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【発明の名称】 小平面が形成された反射器及びらせん形のレンズを備えたランプ
【発明者】 【氏名】ウィリアム シー オコンネル

【氏名】ジョーゼフ−ピー ガラント
【要約】 【課題】ビームの開きが良好で、光源イメージの良好な拡散で均一に照明されるはっきりしたポットを有し、錯覚を起こさせるイメージの効果がほとんど又は全くない反射形ランプを提供する。

【解決手段】電気的な光源と、反射器１４とが設けられており、光源が、軸線に沿って壁部と開口との間で空隙に位置決めされており、壁部が、光のビームを提供するために光源に対して成形及び位置決めされた、光源に面した反射面１８を有しており、該反射面が多数の小平面２２を有しており、レンズ１６が設けられており、該レンズが、該レンズ上に分配された多数のレンチキュラを有しており、該レンチキュラが、レンズの中心部からレンズの縁部にまで延びた、複数Ｍのらせん形アームパターンを形成するように位置決めされている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 改良されたビームパターンを提供する反射形のランプにおいて、ａ）電気的な光源と、ｂ）空隙を形成した壁部と、軸線と、開口を規定した縁部とを備えた反射器とが設けられており、前記光源が、軸線に沿って前記壁部と開口との間で空隙に位置決めされており、壁部が、光のビームを提供するために光源に対して成形及び位置決めされた、光源に面した反射面を有しており、該反射面が、軸線を中心にして位置決めされた多数の小平面を有しており、小平面を通る、軸線に対して垂直な横断面が、Ｎ個の小平面区分を提供し、Ｎが、１６以上６４以下であり、ｃ）前記縁部に沿って反射器と係合するように成形された光透過性の板として形成されたレンズが設けられており、該レンズが、該レンズ上に分配された多数のレンチキュラを有しており、該レンチキュラが、レンズの中心部からレンズの縁部にまで延びた、複数Ｍのらせん形アームパターンを形成するように位置決めされており、前記Ｎが前記Ｍよりも多いことを特徴とする、反射形のランプ。
【請求項２】 前記小平面の数が、３２以上５６以下である、請求項１記載のランプ。
【請求項３】 前記らせん形アームパターンの数が、５以上２０以下である、請求項１記載のランプ。
【請求項４】 改良されたビームパターンを提供する反射形のランプであって、ａ）電気的な光源と、ｂ）空隙を形成した壁部と、軸線と、開口を規定した縁部とを備えた反射器とが設けられており、前記光源が、軸線に沿って壁部と開口との間の空隙に位置決めされており、壁部が、反射器の領域からビームを提供するために光源に対して成形及び位置決めされた、光源に面した反射面を有しており、反射器が、軸線を中心にらせん形を形成した複数Ｎの小平面を有しており、該小平面は、反射器内部から反射器縁部にまで延びており、らせん形の小平面が、軸線を中心にしたＮ個の光源イメージの半径方向の繰り返しを生ぜしめるようになっており、ｃ）縁部に沿って反射器と係合するように成形された光透過性の板として形成されたレンズが設けられており、該レンズが、該レンズ上に分配された複数のレンチキュラを有しており、該レンチキュラが、レンズ中央からレンズ縁部にまで延びた複数のらせん形アームパターンを形成するように位置決めされており、各レンチキュラが、Ｎ゜よりも大きな開き角度を有していることを特徴とする、反射形のランプ。
【請求項５】 ビーム角度を提供する反射形のランプであって、ａ）電気的な光源と、ｂ）源と、開口を規定した縁部との間に空隙を規定した壁部と、開口を通って源から軸線方向に延びた軸線とを備えた反射器とが設けられており、光源が、軸線に沿って前記壁部と前記開口との間で空隙に位置決めされており、前記壁部が、光源に面した反射面を有しており、反射面が、小平面縁部を有する複数のらせん形の小平面を有しており、前記小平面縁部が、軸線方向に移動を増大するために軸線に対して拡大するらせん形の経路をたどっており、ｃ）前記縁部に沿って反射器と係合するように成形された光透過性の板として形成されたレンズが設けられており、該レンズが、該レンズ上に分配された多数のレンチキュラを有していることを特徴とする、反射形のランプ。
【請求項６】 ランプが、Ａ゜のビーム角度を提供し、反射器の小平面が、軸線に対して平行からＢ゜のずれを提供し、レンチキュラが、軸線に対して平行からＣ゜のビーム開きを提供し、Ａ＝Ｂ＋Ｃである、請求項７記載の反射器。
