WO2010137510A1 - 白熱電球および光源装置 - Google Patents

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light
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豊 山水
忍 村木
聡士 小野
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ウシオ電機株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/02—Incandescent bodies
    • H01K1/14—Incandescent bodies characterised by the shape

Definitions

  • the present invention relates to an incandescent light bulb used as a light source for studio lighting, for example, and a light source device including the incandescent light bulb.
  • incandescent bulbs used for studio lighting are combined with appropriate lenses and reflectors, and are mainly used as spotlight sources for the stage, and there are such incandescent bulbs.
  • incandescent bulbs in a bulb made of quartz glass with one end sealed, a plurality of filament segments in which a tungsten wire is wound in a coil shape are arranged in parallel along the tube axis of the bulb. (See, for example, Patent Document 1).
  • Such a surface-emitting incandescent bulb basically has a higher light input than a configuration in which a single coil filament is arranged so as to extend linearly, and therefore becomes a bright light source.
  • the incandescent lamp having the above configuration when used as a spotlight light source, the incandescent lamp has a sufficiently high illuminance and a good light distribution (illuminance characteristic) in the illuminated area (illuminated surface). ) Is desired.
  • the filament is configured as a double coil by further winding a single coil filament into a coil shape, and the light intensity of the incandescent lamp itself is improved by increasing the input to the filament. be able to.
  • such a filament has a problem that it is susceptible to mechanical vibration and other shocks, and is easily deformed and disconnected.
  • the present inventors made a prototype of a light source device as shown in FIG. 4 in consideration of using the incandescent light bulb having the above-described structure by incorporating it into a lamp using a general condenser mirror.
  • the light source device 40 includes an incandescent bulb 41 having a filament 42 in which a plurality of filament segments 42A made of a single coil filament are arranged in parallel on a plane, and an illumination direction (left direction in FIG. 4, indicated by a white arrow).
  • a reflecting mirror 48 arranged at the rear side position of the incandescent light bulb 41 in the illumination direction, and the light emitted from the incandescent light bulb 41 is The light is reflected forward by a reflecting mirror 48 arranged directly or on the rear side of the incandescent light bulb 41 and irradiated through a lens 45.
  • the incandescent light bulb 41 is arranged such that each of the plurality of filament segments 42A extends along the bulb tube axis (incandescent light bulb central axis) C2, that is, in a posture extending in a direction perpendicular to the illumination direction.
  • the central axis (optical axis) L2 and the central axis (optical axis) L3 of the reflecting mirror coincide with each other, and are orthogonal to each filament segment 42A (incandescent bulb central axis C2) in the incandescent bulb 41.
  • Reference numeral 44 in FIG. 4 is a cap insulator made of ceramics, for example, attached to one end of the valve 43 with an adhesive, for example.
  • the light source device 40 having such a configuration cannot be configured to satisfy the required illuminance characteristics.
  • the present invention has been made based on the circumstances as described above, and an object thereof is to provide an incandescent light bulb having sufficiently high illuminance and capable of obtaining a good light distribution on a light irradiated surface. It is in. Another object of the present invention is to provide a light source device that includes the incandescent bulb and has high use efficiency of light emitted from the incandescent bulb.
  • the incandescent lamp according to the present invention is arranged in a flat shape so that a plurality of filament segments made of a single coil formed by winding a single wire in the bulb extend in the axial direction of the bulb and are arranged in parallel.
  • the pitch width of the filament segment located at the center of the bulb is smaller than the pitch width of the filament segments located at both sides.
  • a length in a direction perpendicular to the axial direction of the bulb in the filament formation region is 90% or less of the inner diameter of the bulb.
  • the ratio of the axial length H of the bulb in the filament formation region to the length W of the filament formation region in the direction perpendicular to the axial direction of the bulb. (H / W) is preferably 0.5 or more.
  • the light source device of the present invention comprises the incandescent bulb and a condenser mirror,
  • the incandescent bulb is arranged in a posture that extends along the central axis of the condenser mirror so that the two filament segments located in the central part of the bulb are located across the central axis of the condenser mirror.
  • the filament is formed by arranging a plurality of filament segments made of a single coil in parallel in a plane, thereby reducing the effective surface area of the filament (the area where light is emitted). It can be enlarged to obtain a high light irradiation rate for the entire filament, and the illuminance of light from the vicinity of the center of the filament located at the center of the bulb is located on both sides of the bulb.
  • the pitch widths of the filament segments located at the center of the bulb and the filament segments located at both sides are set to be different from each other so as to be relatively higher than the illuminance of light from the end portion. Therefore, the illuminated surface has a light distribution that has high illuminance at the center and low illuminance around it. That can be obtained illuminance characteristic close to a point light source.
  • the filament should not be too close to the bulb.
  • the temperature of the bulb can be prevented from locally rising during lighting, and a predetermined halogen cycle can be reliably obtained.
  • the axial length of the bulb in the filament formation region can be obtained.
  • the two filament segments located at the center of the bulb, where the condensing point of the condensing mirror is the portion of the filament in the incandescent bulb that emits the light with the highest illuminance Since it is configured to be located within the region where the light is irradiated, it is possible to obtain an illuminance characteristic close to a point light source on the illuminated surface and to increase the efficiency of use of light emitted from the incandescent bulb. Can do.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of a configuration of an example of a light source device of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an overview of a main part configuration of an example of an incandescent bulb of the present invention
  • FIG. 3 is illustrated in FIG. It is explanatory drawing which expands and shows a part of filament in an incandescent lamp.
  • the light source device 10 includes an incandescent lamp 20 in a bulb mirror (a central axis of an incandescent bulb) in a condenser mirror 11 which is an elliptical condenser mirror or a parabolic condenser mirror having an approximately rotating quadratic curved surface as a whole. ) C1 is held and fixed in a posture that coincides with the central axis (optical axis) L1 of the condenser mirror.
