(57)【要約】【課題】照射ムラを低減することができる照明器具を提供する。【解決手段】光源としてのランプ１と、内部にランプ１を収納する器具本体２と、器具本体２から出射する光を集光するフレネルレンズ３とを備える。フレネルレンズ３で集光された光は遮光部材としての２枚のバンドア４の間を通過する。バンドア４は、向きを変えることで、フレネルレンズ３により集光された光の照射範囲を可変とする。フレネルレンズ３のレンズ面を出射した後に非レンズ面で反射した非有効光をフレネルレンズ３の光軸と交差しない方向に配光するように、フレネルレンズ３の非レンズ面は形成されている。バンドア４によって調整された照射範囲の外に向けて出射した非有効光はバンドア４によって遮光されるから、照射ムラを低減することができる。【選択図】        図１
2004265706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射する光をフレネルレンズの光軸と交差しない方向に配光するように非レンズ面を形成したことを特徴とする照明器具。
【請求項２】
レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射しない光の一部を遮光部材が遮光しかつ遮光部材の開口がフレネルレンズの光軸に関して対象に形成された基準状態での開口の光軸に直交する方向の幅寸法をＤ（ｍ）、基準状態でのフレネルレンズの裏面から光軸に沿って開口までの距離をＨ（ｍ）、フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、フレネルレンズと光源との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズの非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるレンズ面の接平面と光軸とのなす角をα（°）としたときに、光軸からの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面と光軸とのなす角θ（°）が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
【数１】
2004265706.tif 000011
【請求項３】
光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光がフレネルレンズの光軸と交差する点をフレネルレンズの表面に近付けるように非レンズ面を形成したことを特徴とする照明器具。
【請求項４】
レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射しない光の一部を遮光部材が遮光しかつ遮光部材の開口がフレネルレンズの光軸に関して対象に形成された基準状態での開口の光軸に直交する方向の幅寸法をＤ（ｍ）、基準状態でのフレネルレンズの裏面から光軸に沿って開口までの距離をＨ（ｍ）、フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、フレネルレンズと光源との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズの非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるレンズ面の接平面と光軸とのなす角をα（°）としたときに、光軸からの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面と光軸とのなす角θ（°）が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする請求項３記載の照明器具。
【数２】
2004265706.tif 000012
【請求項５】
光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光が、フレネルレンズのレンズ面を通って集光された光の照射範囲内に照射されるように非レンズ面を形成したことを特徴とする照明器具。
【請求項６】
フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、照射対象とフレネルレンズの裏面との距離をＬ（ｍ）、非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるフレネルレンズの厚みをＴ（ｍ）、フレネルレンズと光源との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズの非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるレンズ面の接平面と光軸とのなす角をα（°）としたときに、光軸からの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面と光軸とのなす角θ（°）が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする請求項５記載の照明器具。
【数３】
2004265706.tif 000013
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舞台やテレビスタジオの照明に用いられるスポットライトのような照明器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の照明器具として、例えば図８に示すように、光源としてのランプ１と、内部にランプ１を収納しランプ１の光を外部に出射する出射口２１が設けられた器具本体２と、器具本体２の出射口２１に配設されて出射口２１から出射される光を集光するフレネルレンズ３と、器具本体２の出射口２１から出射される光の一部を遮光して照射範囲を調整する遮光部材たるバンドア４と、器具本体２に設けられランプ１の光を出射口２１に集光する球面鏡５とを備えたスポットライトがある。ランプ１の発光部がフレネルレンズ３の光軸上に位置するように、ランプ１とフレネルレンズ３とは配置されている。
【０００３】
