(57)【要約】【課題】  本発明は、人間の目のスペクトル感度に実質的に一致する放出光のスペクトル分布を有する光を出力する光源に関する。【解決手段】  セラミック・メタルハライドランプのような光源は、第１の動作電力において明所視条件下で人間の目の感度に実質的に一致する放出光のスペクトル分布を有する。ランプが第１の動作電力よりも低い動作電力で動作されたときに、放出光のスペクトル分布が、薄明視又は暗所視条件下で人間の目の感度に実質的に一致するように移動する。【選択図】      図３      
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の動作電力において明所視条件下で人間の目の感度に実質的に一致する放出光のスペクトル分布を有する光源において、
前記放出光のスペクトル分布が、前記第１動作電力よりも低い動作電力で動作されたときに薄明視又は暗所視条件下で人間の目の感度に実質的に一致するように移動することを特徴とする光源。
【請求項２】
前記スペクトル分布の移動は、前記光源に対する入力電力を減少させることによって引き起こされることを特徴とする請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記スペクトル分布の移動は、前記光源に対する入力電力の減少と関連して生じることを特徴とする請求項１に記載の光源。
【請求項４】
透明又は半透明のエンベロープを備える高圧放電ランプを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源。
【請求項５】
セラミックエンベロープを備えるメタルハライド放電ランプを含むことを特徴とする請求項４に記載の光源。
【請求項６】
ランプ添加物は、Ｈｇと、Ｂｒ及び／又はＩから構成されるハロゲンとを含み、Ｎａ、Ｃａ、Ｉｎ及びＴｌを含む金属成分を有することを特徴とする請求項５に記載の光源。
【請求項７】
Ｈｇは、１．５×１０−５から１．５×１０−４ｍｏｌ．ｃｍ−３の量で存在し、メタルハライド混合物が、３．０×１０−５から３．５×１０−４ｍｏｌ．ｃｍ−３の量で存在することを特徴とする請求項６に記載の光源。
【請求項８】
前記添加物成分の重量比は、以下の範囲内にあり、すなわち、Ｂｒ／Ｉが０．００−０．２５、Ｎａ／Ｃａが０．２５−３．００、Ｉｎ／Ｔｌが０．２０−０．８０、Ｘ／Ｍが１．１０−２．５０であり、ここで、Ｘ＝（Ｂｒ＋Ｉ）、及びＭ＝（Ｎａ＋Ｃａ＋Ｉｎ＋Ｔｌ）であることを特徴とする請求項７に記載の光源。
【請求項９】
透明又は半透明エンベロープを備える低圧放電ランプを含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の光源。
【請求項１０】
異なる発光スペクトルを有する異なる光源をアレイ内に備える半導体光源アレイと、前記アレイが前記少ない動作電力で動作される場合に前記スペクトル分布における移動を生じるように、前記アレイ内の個々の光源を選択的に動作させる手段と、を含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の光源。
【請求項１１】
白熱ランプと、光学フィルタ手段と、前記ランプが前記少ない動作電力で動作される場合に前記スペクトル分布における移動を生じるように、前記フィルタ手段を動作させる手段とを含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の目のスペクトル感度に実質的に一致する放出光のスペクトル分布を有する光を出力する光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、昼光における人間の目のピーク感度は、約５５５ｎｍである。
【０００３】
現行の光源は、明所視（昼光）照明条件に対して最適化されており、即ち、１０ｃｄ・ｍ−２の輝度を有する放出光のスペクトル分布を有する。例えば、道路照明用に広範囲に使用されている低圧ナトリウム（ＬＰＳ）ランプ及び高圧ナトリウム（ＨＳＰ）ランプ、並びに、これよりは少ない範囲で使用されている高圧水銀蒸気（ＨＰＭＶ）ランプは、出力発光の明所視効果を最大にするように設計されている。公知のＨＰＳランプは、例えば、米国特許ＵＳ−Ａ−３，２４８，５９０号に記載されている。セラミックアーク管を有するメタルハライドランプは、米国特許ＵＳ−Ａ−６，０３１，３３２号に記載されており、このようなランプ構造は、欧州特許ＥＰ−Ａ−０，５８７，２３８号に開示されている。
【０００４】
微小光レベルにおいて人間の目の反応感度は、より短い波長にずれており、これらの公知の照明システムの有効効果、従って効率が低下する。人間の目の感度ピークは、光のレベルが極端に低いレベルに低下するにつれて、５５５ｎｍから５０７ｎｍまで連続的に移動する。
【特許文献１】米国特許ＵＳ−Ａ−３，２４８，５９０号公報
【特許文献２】米国特許ＵＳ−Ａ−６，０３１，３３２号公報
【特許文献３】欧州特許ＥＰ−Ａ−０，５８７，２３８号公報
【特許文献４】米国特許ＵＳ−Ａ−５，５９２，０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