  • the condensing mirror 11 is made of, for example, heat-resistant glass such as borosilicate glass or alumina silicate glass, and a dielectric multilayer film is formed on the inner surface to form the reflecting surface 12.
  • the incandescent lamp 20 includes a cylindrical bulb 21 made of, for example, quartz glass, having a sealing portion 22 formed with a pinch seal at one end and an exhaust pipe remaining portion 21A at the other end.
  • a so-called one-end sealing type in which a filament 30 formed by winding a single wire made of tungsten, for example, in a coil shape is disposed.
  • a bottomed cylindrical cap insulator 28 made of, for example, ceramics or metal is fixed to the sealing portion 22 of the bulb 21 by, for example, an adhesive.
  • Reference numeral 29 denotes a metal connection terminal, which is led out axially outward from the bottom of the cap insulator 28.
  • the filament 30 includes a plurality of filament segments each composed of a single coil, and the center axis of each filament segment extends substantially parallel to the tube axis C1 of the bulb, and thus extends along the axial direction of the bulb 21, and is the same. In order to be positioned on a plane, they are arranged in a plane (two-dimensional) in parallel.
  • the filament 30 in this embodiment has eight filament segments, and one end of each of two filament segments (hereinafter referred to as “central segment”) 31 positioned at the center of the bulb 21 is a circle.
  • inner intermediate segment 32 that is continuous through a single wire portion (rib portion) 38 that is curved in an arc shape, and the other end of each central segment 31 is adjacent to the central segment 31.
  • a single wire portion 38 is connected to one end of a filament segment (hereinafter referred to as “outer intermediate segment”) 33, which is continuous to the end via a single wire portion 38, and one end of each inner intermediate segment 32 is adjacent to the inner intermediate segment 32.
  • outer intermediate segment 33 is connected to the other end of a filament segment (hereinafter referred to as “end segment”) 34 via a single wire portion 38, and one end of each end segment 34 has a coil.
  • end segment 34 is connected to the other end of a filament segment (hereinafter referred to as “end segment”) 34 via a single wire portion 38, and one end of each end segment 34 has a coil.
  • a connecting portion 35 is continuously formed.
  • the filament 30 is connected and fixed to the internal lead 23 in a state where each of the connecting portions 35 at both ends is inserted into the rod-shaped internal lead 23 extending along the tube axis C1 of the valve.
  • the single wire portion 38 of the filament 30 is provided by a plurality of anchors 25 embedded and fixed in the first glass piece 24A and the second glass piece 24B provided at positions spaced apart from each other in the axial direction in the bulb 21. Are locked and installed in the valve 21.
  • the pair of internal leads 23 have the other end portion and an intermediate portion embedded and fixed to each of the first glass piece 24A and the second glass piece 24B, and one end portion electrically connected to the connection terminal 29 of the base insulator 28. It is embedded and fixed in the sealing part 22 in a state where it is connected to. 2 is a supporter, and both end portions are embedded and fixed in the first glass piece 24A and the second glass piece 24B, respectively.
  • the filament 30 in the incandescent lamp 20 includes two central segments 31, two inner intermediate segments 32, two outer intermediate segments 33, and two end segments 34.
  • a total of eight filament segments are spaced apart at equal intervals in the direction perpendicular to the tube axis C1 of the bulb, that is, the distance d between the adjacent central axes is uniform,
  • the two central segments 31 are arranged so as to be positioned across the tube axis C1 of the valve, and the central segment 31, the inner intermediate segment 32, the outer intermediate segment 33, and the end segment 34 have different pitch widths. .
  • the pitch width P4 of the end segment 34 is set to P1 ⁇ P2 ⁇ P3 ⁇ P4, and the pitch width P1 of the two central segments 31 located at the center of the valve 21 is set to be the smallest, and the valve
  • the filament segment positioned radially outward with respect to the center of 21 is configured to have a larger pitch width.
  • the pitch width P1 of the central segment 31 located at the central portion of the bulb 21 is reduced (the coil pitch is made relatively dense), and the ends located on both sides of the bulb 21
  • the pitch width P4 of the segment 34 is increased (relatively sparse coil pitch)
  • the illuminance of light emitted from the central portion of the entire filament 30 is compared with the illuminance of light emitted from both ends. Therefore, it is possible to obtain an illuminance characteristic close to a point light source having a light distribution distribution close to a circle where the illuminance at the center is high and the illuminance around it is low on the irradiated surface. it can.
  • the pitch width of each filament segment is set within a range of, for example, 135 to 180% when the clearance (gap) between adjacent strands is 0 but the pitch width is 100%. It is preferable. Further, the pitch widths of the inner intermediate segment 32, the outer intermediate segment 33, and the end segment 34 are all the pitch widths of the inner intermediate segment 32, the outer intermediate segment 33, and the end segment 34 of the pitch width P1 of the central segment 31. It is preferable that the ratio (pitch width ratio; P1 / P2, P1 / P3, P1 / P4) is set to 70% or more.
  • a filament formation region (region surrounded by a two-dot chain line in FIG. 2) FA formed by arranging a plurality of filament segments in parallel in a plane is perpendicular to the axial direction of the bulb 21.
  • the length (size) W in any direction is 90% or less of the inner diameter of the bulb 21, and the length of the filament relative to the length W in the direction perpendicular to the axial direction of the bulb 21 is preferable.
  • the ratio (H / W) of the length (size) H in the axial direction of the valve 21 in the formation area FA is set to be in the range of 0.5 or more.
