ＬＥＤ照明装置
【課題】 所定の照射範囲外への漏光を防止することができるとともに、所定の照射範囲を均一な照度で照明することができるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ２６と、ＬＥＤ２６から発する光を反射させるための反射筒６と、反射筒６の前方に設けられた結像レンズ８と、反射筒６と結像レンズ８との間に設けられ、制限開口部４０を有するアパーチャ１０と、を備える。反射筒６の内面には反射面３２が形成され、反射面３２は、反射筒６の入射側開口部２８から射出側開口部３０に向けて拡開して延びており、反射筒６の入射側開口部２８は、ＬＥＤ２６の周囲を覆うように配設されている。ＬＥＤ２６からの直接光及び反射筒６による反射光の光束は、アパーチャ１０の制限開口部４０によって制限され、この制限された光束は、結像レンズ８によって照射面４２に結像される。
【解決手段】 ＬＥＤ２６と、ＬＥＤ２６から発する光を反射させるための反射筒６と、反射筒６の前方に設けられた結像レンズ８と、反射筒６と結像レンズ８との間に設けられ、制限開口部４０を有するアパーチャ１０と、を備える。反射筒６の内面には反射面３２が形成され、反射面３２は、反射筒６の入射側開口部２８から射出側開口部３０に向けて拡開して延びており、反射筒６の入射側開口部２８は、ＬＥＤ２６の周囲を覆うように配設されている。ＬＥＤ２６からの直接光及び反射筒６による反射光の光束は、アパーチャ１０の制限開口部４０によって制限され、この制限された光束は、結像レンズ８によって照射面４２に結像される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを光源とし、所定の照射範囲を照明するためのＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＬＥＤを光源とし、所定の照射範囲を照明するためのＬＥＤ照明装置が実用に供されている。このようなＬＥＤ照明装置としては、例えば読書灯や医療用照明装置、画像処理検査用照明装置等が知られている。
【０００３】
読書灯は、ＬＥＤと、ＬＥＤの後方に配設され、ＬＥＤから発する光を反射させるための反射鏡と、ＬＥＤの前方に配設され、ＬＥＤから発する直接光及び反射鏡による反射光を集光するための集光板と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。このような読書灯は、例えば旅客機内や鉄道車両内等に設置される。ＬＥＤから発する直接光及び反射鏡による反射光が集光板により集光され、この集光された光によって、使用者の手元にある書籍や新聞紙等が照明される。
【０００４】
また、医療用照明装置は、ＬＥＤと、ＬＥＤの後方に配設され、ＬＥＤから発する光を反射させるための反射鏡と、ＬＥＤの前方に配設された遮蔽板と、を備えている（例えば、特許文献２参照）。このような医療用照明装置は、例えば病院の診察台や歯科医院の歯科用診療台等の近傍に設置される。ＬＥＤから発する光が反射鏡にて反射され、この反射光が前方に向けて照射されることにより、診察台や歯科用診療台等に横たわる患者の患部が照明される。
【０００５】
更に、画像処理検査用照明装置は、線状光源と、線状光源から発する光を反射するシリンドリカル状の凹面状反射面を有する反射鏡と、を備えている（例えば、特許文献３参照）。線状光源は、間隔を置いて直線状に並べた複数のＬＥＤから構成されている。また、線状光源の長手方向に直交する断面において、反射鏡の凹面状反射面は、線状光源を一方の焦点、照射点を他方の焦点とする楕円の一部で構成されている。これにより、線状光源から発する光は反射鏡の凹面状反射面にて反射され、この反射光によってワークが線状に照明される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０２７５２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０８４１７８号公報
【特許文献３】特開２００２−９３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来のＬＥＤ照明装置では、次のような問題がある。第１に、所定の照射範囲とその周囲との境界が明確でなく、ＬＥＤから発する光は、本来照明すべき所定の照射範囲のみでなく、その周囲をも照明してしまうという問題がある。このため、例えば読書灯においては、使用者の周囲の人に漏光して周囲の人が眩惑するおそれがあり、また医療用照明装置においては、診察台や歯科用診療台等に横たわる患者の目に漏光して、患者が眩惑するおそれがある。
【０００８】
第２に、所定の照射範囲における照度分布は均一でなく、所定の照射領域の中央部がピークとなる正弦波状の照度分布を有しているため、所定の照射領域の周辺部における照度が低下してしまうという問題がある。このため、画像処理検査用照明装置においては、ＣＣＤカメラにより所定の照射領域を撮像した際に、最適な撮像データを得ることができない。また、ＣＣＤカメラによる撮像後に、所定の照射領域の周辺部における明るさをアップさせるように撮像データを補正処理する方法も考えられるが、このような方法を採用すると、検査工程が増大してしまい、効率良く検査を行うことができなくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、所定の照射範囲外への漏光を防止することができるとともに、所定の照射範囲を均一な照度で照明することができるＬＥＤ照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に記載のＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから発する光を反射させるための反射筒と、前記反射筒の前方に設けられた結像レンズと、前記反射筒と前記結像レンズとの間に設けられ、制限開口部を有するアパーチャと、を備え、
前記反射筒の内面には反射面が形成され、前記反射面は、前記反射筒の入射側開口部から射出側開口部に向けて拡開して延びており、前記反射筒の前記入射側開口部は、前記ＬＥＤの周囲を覆うように配設され、
前記ＬＥＤからの直接光及び前記反射筒による反射光の光束は、前記アパーチャの前記制限開口部によって制限され、この制限された光束は、前記結像レンズによって照射面に結像されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ照明装置では、前記アパーチャと前記結像レンズとの間には、フィールドレンズが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ照明装置では、前記ＬＥＤと前記アパーチャとの間には、拡散板が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載のＬＥＤ照明装置では、前記ＬＥＤは矩形状に構成され、これに対応して、前記反射筒の横断面は矩形状に構成され、前記反射筒の前記反射面は、所定方向に相互に対向する一対の第１反射面と、前記所定方向に対して直交する方向に相互に対向する一対の第２反射面と、を有しており、
