| 【発明の名称】 |
照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】川嶋 伯夫
【氏名】竹中 晃一
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| 【要約】 |
【課題】光源光量分布パターンが変化しても照明光導光用光ファイバーバンドルへの入射光量とモニター光量との比が変化しにくく、モニター光量信号に基づく光源発光制御を用いて光ファイバーバンドルへの入射光量の変化を十分に抑制できる照明装置を提供する。
【解決手段】光源２から出射する光を熱線吸収フィルター４を介して入射面６ａから透光性ミキシングロッド６内に導入し、ここで側面６ｂでの繰返し内方反射を用いて光量分布を均一化した後に出射面６ｃから出射させ、その出射光の一部を光入射端面８ａから照明光導光用光ファイバーバンドル８内に導入し導光させた後に光出射端面８ｂから出射させ、ミキシングロッド出射面６ｃから出射する光の他部を光ファイバー１０により受光素子１２へと導き、ここで得られる光量信号に基づき駆動回路１４により光源２への供給電力を制御し光源２の発光を制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源、該光源から出射する光を導入し光量分布を均一化させる光量分布均一化手段、該光量分布均一化手段から出射する光の一部を光入射端面から導入して光出射端面から出射させる導光体、及び、前記光量分布均一化手段から出射する光の一部を受光して得られる光量信号に基づき前記光源の発光を制御する光源制御手段、を備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】 前記光量分布均一化手段は、透光性ロッドからなり、前記光源から出射する光を導入する入射面と、光を出射させる出射面と、前記入射面から導入された光の少なくとも一部を少なくとも１回反射させ前記出射面へと導くようにする側面とを有しており、該側面は前記入射面から前記出射面へと向かう方向と直交する断面の形状が円形または多角形であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】 前記光量分布均一化手段は、導入された光の少なくとも一部を少なくとも１回反射させ出射させる筒状の内方反射面を有していることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】 前記光源と前記光量分布均一化手段との間、及び／又は、前記光量分布均一化手段と前記導光体及び前記光源制御手段との間に、光拡散手段が配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】 前記光源制御手段は、前記光量分布均一化手段から出射する光の一部を導入し光量モニター用受光手段へと導光する少なくとも１つの光ファイバーを有しており、前記光量モニター用受光手段から発せられる光量信号に基づき前記光源への供給電力を制御する光源駆動回路を含んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】 前記導光体は少なくとも１つの光ファイバーからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】 前記導光体は複数の光ファイバーが束ねられてなる光ファイバーバンドルであることを特徴とする、請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】 前記光ファイバーはマルチコア光ファイバーであることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】 前記光源と前記光量分布均一化手段との間に熱線吸収手段または熱線反射手段が介在していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明の技術分野に属するものであり、特に光ファイバー束などの導光体を用いた照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光ファイバーを導光体として用いた光ファイバー照明装置では、複数の光ファイバーを束ねた構造を有する光ファイバー束の一方の端面に対向して光源を配置し、該光源から出射された光を所望により熱線吸収フィルターあるいは熱線反射フィルターを介して光ファイバー束の一方の端面（光入射端面）へと導き、ここで光ファイバー束を構成する各光ファイバー内へと導入し、光ファイバー束の他端面（光出射端面）において各光ファイバーから出射させ、所望の照明領域を照射するようにしている。
