JPH0346921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は照明灯具用の反射鏡に係り、特に、そ
の焦点を光源位置に一致せしめて設置し、該光源
から出射した光束の一部を前方に向けて反射する
ために用いられる反射鏡に関するものである。 第１図はこの種の従来の反射鏡１を備えた照明
灯の、光軸Ｚ−Ｚを含む断面図である。従来一般
に、上記の反射鏡１は回転放物面状に構成され、
その焦点Ｆに設けられた光源２から出射した光束
の１部を、光軸Ｚ−Ｚと平行に射する。 上記のようにして反射された平行光束を調光し
て所望の配光パターンを得るため、反射鏡１の前
方開口部を覆つてレンズ３が取り付けられる。第
２図は上記レンズ３の部分的正面図である。 第１図には、光源２から出射して反射鏡２で反
射された光を矢印イ、ロ〜ト及びイ′、ロ′〜ト′
で示してある。図示を省略したが上記矢印の他
に、光源２から直接前方（図の左方）に出射する
光もある。 前記のレンズ３として、一般に多数の凹形球面
を形成した球面プリズム、若しくは多数の凹形円
柱面を形成したカマボコ形プリズムが用いられ
る。第１図に示した矢印チ〜ヲは、光軸Ｚ−Ｚに
平行に反射された光束がプリズム面３ａで散光さ
れる状態を示している。 第３図は、球面プリズムを形成したレンズを用
いた場合、光軸Ｚ−Ｚと垂直にスクリーン（図示
せず）を置いたときの配光パターンを示し、Ｈ−
Ｈは水平軸、Ｖ−Ｖは垂直軸である。 上記の水平軸Ｈ−Ｈ上における光度分布は第４
図に示すごとく中央部で最大光度となり、周辺へ
近づくにつれて光度が減少する。こうした傾向は
従来一般に用いられているこの種の照明灯に共通
しているが、この光度分布カーブを設計的意図に
基づいて所望の如く制御することは困難である。 第５図はカマボコ形プリズムを形成したレンズ
を用いた場合の配光パターンを示す。カマボコ形
プリズムを用いた場合も、その光度分布カーブを
所望の如く制御することは困難である。 従来、この種の照明灯の配光を所望のパターン
に近づけるため、レンズ３に設けるプリズムの設
計に関して種々の工夫が試みられているが、肉厚
のプリズムや複雑な形状のプリズムは製造コスト
が高く、また、プリズム形状によつて配光パター
ンを意のままに制御することは不可能である。 更に、従来この種の照明灯は第１図に示すよう
に奥行寸法Ｌが大きいため設置所要容積が大き
く、設置に関して制約を受け易いという不具合も
ある。こうした不具合を解消するため、実線で示
したレンズ３を仮想線で示した3′の位置まで後退
させると、レンズの発光面積が減少するという不
具合を生じる。 本発明は上述の事情に鑑み、従来装置の欠点を
解消すべく為されたもので、その目的とするとこ
ろは配光特性を任意に設定することができ、しか
もレンズ構成が簡単で発光面積を広く設定するこ
とができ、その上、照明灯の奥行を浅く構成し得
る灯具用反射鏡を提供しようとするものである。 上記の目的を達成するため、本発明の灯具用反
射鏡は、光源から反射面に向けて入射する光の光
軸に対する角度θと、光源の光度₀と、反射光
の光軸に対する角度αとを −₀cosθ＝Asinα−（Ｂ＋Aα）cosα＋Ｃ ……(1) なる関係に保つと共に、光源から出射した光が光
軸に対して角度θで入射する点の座標（x₁、z₁）
と、同じく角度θ＋Δθで入射する点の座標（x₂、
z₂）との関係が、 x₂＝x₁tan（θ−α／２）−z₁／cot（θ＋Δθ）＋tan
（θ−α／２）……(2) z₂＝−｛x₁tan（θ−α／２）−z₁／１＋tan（θ＋Δθ
