JP4038136B2

JP4038136B2 - パワーｌｅｄを利用したスポット照明装置

Info

Publication number: JP4038136B2
Application number: JP2003040400A
Authority: JP
Inventors: 賢治米田
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-01-13
Also published as: JP2004221042A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工光源として花屋や植物工場等で好適に用いることのできる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、工場内で野菜等の生育にベストな環境を人工的に作り出し、味、栄養価、衛生面などを科学的に管理生産するいわゆる植物工場が各所に開設され、すでに商業ベースでの生産出荷も始まっている。
【０００３】
かかる植物工場では、日長、温度、炭酸ガス、養液濃度などをコントロールして最適環境を作っており、特に人工光源としては、蛍光ランプやハロゲンランプの他、近時では特許文献１に示すように、ＬＥＤも利用されている。
また花屋等においても植物の育成や植物のディスプレイ等の目的で人工光源を利用しているのは周知の事実である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−５９公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来、この種の人工光源は、植物のみならず、通常の照明同様、広く周囲をも照らしており、非常に無駄が多い。もちろんハロゲンランプのように点発光に近い光り方をするものであれば、スポットライトのように植物のみに光を照射することも可能であるが、照射面で熱が発生し、植物育成に好ましくないうえ、ハロゲンランプは発生光量に対する消費電力が大きいという問題点がある。例えば花屋等でハロゲンランプを用いる場合、前記輻射熱の問題から一旦壁に光を照射しその反射光を利用するといった極めて非効率な使われ方がなされているのが実情である。
【０００６】
一方、ＬＥＤは、エネルギ効率がよく輻射熱の問題も発生しにくいという点では人工光源として好ましいものであるが、ＬＥＤ１個あたりの光量が小さいため、植物育成に十分な光量を得るために多くのＬＥＤを敷き詰めなければならない。そしてその結果、面発光光源にせざるを得ず、スポット的に集光することが難しくなる。もちろんＬＥＤを部分凹球面に敷き詰めるなどの工夫をすれば集光もある程度可能となるが、装置が複雑になる上、植物はその種類や生長度合に応じて大きさが変化するところ、それに合わせた照射面積の調整ができない。
【０００７】
そこで本発明は、ＬＥＤ光源の利点を活かしつつ、簡単な構造でスポット的に集光することが可能な、植物育成やディスプレイ等に非常に好ましい照明装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ＬＥＤ支持体と、そのＬＥＤ支持体に所定軸方向に発光面を向けて装着した複数のパワーＬＥＤと、各パワーＬＥＤの発光面側にそれぞれ設けた複数のレンズと、それらレンズを一体的に保持するレンズ保持体と、そのレンズ保持体及び前記ＬＥＤ支持体間に介在し、当該レンズ保持体を前記軸を中心として回転可能に支持するとともにその正逆回転動作に伴って前記軸方向に沿って進退させる進退機構と、前記レンズ保持体の回転動作を前記各レンズの光軸が各パワーＬＥＤの光軸と略一致する複数の角度でそれぞれ制止する回転制止機構とを備えたことを特徴とする、パワーＬＥＤを利用したスポット照明装置である。
【０００９】
