JP5902499B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、照明装置に関し、特に、舞台・スタジオ・ロケ等番組制作を目的とする照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device, and more particularly, to a lighting device for the purpose of producing a program such as a stage, studio, or location.
TVスタジオや劇場舞台などの演出空間において用いられる照明装置が知られている。近年では、LEDなどを光源として用いた照明装置が知られている。 2. Description of the Related Art Lighting devices used in production spaces such as TV studios and theater stages are known. In recent years, lighting devices using LEDs or the like as light sources are known.
また、光源から出射した光の利用効率を高めるために、リフレクタ型レンズ、CPC(Compound Parabolic Concentrator)などを用いた照明装置が知られている。 In addition, an illumination device using a reflector lens, a CPC (Compound Parabolic Concentrator), or the like is known in order to increase the utilization efficiency of light emitted from a light source.
また、特許文献1には、LEDを用いた光源と、入射端面からの入射光線を均一化した光線として出射端面から出射するロッドレンズと、前記光源からの出射光を前記ロッドレンズの前記入射端面に集光する第1の集光手段と、前記ロッドレンズからの出射光を集光する第2の集光手段と、を備えたことを特徴とするLEDスポットライトが記載されている。
Further,
しかしながら、上述したリフレクタ型レンズやCPCなどの光学素子を用いた照明装置では、上記光学素子の製造コストが高い、大型化が困難、などの問題がある。 However, the above-described illumination device using an optical element such as a reflector type lens or CPC has problems such as high manufacturing cost of the optical element and difficulty in increasing the size.
また、照明装置の光源としてのLEDは、光の出射角度によって、光の強度が異なる特性を有する。特許文献1に記載のLEDライトスポットは、ロッドレンズにより、照度むらを低減しているが、光源とロッドレンズの間に集光レンズが配置されており、集光レンズの利用立体角により効率が制限される。また、特許文献1に記載のLEDライトスポットは、ロッドレンズ内で光を複数回反射させて照度むらを低減する構成となっており、比較的長いロッドレンズを要する。
Further, the LED as the light source of the lighting device has a characteristic that the light intensity varies depending on the light emission angle. The LED light spot described in
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる、高効率の照明装置を提供すること、安価な照明装置を提供すること、などを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a highly efficient lighting device that can reduce illuminance unevenness and color unevenness with a simple configuration, and an inexpensive lighting device. For purposes.
本発明の照明装置は、光源と、柱形状に形成され、入射端面から入射した光線を出射端面から出射する、屈折率均一型のロッドレンズと、前記光源を取り囲むように形成され、前記ロッドレンズ側に前記入射端面と同径の開口部を備えるとともに該開口部の端部が前記ロッドレンズの入射端面の外周部と接するように配置され、内周側に、前記光源から出射した光線を前記ロッドレンズの前記入射端面に向けて反射する反射面を備えるリフレクタと、前記ロッドレンズの出射端面側に配置され、前記ロッドレンズの前記出射端面よりも大きい直径の投影レンズを含む投影レンズ系と、を有し、前記ロッドレンズは、前記入射端面から入射し、前記ロッドレンズの内側面で1回のみ全反射して前記出射端面に入射する光線と、前記入射端面から前記出射端面に全反射することなく入射する光線とが、前記出射端面で重ね合うことで、該出射端面で光の照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、該ロッドレンズの前記出射端面から出射した光線が前記投影レンズにもれなく照射するように形成されていることを特徴とする。
尚、柱形状とは、円柱形状、四角柱形状、多角柱形状を含む。
The illumination device according to the present invention includes a light source, a rod lens having a uniform refractive index, which is formed in a column shape and emits a light beam incident from an incident end surface from an output end surface, and is formed so as to surround the light source. An opening having the same diameter as the incident end face is disposed on the side, and the end of the opening is disposed in contact with the outer peripheral portion of the incident end face of the rod lens, and the light beam emitted from the light source is disposed on the inner peripheral side. A reflector including a reflecting surface that reflects toward the incident end surface of the rod lens; a projection lens system that is disposed on the exit end surface side of the rod lens and includes a projection lens having a diameter larger than that of the exit end surface of the rod lens; The rod lens is incident from the incident end surface, and is totally reflected once by the inner surface of the rod lens and incident on the exit end surface; Light rays incident on the exit end face without being totally reflected are overlapped on the exit end face, so that the illuminance unevenness and color unevenness of the light are uniformed on the exit end face, and emitted from the exit end face of the rod lens. The projection lens is formed so as to irradiate the projection lens without any deviation.
