JPH07270625A - 無電極高輝度放電ランプ用のランプ−光ガイド間結合装置 - Google Patents
無電極高輝度放電ランプ用のランプ−光ガイド間結合装置Info
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- JPH07270625A JPH07270625A JP6302545A JP30254594A JPH07270625A JP H07270625 A JPH07270625 A JP H07270625A JP 6302545 A JP6302545 A JP 6302545A JP 30254594 A JP30254594 A JP 30254594A JP H07270625 A JPH07270625 A JP H07270625A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
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- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電離可能な封入物の入った発光管および励起
手段を持つ無電極高輝度放電ランプと光ガイドとの間を
効率よく、かつランプの熱的および電気的動作特性を損
なわない様に光結合する結合装置を提供する。 【構成】 結合装置は、発光管のアーク放電から光を受
け取る入口端１３０Ａと、それより大きい出口端１３０
Ｂとを有するだいたい管状の中空体からなる結合デバイ
ス１３０を含む。結合デバイスの中空体の表面上には、
可視光を反射する内向き反射手段１５０が配置されてい
る。結合デバイスは、第１の立体角で入口端の第１の面
積にわたって光を受け取り、光を第１の立体角より小さ
い第２の立体角で第１の面積より広い出口端の第２の面
積にわたって伝送する様に成形された形状を有する。結
合デバイスは誘電材料から形成し、反射手段は耐火性光
干渉フィルタから構成するのが好ましい。
手段を持つ無電極高輝度放電ランプと光ガイドとの間を
効率よく、かつランプの熱的および電気的動作特性を損
なわない様に光結合する結合装置を提供する。 【構成】 結合装置は、発光管のアーク放電から光を受
け取る入口端１３０Ａと、それより大きい出口端１３０
Ｂとを有するだいたい管状の中空体からなる結合デバイ
ス１３０を含む。結合デバイスの中空体の表面上には、
可視光を反射する内向き反射手段１５０が配置されてい
る。結合デバイスは、第１の立体角で入口端の第１の面
積にわたって光を受け取り、光を第１の立体角より小さ
い第２の立体角で第１の面積より広い出口端の第２の面
積にわたって伝送する様に成形された形状を有する。結
合デバイスは誘電材料から形成し、反射手段は耐火性光
干渉フィルタから構成するのが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、１か所以上の遠隔位
置へ光を配給するために、ランプから光を受け取り、そ
の光を光ガイドに送る結合装置に関する。特に、この発
明は、無電極高輝度放電ランプとともに用いるのに適当
なランプ−光ガイド間結合装置に関する。
置へ光を配給するために、ランプから光を受け取り、そ
の光を光ガイドに送る結合装置に関する。特に、この発
明は、無電極高輝度放電ランプとともに用いるのに適当
なランプ−光ガイド間結合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】種々の形式のランプから光を受け取り、
その光を光ガイドに送る結合装置は周知である。このよ
うな結合装置の１例が米国特許第５，１９９，０９１号
に記載されている。別の例が、米国特許出願第０７／８
５９，１８０号（特願平５−０６４９０７号）に見られ
る。しかし、ランプ−光ガイド間結合装置を無電極高輝
度放電（ＨＩＤ＝high intensity discharge）ランプと
ともに用いる場合、このようなランプの性質から特別な
問題がもち上がる。
その光を光ガイドに送る結合装置は周知である。このよ
うな結合装置の１例が米国特許第５，１９９，０９１号
に記載されている。別の例が、米国特許出願第０７／８
５９，１８０号（特願平５−０６４９０７号）に見られ
る。しかし、ランプ−光ガイド間結合装置を無電極高輝
度放電（ＨＩＤ＝high intensity discharge）ランプと
ともに用いる場合、このようなランプの性質から特別な
問題がもち上がる。
【０００３】無電極ＨＩＤランプは、アーク室に電離
（イオン化）可能な封入物を収容した構成である。電離
可能な封入物をアーク室の外から電気的に励起して、封
入物内にアーク放電を誘起する。このことは、たとえ
ば、発光管（アーク管）を包囲する励起コイルで達成す
ることができ、励起コイルにより無線周波（ＲＦ）磁界
を発生し、これにより電離可能な封入物内にソレノイド
状電界を誘起する。このようなソレノイド状電界の結果
として封入物に流れる電流が、封入物にアーク放電を誘
起する。このようなランプのさらに詳しい説明について
は米国特許第４，８１０，９３８号を参照されたい。高
周波磁界がランプ−光ガイド間結合装置中に短絡電流を
発生するのを防止するために、このような装置に誘電材
料を用いるのが好ましい。このような短絡電流は、結合
デバイスを破壊する可能性があり、また発光管内の電離
可能な封入物を励起してそこにアーク放電を生成するプ
ロセスを妨害するおそれがある。
（イオン化）可能な封入物を収容した構成である。電離
可能な封入物をアーク室の外から電気的に励起して、封
入物内にアーク放電を誘起する。このことは、たとえ
ば、発光管（アーク管）を包囲する励起コイルで達成す
ることができ、励起コイルにより無線周波（ＲＦ）磁界
