JPH09510821A - 昼光スペクトル発生ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 昼光色温度と概ね同一のスペクトル配光を行うランプである。前記ランプは、電気エネルギによって励起されると約４００から約７００ナノメートルの波長の少なくとも可視スペクトル内で放射エネルギを放出するフィラメントと、可視スペクトル放射エネルギの少なくとも５０パーセントがレフレクタ面に向かって導かれるようにレフレクタ内に位置し、可視スペクトル放射エネルギをさえぎり、かつ反射する面を備えたレフレクタ本体と、レフレクタ本体の面にあるコーティングであって、そこからレフレクタ面に向かって導かれている可視スペクトル放射エネルギの各波長の反射された放射輝度がレフレクタ面に向かって導かれていない可視スペクトル放射エネルギと組み合わされると特定の公式に概ね従って全体光線出力を発生させるコーティングとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 昼光スペクトル発生ランプ 技術分野 昼光スペクトルを出力するランプである。背景技術 特定のスペクトルを出力するランプを提供するために多くの試みがなされてき た。然して、米国特許第４，８７８，３１８号はあるスペクトルを出力するラン プを開示している。 しかしながら、昼光と概ね同一のスペクトル出力を発生させる従来技術のラン プはない。 本発明の目的は、昼光のスペクトル光配光の均一性が概ね同一のスペクトル光 線の配光を行う一体のランプを提供することである。発明の背景 本発明によれば、レフレクタ本体内に位置したフィラメントを含むランプであ って、前記フィラメントによって放射される可視スペクトル放射線エネルギの少 なくとも５０パーセントが前記レフレクタ本体の反射面に向かって導かれるよう なランプが提供され、そのようなレフレクタ本体のフィルタコーティングが特定 の公式に従って全体の使用可能可視光線を発生させる。図面の簡単な説明 本発明は同じ参照番号が同じ要素を指示する添付図面を参照することによって より完全に理解される。 第１図は本発明によるランプ組立体の一好適実施例の断面図、 第２図は第１図に示す組立体において使用されるレフレクタの一部の拡大断面 図、 第３図は昼光スペクトルの一例のグラフ、 第４図は白熱ランプのスペクトル出力の一例のグラフ、 第５図はレフレクタの反射率のグラフ、 第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、第６Ｄ図、第６Ｅ図および第６Ｆ図はそれぞ れ、種々の人工的な光源状態に対して、特定の光源と所望の出力とに対して用い るべきレフレクタの特性を規定した表、 第７図は、実際の昼光と比較した、第６図のデータから作ったランプ組立体の 実際の出力のグラフ、 第８図は、第１図に示す組立体において用いるフィラメントの断面図、 第９図は、第１図に示すランプ組立体からなる照明組立体の概略図、 第１０図は本発明の代替実施例、 第１１図は第１図および（または）第１０図に示すランプ組立体からなる別の 好適照明組立体を示す図、 第１２図は第１図に示すランプ組立体からなるさらに別の好適照明組立体を示 す図、 第１３図、第１４図および第１５図は本発明の別の好適ランプの実施例の断面 図、 第１６図は第１３図、第１４図および第１５図に示すランプのフィラメントの 上面図、 第１７図は可変電圧源を備えた回路において概略図示する第１６図に示すフィ ラメントの側面図、 第１８図、第１９図および第２０図は第１３図から第１７図までに示すランプ のスペクトル出力を制御する装置を示す図である。発明を実施するための最良の態様 第１図は好ましい一白熱ランプおよびレフレクタユニット１０の断面図である 。前記ユニット１０はレフレクタ１２と、該レフレクタ１２の基部１６を介して レフレクタ１２に固定された白熱電球１４と、電球１４内に配置されたフィラメ ント１８とからなる。 レフレクタは放射線エネルギを反射するために用いる面すなわち材料からなる 形式のものである。ユニット１０に用いられるレフレクタ１２は円弧面２０を含 むことが好ましい。 本発明によるランプに用いられるレフレクタはある特定の光学特性を有するこ とが好ましい。 レフレクタ本体は４００〜７００ナノメートルの範囲で可視スペクトル放射線 エネルギをさえぎり、かつ反射する面を有する。使用されるフィラメント１８は 可視スペクトル放射線エネルギの少なくとも約５０パーセントがレフレクタの面 に向かって導かれるようにレフレクタの内部に位置する。可視スペクトル放射線 エネルギの少なくとも約９０パーセントがレフレクタの面に向かって導かれるよ うにフィラメント１８が位置すれば尚好ましい。 レフレクタ本体は、レフレクタの面に向かって導かれた可視スペクトル放射エ ネルギの各波長の反射された放射輝度が、レフレクタの面に向かって導かれない 可視スペクトル放射エネルギと組み合わされると概ね式Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ（ｌ）− 〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ）×Ｘ〕に従って全体光線出力を発生さ せるコーティングをその面に有している。