前記一対の第１反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの相互に対向する二辺に対応して配設され、また前記一対の第２反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの残りの二辺に対応して配設されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載のＬＥＤ照明装置では、前記アパーチャに関連して、前記アパーチャの前記制限開口部の大きさを可変するための開口可変機構が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤから発する光のうち光軸を含む狭配光の光は、アパーチャの制限開口部に直接入射し、また、ＬＥＤから発する光のうち外側に向かう広配光の光は、反射筒の反射面で反射された後にアパーチャの制限開口部に入射する。反射筒の反射面は、反射筒の入射側開口部から射出側開口部に向けて拡開して延びているので、ＬＥＤから発する広配光の光は、反射面によって狭配光の光に変換されて、反射筒の射出側開口部より射出され、アパーチャの制限開口部にはこの狭配光に変換された光が入射する。これにより、ＬＥＤから発する光は全て狭配光に変換され、アパーチャの制限開口部を通過した後に結像レンズに入射する。その結果、結像レンズに取り込まれる光量を増大させることができ、照明効率を高めることができる。また、ＬＥＤから発する直接光及び反射筒による反射光の光束は、アパーチャの制限開口部によって制限される。この制限開口部の全域においては、ＬＥＤからアパーチャの制限開口部に直接入射した直接光と、反射面で反射された後にアパーチャの制限開口部に入射した反射光とが重なり合うことにより、均一な照度分布を有するようになる。アパーチャにより光束の制限された光は結像レンズに入射し、この結像レンズによって照射面に結像される。アパーチャの配設位置と照射面の配設位置とは、結像レンズに対して結像関係（共役関係）にあり、これによりアパーチャの制限開口部の拡大像が照射面に結像される。従って、照射面においては、アパーチャの制限開口部を通過する光束と同様に、ＬＥＤからアパーチャの制限開口部に直接入射した直接光と、反射面で反射された後にアパーチャの制限開口部に入射した反射光とが照射面で再度重ね合わされるようになり、均一な照度分布を有するアパーチャの制限開口部の拡大像が照射面に結像される。これにより、所定の照射範囲における照度分布は、結像されたアパーチャの制限開口部の拡大像の大きさに対応する照射範囲を有する実質上均一な照度分布とすることができる。また、アパーチャの制限開口部の外側には全く光が漏れないため、所定の照射範囲外には漏光が発生しない。これにより、アパーチャの制限開口部の輪郭が照射面に明確に結像されるようになり、所定の照射範囲とその周囲との境界が明確なくっきりとした照明とすることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ照明装置によれば、アパーチャと結像レンズとの間にはフィールドレンズが設けられているので、アパーチャの制限開口部のうち外側付近から射出された光は、フィールドレンズによりその光軸に近付く方向に屈曲されてフィールドレンズから射出される。これにより、結像レンズの外側付近に入射される光を内側方向に寄せることができるので、結像レンズに入射する光束の範囲を狭めることができる。その結果、結像レンズの大きさを小さくすることができ、ＬＥＤ照明装置全体を小型化することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤとアパーチャとの間には拡散板が設けられているので、ＬＥＤから発した直接光及び反射筒による反射光はそれぞれ拡散板に入射し、拡散板から拡散して射出された光は、アパーチャの制限開口部によりその光束が制限される。これにより、拡散板の片面（アパーチャ側の面）が２次の面光源となり、結像レンズと照射面との間においてＬＥＤの像が結像するのが防止され、照射距離（即ち、結像レンズと照射面との間の距離）が短い場合であっても、照射面にＬＥＤの配線パターンの像が映り込むなどの照射面に対する影響を少なくすることができる。
【００１８】
また、本発明の請求項４に記載のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤ及び反射筒の横断面はそれぞれ矩形状に構成され、一対の第１反射面はそれぞれ、ＬＥＤの相互に対向する二辺に対応して配設され、また一対の第２反射面はそれぞれ、ＬＥＤの残りの二辺に対応して配設されるので、反射筒の入射側開口部をＬＥＤの周囲を覆うように配設することが容易となる。一般に、ＬＥＤを構成するチップは矩形状であるので、ＬＥＤから発する光を反射筒で反射させる場合には、反射筒の横断面を矩形状に構成することによって、反射筒の射出側開口部付近での照度の均一性が高められる。なお、複数のＬＥＤを用いることにより光量のパワーアップを図る場合には、複数のＬＥＤを矩形状に集合配置するのが好ましい。このようにして、ＬＥＤから発する光の大部分を反射筒の射出側開口部にロス無く導くことができる。
【００１９】
また、本発明の請求項５に記載のＬＥＤ照明装置によれば、アパーチャの制限開口部の大きさを可変するための開口可変機構が設けられているので、この開口可変機構によってアパーチャの制限開口部の大きさを可変することにより、照射面に結像されるアパーチャの制限開口部の拡大像の大きさが可変される。これにより、ＬＥＤ照明装置の用途等に応じて、照射面における所定の照射範囲の大きさを適宜調節することができる。また、アパーチャの制限開口部においては均一な照度分布を有しており、制限開口部の大きさを可変しても照度は変化しないため、照射面においても照射範囲の大きさにかかわらず、照度は変化しない。このようにして、照射面における所定の照射範囲の大きさを適宜調節した場合であっても照度を一定に保つことができ、利便性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ照明装置を示す断面図である。
【図２】図１の光源、反射筒及びアパーチャを分解して示す斜視図である。
【図３】図１のＬＥＤから発し反射筒で反射する光の配光角を説明するための図である。
【図４】図１のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第２の実施形態のＬＥＤ照明装置によるアパーチャの制限開口部の開口幅を大きくした状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態を示す斜視図である。
【図６】アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態での、ＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【図８】本発明の第４の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うＬＥＤ照明装置の各種実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
まず、図１〜図４を参照して、第１の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ照明装置を示す断面図であり、図２は、図１の光源、反射筒及びアパーチャを分解して示す斜視図であり、図３は、図１のＬＥＤから発し反射筒で反射する光の配光角を説明するための図であり、図４は、図１のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【００２２】
図１及び図２を参照して、本実施形態のＬＥＤ照明装置２は、光源４と、光源４から発する光を反射させるための反射筒６と、反射筒６の前方に設けられた結像レンズ８と、反射筒６と結像レンズ８との間に設けられたアパーチャ１０と、を備え、これらはケーシング１２に配設されている。
【００２３】
ケーシング１２は、光源４、反射筒６及びアパーチャ１０が配設される第１ケーシング部１４と、結像レンズ８が配設される第２ケーシング部１６と、を備えている。第１ケーシング部１４は、一端部が開口された矩形状のボックス状に形成され、その外側面にはネジ孔１８が設けられている。第２ケーシング部１６は矩形状の筒状に形成され、この第２ケーシング部１６には、光軸Ｃ方向に延びるガイド孔２０が設けられている。第２ケーシング部１６は、第１ケーシング部１４の一端部における外側面に摺動自在に装着されている。第１ケーシング部１４の他端部には、放熱フィン２１が取付用ネジ２３によって取り付けられている。
【００２４】
また、調節用ネジ２２が第２ケーシング部１６のガイド孔２０を通して第１ケーシング部１４のネジ孔１８に螺着されている。この調節用ネジ２２を締まる方向に回転させると、第２ケーシング部１６の第１ケーシング部１４に対する光軸Ｃ方向の移動が阻止され、また調節用ネジ２２を緩む方向に回転させると、第２ケーシング部１６の第１ケーシング部１４に対する光軸Ｃ方向の移動が許容される。調節用ネジ２２を緩む方向に回転させ、第２ケーシング部１６を第１ケーシング部１４に対して図１中の矢印Ｐで示す方向に移動させると、調節用ネジ２２がガイド孔２０に沿って移動し、結像レンズ８がアパーチャ１０から離隔する方向に移動される。また、調節用ネジ２２を緩む方向に回転させ、第２ケーシング部１６を第１ケーシング部１４に対して図１中の矢印Ｑで示す方向に移動させると、調節用ネジ２２がガイド孔２０に沿って移動し、結像レンズ８がアパーチャ１０に近接する方向に移動される。