目の反応における変化に一致するように最適化された出力を有する光源を提供し、これにより、有効効果、照明システム効率、従ってエネルギ消費における大部分の節減の向上が可能になることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、第１の動作電力において明所視条件下で人間の目の感度に実質的に一致する放出光のスペクトル分布を有する光源であって、第１の動作電力よりも低い動作電力で動作されたときに、放出光のスペクトル分布が、薄明視又は暗所視条件下で人間の目の感度に実質的に一致するように移動することを特徴とする光源が提供される。
【０００７】
本発明のこの光源は、薄明視及び暗所視照明条件下で最適な人間の視覚認知に調整されたスペクトル出力を有する。これらの光源は、現在入手可能な光源と比較して０．０１から１０ｃｄ．ｍ−２の輝度レベルにおいて改善された視覚認知をもたらすことになる。これらの新しい光源は、都市道及び幹線道路上で運転することによって例示されるような、低照度条件下で行われる神経を消耗する作業において特に重要である。道路照明用の新規の光源の重要な特徴は、その動作周期のある部分においてエネルギ節減手段として光源エネルギ消費を低減できることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による光源の実施形態を、添付図面を参照しながら例証として以下に説明する。
【０００９】
比較の目的で公知のランプのスペクトル出力特性が、図１及び図２に示されており、これらはそれぞれ、１５０Ｗ定格電力で動作する公知の高圧ナトリウム・ランプとセラミックアーク管を有するメタルハライド放電ランプとを示す。
【００１０】
図に示すように、図１及び図２のランプは両方とも、５５０ｎｍ近傍の波長においてピーク出力輝度を有し、その結果、明所視（昼光）条件下での人間の目の感度に良く一致する。
【００１１】
図３は、１５０Ｗ定格電力で動作させた本発明によるメタルハライド放電ランプのスペクトル出力特性を示す。図２との比較から分かるように、定格電力で動作させた場合、公知のメタルハライド放電ランプの特性と有意差があるとはいえず、従って、同様に明所視条件下での人間の目の感度に良く一致する。
【００１２】
本発明の光源は、明所視、薄明視、及び好ましくは同様に暗所視照明条件下で良好な視覚認知を与えるように選択されたスペクトル出力を有する。スペクトル出力の特性及び添加物の化学的性質は、動作電力を低下させることにより光源が減光される場合に良好な視覚認識が維持されことを保証する。本明細書で説明される実施形態において、上記作用は、基本添加物元素Ｈｇ及びＢｒ及びＩと、添加物元素Ｎａ＋Ｉｎ＋Ｔｌ＋Ｃａを組合せることによって達成される。この作用は、相当量のハロゲン化Ｉｎ及びＴｌを添加物中に有する結果である。前記の作用はまた、希土類ヨウ化物を含む添加物、例えばＮａ＋Ｔｌ＋Ｄｙ＋Ｈｏ＋Ｔｍで達成することができるが、この添加物は、４００から５５０ｎｍの範囲の出力を発生させる低揮発性の化学種であることから、上記作用を満足する可能性は低い。
【００１３】
本発明の一実施形態においては、欧州特許ＥＰ−Ａ−０，５８７，２３８号に説明されている種類の実質的に１５０Ｗ  Ｇ１２タイプのセラミック・メタルハライドランプのセットが作られたが、｛Ｎａ＋Ｉｎ＋Ｔｌ＋Ｃａ＋Ｂｒ＋Ｉ｝の添加物を有していた。
【００１４】
添加物成分の異なる比率を有する３つのランプが作られて試験されたが、成分のモル比率及び重量比は、表１及び表２にそれぞれ説明されており、ランプ性能の詳細（１００時間値に対する）は表３にまとめられている。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
【表２】
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【００１７】
【表３】
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【００１８】
図４は、等価明所視出力用に正規化された固定スペクトル電力分布に対して輝度レベルを変化させた場合における、光源の種類に対する有効薄明視出力を示している。道路照明用に現在使用されている全ての光源、ＨＰＳ、ＬＰＳ及びＨＰＭＶは、本明細書で説明されたセラミック・メタルハライドランプの性能と比較した場合に性能的に劣る。微小光レベルにおいて、この上記ランプの性能は、例えばランプ電力を減少させることによる、又は設備間の距離を大きくすることによるといった道路照度を減少させることによってエネルギ節減につなげることができる。
【００１９】
図５及び図６は、明所視出力を正規化してランプ電力を１５０Ｗから７０Ｗに減少させた状態で、これらのランプのサブ・セットに対して輝度レベルを変化させた場合の有効薄明視出力を示している。これらのランプの相対的スペクトル電力分布は、ランプへの電力入力を減少させた結果として変化している。
【００２０】
ここで、本明細書に説明された添加物を有するランプの性能は、ＨＰＳの性能を有意に上回ることが分かる。このことは、光源が明所視条件下で現存する光源と同等か、或いはより良好に機能するスペクトルを有して設計することができ、そのスペクトルは、光源に対する電力がエネルギ節減手段として低減される場合でも、この利点が維持されるか、或いは増大する様態で変化するように設計されていることを示している。
