JP5713439B2

JP5713439B2 - 発光素子照明装置

Info

Publication number: JP5713439B2
Application number: JP2011095290A
Authority: JP
Inventors: 清原　元輔; 元輔清原; 初彦久保山
Original assignee: 株式会社清原光学; 株式会社セプロ
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP2012227058A

Description

本発明は、発光素子を光源とする照明装置である。

発光ダイオードが発生した光によって照明する場合、従来、空隙を有するバルク型レンズを使用する装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第４１２９５７０号公報

上記従来例は、光強度は高いが、装置全体のコストが高いという問題がある。

また、上記従来例は、被照射体までの距離に応じて照明光の焦点を合わせることができないという問題がある。

さらに、上記従来例では、ＬＥＤで発光した光のうちで広角に広がった光を照明光として使用することが困難であるという問題がある。

本発明は、光強度がより高くかつ安価である発光素子照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、被照射体までの距離に応じて照明光の焦点を合わせることができる発光素子照明装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、ＬＥＤ等の発光素子が発光した光のうちで広角（たとえば１００度）に広がった光を照明光として使用することができる発光素子照明装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子照明装置は、発光素子と、上記発光素子が出力した光を受ける球レンズと、上記球レンズで集光された光を入射し、被照射体に向けて光を照射する凸レンズと、上記凸レンズを光軸方向に移動するレンズ移動手段と、上記発光素子から被照射体までの距離を一定にした場合、被照射体を照射する光束の面積に応じて、上記発光素子による発光量を変化させるように制御する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、発光素子照明装置において光強度がより高く、かつ球レンズを使用するので、発光素子照明装置全体のコストを低くすることができるという効果を奏する。

本発明の実施例１である発光素子照明装置１００を示す図である。本発明の実施例２である発光素子照明装置２００を示す図である。本発明の実施例３である発光素子照明装置３００を示す図である。本発明の実施例４である発光素子照明装置４００を示す図である。本発明の実施例５である発光素子照明装置５００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である発光素子照明装置１００を示す図である。

発光素子照明装置１００は、ＬＥＤ１０と、ＬＥＤ固定板１１と、円柱部材２０と、球レンズ３０と、集束レンズ４０とを有する。

ＬＥＤ１０は、発光素子の例であり、ＬＥＤ固定板１１に固定されている。なお、ＬＥＤ１０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。

円柱部材２０は、全体が円柱状であり、透孔２１と傾斜面２２とを有し、ＬＥＤ固定板１１に固定されている。透孔２１は、円柱部材２０の中央部に設けられ、透孔２１内に、ＬＥＤ１０が設けられている。傾斜面２２は、円柱部材２０の図１中、右端部分が円錐台状に刳り抜かれた面である。傾斜面２２に、球レンズ３０が当接されている。円柱部材２０の図１中、左端が、ＬＥＤ固定板１１に固定されている。なお、円柱部材２０の代わりに、四角柱、六角柱等、円柱以外の柱状部材を設けるようにしてもよい。

球レンズ３０は、ビーズともいい、ＬＥＤ１０が出力した光を受ける真球透明体である。

集束レンズ４０は、球レンズ３０で集光された光を入射し、入射側が凹面であり、出射側が凸面である。

次に、発光素子照明装置１００の製造方法について説明する。

まず、ＬＥＤ１０と円柱部材２０とを、ＬＥＤ固定板１１に固定する。この場合、円柱部材２０の透孔２１の中心軸に、ＬＥＤ１０の発光中心が位置するように、ＬＥＤ１０をＬＥＤ固定板１１に固定する。そして、円柱部材２０の傾斜面２１に球レンズ３０を接触させて、円柱部材２０に球レンズ３０を接着等によって固定する。これによって、球レンズ３０の中心を通過する図１中の水平線がＬＥＤ１０の発光中心を通過する。その後に、球レンズ３０で集光された光が集束レンズ４０の凹面に入射するように、集束レンズ４０を固定する。

次に、発光素子照明装置１００の動作について説明する。

ＬＥＤ１０で発光した光が、球レンズ３０で集光した後に、集束レンズ４０によって平行光に変化され、指向性の高い光が出射される。これによって、発光素子照明装置１００が出力する光の光強度がより高くなる。

