特許 5864669 薄型照明システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5864669

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月17日

(54)【発明の名称】薄型照明システム

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20160204BHJP

   F21S 8/02 20060101ALI20160204BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20160204BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 441

   F21S8/02 100

   F21S8/02 410

   F21S2/00 431

   F21S2/00 435

   F21Y101:02

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】83

(21)【出願番号】特願2014-99371(P2014-99371)

(22)【出願日】2014年5月13日

(62)【分割の表示】特願2010-545019(P2010-545019)の分割

【原出願日】2009年1月29日

(65)【公開番号】特開2014-167932(P2014-167932A)

(43)【公開日】2014年9月11日

【審査請求日】2014年6月11日

(31)【優先権主張番号】61/024,814

(32)【優先日】2008年1月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508095337

【氏名又は名称】クォルコム・メムズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ホルマン，ロバート エル．

(72)【発明者】

【氏名】サンプセル，マシュー ビー．

【審査官】 柿崎 拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３３２６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５００３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｓ ８／０２

Ｆ２１Ｙ １０１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｄ１×ｄ２の正方形または長方形の出力発光アパーチャを有するシングルＬＥＤエミッタと、
４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタであって、その入力アパーチャがＬＥＤ発光を受光する前記シングルＬＥＤエミッタの出力発光アパーチャに隣接して設けられる、４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタと、
光ガイドパイプであって、その入力アパーチャが前記エタンデュ保存角度変形リフレクタの出力アパーチャから光を受光し、前記光ガイドパイプが、長方形の断面および光ガイドパイプ屈折率を有するテーパ状の光ガイドバー、前記光ガイドパイプ屈折率と異なる第１の光学フィルム屈折率を有する第１の光学フィルム、第１のプリズムレンズシート屈折率を有する第１のプリズムレンズシート、ならびに、前記第１のプリズムレンズシートのファセット上に堆積された鏡面反射コーティングを備え、前記第１の光学フィルムが前記テーパ状の光ガイドバーと前記第１のプリズムレンズシートとの間に設けられている、光ガイドパイプと、
光ガイドプレートであって、その一つのエッジが、前記光ガイドパイプの前記長方形のエッジに隣接して設けられる、光ガイドプレートと、を備える、照明システム。

【請求項2】

前記４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタが、前記シングルＬＥＤエミッタの広角出力発光を、角度範囲が実質的に＋／−θに等しい前記光ガイドパイプの両方の経線において、その出力アパーチャを通過する出力光に変換し、＋／−θは適用可能なエタンデュ保存正弦法θ＝Ｓｉｎ^-1（ｄ_i／Ｄ_i）によって求められ、ただし、Ｄ_iおよびｄ_iは、各経線における入力アパーチャ寸法および出力アパーチャ寸法を示す、請求項１に記載される照明システム。

【請求項3】

前記光ガイドパイプが、１本の経線でコリメートされた長方形のエッジに沿って均等に分散した出力光を提供する、請求項１に記載される照明システム。

【請求項4】

前記光ガイドプレートの長方形の出力面の上方に設けられた１つまたは複数のレンチキュラーレンズシートを有し、それらの微小凸レンズが、前記長方形の出力面に向かって面している、請求項１に記載される照明システム。

【請求項5】

前記１つまたは複数のレンチキュラーレンズシートが、放物線形状の微小凸レンズを含む、請求項４に記載される照明システム。

【請求項6】

前記１つまたは複数のレンチキュラーレンズシートが、それらのレンチキュラーレンズ軸が互いに実質的に直交するように互いに対して配向される、請求項４に記載される照明システム。

【請求項7】

前記光ガイドプレートの長方形の出力面の上方に設けられた１つまたは複数のディフューザシートを有する、請求項１に記載される照明システム。

【請求項8】

前記光ガイドプレートの入力アパーチャが、レンチキュラーレンズフィルムによって、完全にまたは部分的に覆われ、前記レンチキュラーレンズフィルムの平面表面が、前記入力アパーチャに向かって設けられ、前記レンチキュラーレンズフィルムのレンチキュラーレンズ軸が前記入力アパーチャの前記エッジに平行に、または、前記入力アパーチャの前記エッジに直交して位置決めされる、請求項１に記載される照明システム。

【請求項9】

前記光ガイドプレートは、１つの長方形の出力面全体に均等に分散した出力ビームを提供し、前記照明システムは、前記出力ビームを受光し、異なる角方向に再配向するように設けられた傾斜した平面ミラーをさらに備える、請求項１に記載される照明システム。

【請求項10】

前記第１のプリズムレンズシートが、プリズムレンズの実質的に連続するアレイを含み、各プリズムレンズが、左手の反射ファセットおよび右手の反射ファセットを有し、前記右手のファセットが、実質的に全ての入射光を受光する、請求項１に記載される照明システム。

【請求項11】

前記右手のファセットと前記左手のファセットの総夾角が、９５度から１０５度の範囲である、請求項１０に記載される照明システム。

【請求項12】

前記光ガイドプレートが、１つの長方形の出力面全体に均等に分散した出力ビームを提供する、請求項１に記載される照明システム。

【請求項13】

前記出力ビームの断面が実質的に正方形または長方形であり、両方の出力経線でよくコリメートされる、請求項１２に記載される照明システム。

【請求項14】

プリズムレンズの実質的に連続するアレイを備えるプリズムレンズシートをさらに備え、各プリズムレンズが、左手の反射ファセットおよび右手の反射ファセットを有し、前記右手の反射ファセットが、実質的に全ての入射光を受光する、請求項１に記載される照明システム。

【請求項15】

前記右手のファセットと前記左手のファセットとの総夾角が、７５度から１２０度の範囲である、請求項１４に記載される照明システム。

【請求項16】

前記光ガイドプレートは、長方形の断面および光ガイドプレート屈折率を有する光ガイドプレート、長方形の断面および光ガイドプレート屈折率を有するテーパ状の光ガイドプレート、第２の光学フィルム屈折率を有する第２の光学フィルム、第２のプリズムレンズシート屈折率を有する第２のプリズムレンズシート及び前記第２のプリズムレンズシートのファセット上に堆積された鏡面反射コーティング、ならびに、平面鏡面反射ミラーのうち１つまたは複数を備える、請求項１に記載される照明システム。

【請求項17】

ＬＥＤエミッタの線形アレイであって、エミッタ同士の中心間距離がＷであり、各エミッタが、ｄ１×ｄ２である正方形または長方形の出力発光アパーチャを有するＬＥＤエミッタの線形アレイと、
前記ＬＥＤエミッタのアレイに対する電気接続手段を有する基板回路と、
長方形の４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタの線形アレイであって、その長方形の入力アパーチャがｄ１×ｄ２であり、中心間間隔Ｗを有し、前記入力アパーチャのそれぞれが、前記アレイ内の前記ＬＥＤエミッタの前記出力発光アパーチャに隣接して設けられる、長方形の４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタの線形アレイと、
光ガイドプレートであって、その１つのエッジが、前記エタンデュ保存角度変形リフレクタの線形アレイの出力アパーチャに隣接して設けられ、前記光ガイドプレートが、長方形の断面および光ガイドプレート屈折率を有するテーパ状の光ガイドプレート、前記光ガイドプレート屈折率と異なる光学フィルム屈折率を有する光学フィルム、プリズムレンズシート屈折率を有するプリズムレンズシート、ならびに、前記プリズムレンズシートのファセット上に堆積された鏡面反射コーティングを備え、前記光学フィルムが前記テーパ状の光ガイドプレートと前記プリズムレンズシートとの間に設けられている、光ガイドプレートと、
を備える、照明システム。

【請求項18】

前記長方形の４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタの前記アレイ内の前記長方形の４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタのそれぞれが、前記光ガイドプレートの長方形のエッジの長軸に平行な経線において、Ｄ１の寸法を有する出力アパーチャを通るその出力光をコリメートし、前記経線における角度範囲は実質的に＋／−θ１であり、ただし、＋／−θ１は、適用可能なエタンデュ保存正弦法によって求められ、θ１は実質的にＳｉｎ^-1（ｄ１／Ｄ１）である、請求項１７に記載される照明システム。

【請求項19】

前記長方形の４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタの前記アレイ内の前記長方形の４つの側部を有するエタンデュ保存角度変形リフレクタのそれぞれが、入力アパーチャと出力アパーチャと間のエタンデュを保存する境界条件にしたがって数学的に成型された対向する側壁を有する、請求項１８に記載される照明システム。

