(57)【要約】【課題】  高出力且つ均斉度の高い照明光を照射することができる照明装置を提供する。【解決手段】  ＨＩＤランプ１２からの出射光をリフレクタ１１で反射させ、所定の指向性を持たせた状態でコリメーションレンズ２３に入射させる。これにより、ＨＩＤランプ１２のように発光部１２ａを点光源として扱うことが困難な場合にも、コリメーションレンズ２３で高い平行度の平行光を生成することが可能となる。そして、このような平行光をフライアイレンズ２４，２５に入射させることにより、高出力且つ均斉度の高い照明光を得ることができる。【選択図】  図２
2007149551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源バルブと、
前記光源バルブから出射する光を反射凹面で反射して設定方向に指向させるリフレクタと、
前記リフレクタで反射された光を入射して平行光に変換するコリメーションレンズと、
マトリクス状に配列する複数のレンズ部を有し、前記コリメーションレンズで平行光に変換された光を前記各レンズ部で入射して互いに重畳する位置に出射するフライアイレンズとを具備したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記リフレクタは、前記光源バルブの発光部が第１焦点に配置され、前記発光部から出射される光を前記反射凹面で反射して第２焦点に集光させる楕円リフレクタであって、
前記第２焦点と一致する位置にピンホールが開口する遮光板を前記リフレクタに対向配置し、
前記ピンホールを通過した光を前記コリメーションレンズで入射して平行光に変換することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記コリメーションレンズと前記フライアイレンズとの間に介装され、前記フライアイレンズの各レンズ部に入射する光を制限する遮光手段を具備したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
前記遮光手段は、前記各レンズ部に対する遮光部の形状を可変表示する透過型の液晶パネルであることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
【請求項５】
前記フライアイレンズを、光軸上で互いに対向する第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズとで分割して構成し、
前記第１のフライアイレンズと前記第２のフライアイレンズとの相対距離を可変に調整するレンズ移動手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の照射領域を均一照度で照射する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明装置としては、例えば、特許文献１に開示されているように、光源から出射された光を、コリメーションレンズを用いて平行光に変換してフライアイレンズの各セルレンズ（レンズ部）に入射させ、各セルレンズから出射する光を互いに重畳させることにより、特定の照射領域を均一照度で照射する技術が知られている。
【０００３】
ところで、この種の技術において、均斉度の高い照明光を形成するには、コリメーションレンズによって高い平行度の平行光を生成することが重要となる。従って、この種の技術は、特に、発光部を十分に小さな点光源として扱うことが可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置に好適に適用される。
【特許文献１】特開２００５−１９０９５４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤを用いた照明装置は、一般に、ＨＩＤランプ（High Intensity Discharge Lamp）等の光源バルブを用いたものよりも光量の面で不利となるため、その用途がある程度限られたものとなる。
【０００５】
その一方で、高出力なＨＩＤランプ等の光源バルブを用いた場合、発光部を点光源として扱うことが困難な場合が多く、上述の特許文献１の技術では、十分に均斉度の高い照明光を得ることが困難となる虞がある。
【０００６】
本発明は、高出力且つ均斉度の高い照明光を照射することができる照明装置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】
【０００７】
本発明は、光源バルブと、前記光源バルブから出射する光を反射凹面で反射して設定方向に指向させるリフレクタと、前記リフレクタで反射された光を入射して平行光に変換するコリメーションレンズと、マトリクス状に配列する複数のレンズ部を有し、前記コリメーションレンズで平行光に変換された光を前記各レンズ部で入射して互いに重畳する位置に出射するフライアイレンズとを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の照明装置によれば、高出力且つ均斉度の高い照明光を照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は本発明の第１の実施形態に係わり、図１は照明装置の分解斜視図、図２は照明装置の要部断面図、図３（ａ）は照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｂ）は照明光の照度分布を示す図表である。