このようなものであれば、レンズ保持体を回転させ、回転制止機構が動作する所定角度で止めるだけで、各レンズの光軸と各パワーＬＥＤの光軸とを略一致させることができるため、それらレンズによる集光機能で、スポット照明が可能になる。また、次の所定角度までレンズ保持体を回転させれば、それらレンズとパワーＬＥＤとの距離が変わるため、レンズによる集光角度が変わり、照射面積を変えることができる。すなわち本発明によれば、エネルギ効率がよく熱の問題も発生しにくいというＬＥＤ光源の利点を活かしつつ、簡単な構造で照射面積、すなわち指向性をコントロールすることの可能なスポット照明を実現できる。また１つあたりの光量が大きいパワーＬＥＤを用いているため、ＬＥＤの数を可及的に減少させることができ、コンパクト化も可能となる。
【００１０】
レンズとパワーＬＥＤとの離間距離をより多段階に細かく調整できるようにするには、前記パワーＬＥＤを前記軸を中心とした円周上に等間隔で配置しているものが好ましい。このようなものであれば、隣接するパワーＬＥＤ間の角度だけ回転させることにより、各レンズの光軸と各パワーＬＥＤの光軸とを略一致させることができるからである。もちろん、パワーＬＥＤを異なる態様で並べても構わないが、その場合には、各レンズの光軸と各パワーＬＥＤの光軸とが略一致する所定角度から次にそれらが一致する所定角度まで、例えば３６０度レンズ保持体を回転させる必要が生じるため、レンズとパワーＬＥＤとの離間距離の細かい調整が難しくなる。
【００１１】
簡単な構造で本発明を実現する具体的実施態様としては、前記進退機構がねじ送り機構を利用したものであり、前記回転制止機構が、前記レンズ保持体またはＬＥＤ支持体の一方に設けた１又は複数の凹部と、他方に設けられ凹部に前記所定角度で嵌り込む弾性突出部とを備えたものを挙げることができる。
【００１２】
照明対象物に対し周囲からの照明をもできるようにするには、前記ＬＥＤ支持体に取り付けられる反射体を更に備えたものであって、その反射体が、パワーＬＥＤ装着領域に対向して設けられ、それらパワーＬＥＤからでた光を反射して周囲側方に進ませる一次反射面と、前記一次反射面の周囲に設けられ、当該一次反射面で反射した光を照明方向に向かって反射する二次反射面とを備えたものであることが望ましい。
【００１３】
より好ましくは、前記反射体を前記ＬＥＤ支持体に対し着脱可能に構成しているものがよい。
【００１４】
植物工場では、棚を何段にも重ね、その棚でレタス等の植物を育成する。そのため、植物と光源との距離が非常に接近している。具体的には３０ｃｍ〜４０ｃｍ程度しか離間距離をとることができない。このような状況下、植物にまんべんなく、すなわち上方からも周囲からもまんべんなく光を照射するには、前記二次反射面の最大有効径を照射対象物と略同一またはそれよりも大きくなるように設定し、前記二次反射面で反射される光が前記照明対象物に対し上方及び周囲から包み込むように照射されるように構成しているものが好ましい。
【００１５】
具体的には、前記二次反射面の最大有効径を、照明対象物の径と同一又は若干大きくなるように設定し、前記二次反射面で反射される光が、その径を略同一又は小さくしながら照明対象物に照射されるように設定しておけばよい。
照明光の全体の色調を調整するためには、前記軸上に配置したパワーＬＥＤの光の色のみを他のパワーＬＥＤのものと異ならせておくことが望ましい。その場合、特にその軸上のパワーＬＥＤから出る光が、照明領域の略全体に亘るようにしておけばより好適である。
【００１６】
進退機構としては、前記レンズ保持体を前記各レンズの光軸が各パワーＬＥＤの光軸と略一致する姿勢に保ちつつ前記軸に沿って進退可能に支持するものでもよく、その場合は前記レンズ保持体の進退動作を所望の位置で制止するための進退制止機構を設けておくことが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１〜図３は、本実施形態に係るスポット照明装置１の内部構造を示す全体図である。
【００１９】
