(57)【要約】【課題】  従来のハロゲン電球などを光源とする照明装置、例えば、医療用の無影灯では、光源からの熱が多く、患者は照射されている部分に不快感を感じるなどの問題点があり、また、術中にフィラメントが断線する可能性もあった。【解決手段】  本発明により、白色、若しくは、三原色の発光色を有する複数のＬＥＤランプと、前記ＬＥＤランプから光をこれらＬＥＤランプの各々に設けられ、指向性の制御、混色、明るさの均一化、照射形状の設定、の少なくとも１つ以上の機能を持つ形状に形成したライトガイド内に導入し透過させた光を対物レンズで所望の位置に集合させ、これら、ライトガイド、及び、対物レンズからの光の総合で所望の位置への結像により所望の形状の配光を形成する照明装置とすることで、発熱の低減と断線の発生を防止し、課題を解決する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色、若しくは、三原色の発光色を有する複数のＬＥＤランプと、前記ＬＥＤランプからの光をこれらＬＥＤランプの各々に設けられ、指向性の制御、混色、明るさの均一化、照射形状の設定、の少なくとも１つ以上の機能を持つ形状に形成したライトガイド内に導入し透過させた光を対物レンズで所望の位置に集合させ、これら、ライトガイド、及び、対物レンズからの光の総合で所望の位置への結像により所望の形状の配光を形成することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記対物レンズが、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記ライトガイドの形状は、前記ＬＥＤランプの指向性をを制御するために、（入射部の面積）＜（出射部の面積）であり、光の透過方向における断面傾向が略相似とされている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】
前記ライトガイドは、その全長が出射面の径、若しくは、断面が長方形である場合はその長辺の０．５倍以上の長さを有するものとしてある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５】
前記ライトガイドの入射面の形状と、この入射面に光を入射させるＬＥＤランプの発光部形状とを略同一としてある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６】
前記ライトガイドを、（入射面の面積）＜（出射面の面積）の状態とするときの条件は、入射面から出射面へ到る側面の傾斜角が２０°以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５記載の何れかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤランプが白色発光ＬＥＤランプであることを特徴とする請求項１〜請求項６何れかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の範囲に仮想的に広い範囲から発光する光を均一な明るさで照射し、対象物に影を生じさせない状態で観視するのに適する、例えば、精密作業などを行うときの照明に適する照明装置の構成に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の照明装置９０の構成としては、図７、及び、図８に示すように、複数のＬＥＤ素子９１を、例えば縦横のマトリクス状に基板９２上に整列させて取付けると共に、それぞれのＬＥＤ素子９１に対応させて、凸レンズ９３（フレネルレンズでも可）を設け、各ＬＥＤ素子９１からの光が、平行光線、若しくは、適度の拡がりを有する光線として投射されるようにする。
【０００３】
従って、前記凸レンズ９３も一枚のレンズ基板９３ａ上に全てが配置されるものとなり、前記ＬＥＤ素子９１の全てを点灯すると、上記したレンズ基板９３ａも全面が発光するものとなる。このようにすることで、それぞれのＬＥＤ素子９１からの光は、ほぼレンズ基板９３ａの発光面積を有する平行光線を照射するのもとなり、この発光面積以内では、ほぼ無影の照明が行われるものとなる。
【０００４】
