JPS63314703A - 反射装置 - 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】 （発明の背景） 本発明は、反射装置に関し、特に十分な集光力および近
接したターゲットまたは受光領域への焦点集中を提供す
る反射装置に関するものである。

かかる反射装置は米国特許第４．２４１．３８２号から
既知である。この米国特許明細書では白熱電球の形態の
照明器具を提供し、この照明器具は、楕円面鏡および球
面鏡の組み合わせを有し、これら反射器が、フィラメン
ト若しくは他の光源から放出された光を、電球エンベロ
ープと一体の光フアイバ結合器の後部に配置された小さ
な光学窓を経て、光ファイバのライトパイプなどに向け
る。光ファイバの光のトラッピングを容易にするため、
光が光学窓から、光ファイバの臨界角に等しいかまたは
小さい角度で放出されるようにする。

また、楕円面鏡上に多層の干渉フィルムを設けることも
上記米国特許明細書から既知である。この楕円面鏡は、
可視光を効率良く反射し、熱あるいは赤外線を効率良く
伝達して、ファイバ端縁にこれらを集中させる代わりに
、殆どの熱を周囲に逃がす。

かかる照明器具は、理想的でない光学成分により被るあ
る限られた範囲の損失内で、フィラメントにより発生さ
れた光を、装着された光ファイバのライトパイプの端縁
に効果的に向けるが、光を光ファイバのケーブルその他
に向ける場合のように、光の捕集効率が大きいこと、お
よび限られた範囲のターゲットに焦点を合わせることが
常に要求されている。

はとんどの光学装置において、エネルギー人力の１ワツ
ト当たりのルーメンスにおいて最高の光出力を得て、絶
対的な壷の光強度を達成することが望まれている。通常
の場合、放出光を効率良く捕集することについては殆ど
努力が払われていない。その代わりに、集光器の非能率
さのために要求される以上に強力な光源を利用している
。しかし、これらには多数の用途があるが、光をアクリ
ル酸（プラスティック）の光フアイバケーブルに向けよ
うとする場合には所望ではないか、または受は入れられ
ない。この理由は、過度に明るい光源により発生された
過剰な熱から損失を被るためである。

比較的に効率の良い光源でも５０％の効率しかない。す
なわち光学領域の電力エネルギーを発生するごとに、他
の非光学的なエネルギーもまた同時に発生する。アーク
放電灯およびハロゲン化金属ランプは光学的な効率の高
い部類にあるのに対し、白熱電球は最低の効率の部類に
はいる。したがって、その明るさを増すためのランプの
電力の幾分かの増加は、熱問題を生じさせる赤外線エネ
ルギーを比例的に増加させる。

上述した米国特許第４．２４１．３８２号に示されるよ
うなものを有する多くの照明器具の住難点は、これらが
細長の構造を要求する点であり、多くの場合に、この細
長な構造自体は容易に受容できる程度のパッケージ形状
にすることができない。

（発明の開示） 本発明の主目的は、効率の良い捕集と限られた大きさの
ターゲットへの光の集光とを得る反射装置を提供するこ
とを目的とする。

本発明の他の目的は、焦点の最適化および熱除去の双方
を可能とする反射装置を提供せんとするにある。

さらに本発明の他の目的は、全長が比較的短いが、極め
て容易に小型にパッケージすることができる反射装置を
提供せんとするにある。

これら本発明の目的を達成するため、楕円形状および半
球形状の両方を組み合わせて光を捕集し光を特定のター
ゲットに集中させるハイブリッド反射装置を提供する。

反射器の端内部分が楕円の長軸に垂直な、第１焦点を通
過する交差平面から始まり、長軸の方向に短軸に向けて
延在する。半球部分は所望により、端内部分と同一の位
置から始まるが、端内部分とは反対方向に延在する。第
１焦点から遠く離れた端内部分の端縁で、長軸に垂直に
延在するミラーにより覆われた比較的大きな開口であり
、第１焦点の領域に配置された光源から放射された光を
再び半球部分の最後端の小さな開口に向け直す。好まし
くは、かかるミラーを、特定の帯域のエネルギー、即ち
初期に発生された赤外線の大部分がミラーを通過するが
、ミラーに入射した放射線の有害でない光学部分のみを
ほとんど反射するような適切な多層コーティングを有す
るダイクロイック　（コールド）ミラーとする。

