JPH05251059A - 放射光源 - Google Patents
放射光源Info
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- JPH05251059A JPH05251059A JP4535092A JP4535092A JPH05251059A JP H05251059 A JPH05251059 A JP H05251059A JP 4535092 A JP4535092 A JP 4535092A JP 4535092 A JP4535092 A JP 4535092A JP H05251059 A JPH05251059 A JP H05251059A
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- Japan
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- light
- emitter
- radiation
- shielding plate
- radiation source
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特定の波長以上の放射を発光体に帰還し、こ
れを発光体の加熱エネルギーとして再利用することによ
って、所望の可視光量を得るに必要な発光体への電気入
力を低減し、高効率な放射光源を提供する。 【構成】 発光体１と、その発光体１に隣接して、その
発光体１の少なくとも一部を囲み、特定の遮断波長を有
する形状の多数の微細な穿孔導波路を形成した透明な導
電性遮蔽板２とを有する第１の構成と、上記遮蔽板２を
可視光に対して透明な材料の表面上に形成した第２の構
成による。この構成により遮蔽板２の温度を発光体１の
温度より低くすることができる。
れを発光体の加熱エネルギーとして再利用することによ
って、所望の可視光量を得るに必要な発光体への電気入
力を低減し、高効率な放射光源を提供する。 【構成】 発光体１と、その発光体１に隣接して、その
発光体１の少なくとも一部を囲み、特定の遮断波長を有
する形状の多数の微細な穿孔導波路を形成した透明な導
電性遮蔽板２とを有する第１の構成と、上記遮蔽板２を
可視光に対して透明な材料の表面上に形成した第２の構
成による。この構成により遮蔽板２の温度を発光体１の
温度より低くすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、照明用光源等に用いら
れる放射光源に関する。
れる放射光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】白熱電球や、メタルハライドランプなど
のように赤外に連続的な発光スペクトルを有する光源
は、演色性の点で照明用光源として優れているが、その
放射光のうち多くのエネルギーを赤外光として放出する
ので、一般に高い効率は望めない。たとえば白熱電球と
しては効率の高いハロゲン電球であっても、投入電力の
７０％近くが赤外光として消費され、可視光として消費
される電力は、約１０％にすぎない。このため寿命等、
信頼性を考慮して設計されたランプの効率は、白熱電球
でおよそ２０ｌｍ／ｗ、メタルハライドランプでも高々
５０ｌｍ／ｗである。
のように赤外に連続的な発光スペクトルを有する光源
は、演色性の点で照明用光源として優れているが、その
放射光のうち多くのエネルギーを赤外光として放出する
ので、一般に高い効率は望めない。たとえば白熱電球と
しては効率の高いハロゲン電球であっても、投入電力の
７０％近くが赤外光として消費され、可視光として消費
される電力は、約１０％にすぎない。このため寿命等、
信頼性を考慮して設計されたランプの効率は、白熱電球
でおよそ２０ｌｍ／ｗ、メタルハライドランプでも高々
５０ｌｍ／ｗである。
【０００３】この赤外への電力損失を低減させる手段の
一つしとて、ハロゲン電球においてはランプの外壁に誘
導体多層膜を塗布し、フィラメントから放出される赤外
光を干渉反射させ、再びフィラメントに戻して熱源とし
て再利用する手法が実用化されている。しかし、この方
法によっても約１５％しか消費電力を低減できるにすぎ
ず、大幅な効率向上には至っていない。
一つしとて、ハロゲン電球においてはランプの外壁に誘
導体多層膜を塗布し、フィラメントから放出される赤外
光を干渉反射させ、再びフィラメントに戻して熱源とし
て再利用する手法が実用化されている。しかし、この方
法によっても約１５％しか消費電力を低減できるにすぎ
ず、大幅な効率向上には至っていない。
【０００４】このように、赤外への電力損失が大きい連
続的な放射スペクトルを有する光源に対する効率改善の
手段として、一つの革新的な提案がＪ．Ｆ．Ｗａｙｍｏ
ｕｔｈ氏によってなされた（照明学会誌 第７４巻、ｐ
