JP4223366B2

JP4223366B2 - 配光制御型照明器

Info

Publication number: JP4223366B2
Application number: JP2003339476A
Authority: JP
Inventors: 宣夫大山
Original assignee: S T I Japan KK
Current assignee: S T I Japan KK
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: CA2543398A1; EP1677044A4; US20070195530A1; JP2005108592A; CA2543398C; WO2005033578A1; TW200521378A; US7621649B2; EP1677044A1

Description

本発明は配光制御型照明器に関するものである。

放電灯の一種であるメタルハライドランプは水銀、希ガスと共に発光管の中に封入された金属ハロゲン化合物が発光管内の電極間での放電による高温化で金属原子とハロゲン原子に分離され、金属原子の励起によるスペクトルを主とする放電を得る光源である。この光源は可視部放射のスペクトル分布のバランスが良いことから演色性がよく多くの照明用途に応えている。
メタルハライドランプのある種の金属ハロゲン化合物はランプの点灯中にもその一部が発光管の最冷点部に液状で存在する。そのため、点灯姿勢を変えることにより最冷点温度も変化し、それに対応して、その金属ハロゲン化合物の蒸気圧が変化し、ランプ電圧・温度及び光色が変化する。ランプ点灯中に完全に蒸発する金属ハロゲン化合物の場合でも点灯姿勢により発光管内での密度分布が変化するため、同様の特性の変化が起きる。このことより、メタルハライド・ランプは最良の特性が得られる点灯姿勢が指定される。また、極めて高い可視発光効率を持つ低圧ナトリウムランプも同様の特性を持つことより、その点灯姿勢が指定される（例えば、非特許文献１参照）。

一方、光源よりの光束を反射により、その拡がりを制御する集光ミラー等の種々の「光束角制御ミラー」は理想上の点光源のかかるミラーによる制御光束の中心線がかかる点光源を通るミラーと点光源の位置関係を唯一の軸上に持ち、かかる軸を「光束角制御ミラーの軸」と呼ぶ。
点灯姿勢が指定される前述の放電灯の中には「光束角制御ミラー」の前に置かれ、かかるミラーのさらに前方に光束を送る照明器に用いられるものがある。このような用いられ方をするメタルハライドランプや低圧ナトリウムランプはその電極間を結ぶ線を「ランプ軸」として、かかる軸の垂直又は水平方向に対する傾きを一定範囲に指定されるものが多い。
例えば、水平方向に対する傾きを一定範囲に指定されるものの例を具体的に示すと、図５に示すように、ランプ５０の電極５１，５３間を結ぶ線５４（ランプ軸）がランプ長軸５６と一致し、その点灯姿勢は水平線を基準として上下α°以内に指定される。

点灯姿勢が指定されるランプと光束角制御ミラーの配置に関し、垂直方向へ対して「ランプ軸」の傾きが制限されている場合は、「ランプ軸」を「光束角制御ミラーの軸」と直交させるか、又は実質的に一致させる。前者では制御光束の中心軸の水平方向に対する傾きの制限は「ランプ軸」の垂直方向に対する傾きの制限と同じになる。後者では制御光束の中心軸の傾きの制限は「ランプ軸」の傾きの制限と一致する。
水平方向へ対して「ランプ軸」の傾きが制限されている場合は「ランプ軸」を「光束角制御ミラーの軸」と直交させるか実質的に一致させる方法がある。前者では照明器が「ランプ軸」の水平方向への制限に合致するように取り付けられる限り制御光束の中心軸は上下方向への制限を受けない。後者では制御光束の中心軸の上下方向への制限は「ランプ軸」の制限と一致する。
「照明ハンドブック」株式会社オーム社、昭和６０年７月３０日（第１版第５刷）、ｐ．１７９−１８１

