JP6204140B2

JP6204140B2 - 照明装置

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Publication number: JP6204140B2
Application number: JP2013209432A
Authority: JP
Inventors: 有美羽生田; 直人徳原; 白土　昌孝; 昌孝白土; 廣野　方敏; 方敏廣野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015076126A; CN204083875U; KR20150040197A

Description

本発明の実施形態は、面光源の光をレンズで投光する照明装置に関する。

従来、例えばスタジオや舞台等で使用されるスポットライトでは、光源およびこの光源の光を投光するレンズを備えており、光源とレンズとの距離を変化させることにより照射光の照射角を調整できるように構成されている。

しかしながら、照射光の照射角を小さくするためにレンズを光源から遠ざけた場合に、光源の光がレンズに取り込まれる取り込み量が減少し、光出力効率が低下する問題がある。

そこで、レンズの径を大きくすることにより、レンズで取り込める光源の光を多くすることが可能となるが、照明装置が大形化してしまう。

また、光源とレンズとの間に放物線の回転対象形状に形成された反射体を配置し、この反射体で光源の光をレンズに向けて反射させることにより、レンズで取り込める光源の光を多くすることができる。この場合、光源から離れた反射体の末端付近が二次光源となるため、照射角を小さくするときにはレンズの焦点を二次光源付近に移動させなければならず、光源からレンズまでの距離が遠くなり、照明装置が大形化してしまう。

特開２００５−１８３４０２号公報

従来は、光出力効率を向上させようとすると、照明装置が大形化してしまう問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、小形で、光出力効率がよい照明装置を提供することである。

実施形態の照明装置は、発光面を有する面光源、発光面に対向するレンズ、発光面とレンズとの間に配置される反射体を備える。反射体は、光軸を中心とする円筒状で、光軸方向に開口され、後側の開口は発光面から出射される光が入射する大きさの円形に形成され、前側の開口は後側の開口よりも大きい円形に形成され、内面には光軸を中心として双曲線の回転対象形状の反射面が形成され、反射面の双曲線の焦点は発光面を延長した平面上または発光面を延長した平面よりも後側に位置されており、レンズ側から見て発光面の周囲に発光面の虚像を形成する。

本発明によれば、レンズ側から見て発光面の周囲に発光面の虚像を形成する反射体により、面光源の光をレンズが有効に取り込むことができ、小形で、光出力効率がよい照明装置を提供することが期待できる。

一実施形態を示す照明装置の側面図である。同上照明装置の反射体をレンズ側から見た面光源の発光面および反射体で形成される発光面の虚像を示す模式図である。同上照明装置の反射体の機能の説明図である。同上照明装置の照射光の特性図である。同上照明装置の面光源に用いるＣＯＢモジュールの角度色差の特性図である。

以下、一実施形態を、図１ないし図５を参照して説明する。

図１において、照明装置10は、例えばスタジオや舞台等で使用されるスポットライトである。照明装置10は、光軸ｚを中心とする筒状の筐体11、筐体11内の後部側に配置される光源部12、筐体11内の前部側に配置されるレンズ13、および光源部12とレンズ13とを相対的に光軸方向に移動させて照射角を調整する調整機構（図示せず）等を備えている。

そして、筐体11の前面には、光源部12から発せられてレンズ13で集光された所定の照射角の光を投光する開口部が形成されている。

また、光源部12は、面光源15、面光源15の後部側に配置される放熱体16、面光源15とレンズ13との間に配置される反射体17、および反射体17とレンズ13との間に配置される光拡散手段18を備えている。

面光源15は、平板状の基板21の前面に複数の発光素子を実装して構成されており、光を出射する平面状の発光面22が形成されている。例えば、面光源15は、平板状の基板21の前面に発光素子としての複数のＬＥＤ素子が実装されるとともに、蛍光体を含有した透明な封止樹脂で複数のＬＥＤ素子を一体に覆ったＣＯＢ（Chip On Board）モジュールで構成されている。発光面22は、封止樹脂の前面で構成され、円形に形成されている。ＬＥＤ素子には青色光を発光する青色ＬＥＤ素子が用いられ、蛍光体には青色光によって励起して黄色光を発光する黄色蛍光体が用いられる。蛍光体には黄色光に加えて橙色光を発光する橙色発光体等を用いてもよい。

