JP5556427B2 - 反射鏡 - Google Patents

Description

本発明は、スポットライトやダウンライト等の照明器具に用いて好適な反射鏡に係り、特に、光源に起因する照度ムラや色ムラを抑制する技術に関する。

一般に、スポットライトやダウンライトなどの照明器具は、椀状の反射鏡の内面にハロゲンランプやＨＩＤランプ（High Intensity Discharge lamp：高輝度放電ランプ）等の光源を配置して構成され、この反射鏡の断面形状が例えば広角や中角、狭角などの所定の配光制御を実現するように設計されている。また、この種の反射鏡では、ハロゲンランプに内蔵されたフィラメントやＨＩＤランプに内蔵された発光管等の明暗像により被照射面に照度ムラが生じるのを防止するために、反射鏡内側の反射面に、方形又は亀甲状であって断面凸形状の多数の反射小曲面を同心状に配列して形成し、これにより反射光を適度に散乱させている（例えば、特許文献１参照）。

特公平２−１９５６１号公報

しかしながら、光源に透明型の高輝度放電ランプを用いた場合、発光管内の添加物による色分解により色ムラが生じ、従来の断面凸形状の反射小曲面では、かかる色ムラを解消することはできなかった。
また、反射鏡の反射面にショット加工をすることで、色ムラと上記照度ムラの両方を抑えることができるものの、器具効率が低下するという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、反射面の反射小曲面によりランプの照度ムラ、及び色ムラを抑えることができる反射鏡を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、高輝度放電ランプからの光を反射して所定の配光制御をするために設計された回転放物面に、多角形の輪郭を有する凹状或いは凸状の複数の反射小曲面を前記回転放物面の軸心を中心に同心状に配列形成して反射面を構成した反射鏡であって、前記反射面の反射小曲面のそれぞれは、前記回転放物面から頂点までの距離Ｈと、前記軸心周りの方向に沿った幅Ｗとが、Ｈ≦０．３ｍｍ、かつ、Ｈ／Ｗ＞０．０６の関係を満たし、前記反射小曲面のそれぞれの縁部である輪郭を前記回転放物面に一致させたことを特徴とする。

また本発明は、上記反射鏡において、少なくとも前記反射面の開放面に臨む反射小曲面のそれぞれは、前記高輝度放電ランプのアーク長Ｌと、前記幅Ｗとが、０．４４＜Ｗ／Ｌ＜１．１の関係を満たすことを特徴とする。

また本発明は、上記反射鏡において、前記回転放物面、及び前記反射小曲面を設けた金型を用いた絞り加工により製作したことを特徴とする。

本発明によれば、反射面の反射小曲面のそれぞれは、回転放物面から頂点までの距離Ｈと、軸心周りの方向に沿った幅Ｗとが、Ｈ／Ｗ＞０．０６の関係を満たす構成としたため、照度ムラや色ムラを十分に抑制することができる。

本発明の実施形態に係る反射鏡の構成を示す図であり、（Ａ）は断面をランプと共に示す図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は（Ａ）の発光管の拡大図である。 反射面の一部を拡大して示す図である。 反射小曲面を拡大して示す図である。 反射面の断面を示す図である。 図４の一部拡大図である。 反射面の配光特性を示す図であり、（Ａ）は反射小曲面の輪郭が回転放物面に一致しない場合の反射面の配光特性、（Ｂ）は反射小曲面の輪郭を回転放物面に一致させた反射面の配光特性をそれぞれ示す。 反射鏡の反射小曲面の寸法を示す図である。 本発明の変形例に係る反射小曲面の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る反射鏡１の構成を示す図であり、図１（Ａ）は断面をランプ２と共に示す図、図１（Ｂ）は底面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）の発光管１５の拡大図である。
反射鏡１は、スポットライトやダウンライトなどの照明器具に設けられるものであり、例えばアルミニウム等の高反射率を有する金属材をプレス成形等により下面開放型の大略椀状に形成して構成され、その内面には、略回転放物面形状の反射面３が形成されている。反射鏡１の頂上部１Ａには、反射鏡１の中にランプ２を導入するために、反射鏡１の軸心（反射面３の回転中心）Ｋを中心とした上面視円形のランプ挿入開口５が形成されている。

ランプ２には、外管が透明型のＨＩＤランプ、例えば、セラミックメタルハライドランプであって、図１（Ａ）に示すように、棒状に延びる膨らみを有する直管形のランプが用いられている。より具体的には、同図に示すランプ２は、直管形の透明な外管１１と、この外管１１内に収納されている透明な内管１３と、この内管１３の内部の気密空間に配置されている透光性を有した発光管１５と、外管１１の端部１１Ａに取り付けられた口金１７とを備えている。これら外管１１、内管１３、及び発光管１５は、それぞれ長手方向が同軸に配置されている。外管１１は例えば硬質ガラスで形成され、内管１３は例えば石英ガラスから形成されている。発光管１５には、長手方向に同軸に一対の電極１９Ａ、１９Ｂが配置されており、例えばメタルハライドランプにおいては、金属ハロゲン化物、希ガス、及び水銀がそれぞれ所定量ずつ封入されている。金属ハロゲン化物としては、ヨウ化ナトリウムやヨウ化ジスプロシウム等が用いられている。また電極１９Ａ、１９Ｂの離間距離がアーク長Ｌとして定義される。

