(57)【要約】【課題】上下部からの出射光の色に差異がある放電ランプを有するスポットライトにおいて、装置全体が嵩高になったり構造が複雑になることなく、スポット光に色むらを生じないようにする。【解決手段】鏡筒２内に、メタルハライドランプ３と、該ランプ３から出射される光を反射する反射鏡４と、アパーチャ５が備えられる。反射鏡４は、第１、第２、第３の楕円形反射鏡４１、４２、４３から成る。第１の楕円形反射鏡４１による一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂは第３の楕円形反射鏡４３によって反射されずにそのままアパーチャに向かい、第２の楕円形反射鏡４２による一次反射光Ｌ４２ａ、Ｌ４２ｂは、第３の楕円形反射鏡４３により反射され、上下が反転されてアパーチャ５へ向かうので、アパーチャ５に到達した光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂ、Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂは混ざり合い、ランプ３の上下の部分から出射された光の色に差異が生じても、スポット光に色むらが生じない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプと、
前記放電ランプの長手方向の中心軸を回転軸として楕円の円弧を回転してなる第１の楕円形反射鏡と、
前記第１の楕円形反射鏡の縁を起点とする楕円の円弧を回転してなる第２の楕円形反射鏡と、
前記第２の楕円形反射鏡の縁を起点とする楕円の円弧を回転してなる第３の楕円形反射鏡と、
前記第３の楕円形反射鏡の開口縁に面して設けられるアパーチャと、を備えるスポットライトであって、
前記第３の楕円形反射鏡は、
前記第１の楕円形反射鏡による一次反射光、又は前記第２の楕円形反射鏡による一次反射光のいずれかを二次反射光として反射するものであり、
前記第３の楕円形反射鏡による二次反射光及び、前記第３の楕円形反射鏡により反射されない前記第１の楕円形反射鏡による一次反射光、又は前記第２の楕円形反射鏡による一次反射光は、前記アパーチャを通過するときに前記中心軸に向かうことを特徴とするスポットライト。
【請求項２】
前記第２の楕円形反射鏡の２つの焦点は、一方が前記放電ランプの発光部に位置され、他方が前記第２の楕円形反射鏡と前記第３の楕円形反射鏡の境界面と前記中心軸との交点に位置されていることを特徴とする請求項１に記載のスポットライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源として放電ランプを有するスポットライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電ランプは、発光管の中に封入されたガス状の金属が時間の経過に伴って重力の影響により下方に偏在してくる傾向があり、偏在の度合いが大きくなるとランプの上下で出射される光の色に差異が生じてくるものもある。上記不具合は、メタルハライドランプを長手方向が水平方向になるようにして設け、該ランプから出射する光をレンズによって水平方向の前方へ集光するスポットライトにおいて顕著である。
【０００３】
メタルハライドランプを光源として備えた従来のスポットライトについて、図４を参照して説明する。このスポットライト１００は、鏡筒１０１内に、光源としてのメタルハライドランプ１０２（以下、ランプ）と、ランプ１０２から出射される光を反射して前方へ送る反射鏡１０３と、所定の径の開口を有するアパーチャ１０４と、集光レンズ部１０５と、を備える。
【０００４】
反射鏡１０３は、ランプ１０２の長手方向の中心軸１０６を回転軸として楕円の円弧を回転してなる楕円形であり、一方の焦点１０３ａがランプ１０２の発光部に位置し、他方の焦点１０３ｂがアパーチャ１０４と集光レンズ部１０５との中間に位置するように設けられる。このスポットライト１００において、ランプ１０２の下部から出射された光１０７ａは、上部から出射された光１０７ｂに比べて黄色味を帯び、アパーチャ１０４の開口の略下半分を通過する。一方、ランプ１０２の上部から出射された光１０７ｂは、アパーチャ１０４の開口の略上半分を通過し、両方の光１０７ａ、１０７ｂは混ざり合うことなくそのまま前方に照射されてスポット光１０８を形成する。従って、スポット光１０８は、上方ほど黄色味がかかったものとなる。
【０００５】
上記スポットライト１００の欠点を解消するために、反射鏡１０３の形状を変更してランプ１０２から出射された光がアパーチャ１０４の位置で混ざり合うようにしたスポットライトがある。このスポットライト２００は、図５に示したように、反射鏡２０３を、ランプ１０２の長手方向の中心軸１０６を回転軸として楕円の円弧を回転してなる第１の楕円形部分２０３ａと、該第１の楕円形部分２０３ａの縁を起点とする楕円の円弧を回転してなる第２の楕円形部分２０３ｂとから構成したものである。反射鏡２０３以外の部分の構造は、スポットライト１００と同一である。
