JP2008034321A - 照明装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色むらを抑制で構造も簡単な可能なＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】 電源供給部材を固定したベース基板(50)と、そのベース基板(50)に実装されるＬＥＤ(11)と、そのＬＥＤ(11)とは反対側に配置した非球面形状の第一集光レンズ(20)と、その第一集光レンズ(20)に対して前記ＬＥＤ(11)とは反対側に配置した非球面形状の第二集光レンズ(40)とを備え、前記の第一集光レンズ(40)は、その材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた照明装置およびその照明装置を用いた撮像装置の技術に関する。

白熱灯や蛍光灯に比べ省電力でランニングコストが安い、また、蛍光灯のように水銀などの有害物質を使用していないなどの観点から、照明用途としてＬＥＤに対する期待が大きい。
しかし、ＬＥＤを照明装置に用いる場合、高照度の実現は可能であるものの、照射面に色むらが発生するという問題があった。

上記の問題に対し、特許文献１では、色むらを低減させるための技術が開示されている。
すなわち、ＬＥＤからの放射光全てがレンズ部の所定部分に集中的に集光されてから外部に放射されるために、レンズ部内で十分に混色させることができるので、色むらの発生を防止できるという技術である。

特開２００３−１６８０８号公報

一方、色むらの発生を防止する技術としては、特許文献２に示すように、光拡散シートを用いることが一般的である。

特開２００４−４５４７１号公報

さて、照明装置としての照射光の色は、単一のＬＥＤのみで実現できるものが好ましい。構造がシンプルでコストも抑えられるからである。
しかし、特許文献１に記載された技術は複数のＬＥＤを使用することを前提としており、単一のＬＥＤのみで構成する照明装置の色むらの発生を抑える技術としては向いておらず、単一のＬＥＤにて構成しようという照明装置には採用できない。

また、特許文献２に記載された技術は、ＬＥＤの照射むらを消しつつ、照度を落とさないための技術としては、光拡散シートを用いる技術では不十分な面もあった。

以上から明らかなように、所望される照射光の色を単一のＬＥＤのみで実現でき、照度を落とさずに色むらが抑制可能な照明器具およびそれを用いた撮像装置は実現していなかった。
本発明が解決しようとする課題は、所望される照射光の色を単一のＬＥＤのみで実現でき、照度を落とさずに色むらが抑制可能な照明器具およびそれを用いた撮像装置を提供することにある。

ここで、請求項１から請求項３に記載の発明の目的は、所望される照射光の色を単一のＬＥＤのみで実現でき、照度を落とさずに色むらが抑制可能なＬＥＤ照明装置を提供することである。
また、請求項４に記載の発明の目的は、所望される照射光の色を単一のＬＥＤのみで実現でき、照度を落とさずに色むらが抑制可能な照明装置を用いた撮像装置を提供することである。

（請求項１）
請求項１記載の発明は、ＬＥＤから発せられた光束を二枚の集光レンズによって集光させて照射させる照明装置に係る。
すなわち、電源供給部材を固定したベース基板(50)と、 そのベース基板(50)に実装されるＬＥＤ(11)と、 そのＬＥＤ(11)とは反対側に配置した非球面形状の第一集光レンズ(20)と、 その第一集光レンズ(20)に対して前記ＬＥＤ(11)とは反対側に配置した非球面形状の第二集光レンズ(40)とを備え、 前記の第一集光レンズ(40)は、その材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させたことを特徴とする。

（用語説明）
「ＬＥＤ」は、青色発光ダイオードに限らない。例えば、ＲＧＢをワンパッケージ化した複合ＬＥＤも含む。
「光拡散剤」としては、既知のものが採用される。０．０１重量％以下とすると、十分に混色出来ないので不合理である。また、１．０重量％以上とすると、照度が落ちてしまうので不合理である。