  • the incandescent lamp 20 has a configuration in which the filament formation area FA is such that the length W in the direction perpendicular to the axial direction of the bulb 21 and the length H in the axial direction of the bulb 21 are within the above ranges. Since the formation area FA has a planar shape close to a square, this makes it possible to more reliably obtain a light distribution in a shape close to a circle on the irradiated surface, and to reliably obtain an illuminance characteristic close to a point light source. be able to. On the other hand, when the filament forming area FA is excessive in either the axial direction of the bulb 21 or the direction perpendicular thereto, the distribution of light distribution in a shape close to a circle is obtained on the irradiated surface. It is difficult to obtain desired illuminance characteristics.
  • the incandescent bulb 20 having the above-described configuration is arranged in the posture in which the tube axis C1 of the bulb coincides with the central axis L1 of the light collecting mirror in the light collecting mirror 11. It is configured to be held and fixed.
  • the incandescent lamp 20 has two central segments 31 positioned at the center of the bulb 21 in the filament 30 and having a smaller pitch width than other filament segments, with the central axis L1 of the condenser mirror interposed therebetween.
  • the condensing point (position on the central axis L1) of the condensing mirror 11 is configured to be positioned at a portion of the filament 30 in the incandescent bulb 20 where light with the highest illuminance is emitted. ing.
  • the filament 30 is formed by arranging a plurality of filament segments each made of a single coil in parallel in a planar shape.
  • the surface area (the area of the portion where light is emitted) can be increased, and a high light irradiation rate can be obtained for the filament 30 as a whole, and the central portion of the filament 30 located at the central portion of the bulb 21
  • the central segment 31 so that the illuminance of light from the central segment 31 that is the vicinity is relatively higher than the illuminance of light from the end segment 34 that is the end portion located on both sides of the bulb 21.
  • the filament segment is positioned such that the pitch width P1 is set to be the smallest and is located radially outward with respect to the central portion of the bulb 21.
  • the filament 30 approaches the bulb 21.
  • the temperature of the bulb 21 can be prevented from locally rising during lighting, and a predetermined halogen cycle can be acted reliably, and such a state is ensured.
  • the axial length H of the bulb 21 in the filament formation region FA is longer than the longitudinal length W of the bulb 21 in the direction perpendicular to the axial direction of the bulb 21.
  • the size of the filament 30 By making the size of the filament 30 an appropriate size set within a range where the ratio of H (H / W) is 0.5 or more, Since FA can be configured to be planar shape close to a square, in the light irradiation surface, may be able to obtain a light distribution of a shape close to a circle to obtain the illumination characteristics close to a point light source. Also, the filament forming area FA is arranged so as to leave a gap between the bulb 21 and the first glass piece 24A longer than the filament forming area FA in the direction perpendicular to the axial direction of the bulb 21 and The second glass piece 24 ⁇ / b> B can be disposed inside the bulb 21.
  • the incandescent bulb 20 is positioned such that the two central segments 31 positioned at the central portion of the bulb 21 sandwich the central axis L1 of the condenser mirror.
  • the condensing mirror 11 is arranged in a posture extending along the central axis L1 of the condensing mirror, the condensing point of the condensing mirror 11 is the light with the highest illuminance in the filament 30 of the incandescent bulb 20.
  • the incandescent lamp 20 according to the invention can be obtained by a configuration in which the incandescent lamp 20 is incorporated in a general condensing mirror, and the utilization efficiency of light emitted from the incandescent lamp 20 can be increased. It may be configured as suitable for preparative source.
  • incandescent bulb 1 An incandescent bulb according to the present invention (hereinafter referred to as “incandescent bulb 1”) was produced according to the configuration shown in FIGS.
  • the material of the bulb (21) is quartz glass, the outer diameter is 18 mm, the inner diameter is 15 mm, and the total length is 55 mm.
  • the filament (30) has eight filament segments (two central segments (31), two inner intermediate segments (32), two outer intermediate segments (33) and two end segments ( 34)), and the specification of each filament segment and the entire filament (30) is as shown in Table 1 below.
  • pitch width is shown as a relative value when the clearance (gap) between adjacent strands is 0 but the pitch width is 100%.
  • the clearance between the strands in the outer intermediate segment (33) is 0.12 mm, and the clearance between the strands in the end segment (34) is 0.14 mm.
  • the length (W) in the direction perpendicular to the tube axis of the bulb (21) in the formation region (FA) of the filament (30) is 60% of the inner diameter of the bulb (21), and the aspect ratio (H / W) is 0.9.
  • Comparative Incandescent Light Bulb In the incandescent lamp production example 1, as shown in Table 1 below, the pitch width and the design power in each of the eight filament segments of the central segment, the inner intermediate segment, the outer intermediate segment, and the end segment are all the same.
  • a comparative incandescent light bulb (hereinafter referred to as “comparative incandescent light bulb 1”) having the same configuration as that of the incandescent light bulb 1 except for the size was produced.
  • the size of the clearance between the strands in each filament segment is 0.09 mm.
  • Example 2 of making an incandescent bulb> the filament is configured with six filament segments (two central segments, two intermediate segments, and two end segments), and the pitch width in each filament segment and An incandescent bulb (hereinafter referred to as “incandescent bulb 2”) having the same configuration as that of the incandescent bulb 1 was prepared except that the design power of each filament segment was changed according to Table 1 below.
  • the clearance between the strands in the central segment is 0.09 mm
  • the clearance between the strands in the middle segment is 0.12 mm
  • the clearance between the strands in the end segment is 0.15 mm. It is.
  • Each of the incandescent bulb 1, the comparative incandescent bulb 1 and the incandescent bulb 2 produced in the above is incorporated in a parabolic condensing mirror having an opening diameter of 120 mm and a depth of 90 mm, and referring to the configuration of FIG. A light source device was manufactured and the lighting test shown below was performed.
