JP5847574B2 - 高速度撮影用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備えた高速度撮影用照明装置に関する。

従来、高速度撮影用の照明装置、例えば車両衝突試験場の照明装置では、光源に高出力化が容易なメタルハライドランプ等のＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
また、近年長寿命化を目的として、光源にＬＥＤを用いた高速度撮影用の照明装置が提案され始めている。この照明装置においては、ＬＥＤの放射面からの光を、当該放射面にレンズを配する構成により配光制御している。

特許第４４３９３７６号公報

しかしながら、高速度撮影時にあっては、シャッタースピードが速くなる（１秒当たりのコマ数が多くなる）につれて、撮影に必要な光量が増加するため、高出力な照明装置が必要となるものの、ＨＩＤランプを用いて単純に出力を上げると、照明装置内部が高温になり、ランプや当該ランプ周辺部が熱により破損してしまう、といった問題がある。また、低出力な照明装置の台数を多くして全体の光量を増加させることもできるが、照明装置の台数が増えると全体として装置の重量が増えるとともにコストも増大する、といった問題があった。
また、ＬＥＤを光源とし、配光制御にレンズを使用した場合、照射面に色収差が発生してしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、小型、軽量化でき、色収差を抑制可能な高速度撮影用照明装置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、本発明は、発光素子と、前記発光素子の放射光を制御する制御部材とを灯体ケース内に備え、高速度撮影時に、前記制御部材で制御した光により照明する高速度撮影用の照明装置において、前記制御部材を反射鏡で構成し、高熱伝導性を有する熱伝導板が前記灯体ケース内に当該灯体ケースの後板とスペースを空けて配置されて、前記熱伝導板によって前記灯体ケース内が前記スペースと収容部とに仕切られ、前記収容部には、複数の前記発光素子が前記熱伝導板の表面に取り付けられて配置されるとともに、前記発光素子のそれぞれに前記反射鏡が設けられ、前記スペースには、複数の前記発光素子の点灯を制御する制御装置が配置され、前記熱伝導板の裏面に沿って前記スペースに送風するファンを備えたことを特徴とする。

上記構成において、前記熱伝導板の裏面に、送風方向に沿って複数のフィンを形成してもよい。

上記構成において、前記スペースに形成される前記ファンの風路に、前記制御装置を風路と略平行に配置してもよい。

上記構成において、複数の前記反射鏡が前記熱伝導板に固定されていてもよい。

本発明によれば、制御部材を反射鏡で構成したため、装置の小型化が可能となり装置を大幅に軽量化できるとともに、色収差を抑制できる。

本発明の実施の形態に係る照明装置（高速度撮影用照明装置）を示す正面図である。 照明装置を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその背面図、（Ｃ）はその底面図、（Ｄ）はその左側面図、（Ｅ）はその右側面図である。 照明装置を示す前方斜視図である。 光源ユニットの構成を示す図である。 反射ユニットの構成を示す図であり、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）はその平面図である。 放物反射面を示す図である。 照明装置を示す後方斜視図である。 照明装置を示す右側面図である。 照明装置を示す平面図である。 照明装置を示す平面図である。 本発明の変形例に係る照明装置を示す後方斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る照明装置（高速度撮影用照明装置）を示す正面図である。図２は、照明装置を示す図であり、図２（Ａ）はその平面図、図２（Ｂ）はその背面図、図２（Ｃ）はその底面図、図２（Ｄ）はその左側面図、図２（Ｅ）はその右側面図である。図３は、照明装置を示す前方斜視図である。
照明装置１は、例えば車両衝突試験場等で高速度撮影カメラを用いて高速度撮影をする際に用いて好適な装置であり、光源ユニット３（図４）と、反射ユニット（反射鏡）５と、冷却ユニット２０と、電源装置（制御装置）４０と、これらを納めた灯体ケース７とを備えている。なお、図３では、灯体ケース７の上板７Ｂ（図２）を省略している。

光源ユニット３は、光源として、複数個（図示例では５個）のＬＥＤ（発光素子）９を一列に配列して構成されている。なお、光源ユニット３は、ＬＥＤ９の他に、例えば有機ＥＬ等の発光素子を光源として用いる構成であっても良い。また、反射ユニット５には、それぞれのＬＥＤ９に対応して放物反射面１１が設けられている。そして各放物反射面１１でＬＥＤ９の放射光が平行光化されて出射される。
以下、各部をより詳細に説明する。

