JP5330103B2 - スポットライト - Google Patents

Description

本発明は、スタジオや舞台などの照明に用いられるスポットライトに関するものである。

例えばスタジオや舞台などを照明する手段として、スポットライトなどの照明装置が利用されており、かかる照明装置の光源としては、大出力型の白熱電球が広く用いられている（特許文献１参照。）。

図１１は、従来の白熱電球を具えたスポットライトの構成の概略を示す説明図である。このスポットライトは、白熱電球５０を有し、この白熱電球５０の後方には、白熱電球５０からの光を反射する半球状の反射鏡６０が配置され、白熱電球５０の前方には、白熱電球５０からの光および反射鏡６０からの反射光を集光するレンズ７０が配置されている。 白熱電球５０は、一端にピンチシール部５２が形成され、他端に排気管残部５３が形成された、石英ガラスよりなる円筒状のバルブ５１を有し、このバルブ５１内には、平面状に形成されたフィラメント５５が配置されている。具体的には、フィラメント５５は、図１１に示すように、それぞれバルブ５１の管軸に略平行に伸びる、例えばタングステンよりなる複数のコイル状のフィラメントセグメント５６がトビ部（図示省略）によって連結されて構成されており、フィラメントセグメント５６の各々は、当該フィラメント５５からの光が効率的に照射されるよう、同一平面上（図１１において紙面に垂直な方向と上下方向とによって形成される平面上）に沿って並ぶよう配置されている。また、バルブ５１におけるピンチシール部５２には、口金碍子５８が設けられている。

このような白熱電球５０を有するスポットライトにおいては、演出等の観点から、例えば人などの照明対象体が位置する照明対象領域のみを照明すること、すなわち、照明対象領域に光が照射され、かつ、照明対象領域以外の領域、例えば照明対象領域の周辺領域には、光が照射されないことが要求される。

特開２００１−３１９６２４号公報

しかしながら、従来の白熱電球５０を有するスポットライトにおいては、白熱電球５０のフィラメント５５から直接放射される光以外の漏れ光が存在するため、照明対象領域の周辺領域にも光が照射されてしまい、照明対象体が位置する領域のみを照明することは困難である。
このような漏れ光が生ずる理由は、フィラメント５５からの光Ｌ１がバルブ５１の内壁面に反射して生ずる反射光Ｌ２により、或いは、反射鏡７０によって反射された光がバルブ５１の外壁面に反射して生ずる反射光により、ハレーションを引き起こすためと考えられる。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、フィラメントからの光がバルブに反射されて生じるハレーションが抑制され、漏れ光が少ないスポットライトを提供することにある。

本発明のスポットライトは、円筒状の石英ガラスよりなるバルブ、およびこのバルブ内に配置された、平面状に形成されたフィラメントを有する白熱電球と、この白熱電球の後方に配置され、前記白熱電球からの光を反射する反射鏡と、前記白熱電球の前方に配置され、前記白熱電球からの光および前記反射鏡からの反射光を集光するレンズとを備えてなるスポットライトにおいて、
前記バルブは、前記フィラメントに対向する領域を含む周壁部分に、中心がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する球面または２つの焦点がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する楕円球面に沿って形成された膨出部を有し、当該膨出部が前記反射鏡に対向するよう配置されていることを特徴とする。

本発明のスポットライトにおいては、前記膨出部は、２つの焦点がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する楕円球面に沿って形成され、当該膨出部に係る楕円球の２つの焦点が、フィラメント形成領域に係る平面上であって当該フィラメント形成領域から外れた位置に存在することが好ましい。
また、前記バルブ内に、前記フィラメントを保持するためのガラス片が配置されている場合には、当該ガラス片を包囲するバルブの周壁部分に遮光膜が形成されていることが好ましい。
また、前記バルブの一端にシール部が形成され、当該バルブ内には、当該シール部と前記フィラメントとの間に、当該フィラメントを保持するためのガラス片が配置されている場合には、前記シール部には、当該バルブにおけるガラス片を包囲する部分を覆うよう口金碍子が設けられていることが好ましい。

本発明のスポットライトによれば、バルブは、フィラメントに対向する領域を含む周壁部分に膨出部を有し、この膨出部が中心または２つの焦点がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する球面または楕円球面に沿って形成されていることにより、フィラメントからの光がバルブの内壁に反射されても、この反射光はフィラメント形成領域に向かって進むようになり、また、反射鏡からの光がバルブの外壁に反射されても、この反射光は反射鏡に向かって進むようなるため、フィラメントからの光がバルブに反射されて生じるハレーションを抑制することができ、従って、漏れ光を少なくすることができる。

