その１００本の光線全てが投影レンズ２１を通して照明装置１０の外に取り出された場合は、器具効率が最高となる。投影レンズ２１を通さずに照明装置１０の外に取り出される光（例えば、漏れ光）、または、照明装置１０の外に取り出されない光（例えば、閉じ込め光）が存在する場合、器具効率が低下する。第１の実施形態の筒部材２２を用いることで、漏れ光の発生を抑制することが可能となり、器具効率の向上が期待できる。

また、筒部材２２の入射口部４１が四角形状であるため、四角形状の基板３３と組み合わせやすく、さらに、放熱器２３などの被固定部に対する固定構造も容易に設けることができる。

さらに、筒部材２２の入射口部４１および出射口部４３とも四角形状であるため、製造性がよい。

次に、図５に、筒部材２２についての第２の実施形態を示す。

筒部材２２は、入射口４０および入射口部４１が四角形状に設けられ、出射口４２および出射口部４３が入射口４０および入射口部４１よりも小形の円形状に設けられている。

出射口４２は、直径がアパーチャ３８の直径寸法と略同じで、アパーチャ３８の全域に対向されている。

筒部４４は、入射口部４１側の光軸ａに交差する方向の断面が四角形で、出射口部４３側の光軸ａに交差する方向の断面が円形で、入射口部４１側から出射口部４３側に亘って四角形から円形に徐々に変化するように、入射口部４１側が四角推で、出射口部４３側が円錐に設けられている。筒部４４は、入射口部４１から出射口部４３に亘って１つの直線または複数の直線にて設けられている。

そして、この筒部材２２の構成では、出射口部４３が円形であるため、筒部材２２内に入射した光がアパーチャ３８の周囲のアパーチャ枠１９に入射することなく、アパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域に導くことができ、器具効率を向上できる。言い換えると、第２の実施形態の筒部材２２を用いることで、漏れ光の発生と、閉じ込め光の発生を抑制することが可能となり、器具効率の向上が期待できる。

次に、図６および図７に、筒部材２２についての第３の実施形態を示す。

筒部４４は、入射口部４１側の光軸ａに交差する方向の断面が四角形で、出射口部４３側の光軸ａに交差する方向の断面が円形で、入射口部４１側から出射口部４３側に亘って四角形から円形に徐々に変化するように、入射口部４１側が略四角推で、出射口部４３側が略円錐に設けられている。筒部４４は、入射口部４１から出射口部４３に亘って外面側が凸曲面、内面側の反射面４５が凹曲面となるように、入射口部４１から出射口部４３に亘って１つの曲線または複数の曲線にて設けられている。例えば、筒部４４は、入射口部４１側の曲面の曲率が大きく、出射口部４３側に向うにしたがって曲面の曲率が小さくなるように設けられている。

そして、この筒部材２２の構成では、出射口部４３が円形であるため、筒部材２２内に入射した光がアパーチャ３８の周囲のアパーチャ枠１９に入射することなく、アパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域に導くことができ、器具効率を向上できる。

しかも、入射口部４１から出射口部４３に亘って１つの曲線または複数の曲線にて設けられているため、第２レンズ１８からアパーチャ３８に対向する拡散板２０へ向けた集光方向へ向かう光に対して、集光しきれずにずれ角度が大きい方向へ向かう光の割合が多い場合に、その光をアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域に導くことができ、器具効率を向上できる。言い換えると、第３の実施形態の筒部材２２を用いることで、漏れ光の発生と、閉じ込め光の発生を抑制することが可能となり、器具効率の向上が期待できる。

次に、図８および図９に、筒部材２２についての第４の実施形態を示す。

筒部４４は、入射口部４１側の光軸ａに交差する方向の断面が四角形で、入射口部４１側が四角推状の推部４８に設けられ、また、出射口部４３側の光軸ａに交差する方向の断面が円形で、出射口部４３側が光軸ａを中心とする円筒状の円筒部４９に設けられている。入射口部４１側と出射口部４３側との中間（中間点位置よりも出射口部４３側に寄った中間）で、推部４８と円筒部４９とが交わって連続するように設けられている。筒部４４は、入射口部４１から推部４８と円筒部４９との交点に亘って１つまたは複数の直線にて設けられ、推部４８と円筒部４９との交点から出射口部４３に亘って１つまたは複数の直線にて設けられ、したがって、入射口部４１から出射口部４３に亘って複数の直線にて設けられている。なお、筒部４４は、入射口部４１から推部４８と円筒部４９との交点に亘って１つまたは複数の曲線にて設けられ、推部４８と円筒部４９との交点から出射口部４３に亘って１つまたは複数の曲線にて設けられ、したがって、入射口部４１から出射口部４３に亘って複数の曲線にて設けられてもよい。

さらに、出射口部４３側が光軸ａを中心とする円筒部４９に設けられているため、第２レンズ１８からアパーチャ３８に対向する拡散板２０へ向けた集光方向へ向かう光に対して、集光しきれずにずれ角度が大きい方向へ向かう光の割合が少ない場合に、その光をアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域に導くことができ、器具効率を向上できる。言い換えると、第４の実施形態の筒部材２２を用いることで、漏れ光の発生と、閉じ込め光の発生を抑制することが可能となり、器具効率の向上が期待できる。

しかも、入射面４０に対する推部４８の傾斜角度を小さくして、出射口部４３側に光軸ａを中心とする円筒部４９を設けるにより、第２レンズ１８から筒部材２２内に入射した光の形状を円筒部４９によって円形としてアパーチャ３８に対向する拡散板２０の有効領域に入射でき、投影レンズ２１によって照射面へ照射する光の形状を円形に近付ける制御が可能となる。

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。

１０照明装置
２０拡散板
２１投影レンズ
２２筒部材
３３基板
３４発光素子
３７光源レンズ部
４０入射口
４１入射口部
４２出射口
４３出射口部
４４筒部

Claims

複数の発光素子が実装された基板と；
前記発光素子からの光を屈折させる光源レンズ部と；
前記光源レンズ部で屈折される光を拡散する拡散板と；
前記拡散板で拡散される光を投影する投影レンズと；
前記光源レンズ部で屈折される光が入射する所定の形状の入射口を有する入射口部と、前記入射口から入射する光が前記拡散板に向けて出射する所定の形状の出射口を有する出射口部と、前記入射口部から前記出射口部に亘って周囲を覆う筒部と、を有する筒部材と；
を備えることを特徴とする照明装置。
前記筒部材は、前記入射口部が四角形、前記出射口部が円形である
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記筒部は、前記入射口部から前記出射口部に亘って１つまたは複数の直線にて設けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
前記筒部は、前記入射口部から前記出射口部に亘って１つまたは複数の曲線にて設けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。