放電灯の光束は図６（イ）（ロ）の如くランプ軸の周方向に放射され、その光束密度は軸と直交する面に近づく程大きくなり、軸方向にはほとんど放射されない。
したがって、例えば図７に示すように、水平方向への「ランプ軸」の傾きの制限があるランプ５０を、そのランプ軸５６を「光束角制御ミラ５５ーの軸５７」と直交させ、「ランプ軸」の水平方向への制限を満足させるように照明器を取り付け、上下への光束中心線の方向の自由を得る方法（この方法では、図７に示すように、ランプ軸５６又はこれに平行な軸５９回り及び垂直軸回りに照明器を回動させてもランプ姿勢が変化せず、光束中心線の方向を自由に変えることができる。）では、図８（イ）の如く図中左方に放射する光束しか捕捉できず、多くの光束がミラーに捕捉されない。このことより、このような放電灯の光束を「光束角制御ミラー」により多く捕捉し、ミラー前方へ送るには、図８（ロ）の如く「ランプ軸」を「光束角制御ミラーの軸」に実質的に一致させることが望ましい。しかしこの場合には、光束中心線の方向を上下に向けようとするとランプの姿勢指定の範囲を超えることになり、ランプの最良の特性を犠牲にすることになる。
つまり、このようなランプと集光ミラー等の光束角制御ミラーとの位置関係を持つ照明器では、ランプの姿勢指定の範囲を超える方向に光束を放射する場合には最良の特性を犠牲にすることになり、その解決が課題である。
この発明はこのような問題を解決する為になされたもので、より多くの光束を捕捉して制御できると共にランプの姿勢を変えることなく光束の中心線の方向を全ての方向に変えることができる照明器を提供するものである。

（１）本発明に係る配光制御型照明器は、対向する電極間に放電を行うことで光を放射する光源と、該光源から放射される光束を反射して光束角を制御する反射鏡と、該反射鏡によって光束の拡がりが制御された光束の進路を変更する進路変更鏡とを備えたものであって、前記光源を、該光源の前記電極間を結ぶ軸線或いは他の姿勢指定に用いられる基準線と前記反射鏡によって制御された光束の中心線が実質的に一致するように配置すると共に、前記進路変更鏡は前記制御光束の中心線回りの所望方向に前記制御光束の進行方向を変更でき、光源とその光束角を制御する反射鏡を収容するケーシングと、該ケーシングの制御光束進路側に設置されて進路変更鏡を収容する進路変更鏡収容体とを備え、該進路変更鏡収容体は、前記ケーシングに、制御光束の進行方向軸線回りに回動可能に取り付けられ、ケーシングを、鉛直軸線回り所望の向きに位置決め可能に保持できる保持手段を設けたものである。

（２）また、光源はメタルハライドランプ又は低圧ナトリウムランプ等の放電灯であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）及び（２）における進路変更鏡に替えて、円弧状、楕円弧状或いはサイン曲線状の横断面を持つ突条が互いに接して横に並んだ形状を少なくともその一面に持つ平板或いは曲面板状の光反射体であり、かかる形状の透明体部をその反射面上に持つか、或いはかかる突条の表面が光反射機能を持つ平板或いは曲面状の構造物を用いたものである。

（１）本発明に係る配光制御装置においては、光源を、該光源の電極間を結ぶ軸線或いは他の姿勢指定に用いられる基準線と反射鏡によって制御された光束の中心線が実質的に一致するように配置すると共に、制御光束の進路を該制御光束の進行方向軸線回りの所望方向に変更できる進路変更鏡を設けたことにより、光源の電極間を結ぶ軸線方向の姿勢を保持したままで制御光束を所望の方向に出射できる。その結果、より多くの光束を捕捉できると共に光源の姿勢を変えることなく光束の中心線の方向を全ての方向に変えることができる。また、光源と反射鏡を収容するケーシングと、該ケーシングの制御光束進路側に設置されて進路変更鏡を収容する進路変更鏡収容体とを備え、該進路変更鏡収容体を、前記ケーシングに制御光束の進行方向軸線回りに回動可能に取り付けたことにより、上記（１）の効果に加え、装置全体をコンパクトにできる。また、ケーシングを鉛直軸線回り所望の向きに位置決め可能に保持できる保持手段を設けたことにより、ケーシングの取り付けの向きと保持部材の回転位置との組み合わせにより、光源の指定点灯姿勢を保持しつつ所望の方向に光束を出射できる。

（２）また、光源が多くのメタルハライドランプや低圧ナトリウムランプ等のようにその点灯姿勢が指定される場合は、より多くの光束を捕捉できると共に光源の姿勢を変えることなく光束の中心線の方向を全ての方向に変えることができる。換言すれば、ランプ特性に変化を生ずることなくランプが有する演色効果を発揮しつつ、ランプ効率を高めることができる。

（３）上記（１）及び（２）における進路変更鏡に替えて、円弧状、楕円弧状或いはサイン曲線状の横断面を持つ突条が互いに接して横に並んだ形状を少なくともその一面に持つ平板或いは曲面板状の光反射体であり、かかる形状の透明体部をその反射面上に持つか、或いはかかる突条の表面が光反射機能を持つ平板或いは曲面状の構造物を用いたことにより、光源１から放射される光束のほぼ全量の進路を制御できると共に、広範に渡る均一な配光とこれによる一層の演色効果の向上を実現できる。