【００１０】
図１，２において符号１は、照明装置を示す。本実施形態において、この照明装置１は、比較的高出力な照明光を出射可能な照明装置であり、例えば、店舗等の照明に好適に用いられるものである。この照明装置１は、例えば、高出力な光源バルブである高輝度放電ランプ(High Intensity Discharge Lamp；以下、ＨＩＤランプと称す）１２を光源とする光源ユニット１０と、この光源ユニット１０に冠設するレンズ光学系ユニット２０とを有する。
【００１１】
光源ユニット１０は、リフレクタ１１を有する。本実施形態において、リフレクタ１１は反射凹面１１ａが回転楕円の一部形状をなす楕円リフレクタであり、このため、リフレクタ１１は、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２とからなる２つの焦点を光軸上に有する。また、リフレクタ１１は、反射凹面１１ａの基部にバルブ挿通孔１１ｂを有する。このバルブ挿通孔１１ｂにはＨＩＤランプ１２が挿入され、ＨＩＤランプ１２は、その発光部１２ａが第１焦点Ｆ１に位置決めされた状態でリフレクタ１１に保持される。これにより、ＨＩＤランプ１２の発光部１２ａから出射されて反射凹面１１ａで反射された光は、第２焦点Ｆ２に集光される。
【００１２】
レンズ光学系ユニット２０は、レンズ筐体２１と、このレンズ筐体２１に収容保持される遮光板２２、コリメーションレンズ２３、及び、一対のフライアイレンズ（第１，第２のフライアイレンズ２４，２５）を有する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態において、レンズ筐体２１は、略角筒形状をなし、その光軸方向の一端に入射口３０が開口している。また、レンズ筐体２１の光軸方向の他端には、入射口３０に対向する位置に、照明光の出射口３１が開口している。そして、図２に示すように、レンズ筐体２１が光源ユニット１０に冠設した際に、レンズ筐体２１には入射口３０を通じて反射凹面１１ａが臨まされ、レンズ筐体２１内の光軸上にリフレクタ１１の第２焦点Ｆ２が位置する。
【００１４】
また、レンズ筐体２１は、一側に開口するレンズ挿入口３３を有し、このレンズ挿入口３３に隣接する各側壁の内面に、入射口３０側から順に、互いに対向する遮光板保持溝３５、コリメーションレンズ保持溝３６、第１のフライアイレンズ保持溝３７、及び、第２のフライアイレンズ保持溝３８を有する。
【００１５】
遮光板２２は、例えば、遮光板保持溝３５に挿入保持される平面略矩形形状の平板部材で構成されている。ここで遮光板保持溝３５は、第２焦点Ｆ２のレンズ筐体２１内での位置に対応して設定される。これにより、遮光板２２は、第２焦点Ｆ２と一致する光軸上の位置でリフレクタ１１に対向配置され、光軸に垂直な遮光面をレンズ筐体２１内に形成する。さらに、遮光板２２には、第２焦点Ｆ２と一致する位置にピンホール２２ａが開口されている。これにより、遮光板２２は、第２焦点Ｆ２に集光された光のみを出射口３１側に通過させ、それ以外の光を遮光する。
【００１６】
コリメーションレンズ２３は、例えば、コリメーションレンズ保持溝３７に挿入保持される平面略矩形形状のレンズ基板２３ａの出射側に、レンズ部２３ｂが一体形成されたレンズ部材である。そして、コリメーションレンズ２３は、ピンホール２２ａを通過した光を入射し、レンズ部２３ｂで略平行光に変換して出射する。
【００１７】
第１のフライアイレンズ２４は、例えば、第１のフライアイレンズ保持溝３７に挿入保持される平面略矩形形状のレンズ基板２４ａ上に、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた複数（例えば、５×５個）のレンズ部２４ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。
【００１８】
同様に、第２のフライアイレンズ２５は、例えば、第２のフライアイレンズ保持溝３８に挿入保持される平面略矩形形状のレンズ基板２５ａ上に、下方に突出する入射面と上方に突出する出射面とを備えた複数（例えば、５×５個）のレンズ部２５ｂがマトリクス状に一体形成されたレンズ部材である。
【００１９】
ここで、図２に示すように、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の各レンズ部２４ａ，２５ａは、各々が１対１に対応付けて正対されている。また、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の光軸方向の相対距離は、レンズ部２４ａの入射面で入射した平行光が対応するレンズ部２５ｂの出射面上で集光される距離に設定されている。そして、各レンズ部２５ｂの出射面で集光された光が互いに重畳する位置に出射されることにより、特定の照射領域Ａ（図３参照）を均一照度で照射する光束が形成される。
