JP2665274B2 - 照射灯，映写機および写真引伸機の照明装置 - Google Patents

照射灯，映写機および写真引伸機の照明装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、一定の距離をおいた一定の区域の集中的か
つ均一な照射を行う照射灯、映写機および写真引伸機の
照明装置に関する。この装置は、光源、補助鏡及び主鏡
とから成る。この装置の他の部品は、光源からの光線を
それらの光線が光点を造り出すところの所要面に向ける
個々の収光レンズの集合体からなるラスターレンズであ
る。
2.従来の技術 とりわけ自動車ヘッドライトとして使用される照明装
置が数多く存在する。これらの装置は普通、連続放物面
反射鏡を、発散要素を備えたカバーガラスを覆ったもの
によって構成されている。光源は、２個のフィラメント
をもつハロゲン電球である。一方のフィラメントは遠方
照明用であり、もう一方はロービーム用であって、ロー
ビームの制御を可能にする内部の絞りを備えている。反
射鏡の垂直方向の大きさを減らすためには、従来の放物
面反射鏡を同一焦点反射面の形状に改造し、この反射面
を、最適化された同じ焦点距離をもつ別々に接続された
放物面セグメントの集合体に分割する方法が実施されて
きた。ヘッドライトの大きさのさらなる減少の必要性が
楕円屈折光学系の製造に導いた。その反射鏡は、３本の
軸をもつ回転楕円面または多重楕円面（polyelliptic e
llipsoid）の形状を有している。その焦点の一つには電
球のフィラメントが設けられ、第二の焦点には絞りが設
けられている。楕円の第二の焦点に位置する平凸レンズ
が出力光線をそのような光線が系の光学軸と平行になる
ように投射する。このレンズは、また、絞りを反射鏡の
発光の背景の中に投影する。この過程が、照射灯の光線
の和らいだ配分を定める。
この装置は、電球の中にフィラメントが一つしかない
ため、和らいだ光すなわちロービームにしか使用するこ
とができない。したがって、遠方照明用の器具として同
様な構造または同じ構造の照射灯がもう一つ必要であ
る。該照明器具は高さが非常に小さく、円錐形の光と暗
部との間に鋭い境界を画定する良好な強度および均一な
和らいだ光を造り出す。ロービーム照射の増大した到達
範囲をもつもう一つの照明器具は、カバーレンズの影響
を受けずに、反射鏡が、１個のフィラメント電球の所要
の空間要素の像に対して投射するように連続し閉じてい
る自由形成反射面を有する型の反射鏡を備えている。絞
りなしでさえも、これは暗部と光との境界を画定する。
このような装置の光出力能力は、反射鏡の大きさに比例
して増大し、また、その効率を高める下寄り部分の利用
を可能にする。それにもかかわらず、遠方照明の場合、
余分な照明器具が必要とされる。自由形成反射面の概念
を利用することにより、照明器具の改善された投射楕円
屈折光学系が達成される。より多量の光線を、焦点面の
絞りをもたない部分に集めることにより、元の楕円を改
造して一般的な平面にする。反射鏡は、その上部がより
大きく開いており、その下部がより閉じている。このよ
うな装置の光出力は、これまでの装置に比べてはるかに
高い。
同様な照明装置を、種々の照明目的、例えば健康管理
業務において、口腔外科で使用する照射灯として使用す
ることができる。これらの装置は、たいてい光源として
ハロゲン電球を使用する既知のタイプの平面照明器具
と、冷状態凹面反射鏡とからなる。その反射部分は、光
点を所要面に向けるラスター鏡として配設されている。
現在の自動車照明装置の主な欠点は、その低い発光効
率にある。移動する乗り物は、異なる形状の鏡によって
反射された光線を使用し、光源からまっすぐ前に出る光
束は使用されず、したがって陰影になることが多い。眩
惑効果がこのような照明器具のもう一つの重大な欠点で
ある。なぜならば、これまで使用されてきたほぼすべて
の装置は、電流のフィラメントから強い光を発し、この
ような光が照射灯の前方の空間から見えてしまうからで
ある。光と暗部との境界面および光線強度の均一性の両
方を得ることは困難であり、その結果として、いくぶん