【０００６】
第１の楕円形部分２０３ａの一方の焦点２０３ｆａと、第２の楕円形部分２０３ｂの一方の焦点２０３ｆｂとは、共にランプ１０２の発光部に位置され、第１の楕円形部分２０３ａの他方の焦点２０３ｆａはアパーチャ１０４よりランプ１０２寄りに位置され、第２の楕円形部分２０３ｂの他方の焦点２０３ｆｂはアパーチャ１０４よりレンズ部１０５寄りに位置されている。
【０００７】
このスポットライト２００において、ランプ１０２の下部から出射された光２０７ａのうち第１の楕円形部分２０３ａにより反射された光は、アパーチャ１０４の開口の主に上半部を通過し、第２の楕円形部分２０３ｂにより反射された光は、アパーチャ１０４の開口の主に下半部を通過する。また、ランプ１０２の上部から出射された光２０７ｂのうち第１の楕円形部分２０３ａにより反射された光は、アパーチャ１０４の開口の主に下半部を通過し、第２の楕円形部分２０３ｂにより反射された光は、アパーチャ１０４の開口の主に上半部を通過する。
【０００８】
上記のように、ランプ１０２の上部と下部から出射された光２０７ｂ、２０７ａは、アパーチャ１０４の位置で混ざり合い、疑似光源としてのアパーチャ１０４からレンズ部１０５へ向かう光は、色むらを有さない光になる。ところが、レンズ部１０５へ向かう光のうち第１の楕円形部分２０３ａによって反射された光は、アパーチャ１０４を通過してから大きな角度で広がるので、周縁部がレンズ部１０５のホルダ１０５ａや鏡筒１０１の内壁１０１ａによってカットされ、スポット光１０８を形成することに寄与せず、スポット光１０８の色むらが解消されない虞がある。
【０００９】
さらに、上記第１の楕円形部分２０３ａによって反射された光の周縁部がカットされるという不具合を解消するために、図６に示すように、鏡筒１０１の前方部分１０１ｂの径を大きくしたスポットライト３００が考えられるが、この場合には、スポットライト３００全体の嵩が大きくなってしまうという欠点を有する上に、レンズ部１０５の周縁を通過する光がレンズの収差の影響を受けてスポット光１０８の輪郭がぼやけるという欠点を有する。レンズの収差による影響を解消するためには、非球面レンズを用いたりレンズの枚数を増やせばよいが、それではレンズ部１０５が複雑になる上にコストアップになる。
【００１０】
一方、ランプから出射される光の利用効率を向上するために、楕円形の反射鏡の一部を放物面に形成したスポットライトが知られている（例えば、特許文献１参照）。このスポットライトでは、楕円形反射鏡の、ランプの長手方向の中心軸に近い部分が放物面に形成されており、ランプから出射されて反射鏡の放物面により反射された光は、中心軸に平行になってアパーチャの開口部へ向かい、中心軸の近傍の光量が減少することを防止するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−３１０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように、上下で出射する光色に相違が生じる放電ランプを光源として用いたスポットライトにおいて、装置全体の嵩を増大したり構造を複雑にすることなく、スポット光の色むらを解消することは容易ではなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、装置全体の嵩を増大したり構造を複雑にすることなく、照射面に形成されるスポット光に色むらを生じず、しかも輪郭がぼやけることがないスポットライトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、放電ランプと、前記放電ランプの長手方向の中心軸を回転軸として楕円の円弧を回転してなる第１の楕円形反射鏡と、前記第１の楕円形反射鏡の縁を起点とする楕円の円弧を回転してなる第２の楕円形反射鏡と、前記第２の楕円形反射鏡の縁を起点とする楕円の円弧を回転してなる第３の楕円形反射鏡と、前記第３の楕円形反射鏡の開口縁に面して設けられるアパーチャと、を備えるスポットライトであって、前記第３の楕円形反射鏡は、前記第１の楕円形反射鏡による一次反射光、又は前記第２の楕円形反射鏡による一次反射光のいずれかを二次反射光として反射するものであり、前記第３の楕円形反射鏡による二次反射光及び、前記第３の楕円形反射鏡により反射されない前記第１の楕円形反射鏡による一次反射光、又は前記第２の楕円形反射鏡による一次反射光は、前記アパーチャを通過するときに前記中心軸に向かうことