JP2004311444A - 反射鏡を有する照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱を改善するのに有効な冷却を行う照明器具の提供。
【解決手段】 照明器具は、反射鏡（２）と、反射鏡（２）からの放熱を改善する装置とを備えている。放熱を改善する装置は、反射鏡の外側（６）に接続するか、その上に配置することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、包括的には照明手段に関し、特に本発明は、反射鏡及び冷却構造体を有する照明器具に関する。

たとえば、投影技術の分野では、同一または大きな出力に対して照明システムのサイズを縮小する試みが行われている。これは、特に、ブリリアンシーの向上を達成するのに望ましい。今日でも、白熱ワイヤ、または特に電気アークで働く主に従来型の発光手段でできているプロジェクターがまだ使用されている。高ブリリアンシー源として、これらの光源は、特に大きな光出力、現実味のある色温度、及び高いスペクトル青色成分によって、レーザと区別される。

しかし、そのような光源では、熱成分の多くが失われる。発生する熱出力のため、照明システムまたは器具は、反射鏡の単位面積当たりの熱入力が高くなりすぎないようにするために、任意の小さい形状にすることができない。この問題はまた、特に長波長放射成分が反射されないで、反射鏡を通過する冷光反射鏡の場合に複雑になる。オン／オフ切り換え中に発生する大きい温度変化によって、さらなる問題が発生する。

したがって、本発明の目的は、上記問題に関して改善を行った照明システム、特に照明器具を提供することである。この目的は、単に独立請求項の主題によって、驚くほど非常に簡単に達成される。好都合な改良及び発展が、さらに従属請求項に特定されている。

したがって、本発明は、反射鏡と、反射鏡からの放熱を改善する装置とを備えた照明器具を想定している。

本発明の好適な実施形態によれば、放熱を改善する装置が、反射鏡の後側に接続されるか、その上に配置された照明器具が提供される。この場合、反射鏡の後側すなわち外側は、反射鏡の、発光手段から、または、発光手段用に設けられた場所から遠い側であると理解される。

放熱を改善する装置が放射吸収表面を有する時、効果的な放熱に特に好都合である。

特にこの場合、放熱を改善する装置は、放射吸収被膜を有することができ、被膜が赤外線領域内、特にスペクトル領域内の熱放射を吸収する時、特に好都合である。そのような被膜は、球形ガラスキャップなどの非吸収性または低吸収性の反射鏡本体の材料に簡単に付着させることができる。

反射鏡から放出されるか、または反射鏡を通過する熱放射は、そのような放射吸収表面すなわち被膜によって狙い通りにそこで吸収することができ、そのように改善された冷却を放射吸収表面で達成することができる。

好適な発展はさらに、熱放射を吸収する被膜が、反射鏡の外側に配置されることを想定している。被膜は、外側全体を、または１つまたは複数の小領域を被覆することができる。

放熱を改善するために、冷却用に設けられた表面に渦発生構造体を設けることもできる。たとえば、その構造体は、反射鏡の表面の少なくとも１領域に配置することができる。本発明の好適な実施形態では、渦発生構造体を反射鏡の外側に配置する。

渦発生構造体として特に適するのは、たとえば、円形にすることができる凹みまたはくぼみである。これらは、製造が容易であり、そのような構造体を設けた表面の周囲を冷却流体が包み込んで流れる場合、渦の形成は、それらが低温及び高温流体層を効果的に完全に混合することができ、それにより、より効果的な熱交換が行われることを意味する。

反射鏡はまた、好都合に自己清浄表面を備えることができる。これにより、特に放熱を不都合に妨害する可能性がある汚染物質の付着が防止される。自己清浄特性はまた、特に上記渦発生構造体によって達成することができ、渦の形成は、流れ不感帯の発生を、したがって、たとえば、ほこりなどの汚染物質の付着を防止する。

