JP2012059575A

JP2012059575A - スポットライト

Info

Publication number: JP2012059575A
Application number: JP2010202356A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sekii; 広行関井; Tadashi Murakami; 忠史村上; Masanori Ishiwatari; 正紀石渡; Tatsukiyo Uchida; 達清内田; Yuki Shirakawa; 友樹白川; Tetsuya Nishi; 哲也西; Hiromichi Shibazaki; 弘道柴▲崎▼
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】広角配光の光源を用いたスポットライトにおいて、広角拡散光を集光し光利用効率を高める。
【解決手段】スポットライト１は、広角配光の光源３と、光源３からの光を平行光とする集光レンズ４と、この平行光をその焦点Ｆ１に集光する第１の凸レンズ５と、第１の凸レンズ５の焦点Ｆ１よりも光源３から離れる領域に位置する第２の凸レンズ６とを備える。集光レンズ４は、光源３に対面した凹部形状の光入射面を成す空洞４１を有し、光源３を空洞４１で覆って光源３からの光を集光し平行光とする。この平行光は第１の凸レンズ５の焦点Ｆ１に集光され点光源の仮想光源となる。この仮想光源は第２の凸レンズ６の焦点Ｆ２に配置され、仮想光源からの光が第２の凸レンズ６に入射されスポット光となって出射される。これにより、光源３からの広角拡散光が漏れなく集光されてスポット照射されるので、光利用効率を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば舞台、スタジオ、展示会場などにおける被照射体の大きさに応じビーム角を変えてスポット照明することが可能なスポットライトに関する。

この種のスポットライトの例を、図６に示す。スポットライト１００は、筐体１０２内に設けられ全方向の照射の指向特性を持つ高輝度放電灯やハロゲンランプ等からなる光源１０３を用い、その光が反射鏡１０４で前方に集光され、凸レンズ１０５によりスポット照射する。この凸レンズ１０５からのスポット光の径を決めるビーム角は、光源１０３と反射鏡１０４をスライド機構１０６によって一体に移動することにより可変される。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、光源に複数のＬＥＤを用いたスポットライトが知られている（例えば、特許文献１参照）。このスポットライト１０１は、複数の狭角配光のＬＥＤ１０７からの光を平凸型のアレイレンズ１０８で平行光に集光し、平凸レンズ１０９により仮想焦点Ｆに集光し、さらに、照射角制御レンズ１１０によりスポット照射する。このスポットライト１０１は、レンズ摺動機構により照射角制御レンズ１１０を移動し、それにより照射角制御レンズ１１０と仮想焦点Ｆとの間隔を調整し、スポット光のビーム角を変えて照射する。

特開２００７−５２９５７号公報

しかしながら、この種のスポットライトにおいては、光源１０３からの光は全方向から前方向に絞られるが、まだ約１８０°に近い広角の指向特性を成すので、図６のＡ部に示されるように、その一部が凸レンズ１０５で集光されず、光利用効率が低下する。また、近年、照明光源として、青色ＬＥＤと青色光から黄色光に波長変換するＢ／Ｙ螢光体とを組み合わせた約１８０°の広角配光を成す白色ＬＥＤが使用されてきている。しかし、このスポットライト１００は、光源にこのような白色ＬＥＤを用いようとした場合、上記と同様に広角配光の光を集光するために適した光学系を備えていないので、光利用効率を高めることが困難である。

また、図７に示したようなスポットライト１０１においては、ＬＥＤ１０７に白色ＬＥＤ等の広角配光の光源を用いた場合、アレイレンズ１０８に臨界角以上で入射する広角成分が全反射される。このため、反射による光損失を生じ、光源からの広角拡散光を仮想焦点Ｆにすべて集光できず、光利用効率が低下する。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、広角配光の光源を用いたスポットライトにおいて、広角拡散光を集光し光利用効率を高めることができるスポットライトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のスポットライトは、広角配光の光源と、前記光源に対面した凹部形状の光入射面を有して、該光入射面に入射した光源からの光を平行光とする集光レンズと、前記集光レンズから出射された光を集光する第１の凸レンズと、前記第１の凸レンズの焦点よりも光源から離れる領域にあって、光源の光軸に沿ってスライド自在に支持される第２の凸レンズと、を備えたことを特徴とするスポットライト。