Ｒ（ｌ）は前記波長に対するレフレク タのコーティングの反射率、Ｄ（ｌ）は昼光色温度に対する前記波長の放射輝度 、Ｓ（ｌ）は前記波長における前記フィラメントの全体放射輝度、Ｘは前記レフ レクタの面に向かって導かれる可視スペクトル放射エネルギのパーセントである 。 一実施例においては、レフレクタ１２は例えば凹状内面２０のような凹状内面 を有する。第１図に示す実施例においては、中空の湾曲内面２０はパラボロイド ミラーとして機能する概ね放物線状の形状を有する。 本発明において使用しうる典型的なレフレクタ１２は容易に市場で入手しうる 。 「主要焦点」としても知られるレフレクタの焦点は平行な入射光線がそこへ集 合し、レンズあるいはミラーによって反射された後光線がそこから離散する点で ある。レフレクタの焦点は従来の手段によって決定しうる。例えば、米国特許第 ５，１０５，３４７号、同第５，０８４，８０４号、同第５，０４７，９０２号 、同第５，０４５，９８２号、同第５，０３７，１９１号、同第５，０１０，２ ７２号等を参照されたい。 レフレクタ１２の焦点３０は概ね３０で示す位置に位置する。フィラメント１ ８は焦点３０に位置する。 焦点３０は、該焦点３０とレフレクタの上面２６との間の距離が少なくともレ フレクタ１２の深さ２４の約５０パーセント、より好ましくはレフレクタ１２の 深さ２４の少なくとも約６０パーセントであるようにレフレクタ１２の上面２６ の概ね下方に位置することが好ましい。 レフレクタ１２の深さ２４が増すにつれて、レフレクタ１２はその面でさえぎ られる可視スペクトル放射エネルギのパーセントを増す。式Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ（ｌ ）−〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ）×Ｘ〕を参照すれば、レフレクタ １２の深さ２４が増すにつれてＸが増加する。 レフレクタ１２は対称軸線３２を有する。フィラメント１８は対称軸線３２に 対して概ね整合し、かつ概ね平行である。 レフレクタ１２の反射面２０は層組織３６によって被覆されている。第２図を 参照すれば、層組織３６は、基層４６の上にコーティングされる少なくとも約５ 枚の層３８，４０，４２および４４からなる。 基層４６は基本的には、例えばプラスチックあるいはガラスのような透明材か ら構成されることが好ましい。透明という用語は目立って散乱あるいは拡散する ことなく放射線を透過させる性質を指す。 透明の基層材料は例えば透明のホウケイ酸ガラスである。ホウケイ酸ガラスは 例えば米国特許第５，０１７，５２１号、同第４，９４４，７８４号、同第４， ９１１，５２０号、同第４，９０９，８５６号、同第４，９０６，２７０号、同 第４，８７０，０３４号、同第４，８３０，６５２号等に記載されている。 再び第２図を参照すれば、層３８は層４０と隣接し、層４０の方は層４２と、 層４２の方は層４４と隣接している。少なくとも約５枚のそのような隣接するコ ーティングを最低、層４６に溶着する必要があるが、少なくとも２０枚のそのよ うな連続したコーティングを有することが好ましい。 一実施例においては、層３８，４０，４２および４４の各々は、そのような層 に隣接し、かつ連続するいずれかのその他の層の屈折率と相違する屈折率を有す る（例えばフッ化マグネシウム、酸化ケイ素、硫化亜鉛等のような）誘電材料で ある。一般に、層３８，４０，４２および４４の屈折率は約１．３から約２．６ の範囲である。各層は例えば蒸着法あるいはその他の周知の方法によってレフレ クタに順次溶着される。 下記する手順に従って、特定のスペクトル出力を備えたレフレクタ１２が作ら れる。スペクトル出力は昼光のスペクトルと、ランプ１０に使用する電球のスペ クトルに対して、下記する方法により計算され、決定される。 昼光のスペクトルは周知であって、本願出願人による米国特許第５，０７９， ６８３号、同第５，０８３，２５２号および同第５，２８２，１１５号に述べら れており、そのようなスペクトルの一例が第３図に示されている。 第３図を参照すれば、（Ｙ軸に）ワット表示で、放射輝度に対して（Ｘ軸に） 波長をプロットしたグラフは昼光のスペクトルを提供するようにプロットされて いることが判る。第４図は白熱電球１８に対する同様のグラフである。 いずれかの特定の波長に対して、その波長での放射輝度は昼光および使用ラン プの双方に対して決定しうる。第３図と第４図とを参照すれば、線５０は５００ ナノメートルの波長のところで引かれ、その放射輝度を決定しうる。 線５０は点５２において昼光スペクトルのグラフと交差し、５００ナノメート ルの波長において前記昼光スペクトルは０．５ワットの放射輝度を有しているこ とを示す。 