照明装置のさらに好適な発展では、放熱を改善する装置は、有効冷却表面を拡大するために、反射鏡に接続されたヒートシンクを有する。

反射鏡からヒートシンク内への熱伝導を向上させるために、ヒートシンクは、特に反射鏡との接続領域内に、反射鏡に一致した形状を有することができる。

放熱を改善する装置が、反射鏡上に、特に反射鏡の外側に配置された熱伝導層を有する時も、好都合である。そのような層によって、入射熱出力の分布及び放散を確実に改善する。たとえば、この目的から、反射鏡に金属被膜を設けることができる。熱を反射鏡本体全体または反射鏡本体の一部により迅速に分散させることができ、反射鏡材料内の温度応力を排除することができるので、そのような被膜は、放熱の改善に加えて、反復温度応力に対する耐性を確実に向上させることもできる。

特に、反射鏡が、放射を吸収する第１層、及び第１層に被せて配置されて、高い熱伝導性を有する第２層の２層を有する被膜を備えている時も、好都合である。このようにして、第１層による放射の反射が回避され、放射力を狙い通りにこの層に導入することができ、それにより、第２層は、被覆表面に沿った温度分布を確実により均一なものにする。本発明のこの実施形態の変更形態によれば、この層も、反射鏡の外側に配置される。

放熱を改善する装置は好都合には、反射鏡の化学蒸着及び／または物理蒸着膜も有することができる。この層は、特に、放射吸収及び／または熱伝導性層を有する。化学蒸着及び物理蒸着膜は、さまざまな材料で容易に吸収層として形成することができる。たとえば、この目的から、良好な吸収特性を有する、炭素分率(carbon fraction)が高い、特に非結晶質炭素の酸化ケイ素層を付着することができる。化学蒸着膜はまた、１つまたは複数の金属酸化物を有することができ、特に、チタン、タンタル及びニオビウムの金属の酸化物が適する。物理蒸着膜の方法は、たとえば、金属層の付着にも好都合である。

反射鏡の熱伝導性が高い被膜の代わりに、またはそれに追加して、放熱を改善する装置は、好都合には反射鏡と接触した金属フォイルを有することもできる。接触させることは、特に反射鏡に接着するか、それとさらなる部品との間に締め付けることによって達成することができる。

放熱を改善する装置の構成要素から熱を吸収するために、照明器具は好ましくは、空気冷却機構も有する。空気冷却機構はもちろん、それ自体が放熱を改善する装置の一部であることができる。空気冷却機構は、たとえば、ベンチレータを有し、かつ／または対流冷却機構として構成することができる。

照明装置自体は、少なくとも１つの発光手段を有するか、または発光手段を備えるように適切に構成することができる。適切な発光手段は、たとえば、特にショートアークランプなどの超高圧ランプか、ハロゲンランプである。

本発明の装置による特別な改善により、特にその結果として冷光反射鏡を使用できるようになるが、それは、冷光反射鏡の場合、熱放射の大部分が反射鏡を通過して、反射鏡の下流側で放散させなければならず、そうでなければ、反射鏡の背後に位置する表面が強く加熱されるからである。

好都合な発展では、本発明の装置は、ハウジングを備えることもできる。安全上の理由から、特に超高圧ランプを使用する時、ハウジングを破砕防止ハウジングとして構成することができることが当を得ている。さらに、ハウジングは少なくとも１つの遮光開口も有することができ、これを通して冷却空気を供給することができるが、たとえば、反射鏡またはそれの切り欠き部を通ってハウジング本体に入った光が、ハウジング開口を通って外側へ進むことはない。

放熱を改善するための装置の一部を反射鏡に、良好な熱的接触を生じながら接続するために、本装置はまた、熱的潤滑油(thermolube)による反射鏡との熱的接続部を有することができるが、熱的潤滑油層を介して反射鏡に接続することもできる。たとえば、反射鏡とヒートシンクまたは熱分散金属フォイルと間に熱的潤滑油を導入することができる。

弾性的かつ／または、放熱を改善する装置の反射鏡の形状と一致し、反射鏡に貼り付く本発明のカップによっても、良好な熱的接触を達成することができる。

反射鏡には、たとえば、金属、ガラス、結晶化ガラスなどの多くの材料が適する。本発明によって与えられる放熱の改善のため、プラスチックさえも使用することができる。これらは、たとえば、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィン、オレフィンコポリマー、またはポリエーテルスルホンのプラスチックのうちの少なくとも１つを含むことができる。