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１のスポットライトにおいて、前記第２の楕円形反射鏡の２つの焦点は、一方が前記放電ランプの発光部に位置され、他方が前記第２の楕円形反射鏡と前記第３の楕円形反射鏡の境界面と前記中心軸との交点に位置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、第１の楕円形反射鏡による一次反射光、又は第２の楕円形反射鏡による一次反射光のうちいずれか一方が第３の楕円形反射鏡により反射され、他方が反射されずにそのままアパーチャに向かうので、第３の楕円形反射鏡により反射されてアパーチャに到達した光と、反射されずにアパーチャに到達した光とは、アパーチャの平面において上下逆側を通過し、放電ランプの上下の部分から出射された光がアパーチャ位置で混ざり合い、スポット光に色むらが生じない。また、放電ランプから出射されてアパーチャへ向かう光は、アパーチャを通過するときに中心軸に向かう光となるので、レンズ部の比較的中心付近により集光され、レンズ径を拡大するとか、レンズの収差を改善するために非球面レンズを採用するといった対策を取らないコンパクトで簡素な構成であっても、スポット光に色むらが生じず、輪郭がぼやけることがない。
【００１６】
請求項２の発明によれば、第２の楕円形反射鏡の２つの焦点のうち一方が放電ランプの発光部に位置され、他方が第２の楕円形反射鏡と第３の楕円形反射鏡の境界面と中心軸との交点に位置されるので、前記境界面における内径を第２の楕円形反射鏡の内径の最大値よりも小さくでき、反射鏡をコンパクトに構成することができ、ひいては装置全体をコンパクトに構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係るスポットライトについて図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態のスポットライトの全体を示し、図２は反射鏡部分を拡大して示す。本実施形態のスポットライト１は、鏡筒２内に、光源としてのメタルハライドランプ３（以下、ランプ）と、ランプ３から出射される光を前方（図１、２において右方）へ向かうように反射する反射鏡４と、反射鏡４の前方に設けられたアパーチャ５と、鏡筒２の開口端に設けられたレンズ部６と、を備える。ランプ３は、その長手方向の中心軸７が水平になるように取り付けられ、鏡筒２外の安定器８により電源を供給されて点灯する。なお、ランプ３は、発光管内にナトリウムやスカンジウム等の金属ハロゲン化物と水銀とが混合蒸気として封入され、アーク放電によって発光するものである。
【００１８】
アパーチャ５は、レンズ部６の焦点位置に設けられ、ランプ３から出射された光を絞る所定径の開口部５ａを有する。照射面に形成されるスポット光９の形状は、開口部５ａと同一の形状になる。本実施形態では円形であるが、任意の形状とすることができる。
【００１９】
反射鏡４は、例えば、アルミ板に絞り加工を施して所定形状に成型したもの、あるいはプレス成型したガラス基材にアルミ膜等の光反射膜を成膜して作製したものである。また、反射鏡４は、同一材質により成型された一体物であってもよいし、複数個に分割して作製された割型を接合したものであってもよい。
【００２０】
反射鏡４の形状は、図２及び図３に示されるように、異なった焦点を有する３つの楕円形部分４１、４２、４３が組み合されたものである。以下、３つの部分をランプ３寄りの部分から順に第１の楕円形反射鏡４１、第２の楕円形反射鏡４２、及び第３の楕円形反射鏡４３と名付けて説明する。
【００２１】
第１の楕円形反射鏡４１は、ランプ３の長手方向の中心軸７を回転軸として楕円の円弧を回転して成り、第２の楕円形反射鏡４２は、第１の楕円形反射鏡４１の縁４１ｐを起点とした楕円の円弧を中心軸７を回転軸として回転して成り、第３の楕円形反射鏡４３は、第２の楕円形反射鏡４２の縁４２ｐを起点とした楕円の円弧を中心軸７を回転軸として回転して成る。
【００２２】
また、第１の楕円形反射鏡４１は、一方の焦点４１ａがランプ３の発光部に位置され、他方の焦点４１ｂがアパーチャ５よりもレンズ部６寄りの前方に位置される。第２の楕円形反射鏡４２は、一方の焦点４２ａがランプ３の発光部に位置され、他方の焦点４２ｂが、第２の楕円形反射鏡４２と第３の楕円形反射鏡４３の境界面５０と中心軸７との交点Ｐに位置される。第３の楕円形反射鏡４３は、一方の焦点４３ａが前記交点Ｐに位置され、他方の焦点４３ｂが、アパーチャ５よりもレンズ部６寄りの前方に位置される。
【００２３】