線５０は点５４においてランプ１８のスペクトルのグラフと交差し、５００ナ ノメートルの波長において０．５ワットの放射輝度を有していることを示す。 レフレクタ１２はその表面にコーティングを備えたレフレクタ本体からなり、 該本体の表面から、前記レフレクタに向かって導かれていない可視スペクトルの 放射エネルギと組み合わされると前記レフレクタの面に向かって導かれた前記可 視スペクトルの放射エネルギの各波長の反射した放射輝度は、式Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ （ｌ）−〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ）×Ｘ〕に概ね従って全体光線 出力を発生させる。但し、Ｒ（ｌ）は前記波長に対するレフレクタのコーティン グの反射率、Ｄ（ｌ）は昼光色温度に対する前記波長の放射輝度、Ｓ（ｌ）は前 記波長における前記フィラメントの全体放射輝度、Ｘは前記レフレクタの面に向 かって導かれた可視スペクトルの放射エネルギのパーセントである。 そのような公式を用いて、特定の波長に対して、レフレクタ１２の所望の反射 率を決定することができる。この値は点５６にプロットしうる（第５図参照のこ と）。 前述の方法により、各波長に対して、レフレクタ１２に対する所望の反射率を 示すグラフを構築することができる。そのような典型的なグラフが第５図に示さ れている。第３図、第４図および第５図並びにこれらの図が含むデータは必ずし も実際の値を反映するものではなく、単にレフレクタ１２に対する所望の値を構 成する方法を示すために示されていることが認められる。 このように、ホウケイ酸塩の基板を備えた放物線形レフレクタに対する所望の 反射率の値は各種の波長において、種々の条件に対して計算された。 第６Ａ図に示す表は、約２８００あるいは約３，１００ケルビン温度の色温度 を備えた電球を用いたレフレクタに対する所望の反射率の値を示しており、約５ ，０００ケルビン温度の昼光色温度を所望する場合に1００パーセントの光線が レフレクタに入射する。 第６Ａ図を参照すれば、１０ナノメートルの増分で、３８０ナノメートルから ７８０ナノメートルまでの波長に対する一連の値が示されている。 前記各波長に対して、放射束発散度が計算され、特定の「黒体源」に対して提 供されている。放射束発散度は光源から放射された単位面積当りの放射束である 。 放射束発散度は周知のプランクの放射則に従って計算しうる。例えば（１９７ ８年にニューヨークのマグロウヒル、ブック、カンパニ：McGraw Hill Book Com pany，New Yorkにより発行されたウォルター、ジー、ドリスコール他(Walter G ．Driscoll et al)の「光学ハンドブック」(“Handbook of Optics”)を参照さ れたい。また、米国特許第４，９２４，４７８号、同第５，０９８，１９７号、 および同第４，９７４，１８２号も参照されたい。 各波長に対して、前記「光学ハンドブック」の９〜１４頁に例えば記載されて いる周知の「相対スペクトル放射照度分布」式に従って特定の色温度において通 常の昼光状態に対して相対スペクトル放射照度を計算することができる。スペク トル放射照度は、単位波長間隔当りの単位面積当りのワットで表わした、所定の 波長における単位波長間隔当りの放射照度である。 いずれかの特定の波長における「最適フィルタ」設計に対する反射率は公式Ｒ （ｌ）＝〔Ｄ（ｌ）−〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ）×Ｘ〕から計算 することができる。Ｒ（ｌ）は「最適フィルタ」反射率である。Ｄ（ｌ）は「通 常の昼光」欄に記入した相対スペクトル放射照度値である。Ｓ（ｌ）は「黒 体源」の欄に記入した放射束発散度である。 Ｘの値は光線追跡（光学要素あるいは光学系を介して光線が通る軌跡を数学的 に計算）することにより容易に計算しうる。光線追跡は前記「光学ハンドブック 」の例えば２−１１頁から２−１６頁、２−６６頁、２−６８頁、２−６９頁お よび２−７２頁から２−７６頁までに記載されている。 Ｘ、Ｄ（ｌ）、およびＳ（ｌ）の値により、所望の反射率（最適フィルタ）を 容易に計算しうる。次に、「最適フィルタ基準」は、最大の「最適フィルタ」値 を決め、それをいずれかの特定の波長に対する値に割り、それに１００を掛ける ことにより計算できる。 第６Ａ図は、所望の昼光の色温度が5，０００ケルビン温度であり、光源の色 温度が３，１００ケルビン温度である場合に得られる値を示す。第６Ｂ図は、所 望の昼光の色温度が４，１００ケルビン温度であり、光源の色温度が３，１００ ケルビン温度である場合に得られる値を示す。第６Ｃ図は、所望の昼光の色温度 が６，５００ケルビン温度であり、光源の色温度が３，１００ケルビン温度であ る場合に得られる値を示す。第６Ｄ図は、所望の昼光の色温度が４，１００ケル ビン温度であり、光源の色温度が２，８００ケルビン温度である場合に得られる 値を示す。