【請求項20】

前記光ガイドプレートが、１つの長方形の出力面全体に均等に分散した出力ビームを提供し、前記出力ビームが実質的に正方形または長方形の断面であり、両方の出力経線でよくコリメートされる、請求項１７に記載される照明システム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本出願は、２００８年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／０２４，８１４号に基づく優先権を主張するものであり、その内容は全体として本明細書に組み込まれる。

【0002】

世界中で市販のオーバーヘッド照明応用例に使用される従来の照明器具の状態は、一般的には従来のオフィスの天井に取り付けられる照明器具から、屋外の街灯で使用されるたくさんのタイプまたは形状の器具に至るまで、かなり長い年数にわたって変わっていない。標準的な照明器具は、典型的には、（２４インチ×２４インチ）、厚さ（４インチ〜１０インチ）および重さ（７〜３０ポンド）のままである。照明器具の下方の表面に与えられる照明は、すぐ下が最も明るく、器具の位置からの距離が長くなるにつれて、急に明度が下がることが多い。所与の照明応用例が主に限定された幾何学領域（たとえばテーブルの天板または作業領域）に保持された照明を必要とする場合があっても、近くの観察者は依然として、器具の物理的アパーチャから見上げるときに不要のグレアを受ける。いくつかの従来の器具は、制限された角度のスポット照明を目的として設計されてきたが、典型的には、そのような器具が達成する正味の照明効率は、近年の省エネルギーの観点から望まれるよりもはるかに低いものである。一部の光は対象となる領域の外側へ方向がずれることによって消耗され、その他の光は非効率性によって消耗され、グレアを遮断するために熟慮された物理的なバッフリングが加えられ、それにより、設備の機械的な嵩高さも大幅に増加する。

【0003】

広範囲の先行技術は、従来の照明システム（たとえば、蛍光灯トロッファならびに埋め込み式石英ハロゲンまたは金属ハロゲンのダウンライト）のこの広いクラスの様々な照明特性の一態様または別の態様における改良と関連付けられてきた。いくつか例にあげると、照明効率、照明の均一性およびグレア低減においてある程度の利益はあるが、照明器具自体は、まだ従来のものと同じくらい大型で目につきやすいままであった。

【0004】

従来の照明器具の正味の重量は、コストがかかり面倒な機械的補強をすることなく、標準的な市販の天井の枠組みに使用するには重すぎる。ほとんどの工業用品において最も重い照明器具は、装飾的な天井が実質的に補強されているのでない限り、より便利な装飾的な天井からではなく、建物の構造設備の天井から懸架する必要がある。最も軽量の従来の器具の場合であっても、補強ガイドワイヤを加えて、さらなる機械的支持を提供する必要がある。

【0005】

従来の埋め込み式照明器具はまた、かなり厚く、その厚みにより、埋め込み式照明器具に適合するために装飾的な天井の上に必要とされる頭上のプレナムスペースが加わり、それにより、効果的な天井高が低減される。天井高の低減は、天井高が建物の構造的境界条件により既に制限されている高層建築物において、特に問題となる。

【0006】

近年、より軽量でよりコンパクトなパッケージを特徴とする初期の応用例において、小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）の組立体を利用する市販の照明器具が現れ始めた。この潮流は、時間が経つにつれてより照明器具の利点がさらに大きくなることが期待されるものであるが、初期の開発はまだ、全ての可能性を実現するに至っていない。

【0007】

初期のＬＥＤ照明器具が期待されたコンパクト性の達成に遅れをとってしまった１つの理由は、従来の電球の代替品の輝度に比べて、輝度が非常に高いことを原因とする。ＬＥＤにより射出される光は非常に小さな幾何学領域内で生成され、その結果、関連付けられた輝度（すなわち、ルーメン／平方メートル／立体角（単位：ステラジアン））が、ビューの直線を遮断、制限または拡散するためにさらなるパッキング構造を追加することなく、人間のビューに極めて有害になることがある。ＬＥＤの危険な輝度レベルに対する１つの初期の解決策は、光が壁面および天井面から上向きに間接的に反射する照明器具内でビューからそれらを隠すことであった。この手法は、ＬＥＤの偶発的なビューを直接的に防ぐが、関連付けられた器具は従来のものと同じくらい大型になる。別の解決策は、ＬＥＤ光をより大きな出力アパーチャ全体に分散させることを含む。この手法は、投光照明応用例におけるアパーチャの輝度を弱めるが、器具の厚さを代償にして分散させつつ、オフアングルグレアに対する器具の特性も上昇させる。

【0008】

むき出しのＬＥＤエミッタを見ることは、リフレクタまたはレンズと組み合わせられたものであっても、一時的な視覚消失や数分間以上続く残像に代表されるかなり不快な経験である。最も強力な今日最も新しい市販のＬＥＤエミッタのうちの１つは、２．１ｍｍ×２．１ｍｍの射出領域に約３００ルーメンを発生させる。これは、２，０００万Ｃｄ／ｍ²（ｎｉｔ）の輝度である。このような輝度は、近年のデスクトップコンピュータのモニタで使用される典型的なＬＣＤディスプレイ画面の背景輝度の６５，０００倍を超えることがわかる。また、このような輝度は、２５０ＷのＨｇアークランプを使用する市販の照明器具の直径１８インチのアパーチャの２００倍になることがわかる。この２５０ＷのＨｇアークランプは既に、観察者にスポットを見えるようにするには十分な明るさを有する。

【0009】

近年のＬＥＤ光エミッタは、安全で所望の形態の一般的な照明を提供しつつ、ＬＥＤのコンパクト性の可能性を利用する専用の照明器具を必要とする。

【0010】

より期待されるＬＥＤライティングの適応のうち１つは、いわゆるＬＥＤバックライトという先行技術のＬＥＤ照明方法を含む。ＬＥＤバックライトは、大画面のコンピュータモニタおよび家庭用テレビで使用されるＬＣＤスクリーン用の後方照明源として、より頻繁に使用されているのが分かっている。出現した関連するＬＥＤバックライトは、約１インチ〜２インチ厚であり、内部に隠された何百ものＬＥＤエミッタからの光をスクリーン全体に均一に拡散する。ＬＥＤ発光を拡散し均質化することによって、ＬＥＤバックライトパッケージは、それにより、むき出しのＬＥＤ自体によってそうでない場合に引き起こされる危険な輝度レベルの直接可視性を隠す。

【0011】

ＬＥＤバックライティングシステムは、直接適用され、たとえば頭上のオフィスの天井の従来の２４インチ×２４インチ×８インチ蛍光灯トロッファを、はるかに薄く軽量な代替物と交換することができる。

【0012】

これらの可能なＬＥＤ照明手法が商業的な照明用途に歓迎され得る限り、得られる器具または照明器具は、依然として比較的厚くて目立つものであり、本来の広角発光からのグレアを隠すことは未解決の問題として残り、その出力グローを制限されたタスク領域に発することは提供されない。そして、ＬＥＤバックライトは、従来の電球ベースの照明器具より薄いものの、天井タイルおよび壁板のような典型的な建築材料の本体に便利に埋め込まれるには依然として厚過ぎる。

【0013】

本発明の光分配エンジンは、新しいクラスの薄い板状の照明システム（また、照明器具および照明器具）を導入することによって、全てのこれらの必要性に対処し、この照明システムの正方形、長方形および円形の照明ビームは、中間にある全ての非対称の組合せを含み、各経線において＋／−５〜＋／−６０度の照射範囲内で鋭角に規定されよく配向されたまま、低減された明るさの拡大された出力アパーチャ全体に均一に分散される。このような光エンジンにより、ワイドエリア照明、スポット照明、投光照明、タスク照明およびウォールウォッシングを含む既知の代替物のいずれかよりも広範囲の一般的なライティングサービスの条件を満たす。

【0014】

半導体発光ダイオード（つまりＬＥＤ）は、それらの固有のコンパクト性を理由にして、それらの光発生能力の迅速な改善を理由にして、かつ、それらがますます低価格で入手可能になることを理由にして、本発明の全ての実用的な実施例に対して選択される。時間が経つにつれて、その他の好適な照明器具のタイプが、いくつか例に挙げると、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤと呼ばれる）、薄型のフラット蛍光源およびフラットマイクロプラズマ放電源に基づいて出現することができる。