【００２５】
光源４は、取付基板２４と、この取付基板２４に実装されたＬＥＤ２６と、を有している。ＬＥＤ２６は、高輝度タイプのパワーＬＥＤであり、その外形状は矩形状に形成されている。ＬＥＤ２６から発する光は、その光軸Ｃを中心に立体角状に広がった配光をなし、光軸Ｃを中心とした所定範囲の立体角（即ち、有効配光角）内にその大部分が放射される。また、取付基板２４は、第１ケーシング部１４の内側部に取り付けられている。取付基板２４、第１ケーシング部１４及び放熱フィン２１はそれぞれアルミニウムから形成され、ＬＥＤ２６の熱は、取付基板２４、第１ケーシング部１４及び放熱フィン２１を介して大気に放熱される。
【００２６】
反射筒６は、横断面が矩形状の筒状に形成され、反射筒６の一端部には入射側開口部２８が設けられ、その他端部には射出側開口部３０が設けられている。反射筒６の内面には反射面３２が形成され、この反射面３２は、所定方向に相互に対向する一対の第１反射面３４と、上記所定方向に対して直交する方向に相互に対向する一対の第２反射面３６と、を有している。第１及び第２反射面３４，３６には、金属蒸着やメッキ、研磨を施す、あるいは鏡面性が施された金属薄板やテープ等を貼付することにより、鏡面性が付与されている。これら第１及び第２反射面３４，３６は、反射筒６の入射側開口部２８から射出側開口部３０に向けて拡開して延びている。
【００２７】
反射筒６の一端部には矩形状の支持枠部３８が設けられ、この支持枠部３８にはアパーチャ１０が支持されており、アパーチャ１０は反射筒６の射出側開口部３０を覆うようにして支持されている。このアパーチャ１０には矩形状の制限開口部４０が設けられ、制限開口部４０の開口幅Ｄ１は、反射筒６の射出側開口部３０の開口幅Ｄ２以下に構成されている。なお、制限開口部４０の中心部は、光軸Ｃ上に位置付けられている。なお、アパーチャ１０の制限開口部４０の大きさ及び形状は、ＬＥＤ照明装置２の用途等に応じて適宜設定することができる。
【００２８】
また、反射筒６の他端部には取付基板２４が取り付けられている。入射側開口部２８は、ＬＥＤ２６の外形状に対応した形状を有しており、ＬＥＤ２６の周囲を覆うように配設されている。一対の第１反射面３４はそれぞれ、ＬＥＤ２６の相互に対向する二辺に対応して配設され、また一対の第２反射面３６はそれぞれ、ＬＥＤ２６の残りの二辺に対応して配設される。
【００２９】
結像レンズ８は、例えばフレネルレンズから構成され、第２ケーシング部１６の開口部に取り付けられている。
【００３０】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のＬＥＤ照明装置２による照明について説明する。ＬＥＤ２６が点灯すると、ＬＥＤ２６から発する光のうち光軸Ｃを含む狭配光の光は、アパーチャ１０の制限開口部４０に直接入射する。また、ＬＥＤ２６から発する光のうち外側に向かう広配光の光は、第１及び第２反射面３４，３６で反射された後に、アパーチャ１０の制限開口部４０に入射する。なお、反射筒６の光軸方向に延びる長さによっては、ＬＥＤ２６から発する広配光の光は第１及び第２反射面３４，３６にて複数回反射する場合もあるが、図３では二回反射する場合について図示している。上述のように、第１及び第２反射面３４，３６は、反射筒６の入射側開口部２８から射出側開口部３０に向けて拡開して延びているので、第１及び第２反射面３４，３６で反射された光の配光角θ’は、ＬＥＤ２６から発する光の配光角θよりも小さくなる（図３参照）。これにより、ＬＥＤ２６から発する広配光の光は、第１及び第２反射面３４，３６によって狭配光の光に変換されて、射出側開口部３０より射出される。
【００３１】
反射筒６の射出側開口部３０より射出された光は、アパーチャ１０の制限開口部４０によってその光束が制限される。この制限開口部４０の全域においては、ＬＥＤ２６からアパーチャ１０の制限開口部４０に直接入射した直接光と、第１及び第２反射面３４，３６で反射された後にアパーチャ１０の制限開口部４０に入射した反射光とが重なり合うことにより、均一な照度分布を有するようになる。アパーチャ１０により光束の制限された光は、結像レンズ８に入射する。結像レンズ８から射出した光束は、焦点Ｆにて一旦ＬＥＤ２６の像（図３中に一点鎖線で示す）を結像した後、照射面４２に結像される。アパーチャ１０の配設位置と照射面４２の配設位置とは、結像レンズ８に対して結像関係（共役関係）にあり、これによりアパーチャ１０の制限開口部４０の拡大像が照射面４２に結像される。なお、ＬＥＤ２６の配設位置と焦点Ｆとは、共役関係にある。
【００３２】
従って、照射面４２においては、アパーチャ１０の制限開口部４０を通過する光束と同様に、ＬＥＤ２６からアパーチャ１０の制限開口部４０に直接入射した直接光と、第１及び第２反射面３４，３６で反射された後にアパーチャ１０の制限開口部４０に入射した反射光とが照射面４２で再度重ね合わされるようになり、均一な照度分布を有するアパーチャ１０の制限開口部４０の拡大像が照射面４２に結像される（図４参照）。このようにして、照射面４２における所定の照射範囲が照明されるようになる。所定の照射範囲における照度分布は、結像されたアパーチャ１０の制限開口部４０の拡大像の大きさに対応する照射範囲Ｌを有する実質上均一な照度分布となる。
【００３３】
また、アパーチャ１０の制限開口部４０の外側には全く光が漏れないため、所定の照射範囲外には漏光が発生しない。これにより、アパーチャ１０の制限開口部４０の輪郭が照射面４２に明確に結像されるようになり、所定の照射範囲とその周囲との境界が明確なくっきりとした照明となる。
【００３４】
なお、第２ケーシング部１６を第１ケーシング部１４に対して光軸Ｃ方向に移動させることにより、結像レンズ８と照射面４２と間の照射距離ＷＤが調節され、所謂ピント調節を行うことができる。これにより、照射距離ＷＤが異なる場合であっても、このように照射距離ＷＤを適宜調節することによって、照射面４２においてアパーチャ１０の制限開口部４０のくっきりした結像を得ることができる。
【００３５】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２は種々の用途に適用することができる。ＬＥＤ照明装置２を例えば読書灯に適用した場合には、ＬＥＤ照明装置２から発する光は、使用者の手元にある書籍や新聞紙等のみを照明し、その周囲への漏光が防止される。これにより、使用者の周囲の人が眩惑するのを防止することができる。また、ＬＥＤ照明装置２を例えば医療用照明装置に適用した場合には、ＬＥＤ照明装置２から発する光は、診察台や歯科用診療台等に横たわる患者の患部のみを照明し、その周囲への漏光が防止される。これにより、患者の目に漏光して患者が眩惑するのを防止することができる。更に、ＬＥＤ照明装置２を例えば画像処理検査用照明装置に適用した場合には、照射面４２に配置したワーク（図示せず）をＣＣＤカメラにより撮像する際に、所定の照射範囲の周辺部における照度の低下を防止することがなく、良好な撮像データを得ることができる。
［第２の実施形態］