このスポットライトにおいて、前記集光レンズと前記第１の凸レンズとが一体であることが好ましい。

本発明のスポットライトによれば、光源からの広角拡散光は、ほぼ全て集光レンズの凹部形状の光入射面に入射され平行光となり、漏れなく第１の凸レンズの焦点に集光され、第２の凸レンズより照射されるので、光利用効率を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るスポットライトの構成図。同上スポットライトの光軸上に配置される各レンズの斜視図。同上スポットライトの光源の構成図。同上スポットライトの広角配光時における仮想光源の調整位置を示す図。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るスポットライトの構成図、（ｂ）は同スポットライトの広角配光時における仮想光源の調整位置を示す図。従来のスポットライトの構成図。（ａ）は従来の他のスポットライトの構成図、（ｂ）は同スポットライトにおける光源とアレイレンズとの斜視図。

本発明の一実施形態に係るスポットライトについて、図１乃至図３を参照して説明する。図１、図２に示されるように、スポットライト１は、筐体２と、広角配光の光源３と、集光レンズ４と、第１の凸レンズ５と、第２の凸レンズ６と、内部筐体７と、位置調整機構８とを有する。集光レンズ４は、光源３に対面した凹部形状の光入射面となる空洞４１を有し、空洞４１に入射した光源３からの光を平行光として出射する。第１の凸レンズ５は、集光レンズ４から出射された平行光をその焦点Ｆ１に集光する。第２の凸レンズ６は、第１の凸レンズ５の焦点Ｆ１よりも光源３から離れる領域にあって、光源３の光軸１０に沿ってスライド自在に支持される。

筐体２は、第２の凸レンズ６、内部筐体７、及び位置調整機構８を収納し、内部筐体７は、光源３、集光レンズ４、及び第１の凸レンズ５を収納している。光源３、集光レンズ４、及び第１、第２の凸レンズ５、６は、共通の光軸１０上に順に照射方向に沿って配置され、内部筐体７は位置調整機構８に取り付けられ光軸１０に沿って移動自在とされている。このスポットライト１は、光源２からの光を集光レンズ４で平行光とし、この平行光を第１の凸レンズ５の焦点Ｆ１に集光し、内部筐体７を位置調整機構８で移動して焦点Ｆ１と第２の凸レンズ６との間隔を調整し、スポット径を変えて被照射体を照射する。

筐体２は、第２の凸レンズ６、内部筐体７、及び位置調整機構８等の内部部品を取り付けるための矩形や円形等の外装ケースを成し、その部材は、舞台照明用などに対しては耐熱性が要求されるので、アルミニウム、スチール、マグネシウムなどの金属が望ましい。また、筐体２は光源３と対向する照射方向側の側面に開口を有し、その開口には第２の凸レンズ６が取り付けられている。

光源３は、後述するように、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤからの青色光（Ｂ）を黄色光（Ｙ）に波長変換するＢ／Ｙ蛍光体とにより成る白色ＬＥＤが用いられ、この白色ＬＥＤは前方に向け広角拡散光を放射する。

集光レンズ４は、光学材料ＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラスをいう）などを用いたガラスレンズ、またはアクリル、ポリカーボネードなどを用いた樹脂レンズなどが使用され、特に、高照度の照明が要求される場合、耐熱性の高いガラスレンズが用いられる。集光レンズ４は、光軸１０を中心軸とする回転体を成す樽状のレンズ体４０を有する。レンズ体４０は、光源３に対向する面に形成された凹部形状の空洞４１と、空洞４１を通ってレンズ体４０内に入射した光を光軸１０方向に反射する反射面４２と、反射面４２で反射された光を外部に出射する平面状の出射面４３とを有する。集光レンズ４は光源３の光の出射側をほぼ全て空洞４１で覆い、光源３からの広角拡散光のほぼ全てが空洞４１内に入射するように配置されている。なお、レンズ体４０の形状は樽状に限らない。

空洞４１は、光軸１０を中心軸とする回転体を成す。この空洞４１は光源３を覆うための開口４４と、光源３の広角拡散光のうち主として広角成分の光が入射するすり鉢状の入射面４５と、その天面を成し光軸１０に近い狭角成分の光が入射する入射面４６とを有する。この入射面４６は凸状に形成されている。

この集光レンズ４においては、光源３から空洞４１に入射された広角拡散光のうち、入射面４５に入射した光は反射面４２で光軸１０に沿う平行光とされ、入射面４６に入射した光は凸レンズ作用で光軸１０に沿う平行光とされる。すなわち、集光レンズ４は光源３からの光軸近傍の光だけではなく、それ以外の広角に拡散した光も平行光として集光し、光源３からの全ての光を第１の凸レンズ５に向けて平行光として出射する。