第６Ｅ図は、所望の昼光の色温度が５，０００ケルビン温度であり、 光源の色温度が２，８００ケルビン温度である場合に得られる値を示す。第６Ｆ 図は、所望の昼光の色温度が６，５００ケルビン温度であり、光源の色温度が２ ，８００ケルビン温度である場合に得られる値を示す。 第６Ａ図〜第６Ｆ図の各々は１００パーセント反射（Ｘ＝１）を想定している 。１００パーセント以下の反射率に対しては、例えば、第６Ａ図において、レフ レクタに入射する光線が９０パーセントであるとすれば３８０ナノメートルにお ける反射率（Ｒ）がＲ（３８０）＝〔Ｄ（３８０）−〔Ｓ（３８０）×〔１−０ ．９〕〕〕／〔Ｓ（３８０）×０．９〕＝〔０．６９７７−〔０．３０７２×０ ．１〕〕／〔０．３０７２×０．９〕＝２．２１２４のように各種値が同様に計 算される。この過程は各波長に対して繰り返される。次に、最大Ｒ値が決められ 、次に「最適フィルタ基準」が本明細書の他のところで述べた方法に従って決定 される。 特定の波長における１組の所望の反射率の値、使用する基板および所望レフレ クタの寸法が提供されると、コーティングされたとき所望の形状と寸法を有し、 所望の反射率の値を発生させるレフレクタ用コーティングを特別設計できる会社 が多くある。限定的でないが例示すれば、それらの会社には、マサチュセツ州ア クトンのアクションリサーチ社（Action Research of Acton, Mass）ニューヨー ク州ロチェスタのボッシュローム社(Bausch & Lomb Corporation of Rochester, New York)、ペンシルバニア州ウイロウグローブのエバポレーテッドコーティン グ社（Evaporated Coatings Inc. of Willow Grove）、ペンシルバニア州カリフ ォルニアアービンのメレスグリオット社（Melles Griot Company of Irvine,Cal ifornia，Pennsylvania）、カリフォルニア州サンタローザのＯＣＬＩ社(ＯＣＬ Ｉ Company of Santa Rosa，California)、およびニューヨーク州ウエストバビ ロンのタイロリフト社（Tyrolift Company Inc．of Wes Babylon，New York）が 含まれる。 多数の昼光スペクトルが存在している。しかしながら、そのようなスペクトル 全ての特徴とするところは、各々がスペクトルにわたって相対的に均等な量の全 ての色を含んでいることである。本願出願人による装置をいずれの昼光スペクト ルにもシミュレートするために使用しうる。 第７図は第６Ａ図の反射特性を備えたレフレクタを用い、本発明によって作ら れたランプ組立体の出力のグラフである。各波長に対して、昼光（黒色ボックス の値）とランプ１０（白色ボックスの値）の出力がプロットされた。 可視光線の少なくとも９０パーセントがレフレクタ１２に入射するものと想定 して、ランプ１０の全体の光線出力はフィラメント１２によって放射される可視 光線の少なくとも５０パーセントからなる。 本明細書に使用する概ね同一の項は全体光線出力を指し、これは連続体におけ る約４００から７００ナノメートルの間の各波長に対して、前述の公式によって 決まるＤ（ｌ）値の約３０パーセント以内であり、前記の波長全ての組合わせ平 均は前記波長全ての組合わせたＤ（ｌ）の約１０パーセント以内である。 再び第１図と第２図を参照すれば、レフレクタ１２の種々の点においてコーテ ィング組織３６は変動し、そのようなコーティング組織はレフレクタの面全体に わたって均一な厚さを有していないことが好ましい。 一好適実施例においては、レフレクタ１２のコーティングした内面２０はマル チ小面になっている。マルチ小面の面は例えば米国特許第４，９１７，４４７号 、同第４，８９３，１３２号、および同第４，７５７，５１３号に記載されてい る。 第８図は電球１４内のフィラメント１８の部分断面図で、電球１４とレフレク タ１２の細部は説明を判りやすくするために省略してある。フィラメント１８は 焦点３０の概ね中央に位置しレフレクタ１２の対称軸と整合している。フィラメ ント１８は電線６０，６２を介して電気接続タブ６４，６６に、そこからピン６ ８，７０（第１図参照）に接続され、ピンは電気ソケットに差し込みうる。 フィラメント１８はタングステンから構成することが好ましい。これら形式の フィラメントは米国特許第４，８５７，８０４号、同第４，９９８，０４４号、 同第４，９５９，５８６号、同第４，９２３，５２９号、同第４，８３９，５５ ９号等に記載されている。 白熱電球は従来の手段により特定のフィラメントやフィラメント形状のものを 容易に作ることができる。このように、例えば米国特許第５，０３７，３４２号 （石英ハロゲンランプ）、や同第４，８７６，４８２号（ハロゲン白熱ランプ） 等の方法を用いることができる。 第８図はランプ（第８図には示さず）内にフィラメント１８を取り付ける一好 適手段を示している。フィラメント１８はその全面の周りで放射線を放射する。 