JP2009158178A - スポットライト - Google Patents

Abstract

【課題】スポットライトにおいて、均斉度を向上して照射パターンにおけるエッジを鮮明にする。
【解決手段】スポットライト１は、光源２と反射鏡３と集束レンズ（光学部材）７とを備える。反射鏡３は、回転軸３２に平行な断面が、頂点側に位置する頂点側楕円形円弧３６と、開放側に位置する開放側楕円形円弧３７と、これら２つの円弧に挟まれる基本楕円形円弧３８の３つの楕円形円弧をつなぎ合わせた形状をなしている。頂点側楕円形円弧３６は第３反射部３５の反射面を形成し、開放側楕円形円弧３７は第２反射部３４の反射面を形成し、基本楕円形円弧３８は第１反射部３３の反射面を形成する。第１反射部３３による反射光は第１反射部３３の第２焦点４１近傍に集光され、第２反射部３４による反射光は、第２反射部３４の第２焦点４２近傍に集光され、第３反射部３５による反射光は、第３反射部３５の第２焦点４３近傍に集光される。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射面が楕円球面状に形成された反射鏡を備えたスポットライトに関するものである。

従来より、反射面を楕円球面状に形成した反射鏡を用いて、高い照明効率を実現したスポットライトが知られている。このスポットライトでは、反射鏡の第１焦点に光源を配置することで、光源から出射された光は反射鏡で反射され、反射鏡の第２焦点に集光されるようになっている。

ここで、光源からの光が第２焦点に集光されることが厳密に成立するのは、第１焦点に点光源を配置した場合だけである。実際には、光源は点光源とみなせないほどのある広がり（大きさ）を有しており、光源からの光は反射鏡の第２焦点位置の近傍に集光されることになる。そこで、第２焦点に確実に集光するように、反射鏡を光軸からの距離に基づいて分割した複数の切片部の集合体として構成し、各切片部の傾きを定めたものがある（特許文献１参照）。
特開２００４−２１９５００号公報

しかしながら、上述したような従来のスポットライトでは、集光性が高いために、照射パターンの中心に位置する微小範囲での照度が著しく高くなる。そのため、照射パターンの中心周縁部での輝度勾配が緩やかになり、均斉度（最小照度／平均照度）が低いために、エッジ（輪郭）が不鮮明になっていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、均斉度を向上して照射パターンにおけるエッジを鮮明にすることができるスポットライトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源と、前記光源からの光を反射する反射鏡と、前記反射鏡からの反射光を屈折させる光学部材とを備えたスポットライトであって、前記反射鏡は、所定断面を回転させることにより得られる凹状の反射面を有し、前記光学部材に臨む面が開放された略釣鐘形状であって、回転軸に平行な断面が、頂点側に位置する頂点側楕円形円弧と、開放側に位置する開放側楕円形円弧と、これらに挟まれる基本楕円形円弧との３つの楕円形円弧をつなぎ合わせた形状をなしており、前記楕円形円弧の各々が有する、前記光源の配置される側にある第１焦点と前記光学部材の配置される側にある第２焦点について、前記楕円形円弧の各々における第１焦点を共通とし、前記頂点側楕円形円弧における第２焦点の位置を前記基本楕円形円弧における第２焦点よりも光源側とし、前記開放側楕円形円弧における第２焦点の位置を前記基本楕円形円弧における第２焦点よりも光学部材側としたものである。

請求項１の発明によれば、楕円形円弧の各々が有する第２焦点の位置が、上述のように互いに別々とされているので、反射光が一点に集光されず、光学部材から均一な光を出射することができるので、照明対象である被照射物を、均斉度の高い鮮明なエッジを持った照射パターンで照明することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るスポットライトについて図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係るスポットライトの概略構成を示す。スポットライト１は、光源２と、光源２から放射される光を反射する反射鏡３と、光源２及び反射鏡３を収容し、光源２の光軸２１方向に移動自在なスライドボックス４と、スライドボックス４に設けられ、光源２からの光と反射鏡３により反射された反射光を透過して拡散する拡散板５と、スライドボックス４を収容する筐体６と、筐体６に設けられ、拡散板５を透過した光を屈折させる集束レンズ（光学部材）７とを備える。

