JPS58115702A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光源から出た光を、一定方向へ効率良く投光す
る照明装置に関するものである。

劇場の舞台照明等で使用するスポットライトは灯具の使
用目的によ〕光学系の興なる緻種の型式のものが実用化
されているが、現在その中でも最も一般的に普及してい
るのは平凸レンズを使用し九スポットライトである。

第１図及び第２図←）、伽）にその原理を示す。以下図
について説明すると、ｌは白熱電球等の光源で、光ｉ［
１よ多前方に発し九光のうち光軸６０周辺の光はレンズ
２に直接入射する。又光ｉｌｌより後方に発し先光のう
ち、光軸６の周辺の光は光源ｌを中心とした球買反射鏡
８によシ反射し、元の光源位置を通過した後レンズ２に
入射する。レンズ２へ入射し良光紘属折してさらに前方
へ投光されるが、投光の闘き角は、光源ｌとレンズ２の
間隔及びレンズ２の焦点距離によって決まる。

第２図（＆）紘光源１とレンズ２の間隔を縮め友場合を
示し、レンズ２よ〕投光され先光は第１図に比べ鉱がり
でいる。逆Ｋｊｉｌａ伽）は光源１とレンズ２０間隔を
延ばした場合を示し、投光される先の開き角は狭くなっ
ている。

光源とレンズの間隔調整装置は例えば第１図に示すごと
く、ガイドレール６とランプソケットや反射鏡ホルダー
を散村は九摺動台７、引出し俸８、同握シ９からなシ、
引出し欅８を前稜動させることによシ行なえる。

この種のスポットライトは簡単な操作で同一投光距離で
照射径を変え九夛あるいは照射径を変えることで中心光
度を変えられる等、投光のコントロールがで亀ると太う
利点が参るが、光の利用率の藺で一点がある。

すなわち、一般にスポットライトで使用されているＣ−
１８蓋フイラメン）（ＪＩＳ−Ｃ７７１１）を使用した
電球について考えてみると、その配光曲線は第８図のよ
うになる。

この電球を第１図に示し次スポットライトの光学系で使
用した場合、レンズに入射する光はレンズと電球の位置
−係とレンズの直径によって定まる光軸附近の光だけで
あって、それ以外の光はすべて灯体に吸収されてしまう
。現在一般に使用されているスポットライトではレンズ
に入射する光束と電球の総光束の比は８５Ｘ以下である
。

この光の利用率を上ける方法としては、レンズ及び反射
鏡の直径を増大する方法が考えられるが、次に述べるよ
うな理由によって、投光される光の均一度が低下し、し
かもスポットライトが大型化することをまぬがれない。

レンズの直径を大きくすることは第４図に示したように
レンズの平面に対してその入射角の大きな光までレンズ
に照射することＫなる。この入射角の大きな光をレンズ
の周辺部に照射すると周辺部において光は大きく屈折し
、レンズから投光され先光は周辺部の密度が高くなシ、
前方の照射面における照度分布は第４図右側に示したよ
うに、周辺部が明るく、中心部が暗い、いわゆる中薄現
象を生じる。

このようにレンズの直径を上げると光の利用率は向上す
るが照射面での明夛の均一性が損なわれるので、従来の
スポットライトでは光束利用率が８５Ｘ以下で使用され
ているのが真情である。

この光束利用率を向上される手段として以前に２つの反
射面を有する特殊電球が提案され、現在でも一部に祉使
用されている。

これは、第５図に示せるように、１ｍ！球の前面には開
口部を有する円弧反射１４、後面には電球のフィラメン
トを１方の焦点とする楕円反射１５を使用し、電球の前
方に照射された光の内聞口部以外に照射された光は、前
方の円弧反射で光源部を経て後部反射に当て、後部の楕
円反射に当った光は、前方の開口部から、第２の焦点に
向って集光する光として得ようとするものである。

この特殊な光学系を有する特殊電球を使用したスポット
ライトにおいては光束利用率の向上は得られるが、次の
ような問題が発生した。

すなわち、電球の開口部から照射される光には、１つは
、光源から直接開口部に照射された拡散光であシ、他は
後部楕円反射に当って反射された集束光である。

従って、この２種の方向の員なる光を、レンズで集光し
た場合に杜、どちらかを犠牲にしなければならず、ここ
で光束の利用率の低下、おるいは照射面における不均一
性をもたらすものとなり、現在では特殊な小製のスポッ
トライトを除いて使用されていない。