複雑な装置と成る。これらの照明器具の大きい点と、そ
のカバーガラスの傾斜が、自動車のフロント部の好適な
空気力学的設計を多少なりとも困難な作業にする。
口腔外科に使用される照射灯もまた、同様に低い発光
効率を有している。光源からの光は前方の空間に向けら
れ、したがって利用されないことになる。ライトが点灯
されると、光線は患者の眼にも達し、不快な眩惑を引き
起こす。歯科医の歯鏡もまた、不要な光を種々の鏡面か
ら反射させることがあり、そのため、得られる像が乱さ
れるおそれがある。いくつかの初歩的作業の際、例えば
歯冠の製作の際、金属から反射した光が、標本開口部と
歯冠の反射面との間に、ある種の障壁を造り出す。これ
が治療により困難にする。ラスター鏡を備えた反射鏡は
比較的大きい。照射灯を不適切な位置に調節した場合、
歯科医が自分の頭で容易に光線を遮りやすく、照射灯か
ら出て患者の体の所望を点を照らす光の量が減少する。
もう一つの光学系、例えば集光レンズの系を、上述し
た装置のいずれかに追加するならば、得られる装置は、
ネガフィルム片またはポジフィルム片の地が挿入される
ところの第１の基本的な対象面の照射に使用することも
できる。そして、対物レンズにより、このような地を像
平面に投射する。この照明装置は主に映写機、スライド
映写機および写真引伸機に適している。
強い光源を備えた大判のスライド映写機がある。それ
らの構造および光源の異なる輝度は、対象面の照射の均
斉度に否定的な影響を及ぼす。したがって、そのような
照明装置は、ラスター部材をもつ光学部品を含み、簡単
な凸面鏡の代わりにラスター鏡を使用する。
そのうえ、２枚の屈折鏡の間に、ラスターレンズを備
えた２枚のプレートからなる中間の像形成系を配置する
ことができる。大判スライドの場合、ラスターレンズか
らなる蜂の巣状の集光レンズ系を主として使用する。ま
た、蜂の巣状物の一つをラスター鏡として用いて構成さ
れた照明装置も使用される。鏡は、一つの面に配置され
た湾曲ラスター反射面の群からなる。これらの装置の欠
点は、なにより、その大きさの大きいことおよび複雑な
光学要素の多さであり、これが、光束をより多く損失す
る原因にもなっている。
小型判のスライド映写機においては、照射系として、
光源を備えた球面鏡と、非球面要素および熱フィルタを
備えたレンズ集光系の両方が使用される。このような光
学系の欠点は、フィルム片が第一の主平面に配置されて
いる状態で、フィルムの長方形のこまが円形の光線によ
る照射を受け、これが光束の損失を引き起こすという事
実にある。光束の角度は、球形または非球形の集光レン
ズによって捕捉される周縁光線によってさらに制限さ
れ、したがって、この角度をさらに増すことはできな
い。
とりわけアマチュア専用の写真引伸機においては、た
いていは大きな面積を照らすための光源、特に、集光レ
ンズ系を備えたオパール灯、すなわち楕円反射面積をも
つ灯具が使用される。いくつかの写真引伸機において
は、カラー写真の場合に、それ自体の光源、普通は発散
系をもつハロゲン電球を備えた独立したヘッドと、調節
自在の密度絞りによって連続調節しうるカラーフィルタ
ー処理のための混合室とを使用することができる。しか
し、そのような装置は光効率が非常に低い。
発明の目的 既知の照明装置は、概説した欠点によって制限を受け
ている。我々の発明の種子は、補助鏡を有する光源の主
光学軸と同一である光学軸を有して配置されている主軸
が、ラスター鏡として形成された凹面状反射面を有して
いることにある。このラスター鏡は凹面球面鏡の系から
なる。これらの球面鏡の側壁は互いに接し、その頂点
は、非円形曲線の形状を有するメリジオナル平面中の回
転円錐区分の形状を有する表面上に配設されている。凹
面反射鏡の個々の反射面は、個々のレンズの集合体から
なる主光学軸上に位置するラスターレンズの幾何学的に
対応するレンズの頂点の中に、光源の光学像を造り出す
ような焦点距離および光学軸の傾斜角を有している。凹
面球面鏡の関連の要素面は光点の所要面に投射される。
主光学軸の方向および主軸に対して垂直な仮想面の中
で見ると、各凹面球面鏡の形状は、投射された光点の平