【０００３】このような光ファイバー照明装置では、光源の発光光量に変動が生ずると、そのまま光ファイバー束からの出射光即ち照明光の光量変動につながるという問題があった。この問題を解決するために、従来、図５に示すように、光源（ランプ）から発せられる光の一部をモニターし、モニター光量が増加した場合にはランプ発光量を減少させ且つモニター光量が減少した場合にはランプ発光量を増加させるようにする機能を備えたものがある。即ち、図５において、リフレクター２３付きの光源２２から発せられる光を熱線吸収フィルター２４を介して光ファイバー束２８の光入射端面へと導き、その際に熱線吸収フィルター２４を透過した光の一部をモニター用光ファイバー３０によりモニター用受光素子３２へと導き、これにより検出されるモニター光量信号が所定値を維持するようにランプ駆動回路３４を制御する。モニター用受光素子３２としては、フォトダイオードやフォトトランジスター等が用いられる。モニター用光ファイバーを用いることなしに、フィルター２４を透過した光の一部をモニター用受光素子に対して直接入射させることもある。図５において、符号３６はランプ駆動回路３４を電源と接続するためのコンセントを示し、符号３８は装置の筐体内の換気のためのファンを示す。
【０００４】モニター用光ファイバーの光入射端を照明光導光用の光ファイバー束の光入射端に組み込んだ分岐ファイバー束を用いることもある。このような例は、例えば特開平５−３１２６３７号公報や特開平８−３２７８２６号公報に記載されている。これらの公報に記載されているように、モニター用光ファイバーには複数本の光ファイバーを用いることができ、これら複数のモニター用光ファイバーの光入射端を照明光導光用の光ファイバー束の光入射端面内において分散配置することができる。
【０００５】以上のような従来の光ファイバー照明装置によれば、一つの光源ランプを所定位置に装着したままで使用している限りは、モニターされたランプ光量の信号に基づき光源ランプの発光を制御することで、光ファイバー束の光出射端面からの出射光は安定し、一定の出射光量値が維持される。
【０００６】ところで、一般に光源ランプ２２としてはハロゲンランプやメタルハライドランプなどの電球やＬＥＤなどが用いられるが、これらは図６に示すように、その出射光の光量分布は均一ではなく固有の分布パターン（Ａ，Ｂなど）をもっており、図示されているように、その分布パターンは個体ごとのばらつきがある。そして、この分布パターンは、必ずしも軸対称なものとは限らない。従って、光源ランプを新たなものと交換した場合、同一の光源ランプをランプ装着部に装着し直したような場合、光源ランプの光軸に垂直な平面における光ファイバー束の光出射端面の光源ランプに対する位置がずれた場合等には、照明装置を基準としてみた光量分布パターンが変化することになる。このため、照明光導光用の光ファイバー束へと入射する光量とモニター用光ファイバーへと入射する光量との比が変化し、モニター光量信号に基づく光源ランプの発光量制御によっては照明光導光用の光ファイバー束の光出射端面から出射する光量を一定値に維持することができなくなるという問題が発生する。
【０００７】本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、光源の光量分布パターンや、光ファイバー束などからなる照明用導光体の位置が変化しても照明光用導光体への入射光量とモニター光量との比が変化しにくく、モニター光量信号に基づく光源発光制御を用いて照明光用導光体への入射光量の変化を十分に抑制することが可能な照明装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、光源、該光源から出射する光を導入し光量分布を均一化させる光量分布均一化手段、該光量分布均一化手段から出射する光の一部を光入射端面から導入して光出射端面から出射させる導光体、及び、前記光量分布均一化手段から出射する光の一部を受光して得られる光量信号に基づき前記光源の発光を制御する光源制御手段、を備えていることを特徴とする照明装置、が提供される。