【0015】

ＬＥＤは一般的には、薄さに対する本発明の必要性を満たすが、本発明によるＬＥＤ光源を適用することは、最良の形態の使用に対してある程度適応することを含む。本発明は、適当な熱抽出手段、関連付けられる光結合器、関連付けられる光分配光学部品および、必要な場合には、関連付けられる光拡散エレメントを有し、それら全てが、断面の厚さが約１インチ未満のファーフィールド照明の好適な光源を達成するために必要とされる低電圧ＤＣ電力制御電子部品を有する市販のＬＥＤエミッタを備える光分配エンジンについて述べる。さらに、この新規の光分配エンジンの構成は、厳密に制御された照明ビームおよびうまく規定された照明パターンのようなその他の好ましい照明特性のいずれかを損なうことなく、ＬＥＤの危険なほど高い輝度レベルを安全に希釈する。

【0016】

本発明の光分配エンジンにより、照明器具の物理的サイズをより小さく（約２．５インチ×２．５インチ）、特に断面を薄く（約５〜１０ｍｍ）できることが顕著である。サイズは小さいが、これらの新しい光分配エンジンによって提供されるルーメン出力は、数百から数千ルーメン／照明器具に及ぶ。そして、得られる出力照明は、＋／−５度程度に狭く、＋／−６０度程度に広く、またはその間の任意の非対称の組合せとして編成されたビームとなるように制限され、それぞれ、照明設計者およびユーザなどによって求められる空間的に均等な正方形、長方形および円形のファーフィールド照明パターンとともに、オフアングルグレアを低減する（すなわち、グレアを隠す）のに十分鋭いカットオフ角を有する。

【0017】

この薄型照明システムの発明を組み込む実用的な応用例のいくつかの最良の形態の実施例は、米国仮特許出願第６１／１０４，６０６号「Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」に提示されている。この参照文献の本発明の拡張された実用的な応用例は、簡単なより詳細なシステム実施例を含み、それらを用いて、これらの薄型照明システム（照明器具および光分配システムとも呼ばれる）を、（市販の天井および壁を形成するのに使用されるような）一般的な建築材料の物理的な本体厚さに組み込み、電気的に接続し、（別個にまたは相互接続された分布として）電気的に制御することができる。

【発明の概要】

【0018】

したがって、本発明の一目的は、２本の直交する出力経線のそれぞれにおいて所定のコリメーション角度および正方形または長方形のファーフィールド照明パターンを有する市販の照明応用例用のオーバーヘッドＬＥＤ照明のコンパクトで薄型プロファイルの手段を提供することである。

【0019】

本発明の別の目的は、照明システムの長方形のファーフィールド照明パターンを維持する出力アパーチャに配置された角拡散によって、２本の直交する出力経線のそれぞれにおいて修正されたコリメーション角度を有するオーバーヘッドＬＥＤ照明のコンパクトで薄型プロファイルの手段を提供することである。

【0020】

本発明のさらに別の目的は、出力光が一方の経線でコリメートされ、他方ではコリメートされないシングルＬＥＤエミッタを使用し、コリメートされていない入力光をコリメートしながら、角度範囲を変えずにコリメートされた入力光を保存し伝達する光ガイドプレートサブシステムの入力エッジとあわせて作動し、それによりその出力光が両方の出力経線でコリメートされる薄型端面発光入力光エンジンを提供することである。

【0021】

また、本発明の一目的は、出力光が一方の経線でコリメートされ、他方ではコリメートされないシングルＬＥＤエミッタのアレイを使用し、コリメートされていない入力光をコリメートしながら、角度範囲を変えずにコリメートされた入力光を保存し伝達する光ガイドプレートサブシステムの入力エッジとあわせて作動し、それによりその出力光が両方の出力経線でコリメートされる薄型端面発光入力光エンジンを提供することである。

【0022】

本発明のさらに別の目的は、出力光が一方の経線でコリメートされ、他方ではコリメートされないシングルＬＥＤエミッタを使用し、コリメートされていない入力光をコリメートしながら、角度範囲を変えずにコリメートされた入力光を保存し伝達するテーパ状の光ガイドプレートサブシステムの入力エッジとあわせて作動し、それによりその出力光が両方の出力経線でコリメートされる薄型端面発光入力光エンジンを提供することである。

【0023】

本発明のさらに別の目的は、テーパ状の光ガイドプレートサブシステムであって、入力エッジに沿って入力光を受光し、反射ファセットおよびテーパ状のプレートの平面に積層された関連付けられる光学フィルムの特定の構成を使用し、それにより、テーパ状の光ガイドプレートサブシステムが出力光の正方形または長方形のビームを集合的に抽出し、コリメートし、ファーフィールドに再配向できるテーパ状の光ガイドプレートサブシステムを提供することである。

【0024】

さらに、本発明の一目的は、１次元で動作する角拡散レンチキュラーレンズアレイフィルムであって、その放物線レンズ形状により先行技術の結果と比較して一意のファーフィールド特性を可能にする１次元で動作する角拡散レンチキュラーレンズアレイフィルムを提供することである。

【0025】

本発明のさらに追加の目的は、２つの直交して配向された１次元で動作する角拡散レンチキュラーアレイフィルムの使用であって、対称的にコリメートされた光入力を正方形または長方形のビームの断面を有する対称的にまたは非対称に広げられた出力光に変換できる放物線形状の微小凸レンズと正方形または長方形の照明パターンを生成する能力とを有する２つの直交して配向された１次元で動作する角拡散レンチキュラーアレイフィルムの使用を提供することである。

【0026】

さらに、本発明の一目的は、テーパ状の光ガイドプレートの使用であって、その断面が線形に突出して、平坦な平面入力エッジを有する正方形および長方形のテーパ状の光ガイドプレートを形成するテーパ状の光ガイドプレートの使用を提供することである。

【0027】

さらに、本発明の一目的は、テーパ状の光ガイドプレートの使用であって、その断面が半径方向に突出して、円形プレートの中心に円筒形の光入力エッジを有する円形のテーパ状の光ガイドプレートを形成するテーパ状の光ガイドプレートの使用を提供することである。

【0028】

さらに追加の、本発明の一目的は、テーパ状の光ガイドプレートの使用であって、テーパ状の光ガイドプレートの断面が半径方向および線形の両方に突出して、それにより、正方形および長方形のプレートの中心に円筒形の光入力エッジを有する正方形および長方形のテーパ状の光ガイドプレートを形成するテーパ状の光ガイドプレートの使用を提供することである。

【0029】

本発明のさらなる１つの他の目的は、一方の経線で照明システムの出力光の角度範囲を広げ、他方では広げないことを目的として、レンチキュラーフィルム片を光ガイドプレートの入力エッジに適用することである。

【0030】

本発明のさらに別の目的は、ニアフィールド輝度均一性を改善する手段として、照明システムの局所領域のみで角度範囲を広げるために、レンチキュラーフィルム片の幾何学的に成型された部分を光ガイドプレートの入力エッジに適用することである。

【0031】

本発明のさらに１つの他の目的は、特定の作業タスクまたは作業領域を照明するために、対称的におよび非対称的にコリメートされた光を有する薄型プロファイル照明システムを配備することである。

【0032】

それに加えて、本発明の一目的は、特定の壁に装着された物体を照明するために、または、壁の選択された領域全体に淡い光を提供するために、対称的におよび対称的にコリメートされた光による斜方照明ビームを有する薄型プロファイル照明システムを配備することである。

【0033】

さらに、本発明のさらなる目的は、薄型プロファイル照明システムであって、そのアパーチャ輝度が、拡大された領域全体に光を拡散することによって、拡散する間に生成される照明ビームによって表示されるカットオフ角の鋭さを損なうことなく、弱められる薄型プロファイル照明システムを提供することである。

【0034】

本発明のさらなる目的は、薄型プロファイル照明システムであって、アパーチャ輝度が、拡大された領域全体に光を拡散することによって、拡散する間に生成されるフィールドパターンの正方形性および長方形性を損なうことなく、弱められる薄型プロファイル照明システムを提供することである。

【0035】

本発明のさらなる目的は、薄型プロファイル照明システムであって、その照明が、固定された正方形または長方形の角度ビーム内に大部分が残る薄型プロファイル照明システムを下から見えるオフアングルグレアを低減させる手段として提供することである。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1A】２つの相互接続されたサブコンポーネント、シングルＬＥＤエミッタを使用する端面発光バー入力エンジンおよび１つのプレート表面からの正方形または長方形のコリメートされた光のビームを出力する光ガイドプレートを含む薄型プロファイル照明システムの斜視図である。