ミラーは、長軸から測定して約４５度で光源から出射す
る光線が反射器の端内部分と衝合する点はど光源に近づ
かない位置に配置する必要がある。

これにより、端内部分に当射する最大量の光線が古典的
な楕円通路をならい、ミラーにより反射器の半球部分の
開口を経て反射開口から十分に外側に適宜配置された光
の最終焦点へ反射して、反射器の内側の雰囲気温度が高
くなる危険性に無関係となるようにし、光学操作を省略
することができる。所望により、光を開口を経て最終焦
点へ向け直すため、ミラーの軸が開口（反射器）軸に垂
直である別のミラーを反射器の開口に対し約４５度配向
する。このミラーはコールドミラーとし得、ターゲット
に向けて反射される前に、任意の非光学的なエネルギー
を光線から除去する手助けをする。

良好な結果を得るため、開口端縁、即ち端内部分および
半球部分が衝合する場所、大きな開口端縁、およびター
ゲットの端縁を、２次元の縦断面から見た場合にほぼ直
線上にその範囲が収まるように構成する。また、反射器
がガラスから形成される場合に、装置から熱を除去する
ため、ガラスに対する適切な反射コーティングをグイク
ロイック薄膜フィルムとする。

（実施例） 図面に基づき本発明の詳細な説明する。第１図にはこの
発明の反射装置１の好適な形態が示されている。この反
射装置１は、反射器内に取り付けられた光源りから放出
された光線を捕集し、この光線を、反射器の外の、比較
的密接に置かれたターゲットまたは受光領域Ａに集光す
る反射器２を有する。反射器２を、図面に線図的に示す
ように、箱またはハウジング６内に取り付けるための取
り付はブラケット４，５を適宜に設ける。

反射器２はハイブリッド反射器であり、この反射器は以
下に記載するように楕円形状および半球形状の両方を組
み合わせたものであり、（絶縁体の）強化アルミニウム
または上塗りされた銀のような反射コーティングで被覆
されたアルミニウム、ガラスまたはニッケルのような任
意の適切な材料から構成される。反射器がガラスから構
成される場合には、ガラスに対する反射コーティングは
、この照明装置から熱を除去するため、ダイクロイック
な薄膜フィルムとする。

反射器２は端内部分７を有し、この端内部分７には、光
を小さな開口またはターゲットに向けるのに理想的であ
るという楕円形状固有の幾何学的な特性を有する利点が
ある。すなわち、楕円の焦点のうちの一つに置かれた任
意の点光源は、他の焦点に常に集束する光線を放出する
。しかし、真の点光源放出器はな（、このため真の楕円
または楕円形の反射器内の点光源からはずれて、焦点ず
れを起こす。

本発明の一面によれば、（第４図に線図的に示すように
）長軸Ｘ上の第１焦点Ｐを有する反射器２より後側の半
球形状部分１０を形成して、第１焦点Ｐにほぼ一致する
軸線を有する半球形状を提供する場合には、焦点ずれの
大部分が減ぜられるということが分かる。反射器２の半
球形状部分１０の目的は、これがなければ従来の楕円反
射器の後部に当射してしまうような、第１焦点Ｐの領域
に置かれた光源りから放出された光線Ｒ１を受は取って
、焦点ずれをなくし、受は取った光線Ｒ１を再び光源を
経て向け直して、これら反射光線Ｒ３が第１焦点より前
側の横内部分７に結果として当たるようにする。