）×tan（θ−α／２）……(3) によつて表わされる連続曲線をＺ軸の回りに回転
せしめてなる曲面を有し、かつ、前記の角度θを
θ≧０、角度αをα≧０に設定すると共に、角度
θの増加に伴つて角度αが増加するように設定
し、その光度分布を、後述するごとく任意の１次
曲線ならしめたことを特徴とする。 第６図は上記の数式に示された角度θおよび角
度αの説明図である。 光源位置Ｆから矢印ワの如く反射鏡面Ｍに入射
する光について考察する。点カは入射点であり、
１点鎖線で示したZ′は入射点カを通つて光軸Ｚ−
Ｚに平行な線である。矢印ヨは、入射点カにおけ
る反射光を示す。この場合、光源から反射面に向
けて入射する光（矢印ワ）の光軸に対する角度を
θとし、反射光（矢印ヨ）の光軸に対する角度を
αとする。 上記の角度θが更に微小角Δθだけ増加すると、
入射光は矢印タとなり、入射点レで矢印ソの如く
反射される。Z″は入射点レを通つて光軸Ｚ−Ｚ
に平行な線である。 仮想線矢印ヨ′は、説明の便宜上付記したもの
で、入射点レを通つて前記の反射光矢印ヨに平行
に描いた仮想の線であつて、線Z″に対して角α
を為している。 前記の如く、反射面Ｍに入射する光が矢印ワか
ら同タに変化し、これに伴つて光軸と為す角がθ
からθ＋Δθに増加したとき、反射光矢印ヨが光
軸に対して為す角αに比して、反射光矢印ソが光
軸に対して為す角はα＋Δαとなり、Δαだけ変化
する。本発明の反射鏡において、角θ、角αは、
光軸Ｚ−Ｚに対して外向き方向を正とし、内向き
方向を負として表わすものとする。本発明の構成
において、角度θの増加に伴つて角度αが増加す
るとは、第６図においてΔαの値が正であること
を意味している。即ち、矢印ヨと同ソとは完全に
平行とならず、僅かに拡散方向になる。 なお、一般に、凹面鏡における焦点とは、入射
した平行光束が収束して交わる点を言うが、本発
明の反射面Ｍは上述のように構成してあるため、
平行光束が入射しても完全に１点に集光しない。
従つて本発明の反射鏡において焦点Ｆとは、光軸
方向に平行に入射した光束が収束されて最大密度
になる点を言うものとする。 次に、本発明の１実施例を第６図乃至第１０図
について説明する。第６図に示すように、角度θ
の入射点カの座標（x₁，z₁）とし、角度θ＋Δθ
の入射点レの座標を（x₂，z₂）とする。これらの
座標の関係を前掲の(2)式、(3)式に示すように保つ
て解析数学的手法を用いて曲線Ｍを求め、上記の
曲線Ｍの光軸Ｚ−Ｚの回りに回転させて軌跡曲面
を求め、この曲面の全部若しくは一部を反射面と
する反射鏡４（第７図）を構成する。５は上記の
反射鏡４の前面に装着したレンズで、第８図はそ
の一部正面図である。 そして、第９図に示したように所望の配光曲線
を設定する。第１０図はその配光パターンであ
る。これらの図表に示したような所望の配光特性
を得るためには、前記の曲線Ｍを次のようにして
算出する。 第７図に示したａ、ｂ〜ｅの各点は、それぞれ
光源２から出射した光の入射点である。矢印R_a
〜R_eは上記各入射点における反射光を示す。 上記の反射光R_a〜R_eが光軸Ｚ−Ｚに対して為
す角度をそれぞれα_a〜α_eとする。 第９図の横軸に上記の反射角α_a〜α_eを取り、中
央における最大光度I₀と、周辺部の光度I_eodとを
設定する。中央部と周辺部とを結ぶラインはＩ＝
ｆ（α）＝Aα＋Ｂで表わされる。本式においてＡ
は光度の勾配を意味し、Ａ＝I₀−I_eod／α₀−α_eodであ