【図1B】図１Ａの斜視図に示された照明システムの分解図である。

【図1C】図１Ｂに示された照明システムをさらに分解した図であり、端面発光入力バーからの出力された光およびシステム全体から出力された光の斜視図も追加されている。

【図1D】図１Ａに示された照明システムの斜視図であり、一方または両方の出力経線における出力ビームプロファイルを処理するために、光ガイドプレートの下方に２枚の角度拡張レンズシートが追加されている。

【図2A】２つの相互接続されたサブコンポーネントを含む薄型プロファイル照明システムセグメントの斜視図であり、１つの端面発光入力エンジンはシングルＬＥＤエミッタを入力として使用し、それに対応するシングル角度変更リフレクタを出力として使用し、図示のように、図１Ａに示された長方形バージョンの一般的な光ガイドプレートとあわせて配置され、コリメートされた光の正方形または長方形のビームを１つのプレート表面から出力する。

【図2B】図２Ａに示される４つの薄型プロファイル照明システムセグメントの線形アレイを示す図である。

【図2C】２つの相互接続されたサブコンポーネントを含む薄型プロファイル照明システムの斜視図であり、端面発光アレイ型入力エンジンは、ＬＥＤエミッタの多重度を入力として使用し、角度変更リフレクタの多重度を出力として使用し、コリメートされた光の正方形または長方形のビームを１つのプレート表面から出力する図１Ａに示された同じ光ガイドプレートとあわせて配置される。

【図2D】図２Ａに示された端面発光アレイ型入力エンジンの出力エッジの分解斜視図を提供し、一方の経線でコリメートされ、他方の経線ではコリメートされないエンジンの出力光の斜視図を含む。

【図2E】図２Ａに示された照明システムを含み、一方または両方の出力経線において出射ビームのプロファイルを処理するために、光ガイドプレートの下方に２枚の角拡散レンズシートが追加されている。

【図3A】２つの相互接続されたサブコンポーネント、シングルＬＥＤエミッタを使用するテーパ状の端面発光バー入力エンジンおよび正方形または長方形のコリメートされた光のビームを１つのプレート表面から出力するテーパ状の光ガイドプレートを含む薄型プロファイル照明システムの斜視図である。

【図3B】図３Ａの斜視図に示された照明システムの分解図を含む。

【図3C】ＬＥＤエミッタ、長方形の角度変更リフレクタおよびテーパ状の端面発光バー入力エンジンの入力アパーチャの分解斜視図を含む。

【図3D】長方形の角度変更リフレクタおよび関連する光錐を含むテーパ状の端面発光バー入力エンジンの入力アパーチャについて分離している分解斜視図を提供する。

【図3E】図３Ｄに示されたエレメント間の関係を分解された断面図で示し、そのエレメントで発展されたシミュレーションされた角度光分布を含む。

【図4】図３Ａの薄型プロファイル照明システムの上面図であり、寸法および相対的な関係が示される。

【図5A】テーパ状の光ガイドパイプまたはプレートを概略側面図で示し、入力光ビームと出力光ビームの両方の対応するファーフィールド角プロファイルを示す。

【図5B】図５Ａのテーパ状の光ガイドの傾斜した上側出力面上で発展された関連付けられるニアフィールドの空間的均一性のグラフィックプロファイルを提供する。

【図5C】図５Ａのテーパ状の光ガイドの平坦な下側出力面上で発展された関連付けられるニアフィールドの空間的均一性のグラフィックプロファイルである。

【図6A】テーパ状の光ガイドの内側で全内部反射を受ける単一の近軸テスト光線によって取られた光路を示す図である。

【図6B】テーパ状の光ガイドの内側で全内部反射を受ける単一の近軸テスト光線によって取られる光路を示し、図６Ａに示されるものとはわずかに異なる開始軌跡が選択される。

【図7A】図５Ａに示されたテーパ状の光ガイドの傾斜した表面のすぐ上の空中で傾斜した反射平面を加えることによる光抽出に対する効果を示す図である。

【図7B】図５Ａに示されたテーパ状の光ガイドの平坦な表面のすぐ下の空中で平坦な反射平面を加えることによる光抽出に対する影響を示す図である。

【図7C】図５Ａに示されたテーパ状の光ガイドの傾斜した表面に光学的に結合される傾斜した反射平面を加えることによる光抽出に対する影響を示す図である。

【図8A】図３Ａ〜図３Ｂおよび図４のダブルコリメーティング光分配エンジンの諸実施例の入力部分として機能するシングルＬＥＤ光エミッタを、光抽出プリズムのファセットが平滑なミラー平面の構造化されていない形態へと潰された特別な場合の出力エッジから見た斜視図である。

【図8B】図８Ａの端面発光ＬＥＤ光エミッタの上側図を提供し、得られる斜めに配向されたファーフィールドビームの断面を示す。

【図8C】図８Ｂのシステムの出力エッジから射出される光ビームの断面を示す前面図を提供する。

【図8D】図８Ａ〜図８ＣのＬＥＤ光エミッタを上側斜視図で示し、斜めに配向された出力照明の高度に対称な性質を示す。

【図9】テーパ状の光ガイドパイプ（またはプレート）の側断面図を示し、その傾斜した（テーパ状の）平面は、２つの異なる誘電層と平面ミラーとを有する光学フィルムスタックを含むように修正され、また、抽出された出力光の角度断面の重畳されたシミュレーションを含む。

【図10】光抽出の角度とそれをもたらす効果的な屈折率との間の量的関係を詳細に示すグラフを提供する。

【図11A】光学挙動を、図９の側断面図と類似するが、より急峻に傾斜したミラーセクションで構成されるプリズムミラー平面を有するテーパ状の光ガイド構造の側断面図で示す。

【図11B】図１１Ａのプリズムミラー平面の一部分の拡大側断面図を提供する。

【図11C】図１１Ａ〜図１１Ｂのテーパ状の光ガイド構造内における光透過の光学的光線追跡のシミュレーション結果を概略断面図で示す。

【図12A】図３Ａおよび図４の照明システムの一部である端面発光入力エンジンの分解斜視図を提供する。

【図12B】図３Ａおよび図４の照明システムの一部である端面発光入力エンジンの上面図を提供し、光ガイドパイプのすぐ内側に、空中の出力として両方とも生成されるコリメートされた出力ビームを示す。

【図12C】図１２Ａに記載された端面発光入力エンジンの端面発光出力アパーチャを示す斜視図であり、エンジンのエッジに沿ってよくコリメートされ、直交する経線においてかなり広く角度を付けられる出力発光の斜視図を示す。

【図12D】図１２Ａのエンジンのさらに別の斜視図を提供し、この図は、粗ニアフィールドの空間的均一性のビジュアル化を含む。

【図12E】図１２Ａのエンジンのさらに別の斜視図を示し、より高密度の光抽出プリズムファセットと関連付けられた改善された近均一性のビジュアル化を含む。

【図12F】光抽出プリズムファセットの間隔が比較的大きいときの、図１２Ａの入力エンジンの出力エッジ面上で起こる図１２Ｄに示された光分布を示す図である。

【図12G】光抽出プリズムファセットの間隔が低減されているが、まだヒトが目視できるときの、図１２Ａの入力エンジンの出力エッジ面で起こる図１２Ｆに示された光分布を示す図である。

【図12H】光抽出プリズムファセットの間隔が低減されていて、ヒトが目視できないように寸法設定されたときの、図１２Ａの入力エンジンの出力エッジ面で起こる光分布を示す図である。

【図13A】エンジンの出力エッジの長さに沿ってニアフィールドの空間的均一性に対して非常に狭い角度の入力光源が及ぼす悪影響を示す斜視図である。

【図13B】より広い角度の入力光源が、エンジンの出力エッジの長さに沿ってニアフィールドの空間的均一性に対して及ぼす好影響を示す斜視図である。

【図13C】角度範囲が大きすぎる入力源分布を使用するときに、エンジンの出力エッジの長さに沿ってニアフィールドの空間的均一性に及ぼされる悪影響を示す斜視図である。

【図14A】図１２Ａの端面発光入力エンジンの光ガイドパイプに入力として提供される１つの特定の狭角の光分布のグラフィック表現である。

【図14B】図１２Ａの端面発光入力エンジンの光ガイドパイプに入力として提供されるわずかに広い狭角の光分布のグラフィック表現である。

【図14C】図１２Ａの端面発光入力エンジンの光ガイドパイプに入力として提供される適度に広角の光分布のグラフィック表現である。

【図14D】図１２Ａの端面発光入力エンジンの光ガイドパイプに入力として提供される広すぎる角度の光分布のグラフィック表現である。

【図15】図１４Ａ〜図１４Ｄの入力光分布にそれぞれ対応する、関連する光ガイドパイプの入力アパーチャからの距離の関数として、入力エンジンのニアフィールドの空間的均一性の４つの比較されるグラフィック図を提供する。