この技術により、半球形状部分１０に当射し、第１焦点
にほぼ配置されたランプＬからほぼ９０度の半分の角度
で放出されたアーク（弧）が、ランプを通過するように
反射されて、結果的にランプから遠ざかる光線Ｒ，，Ｒ
２のほぼ全部が第１焦点Ｐより前側の横内部分７に当射
する。

実際の試験では、第１焦点の後側より第１焦点の前側の
ほうが、楕円反射器の部分が点光源からの偏差を許容す
ることが分かっている。したがって、半球形状部分１０
を従来の楕円反射器の横内部分の代わりに第１焦点の後
部に配置して、光線を第１焦点の前側の横内部分７に再
び向ける結果として、第２焦点Ｆでの光の損失をその真
楕円の片方より小さくする。

本発明の別の面においては、反射装置１は、光を比較的
接近したターゲットまたは受光領域Ａの、例えば約３．
８１センチメートル（１，５インチ）の直径を有する光
フアイバケーブルの端縁１２のような最終の焦点Ｆに伝
える。出来る限りケーブル直径に近付けるため最終焦点
Ｆを適応させることが必要になるばかりでな（、特に光
ファイバを使用するため、６０度の角度の円錐のような
、限定された受容角度内の角度で光ファイバ端に光を集
中する必要がある。

また本発明によれば、最終の焦点Ｆは反射器２の外側に
所望により配置され、半球部分１０を所定の寸法に形成
して、半球部分１０の最後端の小開口または口１６の端
縁１５が閉鎖されないようにする。

十分な量の放射線が横内部分７により反射され、ランプ
Ｌから放出された初期光線Ｒ８を、第１図に線図的に示
すような反射光線Ｒ３として横内部分にはねかえす。

本発明の反射装置１の他の重要な一面は、光が、反射器
の半球形状部分１０の最後端の小開口または口１６を通
過して反射されるようにしていることである。従来の楕
円反射器のほとんどにおいて、第１焦点の光源から放出
された光線は、反射器内で第２焦点に集束される。これ
の主な難点は、照明装置全体を、細長の構造とする必要
がある点であり、この細長構造は、多くの場合に許容し
得るパッケージ形状を提供しない。

本発明によれば、反射装置ｌはその長さを短くし、ミラ
ー２０を大きな開口２１に配置することにより小型にす
ることができる。反射器の横内部分７を、横内部分７に
入射する光線Ｒ２、Ｒ３を半球形状部分１０の最後部の
小開口または口１６を通過して再び向け直すため、第１
焦点Ｐの前側で終端させている。所望により、ミラー２
０を従来の銀被覆されたミラーとし得、このミラーは全
ての光線を反射器の口１６を経て再び向け直す。好まし
くは、ミラー２０を既知のグイクロイックミラーとする
。

このミラーは、ジェネラル・エレクトリック・カンパニ
ーのクォーツラインリフレクタ−ランプに使用されるも
のと同一であり、特定の帯域のエネルギーをミラーを経
て通過させ、他の帯域のエネルギーを反射させる、適切
に被覆された多層コーティングを有する。適切なミラー
への堆積材料を使用することにより、最初に放出された
赤外線Ｒ９の８５乃至９０％を適宜に除去して、ミラー
に入射する放射線の光学的波長Ｒ５のみを反射器の口を
通じて向け直す。

ミラー２０の実際の位置は、光源りから放射される光線
の最大量が古典的な楕円通路をならい、かつ反射器の開
口１６を通じて向け直されるのを確実するために、重要
である。この結果、光源りに第１焦点Ｐの点光源から放
出された４５度光線が、第２及び４図に線図的に示すよ
うな反射器の横内部分７の内部表面に当たる点２２はど
光源に近接しないように、ミラー２０を配置する。同時
にミラー２０を光源りから離れる方向に移動しないよう
にするか、最終の焦点Ｆを反射器の開口１６に再び移動
する。ミラー２０を光源から離れる方向に移動させると
、最終焦点Ｆは反射器の開口１６へ向う移動量の２倍だ
け移動する。