本発明は上述したような事情に鑑みてなされたもので、
新規なスポットライトの光学系を提供するものであシ、
従来の光学系によるスポットライトの光束利用率を大幅
に向上し得るようにしたものである。

斯る目的を達成せんとする本発明の照明装置は、光源と
、その光源の前後に設けた円弧又は楕円弧又はそれらの
組合せを母線とし光軸のまわシに回転して得られる回転
体からなる反射鏡によって構成し、前方の反射鏡は中央
部に開口を有し、光源から前方に出た光束の一部を開口
よシ前方へ照射すると共に、他の光束を後方の反射鏡の
中央部に入射させ、後方の反射鏡は前方の反射鏡によっ
て入射された光を光源位置に集束する中央部と、光源よ
シ抜方に出た光を前方の反射鏡に入射させる周辺部とを
有していることを特徴とするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第５図は本発明に係る照明装置を利用した平凸レンズ）
のスポットライトの一例を示す。

前方の反射鏡１０はその中央部に光線投光用の開口部を
有し、後方の反射鏡１１は中央部１２と周辺部１８から
成シ、前方反射鏡１０の開口部から直接投光する光及び
光軸と直角方向又はその近傍に出射した光取外は前方の
反射鏡１０及υ後方の反射鏡１１に一度表いし数度反射
し、その多くは前方の反射鏡１０の開口部からレンズ２
へ投光する。前方の反射鏡１０及び後方の反射鏡１１の
光学原理を第６図に示す。

前方の反射＃１１０は光中心０を一方の焦点とし、光中
心よシ後方で、光軸よシ若干ずれた点Ｑを他、　　　　
　方の焦点とする楕円弧の第２の焦点Ｑと同じ側で光中
心Ｏより前方の部分を、光軸のまわシに回転せしめて得
た形状で、その光軸付近には光軸投光用の開口部を有す
る。上記楕円弧の内端をＰ□、外端をＰａとし、−一〇
Ｐ、が光軸となす角をα、直−〇Ｐ、が光軸となす角を
βとする直１ｉｉＰｔＱの延長−が光軸と交わる点をＰ
ｌとし、Ｐ、を通り点Ｏ及びＱを焦点とする楕円弧と、
直線ＲＱの延長騙が交わる点をＰ４とし、直＠　ｏ　ｐ
、が光軸となす角をｒとすればｒ；αとなるような２つ
の反射鏡の楕円弧の形状は無限にあるが、例えば、α、
β、ＯＰ、、ＯＰ。

を決めると、光中心０を原点とし、光軸ＳをＸ軸とした
！ｙ座標系上で、上記関係を満足する楕円弧の第２の焦
点Ｑの座標を（ｙ９とすれば楕円の中心点５（Ｘｓ、ｙ
ｓ）は ”ａ””ｑ／２　　、ｙａ＝ｙｑ／２　　となシ、Ｊ＝
（ＯＰ１＋ＱＰｔ）／ｊ！ｔ　ｅｔ＝〆鳳♂＋３５１”
　　＋　Ｊ　４Ｊ”　　ＣＩ”ａｔ＝　（ＯＰＩ　＋　
ＱＰｓ）／２　ｔ　ｃｍ＝　ｅｔ　　　　＋　ｂ＊＝メ
Ｊ阿７’　＝ｔｍ−’　（７（１／ζ） とおけば ｊｌｌｌの楕円は ＝１−・−−−■ 嬉２の楕円は ＝１−・・−一〇 でそれぞれ示される。

点Ｐ２は原点から見てＸ軸となす角がβの直線と第１の
楕円との交点であ夛、該直線は ｙ＝−β・Ｉ−一・・・・・・・−・・・−・・−■で
示されるので、式■、０よシ求まシ、その座標を（Ｘｆ
ｉ　ｙ７＊　）とする。

点Ｐ４は直ｉ！　Ｐｔ　Ｑの延畏纏と第２の楕円の交点
であシ、直線Ｐ冨Ｑ紘 で示されるので、式■、Ｏよシ求ｔ、６、その座標を（
Ｘ４．ｙａ）とする。

しかるに、直線ＯＰ４が原点から見てＩ軸となす角はγ
であるのでｒ＝αとなるために紘点Ｐ４が原点から見て
Ｘ軸となす角ぎの直Ｊｌ　ｙ＝ｔｘｒｒａ　−Ｘ上にあ
れば良い。