を発生し、これにより電離可能な封入物内にソレノイド
状電界を誘起する。このようなソレノイド状電界の結果
として封入物に流れる電流が、封入物にアーク放電を誘
起する。このようなランプのさらに詳しい説明について
は米国特許第４，８１０，９３８号を参照されたい。高
周波磁界がランプ−光ガイド間結合装置中に短絡電流を
発生するのを防止するために、このような装置に誘電材
料を用いるのが好ましい。このような短絡電流は、結合
デバイスを破壊する可能性があり、また発光管内の電離
可能な封入物を励起してそこにアーク放電を生成するプ
ロセスを妨害するおそれがある。
【０００４】さらに、無電極ＨＩＤランプの発光管は、
動作時に代表的には高温たとえば９００°Ｃにもなる。
適当な結合装置は、このようなランプの発光管から光を
抽出し、この際ランプからの熱エネルギのもれを最小に
する。これにより、ランプの熱分布がランプの動作をひ
どく劣化するおそれのある著しく非対称な熱分布になる
ことが防止される。
動作時に代表的には高温たとえば９００°Ｃにもなる。
適当な結合装置は、このようなランプの発光管から光を
抽出し、この際ランプからの熱エネルギのもれを最小に
する。これにより、ランプの熱分布がランプの動作をひ
どく劣化するおそれのある著しく非対称な熱分布になる
ことが防止される。
【０００５】
【発明の目的】したがって、この発明の目的は、好まし
くは誘電材料を用いる、無電極ＨＩＤランプ用のランプ
−光ガイド間結合装置を提供することにある。この発明
の別の目的は、無電極ＨＩＤランプ用のランプ−光ガイ
ド間結合装置において、ランプから光を抽出し、かつラ
ンプからの熱エネルギの漏れを最小にして、こうしてラ
ンプの熱分布がランプの動作をひどく劣化するおそれの
ある著しく非対称な熱分布にならないようにし、さらに
有意な熱エネルギの流出を避けることにより、光ガイド
の破壊につながる加熱を最小限に抑えることにある。
くは誘電材料を用いる、無電極ＨＩＤランプ用のランプ
−光ガイド間結合装置を提供することにある。この発明
の別の目的は、無電極ＨＩＤランプ用のランプ−光ガイ
ド間結合装置において、ランプから光を抽出し、かつラ
ンプからの熱エネルギの漏れを最小にして、こうしてラ
ンプの熱分布がランプの動作をひどく劣化するおそれの
ある著しく非対称な熱分布にならないようにし、さらに
有意な熱エネルギの流出を避けることにより、光ガイド
の破壊につながる加熱を最小限に抑えることにある。
【０００６】
【発明の概要】この発明の１形態においては、ランプ−
光ガイド間結合装置が提供される。この発明の結合装置
は、無電極高輝度放電ランプを含む。放電ランプは、電
離可能な封入物の入った発光管と、電離可能な封入物を
電気的に励起してそこに発光性アーク放電を誘起する励
起手段とを備える。結合装置はさらに、アーク放電から
光を受け取る入口端と、それより大きい出口端とを有す
る、だいたい管状の中空体で構成された結合デバイス
（ｄｅｖｉｃｅ）を含む。結合デバイスはさらに、中空
体の表面上に可視光を反射する内向き反射手段を備え
る。結合デバイスは、ある立体角で入口端のある面積に
わたって光を受け取り、光を前記の立体角より小さい立
体角で前記の面積より広い出口端の面積にわたって伝送
する形状である。結合デバイスを誘電材料から形成する
のが好ましく、こうして短絡電流の発生を回避する。こ
のような装置はランプの光を抽出する際、ランプから最
小量の熱しか抽出しない。
光ガイド間結合装置が提供される。この発明の結合装置
は、無電極高輝度放電ランプを含む。放電ランプは、電
離可能な封入物の入った発光管と、電離可能な封入物を
電気的に励起してそこに発光性アーク放電を誘起する励
起手段とを備える。結合装置はさらに、アーク放電から
光を受け取る入口端と、それより大きい出口端とを有す
る、だいたい管状の中空体で構成された結合デバイス
（ｄｅｖｉｃｅ）を含む。結合デバイスはさらに、中空
体の表面上に可視光を反射する内向き反射手段を備え
る。結合デバイスは、ある立体角で入口端のある面積に
わたって光を受け取り、光を前記の立体角より小さい立
体角で前記の面積より広い出口端の面積にわたって伝送
する形状である。結合デバイスを誘電材料から形成する
のが好ましく、こうして短絡電流の発生を回避する。こ
のような装置はランプの光を抽出する際、ランプから最
小量の熱しか抽出しない。
【０００７】上述した無電極ＨＩＤランプ用のランプ−
光ガイド間結合装置は、ランプの光の大部分を光ガイド
に光学的に効率のよい態様で伝送する。この発明の上記
および他の目的および効果をさらに明瞭にするために、
以下にこの発明を図面に示す好適な実施例について説明
する。
光ガイド間結合装置は、ランプの光の大部分を光ガイド
に光学的に効率のよい態様で伝送する。この発明の上記
および他の目的および効果をさらに明瞭にするために、
以下にこの発明を図面に示す好適な実施例について説明
する。
【０００８】
【好適な実施態様の説明】図面において、同様な符号は
同様な部品を示す。図１乃至４に、ランプ−光ガイド間
結合装置を１００で総称して示す。結合装置１００は、
励起コイル１１２を有する形式の無電極高輝度放電（Ｈ
ＩＤ）ランプ１１０を含む。励起コイル１１２は、２タ
ーンが示されており、好ましくは、等脚台形を台形と同
じ平面内に位置するが、台形と交差しないコイル中心線
のまわりに回転することにより形成される容積を持つ図
示の形状を有する。コイル形状の詳細や代替コイル形状
が、たとえば米国特許第５，０３９，９０３号に記載さ
れている。
同様な部品を示す。図１乃至４に、ランプ−光ガイド間
結合装置を１００で総称して示す。結合装置１００は、
励起コイル１１２を有する形式の無電極高輝度放電（Ｈ
ＩＤ）ランプ１１０を含む。励起コイル１１２は、２タ
