(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白熱ランプから放射された光が、反射鏡によって反射集光されて光ファイバーの端面に入射する光ファイバーを用いた照明装置において、
前記反射鏡は回転楕円体であり、その第１焦点に白熱ランプのフィラメントコイルが配置され、その第２焦点に光ファイバーの端面が位置しており、
前記白熱ランプのフィラメント表面積をＡ（ｍｍ２）、
前記光ファイバーの入射端面の面積をＢ（ｍｍ２）、
前記反射鏡の頂点から第１焦点までの距離をｆ１、頂点から第２焦点までの距離をｆ２としたときのｆ２／ｆ１の値を焦点離間値Ｃ、とすると
α＝Ａ×（Ｃ／Ｂ）の値が、α≦２０
であることを特徴とする光ファイバーを用いた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、室内外の光装飾や、室内外の照明に利用される光ファイバーを用いた照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光源を照明位置から離れた場所に配置して光ファイバーによって光源からの光を導き室内外の照明や装飾に利用する光ファイバーを用いた照明装置が知られている。
このような、光ファイバーを用いた照明装置は、光源として種々のものがあるが、安価な白熱ランプがよく利用されており、図１に示すように、白熱ランプ１から放射された光を反射鏡２によって反射集光し、この反射光を光ファイバー３の端面３ａに入射させる構造になっている。
【０００３】
そして、近年、光ファイバーから出射される光出力を大きくして、室内外を明るく照明したり、また、室内外の光装飾の場合は、より明るい光で効果的に装飾することが要求されるようになってきている。
【０００４】
このような要求を満たすために、最も簡易な手段として白熱ランプの入力電力を大きくし、具体的には７０Ｗから１００Ｗに変えるなどして、白熱ランプ自体から放射される全光束を増やして光ファイバーから出射される光出力を大きくすることが行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白熱ランプの入力電力を大きくすれば、それだけ白熱ランプから放射される熱も大きくなり、点灯時間の経過とともに反射鏡の反射面が変色して徐々に反射率が落ち、結果的に光ファイバーから出射される光出力が低下するという問題があった。
【０００６】
また、白熱ランプの入力電力を大きくすると、フィラメントの直径が大きくなったりあるいは長さが長くなり、フィラメントが点光源からかけ離れた大きさを有することになり、回転楕円体である反射鏡の第１焦点にフィラメントを位置させても、フィラメントがある一定の大きさを有しているので、第２焦点にはある一定の大きさの広がりを持った状態で光が集光することになり、効率良く第２焦点に位置する光ファイバーの端面に光が集光しなくなるという問題があった。言い換えれば、白熱ランプから放射された光が効率良く光ファイバーに入射しない、という問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、第２焦点に位置する光ファイバの端部の断面積を大きくすることも考えられるが、この部分だけ断面積を大きくすることは通常行われず、一般的に直径の大きな光ファイバーを用いることになり、光ファイバーのコストアップにつながる、という問題があった。さらには、光装飾の場合は光ファイバーの配置状態によっては装飾性を阻害するという観点から直径の大きな光ファイバーを使用できないこともあった。
【０００８】
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、白熱ランプから放射された光を効率良く光ファイバーの端面に入射させ、白熱ランプから放射された光を効率良く光ファイバーから出射させることができる光ファイバーを用いた照明装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光ファイバーを用いた照明装置は、白熱ランプから放射された光が、反射鏡によって反射集光されて光ファイバーの端面に入射する光ファイバーを用いた照明装置において、前記反射鏡は回転楕円体であり、その第１焦点に白熱ランプのフィラメントコイルが配置され、その第２焦点に光ファイバーの端面が位置しており、