照明器具側には、反射鏡１の上記ランプ挿入開口５から臨む位置に、図示せぬソケットが設けられている。そして、反射鏡１の下端開放面７側からランプ２を挿入し、ランプ挿入開口５を通してソケットに口金１７を挿入して電気的に接続することで、ランプ２が反射鏡１に挿着される。ランプ２の挿着状態においては、ランプ２の長手方向の軸が反射鏡１の軸心Ｋと同軸に配置され、これにより、ランプ２の発光管１５の電極１９Ａ、１９Ｂの間の発光部２１が軸心Ｋ上に配置される。

反射鏡１は、狭角、中角或いは広角等の所要配光を実現する回転放物面Ｐ（図２）の上に多数の多数の反射小曲面２５を形成した反射面３を内側に形成して構成されている。本実施形態の反射小曲面２５は、図１に示すように、それぞれ６角形状（亀甲状）の輪郭２７を有し、反射面３には、軸心Ｋに沿ってランプ挿入開口５の位置から下端開放面７の位置の各点において当該軸心Ｋを中心に同心状に反射小曲面２５が隙間無く形成されている。反射面３に反射小曲面２５を形成することで、反射光が適度に散乱され、ランプ２の電極１９Ａ、１９Ｂ等の明暗像が被照射面に生じることによる照度ムラが防止される。

図２は反射面３の一部を拡大して示す図であり、図３は反射小曲面２５を拡大して示す図である。また図４は反射面３の断面を示す図であり、図５は図４の一部拡大図である。 なお、図２では、回転放物面Ｐの理解を容易にするために反射小曲面２５の一部の図示を省略しているが、実際には、回転放物面Ｐには反射小曲面２５が隙間無く設けられている。
これらの図に示すように、反射小曲面２５は、それぞれ平面視中央Ｘが反射鏡１の内側に向けて膨出して頂点となった断面凸形状を成している。各反射小曲面２５が断面凸形状を成すことで、被照射面での明暗像をより抑えることができ、さらにＨＩＤランプをランプ２に用いた際の色ムラを抑えることができる。

ところで、一般に、反射面に反射小曲面を形成した反射鏡は、適当に槌目加工を施した金型を用いたプレス加工により行われる。このとき、金型の槌目加工の精度や形状のバラツキ、スプリングバックなどにより、反射小曲面の縁部たる輪郭が回転放物面からズレている。このようなズレが生じている一般的な反射鏡にあっては、反射面の配光が回転放物面の配光から大きくずれることとなる。

そこで本実施形態の反射鏡１においては、反射面３に多数の反射小曲面２５を形成するに際し、反射小曲面２５のそれぞれの縁部たる輪郭２７が回転放物面Ｐに一致させることとしている。すなわち、図４に示すように、全ての反射小曲面２５のそれぞれの輪郭２７は、回転放物面Ｐの面上に位置して一致するように構成されている（図４、及び図５では輪郭２７と回転放物面Ｐの一致点を符号２９で示している）。
なお、かかる反射面３を有する反射鏡１の作成手順については後述する。

図６は、反射面３の配光特性を示す図であり、図６（Ａ）は反射小曲面２５の輪郭２７が回転放物面Ｐに一致しない場合の反射面３の配光特性を示し、図６（Ｂ）は反射小曲面２５の輪郭２７を回転放物面Ｐに一致させた反射面３の配光特性をそれぞれ示す。
同図に示すように、反射小曲面２５の輪郭２７が回転放物面Ｐに一致しない場合（図６（Ａ））、反射小曲面２５が無い反射面３の配光、すなわち回転放物面Ｐが実現する配光に対して、角度０度方向の配光（図中Ａで示す）が落ち込む。
これに対して、反射小曲面２５の輪郭２７を回転放物面Ｐに一致させた構成（図６（Ｂ））においては、角度０度方向の配光の落ち込みが見られず、回転放物面Ｐが実現する配光に近づけられることが分かる。

また、各反射小曲面２５のそれぞれの輪郭２７を回転放物面Ｐと一致させる場合、例えば輪郭２７が回転放物面Ｐよりも反射鏡１の内側に入り込んだ一般的な構成に比べて、反射小曲面２５の平面視中央Ｘでの回転放物面Ｐからの高さＨ（図３、図５）が高くなる。この高さＨが高くなるほど照度ムラや色ムラが防止されることから、本実施形態の反射鏡１によれば、配光のズレを防止しつつ、照度ムラや色ムラをより効果的に防止できることとなる。