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態のＬＥＤ照明装置によるアパーチャの制限開口部の開口幅を大きくした状態を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態を示す斜視図であり、図６は、アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態での、ＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。なお、以下に示す各実施形態において、上記第１の実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２Ａでは、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさを可変するための開口可変機構４４が設けられている。アパーチャ１０Ａは、相互に移動自在に組み合わされた略Ｌ字状の一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂを有し、これら一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂの内側に矩形状の制限開口部４０Ａが形成されている。また、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂは、駆動機構（図示せず）によって、相互に離隔する方向（即ち、図５（ａ）において矢印Ｓで示す方向）又は相互に近接する方向（即ち、図５（ｂ）において矢印Ｒで示す方向）に移動される。一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂが相互に近接する方向に移動すると、図５（ｂ）に示すように、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさが小さくなり、その開口幅はＤ１’となる。また、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂが相互に離隔する方向に移動すると、図５（ａ）に示すように、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさが大きくなり、その開口幅はＤ１（＞Ｄ１’）となる。なお、開口可変機構４４は、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂ及び駆動機構によって構成される。
【００３７】
図６に示すように、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの開口幅をＤ１（図４参照）からＤ１’に小さくすると、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａを通過する光束が図４に示す状態よりも更に制限され、これに伴って照射面４２における照射範囲Ｌ’も小さくなる。このようにアパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさを可変することにより、照射面４２に結像されるアパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの拡大像の大きさが可変され、照射面４２における所定の照射範囲の大きさを調節することができる。
【００３８】
なお、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂを移動させるための駆動機構は、例えば電動モータ又は手動により駆動させることができる。また、本実施形態では、アパーチャ１０Ａを一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂから構成したが、開口可変機構４４の構成は適宜設定することができる。
［第３の実施形態］
次に、図７を参照して、第３の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【００３９】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２Ｂでは、反射筒６の支持枠部３８にはフィールドレンズ４８が支持されている。このフィールドレンズ４８は、アパーチャ１０と結像レンズ８Ｂとの間において、アパーチャ１０の制限開口部４０を覆うようにして配設されている。フィールドレンズ４８は凸レンズから構成され、フィールドレンズ４８及び結像レンズ８Ｂの各光軸は一致している。
【００４０】
このようにフィールドレンズ４８を設けることにより、アパーチャ１０の制限開口部４０のうち外側付近から射出される光は、フィールドレンズ４８によりその光軸に近付く方向に屈曲されてフィールドレンズ４８から射出される。これにより、結像レンズ８Ｂの外側付近に入射される光を内側方向に寄せることができるので、結像レンズ８Ｂに入射する光束の範囲を狭めることができる。その結果、結像レンズ８Ｂの大きさを小さくすることができ、ＬＥＤ照明装置２全体を小型化することができる。
［第４の実施形態］
次に、図８を参照して、第４の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図８は、本発明の第４の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【００４１】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２Ｃでは、反射筒６の支持枠部３８には拡散板５０が支持されている。この拡散板５０は、アパーチャ１０と反射筒６との間において、反射筒６の射出側開口部３０を覆うようにして配設されている。ＬＥＤ２６から発した直接光及び反射筒６による反射光はそれぞれ拡散板５０に入射し、拡散板５０から拡散して射出された光は、アパーチャ１０の制限開口部４０によりその光束が制限される。
【００４２】
拡散板５０が設けられていない場合には、上述のように結像レンズ８と照射面４２との間においてＬＥＤ２６の像が結像されるので、照射距離ＷＤが短いときには、照射面４２にＬＥＤ２６の配線パターンの像が映り込んでしまうおそれがある。本実施形態のように拡散板５０を設けることにより、拡散板５０の片面（アパーチャ１０側の面）が２次の面光源となるので、結像レンズ８と照射面４２との間においてＬＥＤ２６の像が結像するのが防止され、照射距離ＷＤが短い場合であっても、照射面４２にＬＥＤ２６の配線パターンの像が映り込むなどの照射面４２に対する影響を少なくすることができる。
【００４３】
以上、本発明に従うＬＥＤ照明装置の各種実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４４】
上記各実施形態では、取付基板２４に１個のＬＥＤ２６を実装するように構成したが、集合配置させた複数個のＬＥＤ２６を実装するように構成してもよい。
【００４５】
また、上記各実施形態では、ＬＥＤ２６及び反射筒６をそれぞれ矩形状に形成したが、これらを例えば円形状や楕円形状に形成してもよく、それらの形状は適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００４６】
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ＬＥＤ照明装置
６ 反射筒
８，８Ｂ 結像レンズ
１０，１０Ａ アパーチャ
２６ ＬＥＤ
２８ 入射側開口部
３０ 射出側開口部
３２ 反射面
３４ 第１反射面
３６ 第２反射面
４０，４０Ａ 制限開口部
４２ 照射面
４４ 開口可変機構
４８ フィールドレンズ
５０ 拡散板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを光源とし、所定の照射範囲を照明するためのＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＬＥＤを光源とし、所定の照射範囲を照明するためのＬＥＤ照明装置が実用に供されている。このようなＬＥＤ照明装置としては、例えば読書灯や医療用照明装置、画像処理検査用照明装置等が知られている。
【０００３】
読書灯は、ＬＥＤと、ＬＥＤの後方に配設され、ＬＥＤから発する光を反射させるための反射鏡と、ＬＥＤの前方に配設され、ＬＥＤから発する直接光及び反射鏡による反射光を集光するための集光板と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。このような読書灯は、例えば旅客機内や鉄道車両内等に設置される。ＬＥＤから発する直接光及び反射鏡による反射光が集光板により集光され、この集光された光によって、使用者の手元にある書籍や新聞紙等が照明される。
【０００４】
また、医療用照明装置は、ＬＥＤと、ＬＥＤの後方に配設され、ＬＥＤから発する光を反射させるための反射鏡と、ＬＥＤの前方に配設された遮蔽板と、を備えている（例えば、特許文献２参照）。このような医療用照明装置は、例えば病院の診察台や歯科医院の歯科用診療台等の近傍に設置される。ＬＥＤから発する光が反射鏡にて反射され、この反射光が前方に向けて照射されることにより、診察台や歯科用診療台等に横たわる患者の患部が照明される。