前記白熱ランプのフィラメント表面積をＡ（ｍｍ２）、
前記光ファイバーの入射端面の面積をＢ（ｍｍ２）、
前記反射鏡の頂点から第１焦点までの距離をｆ１、頂点から第２焦点までの距離をｆ２としたときのｆ２／ｆ１の値を焦点離間値Ｃ、とすると
α＝Ａ×（Ｃ／Ｂ）の値が、α≦２０であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ファイバーを用いた照明装置の説明図である。
白熱ランプ１は、内部にフィラメント１１を配置した一端封止型の白熱ランプであり９Ｖ，５０Ｗである。反射鏡２は白熱ランプ１を覆うように配置されており、第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を有する回転楕円体であり、第１焦点Ｆ１にフィラメント１１が配置され、第２焦点Ｆ２に光ファイバー３の端面３ａが位置している。
そして、反射鏡の頂点Ｔから第１焦点Ｆ１までの距離をｆ１、頂点Ｔから第２焦点Ｆ２までの距離をｆ２としたときのｆ２／ｆ１の値を焦点離間値と呼び、本実施例における第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２との焦点離間値は６である。
また、光ファイバー３の入射端面の断面積は１２．６ｍｍ２である。
【００１１】
そして、図２に示すように、フィラメント１１は、そのフィラメントコイル１１ａの外形形状が略円柱状になっているので、この円柱を擬似的に光源とみなして、この円柱の表面積をフィラメント表面積と規定するものである。
すなわち、フィラメント表面積は、フィラメントコイル１１ａの直径をＸ、長さをＹとすると、フィラメント表面積＝［１／２（Ｘ２π）＋ＸＹπ］の式で求められ、本実施例では、Ｘが２．２ｍｍ、Ｙが２ｍｍであり、よってフィラメント表面積は２１．４ｍｍ２である。
【００１２】
次に、ファイラメント表面積をＡとして、光ファイバーの入射端面の断面積をＢとし、焦点離間値をＣとして、これらの値を個別に検討すると、フィラメント表面積Ａの値が小さくなるほど点光源に近づき、反射鏡の第２焦点に集光する光の広がりを小さくできる。従って、フィラメント表面積Ａの値は、白熱ランプから放射された光が効率良く光ファイバーに入射することを決定する要因となる。また、光ファイバーの入射端面の断面積Ｂの値が大きくなるほど光の捕捉性が向上するものである。従って、光ファイバーの入射端面の断面積Ｂの値は、白熱ランプから放射された光が効率良く光ファイバーに入射することを決定する要因となる。
さらに、焦点離間値Ｃの値が小さくなるほど反射鏡によって反射され、第２焦点に集光する光の広がりが小さくなる。従って、焦点離間値Ｃの値は、白熱ランプから放射された光が効率良く光ファイバーに入射することを決定する要因となる。
【００１３】
これらの要因の複合関係を見出すために発明者らは、フィラメント表面積Ａ、光ファイバーの入射端面の断面積Ｂ、焦点離間値Ｃの３条件の関係を下記のように数式化し、定数αとして規定した。
α＝Ａ×（Ｃ／Ｂ）
この数式は、定数αが小さくなるほど、白熱ランプから放射された光が効率良く光ファイバーに入射することを意味するものである。
【００１４】
そして、本実施例の光ファイバーを用いた照明装置は、上述したように、フィラメント表面積Ａの値が２１．４ｍｍ２であり、光ファイバーの入射端面の断面積Ｂの値が１２．６ｍｍ２であり、反射鏡の第１焦点と第２焦点との焦点離間値Ｃの値が６であるので、定数αは、約１０．２である。
【００１５】
発明者らは、白熱ランプから放射された光のうち光ファイバーに入射する光の割合を相対入射率として規定し、相対入射率と相関係数との関係を調べる実験を行なった。
ここでいう相対入射率とは、白熱ランプの全光量と光ファイバーに入射する光量の比である。
【００１６】
この実験は、前述したように定数αが、フィラメント表面積Ａ、光ファイバーの入射端面の断面積Ｂ、焦点離間値Ｃの３つの条件よりなるものであり、２つ以上の条件を同時にふった場合、傾向性が分析できなくなるので、２つの条件を固定し、残りの１つの条件をふって傾向性を分析した。
実験結果を図３に示す。
【００１７】
図３のグラフＡは、固定条件と変動条件を以下の通りにして定数αの値と相対入射率を求めたものである。