（作用）
上記のような構造により、照度を落とさずに、照射むらを消すことができる。
また、第一集光レンズ(20)に光拡散作用を担わせたので、従来技術では必要であった光拡散シートを省略することができる。このため、照明装置の構造、組み立て工程などが単純化される。
なおここで、「光拡散シート」とは、平行光が入射した場合に所定角度（例えば６０度）へ拡散するという性能を有する。材質は、例えばポリカーボネートである。

（請求項２）
請求項２に記載の発明もまた、ＬＥＤから発せられた光束を二枚の集光レンズによって集光させて照射させる照明装置に係る。
すなわち、電源供給部材を固定したベース基板(50)と、 そのベース基板(50)に実装されるＬＥＤ(11)と、 そのＬＥＤ(11)とは反対側に配置した非球面形状の第一集光レンズ(20)と、 その第一集光レンズ(20)に対して前記ＬＥＤ(11)とは反対側に配置した非球面形状の第二集光レンズ(40)とを備え、 前記の第二集光レンズ(40)は、その材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させたことを特徴とする。

上記のような構造によっても、照度を落とさずに、照射むらを消すことができる。
また、第二集光レンズ(40)に光拡散作用を担わせたので、従来技術では必要であった光拡散シートを省略することができる。このため、照明装置の構造、組み立て工程などが単純化される。

（請求項３）
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置を限定したものであり、
前記第一集光レンズ(20)および前記第二集光レンズ(40)のいずれか一方のうち、光拡散剤を含有しない集光レンズに着色を施したことを特徴とする。
集光レンズへの着色方法としては、合成樹脂に染料を混入させるなどの従来技術が採用される。

ＬＥＤ(11)が発光する色とは別の光が要望される場合がある。このような場合、光拡散剤を含有しない集光レンズに着色することで、その要望に応えることができる。

（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載のＬＥＤ照明装置を採用した撮像装置に係る。

「撮像装置」としては、例えば、デジタルカメラ、カメラ機能付き携帯電話などが挙げられる。
本請求項に係る撮像装置は、色むらが少ない照明装置を補助光として使えるので、撮影する画像の品質向上に貢献する。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、所望される照射光の色を単一のＬＥＤのみで実現でき、照度を落とさずに色むらが抑制可能なＬＥＤ照明装置を提供することができた。
また、請求項４に記載の発明によれば、所望される照射光の色を単一のＬＥＤのみで実現でき、照度を落とさずに色むらが抑制可能な照明装置を用いた撮像装置を提供することができた。

以下、本発明を実施の形態及び図面に基づいて、更に詳しく説明する。ここで使用する図面は、図１および図２である。図１は、第一の実施形態に係る照明装置を示す側断面図である。図２は、第二の実施形態に係る照明装置を示す側断面図である。

（全体構成）
図１に示すように、照明装置１０は、ＬＥＤ１１（光源）からの入射光束を、形状の異なる複数の集光レンズ２０、４０によって集光させて、配光の異なる出射光束として被照射体（図中では上方に位置する）に照射する照明装置である。

照明装置１０は、ＬＥＤ１１を発光させるためのコネクタ（＝電源供給部材、図示を省略）が載置されたベース基板５０と、そのベース基板５０に固定された円筒状のレンズホルダー７０と、そのレンズホルダー７０における前記ＬＥＤ１１寄りに位置して固定される第一集光レンズ２０と、その第一集光レンズ２０における反ＬＥＤ１１側に位置して固定される第二集光レンズ４０とを備えている。

前記の第一集光レンズ２０および第二集光レンズ４０の間には、前記レンズホルダー７０の内径寸法を外形寸法とする円筒形の内スリーブ８０を介在させている。また、前記第二集光レンズ４０における反第一集光レンズ２０側には、前記レンズホルダー７０の内径寸法を外形寸法とするリング状の外スリーブ９０を固定している。