  • the “light utilization efficiency” is a value indicated by the ratio of the luminous flux on the illuminated surface to the total luminous flux of the incandescent lamp alone [(luminous flux on the illuminated surface) / (total luminous flux)]. It is indicated by a relative value [%] with respect to the utilization efficiency of light obtained in the light source device according to the incandescent lamp 1.
  • the incandescent lamp 1 according to the present invention having a filament with a large setting, if the input power is the same, the central illumination intensity is higher on the illuminated surface than the comparative incandescent lamp 1. It was confirmed that the light distribution can be obtained and the light use efficiency is increased, specifically, the incandescent bulb having the above configuration is improved by, for example, 13%.
  • the configuration of the filament is not limited to that of the eight filament segments exemplified in the above embodiment, and at least the pitch width of the filament segment located at the center of the bulb is on both sides of the bulb. If the configuration is relatively smaller than the pitch width of the filament segments to be positioned, the number of filament segments, the pitch width of the filament segments, and other configurations can be appropriately changed according to the purpose. Specifically, for example, in the filament configuration exemplified in the above embodiment, the pitch width of the central segment located at the central portion of the bulb is set to the smallest and radially outward with respect to the central portion of the bulb.
  • the pitch width is set to be larger, that is, the pitch width is changed in four stages, but one or more filament segments positioned in a region near the center, and the other A configuration in which the pitch width is changed in two steps with one or a plurality of filament segments located in the region, or a configuration in which the pitch width is changed in five steps or more by increasing the number of filament segments It may be said.

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Abstract

　本発明は、十分に高い照度を有し、被光照射面において良好な配光分布の得られる白熱電球、および、白熱電球から放射される光の利用効率の高い光源装置を提供することを目的とするものである。　本発明の白熱電球は、バルブ内に、１本の線材が巻回されてなるシングルコイルよりなるフィラメントセグメントの複数が、各々バルブの軸方向に沿って伸び、並列に並ぶよう平面状に配設されて形成されたフィラメントを具えてなり、バルブの中心部に配置されるフィラメントセグメントのピッチ幅が、両側部に配置されるフィラメントセグメントのピッチ幅より小さい構成とされている。本発明の光源装置は、前記白熱電球と集光鏡とよりなり、白熱電球が、バルブの中心部に位置される２つのフィラメントセグメントが集光鏡の中心軸を挟んで位置されて集光鏡の中心軸に沿って伸びる姿勢で、配置されている。

Description

白熱電球および光源装置
　本発明は、例えば、スタジオ照明用の光源として利用される白熱電球および当該白熱電球を具えた光源装置に関する。
　例えば、スタジオ照明用などに利用される大出力型の白熱電球は、適宜のレンズおよび反射鏡が組み合わせられて、主に舞台などのスポットライト光源として利用されており、このような白熱電球のある種のものは、例えば、一端が封止された石英ガラス製のバルブ内において、タングステン線材がコイル状に巻回されてなるフィラメントセグメントの複数がバルブの管軸に沿って並列に並ぶよう平面状に形成されたフィラメントが配置されて構成されている（例えば特許文献１参照。）。
　このような面発光の白熱電球は、基本的には、シングルコイルフィラメントが線状に伸びるよう配設された構成のものに比べて入力を高くすることができるので、明るい光源となる。