また、膨出部が、焦点がフィラメント形成領域から外れた位置に存在する楕円球面に沿って形成されることにより、２つの焦点の間にフィラメント形成領域が位置されるため、フィラメントのいずれの部分から放射された光であっても、バルブの内壁に反射された反射光が確実にフィラメント形成領域に向かって進むようになるため、フィラメントからの光がバルブに反射されて生じるハレーションを一層抑制することができる。

また、バルブ内に、前記フィラメントを保持するためのガラス片が配置されている場合には、当該ガラス片を包囲するバルブの周壁部分に遮光膜が形成されることにより、フィラメントからの光がガラス片に反射されても、この反射光は遮光膜によって遮断されるため、ガラス片による反射光を外部に放射することを防止することができる。

また、バルブ内におけるシール部とフィラメントとの間に、ガラス片が配置されている場合には、ピンチシール部に、バルブにおけるガラス片を包囲する部分を覆うよう口金碍子が設けられることにより、フィラメントからの光がガラス片に反射されても、この反射光は口金碍子によって遮断されるため、ガラス片による反射光を外部に放射することを防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る白熱電球における構成をバルブの一部を破断して示す説明図である。 第１の実施の形態に係る白熱電球における要部の構成をバルブを破断して示す説明図である。 本発明の白熱電球におけるバルブの膨出部の形状を確認手段を示す説明図であり、（ａ）は白熱電球の上方から見た説明図、（ｂ）は白熱電球の側方から見た説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る白熱電球における要部の構成をバルブを破断して示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係る白熱電球における構成をバルブの一部を破断して示す説明図である。 本発明の第４の実施の形態に係る白熱電球における構成をバルブの一部を破断して示す説明図である。 本発明の白熱電球を具えたスポットライトの構成の概略を示す説明図である。 フィラメントの変形例を示す説明図である。 実施例１に係るスポットライトの照度分布を示す図である。 比較例１に係るスポットライトの照度分布を示す図である。 従来の白熱電球を具えたスポットライトの構成の概略を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る白熱電球における構成をバルブの一部を破断して示す説明図である。
この白熱電球１０は、石英ガラスよりなる円筒状のバルブ１１を有し、このバルブ１１の一端には、ピンチシール部１２が形成され、当該バルブ１１の他端には、排気管残部１３が形成されている。また、バルブ１１のピンチシール部１２には、口金碍子３５が設けられている。

バルブ１１内における中央位置には、平面状に形成されたフィラメント２０が配置されている。具体的に説明すると、フィラメント２０は、それぞれバルブ１１の管軸に略平行に伸びる、例えばタングステンよりなる複数（図示の例では６つ）のコイル状のフィラメントセグメント２１を有し、これらのフィラメントセグメント２１が、それぞれの軸が同一平面上に沿って並ぶよう配置され、フィラメントセグメント２１の端部が、隣接するフィラメントセグメント２１の端部にトビ部２２によって互いに一体に連結されて構成され、これにより、フィラメント２０全体が平面状とされている。
フィラメント２０の一端部２３は、一方の内部リード棒２５の先端部に巻回されて接続され、当該フィラメント２０の他端部２４は、他方の内部リード棒２６の先端部に巻回されて接続されている。一方の内部リード棒２５および他方の内部リード棒２６の各々の基端部は、ピンチシール部１２内に互いに離間して埋設された例えばモリブデンよりなる一対の金属箔（図示省略）に接続された状態で、当該ピンチシール部１２に気密に融着されて固定されている。

バルブ１１内におけるピンチシール部１２とフィラメント２０との間には、柱上の第１のガラス片３０が、一方の内部リード棒２５および他方の内部リード棒２６の各々に融着して固定された状態で、バルブ１１の管軸と略垂直な方向に沿って配置されており、この第１のガラス片３０には、フィラメント２０に向かって伸びる複数（図示の例では２つ）のアンカー３１が固定され、当該アンカー３１の先端部がフィラメント２０のトビ部２２に係合されており、これにより、フィラメント２０は、アンカー３１を介して第１のガラス片３０に支持されている。
また、バルブ１１内には、当該バルブ１１の管軸に沿って伸びる棒状のサポータ２７が配置され、このサポータ２７の一端部は、第１のガラス片３０に固定され、当該サポータ２７の他端部は、バルブ１１の排気管残部１３に進入して固定されている。
バルブ１１内における排気管残部１３とフィラメント２０との間には、柱状の第２のガラス片３２が、サポータ２７に融着して固定された状態で、バルブ１１の管軸と略垂直な方向に沿って配置されており、この第２のガラス片３２には、フィラメント２０に向かって伸びる複数（図示の例では３つ）のアンカー３３が固定され、当該アンカー３３の先端部がフィラメント２０のトビ部２２に係合されており、これにより、フィラメント２０は、アンカー３３を介して第２のガラス片３２に支持されている。