【０００５】
更に、画像処理検査用照明装置は、線状光源と、線状光源から発する光を反射するシリンドリカル状の凹面状反射面を有する反射鏡と、を備えている（例えば、特許文献３参照）。線状光源は、間隔を置いて直線状に並べた複数のＬＥＤから構成されている。また、線状光源の長手方向に直交する断面において、反射鏡の凹面状反射面は、線状光源を一方の焦点、照射点を他方の焦点とする楕円の一部で構成されている。これにより、線状光源から発する光は反射鏡の凹面状反射面にて反射され、この反射光によってワークが線状に照明される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０２７５２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０８４１７８号公報
【特許文献３】特開２００２−９３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来のＬＥＤ照明装置では、次のような問題がある。第１に、所定の照射範囲とその周囲との境界が明確でなく、ＬＥＤから発する光は、本来照明すべき所定の照射範囲のみでなく、その周囲をも照明してしまうという問題がある。このため、例えば読書灯においては、使用者の周囲の人に漏光して周囲の人が眩惑するおそれがあり、また医療用照明装置においては、診察台や歯科用診療台等に横たわる患者の目に漏光して、患者が眩惑するおそれがある。
【０００８】
第２に、所定の照射範囲における照度分布は均一でなく、所定の照射領域の中央部がピークとなる正弦波状の照度分布を有しているため、所定の照射領域の周辺部における照度が低下してしまうという問題がある。このため、画像処理検査用照明装置においては、ＣＣＤカメラにより所定の照射領域を撮像した際に、最適な撮像データを得ることができない。また、ＣＣＤカメラによる撮像後に、所定の照射領域の周辺部における明るさをアップさせるように撮像データを補正処理する方法も考えられるが、このような方法を採用すると、検査工程が増大してしまい、効率良く検査を行うことができなくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、所定の照射範囲外への漏光を防止することができるとともに、所定の照射範囲を均一な照度で照明することができるＬＥＤ照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に記載のＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから発する光を反射させるための反射筒と、前記反射筒の前方に設けられた結像レンズと、前記反射筒と前記結像レンズとの間に設けられ、制限開口部を有するアパーチャと、を備え、
前記反射筒の内面には反射面が形成され、前記反射面は、前記反射筒の入射側開口部から射出側開口部に向けて拡開して延びており、前記反射筒の前記入射側開口部は、前記ＬＥＤの周囲を覆うように配設され、
前記ＬＥＤからの直接光及び前記反射筒による反射光の光束は、前記アパーチャの前記制限開口部によって制限され、この制限された光束は、前記結像レンズによって照射面に結像されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ照明装置では、前記アパーチャと前記結像レンズとの間には、フィールドレンズが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ照明装置では、前記ＬＥＤと前記アパーチャとの間には、拡散板が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載のＬＥＤ照明装置では、前記ＬＥＤは矩形状に構成され、これに対応して、前記反射筒の横断面は矩形状に構成され、前記反射筒の前記反射面は、所定方向に相互に対向する一対の第１反射面と、前記所定方向に対して直交する方向に相互に対向する一対の第２反射面と、を有しており、
前記一対の第１反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの相互に対向する二辺に対応して配設され、また前記一対の第２反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの残りの二辺に対応して配設されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載のＬＥＤ照明装置では、前記アパーチャに関連して、前記アパーチャの前記制限開口部の大きさを可変するための開口可変機構が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤから発する光のうち光軸を含む狭配光の光は、アパーチャの制限開口部に直接入射し、また、ＬＥＤから発する光のうち外側に向かう広配光の光は、反射筒の反射面で反射された後にアパーチャの制限開口部に入射する。反射筒の反射面は、反射筒の入射側開口部から射出側開口部に向けて拡開して延びているので、ＬＥＤから発する広配光の光は、反射面によって狭配光の光に変換されて、反射筒の射出側開口部より射出され、アパーチャの制限開口部にはこの狭配光に変換された光が入射する。これにより、ＬＥＤから発する光は全て狭配光に変換され、アパーチャの制限開口部を通過した後に結像レンズに入射する。その結果、結像レンズに取り込まれる光量を増大させることができ、照明効率を高めることができる。また、ＬＥＤから発する直接光及び反射筒による反射光の光束は、アパーチャの制限開口部によって制限される。この制限開口部の全域においては、ＬＥＤからアパーチャの制限開口部に直接入射した直接光と、反射面で反射された後にアパーチャの制限開口部に入射した反射光とが重なり合うことにより、均一な照度分布を有するようになる。アパーチャにより光束の制限された光は結像レンズに入射し、この結像レンズによって照射面に結像される。アパーチャの配設位置と照射面の配設位置とは、結像レンズに対して結像関係（共役関係）にあり、これによりアパーチャの制限開口部の拡大像が照射面に結像される。従って、照射面においては、アパーチャの制限開口部を通過する光束と同様に、ＬＥＤからアパーチャの制限開口部に直接入射した直接光と、反射面で反射された後にアパーチャの制限開口部に入射した反射光とが照射面で再度重ね合わされるようになり、均一な照度分布を有するアパーチャの制限開口部の拡大像が照射面に結像される。これにより、所定の照射範囲における照度分布は、結像されたアパーチャの制限開口部の拡大像の大きさに対応する照射範囲を有する実質上均一な照度分布とすることができる。また、アパーチャの制限開口部の外側には全く光が漏れないため、所定の照射範囲外には漏光が発生しない。これにより、アパーチャの制限開口部の輪郭が照射面に明確に結像されるようになり、所定の照射範囲とその周囲との境界が明確なくっきりとした照明とすることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ照明装置によれば、アパーチャと結像レンズとの間にはフィールドレンズが設けられているので、アパーチャの制限開口部のうち外側付近から射出された光は、フィールドレンズによりその光軸に近付く方向に屈曲されてフィールドレンズから射出される。これにより、結像レンズの外側付近に入射される光を内側方向に寄せることができるので、結像レンズに入射する光束の範囲を狭めることができる。その結果、結像レンズの大きさを小さくすることができ、ＬＥＤ照明装置全体を小型化することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤとアパーチャとの間には拡散板が設けられているので、ＬＥＤから発した直接光及び反射筒による反射光はそれぞれ拡散板に入射し、拡散板から拡散して射出された光は、アパーチャの制限開口部によりその光束が制限される。これにより、拡散板の片面（アパーチャ側の面）が２次の面光源となり、結像レンズと照射面との間においてＬＥＤの像が結像するのが防止され、照射距離（即ち、結像レンズと照射面との間の距離）が短い場合であっても、照射面にＬＥＤの配線パターンの像が映り込むなどの照射面に対する影響を少なくすることができる。