このスポット照明装置１は、ＬＥＤ支持体２と、そのＬＥＤ支持体２に配線基板９を介して装着した複数のパワーＬＥＤ３と、各パワーＬＥＤ３の発光面側にそれぞれ設けた複数のレンズ４と、それらレンズ４を一体的に保持するレンズ保持体５と、そのレンズ保持体５及び前記ＬＥＤ支持体２間に介在し、当該レンズ保持体５をＬＥＤ支持体２の軸Ｌを中心として回転可能に支持するとともにその正逆回転動作に伴って前記軸Ｌ方向に沿って進退させる進退機構６と、前記レンズ保持体５の回転動作を前記各レンズ４の光軸ＬＲが各パワーＬＥＤ３の光軸ＬＬと一致する複数の角度でそれぞれ制止する回転制止機構７とを備えたものである。
【００２０】
各部を詳述する。
【００２１】
ＬＥＤ支持体２は、円柱状をなす金属製のもので、外周には放熱用のフィン２１が形成してある。また一端面に開口する断面円形の有底穴２２が形成してあって、その有底穴２２の底面にパワーＬＥＤ３を装着するための配線基板９を取り付けられるようにしてある。
【００２２】
パワーＬＥＤ３は、１又は複数のＬＥＤ素子（図示しない）とそのＬＥＤ素子をモールドするとともにそのＬＥＤ素子からでる光を屈折させ所定角度で拡がる指向性を与える透明外装部材３１とを備えたものである。なお、パワーＬＥＤ３とは電流を約２５０ｍＡ以上流せるものとして定義されるもので、通常のＬＥＤに比べはるかに大きな光量の光を射出することができるものである。本実施形態では、このパワーＬＥＤ３を前記配線基板９の一方の面に６個設け、それらの発光面が全て軸Ｌ方向を向くように構成している。より具体的には、１個のパワーＬＥＤ３を前記軸Ｌ上に配設し、さらにこの軸Ｌを中心とした円周上に残り５個のパワーＬＥＤ３を等間隔、すなわち７２度毎に配設している。なお、本実施形態において軸Ｌ上に配置したパワーＬＥＤ３の発光色のみを、他のものとは異ならせている。例えば軸Ｌ上のパワーＬＥＤ３の発光色を青系統、他のものを赤系統にしている。
【００２３】
レンズ４は、透明樹脂或いはガラスで形成した凸レンズであり、前記パワーＬＥＤ３と同数を同じ配列関係にしてレンズ保持体５により一体的に保持させている。
【００２４】
レンズ保持体５は、本実施形態では、前記レンズ４と一体に成型したもので、円筒状をなす周壁部５１と、周壁部５１に直交させて設けた板状部５２とからなる。そしてその板状部５２に複数のレンズ４が一体に形成してある。
【００２５】
進退機構６は、ねじ送り構造をなすものであり、本実施形態では前記有底穴２２の内周に設けたねじ溝６１と、前記レンズ保持体５の外周に設けたねじ溝６２との螺合により構成してある。そしてレンズ保持体５を正逆回転させることにより、レンズ４が最もパワーＬＥＤ３に近接する最接近位置（図１に示す）と、最も離れる最離間位置（図２に示す）との間で、前記軸Ｌ方向に沿って進退させ得るようにしてある。
【００２６】
回転制止機構７は、前記レンズ保持体５の外周に設けた複数の凹部７１と、ＬＥＤ支持体２の有底部２２における内周から突出する弾性突出部７２とを備えたものである。凹部７１は例えば有底溝状をなすもので、円周上に配置したパワーＬＥＤ３と同数を等間隔で、すなわち７２度毎に形成している。弾性突出部７２は、ＬＥＤ支持体２の外壁に軸Ｌと直交するように設けた貫通孔２ａに嵌め込んでなるボール７２１と、そのボール７２１を外側から内方に弾性付勢する板バネ等の弾性体７２２とを利用して構成したものである。ボール７２１は前記凹部７１に一部が嵌り込むことが可能なもので、各凹部７１にボール７２１が嵌り込むことにより、レンズ保持体５の回転動作を制止する。そしてその位置において前記各レンズ４の光軸ＬＲが各パワーＬＥＤ３の光軸ＬＬと一致するように設定してある。一方、その一致位置から所定以上のトルクをレンズ保持体５に加えると、ボール７２１は凹部７１から外れ、レンズ保持体５の外周面に押されて前記貫通孔２ａに埋没し、レンズ保持体５を回転させることができるように構成している。
【００２７】
