JP2006302828A - 光源用反射体、光源装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源ランプから発した光を小さなビーム角の光束に変換することができる光源用反射体を提供する。
【解決手段】Ｘ軸方向に向かって開放された回転楕円体からなる反射面１１ａを有する第１の反射部１１の前端に、Ｘ軸方向に向かって拡径された円錐状の反射面１２ａを有する第２の反射部１２が連結されている。光源ランプ１４の発光部から発して第１の反射部１１の反射面１１ａに入射した光束Ｌ３は、この反射面１１ａで反射して前方へ進行し、光源ランプ１４の発光部から発して第２の反射部１２の反射面１２ａに入射した光束Ｌ４も、この反射面１２ａで反射して前方へ進行する。
【選択図】図２

Description

この発明は、光源用反射体に係り、特にほぼ平行な光束を形成するための反射体に関する。
また、この発明は、このような光源用反射体を用いた光源装置、並びにその光源装置を用いた照明装置にも関している。

所定の面積を有する出射面から均一な照明光を出射する照明装置として、例えば図１０に示されるものがある。出射面を形成する光拡散透過板１の背部にこの光拡散透過板１に対して所定の角度で傾斜させて平面反射板２を配置し、光拡散透過板１の側方から光源装置３により平面反射板２と光拡散透過板１との間に光束を送り込む。図１１に示されるように、光拡散透過板１に入射した光束の一部は光拡散透過板１を透過すると共にここで拡散されて照射領域へと照射され、光拡散透過板１に入射した光束の残りの部分は光拡散透過板１で反射して平面反射板２と光拡散透過板１との間で反射を繰り返し、平面反射板２と光拡散透過板１との間を進行する。また、場合によっては、平面反射板２に替えて、もう一枚の光拡散透過板が用いられ、双方の光拡散透過板の間に送り込まれた光束は、これら光拡散透過板の間で一部反射拡散と一部透過拡散を繰り返し、進行する。

ここで、図１１の破線で示される光線Ｌ１のように、光拡散透過板１に対して大きな角度を持って平面反射板２と光拡散透過板１との間に送り込まれた光束ほど進行距離に対する光拡散透過板１での反射の回数が増加する。図１１の実線で示される光線Ｌ２のように、光拡散透過板１及び平面反射板２に対してできるだけ小さな角度をなして入射する、小さなビーム角の光束ほど進行距離に対する光拡散透過板１での反射の回数は少なくなる。光束が光拡散透過板１に入射する毎にその一部が光拡散透過板１を透過して出射され、光エネルギーが減少するので、長い距離にわたって光束を進行させて出射面全体から均一な照明光を出射するためには、図１０の光源装置３から平面反射板２と光拡散透過板１との間に上述のようなできるだけ小さなビーム角の光束を送り込むことが望ましい。
これに加えて、光拡散透過板１と平面反射板２との間隔、あるいは平面反射板２に替えて用いられるもう一枚の光拡散透過板との間隔を小さくすることを求められることが少なくない。

照明装置の光源装置として各種のものが使用されているが、例えば、特許文献１には、光源ランプの背部に楕円反射鏡を配置し、光源ランプから後方へ発した光を楕円反射鏡で反射させて前方へと送出する光源装置が開示されている。

特開２００２−２３１００８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような楕円反射鏡で反射させるだけでは、光源の大きさによりビーム角を小さくさせることと、できるだけ多くの光束を光拡散透過板１と平面反射板２との間、あるいは平面反射板２に替えて用いられるもう一枚の光拡散透過板との間の許容される受光部に入れることに限界があり、光源の断面が大きな面積を持つことから、小さなビーム角を持ち且つ上記２枚の板の間の許容される受光部の方向に向かう全ての光がその受光部に入射する光束を形成することが難しく、図１０に示したような照明装置の光源装置として使用すると、光エネルギーの損失が大きくなるという問題を生じてしまう。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、光源ランプから発した光を小さなビーム角で且つ照明装置の許容される受光部の方向に進む全ての光を入射する光束に変換することができる光源用反射体を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような光源用反射体を用いて小さなビーム角で且つ照明装置の許容される受光部の方向に進む全ての光を入射する光束を発することができる光源装置を提供することも目的としている。
さらに、この発明は、上記のような光源装置を用いた照明装置を提供することもまた目的としている。