ただし、反射鏡１は、アルミニウム板の金型によるプレス加工で成形されるため、反射小曲面２５の中央Ｘの高さＨを高くし過ぎると、肉厚が薄くなり反射小曲面２５に穴が生じたり強度が著しく低下するなどの問題が生じる。そこで本実施形態では、高さＨを０．３ｍｍ以下とすることで、かかる問題の発生を防止することとしている。

また、反射小曲面２５の大きさに比べて高さＨが低くなるほど、照度ムラや色ムラが抑えられなくなる。すなわち、反射小曲面２５の高さＨが一定である場合、反射小曲面２５の面積が大きくなるほど、凸形状の傾斜は緩やかになるため光拡散効果が小さくなり、照度ムラや色ムラを抑制できなくなる。特に色ムラについては、凸形状の傾斜の大きさによる影響が大きく、反射面に単に槌目仕上げをした程度の多少の傾斜では色ムラを抑えることはできない。
そこで発明者は実験やシミュレーション等を行った結果、反射鏡１の軸心Ｋに対する周方向に沿った反射小曲面２５の幅Ｗ（図３参照）と、高さＨとが
高さＨ／幅Ｗ＞０．０６ （１）
の関係を満足することで、照度ムラ、及び色ムラの両方を十分に抑制できるとの知見を得た。

具体的には、反射鏡１にあっては、図７に示すように、下端開放面７からランプ挿入開口５にかけて反射小曲面２５の幅Ｗが次第に小さくなる。一方、通常の反射鏡１では、反射小曲面２５の高さＨは、比較例に示すように、下端開放面７からランプ挿入開口５の近くまで略同じ高さＨとなることから、下端開放面７とランプ挿入開口５の間、すなわちランプ２の発光部２１に対向する箇所（図１参照）に、高さＨ／幅Ｗが０．０６以下になる領域Ｒが生じる。かかる比較例にあっては、この領域Ｒの反射光で色分解が生じ、照射野で色ムラが発生する。これに対して、図７に示す実施例（本実施形態の反射鏡１に相当）にあっては、この領域Ｒでの高さＨを比較例よりも高くすることで、領域Ｒは勿論、全ての反射小曲面２５が上記（１）の関係を満たすように構成されている。この実施例の構成で実験したところ、領域Ｒでの色分解が生じていないという実験結果が得られた。すなわち、反射鏡１を実施例の構成とすることで、照射野での色ムラ発生を防止できることとなる。

このとき、ランプ２の発光部２１たるアーク長Ｌ（図１（Ｃ））が反射小曲面２５に対して大き過ぎたり小さ過ぎたりすると、反射小曲面２５の凸形状による照度ムラや色ムラの抑制効果が得られなくなる。すなわち、アーク長Ｌが反射小曲面２５に対して大き過ぎる場合には、反射小曲面２５の高さＨが発光部２１に対して小さ過ぎて色ムラが抑制できなくなる。これとは逆に、アーク長Ｌが反射小曲面２５に対して小さ過ぎる場合には、反射小曲面２５による光の拡散効果が弱まり、照度ムラ、及び色ムラが抑制できなくなる。そこで本実施形態では、発光部２１の大きさを規定するアーク長Ｌと、下端開放面７に臨む（隣接する）反射小曲面２５の幅Ｗとが、
０．４４＜反射小曲面の幅Ｗ／アーク長Ｌ＜１．１ （２）
の関係を満足するように設計されており、これにより、ランプ２に起因する照度ムラや色ムラを確実に抑制することとしている。
なお、下端開放面７よりもランプ挿入開口５側の反射小曲面２５についても、それぞれの幅Ｗがアーク長Ｌとの関係が上記（２）を満たすことが望ましい事は勿論である。