光源２は、ハロゲンランプや白熱電球等で構成されており、口金２２がソケット（図示しない）に装着されて電力が供給されると、バルブ２３内に封入され、所定の長さを有したフィラメント２４が熱放射によって発光する。反射鏡３は、所定断面を回転させることにより得られる凹状の反射面３１を有しており、光出射側つまり、集束レンズ７に臨む面が開放された略釣鐘形状に形成されている。反射鏡３の頂点側には、当該反射鏡３の中心軸３２とフィラメント２４の長軸が略一致するように光源２が配置されている。従って、本実施形態においては、フィラメント２４の長軸を光源２の光軸２１としている。

スライドボックス４は、光源２および反射鏡３を収容するための内部空間４１を有しており、この内部空間４１に設けられた支持部材４２によって反射鏡３を支持している。スライドボックス４の光出射側の前端部には開口４３が形成され、この開口４３に拡散板５が設けられている。拡散板５は、その中心が光源２の光軸２１と略一致するように配置されており、光源２からの光と反射光が照射されることにより中央部に疑似光源が生成される。拡散板５は、この疑似光源における輝度ムラを緩和するためのものであって、例えば、表面に粗面化処理を施した平面ガラス基板で構成される。

筐体６は、スライドボックス４を収容し、さらに当該スライドボックス４を光源２の光軸２１方向に移動することが可能な内部空間６１を有している。筐体６の光出射側の前端部には、開口６２が形成されており、この開口６２を覆うように集束レンズ７が設けられている。集束レンズ７は、その光軸が光源２のの光軸２１と略一致するように配置されている。集束レンズ７は、拡散板５の中央部に生成された擬似光源からの光を集光するためのものであって、例えば、フルネルレンズや平凸レンズで構成される。

図２は反射鏡の構成を詳細に示す。反射鏡３は、反射面３１を得るための回転軸（中心軸）３２に平行な断面が、後述する３つの楕円形円弧３６、３７、３８をつなぎ合わせた形状をなしている。反射鏡３は、上記楕円形円弧３６、３７、３８により定められて反射光の集光位置が互いに異なる第１反射部３３、第２反射部３４及び第３反射部３５の３つの反射部で構成される。ここで、楕円形円弧３６、３７、３８は、頂点側に位置する頂点側楕円形円弧３６と、開放側に位置する開放側楕円形円弧３７と、これら２つの円弧に挟まれる基本楕円形円弧３８で構成される。頂点側楕円形円弧３６は第３反射部３５の反射面を形成し、開放側楕円形円弧３７は第２反射部３４の反射面を形成し、基本楕円形円弧３８は第１反射部３３の反射面を形成する。

第１反射部３３、第２反射部３４及び第３反射部３５はそれぞれ、中心軸３２上に、光源２の配置される側にある第１焦点４０と、集束レンズ７の配置される側にある第２焦点４１、４２、４３を有しており、これら２つの焦点は、各反射部に対応する楕円形円弧３６、３７、３８により決定される。楕円形円弧３６、３７、３８の各々における第１焦点４０（各反射部３３、３４、３５の第１焦点４０）の位置は、同位置に設定されている。頂点側楕円形円弧３６における第２焦点４３（第３反射部３５の第２焦点４３）の位置は、基本楕円形円弧３８における第２焦点４１（第１反射部３３の第２焦点４１）よりも光源２側に設定されている。開放側楕円形円弧３７における第２焦点４２の位置（第２反射部３４の第２焦点４２）は、基本楕円形円弧３８における第２焦点４１よりも集束レンズ７側に設定されている。