すなわち、ｙ４＝−α　Ｘ４を満足するような点Ｑを＃
Ｉ２の焦点として選べば良い事になる。

Ｐ４を通シ、点Ｏを中心とする円弧と、直−Ｐ２Ｏの延
長−が交わる点をＰ、とすれに、後方の反射鏡１１は、
楕円弧Ｐ、　Ｐ、とこれに続く円弧Ｐ、　Ｐ、を光軸の
まわシに同転せしめて得た形状である。

光中心Ｏよル前方へ発し、楕円弧ＰｓＰｔ上の点Ａに入
射した第１の光は反射して焦点ｑを通過し、楕円弧Ｐｓ
Ｐｃ上の点Ｂで再反射し、光中心０を通過して前方ミラ
ーの開口部よ多投光される。

光中心０よシ後方へ発し、円弧ＰＪ％上の点Ｃに入射し
た第２の光は０→Ｃ−＋Ａ→Ｂと８回反射して前方ミラ
ーの開口部よ多投光される。

光中心０よシ稜方へ発し、楕円弧Ｐｊ％上の点Ｂに入射
した第３の光は０→Ｂ→ム→Ｃ−＋Ａ→Ｂと６目反射し
て前方ミラーの開口部よ多投光される。

光中心０よシ前方へ発し、前方反射鏡１０の開口部よ多
投光する第４の光は直接光として投光される。

このような光学系においては、開口部から投光される光
はその配光のｆｉ［全領域を覆っているので光束利用率
が高く、照射角が小さいので開口部の前方に設けるレン
ズの直径が小さくて良く、しかも上に第１−第４の光拡
いずれも光軸上００点よシ発され丸線散光として開口部
よ多投光されるので極めて照射面における光の均一性が
高いスポットライトを提供することができる。

これらの効果は４１に遠距膿照射用スポットライトに適
用した場合着るしい。

これは遠距ＩＩ！ＩＩ射用スポットライトにおいて線焦
点距離の長いレンズを使用するので光源とレンズ間の間
隔を大きく敗らなければならず、この為に電球から発し
た光のうち、光軸近傍の一部の光のみしか利用できなか
つ九が、本発明による光学系を利用すれば光束利用率を
低下させることなく開口部から投光される光はＩＩ！角
の狭いビーム状の光が得られるので従来の長距離照射用
スポットライトに比し、光束利用率の向上は着るしい。

上記本発明に係る光学系の第６図による説明において、
２４点の設定方法として、Ｐ□点と光源の中心Ｏを結ん
だ延長線上にあるものとし、従って、光源の中心から見
た開口角αと、Ｐ、、Ｐ、を見た角γは同一としたが第
７図の如く、γ〈αに選んだ場合には反射面に当った第
１、第２、第３の光の拡シ角紘γ、光源から直接開口部
へ投光される第４の光の拡シはαとなる所から、この光
学系から得られる光のビームは光軸附近が密で、周辺部
が粗となる光の分布が得られ、開口部の前方に平凸レン
ズを置いたとき、中幕現象の少ない均一化された照射面
を得ることができる。しかし、極端にｒを小さくした場
合には実用上、光源部の面積を考慮すれば反射面で幾回
も反射する光線の割合が増加し、反射率に基因する損失
、及び電球のフィラメント近傍を通過する光線の増加に
よる電球への悪影響が生じるので＋α〈γくαの範囲で
適宜選択することによって、開口部にシける光纏り分布
が任意に設計できることは本発明の１つの効果である。

　　　　　　、１； 以上の説明において２個のミラーの形状の母−である楕
円弧は近似的に８弧にて設計させても、はば同様の効果
を挙げることは云うまでもない。

又、第７図、第８図の例では後方反射鏡の中央部１２の
母線たる楕円弧を決めるに当って、直線ＰｒＱの延長線
が光軸と交わる点をＰｌとし九が、第９図に示す如く直
線Ｐ！Ｑの延長線が光軸と交わる点をＰｌとし、Ｐｌを
通る楕円弧と、直１［ＰｔＱの延長−の交点をＰ４とす
るととによ）、後方反射鏡１１〃の母−ＰｍＰ４Ｐｉを
廖威し、腋曲纏を光軸のまわシに一転して得られる形状
であっても同様の効果が得られることは図よシ明らかで
ある。