The column shape includes a columnar shape, a quadrangular column shape, and a polygonal column shape.
本発明によれば、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる、高効率の照明装置を提供することができる。また、本発明によれば、安価な照明装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly efficient lighting apparatus that can reduce uneven illuminance and uneven color with a simple configuration. Moreover, according to this invention, an inexpensive illuminating device can be provided.
図1は、本発明の実施形態に係る照明装置1の全体構成の一例を示す側面図、図2は照明装置1の全体構成の一例を示す斜視図である。
図3は照明装置1の概念図、図4は照明装置1のロッドレンズ3内の光線の一例を示す図、図5は照明装置1のリフレクタ4により反射した光線の一例を示す図である。
FIG. 1 is a side view showing an example of the overall configuration of the
FIG. 3 is a conceptual diagram of the
本発明は、むらのある光源に対しての一次照明光学系に関する。
本発明の実施形態に係る照明装置1は、照度むらや色むらの少ない均一な光を照射対象に照射する。照明装置1は、例えば、TVスタジオや劇場舞台などで用いることができる。
The present invention relates to a primary illumination optical system for an uneven light source.
The
本発明の実施形態に係る照明装置1は、図1、図2に示したように、光源2と、ロッドレンズ3と、反射体としてのリフレクタ4と、投影レンズ5を含む投影レンズ系50と、などを有する。上記光源2、リフレクタ4、投影レンズ5は、ロッドレンズ3の光軸gと同心軸状に構成されている。
以下、照明装置1の各構成要素を説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Hereinafter, each component of the
<光源2>
光源2は、発光ダイオード(LED)、プラズマ無電極ランプなどで、主に出射角度によって輝度むらや色むらを有する光を出射する光源である。本実施形態では、光源2は、無電極プラズマ光源を使用している。
<
The
<ロッドレンズ3>
ロッドレンズ3は、入射端面3aから入射した光線を、照度むらや色むらを低減した均一の光線を出射端面3bから出射する。本実施形態のロッドレンズ3は、円柱形状などの柱形状に形成され、屈折率Nrが内部で均一となっている。また、入射端面3aと出射端面3bは、円形状に形成され、同じ面積に形成され、平行に形成されている。ロッドレンズ3の形成材料としては、ガラス、透明樹脂などを挙げることができる。ロッドレンズ3は、例えば、屈折率Nrが1.3≦Nr≦2程度である。
<
The
ロッドレンズ3は、図1、図4に示したように、光源2から出射した光線が入射端面3aから入射し、ロッドレンズ3の内側面3cで1回のみ全反射して出射端面3bに入射する光線Cbと、入射端面3aから出射端面3bに全反射することなく入射する光線Caとが、出射端面3bで重ね合うことで、出射端面3bで光の照度むらおよび色むらを均一化する。
In the
また、ロッドレンズ3は、その出射端面3bから出射した光線が光の照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射した光線が、投影レンズ5にもれなく照射する形状に形成され、規定位置に配置されている。
In addition, the
<リフレクタ4>
リフレクタ4は、光源2を取り囲むように形成され、ロッドレンズ3側にロッドレンズ3の入射端面3aと同径の開口部4aを有する。
リフレクタ4は、開口部4aの端部4bが、ロッドレンズ3の入射端面3aの外周部3dと接するように配置されている。リフレクタ4は、内周側に、光源2から出射した光線をロッドレンズ3の入射端面3aに向けて反射する反射面4cを有する。反射面4cは、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射した光線が投影レンズ5にもれなく照射するように、内周側の傾斜部4eに形成されている。本実施形態では、図1、図5に示したように、リフレクタ4は、内周側が、ロッドレンズ3側に向かって拡開した形状に形成されている。
