(57)【要約】【課題】本発明の目的は、複数の発光ダイオード等の固体発光素子を使用したときに生じやすい均斉度の悪化を緩和できるスポットライトを提供すること。【解決手段】所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子２と、複数個の固体発光素子２の光ビームが通過する所定位置にアパーチャ３ａが形成されているアパーチャ部３と、複数の固体発光素子２とアパーチャ部３との間に配設され、入射した固体発光素子２の光ビームの配光を変化させるように構成されている可動式の光学レンズ６と、アパーチャ３ａを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズ７とを備えている。【選択図】  図２
2007294370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子と；
複数個の固体発光素子の光ビームが通過する所定位置にアパーチャが形成されているアパーチャ部と；
複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設され、入射した固体発光素子の光ビームの配光を変化させるように構成されている可動式の光学レンズと；
アパーチャを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズと；
を備えていることを特徴とするスポットライト。
【請求項２】
所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子と；
複数個の固体発光素子の光ビームが通過する所定位置にアパーチャが形成されているアパーチャ部と；
複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設され、光ビームの光路方向に移動可能に構成され、入射した固体発光素子の光ビームの配光を変化させる可動式の光学レンズと；
光学レンズを光路方向の所定範囲で連続的に往復移動させる駆動部と；
アパーチャを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズと；
を備えていることを特徴とするスポットライト。
【請求項３】
所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子と；
複数個の固体発光素子の光ビームが通過する所定位置にアパーチャが形成されているアパーチャ部と；
複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設され、光ビームの光路と交差する方向に偏移可能に構成され、入射した固体発光素子の光ビームの配光を変化させる可動式の光学レンズと；
光学レンズを所定範囲で連続的に偏移させる駆動部と；
アパーチャを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズと；
を備えていることを特徴とするスポットライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いたスポットライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、劇場やテレビスタジオ等の照明用に使用されるスポットライトの光源には、ハロゲン電球や放電ランプが使用されている。これは、光源の発光部分がレンズに対して十分小さく、レンズが光源の光を充分に取り込むことができ効率よく照射できるからである。  しかしながら、特にハロゲン電球を用いたスポットライトでは、フィラメントをできるだけ高温に熱して光を発生させるので、可視光だけでなく多くの熱線を放射する。
【０００３】
したがって、光源を収納する筐体には熱に耐える金属板が使用され、またレンズも耐熱性のガラスが使用されるので、スポットライトが重くなりスポットライトの移動に労力を要している。
【０００４】
そこで、近年のＬＥＤ等の固体発光素子の高光度化に伴い、また省電力化や低発熱の要望もありスポットライトの光源としてＬＥＤが注目されている。
【０００５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、従来のハロゲン電球等に比べて、放射する全光束が相対的に大きくないため、その放射光ビームを狭角にさせて、その狭範囲の中央領域で必要な照度を確保することが多い。
【０００６】
そのため、多数のＬＥＤを光源として配置し、各ＬＥＤの照射ビームを一点に集光させて仮想の単一点光源ユニットを構成させ、この光源ユニットとレンズとの位置関係を可変にして被照射面の照度及び照度分布を変化させるようにしたものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このように、狭角の放射光ビームのものを複数個使用すると、それら固体発光素子の各々の照射領域の境界域や個々の固体発光素子の発光特性のばらつきに起因して、照度のばらつき（明暗差）が発生し易く、均斉度を良好にすることは困難であった。
【０００８】
また、狭角の放射光ビームである固体発光素子を複数使用して、照射領域を広げようとしたとき、それらの光ビームが通過する箇所に、光拡散板を介挿して、照度のばらつきの緩和を図ることができるが、光拡散板は一般的に光透過率が低いため、全体照度の低下を招くことになる。
【０００９】
さらには、拡散板の光拡散特性は一般的に可変させることが困難であるため、それを透過した拡散光の配光を任意に変化させることはできない。
【特許文献１】特開２００１−３０７５０２号公報（図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、複数の発光ダイオード等の固体発光素子を使用したときに生じやすい均斉度の悪化を緩和できるスポットライト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】
【００１１】
請求項１記載の本発明によるスポットライトは、所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子と、複数個の固体発光素子の光ビームが通過する所定位置にアパーチャが形成されているアパーチャ部と、複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設され、入射した固体発光素子の光ビームの配光を変化させるように構成されている可動式の光学レンズと、アパーチャを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズと、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明及び後述の各発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は以下による。