なお、第２の楕円形反射鏡４２の他方の焦点４２ｂが境界面５０と中心軸７との交点Ｐに位置されるので、境界面５０の内径を、第２の楕円形反射鏡４２の内径の最大値よりも小さくでき、反射鏡４全体の嵩を小さくすることができる。換言すると、第２の楕円形反射鏡４２の形状が前方に向けて開いたラッパ状にならないので、境界面５０における反射鏡の内径を小さくすることができ、その分だけ第３の楕円形反射鏡４３の径を小さくすることができる。
【００２４】
各楕円形反射鏡４１、４２、４３の形状が上記のようになっているので、第２の楕円形反射鏡４２による一次反射光Ｌ４２ａ、Ｌ４２ｂは、第３の楕円形反射鏡４３により二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂとして反射され、第１の楕円形反射鏡４１による一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂは、水平に近い緩い角度で収束する光となってアパーチャ５に向かい、第３の楕円形反射鏡４３によっては反射されない。
【００２５】
次に、ランプ３から出射される光がスポット光９を形成するまでの光路について、図２を参照して説明する。ランプ３の下部から出射され第１の楕円形反射鏡４１によって反射された一次反射光Ｌ４１ａは、水平に近い緩い角度で中心軸７方向へ向かう光となってアパーチャ５の開口部５ａの略下半分を通過し、ランプ３の上部から出射され第１の楕円形反射鏡４１によって反射された一次反射光Ｌ４１ｂは、同じく水平に近い緩い角度で中心軸７方向へ向かう光となってアパーチャ５の開口部５ａの略上半分を通過する。アパーチャ５を通過した一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂは、レンズ部６により集光されてスポット光９を形成する。
【００２６】
これに対して、ランプ３の下部から出射され第２の楕円形反射鏡４２によって反射された光Ｌ４２ａは、続いて第３の楕円形反射鏡４３によって反射されて二次反射光Ｌ４３ａとなり、比較的急な角度でアパーチャ５の開口部５ａの略上半分を通過する。また、ランプ３の上部から出射され第２の楕円形反射鏡４２によって反射された光Ｌ４２ｂは、続いて第３の楕円形反射鏡４３によって反射されて二次反射光Ｌ４３ｂとなり、同じく比較的急な角度でアパーチャ５の開口部５ａの略下半分を通過する。アパーチャ５を通過した二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂは、レンズ部６により集光されてスポット光９を形成する。
【００２７】
以上のように、第１の楕円形反射鏡４１に反射されて緩い角度で中心軸７方向へ向かう一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂと、第２、第３の楕円形反射鏡４２、４３によって順に反射された二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂとは、アパーチャ５位置において上下の位相が逆になるので、光束同士が混ざり合い、ランプ３の上下で出射光の色に差異が生じたときにも、アパーチャ５位置では色むらが生じない。
【００２８】
また、アパーチャ５を通過してレンズ部６へ向かう一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂは、水平に近い緩い角度で中心軸７に向かうので、レンズ部６の中心付近によって集光され、周縁がカットされることがなく、レンズの収差の影響を受けることもない。同様に、アパーチャ５を通過してレンズ部６へ向かう二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂも、中心軸７に向かうので、光束の径が急に拡大することがなく、レンズ部６の中心付近によって集光される。このように、一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂ及び二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂが共にレンズ部６の中心付近で集光されるので、レンズ部６の径を拡大したり、収差による影響を取り除くためにレンズ部６のレンズを特殊なものにする必要がない。
【００２９】