<
The
The
また、図5に示したように、リフレクタ4の反射面4cは、反射面4cで反射してロッドレンズ3に入射し、ロッドレンズ3の側面3cで1回のみ全反射した光線または側面3cで全反射しない光線と、反射面4cで反射することなく、光源2から入射端面3aに入射した光線とが、出射端面3bで重ね合うことで、ロッドレンズ3の出射端面3bで光の照度むらおよび色むらを均一化するように形成されている。
Further, as shown in FIG. 5, the reflecting
本実施形態では、このリフレクタ4とロッドレンズ3と基板7で囲まれた空間4dには空気が充填されている。
In the present embodiment, the
<投影レンズ5>
投影レンズ5は、ロッドレンズ3の出射端面3b側に配置され、ロッドレンズ3の出射端面3bよりも大きい直径(口径)を有する。投影レンズ5は、入射した光を照射対象に照射する。投影レンズ5は、複数のレンズで構成されるリレーレンズなどの投影レンズ系50の一つのレンズとして用いてもよい。
<
The
例えば、投影レンズ5は、ロッドレンズ3の出射端面3bの像を照射対象としての照射面に結像することで、照射面に照度むらや色むらの低減した照明を行うことができる。本実施形態では、投影レンズ5のロッドレンズ3側の端面5aである入射端面は平面状に形成され、出射側端面は凸形状に形成されている。
For example, the
また、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射された光は、光軸gに直交する光束断面の断面積が大きくなるように広がりながら、投影レンズ5の端面5aにもれなく照射される。
Further, the light emitted from the
後述するように、照明装置1は、ロッドレンズ3の出射端面3bと、投影レンズ5の端面5aとの間の距離が規定距離Lr-lとなるように配置された場合、投影レンズ5の端面5aの位置における光の断面積が、投影レンズ5の端面5aの面積(有効面積)と同じとなるように構成されている。この場合、光が投影レンズ5からもれることなく、且つ、投影レンズ5の端面5aの位置における光の断面積が最大となる。
尚、投影レンズ5の端面5aとの間の距離が規定距離Lr-lよりも大きく又は小さくなるように、投影レンズ5が移動可能であってもよい。
As will be described later, when the
Note that the
尚、ロッドレンズ3の出射端面3bと、投影レンズ5の端面5aとの間の距離が規定距離Lr-lよりも長い場合、投影レンズ5の端面5aの位置における光の断面積が、投影レンズ5の端面5aの面積(有効面積)よりも大きい。このため、ロッドレンズ3から出射した光が投影レンズ5の外周部から外側にもれてしまい、受光効率が低下する。
When the distance between the
ロッドレンズ3の出射端面3bと、投影レンズ5の端面5aとの間の距離が規定距離Lr-lよりも短い場合、投影レンズ5の端面5aの位置における光の断面積が、投影レンズ5の端面5aの面積(有効面積)よりも小さい。この場合、ロッドレンズ3から出射した光が投影レンズ5の外周部から外側にもれない。
When the distance between the
配光制御をする場合においては、ロッドレンズ3の出射端面3bと、投影レンズ5の端面5aとの間の距離を調整することで照射径サイズを可変することができる。受光効率などの観点から、距離Lr-lを調整する。
In the case of controlling the light distribution, the irradiation diameter size can be varied by adjusting the distance between the
次に、照明装置1の動作を説明する。
光源2から出射した光線が、直接、または、リフレクタ4の反射面4cに反射して、ロッドレンズ3の入射端面3aに入射する。ロッドレンズ3では、内側面3cで1回のみ全反射した光線と、全反射しない光線とが、出射端面3bで重ね合うことで、出射端面3bで光の照度むらおよび色むらを均一化する。ロッドレンズ3の出射端面3bから出射した光線が、投影レンズ系50の投影レンズ5にもれなく照射する。
そして、投影レンズ5を含む投影レンズ系50が、例えば、このロッドレンズ3の出射端面3bを2次光源として、2次光源の像を照射対象に結像する。
Next, operation | movement of the illuminating
The light beam emitted from the
Then, the