バンドア４は、フレネルレンズ３の光軸を挟んだ２箇所に配置されている。各バンドア４，４は、それぞれ黒く塗られた鉄板からなり、一端が器具本体２に回動自在に枢着されている。フレネルレンズ３で集光された光は、２つのバンドア４，４の間に生じる開口を通過するようになっている。そして、バンドア４，４の開き角度を変えることで図９に示すように開口の大きさを変えて照射範囲を調整可能となっている。
【０００４】
フレネルレンズ３は円盤状であって、表面には、図１０に示すようにレンズとして機能するレンズ面３１と、レンズとして機能しない非レンズ面３２とが交互に同心円状に形成されている。フレネルレンズは、凸レンズに比べて薄型軽量とすることができる上に、集光された光によって照射面Ｓに形成される照射領域Ｚの輪郭をぼかすことができる。
【０００５】
ランプ１の光は、図１１に示すように、フレネルレンズ３の裏面から入射し、主にレンズ面３１から出射する。入射した光の大部分は、図８に実線で示すように、レンズ面３１で屈折し出射することで照射面Ｓに到達する。しかし、レンズ面３１から出射した光の一部が、破線で示すように非レンズ面３２で反射して意図しない方向に出射される場合がある。以下では、非レンズ面３２で反射することなく正常に集光された光を有効光と呼び、レンズ面３１を出射した後に非レンズ面３２で反射した光を非有効光と呼ぶ。
【０００６】
バンドア４によって照射範囲を狭くしていない場合は、有効光によって照射面Ｓに形成される照射領域Ｚに非有効光も入射する。しかし、有効光に比して非有効光は微弱であるため、このとき非有効光による照射ムラは人間の目には知覚されない。
【０００７】
一方、図９のようにバンドア４によって照射範囲を狭くしている場合を考える。従来は、非有効光は、バンドア４の開口の近くでフレネルレンズ４の光軸Ａに交差していた。このため、バンドア４で照射範囲を狭めた状態でも、非有効光は開口を通過することがあった。さらに、非有効光は、有効光よりも光軸Ａに対して大きな角度をなして出射していた。従って、非有効光は、調整された照射範囲の外に照射されて照射ムラを発生させることがあった。調整された照射範囲の外に発生するこの照射ムラは人間の目にも知覚されるものであったし、特に、スタジオ放送に用いられるような高感度の撮影用機器を用いて撮影した場合には見苦しく映ってしまっていた。
【０００８】
一般に、フレネルレンズの非レンズ面での光の反射を防ぐ手段としては、光を吸収する光吸収体の層で非レンズ面を覆う手段や、非レンズ面に光を散乱するような加工を施す手段がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−１６３５３９号公報（第２頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光吸収体としては例えば合成樹脂の膜を用いることが考えられる。ここで、上述したようなスポットライトのランプ１としては１ｋｗ以上のハロゲン電球が用いられることが多い。さらに、スポットライトでは、照射範囲を広くとるためにランプ１とフレネルレンズ３との距離が近くなっていることも多い。つまり、フレネルレンズ３の非レンズ面３２に光吸収体の層を設けた場合、ハロゲン電球の発する熱によって光吸収体が加熱されて溶融してしまう恐れがある。その上、光吸収体を用いると光の利用効率が低下してしまう。従って、上述したようなスポットライトのフレネルレンズ３において、光吸収体の層で非レンズ面３２を覆う手段を採用することはできない。
【００１１】
また、非レンズ面３２に光を散乱するような加工を施すと、光が非レンズ面３２に散乱されることによって、照射ムラがさらに悪化することが考えられるから、非レンズ面３２に光を散乱するような加工を施す手段も採用できない。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、照射ムラを低減することができる照明器具を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光をフレネルレンズの光軸と交差しない方向に配光するように非レンズ面を形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射しない光の一部を遮光部材が遮光しかつ遮光部材の開口がフレネルレンズの光軸に関して対象に形成された基準状態での開口の光軸に直交する方向の幅寸法をＤ（ｍ）、基準状態でのフレネルレンズの裏面から光軸に沿って開口までの距離をＨ（ｍ）、フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、フレネルレンズと光源との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズの非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるレンズ面の接平面と光軸とのなす角をα（°）としたときに、光軸からの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面と光軸とのなす角θ（°）が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
【数４】
2004265706.tif 000003
【００１６】
請求項３の発明は、光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光がフレネルレンズの光軸と交差する点をフレネルレンズの表面に近付けるように非レンズ面を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射しない光の一部を遮光部材が遮光しかつ遮光部材の開口がフレネルレンズの光軸に関して対象に形成された基準状態での開口の光軸に直交する方向の幅寸法をＤ（ｍ）、基準状態でのフレネルレンズの裏面から光軸に沿って開口までの距離をＨ（ｍ）、フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、フレネルレンズと光源との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズの非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるレンズ面の接平面と光軸とのなす角をα（°）としたときに、光軸からの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面と光軸とのなす角θ（°）が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする。
