WO1985001116A1 - Lighting apparatus - Google Patents

Description

明 柳 発明の名称 照明装置 技 術 分 野

本発 は、 光源と光源からの光を反射させる反射装 置とから主として構成される照明装置に関する。 技

従来の照明装置において光源の背後に設 られる反 射装置は、 光を到達させる方向に適当に向けた適当形 状の反射鏡、 または特定の幾何学的形扰を与えた反射 鏡であ る。 前者の反射鏡は、. 光源から後方へ向か う 光 を前方へ向けて光の有効利用をはかる こ とのみに主眼 がおかれ、 反射する光を幾何学的に制御する ものでは ない。 一方、 後者の反射鏡は、 典型的には、 放物線回 転面 ミ ラ一、 楕円回転面 ミ ラ ーであるが、 放物線回転 面はその焦点に置かれた光源からの光を反射させて平 行光線に変えるのみであ り 、 また楕円回転面 ミ ラーは、 その一つの焦点に置か'れた光源からの光を反射させて 他方の焦点で集光させて放射するのみである。

この よ う に、 従来の反射装置は、 特定の幾何学形状 によ って光を意図的に制御する形式の ものであっても、 平行光線や単なる発散光線と し て光を反射させる にす ぎず、 光を 自 由に制御する こ とができ る も のではなか

OMPI つた。

—方、 後述の よ う に、 光源が点光源の場合には、 光 源から反射装置の反射面への方向によ って、 光源を中 心とする 同じ平面角についての立体角が大き く 異なる こ とがよ く 知られているが、 従来の照明装置の反射鏡 の設計は、 この公知の原理の梓內で行なわれている。

本発明は、 上述の点に鑑みてなされたもので、 その 目的は、 光を方向お.よび光束の密度を自 由に制御する よ う な反射鏡の設計が可能で、 しかもその設計にあた り 前述の立体角の原理を考慮した上で さらに任意の 照射面の照度分布を光源の配光特性との関連で制御す る ことができる照明装置を得る ことにある。： 発明 の 開示

本発明によれば、 光離に直交する方向にみた場合に、 反射装置の或る個所で反射する光線が他の無数の個所 で反射する光線と無数の異なる点で交差する よ う な形 状に反射装置を構成し、 しかも、 反射装置は、 それに よ って与えられる光に予め定められた光束分布を与え る よ う な形状とする。 図面の箇単な説明

第 1 図は本発明の照明装置の第 1 の例を示す原理図、 第 2 図は平面角 と立体角の関係の説明図、 第 3 図は本 _発明の照明装置の第 2:の例を示す原理図、 第 4 図は従 来の照明装置の一例の原理図、 第 5 図は第 4 図の照明 装置の欠点を説明する図、 第 6 図は従来の道路照明灯 を示す図、 第 ァ図は第 3 図の原理を用いた道路照明灯 を示す図、 第 8 図は本発明の第 3 の例を示す原理図、 第 9 図はカ メ ラ に よ る接写の問題点を説明する図、 第 1 0 図は第 8 図の原理を甩いた接零照明装置の断面図、 第 1 1 図は第 1 ,0 図の変形例の断面図、 第 1 2 図は本 発明の照明装置の第 4 の例を示す原理図、 第 1 3 図は 第 1 2 図の部分拡大図、 第 1 4 図および第 1 5 図は第 4 の例の利点を説明するための対照図、 第 1 6 図およ び第 1 図は寨 4の例の原理を用いた天井設置照明装 置の異なる 2.つの例を示す縦断面図、 第 1 8 図は光の 交差の他の冽を示す説明図である。- 発明を実施するための最良の形態

次に、 図面を参照して本発明の実施例を説明する。 第 1 図に示す本発明の第 1 の原理に よ る照明装置は、 光源 Lおよび光源からの光を反射させる反射装置 Rを 有してお り 、 反射装置 Rで反射された.光は被照射面 2 に達する。- 図示の例では、 光源 Lおよび反射装置 IIを 含む光学系は光軸 0 - 0 を有してお り 、 反射装置 は 光軸に関して対称的な形状をな している。

反射装置 Rは、 光源 Lから反射装置の反射面の或る 個所に達してそこ で反射する光線が、 反射面の他の無 数の個所で反射する光線と無数の異なる点で交差する

OMPI よ う な形状に形成されている。 また、 反射装置 Rは、 それによ つて反射される光に予め定められた光束分布 を与える よ う な形状を有している。

さら に述べるならば、 反射装置 Rは、 光源 Lから反 射面の光勒 0 - 0 に最も近い個所に達する光線 3 を被 照射面 2 の光輸 0 - 0 から最も遠い部分 向かつて反 射させ、 また光源 L よ り 反射面の光軸 0 - 0から最も 遠い個所に達する光線 4 を被照射面 2 の光軸 ◦ - ◦ か ら最も近い部分 （ 場合によ っては光軸◦ ― 0 に関して 反対の側） に向か って反射させる よ う な形扰を有して いる。 そして、 光線 3 、 4 の間にある光線は、 反射面 に達する位置が光軸 0 一 0 から離れる程光軸に近い方 向へ反射される よ う にされている。