また、球レンズ３０に対する集束レンズ４０の位置を変化させることによって、発光素子照明装置１００が出力するビームの幅（ビーム角）を調整することができる。

上記実施例において、球レンズ３０は精度が比較的高いものでも、通常の凸レンズと比較すると、コストが低いので、発光素子照明装置１００の全体のコストを下げることができる。

また、上記実施例によれば、被照射体までの距離に応じて、球レンズ３０と集束レンズ４０との距離を調整すれば、照明光の焦点を合わせることができる。

図２は、本発明の実施例２である発光素子照明装置２００を示す図である。

発光素子照明装置２００は、基本的には発光素子照明装置１００と同じであるが、発光素子照明装置１００にスリ割り保持手段４１が設けられている実施例である。

スリ割り保持手段４１は、全体的には円筒形を有し、スリ割り（３つ割りとも呼ばれる切り込み）が３つ設けられ、球レンズ３０を嵌め込むことによって、球レンズ３０を保持する手段である。上記スリ割りは、図２中、スリ割り保持手段４１の左端に設けられている。また、スリ割り保持手段４１の円筒の内周は、集束レンズ４０の外周とほぼ同じである。スリ割り保持手段４１の内部に集束レンズ４０を押し込むと、スリ割り保持手段４１の中心軸と集束レンズ４０の光軸とが同一になるように、スリ割り保持手段４１の内部形状が形成されている。また、スリ割り保持手段４１の図２中、左端部分の内径は、球レンズ３０の外形よりもやや小さい。

次に、発光素子照明装置２００における各構成要素を取り付ける場合の動作について説明する。

まず、球レンズ３０が、図１に示すように、円柱部材３０に、接着等によって固定し、スリ割り保持部４１の内部に、集束レンズ４０を固定する。この状態で、スリ割り保持部４１の左端を、球レンズ３０に近づけ、スリ割り保持部４１の左端部分で球レンズ３０を包むように、スリ割り保持具４１を、図２中、左に移動する。スリ割り保持部４１の左端部分が球レンズ３０を包みつつある状態で、スリ割り保持部４１の左端部分の内径が球レンズ３０の外形よりもやや短いが、スリ割りによって、少し開き、球レンズ３０をその中心方向に押さえ付けながら、球レンズ３０を挟む。そして、スリ割り保持部４１の左端部分が、円柱部材２０の図１中、右端部分に当接する。したがって、球レンズ３０と集束レンズ４０とが、所定の距離関係で互いに固定される。

図３は、本発明の実施例３である発光素子照明装置３００を示す図である。

発光素子照明装置２００は、発光素子照明装置１００において、集束レンズ４０の代わりに、集束レンズ５０を設けた実施例である。集束レンズ５０は、その光路中に、光透過材料５１、５２、５３が設けられている。光透過材料５１、５３の屈折率は互いに同じであるが、光透過材料５２の屈折率は、光透過材料５１の屈折率とは異なる。光透過材料５１が集束レンズ５０中に設けられていることによって、収差を補正することができる。

なお、光透過材料５３の屈折率を、光透過材料５１の屈折率と異なるようにしてもよく、この場合、光透過材料５１、５２が設けられて光透過材料５２の屈折率と異なるようにしてもよく、同じようにしてもよい。

また、光透過材料５１と５２との境界面、光透過材料５２と５３との境界面を、平面としてもよく、所定の曲率を有する曲面としてもよい。曲面にした場合、凸面であっても、凹面であってもよい。

図４は、本発明の実施例４である発光素子照明装置４００を示す図である。

発光素子照明装置４００は、集束レンズ４０を光軸方向に移動するレンズ移動手段６０を有する実施例である。

レンズ移動手段６０は、たとえばピエゾ素子であり、このピエゾ素子に、集束レンズ４０が固定され、集束レンズ４０は、ピエゾ素子の変形量に応じて、光軸方向に移動する。なお、ピエゾ素子は、これに印加する電圧の値に応じて、変形する長さが異なる素子である。したがって、ピエゾ素子に所定の電圧を印加すると、集束レンズ４０の位置が変化し、この変化量に応じて、集束レンズ４０を出射した光の焦点が異なる。つまり、集束レンズ４０を出射した光の焦点を調整することができる。

