(57)【要約】【課題】複数の点状光源を用いれば、増やした点状光源の数に応じた照度を得ることができだけでなく、簡単な操作で照射目標との距離を変更できる多光源多光軸投光システムを提供する。【解決手段】複数の投光手段を、中心軸１の周囲に設ける。各投光手段は、中心軸と平行な第１の光軸を有する第１の凸レンズ手段３と、第１の凸レンズ手段３の片側に配置される光源手段２０と、第１の凸レンズ手段３の残る片側に配置される第２の凸レンズ手段４とを備えた構成とする。第２の凸レンズ手段４が有する第２の光軸４１は、第１の光軸３１と平行で、かつ、第１の光軸３１よりも中心軸１側に配置することにより、光源手段２０からの光を、第１及び第２の凸レンズ手段３、４で中心軸１側に偏るように屈折させる。【選択図】図１
2007095681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の投光手段を、中心軸の周囲に設けてなる多光源多光軸投光システムであって、
前記各投光手段は、
前記中心軸と平行な第１の光軸を有する第１の凸レンズ手段と、
前記第１の凸レンズ手段の片側に配置される光源手段と、
前記第１の凸レンズ手段の残る片側に配置される第２の凸レンズ手段と、
を有し、
前記第２の凸レンズ手段が有する第２の光軸は、前記第１の光軸と平行で、かつ、前記第１の光軸よりも前記中心軸側に配置することにより、前記光源手段からの光を、前記第１及び第２の凸レンズ手段で前記中心軸側に偏るように屈折させたことを特徴とする多光源多光軸投光システム。
【請求項２】
前記各投光手段は、次式を満足することを特徴とする請求項１に記載の多光源多光軸投光システム。
【数１】
2007095681.tif 000008
2007095681.tif 000009
ａ：光源手段と第１の凸レンズ手段の中心との距離
ｆ１：第１の凸レンズ手段が有する第１の焦点距離
ｄｚ：第１の凸レンズ手段の中心と第２の凸レンズ手段の中心との距離
ｆ２：第２の凸レンズ手段が有する第２の焦点距離
【請求項３】
前記光源手段は、前記第１の光軸上に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の多光源多光軸投光システム。
【請求項４】
前記光源手段は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の多光源多光軸投光システム。
【請求項５】
前記第１の凸レンズ手段及び前記第２の凸レンズ手段は、複数のレンズからなるレンズ組でそれぞれ構成したことを特徴とする請求項４に記載の多光源多光軸投光システム。
【請求項６】
前記第１の凸レンズ手段は、さらに前記発光ダイオードを前記第１の光軸の前方から少なくともその周りまで覆う半球形レンズを備えたことを特徴とする請求項５に記載の多光源多光軸投光システム。
【請求項７】
前記第１の光軸と前記第２の光軸の距離は、１〜６ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の多光源多光軸投光システム。
【請求項８】
前記第１の凸レンズ手段と前記第２の凸レンズ手段の間に絞りを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の多光源多光軸投光システム。
【請求項９】
前記各投光手段は、前記中心軸を中心とする線対称の位置に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の多光源多光軸投光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多光源多光軸投光システムに関し、詳しくは、多数の光源からの光をそれぞれ違う光軸を有する複数のレンズ手段を用いて集光するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発光ダイオード等の点状光源では、光を特定方向へ投光する場合、例えば、懐中電灯で採用される放物面状に形成された反射面が設けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図５に示すビームライトが開示されている。このビームライトでは、光制御要素５２の略中心に凹部５３が形成され、そこには点状光源５１が配設されている。点状光源５１から前方側に放射される前方光は、凸レンズ５４で屈曲し、平行光となる。