【００１３】
固体発光素子とは、発光ダイオードで代表される半導体発光素子の他、例えばレーザーダイオードや電界発光のエレクトロミネッセンス素子等の固体発光デバイスを適用することができる。
【００１４】
複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設されている可動式の光学レンズは、球面レンズやフレネルレンズ他の平坦状レンズを利用できるもので、例えば固体発光素子の光ビームに沿う方向に可動して焦点を変化させることにより、それら光ビームの配光を変化するように作用する。
【００１５】
投光レンズは、アパーチャを通過した光ビームを集光し外部に照射させるものであり、上記光学レンズと同様に、球面レンズやフレネルレンズ他の平坦状レンズを利用することができる。また、１個または２個以上のレンズを利用した２群構成のレンズを利用して構成させても良い。
【００１６】
本発明によれば、複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設されている可動式の光学レンズを、例えば固体発光素子の光ビームに沿う方向に可動させて、その焦点を変化させると、それに応じて固体発光素子の光ビームの配光が変化する。
【００１７】
したがって、光ビームを広げるように作用させれば、アパーチャを通過する光ビームの明暗差の勾配が緩やかになり、結果として光の均斉度を向上させることができる。
【００１８】
請求項２記載の本発明によるスポットライトは、所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子と、複数個の固体発光素子の光ビームが通過する所定位置にアパーチャが形成されているアパーチャ部と、複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設され、光ビームの光路方向に移動可能に構成され、入射した固体発光素子の光ビームの配光を変化させる可動式の光学レンズと、光学レンズを光路方向の所定範囲で連続的に往復移動させる駆動部と、アパーチャを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズと、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設されている可動式の光学レンズは、駆動部に作用されることによって、光ビームの光路方向に所定の範囲で連続的に往復移動する。したがって、光ビームの広がりが光学レンズの往復移動に伴って変化することになり、被照射面での光ビームの明暗の各領域が固定されずに移動することになる。その結果、アパーチャを通過する光ビームの明暗差が分散化され、結果として光の均斉度を向上させることができる。
【００２０】
また、明暗領域の移動が人間の視感として認識できない程度の５０Ｈｚに対応した周期以上で光学レンズを往復移動させれば、明暗差に起因した光のちらつき感も軽減できるため、一層好適となる。
【００２１】
請求項３記載の本発明によるスポットライトは、所定方向に光ビームを放射するように配設されている複数個の固体発光素子と、複数個の固体発光素子の光ビームが通過する所定位置にアパーチャが形成されているアパーチャ部と、複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設され、光ビームの光路と交差する方向に偏移可能に構成されると共に、入射した固体発光素子の光ビームの配光を変化させる可動式の光学レンズと、光学レンズを所定範囲で連続的に偏移させる駆動部と、アパーチャを通過した光ビームを集光し、外部に照射させるように構成されている投光レンズを備えていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、可動式の光学レンズは、駆動部に作用されることによって、光ビームの光路と交差する方向に所定の範囲で連続的に偏移する。したがって、光ビームの広がりが光学レンズの連続的な偏移に伴って変化することになり、被照射面での光ビームの明暗の各領域が固定されずに変化することになる。その結果、アパーチャを通過する光ビームの明暗差が分散化され、結果として光の均斉度を向上させることができる。
【００２３】
なお、前述の発明と同様に明暗領域の移動が人間の視感として認識できない程度の５０Ｈｚに対応した周期以上で光学レンズを連続的に偏移させれば、明暗差に起因した光のちらつき感も軽減できるため、一層好適となる。
【発明の効果】
【００２４】
各発明によれば、複数の固体発光素子とアパーチャ部との間に配設されている光学レンズにより、光ビームの配光が可変できるため、拡散板を使用したものと相対的に比較して光透過損失を軽減しながら、均斉度の悪化を緩和することができる。
【００２５】
また、光学レンズの可動量を変えることにより、光ビームの配光を任意に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本請求項１記載の発明の実施の形態に係わるスポットライトの概略構成図、図２はその内部構造を示す概念図である。スポットライト本体１は例えば金属製の箱体で形成され、内部から光漏洩が生じない程度に密閉されている。
【００２７】
そのスポットライト本体１の内部に収容される複数個の固体発光素子、例えば発光ダイオード２は、表面に絶縁処理がなされた金属板に各々の光ビームが後述のアパーチャ３ａに向くように平面的に並置されている。ここで、これら複数の発光ダイオード２は、３Ｗ級のパワーＬＥＤが用いられ、例えば、赤系、緑系、及び青系の異色光を発し、これらが混色されて白色光となるようにしている。なお、この実施例のように、異色の光ビームを発光する発光ダイオード２に代えて、例えば白色の単一光を発光するものを複数使用しても良い。
【００２８】
さらには、異色光を発する複数の発光ダイオード２を用いたとき、これらに供給する電力を適宜調整するようにして混光すれば、任意の光色の照射光が得られるため好ましい。
【００２９】
中央に円形のアパーチャが形成されたアパーチャ部３は、例えば黒色塗装された金属板からなり、発光ダイオード２の光ビームがそのアパーチャ３ａを通過するように、スポットライト本体１内に固定されている。