ーンが示されており、好ましくは、等脚台形を台形と同
じ平面内に位置するが、台形と交差しないコイル中心線
のまわりに回転することにより形成される容積を持つ図
示の形状を有する。コイル形状の詳細や代替コイル形状
が、たとえば米国特許第５，０３９，９０３号に記載さ
れている。
【０００９】コイル１１２は発光管（アーク管）１１４
を包囲し、発光管の上半部は、内部に向けられた可視光
反射被膜１１６（斜線で示す）で被覆されている。
（「上」、「下」などの相対的な方向を示す用語は、便
宜的に使用しているだけで、限定の意味はない。）発光
管１１４の下半部には、図示の実施例では被膜１１６は
施されない。しかし、可視光反射被膜１１６が発光管１
１４を覆う面積はもっと多くても少なくてもよい。正確
な被覆面積は、ＨＩＤランプ１１０の動作を妨害するこ
となく、発光管１１４から最大の光を抽出する光学的考
察により決まり、当業者にとって周知の事項である。
を包囲し、発光管の上半部は、内部に向けられた可視光
反射被膜１１６（斜線で示す）で被覆されている。
（「上」、「下」などの相対的な方向を示す用語は、便
宜的に使用しているだけで、限定の意味はない。）発光
管１１４の下半部には、図示の実施例では被膜１１６は
施されない。しかし、可視光反射被膜１１６が発光管１
１４を覆う面積はもっと多くても少なくてもよい。正確
な被覆面積は、ＨＩＤランプ１１０の動作を妨害するこ
となく、発光管１１４から最大の光を抽出する光学的考
察により決まり、当業者にとって周知の事項である。
【００１０】前述したように形成された被膜１１６は、
耐火性で、したがってＨＩＤランプ１１０の点灯中に遭
遇する高温に耐える。反対に、金属被膜（たとえば、ア
ルミニウムまたは銀）はこのような点灯温度で破損す
る。前述したように形成された被膜１１６は誘電性でも
あり、したがって発光管中の電離可能な封入物を励起し
てアーク放電を生成する前述した電磁プロセスの間に短
絡したり、電磁プロセスを妨害したりすることがない。
耐火性で、したがってＨＩＤランプ１１０の点灯中に遭
遇する高温に耐える。反対に、金属被膜（たとえば、ア
ルミニウムまたは銀）はこのような点灯温度で破損す
る。前述したように形成された被膜１１６は誘電性でも
あり、したがって発光管中の電離可能な封入物を励起し
てアーク放電を生成する前述した電磁プロセスの間に短
絡したり、電磁プロセスを妨害したりすることがない。
【００１１】被膜１１６は、光干渉フィルタから構成す
る場合、異なる周波数範囲の光を選択的に透過または反
射するように設計することができる。したがって、光干
渉フィルタから形成する場合、被膜１１６は、たとえ
ば、可視光の望ましくない色または赤外光を透過するよ
うに設計することができる。所定の１組の高屈折率材料
および低屈折率材料について層厚と層数を選択すること
により、このような設計を実現する。これも当業界で通
常の事項である。
る場合、異なる周波数範囲の光を選択的に透過または反
射するように設計することができる。したがって、光干
渉フィルタから形成する場合、被膜１１６は、たとえ
ば、可視光の望ましくない色または赤外光を透過するよ
うに設計することができる。所定の１組の高屈折率材料
および低屈折率材料について層厚と層数を選択すること
により、このような設計を実現する。これも当業界で通
常の事項である。
【００１２】別の例では、可視光反射被膜１１６を、た
とえば、アルミナ、マグネシアまたはチタニアのいずれ
かから形成した拡散反射被膜とすることができる。発光
管１１４は、電離（イオン化）可能な封入物（図示せ
ず）を密封された空間内に収容している。無線周波（Ｒ
Ｆ）電流をコイル１１２に流して電離可能な封入物を電
磁的に励起して、発光管内にアーク放電（図示せず）を
生成する。電離可能な封入物は、たとえば、ハロゲン化
ナトリウム、ハロゲン化セリウムおよびキセノンを適当
な重量割合で組み合わせて構成するのがよく、これによ
り可視放射光を発生し、白色の色温度で高い効率と良好
な演色性を得る。また、ハロゲン化ランタン、ハロゲン
化ナトリウム、ハロゲン化セリウムおよびバッファガス
としてキセノンまたはクリプトンの組み合わせからなる
封入物も適当である。適当な封入物についての詳細は、
米国特許第４，９７２，１２０号に記載されている。
とえば、アルミナ、マグネシアまたはチタニアのいずれ
かから形成した拡散反射被膜とすることができる。発光
管１１４は、電離（イオン化）可能な封入物（図示せ
ず）を密封された空間内に収容している。無線周波（Ｒ
Ｆ）電流をコイル１１２に流して電離可能な封入物を電
磁的に励起して、発光管内にアーク放電（図示せず）を
生成する。電離可能な封入物は、たとえば、ハロゲン化
ナトリウム、ハロゲン化セリウムおよびキセノンを適当
な重量割合で組み合わせて構成するのがよく、これによ
り可視放射光を発生し、白色の色温度で高い効率と良好
な演色性を得る。また、ハロゲン化ランタン、ハロゲン
化ナトリウム、ハロゲン化セリウムおよびバッファガス
としてキセノンまたはクリプトンの組み合わせからなる
封入物も適当である。適当な封入物についての詳細は、
米国特許第４，９７２，１２０号に記載されている。
【００１３】図示の実施例において、コイル１１２は、
本質的に変圧器の一次巻線として作用し、一方発光管１
１４内のアーク放電がこのような変圧器の１ターン（単
巻）の二次巻線となる。コイル１１２に流れるＲＦ電流
は時間変動磁界を生成し、一方この磁界は電離可能な封
入物に電界を生成し、その電界は完全に自身で閉じてソ
レノイド状電界を形成する。このようなソレノイド状電
界の結果として流れる電流が、発光管にトロイダル、す
なわちリング形状のアーク放電を誘起する。
本質的に変圧器の一次巻線として作用し、一方発光管１
１４内のアーク放電がこのような変圧器の１ターン（単