【００１８】
また、本発明の請求項４に記載のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤ及び反射筒の横断面はそれぞれ矩形状に構成され、一対の第１反射面はそれぞれ、ＬＥＤの相互に対向する二辺に対応して配設され、また一対の第２反射面はそれぞれ、ＬＥＤの残りの二辺に対応して配設されるので、反射筒の入射側開口部をＬＥＤの周囲を覆うように配設することが容易となる。一般に、ＬＥＤを構成するチップは矩形状であるので、ＬＥＤから発する光を反射筒で反射させる場合には、反射筒の横断面を矩形状に構成することによって、反射筒の射出側開口部付近での照度の均一性が高められる。なお、複数のＬＥＤを用いることにより光量のパワーアップを図る場合には、複数のＬＥＤを矩形状に集合配置するのが好ましい。このようにして、ＬＥＤから発する光の大部分を反射筒の射出側開口部にロス無く導くことができる。
【００１９】
また、本発明の請求項５に記載のＬＥＤ照明装置によれば、アパーチャの制限開口部の大きさを可変するための開口可変機構が設けられているので、この開口可変機構によってアパーチャの制限開口部の大きさを可変することにより、照射面に結像されるアパーチャの制限開口部の拡大像の大きさが可変される。これにより、ＬＥＤ照明装置の用途等に応じて、照射面における所定の照射範囲の大きさを適宜調節することができる。また、アパーチャの制限開口部においては均一な照度分布を有しており、制限開口部の大きさを可変しても照度は変化しないため、照射面においても照射範囲の大きさにかかわらず、照度は変化しない。このようにして、照射面における所定の照射範囲の大きさを適宜調節した場合であっても照度を一定に保つことができ、利便性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ照明装置を示す断面図である。
【図２】図１の光源、反射筒及びアパーチャを分解して示す斜視図である。
【図３】図１のＬＥＤから発し反射筒で反射する光の配光角を説明するための図である。
【図４】図１のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第２の実施形態のＬＥＤ照明装置によるアパーチャの制限開口部の開口幅を大きくした状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態を示す斜視図である。
【図６】アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態での、ＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【図８】本発明の第４の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明に従うＬＥＤ照明装置の各種実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
まず、図１〜図４を参照して、第１の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ照明装置を示す断面図であり、図２は、図１の光源、反射筒及びアパーチャを分解して示す斜視図であり、図３は、図１のＬＥＤから発し反射筒で反射する光の配光角を説明するための図であり、図４は、図１のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【００２２】
図１及び図２を参照して、本実施形態のＬＥＤ照明装置２は、光源４と、光源４から発する光を反射させるための反射筒６と、反射筒６の前方に設けられた結像レンズ８と、反射筒６と結像レンズ８との間に設けられたアパーチャ１０と、を備え、これらはケーシング１２に配設されている。
【００２３】
ケーシング１２は、光源４、反射筒６及びアパーチャ１０が配設される第１ケーシング部１４と、結像レンズ８が配設される第２ケーシング部１６と、を備えている。第１ケーシング部１４は、一端部が開口された矩形状のボックス状に形成され、その外側面にはネジ孔１８が設けられている。第２ケーシング部１６は矩形状の筒状に形成され、この第２ケーシング部１６には、光軸Ｃ方向に延びるガイド孔２０が設けられている。第２ケーシング部１６は、第１ケーシング部１４の一端部における外側面に摺動自在に装着されている。第１ケーシング部１４の他端部には、放熱フィン２１が取付用ネジ２３によって取り付けられている。
【００２４】
また、調節用ネジ２２が第２ケーシング部１６のガイド孔２０を通して第１ケーシング部１４のネジ孔１８に螺着されている。この調節用ネジ２２を締まる方向に回転させると、第２ケーシング部１６の第１ケーシング部１４に対する光軸Ｃ方向の移動が阻止され、また調節用ネジ２２を緩む方向に回転させると、第２ケーシング部１６の第１ケーシング部１４に対する光軸Ｃ方向の移動が許容される。調節用ネジ２２を緩む方向に回転させ、第２ケーシング部１６を第１ケーシング部１４に対して図１中の矢印Ｐで示す方向に移動させると、調節用ネジ２２がガイド孔２０に沿って移動し、結像レンズ８がアパーチャ１０から離隔する方向に移動される。また、調節用ネジ２２を緩む方向に回転させ、第２ケーシング部１６を第１ケーシング部１４に対して図１中の矢印Ｑで示す方向に移動させると、調節用ネジ２２がガイド孔２０に沿って移動し、結像レンズ８がアパーチャ１０に近接する方向に移動される。
【００２５】
光源４は、取付基板２４と、この取付基板２４に実装されたＬＥＤ２６と、を有している。ＬＥＤ２６は、高輝度タイプのパワーＬＥＤであり、その外形状は矩形状に形成されている。ＬＥＤ２６から発する光は、その光軸Ｃを中心に立体角状に広がった配光をなし、光軸Ｃを中心とした所定範囲の立体角（即ち、有効配光角）内にその大部分が放射される。また、取付基板２４は、第１ケーシング部１４の内側部に取り付けられている。取付基板２４、第１ケーシング部１４及び放熱フィン２１はそれぞれアルミニウムから形成され、ＬＥＤ２６の熱は、取付基板２４、第１ケーシング部１４及び放熱フィン２１を介して大気に放熱される。
【００２６】
反射筒６は、横断面が矩形状の筒状に形成され、反射筒６の一端部には入射側開口部２８が設けられ、その他端部には射出側開口部３０が設けられている。反射筒６の内面には反射面３２が形成され、この反射面３２は、所定方向に相互に対向する一対の第１反射面３４と、上記所定方向に対して直交する方向に相互に対向する一対の第２反射面３６と、を有している。第１及び第２反射面３４，３６には、金属蒸着やメッキ、研磨を施す、あるいは鏡面性が施された金属薄板やテープ等を貼付することにより、鏡面性が付与されている。これら第１及び第２反射面３４，３６は、反射筒６の入射側開口部２８から射出側開口部３０に向けて拡開して延びている。
【００２７】
反射筒６の一端部には矩形状の支持枠部３８が設けられ、この支持枠部３８にはアパーチャ１０が支持されており、アパーチャ１０は反射筒６の射出側開口部３０を覆うようにして支持されている。このアパーチャ１０には矩形状の制限開口部４０が設けられ、制限開口部４０の開口幅Ｄ１は、反射筒６の射出側開口部３０の開口幅Ｄ２以下に構成されている。なお、制限開口部４０の中心部は、光軸Ｃ上に位置付けられている。なお、アパーチャ１０の制限開口部４０の大きさ及び形状は、ＬＥＤ照明装置２の用途等に応じて適宜設定することができる。
【００２８】
また、反射筒６の他端部には取付基板２４が取り付けられている。入射側開口部２８は、ＬＥＤ２６の外形状に対応した形状を有しており、ＬＥＤ２６の周囲を覆うように配設されている。一対の第１反射面３４はそれぞれ、ＬＥＤ２６の相互に対向する二辺に対応して配設され、また一対の第２反射面３６はそれぞれ、ＬＥＤ２６の残りの二辺に対応して配設される。
【００２９】
結像レンズ８は、例えばフレネルレンズから構成され、第２ケーシング部１６の開口部に取り付けられている。
