JP4262706B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤにより代表される発光素子群および該発光素子群からの出射光を変換するレンズ群からなる照明装置、特にＣＣＤカメラからなる画像処理用照明装置に関する。

従来、ライン状に配列したＬＥＤ素子群を光源とするＬＥＤ照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この装置では、上記文献１の図１４あるいは図１９に示されるように、集光手段としてのシリンドリカルレンズ（２７）とＬＥＤ素子（２５）群との間に楕円拡散レンズ（拡散手段）（２８）を挿入し、隣り合うＬＥＤ素子間の光が途切れる部分（以下、“暗所現象”と呼ぶことがある）を無くすことにより、出射光の均一化が図られている。このとき、前記シリンドリカルレンズ（２７）の前後に、前記楕円拡散レンズ（２８）を配置してもよいことも記載されている。
ところが、受光素子として、ＣＣＤを採用した場合には、ＣＣＤカメラ固有の視野角が障害となる。すなわち、ＣＣＤカメラで受光した画像は肉眼では鮮明に見えても、実際には、図４に示すように、画像端部で光量不足となる。したがって、上述の照明装置では、受光素子によっては必ずしも最適な照射状態が実現されたわけではない。

特開２００３−２０２２９４号公報

したがって、本発明の課題は、上記の問題点を解消し、受光画像の端部においても光量低下がなく、しかも該画像の全長に亘って均一な照射（出射）状態が得られる照明装置、特に画像処理用照明装置を提供することにある。

本発明によれば、上記の課題は、以下のａ〜ｄの要件を組み合わせることで解決される。
ａ．該発光素子群はライン状に配置されていること；
ｂ．該発光素子群と平行に少なくとも１つの円拡散レンズが配置されていること；
ｃ．該円拡散レンズと平行に、互いに拡散度の異なる複数の楕円拡散レンズが配置され、その際、該円拡散レンズに近い方の楕円拡散レンズの拡散角度が、他方の楕円拡散レンズの拡散角度よりも小さいこと；および
ｄ． 該複数の楕円拡散レンズの間に、これらレンズと並行に集光レンズが配置されていること。

本発明の照明装置にあっては、以下のような顕著な効果が奏される。
（１）暗所現象が解消されるので、光源の光量損失がなくなり十分な出射光量が得られる。
（２）出射端部での光量低下がなくなり、均一なライン状の出射光、ひいては均一なライン状の照射状態が得られる。

以下、本発明の照明装置の例について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の照明装置の一例を示す側面図である。
図２は、図１の照明装置に使用する円拡散レンズの斜視図である。
図３は、本発明の照明装置の照度分布を示すグラフである。
図４は、従来の照明装置の照度分布を示すグラフである。
図１において、（１）はＬＥＤ素子群、（２）は円拡散レンズ、（３）および（４）は楕円拡散レンズ、（５）は集光レンズ、（６）はＬＥＤ取付基板、そして、（７）は筐体である。ここで、楕円拡散レンズ（３）としてはその拡散度が、楕円拡散レンズ（４）のそれより小さいものを用いる。そして、ＬＥＤ素子群（１）、円拡散レンズ（２）、楕円拡散レンズ（３）、楕円拡散レンズ（４）、集光レンズ（５）は、樹脂製あるいは金属製の筐体（７）に固定されて、照明装置を形成している。

本発明で特徴的なことは、楕円拡散レンズ（３）と集光レンズ（５）とからなる従来の構成に、円拡散レンズ（２）、および前記楕円拡散レンズ（３）の拡散度よりも大きい拡散度を有する楕円拡散レンズ（４）を併用した点にある。
こうすることにより、図３に示すように、画像端部においても光量低下がなく、しかも、画像全長に亘って均一で且つ十分な光量の照射が実現される。

さらに、本発明について詳述する。
まず、本発明におけるＬＥＤ素子群（１）としては、標準的な光量が得られるＬＥＤや高輝度タイプ等、市販されている各種仕様のものが採用される。通常は、ＬＥＤ素子を２０個〜１０００個準備し、これらをＬＥＤ素子取付基板（６）上にライン状（直線状）に、０．１ｍｍ〜１ｍｍの素子間隔で配置すればよい。
上記のＬＥＤ素子群（１）に隣接する円拡散レンズ（２）は、ＬＥＤ素子群（１）からの入射光を指向性なく全方位に亘って拡散させる機能を有し、本発明においては重要な要素となる。この円拡散レンズ（２）の構成は図２に示される。すなわち、硝子基板あるいはアクリル樹脂等の樹脂基板（９）の片面あるいは両面に球ないし半球状の微小レンズ（８）が平面的（２次元）に配置されて構成され、その拡散度が５度〜６０度にあるのが好ましい。また、該微小レンズ（８）の材質としては、通常の集光レンズと同様に硝子あるいは樹脂が採用される。
他方、楕円拡散レンズ（３）および（４）としてはディフュザーとして公知のものが採用される。一例として、多数の微小シリンドリカルレンズをＬＥＤ素子群（１）と直交する方向に並列に配置したものが挙げられる。これはレンチキュラーレンズとも呼ばれている。レンズの材質としては、通常のレンチキュラーレンズと同様の材質であればよい。このような楕円拡散レンズ（３）は入射光を横方向（ライン状）に指向性をもって拡散させる機能を有している。これら楕円拡散レンズの各拡散度は５度〜６０度で、レンズ間の拡散度の差は５度〜４５度であることが好ましい。