【０００９】本発明の一態様においては、前記光量分布均一化手段は、透光性ロッドからなり、前記光源から出射する光を導入する入射面と、光を出射させる出射面と、前記入射面から導入された光の少なくとも一部を少なくとも１回反射させ前記出射面へと導くようにする側面とを有しており、該側面は前記入射面から前記出射面へと向かう方向と直交する断面の形状が円形または多角形である。本発明の一態様においては、前記光量分布均一化手段は、導入された光の少なくとも一部を少なくとも１回反射させ出射させる筒状の内方反射面を有している。
【００１０】本発明の一態様においては、前記光源と前記光量分布均一化手段との間、及び／又は、前記光量分布均一化手段と前記導光体及び前記光源制御手段との間に、光拡散手段が配置されている。
【００１１】本発明の一態様においては、前記光源制御手段は、前記光量分布均一化手段から出射する光の一部を導入し光量モニター用受光手段へと導光する少なくとも１つの光ファイバーを有しており、前記光量モニター用受光手段から発せられる光量信号に基づき前記光源への供給電力を制御する光源駆動回路を含んでいる。
【００１２】本発明の一態様においては、前記導光体は少なくとも１つの光ファイバーからなる。本発明の一態様においては、前記導光体は複数の光ファイバーが束ねられてなる光ファイバーバンドルである。本発明の一態様においては、前記光ファイバーはマルチコア光ファイバーである。
【００１３】本発明の一態様においては、前記光源と前記光量分布均一化手段との間に熱線吸収手段または熱線反射手段が介在している。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１５】図１は本発明による照明装置の一実施形態を示す模式図である。光源２として反射鏡（リフレクター）３付きのハロゲンランプを用いており、このハロゲンランプから出た光は反射鏡３により反射され、前方（図１では左方向）に集光しながら進み、熱線吸収フィルター４にて熱線カットされ、光量分布均一化手段としてのミキシングロッド６内に入射する。
【００１６】ミキシングロッド６は、光源からの光が入射する入射面６ａと、該入射面から入射した光の少なくとも一部が内面反射する筒状の側面６ｂと、該側面での内面反射を伴って導光せしめられた光が出射する出射面６ｃとを有する。ミキシングロッド６は、図２（ａ），（ｂ）にそれぞれ正面図及び側面図を示すように、直方体形状をなしており、入射面６ａ及び出射面６ｃは一辺の長さがＬ１の正方形状をなし、長さ（入射面６ａと出射面６ｃとの間の距離）がＬ２である。寸法Ｌ１は例えば１２ｍｍであり、寸法Ｌ２は例えば４０ｍｍである。ミキシングロッド６は、透光性材料例えばアクリル樹脂からなる。尚、ミキシングロッド６をガラスから構成することも可能である。ミキシングロッド６に入射した光は側面６ｂによる内面反射を受けながら長手方向に進み、出射面６ｃではその出射位置に殆ど関係なく全面でほぼ均一の光量分布をもって出射される。このような光量分布均一化作用を高めるためにはミキシングロッド６の長さＬ２は大きいほどよく、ミキシングロッド６の入射面６ａに平行な平面での断面形状が矩形の場合にはＬ１の２．５倍以上、円形の場合にはＬ１の３倍以上とすることが好ましい。一方、Ｌ２は、出射面６ｃからの出射光量を大きくし、装置をコンパクトにするためには、ミキシングロッド６の断面形状が矩形の場合にはＬ１の５倍以下、円形の場合にはＬ１の１０倍以下とすることが好ましい。
【００１７】尚、光源２とミキシングロッド６との間、並びにミキシングロッド６と後述の導光体及び光源制御手段との間、のうちの一方に、光拡散手段を配置することにより光量分布均一化作用を更に高めることが可能である。光拡散手段としては、公知の光拡散板を用いることができ、また、ミキシングロッドの入射面６ａや出射面６ｃを粗面化すること等により光拡散機能を付与したものを用いることもできる。光量分布均一化作用を高めるためには、光拡散手段は光源２とミキシングロッド６との間に配置することが好ましい。
【００１８】ミキシングロッド６の出射面６ｃに当接する形で、導光体としての光ファイバーバンドル８の光入射端面が配置されている。光ファイバーバンドル８は、複数の光ファイバーを束ねた構造を有するものであり、その長手方向と直交する断面の形状は全体として略円形である。光ファイバーバンドル８の断面形状は他の形状例えば矩形とすることも可能である。光ファイバーバンドル８の直径は例えば１０ｍｍである。光入射端面８ａにおいて各光ファイバー内へと入射した光は各光ファイバー内を導光され光ファイバーバンドル８の光出射端面８ｂにおいて各光ファイバーから出射し、所望の照明領域を照明する。
