JP2550709B2

JP2550709B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP2550709B2
Application number: JP1155218A
Authority: JP
Inventors: 晃川勝
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1989-06-17
Filing date: 1989-06-17
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH0320959A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、バルブの表面に色温度を上昇させるための
多層光干渉膜（干渉フィルタ）を形成したハロゲン電球
と、このハロゲン電球から放射される光を反射する反射
鏡とから構成された照明装置に関する。

（従来の技術）例えば店舗などで使用されているスポットダウンライ
トは、光源としてのランプと、これを収容してこのラン
プから放射される光を反射する反射鏡とから構成されて
いる。

このようなスポットダウンライトは、商品展示の照明
効果を高めるため高演色性でクールな色の光が好まし
く、このため高い色温度の光を投光する照明装置が望ま
しい。

従来、このような高い色温度で高演色性の光を得よう
とする場合、ランプとして白熱電球を使用し、反射面に
多層光干渉膜を形成したダイクロイックミラーまたはク
ールミラー等からなる反射鏡を用いており、このものは
白熱電球から放射された光のうち、約600〜700nm領域の
赤色光を上記多層光干渉膜により吸収または透過させ、
残りの光を前面に反射させて、例えば3050〜3600K程度
の高い色温度で、高演色性の光を照射するようになって
いる。

しかしながら、従来のようなダイクロイックミラーま
たはクールミラーを使用すると、ランプから放射された
光の一部が上記多層光干渉膜により吸収または透過させ
られるから放射光の全部が有効に用いられず、照射面の
明るさが低くなり、つまり光束の低下が大きく、照射効
率が低下する不具合がある。

そこで、白熱電球として効率に優れたハロゲン電球を
用いるとともに、このバルブの内面または外面に多層光
干渉膜を形成することが提案されている。

この多層光干渉膜は可視光を透過させ赤外線を反射す
る膜であり、バルブに収容したフィラメントから放出さ
れる可視光を透過させるが、赤外線をこの多層光干渉膜
で反射してフィラメントに戻すようにし、この反射され
た赤外線によりフィラメントを加熱してランプ効率の向
上を図ったものである。

このような機能をもつ光干渉膜は、高屈折率の金属酸
化物として透過率および屈折率などの光学的特性に優れ
かつ耐熱性にも優れた酸化チタン（TiO₂）が用いられ、
また低屈折率の金属酸化物として光学的特性および耐熱
性に優れた酸化ケイ素（SiO₂）が使用されている。

特に最近では、約600〜700nm領域の赤色光を反射させ
てフィラメントに戻すことにより、この領域の光の透過
をカットし、この結果3800K程度の高い色温度の光を照
射するランプも検討されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のような光干渉膜で反射された光
は全てフィラメントに戻るわけではなく、フィラメント
に戻された光は、放射率εだけ吸収され、残りの（１−
ε）は再びバルブに向かって放射される。ランプ点灯中
はこのような現象が繰り返して行われているものであ
る。

ところで、ハロゲン電球においてバルブ形状が円筒形
をなしたものは、フィラメントも円筒形となっていてフ
ィラメント軸がバルブ軸に略一致するように配置されて
いる。このような円筒形ハロゲン電球は、球形バルブの
ものに比べると、フィラメントから放射された光の多層
光干渉膜への入射角が場所により異なり、しかも多層光
干渉膜の透過特性は角度依存性をもっており、このため
ランプの場所により放射光のエネルギー分布に差が生じ
る。

このような円筒形ハロゲン電球を反射鏡に収容し、そ
のバルブ軸が光軸と略一致するように配置した場合、上
述したようにランプの場所により放射光のエネルギー分
布に差が生じることから、この反射鏡で反射された光、
つまり照射面の照射光に場所的な色むらが発生し、かつ
所望の色温度が得られない不具合が発生する。