【００３０】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のＬＥＤ照明装置２による照明について説明する。ＬＥＤ２６が点灯すると、ＬＥＤ２６から発する光のうち光軸Ｃを含む狭配光の光は、アパーチャ１０の制限開口部４０に直接入射する。また、ＬＥＤ２６から発する光のうち外側に向かう広配光の光は、第１及び第２反射面３４，３６で反射された後に、アパーチャ１０の制限開口部４０に入射する。なお、反射筒６の光軸方向に延びる長さによっては、ＬＥＤ２６から発する広配光の光は第１及び第２反射面３４，３６にて複数回反射する場合もあるが、図３では二回反射する場合について図示している。上述のように、第１及び第２反射面３４，３６は、反射筒６の入射側開口部２８から射出側開口部３０に向けて拡開して延びているので、第１及び第２反射面３４，３６で反射された光の配光角θ’は、ＬＥＤ２６から発する光の配光角θよりも小さくなる（図３参照）。これにより、ＬＥＤ２６から発する広配光の光は、第１及び第２反射面３４，３６によって狭配光の光に変換されて、射出側開口部３０より射出される。
【００３１】
反射筒６の射出側開口部３０より射出された光は、アパーチャ１０の制限開口部４０によってその光束が制限される。この制限開口部４０の全域においては、ＬＥＤ２６からアパーチャ１０の制限開口部４０に直接入射した直接光と、第１及び第２反射面３４，３６で反射された後にアパーチャ１０の制限開口部４０に入射した反射光とが重なり合うことにより、均一な照度分布を有するようになる。アパーチャ１０により光束の制限された光は、結像レンズ８に入射する。結像レンズ８から射出した光束は、焦点Ｆにて一旦ＬＥＤ２６の像（図３中に一点鎖線で示す）を結像した後、照射面４２に結像される。アパーチャ１０の配設位置と照射面４２の配設位置とは、結像レンズ８に対して結像関係（共役関係）にあり、これによりアパーチャ１０の制限開口部４０の拡大像が照射面４２に結像される。なお、ＬＥＤ２６の配設位置と焦点Ｆとは、共役関係にある。
【００３２】
従って、照射面４２においては、アパーチャ１０の制限開口部４０を通過する光束と同様に、ＬＥＤ２６からアパーチャ１０の制限開口部４０に直接入射した直接光と、第１及び第２反射面３４，３６で反射された後にアパーチャ１０の制限開口部４０に入射した反射光とが照射面４２で再度重ね合わされるようになり、均一な照度分布を有するアパーチャ１０の制限開口部４０の拡大像が照射面４２に結像される（図４参照）。このようにして、照射面４２における所定の照射範囲が照明されるようになる。所定の照射範囲における照度分布は、結像されたアパーチャ１０の制限開口部４０の拡大像の大きさに対応する照射範囲Ｌを有する実質上均一な照度分布となる。
【００３３】
また、アパーチャ１０の制限開口部４０の外側には全く光が漏れないため、所定の照射範囲外には漏光が発生しない。これにより、アパーチャ１０の制限開口部４０の輪郭が照射面４２に明確に結像されるようになり、所定の照射範囲とその周囲との境界が明確なくっきりとした照明となる。
【００３４】
なお、第２ケーシング部１６を第１ケーシング部１４に対して光軸Ｃ方向に移動させることにより、結像レンズ８と照射面４２と間の照射距離ＷＤが調節され、所謂ピント調節を行うことができる。これにより、照射距離ＷＤが異なる場合であっても、このように照射距離ＷＤを適宜調節することによって、照射面４２においてアパーチャ１０の制限開口部４０のくっきりした結像を得ることができる。
【００３５】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２は種々の用途に適用することができる。ＬＥＤ照明装置２を例えば読書灯に適用した場合には、ＬＥＤ照明装置２から発する光は、使用者の手元にある書籍や新聞紙等のみを照明し、その周囲への漏光が防止される。これにより、使用者の周囲の人が眩惑するのを防止することができる。また、ＬＥＤ照明装置２を例えば医療用照明装置に適用した場合には、ＬＥＤ照明装置２から発する光は、診察台や歯科用診療台等に横たわる患者の患部のみを照明し、その周囲への漏光が防止される。これにより、患者の目に漏光して患者が眩惑するのを防止することができる。更に、ＬＥＤ照明装置２を例えば画像処理検査用照明装置に適用した場合には、照射面４２に配置したワーク（図示せず）をＣＣＤカメラにより撮像する際に、所定の照射範囲の周辺部における照度の低下を防止することがなく、良好な撮像データを得ることができる。
［第２の実施形態］
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態のＬＥＤ照明装置によるアパーチャの制限開口部の開口幅を大きくした状態を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態を示す斜視図であり、図６は、アパーチャの制限開口部の開口幅を小さくした状態での、ＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。なお、以下に示す各実施形態において、上記第１の実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２Ａでは、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさを可変するための開口可変機構４４が設けられている。アパーチャ１０Ａは、相互に移動自在に組み合わされた略Ｌ字状の一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂを有し、これら一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂの内側に矩形状の制限開口部４０Ａが形成されている。また、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂは、駆動機構（図示せず）によって、相互に離隔する方向（即ち、図５（ａ）において矢印Ｓで示す方向）又は相互に近接する方向（即ち、図５（ｂ）において矢印Ｒで示す方向）に移動される。一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂが相互に近接する方向に移動すると、図５（ｂ）に示すように、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさが小さくなり、その開口幅はＤ１’となる。また、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂが相互に離隔する方向に移動すると、図５（ａ）に示すように、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさが大きくなり、その開口幅はＤ１（＞Ｄ１’）となる。なお、開口可変機構４４は、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂ及び駆動機構によって構成される。
【００３７】
図６に示すように、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの開口幅をＤ１（図４参照）からＤ１’に小さくすると、アパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａを通過する光束が図４に示す状態よりも更に制限され、これに伴って照射面４２における照射範囲Ｌ’も小さくなる。このようにアパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの大きさを可変することにより、照射面４２に結像されるアパーチャ１０Ａの制限開口部４０Ａの拡大像の大きさが可変され、照射面４２における所定の照射範囲の大きさを調節することができる。
【００３８】
なお、一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂを移動させるための駆動機構は、例えば電動モータ又は手動により駆動させることができる。また、本実施形態では、アパーチャ１０Ａを一対のアパーチャ部材４６ａ，４６ｂから構成したが、開口可変機構４４の構成は適宜設定することができる。
［第３の実施形態］