面の輪郭形状に合致する。さらに、凹面球面鏡は区域ご
とに配設されている。これらの鏡の曲率半径は、一つの
区域内では等しく、別の区域の鏡の曲率半径とは異な
る。
ラスターレンズの個々のレンズは同じ形状およびサイ
ズであり、光源の場の形状および大きさに最大限に合致
する。これらもまた、主軸の方向に移動させることがで
きる区域ごとに配設されている。ある区域のレンズの曲
率半径は別の区域のレンズの曲率半径と異なる。すべて
のレンズの頂点は、主光学軸に対して垂直である一つの
面に配設され、それらの光学軸は主軸に対して平行であ
る。これらの状況のもと、レンズは平凸である。光学く
さびを形成するため、ラスターレンズの個々のレンズの
背面は、特定のタイプの照明装置の場合、それらの光学
軸に対して傾斜させることができる。また、ラスターレ
ンズの背面全体を凹面状にすることも可能である。上述
したラスターレンズの配設の代替態様は、所要面への光
線の配向をもたらす。
特にスライド映写機および写真引伸機における投射目
的に照明装置を使用する場合、スライドが配置されると
ころの平面に光点を向ける集光レンズの系を照明装置に
加えることができる。
本発明の照明装置の主な利点は、配光を均一にし、か
つ眩惑効果を最小限にしながらの、その発光効率にあ
る。例えば自動車のヘッドライトまたは医療用スポット
ライトの場合に、この新規の装置を、追加される集光レ
ンズ系とともに直線光源として使用すると、装置のサイ
ズは非常に小さくなる。
図面の簡単な説明 図１は、自動車のヘッドライトの照明装置を示す略図
である。
図２は、高速道路の遠方部を照射するための、自動車
の遠方照明の照明装置の光点である。
図３は、方向Ａにおいて見える高速道路の和らいだ照
射のための、自動車のロービームの照明装置の光点であ
る。
図４は、健康管理業務に使用するスポットライトの照
明装置を示す略図である。
図５は、大判スライド映写機の照明装置を示す略図で
ある。
図６は、小型判スライド映写機の照明装置を示す略図
である。
図７は、写真引伸機の照明装置を示す略図である。
好ましい実施態様の詳細な説明 図１は、移動する乗り物、特に自動車のヘッドライト
の光学系に用いる照明装置を概略的に示す。光源１は、
主光学軸０上に配置された単フィラメントハロゲン電球
であり、主光学軸上にはまた、補助鏡２が配設されてい
る。装置のもう一つの部分は主鏡３であり、この主鏡の
光学軸01は主光学軸０と同一である。主鏡は、長方形の
凹面球面鏡31の集合体によって形成されるラスター鏡と
して構成されている。凹面球面鏡の側壁は互いに密接
し、それらの頂点32が仮想面に配設されており、主光学
軸０と同一である光学軸01を中心に回転対称である非球
形曲線をメリジオイル平面中に形成している。もう一つ
の部品は、同じく主光学軸０に配置されたラスターレン
ズ４である。これは、光収束力を有する六角形のレンズ
41の系からなる。ここでもまた、これらの側壁は互いに
密接している。これらの頂点42は、主光学軸０に対して
垂直である共通の面に配設され、これらの後壁43は、光
学くさびを形成するよう斜めに切られている。すべての
光学軸40は主光学軸０に対して平行である。
主鏡３とラスターレンズ４との間では、レンズ41の焦
点および凹面球面鏡31の焦点が同様な形状の点集合体を
形成し、光源１の中央からの光線が、凹面球面鏡31の頂
点32から反射したのち、幾何学的に対応するレンズ41の
頂点42に向けられるという条件が満たされなければなら
ない。この照明装置は、屈折性が中性である覆いのため
のガラス10をもって完成する。
光源１からの光線は、補助鏡２の反射面から反射した
部分を含め主鏡３の反射面に衝突する。その凹面球面鏡
31それぞれが、ラスターレンズ４の対応するレンズ41の
中に光源１の像を造り出し、これが長方形の凹面球面鏡
31を一定の倍率で光点６の平面に投射する。光線は、主
鏡３の凹面球面鏡31の形状でこの平面を透過する。凹面
球面鏡31の数またはレンズ41の数と同じ数の像がここに
集中する。これは、ヘッドライトの遠方照射およびロー
ビーム照射のいずれについても有効である。
