JP2008288215A - フレネルレンズライト用、特にスポットライトあるいはフラッドライト用光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】照明領域の光強度の一様性を維持すると同時に光効率が改善されたフレネルレンズライト用、特にスポットライトあるいはフラッドライト用の改善された光学系を提供する。
【解決手段】本発明はフレネルレンズ用光学系に関する。このフレネルレンズ用光学系は、楕円反射器（１）、光源（２）及び少なくとも１つのフレネルレンズ（３）から構成され、前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）と前記楕円反射器（１）との間の距離（ａ）が、前記光源（２）と前記楕円反射器（１）との間の距離（ｂ）に所定の関係に従って関連し、フレネルレンズライトの伝播光ビーム用の所定の口径角度により測定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、楕円反射器、光源及び少なくとも１つのフレネルレンズを備えた、フレネルレンズライト用、特にスポットライトあるいはフラッドライト（投光）用光学系に関する。

フレネルレンズライト用の従来の光学系は、照明工学関連部品として光源、フレネルレンズ、及び球面補助反射器を有する。光源のフィラメントは該球面補助反射器の焦点に実質的に変えられないで配置されている。そのために、光源から放射された光の一部が反射してその光源に戻り、光の前方に光を補助している。フレネルレンズは前方に放射された光を集束させる。この集束の程度はフレネルレンズと光源との間の距離による。フィラメントがフレネルレンズの焦点にあれば、最も細い光ビームが生じ、あるいは伝播する。その場合、スポットライトとして公知の準平行ビームが得られる。フレネルレンズと光源との間の距離を短縮することにより伝播光ビームのビーム角が連続的に増大する。その場合、フラッドライトとも呼ばれる発散ビームが得られる。
このタイプの光は、フレネルレンズが比較的小さな角度幅にわたってのみ光源から受光するために、特にスポットライトの場合に光効率が悪いという欠点がある。さらに、球面反射器で反射した光の大部分が光源のフィラメントに当たり、そこで吸収され、さらにフィラメントを加熱することが欠点である。

本発明の目的は、照明領域の光強度の均一性を維持すると同時に光効率が改善されたフレネルレンズライト用、特にスポットライトあるいはフラッドライト用の改善された光学系を提供することである。

本発明に係るフレネルレンズの光学系は、楕円反射器、光源及び少なくとも１つのフレネルレンズから構成され、前記楕円反射器（１）はその頂点に近い方に第１焦点（Ｆ１）を、その頂点から遠い方に第２焦点（Ｆ２）を有し、
前記少なくとも１つのフレネルレンズ(３)は前記楕円反射器（１）側に焦点（Ｆ３）を有し、
前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）と前記楕円反射器（１）の頂部（Ｖ）との間の距離をａとして、
前記光源（２）と前記楕円反射器（１）との距離をｂとして、
前記光源（２）が前記第１焦点（Ｆ１）に位置した時に、その第２焦点（Ｆ２）と前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）の焦点（Ｆ３）が一致すると共に、その際のビーム角による光源（２）よりのビーム光の外周がフレネルレンズの外周に位置するスポットライトとなるａとｂの関係と、
前記光源（２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に対して前記第１焦点（Ｆ１）より近づき、前記第２焦点（Ｆ２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に対して前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）の前記焦点（Ｆ３）より近づく位置とされると共に、その際のビーム角による光源（２）よりのビーム光の外周がフレネルレンズの外周に位置するフラッドライトのａとｂの関係に変えられる
特にスポットライト及びフラッドライト用途の光効率の明確な改善が、本発明の光学系により達成される。それと同時に照明領域の光強度の均一性が、特に好ましい実施形態により維持される。
本発明によれば、楕円反射器にはより大きな口径が備える。光源のフィラメントが、楕円反射器の、反射器頂点に最も近い第１焦点に配置されれば、スポットライトが得られる。この反射器で反射した光は、その後、反射器頂点から最も遠い楕円反射器の第２焦点に略完全に集束される。該反射器に最も近い第１焦点に配置されたフィラメントは、その反射器から離れた第２焦点に結像される。従って、反射光はフィラメントには当たらない。そしてフレネルレンズは、フレネルレンズの焦点が楕円反射器の第２焦点に合致するように配置される。フレネルレンズは、口径の適切な選択によって反射器で反射した光の略全てを受光する。その後、フレネルレンズは前向きスポットライトを発生させる。光効率あるいは歩留まりは、従来のフレネルレンズライト用光学系の場合よりかなり大きい。