このよ う にする こ とによ って光線は、 光軸 0 - 0 に 関して同 じ側にある反射装置に よ って反射されたもの 同士が、 その同じ側において互いに無数の異なる 点 5 において交差する。

一方、 反射装置 Rが反射光に与える光束分布は、 例 えば、 光源の配光特性に応じて光軸 0 - 0から離れる 程、 密になる よ う にし、 被照射面 2 が均一な照度分布 をもつよ う にする こ とができ る。 なお、 照度分布は反 射装置 Rの設計によ つて任意に定める こ とができ る。

以上の よ う な反射光線 向きおよび光束分布を得る よ う な反射装置 Rの反射面の形状および寸法は、 条件 を与えればコ ン ピ ュータによ り 設計することができる。 また、 被照射面 2 の照射範囲お よび照射形状も任意 に定めるこ とができる。 例えば、 正方形状に照射を行 な う' 場合には、 反射装置 R の反射面の光軸方向投影形 状は、 同図下部に斜線で示すよ う な形状となる。 中央 部の花びら状欠除部 6 の輪郭は正方形状照射部の四辺 に相当する。

以上に説明した照射装置は次に述べる点で有用であ る α

従来の通常の照明装置では、 光源から 出る光の うち、 その直 ぐ背後にある反射鏡部へ達したものはそこで反 射しても再び光源へ向か う から光源に邪魔されて前へ 進むこ とができないことが多い _η 光源には大き さがあ るから光源に邪魔されて前方へ進むこ と ができない光 量はかな り あ り 、 光源からの光は完全に利用されてい ない。 したがって、 光源の直 ぐ後ろの反射鏡は反射鏡 と しての機能は殆ん どないといえる。

と ころで、 第 2 図に示すよ う に、 各方向に均等な光 度を有する点または球光源 Lの背後に半球面状反射鏡 Rがある と仮定し、 光源 L を中心とする平面角 （9 （9 ₂ を考え、 ₂ - 0 i - 0 と した場合、 平面角 のつ く る 立体角は 2 rr ( Co s θ _χ 一 C o s θ ₂ ：) で与えられる。 こ の立体角は および 0 2 の値によ って同じ平面角 θ ついて異なる値を と る。 すなわち、 立体角の値は、 平 面角の値が同じでも、 その平面角の 占める範囲が光軸 0 - 0 から角度的に離れる に従って大き く なる。

OMPI よ り 具体的に言う と、 第 2 図において、 同じ平面角

0 に対応する環状の反射面部分 A 、 Bを考えた場合、 反射面部分 B に対応する平面角 Θ のつ く る立体角の方 が大きい。 これは次のこ と を意味する。 すなわち、 反 射鏡 Rの反射面は、 同じ平面角 0 について、 光軸 0 -

0 に近い立体角の小さい部分程少ない光束を受け、 立 体角の大きい周緣部へ近づ く につれて多い光束を受け る ものであっても、 環坎反射'面部分 Bへは環状反射面 部分 A よ り 多量の光が到達する。 しかしながら、 従来 の照明装置では、 光軸に近い反射面部分からの反射光 が主に使用され、 周緣部へ向か う 光は有効な方向へ反 射させられないため反射によ つて利用されていないの が現状であ る。

第 1 図に示す照明装置は、 以上に述べた問題点を解 決する ことができる。 まず、 光源 L の直 ぐ背後の反射 板部分に達する光は、 光軸 0 - 0 から最も遠い被照射 面 2 の部分へ向かって反射させられるから、 光源 Lが かな り の寸法をも つていてもそれに邪魔される こ とな く被照射面 2 に到達する こ とができ る。 一方、 光軸 0 - 0 に近い被照射面 2 の部分に到達する光は、 反射装 置 Bの反射面の周緣部で反射した光束数の多い光であ つて、 従来充分に利用されていなかった光である。 こ のよ ラ にして、 光源 Lから の光をすベて有効に利用し、 効率を向上させる こ とができる。

