JP5910144B2 - 光源ユニット - Google Patents
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Description
そこで、従来の照明器具においては、照明器具本体に多数の放熱フィンを設け、照明器具本体に伝熱させたLEDの熱を放熱フィンから放熱する技術や、照明器具本体自体がLEDの発熱量に対して十分な熱容量を有しLEDの発熱を吸収して、その表面から放熱する技術などの各種の技術が提案されている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、発光素子を効率良く冷却できる光源ユニットを提供することを目的とする。
図1は、本実施形態に係るライトガイド用光源装置1の斜視図である。また図2はライトガイド用光源装置1の構成を示す図であり、図2(A)は正面図、図2(B)は側面図、図2(C)は背面図である。図3はライトガイド用光源装置1の断面図である。
ライトガイド用光源装置1は、ライトガイドの一例たるバンドルファイバ9の光学特性の検査に用いられ、当該バンドルファイバ9に入射させる検査光を放射するものであり、図1〜図3に示すように、装置本体2と、把持部としての複数の取手3とを備えている。また装置本体2は、筐体4と、接続フランジ6と、面光源ユニット10とを備えている。なお、図3には接続フランジ6を取り外した状態を示している。
筐体4は、両端が開口した円筒状を成し、図3に示すように、筐体4の一端側の開口が出射口5として構成され、この筐体4の中心軸と同軸に検査光が出射口5から出射される。筐体4の出射口5には、図1に示すように、検査対象のバンドルファイバ9を接続するための接続具たる上記接続フランジ6がラッチ7により着脱自在に取り付けられる。筐体4の出射口5は、第2拡散板14で覆われており、接続フランジ6にバンドルファイバ9が接続されることで、バンドルファイバ9の入射端面が第2拡散板14に正対して(互いに平行に)配置される。このとき、第2拡散板14の大きさは、バンドルファイバ9の入射端面(より正確には、バンドルファイバ9の実効的なコア径)を覆う大きさになされている。
取手3のそれぞれは、図1、及び図2に示すように、筐体4の周面から外側に突出するように設けられ、少なくとも2つの取手3が筐体4の脚として機能し、転がりを防止する。
面光源ユニット10は、図3に示すように、筐体4の後端部8に設けられ、この筐体4の中に中心軸Kに沿って進む面状の略平行光(以下、面状平行光と言う)を放射する。面状の平行光の光束断面は、筐体4の内径Rより若干小さな径の円形であり、検査対象のバンドルファイバ9の実効的なコア径よりも大きな径を有する。なお、面光源ユニット10の構成については、後に詳述する。
また、異なる開口数NAのバンドルファイバ9を検査する場合には、この開口数NAに応じた拡散角α1、α2を有する第1拡散板12、及び第2拡散板14に交換することで、他の開口数NAのバンドルファイバ9に適した検査光を簡単に得ることができる。
さらに、2枚の第1拡散板12、及び第2拡散板14を組み合わせて拡散角θの検査光を得る構成としているため、1枚の拡散板だけを用いた場合に比べ、拡散角θを簡単に細かく変更できる。
また、複数のLED20によって平行光を得るため、この平行光の光束断面内には、各LED20の位置で照度が高くなる照度ムラが生じるものの、このライトガイド用光源装置1では、面光源ユニット10の光を第1拡散板12、及び第2拡散板14に透過させるため、これら第1拡散板12、及び第2拡散板14の拡散効果によって照度ムラを抑えた光が得られる。
ただし、第1拡散板12を面光源ユニット10の側に寄せると、平行光は第1拡散板12を透過後に拡散角α1で拡散するため、出射口5に至るまでの間に筐体4の内周面4Aに入射する光が生じ、光束断面の縁部の光量が低下する。そこで、本実施形態では、第2拡散板14を出射口5に配置することとし、光束断面の縁部で光量が低下した光が出射口5から放射される際に第2拡散板14で拡散させて放射することで、光束断面の縁部での光量低下による照度ムラを抑えた検査光が得られるようにしている。
図4(A)に示すように、光束断面内において縁部(同図中矢印Aで示す)の光量の低下が比較的抑えられることが分かる。また、図4(B)に示すように、第1拡散板12、及び第2拡散板14により、上記(1)で求められる拡散角θ=約11°に近い拡散角(約13.5°)が検査光に与えられていることが分かる。
なお、同図に示す第1拡散板12、及び第2拡散板14の拡散角α1、α2は、あくまでも例示であって、上記(1)〜(3)式を満足する限りにおいて、適宜の組合せを選択できる。