そのような放射線の第１の部分は想像線２００と２０２の間から放射され、その ような放射線の第２の部分は想像線２０４と２０６との間で放射される。前記放 射線の第２の部分は概ね第１の部分を上廻る。このため、フィラメント１８がレ フレクタ１２（図示せず）の回転軸線３２に対して概ね平行になるようにフィラ メント１８を方向づけることが好ましい。 高強度電球１４は高強度ハロゲン電球であることが好ましい。 再び第１図を参照すれば、ランプ組立体１０は、例えばガラスのような透明材 料から基本的に構成されることが好ましいカバースライド２３を含むことが好ま しい。カバースライド２３は厚さが少なくとも約１．０ミリであることが好まし く、従来の手段によりレフレクタ１２に装着しうる。 カバースライド２３の機能はランプ組立体１０が破壊するような起りにくい場 合に使用者が負傷しないよう阻止することである。さらに、希望に応じて、カバ ースライド２３はコーティングしてよく、この場合、紫外線の吸収に使用するこ ともできる。 第９図は本発明のランプ組立体を概略示すものである。ランプ組立体７２は電 線８０，８２および８４によって双方のランプ１０，７６に電気的に接続された 制御装置７４を含む。 第１０図は本発明のさらに別の好ましいランプを概略図示する。第１０図を参 照すれば、ランプ組立体２１０はレフレクタと電球との組立体２１４からなるこ とが判る。 レフレクタと電球との組立体２１４は、一次拡散カバースライド２１８、ある いは拡散グローブ２１２あるいはその双方に向かって光線を向き直すようにされ た凹状の非放物線形が好ましいレフレクタ２１６を含む。フィラメント２２０は レフレクタ２１６の対称軸に対して概ね平行に、あるいは垂直に向けることがで きる。レフレクタ２１６の外面２２０には放射線吸収コーティング２２２をコー ティングしている。 フィラメント２２０から放射された、誘電コーティング２２４を通る放射エネ ルギはコーティング２２２によって吸収され、熱エネルギに変換される。この熱 エネルギは必要に応じて、熱放散フィン２２６を用いることにより放散される。 ランプ２１０はねじ込みコンセント２２８により熱エネルギ源に装着しうる。 概ね一定の輝度および（または）放射照度のスペクトル分布を発生させ、一方 白熱光状態から昼光状態に、あるいはその逆に切り換えるために１個以上ランプ １０と１個以上のランプ７６とに関連して制御装置７４（あるいはその他の類似 の制御手段）を用いることができる。 ランプ１０および７６の一配置例を第１１図に示す。そのような配置は複列低 電圧照明システムに使用しうる。 ランプ１０および７６の別の配置例を第１２図に示す。マルチフィラメントの色温度可変ランプ 第１３図から第２０図まで、前述のランプのマルチバンクを同じ形式の単一ラ ンプあるいはランプのバンクに交換でき、しかも光線出力の色温度を変えるよう にしうるランプを示す。 ランプ３００は第１３図から第１７図に概略図示する相違点を除きランプ１０ の各構成要素を概ね全て備えている（第１図参照）。 電球３１４は、エネルギ源に並列に電気接続されることが好ましいフィラメン ト３１６とフィラメント３１８とを含む。フィラメント３１８はフィラメント１ ８と同様（第１図参照）、レフレクタ１２の対称軸（第１図の要素３２を参照） に対して概ね整合し、かつ概ね平行である。フィラメント３１８の中心は（レフ レクタ１２の基部の上方距離fに位置する）レフレクタ１２の焦点３２２に、あ るいはその近傍に位置している。焦点３２２に、あるいはその近傍にフィラメン ト３１８を正確に位置づけるのはフィラメント３１８により放射される光線の所 望のビーム広がりをどうするかによるが、一般にフィラメント３１８の中心はレ フレクタ１２の基部あるいは頂部の上方で約０．５ｆから約１．５ｆのところに 位置すべきである。しかしながら、フィラメント３１６の中心はレフレクタ１２ の基部の上方約０．８ｆから約１．２ｆに位置することが好ましい。 レフレクタ１２の面に使用するコーティングの反射特性を決めるために本発明 により公式（Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ（ｌ）−〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ） ×Ｘ〕）が用いられる。同じ公式がランプ３００に対しても用いられる。しかし ながら、コーティングの特性を計算する場合、変数Ｓ（ｌ）とＸとを決めるため にフィラメント３１８が主として用いられる。 ランプ３００はまた、その光軸の周りで、フィラメント３１８の上方でレフレ クタ１４内の中央に配置の第２のフィラメント３１６を含む。フィラメント３１ ６の中心点３２８はレフレクタ１２の頂点３２６の上方の距離３１４をおいて電 球３１４に配置されており、その距離３２４はレフレクタ１２の焦点距離（ｆ） の約２倍が好ましいが、一般には焦点距離ｆの約１．５倍から約２．５倍である 。一好適実施例においては、前記距離３２４は焦点距離ｆの約１．８倍から約２ ．２倍で、レフレクタ１２の上縁部２５は頂点２６から焦点距離の約２．