放熱体16は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成されている。放熱体16の前面には、基板21の背面側が熱伝導可能に取り付けられている。放熱体16の後部には、複数の放熱フィンが形成されている。

反射体17は、光軸ｚを中心とする筒状に形成され、光軸方向に開口されている。反射体17は円筒状であり、後側の開口25は発光面22から出射される光が入射する大きさの円形に形成され、前側の開口26は後側の開口25よりも大きい円形に形成されている。また、反射体17の内面には、光軸ｚを中心として双曲線の回転対象形状の反射面28が形成されている。反射面28の双曲線の焦点29は、発光面22を延長した平面上に位置されている。なお、反射面28の双曲線の焦点29は、発光面22を延長した平面より後側に位置していてもよい。この反射面28の形状は、レンズ13の焦点を面光源15付近に配置した場合に、発光面22からの光がレンズ13に有効に入る形状となっている。なお、発光面22からの光がレンズ13に有効に入る反射面28の形状には、レンズ13の口径を上回る領域に光を照射し、外周の光を削る形で、配光分布を整える状態も含まれる。そして、図２に示すように、反射体17をレンズ13側から見ると、反射面28に発光面22の虚像27が映り込み、発光面22の周囲で発光面22を延長した平面上に発光面22の虚像27が連続して延長しているように見える。さらに、双曲線の反射面28でも発光面22からの光を集光するため、発光面22からの光がレンズ13に有効に入射する。

光拡散手段18は、反射体17の前側の開口26より大きく形成され、前側の開口26から出射される光を入射し、拡散して透過させる。光拡散手段18には、例えば、拡散板、フライアイレンズ等のいずれかが用いられる。なお、光拡散手段18は用いることが好ましいが、必須ではない。

また、レンズ13は、反射体17から出射される光を入射し、集光して投光する。レンズ13には、例えば、凸レンズ、フレネルレンズ等のいずれかが用いられる。なお、光拡散手段18を用いている場合には、反射体17から出射されて光拡散手段18を透過した光がレンズ13に入射する。

また、調整機構は、光源部12とレンズ13とを相対的に光軸方向に移動させて照射角を調整する。光軸方向に移動させるのは光源部12またはレンズ13のいずれでもよい。

次に、図３において、反射体17の機能を説明する。

反射体17の反射面28は、発光面22を延長した平面のＰ，Ｂに焦点を有する双曲線の回転対象形状に形成されている。反射面28の点Ｓが描く双曲線は、Ｐ，Ｓ間の線とＢ，Ｓ間の線との長さの差が一定になっている。そして、発光面22から発せられた光は、Ｐ，Ｂ間の面から発せられたかのように反射体17の前側の開口26から出射される。すなわち、図２に示すように、反射体17をレンズ13側から見ると、反射面28に発光面22の虚像27が映り込み、発光面22の周囲で発光面22を延長した平面上に発光面22の虚像27が連続して延長しているように形成される。

また、反射体17の設計の自由度は、発光面22の半径ａ、レンズ13に照射される照射面の半径ｃ、反射体17から出射される光線の最大出射角の３つのパラメータがある。パラメータの数は放物線の回転対象形状の反射体の場合に比べて多く、これら４つのパラメータを用いて所望の照度分布および光度分布に容易に設計することができる。

次に、図４に、照明装置10の照射光の特性図を示す。横軸には照射光の照射角を示し、縦軸には照射光の光出力効率を表す中心光度／光源光束とその改善率とを示している。図４中に示す実線は反射体17を備える場合、破線は反射体17を備えない場合、一点鎖線は改善率である。その結果、照射角にかかわらず、反射体17を備える場合は、備えない場合に比べて、光出力効率が４０％前後改善した。