図１は本発明の一実施の形態に係る配光制御装置の説明図である。本実施の形態に係る配光制御装置は、図１に示すように、対向する電極間２，４に放電を行うことで光を放射する光源１と、光源１を収納するケーシング３と、ケーシング３内に設置されて光源１の後方に配置されて光源１から放射される光束を反射して光束角を制御する反射鏡５と、ケーシング３の前方に設置されて反射鏡５の制御光束の進路を変更する進路変更鏡７と、進路変更鏡７を収容して所定の姿勢に保持する進路変更鏡収容体９とを備えている。
以下、各構成をさらに詳細に説明する。

光源１は、図５に示したメタルハライドランプあるいは低圧ナトリウムランプなど点灯姿勢が指定されるものが使用される。指定される点灯姿勢とは、当該ランプの最良の特性が得られるようにランプメーカー等によって指定されるランプ点灯時の姿勢である。ランプ姿勢の指定は「ランプ軸」を用いる以外、ランプの他の基準線を用いることがある。その場合、かかる基準線が「ランプ軸」に替わる。
ケーシング３は、円筒体からなり、その下部には光源１を点灯させるための電子部品を収納する電子部品収納部１１が設けられている。また、ケーシング３の外面には放熱効果を高めるための突条１３がほぼ全面に亘って形成されている。なお、図１では図の複雑化を避けるために突条１３の一部のみを示している。

ケーシング３の一側面には、図１に示すように、ケーシング３を鉛直軸線６回り所望の向きに位置決め可能に保持できる保持手段１３を設けてもよい。保持手段１３はケーシング３側に固定された断面コ字状の支持部材１５と、一部が開口したリング状部材１７とからなり、リング状部材１７の開口部にリング外方に突出するように設けた突片１９を、支持部材１５の両片にネジ固定するようにする。配光制御装置の設置は、保持手段１３を建物等の固定側に設けられた棒材等に固定することにより行う。つまり、リング状部材１７のリング内に棒材等を挿入して所定向きに調整後、ネジを締め付けることによりリング状部材１７で棒材を締め付けて固定する。これによって、配光制御装置は光源１を指定姿勢に保持したままで鉛直軸線回り所望の向きに固定できる。

反射鏡５は集光機能を有する回転楕円面鏡からなり、反射面を進路変更鏡７側に向けてケーシング１内に設置されている。そして、反射鏡５内に設置される光源は、その電極間を結ぶ線すなわち「ランプ軸」が反射鏡５の軸、すなわち「光束角制御ミラーの軸」と実質的に一致するように配置されている。なお、反射鏡５の反射面形状は回転楕円面に限られるものではなく、半球面、回転放物面あるいはその他の形状でもよい。
進路変更鏡７は、光源１の電極間を結ぶ軸線に対して典型的には４５°の傾斜で進路変更鏡収容体９内に設置されている。進路変更鏡７は、この例では反射面が平面である平面鏡を用いているが、反射面が曲面の曲面鏡であってもよい。

進路変更鏡収容体９は、一面が開口した矩形箱体からなり、進路変更鏡７をその反射面が開口側に向くように保持している。そして、進路変更鏡収容体９はその一側面がケーシング３の一端側に回動可能に取り付けられている。したがって、進路変更鏡収容体９を回動することにより光束進路変更鏡７の向きを、制御光束の軸線回り所望の方向に変えることができる。
なお、進路変更鏡収容体９の表面には、ケーシング３の表面と同様に放熱用の突条２１がほぼ全面に亘って形成されている。図１では突条２１の一部のみ示している理由はケーシング３側の突条１３と同様である。

図２は図１に示した本実施形態の作用の説明図である。以下、図２及び図１に基づいて本実施の形態の作用を説明する。光源１を、図２に示すように、その電極２，４間を結ぶ線すなわち「ランプ軸」が制御光束の軸３１に一致するように配置すると、光源１から放射される光束は反射鏡５によってほぼ完全に捕捉され、反射鏡５の開口側に集光して反射される。つまり、光源１を、その電極２，４間を結ぶ線が制御光束の軸３１に一致するように配置することにより、光源１から放射される光束をほぼ完全に制御可能になるのである。この点、従来においては、図８（イ）に示したように、約半分の光束しか制御できなかったのに比較して、ランプ効率を大きく向上できることになる。