さらに、第1拡散板12、及び第2拡散板14の2枚の拡散板に加えて、他の拡散板を設けても良く、これとは逆に、面光源ユニット10が放射する面状の平行光に照度ムラがない場合等には、拡散板を1枚のみとしても良い。
図5は面光源ユニット10の構成を示す図であり、図5(A)は光の出射面側から見た斜視図、図5(B)は背面側から見た斜視図である。
面光源ユニット10は、上述の通り、筐体4に面状の平行光を放射する光源であり、有底円筒状の筐体30備え、上端の開口31から平行光を放射する。すなわち、面光源ユニット10は、前掲図3に示すように、発光素子の一例たる複数のLED20と、各LED20ごとに凹状反射面21が設けられた平面視円形の反射鏡22と、これらLED20が実装された基板24とを備え、図5(A)に示すように、反射鏡22が筐体30の開口31に露出した状態で収められている。また、面光源ユニット10の背面には、電源スイッチ50、電源コネクタ51、及び調光ボリューム52が設けられている。
同図に示すように、基板24は、筐体30よりも若干径が小さな平面視略円形状であり、基板24の表面に複数のLED20が略等間隔に基板24の中心から縁部にかけての広い範囲に配置されている。
また前掲図5(A)に示すように、反射鏡22の各凹状反射面21は回転放物面を成し、凹状反射面21の底部にLED20が配置され、このLED20の放射光が凹状反射面21によって平行化され、光束断面が円形の平行光として放射される。
凹状反射面21の各々の光軸L(図3)は、筐体4の中心軸Kと平行であり、なおかつ、図5(A)に示すように、凹状反射面21の先端の開口が隣接するもの同士でオーバーラップさせて配置される。これにより、凹状反射面21の各々から放射された平行光同士の縁部が重なり合って、全体として大きな径の面状の平行光が得られる。
反射鏡22の縁部には、複数の固定孔25が設けられており、各固定孔25には上記第2拡散板14を支持した支柱17(図3)が挿入固定されて、当該第2拡散板14が凹状反射面21の先端の開口の近傍に配置される。
これらの図に示すように、面光源ユニット10は、筐体30に内蔵される内蔵ユニット40として、上記基板24と、載置板41と、板材42と、風路形成体43と、吸出ファン44と、LED20を点灯するための電気回路基板45とを一体に備えて構成されている。
載置板41は、例えばアルミニウム等の高熱伝導性材から成る平面視円形の板材であり、その表面41Aの側に基板24が載置され、基板24の熱を受けるヒートシンクとして機能する。この載置板41は、筐体30の内径と略同径に形成されており、図6に示すように、筐体30の内周面との間に隙間ができないように嵌め込まれる。これにより、載置板41で筐体30が仕切られて、載置板41の表面41Aの側と裏面41B(図8)の側との間での空気の流通が遮断される。
これらの電気回路基板45は、電源スイッチ回路を搭載したスイッチ基板、電源回路を搭載した電源基板、及び、調光ボリューム回路を搭載した調光回路基板を含む。電源スイッチ回路は、上記電源スイッチ50のオン/オフ操作に応じて電源回路に外部電力を供給/停止する回路である。電源回路は、上記電源コネクタ51を通じて入力される外部電力を電力変換してLED20の点灯電力を生成し各々LED20に供給する回路である。調光ボリューム回路は、電源回路がLED20に供給する電力を上記調光ボリューム52の操作量に応じて変えることでLED20の光出力を変化させる回路である。
これらの電気回路基板45は、例えばアルミニウム等の高熱伝性板材をL字状に折り曲げて形成した取付台座46に取り付けられて、各取付台座46が板材42の背面側に組み付け固定されている。
また風路形成体43の各壁材63は板材42にも密着することで両者が熱的に結合される。この板材42の面内には、図7に示すように、各風路62が合流する中央部60の直下に吸出口66が開口し、この吸出口66に吸出ファン44が取り付けられている。吸出ファン44は、吸気面44A(図7)で吸出口66を覆い、図5に示すように吐出面44Bを筐体30の背面に露出させて設けられている。
係る吸出ファン44が吸い出し動作をすることで、筐体30の通風孔65から各風路62に冷却風が取り込まれ、風路62を密封する載置板41、板材42、及び壁材63を冷却しながら中央部60に集合し、吸出口66から吸い出されて筐体30の背面から外部に放出される。
また載置板41とともに板材42も冷却されることから、この板材42に組み付けた各種の電気回路基板45も冷却できる。
