照明装置

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【発明の名称】	照明装置
【発明者】	【氏名】玉置智
【要約】	【課題】均一な光照射ができて照明ムラが発生せず、均一な発光強度特性を得るようにした光ファイバを用いた照明装置を提供する。【解決手段】複数の光ファイバ１２ａから成る導光部１２と、この導光部を構成する複数の光ファイバの一端内に少なくとも一つの光源１１ａを嵌入させてなる発光部１１と、発光部を駆動する駆動部１４と、駆動部に給電する電源部１５と、少なくとも発光部の領域を包囲するように配設した放熱手段１６と、これら導光部，発光部，駆動部及び電源部を収容するケース１７とを含むように、照明装置１０を構成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の光ファイバから成る導光部と、この導光部を構成する複数の光ファイバの一端内に少なくとも一つの光源を嵌入させてなる発光部と、上記発光部を駆動する駆動部と、この駆動部に給電する電源部と、少なくとも上記発光部の領域を包囲するように配設された放熱手段と、これら導光部，発光部，駆動部及び電源部を収容するケースとを含み、上記光源からの出力光の不均一分布が消去された、高効率で且つ均一な光強度分布の照明光を有することを特徴とする、照明装置。
【請求項２】前記導光部を構成する光ファイバの各々の他端を、凸または凹状のレンズ形状に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】前記導光部の他端に、円錐面状に拡大する反射鏡が備えられ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】前記ケース内面が鏡面仕上げされていて、前記光源の外側に漏れた光が導光部へ導光されることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】前記放熱手段が空冷式の放熱手段であることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の照明装置。
【請求項６】前記放熱手段が表面積を大きくするための凹凸形状を有していることを特徴とする、請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】前記放熱手段がヒートパイプであることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の照明装置。
【請求項８】前記放熱手段が水冷式の放熱手段であることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の照明装置。
【請求項９】前記発光部の光源の後方に、光源からの光を導光部に向かって反射させる反射部材が備えられていることを特徴とする、請求項１から８の何れかに記載の照明装置。
【請求項１０】前記放熱手段が光源の後方まで延びていることを特徴とする、請求項１から９の何れかに記載の照明装置。
【請求項１１】前記導光部の個々のファイバの出射端面を、導光部の中心軸の周りに同心円状に、中心から外側に向けてに徐々に傾きを大きくして配列したことを特徴とする、請求項１～１０のいずれかに記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、発光部として各種光源を使用できると共に、導光部として光ファイバを用いて、均一な光強度の照射面を得るようにした照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光部として例えば白熱電球等の光源を使用した照明装置は、白熱電球のフィラメントの形状に基づいた光強度分布を均一化するため、電球の裏面に光を拡散させる拡散材を塗布したり、あるいは、電球裏面に凹凸を形成したりしている。また、例えば、電気スタンドのように寝ながら本を読むとか、個人的に照明を利用する場合には、不必要個所に照明が届かないよう白熱電球と反射板（かさ）等の光を収束す部材を組み合わせて使用している。このように、光源の空間的光強度分布を均一にし、かつ、必要とする照射面だけを照射する照明装置は、かさばる等の課題があり、気軽に旅行鞄等に収納して持ち運び、好きな場所で使用するといったことはできなかった。