次に、本発明の実施形態に係る照明装置1の各構成要素の形状および配置について説明する。詳細には、光源2から出射した光を高効率で、投影レンズ5の端面5a全体に照射するロッドレンズ3の形状および配置などを、図3を参照しながら説明する。
Next, the shape and arrangement of each component of the
図3に示したように、ロッドレンズ3から出射した光が、ロッドレンズ3の出射端面3bよりも大きい直径(口径)の投影レンズ5の端面5a全体に照射する場合、詳細には、ロッドレンズ3の出射端面3bの外周端部から出射された光が、投影レンズ5の外周端部に入射する場合、以下の条件を満たす。
As shown in FIG. 3, when the light emitted from the
投影レンズ5の端面5aの面に対する光の入射角度θlは、光源2からロッドレンズ3の入射端面3aの入射角度θrと、ロッドレンズ3の出射端面3bと投影レンズ5のロッドレンズ3側の端面5aとの間の規定距離(投影レンズ5の外周から外側に光のもれのない最大の距離)Lr-lと、投影レンズ5の口径(直径)Dlとを用いて、下記の数式(1)、数式(2)の関係が規定される。
The incident angle θ l of the light with respect to the surface of the
また、ロッドレンズ3の口径(直径)Drと、ロッドレンズ3の光軸gに沿った長さLrは、ロッドレンズ3の屈折率Nrを用いて、下記の数式(3)、数式(4)により規定される。
Further, the aperture (diameter) Dr of the
照明装置1は、上記条件を満たす場合、光源2からの光がロッドレンズ3の出射端面3bから出射した光が、投影レンズ5の端面5a全体にもれなく照射することができ、高効率となる。
また、図1、図2、図3、図4に示したように、照明装置1は、上記条件を満たす場合、ロッドレンズ3の内側面3cで1回のみ全反射して出射端面3bに入射する複数の光線Cbが、出射端面3bで光軸gを対称軸として軸対称に重なり合い、且つ、入射端面3aから出射端面3bに全反射することなく入射する光線Caと重なり合うことで、出射端面3bで、なめらかな光の強度分布となり、且つ、均一化した色分布となる。
When the illuminating
In addition, as shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, when the above-described condition is satisfied, the illuminating
次に、本発明の実施形態に係る照明装置1のリフレクタ4の形状および配置などを、図面を参照しながら説明する。図6は、照明装置1のリフレクタ4により反射した光線の一例を示す図である。
Next, the shape and arrangement of the
本実施形態では、図1、図3、図5、図6に示したように、リフレクタ4は、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射した光線が投影レンズ5のロッドレンズ3側の入射端面3aの外周端部から外側にもれなく照射するように、光源2から出射された光線をロッドレンズ3の入射端面3aに反射する反射面4cが内周側の平坦な傾斜部4eに形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1, 3, 5, and 6, the
詳細には、リフレクタ4の反射面4cの傾き、ロッドレンズ3の長さ等が、下記条件を満たすように規定されている。
Specifically, the inclination of the reflecting
図6に示したように、投影レンズ5は、ロッドレンズ3側の端面5aと、ロッドレンズ3の出射端面3bと、規定距離Lr-lだけ離れて配置されている。ここで、図6中、左右方向に沿ってz軸が規定され、上下方向に沿ってy軸が規定され、手前奥方向に沿ってx軸が規定されている。
図6に示したように、光源2が配置された位置P0(0,0)から出射した光が、リフレクタ4の反射面4c上の位置P1(x,y)で反射した後、ロッドレンズ3の入射端面3aの位置P2に入射し、ロッドレンズ3の側面3cの位置P3で1回全反射して、出射端面3bの位置P4から出射し、投影レンズ5の端面5aまたはその近傍の位置P5に到達する。
As shown in FIG. 6, the
As shown in FIG. 6, after the light emitted from the position P 0 (0, 0) where the
この際、図6に示したように、ロッドレンズ3の出射端面3bの中心位置Paから光軸gに沿って距離Lr-lだけ離れた位置Pbに、投影レンズ5の端面5aが配置されている。その位置Pbから光軸gに直交するy軸方向に沿って、距離Hkだけ離れた位置が、光線の到達する位置P5となっている。