なお、 反射面の形状を、 被照射面 2 の周縁部へよ り

O PI 多い光束を送る よ う に厳密な設計をすれば、 被照射面 の照度分布を完全に均一化する こ とができ、 場合によ つては周緑部の照度が明る く な.る よ う な設計、 その他 任意の照度分布を得る 設計も可能と な る。

一方、 第 1 図に示すよ う に中央部に欠除部 6 のある 反射装置 R については、 欠除部 6 に電球ソ ケ ッ ト 等の 機器を設置しても 反射機能に何らの影響が及ばず、 ま た、 電源 L と反射装置 Rの距離を短縮する よ う な設計. をし て照明装置全体の寸法を小さ く する こ と も可能で ある。

なお、 以上に説明した原理は、 光軸 ◦ - 0 を通る平 面を仮想し、 その平面に関しての一方の側および他方 の側を有する場合についても適用可能であ る。

第 3 図には本発明の第 2 の原理を示す。 この原理に よる照明装置は、 例えば 自動車等のへ ッ ドラ ン プに適 してい る。 同図において、 光源 L の背後にある反射装 置 Rの下半部 R 1 は、 予め定めた光束分布、 例えば均 —な光束分布で光源 Lから の光を反射させる よ う に構 成され、 反射された光束は光軸 0 - 0 を通る水平面よ り 下側を進み路面等に照射される。 一方、 光軸 0 - ◦ を通る水平面よ り 上側にある反射装置部分 R 2 は、 下 半部 R 1 と異なる形状に形成されてお り 、 反射装置部 分 K 2:で反射された光束は光軸 ひ - 0 を通る水平面と 交差して、 その水平面に関して反対側 （ 下側 ） に達し、. 反射装置下半部 R 1 からの光と一緒にな って路面等に 照射される よ う になっている。 この場合、 反射装置部 分 R 2 も例えば均一な光束分布の反射光を与える よ う な形状を有している。

以上の説明から 明らかなよ う に、 この実施例では、 反射装置 Rで反射される光線の一部が光軸を通る平面 に関して反対の側へ指向させられる こ とによ って、 該 反対の側の反射装置で反射された光線と無数の異なる 点 7 で交差する。 '

と ころで、 従来のヘッ ドラ ン プでは、 第 4 図に示す よ う に、 光源 Lから きて反射装置 Rで反射される光は、 光軸 0 - 0 よ り 下側においては路面に照射されて進路 を照らすので有用ではあるが、 光軸 0 - 0 よ り上方に おいては進路の照明にはあま り 役立たず、 むしろ対向 車に と って有害であ ってカ ッ ト されている。 （ ミ ラ ー を少し下向きにする等によ り ） 。 した力 つて、 第 5図 において斜線を施した反射装置部分 R 1 は役に立って

、な^、と言える。

これに対し、 第 3 図に示す照明装置では、 光軸 0 - 0 よ り 上側の反射装釐部分 R 2 で反射された光は、 光 軸 0 - 0 よ り 下側の反射装置部分 R 1 で反射された光 に重畳されて有効に進路を照ら し、 対向車に対する有 害な作用なしに、 照明を必要とする路面等の照度を増 大させる。

この実施例においても、 反射装置部分 R l 、 R 2 に よ り それぞれ反射される光の光束分布は任意に設計可

OMPI 能である _a なお、 こ の実施例の原理はへ ： y ド ラ ン ブ以 外の照明装置にも適用可能であ る。

この実施例の場合にも、 既に論じた立体角に伴 う 問 題は、 反射装置部分 R l 、 R 2. の立体形状の設計によ り 、 任意の光束分布を選べる こ とによ り 解消する。

第 3 図に示す原理は、 光軸 0 - 0 を通る平面の代り に光軸 0 - 0 に闋しての一側および他側を有する場合 にも適用する こ とができ る。'

第 3 図の原理 ( 、 へ ッ ド ラ ン ブ以外に道路の照明灯 にも甩いる こ と力 でき る。

道路の照明灯用ポ一ルは 、 第 6 図に示すよ う に、 道 路の中央部の真上に照明灯が位置する よ う に道路真上 にまで湾曲状に延ばすのが普通であ るが、 第 3 図の原 理を用いる とによ つて、 第 7 図の よ う に道路の側部 に単に直線状に 立したポー ル 9.を用いても、 道路外 へ放散されるはずの光束を、 反射装置 R に よ って道路 中央部へ反射された光に加えて、 さ ら に道路中央部へ 向ける こ と によ り 所定の光束分布で道路部分の照度を 上げて第 3 図における と 同様な効果を得るこ.とができ る。·