特開２００１－３１９６２４号公報
　而して、上記構成の白熱電球をスポットライト光源として用いる場合には、当該白熱電球は、十分に高い照度を有すると共に、被照明領域（被光照射面）において良好な配光分布（照度特性）を有するものであることが望まれる。
　このような要請に対して、例えば、フィラメントを、シングルコイルフィラメントを更にコイル状に巻回することによりダブルコイルとして構成し、フィラメントに対する入力を大きくすることにより、白熱電球自体の発光強度を向上させることができる。しかし、このような構成のフィラメントは、機械的振動などの衝撃に弱く、変形、断線しやすいという問題がある。
　そこで、本発明者らは、上記構成の白熱電球を、一般的な集光鏡を用いた灯具に組み込んで使用することを考え、図４に示すような、光源装置を試作した。
　この光源装置４０は、シングルコイルフィラメントよりなるフィラメントセグメント４２Ａの複数が平面状に並列配置されてなるフィラメント４２を具えた白熱電球４１と、照明方向（図４における左方向，白抜きの矢印で示す。）における白熱電球４１の前方側位置に配置されたレンズ４５と、照明方向における白熱電球４１の後方側位置に配置された反射鏡４８とを具えており、白熱電球４１から放射された光が直接的にあるいは白熱電球４１の後方側に配置された反射鏡４８によって前方に反射され、レンズ４５を介して照射されるよう構成されている。
　白熱電球４１は、複数のフィラメントセグメント４２Ａの各々がバルブの管軸（白熱電球の中心軸）Ｃ２に沿って伸びる姿勢、すなわち、照明方向に垂直な方向に伸びる姿勢で配置されており、レンズの中心軸（光軸）Ｌ２および反射鏡の中心軸（光軸）Ｌ３は、互いに一致した状態で、白熱電球４１における各々のフィラメントセグメント４２Ａ（白熱電球の中心軸Ｃ２）に直交する状態とされている。図４における符号４４は、バルブ４３の一端に、例えば接着剤によって取り付けられた、例えばセラミックスよりなる口金碍子である。
　しかしながら、このような構成の光源装置４０では、要求される照度特性を満足するものとして構成することができないことが判明した。
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、十分に高い照度を有し、被光照射面において良好な配光分布の得られる白熱電球を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、上記白熱電球を具え、当該白熱電球から放射される光の利用効率の高い光源装置を提供することにある。
　本発明の白熱電球は、バルブ内に、１本の線材が巻回されてなるシングルコイルよりなるフィラメントセグメントの複数が、各々バルブの軸方向に沿って伸び、並列に並ぶよう平面状に配設されて形成されたフィラメントを具えた白熱電球において、
　前記バルブの中心部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅が、両側部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅より小さいことを特徴とする。
　本発明の白熱電球においては、前記フィラメントの形成領域における、バルブの軸方向に垂直な方向の長さが、バルブの内径の９０％以下の大きさとされた構成であることが好ましい。
　また、このような構成の本発明の白熱電球においては、前記フィラメントの形成領域におけるバルブの軸方向に垂直な方向の長さＷに対する、フィラメントの形成領域におけるバルブの軸方向の長さＨの比（Ｈ／Ｗ）が０．５以上であることが好ましい。
　本発明の光源装置は、上記白熱電球と、集光鏡とよりなり、
　当該白熱電球は、バルブの中心部に位置される２つのフィラメントセグメントが集光鏡の中心軸を挟んで位置されるよう集光鏡の中心軸に沿って伸びる姿勢で、配置されていることを特徴とする。
　本発明の白熱電球によれば、フィラメントがシングルコイルよりなるフィラメントセグメントの複数が平面状に並列に配置されて形成されていることにより、フィラメントの有効表面積（光が放射される部分の面積）を大きくすることができてフィラメント全体として高い光の照射率を得ることができ、しかも、フィラメントの、バルブの中心部に位置される中心部近傍部分からの光の照度がバルブの両側部に位置される端部部分からの光の照度に比して相対的に高くなるよう、バルブの中心部に位置されるフィラメントセグメントと両側部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅が互いに異なる大きさに設定された構成とされていることにより、被光照射面において、中心の照度が高く、その周りの照度が低くなる配光分布を有する、点光源に近い照度特性を得ることができる。
　また、フィラメントの形成領域における、バルブの軸方向に垂直な方向の長さが、バルブの内径の９０％以下の大きさとされているので、フィラメントがバルブに対して接近しすぎない状態とすることができる結果、点灯時においてバルブの温度が局所的に上昇することを防止することができて所定のハロゲンサイクルを確実に得ることができ、さらに、フィラメントの形成領域におけるバルブの軸方向の長さを適当な大きさとすることにより、フィラメントを、その形成領域が正方形に近い平面形状となるよう構成することができるので、被光照射面において、円形に近い形の配光分布を得ることができて、点光源に近い照度特性を得ることができる。
　本発明の光源装置によれば、集光鏡の集光点が、白熱電球におけるフィラメントの、最も高い照度の光が放射される部分である、バルブの中心部に位置される２本のフィラメントセグメントが位置される領域内に位置された構成とされているので、被光照射面において、点光源に近い照度特性を得ることができると共に、白熱電球から放射される光の利用効率を高くすることができる。
本発明の光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 本発明の白熱電球の一例における要部構成の概略を示す説明図である。 図２に示す白熱電球におけるフィラメントの一部を拡大して示す説明図である。 複数のフィラメントセグメントが平面状に並列配置されてなるフィラメントを具えた白熱電球を用いて試作した光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の光源装置の一例における構成の概略を示す説明図、図２は、本発明の白熱電球の一例における要部構成の概略を示す説明図、図３は、図２に示す白熱電球におけるフィラメントの一部を拡大して示す説明図である。