【００１８】
【数５】
2004265706.tif 000004
【００１９】
請求項５の発明は、光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光が、フレネルレンズのレンズ面を通って集光された光の照射範囲内に照射されるように非レンズ面を形成したことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、フレネルレンズの材料の屈折率をｎ、照射対象とフレネルレンズの裏面との距離をＬ（ｍ）、非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるフレネルレンズの厚みをＴ（ｍ）、フレネルレンズと光源との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズの非レンズ面とレンズ面との境界のうち光源に近い側におけるレンズ面の接平面と光軸とのなす角をα（°）としたときに、光軸からの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面と光軸とのなす角θ（°）が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする。
【００２１】
【数６】
2004265706.tif 000005
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（実施形態１）
本実施形態の基本的な構成は従来例と同様であるので、共通の部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２４】
本実施形態は、図２に示すように、破線で示す非有効光をフレネルレンズ３の光軸Ａと交差しない方向に配光するように非レンズ面３２を形成したものである。
【００２５】
具体的には、非レンズ面３２が光軸Ａに対してなす角を従来例（１５°程度）よりも大きくしている。非レンズ面３２が光軸Ａに対してなす角の決定方法を以下に詳しく説明する。
【００２６】
図１に示すように、バンドア４の開口が光軸Ａに関して対象に形成されかつレンズ面３１から出射され非レンズ面３１で反射されなかった光の一部をバンドア４が遮光する基準状態を考える。このときの開口の光軸に直交する方向の幅寸法をＤ（ｍ）、フレネルレンズ３の裏面から光軸に沿って開口までの距離をＨ（ｍ）とする。また、フレネルレンズ３の材料の屈折率をｎ、ランプ１のフィラメントなどの発光部とフレネルレンズ３との距離をｄ（ｍ）、フレネルレンズ３の非レンズ面３２とレンズ面３１との境界のうちランプ１に近い側におけるレンズ面３１の接平面と光軸Ａとのなす角をα（°）（図３参照）としたときに、光軸Ａからの距離がＸ（ｍ）である非レンズ面３２と光軸Ａとのなす角θ（°）が以下の式で表される値とすれば、基準状態で非有効光がバンドア４に照射されるようにすることができる。
【００２７】
【数７】
2004265706.tif 000006
【００２８】
つまり、θを上記の値よりも大きくすれば、基準状態および基準状態よりもバンドア４を閉じた状態において、バンドア４によって非有効光を遮ることができる。
【００２９】
但し、θを大きくし過ぎると、非有効光以外の要因によって照射ムラが悪化することがわかっている。一方、非有効光以外の要因による照射ムラは、θを３０°よりも小さくすればほとんど目立たないことがわかっている。従って、θを次の式の範囲内とすればよい。
【００３０】
【数８】
2004265706.tif 000007
【００３１】
上記構成によれば、基準状態および基準状態よりもバンドア４を閉じた状態においては、非有効光であっても、調整された照射範囲の外へ向かって出射した光であればバンドア４で遮光することができる。また、基準状態よりもバンドア４を開いた状態であっても、従来例に比べて、調整された照射範囲の外へ向かって出射した非有効光がバンドア４で遮光されやすくなる。従って、照射ムラを低減することができる。
【００３２】
なお、Ｘとαとは、非レンズ面３２とランプ１に近い側のレンズ面３１との境界での値をとっているが、実際に使用されるフレネルレンズ３では１個の非レンズ面３２の光軸Ａに直交する方向の長さ寸法は１ｍｍ以下であるので、Ｘやαをどの位置でとっても、得られる結果の差は無視できるほど小さい。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態の基本的な構成およびパラメータの設定は実施形態１と同様であるので、共通の部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００３４】
実施形態１が、光軸Ａに関して非有効光が反射した位置と同じ側のバンドア４によって非有効光を遮光するものであったのに対し、本実施形態は、光軸Ａに関して非有効光が反射した位置の反対側のバンドア４によって非有効光を遮光するものである。このために、本実施形態では、図４に示すように、破線で示す非有効光がフレネルレンズ３の光軸Ａと交差する点をフレネルレンズ３の表面に近付けるように非レンズ面３２を形成している。具体的には、非レンズ面３２が光軸Ａに対してなす角を従来例よりもさらに小さくしている。
【００３５】
θを決定する方法を以下に説明する。θを以下の式で表される値とすれば、基準状態で、光軸Ａを挟んで非有効光が反射した位置の反対側のバンドア４によって、非有効光を遮光することができる。
【００３６】
【数９】
2004265706.tif 000008
【００３７】
つまり、θを上記の式で表される値よりも小さくすれば、基準状態および基準状態よりもバンドア４を閉じた状態で、図５に示すように、光軸Ａを挟んで非有効光が反射した位置の反対側のバンドア４によって、非有効光を遮光することができる。但し、θが５°よりも小さくなると、フレネルレンズ３をガラスで形成する場合に金型から安全に抜くことが難しくなるから、θは５°よりも大きくする必要がある。以上をまとめて、θを次式の範囲内の値とすればよい。