【請求項７】 ＢがＣよりも小さい、請求項６記載の反射器。
【請求項８】 小平面が形成された反射器とらせん形のレンズとを備えたランプにおいて、ａ）コンパクトな電気的な光源と、ｂ）反射器とが設けられており、該反射器が、軸線及び内部反射面を備えた空隙を形成した壁部と、前方の開口とを有しており、前記壁部が、前方の開口に対して光源をほぼ取り囲んでおり、内壁に形成された複数の小平面が設けられており、該小平面が、軸線を中心にして少なくとも部分的にらせん形を形成しており、前記反射器が、さらに、従来技術において知られているような機械的及び電気的な結合構造を有しており、ｃ）レンズが設けられており、該レンズが、前記空隙を取り囲んだ前方の開口に沿って反射器に結合されており、前記レンズが、軸線を中心にしてらせん形に配置された多数のレンチキュラを有しており、反射器の開口をシールした外縁が設けられていることを特徴とする、ランプ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的なランプ、特に反射形ランプに関する。特に、本発明は、制御されたビームパターンを形成するための反射器・レンズの組合せに関する。
【０００２】
【従来の技術】反射形ランプは、ビームの開き及びビームの美観を適応させる必要がある。一般的に、ユーザは、特定の必要性に適合する開き角度を有するビームを求める。ビームは、基本的に反射器の輪郭によって形成される。通常、回転放物面は、厳密にコリメートされた平行なビームを提供するために使用される。しかしながら、完全に平滑な反射器は、基礎的な光源のイメージを投影する。したがって、フィラメント又はアークのイメージが、照明されている対象物に投影された光パターンとして見られる。この望ましくない結果は、通常、光源イメージを破壊するレンズ上のレンチキュラを用いて克服される。レンチキュラは、例えば平行なビームから、選択された開き角度を備えた円錐形へ光を拡開させるためにも使用される。レンチキュラは、通常パターンを成して配置されているが、明暗の縞模様を生ぜしめる、重なり合った光パターンを形成するおそれがある。一般的な６方最密構造のレンチキュラパターンは、図１に示したように六角形のビームパターン（ビデオ走査されたイメージ）を生ぜしめる。このようなパターンは、道路を照明するのには適しているが、美観が重要な消費者ディスプレイ又は同様の適用例には適していない。概して、光源イメージの分散は、より拡開したスポット及び主体領域におけるより少ない光につながる。したがって、スポットがはっきりした、光源イメージが分散させられたＰＡＲランプが必要とされている。
【０００３】ビームの美観は規定するのが困難である。これは、実際の光パターンを、認識されたパターンへ統合するための人間の目及び脳の活発な反応による。認識プロセスは、部分的に、ビームにおける実際の光の色、強度、コントラスト及びその他のファクタに依存し、また、認識されるビームの外側にどのくらいの迷光が存在するかにも依存する。ビームの美観は、反射器における光源の焦点、レンズにおける損傷及び視覚的認識の特性等の変数によって影響されることができる。人間の目は、例えば、コントラストのために縁部を強調するように作用するので、光の強度の急激な変化で示された場合には、認識されたビームの縁部は強調される。不都合なことに、このプロセスは、メータで測定した場合には重要でないように見えるビームの欠陥を強調する可能性がある。また、このプロセスは、錯視をも生ぜしめる。例えば、鋭いカットオフを備えたビームの場合、明るいビーム中心が、より明るいリングによって取り囲まれ、このより明るいリングが、今度は、暗いリングによって取り囲まれ、この暗いリングが更に暗い外側領域によって取り囲まれていることを認識することができる。明るいリングと暗いリングとは、錯覚を起こさせ、実際のメータによる読取りと同一であることはできない。ＰＡＲランプのコリメートされた光は、球面状レンチキュラを通過して拡開した場合に鋭いカットオフを形成するのみならず、レンズに生じるおそれのある製造欠陥を示すおそれがある。球面輪郭からのあらゆる構造的なずれは、放物線状の反射器が使用されると、ビームに現れることができる。