JP6252746B2

JP6252746B2 - 照明装置

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Publication number: JP6252746B2
Application number: JP2013233545A
Authority: JP
Inventors: 有美羽生田; 剛遠山; 治雄矢倉; 直人徳原; 貴之大野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: CN204062860U; JP2015095337A; KR20150054630A

Description

本発明の実施形態は、集光器を備えた照明装置に関する。

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等の照明装置では、例えばＣＯＢモジュール等の面状の発光面を有する光源、およびこの光源からの光を集光するために放物線の回転対象形状に形成された集光器等を用いた照明装置がある。

集光器が金属材料で形成されていたり金属部を有する場合、集光器と発光面との間に空間絶縁距離を確保する必要があるために、集光器と発光面との間には隙間が設けられている。

特開２０１２−８９３９４号公報

しかしながら、集光器と発光面との間に隙間があると、その隙間の影響で集光器に縞模様が映し出され、輝度むらが発生する問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、輝度むらが生じるのを低減できる照明装置を提供することである。

実施形態の照明装置は、光源、レンズ、および集光器を備える。光源は、面状の発光面を有する。レンズは、発光面に対向する。集光器は、発光面とレンズとの間に配置されるとともに一端側が発光面との間に隙間を介して配置される。集光器は、光軸を中心とする円筒状で光軸方向に開口され、一端側に発光面からの光が入射する入射開口を有するとともに他端側に入射開口よりも径が大きく光が出射する出射開口を有する筒状に形成される。集光器の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いる。レンズ側から見て、入射開口よりも発光面の外形の方が大きく、発光面の周囲に反射面に映り込む発光面の虚像を形成するとともに、隙間を通じて反射面に映り込む発光面が前記虚像に現れる。

本発明によれば、集光器と発光面との間に隙間があっても、輝度むらが発生するのを低減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。同上照明装置の斜視図である。同上照明装置の側面図である。同上照明装置の内部構造を示す斜視図である。

以下、一実施形態を、図１ないし図６を参照して説明する。

図１、図４および図５において、照明装置10として、例えばスタジオや舞台等で使用されるスポットライトの構成を示す。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、およびレンズ13を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は、例えば金属製で、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16が形成されている。筐体11の後部には、光源部12（後述する放熱器）が配置される突出部17が形成され、この突出部17の上面、下面、背面および両側面のそれぞれに通気口18が形成されている。各通気口18は通気性を有する網等で覆われている。

また、図１、図４ないし図６に示すように、光源部12は、光源21、光源21の後部側に配置される放熱器22、光源21とレンズ13との間に配置される集光器23、放熱器22側の前側に配置される遮光板24、および集光器23とレンズ13との間に配置される光拡散手段25を備えている。

光源21は、例えばヒートスプレッタ等の平板状の基板27、およびこの基板27の前面に複実装された複数の発光素子を備えており、光を出射する平面状の発光面28が形成されている。例えば、光源21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28は、封止樹脂の前面で構成され、円形の外形状に形成されている。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。

また、放熱器22は、光源21の基板27を熱伝導可能に取り付ける例えば銅等の金属製のベース31を備えているとともに、このベース31の後側に配置される例えばアルミニウム等の金属材料で形成された平板状の複数の放熱フィン32を備えている。なお、光源21の充電部と放熱器22側とは電気的に絶縁されている。

複数の放熱フィン32は、上下方向に立てた状態で、かつ水平方向（光軸ｚ側から見て左右方向）に互いに間隔をあけた状態に並設されている。ベース31には複数本のヒートパイプ33の一端が水平方向に沿って取り付けられ、各ヒートパイプ33の他端が放熱器22の側部を通って複数の放熱フィン32を貫通するとともに複数の放熱フィン32に熱伝導可能に接続されている。

放熱器22は、突出部17内に配置されて筐体11に取り付けられており、筐体11とともにアース電位となる。放熱器22の上面、下面および背面に対応して筐体11の上面、下面および背面の各通気口18が配置されているとともに、放熱器22の両側部を通る複数本のヒートパイプ33の部分に対応して筐体11の両側の通気口18が配置され、放熱器22に対する良好な通気性が得られ、高い放熱性能が確保されている。

また、集光器23は、例えば金属製で、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。すなわち、集光器23は、円筒状であり、一端側である後側に発光面28から出射される光が入射する円形の入射開口36が形成され、他端側である前側に入射した光がレンズ13へ向けて出射する円形の出射開口37が形成されている。入射開口36の内径よりも出射開口37の内径の方が大きく、また、図１および図２に示すように、入射開口36の内径よりも発光面28の外径の方が大きく、すなわち、出射開口37側（光軸方向）から見て入射開口36よりも発光面28の外形の方が大きい関係を有している。