図４は、光源ユニット３の構成を示す図である。
光源ユニット３は、横長に延びる二枚の絶縁板１３Ａ，１３Ｂに、３個、２個、計５個のＬＥＤ９を一定のピッチＰ（後に詳述）で一列に配置して構成されている。ＬＥＤ９は、図示しない複数個のＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）を１つにパッケージ化して構成されている。本実施の形態では、約４０Ｗ（ワット）の出力のＬＥＤ９を５個用いることで約２００Ｗ（ワット）の出力の光源ユニット３を構成している。なお、絶縁板１３Ａ及び当該絶縁板１３Ａに配置された３個のＬＥＤ９は光源ユニット３Ａを、絶縁板１３Ｂ及び当該絶縁板１３Ｂに配置された２個のＬＥＤ９は光源ユニット３Ｂを構成している。これらの光源ユニット３Ａ，３Ｂは、冷却ユニット２０の熱伝導板２１に取り付けられている。光源ユニット３Ａ，３Ｂの配線（不図示）は、熱伝導板２１の光源ユニット３Ａ，３Ｂ間であってＬＥＤ９の配列上に形成された貫通穴２１Ａを通って熱伝導板２１の背後側に引き回されている。

図５は反射ユニット５の構成を示す図であり、図５（Ａ）はその正面図、図５（Ｂ）はその側面図、図５（Ｃ）はその平面図である。図６は、放物反射面１１を示す図である。
反射ユニット５は、ユニット本体３０に、ＬＥＤ９のピッチＰに合わせて放物反射面１１が横並びに設けて構成されており、３つの放物反射面１１を１列に配置した反射ユニット５Ａと、２つの放物反射面１１を１列に配置した反射ユニット５Ｂとを備えている。なお、反射ユニット５Ａ，５Ｂは、放物反射面１１の数以外は略同一の構成であるため、同一の部分に同様の符号を付して示す。

ユニット本体３０は、図５（Ｂ）に示すように、側面視形状が上記放物反射面１１に沿った略放物線形状を成し、図３に示すように、ユニット本体３０の底部３１が光源ユニット３Ａ，３Ｂの絶縁板１３Ａ，１３Ｂ上に位置するように配置される。ユニット本体３０は、前記放物線形状間を連結する連結部３２を備え、連結部３２には、上下に延出する固定片３２Ａが設けられている。ユニット本体３０は、固定片３２Ａが熱伝導板２１に設けられた反射ユニット固定部１５にネジで固定されることによって熱伝導板２１に支持される。
また、反射ユニット５Ａ，５Ｂは、図５に示すように、それぞれの放物反射面１１の長軸Ｋを通る面で互いに同一形状になるように２分割して成る分割放物反射面ユニット３０Ａ，３０Ｂを備え、これらがネジで締結して構成されている。なお、分割放物反射面ユニット３０Ｂは、分割放物反射面ユニット３０Ａと略同一の構成であるため、同一の部分に同様の符号を付して示し、説明は省略する。

分割放物反射面ユニット３０Ａは、例えばアルミニウム等の高熱伝導性を有する素材から鋳造により成形され、長軸Ｋに沿って縦に２分割された放物反射面１１を露出した面を有する。この面には、鋳造後に、放物反射面１１の反射率を高めるためのアルミ蒸着が施され、その後、分割放物反射面ユニット３０Ａ，３０Ｂを接合して上記反射ユニット５が構成される。かかる構成によれば、放物反射面１１が深い場合であっても、その表面全体にアルミ蒸着膜を均一に形成することができ、効率の良い反射鏡が簡単に得られる。

反射ユニット５の放物反射面１１は、図６に示すように、反射面を放物面とした凹面鏡であって、その底部３１には、ＬＥＤ９（図５）を臨む始端開口３３が設けられており、当該始端開口３３から放物反射面１１内に臨むＬＥＤ９が放射した放射光を平行光化して終端開口３５から出射する。平行光化して出射することで、照射野に対する拡がりを抑え照度低下を防止できる。
さらに、本実施の形態では、それぞれの放物反射面１１での軸光度を高めるために、各放物反射面１１の形状を次ぎのようにしている。

