JPH0773001B2 - 投光光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、100W以下のようなメタルハライドランプや高
圧ナトリウムランプなどの小形高圧金属蒸気放電灯を光
源として使用した車両用前照灯等に有効な投光光源装置
に関する。

〔従来の技術〕

例えば車両の前照灯は、従来から光源として白熱電球が
使用されているが、白熱電球は発光効率が低く、しかも
寿命が短いなどの欠点があり、ランプの交換を頻繁にし
なければならないなどの不具合がある。

これに対し、発光効率が高く、かつ寿命も長い光源とし
て放電灯が知られている。たとえば、バスや電車の車内
灯としては低圧放電灯であるけい光ランプが使用されて
いる。しかしながら、けい光ランプを前照灯光源に利用
しようとしても大き過ぎて適用不可能である。

このようなことから、けい光ランプよりも発光効率がさ
らに高く、しかも小形化が容易な高圧金属蒸気放電灯、
たとえばメタルハライドランプや高圧ナトリウムランプ
を前照灯の光源として用いる研究が進められている。

このような高圧金属蒸気放電灯を前照灯光源として使用
する場合、その電源は車両が搭載しているバッテリー、
すなわち直流の12V（ボルト）または24Vを使用すること
になり、このため高圧金属蒸気放電灯は100W（ワット）
以下の小形に構成され、しかも点灯方式としては直流ま
たは高周波点灯のいずれかを採用する必要がある。しか
しながら、高圧金属蒸気放電灯を高周波点灯すると、特
にメタルハライドランプの場合はその封入金属の影響に
より、不安定な波長域が広く、音響的共鳴現象（アコー
スティックスレゾナンス）によって安定した点灯が得ら
れず、立ち消えすることがあり、したがって高圧金属蒸
気放電灯は直流点灯方式、すなわち極性の変化のない電
源で点灯させなければならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、金属蒸気放電灯を直流点灯すると、カタ
フォリシス現象により色分離を生じ易い。特に発光管内
にナトリウムを封入してある場合は、ナトリウムが軽い
ので最冷部となる陰極側に引かれ、発光管内の蒸気圧分
布が不均等になり、色分離を生じ易い。

このような色分離は、反射鏡から照射されるビーム光の
配光においても中央部と周囲部分で色違いを生じるとい
う不具合がある。

また、最近ではカーデザインの関係から前照灯は薄形化
される傾向が強く、このため光源としての金属蒸気放電
灯は前述した小形化とともに、陽極と陰極がいわゆる水
平点灯姿勢となるように反射鏡体内に設置されるように
検討されている。金属蒸気放電灯を水平点灯させると、
上記カタフォリシス現象が一層発生し易く、よってビー
ム光の配光に色分離が益々顕著に現われる。

ところで、一般に波長の長い光（赤系）は波長の短い光
（青系）よりも直進性に優れている。したがって配光の
周囲部分で赤系の光が強くなると、直進性に優れた光が
拡散してしまい、遠方照射が不十分となり、かつ直進性
に優れる赤系の光が配光の周囲になるため対向車にまぶ
しさを与え、好ましくない。

したがって本発明は、色分離が生じてもその色分離を積
極的に利用して適正な配光上の色分布を得ることがで
き、遠方照射が可能となる投光光源装置を提供しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、発光管内に陽極および陰極が封装されるとと
もに、発光金属として少なくともナトリウムが封入さ
れ、極性の変化のない電源により点灯される小形高圧金
属蒸気放電灯と、この放電灯が水平点灯される姿勢で収
容され、この放電灯から放射された光が前方に向けて照
射される反射鏡体と、を具備し、 上記小形高圧金属蒸気放電灯は、発光管の発光中心と陰
極先端の間に上記反射鏡体の焦点が位置されるととも
に、上記発光管の電極間距離を1₁、上記反射鏡体の焦点
と上記陰極先端との距離を1₀とした場合、 ０≦1₀／1₁≦0.4 の関係を満足するように設置したことを特徴とする。

〔作用〕

このような構成によると、反射鏡体の焦点が陰極に近い
ため、カタフォリシス現象によって陰極付近でナトリウ
ムが発光されるようになっても、これが焦点に近い箇所
となるから反射鏡体で反射されたビーム光となった場合
には配光の中心部に向かい、赤っぽい光色が配光の中心
部分となり、よって遠方照射が可能になる。