７００−８０５，１９９０）。この新技術はタングステ
ンのような高融点金属からなる白熱発光体表面に微細な
導波路を形成したもので、空洞導波管が電磁波に対し
て、特定の遮断波長をもつことを利用している。
続的な放射スペクトルを有する光源に対する効率改善の
手段として、一つの革新的な提案がＪ．Ｆ．Ｗａｙｍｏ
ｕｔｈ氏によってなされた（照明学会誌 第７４巻、ｐ
７００−８０５，１９９０）。この新技術はタングステ
ンのような高融点金属からなる白熱発光体表面に微細な
導波路を形成したもので、空洞導波管が電磁波に対し
て、特定の遮断波長をもつことを利用している。
【０００５】以下、図４を参照にしながら説明する。こ
の図は、同氏によって提案された空洞量子放射体で、白
熱発光体の表面に形成された導波路の立体斜視図を示し
ている。図において、１１はタングステンからなる導電
体、１２は導電体１１のバルク表面から内部に向かって
形成された導波路で、これらが集合して発光面を形成し
ている。導波路１２の矩形の開口部の各辺の長さは、遮
断波長を０．７μｍとすると、それぞれ約０．３５μｍ
になる。各導波路を分離している隔壁の厚さは約０．１
５μｍ、導波路の深さとしては、約７μｍとしている。
１３は出射放射光である。
の図は、同氏によって提案された空洞量子放射体で、白
熱発光体の表面に形成された導波路の立体斜視図を示し
ている。図において、１１はタングステンからなる導電
体、１２は導電体１１のバルク表面から内部に向かって
形成された導波路で、これらが集合して発光面を形成し
ている。導波路１２の矩形の開口部の各辺の長さは、遮
断波長を０．７μｍとすると、それぞれ約０．３５μｍ
になる。各導波路を分離している隔壁の厚さは約０．１
５μｍ、導波路の深さとしては、約７μｍとしている。
１３は出射放射光である。
【０００６】上記構成において、導電体１１の温度が２
０００℃程度まで上昇したとすると、導波路１２内には
０．７μｍ以下の波長に対応する電磁波モードしか存在
しないので、熱放射による放射光のうち、波長０．７μ
ｍ以上の放射はすべて遮断され、６０ｌｍ／ｗ以上の効
率で遮断波長以下の電磁波のみを放射すると予測されて
いる。さらに導電体１１の温度を上げることにより、連
続的な放射スペクトルのピークが短波長側に近づくの
で、温度の上昇とともに効率は指数関数的に向上する。
０００℃程度まで上昇したとすると、導波路１２内には
０．７μｍ以下の波長に対応する電磁波モードしか存在
しないので、熱放射による放射光のうち、波長０．７μ
ｍ以上の放射はすべて遮断され、６０ｌｍ／ｗ以上の効
率で遮断波長以下の電磁波のみを放射すると予測されて
いる。さらに導電体１１の温度を上げることにより、連
続的な放射スペクトルのピークが短波長側に近づくの
で、温度の上昇とともに効率は指数関数的に向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の構
成においては、白熱発光体それ自身に導波路を形成して
いるので、タングステンの蒸発と再凝縮によって導波路
の形状が早期に変化するという問題がある。このため、
融点３１４０℃のタングステンを白熱体として用いてい
ながら、その動作温度は、設計値で２０００℃程度に留
っており、さらなる効率向上を困難にしている。
成においては、白熱発光体それ自身に導波路を形成して
いるので、タングステンの蒸発と再凝縮によって導波路
の形状が早期に変化するという問題がある。このため、
融点３１４０℃のタングステンを白熱体として用いてい
ながら、その動作温度は、設計値で２０００℃程度に留
っており、さらなる効率向上を困難にしている。
【０００８】本発明は、上記課題を解決するもので、高
効率の放射光源を提供することを目的としている。
効率の放射光源を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、薄い導電性の板または膜に、または可視光
に対して透明な材料の表面上に積層した透明電導体に、
特定の遮断波長を一律に備えた多数の微細な導波路を穿
孔してなる遮蔽板によって、発光体の一部または全部を
囲んでなる。
に本発明は、薄い導電性の板または膜に、または可視光
に対して透明な材料の表面上に積層した透明電導体に、
特定の遮断波長を一律に備えた多数の微細な導波路を穿
孔してなる遮蔽板によって、発光体の一部または全部を
囲んでなる。
【００１０】
【作用】上記構成により、遮蔽板に入射する赤外光の多
くは反射され、発光体へ帰還されるので、発光体から放
出された赤外放射を発光体の加熱エネルギーとして再利
用することができる上に、遮蔽板の温度を発光体の温度
より低くすることができ、導波路形状の劣化が少なくな
る。
くは反射され、発光体へ帰還されるので、発光体から放
出された赤外放射を発光体の加熱エネルギーとして再利
用することができる上に、遮蔽板の温度を発光体の温度