本発明においては、照射光に場所による色むらが発生
することを軽減し、しかも高い色温度が得られる照明装
置を提供しようとするものである。

［発明の効果］（課題を解決するための手段）第１の請求項に記載の発明は、一端に封止部が形成された円筒形バルブと、このバル
ブ内にフィラメント軸がバルブ軸とほぼ一致するように
して収容されたフィラメントと、上記バルブの表面に形
成された多層光干渉膜と、を有する電球と；上記電球が
収容され、この電球の上記封止部が対向される非有効反
射部を有し、上記電球のバルブ軸が光軸上にほぼ一致さ
れてこの電球から放射された光が反射される反射鏡と；
を具備し、上記フィラメントのバルブ封止側の端部と上
記反射鏡の非有効反射部の外縁部とを結んだ線が、上記
光軸に対して60゜以上の角度をなしていることを特徴と
する照明装置である。

第２の請求項に記載の発明は、上記電球はバルブの他端に頂部を有し、この頂部に可
視光を吸収または反射する遮光膜が形成されており、フ
ィラメントのバルブ頂部側の端部と上記遮光膜の周縁と
を結んだ線が、バルブ軸に対して60゜以上の角度をなし
ていることを特徴とする第１の請求項に記載の照明装置
である。

（作用）本発明の１番目によると、バルブの封止端部側から放
出される色温度の低い光が、反射鏡の背面側の非有効反
射部でカットされて反射されなくなり、したがって照射
面に色温度の低い光が照射されなくなるので、高い色温
度が得られるとともに色むらの発生するのが抑制され
る。

また本発明の２番目によると、バルブの頂部側から放
出される色温度の低い光が遮光膜により遮断されるから
照射面に色温度の低い光が照射されなくなり、高い色温
度が得られるとともに色むらの発生するのが軽減され
る。

（実施例）以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき
説明する。

図において１はバロゲン電球、10は反射鏡を示す。

上記ハロゲン電球１は、例えば外径10mmの透明な石英
ガラスからなる円筒形（直管形）のバルブ２を有し、こ
のバルブ２の一端には圧潰封止部３が形成されている。
この封止部３にはモリブテンなどからなる一対の金属箔
導体（周知であるか図示しない）が封着されており、こ
れら金属箔導体には内部導入線４、４が接続されてい
る。これら内部導入線４、４はバルブ２内に導かれ、こ
れらの両端間にタングステンからなるフィラメント５が
架設されている。フィラメント５はコイルにて形成さ
れ、このコイル軸がバルブ軸O₁の上に位置されるよう配
置されている。

上記圧潰封止部３には口金６が取り付けられており、
上記金属箔導体３、３は図示しない外部導入線を介して
口金６に接続されている。

上記バルブ２内には所定圧のアルゴンガスと、ハロゲ
ンが封入されている。

このようなバルブ２の外面には多層光干渉膜８が形成
されており、この光干渉膜８は色温度向上用の干渉膜で
あり、第２図に示すように、高屈折率層81と低屈折率層
82を交互に重層し、例えば合計９〜12層の多層膜として
構成されている。

高屈折率層81は酸化チタン（TiO₂）、酸化タンタル
（TA₂O₅）、酸化ジルコニウム（ZrO₂）、硫化亜鉛（Zn
S）などからなり、また低屈折率層82は酸化ケイ素（シ
リカ＝SiO₂）、ふっ化マグネシウム（MgF₂）などにより
構成されている。

そして上記多層光干渉膜８は、本実施例の場合、奇数
層が屈折率2.0以上の高屈折率層81であり、偶数層が屈
折率1.6以下の低屈折率層82とされている。そして、バ
ルブ２側からｍ番目の奇数層までは各層の光学膜厚（＝
屈折率×膜厚さ）d₁が0.12〜0.17μｍとされた高屈折率
層81および低屈折率層82の多層膜にて形成されている。
そして、この外側に光学膜厚が（１＋ｋ）/2×d₁（但し
ｋは常数で1.2〜1.5）の低屈折率層82を積層し、かつこ
の外側に各層の光学膜厚d₂がkd₁（＝0.144〜0.255）と
された奇数層からなる高屈折率層81と低屈折率層82を積
層した多層膜を設け、最外層は光学膜厚がd₂/2の低屈折
率層82を形成してある。この場合、上記光学膜厚d₂の多
層膜は１層以上でｍ−４層の範囲の数とされている。

