JP2007095681A - Floodlight system with multiple light sources and multiple light axes - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多光源多光軸投光システムに関し、詳しくは、多数の光源からの光をそれぞれ違う光軸を有する複数のレンズ手段を用いて集光するシステムに関する。 The present invention relates to a multi-light source / multi-optical axis projection system, and more particularly to a system for condensing light from a large number of light sources using a plurality of lens means having different optical axes.
一般に、発光ダイオード等の点状光源では、光を特定方向へ投光する場合、例えば、懐中電灯で採用される放物面状に形成された反射面が設けられている。 In general, in a point light source such as a light emitting diode, when projecting light in a specific direction, a reflecting surface formed in a parabolic shape employed in, for example, a flashlight is provided.
例えば、特許文献1には、図5に示すビームライトが開示されている。このビームライトでは、光制御要素52の略中心に凹部53が形成され、そこには点状光源51が配設されている。点状光源51から前方側に放射される前方光は、凸レンズ54で屈曲し、平行光となる。また、点状光源51から側面側に放射される側部光は、外周に設けた反射面55で反射して前方へと向かう。したがって、点状光源51から放射される光はほぼ同一方向に投光される。
For example, Patent Document 1 discloses a beam light shown in FIG. In this beam light, a
しかしながら、前記特許文献1に記載の構成では、前方光を平行光となるように屈折させるため、点状光源51を凸レンズ54の焦点位置に配置する必要がある。また、側面光を平行光になるように反射させるため、点状光源51を反射面55の焦点/中心位置に配置する必要がある。つまり、凸レンズ54と反射面55の焦点位置を合致させ、その位置に点状光源を配置しなければ、十分な効果を得ることができない。
However, in the configuration described in Patent Document 1, it is necessary to arrange the
点状光源51だけで十分な明るさを得られない場合、さらに別の光源を追加することも考えられるが、新たに追加する点状光源を前記焦点位置に配置することはできないため、コストに見合う効果は期待できない。
When sufficient brightness cannot be obtained with only the
また、複数のビームライトを用意し、同一方向に照射させるとしても、照射面で単位面積当たりに得られる照度は同じである。 Even if a plurality of beam lights are prepared and irradiated in the same direction, the illuminance obtained per unit area on the irradiated surface is the same.
さらに、複数のビームライトの照射方向を調整し、同一照射面に重複させて照射させれば、単位面積当たりの照度を、ビームライトの数だけ増やすことはできるものの、照射面とビームライトの距離、各ビームライトの配設位置、角度等を細かく調整する必要があり、調整作業が煩雑である。 Furthermore, if the irradiation direction of multiple beam lights is adjusted and the same irradiation surface is overlapped, the illuminance per unit area can be increased by the number of beam lights, but the distance between the irradiation surface and the beam light. Further, it is necessary to finely adjust the arrangement position and angle of each beam light, and the adjustment work is complicated.
このように、前記従来の装置や考え得る変形例では、点状光源から照射される光を平行光とすることはできるが、複数の点状光源を用いて明るさを向上させる場合、コストがかかり、調整作業が面倒である等の問題がある。 As described above, in the conventional apparatus and possible modifications, the light emitted from the point light source can be parallel light. However, when the brightness is improved by using a plurality of point light sources, the cost is low. Therefore, there are problems such as troublesome adjustment work.
そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、複数の点状光源を用いれば、増やした点状光源の数に応じた照度を得ることができだけでなく、簡単な操作で照射目標との距離を変更できる多光源多光軸投光システムを提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention can not only obtain illuminance according to the increased number of point light sources, but also a distance from the irradiation target with a simple operation if a plurality of point light sources are used. It is an object of the present invention to provide a multi-light source / multi-optical axis projection system capable of changing the light source.
