JP2001101906A - スポットｐａｒ反射形ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のものを改良したスポット反射形ランプ
を提供する。 【解決手段】 反射形ランプ（１０）は放物面形状の前
部（５８）と、放物面形状か楕円形状か球形状でよい凹
状後部（６０）を有する。ハロゲンランプのフィラメン
ト等の光源（２４）が、反射器の軸（ＬＡ）に軸方向で
位置合わせされ、前部と後部の焦点に中心合わせされ
る。放物面形状の前部には、そこから反射される光を光
ビームの形態で滑らかに広げるための縦溝があり、中央
のホットスポットを最小化することができる。縦溝のな
い後部は、そこから反射した光を所望のビーム角度内に
方向づけして、所望のビーム角外に出力される無駄な光
をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はランプ技術に関す
る。特に、本発明は反射スポットＰＡＲ反射形ランプで
使われる反射器に関し、特に上記ランプに関連して説明
する。また、本発明は、様々な光源を用いた反射形ラン
プに適用可能であることを理解すべきである。

【０００２】

【従来の技術】本発明の反射形ランプは、特に、ヘッド
ランプ、ディスプレイ照明等のスポット照明に適してい
る。代表的な反射形ランプの例としては、ジェネラルエ
レクトリック社のＰＡＲ３０、ＰＡＲ３８、ＰＡＲ６５
の各ランプがある。ＰＡＲは”パラボラアルミニウム反
射器”の頭字語として一般的に受け入れられている。ま
た、その他の商用の反射器も、本発明の種々の態様を適
用可能である。米国特許再発行第３０，８３２号；米国
特許第３，０１０，０４５号；同第４，０２１，６５９
号；同第４，８０４，８７８号；同第４，８３３，５７
６号；同第４，８５５，６３４号；同第４，９５９，５
８３号；同第５，１９９，８７８号では、反射形ランプ
とその製造方法を開示している。米国特許第４，４２
０，８００号では、共焦点球形部や共焦点放物面形状を
組み合わせた反射器を開示している。米国特許第４，４
９４，１７６号では、切り子面のあるパラボラ反射器表
面を備えるＰＡＲランプを開示している。フィラメント
は、ビーム角外へ反射する無駄な光を生み出す反射器近
傍の小さな首部ではなく、放物面状部分の焦点に配置さ
れている。米国特許第５，１９９，７８７号では、湾曲
した放射状の縦溝のある反射レンズを開示している。図
１は従来のパラボラ反射器Ａを示す。図２は縦溝のある
パラボラ反射器Ｂを示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】反射器上の縦溝は、ビ
ーム角度内でフィラメント像を広げるのに役立つ一方
で、反射器の底面（もしくは首部）の縦溝によって望ま
しくない大きな広がりを生み出してしまうことが知られ
ている。

【０００４】よいスポット反射形ランプであるために
は、ランプの軸から０−５度の範囲のビームをできるだ
け多く出力できることが求められる。６−１０度の範囲
で出力される光は基本的には無駄になる。しかしなが
ら、中心（約０−１度）光があまりに多いと、不均一な
光分布や焼きつきをもたらすので好ましくない。

【０００５】本発明は、上述の文献での問題やその他の
問題を克服する改良された新しい反射形ランプを提供す
る。

【０００６】ランプの除去時やその寿命に近づいたとき
等に高電圧が発生する可能性がある場合は、出力電圧を
時々制限する前述のランプを採用することが好ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの形態に係
る反射形ランプを提供する。このランプは第１と第２の
反射部を有する。第１の反射部は、大体放物面形状をも
つと共に、焦点とその焦点を通過する軸を備える。複数
の縦溝は第１の反射部の大部分を占める。第２の反射部
は、実質的に縦溝のない大体凹形状をもつと共に、第１
の反射部の焦点に実質的に一致する焦点を備える。第２
の反射部は第１の反射部に結合される。光源は、第１の
反射部の焦点と第２の反射部の焦点とにおおよそ中心合
わせされる。