At this time, as shown in FIG. 6, the position P b at a distance L rl along from the center position P a of the
数式(5)に示したように、この距離Hkが、投影レンズ5の口径Dlの1/2以下の場合、投影レンズ5の外周部から外側に光線がもれない状態である。また、この距離Hkが、投影レンズ5の直径Dlの1/2より大きい場合、図6に示したように投影レンズ5の外周部から外側に光がもれる状態である。
As shown in Equation (5), when the distance H k is equal to or less than ½ of the aperture D 1 of the
距離Hkは、図6に示したように、位置Paと位置P4の間の距離kと、位置P4から光軸gに沿って投影レンズ5の端面5aに交差する位置Pcと位置P5の間の距離Hと、の和である。また、距離Hkは、位置Pbと位置Pcの間の距離kと、距離Hと、の和でもある。
As shown in FIG. 6, the distance H k is a distance k between the position P a and the position P 4 , and a position P c that intersects the
詳細には、光軸gを基準として、光源2からの光の出射角度θと、リフレクタ4の反射面4cの傾きαと、リフレクタ4の位置P1(x,y)で反射した光がロッドレンズ3の入射端面3aの位置P2に入射し、その位置P2からロッドレンズ3内に入射した角度φと、ロッドレンズ3の出射端面3bの位置P4から出射した光の角度γとにより、距離Hkは、数式(6)〜数式(11)で規定される。
Specifically, the light output angle θ from the
上述した条件を満たすように、リフレクタ4の反射面4cが規定されており、光源2からリフレクタ4で反射し、ロッドレンズ3を通って投影レンズ5に向かって出射した光が、投影レンズ5の外周部から外側にもれることがない。
The reflecting
尚、上述した数式中のyは、Ls-r=定数、Dr=定数、θ=パラメータ、α=パラメータが決まれば、ある値に規定される。つまり、距離Hkは、角度θと角度αを変数とする関数となっている。 It should be noted that y in the above equation is defined as a certain value if L sr = constant, Dr = constant, θ = parameter, and α = parameter are determined. That is, the distance H k is a function having the angle θ and the angle α as variables.
図7は、本発明の実施形態に係る照明装置1のロッドレンズ3の出射端面3bに形成された凹凸パターン部3mの一例を示す図であり、詳細には図7(a)は凹凸パターン部3mを有するロッドレンズ3の一例を示す斜視図、図7(b)は図7(a)のA−A線に沿った凹凸パターン部3mの断面拡大図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the
照明装置1は、照度のむらや色むらを更に低減させるために、図7に示したように、出射端面3bに、凹凸パターン部3mを有するロッドレンズ3を採用してもよい。
この凹凸パターン部3mは、複数の凸形状部および凹形状部の一方または両方を面内に配列した形状に形成されており、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射する光の照度むらおよび色むらを均一化する。
The
The concavo-
本実施形態では、凹凸パターン部3mは、図7(a)、図7(b)に示したように、出射端面3b側からの平面視で、複数の略6角形状を配列したパターンに形成されている。
また、本実施形態では、図7(b)に示したように、断面凹形状部と断面平坦部とが交互に規定間隔で配列されている。
In this embodiment, the concavo-
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG.7 (b), the cross-sectional concave shape part and the cross-section flat part are alternately arranged by the regular space | interval.