この発明に係る第１の光源用反射体は、光源ランプの背部に配置されて光源ランプからの光をＸ軸方向へと反射する光源用反射体において、Ｘ軸方向に向かって開放された曲線の回転体からなる反射面を有する第１の反射部と、第１の反射部の前端に連結され且つＸ軸方向に向かって拡径された円錐状の反射面を有する第２の反射部とを備えたものである。

また、この発明に係る第２の光源用反射体は、Ｙ軸方向に伸長する光源ランプの背部に配置されて光源ランプからの光をＸ軸方向へと反射する光源用反射体において、Ｙ軸方向に伸長すると共にＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かって開放された曲線となる反射面を有する第１の反射部と、第１の反射部のＸ軸方向端部に連結され且つＹ軸方向に伸長すると共にＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かってテーパー状に開く直線となる反射面を有する第２の反射部とを備えたものである。
この第２の光源用反射体において、それぞれの反射面が外方に向かって開放されるように一対の第１の反射部を互いに連結し、双方の第１の反射部にそれぞれ第２の反射部を連結することもできる。

なお、第１及び第２の光源用反射体において、第１の反射部の前記曲線は、楕円、真円及び放物線のうちのいずれかを用いることができる。
また、この発明に係る光源装置は、上記の光源用反射体と、その光源用反射体の内側に配置された光源ランプとを備えたものである。
さらに、この発明に係る照明装置は、上記の光源装置と、その光源装置のＸ軸方向前方に配置され且つＸＹ面上に延びると共に出射面を形成する光拡散透過板と、光源装置のＸ軸方向前方に配置され且つ光拡散透過板に対して平行または所定の角度で傾斜する平面反射板とを備えたものである。

この発明によれば、小さなビーム角を持ち且つ許容される受光部に向かって進むほぼ全ての光がその受光部に入射する光束を形成することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に実施の形態１に係る光源用反射体の構造を示す。この光源用反射体１０は、第１の反射部１１と、第１の反射部１１の前端に連結された第２の反射部１２とから形成されている。第１の反射部１１は、Ｘ軸方向に向かって開放された回転楕円体からなる反射面１１ａを有しており、第２の反射部１２は、Ｘ軸方向に向かって拡径された円錐状の反射面１２ａを有している。
また、第１の反射部１１の−Ｘ軸方向の端部には、図示しない光源ランプを挿入するための開口部１３が形成されている。

第１の反射部１１及び第２の反射部１２は、それぞれ例えば樹脂から形成され、その内面に可視光に対して反射特性を有する金属薄膜を真空蒸着等の方法で積層形成することにより製造される。

図２に示されるように、第１の反射部１１の開口部１３に光源ランプ１４を挿入することで光源装置１５が形成される。光源ランプ１４としては、放電灯の一種であるメタルハライドランプやナトリウムランプ等を用いることができる。

光源ランプ１４の発光部から発して第１の反射部１１の反射面１１ａに入射する光線Ｌ３は、この反射面１１ａで反射して前方（Ｘ軸方向）へ進行する。同様に、光源ランプ１４の発光部から発して第２の反射部１２の反射面１２ａに入射する光線Ｌ４も、この反射面１２ａで反射して前方へ進行する。
仮に、第２の反射部１２が存在せず、図２に２点鎖線で示すように、第１の反射部１１の回転楕円体からなる反射面１１ａがＸ軸方向に延びていたとすると、上記の光線Ｌ４は、このＸ軸方向に延びた第１の反射部１１の反射面１１ａで反射するので、破線で示されるように、Ｘ軸に対して大きな角度をなす反射光線Ｌ４’となり、このような光線を多く含む光束としてそのビーム角は大きくなってしまう。
これを避けるには、第１の反射部１１を形成する回転楕円体をより浅くして（Ｘ軸方向の長さを短くして）前方へ進む光の一部をあえて失うか、あるいは回転楕円体をより大きくして光線Ｌ４が図２における第２の反射部１２の反射面１２ａに入射する点を越えた点でこの光線Ｌ４を捕捉することにより、Ｘ軸に対して同様の角度を持つ反射光線を得ることができる。しかし、このようにして形成される光束は、より大きな受光部を必要とすることになり、許容される受光部の方向に向かって進む全ての光束をかかる受光部に入射させることが困難になるおそれがある。