したがってこのようなものであれば、レンズ保持体５を回転させ、回転制止機構７が動作する所定角度で止めるだけで、各レンズ４の光軸ＬＲと各パワーＬＥＤ３の光軸Ｌとを一致させることができるため、それらレンズ４による集光機能で、スポット照明が可能になる。また、次の凹部７１にボール７２１が嵌り込む角度までレンズ保持体５を回転させれば、それらレンズ４とパワーＬＥＤ３との距離が変わるため、レンズ４による集光角度が変わり、照射面積及び指向性を変えることができる。なお、本実施形態では、指向性が最も強くなる前記最離間位置においても、照明光が若干拡がりながら進むように設定している。
【００２８】
すなわち本実施形態によれば、エネルギ効率がよく輻射熱の問題もほとんど発生しないというＬＥＤ光源の利点を活かしつつ、簡単な構造で照射面積を変えることの可能なスポット照明を実現できる。そしてこの装置１を植物用人工光源として用いた場合には、植物のみに光を照射できるため無駄がなく、しかも植物はその種類や生育度に応じて大きさが変化するところ、その大きさに合わせて照射面積を変えることもできるので、植物育成や植物ディスプレイ等に極めて好適なものとなる。
【００２９】
また１つあたりの光量が大きいパワーＬＥＤ３を用いているため、ＬＥＤの数を可及的に減少させることができることから、コンパクト化や低価格化も可能となる。
【００３０】
さらに本実施形態では、前記パワーＬＥＤ３を前記軸Ｌを中心とした円周上に等間隔で配置しており、レンズ保持体５を隣接するパワーＬＥＤ３間の角度だけ回転させることにより、レンズ光軸ＬＲとＬＥＤ３光軸ＬＬとを一致させることができるため、レンズ４とパワーＬＥＤ３との離間距離を多段階に細かく調整でき、照射面積、指向性を細かくコントロールできる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
【００３２】
次に本発明の第２実施形態に関し、図面を参照して説明する。なお前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００３３】
本実施形態にかかる照明装置１は、前記第１実施形態にかかる構成に加え、図４、図５に示すように、前記ＬＥＤ支持体２に取り外し可能に取り付けられた反射体８を更に備えたものである。
【００３４】
この反射体８は、パワーＬＥＤ３の装着領域の前方に設けた一次反射要素８１と、ＬＥＤ支持体２の周囲に設けた二次反射要素８２とを備えてなる。一次反射要素８１は、前記軸上に設定した先端をパワーＬＥＤ３に向けて配置した円錐状をなすもので、その外周面に設定した一次反射面８ａにより、各パワーＬＥＤ３からでた光を反射して周囲側方に進ませるものである。二次反射要素８２は、照明方向に向かって徐々に開く中空切頭円錐状をなすもので、その内周面が、前記一次反射面８ａの周囲を取り囲んで、当該一次反射面８ａで反射した光を照明方向に向かって反射する二次反射面８ｂとしての役割を担うように構成してある。なお、二次反射要素８２の拡開側先端面はガラス板等の透明板８３で覆ってあり、その透明板８３の中央部分に前記一次反射要素８１をパワーＬＥＤ３に向かって延びるように配設している。
【００３５】
一方、それら反射面８ａ、８ｂの角度及び大きさに関しては、例えば、前記各パワーＬＥＤ３からレンズ４を通ってくる光が、前記最接近位置と最離間位置との間の任意の位置において、略全て一次反射面８ａに照射され、さらにこの一次反射面８ａで反射された光が略全て二次反射面８ｂで反射されるように設定している。さらに本実施形態では、それら反射面８ａ、８ｂの角度設定により、レンズ４を最接近位置にした場合（図４に示す）には、二次反射面８ｂで反射された光が平行又はわずかに狭まりながら進行し、レンズ４を最離間位置にした場合（図５に示す）には、二次反射面８ｂで反射された光がより狭まりながら進行するように構成するとともに、中央のＬＥＤ３から出た光が、第１反射面８ａの先端で分かれ、照明領域の略全体に及ぶように構成している。
【００３６】