しかし、反射鏡用に複合材料を、たとえば、上記プラスチックの１つまたは複数と金属材料とからなる複合材料等を使用することも可能である。

本発明はまた、放熱を改善する装置を備えて、特に本発明の器具に使用するのに適することもできる反射鏡の提供を想定している。

本発明の１つの実施形態によれば、本発明の反射鏡からの放熱を改善する装置は、反射鏡の表面の少なくとも１領域に被膜を有することができる。好適な発展では、被膜を反射鏡の外側に配置することができる。放熱を改善するために、被膜は、放射を、特に熱放射または赤外線放射を好都合に吸収することができる。

そのような反射鏡の好都合な発展では、反射鏡上及びその内部での熱出力の良好な分布を達成するために、被膜は、高い熱伝導性を有する層を備える。

冷却力を増加させるために、放熱を改善する装置は、反射鏡本体の表面拡大冷却構造体、たとえば、冷却リブまたはノブを有することもできる。

次に、例示的な実施形態により図面を参照しながら以下に本発明をさらに詳細に説明するが、同一または同様な部材には同一の参照番号を付けて示し、さまざまな実施形態の特徴を互いに組み合わせている。

図１は、全体的に参照番号１で示された本発明の照明器具の実施形態の断面図を示す。

照明器具１は、内側４及び外側６を有する反射鏡２と共に、反射鏡２からの放熱を改善する装置も備えている。内側４は凹状に湾曲しており、それにより、湾曲した内側によって画定されたキャビティ内またはその前方に配置された発光手段からの光が、内側４の表面からの反射によって合焦される。

反射鏡は、金属、ガラス、結晶化ガラスまたはプラスチックで製造することができるが、これらの材料の２つ以上で形成された複合材料を有することもできる。特に、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィン、オレフィンコポリマー、またはポリエーテルスルホンのプラスチックが、プラスチック反射鏡または複合反射鏡本体を有する反射鏡の材料として使用することができる。図１に示されている実施形態の反射鏡２は好ましくは、冷光反射鏡としても構成される。

発光手段１０は、球形反射鏡表面の凹状内側４の焦点に配置される。本実施形態の発光手段１０は、超高圧ランプを有し、それの接続脚部（connection legs）１０１、１０２が、反射鏡２の切り欠き部１２に通されている。

本発明のこの実施形態の場合、放熱を改善する装置は、反射鏡の後側に接続されている。放熱を改善する装置は、反射鏡の外側６に被膜８を有する。この被膜は、熱放射を吸収する被膜として構成されている。この被膜は、たとえば、反射鏡の化学蒸着膜によって形成することができるが、物理蒸着膜を有することもできる。化学蒸着膜及び物理蒸着膜は、たとえば、被覆加工中に処理ガスの組成を変化させることによって、特に多重被膜を付着させるために、簡単なやり方で使用することもできる。

器具の動作中に発光手段１０から放出される熱放射は、反射鏡本体を通過してから、熱放射を吸収する表面として機能する被膜８によって、後側すなわち外側６で吸収される。その結果、熱放射の逆反射を防止し、そのため、被膜８は、器具から放出される光コーン(light cone)のスペクトル分布内の熱放射成分を減少させる。

光吸収表面として機能する特性以外にも、被膜８が熱伝導性層を有する時、被膜８は熱的分布を改善する機能も有することができる。これにより、目標の放射エネルギ吸収を行い、それを次に被膜８から放散させることができるだけでなく、特に、反射鏡２からの反復温度応力に対する耐性を向上させることもできる。吸収及び熱伝導のために被膜８内に動作中に生じる熱出力を放散させることができるようにするために、放熱を改善する装置は、ヒートシンク１６も備えている。このヒートシンクは、反射鏡の外側６の領域か、または反射鏡の外側６の被膜８に接続される。反射鏡との接続領域内に、ヒートシンク１６は反射鏡用の保持カップ３２を有し、その表面は、反射鏡に一致する形状を有する。したがって、ヒートシンク１６及び反射鏡２間の接触面が拡大して、効果的な冷却が行われる。