【０００８】本発明の１つの形態によれば、光ビームを
形成する方法が提供される。ここで、その光の大部分は
軸から光ビームまでの６度の角度範囲内にあり、実質的
に中央のホットスポットがない。本方法は第１と第２の
反射面の焦点に光源を配設する工程を含む。第１の反射
面は複数の縦溝を有する。第２の反射面には縦溝がな
い。さらに、本方法は、光源から出力された光の第１の
部分を第１の反射面から反射する工程を含む。ここで、
縦溝は光を分配してホットスポットを最小化する。さら
に、本方法は、光源から出力された光の第２の部分を第
２の反射面から反射する工程を含む。ここで、縦溝のな
い第２の反射面から、軸からビームまでの６度の角度の
範囲内で主に光を反射する。

【０００９】本発明の有利な点の一つは、好ましい約５
度のビーム角度範囲内で光が出力されることである。

【００１０】本発明のその他の有利な点は、ビームが平
滑されて、ホットスポット効果が最小となることであ
る。

【００１１】以下の好適な実施形態の詳細な説明を読ん
で理解すると、本発明のさらに別の有利な点は当業者に
とっては明らかである。

【００１２】

【発明の実施の形態】ここで、本発明の好適な実施形態
に言及する。その一例は添付の図に示されている。本発
明は好適な実施形態に関して説明されるが、本発明はそ
の実施形態に限定されるものではないことを理解すべき
である。逆に、添付の請求項で定義された本発明の精神
と範囲内での代替、変更、また、それと等価な物の全て
が本発明に含まれる。

【００１３】ここで、図３と図４を参照すると、ランプ
１０は、銀、アルミニウム、その他の適切な材料の内側
反射被覆１４のあるハウジング１２をもつ成形反射器Ｃ
を備え、光を反射する。この被覆は、モールド成形もし
くはブローン(blown) 成形のガラス、プラスチック、そ
の他の適切な材料から形成することができる。

【００１４】反射ハウジング１２は、反射ハウジングの
前面の開口２０を規定する第１の端、即ち、リム１６を
備える。レンズ２２はリムに係合する。フィラメント等
の光源２４が、その寸法の最長の方向がランプＬＡの軸
に沿うように配置される。レンズ２２は全ての光を透過
するか、もしくは、光源２４からの散乱光を吸収／反射
するフィルタを備えることができる。実際、本技術分野
では周知のランプの特定要件に一致するようにレンズ２
２を設計することができる。

【００１５】反射ハウジング１２の首部、即ち、第２の
端２６は、ランプを外部電源（不図示）に接続するため
のリード３４，３６を収容する２つの貫通経路３０，３
２を備える。リード３４、３６は、金属箔４０，４２と
電気的に接続しており、同様に、その金属箔４０，４２
はリード４４，４６と電気的に接続している。このよう
に、光源２４に電気が供給される。図４に示されている
ように、フィラメント支持部４８は電気的にリード４４
に接続されており、フィラメント２４はリード４６に電
気的に接続されている。必要ならば、エンベロープ（包
囲管）５２が光源を囲んでもよい。白熱アークハロゲン
電球等のランプとともに様々な光源を用いることができ
ることは都合のよいことである。明らかなことである
が、フィラメント２４の長軸ＬＡは反射ハウジング１２
の軸ＬＡ上にある。

【００１６】反射ハウジング１２の凹状被覆反射部５６
は、前部５８、隣接したレンズ、前部と首部２６を接続
する後部６０を備える。前部５８は大体放物面形状であ
り、その内面に縦溝がある。球状もしくは放物面状の部
分６０を使ってもよいが、後部６０は滑らかな反射部分
であり、好適には楕円面である。前部と後部は、好適に
は前部と後部間を滑らかに変化させる（即ち、周囲領域
近傍後部の接面(tangent) は近傍の前面の接面と同じで
ある）周囲領域６２で接続されている。

【００１７】フィラメント２４やその他の光源の大きさ
は無限でも無限小でもなく、好適には、放物面状縦溝部
５８の焦点と、楕円面球状部分もしくは放物面状で縦溝
のない部分６０の焦点の両方に中心合わせされる。この
構成で、縦溝部分と縦溝のない部分の両方で一般的にラ
ンプ軸に平行な方向にフィラメントからの光を反射す
る。放射光はレンズを通過し、その大部分が約５度のビ
ーム角度範囲内に入る光ビームとしてランプから出る。
その光は、中心に顕著なホットスポットがなく、そのビ
ーム角度内では比較的均一である。