また、点状光源５１から側面側に放射される側部光は、外周に設けた反射面５５で反射して前方へと向かう。したがって、点状光源５１から放射される光はほぼ同一方向に投光される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６３９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の構成では、前方光を平行光となるように屈折させるため、点状光源５１を凸レンズ５４の焦点位置に配置する必要がある。また、側面光を平行光になるように反射させるため、点状光源５１を反射面５５の焦点／中心位置に配置する必要がある。つまり、凸レンズ５４と反射面５５の焦点位置を合致させ、その位置に点状光源を配置しなければ、十分な効果を得ることができない。
【０００６】
点状光源５１だけで十分な明るさを得られない場合、さらに別の光源を追加することも考えられるが、新たに追加する点状光源を前記焦点位置に配置することはできないため、コストに見合う効果は期待できない。
【０００７】
また、複数のビームライトを用意し、同一方向に照射させるとしても、照射面で単位面積当たりに得られる照度は同じである。
【０００８】
さらに、複数のビームライトの照射方向を調整し、同一照射面に重複させて照射させれば、単位面積当たりの照度を、ビームライトの数だけ増やすことはできるものの、照射面とビームライトの距離、各ビームライトの配設位置、角度等を細かく調整する必要があり、調整作業が煩雑である。
【０００９】
このように、前記従来の装置や考え得る変形例では、点状光源から照射される光を平行光とすることはできるが、複数の点状光源を用いて明るさを向上させる場合、コストがかかり、調整作業が面倒である等の問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、複数の点状光源を用いれば、増やした点状光源の数に応じた照度を得ることができだけでなく、簡単な操作で照射目標との距離を変更できる多光源多光軸投光システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
複数の投光手段を、中心軸の周囲に設けてなる多光源多光軸投光システムであって、
前記各投光手段は、
前記中心軸と平行な第１の光軸を有する第１の凸レンズ手段と、
前記第１の凸レンズ手段の片側に配置される光源手段と、
前記第１の凸レンズ手段の残る片側に配置される第２の凸レンズ手段と、
を有し、
前記第２の凸レンズ手段が有する第２の光軸は、前記第１の光軸と平行で、かつ、前記第１の光軸よりも前記中心軸側に配置することにより、前記光源手段からの光を、前記第１及び第２の凸レンズ手段で前記中心軸側に偏るように屈折させたものである。
【００１２】
前記各投光手段は、次式を満足するように構成すればよい。
【００１３】
【数１】
2007095681.tif 000003
2007095681.tif 000004
ａ：光源手段と第１の凸レンズ手段の中心との距離
ｆ１：第１の凸レンズ手段が有する第１の焦点距離
ｄｚ：第１の凸レンズ手段の中心と第２の凸レンズ手段の中心との距離
ｆ２：第２の凸レンズ手段が有する第２の焦点距離
【００１４】
前記各投光手段において、前記光源手段は前記第１の光軸上に配置するのが好ましい。
【００１５】
前記光源手段には、発光ダイオードを使用することができる。
【００１６】
前記第１の凸レンズ手段及び前記第２の凸レンズ手段は、複数のレンズからなるレンズ組でそれぞれ構成するのが好ましい。
【００１７】
前記第１の凸レンズ手段は、さらに前記発光ダイオードを前記第１の光軸の前方から少なくともその周りまで覆う半球形レンズを備えているのが好ましい。
【００１８】
前記第１の光軸と前記第２の光軸の距離は、１〜６ｍｍであるのが好ましい。
【００１９】
前記第１の凸レンズ手段と前記第２の凸レンズ手段の間には絞りを設けるのが好ましい。
【００２０】
前記各投光手段は、前記中心軸を中心とする線対称の位置に設けるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光源手段からの光を、第１、第２の凸レンズ手段によって中心軸側に集光できるので、投光手段の数に応じて倍加された照度を得ることが可能となる。
【００２２】