より低くすることができ、導波路形状の劣化が少なくな
る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図１お
よび図２を参照しながら説明する。
よび図２を参照しながら説明する。
【００１２】図１において、１は円筒形の発光体、２は
発光体１を囲む円筒形の遮蔽板である。遮蔽板２の一部
を、図２に拡大して示す。図２において、３は厚さ約１
０μｍの膜状の酸化スズ（ＳｎＯ2）または酸化インジ
ウム（ＩＴＯ）からなる透明な誘電体であり、導電体３
の全体にわたって、各辺約０．３５μｍの矩形の開口を
有する導波路４が、厚さ約０．１５μｍの隔壁を介して
隣接している。ここで、各導波路４は導電体３を完全に
貫通している。
発光体１を囲む円筒形の遮蔽板である。遮蔽板２の一部
を、図２に拡大して示す。図２において、３は厚さ約１
０μｍの膜状の酸化スズ（ＳｎＯ2）または酸化インジ
ウム（ＩＴＯ）からなる透明な誘電体であり、導電体３
の全体にわたって、各辺約０．３５μｍの矩形の開口を
有する導波路４が、厚さ約０．１５μｍの隔壁を介して
隣接している。ここで、各導波路４は導電体３を完全に
貫通している。
【００１３】上記構成において動作を説明すると、発光
体１は通電によるジュール熱、アーク放電、またはＲＦ
放射などによって加熱され、温度が上昇するにつれて可
視領域から赤外領域にわたって連続的なスペクトルで黒
体放射に近い連続的なスペクトルをもつ放射を行うよう
になる。このとき、発光体１に投入された電力Ｐinの多
くは赤外放射として消費される。ここで、発光体１に投
入された電力Ｐinのうち赤外放射として消費される割合
をｓirとすると、赤外放射として消費される電力はｓir
Ｐinとなる。さて、発光体１は微細な導波路４で一様に
埋めつくされた遮蔽板２によって囲まれているので、入
射光５のうち、導波路４の遮断波長０．７μｍ以上の波
長をもつ放射は導波路４を透過することができない。し
たがって、透過光６は波長０．７μｍ以下の放射のみか
らなる。また、導波路４内には波長０．７μｍ以上の電
磁波モードは存在しないので、導波路４に入射する放射
光のうち、波長０．７μｍ以上の放射は反射され、再び
発光体１に戻されることとなる。したがって、遮蔽板２
によって反射される赤外放射の割合Ｒは、遮蔽板２に形
成された導波路４の開口率と等しくなる。本実施例にお
ける開口率は約５０％となるので、波長０．７μｍ以上
の放射の約５０％は、発光体１を加熱する熱源として再
利用され、所望の可視光量を得るに必要な発光体１への
電気入力が低減できることになる。
体１は通電によるジュール熱、アーク放電、またはＲＦ
放射などによって加熱され、温度が上昇するにつれて可
視領域から赤外領域にわたって連続的なスペクトルで黒
体放射に近い連続的なスペクトルをもつ放射を行うよう
になる。このとき、発光体１に投入された電力Ｐinの多
くは赤外放射として消費される。ここで、発光体１に投
入された電力Ｐinのうち赤外放射として消費される割合
をｓirとすると、赤外放射として消費される電力はｓir
Ｐinとなる。さて、発光体１は微細な導波路４で一様に
埋めつくされた遮蔽板２によって囲まれているので、入
射光５のうち、導波路４の遮断波長０．７μｍ以上の波
長をもつ放射は導波路４を透過することができない。し
たがって、透過光６は波長０．７μｍ以下の放射のみか
らなる。また、導波路４内には波長０．７μｍ以上の電
磁波モードは存在しないので、導波路４に入射する放射
光のうち、波長０．７μｍ以上の放射は反射され、再び
発光体１に戻されることとなる。したがって、遮蔽板２
によって反射される赤外放射の割合Ｒは、遮蔽板２に形
成された導波路４の開口率と等しくなる。本実施例にお
ける開口率は約５０％となるので、波長０．７μｍ以上
の放射の約５０％は、発光体１を加熱する熱源として再
利用され、所望の可視光量を得るに必要な発光体１への
電気入力が低減できることになる。
【００１４】ここで、その効果を見積もってみる。遮蔽
板２が存在しないときに発光体１が放射する可視光に消
費される電力Ｐvの投入電力Ｐinに対する割合をｓvとす
ると、Ｐv ＝ ｓvＰinとなる。これに赤外放射に対し
て反射率Ｒをもち、可視光に対して透明な遮蔽板２を設
けたとすると、放射されるすべての可視光は透明導電体
からなる遮蔽板２を透過できるが、赤外放射はｓirＲの
公比で発光体へ無限に帰還され、遮蔽板２を透過したあ
との可視光の放射に消費される電力は Ｐv＝ ｓvＰin
／（１−ｓinＲ）となる。ここで、発光体１が２０００
℃のタングステンフィラメントであるときの代表的な値
として、ｓv＝１０％、ｓin＝７０％を用いると、Ｒ＝
５０％としてＰv＝０．１５Ｐinとなり、可視放射とし
て消費される電力は投入電力の１５％となることがわか