すなわち、放物反射面１１を、放物反射面１１の始端開口３３の径Ｄ２を当該ＬＥＤ９の幅Ｗ（図４）と同程度の大きさとするとともに、始端開口３３から終端開口３５までの軸長Ｌを超狭角配光が得られる長さとし、なおかつ、終端開口３５の径Ｄ１を１／２ビーム角が１０〜１５度となる長さに形成している。ここで、本実施の形態において、超狭角配光は、１／２ビーム角が１０〜１５度となる配光である。

これにより、放物反射面１１の終端開口３５の開きである径Ｄ１が軸長Ｌに対して従来よりも非常に小さな形状となり、また、カットオフ角θ（図６）も小さくなることから、従来のものよりも平行光線が放物反射面１１の長軸Ｋに集められ軸光度を向上させることができる。さらに、１／２ビーム角が１０〜１５度と小さいことから照射野の拡がりが抑えられ、照度が高められる。

反射ユニット５においては、上記の通り、複数の放物反射面１１のそれぞれから光を照射することで総合の出力を高めている。このとき、照射野で、放物反射面１１のそれぞれの光が分離してしまうと、当該照射野で所望の照度が得られない。したがって、放物反射面１１（ＬＥＤ９）のピッチＰは、各放物反射面１１から放射された光の拡がりを考慮し、それぞれの放射光が所定の照射野で重なりを持つように設定されている。これにより、光源ユニット３及び反射ユニット５を備えた照明装置１の軸光度が高められ、十分な照度を維持することができるのである。
このとき、各放物反射面１１の長軸Ｋを互いに平行とすることで、所定距離離れた照射野で集光することもなく、高い軸光度を維持することができる。このように、本実施の形態の照明装置１は均斉度に優れ、小型、軽量化できる。

前掲図２及び図３に戻り、灯体ケース７は、後板７Ａ、上板７Ｂ、底板７Ｃ、左側板７Ｄ及び右側板７Ｅを備えて正面視横長の箱形形状に構成され、熱伝導性の高い例えばアルミニウム合金により形成されている。灯体ケース７の前面には、アクリル等の軽量な樹脂製透明カバー（前面カバー）１７が設けられている。灯体ケース７の底板７Ｃには、架台への取付用の支持アーム１９が設けられている。
灯体ケース７の後板７Ａには、略中央部に、結線ボックス５１が設けられている。この結線ボックス５１の中では、図示は省略するが、商用電力の電力線と電源装置４０から延びる照明装置１の電力線とが結線され、照明装置１に商用電力が供給される。

次に、冷却ユニット２０について詳細に説明する。
図７は照明装置１を示す後方斜視図であり、図８は照明装置１を示す右側面図であり、図９及び図１０は照明装置１を示す平面図である。なお、図７、図９及び図１０では灯体ケース７の上板７Ｂを、図８では灯体ケース７の右側板７Ｅを省略している。また、図９では基板４１を、図１０では基板４１及び放熱板４７を省略している。
熱伝導板２１は、灯体ケース７の後板７Ａと略平行に、後板７Ａとスペースを空けて配置されている。熱伝導板２１は、熱伝導率が高く、軽量な材質（例えば、アルミ材）から形成されており、その裏面２１Ｂに、ＬＥＤ９の配列方向に沿って延びる複数のフィン２１Ｃを備えている。フィン２１Ｃは、熱伝導板２１の長さ方向（灯体ケース７の左右方向）に亘って設けられ、熱伝導板２１の裏面２１Ｂ側は、これらのフィン２１Ｃにより表面積が広くなっている。