〔発明の実施例〕

以下本発明について、第１図ないし第４図に示す車両の
前照灯に適用した一実施例にもとづき説明する。

第１図は、直流電流にて点灯される35Wのメタルハライ
ドランプの概略的構成を示す図であり、１は外管であ
る。外管１は一端に封止部1aを備えている。

外管１内には、発光管２が収容されている。発光管２
は、石英ガラスにより球、または回転楕円形あるいはそ
れに近い形状に成形されたバルブ内に陽極3aおよび陰極
3bを対設し、これら陽極3aおよび陰極3bは、発光管２の
封止部に気密に封着されたモリブデン箔4a,4bを介して
リード線5a,5bに接続されている。これらリード線5a,5b
は外管１の封止部1aを気密に貫通されている。

発光管２内には、始動用希ガス、水銀および金属ハロゲ
ン化物としてよう化スカンジウムとよう化ナトリウムが
封入されている。

このような構成の小形メタルハライドランプは、第２図
に示す反射鏡体６内に収容されている。反射鏡体６は高
輝アルミなどからなり、回転放物面6aおよびこれに連続
する平坦面6b、6bからなる反射面を有している。

上記メタルハライドランプは、図示しない器具を介し
て、反射鏡体６の回転放物面6aの頂部に取付けられてい
る。この場合、発光管２内の陽極3aおよび陰極3bが、反
射鏡体６の焦点Ｆを通る光軸Ｏ−Ｏ上に位置されてお
り、これら陽極3aおよび陰極3bは水平に対向している。
すなわちメタルハライドランプは水平点灯されるもので
ある。

なお、本実施例では、陽極3aが反射鏡体６の開口側に位
置されている。

発光中心、すなわち電極間に生じるアークの長手方向の
中心をL0とすると、発光管２にあっては、発光中心L0
は、当然陽極3aと陰極3bの間、つまり第１図に示す電極
間距離1₁の中間点1₁/2の位置となる。上記メタルハライ
ドランプは、第２図に示すように、発光中心L0と陰極3b
先端の間に上記反射鏡体６の焦点Ｆが位置されるように
取付けられている。しかもこの場合、反射鏡体６の焦点
Ｆと上記陰極先端との距離を1₀とした場合、 ０≦1₀／1₁≦0.4 （１） の関係を満足するように設置されている。

このような構成による実施例の作用について説明する。

メタルハライドランプを、車両のバッテリーを電源とし
て点灯させると、陽極4aおよび陰極4b間の直流放電によ
って、水銀およびよう化スカンジウムとよう化ナトリウ
ムの蒸気が励起されて発光する。

このような発光管２の発光は反射鏡体６の反射面で反射
され、この反射鏡体６の前面開口部からビーム光となっ
て前方に照射される。

ところで、一般に回転放物面からなる反射面では、第３
図に示すように、焦点Ｆからでた光は実線矢印Ａで示す
ように、平行光線となって反射され、また焦点距離より
も短い位置から出た光は破線矢印Ｂで示すように、広が
って反射される。そして、焦点距離よりも長い位置から
出た光は二点鎖線矢印Ｃで示すように、絞られて反射さ
れるが、この光線は遠くに至ると光軸０−０上で交わる
場合があり、この場合は上記破線矢印Ｂで示す反射光よ
りも広がる。したがって、これら３種の反射光の配光
は、第４図に示すようになる。つまり第４図では、第３
図の光線と同一の線で配光を示し、実線矢印Ａで示す平
行光線が中央部、破線矢印Ｂで示すように広がる反射光
がその周囲、さらに二点鎖線矢印Ｃで示す反射光が最外
周部となる。

しかして、上記実施例の構成の場合、メタルハライドラ
ンプが直流でしかも水平点灯されるためカタフォリシス
現象が発生し、これにより色分離が発生する。この色分
離は、ナトリウムが陰極3b側に引き寄せられ、したがっ
て陰極3b付近は赤っぽく光る。また、このような傾向は
スカンジウムの発光にも見られる。

そしてメタルハライドランプは、第２図に示すように、
発光中心L0と陰極3b先端の間に上記反射鏡体６の焦点Ｆ
が位置するように取付けられているから、上記赤っぽい
光が焦点Ｆおよび焦点Ｆよりも短い位置から発せられる
ことになる。

このため反射鏡体６で反射されたビーム光は、その配光
が中心部で赤っぽく、周囲で青っぽくなる。

そして、先に述べたように、波長の長い光（赤系）は波
長の短い光（青系）よりも直進性に優れているので、配
光パターン上、中央部に赤系の光が強いと遠方に届き易
くなり、よって遠方照射に有効となる。また周囲に青系
の光が配されることから対向車にまぶしさを与えなくな
り、車両用前照灯として好ましい配光になる。そして、
中央部で赤系の光が強くなると演色性が良くなるという
利点もある。