光源の位置が反射器に対して変化させられ、反射器までのフレネルレンズの距離が適切なやり方で変えられれば、フレネルレンズから伝播された光ビームのビーム角を任意に大きくすることができる。光強度の一様性に関して従来のフレネルレンズライトの良好な特性を維持できるように、これらの間隔又は距離の変更が適切な条件下で行なわれなければならない。
本発明の１つの実施形態によれば、上記楕円反射器は金属又は透明材料から好適に作られる。これにはガラス及び高分子材料の使用が好ましい。反射器の両面の一方には反射面を形成するために薄い層の系が設けられる。この特徴のために入射輻射線の可視部分は反射されるが、可視範囲から外れた入射輻射線、特に熱線の部分は反射器を通過する。

この光学系の好ましい１つの実施形態において、楕円反射器の光反射面は光を分散するように構成され、フレネルレンズの１つ、又は２つの表面は光を分散するようには構成されない。照明領域の照度はこの構成のためにさらに一様である。
上記フレネルレンズ用光学系の別の好ましい実施形態においては、フレネルレンズの表面の少なくとも一方が光を分散するように構成され、反射器の光反射面は光を分散するように構成されない。照明領域の照度はこの構成のためにより一様である。
本発明に係る光学系は、映画、ステージ、スタジオ及び写真術用のライトに有効である。
本発明の目的、特徴、利点は、添付図面を参照して、以下の好ましい実施形態の説明により、より詳細に説明する。

図１はスポットライトを発生させるために配置されるフレネルレンズライト用の本発明に係る光学系を示している。この光学系は楕円（長円）反射器１、光源２及びフレネルレンズ３を有する。この光源から伝播される光ビームが模式的に示されている。フレネルレンズ３と反射器１の先端Ｅとの間の距離ａ及び光源２と反射器１の頂点Ｖとの間の距離ｂを図面に示す。スポットライト構成は、光源２のフィラメントが、楕円反射器１の、この反射器に最も近い第１焦点Ｆ１に配置されたときに確立される。反射器１から反射された光は、楕円反射器１の、該反射器から離れたあるいは最も遠い第２焦点Ｆ２に殆ど完全に集束される。反射器１に最も近い第１焦点Ｆ１に配置された光源２のフィラメントは、反射器から最も遠い第２焦点Ｆ２に実際には結像される。

図２はフラッドライト（投光）を発生させるために配置されるフレネルレンズライト用の本発明に係る光学系を示している。この構造は図１に示した光学系の構造に対応している。フレネルレンズ３から伝播された光ビームのビーム角は、光源２と楕円反射器１の頂点Ｖとの間の距離ｂと、フレネルレンズ３と楕円反射器１の先端Ｅとの間の距離ａを変えることにより任意に大きくすることができる。照度の一様性が維持されるように、適切な拘束装置（図１及び図２には図示せず）によりこのような距離の変更が行なわれる。光源２は反射器側の第１焦点Ｆ１の外部に配置される。フレネルレンズの焦点Ｆ３は楕円反射器１のその反射器から最も遠い又は離れた第２焦点Ｆ２に合致しない。

本発明はフレネルレンズライト用、特にスポットライトあるいはフラッドライト用の光学系に具体化されるように例示され、説明されたが、本発明の趣旨から何ら逸脱することなく種々の改良と変更が実施されるため、図示された詳細に限定されるものではない。
他の分析が無くとも、前述の説明は本発明の要旨を十分に示しているので、従来技術の観点からこの発明の一般的あるいは特殊な面の基本的な特性をかなり構成する特徴を省略することなく現在の知識を適用することで本発明を他人が種々の用途に容易に利用できるだろう。

スポットライトを発生させるフレネルレンズライト用光学系の１つの実施形態の概略図である。 フラッドライトを発生させるフレネルレンズライト用光学系の他の実施形態の概略図である。

符号の説明

１…反射器、２…光源、３…フレネルレンズ、Ｆ１…第１焦点、Ｆ２…第２焦点、Ｅ…反射器の先端、Ｖ…反射器の頂点。

Claims (10)