灯体ケース７の左側板７Ｄ及び右側板７Ｅには、後板７Ａと熱伝導板２１との間のスペースに対応する位置に開口２３Ａ，２３Ｂ（図２）が形成され、左側板７Ｄ及び右側板７Ｅには、これらの開口２３Ａ，２３Ｂに対向させてファン２３が取り付けられている。開口２３Ａ，２３Ｂには、複数の細長孔が形成されたファンガード２４Ａと、風路２５への塵や埃の侵入を防止する防塵フィルタ２４Ｂとが設けられている。なお、専用のファンガード２４Ａの換わりに、灯体ケース７の側板に直接複数の孔を形成しても良い。また、２つのファン２３の能力を同一としているが、一方の能力を他方の能力より大きくしてもよい。これらのファン２３の駆動によって、一方の開口（例えば、開口２３Ａ）から他方の開口（例えば、開口２３Ｂ）へ空気が流れ、熱伝導板２１と後板７Ａとの間のスペースが風路２５となる。すなわち、熱伝導板２１は、灯体ケース７内を風路２５と反射ユニット５及び光源ユニット３を収容する収容部５３とに仕切る仕切り部材として機能する。

このように、熱伝導板２１の裏面２１Ｂ側にファン２３の風路２５を形成し、熱伝導板２１の裏面２１Ｂにフィン２１Ｃを形成する構成とすることで、熱伝導板２１の裏面２１Ｂに沿って風を流し、熱伝導板２１を空冷することができるので、光源ユニット３の熱を効率よく放熱させることができる。例えば、ファンにより強制冷却しない場合には、光源ユニット３の熱を十分に放熱できる程度の熱容量を有するように熱伝導板２１を比較的大きく形成する必要があるが、本実施の形態によれば、上記構成により、熱伝導板２１を小さくでき、照明装置１を小型化、軽量化できる。

風路２５には、図８に示すように、ＬＥＤ９の点灯回路を実装した基板４１を備える電源装置４０が収められている。基板４１は、灯体ケース７の後板７Ａと略平行に、後板７Ａから所定の絶縁距離以上離した位置に配置されており、この基板４１の裏面空間にもファン２３の冷風が流れるようになっている。
基板４１は、灯体ケース７の底板７Ｃ上に取り付けられた基板固定台４３にネジで固定される。基板固定台４３は、熱伝導性の高い例えばアルミニウム合金により形成され、平板部４３Ａと、この平板部４３Ａの両端部を折り曲げて一体に形成され平板部４３Ａを底板７Ｃから離した位置で支持する略Ｌ字状の脚部４３Ｂとを有している。底板７Ｃと基板固定台４３との間の空間は風路２５に連通しており、空洞部４５にも風が流れるようになっている。

平板部４３Ａ上には、図８及び図９に示すように、アルミニウム合金等の高熱伝導性を有する金属材から形成される放熱板４７が設けられている。基板４１と放熱板４７とは、灯体ケース７内に収容される前に、ネジ等によって固定することで略Ｌ字状に連結される。ＬＥＤ９の点灯回路を構成する回路部品のうち、比較的発熱の大きい発熱部品４９は、放熱板４７の表面に接触させた状態で基板４１に実装され、放熱板４７に熱的に接合されている。ここで、放熱板４７又は発熱部品４９の表面に、グリース状の熱伝導性シリコン充填剤を塗って両者を密着させることで、発熱部品４９の熱を放熱板４７に伝熱させるようにしてもよい。このように、発熱部品４９の熱を放熱板４７に伝熱して、放熱板４７を介して放熱させることにより、発熱部品４９の温度上昇を抑制することができる。さらに、発熱部品４９を風路２５の上流側に配置することで、発熱部品４９を確実に冷却することができる。

また、平板部４３Ａには、図１０に示すように、放熱板４７の下面を空洞部４５に露出させる露出窓４３Ｃが形成されている。これにより、放熱板４７の下面に沿って風を流し、放熱板４７を空冷することができるので、基板４１の発熱部品４９の熱を効率よく放熱させることができる。
また、基板４１には、温度ヒューズ（不図示）が設けられており、温度ヒューズにより検出される風路２５の温度が予め設定されている温度範囲を超えた場合には、電源装置４０は強制的にオフされる構成になっている。これにより、電源装置４０が、ファン２３の故障等による何らかの不具合から過熱状態になるのを防止することができ、ひいては電源装置４０及びＬＥＤ９の故障を防止できる。