そして、バルブ１１には、図２に示すように、フィラメント２０に対向する領域を含む周壁部分に、中心Ｐがフィラメント２０が位置されたフィラメント形成領域Ｔに係る平面上に存在する球面に沿って、外形が半球状の膨出部１５が形成されている。具体的には、膨出部１５は、管軸方向の寸法Ｄが、フィラメント形成領域Ｔにおける管軸方向の寸法Ｆよりも大きいものとされている。

本発明において、バルブの膨出部は、例えば以下のようにして形成することができる。 先ず、形成すべき膨出部の外形に適合する形状（図２の例では半球状）の凹所を有する膨出部成形用金型を用意する。
次いで、一端に排気管部を有する円筒状のバルブ材（膨出部が形成されていないもの）を用意し、このバルブ材における膨出部形成部分を、例えばバーナーにより加熱して軟化し、当該膨出部形成部分に膨出部成形用金型を被せ、バルブ材の排気管部を塞ぐと共に、バルブ材の他端にガス導入管を装着し、当該バルブ材の内部を密閉状態とする。そして、ガス導入管から窒素ガス等のガスをバルブ材の内部に導入し、バルブ材の内部圧力を上昇させることにより、当該バルブ材における軟化した膨出部形成部分を膨出部成形用金型の凹所に沿った形状に膨張させ、その後、当該バルブ材を冷却し、膨出部成形用金型から離型することにより、所要の形状の膨出部を形成することができる。

また、膨出部の詳細な形状は、Ｘ線透過装置（例えばＭＡＴＳＵＳＡＤＡ社製「μＲａｙ５５００」）を用いて確認することかできる。
具体的に説明すると、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｘ線透過装置のカメラＣを白熱電球１０の側方に配置してＸ線撮影することにより、バルブ１１およびフィラメント２０の側面断面のＸ線画像を得る。このとき、フィラメント２０の中心位置が像の中心となるようカメラＣを配置する。そして、得られたＸ線画像を解析することにより、膨出部１５の形状および当該膨出部１５に係る球の中心位置（後述する第２の実施の形態においては、膨出部１５に係る楕円球の第１焦点および第２の焦点位置）を確認することができる。

上記の白熱電球１０によれば、バルブ１１は、フィラメント２０に対向する領域を含む周壁部分に膨出部１５を有し、この膨出部１５が中心Ｐがフィラメント形成領域に係る平面上に存在する球面に沿って形成されていることにより、フィラメント２０からの光がバルブ１１の内壁に反射されても、この反射光はフィラメント形成領域に向かって進むようになり、また、反射鏡からの光がバルブ１１の外壁に反射されても、この反射光は反射鏡に向かって進むようなるため、フィラメント２０からの光がバルブ１１に反射されて生じるハレーションを抑制することができ、従って、例えばスポットライトの光源として利用したときに漏れ光を少なくすることができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る白熱電球における要部の構成をバルブを破断して示す説明図である。
この白熱電球１０においては、バルブ１１は、フィラメント２０に対向する領域を含む周壁部分に、第１焦点Ｐ１および第２焦点Ｐ２の各々がフィラメント２０が位置されたフィラメント形成領域Ｔに係る平面上に存在する楕円球面に沿って、外形が半楕円球状の膨出部１５が形成されている。図示の例では、膨出部１５に係る楕円球の第１焦点Ｐ１がフィラメント形成領域Ｔに係る平面上であって当該フィラメント形成領域Ｔからバルブ１１の他端側に外れた位置に存在し、第２焦点Ｐ２がフィラメント形成領域Ｔに係る平面上であって当該フィラメント形成領域Ｔからバルブ１１の一端側に外れた位置に存在するものである。この例の白熱電球１０におけるその他の構成は、図１および図２に示す白熱電球１０と同様である。

このような白熱電球１０によれば、第１の実施の形態に係る白熱電球１０と同様の効果に加えて、さらに、以下のような効果が得られる。
すなわち、バルブ１１の膨出部１５が、第１焦点Ｐ１および第２焦点Ｐ２の各々がフィラメント形成領域Ｔから外れた位置に存在する楕円球面に沿って形成されることにより、第１焦点Ｐ１および第２焦点Ｐ２の間にフィラメント形成領域Ｔが位置されるため、フィラメント２０のいずれの部分から放射された光であっても、バルブ１１の内壁に反射された反射光が確実にフィラメント形成領域Ｔに向かって進むようになるため、フィラメント２０からの光がバルブに反射されて生じるハレーションを一層抑制することができる。