上記構成のロッドレンズ3では、ロッドレンズ3の入射端面3aから入射した光が、出射端面3bの凹凸パターン部3mで、パターンに応じて所定方向に屈折することで、照射対象に照射した光の強度分布をなめらかにし、色分布を均一化する。
In the
図7に示したロッドレンズ3は、凹凸パターン部3mに対応した凹凸パターンが形成された金型に、ガラス、樹脂などの形成材料を充填して成型することで形成することができる。
The
図8は、本発明の実施形態に係る照明装置1のロッドレンズ3の出射端面3b側に配置されたフライアイレンズ型のインテグレータレンズ6の一例を示す図であり、詳細には図8(a)はインテグレータレンズ6の斜視図、図8(b)はインテグレータレンズ6の断面拡大図である。
FIG. 8 is a view showing an example of a fly-eye lens
照明装置1は、照度のむらや色むらを低減させるために、図8(a)、図8(b)に示したように、ロッドレンズ3の出射端面3b側に、フライアイレンズ型のインテグレータレンズ6を配置してもよい。このフライアイレンズ型のインテグレータレンズ6は、図8(a)、図8(b)に示したように、複数の半球形状部、複数の三角錐形状部、複数の円錐形状部などを面内に配列した形状に形成されており、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射する光の強度分布や色分布を均一化する。
In order to reduce unevenness in illumination and color unevenness, the
図8に示したフライアイレンズ型のインテグレータレンズ6は、表面の凹凸形状に対応したパターンが形成された金型に、ガラス、樹脂などの形成材料を充填して成型することで形成することができる。
The fly-eye lens
図9は、本発明の実施形態に係る照明装置1のリフレクタ4の変形例を示す図である。
図9に示したリフレクタ4は、矩形状の基板7に、削孔加工などにより円錐台形状に凹部が形成され、その内周側に反射面が形成されている。リフレクタ4の開口部のロッドレンズ3側の端部には、ロッドレンズ3の入射端面3aの外周部が接するように配置されている。
FIG. 9 is a view showing a modification of the
In the
図10は、本発明の他の実施形態に係る照明装置1の全体構成の一例を示す図である。図10に示した照明装置1は、光源2としてプラズマ無電極光源を採用している。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a
プラズマ無電極光源は、プラズマを形成する希ガスや水銀などの発光物質が、ガラスなどの透光性材料により気密封止されたランプ2pと、ランプ2pにマイクロ波などの電磁波を供給する電磁波発生部(不図示)と、を有する。ランプ2pは、放熱体7aで支持されている。
電磁波発生部から電磁波がランプ2pに照射されると、ランプ2p内の発光物質が励起されてプラズマが発生し、光エネルギーとして放射される。
The plasma electrodeless light source includes a
When the electromagnetic wave is applied to the
図10に示したように、プラズマ無電極光源は、透光性材料からなるランプ2pの形状などにより、光の出射角度によって、光源自体が光の出射強度むら、色むらなどを有する。
本発明に係る照明装置1では、光源2としてプラズマ無電極光源を採用した場合であっても、上記ロッドレンズ3、リフレクタ4、投影レンズ5を有するので、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる。
As shown in FIG. 10, the plasma electrodeless light source has unevenness in light emission intensity, color unevenness, etc. depending on the light emission angle due to the shape of the
The
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る照明装置1は、光源2と、円柱形状などの柱形状に形成され、入射端面3aから入射した光線を出射端面3bから出射する、屈折率均一型のロッドレンズ3と、リフレクタ4と、投影レンズ5を含む投影レンズ系50と、を有するので、簡単な構成で、照度むら及び色むらの小さい、高効率の照明装置1を提供する。
As described above, the illuminating
詳細には、リフレクタ4は、光源2を取り囲むように形成され、ロッドレンズ3側に入射端面3aと同径の開口部4aを備えるとともに開口部4aの端部4bがロッドレンズ3の入射端面3aの外周部3dと接するように配置され、内周側に、光源2から出射した光線をロッドレンズ3の入射端面3aに向けて反射する反射面4cを備える。
このため、光源2から出射した光が、リフレクタ4とロッドレンズ3の間から、外部にもれることなく、ロッドレンズ3に入射することができる。すなわち、光のエネルギーロスを低減することができる。
また、光源2からロッドレンズ3の入射端面3aに直接入射する有効立体角よりも外側の出射角度の光も、ロッドレンズ3の入射端面3aに入射させることができるので、光のエネルギーロスを低減することができ、高効率の照明装置1を提供することができる。
Specifically, the
For this reason, the light emitted from the