第 8 図は本.発明の第 3:の原理を示す。 こ の原理によ れば、 反射装置 Εの部分 R 2 から の反射光を、 第 3 図 の場合と同様に光軸 0 - ◦ ( またはそれを通る平面 〕 と交差させて、 予め定めた光束分布、 例えば均一な光 束分布で反対側へ照射させ、 一方、 他方の反射装置部

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ΟΜΡΙ

ヾ 鶴 分 E 1 から の反射光を逆に光軸 0 - 0 ( またはそれを 通る平面 ） と交差させて、 同様に予め定めた光束分布、 例えば均一な光束分布で反射装置部分 R 2の側へ照射 させる。 これによ つて、 異なる反射装置部分 R 1 、 R 2から の光が無数の点 7で交差する と と も に両側の反 射光が光軸 0 - 0 ( またはそれを通る平面 〕 に関して 対称をなす場合には該光軸において 8 で示すよ う に交 差する。

この実施例の場合にも、 光敏 0 - 0 に直角をなす被 照射面に正方形拔に照射を行な う とする と、 反射装置 Rの反射面の光軸方向投影形状は第 1 図に斜線で示し たと類似の形状になる。

こ の実施例でも、 前述の立体角 に伴う 光の不充分な 利用の問題を解消でき る こ とは明らかである。

第 8 図の原理は、 例えばカ メ ラ によ る接写の場合に 適用する こ とができる。

第 9 図はカメ ラに よ る接写の状態を示すも のである が、 カメ ラ Cの レ ン ズ近傍にス ト ロ ボ等の光源 Lを設 けて露光を行な う と、 被写体が光沢を もつ場合は特に 光源 L.から の光が被写体の面等によ り 反射し、 反射光 が矢印のよ う にレ ン ズに直接達してフ ィ ル ム上等の結 像部にフ レ ア的悪影響を及ぼし好ま し く ない。 と ころ が、 この間題は、 第 8 図の原理を用いる こ とによ って 解決する こ と力 でき る。

第 1 0 図において、 ス ト ロ ボ等の リ ン グ状光源 （他

OMPI 形状の光源でも よい ） Lはその被写体側において リ ン グ状遮へい板 1 0 によ り 覆われてお り 、 またその外周 側に反射装置 Rが設けられている。 反射装置 Rは環状 をなし、 その断面形状は、 光軸 0 - 0 に関して一側の 反射装置部分 R a で反射された光が所定の光束分布で 他側へ放射され、 また他側の反射装置部分 R で反射 された光が同様 所定の光束分布で反対側へ放射され る よ う になっている。

この よ う な反射装置 Rの構成に よ って、 被写体へ達 した反射光はカ メ ラ c の レ ンズ の視野外へ反射されて し ま う ので前述の問題が解消され、 また被写'体には所 定の光束分布の光が照射されるので、 好ま しい撮影を 行なう ことができる。

第 1 1 図は.第 1 0 図の変形形態を示す。 この実施例 では第 1 0 図の例において、 反射装置 Rの内側にさら に他の環状反射装置 r を設け、 これに よ つて反射光が 光軸 0 - ◦ で互いに交差する よ う にし、 かつ所定分布 の光束を被写体に当てる よ う にしている。 この例でも レ ン ズ の視野外へ反射光が導かれる。

—第 8 図の原理は、 以上に述べた例以外にも種 々適用 する こ とができ る。 例えば、 接写装置と 同様な光の照 射が要求される、 印刷機における色合せ装置がその一 例である。 また、 第 8 図の原理は、 第 7 図に示したと 類似の態様で道路の照明灯の場合に適用する こ とがで き る 。

O PI 第 1 図に示した例では光軸 o - 0 に関して同じ側に ある反射装置部分によ り 反射された光線が、 その同じ 側において無数の点で互いに交差するよ う になってお り 、 また第 3 図および第 8 図に示した例では、 光軸 0 - 0 に関して或る側にある反射装置部分で反射された 光線が、 光軸 0 - 0 に関して上記或る側と反対の側へ 向けられる よ う なつている。

第 1 2図に示す第 4 の原理は、 上記 2.つの例を組合 せたものに相当 し、 第 1 3 図に拡大して示すよ う に、 光源 Lから 出て反射装置 IIで反射した光線は、 第 3 図 および第 8 図の例 と同様に光軸 0 - 0 に関して反対の 側へ放射され、 しかも第 1 図の例 と同様に光軸 0 - 0 に関して同じ側の反射板部分で反射された光線同士が 互いに無数の異なる点 1 2 で交差している。 この例で も、 被照射面 2へは予め定められた光束分布の光が達 する よ う に反射装置 Rの形状が設計される。 なお、 こ の例では、 被照射面 2 に正方形状に光を照射する場合 には反射装置 Rの形扰は第 1 2 図に斜線を施したよ う な形状とな る。