このように構成された照明装置１は、架台に１又は複数配置されて使用される。例えば、複数の照明装置１を横に並べて配置する場合には、一の照明装置１から吹き出される温風が、隣接する照明装置１に吸い込まれないように、吹出側の開口の外側に吹き出し空気の風向を変えるガイド部材（不図示）を設けてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御部材を反射ユニット５で構成したため、レンズを用いることなく配光制御できるので、装置の小型化が可能となり装置を大幅に軽量化できるとともに、色収差を抑制できる。

また、本実施の形態によれば、ＬＥＤ９を熱伝導性を有する熱伝導板２１に支持し、熱伝導板２１の裏面２１Ｂに向けて送風するファン２３を設けたため、ファンにより強制冷却しない場合に比べ、熱伝導板２１を小さくできるので、照明装置１を小型化、軽量化できる。

また、本実施の形態によれば、熱伝導板２１の裏面２１Ｂに、送風方向に沿って複数のフィン２１Ｃを形成したため、光源ユニット３の熱を効果的に放熱できるので、熱伝導板２１を小さくでき、その結果、照明装置１を小型化、軽量化できる。

また、本実施の形態によれば、ファン２３の風路２５に、ＬＥＤ９の点灯を制御する電源装置４０を風路２５と略平行に配置したため、基板４１に実装された発熱部品４９の熱を効率良く冷却し、電源装置４０の回路を安定動作させることができる。

但し、上記実施の形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、反射ユニット５は、３つの放物反射面１１を１列に配置した反射ユニット５Ａと、２つの放物反射面１１を１列に配置した反射ユニット５Ｂとを備えていたが、反射ユニットの数や各反射ユニットが有する放物反射面１１の数は、これに限定されるものではなく、ＬＥＤ９の数によって適宜変更可能である。また、放物反射面１１毎に反射ユニットを設けてもよい。
また、上記実施の形態では、灯体ケース７は光源ユニット３及び反射ユニット５を覆うように形成されていたが、灯体ケース７は光源ユニット３及び反射ユニット５を必ずしも覆う必要はなく、少なくとも風路２５を覆うように形成されればよい。

また、上記実施の形態では、ファン２３を風路２５の入口側と出口側に２つ設けたが、これに限定されず、１つのファン２３を、例えば吸い込み側だけに設けてもよい。
また、上記実施の形態では、複数の照明装置１を横に並べて配置する場合に、ガイド部材を設けることとしたが、隣り合う照明装置１の吹出口と吸込口が対向しないように、例えば、図１１に示すように、ファン２３を灯体ケース７の後板７Ａに設けてもよい。なお、図１１に示す照明装置１００は、ファン２３が灯体ケース７の後板７Ａに設けられている以外、照明装置１と略同一の構成であるため、同一の部分に同様の符号を付して示し、説明は省略する。

１ 照明装置（高速度撮影用照明装置）
５ 反射ユニット（制御部材、反射鏡）
９ ＬＥＤ（発光素子）
２１ 熱伝導板
２１Ｂ 裏面
２１Ｃ フィン
２３ ファン
２５ 風路
４０ 基板（制御装置）

Claims (4)

1. 発光素子と、前記発光素子の放射光を制御する制御部材とを灯体ケース内に備え、高速度撮影時に、前記制御部材で制御した光により照明する高速度撮影用の照明装置において、
   前記制御部材を反射鏡で構成し、
   高熱伝導性を有する熱伝導板が前記灯体ケース内に当該灯体ケースの後板とスペースを空けて配置されて、前記熱伝導板によって前記灯体ケース内が前記スペースと収容部とに仕切られ、
   前記収容部には、複数の前記発光素子が前記熱伝導板の表面に取り付けられて配置されるとともに、前記発光素子のそれぞれに前記反射鏡が設けられ、
   前記スペースには、複数の前記発光素子の点灯を制御する制御装置が配置され、
   前記熱伝導板の裏面に沿って前記スペースに送風するファンを備えたことを特徴とする高速度撮影用照明装置。
2. 前記熱伝導板の裏面に、送風方向に沿って複数のフィンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の高速度撮影用照明装置。
3. 前記スペースに形成される前記ファンの風路に、前記制御装置を風路と略平行に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の高速度撮影用照明装置。
4. 複数の前記反射鏡が前記熱伝導板に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高速度撮影用照明装置。

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