る。これは、可視光への放射効率が約５０％向上したこ
とを示している。この値は、遮蔽板２の赤外反射率Ｒす
なわち開口率を上げることにより、さらに改善できる。
たとえば、Ｒ＝８０％で約２３０％、Ｒ＝９０％で約２
７０％の可視光放射効率の改善が期待できる。
板２が存在しないときに発光体１が放射する可視光に消
費される電力Ｐvの投入電力Ｐinに対する割合をｓvとす
ると、Ｐv ＝ ｓvＰinとなる。これに赤外放射に対し
て反射率Ｒをもち、可視光に対して透明な遮蔽板２を設
けたとすると、放射されるすべての可視光は透明導電体
からなる遮蔽板２を透過できるが、赤外放射はｓirＲの
公比で発光体へ無限に帰還され、遮蔽板２を透過したあ
との可視光の放射に消費される電力は Ｐv＝ ｓvＰin
／（１−ｓinＲ）となる。ここで、発光体１が２０００
℃のタングステンフィラメントであるときの代表的な値
として、ｓv＝１０％、ｓin＝７０％を用いると、Ｒ＝
５０％としてＰv＝０．１５Ｐinとなり、可視放射とし
て消費される電力は投入電力の１５％となることがわか
る。これは、可視光への放射効率が約５０％向上したこ
とを示している。この値は、遮蔽板２の赤外反射率Ｒす
なわち開口率を上げることにより、さらに改善できる。
たとえば、Ｒ＝８０％で約２３０％、Ｒ＝９０％で約２
７０％の可視光放射効率の改善が期待できる。
【００１５】さらに遮蔽板２は発光体１と分離して設置
されているので、遮蔽板２の温度は発光体１のそれより
も常に低い値となり、発光体１をその融点に近い高温領
域で動作させても、導波路４の形状の早期変化をまねく
ことなく、より高い効率で可視放射を得ることができ
る。
されているので、遮蔽板２の温度は発光体１のそれより
も常に低い値となり、発光体１をその融点に近い高温領
域で動作させても、導波路４の形状の早期変化をまねく
ことなく、より高い効率で可視放射を得ることができ
る。
【００１６】つぎに、本発明の第２の実施例について、
図３を参照しながら説明する。本実施例においては、第
１の実施例で用いた酸化スズ（ＳｎＯ2）または酸化イ
ンジウム（ＩＴＯ）からなる遮蔽板の代わりに、石英か
らなる透明な基板７上に薄い酸化スズ（ＳｎＯ2）また
は酸化インジウム（ＩＴＯからなる）導電体３を積層さ
せ、施例と同じなので、その動作においては、第１の実
施例とかわるところはない。
図３を参照しながら説明する。本実施例においては、第
１の実施例で用いた酸化スズ（ＳｎＯ2）または酸化イ
ンジウム（ＩＴＯ）からなる遮蔽板の代わりに、石英か
らなる透明な基板７上に薄い酸化スズ（ＳｎＯ2）また
は酸化インジウム（ＩＴＯからなる）導電体３を積層さ
せ、施例と同じなので、その動作においては、第１の実
施例とかわるところはない。
【００１７】なお、上述の第１および第２の実施例で
は、導波路が形成される導電体として、酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ2）または酸化インジウム（ＩＴＯ）を用いたが、可
視光に対して透明な導電材料であれば、どのようなもの
を用いてもよい。
は、導波路が形成される導電体として、酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ2）または酸化インジウム（ＩＴＯ）を用いたが、可
視光に対して透明な導電材料であれば、どのようなもの
を用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
は、発光体と、その発光体に隣接してその発光体の少な
くとも一部を囲み、特定の遮断波長を有する形状の多数
の微細な穿孔導波路を形成した透明な導電性遮蔽板とを
有する第１の構成と、上記遮蔽板を可視光に対して透明
な材料の表面上に形成した第２の構成によるので、遮蔽
板に入射する赤外放射の多くが遮蔽板によって反射さ
れ、発光体へ帰還されることになり、発光体から放出さ
れた赤外放射を発光体の加熱エネルギーとして再利用す
ることができ、所望の可視光量を得るに必要な発光体へ
の電気入力が低減でき、その上発光体と遮蔽板とが分離
しているので、遮蔽板の温度を発光体の温度により低く
することができ、導波路形状の早期変化を防ぎ、長寿命
の高効率放射光源を提供できる。
は、発光体と、その発光体に隣接してその発光体の少な
くとも一部を囲み、特定の遮断波長を有する形状の多数
の微細な穿孔導波路を形成した透明な導電性遮蔽板とを
有する第１の構成と、上記遮蔽板を可視光に対して透明
な材料の表面上に形成した第２の構成によるので、遮蔽
板に入射する赤外放射の多くが遮蔽板によって反射さ
れ、発光体へ帰還されることになり、発光体から放出さ
れた赤外放射を発光体の加熱エネルギーとして再利用す
ることができ、所望の可視光量を得るに必要な発光体へ
の電気入力が低減でき、その上発光体と遮蔽板とが分離