次に、図７を参照して、第３の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【００３９】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２Ｂでは、反射筒６の支持枠部３８にはフィールドレンズ４８が支持されている。このフィールドレンズ４８は、アパーチャ１０と結像レンズ８Ｂとの間において、アパーチャ１０の制限開口部４０を覆うようにして配設されている。フィールドレンズ４８は凸レンズから構成され、フィールドレンズ４８及び結像レンズ８Ｂの各光軸は一致している。
【００４０】
このようにフィールドレンズ４８を設けることにより、アパーチャ１０の制限開口部４０のうち外側付近から射出される光は、フィールドレンズ４８によりその光軸に近付く方向に屈曲されてフィールドレンズ４８から射出される。これにより、結像レンズ８Ｂの外側付近に入射される光を内側方向に寄せることができるので、結像レンズ８Ｂに入射する光束の範囲を狭めることができる。その結果、結像レンズ８Ｂの大きさを小さくすることができ、ＬＥＤ照明装置２全体を小型化することができる。
［第４の実施形態］
次に、図８を参照して、第４の実施形態のＬＥＤ照明装置について説明する。図８は、本発明の第４の実施形態のＬＥＤ照明装置による所定の照射範囲の照度分布を説明するための図である。
【００４１】
本実施形態のＬＥＤ照明装置２Ｃでは、反射筒６の支持枠部３８には拡散板５０が支持されている。この拡散板５０は、アパーチャ１０と反射筒６との間において、反射筒６の射出側開口部３０を覆うようにして配設されている。ＬＥＤ２６から発した直接光及び反射筒６による反射光はそれぞれ拡散板５０に入射し、拡散板５０から拡散して射出された光は、アパーチャ１０の制限開口部４０によりその光束が制限される。
【００４２】
拡散板５０が設けられていない場合には、上述のように結像レンズ８と照射面４２との間においてＬＥＤ２６の像が結像されるので、照射距離ＷＤが短いときには、照射面４２にＬＥＤ２６の配線パターンの像が映り込んでしまうおそれがある。本実施形態のように拡散板５０を設けることにより、拡散板５０の片面（アパーチャ１０側の面）が２次の面光源となるので、結像レンズ８と照射面４２との間においてＬＥＤ２６の像が結像するのが防止され、照射距離ＷＤが短い場合であっても、照射面４２にＬＥＤ２６の配線パターンの像が映り込むなどの照射面４２に対する影響を少なくすることができる。
【００４３】
以上、本発明に従うＬＥＤ照明装置の各種実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４４】
上記各実施形態では、取付基板２４に１個のＬＥＤ２６を実装するように構成したが、集合配置させた複数個のＬＥＤ２６を実装するように構成してもよい。
【００４５】
また、上記各実施形態では、ＬＥＤ２６及び反射筒６をそれぞれ矩形状に形成したが、これらを例えば円形状や楕円形状に形成してもよく、それらの形状は適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００４６】
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ＬＥＤ照明装置
６ 反射筒
８，８Ｂ 結像レンズ
１０，１０Ａ アパーチャ
２６ ＬＥＤ
２８ 入射側開口部
３０ 射出側開口部
３２ 反射面
３４ 第１反射面
３６ 第２反射面
４０，４０Ａ 制限開口部
４２ 照射面
４４ 開口可変機構
４８ フィールドレンズ
５０ 拡散板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤと、前記ＬＥＤから発する光を反射させるための反射筒と、前記反射筒の前方に設けられた結像レンズと、前記反射筒と前記結像レンズとの間に設けられ、制限開口部を有するアパーチャと、を備え、
前記反射筒の内面には反射面が形成され、前記反射面は、前記反射筒の入射側開口部から射出側開口部に向けて拡開して延びており、前記反射筒の前記入射側開口部は、前記ＬＥＤの周囲を覆うように配設され、
前記ＬＥＤからの直接光及び前記反射筒による反射光の光束は、前記アパーチャの前記制限開口部によって制限され、この制限された光束は、前記結像レンズによって照射面に結像されることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記アパーチャと前記結像レンズとの間には、フィールドレンズが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤと前記アパーチャとの間には、拡散板が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤは矩形状に構成され、これに対応して、前記反射筒の横断面は矩形状に構成され、前記反射筒の前記反射面は、所定方向に相互に対向する一対の第１反射面と、前記所定方向に対して直交する方向に相互に対向する一対の第２反射面と、を有しており、
前記一対の第１反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの相互に対向する二辺に対応して配設され、また前記一対の第２反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの残りの二辺に対応して配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記アパーチャに関連して、前記アパーチャの前記制限開口部の大きさを可変するための開口可変機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１】
ＬＥＤと、前記ＬＥＤから発する光を反射させるための反射筒と、前記反射筒の前方に設けられた結像レンズと、前記反射筒と前記結像レンズとの間に設けられ、制限開口部を有するアパーチャと、を備え、
前記反射筒の内面には反射面が形成され、前記反射面は、前記反射筒の入射側開口部から射出側開口部に向けて拡開して延びており、前記反射筒の前記入射側開口部は、前記ＬＥＤの周囲を覆うように配設され、
前記ＬＥＤからの直接光及び前記反射筒による反射光の光束は、前記アパーチャの前記制限開口部によって制限され、この制限された光束は、前記結像レンズによって照射面に結像されることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記アパーチャと前記結像レンズとの間には、フィールドレンズが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤと前記アパーチャとの間には、拡散板が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤは矩形状に構成され、これに対応して、前記反射筒の横断面は矩形状に構成され、前記反射筒の前記反射面は、所定方向に相互に対向する一対の第１反射面と、前記所定方向に対して直交する方向に相互に対向する一対の第２反射面と、を有しており、
前記一対の第１反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの相互に対向する二辺に対応して配設され、また前記一対の第２反射面はそれぞれ、前記ＬＥＤの残りの二辺に対応して配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記アパーチャに関連して、前記アパーチャの前記制限開口部の大きさを可変するための開口可変機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４８５３（Ｐ２０１２−１４８５３Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４７２９０（Ｐ２０１０−１４７２９０）
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（５０２２３１９０４）株式会社仲久 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（５０２２３１９０４）株式会社仲久 (4)
【Ｆターム（参考）】
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