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
複数の投光手段を、中心軸の周囲に設けてなる多光源多光軸投光システムであって、
前記各投光手段は、
前記中心軸と平行な第1の光軸を有する第1の凸レンズ手段と、
前記第1の凸レンズ手段の片側に配置される光源手段と、
前記第1の凸レンズ手段の残る片側に配置される第2の凸レンズ手段と、
を有し、
前記第2の凸レンズ手段が有する第2の光軸は、前記第1の光軸と平行で、かつ、前記第1の光軸よりも前記中心軸側に配置することにより、前記光源手段からの光を、前記第1及び第2の凸レンズ手段で前記中心軸側に偏るように屈折させたものである。
As a means for solving the above problems, the present invention provides:
A multi-light source multi-optical axis light projecting system in which a plurality of light projecting means are provided around a central axis,
Each of the light projecting means
First convex lens means having a first optical axis parallel to the central axis;
Light source means disposed on one side of the first convex lens means;
Second convex lens means disposed on the remaining one side of the first convex lens means;
Have
The second optical axis of the second convex lens means is parallel to the first optical axis and disposed closer to the central axis side than the first optical axis, so that the light source means The light is refracted by the first and second convex lens means so as to be deflected toward the central axis.
前記各投光手段は、次式を満足するように構成すればよい。 Each of the light projecting means may be configured to satisfy the following formula.
f1:第1の凸レンズ手段が有する第1の焦点距離
dz:第1の凸レンズ手段の中心と第2の凸レンズ手段の中心との距離
f2:第2の凸レンズ手段が有する第2の焦点距離
前記各投光手段において、前記光源手段は前記第1の光軸上に配置するのが好ましい。 In each of the light projecting means, it is preferable that the light source means is disposed on the first optical axis.
前記光源手段には、発光ダイオードを使用することができる。 A light emitting diode can be used as the light source means.
前記第1の凸レンズ手段及び前記第2の凸レンズ手段は、複数のレンズからなるレンズ組でそれぞれ構成するのが好ましい。 Preferably, the first convex lens means and the second convex lens means are each constituted by a lens set composed of a plurality of lenses.
前記第1の凸レンズ手段は、さらに前記発光ダイオードを前記第1の光軸の前方から少なくともその周りまで覆う半球形レンズを備えているのが好ましい。 Preferably, the first convex lens means further includes a hemispherical lens that covers the light emitting diode from the front of the first optical axis to at least the periphery thereof.
前記第1の光軸と前記第2の光軸の距離は、1〜6mmであるのが好ましい。 The distance between the first optical axis and the second optical axis is preferably 1 to 6 mm.
前記第1の凸レンズ手段と前記第2の凸レンズ手段の間には絞りを設けるのが好ましい。 It is preferable to provide a stop between the first convex lens means and the second convex lens means.
前記各投光手段は、前記中心軸を中心とする線対称の位置に設けるのが好ましい。 Each of the light projecting means is preferably provided at a line-symmetrical position around the central axis.
本発明によれば、光源手段からの光を、第1、第2の凸レンズ手段によって中心軸側に集光できるので、投光手段の数に応じて倍加された照度を得ることが可能となる。 According to the present invention, since the light from the light source means can be condensed on the central axis side by the first and second convex lens means, it is possible to obtain the illuminance doubled according to the number of the light projecting means. .
また、第1、第2の凸レンズ手段による光の屈折角度は、第1、第2の凸レンズ手段及び光源手段の位置関係により決まる。このため、同様の構成を有する投光手段を中心軸の周囲に設け、その位置関係をまとめて調整できるようにすれば、各光源から出力された光の集光位置と光源の距離を簡単に変更することができる。 The light refraction angle by the first and second convex lens means is determined by the positional relationship between the first and second convex lens means and the light source means. For this reason, if the light projecting means having the same configuration is provided around the central axis so that the positional relationship can be adjusted collectively, the condensing position of the light output from each light source and the distance between the light sources can be easily set. Can be changed.