【００１８】図４に示されているように、縦溝のない部
分は、ランプの軸ＬＡに沿って首部から距離ｎ分突き出
している。また、縦溝部５８は、ランプ軸に沿って縦溝
のない部分から距離ｆ分レンズに向かって突き出してい
る。フィラメント２４の像は、縦溝部５８（β）よりも
かなり大きい角度（α）で縦溝のない部分６０から投影
される。ｆ：ｎ比は、好適には１：３から２：３であ
り、より好ましくは１：２である。

【００１９】再度図５を参照すると、縦溝部５８は、縦
溝部の内面に配置された多数の縦溝６４を備える。この
縦溝は、縦溝部の内面全体か、もしくは、その大部分に
あることが好ましい。縦溝は過度に光を出力することが
ないようにわずかに傾いているが、軸ＬＡと位置合わせ
されていることが望ましい。４ １/２インチ（１１−１
２ｃｍ）の直径をもつ反射ハウジングでは、約１２本か
ら１４４本の間の縦溝６４があるのが好ましい。より好
適には４８−９６本の縦溝、最も好適には約７２本の縦
溝があるのがよい。好適な実施形態では、各縦溝は一般
的には２つの端７４で接触する平面７０、７２を備え
る。それらの面のうちの一つの面の長さｌ（エル）は、
必要ならば、その他の面よりも長くてもよい。これによ
って、２つの面が光をわずかに異なる角度で反射させて
ビームの均一度を改善する。

【００２０】ここで図６を参照すると、図１，２、３の
反射器Ａ，Ｂ，Ｃを用いた３つのランプでの軸ＬＡから
の角度に対する輝度がプロットされている。反射器Ｃ
は、放物面状後部６０と、反射器軸に沿って測定された
約２：１のｆ：ｎ比を有する。３つの反射器の形状に関
するプロットは、実際の幾何学的形状に基づくコンピュ
ータアルゴリズムを用いて計算されたものである。実際
のランプから得られたデータはコンピュータが生成した
曲線に一致した。

【００２１】図６に示されているように、燭光分布曲線
は、中心で大きな値となり、好ましくないホットスポッ
トをＡがもつことを示している。この光度は、急勾配の
曲線Ａで示されているように、好ましいビーム角度範囲
（０−６度、好適には、約０−５度）内では急激に落ち
る。しかしながら、大きい角度（約７度）では、光度は
有意である。この光は目標から外れるので基本的には無
駄になる。

【００２２】反射器Ｂでは、そのホットスポット効果は
反射器Ａより少ない。しかし、大きく傾いた方向に向け
られる無駄な光量は多くなり、これは、首部のすぐ近く
まで縦溝を作ることによる負の効果によるものである。

【００２３】反射器Ｃの最適な実施形態では、好ましく
ないホットスポット効果を最小限にし、目標（０−５度
の間）に向けられた光度が最大化される。無駄な光度
（約６−１０度の間）が最小限にされる。光束を測定す
れば、反射器Ｃの有益な効果についてさらに述べること
ができる。

【００２４】図７−１０を参照すると、様々な種類のラ
ンプでのフィラメントの理論的投影画像 対 目標照明領
域８０が示されており、これにより縦溝付き前部５８に
よる利点を示す。もし、縦溝がなかったならば、反射器
の部分５８からの像８２は図７に示すように重なり合っ
てホットスポット８４が中心にできるであろう。逆に、
図８に示されているように、フィラメント２４に近い部
分６０からの像８６は部分的には目標の外にある。部分
５８に縦溝を作るとフィラメント像８８はより均一な分
布となり、そのため、図９に示されるようにより均一な
照明となる。しかしながら、部分６０に縦溝を作ると、
図１０に示されるように、目標領域の外により多くの光
が行くようになる。これは、図８と比べると、フィラメ
ント像９０が中心からさらに大きく外れているからであ
る。無駄な光を最小限にし、均一な照明を行うための最
適な組み合わせは、縦溝のない後部６０（図８）と縦溝
のある前部５８（図９）を組み合わせることによって達
成される。

【００２５】本発明は、好適な実施形態について説明さ
れた。上述の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者で
あれば修正や変更を行うことができることは明らかであ
る。これは、添付の請求項やそれと等価なものの範囲内
にある限り、本発明はその修正や変更の全てを含むよう
に構成されていることを意味する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のパラボラ反射器の模式図である。