したがって、ビームの開きが良好で、光源イメージの良好な拡散で均一に照明されるはっきりしたスポットを有し、錯覚を起こさせるイメージの効果がほとんど又は全くない反射形ランプが必要とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の課題は、ビームの開きが良好で、光源イメージの良好な拡散で均一に照明されるはっきりしたポットを有し、錯覚を起こさせるイメージの効果がほとんど又は全くない反射形ランプを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】改良されたビームパターンを提供する反射形ランプは、電気的な光源と、空隙を形成した壁部と、軸線及び開口を規定した縁部を備えた反射器とで形成されている。光源は、軸線に沿って壁部と開口との間の空隙に位置決めされている。反射器は、さらに、光源に面した反射面を有するように形成されており、この反射面は、光のビームを提供するように光源に対して成形及び位置決めされている。反射面は、軸線を中心として位置決めされた多数の小平面を有しており、これにより、小平面を通る、軸線に対して垂直な横断面は、Ｎ個の小平面区分を提供し、この場合、Ｎは１６以上６４以下である。さらに、ランプは、縁部に沿って反射器と係合するように成形された光透過性の板として形成されたレンズを有している。このレンズは、レンズ上に分配された多数のレンチキュラを有している。レンチキュラは、レンズ中心からレンズ縁部にまで延びた複数Ｍのらせん形アームパターンを形成するように位置決めされている。この場合、ＮはＭよりも大きい。
【０００６】
【発明の実施の形態】図２には、らせん形反射器及びレンズを備えたランプの有利な実施例の横断面図が示されている。ランプ１０の有利な実施例は、光源１２と、らせん形の小平面のパターンを備えた反射器１４と、らせん形のレンチキュラのパターンを備えたレンズ１６とを有している。光源１２は、タングステンハロゲン又はアーク放電から形成されていてよいが、コンパクトなあらゆる電気的な光源１２が使用可能である。有利な光源１２は、シングルエンドのプレスシールされたタングステンハロゲン電球の一般的な形状を有している。ダブルエンド及びその他の形状が使用されてよい。
【０００７】図３には、反射器１４の横断面図が示されている。反射器１４は、カップ又は中空のシェルの一般的な形状を有するように、成形されたガラス又はプラスチックから形成されていてよい。光源１２は、反射器１４によって取り囲まれている。反射器１４は、極めて反射性の内面１８を備えた内部を有している。反射器１４の内面１８は、通常、１つ又は２つ以上の区分が回転放物面状に湾曲させられた輪郭を成している。有利なランプ１０は、軸線２０を有しており、反射器１４の面はこの軸線２０を中心としてほぼ対称的である。反射性の内面１８には複数の小平面２２が形成されている。小平面２２は、半径方向に延びるように（直線的な太陽光線パターンに）形成されていてよい。有利な実施例においては、小平面は、ランプ軸線２０を中心にした少なくとも部分的にらせん形である。反射器１４の空隙は、前端に縁部２４を有しており、この前端２４は、外部へ光が通過するための開口２６を規定している。前端の開口２６は円形であると有利である。反射器１４は、電気的及び機械的接続及び支持のために、後方に面したネック２８又は同様のステム又はその他の支持又は接続構造を有している。
【０００８】基本的な反射器の輪郭は回転放物面であると有利である。したがって、基本的な輪郭の反射器１４は、軸線２０又は中心線を有しており、この軸線２０は、反射器の面を標準的な円筒の座標（ｒ，φ，Ｚ）で表すために使用されてよい。この場合、ｒは、軸線２０からの半径方向の距離、φは、軸線２０を中心にした角度測定、Ｚは、軸線２０に沿った距離である。付加的に、基本的な反射面は、軸線に沿った距離と、軸線２０からの距離と、軸線２０を中心にした距離とに関して表されてよい複数の小平面２２を有するように変更されている。この組合せのための有利な反射器１４は、等しい角度幅の多数の小平面２２に分割された放物線状の反射器１４である。図示したように、各小平面２２は、底部３０から縁部２４にまで一定の円弧φ１（例えば４５゜の円弧）に亘って延びている。有利な回転率は、Ｚの一定の関数である。円弧の半径は増大も減少もしない。したがって、各らせん形の小平面２２は、概して、反射器の輪郭に従いながら（軸線方向の中間平面における横断面）、各小平面２２は、軸線２０に沿った距離（Ｚ）が増大しながら軸線２０を中心にして“回転”している。