【００２０】
なお、図中符号４０は側板であり、この側板４０は、遮光板２２、コリメーションレンズ２３、及び、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５をレンズ筐体２１内に収容後にレンズ挿入口３３を閉塞する。
【００２１】
このような実施形態によれば、ＨＩＤランプ１２からの出射光をリフレクタ１１で反射させ、所定の指向性を持たせた状態でコリメーションレンズ２３に入射させることにより、ＨＩＤランプ１２のように発光部１２ａを点光源として扱うことが困難な場合にも、コリメーションレンズ２３で高い平行度の平行光を生成することが可能となる。そして、このような平行光をフライアイレンズ２４，２５に入射させることにより、高出力且つ均斉度の高い照明光を得ることができる。
【００２２】
この場合、特に、リフレクタ１１を楕円リフレクタで構成し、楕円リフレクタに設定される第１焦点Ｆ１にＨＩＤランプ１２の発光部１２ａを配置して反射光を第２焦点Ｆ２に集光させるとともに、第２焦点と一致する位置にピンホール２２ａが開口する遮光板２２を配置することにより、不要な光がコリメーションレンズ２３に入射することを的確に防止することができ、さらに高い平行度の平行光を生成することが可能となる。そして、このように平行度の高い平行光をフライアイレンズ２４，２５に入射させることにより、図３に示すように、所望の照射領域Ａを高い均斉度で照射することができる。
【００２３】
また、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の組み合わせによって均一照度の光束を形成することにより、各フライアイレンズの厚さを薄型化することができ、照明装置１の軽量化を図ることができる。
【００２４】
次に、図４乃至図９は本発明の第２の実施形態に係わり、図４は照明装置の分解斜視図、図５は照明装置の要部断面図、図６は遮光マスクの平面図、図７（ａ）は照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｂ）は照明光の照度分布を示す図表、図８は照明装置の変形例を示す分解斜視図、図９は照明装置の変形例を示す要部断面図である。なお、本実施形態では、コリメーションレンズ２３と第１のフライアイレンズ２４との間に各レンズ部２４ａに入射する光を制限する遮光手段を介装した点が上述の第１の実施形態と異なる。その他、同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図４，５に示すように、本実施形態の照明装置１において、レンズ筐体２１には、コリメーションレンズ保持溝３６と第１のフライアイレンズ保持溝３７との間に、遮光マスク保持溝４５が設けられ、この遮光マスク保持溝４５に、遮光手段としての遮光マスク４６が保持されている。
【００２６】
遮光マスク４６は、例えば、遮光マスク保持溝４５に挿入保持される平面略矩形形状の光透過性基板４６ａと、この光透過性基板４６ａに形成される遮光部（遮光膜）４６ｂとを有する。遮光マスク４６は第１のフライアイレンズ２４の入射面に近接して対向しており、遮光部４６ｂには、第１のフライアイレンズ２４の各レンズ部２４ｂにそれぞれ対応する位置に、光透過部４６ｃが開口している。すなわち、遮光部４６ｂは光透過性基板４６ａ上に光透過部４６ｃを画成することで、コリメーションレンズ２３から第１のフライアイレンズ２４の各レンズ部２４ａに入射する光を制限する。
【００２７】
本実施形態において、各光透過部４６ｃは、例えば、図６に示すように、矢印模様に開口されており、従って、照明装置１は、矢印模様の照射領域Ａ’を均一照度で照射する（図７参照）。
【００２８】
このような実施形態によれば、遮光マスク４６を用いて各レンズ部２４ａへの光の入射を制限し、照射像によって模様を形成することにより、例えば、店頭等において照明装置１を使用する場合の機能性を向上することができるという効果を奏する。
【００２９】
ここで、コリメーションレンズ２３と第１のフライアイレンズ２４との間に介装される遮光手段としては、上述の遮光マスク４６に代えて、例えば、図８，９に示すように、光透過型の液晶パネル４８を用いることも可能である。
【００３０】
この場合、レンズ筐体２１には、コリメーション保持溝３６と第１のフライアイレンズ保持溝３７との間に、遮光マスク保持溝４５に代えて液晶パネル保持溝４７が設けられる。
【００３１】
そして、液晶パネル保持溝４７に液晶パネル４８を挿入保持し、任意の形状の遮光部を各レンズ部２４ｂに対応付けて表示部４８ａに可変表示させることにより、照明装置１の更なる機能性の向上を実現できる。
【００３２】
なお、上述の第１，第２の実施形態においては、照明装置１の軽量化を図るため、薄型に形成した第１，第２のフライアイレンズ２４，２５によりフライアイレンズを分割して構成しているが、これらのフライアイレンズ２４，２５を単一のフライアイレンズに置換することも可能である。この場合、フライアイレンズは、入射した平行光を自身の出射面上で集光させるよう各レンズ部の光学特性が設定されていることが望ましい。