1. フレネルレンズ用光学系であって、前記光学系は、楕円反射器（１）、光源（２）及び少なくとも１つのフレネルレンズ（３）から構成され、
   前記楕円反射器（１）はその頂点に近い方に第１焦点（Ｆ１）を、その頂点から遠い方に第２焦点（Ｆ２）を有し、
   前記少なくとも１つのフレネルレンズ(３)は前記楕円反射器（１）側に焦点（Ｆ３）を有し、
   前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）と前記楕円反射器（１）の頂部（Ｖ）との間の距離をａとして、
   前記光源（２）と前記楕円反射器（１）との距離をｂとして、
   前記光源（２）が前記第１焦点（Ｆ１）に位置した時に、その第２焦点（Ｆ２）と前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）の焦点（Ｆ３）が一致すると共に、その際のビーム角による光源（２）よりのビーム光の外周がフレネルレンズの外周に位置するようなスポットライトとなるａとｂの関係と、
   前記光源（２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に対して前記第１焦点（Ｆ１）より近づき、前記第２焦点（Ｆ２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に対して前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）の前記焦点（Ｆ３）より近づく位置とされると共に、その際のビーム角による光源（２）よりのビーム光の外周がフレネルレンズの外周に位置するようなフラッドライトとなるａとｂの関係間に変えられる
   フレネルレンズ用光学系。
2. 前記距離（ｂ）が、前記楕円反射器（１）の頂点（Ｖ）の方へ又はそれから離れるように前記光源（２）を移動させることにより設定されることを特徴とする請求項１記載の光学系。
3. 前記楕円反射器（１）が金属材料又は透明材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の光学系。
4. 前記楕円反射器（１）がその両側にそれぞれ表面を有し、前記表面の少なくとも一方には複数の薄い層が設けられることを特徴とする請求項３記載の光学系。
5. 前記楕円反射器の前記表面の一方が、前記少なくとも１つのフレネルレンズに面し、光反射用表面であり、前記光反射用表面は入射光を分散するように構成され、前記少なくとも１つのフレネルレンズの１つ又は２つの表面は、前記少なくとも１つのフレネルレンズに当たる光を分散するように構成されないことを特徴とする請求項４記載の光学系。
6. 少なくとも一つのフレネルレンズに面する前記楕円反射器の前記表面の一方が、光反射用表面であり、前記光反射用表面は入射光を分散せず、前記少なくとも１つのフレネルレンズの少なくとも１つの表面が、前記少なくとも１つのフレネルレンズに当たる光を分散するように構成されることを特徴とする請求項４記載の光学系。
7. 映画、ステージ、スタジオ又は写真術用のフレネルレンズライトであって、前記フレネルレンズライトは、楕円反射器（１）、光源（２）及び少なくとも１つのフレネルレンズ（３）を有する光学系から構成され、
   前記楕円反射器（１）はその頂点に近い方に第１焦点（Ｆ１）を、その頂点から遠い方に第２焦点（Ｆ２）を有し、
   前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）は前記楕円反射器（１）側に焦点（Ｆ３）を有し、
   前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）と前記楕円反射器（１）の頂部（Ｖ）との間の距離をａとして、
   前記光源（２）と前記楕円反射器（１）との距離をｂとして、
   前記光源（２）が前記第１焦点（Ｆ１）に位置した時に、その第２焦点（Ｆ２）と前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）の焦点（Ｆ３）が一致すると共に、その際のビーム角による光源（２）よりのビーム光の外周がフレネルレンズの外周に位置するスポットライトとなるａとｂの関係と、
   前記光源（２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に対して前記第１焦点（Ｆ１）より近づき、前記第２焦点（Ｆ２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に対して前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）の前記焦点（Ｆ３）より近づく位置とされると共に、
   その際のビーム角による光源（２）よりのビーム光の外周がフレネルレンズの外周に位置するフラッドライトのａとｂの関係に変えられる
   フレネルレンズライト。
8. 前記楕円反射器（１）は前記頂点（Ｖ）に最も近い第１焦点（Ｆ１）と前記頂点（Ｖ）から最も遠い第２焦点（Ｆ２）を有し、前記光源（２）はフィラメントを有し、前記所定の関係は、前記フィラメントが前記第１焦点（Ｆ１）に配置され、前記第２焦点（Ｆ２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズの焦点（Ｆ３）と合致することによってスポットライトを得るように光源が配置されることを特徴とする請求項７記載のフレネルレンズライト。
9. 前記楕円反射器（１）は前記頂点（Ｖ）に最も近い第１焦点（Ｆ１）と前記頂点（Ｖ）から最も遠い第２焦点（Ｆ２）を有し、前記光源（２）はフィラメントを有し、前記所定の関係は、前記フィラメントが前記第１焦点（Ｆ１）より前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に近くに配置され、前記第２焦点（Ｆ２）が前記少なくとも１つのフレネルレンズの焦点（Ｆ３）より前記少なくとも１つのフレネルレンズ（３）に近くすることによって、スポットライトを得るように光源が配置されることを特徴とする請求項７記載のフレネルレンズライト。
10. 前記楕円反射器（１）がその両側にそれぞれ表面を有し、前記表面の少なくとも一方には複数の薄い層が設けられることを特徴とする請求項７記載のフレネルレンズライト。

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