　この光源装置１０は、全体が概略回転２次曲面形状の楕円集光鏡または放物面集光鏡よりなる集光鏡１１内に、白熱電球２０が、バルブの管軸（白熱電球の中心軸）Ｃ１が集光鏡の中心軸（光軸）Ｌ１と一致する姿勢で、保持固定されて構成されている。
　集光鏡１１は、例えば、ホウケイ酸ガラスやアルミナシリケートガラス等の耐熱性ガラスよりなり、内表面に誘電多層膜が形成されて反射面１２とされている。
　白熱電球２０は、一端にピンチシールによる封止部２２が形成されていると共に他端に排気管残部２１Ａを有する、例えば石英ガラスよりなる円筒状のバルブ２１を具えており、このバルブ２１内に、例えばタングステンよりなる１本の線材がコイル状に巻回されて形成されたフィラメント３０が配置されてなる、いわゆる一端封止型のものである。
　バルブ２１における封止部２２には、例えばセラミックスまたは金属よりなる有底円筒状の口金碍子２８が例えば接着剤によって固定されている。符号２９は金属製の接続端子であって、口金碍子２８の底部より軸方向外方に導出されている。
　フィラメント３０は、各々シングルコイルよりなるフィラメントセグメントの複数本が、各々のフィラメントセグメントの中心軸がバルブの管軸Ｃ１に対してほぼ平行に、従ってバルブ２１の軸方向に沿って伸び、かつ、同一平面上に位置されるよう、平面状（二次元的）に並列に配置されて形成されている。
　この実施例におけるフィラメント３０は、８本のフィラメントセグメントを有しており、バルブ２１の中心部に位置される２本のフィラメントセグメント（以下、「中央セグメント」という。）３１の各々の一端が円弧状に湾曲する単ワイヤ部（トビ部）３８を介して連続し、各々の中央セグメント３１の他端が当該中央セグメント３１に隣接するフィラメントセグメント（以下、「内側中間セグメント」という。）３２の他端に単ワイヤ部３８を介して連続し、各々の内側中間セグメント３２の一端が当該内側中間セグメント３２に隣接するフィラメントセグメント（以下、「外側中間セグメント」という。）３３の一端に単ワイヤ部３８を介して連続し、外側中間セグメント３３の他端が当該外側中間セグメント３３に隣接する、バルブ２１の両側部に位置されるフィラメントセグメント（以下、「端部セグメント」という。）３４の他端に単ワイヤ部３８を介して連続しており、各々の端部セグメント３４の一端には、コイル状の接続部３５が連続して形成されている。
　フィラメント３０は、両端部における接続部３５の各々が、その内部にバルブの管軸Ｃ１に沿って伸びるロッド状の内部リード２３が挿通された状態で、当該内部リード２３に対して接続固定されると共に、バルブ２１内において互いに軸方向に離間した位置に設けられた第１のガラス片２４Ａおよび第２のガラス片２４Ｂのそれぞれに埋設固定された複数本のアンカー２５によってフィラメント３０の単ワイヤ部３８の各々が係止されて、バルブ２１内において架設されている。
　一対の内部リード２３は、第１のガラス片２４Ａおよび第２のガラス片２４Ｂのそれぞれに他端部および中間部が埋設固定されていると共に、一端部が口金碍子２８の接続端子２９に電気的に接続された状態で封止部２２に埋設固定されている。
　なお、図２における符号２６で示される構成部材はサポータであって、両端側部分がそれぞれ第１のガラス片２４Ａおよび第２のガラス片２４Ｂに埋設固定されている。
　而して、上記白熱電球２０におけるフィラメント３０は、図３に示すように、２本の中央セグメント３１、２本の内側中間セグメント３２、２本の外側中間セグメント３３および２本の端部セグメント３４の合計８本のフィラメントセグメントが、バルブの管軸Ｃ１に垂直な方向に対して等間隔毎に離間した状態、すなわち、互いに隣接する中心軸間の離間距離ｄが均一となる状態であって、２本の中央セグメント３１がバルブの管軸Ｃ１を挟んで位置されるよう配置されており、中央セグメント３１、内側中間セグメント３２、外側中間セグメント３３および端部セグメント３４は、互いに異なるピッチ幅を有する。
　この実施例においては、バルブ２１の中心部に位置される中央セグメント３１のピッチ幅Ｐ１、内側中間セグメント３２のピッチ幅Ｐ２、外側中間セグメント３３のピッチ幅Ｐ３およびバルブ２１の両端部に位置される端部セグメント３４のピッチ幅Ｐ４が、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４とされており、バルブ２１の中心部に位置される２本の中央セグメント３１のピッチ幅Ｐ１が最も小さく設定されると共に、バルブ２１の中心部に対して径方向外方側に位置されるフィラメントセグメント程、ピッチ幅が大きくなるよう設定された構成とされている。
　複数本のフィラメントセグメントのうち、バルブ２１の中心部に位置される中央セグメント３１のピッチ幅Ｐ１を小さくする（コイルピッチを相対的に密にする）と共に、バルブ２１の両側部に位置される端部セグメント３４のピッチ幅Ｐ４を大きくする（コイルピッチを相対的に疎にする）ことにより、フィラメント３０全体における中心部から放射される光の照度を両端部から放射される光の照度に比して相対的に高くすることができるので、被光照射面においては、中心の照度が高く、その周りの照度が低くなる円形に近い配光分布を有する、点光源に近い照度特性を得ることができる。
　各フィラメントセグメントのピッチ幅は、隣接する素線間のクリアランス（隙間）の大きさが０であるもののピッチ幅を１００％としたときの相対値が、例えば１３５～１８０％の範囲内に設定されていることが好ましい。
　また、内側中間セグメント３２、外側中間セグメント３３および端部セグメント３４のピッチ幅は、いずれも、中央セグメント３１のピッチ幅Ｐ１の、内側中間セグメント３２、外側中間セグメント３３および端部セグメント３４のピッチ幅に対する比率（ピッチ幅比率；Ｐ１／Ｐ２，Ｐ１／Ｐ３，Ｐ１／Ｐ４）が７０％以上となるよう設定されていることが好ましい。
　上記白熱電球２０において、複数本のフィラメントセグメントが平面状に並列配置されて形成されたフィラメントの形成領域（図２において、二点鎖線で囲まれた領域）ＦＡは、バルブ２１の軸方向に垂直な方向の長さ（大きさ）Ｗが、バルブ２１の内径の９０％以下の大きさとなるよう構成されていることが好ましく、バルブ２１の軸方向に垂直な方向の長さＷに対する、フィラメントの形成領域ＦＡにおけるバルブ２１の軸方向の長さ（大きさ）Ｈの比（Ｈ／Ｗ）が０．５以上の範囲内となるよう設定されていることが更に好ましい。