熱的接触をさらに向上させるために、熱的潤滑油１４による熱的接続部が、ヒートシンク１６及び反射鏡間に存在する。

さらに、本発明の照明器具の本実施形態では、反射鏡からの放熱を改善する装置の構成要素として、空気冷却機構も設けられている。この装置はベンチレータ１８を有し、これは、空気流を引き込んでヒートシンクに吹き付けるか、または、ヒートシンクの方向から空気を引き込むことによって、ヒートシンクの周囲を流れる空気流を発生する。ヒートシンクにチャネル２４が設けられおり、ベンチレータ１８からの空気は、このチャネル２４を通って流れて、再び開口２８を通って逃げることができる。チャネル２４内の内側冷却リブ２６により、追加的な熱交換が確保される。冷却はさらに、外側冷却リブ３０によっても助けられる。

図１に概略的に図示されているもの以外にも、ベンチレータ１８によって発生する空気流の流れ方向に沿って冷却リブ２６及び３０を延ばすこともできる。また、ヒートシンクは、中実構造、すなわち、チャネル２４を有しない構造にすることができ、これは特に、製造費用を削減する。そのようなヒートシンクが、図２に斜視図で示されている。図２に示されている円筒形ヒートシンク１６の場合、冷却リブ３０が本体の対称軸に沿って延びている。

ヒートシンク１６の表面はさらに、渦発生構造体を設けた１つまたは複数の表面を有することができる。そのような渦発生構造体の例が、粗面領域またはくぼみで画定される。

図１に示された実施形態では、照明器具１は、ハウジング２０も有する。このハウジング２０は、破砕防止保護体として機能することができ、超高圧ランプを発光手段として使用する時、特に好都合なものである。

ハウジング２０はまた、多数の遮光開口２２を有し、これらは、冷却用の空気を交換できるようにすると同時に、反射鏡２の開口１２を通ってハウジングに入った光が、たとえば、外側へ進まないようにする。この目的から、開口２２には、光の直接出射を阻止する適切なストッパを設けることができる。

図３は、被覆反射鏡２の詳細を断面図で示す。図１に示された実施形態の場合と同様に、基体すなわち反射鏡本体３は、反射鏡の外側６に被膜８を備えている。被膜８は、放射を吸収すると共に、熱伝導性が非常に高い。この目的から、被膜８は、反射鏡本体３に付着される第１層８１と、第１層８１に被せて付着される第２層８２とを有する。第１層８１は放射を吸収し、この特性は特に、発光手段から放出される熱放射成分に適応する。放射吸収特性は、たとえば、層の粗面性を高くすること及び／または層内に十分な分率の非晶質炭素を含むことによって達成することができる。

その上に設けられる第２層８２は、熱伝導性が非常に高い。たとえば、この層８２は、適切な金属を有することができる。第１層８１は、相当な放射成分が第２層８２によって逆反射され、それにより、たとえば、冷光反射鏡の場合に、やはりスペクトル寄与を行うことができることを防止する。

図４は、放熱を改善する装置を備えて、図１に例として示されているような本発明の器具１に使用することもできる本発明の反射鏡２の実施形態を示す。反射鏡は、発光手段から放出された光のための反射鏡２の反射面を形成する凹状湾曲内側４を設けた反射鏡本体３を有し、内側表面４に、たとえば、放射反射被膜が設けられている。これは、冷光反射鏡のように可視光線を反射し、より長波長の光を透過する干渉フィルタまたは誘電体ミラーとして構成することができる。

本実施形態では、放熱を改善する装置は、外側６上の冷却リブ３１の形をした、反射鏡本体３の表面拡大冷却構造体を有する。本実施形態では、冷却リブ３１は、たとえば、反射鏡本体３の対称軸に沿って延びる。特に、対称軸の方向に空気流を発生するベンチレータでの空気冷却に加えて利用する時はいつも、この構造が好都合である。冷却中の空気の完全な混合を改善するために、冷却リブに加えて、反射鏡２には外側６に渦発生構造体も設けることができる。