図２には、高速道路の縦断面61の遠方照明で照射した
場合の自動車のヘッドライトの光点を見ることができ
る。このような状態は、ラスターレンズ４の個々のレン
ズ41の背面の適切な配設によって可能になる。
図３は、ロービームで照射した場合のヘッドライトの
光点を示す。この図から、平面の外寄り部分よりも中央
部分に光点が集中していることがわかる。これはまた、
ラスターレンズ４の背面43の適切な配設によっても達成
することができる。
このヘッドライト照明装置の主な利点は、主鏡および
補助鏡の両方から反射した光線を利用することにより、
また、所要区域に対して光束を正しく向けることによ
り、より高い発光効率を達することができる能力にあ
る。光束は、外乱や不必要な側片への露出を起こすこと
なく、光点の方向にのみ向けられる。ロービーム用の照
明器具においては、光と暗部との間の非常にくっきりと
画定された境界および最適に選択された光点が得られ
た。このような照明器具はまた、使用者の要求に応じて
光束を正しく向けたり弱めたりするために、屈折性が中
性のカラーガラスの背後に配置された関連の開口をもつ
機械式絞りが設けられている装軌車両、装輪車両および
軍用車両にも好適である。
遠方照明のヘッドライト照射においては、光点は一つ
の図形の中に集中している。これは、完全に均一であ
り、光源からの光の形状および配分に依存しない。凹面
鏡の特定の被照射面だけが光点の平面に投射され、一
方、電球フィラメントの強い明るさが照明器具の前方の
空間に像を造り出さないため、対向車または自らに対す
る眩惑効果は最低レベルにまで減少する。単フィラメン
トハロゲン電球を用いるロービームで照射するためのヘ
ッドライトの外側の前面寸法は、ヘッドライトスーパー
EDの投射装置に匹敵しうるものである。例えばガス放電
灯を使用している場合等光源の照射面積が減少すると
き、ヘッドライトの前面の大きさを減らすことが可能で
ある。発散要素をもたないカバーガラスは光学的に中性
であり、傾斜の垂直角および水平角を増すことを可能に
する。これが、自動車の照明器具全体の、ひいては前面
のラジエータカバーの空気力学的設計の問題解決を容易
にする。
照明装置にわずかな変更を加えるこの概念はまた、図
４に見ることができるように、医療の用途、特に口腔外
科に好適である。主鏡３の凹面鏡31およびラスターレン
ズ４のレンズ41を適切に調節したのち、このラスターレ
ンズ４の背面全体を平面の形状にすることが可能であ
る。こうすると、光点の平面が均一に照射される900mm
の距離の場合、その寸法は125×140mmに達し、これは口
腔外科にとって最適なサイズである。この場合、光と暗
部との間に鋭い境界が得られ、患者の眩惑が最小限にな
る。
この照明装置はまた、最小限の眩惑および光束の均一
な照明が必要とされる他の多くの技術分野、例えば、テ
レビ、映画および写真のスタジオまたは最小源の眩惑お
よび一定の距離にある光点への均一な照射が必要とされ
る劇場及び映画館等の場所において、スポットライトな
どとして使用することができる。
図５に示すように、一組の集光レンズを上述の照明装
置に加えるならば、それをスライド映写機に使用しても
よいし、大きなサイズの像の投射に使用してもよい。
このような照明装置は、光源１としての高圧放電灯
と、補助鏡２と、凹面球面鏡31の系によって形成される
主鏡３およびレンズ41の系からなるラスターレンズ４を
含む中間投射系とを使用する。これらすべての部材は主
光学軸０上に配設されている。装置全体および個々の部
材間の関係は、自動車のヘッドライトまたは医療用灯具
の照明器具に使用する照明装置のそれに類似している。
ラスターレンズ４の背面だけが発散性をもつものとして
形成されている。この系は、主光学軸０上に配設された
集光レンズ系５に結合されている。この集光レンズ系は
２枚の凸レンズからなり、その後側の一方は、使用する
対物レンズ７の焦点距離に応じて交換することができ
る。
光源１の中央から出たのち主軸３の凹面球面鏡31の中
央から反射した光は、発散レンズをもつラスターレンズ
４の幾何学的に対応する凸レンズ41を透過し、集光レン