図５は、本発明の第３の実施の形態に係る白熱電球における構成をバルブの一部を破断して示す説明図である。
この白熱電球１０においては、第２のガラス片３２を包囲するバルブ１１の周壁部分および排気管残部１３を含むバルブ１１の一端部分の表面全面に遮光膜１６が形成されている。遮光膜１６を形成する材料としては、光を透過しないものであれば特に限定されず、例えば黒色塗料などを用いることができる。この例の白熱電球１０におけるその他の構成は、図１および図２若しくは図４に示す白熱電球１０と同様である。

このような白熱電球１０によれば、第１の実施の形態に係る白熱電球１０と同様の効果に加えて、さらに、以下のような効果が得られる。
すなわち、第２のガラス片３２を包囲するバルブ１１の周壁部分に遮光膜１６が形成されることにより、フィラメント２０からの光が第２のガラス片３２に反射されても、この反射光は遮光膜１６によって遮断されるため、第２のガラス片３２による反射光を外部に放射することを防止することができる。

図６は、本発明の第４の実施の形態に係る白熱電球における構成をバルブの一部を破断して示す説明図である。
この白熱電球１０における口金碍子３５は、その軸方向の寸法が第１の実施の形態に係る白熱電球１０における口金碍子３５よりも大きいものであり、この口金碍子３５は、バルブ１１のピンチシール部１２に、バルブ１１における第１のガラス片３０を包囲する部分の表面全面を覆うよう設けられている。この例の白熱電球１０におけるその他の構成は、図５に示す白熱電球１０と同様である。

このような白熱電球１０によれば、第１の実施の形態に係る白熱電球１０と同様の効果に加えて、さらに、以下のような効果が得られる。
すなわち、バルブ１１のピンチシール部１２に、当該バルブ１１における第１のガラス片３０を包囲する部分を覆うよう口金碍子３５が設けられることにより、フィラメント２０からの光が第１のガラス片３０に反射されても、この反射光は口金碍子３５によって遮断されるため、第１のガラス片による反射光を外部に放射することを防止することができる。

図７は、本発明の白熱電球を具えたスポットライトの構成の概略を示す説明図である。このスポットライトは、例えば図１に示す白熱電球１０を有し、この白熱電球１０の後方には、白熱電球１０からの光を反射する半球状の反射鏡４０が配置され、白熱電球１０の前方には、白熱電球１０からの光および反射鏡４０からの反射光を集光するレンズ４５が配置されている。また、白熱電球１０は、バルブ１１の膨出部１５が反射鏡４０に対向するよう配置されている。ここで、バルブ１１における膨出部１５は、図２に示す半球状のものであっても、図４に示す半楕円球状のものであってもよい。
このようなスポットライトにおいては、白熱電球１０のフィラメント２０から放射された光は、直接または反射鏡４０に反射された後、レンズ４５によって集光され、例えば人などの照明対象体が位置する照明対象領域に照射される。
而して、このようなスポットライトによれば、本発明の白熱電球１０を有するため、フィラメント２０からの光がバルブ１１の内壁に反射されても、この反射光はフィラメント形成領域に向かって進むようになり、また、反射鏡４０からの光がバルブ１１の外壁に反射されても、この反射光は反射鏡４０に向かって進むようなり、従って、フィラメント２０からの光がバルブ１１に反射されて生じるハレーションが抑制されるので、漏れ光の低減化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、バルブ１１の膨出部１５を第１焦点Ｐ１および第２焦点Ｐ２の各々がフィラメント形成領域Ｔに係る平面上に存在する楕円球面に沿って形成する場合には、当該膨出部１５に係る楕円球の第１焦点Ｐ１および第２焦点Ｐ２は、フィラメント形成領域Ｔ内に存在していてもよい。
また、フィラメント２０は、平面状に形成されたものであれば、図１に示す形状のものに限定されず、例えば図８（ａ）に示すように、複数のフィラメントセグメント２１が平行に並ぶよう配置され、かつ、隣接するフィラメントセグメント２１の両端の高さレベルが互いに異なるよう配置されてなるもの、図８（ｂ）に示すように、４つのフィラメントセグメント２１がＭ字型に配置されてなるもの、図８（ｃ）に示すように、単一のフィラメントセグメント２１が波状に湾曲されてなるものであってもよい。