この発明は、上述のように、光源用反射体１０が回転楕円体の反射面１１ａを有する第１の反射部１１と円錐状の反射面１２ａを有する第２の反射部１２とを備えているので、光源ランプ１４の発光部から発した光を小さなビーム角で且つ制限された受光部にその全ての光が入射する光束に変換して進行させることができる。
第２の反射部１２は、第１の反射部１１のみで用いられる場合の開口部端に施される面取り部のように光源より発せられる全光束のわずかな割合しか捕捉することができないものでは意味がなく、少なくとも全光束の２％以上を捕捉して、より小さなビーム角の形成に役立つものであることが望ましい。好ましくは、第２の反射部１２のＸ軸方向における長さが、第１の反射部１１のＸ軸方向における長さの１０％以上を有している。

図１０に示した照明装置と同じ構造の照明装置に図２の光源装置１５を取り付けた様子を図３に示す。光源装置１５のＸ軸方向前方に光拡散透過板１６と平面反射板１７とを有する照明器具１８が配置されている。光拡散透過板１６は、ＸＹ面上に延びると共にこの照明装置の出射面を形成し、平面反射板１７は、光拡散透過板１６とほぼ平行に配置されているが、Ｘ軸方向に向かうほど光拡散透過板１６との間隔が狭まるように光拡散透過板１６に対して所定の角度で傾斜している。

光源装置１５から平面反射板１７と光拡散透過板１６との間に小さなビーム角の光束が送り込まれると、光束は、直接に、あるいは一旦平面反射板１７で反射した後に、光拡散透過板１６に入射し、その一部は光拡散透過板１６を透過すると共にここで拡散されて照射領域へと照射され、残部は光拡散透過板１６で反射して平面反射板１７と光拡散透過板１６との間で反射を繰り返し、平面反射板１７と光拡散透過板１６との間を進行する。

ここで、上述したように、光源装置１５から小さなビーム角の光束が発せられるので、光束の進行距離に対する光拡散透過板１６での反射回数は少なく、光エネルギーの減少が低減される。このため、光拡散透過板１６及び平面反射板１７のＸ軸方向端部にまで十分に光束が進行し、出射面全体から均一な照明光を出射することが可能となる。
なお、平面反射板１７は、光拡散透過板１６に対して平行に配置することも可能である。

実施の形態２
図４に実施の形態２に係る光源用反射体の構造を示す。この光源用反射体２０は、図１に示した実施の形態１の光源用反射体１０において、回転楕円体からなる反射面１１ａを有する第１の反射部１１の代わりに真円の回転体である球面からなる反射面２１ａを有する第１の反射部２１を用いたものである。このような第１の反射部２１の前端に実施の形態１の第２の反射部１２と同様に円錐状の反射面２２ａを有する第２の反射部２２が連結されている。また、第１の反射部２１の−Ｘ軸方向の端部には、図示しない光源ランプを挿入するための開口部２３が形成されている。

この光源用反射体２０の第１の反射部２１の開口部２３に光源ランプを挿入すれば、図２に示した光源装置１５と同様に、光源ランプの発光部から発した光を小さなビーム角の光束に変換して進行させることができる。
光源用反射体２０を用いた光源装置を図３に示した照明装置の光源装置１５の代わりに取り付ければ、出射面全体から均一な照明光を出射することができる。
なお、第２の反射部２２は少なくとも全光束の２％以上を捕捉して、より小さなビーム角の形成に役立つものであることが望ましい。好ましくは、第２の反射部２２のＸ軸方向における長さが、第１の反射部２１のＸ軸方向における長さの１０％以上を有している。

実施の形態３
図５に実施の形態３に係る光源用反射体の構造を示す。この光源用反射体２５は、図１に示した実施の形態１の光源用反射体１０において、回転楕円体からなる反射面１１ａを有する第１の反射部１１の代わりに放物線をその軸の回りに回転させた回転体からなる反射面２６ａを有する第１の反射部２６を用いたものである。このような第１の反射部２６の前端に円錐状の反射面２７ａを有する第２の反射部２７が連結されている。また、第１の反射部２６の−Ｘ軸方向の端部には、図示しない光源ランプを挿入するための開口部２８が形成されている。