ここで、各反射部３３、３４、３５で共通する第１焦点４０には、フィラメント２４の中心が略一致するように光源２を配置し、第１反射部３３の第２焦点４１には、光源２側の面の中心と略一致するように拡散板５を配置する。

次に、上記本実施形態によるスポットライト１での照射パターン径の変更方法について説明する。図３（ａ）（ｂ）は照射パターン径の変更したときのスポットライトの各状態を示す。なお、図中において各部材の断面を示すハッチングを省略する。図３（ａ）のように、スライドボックス４を集束レンズ７側に移動し、疑似光源が生成された拡散板５を集束レンズ７に接近させると、集束レンズ７から出射する光は拡散され、照射面８に照射される照射パターン径は大きくなる（広角状態）。図３（ｂ）のように、スライドボックス４を集束レンズ７側とは反対側に移動し、拡散板５を集束レンズ７から遠ざけると、集束レンズ７から出射する光は集束され、照射面８に照射される照射パターン径は小さくなる（狭角状態）。ここで、図中の投光距離は照射面８と拡散板５間の距離であり、広角状態及び狭角状態の双方において、投光距離の適切な設定値は３〜５ｍ程度である。

次に、上記本実施形態によるスポットライト１の配光特性について説明する。図４（ａ）は上記のように構成されたスポットライト１での光線光路と拡散板の照度レベルを示す。図４（ｂ）、図４（ｃ）は本実施形態と比較するための例を示すものであって、これらについては後述する。図４（ａ）において、本実施形態における反射鏡３は、フィラメント２４から放射された光を第１反射部３３、第２反射部３４及び第３反射部３５で反射する。ここで、光源２に電力が供給されると、フィラメント２４はその長軸方向に点光源とみなせない程度の広がり（大きさ）を有しているため、フィラメント２４全体から光が放射される。そのため、フィラメント２４の中心に位置する第１焦点４０に加えて、その近傍からも光が出射される。

第１反射部３３による反射光について説明する。フィラメント２４の中心（第１焦点４０）からの光１１ａが第１反射部３３で反射されると、その反射光１１ｂは、第１反射部３３の第２焦点４１に集光される。フィラメント２４の図中左側部分（第１焦点４０に対して反射鏡４頂点側寄りの位置）からの光１２が第１反射部３３で反射されると、その反射光１２ｂは、第１反射部３３の第２焦点４１に対して集束レンズ７側寄りの位置に集光される。フィラメント２４の図中右側部分（第１焦点４０に対して反射鏡４開放側寄りの位置）からの光１３ａが第１反射部３３で反射されると、その反射光１３ｂは、第１反射部３３の第２焦点４１に対して光源２側寄りの位置に集光される。従って、第１反射部３３による反射光１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、第１反射部３３の第２焦点４１近傍に集光される。

第２反射部３４による反射光について説明する。フィラメント２４の中心からの光１４ａが第２反射部３４で反射されると、その反射光１４ｂは、第２反射部３４の第２焦点４２に集光される。フィラメント２４の図中左側部分からの光１５ａが第２反射部３４で反射されると、その反射光１５ｂは、第２反射部３４の第２焦点４２に対して集束レンズ７側寄りの位置に集光される。フィラメント２４の図中右側部分からの光１６ａが第２反射部３４で反射されると、その反射光１６ｂは、第２反射部３４の第２焦点４２に対して光源２側寄りの位置に集光される。従って、第２反射部３４による反射光１４ｂ、１５ｂ、１６ｂは、第２反射部３４の第２焦点４２近傍に集光される。

第３反射部３５による反射光について説明する。フィラメント２４の中心からの光１７ａが第３反射部３５で反射されると、その反射光１７ｂは、第３反射部３５の第２焦点４３に集光される。フィラメント２４の図中において左方寄り部分からの光１８ａが第３反射部３５で反射されると、その反射光１８ｂは、第３反射部３５の第２焦点４３に対して集束レンズ７側寄りの位置に集光される。フィラメント２４の図中において右方寄り部分からの光１９ａが第３反射部３５で反射されると、その反射光１９ｂは、第３反射部３５の第２焦点４３に対して光源２側寄りの位置に集光される。従って、第３反射部３５による反射光１７ｂ、１８ｂ、１９ｂは、第３反射部３５の第２焦点４３近傍に集光される。