このような多層光干渉膜８を形成したハロゲン電球１
においては、これを点灯してフィラメント中央部をバル
ブ軸と直交する方向から分光放射計により分光分布を測
定すると、第３図に示すように略600〜700nmの赤色領域
がカットされ、さらに色温度を測定したところ3850Kが
得られた。

これに対して、多層光干渉膜８を形成しないクリアタ
イプのハロゲン電球においては色温度が2850Kであり、
したがって上記構成の多層光干渉膜８を形成したハロゲ
ン電球は色温度が格段と向上することが分かる。

上記バルブ２の頂部には可視光を吸収または反射する
遮光膜９が形成されている。この遮光膜９は、例えば酸
化コバルト（CoO）、酸化ニッケル（NiO）などのような
黒色系被膜からなる可視光吸収膜、あるいは酸化チタン
（TiO₂）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）などのような微
粒子被膜からなる反射膜により構成されている。この遮
光膜９はバルブ２の頂部を覆っており、この遮光膜９の
周縁と上記フィラメント５の頂部側端部とを結んだ線
と、上記バルブ軸O₁とのなす角度αが60゜以上となるよ
うな領域に形成されている。

このような構成のハロゲン電球１は前記反射鏡10に収
容されている。

反射鏡10は、例えばアルミニウムからなり、回転放物
面をなした反射面11を有している。この反射鏡10は前面
および背面にそれぞれ開口部12、13を形成してあり、前
面開口部12は投光口となっておりその内径は例えば60mm
とされ、また背面開口部13はランプ挿入筒部となってお
り内径は例えば22mmとされている。これら前面開口部12
から背面開口部13までの有効反射部の距離は例えば25mm
に形成されている。

この反射鏡10は、照明装置本体をなしたハウジング15
に収容されている。ハウジング15には仕切壁16が設けら
れており、この仕切壁16には上記反射鏡10の背面筒部17
が固定され、これにより反射鏡10の前面開口部12はハウ
ジング15に形成した投光口18に臨まされこの投光口18に
固定されている。

ハウジング15には仕切壁16にて区画された背部室19に
ソケット20が設けられており、このソケット20には前記
ハロゲン電球１の口金６が取着される。このため、ハロ
ゲン電球１は反射鏡10の所定位置に取り付けられること
になる。

この場合、ハロゲン電球１のバルブ軸O₁は、反射鏡10
の中心軸すなわち光軸O₂と略一致するように取り付けら
れる。

このようにして反射鏡10の所定位置にハロゲン電球１
を取り付け、このハロゲン電球１を点灯させると、ハロ
ゲン電球１から放射された光は反射鏡10の反射面11で反
射され、前面開口部12から前方に向けて投光される。

上記ハロゲン電球１を反射鏡10の所定位置に取り付け
た場合、ハロゲン電球１のフィラメント５のバルブ封止
側端部と、上記反射鏡10の上記背面開口部13の外縁部、
すなわち非有効反射部の外縁部を結んだ線が、上記光軸
O₂（＝バルブ軸O₁）に対してなす角度βが60゜以上とな
るように設定されている。

このような照明装置の作用について説明する。ハロゲ
ン電球１を点灯すると、フィラメント５が発光し、この
光はバルブ２を透過し、光干渉膜８に入射する。この入
射光のうち１部の光は光干渉膜８で反射され、この反射
された光はフィラメント５に戻される。このためフィラ
メント６は上記反射された光で再び加熱されることにな
るので、消費電力は少なくてすみ、発光効率が向上す
る。また、残りの光は光干渉膜８を透過して外部に放出
される。