なお、実施例４において、ピエゾ素子の代わりに、超音波モータ、電気モータ等、他の駆動手段を使用するようにしてもよい。

また、実施例４において、調光機能を設けるようにしてもよい。

レンズ移動手段６０によって、光軸上で球レンズ３０に対して集束レンズ４０を移動すると、ＬＥＤ１０で発生した光束の広がりが変化する。すなわち、集束レンズ４０を、図４中、右に移動する（球レンズ３０から集束レンズ４０を遠ざける）と、所定の位置に存在している被照射体における光束は縮小し、逆に、集束レンズ４０を、図４中、左に移動する（集束レンズ４０を球レンズ３０に近づける）と、所定の位置に存在している被照射体における光束は拡大する。

ところで、光束が縮小する（照射する面積が狭くなる）に応じて、単位面積当たりの光量が増加し、被照射体を見ている人は、被照射体が明るくなったと感じ、逆に、光束が拡大する（照射する面積が広くなる）に応じて、単位面積当たりの光量が減少し、被照射体を見ている人は、被照射体が暗くなったと感じる。

そこで、ＬＥＤ１０（光源）から被照射体までの距離を一定にした場合、被照射体を照射する光束の面積に応じて、ＬＥＤ１０の発光量を変化させるように制御する（調光する）。つまり、ＬＥＤ１０（光源）から被照射体までの距離を一定にした場合、被照射体を照射する光束の面積と比例して、ＬＥＤ１０の発光量を変化させるように制御する（調光する）。光束の面積がたとえば２倍になれば、ＬＥＤ１０の発光量を２倍にする。このようにすれば、被照射体の単位面積当たりの明るさが変化しないので、被照射体を照射する面積が変化しても、被照射体の明るさが変化していないと、人が認識する。

なお、ＬＥＤ１０（光源）から被照射体までの距離を一定にした場合、被照射体を照射する光束の面積と、集束レンズ４０の移動量との関係を予め測定し、この測定結果に応じて、ＬＥＤ１０の発光量を制御する。

図５は、本発明の実施例５である発光素子照明装置５００を示す図である。

発光素子照明装置５００は、発光素子照明装置５００の外部に設けられているリモートコントローラ（無線送信手段）８０からの制御信号によって、レンズ移動手段６０を制御する実施例である。

発光素子照明装置５００は、発光素子照明装置４００に、無線受信手段７０と、制御手段７１とを有する装置である。

無線受信手段７０は、リモートコントローラ８０が無線送信した制御信号を受信する手段である。

制御手段７１は、無線手段７０が受信した制御信号に基づいて、レンズ移動手段６０を制御する手段である。また、制御手段７１は、レンズ移動手段６０を介して、集束レンズ４０を複数段階に移動させる手段である。たとえば、舞台の最前列の役者、最後列の役者、中間位置の役者のそれぞれに焦点を当てるために、集束レンズ４０を移動させる。または、舞台全体を照明するように集束レンズ４０を移動させる。

なお、発光素子照明装置５００は、光の照射方向を固定した状態で、その焦点距離を制御する装置であるが、光の照射方向を制御するアクチュエータを発光素子照明装置５００に取り付ければ、左右方向、上下方向の照射方向を制御することができ、しかも、制御された照射方向における光の焦点位置をも制御することができる。

１００…発光素子照明装置、
１０…ＬＥＤ、
２０…円柱部材、
３０…球レンズ、
４０、５０…集束レンズ、
６０…レンズ移動手段、
７０…無線受信手段、
７１…制御手段、
８０…リモートコントローラ。

Claims

発光素子と；
上記発光素子が出力した光を受ける球レンズと；
上記球レンズで集光された光を入射し、被照射体に向けて光を照射する凸レンズと；
上記凸レンズを光軸方向に移動するレンズ移動手段と；
上記発光素子から被照射体までの距離を一定にした場合、被照射体を照射する光束の面積に応じて、上記発光素子による発光量を変化させるように制御する制御手段と；
を有することを特徴とする発光素子照明装置。
発光素子と；
上記発光素子が出力した光を受ける球レンズと；
上記球レンズで集光された光を入射し、被照射体に向けて光を照射する凸レンズと；
上記凸レンズを収容するとともに、上記球レンズを包むスリ割りを具備するスリ割り保持手段と；
を有することを特徴とする発光素子照明装置。