第１の凸レンズ５は、集光レンズ４と同様のレンズ部材が使用され、集光レンズ４の出射面４３に対向する平面状の入射面５１と、凸面を成す出射面５２とを有する平凸レンズを成し、その入射面５１は集光レンズ４の出射面４３と等しい形状を成している。また、第１の凸レンズ５はその焦点Ｆ１に集光レンズ４からの平行光を集光し、この焦点Ｆ１の１点に集光された光は、第２の凸レンズ６に対して等価的に点光源の仮想光源となる。

第２の凸レンズ６は、第１の凸レンズ５と同様のレンズ部材が用いられ、第１の凸レンズ５に対向する入射面が平面を成し、照射方向の出射面が凸状を成す平凸レンズより成る。第２の凸レンズ６は、その焦点Ｆ２の位置が第１の凸レンズ５の焦点Ｆ１（仮想光源）の位置に、かつ、焦点Ｆ１の仮想光源よりも光源３から離れる領域に配置される。ここでは、内部筐体７が筐体２内で光軸１０に沿って移動自在であるので、筐体２が内部筐体７に対して相対的に移動自在であることになり、筐体２に固定される第２の凸レンズ６は、等価的に光軸１０に沿ってスライド自在に支持されていることになる。

内部筐体７は、筐体２と同様の部材から成る矩形又は円形の筒体を成し、照射方向に第１の凸レンズ５を装着するための開口を有し、その開口に対向する筒体底面に光源３を備え、筒体内に集光レンズ４と第１の凸レンズ５とを保持するレンズホルダを兼ねている。

位置調整機構８は、焦点Ｆ１の仮想光源と第２の凸レンズ６との距離を変更するための機構であり、光軸１０に沿って筐体２内の底面に敷かれたレール２１上に移動可能に取り付けられる。位置調整機構８は、例えば、内部筐体７を支持する可動台を備え、この可動台をレール２１上でスライド可能とし、かつ、ねじ等の固定具によりレール２１上の任意の位置で固定可能とする。この位置調整機構８は、内部筐体７を光軸１０に沿って移動及び所望位置で固定させる構成であればよい。なお、内部筐体７を移動させる代わりに、内部筐体７及び仮想光源の位置を筐体２に固定し、第２の凸レンズを光軸１０に沿って移動及び所望位置で固定させる構成であってもよい。例えば、第２の凸レンズを光軸方向にスライド自在のレンズホルダに固定し、このレンズホルダに設けた歯車と筐体２内に固定されたラックとを噛合させ、その歯車の回転を手動又は自動で操作してレンズホルダを光軸方向に沿って前後にスライドするなどの、周知のレンズ摺動機構を用いることができる。

図３に示されるように、光源３は青色光を発光するＬＥＤ３１と、ＬＥＤ３１が埋め込まれて実装される絶縁基板３２と、この絶縁基板３２に埋め込まれたＬＥＤ３１を覆う波長変換素子のＢ／Ｙ螢光体３３とを有する。この光源３はＬＥＤ３１からの青色光と、この青色光を受けたＢ／Ｙ螢光体３３より出射される黄色光とにより白色光を発生する白色ＬＥＤとして形成されている。この白色ＬＥＤは、同図に示されるように、その放射光分布がランバート分布を成し、約１８０°の範囲で前方を照射する広角配光Ｄを成している。

上記のように構成されたスポットライト１においては、光源３からの光は集光レンズ４で平行光とされて、集光レンズ４の焦点Ｆ１に集光されて仮想光源となり、この仮想光源と第２の凸レンズ６との距離が位置調整機構８の操作により変更される。この操作により、第２の凸レンズ６から出射されるスポット光における光軸１０に対し広がるビーム角が変化される。上記図１に示した状態においては、焦点Ｆ１の仮想光源の位置が第２の凸レンズ６の焦点Ｆ２の位置になるよう調整されているので、第２の凸レンズ６からの出射光は平行光となり、ビーム角の狭い狭角配光のスポット光として照射される。