また、照明分野においても、必要箇所だけを均一な光強度で照射し、小型で消費電力が小さく、かつ、コストが低い照明装置が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上の点にかんがみ、小型で消費電力が小さく、低コストでかつ照射面において均一な照射光強度特性を得るようにした照明装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１に記載の照明装置は、複数の光ファイバから成る導光部と、この導光部を構成する複数の光ファイバの一端内に少なくとも一つの光源を嵌入させてなる発光部と、上記発光部を駆動する駆動部と、この駆動部に給電する電源部と、少なくとも上記発光部の領域を包囲するように配設された放熱手段と、これら導光部，発光部，駆動部及び電源部を収容するケースとを含み、上記光源からの出力光の不均一分布が消去された、高効率で且つ均一な光強度分布を有することを特徴としている。
【０００５】請求項２に記載の照明装置は、前記導光部を構成する光ファイバの各々の他端を、凸または凹状のレンズ形状に形成したことを特徴とする。請求項３に記載の照明装置では、前記導光部の他端に、円錐面状に拡大する反射鏡を備えたものである。また、請求項４に記載の照明装置にあっては、前記ケース内面が鏡面仕上げされていて、発光ダイオートの外側に漏れた光も導光部へ導光される構成とした。請求項５に記載の照明装置は、前記放熱手段が空冷式の放熱手段であることを特徴とする。請求項６に記載の照明装置は、前記放熱手段が表面積を大きくするための凹凸形状を有していることを特徴とする。請求項７に記載の照明装置は、前記放熱手段がヒートパイプであることを特徴としている。請求項８に記載の照明装置は、前記放熱手段が水冷式の放熱手段であることを特徴とする。請求項９に記載の照明装置は、前記発光部の光源の後方に、光源からの光を導光部に向かって反射させる反射部材が備えられていることを特徴とする。請求項１０に記載の照明装置は、前記放熱手段が光源の後方まで延びていることを特徴としている。
【０００６】上記構成によれば、電源部からの給電により駆動部が発光部の一個もしくは複数個の光源を発光させる。これにより、発光部の各光源から出射した光は、一部が導光部の一端に設けられた凹陥部内にて端面から光ファイバ内に入射し、また他の一部が上記凹陥部内にて各光ファイバの凹陥部に対向する側面から光ファイバ内に入射する。したがって、導光部を構成する光ファイバの各ファイバ内を伝送される光は、導光部の他端にて、導光部を構成するすべての光ファイバの端面から、即ち導光部の他端の端面全体から光ファイバの開口角度して出射する。そして、個々の導光部内を導光される光は、光源の構造による光の不均一性により光強度が互いに異なるが、導光部の各ファイバから出射した光がすべて重畳された照射領域では光強度分布が均一になり、均一光強度照射面が得られる。また、上記発光部の光源が導光部の一端内に嵌入していることによって、光源から出射した光はほとんど散乱することなく高い効率で導光部内に入射することになり、照明装置の発光強度を高くすることができる。
【０００７】上記導光部を構成する光ファイバの他端が、個々の光ファイバ毎にレンズ状に形成されている場合には、個々の光ファイバ毎のレンズ効果により、レンズ形状に応じて、均一光強度照射面を所望の位置、形状に形成できる。その際、個々の光ファイバの他端面が凹状の場合には、個々の光ファイバを伝送される光は、その光ファイバの他端面にて、その凹状の形状に基づいて屈折することにより発散して、より広い範囲で照明光が均一化されることになる。また、個々の光ファイバの他端面が凸状の場合には、個々の光ファイバを伝送される光は、その光ファイバの他端面にてその凸状の形状に基づいて屈折し、一端集束した後発散して、より広い範囲で照明光が均一化される。
【０００８】さらにまた、導光部の個々のファイバの出射端面を導光部の中心軸の周りに同心円状に中心から外側に向けてに徐々に傾きを大きくして配列すれば、さらに広い面積の均一光強度照射面が得られる。上記導光部の他端に、円錐面状に拡大する反射鏡が備えられている場合には、導光部の他端から出射した光がさらにこの反射鏡によって発散角を絞り込まれることになり、対象物に対する照明光をよりいっそう明るくすることができる。上記ケース内面が鏡面仕上げされている場合には、たとえ光源から光が外側に洩れたとしても、ケース内面によって反射されて導光部の一端に入射することになり、照明装置の発光強度を高くすることができる。前記放熱手段が空冷式の放熱手段である場合には、自然通風又はファン等による強制空冷によって、光源からの発熱が放熱手段により効果的に放熱される。前記放熱手段が、表面積を大きくするための凹凸形状を有している場合には、放熱手段からの放熱効果が向上し、光源からの発熱がより一層効果的に放熱される。前記放熱手段がヒートパイプである場合には、ヒートパイプを介して光源からの発熱が外部に取り出されることになる。前記放熱手段が水冷式の放熱手段である場合には、空冷式の場合よりも効果的に放熱が行なわれる。