【図２】従来の縦溝付きパラボラ反射器の模式図であ
る。

【図３】本発明に係る縦溝付きの放物面形状反射器の模
式図を示す。

【図４】図３の反射器を組み込んだランプの断面図であ
り、縦溝部分と縦溝のない部分から反射する光を示す。

【図５】図３の反射器の拡大正面図であり、縦溝の配置
を示す。

【図６】反射器軸（反射器軸に沿う中心である０度）か
らのビーム角に対する燭光をプロットしたグラフであ
る。

【図７】図１の反射ハウジングの縦溝のない前部から反
射した光によって照射された目標の模式図である。

【図８】図１の反射ハウジングの縦溝のない後部から反
射した光によって照射された目標の模式図である。

【図９】図３の反射ハウジングの縦溝のない前部から反
射した光によって照射された目標の模式図である。

【図１０】図２の反射ハウジングの縦溝のない後部から
反射した光によって照射された目標の模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｗ 101:10 Ｆ２１Ｙ 101:00 (72)発明者 ルドウィグ・スキルスキージ アメリカ合衆国、オハイオ州、コンコー ド、ウェザーフィールド・ドライブ、9980 番 (72)発明者 エドワード・ジョセフ・コリンズ アメリカ合衆国、オハイオ州、パインスビ ル、シダー・グレン・ドライブ、80番 (72)発明者 ジャコブ・ブラン アメリカ合衆国、オハイオ州、クリーブラ ンド、アパートメント・829、ダブリュ ー・10ティーエイチ・ストリート、1215番

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大体放物面形状を持つと共に、焦点と該
   焦点を通過する軸をもつ第１の反射部であって、複数の
   縦溝が大部分を占める前記第１の反射部と、 実質的に縦溝のない大体凹形状を持つと共に、前記第１
   の反射部の焦点に実質的に一致する焦点をもつ第２の反
   射部であって、前記第１の反射部に結合された前記第２
   の反射部と、 前記第１の反射部の焦点と前記第２の反射部の焦点とに
   おおよそ中心合わせされた光源と、を有することを特徴
   とする反射形ランプ。
2. 【請求項２】 前記光源は前記第１の反射部の軸に対し
   て軸方向に位置合わせされている請求項１の反射形ラン
   プ。
3. 【請求項３】 前記第１の反射部の開放端に配置された
   レンズをさらに備える請求項１の反射形ランプ。
4. 【請求項４】 前記第１の反射部は前記軸に沿って距離
   ｆだけ伸びており、前記第２の反射部は前記軸に沿って
   距離ｎだけ伸びており、ｆ：ｎ比は約１：３と２：３と
   の間である請求項１のランプ。
5. 【請求項５】 前記ｆ：ｎ比は約１：２である請求項４
   のランプ。
6. 【請求項６】 １２本から１４４本の縦溝がある請求項
   １のランプ。
7. 【請求項７】 ４８−９６本の縦溝がある請求項５のラ
   ンプ。
8. 【請求項８】 約７２本の縦溝がある請求項７のラン
   プ。
9. 【請求項９】 前記第１と第２の反射部との間に滑らか
   な遷移領域がある請求項１のランプ。
10. 【請求項１０】 前記第２の反射部は放物面状、球状、
    楕円面状のうちの１つである請求項１のランプ。
11. 【請求項１１】 前記第２の反射部は楕円面状である請
    求項１０のランプ。
12. 【請求項１２】 前記光源は、ハロゲン光源、放電光
    源、半導体光源からなるグループから選択される請求項
    １のランプ。
13. 【請求項１３】 光の大部分が光ビームを通る軸から６
    度の角度範囲内にあり、実質的に中央のホットスポット
    がない光ビームを形成する方法であって、 第１と第２の反射面の焦点に光源を設け、ここで、前記
    第１の反射面は複数の縦溝を有しているが前記第２の反
    射面には縦溝がなく、 前記光源から出力された光の第１の部分を前記第１の反
    射面から反射し、ここで、前記ホットスポットを最小化
    するために前記縦溝は前記光を分配し、 前記光源から出力された光の第２の部分を前記第２の反
    射面から反射し、ここで、前記縦溝のない第２の反射面
    から、前記ビームを通る前記軸から６度の角度範囲内に
    主に前記光を反射することを特徴とする前記方法。
14. 【請求項１４】 前記光の第１の部分は、前記光の第２
    の部分より光度が大きい請求項１３の方法。