これは、最も単純な設計フォームである。有利な小平面２２の設計は、軸線２０に対して垂直な平面で見て直線的又は平らな横断面３２を有している。したがって、内面１８の横断面は、正Ｎ角形である。図４には、４８個の平らな小平面２２を備えた内面が示されており、反射器の、軸線方向に対して横方向の横断面は、正４８角形である。平らな小平面の横断面は、工具を用いた製造のために最も単純な設計である。択一的に、小平面の横断面は、凹面又は凸面、シヌソイド、角錐、又は基本的な小平面横断面輪郭を変更するその他の様々な面変化であってよい。ただし、小平面が平滑な反射器として融合してしまうので、小平面の輪郭が、元の円形横断面を備えた小平面輪郭に合致しないようにしなければならない。小平面における円形の横断面からの増大する出発と共に、増大する光ビーム開きが、最終的なビームに付加される。全体的な所望のビーム角度を得るためにより少ないレンチキュラ開きが必要とされているので、このビーム角度の拡開はある程度まで許容できる。平らな小平面のためには、小平面の端部において生じる付加的な拡開は、１８０゜を小平面の数で割った数に等しいか又はこの数よりも少ない（例えば、４８の小平面のためには３．７５゜である）。全ての光が小平面の縁部から拡開されるわけではないので、拡開された全体の光は、０゜から１８０／Ｎ゜にまで滑らかに変化する開き角度を有している。平均拡開値は、１８０／２Ｎである。本発明の有効度は、反射器１４に沿った小平面２２の数Ｎによって著しく影響される。小平面の数Ｎが１６〜６４の場合、様々な程度で、光源のイメージを霞ませて混合するという所望の効果を生み出す。５０よりも多い小平面のためには、平らな小平面を備えて、反射面１８は次第に標準的な放物線に近づいて、光源イメージ混合効果が損失される。小平面数が３０よりも少なくなると、小平面３０は、より一層円から逸脱し、一層ビームを拡開させる。ビームに過剰な開きが付加されるおそれがあり、したがって、狭幅なスポットビームの形成が困難となる。小平面数Ｎが有利な４８である場合、反射器により誘発されるビームの開きは、１．８７５゜の平均のために０〜３．７５である。これは、設計スペクトルの一端において商業的に受け入れ可能な狭幅なビーム（９゜）を可能にし、幅広なビーム（５６゜）のために適切なイメージ混合を提供する。
【０００９】図５にはレンズ１６の上面が示されている。有利なレンズ１６は、成形された光透過性のガラスから形成されているが、プラスチックが使用されてもよい。レンズ１６は、反射器１４の開口２６をシールするように反射器１４と共に閉鎖し、ひいては光源１２を取り囲むように適合した直径を有するディスク又は皿の一般的形状を有していてよい。有利なレンズ１６は、開口２６を閉鎖するように反射器の縁部２４と共にシールした外縁を有していてよい。レンズ１６は、軸線２０を中心としてらせん形のアーム３８を形成するように同心的なリング３６に配置された複数のレンチキュラ３４を有している。有利なレンチキュラ３６は、反射器からの平均的なビームの開きにレンチキュラの開きを加えたものが所望の全体的ランプビームの開きを生ぜしめるようにビームの開きを提供するように選択されている。
【００１０】有利なレンチキュラ配列は、レンズ１６の中心部を中心にしてリング状に位置決めされたレンチキュラの極配列（polar array ）を有している。レンチキュラの各リングは、同じリングにおけるレンチキュラの間の開放空間を排除するのに十分な、増大する数のレンチキュラから成っている。同様に、レンチキュラの隣接するリングは、隣接するリングの間の空間を排除するために十分に半径方向に近い。したがって、それぞれの連続する同心的なレンチキュラリング３６の始点は、半径に沿って一定の距離ｒ２及び一定の角方向のずれφ２だけずらされている。したがって、ずれ（ｒ２，φ２）は、明暗の縞につながるビーム円弧における重なり合う屈折につながるレンチキュラの線形配列又はレンチキュラ間の接合の発生を排除する。角方向のずれφ２の様々な程度が試され、２゜が最良に見えることが分かった。有利な実施例においては、各リング３６は、基本数Ｍの倍数のレンチキュラを有している。図５において使用されているレンチキュラの基本数Ｍは６であるので、各連続する列におけるレンチキュラの数は６ずつ増大する。理論上では、２よりも大きい、レンチキュラのあらゆる基本数Ｍが、らせん形パターンをある程度生ぜしめるために働くことができる。