なお、上記に使用するＬＥＤ素子９１は、青色発光を行うＬＥＤ素子９１を、前記ＬＥＤ素子９１からの光を受けて黄色発光する蛍光体を添加したエポキシ樹脂でモールディングを行い白色化したものでも良く、或いは、より紫外線寄りの発光を行うＬＥＤ素子９１にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）三色の蛍光体を添加した樹脂でモールディングを行ったものでも良い。更には、例えば、ブラウン管、液晶表示器のように、ＬＥＤ素子９１自体がＲ、Ｇ、Ｂの発光を行うものを組合わせ、混色により白色が得られるようにしても良い。
【特許文献１】特開２００４−２８１３５２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、上記した従来の構成の照明装置９０の場合、光源であるＬＥＤ素子９１からの光を、白熱電球のフィラメントと、回転放物面とした反射鏡とを組合せたときのように、照度が均一で、形状も所望のものに近いスポットを得ることが困難であり、得られる配光が、いわゆる切れの悪いものと成りやすく、例えば、歯科医用の無影灯として使用する場合、配光が口腔の部分のみに収まらず患者の視野にも達するものとなって眩惑を生じさせ、不快感を与えるものとなる配光的な問題点を生じるものとなる。
【０００６】
また、ＬＥＤ素子９１は構造的に反射鏡と組合わせるのが困難であり、レンズなどと組合わせたときの光量の捕捉率が低く、ＬＥＤ素子９１自体が発光している光量の全てを有効に利用することが困難であり、従って、同じ明るさの照明装置９０を得るためにも、ＬＥＤ素子９１の数が増えるなど、構成が煩雑化する問題点も生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題を解決するための手段として、白色、若しくは、三原色の発光色を有する複数のＬＥＤランプと、前記ＬＥＤランプからの光をこれらＬＥＤランプの各々に設けられ、指向性の制御、混色、明るさの均一化、照射形状の設定、の少なくとも１つ以上の機能を持つ形状に形成したライトガイド内に導入し透過させた光を対物レンズで所望の位置に集合させ、これら、ライトガイド、及び、対物レンズからの光の総合で所望の位置への結像により所望の形状の配光を形成することを特徴とする照明装置を提供することで、課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ＬＥＤランプの上面（発光面）に、ほぼ密着する状態で、断面が所望する配光特性の形状としたライトガイドを取付けると共に、このライトガイドをＬＥＤランプとレンズとの間で、レンズで投影するのに適する面積に徐変することで、レンズに入射する光の損失を少なくすると共に、前記レンズによる投影像を切れの良いものとして、所望の配光特性が得られるものとする利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。まず、図１〜図２は、照明装置１において、１つのＬＥＤランプ１２に対して、各１個のライトガイド１３と、対物レンズ１４を使用する構成について説明する。なお、本発明では、以下にも説明するように、前記ＬＥＤランプ１２とライトガイド１３との入射面１３ａとを相似とし、面積もほぼ同一とするために、ＬＥＤランプ１２としては１体のケースに複数のＬＥＤチップが封止され、総合の発光面積を略２mm×５mmとしたものが採用されている。
【実施例１】
【００１０】
図１及び図２に符号１０で示すものは、本発明に係る照明装置１の発光ユニットを示すものであり、この発光ユニット１０は、ガラスエポキシ回路基板など基板１１上に取付けが行われたＬＥＤランプ１２と、該ＬＥＤランプ１２の表面と入射面１３ａを対峙させ、反対側に射出面１３ｂが設けられたライトガイド１３と、このライトガイドの射出面１３ｂを適宜な倍率として投影する対物レンズ１４とからで構成されている。
【００１１】
なお、図１では構成を明確化するために光学的な構成についてのみ示してあるが、実際の実施に当たっては、図２に示すように、対物レンズ１４とライトガイド１３、及び、ＬＥＤランプ１２などを所定の位置に保持するための、ＬＥＤランプ１２と、ライトガイド１３とを保持するための光源ホルダ１６、この光源ホルダ１６を所定位置に取付けるベース１７、前記ベース１７と対物レンズ１４とを接続し、前記射出面１３ｂと対物レンズ１４とを所定の間隔に保つ支柱１８なども設けられている。
【００１２】
なお、本発明では、前記ＬＥＤランプ１２は原則として高効率の白色ＬＥＤを光源として考えているが、これはＲ、Ｇ、Ｂ三原色のＬＥＤランプからの光の混色でも良く、或いは、白色ＬＥＤと例えば赤色のＬＥＤランプとの混色でも良く、要は観視する物体の形状、色彩などの見え方を明確とする光の色であれば良い。
【００１３】