そして、前述のように一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂと二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂとは、アパーチャ５位置において光束同士が混ざり合うので、レンズ部６を通過した両反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂ、Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂによって形成されるスポット光９も色むらを有しない。また、両反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂ、Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂは、レンズ部６付近でも小径であり、周縁部がカットされたり、レンズの周縁による収差の影響を受けることがないので、このことによってもスポット光９が、輪郭が鮮明で色むらのないものになる。
【００３０】
第１の楕円形反射鏡４１の焦点４１ｂ位置と、第３の楕円形反射鏡４３の焦点４３ｂ位置について、さらに説明する。第１の楕円形反射鏡４１の焦点４１ｂと第３の楕円形反射鏡４３の焦点４３ｂは、共にその位置設定に際して、アパーチャ５に近すぎるとアパーチャ５の開口部５ａにおける疑似光源としての光の均一性が低下し、遠すぎるとアパーチャ５によってカットされる割合が増加してしまうという事情がある。従って、両焦点４１ｂ、４３ｂは、アパーチャ５位置における光の均一性が良好になり、カットされる割合が最小になる位置に設定される。
【００３１】
具体的には、図２に示されるように、第１の楕円形反射鏡４１の焦点４１ｂ位置は、第１の楕円形反射鏡４１の最外周に相当する縁４１ｐによって反射された最も外側の一次反射光Ｌ４１ｂ’がアパーチャ５の開口部５ａの縁を通過するように設定される。これにより、一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂの光束のアパーチャ５位置における直径が開口部５ａの直径と略同一になって光の均一性が良好になり、しかもアパーチャ５によってカットされる割合を最小にすることができる。
【００３２】
同様に、第３の楕円形反射鏡４３の焦点４３ｂ位置は、第３の楕円形反射鏡４３の最外周に相当する開口縁４３ｐによって反射された最も外側の二次反射光Ｌ４３ａ’がアパーチャ５の開口部５ａの縁を通過するように設定される。これにより、二次反射光Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂの光束の開口部５ａにおける光の均一性が良好になり、しかもアパーチャ５によってカットされる割合を最小にすることができる。
【００３３】
以上のように、本実施形態のスポットライト１は、第２の楕円形反射鏡４２による一次反射光Ｌ４２ａ、Ｌ４２ｂが第３の楕円形反射鏡４３により反射され、第１の楕円形反射鏡４１による一次反射光Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂが反射されずにそのままアパーチャ５に向かうので、両光Ｌ４２ａ、Ｌ４２ｂ、Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂは、アパーチャ５の平面において上下逆側を通過し、スポット光９に色むらが生じない。また、放電ランプ３から出射されてアパーチャ５へ向かう光は、アパーチャ５を通過するときに中心軸７に向かうので、レンズ部６の中心付近によって集光される。従って、レンズ部６の径を拡大するとか、レンズの収差を改善するために非球面レンズを採用するといった対策を取らないコンパクトで簡素な構成であっても、スポット光９に色むらが生じず、輪郭がぼやけることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るスポットライトの縦断面図。
【図２】同スポットライトの要部と放電ランプから出射された光の光路を示す縦断面図。
【図３】同スポットライトの反射鏡の斜視図。
【図４】従来のスポットライトの一例を示す縦断面図。
【図５】従来のスポットライトの他の例を示す縦断面図。
【図６】従来のスポットライトのさらに他の例を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１  スポットライト
３  メタルハライドランプ（放電ランプ）
５  アパーチャ
７  中心軸
４１  第１の楕円形反射鏡
４１ｐ  第１の楕円形反射鏡の縁
４２  第２の楕円形反射鏡
４２ａ  第２の楕円形反射鏡の一方の焦点
４２ｂ  第２の楕円形反射鏡の他方の焦点
４２ｐ  第２の楕円形反射鏡の縁
４３  第３の楕円形反射鏡
４３ｐ  第３の楕円形反射鏡の開口縁
５０  境界面
Ｌ４１ａ、Ｌ４１ｂ  一次反射光
Ｌ４３ａ、Ｌ４３ｂ  二次反射光
Ｐ  交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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