前記の第一集光レンズ２０は、その材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させている。

一方、第二集光レンズ４０には、着色を施す。着色方法としては、合成樹脂に所望の着色が可能となる染料を用いる。着色する理由は、前記ＬＥＤ１１が発光する色とは別の光が要望される場合があるからである。
このような場合、光拡散剤を含有しない集光レンズに着色することで、その要望に応えることができる。なお、白色の場合には、着色しない。

上記のような実施形態により、照度を落とさずに、照射むらを消すことができた。
また、第一集光レンズ２０に光拡散作用を担わせたので、従来技術では必要であった光拡散シートを省略することができる。このため、照明装置の構造、組み立て工程などが単純化される。

（バリエーション）
前記の第一集光レンズ２０の代わりに第二集光レンズ４０の材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させることもできる。その場合でも、照度を落とさずに、照射むらを消すことができる。
なお、その場合に前記ＬＥＤ１１が発光する色とは別の光が要望されるのであれば、第一集光レンズ２０に着色する。

（ベース基板）
前記のベース基板５０の材質としては、メタル等の金属製材質によって形成されている。このため、ＬＥＤ１１によって内部に蓄熱された熱が、効率よく外部に放熱されるような放熱促進効果が図られる材質となっている。

（ＬＥＤ）
ＬＥＤ１１は、１ＷハイパワーＬＥＤを採用する。そのＬＥＤ１１は縦2.8mm、横3.4mm、高さ1.15mmの直方体状の外形をなしている。また、第一集光レンズ２０側に向かって、ほぼ同一の配光角度（例えば、指向特性（半値全角）標準値１２０°程度）の光束を発する。設置箇所は、ベース基板５０の上面５１の中央部に配設されている。
なお、本実施形態におけるＬＥＤ１１は、白色ＬＥＤを採用しており、図示しない青色ＬＥＤチップと黄色の蛍光体で白色光を実現可能なＬＥＤとして形成されている。このため、照射される光は、白色光となっている。

（レンズホルダー・内スリーブ・外スリーブ）
円筒状に形成されたレンズホルダー７０の内部に、リング状の内スリーブ８０および外スリーブ９０によって各集光レンズ２０，４０が保持されている。
レンズホルダー７０、内スリーブ８０および外スリーブ９０は、それぞれアルミニウム等の金属製材質によって形成されている。このため、ＬＥＤ１１によって内部に蓄熱された熱が、効率よく外部に放熱されるような放熱促進効果が図られる材質となっている。

（集光レンズ）
第一集光レンズ２０は、ＬＥＤ１１側の面をフラットとし、反ＬＥＤ１１側の面を凸型に形成している。この凸型面は、非球面形状であり、ＬＥＤからの光束を有効的に集光する。
第二集光レンズ４０は、第一集光レンズ２０側の面も、反第一集光レンズ２０側の面も凸型に形成している。第一集光レンズ２０側の凸面も、反第一集光レンズ２０側の凸面も非球面形状であり、ＬＥＤからの光束を有効的に集光する。
このように形成された集光レンズ２０，４０により、第二集光レンズ４０から出射される光束の出射角度が調節されるので、被照射体に丸い綺麗な照射が実現される。

（第二の実施形態）
続いて、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、第一の実施形態と異なり、第一集光レンズ２０Ａおよび第二集光レンズ４０Ａの製造において光拡散剤を混入せず、光拡散シート３０を採用している。本実施形態における光拡散シート３０は、ＬＥＤ１１Ａからの入射光束が平行光で入射された場合に、約６０°で拡散して出射するものを使用している。また、光拡散シートの高さ約0.25mm、直径φ8.4mm、円周26.39mm、とした。
ＬＥＤ１１Ａから前記の光拡散シート３０までの距離は、0.95mmである。また、光拡散シート３０上面から内側レンズ２０Ａ底部までの距離は、0.68mmである。また、第一集光レンズ２０Ａの天頂部から第二集光レンズ４０Ａの底部までの距離は、0.1mmである。