以上により、図４（ａ）の左側図に示されるように、拡散板５に照射される光は分散されることになり、拡散板５の中央部には、ある程度の広がりを有した疑似光源が生成される。ここで、図４（ａ）の右側図中の曲線Ａは、本実施形態における拡散板５での照度レベルであり、曲線Ｂは、反射鏡３を第１反射部３３のみで構成した場合における拡散板５での照度レベルである。曲線Ａは、曲線Ｂと比較して中央部での勾配が緩やかになっていることから、本実施形態のように、反射鏡３を第１反射部３３、第２反射部３４及び第３反射部３５で構成した場合は、反射鏡３を第１反射部３３のみで構成した場合より、均斉度（最小照度／平均照度）が向上していることが分る。

図５（ａ）は本実施形態の場合の配光曲線（●で示す）と、比較例として、反射鏡３を第１反射部３３で構成した場合の配光曲線（■で示す）を示す。反射鏡３を第１反射部３３で構成した場合では、配光角が大きくなるに従って、光度が小さくなっており、このとき曲線の勾配に大きな変化はない。従って、この場合の照射パターンは、中心部から遠ざかるに従って、略一定の変化率で照度レベルが低くなるので、エッジ（輪郭）は不鮮明になる。本実施形態の場合では、配光角が小さい（０〜１５°）ときの曲線の勾配が、反射鏡３を第１反射部３３で構成した場合より、緩やかになっており、配光角が１５°付近で曲線の勾配に急激な変化が現れる。従って、本実施形態の場合の照射パターンでは、配光角１５°付近に対応する位置で、照度レベルが急激に変化することにより、鮮明なエッジが生成される。

ここで、例として、反射鏡３を以下に述べる２つの反射部で構成した場合の配光特性について説明する。図４（ｂ）はスポットライト１の反射鏡３を第１反射部３３と第２反射部３４で構成した場合の光線光路と拡散板の照度レベルを示す。本図のように構成された反射鏡３では、フィラメント２４から放射された光は第１反射部３３及び第２反射部３４で反射される。従って、上述したように、第１反射部３３による反射光１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは第１反射部３３の第２焦点４１近傍に集光され、第２反射部３４による反射光１４ｂ、１５ｂ、１６ｂは、第２反射部３４の第２焦点４２近傍に集光される。

以上により、拡散板５に照射される光は分散されることになり、拡散板５の中央部には、ある程度の広がりを有した疑似光源が生成される。この疑似光源は本実施形態の場合のものよりは小さい。ここで、図中の曲線Ｃは、本図のように反射鏡を構成した場合での拡散板５での照度レベルである。曲線Ｃは、前述の曲線Ｂと比較して中央部での勾配が若干緩やかになっていることから、本図のように反射鏡を構成した場合は、反射鏡３を第１反射部３３のみで構成した場合より、均斉度が若干向上していることが分る。

図４（ｃ）はスポットライト１の反射鏡３を第１反射部３３と第２反射部３５で構成した場合の光線光路と拡散板の照度レベルを示す。本図のように構成された反射鏡３では、フィラメント２４から放射された光は第１反射部３３及び第３反射部３５で反射される。従って、上述したように、第１反射部３３による反射光１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは第１反射部３３の第２焦点４１近傍に集光され、第３反射部３５による反射光１７ｂ、１８ｂ、１９ｂは、第３反射部３５の第２焦点４３近傍に集光される。