０倍か ら約２．５倍である（第１図参照）。 フィラメント３１６と３１８は概ねらせん形であることが好ましい。フィラメ ント３１８は概ね直線のらせん形であることが好ましい。フィラメント３１６は 概ね円弧状のらせん形が好ましく、構造的に可能であれば、そのらせん軸をレフ レクタ１２の光軸に対して横方向に、フィラメント３１６の円弧の中心をレフレ クタ１２の光軸に位置させて完全な円に近いことが最も好ましい。 各フィラメント３１６，３１８はフィラメント１８を作るのに用いたものと概 ね同じ、あるいは類似の材料から構成しうる。このように、各フィラメント３１ ６，３１８の所望の光線出力を決定する場合、当該技術分野において周知のよう にフィラメント３１６，３１８は同じ、あるいは異なる白熱性材料、厚さおよび 長さのものから作ればよい。フィラメントは、フィラメント３１８から放射され る可視放射エネルギがフィラメント３１６によって放射されるものと少なくとも 等しいか、あるいは好ましくは２倍となるように構成すべきである。フィラメン ト３１６，３１８は各々、約２３００ケルビン温度から約３，０００ケルビン温 度までの全体色温度を発生させるべきである。 第１３図、第１４図および第１５図の各々はフィラメント３１６，３１８から 光線を配光するための種々の手段を示す。 第１３図に示す実施例においては、透明すなわち透光性である電球３１４のガ ラス製外囲体３１２は内面あるいは外面に配置しうる赤外線反射コーティング３ １３を含む。コーティング３１３は外囲体３１２の内面に溶着される。 コーティング３１３はフィラメント３１８から出ていく光線３３０および３３ ２を囲む外囲体３１２の部分の全周の周りに配置されることが好ましい。反射コ ーティング３１３は長さがフィラメント３１８の長さと少なくとも等しいことが 好ましい。コーティング３１３のどの部分もフィラメント３１６から出てくる光 線によって衝撃を受けないことが好ましい。 フィラメント３１８からまず放射される複合光線３３０および３３２の中の赤 外線部分はコーティング３１３によってフィラメント３１８に反射され戻され（ 赤外線が反射される光線３３４，３３６を参照のこと）、一方光線３３０，３３ ２の中の可視部分は透過される（光線３３８，３４０を参照のこと）。フィラメ ント３１８に反射され戻された赤外線３３４，３３６はさらにフィラメント３１ ８を加熱し、さらに放射線を放射するようにさせ、出力効率を増大させる。 コーティング３１３として、当該技術分野の専門家に周知の赤外線コーティン グのいずれを用いてもよい。このように、米国特許第４，３４６，３２４号に記 載の１つ以上のコーティングを使用しうる。 電球の外囲体３１２の内部には、フィラメント３１６の下方に位置し、放射す る光線をランプ３００から上方かつ外方に反射するようにされた半球形の可視光 線レフレクタ３４２が配置されている。さもなければフィラメント３１６から進 みレフレクタ１２に衝撃を加える光線がレフレクタ３４２によって、上方かつ外 方に反射される。レフレクタ３４２は、例えば適当な誘電基板に配置されたダイ クロイックコーティングのような従来の要領あるいはメタリックミラーによって 構成される。 第１４図はフィラメント３１６，３１８によって放射された光線を配光する別 の手段を示す。半球形レフレクタ３４２の代りにプラノレフレクタ３４４が使用 され、電球３１４の外囲体３１２は平凸、すなわちメニスカスレンズ３４６と共 に成形される。レンズ３４６の光学特性とレフレクタ３４４およびフィラメント ３１６の対向位置づけにより望ましいビーム拡散が得られる。 ランプ３００も拡散カバースライド２１８を含めばよい。 フィラメント３１６と３１８はコネクタピン３５０，３５１および３５２によ って接続され、その中ピン３５０は双方のフィラメント３１６および３１８に対 する共通のプラスのリードである。ピン３５１と３５２は、それぞれフィラメン ト３１８と３１６に対するマイナスのリードである。作動時、ランプ３００はス リーピンコンセントに差し込まれる。可変抵抗３５７，３５８を含む２個のマイ ナスのコネクタ３５５と３５６とは、操作者が各フィラメント３１６，３１６に 対する電圧を変え、各フィラメントの光線の強度を変え、そのため電球３００の 全体の色温度および（または）強度を変えうるようにさせる。代替的に標準的な ツーピンコンセントで機能するように、ランプ３００の基部（第１図のランプ１ ０の基部１６参照のこと）内に抵抗３５７および３５７を組み込むことも可能で ある。この場合、フィラメントに対する電圧を個別に変えるために、例えばレフ レクタの外周または基部にある回転可能の制御リングあるいは無線制御あるいは 赤外信号手段によりランプ３００の外側から抵抗にアクセスできるようにしうる 。 このように、フィラメント３１８，３１６に供給される電圧を変えることによ り単一ランプ３００の出力を変え、約２３００ケルビン温度から約１０，０００ ケルビン温度の範囲の色温度を放射照度が約５０フィートしょくから２００フィ ートしょく以上の範囲で達成することができる。 