この光源用反射体２５の第１の反射部２６の開口部２８に光源ランプを挿入すれば、より狭いあるいは小さい受光部にその全ての光が入射し得る光束を形成することができる。
光源用反射体２５を用いた光源装置を図３に示した照明装置の光源装置１５の代わりに取り付ければ、出射面全体から均一な照明光を出射することができる。
なお、第２の反射部２７は少なくとも全光束の２％以上を捕捉して、より小さなビーム角の形成に役立つものであることが望ましい。好ましくは、第２の反射部２７のＸ軸方向における長さが、第１の反射部２６のＸ軸方向における長さの１０％以上を有している。

実施の形態４
図６に実施の形態４に係る光源用反射体の構造を示す。この光源用反射体３０は、Ｙ軸方向に伸長する第１の反射部３１と、第１の反射部３１の一対のＸ軸方向端部にそれぞれ連結され且つＹ軸方向に伸長する一対の第２の反射部３２とから形成されている。第１の反射部３１は、ＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かって開放された楕円を形成する反射面３１ａを有しており、一対の第２の反射部３２は、ＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かって互いにテーパー状に開く直線となる反射面３２ａを有している。

この光源用反射体３０の内側にＹ軸方向に伸長する光源ランプ３３が配置されて光源装置が形成される。
光源ランプ３３から発した光束は、直接に、あるいは第１の反射部３１の反射面３１ａ及び第２の反射部３２の反射面３２ａで反射して、小さなビーム角の光束となって進行する。
光源用反射体３０を用いた光源装置を図３に示した照明装置の光源装置１５の代わりに取り付ければ、出射面全体から均一な照明光を出射することが可能となる。
第２の反射部３２は少なくとも全光束の２％以上を捕捉して、より小さなビーム角の形成に役立つものであることが望ましい。好ましくは、第２の反射部３２のＸ軸方向における長さが、第１の反射部３１のＸ軸方向における長さの１０％以上を有している。

なお、第１の反射部３１の反射面３１ａは、ＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かって開放された楕円を形成していたが、これに限るものではなく、例えばＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かって開放された円弧（真円）や放物線を形成する反射面を有するものでも、同様の効果が得られる。

実施の形態５
図７に実施の形態５に係る光源用反射体の構造を示す。この光源用反射体４０は、図６に示した実施の形態４のようにＹ軸方向に伸長し且つＸ軸方向に向かって開く二つの光源用反射体を互いに背中合わせに連結して＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向の双方に向かって開放するように構成したものである。すなわち、Ｙ軸方向に伸長する一対の第１の反射部５１及び６１がそれぞれ＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向を向くように連結され、さらにＹ軸方向に伸長する一対の第２の反射部５２が第１の反射部５１の＋Ｘ軸方向端部に連結されると共にＹ軸方向に伸長する一対の第２の反射部６２が第１の反射部６１の−Ｘ軸方向端部に連結されている。

第１の反射部５１及び６１は、それぞれＸＺ面による断面形状が＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向に向かって開放された楕円を形成する反射面５１ａ及び６１ａを有している。また、一対の第２の反射部５２はＸＺ面による断面形状が＋Ｘ軸方向に向かって互いにテーパー状に開く直線となる反射面５２ａを有し、一対の第２の反射部６２はＸＺ面による断面形状が−Ｘ軸方向に向かって互いにテーパー状に開く直線となる反射面６２ａを有している。

第１の反射部５１及び６１の連結部分にはＸ軸方向に貫通する開口部４１が形成されており、この開口部４１にＹ軸方向に伸長する光源ランプ４２が配置されて光源装置が形成される。
光源ランプ４２からＸＺ面内において３６０度の方向に向かって光束が発せられるが、それらの光束のうち、＋Ｘ方向に向かう光束は、直接に、あるいは第１の反射部５１の反射面５１ａ及び第２の反射部５２の反射面５２ａで反射して、小さなビーム角の光束となって進行する。一方、−Ｘ方向に向かう光束は、直接に、あるいは第１の反射部６１の反射面６１ａ及び第２の反射部６２の反射面６２ａで反射して、小さなビーム角の光束となって進行する。

このように、実施の形態５の光源用反射体４０を用いれば、一つの光源ランプ４２から＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向に２分割された光束を得ることができる。従って、光源用反射体４０の＋Ｘ軸方向前方と−Ｘ軸方向前方にそれぞれ図３に示したような照明器具１８を配置すれば、一つの光源ランプ４２でありながら、二つの照明器具１８から均一な照明光を出射することが可能となる。