巻）の二次巻線となる。コイル１１２に流れるＲＦ電流
は時間変動磁界を生成し、一方この磁界は電離可能な封
入物に電界を生成し、その電界は完全に自身で閉じてソ
レノイド状電界を形成する。このようなソレノイド状電
界の結果として流れる電流が、発光管にトロイダル、す
なわちリング形状のアーク放電を誘起する。
【００１４】発光管１１４内にアーク放電を誘起するの
に励起コイル１１２を使用する代わりに、たとえば容量
性結合やマイクロ波放射を使用することができる。図示
の実施例において、ＨＩＤランプ１１０は、たとえばガ
スプローブよりなる始動補助器１１８を含む。ガスプロ
ーブ１１８は、クリプトンなどの電離可能な封入物を密
封空間に収容した構成である。ガスプローブ１１８は、
たとえば容量性結合スリーブ１２０を介して電気エネル
ギを受け取って、発光管１１４内での主アーク放電の始
動を助ける。ガスプローブ始動補助器についての詳細
は、米国特許第５，１４０，２２７号に記載されてい
る。
に励起コイル１１２を使用する代わりに、たとえば容量
性結合やマイクロ波放射を使用することができる。図示
の実施例において、ＨＩＤランプ１１０は、たとえばガ
スプローブよりなる始動補助器１１８を含む。ガスプロ
ーブ１１８は、クリプトンなどの電離可能な封入物を密
封空間に収容した構成である。ガスプローブ１１８は、
たとえば容量性結合スリーブ１２０を介して電気エネル
ギを受け取って、発光管１１４内での主アーク放電の始
動を助ける。ガスプローブ始動補助器についての詳細
は、米国特許第５，１４０，２２７号に記載されてい
る。
【００１５】結合装置１００は、ＨＩＤランプ１１０を
光ガイド１４０に光学的に結合する中空な結合デバイス
１３０を含む。可視光反射被膜１１６が、ランプ１１０
から結合デバイス１３０への光の抽出を最大にするのに
役立つ。光ガイド１４０は、図示のように、光ガイド部
材（１４０Ａ、１４０Ｂなど）の束からなり、各光ガイ
ド部材は、たとえば既知のプラスチックまたはガラス光
ガイドからなる。個別の光ガイド部材（１４０Ａ、１４
０Ｂなど）は、結合デバイス１３０の下側に示す中空端
部内に収容するのが好ましい。光ガイド部材（１４０
Ａ、１４０Ｂなど）は、図１乃至４に示すように種々の
寸法とするのが好ましく、また図２に示すようにわずか
に圧縮するのが好ましい。寸法の異なる光ガイド部材を
使用し、その終端部１４０Ｃを圧縮することにより、図
２に１４０Ｄで示すような隣接する光ガイド部材間の隙
間を最小にする。このような隙間（たとえば１４０Ｄ）
はＨＩＤランプ１１０から受け取った光を無駄にする。
光ガイド部材（１４０Ａ、１４０Ｂなど）はそれぞれラ
ンプから受け取った光を１つ以上の遠い位置に通常の態
様で配給する。
光ガイド１４０に光学的に結合する中空な結合デバイス
１３０を含む。可視光反射被膜１１６が、ランプ１１０
から結合デバイス１３０への光の抽出を最大にするのに
役立つ。光ガイド１４０は、図示のように、光ガイド部
材（１４０Ａ、１４０Ｂなど）の束からなり、各光ガイ
ド部材は、たとえば既知のプラスチックまたはガラス光
ガイドからなる。個別の光ガイド部材（１４０Ａ、１４
０Ｂなど）は、結合デバイス１３０の下側に示す中空端
部内に収容するのが好ましい。光ガイド部材（１４０
Ａ、１４０Ｂなど）は、図１乃至４に示すように種々の
寸法とするのが好ましく、また図２に示すようにわずか
に圧縮するのが好ましい。寸法の異なる光ガイド部材を
使用し、その終端部１４０Ｃを圧縮することにより、図
２に１４０Ｄで示すような隣接する光ガイド部材間の隙
間を最小にする。このような隙間（たとえば１４０Ｄ）
はＨＩＤランプ１１０から受け取った光を無駄にする。
光ガイド部材（１４０Ａ、１４０Ｂなど）はそれぞれラ
ンプから受け取った光を１つ以上の遠い位置に通常の態
様で配給する。
【００１６】中空な結合デバイス１３０は、溶融石英な
どの中空な誘電部材から構成するのが好ましく、代表的
には壁厚を１．５ｍｍとする。結合デバイス１３０の入
口端１３０Ａは発光管１１４から光を受け取る。入口端
１３０Ａは、代表的には最大直径３１ｍｍであり、発光
管１１４から約１ｍｍのクリアランス１３２だけ離れて
いる。このような寸法は、例示の値に過ぎず、この発明
の範囲を限定するものではない。結合デバイス１３０は
ＨＩＤランプ１１０から光を、第１の立体角で入口端１
３０Ａの第１の面積にわたって受け取り、その光を第１
の立体角より小さい第２の立体角で、第１の面積より広
い第２の面積にわたって出口端１３０Ｂに伝送する。こ
の作用は角度−面積変換と称される。結合デバイス１３
０は、この角度−面積変換を行うための、いわゆる複合
放物面集光器（ＣＰＣ＝compoundparabolic concentrat
or ）を画定する形状とするのが好ましい。ＣＰＣは、
たとえばＷ．Ｔ． Ｗｅｌｆｏｒｄ 及び Ｒ． Ｗｉ
ｎｓｔｏｎ著の「ＨｉｇｈＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｎｏ
ｎｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ」（Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．（１９８
９））の第４章（ｐｐ．５３−７６）に詳しく説明され
ている。当業者には明らかなように、円錐形など他の形
状の結合デバイスを用いてこのような角度−面積変換を
行うこともできる。
どの中空な誘電部材から構成するのが好ましく、代表的
には壁厚を１．５ｍｍとする。結合デバイス１３０の入
口端１３０Ａは発光管１１４から光を受け取る。入口端
１３０Ａは、代表的には最大直径３１ｍｍであり、発光
管１１４から約１ｍｍのクリアランス１３２だけ離れて
いる。このような寸法は、例示の値に過ぎず、この発明