特に、本実施例の光干渉膜８は、奇数層が屈折率2.0
以上の高屈折率層81であり、偶数層が屈折率1.6以下の
屈折率層82とされているとともに、バルブ２側からｍ番
目（ｍは奇数）までの多層の光学膜厚（＝屈折率×膜厚
さ）d₁が0.12〜0.17μｍの高屈折率層81と低屈折率層82
とを交互に積層した多層膜で形成され、この外側に光学
膜厚が（１＋ｋ）/2×d₁（但しｋは常数で1.2〜1.5）の
低屈折率層82を積層し、かつこの外側に多層をなして各
層の光学膜厚d₂がkd₁（＝0.144〜0.255）とされた奇数
層からなる多層膜を設け、最外層は光学膜厚がd₂/2の低
屈折率層82を形成し、しかも上記光学膜厚d₂をなした多
層膜は１層以上でｍ−４層の範囲の数とされているか
ら、450nm付近から上の光をなだらかにカットし、600〜
700nmの赤色領域を中心とする光を反射し、したがって3
850Kの色温度が得られ、クリアタイプの2850Kより遥か
に色温度が高くなる。

ところで、このような光干渉膜８を形成し、しかしな
がら遮光膜９を形成していないハロゲン電球１を、従来
の背面開口部13の径が小さい反射鏡に取り付けて点灯さ
せた場合、照射面の中央部の色温度は3200Kとなり、前
記バルブと直交する方向の色温度3850Kよりも低下する
不具合があり、また、色調が緑系に近くなり、さらにリ
ング状の縞模様の色むらが発生することが認められた。

この原因を調査したところ、以下の理由が考えられ
る。

すなわち、フィラメント５から放射された光はバルブ
２を透過し、光干渉膜８で不要領域、特に600〜700nmの
赤色領域が反射されフィラメント５に戻される。この反
射光はフィラメント５にその吸収率εの分だけ吸収さ
れ、残りは再びフィラメント５から放射される。フィラ
メント５の吸収率εは、0.3〜0.45程度であり、上記反
射光の50％以上が再びフィラメント５から放射されるこ
とになる。そして、再放射された光の１部は上記の反射
と放射を繰り返すことになる。

ここで光干渉膜は、その透過特性が入射角に依存する
性質があり、入射角が大きくなるにつれてその透過特性
は短波長側にずれてゆく。すなわち、フィラメント５の
中心部からバルブ軸O₁と直交する方向に出る光は、上記
約600〜700nmの赤外線領域が良好にカットされ、青味が
強くなるので色温度が3850Kと高い値を呈するが、バル
ブ軸O₁から斜め方向に出る光は、その傾斜角度が大きく
なる程上記60〜700nmの赤外線領域のカット作用が低く
なり、したがって赤味かかった光が強くなり、色温度が
低下する。

このため、円筒形のバルブ２ではフィラメント５の中
心部に近い程色温度が高くなり、遠ざかる程つまりバル
ブ２の封止端部３側およびバルブ頂部側は色温度が低下
することになる。

このようなハロゲン電球１を従来の反射鏡に収容して
使用すると、この反射鏡は上記色温度の高い部分および
色温度の低い部分をそのまま反射してしまい、これが原
因して前記した通り、照射面の中央部の色温度が3200K
と低くなり、色調が緑系に近くなり、さらにリング状の
縞模様の色むらが発生する。

これに対し、前記実施例の構成のように、ハロゲン電
球１を反射鏡10の所定位置に取り付けた場合、ハロゲン
電球１のフィラメント５のバルブ封止側端部と、上記反
射鏡10の上記背面開口部13の外縁部、すなわち非有効反
射部の外縁部を結んだ線が、上記光軸O₂（＝バルブ軸
O₁）に対してなす角度βが60゜以上となるように設定さ
れている。

このような構成によると、バルブ２の封止端部３側か
ら放出される色温度の低い光は、反射鏡10の背面開口部
13の開口面積が大きいため、つまり反射作用を生じない
から前方に反射されなくなる。つまり、反射鏡10はバル
ブ２の封止端部３側から放出される色温度の低い光を反
射しない。このため、照射面に色温度の低い光は届かな
いので、照射面の色温度は高くなり、色むらが軽減され
る。