以下、本発明の実施形態を図1乃至図4を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図1は、多光源多光軸投光システムの概略図を示す。この多光源多光軸投光システムでは、中心軸1を挟んで両側に光源手段20、第1の凸レンズ手段3、及び、第2の凸レンズ手段4からなる投光手段がそれぞれ配置されている。但し、本発明では、投光手段から出力される光を同一目標に照射させて照度を倍加することを目的としているので、投光手段は2以上設置しないと意味はないが、その設置数の上限については特に制限はない。また、各投光手段は、中心軸1を中心として線対称に配置するのが好ましい。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a multiple light source multiple optical axis projection system. In this multi-light source / multi-optical axis light projecting system, light projecting means including a light source means 20, a first convex lens means 3, and a second convex lens means 4 are arranged on both sides of the central axis 1, respectively. However, in the present invention, the purpose is to double the illuminance by irradiating the same target with the light output from the light projecting means, so there is no meaning unless two or more light projecting means are installed. There is no particular limitation on the upper limit. Further, it is preferable that the light projecting means are arranged symmetrically about the central axis 1.
図1では、2つの投光手段が中心軸1を中心として線対称になるように配置されている。このため、以下の説明では、図中、上方側に位置する投光手段の構成のみについて言及する。 In FIG. 1, the two light projecting units are arranged so as to be line symmetric about the central axis 1. For this reason, in the following description, only the structure of the light projecting means located on the upper side in the drawing will be referred to.
投光手段は、光源手段20、第1の凸レンズ手段3、絞り6、及び、第2の凸レンズ手段4を、図1中、左側から右側へと順に配置したもので、光源手段20から発せられた光は、第1、第2の凸レンズ手段3、4を透過し、第2の凸レンズ手段4の右側へ投光されるようになっている。 The light projecting means includes a light source means 20, a first convex lens means 3, a diaphragm 6, and a second convex lens means 4 arranged in order from the left side to the right side in FIG. The light passes through the first and second convex lens means 3 and 4 and is projected to the right side of the second convex lens means 4.
光源手段20は、点状光源であれば特に制限はない。但し、発光ダイオードを光源とし、第1の凸レンズ手段3が有する第1の光軸31上に配置するのが好ましい。また、発光ダイオードは、半球形レンズ32により前方側を覆われている。半球形レンズ32は、通常、発光ダイオードモジュールの一部を構成するが、本発明では発光ダイオードから発せられた光を集光する第1の凸レンズ手段3の一部を構成する。
The light source means 20 is not particularly limited as long as it is a point light source. However, it is preferable to use a light emitting diode as a light source and arrange it on the first
第1の凸レンズ手段3は、図1中、左側から右側へと順に配置した、半球形レンズ32と、2つの凸レンズ33、34とにより構成される。半球形レンズ32は、発光ダイオードを第1の光軸31の前方側を覆うように形成されている。また、第2の凸レンズ手段4は、図1中、左側から右側へと順に配置した2つの凸レンズ32、33により構成される。第1、第2の凸レンズ手段3、4の各レンズの寸法や形状、構成などについては特に制限はなく、それぞれ単一の凸レンズで構成してもよいし、図示されるような複数のレンズからなるレンズ組で構成してもよい。以下の説明では、第1、第2の凸レンズ手段3、4をそれぞれ単一の光軸、中心、焦点距離を有する一体物として考え、その細かい構成は希望する寸法や焦点距離に応じて公知技術に従って自由に設計変更可能である。
The first convex lens means 3 includes a
絞り6は、第1の凸レンズ手段3から第2の凸レンズ手段4へと進む光の径(範囲)を調整するために設けられている。 The diaphragm 6 is provided to adjust the diameter (range) of light traveling from the first convex lens means 3 to the second convex lens means 4.
光源手段20から出力される光を中心軸側に屈折させると共にシステム全体を小型化するため、光源手段20と、第1、第2の凸レンズ手段3、4とは、図2に示すように配置する。 In order to refract the light output from the light source means 20 toward the central axis and reduce the size of the entire system, the light source means 20 and the first and second convex lens means 3 and 4 are arranged as shown in FIG. To do.