（集光レンズ）
第一集光レンズ２０Ａおよび第二集光レンズ４０Ａの材質としては、例えば、アクリル等の透光樹脂や、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）等の透光性を有する耐熱樹脂などを用いることができる。
第一集光レンズ２０Ａおよび第二集光レンズ４０Ａのいずれかまたは双方には、所望される光の色を出すために、着色剤を含有している。いずれのレンズにも光拡散剤を含有していないので、着色が自由に行える。

（効果）
本実施形態によれば、被照射体に照射された光のスポットおよびそのエッジが非常に「くっきり」したスポット光となる。また、拡散シート３０によって均一な配光制御が可能となるので、色むらおよび照度むらを低減させることになる。
したがって、各集光レンズ２０Ａ、４０Ａから光束が拡散される際に発生する色むら問題と、その色むら問題を解決した際に生じる機器の大型化問題とを同時に解決することができる。このため、携帯電話やデジタルカメラなどの撮影用補助灯としての照明装置を装着する際でも、小型化に対する要望に応えることができる。

なお、上述した各部品サイズおよび各部品間の設置距離は、あくまで一例であり、上記に限定されることはない。
また、本実施形態におけるＬＥＤ１１及びＬＥＤ１１Ａは、１ＷハイパワーＬＥＤを採用した例を示しているが、これに限定されることはない。例えば、３Ｗ、５Ｗまたはそれ以上としても良く、消費電力が他のワット数になっても応用可能である。

本願発明は、紫外線を含まないので、紫外光を嫌うような被照明品（例えば、博物館や美術館の展示品）、病院などにおける照明として最適である。また、色むらや照度むらが極めて少ないので、美術品や商品を綺麗に照らすことにも適している。
また、照明面と非照明面との境目（エッジ）が明確な照明を可能としているので、周囲への散光が問題となるような読書灯にも適している。
また、小型軽量であるため、カメラ付きの携帯電話、デジタルカメラなどの撮影用の補助灯にも用いることができる技術である。

第一の実施形態に係る照明装置を示す側断面図である。 第二の実施形態に係る照明装置を示す側断面図である。

符号の説明

１０ 照明装置 １０Ａ 照明装置
１１ ＬＥＤ １１Ａ ＬＥＤ
２０ 第一集光レンズ ２０Ａ 第一集光レンズ
３０ 光拡散シート
４０ 第二集光レンズ ４０Ａ 第二集光レンズ
５０ ベース基板 ５０Ａ ベース基盤
５１ 上面
６０ ＬＥＤホルダー
７０ レンズホルダー ７０Ａ レンズホルダー
８０ 内スリーブ ８０Ａ 内スリーブ
９０ 外スリーブ ９０Ａ 外スリーブ

Claims (4)

1. ＬＥＤから発せられた光束を二枚の集光レンズによって集光させて照射させる照明装置であって、
   電源供給部材を固定したベース基板と、
   そのベース基板に実装されるＬＥＤと、
   そのＬＥＤとは反対側に配置した非球面形状の第一集光レンズと、
   その第一集光レンズに対して前記ＬＥＤとは反対側に配置した非球面形状の第二集光レンズとを備え、
   前記の第一集光レンズは、その材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. ＬＥＤから発せられた光束を二枚の集光レンズによって集光させて照射させる照明装置であって、
   電源供給部材を固定したベース基板と、
   そのベース基板に実装されるＬＥＤと、
   そのＬＥＤとは反対側に配置した非球面形状の第一集光レンズと、
   その第一集光レンズに対して前記ＬＥＤとは反対側に配置した非球面形状の第二集光レンズとを備え、
   前記の第二集光レンズは、その材質である合成樹脂原料に対して光拡散剤を０．０１乃至１重量％を含有させたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 前記第一集光レンズおよび前記第二集光レンズのいずれか一方のうち、光拡散剤を含有しない集光レンズに着色したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
4. 請求項１、または請求項２、または請求項３のＬＥＤ照明装置を照明装置として用いた撮像装置。
   
   

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