【図16A】照明されるべきファーフィールド表面領域よりも上に上昇した、図３Ａのシングルエミッタの形態における薄型プロファイルシングルエミッタのテーパ状の光ガイド照明システム間に存在する次元的関係の斜視図を提供する。

【図16B】図１６Ａに示されたテーパ状の光ガイド照明システムの拡大斜視図を提供する。

【図17】図１６Ａの斜視図で照明された表面上に作成されたファーフィールド照明パターンのグラフィック表現である。

【図18】テーパ状の光ガイドプレートの表面に適用されるプリズム内のファセット角の５つのわずかに異なる選択に応答する、図１６Ａの照明システムによって生成されるそれぞれ異なるように傾斜したファーフィールドビームの断面のセットのグラフィック表現である。

【図19】薄型プロファイル光ガイド照明システムのプレート内の内的光再配向プリズム角を変化させることによって到達できる＋６０度から−６０度の範囲のビーム方向を立証するための９つの異なるファーフィールドビームの断面を示すグラフィック表現である。

【図20】図３Ａの薄型プロファイル光ガイド照明システムに関する、光抽出および調整フィルム内のプリズムファセット角とそれが生成するファーフィールドビームポインティング角度のグラフである。

【図21】図３Ａの薄型プロファイル光ガイド照明システムの出力アパーチャに適用される先行技術の形態のバルク散乱型ディフュージングシートのコンピュータで光線追跡シミュレーションされたファーフィールド角拡散挙動を示す側断面図である。

【図22A】レンチキュラーディフューザとして知られる球面形状のレンズエレメントを含む円筒形のレンズアレイフィルムの先行技術の形態の概略的な側断面図を示す。

【図22B】図２２Ａに示されるレンチキュラー構造の断面斜視図を提供する。

【図22C】マイクロサイズのレンズエレメントの数学的に発展された２次元分布を含む先行技術の角拡散ディフューザのフィルム構造のペブル表面形態のトポグラフィックな概略斜視図を提供する。

【図23A】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、球面形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じるファーフィールドビームの断面を示す。

【図23B】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、球面形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートのレンズ側に適用されるときに生じるファーフィールドビームの断面を示す。

【図24A】放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシート構造の斜視図を提供する。

【図24B】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、比較的浅い凹部（ＳＡＧ）を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる丸い底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【図24C】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、比較的浅い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートのレンズ側に適用されるときに生じる平坦な底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【図24D】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、適度な深さの凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントのレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる、サテライトウイングを有するより広角の丸い底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【図24E】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、適度な深さの凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントのレンチキュラーレンズシートのレンズ側に適用されるときに生じる広角の丸い底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【図24F】図３Ａの発光システムから示されるような＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、非常に深い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる広角の３モードファーフィールドビームの断面を示す。

【図24G】図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、非常に深い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートのレンズ側に適用されるときに生じる、非常に広角のファーフィールドビームの断面を示す。

【図25】レンチキュラーディフューザシートに関して、ファーフィールド角の合計と０．１から１．０の放物線レンチキュラーのピーク対ベース比との間に見られる最良の形態の幾何学関係を要約するグラフである。

【図26】単一の放物線型レンチキュラー角拡散シートを出力アパーチャの下に含む、図３Ａに示されたコリメートされた薄型プロファイル照明システムの斜視図であり、レンチキュラー軸は、入力エッジに配向されたイルミネータのｙ軸と平行に延びる。

【図27】１５００ｍｍの高さから１８００ｍｍ×１８００ｍｍの照明表面上に図２６の照明システムによって生成された長方形のファーフィールドビームパターンのコンピュータシミュレーションを含み、その長方形のパターンは、システムのｘ軸に沿って、非対称的に＋／−３０度伸びている。

【図28】２枚の直交して配向される放物線型レンチキュラー角拡散シートを出力アパーチャの下方に含む、図３Ａに示されたコリメートされた薄型プロファイル照明システムの斜視図を示し、一方のシートのレンチキュラー軸は、イルミネータのｙ軸に配向された入力エッジと平行に延び、他方のレンチキュラー軸は、イルミネータのｘ軸と平行に延びる。

【図29A】１５００ｍｍの高さから１８００ｍｍ×１８００ｍｍの照明表面上に図２８の照明システムによって生成された正方形のファーフィールドビームパターンのコンピュータシミュレーションを含み、その正方形パターンは、システムのｘ軸およびｙ軸の両方に沿って＋／−３０度で対称的に配置されている。

【図29B】１５００ｍｍの高さから１８００ｍｍ×１８００ｍｍの照明表面上に図２８の照明システムによって生成されたより狭い正方形のファーフィールドビームパターンのコンピュータシミュレーションを含み、そのより狭い正方形パターンは、システムのｘ軸およびｙ軸の両方に沿って＋／−１５度で対称的に配置される。

【図30A】図１Ａ〜図１Ｄ、図３Ａ〜３Ｅ、図４、図１６Ａ〜１６Ｂ、図２６および図２８の機能図に基づいて、本発明の完全に構成された光エンジンの実施形態の一例の分解上面斜視図を提供する。

【図30B】使用できる市販のＬＥＤエミッタ、対応する正方形または長方形のリフレクタおよび本発明による光抽出フィルムを有するテーパ状の光ガイドバーの間に存在する結合領域の拡大斜視図を提供する。

【図30C】図３０Ａの分解された詳細に示された完全に構成された光エンジンの実施形態の完全に組み立てられた形態の斜視図を提供する。

【図30D】金属被覆されたファセット処理された層を、平面リフレクタおよびパイプの正面をちょうど超えたところに配置される別個のファセット処理された光抽出エレメント（ファセットの頂点がパイプ表面の方を面している）によって交換することができる、本発明の関連する幾何学形態を示す。

【図30E】光ガイドプレートに適用される図３０Ｄの変形例を示す斜視図である。

【図31A】光ガイドプレートへ入力のリフレクタベースの手段に基づく完全に構成されたマルチエミッタ光エンジンに関する、図２Ａに従う実用的なシングルエミッタセグメントの分解上側斜視図を提供する。

【図31B】図３１Ａに分解して示された実用的な光エンジンの実施例の組み立てられたバージョンの斜視図である。

【図31C】ＬＥＤエミッタ、リフレクタおよび光ガイドプレートを合わせることに関する基礎的な位置関係のより明瞭な記載を提供する概略上面図である。

【図32A】図２Ａ〜図２Ｅおよび図３１Ａ〜図３１Ｃで一般化されたようなマルチエミッタ薄型照明システムの斜視図を示し、内部の詳細を明らかにするために上部リフレクタが除いて示されている。

【図32B】図３０Ａのシステムの斜視図を示し、上部リフレクタが追加され、また、システムの下向きに配向されたファーフィールド出力ビームプロファイルを示す。

【図33A】図３１Ｂに示されたエミッタ−リフレクタ−光ガイドプレートの薄型照明システムの発明の変形例の２つの横に並んだダウン照明エンジンセグメントの上側斜視図を示す。

【図33B】図３１Ｂに示されたエミッタ−リフレクタ−光ガイドプレートの薄型照明システムの変形例の２つの直線上に並んだダウン照明２エンジンセグメントの上側斜視図を示す。

【図33C】図３１Ｂに示されたエミッタ−リフレクタ−光ガイドプレートの薄型照明システムの変形例の２つの向かい合って並んだ２エンジンセグメントの上側斜視図を示す。

【図34A】上記実施例に紹介されたテーパ状の光ガイドプレートの直線的な突出に関する全域境界条件の概略斜視図である。

【図34B】図３４Ａの線形境界条件が、上記実施例に示されたように、線形に突出したファセット処理された光抽出フィルムも形成することを示す概略図である。

【図34C】本発明におけるディスク型のテーパ状の光ガイドプレートを形成するために半径方向に制限された突出の基本的な実行を概略斜視図で示す。

【図34D】、図３４Ｃに示された半径方向の突出を実行する結果として得られる円形のテーパ状の断面光ガイドプレートを概略斜視図で示す。

【図34E】本発明にしたがって半径方向にファセット処理された光抽出フィルムを形成するために、軸線および円形のガイドパスの周りで掃引するファセット処理された断面に関する対応する半径方向の突出プロセスを示す概略斜視図である。