【００３０】
このアパーチャ部３と、複数の発光ダイオード２との間には、スポットライト本体１を貫通したハンドル４の操作に応じて回動する歯車軸５と噛み合うことにより、スポットライト本体１内で、前後に可動する光学的な凸レンズ６が配置されている。
【００３１】
ハンドル４の操作により、この光学レンズ６が移動してその焦点位置が変わると、このレンズ６を透過する発光ダイオード２の光ビームの屈折が変化するため、それに伴ってアパーチャ３ａに向かう光の配光が変わる。例えば、光学レンズ６が発光ダイオード２に近づくように移動させれば、光ビームの角度が大きくなり、光学レンズ６を透過した光の中心とその周縁の明暗差は少なくなる。他方、光学レンズ６が発光ダイオード２から離れるように移動させれば、光ビームの角度変化は小さく、光学レンズ６を透過した光の中心の照度は高く維持される。
【００３２】
このように、光学レンズ６により配光が補正された後、アパーチャ３ａを通過した光ビームは、アパーチャ３を挟んで反対側に設置されている投光レンズに７より、さらに集光等されて外部に照射される。ここで、この投光レンズ７も、前述の光学レンズ６と同様に、球面レンズ、平坦状レンズやフレネルレンズ等の既存のものが使用され、また、例えば多群構成の光学レンズを用いてエリプソイダル型のスポットライトを構成しても良い。  
【００３３】
また、投光レンズ７もまた、スポットライト本体１を貫通した第２のハンドル（図示しない）の操作に応じて回動する歯車軸と噛み合うことにより、スポットライト本体１内で、前後に可動するように構成されている。
【００３４】
この投光レンズ７を移動させてフォーカスさせることにより、被照射面での照射面積を連続変化させ、また光量を連続変化させる。
【００３５】
また、投光レンズ７側のスポットライト本体にはバンドア８が設けられており、このバンドア８の開閉角度を調節することにより、スポットライトの照射光の一部を所望に応じて遮光してその照射範囲を調節できるようにしている。
【００３６】
以上説明した実施の形態によれば、複数の発光ダイオード２とアパーチャ３ａとの間に配置されている可動型の光学レンズ６により、発光ダイオード２の配光が変化するため、拡散板を使用して配光を変化させるものに比較して、光透過損失を増大させることなく、均斉度の悪化を緩和することがでる。また、光学レンズ６の可動量を変えることにより、光ビームの配光を任意に調整することができるという効果を奏する。
【００３７】
次に、本請求項２記載の発明に係るスポットライトの概念図を図４に示す。この実施例は、前述の実施例に対して、歯車軸５を回動させるために例えばステッピングモータ等の駆動部９を追加したもので、ステッピングモータ９が正逆に回転することにより、光学的な凸レンズ６がステッピングモータ９の回転量に応じた微小の所定範囲で光ビームの光路に沿う方向で連続的に往復移動するように構成している。
【００３８】
したがって、ステッピングモータ９を適宜作動させれば、光ビームの広がりが光学レンズ６の往復移動に伴って変化することになり、被照射面での光ビームの明暗の各領域が固定されずに移動することになる。その結果、アパーチャを通過する光ビームの明暗差が分散化され、結果として光の均斉度の悪化を緩和させることができる。
【００３９】
なお、本実施例においては、明暗領域の移動が人間の視感として認識できないようにするため、光学レンズ６の往復の周期は、１００Ｈｚ以上に対応した時間隔としているが、所望により、その周期や移動速度は適宜定めても良い。
【００４０】
次に、本請求項３記載の発明に係るスポットライトの概念図を図５に示す。この実施例は、前述の実施例に対して、光学レンズ６の移動方向を光ビームの光路と交差する方向に偏移するように構成したものである。
【００４１】
具体的には、ステッピングモータ９に連結された回転軸１０には、楕円形状のリール体１１が取着されている。また、光学レンズ６の下端は、リール体の回転により、上下方向（図中矢印Ｖの方向）に押し上げ又は降下する当接板１２に連結されている。したがって、ステッピングモータ９が作動すると、リール体１１の外周面が楕円回転し、それに応じて光学レンズ６が光路と交差する方向に連続的に偏移する。
【００４２】
したがって、光ビームの広がりが光学レンズ６の偏移に伴って変化することになり、被照射面での光ビームの明暗の各領域が固定されずに移動することになる。その結果、アパーチャを通過する光ビームの明暗差が分散化され、結果として光の均斉度の悪化を緩和させることができる。
【００４３】
なお、この実施例においても、明暗領域の移動が人間の視感として認識できないようにするため、ステッピングモータ９の回転周波数は、１００Ｈｚ以上とすることが好ましい。
【００４４】
また、前述の実施例のように、光ビームの光路に沿う方向に往復移動させる機構と本実施例によるものとを適宜組み合わせて、上下左右に光学レンズ６を移動又は偏移させるようにすることもでき、さらには、種々の機構により、光学レンズ６を移動等させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わるスポットライトの概略構成図
【図２】同上のスポットライトの内部を示す概念図。
【図３】同上のスポットライトの正面概略図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わるスポットライトの概略構成図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係わるスポットライトの概略構成図。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・スポットライト本体、  ２・・・発光ダイオード、
３・・・アパーチャ部、        ３ａ・・・アパーチャ、
４・・・ハンドル、            ５・・・歯車軸、
６・・・光学レンズ、          ７・・・投光レンズ、
８・・・バンドア、            ９・・・ステッピングモータ（駆動部）、
１０・・回転軸、              １１・・リール体、
１２・・当接板
【図１】
2007294370.tif 000003
【図２】
2007294370.tif 000004
【図３】
2007294370.tif 000005
【図４】
2007294370.tif 000006
【図５】
2007294370.tif 000007