図１に示された実施形態と同様に、反射鏡本体３には、発光手段を反射鏡の内側４の前方に保持して配置することができる開口１２が設けられている。

さらに、放熱を改善する装置は、反射鏡２の外側の少なくとも一部領域に被膜８を有する。図３に示された被膜と同様に、この場合の被膜８は、下側の放射吸収層８１と、この第１層を覆う第２層８２とを好都合に備えることができ、第２層８２は、熱伝導性が非常に高く、均等化温度を有する。

本発明の反射鏡２、または照明器具１のさらなる実施形態が、図５に示されている。本発明のこの実施形態では、発光手段１０が、反射鏡２内に組み込まれている。図示のように、発光手段は、たとえば、やはりハロゲンランプか、または他の超高圧ランプにすることができる。上記実施形態と同様に、反射鏡２は外側６に、放熱を改善する装置の構成要素として被膜８を備えている。被膜８は、放射を吸収するという目的を果たすと共に、熱伝導特性を有することもできる。

被膜８に加えて、放熱を改善する装置のさらなる構成要素として、反射鏡２またはその被覆外側６に接触している熱伝導性金属フォイル３４が外側６に付着されている。金属フォイル３４は、それの曲げ性及び可撓性に基づいて、反射鏡２の形状に効果的に貼り付くことができ、特に反射鏡の外側６での熱出力の分布を改善するという目的にかなう。

図６は、本発明に従った反射鏡２のさらなる好適な実施形態を示す。この実施形態では、放熱を改善する装置に、たとえば、円形にして反射鏡の外側表面６に配置される凹部またはくぼみ３６の形の渦発生構造体が設けられている。くぼみ３６は、外側表面６上か、または外側表面６の一部領域に、たとえば、規則的パターンで、一例として、六角形マトリックスの形に配置することができる。特に空気などの冷却流体が反射鏡の周囲を流れる時、くぼみによって確実に流体内に渦が集中的に形成され、それにより、冷却流体での反射鏡２の表面の熱交換を向上させることができる。

以上に記載した実施形態は、例示として理解されるべきものであり、本発明がそれらに制限されず、本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更を加えることができることは、当該技術分野の専門家には明らかである。

本発明の照明器具の実施形態の概略断面図である。 ヒートシンクの実施形態を示す図である。 被覆反射鏡の詳細を示す断面図である。 本発明の反射鏡の実施形態を示す図である。 組込式発光手段を有する本発明の反射鏡のさらなる実施形態を示す図である。 渦発生構造体を有する本発明に従った反射鏡の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 照明器具
２ 反射鏡
３ 反射鏡本体
４ ２の内側
６ ２の外側
８ 熱放射を吸収する被膜
１０ 発光手段
１２ ２の切り欠き部
１４ 熱潤滑油
１６ ヒートシンク
１８ ベンチレータ
２０ ハウジング
２２ ２０内の遮光開口
２４ １６内のチャネル
２６ ２４内の内側冷却リブ
２８ ２４に関連した開口
３０ １６の外側冷却リブ
３１ ２の冷却リブ
２１ １６内の保持カップ
３４ 金属フォイル
３６ 渦発生くぼみ
８１ ８の放射吸収層
８２ ８の熱伝導性が高い層
１０１、１０２ １０の接続脚部

Claims (34)