【００３３】
次に、図１０乃至図１３は本発明の第３の実施形態に係わり、図１０は照明装置の要部断面図、図１１（ａ）は第１，第２のフライアイレンズが合焦距離にあるときの説明図であり（ｂ）はその照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｃ）は照明光の照度分布を示す図表、図１２（ａ）は第１，第２のフライアイレンズが合焦距離よりも近接しているときの説明図であり（ｂ）はその照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｃ）は照明光の照度分布を示す図表、図１３（ａ）は第１，第２のフライアイレンズが合焦距離よりも離間しているときの説明図であり（ｂ）はその照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｃ）は照明光の照度分布を示す図表である。なお、本実施形態では、上述の第１の実施形態に対し、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の相対距離を可変に調整するレンズ移動手段を設けた点が異なる。その他、同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図１０に示すように、本実施形態において、レンズ筐体２１には、第２のフライアイレンズ保持溝３８に代えて、レンズ基板２５ａの板厚よりも光軸方向に十分に長尺な溝部からなり、第２のフライアイレンズ２５が光軸方向に移動可能に遊挿されるガイド溝１３８が形成されている。
【００３５】
また、レンズ筐体２１の適所には、ガイド溝１３８内を光軸方向に貫通する複数のガイドバー１５０が設けられている。さらに、レンズ筐体２１には、雄ネジ部１５１ａをガイド溝１３８内に露呈するネジ機構１５１が設けられている。このネジ機構１５１において、雄ネジ部１５１ａは、例えば、レンズ筐体２１の前端面に配設されたローレット１５１ｂに連結されており、このローレット１５１と一体的に回動されるようになっている。
【００３６】
一方、フライアイレンズ２５のレンズ基板２５ａ適所には、各ガイドバー１５０が貫通する孔部２５ｃが穿設されているとともに、ネジ機構１５１の雄ネジ部１５１ａが螺合するネジ孔２５ｄが穿設されている。
【００３７】
そして、これらの構成により、本実施形態では、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の相対距離を可変に調整するレンズ移動手段としての機能が実現される。すなわち、本実施形態において、ローレット１５１ｂの回動に連動して雄ネジ部１５１ａが回動すると、雄ネジ部１５１ａ上でのネジ孔２５ｄの噛合位置が変化することにより、第２のフライアイレンズ２５が第１のフライアイレンズ２４に対して光軸方向に相対移動する。その際、レンズ基板２５ａの要所にガイドバー１５０が貫通されていることにより、第１のフライアイレンズ２４に対する第２のフライアイレンズ２５の平行状態が維持される。
【００３８】
ここで、２枚のフライアイレンズ２４，２５の適切な相対距離は、各レンズ部２４ｂ，２５ｂの設計値及びコリメーションレンズ２３で形成される略平行光の広がり角等によって決定される。この場合の適正な距離とは、例えば、図１１（ａ）に示すように、各レンズ部２４ｂの入射面から入射した光を各レンズ部２５ｂの出射面上で集光させる合焦距離ｄ０である。そして、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、この距離ｄ０において、照射パターンＡ（ｄ０）の均斉度が最も高くなる。なお、本実施形態において、合焦距離ｄ０は、例えば、１４．５ｍｍである。
【００３９】
その一方で、仮に、均斉度や照度をそれほど重要視しないアプリケーションに使用する場合、合焦距離ｄ０を基準として、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の相対距離を適宜変更することが可能である。この場合、合焦距離ｄ０よりも近づけると照射範囲が広がり、遠ざけると照射範囲が狭まる。但し、一般に、フライアイレンズ２４，２５を近づけすぎた場合、照度の均斉度は低下し、また、照射パターンの４辺が除々に湾曲していく。逆に、フライアイレンズ２４，２５を遠ざけすぎた場合、対応するレンズ部２４ｂ，２５ｂ間で光線の伝達が十分に行われず、光漏れがおこり照射パターンの品位が低下する。
【００４０】
なお、図１２は、フライアイレンズ２４，２５間の距離が合焦距離ｄ０よりも近接した距離ｄ１（例えば、ｄ１＝８．５ｍｍ）に設定された場合の照射パターンＡ（ｄ１）を示し、図１３は、フライアイレンズ２４，２５間の距離が合焦距離ｄ０よりも離間した距離ｄ２（例えば、ｄ２＝１７．５ｍｍ）に設定された場合の照射パターンＡ（ｄ２）を示す。
【００４１】
このような実施形態によれば、使用目的に応じて許容される範囲内で、フライアイレンズ２４，２５の相対距離を可変に設定することにより、照明装置１の機能性を向上することができるという効果を奏する。