図４は、第２の凸レンズ６からの出射光のビーム角が拡大され、スポット光が広角配光を成す状態を示す。この状態においては、位置調整機構８の調整により、第１の凸レンズ５は第２の凸レンズ６に接近され、その焦点Ｆ１の仮想光源の位置が、第２の凸レンズ６の焦点Ｆ２よりも第２の凸レンズ６の入射面側に近付くように配置されている。このとき、第２の凸レンズ６から出射されるスポット光は、ビーム角が拡大され光軸１０に対し広がる広角配光となる。

スポット光のビーム角の調整に際して、第１の凸レンズ５は、その焦点Ｆ１と第２の凸レンズ６の焦点Ｆ２とが一致する図１に示された状態から、第２の凸レンズ６に略接触するまでの範囲で移動可能とされている。この調整範囲では、焦点Ｆ１の仮想光源からの光は、ほぼ全て第２の凸レンズ６に入射されるので、ビーム角が変化しても光利用効率は殆ど低下しない。なお、焦点Ｆ１の位置の仮想光源が第２の凸レンズ６の焦点Ｆ２の位置よりも光源３側に位置するなら、広いビーム角の配光とすることができるが、仮想光源からの第２の凸レンズ６への入射光の径が第２の凸レンズ６のレンズ口径より大きくなる。このため、仮想光源からの光が全て第２の凸レンズ６に入射されなくなると共に、筐体２が光軸１０方向に長くなり装置全体が大型化する。このようなことがないように、本実施形態では、仮想光源が第２の凸レンズ６の焦点Ｆ２の位置よりも光源３側には移動できないようにし、仮想光源からの光が常に第２の凸レンズ６の開口内に入射されるようにし、かつ、ビーム角を広く調整できるようにしている。

このように、本実施形態によれは、光源３からの広角拡散光は、ほぼ全て集光レンズ４の空洞４１内に集光され平行光となると共に、その平行光が第１の凸レンズ５の焦点Ｆ１に絞られる仮想光源となり、ほぼ全て第２の凸レンズ６に入射する。これにより、広角配光の光源３を用いた場合に、光源３からの光を漏れなくスポット照射でき、高い光利用効率が得られる。

また、光源３を１つの白色ＬＥＤから構成しているので、高輝度放電灯やハロゲンランプ、又は複数のＬＥＤ等を使用する場合と比較し、小型化できる。また、複数のＬＥＤを使用する場合に比べ、ＬＥＤ間の色ばらつきにより照射面に色むらが発生することがない。

次に、本発明の第２の実施形態に係るスポットライトについて、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、前記実施形態において集光レンズ４と第１の凸レンズ５とを一体としたものである。本実施形態の集光レンズ４ａは、前述の集光レンズ４の出射面４３と第１の凸レンズ５の入射面５１とが一体とされている。この集光レンズ４ａは、その入射面側を前記実施形態と同様にレンズ体４０の空洞４１とし、その出射面側を第１の凸レンズ５の出射面５２に相当する出射面４３ａとしている。この集光レンズ４ａは、空洞４１内に入射した光源３からの光を反射面４２で光軸１０に沿う平行光とし、かつ、この平行光を凸状の出射面４３ａにより、その焦点Ｆ１に集光し、仮想光源を形成する。

本実施形態によれば、集光レンズ４ａは前記実施形態における集光レンズ４の出射面４３と第１の凸レンズ５の入射面５１との界面で発生し易い表面反射がなくなり、光ロスがなくなるので、光利用効率を高めることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、光源３を一つのＬＥＤとしたが、複数のＬＥＤを用いてもよい。また、白色ＬＥＤは青色ＬＥＤと組合わる波長変換素子として、Ｂ／Ｙ蛍光体に限らず、白色光を発生するために組み合わせられる赤色及び緑色螢光体など、他の波長変換素子を用いてもよい。

１スポットライト
３光源
４、４ａ集光レンズ
４１空洞（凹部形状の光入射面を構成）
４５、４６入射面（光入射面）
５第１の凸レンズ
６第２の凸レンズ

Claims

広角配光の光源と、
前記光源に対面した凹部形状の光入射面を有して、該光入射面に入射した光源からの光を平行光とする集光レンズと、
前記集光レンズから出射された光を集光する第１の凸レンズと、
前記第１の凸レンズの焦点よりも光源から離れる領域にあって、光源の光軸に沿ってスライド自在に支持される第２の凸レンズと、を備えたことを特徴とするスポットライト。
前記集光レンズと前記第１の凸レンズとが一体であることを特徴とする請求項１に記載のスポットライト。