【０００９】前記発光部の光源の後方に、光源からの光を導光部に向かって反射させる反射部材が備えられている場合には、光源から後方に向かって出射した光がこの反射部材によって前方の導光部に向かって反射され、導光部内に入射して照明に寄与するので、光源からの光の取出し効率が向上し、より明るい照明を得ることができる。そして、前記放熱手段が光源の後方まで延びている場合には、光源からの発熱がより一層効果的に放熱されることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。図１及び図２はこの発明による照明装置の第一の実施形態を示している。図１及び図２において、照明装置１０は、発光部１１と、この発光部１１に対向して配設された導光部１２と、導光部１２の先端に設けられた反射鏡１３と、発光部を駆動する駆動部１４と、この駆動部１４に給電する電源部１５と、少なくとも発光部１１の領域を包囲するように設けられた放熱手段１６と、これら発光部１１，導光部１２，駆動部１４，電源部１５及び放熱手段１６を内蔵するケース１７と、を含んでいる。
【００１１】上記発光部１１は、光源１１ａ、例えば一つの白熱電球と、この光源１１ａを保持するソケット１１ｂと、から構成されており、ソケット１１ｂは後述する駆動部１４に接続されている。なお、上記光源１１ａは、白熱電球に限らず、シリカ電球，クリプトン電球，メタルハライドランプ，キセノンランプ，電球型蛍光灯，ハロゲン電球，ナトリウム灯等の高輝度放電灯，水銀灯灯の各種光源を使用することができる。また、上記ソケット１１ｂには、前方に向かって凹状に形成された反射面１１ｃが取り付けられている。
【００１２】上記導光部１２は光ファイバ１２ａから構成されており、一端が上記発光部１１に対向していると共に、他端が外側に向かって開放している。この場合、光ファイバ１２ａは、その一端が凹陥部１２ｂを備えていると共に、その他端が平坦に形成されている。これにより、上記光源１１ａは導光部１２の光ファイバ１２ａの凹陥部１２ｂ内に嵌入して保持される。この際、発光部１１は、図１に示すように、光ファイバ１２ａの凹陥部１２ｂの内表面と間隙を設けて配設してもよく、或いは、互いに密着して配設するようにしてもよい。
【００１３】上記反射鏡１３は、導光部１２の先端（図１にて右端）側において、外側に向かって発散するように、円錐面状に形成されている。
【００１４】上記駆動部１４は、ケース１７内に収容されており、電源部１５から給電されることにより、発光部１１のＬＥＤ１１ａに対して駆動電流を供給するように構成されている。なお、上記駆動部１４の具体的構成は、使用する光源１１ａに対応して適宜に選定されるようになっている。例えば、光源１１ａが白熱電球の場合には、直流又は交流電圧を白熱電球のフィラメントに印加すればよい。また、光源１１ａがキセノンランプの場合には、駆動部１４は充電回路によって放電用コンデンサを充電し、トリガ回路によりコンデンサを一気に放電させてキセノンランプを点灯されるようにすればよい。
【００１５】上記電源部１５はケース１７内に収容されており、ケース１７の外面の、図１において左端面に設けられた回転式スイッチ１５ａによりオンオフされるように構成されている。
【００１６】上記放熱手段１６は、発光部１１の光源１１ａからの熱を放熱するためのものであり、少なくとも発光部１１の領域、特に図３及び図４に示すように、発光部１１及び導光部１２の一端側の一部を包囲するように配設されており、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム，銅，銀等から構成されている。また、上記放熱手段１６は周囲の表面に凹凸形状１６ａを有しており、これによって表面積を増大させて、放熱効果を高めるように構成されている。図示の場合、放熱手段１６はケース１７と一体に構成されているが、これに限らずケース１７内に配設されてもよく、またケース１７の外側に配設されてもよい。さらに、図示の場合、発光部１１の反射面１１ｃの後面にも、放熱手段１６とは別の放熱手段１６ｂが設けられており、放熱効果がより一層高められている。なお、この放熱手段１６ｂは、光源１１ａの種類によっては省略してもよく、その代わりに反射面１１ｃに放熱孔を備えるようにしてもよい。