次に、図５に、照明装置10の面光源15に用いるＣＯＢモジュールの角度色差の特性図を示す。ＣＯＢモジュールの場合、発光面22の中心付近から出射する光の色温度が高く、周辺付近から出射する光の色温度が低くなる場合がある。これは、ＬＥＤ素子から発光面22までの距離に影響しており、ＬＥＤ素子から垂直方向に向かう光は、発光面22までの距離が短く、封止樹脂中に含まれる蛍光体を通過する度合が少ないのに対して、ＬＥＤ素子から斜め方向に向かう光は、発光面22までの距離が長く、封止樹脂中に含まれる蛍光体を通過する度合が多くなるため、発光面22は中心付近では色温度の高い青白い光が出射されやすく、周辺付近では色温度の低い暖色系の光が出射されやすいことによる。しかも、反射体17の反射面28に映り込む発光面22の虚像27の色温度も発光面22の周辺付近の暖色系の色温度となりやすいため、発光面22の中心付近との虚像27とに色温度差が生じる場合がある。

さらに、ＬＥＤ素子から垂直方向に向かう光は、発光面22までの距離が短いため、発光面22にＬＥＤ素子の配列に対応した輝度むらが生じる場合もある。

このような色温度むらや輝度むらが生じている場合、発光面22および虚像27をレンズ13で投影すると、光を投影した照射部に色温度むらや輝度むらが現れやすい。本実施形態では、反射体17とレンズ13との間に光拡散手段18を配置することにより、光を投光した照射部に色温度むらや輝度むらが生じるのを防止できる。

そして、本実施形態の照明装置10によれば、レンズ13側から見て発光面22の周囲に発光面22の虚像27を形成する反射体17により、照射光の照射角を小さくしても、面光源15の光をレンズ13が有効に取り込むことができ、小形で、光出力効率がよい照明装置10を提供できる。

しかも、反射体17によりレンズ13側から見て発光面22の周囲に発光面22の虚像27を形成するため、高い効率を確保しながら、面光源15とレンズ13との距離を小さくでき、照明装置10を小形化できる。すなわち、レンズ13によって発光面22を離れた位置に結合させたときに最も集光でき、その位置は発光面22がレンズ13の焦点距離にある付近であり、このとき、虚像27が発光面22の位置と合っているため、高い効率を確保しながら、面光源15とレンズ13との距離を必要最低限の距離とすることができる。

また、反射体17は、双曲線の回転対象形状の反射面28を備えるため、レンズ13側から見て発光面22の周囲に発光面22の虚像27を形成する反射体17を容易に形成できる。この反射面28の形状は、照射光の照射角を小さくするためにレンズ13の焦点を面光源15付近に配置した場合に、発光面22からの光がレンズ13に有効に入る形状となり、光出力効率を向上できる。

さらに、反射面28の双曲線の焦点29が発光面22を延長した平面上に位置するため、レンズ13の焦点を面光源15付近に配置して照射角を小さくした際でも、発光面22からの光をレンズ13に有効に取り込むことができる。

また、反射体17とレンズ13との間に配置された光拡散手段18により、光を投光した照射部に色温度むらや輝度むらが生じるのを防止できる。

なお、光拡散手段18は、光源部12側に配置する場合に限らず、レンズ13側に配置してもよい。

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
13 レンズ
15 面光源
17 反射体
18 光拡散手段
22 発光面
25 （後側の）開口
26 （前側の）開口
27 虚像
28 反射面
29 焦点
Ｚ光軸

Claims

発光面を有する面光源と；
前記発光面に対向するレンズと；
前記発光面と前記レンズとの間に配置され、光軸を中心とする円筒状で、光軸方向に開口され、後側の開口は前記発光面から出射される光が入射する大きさの円形に形成され、前側の開口は前記後側の開口よりも大きい円形に形成され、内面には前記光軸を中心として双曲線の回転対象形状の反射面が形成され、この反射面の双曲線の焦点は前記発光面を延長した平面上または前記発光面を延長した平面よりも後側に位置されており、前記レンズ側から見て前記発光面の周囲に前記発光面の虚像を形成する反射体と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記反射体と前記レンズとの間に配置される光拡散手段を具備する
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。