In addition, light having an emission angle outside the effective solid angle that is directly incident on the
また、ロッドレンズ3は、入射端面3aから入射し、ロッドレンズ3の内側面3cで1回のみ全反射して出射端面3bに入射する光線Cbと、入射端面3aから出射端面3bに全反射することなく入射する光線Caとが、出射端面3bで重ね合うことで、その出射端面3bで光の照度むらおよび色むらを均一化するように形成されているので、その出射端面3bで、光の照度むらおよび色むらを均一化することができる。
The
例えば、比較例として、ロッドレンズ内部で複数回全反射させて照度むらを低減させる照明装置では、光軸に沿って比較的長いロッドレンズを必要とする。
本発明の実施形態に係る照明装置1では、ロッドレンズ3は、図3、図4に示したように、ロッドレンズ3の内側面で1回のみ全反射して出射端面3bに入射する光線Cbと、上記光線Caとを略均一に重ね合わせるので、ロッドレンズ3の光軸gに沿った長さが比較的短い。このため、光の照度むらおよび色むらを均一化することができるとともに、小型の照明装置1を提供することができる。
For example, as a comparative example, an illuminating device that reduces illuminance unevenness by total reflection multiple times inside a rod lens requires a relatively long rod lens along the optical axis.
In the illuminating
また、本発明の実施形態によれば、ロッドレンズ3は、出射端面3bから出射した光線が投影レンズ5にもれなく照射するように形成されているので、光のエネルギーロスを低減した、高効率の照明装置1を提供することができる。
Further, according to the embodiment of the present invention, the
また、本発明の実施形態に係る照明装置1は、リフレクタ型レンズやCPC等の高価な光学系を用いることなく、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる。
Moreover, the
また、本発明の実施形態に係る照明装置1は、ロッドレンズ3の直径Dr、ロッドレンズ3の軸方向の長さLr、光源2とロッドレンズ3との間の距離Ls-rは、ロッドレンズ3と投影レンズ5との間の規定距離Lr-l、ロッドレンズ3の屈折率Nr、上記数式(1)〜(4)により規定されているので、簡単な構成で、照度むら、色むらを低減することができる、高効率の照明装置1を提供することができる。
In addition, the
また、本発明の実施形態の照明装置1によれば、リフレクタ4は、ロッドレンズ3の出射端面3bから出射した光線が投影レンズ5にもれなく照射するように、光源2から出射された光線をロッドレンズ3の入射端面3aに反射する反射面4cが内周側の傾斜部4eに形成されているので、投影レンズ5の外周部から外側に光がもれることがなく、高効率の照明装置1を提供することができる。
Moreover, according to the illuminating
また、本発明の実施形態の照明装置1によれば、リフレクタ4が、反射面4cで反射してロッドレンズ3に入射し、ロッドレンズ3の側面3cで1回のみ全反射した光線または側面3cで全反射しない光線と、反射面4cで反射することなく、光源2から入射端面3aに入射した光線とが、出射端面3bで重ね合うことで、その出射端面3bで光の照度むらおよび色むらを均一化するように、反射面4cが形成されているので、さらに照度むら、色むらを低減することができる照明装置1を提供することができる。
Moreover, according to the illuminating
また、本発明の実施形態に係る照明装置1は、図7に示したように、ロッドレンズ3が、出射端面3bに、その出射端面3bから出射する光の強度分布を均一化する、複数の凸形状部および凹形状部の一方または両方を面内に配列した凹凸パターン部3mを有するので、さらに照度むら、色むらを低減することができる簡単な構造の照明装置1を提供することができる。
Moreover, as shown in FIG. 7, the
本発明の実施形態に係る照明装置1は、プラズマ無電極ランプ、LEDなど、光の出射角度により光の強度むらや色むらがある光源2を採用した場合であっても、簡単な構造で、照度むら、色むらを低減することができる照明装置1を提供することができる。
The illuminating
尚、上記実施形態では、ロッドレンズ3は、円柱形状に形成されていたが、この形態に限られるものではない。ロッドレンズ3は、四角柱形状、多角形柱形状、入射端面側から出射端面側にかけて断面積が大きい円錐台形状、入射端面側から出射端面側にかけて断面積が小さい円錐台形状などであってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、ロッドレンズ3は、内側面3cで光線が全反射するように形成されていたが、例えば、側面3cに反射面を備え、その反射面で光線を反射させる構造であってもよい。
In the above embodiment, the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Is included in the present invention.