以上により、拡散板５の中央部には、本実施形態の場合のものよりは小さい、ある程度の広がりを有した疑似光源が生成される。ここで、図中の曲線Ｄは、本図のように反射鏡を構成した場合での拡散板５での照度レベルである。曲線Ｄは、前述の曲線Ｂと比較して中央部での勾配が若干緩やかになっていることから、本図のように反射鏡を構成した場合は、反射鏡３を第１反射部３３のみで構成した場合より、均斉度が若干向上していることが分る。

図５（ｂ）は、比較例として、反射鏡３を第１反射部３３と第２反射部３４で構成した場合の配光曲線（▲で示す）と、反射鏡３を第１反射部３３と第３反射部３５で構成した場合の配光曲線（×で示す）と、前述の図５（ａ）で示した反射鏡３を第１反射部３３で構成した場合の配光曲線（■で示す）を示す。反射鏡３を第１反射部３３と第２反射部３４で構成した場合では、配光角が小さい（０〜１５°）ときの曲線の勾配が、反射鏡３を第１反射部３３で構成した場合より、若干緩やかになるために、配光角が１５°付近で曲線の勾配に比較的大きな変化が現れる。この変化の度合いは、本実施形態の場合よりも小さい。従って、この場合の照射パターンは、配光角１５°付近に対応する位置で照度レベルが大きく変化するので、鮮明なエッジが生成される。ここで、このエッジの鮮明さの度合いが本実施形態の場合より低いことはいうまでもない。反射鏡３を第１反射部３３と第３反射部３５で構成した場合についても上記内容と同様である。

以上、本実施形態に係るスポットライト１によれば、反射光が一点に集光されず、集束レンズ７から均一な光を出射することができるので、照明対象である被照射物を均斉度の高い鮮明なエッジを持った照射パターンで照明することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本スポットライト１に拡散板５を設けずに、反射鏡３からの反射光を直接、集束レンズ７に入射させるようにしたものであってもよい。

本発明の一実施形態に係るスポットライトを示す側面断面図。 同スポットライトの反射鏡の構成を示す側面断面図。 （ａ）は広角状態での同スポットライトを示す図、（ｂ）は狭角状態での同スポットライトを示す図。 （ａ）は本実施形態の場合における光線光路と拡散板の照度レベルを示す図、（ｂ）は比較例として、反射鏡を第１反射部と第２反射部で構成した場合における光線光路と拡散板の照度レベルを示す図、（ｃ）は反射鏡を第１反射部と第３反射部で構成した場合における光線光路と拡散板の照度レベルを示す図。 （ａ）は本実施形態の場合と比較例の各配光曲線を示す図、（ｂ）は比較例として反射鏡を各種の構成とした場合の配光曲線を示す図。

符号の説明

１ スポットライト
２ 光源
３ 反射鏡
７ 光学部材
３１ 反射面
３２ 回転軸
３６ 頂点側楕円形円弧
３７ 開放側楕円形円弧
３８ 基本楕円形円弧
４０ 第１焦点
４１、４２、４３ 第２焦点

Claims (1)

1. 光源と、前記光源からの光を反射する反射鏡と、前記反射鏡からの反射光を屈折させる光学部材とを備えたスポットライトであって、
   前記反射鏡は、所定断面を回転させることにより得られる凹状の反射面を有し、前記光学部材に臨む面が開放された略釣鐘形状であって、
   回転軸に平行な断面が、頂点側に位置する頂点側楕円形円弧と、開放側に位置する開放側楕円形円弧と、これらに挟まれる基本楕円形円弧との３つの楕円形円弧をつなぎ合わせた形状をなしており、
   前記楕円形円弧の各々が有する、前記光源の配置される側にある第１焦点と前記光学部材の配置される側にある第２焦点について、
   前記楕円形円弧の各々における第１焦点を共通とし、
   前記頂点側楕円形円弧における第２焦点の位置を前記基本楕円形円弧における第２焦点よりも光源側とし、
   前記開放側楕円形円弧における第２焦点の位置を前記基本楕円形円弧における第２焦点よりも光学部材側としたことを特徴とするスポットライト。

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