　白熱電球２０はフィラメントの形成領域ＦＡがバルブ２１の軸方向に垂直な方向の長さＷおよびバルブ２１の軸方向の長さＨが上記の範囲内とされた構成であることにより、フィラメント３０の形成領域ＦＡが正方形に近い平面形状となるので、これにより、被光照射面において、円形に近い形の配光分布を一層確実に得ることができて、点光源に近い照度特性を確実に得ることができる。一方、フィラメントの形成領域ＦＡが、バルブ２１の軸方向もしくはその垂直な方向のいずれか一方が他方に対して過大である場合には、被光照射面において円形に近い形の配光分布を得ることができなくなり、所望の照度特性を得ることが困難である。
　上述したように、本発明の光源装置１０は、集光鏡１１内において、以上のような構成の白熱電球２０が、バルブの管軸Ｃ１が集光鏡の中心軸Ｌ１と一致する姿勢で、保持固定されて構成されている。
　すなわち、白熱電球２０は、フィラメント３０におけるバルブ２１の中心部に位置される、ピッチ幅が他のフィラメントセグメントに比して小さい２つの中央セグメント３１が、集光鏡の中心軸Ｌ１を挟んで位置されることとなり、従って、集光鏡１１の集光点（中心軸Ｌ１上の位置）が、白熱電球２０におけるフィラメント３０の、最も高い照度の光が放射される部分に位置されるよう構成されている。
　而して、上記構成の白熱電球２０によれば、基本的には、フィラメント３０が各々シングルコイルよりなるフィラメントセグメントの複数が平面状に並列配置されて形成されていることにより、フィラメント３０の有効表面積（光が放射される部分の面積）を大きくすることができてフィラメント３０全体として高い光の照射率を得ることができ、しかも、フィラメント３０の、バルブ２１の中心部に位置される中心部近傍部分である中央セグメント３１からの光の照度がバルブ２１の両側部に位置される端部部分である端部セグメント３４からの光の照度に比して相対的に高くなるよう、中央セグメント３１のピッチ幅Ｐ１が最も小さく設定されると共にバルブ２１の中心部に対して径方向外方側に位置されるフィラメントセグメント程、ピッチ幅が大きく設定された構成とされていることにより、被光照射面において、中心の照度が高く、その周りの照度が低くなる配光分布を有する、点光源に近い照度特性を得ることができる。
　また、フィラメントの形成領域ＦＡにおける、バルブ２１の軸方向に垂直な方向の長さＷが、バルブ２１の内径の９０％以下の大きさとされているので、フィラメント３０がバルブ２１に対して接近しすぎない状態とすることができる結果、点灯時においてバルブ２１の温度が局所的に上昇することを防止することができて所定のハロゲンサイクルを確実に作用させることができ、このような状態が確保された状態において、フィラメントの形成領域ＦＡにおけるバルブ２１の軸方向の長さＨが、バルブ２１の軸方向に垂直な方向の長さＷに対する、フィラメントの形成領域ＦＡにおけるバルブ２１の軸方向の長さＨの比（Ｈ／Ｗ）が０．５以上となる範囲内で設定された適当な大きさとされることにより、フィラメント３０を、その形成領域ＦＡが正方形に近い平面形状となるよう構成することができるので、被光照射面において、円形に近い形の配光分布を得ることができて、点光源に近い照度特性を得ることができる。
　また、フィラメントの形成領域ＦＡがバルブ２１との間に隙間が空くよう配置されることによって、バルブ２１の軸方向に垂直な方向に対してフィラメントの形成領域ＦＡより長い第１のガラス片２４Ａおよび第２のガラス片２４Ｂを、バルブ２１の内部に配置することができる。
　従って、上記白熱電球２０を具えてなる光源装置１０によれば、白熱電球２０が、バルブ２１の中心部に位置される２本の中央セグメント３１が集光鏡の中心軸Ｌ１を挟んで位置されるよう集光鏡の中心軸Ｌ１に沿って伸びる姿勢で、配置された構成とされていることにより、集光鏡１１の集光点が、白熱電球２０のフィラメント３０における、最も高い照度の光が放射される２つの中央セグメント３１が位置された部分に位置されるので、被光照射面においては、点光源を使用した光源装置によって得られる照度特性と実質的に同等の照度特性を、本発明の白熱電球２０をいわば一般的な集光鏡内に組み込んだ構成によって得ることができると共に、白熱電球２０から放射される光の利用効率を高くすることができ、従って、例えばスポット用光源に適したものとして構成することができる。
　以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
＜白熱電球の作製例１＞
　図１乃至図３に示す構成に従って、本発明に係る白熱電球（以下、「白熱電球１」という。）を作製した。
　バルブ（２１）の材質は石英ガラスであり、外径が１８ｍｍ、内径が１５ｍｍ、全長が５５ｍｍである。
　フィラメント（３０）は、フィラメントセグメントの数が８本（２本の中央セグメント（３１）、２本の内側中間セグメント（３２）、２本の外側中間セグメント（３３）および２本の端部セグメント（３４））であり、各々のフィラメントセグメントおよびフィラメント（３０）全体の仕様は下記表１に示す通りである。
　表１において、「ピッチ幅」は、隣接する素線間のクリアランス（隙間）の大きさが０であるもののピッチ幅を１００％としたときの相対値で示されている。なお、中央セグメント（３１）における隣接する素線間のクリアランスの大きさは０．０９ｍｍ（＝素線径０．１９ｍｍ×０．４７）、内側中間セグメント（３２）における素線間のクリアランスの大きさは０．１０ｍｍ、外側中間セグメント（３３）における素線間のクリアランスの大きさは０．１２ｍｍ、端部セグメント（３４）における素線間のクリアランスの大きさは０．１４ｍｍである。
　フィラメント（３０）の形成領域（ＦＡ）における、バルブ（２１）の管軸に垂直な方向の長さ（Ｗ）は、バルブ（２１）の内径の６０％の大きさであり、縦横比（Ｈ／Ｗ）は０．９である。
＜比較用白熱電球の作製例１＞
　上記白熱電球の作製例１において、下記表１に示されるように、中央セグメント、内側中間セグメント、外側中間セグメントおよび端部セグメントの８本のフィラメントセグメントの各々におけるピッチ幅および設計電力をすべて同一の大きさとしたことの他は、上記白熱電球１と同一の構成を有する比較用の白熱電球（以下、「比較用白熱電球１」という。）を作製した。各フィラメントセグメントにおける素線間のクリアランスの大きさは、０．０９ｍｍである。
＜白熱電球の作製例２＞