次いで、本実施形態の反射鏡１の作成手順について説明すると、先ず、照明器具として実現する配光に基づいて、当該配光を実現する回転放物面Ｐを設計する。次いで、照度ムラ、及び色ムラを解消すべく、上記（１）、（２）の関係を満たす寸法形状の反射小曲面２５を設計する。そして、回転放物面Ｐの設計と、反射小曲面２５の設計とに基づいて、反射小曲面２５を設けた反射鏡１の３Ｄモデルを設計する。この３Ｄモデルを元にＮＣ加工によって反射鏡１の金型を作成し、この金型によりスピニングマシンを用いて反射鏡１をスピニング加工（へら絞り加工）により反射鏡１を製作する。すなわち、金型に反射鏡１の材料となるアルミニウム板をセットし、金型を回転させながら、へら３１（図４参照）で金型の形状に合わせてゆっくり押圧することで、反射面３に上記寸法の反射小曲面２５を有する反射鏡１を製作する。このとき、反射小曲面２５が反射鏡１の内側に凸となることから、反射小曲面２５の中央Ｘと輪郭２７とで板厚に差が生じ、図４に示すように輪郭２７の厚みＹａは中央Ｘでの厚みＹｂに比べて約７０％程度の厚みとなるが、回転放物面Ｐから反射小曲面２５の中央Ｘの表面までの高さは設計値から変わらずに形成される。なお、このスピニング加工を自動スピニングマシンで行う場合には、へら３１に代えてローラーが押圧される。そして、反射鏡１の反射面３を研磨してアルマイト処理して完成する。この研磨には、反射鏡１の反射小曲面２５が削り取られないようにするために化学研磨が用いられる。
反射鏡１をスピニング加工で成形することにより、プレス加工に比べて加工精度のバラツキを抑え、金型通りの形状寸法の反射鏡１を作成できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、反射面３の反射小曲面２５のそれぞれについて、回転放物面Ｐからの高さＨと、軸心Ｋ周りの方向に沿った幅Ｗとが、高さＨ／幅Ｗ＞０．０６の関係を満たす構成とした。この構成により、ランプ２に起因する照度ムラ及び色ムラの両方を十分に抑制することができる。

また本実施形態によれば、少なくとも反射面３の下端開放面７に臨む反射小曲面２５のそれぞれについて、ランプ２のアーク長Ｌと、反射小曲面２５の幅Ｗとが、０．４４＜Ｗ／Ｌ＜１．１の関係を満たす構成とした。この構成により、ランプ２に起因する照度ムラ及び色ムラを反射鏡１により確実に抑制することができる。

また本実施形態によれば、反射小曲面２５のそれぞれの輪郭２７を回転放物面Ｐに一致させる構成とした。この構成により、反射小曲面２５を反射面３に設けた場合でも回転放物面Ｐの配光からのズレを抑えることができ、また器具効率の低下が少ない反射鏡１が実現できる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、反射小曲面２５を反射鏡１の内側に膨出した凸形状としたが、外側に膨出した凸形状（すなわち反射面３の反射小曲面２５が凹形状）であっても良い。この場合、反射小曲面２５の高さＨは、回転放物面Ｐから反射小曲面２５の底部の頂点までの距離に相当する。

また上述した実施形態では、反射小曲面２５のそれぞれの輪郭２７を回転放物面Ｐに一致させる構成としたが、これに限らない。すなわち、図８に示すように、例えば輪郭１２７の上縁１２７Ａ、及び下縁１２７Ｂが回転放物面Ｐから反射鏡１の内側に距離δだけ入り込んだ反射小曲面１２５であっても良い。この場合、反射小曲面２５の高さＨは、実施形態と同様に、回転放物面Ｐから反射小曲面１２５の頂点たる中央Ｘまでの距離となる。

また上述した実施形態では、反射小曲面２５、１２５の形状を平面視六角形としたが、これに限らず、反射面３に同心状に隙間無く配列できる形状であれば、方形、或いはｎ角形（ｎ≧５）としても良い事は勿論である。

１ 反射鏡
１Ａ 頂上部
２ ランプ（高輝度放電ランプ）
３ 反射面
５ ランプ挿入開口
７ 下端開放面
１５ 発光管
１９Ａ、１９Ｂ 電極
２１ 発光部
２５、１２５ 反射小曲面
２７、１２７ 輪郭
Ｈ 高さ（距離）
Ｋ 軸心
Ｌ アーク長
Ｐ 回転放物面
Ｗ 幅

Claims (3)

1. 高輝度放電ランプからの光を反射して所定の配光制御をするために設計された回転放物面に、多角形の輪郭を有する凹状或いは凸状の複数の反射小曲面を前記回転放物面の軸心を中心に同心状に配列形成して反射面を構成した反射鏡であって、
   前記反射面の反射小曲面のそれぞれは、前記回転放物面から頂点までの距離Ｈと、前記軸心周りの方向に沿った幅Ｗとが、
   Ｈ≦０．３ｍｍ、かつ、Ｈ／Ｗ＞０．０６
   の関係を満たし、
   前記反射小曲面のそれぞれの縁部である輪郭を前記回転放物面に一致させた
   ことを特徴とする反射鏡。
2. 少なくとも前記反射面の開放面に臨む反射小曲面のそれぞれは、前記高輝度放電ランプのアーク長Ｌと、前記幅Ｗとが、
   ０．４４＜Ｗ／Ｌ＜１．１
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の反射鏡。
3. 前記回転放物面、及び前記反射小曲面を設けた金型を用いた絞り加工により製作したことを特徴とする請求項１又は２に記載の反射鏡。

Images