本発明の別の重要な適用として、色のマッチングが重要であるコンピュータへ の適用においてカラーコンピュータに用いるタスクランプ３７０の全体色温度を 変える特定の手段を第１８図から第２０図に示している。本実施例においては、 第２０図に示すように、それぞれ青フィルタ３７２と赤フィルタ３７４とによっ て覆われた光線感応ダイオード３６２と３６４とがコンピュータカラーモニタ３ ６８のスクリーン面３６６に位置している。各フィルタ３６２，３６４はカラー モニタ３６８に位置するタスクランプ３７０の適正な色温度を保つために、それ ぞれ第１８図および第１９図に示す対応する波長においてのみ光線を通す。当該 技術分野において周知の光線均衡回路を用いて、タスクランプ３７０の温度を所 望の色温度に調整するために赤および青色ダイオードが零点に達するまで可変抵 抗３５７と３５８とが調整される。さらに、フィルタ３７２，３７４で測定され た放射照度を用いて全体のランプ強度を制御できる。 前述の説明は例示のみであって、装置、構成要素およびそれらの特性や寸法に おいて、並びに組合せ順序や過程段階において、かつ本明細書にて論じた本発明 のその他の局面において請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく 変更が可能なことを理解すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．約４００から約７００ナノメートルの可視光線スペクトル全体を通して所 望の昼光のスペクトル光線配光と概ね均一性において同一のスペクトル光線配光 を行う一体ランプにおいて、 （ａ）電気エネルギによって励起されると可視スペクトルにわたって非均一放 射エネルギレベルで約４００から約７００ナノメートルの波長（ｌ）の少なくと も可視スペクトル全体にわって放射エネルギを放出するフィラメントと、 （ｂ）そのような可変スペクトル放射エネルギをさえぎり、かつ反射する面を 備えたレフレクタ本体であって、前記可視スペクトルの放射エネルギの少なくと も５０パーセントが前記レフレクタの面に向かって導かれるように前記フィラメ ントがその内部に位置しているレフレクタ本体と、 （ｃ）前記レフレクタの面に向かって導かれる前記可視スペクトル放射エネル ギの各波長の放射照度を反映する反射率レベルを備え、前記レフレクタの面に向 かって導かれていないフィラメントの可視スペクトル放射エネルギの放射照度と 組み合わされると、公式 Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ（ｌ）−〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ）×Ｘ〕 に概ね従って可視スペクトルの各波長（ｌ）を通して相対的に均一な放射照度の 全体的に使用可能な可視光線を発生させる前記レフレクタ本体の面のフィルタコ ーティングであって、Ｒ（ｌ）が各波長ｌに対するレフレクタのコーティングの 反射率、Ｄ（ｌ）が所望の昼光に対する前記波長ｌの放射輝度、Ｓ（ｌ）が前記 波長における前記フィラメントの全体放射輝度、Ｘが前記レフレクタの面に向か って導かれたフィラメントの可視スペクトル放射エネルギのパーセントであるフ ィルタコーティングとを含むことを特徴とする一体ランプ。 ２．前記各波長における前記全体光線出力が前記公式によって決まるＤ（ｌ） の少なくとも約３０パーセント以内であるか、約４００から約７００ナノメート ルの前記波長全ての組み合わせた平均が前記波長全ての組み合わせたＤ（ｌ）の 約１０パーセント以内であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のランプ 。 ３．前記レフレクタに向かって導かれた光線がフィラメントによって放射され る光線の少なくとも９０パーセントであることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載のランプ。 ４．フィラメントによって放射された赤外線をフィラメントに導き直すように フィラメントを概ね囲む赤外線レフレクタをさらに含むことを特徴とする請求の 範囲第１項に記載のランプ。 ５．前記レフレクタが放物線状レフレクタであり、前記フィラメントが前記レ フレクタの対称軸に対して概ね平行に位置していることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載のランプ。 ６．前記コーティングが少なくとも５層の誘電材料からなることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載のランプ。 ７．誘電材料の前記層の各々が約１．３から約２．６の屈折率を有することを 特徴とする請求の範囲第６項に記載のランプ。 ８．前記コーティングが前記レフレクタの面にわたって厚さが不均一であるこ とを特徴とする請求の範囲第７項に記載のランプ。 ９．