ズ系５を透過し、光点６のスライドが配置される平面の
ほぼ中央を横切る。このスライドは、対物レンズ７を介
して像形成面（図示せず）に投射されるはずである。こ
の装置においては、ラスターレンズ４から出る光線の直
径と、ラスターレンズ４から集光レンズ系５までの距離
との比率が、対物レンズ７の相対開度の数値以下である
ことが必要である。光点６の平面には、また、凹面鏡31
の数またはレンズ41の数と同じ数のラスターレンズ４の
前記レンズ41によって投射される凹面鏡31の像が集中す
る。これは結果的に、装置全体の全長を短縮しながら
も、きわめて均一な配光をもって実質的に光束の全部を
使用することにつながる。
図６から理解されるように、特定の変更を加えたの
ち、この照明装置を小型判のスライド映写機に使用する
ことが可能である。概念および説明は上述した場合と同
様である。それにもかかわらず、主鏡３、ラスターレン
ズ４および集光レンズ系５の構造にいくらか相違があ
る。ハロゲン電球が光源１として使用されている。主鏡
３は、何列かに並べられた同じサイズの長方形の凹面球
面鏡31からなる。隣接する列どうしは鏡31の幅の半分だ
け位置をずらしている。鏡31の幾何学的中央が、ラスタ
ーレンズ４のレンズ41の幾何学的集合体に類似した集合
体を形成する。頂点32が非球面上に配設され、光学中心
が幾何学的中心と同一であるこれらの凹面球面鏡31は、
主光学軸０から異なる曲率半径で位置している。同時
に、これらの凹面球面鏡31は、光源１は、主光学軸０の
方向に伸びる区域ごとに配設されたレンズ41の頂点42に
投射するために、異なる焦点距離をもつ区域を形成して
いる。集光レンズ系５はより多くの要素からなる。第一
の要素は発散要素であり、これは、主光線が光点６の平
面のほぼ中央を横切り、光線全体が対物レンズ７を通過
するような方法で構造的に適合されている。後寄りのレ
ンズは交換可能である。そして、光源１が、主鏡３およ
びラスターレンズ４と同様な幾何学的集合体の形態にあ
る対物レンズ７のほぼ中心上の、この光線の直径と、こ
の光束から光点６の平面までの距離との比率が、対物レ
ンズ７の相対開度の数値以下であるところの平面に投射
される。
上述した方策により、光源１の発光区域の形状および
配光にかかわらず、より高い光束と、スライドが挿入さ
れる光点６の平面における照射の均斉度をともに得るこ
とができる。
この装置は、図７に示すような、スライド映写の可能
性をもつ写真引伸機の照明装置とほぼ同一である。スラ
イド映写の場合、装置は水平面に対して90゜回転してい
る。光源１はハロゲン電球である。この装置は、光線を
垂直面に向ける鏡８をもって完成する。集光レンズ５の
後側要素は、映写対物レンズ７のタイプに応じて交換す
ることができる。白黒もしくはカラーのフィルム片また
はスライドが光点６の平面に配置される。カラー写真用
のフィルタ９がラスターレンズ４の付近に配置されてい
る。フィルタは、挿入されると、カラーフィルトレイシ
ョンを変化させる。灰色のフィルタ（図示せず）および
機械式絞り（図示せず）により、白色光および色付き光
の光密度を調整する。主鏡３は、熱の放出を通過させる
反射層を有している。
この場合もまた、入力電力50Wの強い光が得られ、同
時に、配光の均斉度が保持される。これは特にカラー写
真の場合に非常に重要である。さらなる利点は、装置が
高い光束によって白黒写真およびカラー写真の両方を拡
大し、また、優れたスライド映写を行うための１個の構
造ユニットを形成することにある。
上述した装置は、この新たに設計された照明装置を、
例えば専門的な映写技術および複写技術の領域に使用す
ることのより多くの可能性を提供する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｂ 27/54 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一定の距離をおいた一定の大きさの区域の
    集中的かつ均一な照射を提供するための、光源（１）
    と、補助鏡（２）と、主鏡（３）と、光源（１）からの