【００２１】
図７及び図８は、定格電力で動作された１５０Ｗランプ用において、｛Ｎａ＝０．０３９、Ｉｎ＝０．１６１、Ｔｌ＝０．２９４、Ｂｒ＝０．１１５、Ｉ＝０．３９１｝の重量比を有する｛Ｎａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｂｒ、Ｉ｝の１０ｍｇ添加物に対するＣａＩ２付加の関数としての主要性能パラメータである、相関色温度（ＣＣＴ）と演色指数（ＣＲＩ）を示す。これらの曲線は、演色指数に対してＣａＩ２付加が有利であると共に、同時に薄明視照明にとって好ましい方向にＣＣＴが移動していることを示している。
【００２２】
７０Ｗにおいて動作された公知の１５０Ｗ  ＨＰＳランプにおけるスペクトル電力分布が図９に示される。これは、図１と比較することができ、これから、図９は５５０ｎｍ未満での高い相対的発光損失を示していることが分かり、これは図６に示される性能の原因となる。
【００２３】
７０Ｗで動作された本発明の１５０Ｗランプにおけるスペクトル電力分布が図１０に示される。これは、図３と比較でき、これから、図１０の場合では、５５０ｎｍ未満で発光の相対量は、減少された電力の場合でも比較的高レベルに維持されている（同様に、図６に示されるＨＰＳランプと比較して）ことが分かる。
【００２４】
要約すると、上で説明した本発明の実施形態は、主として明所視条件に対して最適化されている現行の入手可能な光源と比較した場合、照明レベルが明所視領域から薄明視を経て暗所視領域へと低下すると、有効効果の増大が維持されるように設計されたスペクトルを有する光源を含む。この効果は、ランプ入力電力が低減されると強化される。このことは、道路照明におけるような人間の安全性を損なうことなく視認性を維持しながら電力消費を低減することが望ましい状況において特に有用である。
【００２５】
本発明の上述の実施形態の高圧放電ランプを使用する利点は、ランプに対する入力電力を低減することによって照明レベルが減少すると、スペクトル出力が望ましい方向に自動的に移動することである。他の光源でも入力電力が低減される場合に、この効果を再現することができる。
【００２６】
例えば、光源が低圧放電ランプである場合には、本発明の目的は、適当な蛍光体系を用いる米国特許ＵＳ−Ａ−５，５９２，０５２号で記載されているランプを使用することによって達成することができる。記載されているランプは、蛍光体の塗膜が水銀のスペクトルに対応する特定ＵＶ波長に調整された蛍光灯であり、これらの輝線の相対強度は、例えばパルス状の波形のような駆動信号の電気的パラメータによって制御されている。これらの放電発光は、所望のスペクトル変化が得られるように蛍光体によって変換される。
【００２７】
更に光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような固体素子のアレイとすることができ、異なる発光波長を各々が出力する３つの異なったタイプを含み、これらは一体化されたときに明所視照明において最適な光を生成する。最短波長のＬＥＤ出力は、より高いレベルで維持することができると共に、より長い波長源からの出力は、入力電力を低下させたときに相対的に低減することができる。
【００２８】
上述の一般原理はまた、低圧放電光源のアレイ、又は白熱光源のアレイにも適用することができる。
【００２９】
単一の白熱ランプのスペクトル電力分布は、入力電力を低減するとエレクトロクロミック・フィルタを使用して短波長の発光を選択的に通過させるようにすることによって好都合な様態に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】公知のＨＰＳランプのスペクトル電力分布を示す図。
【図２】公知のセラミック・メタルハライドランプ（即ち、セラミックアーク管を備えるメタルハライド放電ランプ）のスペクトル電力分布を示す図。
【図３】本発明の添加物を有する１５０Ｗセラミック・メタルハライドランプのスペクトル電力分布を示す図。
【図４】様々なランプの種々の輝度レベルにおける薄明視出力を示す図。
【図５】１５０Ｗで動作された１５０Ｗランプの様々な輝度レベルにおける相対的薄明視出力を示す図。
【図６】７０Ｗで動作された１５０Ｗランプの様々な輝度レベルにおける相対的薄明視出力を示す図。
【図７】｛Ｎａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｂｒ、Ｉ｝の１０ｍｇ添加物に対するＣａＩ２付加の関数としての相関色温度（ＣＣＴ）を示す図。
【図８】｛Ｎａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｂｒ、Ｉ｝の１０ｍｇ添加物に対するＣａＩ２付加の関数としての演色指数（ＣＲＩ）を示す図。
【図９】７０Ｗにおいて動作された公知の１５０Ｗ  ＨＰＳランプにおけるスペクトル電力分布を示す図。
【図１０】７０Ｗにおいて動作された本発明の１５０Ｗランプにおけるスペクトル電力分布を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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