〈実施例１〉
図１および図２に示す構成に従い、下記の仕様のバルブおよびフィラメントを用いて、本発明に係る白熱電球を作製した。
バルブは、石英ガラスよりなり、排気管残部を除く全長が１１３ｍｍ、内径が２０ｍｍ、外径が２３ｍｍであり、膨出部に係る円球の半径が１８．５ｍｍ、膨出部における管軸方向の寸法が２８．５ｍｍであり、円球の中心がフィラメント形成領域に係る平面上であって当該フィラメント形成領域の中心位置に存在する。また、ピンチシール部の長さは２５ｍｍである。
フィラメントは、タングステンよりなり、６つのフィラメントセグメントの長さは、それぞれ１４ｍｍであり、フィラメント形成領域における管軸方向の寸法が１４ｍｍ、管軸方向と垂直な方向の寸法が１２．７ｍｍである。
作製した白熱電球は、定格電力が１０００Ｗ、全光束が２１６００ｌｍ、色温度が３０２０Ｋのものである。

次いで、図７に示す構成に従い、上記の白熱電球、口径１８０ｍｍのレンズ、および半径が９０ｍｍの球面反射鏡を用い、スポットライトを作製した。ここで、白熱電球からレンズまでの距離が９０ｍｍ、白熱電球から球面反射鏡までの距離が９０ｍｍとなるよう、レンズ、白熱電球および球面反射鏡を配置した。
そして、上記のスポットライトを点灯し、スポットライトからの光の照射面の照度分布を測定した。結果を図９に示す。

〈比較例１〉
バルブに膨出部が形成されていないこと以外は、実施例１と同様の構成の白熱電球およびスポットライトを作製し、このスポットライトからの光の照射面の照度分布を測定した。結果を図１０に示す。

図９および図１０の結果から明らかなように、比較例１に係るスポットライトにおいては、計測位置Ｓ１，Ｓ２において、光がバルブに反射されて生じるハレーションによる漏れ光があるのに対し、実施例１に係るスポットライトによれば、計測位置Ｓ１，Ｓ２において、ハレーションによる漏れ光が低減されていることが確認された。

１０ 白熱電球
１１ バルブ
１２ ピンチシール部
１３ 排気管残部
１５ 膨出部
１６ 遮光膜
２０ フィラメント
２１ フィラメントセグメント
２２ トビ部
２３ フィラメントの一端部
２４ フィラメントの他端部
２５ 一方の内部リード棒
２６ 他方の内部リード棒
２７ サポータ
３０ 第１のガラス片
３１ アンカー
３２ 第２のガラス片
３３ アンカー
３５ 口金碍子
４０ 反射鏡
４５ レンズ
５０ 白熱電球
５１ バルブ
５２ ピンチシール部
５３ 排気管残部
５５ フィラメント
５６ フィラメントセグメント
５８ 口金碍子
６０ 反射鏡
７０ レンズ
Ｃ カメラ
Ｔ フィラメント形成領域
Ｐ 中心 Ｐ１ 第１焦点 Ｐ２ 第２焦点

Claims (4)

1. 円筒状の石英ガラスよりなるバルブ、およびこのバルブ内に配置された、平面状に形成されたフィラメントを有する白熱電球と、この白熱電球の後方に配置され、前記白熱電球からの光を反射する反射鏡と、前記白熱電球の前方に配置され、前記白熱電球からの光および前記反射鏡からの反射光を集光するレンズとを備えてなるスポットライトにおいて、 前記バルブは、前記フィラメントに対向する領域を含む周壁部分に、中心がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する球面または２つの焦点がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する楕円球面に沿って形成された膨出部を有し、当該膨出部が前記反射鏡に対向するよう配置されていることを特徴とするスポットライト。
2. 前記膨出部は、２つの焦点がフィラメント形成領域に係る平面上に存在する楕円球面に沿って形成され、当該膨出部に係る楕円球の２つの焦点が、フィラメント形成領域に係る平面上であって当該フィラメント形成領域から外れた位置に存在することを特徴とする請求項１に記載のスポットライト。
3. 前記バルブ内に、前記フィラメントを保持するためのガラス片が配置されており、当該ガラス片を包囲するバルブの周壁部分に遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスポットライト。
4. 前記バルブの一端にシール部が形成され、当該バルブ内には、当該シール部と前記フィラメントとの間に、当該フィラメントを保持するためのガラス片が配置されており、前記シール部には、当該バルブにおけるガラス片を包囲する部分を覆うよう口金碍子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスポットライト。

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