【００１９】ミキシングロッド６の出射面６ｃには、光量モニター用の光ファイバー１０の一端面（光入射端面）が当接されている。光ファイバー１０は例えば直径１ｍｍのものである。この光ファイバーの他端面（光出射端面）は受光素子１２と接続されており、該受光素子１２からは光量に対応した電気信号（光量信号）が出力される。受光素子１２としては、例えばフォトトランジスタやフォトダイオード等の光電変換機能を有するものを使用することができる。
【００２０】一方、ランプ２は、ランプ駆動回路１４によりランプに所要の電力を供給する（具体的には所要の電圧を印加する）ことで所要の発光状態を実現するように制御される。そして、受光素子１２の出力はランプ駆動回路１４へと入力され、ランプ駆動回路１４では受光素子１２から出力される光量信号が所定値となるようにランプ発光が制御される。このような制御は調整可能な基準電圧と光量信号電圧との比較結果に基づき、これらが合致することを目標としてランプ印加電圧を変化させることで実現することができる。光量モニター用光ファイバー１０、受光素子１２及びランプ駆動回路１４を含んで、光源制御手段が構成されている。
【００２１】図３に、ミキシングロッド６の出射面６ｃと光ファイバーバンドル８の光入射端面８ａ及び光量モニター用光ファイバー１０の光入射端面１０ａとの位置関係を示す。図１〜３から解るように、光ファイバーバンドル８とミキシングロッド６とは、これらの当接部において光ファイバーバンドル８の中心軸Ｙとミキシングロッド６の中心軸Ｘとが合致するように、配置されている。但し、装置の構成によっては、これら中心軸Ｘ，Ｙは必ずしも合致させる必要はない。また、モニター用光ファイバー１０の光入射端面１０ａは、ミキシングロッド出射面６ｃの光ファイバーバンドル光入射端面８ａとの当接領域と異なる位置、例えば本実施形態においてはミキシングロッド６の出射面６ｃの隅部に当接している。
【００２２】図１において、符号１６はランプ駆動回路１４を電源と接続するためのコンセントを示し、符号１８は装置の筐体内の換気のためのファンを示す。
【００２３】本実施形態においては、ランプ２の個体差や装置へのランプの装着状態の差などによりランプからの光放射パターン（具体的にはミキシングロッド６の入射面６ａ上での光量分布パターン）が変化したり、ランプ２と光ファイバーバンドル８とのランプの光軸に垂直な平面における位置関係が変化したり、また消費電力の異なる別のランプに交換した場合であっても、ランプ２からの光の光量分布がミキシングロッド６により均一化されることで、ミキシングロッド６の出射面６ｃでの光量分布は出射位置によらず均一となり、照明光導光用光ファイバーバンドル８に入射する光量とモニター用光ファイバー１０に入射する光量との比率は一定に維持されるので、上記のランプ発光制御によりミキシングロッド６から光ファイバーバンドル８への入射光量を一定に維持することができる。
【００２４】特に、光ファイバーバンドル８の中心軸Ｙとミキシングロッド６の中心軸Ｘとに位置ずれがあっても、光ファイバーバンドル８への入射光量の変化は少なく且つ各光ファイバーに入射する光量の変化も少ない（もちろん、ミキシングロッド６の出射面６ｃから光ファイバーバンドル８の光入射端面８ａがはみ出さないという条件下で）。従って、光ファイバーバンドル８とミキシングロッド６との配置精度を厳しくすることなく、光ファイバーバンドル８への入射光量を一定に維持することができる。
【００２５】具体的には、本実施形態の構成において、直径１０ｍｍの光ファイバーバンドル８を用い、任意に選んだ１０個のランプ２を用いて効果を確認したところ、ミキシングロッド６を用いないこと以外は同様な構成の照明装置を用いた場合の光ファイバーバンドル８からの出射光量のばらつきが約３０％であったのに対して、本実施形態の照明装置を用いた場合の光ファイバーバンドル８からの出射光量のばらつきが約５％程度となった事を確認した。
【００２６】以上の実施形態では照明光用導光体として複数本の光ファイバーが束ねられてなる光ファイバーバンドルが用いられているが、光ファイバーを単独で用いることも可能である。この場合、光ファイバーとしては、公知の材質・構造のものが使用できるが、なかでも、マルチコア光ファイバーを用いることが好ましい。マルチコア光ファイバーを用いた場合には、上記実施形態で説明したと同じ効果が得られるとともに、光ファイバーの屈曲による光量ロスを抑える事が出来るため、光ファイバーの屈曲を伴う移動に対してもより安定した出射光量を得る事が出来る。また、本発明では、光ファイバーとして単芯光ファイバーを用いることも可能である。また、照明光用導光体として、アクリル樹脂ロッドやガラスロッド等からなる導光部材を用いることも可能である。