【００１７】上記ケース１７は、図示の場合、所謂ペンシルタイプとして細長い円筒状に形成されていると共に、発光部１１，導光部１２，駆動部１４，電源部１５及び放熱手段１６を収容している。なお、ケース１７は、その内面が鏡面仕上げされている。
【００１８】この発明の実施形態による照明装置１０は以上のように構成されており、使用する場合には、先ずスイッチ１５ａを回転操作してオンにする。これにより、電源部１５から駆動電圧がスイッチ１５ａを介して駆動部１４に供給され、駆動部１４が動作して発光部１１の光源１１ａに駆動電流を流す。
【００１９】このようにして光源１１ａが発光し、光源１１ａから出射した光は、一部が直接に導光部１２の凹陥部１２ｂ内にて光ファイバ１２ａの一端に入射し、また他の一部が導光部１２の凹陥部１２ｂ内の周囲にて光源１１ａに対向する光ファイバ１２ａの側面から入射する。このとき、光源１１ａが導光部１２の凹陥部１２ａ内に嵌入しているので、光源１１ａの発光位置であるフィラメントより前方にて、光ファイバ１２ａの側面に入射した光は、図４にて矢印Ａで示すように、光ファイバ１２ａの屈折率に基づいて前方に向かって屈折し、導光部１２の他端に導かれる。
【００２０】また、上記フィラメントより後方にて、光ファイバ１２ａの側面に入射した光は、図４にて矢印Ｂで示すように、光ファイバ１２ａの屈折率に基づいて後方に向かって屈折して導光部１２ａの一端に導かれ、光ファイバ１２ａの端面から出射し、反射面１１ｃで反射された後、再び導光部１２の一端から入射することにより、導光部１２の他端に導かれる。さらに、光源１１ａから後方に向かって出射した光は、反射面１１ｃで反射された後、同様にして、一部が直接に導光部１２の凹陥部１２ｂ内にて光ファイバ１２ａの一端に入射し、また他の一部が導光部１２の凹陥部１２ｂ内の周囲にて光源１１ａに対向する光ファイバ１２ａの側面から入射する。
【００２１】これにより、光源１１ａから出射した光は側方や後方に向かう光も導光部１２内に取り込まれることになると共に、光源１１ａから導光部１２の各光ファイバ１２ａ内に入射した光は、光ファイバ１２ａを通って導光部１２の他端からほぼ平行光として出射する。その後、導光部１２からの出射光は、さらに反射鏡１３により発散角を絞り込まれながら、図面にて右方に出射して対象物を照明する。このとき、導光部１２の各光ファイバ１２ａの他端から出射する光は、図５に示すように、各光ファイバ１２ａからの出射光が互いに重畳することにより、照明光均一領域を構成することになる。このようにして、発光部１１からの光は、側方または後方に向かって出射した光を含めて、高効率で導光部１２の光ファイバ１２ａ内に入射し、光ファイバ１２ａによりほぼ平行光に変換された後、対象物を照明する。これにより、対象物は均一な照射光強度特性を有する照明光によってより明るく照明される。
【００２２】図６は、上記導光部１２を構成する光ファイバの変形例を示している。図６において、光ファイバ１２ｂは、図１の光ファイバ１２ａとは異なり、その右端にて、個々の光ファイバの他端面が凸レンズ状（図１０（Ａ）参照）に形成されている。これにより、個々の光ファイバの他端面から出射する光は、図７に示すように、この凸レンズ状の端面で一旦集束された後、発散されることになり、出射光の発散角が増大するので、光ファイバ１２ｂの出射端のより近傍にて出射光がより良好に互いに重畳され、照明光均一領域が光ファイバ１２ｂの出射端の近傍にてより広い範囲に形成される。
【００２３】また、図８は上記導光部１２を構成する光ファイバの変形例を示している。光ファイバ１２ｃは、図１の光ファイバ１２ａとは異なり、その右端にて個々の光ファイバの他端面が凹レンズ状（図１０（Ｄ）参照）に形成されている。このため、個々の光ファイバの他端面から出射する光は、図９に示すように、この凹レンズ状の端面で発散されることになり、出射光の発散角が増大するので、光ファイバ１２ｃの出射端のより近傍にて出射光がより良好に互いに重畳され、照明光均一領域が光ファイバ１２ｃの出射端の近傍にてより広い範囲に形成される。
【００２４】このようにして、図６または図８に示すように、導光部１２を構成する個々の光ファイバ１２ｂ，１２ｃの他端を凸レンズ状または凹レンズ状に形成することによって、光ファイバ１２ｂまたは１２ｃの他端における出射光の発散角を増大させることができるので、対象物を照明する照明光が、より近い距離でより広い範囲で均一化されることになる。