ここで、発明者は前記ライトガイド１３を設けてＬＥＤランプ１２からの光を一方向に向かわせ、効率良く対物レンズ１４に入射させると共に、前記ライトガイド１３の出射面１３ｂの形状を所望の配光特性の形状に類似させておき、この形状を照射面に投影することで、いわゆる切れが良く、必要な部分のみが照射される配光形状の照明装置が得られると考え、その条件を得るために、前記ライトガイド１３に対する検討を行った。
【００１４】
歯科用無影灯を想定した場合、配光パターンＨは照射面積が２２０mm×８０mmの矩形である。そして、このときには医師などの作業スペースとして前記照明装置１から照射面（患者の口腔）までの空間として約７００mmが必要とされている。よって、上記の照射面積と、ライトガイド１３の出射面１３ｂの面積との大きさの比から、前記対物レンズ１４による投影倍率を設定することができる。
【００１５】
ここで、前記ＬＥＤランプ１２に、蛍光体により白色発光を行うものを採用した場合、発明者の検討の結果によると、発光が行われた時点で光に拡散成分を多く含んでおり、図３に示すライトガイド１３の長さＬを長くすることで内部反射により光の均一性は向上し、入射面１３ａにおいて光ムラ、色ムラなどを生じていたとしても、出射面１３ｂから射出される光には光ムラ、色ムラなどを生じないものとすることができる。
【００１６】
しかしながら、前記した内面反射は平行する二辺間で行われるものとなるので、光の方向性は変わることはなく、かなり、広い範囲に拡散し、一部の光は対物レンズ１４に入射せず、すり抜けるものを生じる。即ち、対物レンズ１４の光束捕捉率が低下し、配光が暗くなると共に、配光形状も切れが悪くなる。
【００１７】
そこで、発明者は前記ライトガイド１３に対し、（入射面１３ａの面積）＜（出射面１３ｂの面積）となる形状を与えた。現実には、入射面１３ａの寸法（面積）は、２．５mm×５．９mm(１４．７mm2）であるのに対して、出射面１３ｂの寸法（面積）は、４．９mm×１２．６mm（６１．７mm2）と約４．２倍としてある。
【００１８】
このようにすることで、前記ライトガイド１３内で内面反射する光は、光の進行方向に広がる面で内面反射を行うときには、前記内面が広がっている角度の半分の角度だけ中心方向に進行方向を変えるものとなり、即ち、収束する。但し、その収束の度合いは内面反射の回数により異なるので、好ましい収束度が得られる回数の内面反射を生じる長さＬを定めることが必要となる。
【００１９】
このときに、上記の説明でも明らかなように内面反射の回数は、前記ライトガイド１３の長さＬのみにより定まるものでなく、前記入射面１３ａから出射面１３ｂに到る傾斜（拡がり）によっても影響を受けるものとなるので、双方を調整することで、最適条件が得られる傾斜、及び、長さＬを求めれば良い。
【００２０】
発明者の、試作、検討の結果では、前記ライトガイド１３の側面の傾斜角は２０°以下の範囲に設定するときが好結果が得られやすく、また、長さＬは、出射面１３ｂの径、若しくは、断面が長方形である場合はその長辺の長さＭの０．５倍以上となる長さとする範囲で組合せを設定するときが好結果を得られる可能性が高いものであった。
【００２１】
また、当然であるが、前記ライトガイド１３の入射面１３ａと、この入射面１３ａに光を入射させるＬＥＤランプ１２の発光部形状とは、例えば、入射面１３ａの形状が長方形であれば、ＬＥＤランプ１２の形状も長方形であるときが、ＬＥＤランプ１２からのからの光が効率良くライトガイド１３に取り込めるものとなり、光の利用効率が向上する。
【００２２】
図４は、上記説明のようにして構成した照明装置１の全体構成の例であり、ここでは、発光ユニット１０は８個が使用され、照明装置１は歯科医用の無影灯として使用される時の例で示してある。なお、実際には、発光ユニット１０を保持するためのケース２、或いは、図示は省略するが照明装置１の照射方向を自在に調整するジョイントなどが設けられている。
【００２３】
そして、この実施形態における照明装置１では、各発光ユニット１０からの光は、全てが所定の配光パターンＨの全面に光を配布するようにされているが、これは、それぞれの発光ユニット１０がほぼ平行光線を発し、総合として配光パターンＨを形成する方式としても良いものである。
【００２４】
以上のようにして、構成した照明装置１の測定結果を示すとＬＥＤランプ１２（発光面積１０mm2）光束を約１２０lm（４．５Ｗ）、照射面積を２２０mm×８０mm程度とした場合、６個の発光ユニット１０の組合わせ（消費電力２７Ｗ）で、５５Ｗのハロゲンランプを光源とした無影灯と同等の照度が得られ約５０％の省電力が可能であることが明らかとなった。（図４は８個の発光ユニット１０を使用した例が示してある）。