る。 Ｂは周辺における最小光度を意味し、Ｂ＝I₀−
Aα₀である。 前掲第(1)式における₀は光源光度を表わして
いる。同式(1)のＣは、 Ｃ＝−₀cosθ₀−Asinα₀＋（Ｂ＋Aα₀）cosα₀によ
つて得られる。ただしθ₀は角度θの初期値、α₀は
その時の反射角（即ち反射角の初期値）である。 上述のようにして構成した反射鏡４を用いて照
明灯を構成すると、第７図に示した反射光矢印
R_a、R_b、〜R_eのごとく、中央から周辺に向かう
につれて反射角α_a、α_b〜α_eが大きくなつている。
即ち、投射光束の中央部はほとんど平行光束とな
り、周辺部に近づくにつれて拡散傾向となる。こ
の結果、第９図に例示した所望の光度分布が得ら
れる。 実際問題においては、第９図に示した反射光の
光度分布と、光源から直接前方に投射される光の
光度分布とが重複することになる。従つて、本発
明を実施する場合に、所望の反射光分布特性を設
定する段階で直接投射光を考慮に入れておくこと
が望ましい。 上述の計算に基づいて本発明の反射鏡を構成し
た具体例について、第１１図を参照しつつ次に述
べる。 第１１図は本発明の反射鏡の設計計算を説明す
るための図表で、Ｚ−Ｚは光軸となる座標軸、Ｘ
−Ｘは上記のＺ−Ｚ軸に直角な座標軸、Ｄは反射
鏡開口部の半径、Ｆは焦点である。 図示の区間Ｖは光源用バルブを挿入する孔を設
けるため反射面を構成しない無効部分である。曲
線Ｍからこの無効部分Ｖを除いてＺ−Ｚ軸の回り
に回転させた軌跡曲面が有効反射面となる。 焦点Ｆの座標を（０、０）とする。この焦点Ｆ
に光源を置いた場合、反射面Ｍの有効部分に入射
する光の光軸に対する角度θの最小値をθ₀、最大
値θ_eodとする。θ₀のときの反射角（反射光が光軸
に対して為す角）をα₀とし、θ_eodのときの反射角
をα_eodとする。 光源光度₀＝4cd、α₀方向の目標光度I₀＝
70cd、α_eod方向の目標光度I_eod＝20cd、開口部半
径Ｄ＝100mm、α₀＝0°、α_eod＝30°、θ₀＝40°とし
、
（x₀、z₀）の値を（14.559、−17.351）と設定する。
光源位置から反射面頂点までの距離ｆを20mmと仮
定して前記(1)、(2)、(3)式による計算を行なう。 本例においては上記の諸条件を電算機に入力し
て、α＝0°からα＝30°までの間、1°ごとに（ｘ、
ｚ）の値、およびθの値を算出させた。その結果
は次表のごとくである。

【表】 この計算結果により、前述の諸条件全部を完全
に満たす解は得られていないが、αの最大値とし
て28.230°までが得られており、求めていたα_eod＝
30°の近似値として実用上満足し得ると判断され
る。 上記計算結果に基づいて（ｘ、ｚ）の座標にそ
れぞれの値を代入すると曲線Ｍが得られ、この曲
線Ｍを光軸Ｚ−Ｚの回りに回転させると求める曲
面が得られる。 上記と異なる実施例として、α_eod＝30°を完全
に満足させる反射面を必要とする場合は、前掲の
諸条件のうちI₀、I_eodの値を若干減少させて再計
算すれば良い。 本発明を実施する場合、上記のようにして求め
た曲面全部を含む反射面を構成せず、上記曲面の
一部を含む反射面を構成してもよい。 本実施例においては、上述のようにして反射鏡
４（第７図）による反射光がほぼ所望の配光パタ
ーンと為し得るので、レンズ５による調光の必要
度が低い。このため本実施例のレンズ５は素通し
の平面レンズで構成してある。本発明の反射鏡に
併用するレンズとしてプリズムレンズを用いるこ
とを妨げるものではないが、プリズムレンズを用