第 1 2 図および第 1 3 図の例は、 第 8 ίの例では得 られない利点を有する。 第 1 4 図は第 § 図の例と 同じ 場合を示し、 光源 Lからの光は反射装置 Rで反射され て光軸 0 - 0 に関して反対の側へ向か う 。 と ころで、 光源 L には大き さがあ る力ゝら、 光源から反射装置 Rの 上方の部分へ向か う 光は光源に邪縻されて光軸 0 0 に関して反対の側へ向か う こ とがでぎない。 したがつ て、. 同図に角 i で示す狭い角度範囲の光しか利用で きないこ とになる。 この平面角 α の立体角は小さく、 このため光の利用効率は低い。 これに対し、 第 1 2 図 および第 1 3 図の原理を用いる と、 第 1 5 図から 明ら かなよ う' にはるかに大きな平面角 ₂ について光源 L の光を反射装置 Λによ って取 &すこ とができ る。 角 - 2 の範囲は角 a ₁の立体角 よ り 大きいので光の利用効 率は.よ り高 ぐなる。 したが って、 第 1 2 図および第 1 3 図の原理を用いる と、 第 8 図の原理によ る効果に加 えて、 さらに光の利用効率が高いとい う 効果を得る こ とがでぎる _Q

第 1 σ図は、 第 1 2 図および第 1 3 図の原理を用い た照明装置の例を示す。 この例では、 室の天井 1 3 の 内部にある光源 L に よ って、 室の側壁 1 4全体を天井 の高さの部分ま で照明する こ とができ る。 こ の よ う な 照明は他型式の も のでは行な う こ とができない。

第 1 7 図は、 同様に第 1 2 図お よび第 1 3 図の原理 を用いた照明^置の他の例を示す。 この例によれば、 天井 1 3 の奥深い所にある光源 L に よ り 広い床面を照 ' 明する ことができる。

以上の説明では、 光線が同じ仮想平面内で交差する も の と した。 し力 しながら、 第 1 8 図に示すよ う に、 光線が直接交差はしないが、 光軸に直交する方向に見 た場合に交差する （ すなわち、 光線同士が異なる 方向 にすれ違う ） よ う に反射装置を設計する こ とも勿論可 能であ り、 本発明の精神はその よ う な場合をも包含す る ものである。 また、 本発明の原理は、 実施例の よ う な対称的な光学系のみでな く 非対称な光学系にも適用 可能であ り 、 また点光源のみでな く 線光源および リ ン グ光源についても適用可能であ る。 また、 反射装置の 反射面はフ レ ネ ,ル ミ ラ ーによ り 構成する こ と も できる。

以上に実施例について述べたと ころからわかる よ う に、 本発明では、 種々の 目 的、 用途、 要求に応じて最 も適当な状態に 自 由に光を制御する こ とができ、 光の 利用効率が高い照明装置が提供される。 産業上の利用可能性

本発明は、 前述の よ う に、 一般の室内、 屋外照明装 置のほかに、 撮影用、 印刷機色合せ用、 その他無数の 産業用照明装置に用いる こ とができる。

ΟΜΡΓ

Claims

求 の

1 . 光源と、 光源からの光を反射させる反射装置とか らなる照明装置において、 照明装置の光軸に直交す る方向にみた場合に、 少なく と も部分的に違続的な 反射面を もつ反射装置の或る個所で k射する光線が 他の無数の個所で反射する光線と無数の異な る点で 交差する よ う な形状に反射装置を構成し、 さら に、 この反射装置は、 それによ つて反射される光に予め 定められた光束分布を与える形状と してなる照明装 置。

2. 光軸または光軸を通る平面に関して同じ側にある 反射装置の部分によって反射される光線が、 前記反 射装置部分と同じ側で互いに交差する よ う に した請 求の範囲第 1 項記載の照明装置。

3. 反射装置で反射される光の少な く と も一部が、 光 軸または光軸を通る平面に関して、 その反射光を反 射させた反射装置部分のある側と反対の側へ到達す る よ う に反射装置を構成してな る請求の範囲第 1 項 記載の照明装置。

4. 光軸に関して一方の側にある 反射装置の部分によ つて反射される光線が、 光軸に関して他方の側にあ る反射装置の部分によ つて反射される光線と光軸に おいて相互に交差する よ う にした請求の範囲第 3 項 記載の照明装置。 · 光軸または光軸を通る平面に関して同じ側の反射 装置部分で反射した光線同士が無数の異なる点で交 差する よ う に上記反射装置部分の形扰を定めた請求 の範囲第 3 項記載の照明装置。

ΟΜΡΙ