1. 照明器具（１）であって、反射鏡（２）と、該反射鏡（２）からの放熱を改善する装置とを備えた照明器具。
2. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡の外側（６）に接続されるか、その上に配置される請求項１に記載の照明器具。
3. 放熱を改善する前記装置は、放射を、特に熱放射を吸収する表面を有する請求項１または２に記載の照明器具。
4. 放熱を改善する前記装置は、放射を、特に熱放射を吸収する被膜（８）を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明器具。
5. 熱放射を吸収する前記被膜（８）は、前記反射鏡の前記外側（６）上に配置されるか、それに付着される請求項４に記載の照明器具。
6. 放熱を改善する前記装置は、渦発生構造体を設けた表面を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明器具。
7. 前記渦発生構造体は、くぼみを、たとえば、円形くぼみ（３６）を有する請求項６に記載の照明器具。
8. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡（２）に接続されたヒートシンク（１６）を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明器具。
9. 前記ヒートシンクは、前記反射鏡との接続領域に、前記反射鏡に一致した形状を有する請求項８に記載の照明器具。
10. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡上に、特に前記反射鏡の前記外側に配置された熱伝導性層を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明器具。
11. 空気冷却機構によって規定される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明器具。
12. 前記空気冷却機構は、ベンチレータまたは対流冷却機構を含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の照明器具。
13. 少なくとも１つの発光手段によって規定される請求項１〜１２のいずれか１項に記載の照明器具。
14. 前記発光手段は、超高圧ランプ、特にショートアークランプか、またはハロゲンランプを有する請求項１３に記載の照明器具。
15. 前記反射鏡は、冷光反射鏡を有する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の照明器具。
16. 破砕防止ハウジングによって規定される請求項１〜１５のいずれか１項に記載の照明器具。
17. 少なくとも１つの遮光開口を有するハウジングによって規定される請求項１〜１６のいずれか１項に記載の照明器具。
18. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡との熱的潤滑接続部を有する請求項１〜１７のいずれか１項に記載の照明器具。
19. 放熱を改善する前記装置には、弾性的であるか、前記反射鏡の形状に一致して、前記反射鏡（２）に貼り付くカップが設けられている請求項１〜１８のいずれか１項に記載の照明器具。
20. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡（２）と接触する金属フォイル（３４）を有する請求項１〜１９のいずれか１項に記載の照明器具。
21. 前記反射鏡（２）は、金属、ガラス、結晶化ガラスまたはプラスチックの材料のうちの少なくとも１つを有する請求項１〜２０のいずれか１項に記載の照明器具。
22. 前記反射鏡（２）は、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィン、オレフィンコポリマー、またはポリエーテルスルホンのプラスチックのうちの少なくとも１つを含む材料を有する請求項２０に記載の照明器具。
23. 前記反射鏡（２）は、複合材料を有する請求項１〜２２のいずれか１項に記載の照明器具。
24. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡（２）の化学蒸着または物理蒸着膜を有する請求項１〜２３のいずれか１項に記載の照明器具。
25. 前記反射鏡（２）は、自己清浄表面を備えている請求項１〜２４のいずれか１項に記載の照明器具。
26. 反射鏡（２）であって、特に、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の器具用の、放熱を改善する装置を有する反射鏡。
27. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡（２）の表面の少なくとも１領域に被膜（８）を有する請求項２６に記載の反射鏡。
28. 前記被膜は、前記反射鏡の外側（６）に付着される請求項２７に記載の反射鏡。
29. 前記被膜（８）は、放射を、特に熱放射を吸収する請求項２７または２８に記載の反射鏡。
30. 前記被膜（８）は、高い熱伝導性を有する層を備えている請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の反射鏡。
31. 前記被膜は、２層（８１、８２）を有し、第１層（８１）は、放射を吸収し、第２層（８２）は、前記第１層（８１）に被せて配置されて、高い熱伝導性を有する請求項２７〜３０のいずれか１項に記載の反射鏡。
32. 放熱を改善する前記装置は、前記反射鏡（２）の表面の少なくとも１領域に渦発生構造体を有する請求項２６〜３１のいずれか１項に記載の反射鏡。
33. 前記渦発生構造体は、くぼみを、たとえば、円形くぼみ（３６）を有する請求項３２に記載の反射鏡。
34. 放熱を改善する前記装置は、反射鏡本体（３）の表面拡大冷却構造体、たとえば、冷却リブ（３１）またはノブを有する請求項２６〜３３のいずれか１項に記載の反射鏡。
    

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