JP3587060B2 - 光ファイバーを用いた照明装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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