の範囲を限定するものではない。結合デバイス１３０は
ＨＩＤランプ１１０から光を、第１の立体角で入口端１
３０Ａの第１の面積にわたって受け取り、その光を第１
の立体角より小さい第２の立体角で、第１の面積より広
い第２の面積にわたって出口端１３０Ｂに伝送する。こ
の作用は角度−面積変換と称される。結合デバイス１３
０は、この角度−面積変換を行うための、いわゆる複合
放物面集光器（ＣＰＣ＝compoundparabolic concentrat
or ）を画定する形状とするのが好ましい。ＣＰＣは、
たとえばＷ．Ｔ． Ｗｅｌｆｏｒｄ 及び Ｒ． Ｗｉ
ｎｓｔｏｎ著の「ＨｉｇｈＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｎｏ
ｎｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ」（Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．（１９８
９））の第４章（ｐｐ．５３−７６）に詳しく説明され
ている。当業者には明らかなように、円錐形など他の形
状の結合デバイスを用いてこのような角度−面積変換を
行うこともできる。
【００１７】光をランプから光ガイドに移送するのに結
合デバイス１３０を援助するために、結合デバイス１３
０の内面（または外面）を可視光反射被膜１５０で被覆
する。反射被膜１５０は光を結合デバイス１３０の内方
に反射する作用をなす。反射被膜１５０は、前述した好
適な可視光反射被膜１１６と同様に形成したフィルタか
ら構成するのが好ましい。そうすれば、被膜１５０は、
被膜１１６について上述した耐火性および誘電性を備え
る。
合デバイス１３０を援助するために、結合デバイス１３
０の内面（または外面）を可視光反射被膜１５０で被覆
する。反射被膜１５０は光を結合デバイス１３０の内方
に反射する作用をなす。反射被膜１５０は、前述した好
適な可視光反射被膜１１６と同様に形成したフィルタか
ら構成するのが好ましい。そうすれば、被膜１５０は、
被膜１１６について上述した耐火性および誘電性を備え
る。
【００１８】中空な結合デバイス１３０は、たとえば２
０ｃｍを越える長さを持つ様に形成して、発光管１１４
から光ガイド１４０への熱伝達を最小にすることができ
る。この値は例示に過ぎず、他の値を用いてもよい。空
間的な分離は発光管の寸法およびその内部で生成する放
電にしたがって決定し、結合デバイス１３０の長さを発
光管１１４の直径の４倍程度以上とする必要があること
だけを理解しておけばよい。このような熱的分離によ
り、特に光ガイド１４０をプラスチック材料から形成す
る場合に、光ガイド１４０の終端１４０Ｃを熱的ダメー
ジから保護する。このような熱的分離によりさらに、光
ガイド１４０がランプ１１０から有意な量の熱を抽出す
るのを防止する。このような熱の抽出があると、発光管
１１４の熱分布が著しく非対称になり、ランプ性能がひ
どく劣化するおそれがある。結合デバイス１３０上の光
反射被膜１５０は、光干渉フィルタから構成する場合、
赤外光のスペクトルの大部分に対して透過性であり、熱
が結合デバイス１３０の壁を通して逃げるのを許すので
有利である。これにより結合デバイス１３０の長さを最
小にすることができる。
０ｃｍを越える長さを持つ様に形成して、発光管１１４
から光ガイド１４０への熱伝達を最小にすることができ
る。この値は例示に過ぎず、他の値を用いてもよい。空
間的な分離は発光管の寸法およびその内部で生成する放
電にしたがって決定し、結合デバイス１３０の長さを発
光管１１４の直径の４倍程度以上とする必要があること
だけを理解しておけばよい。このような熱的分離によ
り、特に光ガイド１４０をプラスチック材料から形成す
る場合に、光ガイド１４０の終端１４０Ｃを熱的ダメー
ジから保護する。このような熱的分離によりさらに、光
ガイド１４０がランプ１１０から有意な量の熱を抽出す
るのを防止する。このような熱の抽出があると、発光管
１１４の熱分布が著しく非対称になり、ランプ性能がひ
どく劣化するおそれがある。結合デバイス１３０上の光
反射被膜１５０は、光干渉フィルタから構成する場合、
赤外光のスペクトルの大部分に対して透過性であり、熱
が結合デバイス１３０の壁を通して逃げるのを許すので
有利である。これにより結合デバイス１３０の長さを最
小にすることができる。
【００１９】図３に示すＨＩＤランプ１１０では、図１
の発光管１１４上の光反射被膜１１６の代わりにだいた
い球面状のミラー１１７を使用する。ミラー１１７は発
光管１１４から光を受け取り、その光を下向きに結合デ
バイス１３０（図１）に向かって反射する。図示のよう
に、ガスプローブ１１８をミラー１１７の孔１１９に貫
通させるのがよい。所望に応じて、ミラー１１７をガス
プローブ１１８に装着することができる。後述するこの
発明の他の実施例でも、ミラー１１７を、発光管上の光
反射被膜の代替品として使用することができる。
の発光管１１４上の光反射被膜１１６の代わりにだいた
い球面状のミラー１１７を使用する。ミラー１１７は発
光管１１４から光を受け取り、その光を下向きに結合デ
バイス１３０（図１）に向かって反射する。図示のよう
に、ガスプローブ１１８をミラー１１７の孔１１９に貫
通させるのがよい。所望に応じて、ミラー１１７をガス
プローブ１１８に装着することができる。後述するこの
発明の他の実施例でも、ミラー１１７を、発光管上の光
反射被膜の代替品として使用することができる。
【００２０】図４に線図的に示すように、ランプ−光ガ
イド間結合装置１００およびその関連回路（図示せず）
を導電性エンクロージャ１６０に収容するのが有利であ
る。このような導電性エンクロージャ１６０は、ランプ
−光ガイド間結合装置１００およびその関連回路が発生