また、第１、第２の凸レンズ手段による光の屈折角度は、第１、第２の凸レンズ手段及び光源手段の位置関係により決まる。このため、同様の構成を有する投光手段を中心軸の周囲に設け、その位置関係をまとめて調整できるようにすれば、各光源から出力された光の集光位置と光源の距離を簡単に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図４を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、多光源多光軸投光システムの概略図を示す。この多光源多光軸投光システムでは、中心軸１を挟んで両側に光源手段２０、第１の凸レンズ手段３、及び、第２の凸レンズ手段４からなる投光手段がそれぞれ配置されている。但し、本発明では、投光手段から出力される光を同一目標に照射させて照度を倍加することを目的としているので、投光手段は２以上設置しないと意味はないが、その設置数の上限については特に制限はない。また、各投光手段は、中心軸１を中心として線対称に配置するのが好ましい。
【００２５】
図１では、２つの投光手段が中心軸１を中心として線対称になるように配置されている。このため、以下の説明では、図中、上方側に位置する投光手段の構成のみについて言及する。
【００２６】
投光手段は、光源手段２０、第１の凸レンズ手段３、絞り６、及び、第２の凸レンズ手段４を、図１中、左側から右側へと順に配置したもので、光源手段２０から発せられた光は、第１、第２の凸レンズ手段３、４を透過し、第２の凸レンズ手段４の右側へ投光されるようになっている。
【００２７】
光源手段２０は、点状光源であれば特に制限はない。但し、発光ダイオードを光源とし、第１の凸レンズ手段３が有する第１の光軸３１上に配置するのが好ましい。また、発光ダイオードは、半球形レンズ３２により前方側を覆われている。半球形レンズ３２は、通常、発光ダイオードモジュールの一部を構成するが、本発明では発光ダイオードから発せられた光を集光する第１の凸レンズ手段３の一部を構成する。
【００２８】
第１の凸レンズ手段３は、図１中、左側から右側へと順に配置した、半球形レンズ３２と、２つの凸レンズ３３、３４とにより構成される。半球形レンズ３２は、発光ダイオードを第１の光軸３１の前方側を覆うように形成されている。また、第２の凸レンズ手段４は、図１中、左側から右側へと順に配置した２つの凸レンズ３２、３３により構成される。第１、第２の凸レンズ手段３、４の各レンズの寸法や形状、構成などについては特に制限はなく、それぞれ単一の凸レンズで構成してもよいし、図示されるような複数のレンズからなるレンズ組で構成してもよい。以下の説明では、第１、第２の凸レンズ手段３、４をそれぞれ単一の光軸、中心、焦点距離を有する一体物として考え、その細かい構成は希望する寸法や焦点距離に応じて公知技術に従って自由に設計変更可能である。
【００２９】
絞り６は、第１の凸レンズ手段３から第２の凸レンズ手段４へと進む光の径（範囲）を調整するために設けられている。
【００３０】
光源手段２０から出力される光を中心軸側に屈折させると共にシステム全体を小型化するため、光源手段２０と、第１、第２の凸レンズ手段３、４とは、図２に示すように配置する。
【００３１】
すなわち、第１、第２の凸レンズ手段３、４は、それぞれの光軸である第１と第２の光軸３１、４１が中心軸１と平行となり、第２の光軸４１が第１の光軸３１よりも中心軸１側に接近するように配置する。さらに、以下の（数３）を満足するように配置する。なお、以下の説明では、２つの光軸３１、４１の間隔をｄｙとする。この場合、ｄｙは１〜６ｍｍに設定するのが好ましい。
【００３２】
【数２】
2007095681.tif 000005
ａ：光源手段と第１の凸レンズ手段の中心との距離
ｆ１：第１の凸レンズ手段が有する第１の焦点距離
ｄｚ：第１の凸レンズ手段の中心と第２の凸レンズ手段の中心との距離
ｆ２：第２の凸レンズ手段が有する第２の焦点距離
【００３３】
（数３）の（１）式は、光源手段２０と第１の凸レンズ手段３の中心との距離ａを、第１の凸レンズ手段３が有する第１の焦点距離をｆ１より短く設定することを意味する。したがって、第１の凸レンズ手段３の右側に配置される第２の凸レンズ手段４にとって、光源手段２０はその元の位置より左、つまり、第１の凸レンズ手段３によって生成された光源手段２０の正立虚像２１の位置に配置されることと同等となる。
【００３４】
また、図１では、正立虚像２１と第１の凸レンズ手段３の距離をｂで表わすが、結像公式によれば、通常正立虚像２１と第１の凸レンズ手段３の距離は（数４）で算出される。