上記したように、本発明では、図３のグラフに示すように、画像端部においても光量低下が無く、したがって画像全長に亘って均一でしかも十分な光量の照射状態を実現している。
この場合、前述の暗所現象を解消するために、円拡散レンズ（２）固有の機能、すなわち各ＬＥＤ素子からの入射光を指向性なく全方位に亘って拡散させる機能が利用されている。他方、楕円拡散レンズは入射光をライン状に指向性をもって拡散させるという固有の機能を有している。そこで本発明では、楕円拡散レンズ（３）の拡散度＜楕円拡散レンズ（４）の拡散度とした多段拡散により、均一なライン状の出射状態を得るものである。

以下に、本発明の画像処理用照明装置の具体例について、図を参照しながら説明する。
（１）ＬＥＤ光源照明の作成
ＬＥＤ素子群（１）として、白色、発光面がφ５ｍｍの砲弾型高輝度タイプのＬＥＤ素子を３６個を用いて、幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ製のＬＥＤ取付基板（６）に一列直線状（ライン状）に配置した。この際のＬＥＤ素子間の取付ピッチは０．５ｍｍとした。
（２）レンズ類の配置
ＬＥＤ素子群（１）から５ｍｍの間隔で該群に平行に拡散度５度の円拡散レンズ（２）を配置した。つぎに、円拡散レンズ（２）から５ｍｍの間隔で該レンズに平行に拡散度２０度の楕円拡散レンズ（３）を配置して。この楕円拡散レンズ（３）から１５ｍｍの間隔で該レンズに平行に集光レンズ（５）を配置した。さらに、集光レンズ（５）から５０ｍｍの間隔で拡散度５０度の楕円拡散レンズ（４）を配置した。これらの部材はすべて、幅２００ｍｍ、奥行１５０ｍｍ、高さ３０ｍｍのアルミニウム製の筐体（７）に固定されて、本発明の照明装置が完成した。
つぎに、上記の照明装置を使用して対象物を照射して光量等を測定した。比較例として、楕円拡散レンズ（３）と集光レンズ（５）のみからなる従来のＬＥＤ照明装置を使用して対象物を照射して同様に光量等を測定した。
この結果、本発明の照明装置においては、図３のグラフに示すように、従来装置での光量低下（図４）が改善された。すなわち、全照射範囲に亘って、出射光量（照度）のバラツキが５％以下で、出射光は十分に均一光化されていることが確認された。
一方、従来のＬＥＤ照明装置においては、図４のグラフに示すように装置の両端部での光量低下が大きく、出射光量（出射光量（照度）のバラツキが２０％以上で、出射光は均一光化されていないことが確認された。
このバラツキは、（Ｒｍａｘ／Ｘａ）×１００％で示され、その際、Ｒｍａｘは有効照射部の照度分布における最大照度差、Ｘａはその平均である。

本発明の照明装置は、光量が低下することなく均一なライン状出射光を実現するので、画像処理照明用や光学機器照明用のみならず、商品展示用、屋内照明用あるいは医療用の用途としても使用できる。

図１は、本発明の照明装置の一例を示す側面図。 図２は、図１の照明装置に使用する円拡散レンズの斜視図。 図３は、本発明の照明装置の照度分布を示すグラフ。 図４は、従来の照明装置の照度分布を示すグラフ。

Claims (2)

1. 発光素子群からなる光源および該光源からの出射光を変換するレンズ群からなり、以下の要件ａ〜ｄを具備することを特徴とする照明装置。
   ａ．該発光素子群はライン状に配置されていること；
   ｂ．該発光素子群と平行に少なくとも１つの円拡散レンズが配置されていること；
   ｃ．該円拡散レンズと平行に、互いに拡散度の異なる複数の楕円拡散レンズが配置され、その際、該円拡散レンズに近い方の楕円拡散レンズの拡散角度が、他方の楕円拡散レンズの拡散角度よりも小さいこと；および
   ｄ．該複数の楕円拡散レンズの間に、これらレンズと並行に集光レンズが配置されていること。
2. 該照明装置が画像処理照明用または光学機器照明用である請求項１に記載の照明装置。

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