請求の範囲第１項に記載の少なくとも１個のランプと、色温度が３，１０ ０ケルビン温度以下の少なくとも１個の白熱ランプと、照明システムの色温度出 力が装置の放射輝度を著しく変えることなく変わるように前記ランプの双方の出 力を変える制御手段とを含むことを特徴とする照明装置。 10．電気エネルギによって励起すると、約４００から約７００ナノメートルの 可視スペクトルの少なくとも全体にわたって放射エネルギを放出するフィラメン トからの光線を反射する光線レフレクタにおいて、 （ａ）前記フィラメントからの前記可視スペクトル放射エネルギをさえぎり、 かつ反射する面を備えたレフレクタ本体と、 （ｂ）前記レフレクタの面に向かって導かれる前記可視スペクトル放射エネル ギの概ね全波長の放射照度を反映する反射率レベルを備え、前記レフレクタの面 に向かって導かれない可視スペクトル放射エネルギの放射輝度と組み合わされる と、概ね公式Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ（ｌ）−〔Ｓ（ｌ）×（１−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ） ×Ｘ〕により可視スペクトルの各波長（ｌ）にわたって相対的に均一な放射輝度 の全体に使用可能な可視光線を発生させる前記レフレクタ本体の面のフィルタコ ーティングであって、Ｒ（ｌ）が各波長ｌに対するレフレクタコーティングの反 射率であり、Ｄ（ｌ）が昼光色温度に対する前記波長ｌの放射輝度であり、Ｓ（ ｌ）が前記波長ｌにおける前記フィラメントの全体放射輝度であり、Ｘが前記レ フレクタ面に向かって導かれるフィラメントの可視スペクトル放射エネルギのパ ーセントであるフィルタコーティングとを含むことを特徴とする光線レフレクタ 。 11．可視スペクトル光線配光を行う一体ランプであって、 （ａ）電気エネルギによって励起されると、約４００から約７００ナノメート ルの可視スペクトルの少なくとも全体にわたって放射エネルギを放出する第１の フィラメントと、 （ｂ）基部と、開放端と、前記基部と開放端との間にあって、前記第１のフィ ラメントからの可視スペクトル放射エネルギをさえぎり、かつ反射する反射面と を備え、前記可視スペクトル放射エネルギの少なくとも７０パーセントが前記反 射面に向かって導かれるように前記第１のフィラメントが前記レフレクタ内に位 置し、前記反射面が前記反射面に向かって導かれる第１のフィラメントからの可 視スペクトル放射エネルギの各波長の放射輝度を反映する反射率レベルを有し、 前記反射された可視スペクトル放射エネルギが前記反射面に向かって導かれてい ない第１のフィラメントの可視スペクトル放射エネルギの放射輝度と組み合わさ れると、所望の昼光のスペクトル光線配光と概ね対応する均一性の全体の使用可 能な可視光線を発生させるレフレクタ本体と、 （ｃ）電気エネルギによって励起されると、約４００から約７００ナノメート ルの可視スペクトルにおいて少なくとも放射エネルギを放出する第２のフィラメ ントであって、該第２のフィラメントによって放出される放射エネルギの少なく とも６０パーセントが反射面に向かって導かれないがレフレクタの開放端を直接 通り、約２３００ケルビン温度から約３０００ケルビン温度の全体の低色温度を 有する使用可能な可視光線を第２のフィラメントから発生させるように前記第１ のフィラメントと前記レフレクタの開放端との間でレフレクタ内に位置している 第２のフィラメントと、 （ｄ）前記低色温度から所望の昼光温度にわたる組み合わされた光線出力を発 生させるように前記第１と第２のフィラメントの各々から可変光線出力を個別に 独立して提供するよう前記第１と第２のフィラメントの各々に可変電圧が個別に 付与できるようにする電気接続手段とを含むことを特徴とする一体ランプ。 12．前記第１のフィラメントが電気エネルギによって励起されると可視スペク トルにわたって非均一レベルで、約４００から約７００ナノメートルの放射エネ ルギを少なくとも可視スペクトルにわたって放出し、前記レフレクタ面が該レフ レクタ面に向かって導かれている放射エネルギの前記可視スペクトル全体の概ね 全ての波長の放射輝度を反映する反射率レベルのフィルタコーティングを含み、 反射された放射輝度は前記レフレクタ面に向かって導かれていない第１のフィラ メントからの可視スペクトル放射エネルギの放射輝度と組み合わされると、概ね 公式Ｒ（ｌ）＝〔Ｄ（ｌ）−〔Ｓ（ｌ）×（ｌ−Ｘ）〕〕／〔Ｓ（ｌ）×Ｘ〕に 従って可視スペクトルにわたり相対的に均一な放射輝度の全体の使用可能な可視 光線を発生させ、Ｒ（ｌ）は各波長ｌに対するレフレクタコーティングの反射率 であり、Ｄ（ｌ）は所望の昼光色温度に対する前記波長ｌの放射輝度であり、Ｓ （ｌ）は前記波長βにおける第１のフィラメントの全体放射輝度であり、Ｘは前 記レフレクタ面に向かって導かれる前記第１のフィラメントの可視スペクトル放 射エネルギのパーセントであることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のラ ンプ。