すなわち、第1、第2の凸レンズ手段3、4は、それぞれの光軸である第1と第2の光軸31、41が中心軸1と平行となり、第2の光軸41が第1の光軸31よりも中心軸1側に接近するように配置する。さらに、以下の(数3)を満足するように配置する。なお、以下の説明では、2つの光軸31、41の間隔をdyとする。この場合、dyは1〜6mmに設定するのが好ましい。
That is, in the first and second convex lens means 3 and 4, the first and second
f1:第1の凸レンズ手段が有する第1の焦点距離
dz:第1の凸レンズ手段の中心と第2の凸レンズ手段の中心との距離
f2:第2の凸レンズ手段が有する第2の焦点距離
(数3)の(1)式は、光源手段20と第1の凸レンズ手段3の中心との距離aを、第1の凸レンズ手段3が有する第1の焦点距離をf1より短く設定することを意味する。したがって、第1の凸レンズ手段3の右側に配置される第2の凸レンズ手段4にとって、光源手段20はその元の位置より左、つまり、第1の凸レンズ手段3によって生成された光源手段20の正立虚像21の位置に配置されることと同等となる。
Equation (1) in (Expression 3) indicates that the distance a between the light source means 20 and the center of the first convex lens means 3 is set to be shorter than the first focal length of the first convex lens means 3. means. Therefore, for the second convex lens means 4 arranged on the right side of the first convex lens means 3, the light source means 20 is to the left of its original position, that is, the positive of the light source means 20 generated by the first convex lens means 3. This is equivalent to being arranged at the position of the standing
また、図1では、正立虚像21と第1の凸レンズ手段3の距離をbで表わすが、結像公式によれば、通常正立虚像21と第1の凸レンズ手段3の距離は(数4)で算出される。
In FIG. 1, the distance between the erecting
第1の凸レンズ手段3は、第2の凸レンズ手段4の作用に影響を与えることなく、光源手段20と第2の凸レンズ手段4の距離を削減することにより、本発明のシステム全体を小型化する。 The first convex lens means 3 reduces the distance between the light source means 20 and the second convex lens means 4 without affecting the operation of the second convex lens means 4, thereby reducing the size of the entire system of the present invention. .
また、前記(数3)の(2)式は、f2<b+dz<2f2を等価である。つまり、正立虚像21と第2の凸レンズ手段4の中心との距離b+dzは、第2の凸レンズ手段4の焦点距離f2より長く、f2の2倍よりも短く設定されていることを意味する。b+dzをf2より長く設定することにより、第2の凸レンズ手段4の右側に正立虚像21の倒立実像22、及び、この正立虚像21と第2の凸レンズ手段4の距離dyの倒立実像23が形成される。そして、b+dzをf2の二倍より短く設定することにより、形成される倒立実像22、23を、正立虚像21及びdyよりも拡大することができる。したがって、正立虚像21の実像22と第2の光軸41の間には、拡大されたdyの実像23が介在しているため、正立虚像21の実像22は第2の光軸41から遠く下方に離れて中心軸1の近傍に形成されるので、光源手段20から出力された光は中心軸側へと斜めに偏るように屈折される。
Further, the expression (2) in the above (Equation 3) is equivalent to f2 <b + dz <2f2. That is, the distance b + dz between the erecting
図3に示すように、中心軸1を挟んで上下両側に設けた2つの投光手段が同時に作動し、ライトバルブに投光する際、光の進行方向及び照射範囲を見ると、上側の投光手段が光を下方に屈折させ、下側の投光手段が光を上方に屈折させるため、両方の光は中心軸で集光し、集光部分に2倍の照度を得ることができる。 As shown in FIG. 3, when the light projecting means provided on the upper and lower sides of the central axis 1 are simultaneously operated and projecting light onto the light valve, the light projecting direction and the irradiation range are viewed. Since the light means refracts the light downward and the lower light projecting means refracts the light upward, both lights are focused on the central axis, and twice the illuminance can be obtained at the light collecting portion.