前記（１）式は、本考案者らの実験により得られた結果
である。

この実験結果について説明すると、35Wメタルハライド
ランプでは、電極間距離1₁が5mmに形成されており、こ
のようなランプを焦点距離26mmの反射鏡体６内に収容し
た。このようなランプを観察したところ、赤く光ってい
る部分、つまり、ナトリウムが強く光っている部分は、
陰極3b先端から2mmまでの部分であった。すなわち陰極3
b先端から2mmまでの部分に反射鏡体６の焦点Ｆを位置さ
せた場合に前記したような作用を奏することが判った。

ナトリウムが強く発光する範囲は、発光管の大きさ、特
に電極間距離に左右され、大きな発光管程範囲が広くな
る傾向が見られる。したがって、陰極3b先端から2mmま
での範囲を、電極間距離1₁と、陰極3b先端から焦点Ｆま
での距離1₀で表わすと、 ０≦1₀／1₁≦0.4 （１） の関係を満足すればよいことがわかる。

上記（１）式を外れた範囲、すなわち0.4＜1₀／1₁の場
合は、第３図の破線矢印Ｂで示すように、ナトリウムの
発光は焦点距離よりも短い位置から出るようになるから
反射面で反射された反射光は、前方で広がるようにな
る。このため、赤系の光が遠方に届き難くなり、遠方照
射に不向きとなる。

他の大きさの発光管や焦点距離のものについても実験し
たところ、やはり上記（１）式を満足している場合、良
好な配光パターンが得られ、（１）式の正当性を確認す
ることが出来た。

従来、交流点灯式の放電灯と反射鏡体とを組み合わせて
用いた投光光源装置は見られたが、直流点灯式の放電灯
と反射鏡体とを組み合わせた投光光源装置は見当たら
ず、よって直流点灯の場合に特有して発生するカタフォ
リシス現象を逆手にとって上記（１）式を想定するよう
なことは有り得なかった。

なお、上記実施例の場合、陽極3aを反射鏡体６の開口側
に位置させて設置した場合について説明したが、本考案
はこれに限らず、第５図に他の実施例として示すよう
に、陰極3bを反射鏡体６の開口側に位置させて水平点灯
した場合であっても、前記実施例と同様の条件を満足す
れば同様の効果がある。

また、発光管の中心軸を、反射鏡体６の光軸Ｏ−Ｏと交
差する左右方向にして水平点灯する場合であっても、前
記条件を満足すれば同様の効果がある。

なお、上記実施例では光源とてメタルハライドランプを
用いた場合について説明したが、本発明は高圧ナトリウ
ムランプであってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によると、ナトリウムを封入
した放電灯を反射鏡体内で、水平でかつ直流点灯するこ
とによりカタフォリシス現象が生じても陰極付近で発生
するナトリウムの発光は焦点に近い位置となり、したが
ってビーム光となった場合は赤っぽい光色が配光の中心
部分となり、遠方照射が可能となる。このため、カタフ
ォリシス現象により発生する色分離を積極的に利用して
適正な配光色分布を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明を車両の前照灯に適用した
一実施例を示し、第１図はメタルハライドランプの構成
を示す断面図、第２図はランプを反射鏡体に取付けた場
合の図、第３図は反射鏡体の反射特性を説明する図、第
４図はその配光パターンを示す図、第５図は本発明の他
の実施例を示し、ランプを反射鏡体に他の姿勢で取付け
た場合の図である。 １…外管、２…発光管、3a…陽極、3b…陰極、６…反射
鏡体、L0…発光中心、Ｆ…焦点位置、1₀…電極間距離、
1₀…陰極先端と焦点位置との距離。

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 博基 神奈川県横須賀市船越町１丁目201番地１ 株式会社東芝横須賀工場内 (56)参考文献 実開 昭60−3504（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−122359（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光管内に陽極および陰極が封装されると
   ともに、発光金属として少なくともナトリウムが封入さ
   れ、極性の変化のない電源により点灯される小形高圧金
   属蒸気放電灯と、 この放電灯が水平点灯される姿勢で収容され、この放電
   灯から放射された光が前方に向けて照射される反射鏡体
   と、 を具備し、 上記小形高圧金属蒸気放電灯は、発光管の発光中心と陰
   極先端の間に上記反射鏡体の焦点が位置されるととも
   に、上記発光管の電極間距離を1₁、上記反射鏡体の焦点
   位置と上記陰極先端との距離を1₀とした場合、 ０≦1₀／1₁≦0.4 の関係を満足するように設置したことを特徴とする投光
   光源装置。