したがって本実施形態によれば、この反射体８によって、大きな面からの照明が可能となり、植物工場のように照明対象物との距離が近くとも、周囲からも包み込むように照明対象物を照明することができる。具体的に例えば、照明対象物がシクラメンの苗やレタス、キャベツ等のように半球状をなすようなものの場合その苗が最も大きくなった径と同一又は若干大きくなるように二次反射面８ｂの最大有効径を設定することにより、その植物の生育に合わせて、照射面積を変化させ、しかも有効に周囲からも照明することが可能となる。
【００３７】
また、色の異なる中央のＬＥＤ３からでた光が照明領域の略全体に及ぶようにしているので、そのＬＥＤの発光強度を調整するだけで、照明光の全体の色調を調整することができ、植物ディスプレイや植物育成照明等にも好ましいものとなる。
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００３８】
例えば、パワーＬＥＤは同一面上に全て配置する必要はなく、軸方向に高さが異なるように配設しても構わない。また、各パワーＬＥＤをそのＬＥＤ素子の周囲にリフレクタを有するものとしたり、あるいは各パワーＬＥＤの周囲にリフレクタを配置したりして、パワーＬＥＤからでる光の指向性を予め狭くしておき、最接近位置から最離間位置に至るまで、パワーＬＥＤから出た光が略全てレンズに照射されるようにすれば、効率の点でより好ましいものとなる。もちろん、パワーＬＥＤの個数、配列等は上記実施形態に限られるものではないし、複数の色の異なるＬＥＤ素子を有するパワーＬＥＤを用いて、照明光の色を種々変更できるようにしても構わない。
【００３９】
さらに、回転制止機構もボールプランジャを利用したものに限られず、磁力を利用したり、ラッチ機構を利用したりしたものでもよい。またこの回転制止機構により回転を制止される位置において、前記各レンズの光軸は、各パワーＬＥＤの光軸と必ずしも完全に一致するように設定する必要はなく、例えばレンズを軸に向かって若干近づけたり遠ざけた位置に設定することで、レンズによってパワーＬＥＤから出る光の光軸をわずかに曲げ、指向性の異なるものとしても構わない。
【００４０】
加えて、進退機構としては、前記レンズ保持体を、前記各レンズの光軸が各パワーＬＥＤの光軸と略一致する姿勢に保ちつつ前記軸に沿ってスライド（進退）のみ可能に支持するものでも構わない。その場合は前記レンズ保持体の進退動作を所望の位置で制止するための進退制止機構を設けておくことが好ましい。
【００４１】
また、反射体の一次反射面及び二次反射面は、円錐面又は円錐凹面のみならず、部分球面や部分凹球面等でもよいし、複数の立体面（例えば半球面）が縦横に並列してなるようなものでも構わない。
【００４２】
もちろん本照明装置は、植物工場における植物育成用のみならず、花屋等で用いても構わないし、植物以外の用途にも適用できるのは言うまでもない。
【００４３】
その他本発明は、上記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明によれば、レンズ保持体を回転させ、回転制止機構が動作する所定角度で止めるだけで、各レンズの光軸と各パワーＬＥＤの光軸とを略一致させることができるため、それらレンズによる集光機能で、スポット照明が可能になる。また、次の所定角度までレンズ保持体を回転させれば、それらレンズとパワーＬＥＤとの距離が変わるため、レンズによる集光角度が変わり、照射面積を変えることができる。すなわち本発明によれば、エネルギ効率がよく熱の問題も発生しにくいというＬＥＤ光源の利点を活かしつつ、簡単な構造で照射面積、すなわち指向性をコントロールすることの可能なスポット照明を実現できる。また１つあたりの光量が大きいパワーＬＥＤを用いているため、ＬＥＤの数を可及的に減少させることができ、コンパクト化や低価格化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における照明装置の一部破断させた全体側面図。
