| 【発明の名称】 |
照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 榮一
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| 【要約】 |
【課題】本発明の目的は、発光体素子を複数用いる照明装置において、よりエネルギー密度の高い照明分布又は、照明分布形状に変化をあたえる照明装置を提供することにある。
【解決手段】多数の発光体（例発光ダイオード）と対となす光学素子（例レンズ）を配列しエネルギー密度を高める。単位発光体の光発散角やその射出方向をコントロールすることにより、局所的にエネルギー密度を高めることにより上記の課題を解決した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の単位光源と、複数の単位光学素子よりなる照明光学系とを有し、上記複数の光学素子により、光源の光発散角又は射出方向又はその両方を変換して照射面の特定部分又は特定形状で強い照射を行う照明装置である。
【請求項２】請求項１の照明装置において、前記単位発光体と単位光学素子とが対応し前記複数の光学素子がレンズ又は回折光学素子又はシリンドリカルレンズ又はトーリックレンズであり点状又は円状又は直線状に光エネルギーを集中させ局所的に高いエネルギーを得るための請求項１の照明装置。
【請求項３】請求項２の照明装置において、単位光源からの光の射出方向を変化させる単位レンズを付加しエネルギーをより局所的に光エネルギーを集中させる新たな光学素子をつけた照明装置。
【請求項４】請求項２照明装置において対となる単位発光体と単位レンズに規制的偏心を与えることにより、より局所的に光エネルギーを集中させ高いエネルギーを得るための照明装置。
【請求項５】上記照明装置にライトガイドをつけた照明装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はカメラ、電子カメラ、ビデオカメラ、撮影検査装置、加工装置等に用いる照明装置である。
【０００２】
【従来の技術】本発明はカメラ、電子カメラ、ビデオカメラ等の撮影、加工装置、光による接着剤の硬化用の照明装置において光量が不足していた場合、多数個の発光体を用いて照明を行う。しかしながら、一般に発光体は、定まった光の発散指向特性・射出方向をもつために容易に高いエネルギーの集中やある照射面で直線状、円状、点状、四角その他の分布を得ることは困難がある。
【０００３】従来はこれを一つの機能をもつ光学素子で上記の目的を達成しようとしていたため、又、多数個の単位光源の発散角による光の収束不具合、単位光源の光の進行方向に原因する不具合、を明確にせずに実現しようとしたために困難があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は光発散指向特性、射出方向が定まっている一般の発光素子を多数個組み合わせ、並列に配置された単位光学素子の機能その後の光学素子等を組み合わせることにより光源からの発散角のコントロール各単位光源からの光の進行方向のコントロールを行い、強い光強度分布を点状、円状、直線状、四角状に形成するための照明装置を提案することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的は下記（１）から（５）の本発明により構成される。
【０００６】（１）複数の単位光源と、複数の単位光学素子よりなる照明光学系とを有し、上記複数の光学素子により、光源の光発散角又は射出方向又はその両方を変換して照射面の特定部分又は特定形状で強い照射を行う照明装置。
【０００７】（２）上記の照明装置において、前記単位発光体と単位光学素子とが対応し前記複数光学素子がレンズ又は回折光学素子又はシリンドリカルレンズ又はトーリックレンズであり点状又は円状又は直線的に光エネルギーを集中させ局所的に高いエネルギーを得るための照明装置。
【０００８】（３）上記の照明装置において、単位光源からの光の射出方向を変化させる単位レンズを付加しエネルギーをより局所的に光エネルギーを集中させる新たな光学素子をつけた照明装置。
【０００９】（４）前記（２）の照明装置において、対となる単位発光体と単位レンズに規制的偏心を与えることにより、より局所的に光エネルギーを集中させ高いエネルギーを得るための照明装置。
【００１０】（５）上記照明装置にライトガイドをつけた照明装置。
【００１１】
【実施例】以下本発明の照明装置を添付図面に示す実施例について詳細に説明する。図１は本発明の照明装置の第一実施例を示す斜視図である。
【００１２】光源は、特に限定はされない、例えば発光ダイオード、レーザダイオード等なるべく点光源に近い光源など多数個配列することにより光源部が構成される。発光体の各各に対し、各単位レンズを対応させることにより単位発光体の発散角をコントロールし光の集光効率を向上されたものである。図１は多数個の発光ダイオード１に対応する複数のレンズ２を配置したものである。この原理は、ある定まった光発散指向特性の発光ダイオード１で、ある被照射面を照射した場合に図２のごとくある光の拡がりＷＯをもつ分布となる。図３の如くレンズ２を置くことにより、光発散指向角ＷＬをコントロールしてせまい範囲を照射でき中央付近のエネルギー密度を図２のＰＯより高いＰＬ強めることができる。図１の実施例はこの原理を応用して集合体としてエネルギーの集中をはかるものである。このレンズ単体１は、全体として一体に成形されてもよい。又一個一個の単位光源に、図４のように一体となるようにとりつけてもよい。図１において多数の発光体１より射出された光は、レンズ２により射出角を縮小され中心のエネルギー密度が集中し、多数の光束が照射面照射することにより中心付近のエネルギーが高くなる照明装置である。具体的な数値例で示す。の発散指向角が４５度（トータル角度）の発光ダイオードにアクリルレンズを付けた場合、単位レンズは、レンズ厚ｄ２を１ｍｍとしｒを２．５ｍｍの半径をもつ場合照射面中心において１０倍程度の強度増加があった。レンズと発光ダイオードの間隔は０．２ｍｍから１．５ｍｍがよかった。