上述のことに関して、好ましくは最終焦点Ｆを反射器の
開口１６の外側へ十分に離して配置して、反射器２内の
周囲温度が高くなる危険性から無関係になるようにし、
光学的操作を省略できるようにする。例えば、光線を反
射開口を通過して光フアイバケーブルＣの端縁１２に向
け直すため、別のミラー２３を、反射開口の垂線に対し
約４５度の角度で配向された反射器の開口に隣接させて
取り付け、この開口の軸は第１図に線図的に示すような
（反射）開口軸に垂直である。所望により、ミラー２３
を、光源から放出された追加の赤外線Ｒ６を除去するた
め、前述したミラー２０と同様のグイクロイックミラー
とする。ミラー２０に結合されたミラー２３は光源から
放出された非光学的なエネルギー線Ｒ４、Ｒｓの殆ど総
てを除去する。

かかる除去が必要でない場合には、ミラー２３を省略し
得、光ケーブルＣの端部１２または他の受光領域Ａを反
射器２の開口１６の外部の最終焦点Ｆ′に第５図に示す
反射器と同軸上に整列させて配置するのがよい。その他
は、第５図に示す反射装置の詳細な構造および動作は第
１図に示す実施例と同一にする。したがって、同一の部
分には同一符号を使用する。

第４図に示すように、反射器２の横内部分７は、長軸Ｘ
に垂直な第１焦点Ｐを通る平面の中間から開始し、長軸
方向のそこから前側に短軸Ｙへ向けて延在する。反射器
の半球部分ｌＯは横内部分７と同一の平面より始まる。

また、半球部分１０は横内部分７の第１焦点Ｐとほぼ一
致する中心軸を有する。しかし、半球部分１０は横内部
分７から反対方向の後側に延在する。

好ましくは、各々の楕円および半球部分７，１０は、第
１焦点Ｐから計って約４５度の角度にわたって（反対方
向に）延在する。さらに、６０度の一定角の円錐内で最
終焦点Ｆの受光入射角を維持するため、反射器の横内部
分の離心率は約０．８と１．０の間の範囲に収まる必要
があるということが分かっている。最良の結果にするた
めに、反射器が第１および５図に示すような２次元の縦
断面から見た場合に、開口端縁１５、楕円および半球部
分７，１０が衝合する点２４、大きな開口端縁２２およ
びターゲットＡの端縁２５の総てが、第１および５図の
仮想線に示すように、所望により直線２６の範囲にほぼ
収まるようにする。

この発明により設計された反射器の好適な形態は、反射
器２の横内部分７が約２７．６４センチメートル（１０
，８８インチ）の半長軸Ｘと、約１５．４６センチメー
ドルの半長軸Ｙと、約２．１１センチメートルの離心率
を有する。゛また楕円の焦点および半球の中心は上述し
たように第１焦点Ｐで交わり、楕円および半球部分７．
１０は第１焦点から計って約４５度の弧の距離にわたり
延在する。上述したことから明らかなように、本発明の
反射器は、光エネルギー損失を最小にし、光源からの赤
外線エネルギーを最大限に除去しながら、良好な捕集効
率と、比較的接近したターゲットあるいは受光領域への
光線の集中とを提供する。かかる反射装置は主として光
ファイバに適用しようとするものであるが、かかる反射
装置が他の照明への適用のために利用できることも明ら
かである。かかる反射装置で概算すると、約３５％の光
学効率および約９９％の非光学効率を得ることができる
。