いるとしても厚肉のレンズや複雑な形状のプリズ
ムを用いる必要が無い。 また、第７図から容易に理解されるように、本
実施例の反射鏡４は周辺部における反射角αを大
きくした形状であるため、周辺部においても平行
光束を作るように構成した従来の回転放物面鏡に
比して凹面形状が浅くなり、照明灯の奥行寸法
L′を短縮することができ、しかもレンズの発光面
積を大きく設定できる。 以上詳述したように、本発明の灯具反射鏡は、
反射光の配光特性を任意所望の如く設定すること
ができ、しかもレンズ構成を簡単ならしめて発光
面積を大きく取ることができ、その上、照明灯の
奥行寸法を短縮し得るという優れた実用的効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は従来の照明灯の１例を示
し、第１図は断面図、第２図は部分的正面図、第
３図は球面プリズムを用いた場合の配光パターン
を示す図表、第４図は同じく光度分布を示す図表
である。第５図は従来の照明灯にカマボコ形プリ
ズムを用いた場合の配光パターンの１例を示す図
表である。第６図乃至第１１図は本発明の灯具用
反的射鏡の１実施例を示し、第６図は曲面設定の
説明図、第７図は断面図、第８図は部分正面図、
第９図は光度分布を示す図表、第１０図は配光パ
ターンを示す図表、第１１図は計算を説明するた
めの図表である。 １……従来の反射鏡、２……光源、３……レン
ズ、３ａ……レンズのプリズム面、４……反射
鏡、５……レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 照明灯の光源の位置に焦点をほぼ一致せしめ
   て設置し、該光源から出射した光束の一部を前方
   に向けて反射するための灯具用反射鏡において、 光源から出射して有効反射面に入射する入射光
   が光軸に対して為す入射角をθ、その最小値をθ₀
   とし、 上記の入射光が有効反射面で反射された反射光
   が光軸に対して為す反射角をαとし、 前記の入射角が最小値θ₀である入射光の反射角
   をα₀とし、 光源の光度を₀とし、 上記の入射角θと、光源光度₀と、反射角α
   とを −₀cosθ＝Asinα−（Ｂ＋Aα）cosα＋Ｃ なる関係に保つと共に、光源から出射した光が光
   軸に対して角度θで入射する点の座標（x₁、z₁）
   と、同じく角度θ＋Δθで入射する点の座標（x₂、
   z₂）との関係が、 x₂＝x₁tan〔θ−α／２〕−z₁／cot（θ＋Δθ）＋ta
   n〔θ−α／２〕 および、 z₂＝−｛x₁tan〔θ−α／２〕−z₁｝／１＋tan（θ＋
   Δθ）×tan〔θ−α／２〕 によつて表わされる連続曲線をＺ軸の回りに回転
   せしめてなる曲面を有し、かつ、前記の角度θを
   θ≧０に、角度αをα≧０に設定すると共に、角
   度θの増加に伴つて角度αが増加するように設定
   して、 光軸と直交する被照射面上において光軸と交わ
   る直線上の光度分布を、１次式 Ｉ＝ｆ（α）＝Aα＋Ｂ なるごとく設定したことを特徴とする灯具用反射
   鏡。ただし、前記のＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ反射光
   の配光特性を決定するため設計的に選択し得る定
   数であつて、 前記被照射面の中央における最大光度をI₀、周
   辺部の光度をI_eodとして Ａ＝I₀−I_eod／α₀−α_eod Ｂ＝I₀−Aα₀ Ｃ＝−₀cosθ₀−Asinα₀＋（Ｂ＋Aα₀）cosα₀ である。