（固定条件）
・光ファイバーの入射端面の断面積は４π（ｍｍ２）。
・反射鏡の第１焦点と第２焦点との焦点離間値は６。
（変動条件）
・フィラメントの表面積は０．６〜９４．２（ｍｍ２）の範囲。
なお、フィラメントの表面積を上記の範囲にした理由は、フィラメントの表面積が０．６（ｍｍ２）以下になるとフィラメントが小さくなりすぎ、フィラメントが発光するようにフィラメント素線を物理的にコイリングすることが不可能であり、一方、フィラメントの表面積が９４．２（ｍｍ２）以上になるとフィラメントを点光源とみなすだけの大きな形状の反射鏡が必要となり実際に照明装置用の反射鏡には適さなくなるので、上記の範囲に限定したものである。
【００１８】
図３のグラフＢは、固定条件と変動条件を以下の通りにして定数αの値と相対入射率を求めたものである。
（固定条件）
・フィラメントの表面積は２１（ｍｍ２）。
・反射鏡の第１焦点と第２焦点との焦点離間値は６。
（変動条件）
・光ファイバーの入射端面の断面積はπ〜２５π（ｍｍ２）の範囲。
なお、光ファイバーの入射端面の断面積を上記の範囲にした理由は、光ファイバーの入射端面の断面積がπ（ｍｍ２）以下になると断面積が小さくなりすぎ、光ファイバーから出射する光出力が小さくなりすぎ照明効果や装飾効果が著しく低下するからであり、一方、光ファイバーの入射端面の断面積が２５π（ｍｍ２）以上になると光ファイバーの外径が大きくなり高価な光ファイバーを利用することによるコストの上昇や、装飾性の阻害につながる場合があるので、上記の範囲に限定したものである。
【００１９】
図３のグラフＣは、固定条件と変動条件を以下の通りにして定数αの値と相対入射率を求めたものである。
（固定条件）
・フィラメントの表面積は２１（ｍｍ２）。
・光ファイバーの入射端面の断面積は４π（ｍｍ２）。
（変動条件）
・反射鏡の第１焦点と第２焦点との焦点離間値は１．５〜２４の範囲。
なお、反射鏡の第１焦点と第２焦点との焦点離間値を上記の範囲にした理由は、焦点離間値が１．５以下になると反射鏡の形状が回転楕円体から回転円体に近づくとともに、フィラメントと光ファイバーが接近しすぎて現実的な配置ができなくなり、一方、焦点離間値が２４以上になると回転楕円体の長軸と短軸の比が違い過ぎてフィラメントから放射された光のうち反射鏡で反射された光を効率良く集光できなくなるので、上記の範囲に限定したものである。
【００２０】
従って、図３から分かるように、グラフＡ，Ｂ，Ｃ全てにおいて定数αの値が小さくなるほど、相対入射率が高くなる傾向にあり、特に、αの値が２０を境にして２０を下回ると急激に相対入射率が高くなることが分かる。
よって、定数αの値が２０を下回ると、白熱ランプから放射された光を効率良く光ファイバーの端面に入射させ、白熱ランプから放射された光を効率良く光ファイバーから出射させることができるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバーを用いた照明装置は、白熱ランプから放射された光が、回転楕円体の反射鏡によって反射集光され光ファイバーの端面に入射するが、白熱ランプのフィラメント表面積、光ファイバーの入射端面の断面積、反射鏡の形状によって規定される第１焦点と第２焦点との焦点離間値の３条件を規定することにより、白熱ランプから放射された光を効率良く光ファイバーの端面に入射させ、白熱ランプから放射された光を効率良く光ファイバーから出射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバーを用いた照明装置の説明図である。
【図２】ファイラメントの表面積を規定する説明図である。
【図３】定数αと相対入射率の実験データ説明図である。
【符号の説明】
１      白熱ランプ
１１    フィラメント
１１ａ  フィラメントコイル
２      反射鏡
３      光ファイバー
３ａ    光ファイバーの入射端面
Ｆ１    第１焦点
Ｆ２    第２焦点
Ｔ      反射鏡の頂部
Ｘ      フィラメントの直径
Ｙ      フィラメントの長さ
【図１】
0003587060.tif 000002
【図２】
0003587060.tif 000003
【図３】
0003587060.tif 000004