【００３８】
【数１０】
2004265706.tif 000009
【００３９】
上記構成によれば、基準状態および基準状態よりもバンドア４を閉じた状態では、光軸Ａを挟んで非有効光が反射した位置の反対側のバンドア４によって、非有効光が遮光される。また、基準状態よりもバンドア４を開いた状態であっても、従来例よりも非有効光がバンドア４で遮光されやすくなる。従って、照射ムラを低減することができる。
【００４０】
（実施形態３）
本実施形態の基本的な構成およびパラメータの設定は実施形態１と同様であるので、共通の部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００４１】
実施形態１および実施形態２が非有効光を主にバンドア４で遮光するものであったのに対し、本実施形態は非有効光を有効光と同様に利用するものである。
【００４２】
具体的には、図６に示すように非レンズ面３２が光軸Ａに対してなす角を従来例と実施形態１との中間程度としている。望ましくは、照射対象Ｓとフレネルレンズ３の裏面との距離をＬ（ｍ）、非レンズ面３２とレンズ面３１との境界のうちランプ１に近い側におけるフレネルレンズ３の厚みをＴ（ｍ）としたときに、次式で表される値の近傍にθをとれば、図７に示すように、実線で示す有効光によって照射面Ｓに形成される照射領域Ｚの中央付近に、破線で示す非有効光を照射することができる。
【００４３】
【数１１】
2004265706.tif 000010
【００４４】
上記構成によれば、バンドア４によって調整された照射範囲の外に非有効光が照射されることを防ぐことができるから、照射ムラを低減することができる。また、非有効光を有効光と同様に利用することができるから、実施形態１および実施形態２に比べて光の利用効率が向上する。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光をフレネルレンズの光軸と交差しない方向に配光するように非レンズ面を形成したので、レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光であっても、遮光部材によって調整された照射範囲の外に照射される方向に出射した光であれば遮光部材の開口を通過できないから、照射ムラを低減することができる。
【００４６】
請求項２の発明は、請求項１の発明の実施態様項であって、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００４７】
請求項３の発明は、光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光がフレネルレンズの光軸と交差する点をフレネルレンズの表面に近付けるように非レンズ面を形成したので、レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光を光軸を挟んで反射した位置の反対側の遮光部材によって遮光しやすくなるから、照射ムラを低減することができる。
【００４８】
請求項４の発明は、請求項３の発明の実施態様項であって、請求項３の発明と同様の効果を奏する。
【００４９】
請求項５の発明は、光源と、内部に光源を収納し光源の光を外部に出射する出射口が設けられた器具本体と、表面にレンズ面と非レンズ面とが形成され裏面を光源に向けて器具本体の出射口に配設されて出射口から出射される光を集光するフレネルレンズと、フレネルレンズで集光された光が通過する開口を有し、開口の大きさを変えることでフレネルレンズにより集光された光の照射範囲を可変とする遮光部材とを備え、フレネルレンズのレンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光が、フレネルレンズのレンズ面を通って集光された光の照射範囲内に照射されるように非レンズ面を形成したので、レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光が、遮光部材によって調整された照射範囲の外に照射されることを防ぐことができるから、照射ムラを低減することができる。また、レンズ面から出射した後に非レンズ面で反射した光を非レンズ面で反射しなかった光と同様に利用することができるから、非レンズ面で反射した光を遮光部材によって遮光する場合に比べて光の利用効率が向上する。
【００５０】
請求項６の発明は、請求項５の発明の実施態様項であって、請求項５の発明と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す説明図である。
【図２】同上の要部を示す説明図である。
【図３】同上におけるフレネルレンズの一部を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態２の要部を示す説明図である。
【図５】同上を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態３の要部を示す説明図である。
【図７】同上を示す説明図である。
【図８】従来例を示す説明図である。
【図９】同上において照射範囲を狭めた状態を示す説明図である。
【図１０】同上の要部を示す説明図である。
【図１１】同上のフレネルレンズの光学的性質を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ランプ
２  器具本体
３  フレネルレンズ
４  バンドア
２１  出射口
３１  レンズ面
３２  非レンズ面
【図１】
2004265706.tif 000014
【図２】
2004265706.tif 000015
【図３】
2004265706.tif 000016
【図４】
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【図５】
2004265706.tif 000018
【図６】
2004265706.tif 000019
【図７】
2004265706.tif 000020
【図８】
2004265706.tif 000021
【図９】
2004265706.tif 000022
【図１０】
2004265706.tif 000023
【図１１】
2004265706.tif 000024