する、電磁干渉（ＥＭＩ）の原因となるＲＦ放射を、エ
ンクロージャ内に実質的に閉じ込める。エンクロージャ
１６０には孔１６２があり、そこを光ガイド１４０が通
過し、光の分配が可能になる。孔１６２の寸法は、孔１
６２から逃げ出すＥＭＩを無視できる程度に抑えるのに
十分な小さな寸法とするのが好ましい。このような孔の
寸法を、励起手段（たとえばコイル１１２）の電磁エネ
ルギの波長の約１／１０以下とするのが好ましい。
イド間結合装置１００およびその関連回路（図示せず）
を導電性エンクロージャ１６０に収容するのが有利であ
る。このような導電性エンクロージャ１６０は、ランプ
−光ガイド間結合装置１００およびその関連回路が発生
する、電磁干渉（ＥＭＩ）の原因となるＲＦ放射を、エ
ンクロージャ内に実質的に閉じ込める。エンクロージャ
１６０には孔１６２があり、そこを光ガイド１４０が通
過し、光の分配が可能になる。孔１６２の寸法は、孔１
６２から逃げ出すＥＭＩを無視できる程度に抑えるのに
十分な小さな寸法とするのが好ましい。このような孔の
寸法を、励起手段（たとえばコイル１１２）の電磁エネ
ルギの波長の約１／１０以下とするのが好ましい。
【００２１】図５は、別のランプ−光ガイド間結合装置
２００を示す。結合装置２００と図１の結合装置１００
との同様の部材は、最初の数字以外は同じ数の参照番号
で示す。図５のＨＩＤランプ２１０は、図１のＨＩＤラ
ンプ１１０の上述した説明の通りである。図５の結合装
置２００は、赤外線および紫外線の片方または両方を除
去するかＨＩＤランプ２１０の方へ反射して戻すフィル
タ手段２７０を設けた点で、図１の結合装置１００とは
異なる。フィルタ手段２７０は、発光管２１４を光ガイ
ド２４０から熱的に分離するのを助け、これがなければ
ＵＶまたはＩＲ放射線への露出からもたらされるであろ
う光ガイドの端部へのダメージを防止する。
２００を示す。結合装置２００と図１の結合装置１００
との同様の部材は、最初の数字以外は同じ数の参照番号
で示す。図５のＨＩＤランプ２１０は、図１のＨＩＤラ
ンプ１１０の上述した説明の通りである。図５の結合装
置２００は、赤外線および紫外線の片方または両方を除
去するかＨＩＤランプ２１０の方へ反射して戻すフィル
タ手段２７０を設けた点で、図１の結合装置１００とは
異なる。フィルタ手段２７０は、発光管２１４を光ガイ
ド２４０から熱的に分離するのを助け、これがなければ
ＵＶまたはＩＲ放射線への露出からもたらされるであろ
う光ガイドの端部へのダメージを防止する。
【００２２】フィルタ手段２７０は、たとえば、光学的
干渉被膜で被覆された平坦な石英ディスクからなる。干
渉被膜をディスクの両面に設けてもよく、好ましくは前
述した光反射被膜１１６とほぼ同じ方法で形成する。図
６から明らかなように、フィルタ手段２７０は、結合デ
バイスの上側部分２３１と結合デバイスの下側部分２３
１Ｂの棚部２７１との間に配置するのがよい。同じく図
６に示すように、結合デバイスの上側部分２３１Ａが結
合デバイスの下側部分２３１Ｂ内に収容されており、こ
れはこれら両部分を連結する好都合な方法の一つであ
る。
干渉被膜で被覆された平坦な石英ディスクからなる。干
渉被膜をディスクの両面に設けてもよく、好ましくは前
述した光反射被膜１１６とほぼ同じ方法で形成する。図
６から明らかなように、フィルタ手段２７０は、結合デ
バイスの上側部分２３１と結合デバイスの下側部分２３
１Ｂの棚部２７１との間に配置するのがよい。同じく図
６に示すように、結合デバイスの上側部分２３１Ａが結
合デバイスの下側部分２３１Ｂ内に収容されており、こ
れはこれら両部分を連結する好都合な方法の一つであ
る。
【００２３】図７は、発光管３１４の底部３１５がほぼ
平坦である別のランプ−光ガイド間結合装置３００を示
す。平坦な底部により、発光管３１４からの光分配が改
良される。図８は、平坦な底部４１５を有する発光管４
１４を用いた他の実施例のランプ−光ガイド間結合装置
４００を示す。結合装置４００はさらに、たとえば溶融
石英から形成した耐火性の中間ロッドまたは柱状体４８
０を含む。耐火性の中間ロッド４８０の下端は結合デバ
イスの入口端４３０Ａに収容されている。耐火性の中間
ロッドの上端は平坦な窓すなわち底部４１５に近接して
配置されており、好ましくは底部４１５から熱的分離ギ
ャップ４９０だけ離されている。
平坦である別のランプ−光ガイド間結合装置３００を示
す。平坦な底部により、発光管３１４からの光分配が改
良される。図８は、平坦な底部４１５を有する発光管４
１４を用いた他の実施例のランプ−光ガイド間結合装置
４００を示す。結合装置４００はさらに、たとえば溶融
石英から形成した耐火性の中間ロッドまたは柱状体４８
０を含む。耐火性の中間ロッド４８０の下端は結合デバ
イスの入口端４３０Ａに収容されている。耐火性の中間
ロッドの上端は平坦な窓すなわち底部４１５に近接して
配置されており、好ましくは底部４１５から熱的分離ギ
ャップ４９０だけ離されている。
【００２４】中間ロッド４８０は、ＨＩＤランプ４１０
を光ガイド（図８には図示せず）から熱的にさらに分離
する役目を果たす。これにより、「下流側」の光分配要
素、たとえば結合デバイス４３０の熱的設計条件が緩和
される。上述したところから明らかなように、この発明
は、ランプの光の大部分を光ガイドに光学的に効率のよ
い態様で伝送する無電極ＨＩＤランプ用ランプ−光ガイ
ド間結合装置を提供する。結合装置には誘電材料を用い
るのが好ましく、これにより、結合装置を破壊したり、
ランプ動作を妨害したりするおそれのある短絡電流が防
止される。ランプからの熱エネルギのもれを最小限に抑
えて、ランプから光が抽出され、このためランプの熱分
布が著しく非対称になる（ランプ動作を損なう恐れがあ
る）のが防止される。光ガイドの加熱が、種々の方法で