なお、基板24には、板材42に組み付けた電気回路基板45から延びる配線を接続する必要がある。このため、載置板41の縁部近傍であって基板24で覆われる位置に、図9に示すように、配線通し用の複数の配線用開口67が形成され、これらの配線用開口67に対応して、基板24には配線引き込み用の孔部68(図9)が形成されており、これら配線用開口67、及び孔部58を通じて配線が基板24の表面の回路パターンに接続される。各孔部58は配線によって隙間が埋められる大きさとされている。したがって、配線用開口64が載置板41の表面41Aの側で基板24によって閉塞されることから、配線用開口64、及び孔部58を通じて表面41Aと裏面41Bとの間で空気が流通することが抑制される。
この構成により、バンドルファイバ9の入射端面が広い場合でも、その広さに応じた面状の平行光を用いることで、バンドルファイバ9の入射端面の全体に光を照射することができる。これに加えて、バンドルファイバ9に効率良く入射する入射角β(拡散角θ)を有する光を、面状の平行光を第1拡散板12、及び第2拡散板14に通すだけで簡単に得られるため、装置の光学系が簡単であり、装置をコンパクトにできる。
これにより、複数のLED20により光源を構成した場合でも、各光点による照度ムラを抑えた検査光が得られる。
さらにLED20を用いることで所定波長域の光のみを放射できるため、ランプを用いたる場合に比べて波長選択フィルタを設ける必要がない。
また面光源ユニット10が放射する光は、面状の平行光に限らない。すなわち、面光源ユニット10においては、必要となる照明光に応じて、基板24の上のLED20の数や配置、反射鏡22の有無、或いは当該反射鏡22による配光特性を任意に変更しても良い。
面光源ユニット10を用いた照明器具の応用例としては、天井又は地中埋込型照明器具やスポット型照明器具が挙げられる。これらの照明器具について以下に詳述する。
スポット光源ユニット210は、面光源ユニット10と略同様の構成を有する。ただし照射光の配光をスポット配光とすべく、反射鏡222の凹状反射面221はスポット配光に適した形状とされ、また筐体230の開口231は、フレネルレンズ271で覆われている。
支持具285は、スポット型照明器具200の設置箇所に設けられたライティングレールや配線ダクトレール等と称されるレール(不図示)に沿ってスライド自在に取り付けられて支柱287を介して上記スポット光源ユニット210を支持する。
このスポット型照明器具200のスポット光源ユニット210では、冷却風の向きが面光源ユニット10と大きく異なっている。すなわち、スポット光源ユニット210の内蔵ユニット240は、吸出ファン44に代えて吸込ファン244を備えている。これにより、吸込ファン244の吸込動作に伴って、筐体230の背面に露出する吸込ファン244の吸気面244Aから外気が冷却風として取り込まれて風路形成体43に吹き込まれ、基板24や電気回路基板45の冷却に供され、そして筐体230の外周面から排出される。
2 装置本体
9 バンドルファイバ(ライトガイド)
10 面光源ユニット(光源ユニット)
20 LED(発光素子)
22、222 反射鏡
24 基板
30、130、230 筐体
41 載置板
42 板材
43 風路形成体
44 吸出ファン(ファン)
45 電気回路基板
60 中央部
61 外周部
62 風路
63 壁材
65 通風孔
100 天井埋込型照明器具
170 隙間
200 スポット型照明器具
210 スポット光源ユニット
244 吸込ファン(ファン)
K 中心軸
L 光軸
Claims (3)
- 発光素子と、当該発光素子が実装された基板とを備えた光源ユニットにおいて、
前記基板が表面側に載置された高熱伝導性材から成る板状の載置板と、
前記載置板の裏面側に離間して配置され、電気回路が裏面側に組み付けられた板材と、
前記載置板と前記板材との間に、前記載置板の中央部から外周部に延びる複数の風路を形成する風路形成体と、
前記中央部に冷却風を吹き込み、或いは吸い出して前記風路の各々に冷却風を流すファンと、が筐体に収められ、
前記ファンは、吸気面及び吐出面の一方が前記板材に設けられた開口に裏面側から密接し、他方が前記筐体に露出しており、
前記風路形成の風路には、前記筐体の外周面の通風孔を通じて空気が流通し、
前記板材と前記筐体の間には、前記風路形成体の側と前記板材の裏面側との間で空気が通る隙間が設けられている
ことを特徴とする光源ユニット。 - 前記載置板で前記筐体の中が仕切られ、前記載置板の表面側と裏面側の間の空気の流通が遮断されていることを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
- 前記発光素子を点灯する前記電気回路を備え、
前記板材が高熱伝導性材から形成されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光源ユニット。
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