【図２】同実施形態における照明装置の一部破断させた全体側面図。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図４】本発明の第２実施形態における照明装置の一部破断させた全体側面図。
【図５】同実施形態における照明装置の一部破断させた全体側面図。
【符号の説明】
１・・・スポット照明装置
２・・・ＬＥＤ支持体
３・・・パワーＬＥＤ
４・・・レンズ
５・・・レンズ保持体
６・・・進退機構
７・・・回転制止機構
７１・・・凹部
７２・・・弾性突出部
８・・・反射体
８ａ・・・一次反射面
８ｂ・・・二次反射面
Ｌ・・・軸
ＬＲ・・・レンズ光軸
ＬＬ・・・ＬＥＤ光軸

Claims

ＬＥＤ支持体と、そのＬＥＤ支持体に所定軸方向に発光面を向けて装着した複数のパワーＬＥＤと、各パワーＬＥＤの発光面側にそれぞれ設けた複数のレンズと、それらレンズを一体的に保持するレンズ保持体と、そのレンズ保持体及び前記ＬＥＤ支持体間に介在し、当該レンズ保持体をＬＥＤ支持体に対して前記軸を中心として回転可能に支持するとともにその正逆回転動作に伴って前記軸方向に沿って進退させる進退機構と、前記レンズ保持体の回転動作を前記各レンズの光軸が各パワーＬＥＤの光軸と略一致する複数の角度でそれぞれ制止する回転制止機構とを備えたことを特徴とするパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
前記パワーＬＥＤを前記軸を中心とした円周上に等間隔で配置している請求項１記載のパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
前記進退機構がねじ送り構造をなすものであり、前記回転制止機構が、前記レンズ保持体またはＬＥＤ支持体の一方に設けた１又は複数の凹部と、他方に設けられ凹部に前記所定角度で嵌り込む弾性突出部とを備えたものである請求項１又は２記載のパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
前記ＬＥＤ支持体に取り付けられる反射体を更に備えたものであって、その反射体が、パワーＬＥＤ装着領域に対向して設けられ、それらパワーＬＥＤからでた光を反射して周囲側方に進ませる一次反射面と、前記一次反射面の周囲に設けられ、当該一次反射面で反射した光を照明方向に向かって反射する二次反射面とを備えたものである請求項１、２又は３記載のパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
前記反射体を前記ＬＥＤ支持体に対し着脱可能に構成している請求項４記載のパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
前記二次反射面の最大有効径を照射対象物と略同一またはそれよりも大きくなるように設定し、前記二次反射面で反射される光が前記照明対象物に対し上方及び周囲から包み込むように照射されるように構成している請求項４又は５記載のパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
軸上に配置したパワーＬＥＤの発光色のみを他のパワーＬＥＤのものと異ならせている請求項１、２、３、４、５又は６記載のパワーＬＥＤを利用したスポット照明装置。
ＬＥＤ支持体と、そのＬＥＤ支持体に所定軸方向に発光面を向けて装着した複数のパワーＬＥＤと、各パワーＬＥＤの発光面側にそれぞれ設けた複数のレンズと、それらレンズを一体的に保持するレンズ保持体と、そのレンズ保持体及び前記ＬＥＤ支持体間に介在し、前記各レンズの光軸が各パワーＬＥＤの光軸と一致する姿勢に保ちつつ、当該レンズ保持体を前記軸に沿って進退可能に支持する進退機構と、前記レンズ保持体の進退動作を所望の位置で制止するための進退制止機構とを備え、植物の大きさに応じて照射面積を変化させ得るものであることを特徴とするパワーＬＥＤを利用した植物育成用スポット照明装置。