実際には、５の基本数が、実用上の最小限度であるようである。基本数Ｍが比較的小さいレンチキュラの場合には、レンチキュラは比較的大きく、良好な個々の光源イメージ分散を提供するが、グループで見るとらせん形アームパターンが粗雑に規定され、多数の光源イメージの不十分な重ね合わせが存在し、ひいては縞状の又は継ぎ接ぎ状のパターンを生ぜしめる。また、より大きなレンチキュラの場合には、１つのレンチキュラが、反射器の開きによって提供される開き角度全体に亘って延びていてよく、その結果、小平面からの開きイメージ全体が、全体的に１つのレンチキュラによって投影される。最大基本数Ｍは確実に規定されていないが、２０よりも小さいと考えられている。基本数Ｍが増大するほど、レンチキュラは比較的小さくなる。Ｍと同じであるらせん形アーム数が増大しかつパターンがより精密となりひいては多数の重なる光源イメージを形成するとしても、個々のイメージの分散が比較的少なくなる。その結果、極端な場合、厳密に重なった、分散されない光源イメージが生ぜしめられる。したがって、レンチキュラ３４のサイズとらせん形アームの数とはバランスが取れている必要がある。
【００１１】小平面が設けられた反射器１４は、光がレンズ１６に侵入する前に光を僅かにデコリメート（拡開）させる。この僅かなデコリメーションは、ビーム縁部を取り囲んだ光強度曲線のスロープを変化させる。光度変化は、もはや、人間の目によって縁部として認識されるほど急激ではなく、その結果、錯覚を起こさせる明暗リング効果は低減又は排除される。反射器及びレンズの組合せは、放物線形状の効率を犠牲にすることなしにレンズ１６における傷を隠蔽するのに十分にビームを効果的にデコリメートもする。本発明の別の有利な効果は、コーティングされたカプセルを使用するランプにおける色混合でる。したがって、ランプは、光でさえも、スムーズな縁部を備えた、錯覚を起こさせる暗い又は明るいリングなしに又はほとんどなしに円形のビームの認識を与える。
【００１２】作用する実施例においては、寸法はほぼ以下のようになっている：光源は、タングステンハロゲン又はアーク放電から形成されたが、あらゆるコンパクトな電気が許容可能である。反射器は、成形されたガラスから成っており、内壁に等しい角度で内壁に形成された４８個の平らな小平面を備えた内部の反射面とを有していた。４８の小平面は、軸線を中心として４５゜の角度に亘ってらせん形に形成された。反射器は、７．６３ｃｍ（３インチ）の外側深さと、１２．１９ｃｍ（４．８インチ）の外径とを有していた。レンズは、成形された光透過性ガラスから形成され、１９の同心的なリングに配置されたレンチキュラを有していた。最も内側のリングには２４のレンチキュラが設けられており、レンチキュラの数は、連続するそれぞれのリング２６ごとに６ずつ増大し、全部で１４８２のレンチキュラが設けられている。レンチキュラのそれぞれのリングは、隣接するリングにおけるレンチキュラに対して約２゜だけずらされ（φ２）、これにより、レンズ中心からレンズ縁部にまで延びた、軸線を中心にした約４５゜の回転を備えたらせん形状を生ぜしめた。
【００１３】上記の使用例を用いて、ランプは構成され、ビームは壁部において輝いた。図６は、ビデオ走査されたイメージから取ったような、結果的なビーム結果を示している。均一に照明された、明るく照明された中央のディスクが存在することが分かる。ディスクの縁部は、ほとんど正確に円形であり、あらゆる光源イメージは霞まされている。外側の領域も同様に、光度の迅速な低下を備えながら、パターニングにおいてスムーズに照明されている（シェーディングにおけるディジタル化効果が存在する）。実際のスポットは、人間の目に対してよりよくなくとも等しく良好であるようである。要するに、高い質の円形のスポットが生ぜしめられた。開示された寸法、構成及び実施例は単に例であり、その他の適切な構成及び関係が、本発明を実施するために使用されてよい。
【出願人】 【識別番号】５９６１０４１３１
【氏名又は名称】オスラム−シルヴェニア インコーポレイテッド
【出願日】 平成１１年９月９日（１９９９．９．９）
【代理人】 【識別番号】１０００６１８１５
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 （外２名）
【公開番号】 特開２０００−９０７０７（Ｐ２０００−９０７０７Ａ）
【公開日】 平成１２年３月３１日（２０００．３．３１）
【出願番号】 特願平１１−２５５７６２