(57)【要約】【課題】低消費電力の複数光源からの光を均一に集光し、照射対象と光源の距離を一定とした状態で照射範囲を変化させ短形型の光束を照射可能な投光器とする。【解決手段】低消費電力の複数光源からの光をレンズによってそれぞれの単一光源ごとに集光し焦点以後で光源に比して大きく拡散した光をレンズによって再び集光することで均一な光源を得、それを再びレンズ系を用いて希望の範囲を照射する光束にすることによる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定された前方範囲に対して，多数の点光源から放出された光をレンズ系あるいは反射鏡を含むレンズ系によって集光し、均一な円形あるいは矩形光とする光学系の構成方法。
【請求項２】
多数の点光源を同一平面に円形あるいは矩形状に規則正しく配列し、点光源の照射方向に、凸状の向きをお互いに直角方向に配置した２枚の円筒レンズと２枚のレンズとを配列し、均一な円形あるいは矩形光とする光学系の構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、多数の点光源を利用して、円形や矩形状の均一な光を形成する投光器の光学系の構成方法に関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】  現在使用されている投光器は大部分がフィラメントを有する強力な単一光源の発する光を後方に配した回転楕円体様の反射鏡と全面の単一の凸レンズによって集光するものである。したがって、大型の対象物用の投光器は大型かつ消費する電力が非常に多くなることは避けられない。しかも、投光範囲は円形となり、矩形対象物の場合対象物後方への漏れ光による光害の原因ともなっている。しかしながら、大電力の現状の光源では発熱の影響と光学系が調整できないと言う問題から照射範囲を調整するためには設置位置を移動させるという方法のみが用いられている。【０００３】  そこで，本発明は，上記した事情に鑑み、低消費電力の複数光源からの光を均一に集光し、照射対象と光源の距離を一定とした状態で照射範囲を変化させ、また矩形の光を照射する投光器を製作することを課題とし，その光学系設計方法を提供することを目的とする．
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は上記課題を考慮してなされたもので，低消費電力の複数光源からの光をレンズによってそれぞれの単一光源ごとに集光し焦点以後で光源に比して大きく拡散した光をレンズによって再び集光することで均一な光源を得、それを再びレンズ系を用いて希望の範囲を照射する米束にすることにより，上記課題を解消するものである．【０００５】  本発明にあっては，あらかじめ想定した照射範囲を得られる投光器の設計が行えるようになる。そして、この投光器において最終段のレンズあるいは反射鏡の光学系の位置を調整することで、照射位置が変化しても照射範囲が調整可能な投光器を製作することが出来る。この投光器が設置されると，これまでの一組の反射鏡とレンズの組み合わせでは困難であった照射位置を固定した上で照射範囲が可変となる。さらに、小電力の複数光源を集合させ投光することで、消費電力と発熱を大幅に低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  次に本発明を図１に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する．
これまでのように点光源を使用した投光器によって矩形物体へ照射された光は、たとえ投光器出口に矩形の板を設置したとしても光の屈折により四辺外周部に余分な漏れ光が生じ、光害の発生と電力の無駄が生じることになる。【０００７】  図１には多点光源を用いた矩形型投光器の原理図を示す。矩形型投光器は、整然と等間隔で配列された多数の点光源１、Ａ円筒レンズ２、Ｂ円筒レンズ３、Ｃレンズ４、Ｄレンズ５を、それぞれ中心軸を合わせてこの順に配列し、光源とレンズ間、レンズ間の隣り合う距離がＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、順に配置される。この図では、多数の点光源１から放出された光がそれぞれの半値角度で広がる場合の光線最外縁の様子を示している。