    光線を、その光線が光点（６）を造り出すところの所要
    面に向ける光学収光要素（41）をもつラスターレンズ
    （４）からなる、照明器具、映写機および写真引伸機の
    照明装置であって、該主鏡（３）の反射区域が、凹面球
    面鏡（31）からなるラスター鏡として形成されており、
    凹面球面鏡の各頂点（32）が、回転円錐区分の形状を有
    する面の上に配設され、その回転の軸がその光学軸
    （01）であり、メリジオナル平面中に非円形曲線の形状
    を有し、該主鏡（３）の光学軸（01）が、該光源（１）
    および補助鏡（２）の両方の中心が配設されている主光
    学軸（０）と同一であり、凹面球面鏡（31）の個々の反
    射区域が、光源（１）の像を、ラスターレンズ（４）の
    幾何学的に対応するレンズ（41）の頂点（42）に投射す
    るための焦点距離および光学軸の傾斜を有し、これらの
    個々のレンズ（41）が、主鏡（３）の凹面球面鏡（31）
    の対応する要素面の像を、光点（６）の所要面に投射す
    ることを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項２】主光学軸（０）の方向における、主鏡
    （３）の各凹面球面鏡（31）の、主光学軸（０）に対し
    て垂直である仮想面への投射が、光点（６）の形状に合
    致し、該凹面球面鏡（31）どうしがそれらの側壁をもっ
    て互いに密接し、ラスターレンズ（４）の個々のレンズ
    （41）の形状および大きさが、光源（１）の個々の凹面
    球面鏡（31）によって造り出される光源（１）の各像が
    レンズ（41）によって投射されところの結像された場の
    形状および大きさにできるかぎり合致し、ラスターレン
    ズ（４）における個々のレンズの位置が、主鏡（３）に
    おける該凹面球面鏡（31）の位置に幾何学的に対応し、
    該レンズ（41）が同じ形状および大きさであり、その側
    壁をもって互いに密接していることを特徴とする請求項
    １記載の照明装置。
  3. 【請求項３】凹面球面鏡（31）が区域ごとに配設され、
    一つの区域の凹面球面鏡（31）の群が同じ曲率半径を有
    し、その曲率半径が別の区域の凹面球面鏡（31）の群の
    曲率半径と異なることを特徴とする請求項１又は２記載
    の照明装置。
  4. 【請求項４】レンズ（41）が区域ごとに配設され、一つ
    の区域のレンズ（41）の群が、別の区域のレンズ（41）
    のレンズの群と比較して、主光学軸（０）に沿って延
    び、一つの区域のレンズ（41）の曲率半径が他の区域の
    レンズの曲率半径と異なることを特徴とする請求項１又
    は２記載の照明装置。
  5. 【請求項５】ラスターレンズ（４）のレンズ（41）の頂
    点（42）が、主光学軸（０）に対して垂直である一つの
    面に配設されており、それらの光学軸（40）がこの主光
    学軸（０）と平行であり、レンズ（41）が平凸であるこ
    とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の照明装
    置。
  6. 【請求項６】ラスターレンズ（４）のレンズ（41）の背
    面（43）がそれらの光学軸（40）に対して傾斜している
    ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の照明装
    置。
  7. 【請求項７】ラスターレンズ（４）の背面が凹面状であ
    ることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の照明
    装置。
  8. 【請求項８】光点（６）の平面の前方に集光レンズ系
    （５）が配設されていることを特徴とする請求項１、
    ２、３、４、５、６又は７記載の照明装置。
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