図4に示すように、第2の凸レンズ手段4を右側に移動し、dzを増大させると、正立虚像21と第2の凸レンズ手段4の距離b+dzも増大されるので、実像22、23の位置と第2の凸レンズ手段4の距離が減少する。つまり、光源手段20から出力された光の中心軸側への傾斜度合いが増大することになる。このとき、両方の光は同様に中心軸1に集光するが、図4の集光位置と、図3の集光位置とを比較すれば、光源手段20に対し、図4の集光位置が、図3の集光位置よりも近くになる。
As shown in FIG. 4, when the second convex lens means 4 is moved to the right and dz is increased, the distance b + dz between the erecting
これは、第1、第2の凸レンズ手段3、4の距離dzを調整すれば、各投光手段から出力された光が集光する位置と、光源手段20の距離とを自由に変更できることを意味する。そして、図1に示すように、中心軸を挟んで上下に位置する各投光手段の第2の凸レンズ手段4を一体的に形成し、dzを自由に調整可能とすれば、各光源手段から出力された光の屈折角度を、照射したい目標地点の遠近に応じて調整し、集中照射することが可能となる。 This means that if the distance dz between the first and second convex lens means 3 and 4 is adjusted, the position where the light output from each light projecting means is condensed and the distance of the light source means 20 can be freely changed. means. Then, as shown in FIG. 1, if the second convex lens means 4 of each light projecting means positioned above and below the central axis is integrally formed and dz can be freely adjusted, each light source means It is possible to adjust the refraction angle of the output light according to the distance of the target point to be irradiated and perform concentrated irradiation.
本発明に係る多光源多光軸投光システムは、自転車用前照灯、懐中電灯、スポットライト、ダウンライト、プロジェクター等の光源手段として用いることができる。 The multi-light source / multi-optical axis projection system according to the present invention can be used as light source means for bicycle headlamps, flashlights, spotlights, downlights, projectors and the like.
1…中心軸
20…光源手段
21…正立虚像
22…光源の倒立実像
23…dyの倒立実像
3…第1の凸レンズ手段
31…第1の光軸
32…半球形レンズ
33、34…凸レンズ
4…第2の凸レンズ手段
41…第2の光軸
42、43…凸レンズ
5…ライトバルブ
6…絞り
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (9)
前記各投光手段は、
前記中心軸と平行な第1の光軸を有する第1の凸レンズ手段と、
前記第1の凸レンズ手段の片側に配置される光源手段と、
前記第1の凸レンズ手段の残る片側に配置される第2の凸レンズ手段と、
を有し、
前記第2の凸レンズ手段が有する第2の光軸は、前記第1の光軸と平行で、かつ、前記第1の光軸よりも前記中心軸側に配置することにより、前記光源手段からの光を、前記第1及び第2の凸レンズ手段で前記中心軸側に偏るように屈折させたことを特徴とする多光源多光軸投光システム。 A multi-light source multi-optical axis light projecting system in which a plurality of light projecting means are provided around a central axis,
Each of the light projecting means
First convex lens means having a first optical axis parallel to the central axis;
Light source means disposed on one side of the first convex lens means;
Second convex lens means disposed on the remaining one side of the first convex lens means;
Have
The second optical axis of the second convex lens means is parallel to the first optical axis and disposed closer to the central axis side than the first optical axis, so that the light source means A multi-light source / multi-optical axis light projecting system characterized in that light is refracted by the first and second convex lens means so as to be deflected toward the central axis.
f1:第1の凸レンズ手段が有する第1の焦点距離
dz:第1の凸レンズ手段の中心と第2の凸レンズ手段の中心との距離
f2:第2の凸レンズ手段が有する第2の焦点距離 2. The multi-light source / multi-optical axis light projecting system according to claim 1, wherein each of the light projecting units satisfies the following expression.
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