しているので、遮蔽板の温度を発光体の温度により低く
することができ、導波路形状の早期変化を防ぎ、長寿命
の高効率放射光源を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施例の放射光源の斜視図
【図２】図１の放射光源の遮蔽板の部分拡大斜視図
【図３】本発明の第２の実施例の放射光源の遮蔽板の部
分拡大斜視図
分拡大斜視図
【図４】従来の放射光源の部分拡大斜視図
１ 発光体 ２ 遮蔽板 ３ 導電体 ４ 導波路 ５ 入射光 ６ 透過光 ７ 透明基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 明浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電子 工業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 発光体と、その発光体に隣接してその発
光体の少なくとも一部を囲んだ多数の微細な穿孔導波路
を形成した遮蔽板とを有することを特徴とする放射光
源。 - 【請求項２】 遮蔽板が薄い導電性の板または膜である
ことを特徴とする請求項１記載の放射光源。 - 【請求項３】 遮蔽板が、可視光に対して透明な材料の
表面上に形成されていることを特徴とする請求項１また
は２記載の放射光源。 - 【請求項４】 遮蔽板が少なくとも可視光に対して透明
であることを特徴とする請求項１，２または３記載の放
射光源。 - 【請求項５】 導波路形状が特定の遮蔽波長を有するも
のであることを特徴とする請求項１，２，３または４記
載の放射光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4535092A JPH05251059A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | 放射光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4535092A JPH05251059A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | 放射光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251059A true JPH05251059A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12716832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4535092A Pending JPH05251059A (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | 放射光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251059A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052987A1 (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | エネルギ変換装置およびその製造方法 |
| WO2005098906A1 (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | エネルギー変換装置および光源 |
-
1992
- 1992-03-03 JP JP4535092A patent/JPH05251059A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052987A1 (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | エネルギ変換装置およびその製造方法 |
| US7487781B2 (en) | 2003-11-25 | 2009-02-10 | Panasonic Corporation | Energy converter and method of making the same |
| WO2005098906A1 (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | エネルギー変換装置および光源 |
| US7276846B2 (en) | 2004-03-30 | 2007-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Energy converter and light source |
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