最小にされる。たとえば、中空な結合デバイスを用いる
ことにより、またこのような結合デバイスの長さを調節
することにより、あるいは希望に応じて、結合デバイス
上に赤外線に対して透明な可視光反射被膜を設けること
により、光ガイドの加熱が最小にされる。
を光ガイド（図８には図示せず）から熱的にさらに分離
する役目を果たす。これにより、「下流側」の光分配要
素、たとえば結合デバイス４３０の熱的設計条件が緩和
される。上述したところから明らかなように、この発明
は、ランプの光の大部分を光ガイドに光学的に効率のよ
い態様で伝送する無電極ＨＩＤランプ用ランプ−光ガイ
ド間結合装置を提供する。結合装置には誘電材料を用い
るのが好ましく、これにより、結合装置を破壊したり、
ランプ動作を妨害したりするおそれのある短絡電流が防
止される。ランプからの熱エネルギのもれを最小限に抑
えて、ランプから光が抽出され、このためランプの熱分
布が著しく非対称になる（ランプ動作を損なう恐れがあ
る）のが防止される。光ガイドの加熱が、種々の方法で
最小にされる。たとえば、中空な結合デバイスを用いる
ことにより、またこのような結合デバイスの長さを調節
することにより、あるいは希望に応じて、結合デバイス
上に赤外線に対して透明な可視光反射被膜を設けること
により、光ガイドの加熱が最小にされる。
【００２５】以上、この発明を例示のために特定の実施
例に関して説明したが、当業者には種々の変形や変更が
明らかである。したがって、特許請求の範囲は、このよ
うな変更例や変形例のすべてがこの発明の範囲に包含さ
れると解すべきである。たとえば、反射被膜１１６を発
光管１１４から取り除き、１３０と同様な第２の光カッ
プラ（結合デバイス）を発光管１１４の反対側に配置す
ることが可能である。この第２の結合デバイスを設ける
場合、始動用プローブ１１８を該結合デバイスの中心に
貫通させるか、または該結合デバイスの軸線からはずれ
るが、コイル１１２を邪魔しない傾斜した位置に移動す
ることができる。このような例では、始動用プローブが
結合デバイスの側面に形成した開口を貫通する様にする
ことができる。
例に関して説明したが、当業者には種々の変形や変更が
明らかである。したがって、特許請求の範囲は、このよ
うな変更例や変形例のすべてがこの発明の範囲に包含さ
れると解すべきである。たとえば、反射被膜１１６を発
光管１１４から取り除き、１３０と同様な第２の光カッ
プラ（結合デバイス）を発光管１１４の反対側に配置す
ることが可能である。この第２の結合デバイスを設ける
場合、始動用プローブ１１８を該結合デバイスの中心に
貫通させるか、または該結合デバイスの軸線からはずれ
るが、コイル１１２を邪魔しない傾斜した位置に移動す
ることができる。このような例では、始動用プローブが
結合デバイスの側面に形成した開口を貫通する様にする
ことができる。
【図１】この発明の第１実施例によるＨＩＤランプ用の
ランプ−光ガイド間結合装置を一部破断して示す斜視図
である。
ランプ−光ガイド間結合装置を一部破断して示す斜視図
である。
【図２】図１のＨＩＤランプから光を受け取る光ガイド
部材の束からなる光ガイドの端部を縮小して示す断面図
である。
部材の束からなる光ガイドの端部を縮小して示す断面図
である。
【図３】図１のランプ−光ガイド間結合装置に用いるこ
とができる、ランプの発光管から上向きに出てくる光を
下向きに向けなおす球面状ミラーを用いるＨＩＤランプ
の別例を一部破断して示す斜視図である。
とができる、ランプの発光管から上向きに出てくる光を
下向きに向けなおす球面状ミラーを用いるＨＩＤランプ
の別例を一部破断して示す斜視図である。
【図４】無電極ＨＩＤランプ用のランプ−光ガイド間結
合装置を収容する導電性エンクロージャの線図的斜視図
である。
合装置を収容する導電性エンクロージャの線図的斜視図
である。
【図５】赤外線や紫外線などの非可視光を反射してＨＩ
Ｄランプの方へ戻す手段を含むランプ−光ガイド間結合
装置を一部破断して示す斜視図である。
Ｄランプの方へ戻す手段を含むランプ−光ガイド間結合
装置を一部破断して示す斜視図である。
【図６】図５の非可視光反射手段を結合デバイスの上側
部分と下側部分との間に配置する仕方を示す、結合装置
の一部の断面図である。
部分と下側部分との間に配置する仕方を示す、結合装置
の一部の断面図である。
【図７】ＨＩＤランプに光抽出用の平坦な表面を有する
発光管を用いたランプ−光ガイド間結合装置の実施例を
一部破断して示す斜視図である。
発光管を用いたランプ−光ガイド間結合装置の実施例を
一部破断して示す斜視図である。
【図８】図７と同様な、光抽出用に平坦な窓を有する発
光管を用い、このような平坦な窓から結合装置の中空な
結合デバイスへ光を伝送するのに耐火性の中間ロッドを
用いたランプ−光ガイド間結合装置の実施例を示す斜視
図である。
光管を用い、このような平坦な窓から結合装置の中空な
結合デバイスへ光を伝送するのに耐火性の中間ロッドを
用いたランプ−光ガイド間結合装置の実施例を示す斜視
図である。
１００ ランプ−光ガイド間結合装置 １１０ ＨＩＤランプ １１２ コイル １１４ 発光管 １１６ 可視光反射被膜 １１７ ミラー １１８ ガスプローブ １３０ 結合デバイス １４０ 光ガイド １５０ 可視光反射被膜 １６０ 導電性エンクロージャ ２７０ フィルタ手段