【００４２】
なお、本実施形態においては、第１のフライアイレンズ２４に対して第２のフライアイレンズ２５を相対移動させる構成一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２のフライアイレンズ２５に対して第１のフライアイレンズ２４を相対移動させてもよいことは勿論である。また、レンズ移動手段の構成は上述のものに限定されないことは勿論である。
【００４３】
ここで、上述の各実施形態において、コリメーションレンズ２３及び各フライアイレンズ２４，２５の各表面に、例えば、タンタル（Ｔａ）膜とシリカ（Ｓｉ）膜とを交互に積層することにより反射防止膜を形成することも可能である。このように構成すれば、各レンズの表面反射による光量のロスを的確に抑制することができる。
【００４４】
なお、上述の各実施形態においては、リフレクタ１１を楕円リフレクタで構成する一例について説明したが、この楕円リフレクタに代えて、反射凹面が回転放物線形状をなす放物線リフレクタを用い、ＨＩＤランプ１２からの出射光を光軸に対して略平行に指向させてコリメーションレンズ２３に入射させることも可能である。この場合、リフレクタによる反射光は集光されないので、遮光板２２の構成は省略される。
【００４５】
また、上述の各実施形態においては、第１，第２のフライアイレンズ２４，２５の各レンズ部２４ａ，２５ａを何れも両凸レンズで構成しているが、例えば、第１のフライアイレンズ２４の各レンズ部２４ａを入射面側のみにレンズ曲面が形成された片凸のレンズ部で構成し、第２のフライアイレンズ２５の各レンズ部２５ｂを出射面側のみにレンズ曲面が形成された片凸のレンズ部で構成することも可能である。
【００４６】
また、本発明に適用可能な光源バルブは、ＨＩＤランプに限定されないことは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、照明装置の分解斜視図
【図２】同上、照明装置の要部断面図
【図３】同上、（ａ）は照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｂ）は照明光の照度分布を示す図表
【図４】本発明の第２の実施形態に係わり、照明装置の分解斜視図
【図５】同上、照明装置の要部断面図
【図６】同上、遮光マスクの平面図
【図７】同上、（ａ）は照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｂ）は照明光の照度分布を示す図表
【図８】同上、照明装置の変形例を示す分解斜視図
【図９】同上、照明装置の変形例を示す要部断面図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係わり、照明装置の要部断面図
【図１１】（ａ）は第１，第２のフライアイレンズが合焦距離にあるときの説明図であり（ｂ）はその照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｃ）は照明光の照度分布を示す図表
【図１２】（ａ）は第１，第２のフライアイレンズが合焦距離よりも近接しているときの説明図であり（ｂ）はその照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｃ）は照明光の照度分布を示す図表
【図１３】（ａ）は第１，第２のフライアイレンズが合焦距離よりも離間しているときの説明図であり（ｂ）はその照明光の配光パターンを示す等高線図であり（ｃ）は照明光の照度分布を示す図表
【符号の説明】
【００４８】
１…照明装置、１０…光源ユニット、１１…リフレクタ、１１ａ…反射凹面、１２…高輝度放電ランプ（光源バルブ）、１２ａ…発光部、２０…レンズ光学系ユニット、２２…遮光板、２２ａ…ピンホール、２３…コリメーションレンズ、２４…第１のフライアイレンズ（フライアイレンズ）、２４ｂ…レンズ部、２５…第２のフライアイレンズ（フライアイレンズ）、２５ｂ…レンズ部、２５ｃ…孔部（レンズ移動手段）、２５ｄ…ネジ孔（レンズ移動手段）４６…遮光マスク（遮光手段）、４８…液晶パネル（遮光手段）、４８ａ…表示部、Ｆ１…第１焦点、Ｆ２…第２焦点、１３８…ガイド溝（レンズ移動手段）、１５１…ネジ機構（レンズ移動手段）
【図１】
2007149551.tif 000003
【図２】
2007149551.tif 000004
【図３】
2007149551.tif 000005
【図４】
2007149551.tif 000006
【図５】
2007149551.tif 000007
【図６】
2007149551.tif 000008
【図７】
2007149551.tif 000009
【図８】
2007149551.tif 000010
【図９】
2007149551.tif 000011
【図１０】
2007149551.tif 000012
【図１１】
2007149551.tif 000013
【図１２】
2007149551.tif 000014
【図１３】
2007149551.tif 000015