　上記白熱電球の作製例１において、フィラメントを、フィラメントセグメントの数を６本（２本の中央セグメント、２本の中間セグメントおよび２本の端部セグメント）として構成し、各フィラメントセグメントにおけるピッチ幅および各フィラメントセグメントの設計電力を下記表１に従って変更したことの他は、上記白熱電球１と同一の構成を有する白熱電球（以下、「白熱電球２」という。）を作製した。なお、中央セグメントにおける素線間のクリアランスの大きさは０．０９ｍｍ、中間セグメントにおける素線間のクリアランスの大きさは０．１２ｍｍ、端部セグメントにおける素線間のクリアランスの大きさは０．１５ｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記において作製した白熱電球１、比較用白熱電球１および白熱電球２の各々を、開口径が１２０ｍｍ、奥行きが９０ｍｍである放物面集光鏡内に組み込んで、図１の構成を参照して光源装置を作製し、次に示す点灯試験を行った。
〔点灯試験〕
　放物面集光鏡の開口縁からの、集光鏡の中心軸方向に対する離間距離が５ｍの位置における、縦１ｍ×横１ｍの範囲を被光照射面として設定し、各々の白熱電球を入力電力５７５Ｗの条件で点灯させ、被光照射面上に形成される照射スポットにおける中心照度を測定すると共に、白熱電球から放射される光の利用効率を測定した。結果を下記表２に示す。　表２において、「中心照度」は、比較用白熱電球１に係る光源装置において得られる中心照度に対する相対値〔％〕で示されている。また、「光の利用効率」は、被光照射面における光束の、白熱電球単体の全光束に対する比率〔（被光照射面における光束）／（全光束）〕により示される値であって、比較用白熱電球１に係る光源装置において得られる光の利用効率に対する相対値〔％〕で示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上の結果より明らかなように、バルブの中心部に位置される中央セグメントのピッチ幅を最も小さく設定すると共にバルブの中心部に対して径方向外方側に位置されるフィラメントセグメント程、ピッチ幅を大きく設定したフィラメントを有する本発明に係る白熱電球１によれば、同一の大きさの入力電力であれば、比較用白熱電球１に比して、被光照射面において、中心照度が高い配光分布を得ることができると共に、光の利用効率が高くなること、具体的には、上記構成の白熱電球においては、例えば１３％も改善されることが確認された。
　また、白熱電球２に係る光源装置による結果との関係において、フィラメントの形成領域を正方形に近い平面形状となるよう構成することにより、本発明に係る白熱電球１によれば、上記の結果を確実に得ることができることが確認された。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
　例えば、フィラメントの構成は、上記実施例において例示した、８本のフィラメントセグメントよりなるものに限定されるものではなく、少なくともバルブの中心部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅がバルブの両側部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅より相対的に小さい構成とされていれば、フィラメントセグメントの数、フィラメントセグメントのピッチ幅およびその他の構成は目的に応じて適宜に変更することができる。
　具体的には例えば、上記実施例において例示したフィラメントの構成においては、バルブの中心部に位置される中央セグメントのピッチ幅を最も小さく設定すると共にバルブの中心部に対して径方向外方側に位置されるフィラメントセグメント程、ピッチ幅を大きく設定している、すなわち、ピッチ幅を４段階で変更しているが、中心部に近い領域内に位置される一または複数のフィラメントセグメントと、その他の領域内に位置される一または複数のフィラメントセグメントとの２段階でピッチ幅が変更された構成とされていても、あるいは、フィラメントセグメントの数を増やして５段階以上でピッチ幅が変更された構成とされていてもよい。
　１０　光源装置
　１１　集光鏡
　１２　反射面
　２０　白熱電球
　２１　バルブ
　２１Ａ　排気管残部
　２２　封止部
　２３　内部リード
　２４Ａ　第１のガラス片
　２４Ｂ　第２のガラス片
　２５　アンカー
　２６　サポータ
　２８　口金碍子
　２９　接続端子
　３０　フィラメント
　３１　中央セグメント（フィラメントセグメント）
　３２　内側中間セグメント（フィラメントセグメント）
　３３　外側中間セグメント（フィラメントセグメント）
　３４　端部セグメント（フィラメントセグメント）
　３５　接続部
　３８　単ワイヤ部（トビ部）
　４０　光源装置
　４１　白熱電球
　４２　フィラメント
　４２Ａ　フィラメントセグメント
　４３　バルブ
　４４　口金碍子
　４５　レンズ
　４８　反射鏡
　Ｃ１　バルブの管軸（白熱電球の中心軸）
　Ｃ２　バルブの管軸（白熱電球の中心軸）
　Ｌ１　集光鏡の中心軸（光軸）
　Ｌ２　レンズの中心軸（光軸）
　Ｌ３　反射鏡の中心軸（光軸）
　Ｐ１　中央セグメントのピッチ幅
　Ｐ２　内側中間セグメントのピッチ幅
　Ｐ３　外側中間セグメントのピッチ幅
　Ｐ４　端部セグメントのピッチ幅
　　ｄ　フィラメントセグメントの中心軸間の離間距離
　ＦＡ　フィラメントの形成領域

Claims (4)

  1. 　バルブ内に、１本の線材が巻回されてなるシングルコイルよりなるフィラメントセグメントの複数が、各々バルブの軸方向に沿って伸び、並列に並ぶよう平面状に配設されて形成されたフィラメントを具えた白熱電球において、
    　前記バルブの中心部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅が、両側部に位置されるフィラメントセグメントのピッチ幅より小さいことを特徴とする白熱電球。
  2. 　前記フィラメントの形成領域における、バルブの軸方向に垂直な方向の長さが、バルブの内径の９０％以下の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の白熱電球。
  3. 　前記フィラメントの形成領域におけるバルブの軸方向に垂直な方向の長さＷに対する、フィラメントの形成領域におけるバルブの軸方向の長さＨの比（Ｈ／Ｗ）が０．５以上であることを特徴とする請求項２に記載の白熱電球。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれかに記載の白熱電球と、集光鏡とよりなり、
    　当該白熱電球は、バルブの中心部に位置される２つのフィラメントセグメントが集光鏡の中心軸を挟んで位置されるよう集光鏡の中心軸に沿って伸びる姿勢で、配置されていることを特徴とする光源装置。
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