集光器23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38が形成されている。反射面38の双曲線の焦点39は、発光面28を延長した平面上に位置されている。なお、反射面38の双曲線の焦点39は、発光面28を延長した平面より後側に位置していてもよい。このような反射面38の形状は、レンズ13の焦点を光源21付近に配置した場合に、発光面28からの光がレンズ13に有効に入る形状となっている。

そして、図２に示すように、集光器23をレンズ13側から見ると、反射面38に発光面28の虚像40が映り込み、発光面28の周囲で発光面28を延長した平面上に発光面28の虚像40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38でも発光面28からの光を集光するため、発光面28からの光がレンズ13に有効に入射する。

図４ないし図６に示すように、集光器23の前側周囲にはフランジ部41が形成されている。フランジ部41を利用した取付手段42によって、集光器23が放熱器22に対して絶縁状態に取り付けられている。取付手段42には、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の耐熱性樹脂材料で円筒状に形成された複数の取付部材43が用いられている。これら取付部材43の一端は放熱器22のベース31の前面にねじ止め固定され、他端にはフランジ部41がねじ止め固定されている。

集光器23は、発光面28との間に隙間44が形成されるように、取付手段42によって配置されている。

集光器23と発光面28との間に隙間44を形成する理由は、仮に、アース電位の放熱器22に金属部材で金属製の集光器23が支持された場合、アース電位の集光器23と点灯電力が供給される充電部を有する光源21の発光面28との間に所定の空間絶縁距離を確保するために、隙間44が必要となる。

本実施形態では、集光器23を絶縁性を有する取付部材43で支持しているため、集光器23はアース電位となることはない。ただし、光源21には例えば８０Ｖの直流電源が供給されるため、８０Ｖの電圧極側と０Ｖ極側との異極間には電位差があるため、集光器23によってこれら異極間を短絡しないように、集光器23と発光面28との間に所定の空間絶縁距離を確保するための、隙間44が必要となっている。

なお、上述した出射開口37側から見て入射開口36より発光面28の外形の方が大きい大きさは、反射面38に形成される虚像40に隙間44の影響による縞模様の影が現れない大きさとされている。

また、遮光板24は、光源21の周囲を囲むように略コ字形に形成されており、放熱器22の前側位置で、筐体11内の光が照射される前部側と放熱器22が配置される後部側とを前後に仕切るように配設されている。遮光板24により、集光器23と発光面28との隙間44から筐体11内に出る光、および集光器23から出てもレンズ13に入射しない光が放熱器22を収納した筐体11の突出部17内に侵入するのを防止し、突出部17に形成されている通気口18から光漏れが発生するのが防止される。

遮光板24は、光源21に近い中央側よりも外側が前方へ向けて傾斜されている。この傾斜された遮光板24の側部位置に筐体11の通気口18が配置されている。

また、光拡散手段25は、集光器23の出射開口37より大きく形成され、出射開口37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25には、例えば、拡散板、フライアイレンズ等が用いられる。なお、光拡散手段25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、集光器23から出射される光を入射し、集光して筐体11の開口部16から前方へ投光する。レンズ13は、本実施形態ではフレネルレンズが用いられているが、凸レンズ等でもよい。なお、光拡散手段25を用いている場合には、集光器23から出射されて光拡散手段25を透過した光がレンズ13に入射する。

次に、図３において、集光器23の機能を説明する。

集光器23の反射面38は、発光面28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38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28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集光器23の出射開口37から出射される。すなわち、図２に示すように、集光器23をレンズ13側から見ると、反射面38に発光面28の虚像40が映り込み、発光面28の周囲で発光面28を延長した平面上に発光面28の虚像40が連続して延長しているように形成される。

また、集光器23と発光面28との間には、金属製の集光器23と充電部を有する発光面28との間に所定の空間絶縁距離を確保するための隙間44がある。ここで、仮に、集光器23の入射開口36の内径が発光面28の外径と同じまたは小さかったとした場合、反射面38には隙間44を通じて非発光部が映り込む領域Ａが生じ、光軸方向から見た場合に領域Ａが虚像40に影となって現れて縞模様が生じているように見え、輝度むらが発生する。

本実施形態では、入射開口36の内径よりも発光面28の外径の方を大きくしているため、反射面38の領域Ａには隙間44を通じて発光面28が映り込むため、光軸方向から見た場合でも領域Ａが虚像40に影となって現れることがなく、縞模様は見えず、輝度むらの発生を防止できる。

このように、本実施形態の照明装置10では、集光器23の出射開口37側から見て入射開口36よりも発光面28の外形の方を大きくすることにより、集光器23と発光面28との間に隙間44があっても、輝度むらが発生するのを低減することができる。