【図34F】図３４Ｅに示された半径方向の突出の実行の結果として得られる半径方向光抽出フィルムを示す上側概略斜視図である。

【図35A】本発明にしたがって組み合わせた図３４Ｅの半径方向にファセット処理された光抽出フィルムおよび図３４Ｄの円形の光ガイドプレートを示す断面斜視図である。

【図35B】図３５Ａの半径方向光ガイドシステムを有する（図３１Ａに示したような）例示的なＬＥＤエミッタの実用的な組合せの一実施例の内側の詳細を示す断面斜視図である。

【図35C】薄型エミッタ−リフレクタ−光ガイドプレート照明システムのこの例示的な半径方向形態の光入力領域のより細かな詳細を示す図３５Ｂの断面の拡大図である。

【図36A】図３５Ａの薄型エミッタ−リフレクタ−光ガイドプレート照明システムの内側の詳細を明らかにする部分断面斜視図であるが、かかる構成で有用な半径方向熱抽出エレメントの１つのタイプの実施例を有する。

【図36B】図３６Ａに表される例示的な光エンジンの実施形態の概略斜視図であり、図３６Ａの断面の詳細がなく、ダウンライト配向である。

【図36C】図３５Ａ〜図３５Ｃおよび図３６Ａ〜３６Ｂの例示的な光エンジンの実施形態を示す図３６Ｂと同様の概略斜視図であり、本質的によくコリメートされたファーフィールド出力照明である。

【図36D】放物線レンチキュラーフィルムシートとそれを保持するための円形フレームを加えた図３６Ｂに表される光エンジンの分解斜視図である。

【図36E】図３６Ｄの薄型システムの分解されていない図を示す。

【図36F】図３６Ｃと同様の概略斜視図であるが、図３６Ｅに示される薄型照明システムの非対称に広げられたファーフィールド出力照明を示す。

【図36G】照明されるべき１８００ｍｍ×１８００ｍｍの表面の上１５００ｍｍの高さに配置された図３６Ｆの薄型照明からの例示的なファーフィールドビームパターンを示す。

【図37】ねじ込み式電球として構成される図３６Ｅの薄型プロファイル光エンジンの実施例を示す概略斜視図である。

【図38A】図３４Ｃに先に示された半径方向に制限された光ガイドプレートの突出の図の正方形の切欠部の概略斜視図である。

【図38B】図３８Ａに提供された完全な概略斜視図の拡大部分図であり、早過ぎる切り落としによって起こるエッジが厚くなる障害の重要度がより分かりやすく示されている。

【図39A】システムのＺ軸と平行に延びる軸線の周りに９０度の円弧セグメントに掃引された、５つのプロトタイプのテーパ断面を有する半径方向におよび線形に制限された突出を示す。

【図39B】図３９Ａに発展されるような９０度のセグメントのうち４つの突出の組合せを示す斜視図である。

【図39C】図３４Ｄと同様の斜視図であるが、図３９Ｃの半径方向および線形の制限された突出から生じる４分割された正方形のテーパ状の光ガイドプレートを示す。

【図39D】正方形の光ガイドプレートを使用する本発明の薄型正方形光エンジンおよびそうでない場合には図３６Ｅに示された円形の光エンジンのものと類似する内部構成の型態の斜視図である。

【図40A】平面上部ミラーを使用してテーパ状の光ガイドプレートシステムと相互結合する入力エンジンとして、テーパ状の光ガイドパイプシステムを配備する薄型照明システム１のシングルエミッタの形態の別の実施形態の斜視図を示す。

【図40B】図４０Ａの側断面図である。

【図40C】図４０Ａ〜図４０Ｂの照明システムの斜視図であり、システムが生成する斜めに配向されたファーフィールド出力ビームのコリメートされた性質を示す。

【図41A】図４０Ａ〜図４０Ｃの照明システムを示す側面図であり、地表レベルの上に１０フィートに、かつ、照明される垂直璧表面から３フィートの水平距離で装着される。

【図41B】照明された壁表面と図４１Ａの照明システム１によって作られるビームパターンの前面図を示す。

【図42】図４０Ｃと同様の照明システムの斜視図であるが、出射ビームの水平角度範囲を広げるためのシステムのテーパ状の光ガイドプレートと、入力エッジ上の１次元の角拡散レンチキュラーフィルム片を含んでいる。

【図43A】図４２の照明システムを含む壁および床の側面図を示す。

【図43B】図４２の照明システムを使用して照明される壁表面の前面図であり、得られるビームパターンを含む。

【図44】外側傾斜ミラーと組み合わせた図４０Ａ〜図４０Ｃ、図４１Ａ、図４２および図４３Ａの照明システムに基づく薄型プロファイル照明システムの実施形態の側面図である。

【図45A】地表レベルの１０フィート上に取り付けられ、照明されるべき垂直壁表面から３フィートに１２度傾斜して配置された図４４の傾斜ミラー照明システムの側面図である。

【図45B】図４４の１２度傾斜したミラー照明システムによって照明された前面図壁表面およびその関連付けられるビームパターンを示す。

【図46A】図４５Ａと同じであるが、ミラー傾斜が１６度の場合の側面図である。

【図46B】図４６Ａの１６度傾斜したミラー照明システムによって照明された前面図壁表面とその関連付けられるビームパターンを示す。

【図47】部屋の角の斜視図であり、２枚の壁、床および図４４、図４６Ａおよび図４６Ｂの薄型プロファイル傾斜ミラー照明システムによって斜めに照明された額装された絵画を示す。

【図48A】図４２と同様の上側図であるが、テーパ状の光ガイドプレート上の平面ミラーではなくプリズムシートを使用して、出射ビームの水平角度範囲を広げるために、１次元の角拡散レンチキュラーフィルム片が光ガイドプレートの入力エッジに追加されている。

【図48B】図４８Ａの構成を斜視図で示す。

【図48C】図３９Ａの別の斜視図であり、照明システムの下側出力アパーチャを示す。

【図49】テーパバージョンの光ガイド入力エンジン１２０の斜視図であり、光ガイドパイプの始点における光調整のｆ角度範囲およびパイプの出力エッジに沿った様々な点における出力光のグラフィックシミュレーションシーケンスを示す。

【図50A】シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムのセクション構成によって区別される薄型プロファイル照明システムの斜視図を示す。

【図50B】シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムのセクション構成によって区別される薄型プロファイル照明システムの斜視図を示す。

【図50C】図５０Ａの斜視図の拡大図を示す。

【図50D】シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムのセクション構成によって区別される薄型プロファイル照明システムの斜視図を示す。

【図50E】２つの異なるニアフィールド均一性の改善の斜視図を示す。

【図50F】シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムのセクション構成によって区別される薄型プロファイル照明システムの斜視図を示す。

【図50G】シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムのセクション構成によって区別される薄型プロファイル照明システムの斜視図を示す。

【図50H】２つの異なるニアフィールド均一性の改善の斜視図を示す。

【図51A】便利に拡大されたプリズム粗さを使用して、可変プリズム間隔設計法の背景となる概念の基礎である概略的な光抽出フィルム断面の側面図を示す。

【図51B】図５１Ａに示された設計コンセプトの斜視図である。

【図51C】首尾よく均質化されたニアフィールドが可変プリズム間隔法を使用する、本発明の薄型照明システム１の斜視図を示す。

【図52】図４１Ｈに記載されるような角入力エッジ補正が部分的に成功する１つの薄型プロファイル照明システムと図４２Ｃに示される完全に補正されるものおよびニアフィールド空間非均一性の視覚的な比較を可変プリズム間隔法によって示す。