【００１３】図５は本発明の照明装置の第２実施例を示す斜視図で多数個配列された発光ダイオード１又はレーザダイオードにシリンドリカルレンズ６を平行配列に対応させて照明効率を向上させた照明装置の例である。シリンドリカルレンズの集合は一体成形されたものでもよい。具体的な数値の例としては半径２．５ｍｍ、厚さ１ｍｍシリンドリカルレンズを用いた場合中心において約３倍程度強度の増加した直線状の光分布が得られた。
【００１４】図６は本発明の照明装置第３実施例を示す斜視図で多数光配列された発光ダイオード１又はレーザダイオードにシリンドリカルレンズ６を四角に配列し四角の照明光を得る。四角状に配列された発光ダイオード群に対応してシリンドリカルレンズ６を配列し、発光ダイオード１の発散角を縮小しエネルギー密度の高い四角状の照明光を得る照明装置である。
【００１５】図７は本発明の照明装置第三実施例を示す。正面図で単位光源１に対応する単位レンズ２ａに偏芯をあたえ、発散角と射出方向をコントロールすることにより、実施例１よりもさらに集光度を向上させたものである。偏芯量は中心に光を集光させるには集合体の光源中心から比例した偏芯をあたる。直線状に光強度を集光したい場合線対称に偏芯をあたえる。なお単体レンズをシリンドリカルレンズにおきかえてもよい。配列された発光体からの光の拡散角を単位レンズ２ａにより、縮小しかつ場合による関数に対応し偏芯をあたえる、その偏芯量は多数の発光体の中心部に光が集中する方向に光が曲がる量とする。レンズ２ａを通ることにより光は光の密度をまし、中心方向にまげられて照射面の一部を協力に照射する照明装置である。
【００１６】図８は本発明の照明装置第四実施例を示す正面図で、発光ダイオード１と、対となる単体レンズ２の偏芯はゼロとし単位光源１の発散角をコントロールし、この単体レンズ２の集合体の後に大きな口径のレンズ２ｂを挿入し前記単体レンズ２からの射出方向をコントロールすることにより光を集光させて一点にあつめエネルギー密度を高める照明装置である。
【００１７】図９は第五実施例発光体の１の発散角が大きく光ガイドに入射させるにはロスが多い場合に多数個の発光体の単位発光体の発散角レンズ群２を小さくするためのレンズ群２を用い光ライトガイドのアパーチャーに有効に光が入射する発散角となるようコントロールし、又単位発光体１とその対となる単位レンズ２からの射出方向をレンズ２ｂによりコントロールし射出方向が光ライトガイド８のアパーチャに有効に光が入射するようにし光ライトガイド８への結合効率を上げ、遠方の照射を行う照明装置である。なお光ガイドの入射面が射出面を適切なる曲率をつけて照射面での光分布をコントロールすることもある。
【００１８】以上のべた発明の実施例ではレンズとシリンドリカルレンズの例を記載してあるがトーリックレンズ、回折光学素子等の光学素子を使ってもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明装置によれば、光の発散指向特性がさだまっている発光体の発散角や指向方向を、光学素子によりコントロールし、光の分布パターンやエネルギー密度を集中させる等のさまざまな分野に適用できる照明装置の提供が可能となった。光加工、照明において光強度の増加は重要な意味を持ち、あるエネルギー以上を確保できないと加工や化学反応、映像のとり込みが不可となる。本装置により多数の光源を効率よく集光させることによりエネルギ強度の局所的増加、光強度分布のコントロールにより、光加工や光化学反応による接着剤、光硬化等の応用範囲を拡げることが可能な照明装置の提供できた。又光ライトガイドへの多数個の光源から光を効率よく入射させるために既存の光源を複数個用いている場合、ライトガイドのＮＡ以下に、光源からの光発散角をおさえ，光ガイドへの結合効率を飛躍的に高めるために有効な手法を提供できた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００４２０４７６
【氏名又は名称】株式会社オプトデザイン
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| 【出願日】 |
平成１２年８月７日（２０００．８．７） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００２−５６７０６（Ｐ２００２−５６７０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年２月２２日（２００２．２．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２７２２７２（Ｐ２０００−２７２２７２） |
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