フロントページの続き (72)発明者 マーク・エルトン・ダフィー アメリカ合衆国、オハイオ州、シェイカ ー・ハイツ、チャドボーン・ロード、3125 番 (72)発明者 リチャード・ロウエル・ハンスラー アメリカ合衆国、オハイオ州、ペッパー・ パイク、ベルコート・ロード、28120番 (72)発明者 ケニス・スティーブン・キング アメリカ合衆国、オハイオ州、ウィロウバ イ・ヒルズ、ビショップ・パーク・ドライ ブ、ナンバー116ビー、28245番 (72)発明者 ウイリアム・ジェームズ・キャサリー アメリカ合衆国、オハイオ州、リッチモン ド・ハイツ、リッチモンド・パーク・イー スト、エーピーティー229、446番 (72)発明者 トーマス・ジーン・パーハム アメリカ合衆国、オハイオ州、ゲイツ・ミ ルズ、ラビン・ドライブ、6907番 (72)発明者 ギャリー・ロバート・アレン アメリカ合衆国、チェスターランド、ウッ ドランズ・トレイル、7745番 (72)発明者 ジェームス・トーマス・デイキン アメリカ合衆国、シェイカー・ハイツ、ウ エイブリッジ・ロード、2867番 (72)発明者 フレデリック・フランシス・アルグレン アメリカ合衆国、ユークリッド、グリーン ブライアー・コート、203番
Claims (16)
- 【請求項１】 発光性アーク放電を生成するように励起
できる電離可能な封入物を封入した発光管を持ち、かつ
特定の熱的および電気的動作特性を有する無電極高輝度
放電ランプ用のランプ−光ガイド間結合装置において、 （ａ）前記放電ランプに近接して配置され、前記アーク
放電から光を受け取る入口端とそれより大きい出口端を
有するだいたい管状の中空の構成の結合デバイスと、 （ｂ）前記中空の結合デバイスの表面の少なくとも一部
に配置され、光を前記結合デバイスの内部に反射する反
射手段と、 （ｃ）前記中空の結合デバイスの出口端に連結された少
なくとも１つの光ガイドとを含み、 （ｄ）前記結合デバイスの形状は、第１の立体角で前記
入口端の第１の面積にわたって光を受け取り、光を前記
出口端を通して前記第１の立体角より小さい第２の立体
角で前記第１の面積より広い出口端の第２の面積にわた
って伝送するように成形された形状であり、 （ｅ）前記反射手段が配置された前記結合デバイスは、
前記放電ランプに近接して配置されているとき、前記放
電ランプの熱的および電気的作動特性に実質的な影響を
及ぼさないように作用することを特徴とするランプ−光
ガイド間結合装置。 - 【請求項２】 前記結合デバイスが誘電材料から形成さ
れている請求項１に記載のランプ−光ガイド間結合装
置。 - 【請求項３】 前記結合デバイスが複合放物面集光器を
形成する様に成形されている請求項１に記載のランプ−
光ガイド間結合装置。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの光ガイドが前記結
合デバイスの出口端内に配置されている請求項１に記載
のランプ−光ガイド間結合装置。 - 【請求項５】 前記反射手段が赤外光のスペクトルの大
部分に対して透過性の光干渉フィルタを含み、前記ラン
プからの熱が前記結合デバイスを通して逃げるのを許す
請求項１に記載のランプ−光ガイド間結合装置。 - 【請求項６】 さらに、前記ランプ−光ガイド間結合装
置を包囲する導電性エンクロージャをそなえ、これによ
り前記ランプの動作から生じる電磁干渉を前記エンクロ
ージャ内に実質的に閉じ込める請求項１に記載のランプ
−光ガイド間結合装置。 - 【請求項７】 さらに、前記結合デバイス内に前記ラン
プと前記少なくとも１つの光ガイドとの間に配置され、
赤外線および紫外線の少なくとも一方を前記ランプに向
かって戻す反射部材を含む請求項１に記載のランプ−光
ガイド間結合装置。 - 【請求項８】 前記ランプの発光管の光透過側が前記中
空の結合デバイスの入口端内に収容されている請求項１
に記載のランプ−光ガイド間結合装置。 - 【請求項９】 前記発光管の光透過側が平坦な表面であ
る請求項８に記載のランプ−光ガイド間結合装置。 - 【請求項１０】 さらに、前記ランプの発光管と前記中
空の結合デバイスとの間に配置され、前記少なくとも１
つの光ガイドを前記ランプから熱的に分離する作用をな
す光透過性耐火性の中間ロッドを含む請求項１に記載の
ランプ−光ガイド間結合装置。 - 【請求項１１】 さらに、前記アーク放電からの光を前
記発光管の第１表面を通して受け取り、その光を反射し
て前記第１の表面を通して前記発光管の別の表面に向け
て戻す作用をなすミラーを含む請求項１に記載のランプ
−光ガイド間結合装置。 - 【請求項１２】 無電極高輝度放電ランプからの光出力
を少なくとも１つの遠隔位置に伝送する光分配装置にお
いて、 （ａ）電離可能な封入物を入れた発光管を含む無電極高
輝度放電ランプと、 （ｂ）前記発光管を包囲し、前記電離可能な封入物を電
磁的に励起してそこに発光性アーク放電を誘起する励起
コイルと、 （ｃ）（ｉ）前記アーク放電から光を受け取る入口端、
および入口端より大きい出口端を持つだいたい管状の本
体を有し、（ｉｉ）ソリッドな構成で、全内部反射特性
を有し、（ｉｉｉ）光を第１の立体角で前記入口端の第
１の面積にわたって受け取り、その光を前記第１の立体
角より小さい第２の立体角で前記第１の面積より大きい
前記出口端の第２の面積にわたって伝送する様に成形さ
れている結合デバイスと、 （ｄ）前記結合デバイスの出口端に連結された少なくと
も１つの光ガイドとを含む光分配装置。 - 【請求項１３】 前記結合デバイスが誘電材料から形成
されている請求項１２に記載の光分配装置。 - 【請求項１４】 前記結合デバイスが複合放物面集光器
を形成するように成形されている請求項１２に記載の光
分配装置。 - 【請求項１５】 さらに、前記ランプの発光管と前記結
合デバイスとの間に配置され、前記少なくとも１つの光
ガイドを前記ランプから熱的に分離する作用をなす光透
過性耐火性の中間ロッドを含む請求項１２に記載の光分
配構造。 - 【請求項１６】 前記発光管の光透過側が、前記耐火性
のロッドの端部に近接して配置された平坦表面を有する
請求項１５に記載の光分配構造。
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