【発明を実施するための形態】

【0037】

薄型プロファイル照明の発明の１つの主な形態によって構築された光学システム１は、図１Ａに示される概略斜視図および図１Ｂに示される分解斜視図に全体的に示される。本発明のこの形態は、広角平面エミッタ（たとえば、ＬＥＤ）から集光し、薄型光ガイドバーを使用して１本の経線において強度のコリメーションを提供し、次いでさらに、大幅に拡大された出力アパーチャからのダブルコリメートされたファーフィールド出力光の均一な源を生成するように、等しい強度のコリメーションコリメーションを第１の経線と直交する第２の経線で光に加えながら第１の経線に強度のプレコリメーションを保持する等しく薄型の光ガイドプレートを用いてこの光を処理する。このように示される光分配エンジン１は、２つのサブコンポーネントで構成され、光エミッタ２（好ましくはＬＥＤベースの光エミッタつまりＬＥＤ光エミッタ）の出力光４は、隣接する光分配光学部品９の対応するエッジに、エッジ８を介して再配向されるように構成され、光分配光学部品９の内部設計は、入射する出力光４をうまくまとめられた出力光１０に変換するように構成され、この出力光１０は、光分配光学部品の大幅に拡大された出力アパーチャ１１にわたる重複ビームの多重度でこのアパーチャ１１全体に均一に分配され、このアパーチャ１１の光錐は光分配エンジンの２本の直交する出力経線（たとえば、ＺＸ経線およびＺＹ経線）において＋／−θ₁および＋／−θ₂までの角度に制限される。この形態において光エミッタ２は、好ましくは、端面発光バー（端面発光パイプ、端面発光ガイドまたは光拡散パイプと等しい）１８で構成され、この端面発光バーは、入力にシングルＬＥＤエミッタ３を有し、かつ、端面発光パイプの出力光４が出力エッジ８の長さに沿って均一に分配されるように、かつ、一方の経線（たとえば、Ｙ軸５およびＺ軸６に共通な平面を含むＺＹ経線）で他方の経線（たとえば、Ｘ軸６およびＺ軸６に共通な平面を含むＺＸ経線）よりも狭くプレコリメートされるように構成された内部設計を有するのが好ましい。この形態において光分配光学部品９は、光エミッタ２から出力エッジ８に沿って出力光４を受光し、透過性の（誘電性の）光ガイドプレート２８および関連付けられる光抽出・再配向エレメント３４を備え、その内部設計により、出力光１０をプレーンアパーチャ表面１１の１つのみから外向きに（図示のように下向きに）配向し、両方の出力経線（上記のようなＺＸおよびＺＹ）でコリメートできるようにするのが好ましい。

【0038】

部品の向き、光の方向および角度範囲は、３本の直交する結晶軸５、６および７、Ｙ、ＺおよびＸにそれぞれ関連する。

【0039】

一実施例として、ＬＥＤ光エミッタ２は出力アパーチャ（図示せず）内に１つまたは複数のＬＥＤチップを含むことができるシングルＬＥＤエミッタ３と、エミッタ３から光を効率的に集光し、直交する経線のそれぞれにおいて予め選択された角度分布を有する透過性の誘電性光ガイドバー１８の入力面１６に伝達するように設計された長方形のエタンデュ保存角度変更リフレクタ（ＲＡＴ）とすることができる結合光学部品１４とで構成され、薄い空隙２０によって光分配光学部品９から離隔している。透過性の光ガイドバー１８
自体は、２つの互いに連結した光学エレメント２２および２４と、側部（エッジ）が全内部反射によって中に流れる入力光を伝達する滑らかに研磨された正方形（または長方形）の断面を有する透過性の光ガイドバー（パイプまたはガイド）２２と、光ガイドバー２２の１つのエッジに隣接して配置された光抽出フィルム２４とによって構成される。光抽出フィルムの詳細な設計および組成が以下により詳細に説明されるが、その長さに沿って至る所に当たるバー２２を流れる光の画分を抽出し、それにより、実質的に外向き方向に出力エッジ８を通ってシステムのＸ軸７に沿ってバーの長さ全体にわたって均一に抽出された全ての光を再配向しながら、１本の経線（Ｚ、６）で抽出された光の角度分布を変えることなく、別の経線（Ｙ、５）においてその光をコリメートする。

【0040】

光分配光学部品９はまた、２つの互いに連結された光学エレメントで構成され、そのうち１つは透過性の誘電性光ガイドプレート２８であり、もう１つは隣接する光抽出フィルム３４である。光ガイドプレート２８は、平坦な研磨された入力エッジ２５と、２つの平坦な研磨された平面１１および３２とを有する。図１Ａ〜図１Ｂの実施例では、光抽出フィルム３２を積層して、平面３２が平らにされる。（類似の形態では、単に平面１１を越えて配置することができる。）光抽出フィルム３２の設計および組成（以下にさらに記載する）は、その長さに沿ってその領域にわたって至る所で当たる光の画分を、プレート２８内の全内部反射から解放できるようにし、一方の経線（Ｘ、７）で他方の経線（Ｙ、５）における光のプレコリメートされた角度分布に変えることなくコリメートされ、エレメントの出力軸６（Ｚ）に沿って外向きに、またはいくつかのその他の出力光方向にある角度でダブルコリメートされた出力ビーム１０として再び方向付けされる。

【0041】

以下の実施例に重要な経線面は３本ある。水平経線（便宜上、ＸＹ経線とも呼ばれる）は、光分配光学部品９の大きな平面と平行なＸＹ平面とされる。第１の垂直経線（便宜上、ＺＹ経線とも呼ばれる）は水平経線と直交し、本明細書では光分配光学部品９の入力エッジ２５と平行なＺＹ平面とされる。第２の垂直経線（便宜上、ＺＸ経線とも呼ばれる）は、水平経線と第１の垂直経線の両方と直交し、本明細書ではＺＸ平面とされる。デカルト基準系全体は、Ｙ軸５、Ｚ軸６およびＸ軸７を備える。

【0042】

図１Ｃは、システムの様々な光フローおよび本発明のダブルコリメーティング作用によって生成された対応する角度分布をより明らかに示す部分分解斜視図である。全体的な記載において、ＬＥＤエミッタ３からの入力光は、結合光学部品１４の入力アパーチャおよび出力アパーチャによって集光され、それらを通過し、Ｙ軸５に沿って光ガイドバー１８の入力面１６に結合するために最適化された角度分布を有するビーム３６に変換される。ビーム３７は、バー１８の長さを通過するにしたがって、光抽出フィルム２４の作用によって、Ｙ軸５からＸ軸７まで９０度回転するように構成され、端面発光ビーム３８としてエッジ面８に沿って至る所で出力され、水平ＸＹ経線において角度幅＋／−θ_Y（空中で）４０に強力にコリメートされ、垂直ＺＸ経線において角度幅角度幅４２のようにより弱くコリメートされる。光ビーム３８は次いで、エッジ面２５を介して光分配光学部品９の本体中に、また、Ｘ軸７に沿って配向されたビーム３９として光ガイドプレート２８に結合する。ビーム３９は、光ガイドプレート２８の長さおよび体積を通過するにしたがって、光抽出フィルム３４の作用によってビーム４５として、初めに伝播するＸ軸方向７から出力Ｚ軸方向６までの至る所で９０度回転する。ビーム４５は、光分配光学部品９を通過することによって、垂直ＺＸ経線において強力にコリメートされて角度幅＋／−θ_X（空中で）４１まで狭くなるが、水平ＺＸ経線において、角度幅４４として平面２８で等しく強力なプレコリメーション＋／−θ_YY（＋／−θ_Y空中で）を保持する。その結果、よくコリメートされたファーフィールド出力照明１０は、光分配光学部品９の平面１１の表面領域から空中に放出され、照明１０は、垂直ＺＹ経線（角錐の面４６）における出力経線＋／−θ_Yと垂直ＺＸ経線（角錐の面４８）における出力経線＋／−θ_Xの両方において等しくよくコリメートされる。