【００２７】上記実施形態では光源としてハロゲンランプが用いられているが、本発明で使用する光源はこれに限定されるものではなく他の光源であってもよい。
【００２８】また、上記実施形態では光量モニター用光ファイバー１０を用いて光源制御手段を構成しているが、本発明では、光量モニター用光ファイバー１０を用いることなくミキシングロッド６の出射面６ｃに直接受光素子を配置して光源制御手段を構成してもよい。また、モニター用光ファイバーは１本に限定されるものではなく、モニター用光ファイバーを複数本用い、これらの光入射端面を光量分布均一化手段の出射面の複数箇所に配置し、例えば、ミキシングロッド出射面６ｃが図２，３に示すような四角形の場合には、４つの隅部の全てにモニター用光ファイバーの光入射端を当接させ、モニター用光ファイバーの光出射端側をバンドル状にまとめて１個の受光素子に受光させる構造とすると、より安定した光量制御が可能になるため好ましい。
【００２９】また、上記実施形態では光量分布均一化手段として断面形状が四角形のアクリル樹脂製のロッドを用いたが、本発明では光量分布均一化手段はこれに限られることはなく、断面形状が正八角形などの多角形或いは円形のロッドなどであってもよく、また材質もアクリル樹脂に限られることはなく、ポリカーボネートやガラスを初めとした光を透過する透明な材料であれば良い。更に、この光量分布均一化手段の材料は無色である必要はなく、着色されたものであってもよい。照明の演出効果或いは技術的要求の点から照明光として着色光を用いる場合には、色フィルター等の着色手段を別に設ける必要がなくなるという効果も得られるため、光量分布均一化手段の材料として着色されたものを使用することが好ましい。光量分布均一化手段の大きさも上記実施形態では光ファイバーバンドル８と同程度の大きさのものを用いたが、これに限定されるものではなく、少なくとも照明光用導光体の断面形状よりも大きな断面形状を有するものであれば良い。
【００３０】また、上記実施形態では光量分布均一化手段としてミキシングロッドを用いたが、本発明の光量分布均一化手段はこれに限定されるものではなく、例えば図４に示すような構成のものを使用することも可能である。即ち、図４に示す光量分布均一化手段は、光拡散板６１から導入された光の少なくとも一部を少なくとも１回反射させ照明光用導光体８１の光入射端面８１ａへと出射させる円筒状の内方反射面６２’を持つ筒状体６２を有しており、光源から出射する光を導入する光拡散手段を構成する光拡散板６１が光源と光量分布均一化手段との間に配置されている。図４において、内方反射面６２’の中心軸Ｘ’は照明光用導光体８１の中心軸Ｙ’と合致している。この図４に示すような光量分布均一化手段によると、上記の実施形態と比べて光量分布均一化手段から出射される光の光量をより均一化させることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、光源の光量分布パターンが変化したり、照明光用導光体を接続する位置がずれた場合であっても、照明光用導光体への入射光量とモニター光量との比が変化しにくく、モニター光量信号に基づく光源発光制御を用いて照明光用導光体へと入射する光量の変化を十分に抑制することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０３５
【氏名又は名称】三菱レイヨン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月１９日（２０００．４．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６５３８５
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 穣平
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０７５２３（Ｐ２００１−３０７５２３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１１８３８７（Ｐ２０００−１１８３８７） |
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