本発明は、特定の好適例に関して記載し図示したが当業
者がこの明細書を読み理解すれば、この発明と等価な変
形および変更を行うことができる。

本発明はかかる等価な変形および変更をも含むものであ
り、クレームの範囲にのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反射装置の好適な形態を示す縦断面図
、 第２図は反射器を縮小して示す縦断面図、第３図は左端
部から見た第２図の反射器の底面図、 第４図は反射器を幾何学的に示す拡大説明図、第５図は
第１図と同様の縦断面図であるが、反射装置の変形例を
示す縦断面図である。 ■・・・反射装置　　　　　２・・・反射器４．５・・
・取付はブラケット ６・・・箱またはハウジング ７・・・楕円部分　　　　　１０・・・半球形状部分１
６・・・小開口または口　　２０・・・ミラー２１・・
・大きな開口 Ａ・・・ターゲットまたは受光領域 Ｆ・・・第２焦点　　　　　し・・・光源Ｐ・・・第１
焦点　　　　　Ｒ１−Ｒ６・・・光線Ｘ・・・長軸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、楕円部分および半球部分を有する反射器を具え、前
   記楕円部分は前記反射器内に楕円焦点を有し、前記楕円
   部分は前記焦点の後側に延在し、光源を前記焦点に配置
   し、前記楕円部分および半球部分を前記楕円部分の長軸
   に垂直な、前記焦点を通る交差平面で共に結合し、前記
   楕円部分は前記長軸と一致する軸を有する開口で終端し
   、前記開口は光源から放射する光線を前記反射器を経て
   向け直すため、前記長軸に垂直に延在するミラーにより
   覆われ、前記半球部分は、光線を前記ミラーにより前記
   反射器の外部に配置された固定焦点に向け直す、第２開
   口で終端させることを特徴とする反射装置。 ２、前記半球部分の半球中心が焦点と交わるようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の反射装置。 ３、前記第２開口の外側の最終焦点に非常に近い位置に
   配置されたターゲットを具えることを特徴とする請求項
   １記載の反射装置。 ４、前記楕円部分が前記焦点から計って少なくとも約４
   ５度の距離にわたって延在することを特徴とする請求項
   １記載の反射装置。 ５、前記半球部分が前記焦点から計って少なくとも約４
   ５度の距離にわたって延在することを特徴とする請求項
   １記載の反射装置。 ６、前記楕円部分および半球部分が反対方向に、前記焦
   点から計って約４５度の距離にわたって延在することを
   特徴とする請求項１記載の反射装置。 ７、反射器を縦断面から見た場合に、前記楕円部分およ
   び半球部分の前記開口のそれぞれ端縁と、前記楕円部分
   および半球部分が共に結合する点とが、直線の範囲にほ
   ぼ収まるようにしたことを特徴とする請求項１記載の反
   射装置。 ８、前記第２開口の外部に配置されたターゲットを具え
   、前記ターゲットが、前記反射器を縦断面から見た場合
   に、前記直線の範囲にほぼ収まる端縁を有するようにし
   たことを特徴とする請求項７記載の反射装置。 ９、前記ミラーは、前記光源により発生された可視光の
   ほぼ総てを反射し、前記光源により発生された赤外線の
   大部分が前記ミラーを通過することを許容するコーティ
   ング手段を有することを特徴とする請求項１記載の反射
   装置。 １０、光線を第２開口を通過させて前記ターゲットに向
   け直すため、前記第２開口に関する角度で配置される他
   のミラーを具え、前記ターゲットは前記第２開口の軸に
   関する角度で延在する軸を有することを特徴とする請求
   項１記載の反射装置。 １１、前記他のミラーは、光線を前記第２開口を通過し
   て前記ターゲットに向けるため、前記開口の垂直線に対
   し約４５度の角度で配向され、この他のミラーの軸は前
   記第２開口の軸に垂直であることを特徴とする請求項１
   ０記載の反射装置。 １２、前記他のミラーは、そこに当射する可視光のほぼ
   総てを反射し、そこに当射する赤外線の大部分が前記他
   のミラーを通過し得るようにするコーティング手段を有
   することを特徴とする請求項１０記載の反射装置。