【００２５】
よって、本願発明によれば、効率の良い発光ユニット１０の必要数で所望の明るさの照明装置１が構成できるので、全体的に小型軽量化が可能となり、また、フィラメントのように直接に大量の赤外線を放出する光源を使用しないので、赤外線透過型反射鏡など患者側に達する赤外線を減量させる装置も不要であり、構成も単純化する。
【００２６】
更には、本発明ではライトガイド１３の出射面１３ｂに形成された形状が、前記対物レンズ１４で投影され、配光形状が形成されるものであるので、前記出射面１３ｂの形状を変化させることで、例えば、円形、楕円系など自在なるので、照明装置１としては、配光形状に対して自由度が高いものが得られる。
【００２７】
図５に示すものは、本発明に係る照明装置１の別の実施形態であり、前の実施形態では、それぞれのライトガイド１３に対応して対物レンズ１４を設けるものであったが、この第二実施形態では複数のライトガイド１３に対して１個の対物レンズを組合わせたものである。
【実施例２】
【００２８】
この第二実施形態においては、図５、図６にも示すようにライトガイド１３Ａは、シリンドリカル対物レンズ１５の円筒中心軸Ｚに沿いの複数が１列に整列された形状とされている。このように構成することで、前記円筒中心軸Ｚを水平に設置したときの配光特性の形成は、前記ライトガイド１３Ａ側で左右方向の拡がりを設定すれば良く、シリンドリカル対物レンズ１５で上下方向の拡がりを設定すれば良く、正面から見た形状を前の実施形態以上に薄型化、小型化した照明装置１の形成が可能となる。
【００２９】
図６は、平面図であり、前の実施形態では、各発光ユニット１０からの光が配光パターンＨで重なるように、それぞれの発光ユニット１０を、左右方向と上下方向とに微調整する必要があったが、この別の実施形態では、ライトガイド１３Ａを中心に向けるのみで良く、例えば、ライトガイド１３Ａを取付ければそれぞれが自動的に必要な方向を向くように機構的に設計することも可能であり、製造コストの低減も期待できるものとなる。
【００３０】
なお、この第二実施形態における照明装置では、発光ユニット１０を８個使用することで、５５Ｗのハロゲンランプを光源とした無影灯と同等の照度が得られ、このときの消費電力は３６Ｗであり、依然としてハロゲンランプよりも省電力であり、また、発熱も少なく、患者などに対する不快感も少なくできる。
【００３１】
なお、この第二実施形態においては、図６にも示したようにライトガイド１３Ａの出射面１３ｂの長辺側を円弧状とすることで、左右方向の照射幅を狭めると共に、明暗の差、いわゆる、配光の切れも向上させることができる。また、前記円筒中心軸Ｚと直交方向は、上述のようにシリンドリカル対物レンズ１５側で制御するので、同一板厚であっても良く形成も簡易である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
上記の説明は主として歯科医用の無影灯の例で説明したが、ＬＥＤを光源として所定の配光特性を形成する灯具としての用途であれば、如何なる灯具であっても適用できる。尚、このときに灯具からの光線は可視光であっても、赤外線など不可視光であって応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る照明装置の実施形態を要部で示す説明図である。（実施例１）
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】ライトガイドの形状の例を示す説明図である。
【図４】第一実施形態の動作状態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る照明装置の別の実施形態を要部で示す説明図である。（実施例２）
【図６】別の実施形態の平面図である。
【図７】従来例を示す正面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…照明装置
２…ケース
１０…発光ユニット
１１…基板
１２…ＬＥＤランプ
１３、１３Ａ…ライトガイド
１３ａ…入射面
１３ｂ…出射面
１４…対物レンズ
１５…シリンドリカル対物レンズ
１６…光源ホルダ
１７…ベース
１８…支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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