【００２５】なお、このような照明光の均一化は上記変形例に限らず、例えば図１０（Ｂ）に示すように、個々の光ファイバの左端（入射端）のみを凸レンズ状に形成し、または図１０（Ｃ）に示すように、個々の光ファイバの両端を凸レンズ状に形成し、あるいは図１０（Ｅ）に示すように、個々の光ファイバの左端（入射端）のみを凹レンズ状に形成し、さらには図１０（Ｆ）に示すように、個々の光ファイバの両端を凹レンズ状に形成することによっても達成することができる。
【００２６】図１１は上記放熱手段の変形例を示している。図１１において、放熱手段２０は、少なくとも発光部１１及び導光部１２の一端側の一部を包囲するように中空円筒状に形成されており、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム，銅，銀等から構成されている。そして、この場合、放熱手段２０は、放熱手段１６における周囲の表面に設けられた凹凸形状１６ａの代わりに、内部に備えられた通気孔２１を備えている。これにより、通気孔２１内を自然通風によって空気が流れ、あるいは放熱ファン等を使用して強制的に空気が循環されて放熱手段２０が空冷され、光源１１ａからの熱が放熱される。
【００２７】図１２は上記放熱手段の他の変形例を示している。この例では、放熱手段３０は、少なくとも発光部１１及び導光部１２の一端側の一部を包囲するように巻回されたヒートパイプ３１から構成されており、ヒートパイプ３１が放熱ブロック３２に接続されている。この構成では、放熱ブロック３２に対して自然通風によって空気が流れ、あるいは放熱ファン等を使用して強制的に空気が循環され、放熱手段２０が空冷されて光源１１ａからの熱が放熱される。なお、放熱ブロック３２は冷却効率を高めるために放熱フィンを備えていてもよい。また、放熱ブロック３２は、空冷に限らず、水冷あるいは油冷により放熱されるように構成されてもよい。
【００２８】図１３は本発明の他の実施の形態を説明する図である。図において、１２ａは導光部１２を構成する個々の光ファイバであり、この光ファイバを、この光ファイバの出射端面が導光部の中心軸を中心としてその周りに同心円状に収束するように、換言すれば、光ファイバの入射端面（図１３において左方）に向かって導光部の中心線から外側に徐々に傾斜角を増加させて配列させている。図から明らかなように、この場合の均一光強度領域は、光ファイバ１２で導光されたすべての光が均一に分布した照射面となる。なお、図１３では、光ファイバを傾けたが、光ファイバ自身は平行に配置し、出射端面側を徐々に傾けて形成しても同等の効果が得られる。
【００２９】上述した実施形態において、発光部を構成する光源は、一個のみが使用されているが、これに限らず二個以上の光源を備えていてもよいことは明らかである。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、電源部からの給電により駆動部が発光部の光源を発光させる。これにより、発光部の光源から出射した光は、一部が導光部の一端に設けられた凹陥部内にて端面から光ファイバ内に入射し、また他の一部が上記凹陥部内にて各光ファイバの凹陥部に対向する側面から光ファイバ内に入射する。したがって、導光部を構成する光ファイバの各ファイバ内を伝送される光は、導光部の他端にて、導光部を構成するすべての光ファイバの端面から、即ち導光部の他端の端面全体から、光ファイバの開口角で出射する。そして、導光部を構成する個々の光ファイバを導光される光は、光源の構造による光の不均一性に基づいた光強度の違いが存在するが、導光部の各ファイバから出射した光が互いに重畳されることになるので、ほぼ均一な光強度分布を形成する照射面が形成される。これにより照明装置による照明光は照明ムラがなく、対象物を高い照度で照射できる。また、上記発光部の光源が導光部の一端内に嵌入していることによって、光源から出射した光はほとんど散乱することなく高い効率で導光部内に入射することになり、低消費電力で、かつ、照明装置の発光強度を高くすることができる。また、球面レンズ等のかさばる光学系を使用せずに、光ファイバを使用するので、極めて小型にできる。このようにして、本発明によれば、均一な発光強度特性を得ることができる極めて優れた照明装置が提供される。

【出願人】	【識別番号】５９９１０４２９９【氏名又は名称】ラボ・スフィア株式会社
【出願日】	平成１３年１月３１日（２００１．１．３１）
【代理人】	【識別番号】１０００８２８７６【弁理士】【氏名又は名称】平山一幸（外１名）
【公開番号】	特開２００２－２３１０３９（Ｐ２００２－２３１０３９Ａ）
【公開日】	平成１４年８月１６日（２００２．８．１６）
【出願番号】	特願２００１－２４７４６（Ｐ２００１－２４７４６）