Further, the embodiments described in the above drawings can be combined with each other as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
Moreover, the description content of each figure can become independent embodiment, respectively, and embodiment of this invention is not limited to one embodiment which combined each figure.
1 照明装置
2 光源
2p ランプ
3 ロッドレンズ(導光体)
3a 入射端面
3b 出射端面
3c 側面(内側面)
3d 外周部
3m 凹凸パターン部(3Dテクスチャ)
4 リフレクタ
4a 開口部
4b 端部
4c 反射面
4d 空間
4e 傾斜部
5 投影レンズ(レンズ)
6 フライアイレンズ型インテグレータレンズ
7 基板
7a 放熱体
50 投影レンズ系
DESCRIPTION OF
3a
3d
4 reflector 4a opening
6 Fly-eye lens
Claims (5)
柱形状に形成され、入射端面から入射した光線を出射端面から出射する、屈折率均一型のロッドレンズと、
前記光源を取り囲むように形成され、前記ロッドレンズ側に前記入射端面と同径の開口部を備えるとともに該開口部の端部が前記ロッドレンズの入射端面の外周部と接するように配置され、内周側に、前記光源から出射した光線を前記ロッドレンズの前記入射端面に向けて反射する反射面を備えるリフレクタと、
前記ロッドレンズの出射端面側に配置され、前記ロッドレンズの前記出射端面よりも大きい直径の投影レンズを含む投影レンズ系と、を有し、
前記ロッドレンズは、前記入射端面から入射し、前記ロッドレンズの内側面で1回のみ全反射して前記出射端面に入射する光線と、前記入射端面から前記出射端面に全反射することなく入射する光線とが、前記出射端面で重ね合うことで、該出射端面で光の照度むらおよび色むらを均一化し、且つ、該ロッドレンズの前記出射端面から出射した光線が前記投影レンズにもれなく照射するように形成されていることを特徴とする照明装置。 A light source;
A rod lens of uniform refractive index that is formed in a column shape and emits light incident from the incident end face from the exit end face;
Formed so as to surround the light source, provided on the rod lens side with an opening having the same diameter as the incident end surface, and disposed so that the end of the opening is in contact with the outer peripheral portion of the incident end surface of the rod lens, A reflector provided with a reflection surface that reflects light emitted from the light source toward the incident end surface of the rod lens on the circumferential side;
A projection lens system that is disposed on the exit end face side of the rod lens and includes a projection lens having a larger diameter than the exit end face of the rod lens, and
The rod lens is incident from the incident end face, is totally reflected only once by the inner surface of the rod lens, and enters the exit end face, and enters the exit end face from the entrance end face without being totally reflected. The light rays are overlapped at the exit end face so that the illuminance unevenness and color unevenness of the light are uniformed at the exit end face, and the light emitted from the exit end face of the rod lens is irradiated to the projection lens without exception. A lighting device characterized by being formed.
The diameter D r of the rod lens, the length L r in the axial direction of the rod lens, the distance L sr between the light source and the rod lens, the refractive index Nr of the rod lens, the incident end surface of the rod lens from the light source The illumination device according to claim 1, wherein the illumination device is defined by the following mathematical formula according to an angle θ r (maximum value) formed between a light beam incident on the optical axis of the rod lens .
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