以上詳細に説明し友如く本発明による照明装置によれば
、成る一定方向への光線の投光光量を増大することがで
き、該照明装置を利用し九平凸レンズ系のスポットライ
トにおいては、その光束利用率を従来のスポットライト
に比べて大巾に改善でき、４１に焦点距離の長いレンズ
を使用する遠距離用スポットライ）において紘多大な効
果を発する０ 又、本発明の照明装置によれば成る一定方向への光−の
投光光量を増大し、且つその中央部の適当な軸回の配光
密度を高めることが出来るため、皺照明装置ｔ−利用し
た平凸レンズ系のスポットライトにおいては、その光束
利用率を従来のスポットライトに比べて大巾に改善でき
るばかシでなく、従来平凸レンズ系のスポットライトの
宿命とされていた中落ち現象をも改讐することができる
。

なお本発明の実施形態として上記説明では平凸レンズを
使用したスポットライトについて衿なったが、この光学
系状効率良く、開き角の狭いビーム光を得る手段として
見ることができるので、例えば開口部の前面に近接して
レンズを置くことによって、平行光線ヤあるいは焦点を
結ぶ集束光−を得る手段として使用できることは勿論で
ある。

本件の発明による照明装置はその形状が単純で、製作も
容易であるため、該照明装置の利用にょシ安価に各種照
明器具の光学性能を向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図線従来の光学系によるスポットライトの一例を示
す概略図、第２図体）、伽）はすの動作総明図、ｊ１８
図紘実用されている光源の配光を示す−、總４図は中落
ｓｍ象の説明図、嬉６崗は従来提案されている複数の反
射鏡の組合せからなる照明装置の動作原理説明図、籐ａ
＠１は本発明による照明装置を利用し良スポットライト
の一例を示す概略図、第Ｔａ１ｌｔｊ第６図に示す照明
装置の動作原理説明図、亀８図及び第９図れ他の実施例
を示す動作原理ｗｉ、明図である。 図中、１０．１０’は前方の反射鏡、１１．１１′は後
方の反射鏡である。 特許出願人　　丸茂電機株式会社 第　９１１２１ ｐ。 手続補正書 昭和５７年２月１７日 特許庁長官　　島　１）春　樹　殿 昭和５６年特許願第２１４２１４号 ２・発明の名称 照明装置 ３、　補正をする者 事件との関係　　　４１許１ｆｊＭ［人氏名（名称）　
丸茂電機株式金社 ４、代理人 昭和　　　年　　　月　　　日 ６、　補正の対象 ７、補正の内容 別紙の迩シ 補　　　正　　　書 １、　　ｉｊｉ細書第４頁車行の「・・・風情・・・」
を「・・・現状・・・」と補正する０ ２、　　ＸＩ第５頁第１行目の「・・・される・・・」
を「・させる・・・」と補正する。 ３、同書！１７頁第４行目Ｃ）ｒＪＩｓＥＪｔ　ｒ第６
１ｍと補正する。 ４、　同省同頁第１４行目のｒｊ１６図」を「第７図」
と補正する〇 五　同書第８頁第２行目の「・・・βとする直！ｉ　Ｐ
ｔＱ・・」ｋ［・・・βとする０直１ＩＲＱ・・ヨと補
正する。 ６、Ｘ＊同同第第８行目「・・・、光軸Ｓを・・・」を
Ｆ・・、光軸５を・・・」と補正する。 ７、同１１ｊｌ！１１頁第１８行目の「第６図」を「第
７図」と補正する。 ８、ＭＩＪ１１２ＪｉＪ１２行１Ｏｒｊ１７ｋＪｔ−ｒ
ｊ１８ａＪと補正する。 ９、願書に添付せる一面中、第１図に符号０）を別紙コ
ピー図面に朱書きせる如く加入補正し、又第７図中の符
号（Ｓ）は別紙コピー図面に朱書きせる如く符号（５）
に補圧する０ 特許出願人　　丸茂電機株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と、その光源の前後に設Ｆｊ友、円弧又紘楕円弧又
   はそれらの組合せを母纏とし光軸のまゎルＫＤ転じて得
   られるＮ転体からなる反射鏡によって構成し、前後の戻
   射鏡が下記の機能を満足することを４１１黴とする履Ｗ
   ｊ４義置 ←）前方の反射鏡社、中央１１ＫＩＩ口を有し、光源か
   ら前方に出光光束の一部を開口よ）前方へ照射すると共
   に、鏡の光束を後方の及射鏡の中央部に入射させる 伽）　後方の反射鏡は、前方の反射ｍＫよって入射され
   た光を光源位置に集束する中央部と、光源よ如後方に出
   た光を前方の反射鏡に入射させる周辺部を有している。