出射開口37側から見て発光面28の周囲に発光面28の虚像40を形成する反射面38を有する集光器23により、照射光の照射角を小さくしても、光源21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。

反射面38は、双曲線の回転対象形状に形成されているため、発光面28の周囲に発光面28の虚像40を形成する集光器23を容易に形成できる。この反射面38の形状は、照射光の照射角を小さくするためにレンズ13の焦点を光源21付近に配置した場合に、発光面28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。しかも、反射面38によって発光面28からの光を集光できるため、レンズ13の焦点を光源21付近に配置して照射角を小さくすることが可能となり、光源21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。

反射面38の双曲線の焦点39が発光面28を延長した平面上に位置するため、レンズ13の焦点を光源21付近に配置して照射角を小さくした際でも、発光面28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、取付手段42の絶縁性を有する取付部材43によって集光器23を放熱器22に対して絶縁状態に取り付けることにより、アース電位となる場合の集光器23と充電部を有する光源21の発光面28との間の空間絶縁距離を考慮しなくてもよく、光源21の異極間の短絡防止のみを考慮すればよいため、隙間44の寸法を小さくすることが可能となる。それに伴って、発光面28を小さくすることができ、発光面28の光出射量に対する集光器23に入射する光量の割合が増加し、光取出効率を向上させることができる。

なお、取付部材43を金属製とし、集光器23を金属材料に代えて絶縁材料で形成してもよい。この場合、集光器23の反射面38の領域には金属反射膜を蒸着することで高い反射率を確保できる。また、集光器23のフランジ部41には、取付部材43にねじ止めする部分の周辺領域に、金属反射膜を形成しないことにより、取付部材43に金属材料を用いていても、金属反射膜と放熱器22側との絶縁性を確保できる。

また、照明装置10の点灯時、光源21で発生する熱は、ベース31から複数本のヒートパイプ33を経て複数の放熱フィン32に伝わる。放熱器22は、筐体11の突出部17内に配置されていて、放熱器22の上面、下面および背面に対応して筐体11の上面、下面および背面の各通気口18が配置されているとともに、放熱器22の両側部を通る複数本のヒートパイプ33の部分に対応して筐体11の両側の通気口18が配置され、放熱器22の放熱フィン32に対する良好な通気性が得られ、高い放熱性能がえられる。

しかも、照明装置10の投光方向が上向きで、かつ、レンズ13が光源21に近いフラッド状態の場合、放熱器22からの熱が筐体11内を上方に流れようとするが、レンズ13で蓋をしてしまっている状態となるため、筐体11内で熱がこもり、放熱効率が低下するおそれがある。本実施形態では、遮光板24の外側が前方へ向けて傾斜されているとともに、この傾斜された遮光板24の側部位置に筐体11の通気口18が配置されているため、筐体11内を上方に流れる放熱器22からの熱が遮光板24および通気口18を通じて筐体11の外に流れやすくなり、放熱効率を向上できる。

なお、集光器23と発光面28との隙間44から筐体11内に出る光、および集光器23から出てもレンズ13に入射しない光等の筐体11内の光を有効に利用してもよい。例えば、移動機構によって移動するレンズの位置を表示するスケールに筐体11内の光を直接または導光部材等を用いて間接的に導き、周囲が暗い状況でも視認しやすくすることができる。この場合、スケールに対して常に光を導くのではなく、例えば遮光板などでスケールの点灯、消灯が選択できることが好ましい。また、スケールに限らず、他にも筐体11内の光を有効に利用してもよい。

また、照明装置は、スポットライトに限らず、光源21と集光器23を備える器具構造であれば、どのような照明装置にも適用できる。

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
21 光源
22 放熱器
23 集光器
28 発光面
36 入射開口
37 出射開口
38 反射面
39 焦点
40 虚像
42 取付手段
44 隙間

Claims

面状の発光面を有する光源と；
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るとともに一端側が前記発光面との間に隙間を介して配置され、光軸を中心とする円筒状で光軸方向に開口され、前記一端側に前記発光面からの光が入射する入射開口を有するとともに他端側に前記入射開口よりも径が大きく光が出射する出射開口を有し、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、前記入射開口よりも前記発光面の外形の方が大きく、前記発光面の周囲に前記反射面に映り込む前記発光面の虚像を形成するとともに、前記隙間を通じて前記反射面に映り込む前記発光面が前記虚像に現れる集光器と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記発光面の外形の大きさは、前記レンズ側から見て前記反射面に形成される虚像に前記隙間による影が現れない大きさである
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記光源を熱的に接続された状態に取り付ける金属製の放熱器と；
前記集光器を前記放熱器に対して絶縁状態に取り付ける取付手段と；
を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。