この場合、図８に示されるように、光源用反射体４０の第１の反射部５１及び６１の前方にそれぞれ斜めに配置された平面反射板５３及び６３を介して照明器具１８を配置すれば、二つの照明器具１８を互いに平行に配して照明を行うことができる。

また、この実施の形態５の光源用反射体４０を用いることにより２分割された光束を形成した後、さらにそれぞれの光束を例えば図９に示されるように屈曲された反射板からなる光分割器４３を用いて２分割すれば、一つの光源ランプ４２から４分割された光束を得ることができ、４つの照明器具１８から照明を行うこともできる。

この実施の形態５の光源用反射体４０においては、第１の反射部５１の反射面５１ａ及び第１の反射部６１の反射面６１ａは、ＸＺ面による断面形状が楕円を形成していたが、これに限るものではなく、例えばＸＺ面による断面形状が円弧（真円）や放物線を形成する反射面を有するものでも、同様の効果が得られる。

上述した実施の形態１〜５の光源用反射体において、第１の反射部及び第２の反射部の反射面に多層構造の反射膜を形成する等により反射特性に波長分布を持たせ、可視光の反射を促進し、熱線の反射を抑制することもできる。このようにすれば、輻射熱を減少することができ、例えば植物栽培用に適した照明装置の実現が可能となる。
また、逆に、熱線の反射を促進し、可視光の反射を抑制するような反射面として輻射熱を有効利用する照明装置とすることもできる。

この発明の実施の形態１に係る光源用反射体の構造を示す断面図である。 実施の形態１の光源用反射体を用いた光源装置を示す断面図である。 図２の光源装置を用いた照明装置を示す断面図である。 実施の形態２に係る光源用反射体を示す断面図である。 実施の形態３に係る光源用反射体を示す断面図である。 実施の形態４に係る光源用反射体を示す斜視図である。 実施の形態５に係る光源用反射体を示す断面図である。 実施の形態５に係る光源用反射体を用いた照明装置を示す図である。 実施の形態５の変形例で用いられる光分割器を示す斜視図である。 照明装置を示す斜視図である。 照明装置内の光束の進行方向を示す図である。

符号の説明

１０，２０，２５，３０，４０ 光源用反射体、１１，２１，２６，３１，５１，６１ 第１の反射部、１２，２２，２７，３２，５２，６２ 第２の反射部、１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ，２６ａ，２７ａ，３１ａ，３２ａ，５１ａ，５２ａ，６１ａ、６２ａ 反射面、１３，２３，２８，４１ 開口部、１４，３３，４２ 光源ランプ、１５ 光源装置、１６ 光拡散透過板、１７，５３，６３ 平面反射板、１８ 照明器具、４３ 光分割器。

Claims (6)

1. 光源ランプの背部に配置されて光源ランプからの光をＸ軸方向へと反射する光源用反射体において、
   Ｘ軸方向に向かって開放された曲線の回転体からなる反射面を有する第１の反射部と、
   第１の反射部の前端に連結され且つＸ軸方向に向かって拡径された円錐状の反射面を有する第２の反射部と
   を備えたことを特徴とする光源用反射体。
2. Ｙ軸方向に伸長する光源ランプの背部に配置されて光源ランプからの光をＸ軸方向へと反射する光源用反射体において、
   Ｙ軸方向に伸長すると共にＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かって開放された曲線となる反射面を有する第１の反射部と、
   第１の反射部のＸ軸方向端部に連結され且つＹ軸方向に伸長すると共にＸＺ面による断面形状がＸ軸方向に向かってテーパー状に開く直線となる反射面を有する第２の反射部と
   を備えたことを特徴とする光源用反射体。
3. それぞれの反射面が外方に向かって開放されるように一対の第１の反射部が互いに連結され、双方の第１の反射部にそれぞれ第２の反射部が連結された請求項２に記載の光源用反射体。
4. 第１の反射部の前記曲線は、楕円、真円及び放物線のうちのいずれかである請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源用反射体。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源用反射体と、
   前記光源用反射体の内側に配置された光源ランプと
   を備えたことを特徴とする光源装置。
6. 請求項５に記載の光源装置と、
   前記光源装置のＸ軸方向前方に配置され且つＸＹ面上に延びると共に出射面を形成する光拡散透過板と、
   前記光源装置のＸ軸方向前方に配置され且つ前記光拡散透過板に対して平行または所定の角度で傾斜する平面反射板と
   を備えたことを特徴とする照明装置。

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