ここで、点光源１は、図１の左端に上下方向に分散して配列されている。なお、図中斜線部がそれぞれの点光源１からの光の広がりを示している。また、この図では矩形型投光器の機構の理解を容易にするため、点光源１から距離Ｓ１離れたＡ円筒レンズ２の位置では２列分の光源のうち、その一部分のみを取り出して示している。その後の光の広がりは全部の光源によるものを示している。【０００８】  さて、点光源１の集合光源から照射された光はそれぞれの光源毎にＡ円筒レンズ２で上下方向を制限されると共に左右方向はレンズ巾の部分に当たった光が集光される。次に左右方向が制限されたこの光束は、Ｓ２の距離で近接して９０度方向を変えて設置された今ひとつのＢ円筒レンズ３に達する。このＢ円筒レンズ３において、光束の左右方向はＡ円筒レンズ２でなされた光の変化が継続したままの状態で通過し、光束の上下方向はレンズの高さで制限されて切り取られて集光される。これによって、上下方向も端部が平行な光束となり、最終的に矩形型光束を得る。しかし、この光線をＢ円筒レンズ３後方の焦点位置に照射対象を置いて観察すると、それぞれの光源の中央が最高照度となった光の点が重なり合った状況となり、均一な照明は得られない。【０００９】  そこで、多数の点光源１の最上部及び最下部の点光源からの光がＢ円筒レンズ３を通過し、焦点を結んだ後拡大する範囲で隣接する光源が重なり合い、ほぼ均一な照度となった領域で別のＣレンズ４を用いて集光すれば、照度にむらのない単色光源を得ることが出来る。実施例では極力集光時の光量損失を少なくするためＣレンズ４をＢ円筒レンズ３にＳ３の距離で近接して設置させる方法を採った。この位置での光線はＡ円筒レンズ２およびＢ円筒レンズ３の円筒レンズ系によって矩形であるので、Ｂ円筒レンズ３を出た光も矩形を保って変化する。次いで、Ｃレンズ４を出た光は平行光よりやや広がりを持った光線としてＳ４の距離で近接した位置の別なＤレンズ５に達すると、このＤレンズ５の前後移動によって所定の照射位置での寸法に合致した矩形光線を照射することが出来るようになる。なお、光源が同心円状に分散して配置されている場合に関しては、Ｃレンズ４の位置で同様に均一に光束が重畳するような位置を選択すればよく、以後の光学系は同一である。また、Ｃレンズ４で完全な平行光線を得るようにレンズの焦点距離を選択した場合、Ｄレンズ５を凹レンズとすれば同様の操作が可能である。【００１０】  実際にこの方法を用いて設計した光学系の���を表１に示す．これは，一般的な焦点距離を有するレンズ系を用いた場合の例である。Ａ円筒レンズ２及びＢ円筒レンズ３に焦点距離ｆ＝３００ｍｍ、サイズ６０ｍｍ×５０ｍｍの物を、Ｃレンズ４及びＤレンズ５に焦点距離ｆ＝１５０ｍｍ、直径１５０ｍｍサイズのものを使用している。この場合のＤレンズ５からの照射角度は７．３度、Ｓ５＝４５０ｍｍの場合のスクリーン上での光のサイズはＷ１９５ｍｍ×Ｈ１６５ｍｍとなる。【００１１】  通常の範囲の焦点距離を持つレンズ系では、光学系がやや大きくなることは避けられない。この場合、光学系から漏れる光量（円筒内の場合であれば反射率の低い管壁での損失）による損失が問題となる。【００１２】  したがって、左端の点光源１からＤレンズ５の領域間での距離Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４を極力短くし、損失を低減するためには、各レンズに通常に比して短焦点のものを使用し全長を短くする事が必要である。例えば、各焦点距離が前記の１／２となれば全長をほぼ１／２とすることが出来ることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】多点光源を用いた矩形型投光器の原理図
【符号の説明】
【００１４】１：点光源
２：Ａ円筒レンズ
３：Ｂ円筒レンズ
４：Ｃレンズ
５：Ｄレンズ
６：スクリーン
Ｓ１：点光源とＡ円筒レンズとの距離
Ｓ２：Ａ円筒レンズとＢ円筒レンズとの距離
Ｓ３：Ｂ円筒レンズとＣレンズとの距離
Ｓ４：Ｃレンズ点光源とＤレンズとの距離
Ｓ５：Ｄレンズとスクリーンとの距離
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【図１】
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