一方、遮光膜９は可視光を吸収あるいは反射する作用
を有するので、バルブ２頂部側から放出されようとする
色温度の低い光を遮断する。このため、照射面にはバル
ブ２頂部側から放出される色温度の低い光は届かなく、
この場合も照射面の色温度は高くなり、色むらが軽減さ
れる。

しかして、ハロゲン電球１のフィラメント５のバルブ
封止側端部と上記反射鏡10の上記背面開口部13の外縁部
とを結んだ線が、上記光軸O₂（＝バルブ軸O₁）に対して
なす角度βを60゜以上となるように設定した理由、およ
びバルブ２の頂部に形成した遮光膜９の周縁とフィラメ
ント５の頂部側端部とを結んだ線が、上記バルブ軸O₁と
のなす角度αを60゜以上となるような設定した理由は、
本発明者等の実験によるもので、その実験結果を下記表
に示す。

なお、実施例５の角度α＝60゜は、遮光膜９を黒色系
被膜からなる可視光吸収膜にて形成した場合であり、こ
れに対し実施例６の角度α＝60゜は、遮光膜９を微粒子
膜からなる反射膜により構成した場合である。

上記表から理解できる通り、照射面中央における色温
度を高く保つためには角度βを60゜以上にすることが望
ましく、60゜以上であれば目安としての色温度3800Kが
得られる。

また、角度αを60゜以上にすれば、さらに一層色温度
を高くすることができる。

なお、本発明は上記実施例の構成に限らず、例えば光
干渉膜は色温度を高くするための光干渉膜を形成したも
のであればその光干渉膜の構造に制約されるものではな
い。

また、反射鏡10の構造もアルミニウムに制約されず、
ガラス製であってもよい。

さらに、非有効反射部とは、実施例に示すような背面
開口部13や、背面部に位置して実質的に正規反射しない
平坦な面が形成された部分などのように、光反射に有効
とならない領域を称する。

さらに本発明は、スポットダウンライトに制約され
ず、ハロゲン電球と反射鏡を組み合わせて使用する照明
装置であれば適用可能であり、ハロゲン電球と反射鏡を
二重管構造にして一体化したものなどであってもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明の１番目によると、バルブ
の封止端部側から放出される色温度の低い光が、反射鏡
の背面側で反射されなくなり、したがって照射面に色温
度の低い光が照射されなくなるので、高い色温度が得ら
れるとともに色むらの発生するのが軽減される。

また本発明の２番目によると、バルブの頂部側から放
出される色温度の低い光が遮光膜により遮断されるから
さらに一層高い色温度が得られるとともに色むらの発生
が抑制される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は照明装置の断
面図、第２図はバルブ壁部の光干渉膜の構成を示す断面
図、第３図は透過率を示す特性図である。１……ハロゲン電球、２……バルブ、５……フィラメン
ト、８……光干渉膜、81……高屈折率層、82……低屈折
率層、９……遮光膜、10……反射鏡、11……反射面、12
……前面開口部、13……背面開口部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に封止部が形成された円筒形バルブ
と、このバルブ内にフィラメント軸がバルブ軸とほぼ一
致するようにして収容されたフィラメントと、上記バル
ブの表面に形成された多層光干渉膜と、を有する電球
と；上記電球が収容され、この電球の上記封止部が対向され
る非有効反射部を有し、上記電球のバルブ軸が光軸上に
ほぼ一致されてこの電球から放射された光が反射される
反射鏡と；を具備し、上記フィラメントのバルブ封止側の端部と、上記反射鏡
の非有効反射部の外縁部とを結んだ線が、上記光軸に対
して60゜以上の角度をなしていることを特徴とする照明
装置。
【請求項２】上記電球はバルブの他端に頂部を有し、こ
の頂部に可視光を吸収または反射する遮光膜が形成され
ており、フィラメントのバルブ頂部側の端部と、この遮光膜の周
縁とを結んだ線が、バルブ軸に対して60゜以上の角度を
なしていることを特徴とする第１の請求項に記載の照明
装置。