【００３５】
【数３】
2007095681.tif 000006
ところで、（数４）は、（数３）の（１）式が前提となる。このため、（数４）の値がマイナスであれば、像は虚像であることを意味する。但し、ｂは距離であるため、マイナスになることはありえないので、マイナスを乗算することにより、（数５）としている。
【００３６】
【数４】
2007095681.tif 000007
【００３７】
第１の凸レンズ手段３は、第２の凸レンズ手段４の作用に影響を与えることなく、光源手段２０と第２の凸レンズ手段４の距離を削減することにより、本発明のシステム全体を小型化する。
【００３８】
また、前記（数３）の（２）式は、ｆ2＜ｂ+ｄｚ＜2ｆ2を等価である。つまり、正立虚像２１と第２の凸レンズ手段４の中心との距離ｂ+ｄｚは、第２の凸レンズ手段４の焦点距離ｆ2より長く、ｆ2の２倍よりも短く設定されていることを意味する。ｂ+ｄｚをｆ2より長く設定することにより、第２の凸レンズ手段４の右側に正立虚像２１の倒立実像２２、及び、この正立虚像２１と第２の凸レンズ手段４の距離ｄｙの倒立実像２３が形成される。そして、ｂ+ｄｚをｆ2の二倍より短く設定することにより、形成される倒立実像２２、２３を、正立虚像２１及びｄｙよりも拡大することができる。したがって、正立虚像２１の実像２２と第２の光軸４１の間には、拡大されたｄｙの実像２３が介在しているため、正立虚像２１の実像２２は第２の光軸４１から遠く下方に離れて中心軸１の近傍に形成されるので、光源手段２０から出力された光は中心軸側へと斜めに偏るように屈折される。
【００３９】
図３に示すように、中心軸１を挟んで上下両側に設けた２つの投光手段が同時に作動し、ライトバルブに投光する際、光の進行方向及び照射範囲を見ると、上側の投光手段が光を下方に屈折させ、下側の投光手段が光を上方に屈折させるため、両方の光は中心軸で集光し、集光部分に２倍の照度を得ることができる。
【００４０】
図４に示すように、第２の凸レンズ手段４を右側に移動し、ｄｚを増大させると、正立虚像２１と第２の凸レンズ手段４の距離ｂ+ｄｚも増大されるので、実像２２、２３の位置と第２の凸レンズ手段４の距離が減少する。つまり、光源手段２０から出力された光の中心軸側への傾斜度合いが増大することになる。このとき、両方の光は同様に中心軸１に集光するが、図４の集光位置と、図３の集光位置とを比較すれば、光源手段２０に対し、図４の集光位置が、図３の集光位置よりも近くになる。
【００４１】
これは、第１、第２の凸レンズ手段３、４の距離ｄｚを調整すれば、各投光手段から出力された光が集光する位置と、光源手段２０の距離とを自由に変更できることを意味する。そして、図１に示すように、中心軸を挟んで上下に位置する各投光手段の第２の凸レンズ手段４を一体的に形成し、ｄｚを自由に調整可能とすれば、各光源手段から出力された光の屈折角度を、照射したい目標地点の遠近に応じて調整し、集中照射することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る多光源多光軸投光システムは、自転車用前照灯、懐中電灯、スポットライト、ダウンライト、プロジェクター等の光源手段として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の多光源多光軸投光システムを示す略示図。
【図２】本発明の原理を示す説明図。
【図３】本発明の多光源多光軸投光システムがライトバルブへ投光するときの照射状態を示す図。
【図４】本発明の多光源多光軸投光システムがライトバルブへ投光するときの照射状態を示す図。
【図５】従来の点状光源用ビームライト装置を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１…中心軸
２０…光源手段
２１…正立虚像
２２…光源の倒立実像
２３…ｄｙの倒立実像
３…第１の凸レンズ手段
３１…第１の光軸
３２…半球形レンズ
３３、３４…凸レンズ
４…第２の凸レンズ手段
４１…第２の光軸
４２、４３…凸レンズ
５…ライトバルブ
６…絞り
【図１】
2007095681.tif 000010
【図２】
2007095681.tif 000011
【図３】
2007095681.tif 000012
【図４】
2007095681.tif 000013
【図５】
2007095681.tif 000014