反射鏡５によって反射された制御光束は進路変更鏡７によって進路を変更して進路変更鏡収容体９の開口部に向けて出射される。進路変更鏡収容体９はケーシング３に回動可能に取り付けられているので、進路変更鏡収容体９を回動することで、進路変更鏡７は制御光束の軸３１回りに回動できる。このため、制御光束は進路変更鏡７によって、その軸線回り所望の方向に出射可能となる。
ところで、反射鏡５を収容するケーシング３は光源１の指定姿勢を保持したままで鉛直方向軸線６回りに向きの調整ができる。したがって、ケーシング３を鉛直方向軸線６回り所望の向きに調整して設置し、この設置位置で進路変更鏡収容体９を回動することにより光源１から放射される光束のほぼ全量の進路を所望の方向に制御できるのである。
つまり、本実施の形態によれば、光源１の指定姿勢を保持して演色効果を高く維持しつつ、光源１から放射される光束のほぼ全量の進路を制御できる。これによって、制御できる光量を犠牲にしていた従来例に比較してランプ効率を約３割〜４割向上させることができる。

なお、進路変更鏡収容体９の開口部に、進路変更鏡７から出射された光束を特定の方向に拡散する透過または反射型の光拡散体を設置してもよい。この光拡散体としては、例えば図３に示すように、平板状の少なくとも一方の面に円弧状の横断面を有する多数の突条３３が互いに接して配列された樹脂、ガラス或いは石英等からなる透明体が使用できる。そして、この光拡散体の突条としては、半円又は楕円に近い円弧状の横断面、半楕円又は楕円に近い横断面、これらと同等に深いサイン曲線の一部が曲縁となる横断面を持つ突条を用いることもできる。また、多数のモノ・フィラメントが互いに接する横列体或いはかかるモノ・フィラメントの束からなる透明体を光拡散体として使用することもできる。

このような光拡散体は、例えば図４に示すように、その双方の面にかかる突条３５，３７を持つことにより、かかる光拡散体に受ける光を縦横に拡散することができる。
また、かかる光拡散体はそのいずれかの面に反射機能を持たせて平板状或いは曲面状の反射体とすることにより、進路変更鏡７としても用いることができ、光拡散と進路変更の双方の機能を同時に果たすことができる。
このように上記光拡散体を併用することにより、光源１から放射される光束のほぼ全量の進路を制御できると共に、広範に渡る均一な配光とこれによる一層の演色効果の向上を実現できる。

本発明の一実施形態に係る配光制御装置の構成の説明図である。図１に示した配光制御装置の作用の説明図である。本発明の一実施形態に用いる光拡散体の説明図である（その１）。本発明の一実施形態に用いる光拡散体の説明図である（その２）。メタルハライドランプの説明図である。メタルハライドランプの配光状態の説明図である。本発明が解決しようとする課題の説明図である（その１）。本発明が解決しようとする課題の説明図である（その２）。

符号の説明

１光源
３ケーシング
５反射鏡
７進路変更鏡
９進路変更鏡収容体
１３保持手段

Claims

対向する電極間に放電を行うことで光を放射する光源と、該光源から放射される光束を反射して光束角を制御する反射鏡と、該反射鏡によって光束の拡がりが制御された光束の進路を変更する進路変更鏡とを備えた配光制御型照明器であって、
前記光源を、該光源の前記電極間を結ぶ軸線或いは他の姿勢指定に用いられる基準線と前記反射鏡によって制御された光束の中心線が実質的に一致するように配置すると共に、前記進路変更鏡は前記制御光束の中心線回りの所望方向に前記制御光束の進行方向を変更でき、
光源とその光束角を制御する反射鏡を収容するケーシングと、
該ケーシングの制御光束進路側に設置されて進路変更鏡を収容する進路変更鏡収容体と
を備え、
該進路変更鏡収容体は、前記ケーシングに、制御光束の進行方向軸線回りに回動可能に取り付けられ、
前記ケーシングを、鉛直軸線回り所望の向きに位置決め可能に保持できる保持手段を設けたことを特徴とする配光制御型照明器。
光源はメタルハライドランプ又は低圧ナトリウムランプ等の放電灯であることを特徴とする請求項１に記載の配光制御型照明器。
上記各請求項における進路変更鏡に替えて、円弧状、楕円弧状或いはサイン曲線状の横断面を持つ突条が互いに接して横に並んだ形状を少なくともその一面に持つ平板或いは曲面板状の光反射体であり、かかる形状の透明体部をその反射面上に持つか、或いはかかる突条の表面が光反射機能を持つ平板或いは曲面状の構造物を用いた請求項１または２に記載の配光制御型照明器。