【0043】

広角光ビーム３６は、結合光学部品１４、この実施例では、長方形のエタンデュ保存角度変更（ＲＡＴ）リフレクタから出力され、２本の直交する出力経線（ＸＹおよびＺＹ）のそれぞれにおけるエタンデュ保存角度分布は、透過性の光ガイドバー１８の入力面１６に結合する入力の効率を最大にし、バーの出力エッジ（つまり面）８の長さに沿って生成された出力輝度の空間的均一性も最大にするように選択される。光ガイドバーの得られるファーフィールド出力ビーム３８（角錐体で象徴的に示される）は、本発明の作用により水平ＸＹ経線においてよくコリメートされ、したがって、＋／−θ_Y（最大角度２θ_Y）で示される低減された角度幅４０（低減された角度範囲とも呼ばれる）が実現される。直交するＺＸ経線における出力光３８の角度分布は、光ガイドバー１８を通ることによって実質的には変わらず、垂直ＺＹ経線における結合光学部品１４（この場合はＲＡＴリフレクタ）の特性である、元来の広角入力ビーム３６を保つ。この垂直ＺＸ経線における角錐４２は、出力エッジ８から対応する光ガイドプレート９の入力エッジ２５へと出射光の最も効率的な光学結合を達成するように構成される。入力角４２はまた、以下にさらに詳しく説明されるように、コンポーネントの出力アパーチャ表面１１全体にわたって抽出された出力光の最も高い空間的均一性を達成するように選択される。入力光錐３８が光分配光学部品９の入力エッジ２５を通って入射すると、プレート２８内で全内部反射を受ける。そのプレートの水平ＸＹ面内に流れる光の角度幅は、内側のビームの断面４３で象徴的に表され、この経線における入射光の角度範囲４０を保つ。光分配光学部品９を取り囲む空中におけるこの水平の光とプレート２８の中間における対応する光との角度関係は、単純に、Ｓｉｎ（θ_Y）＝ｎ・Ｓｉｎ（θ_YY）であり、ｎは透過性の光ガイドプレート２８の屈折率である。

【0044】

エタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１４は、ｄ₁×ｄ₂に寸法設定された入力アパーチャ（図示せず）を有し、この入力アパーチャは、やはり実質的にｄ₁×ｄ₂に寸法設定されたＬＥＤエミッタ３の出力アパーチャ（図示せず）に合うように設計される。ＲＡＴリフレクタ１４は、Ｄ₁×Ｄ₂である出力アパーチャを有する。ＲＡＴリフレクタ１４は、４つの側部を有し、リフレクタのそれぞれの側部は、入力アパーチャと出力アパーチャとの間のエタンデュを保存するように数学的に成型され、それにより、ＬＥＤの広角射出をエタンデュ保存出力光に変更し、エタンデュ保存出力光は次いで、光ガイドパイプ（またはバー）２２の両方の経線において、＋／−θ₁×＋／−θ₂に実質的に等しい角度範囲で、ＲＡＴリフレクタの出力アパーチャを通る。ここで、＋／−θ₁および＋／−θ₂は、適用可能なエタンデュ保存正弦法θ_i＝Ｓｉｎ^-1（ｄ_i／Ｄ_i）で求められる。ここで、ｄ_iおよびＤ_iは、各経線における入力アパーチャ寸法および出力アパーチャ寸法を、ｄ₁およびｄ₂（空間寸法において）、Ｄ₁およびＤ₂（空間寸法において）ならびにθ₁およびθ₂（角度寸法において）を指す。

【0045】

以下でさらに立証されるように、光ガイドパイプの入力アパーチャへの最大光結合に関するＲＡＴリフレクタの最も有用な出力角度は、空中でそれぞれ半分の角度に、約５０〜５５度、すなわち＋／−θ₁および＋／−θ₂まで低減されるのが最も良い。したがって、ｄ₁、ｄ₂、Ｄ₁およびＤ₂の設計値は、使用されるＬＥＤエミッタ３の寸法に応じて適宜調節されることになる。ＲＡＴリフレクタ１４の入力アパーチャと出力アパーチャの長さつまり物理的離隔Ｌは、正弦法によって前述されたように、実質的にはＬ＝０．５（ｄ_i＋Ｄ_i）／Ｔａｎθ_iとなり、Ｌは、ＲＡＴリフレクタの２本の経線のそれぞれにおいて計算された長さのうち大きい方であるが、結合性能を大幅に損なうことなく１０％から４０％短くすることができる。

【0046】

ダブルコリメートされた（つまりクロスコリメートされた）出力光は、システム１の光分配エンジンによって、出力アパーチャ１１の表面領域全体に均一に分配される。さらに、ダブルコリメートされたファーフィールドビーム１０は、以下でさらに詳しく説明されるコンピュータシミュレーションされたプロファイル５０によって、図１Ｃに示される。θ_Y＝θ_Xのとき、本実施例のように、出力ビーム１０の断面は正方形である。θ_Y＞θ_Xのとき、または、同じく可能であるθ_Y＜θ_Xのとき、出力ビーム１の断面は長方形である。

【0047】

本発明のこの特定の形態は、光エミッタ２と光分配光学部品９とを組み合わせて達成される断面の薄さによってだけではなく、それらの集合的な光学挙動から生じるダブルコリメートされた出力ビームによっても、全ての既知の先行技術と区別され、出力ビームコリメーションの一方の角度は端面発光エミッタ２から入射し、出力ビームコリメーションの直交する角度は光ガイドから入射し、光分配光学部品９の性質を抽出および再配向する。薄型照明システムのいくつかの先行技術の実施例は、一方の出力経線においてコリメートされた光を生成し、他方の出力経線においては生成しないのに対し、本発明のみが、両方の直交する出力経線において、別々にコリメートされた光を生成する。

【0048】

ダブルコリメートされた出力ビーム５０は、外向きに拡張して、システム１の出力アパーチャ表面１１をちょうど越えたところに１つまたは２つの角度拡散フィルムシート５２および５３を加えることによって、図１Ｄの斜視図に示されるように、＋／−θ_Y×＋／−θ_Y’よりも大きな出力ビームの角度の任意の直交するセットを生成することができる。このようなフィルムは、実際にはかなり薄く（好ましくは＜０．２５０ｍｍ）、光分配エンジンの薄い断面に加えられる厚みはほんのわずかなに過ぎない。

【0049】

角度拡散フィルムシートの特別なレンチキュラークラスが紹介され、本発明の追加のフィーチャとして、以下にさらに詳しく記載される。このようなフィルムシートを適用して、一方の経線でのみフィルムを通過する光の角発散を変更させ（すなわち、広くし）、他方の経線では変更しない。２つのこのようなレンチキュラーシートを、図１Ｄのように、互いに実質的に直交して配向されたそれらのレンズ軸を用いて配向することにより、異なる角度幅５６および５８で、より広いファーフィールドビームパターンの完全なファミリーが達成され、各経線に影響を与えることができる。本発明に含まれるレンチキュラーシートは、照明システム１のこれらの特定の薄型プロファイルダブルコリメーティング光分配エンジンの正方形および長方形のビーム形状（すなわち照明パターン）特性を保存する機能によって、先行技術の全ての他のものとは区別される。図１Ａ〜図１Ｃのシステム１からのファーフィールド出力ビームが＋／−５度×＋／−５度であり、単に一実施例のように実質的に正方形のファーフィールド照明パターンを作る場合、図１Ｄのシステムに関するいくつかの可能なファーフィールドビーム代替５６および５８は、いくつか例をあげると、＋／−１０度×＋／−１０度、＋／−５度×＋／−２０度、＋／−３０度×＋／−
３０度および＋／−２５度×＋／−１５度となる。拡張された角度範囲が各経線で同じときには、得られる照明パターンは実質的に正方形となる。拡張された角度範囲が各経線で異なるときには、得られる照明パターンは、実質的に長方形となる。

【0050】

出力ビーム角度の拡散はまた、球面レンチキュラーレンズシートおよびホログラフィック（回折）原理に基づく高度に非対称な光線成型ディフューザなどの先行技術で述べられた、より一般的な拡散材料を使用して達成することができる。しかしながらいずれの場合であっても、鋭角カットオフの特徴的な利点は維持されず、正方形も長方形のビームパターンも達成されない。図１Ｄに示されたような従来の先行技術のディフューザを使用して得られたファーフィールド出力ビームのパターンは、本質的に、円形または楕円形となる。

【0051】

この薄型プロファイル照明システムの発明の第２の形態にしたがって構築された光学システム１が、図２Ａ〜図２Ｅの斜視図に全体的に示される。本発明のこの形態と図１Ａ〜図１Ｄに全体的に示される関連する形態との主な相違点は、この形態では、ＬＥＤ光エミッタ２が、１本の経線で強力にプレコリメートされた入力光を、プレコリメートの途中で光ガイドバー１８を必要とせずに、結合光学部品１４の出力から光分配光学部品９の入力エッジまで直接提供することである。この形態において、結合光学部品１４は、好ましくは長方形エタンデュ保存角度変更リフレクタ（ＲＡＴ）であり、そのコリメーティングパワーを適用して、水平ＸＹ経線におけるＬＥＤエミッタの角度範囲を＋／−θ_Y（空中で）まで狭くし、（図２Ａに示された結合されたビーム表現４３の角度範囲４４と同じように）結合されると、光分配光学部品９内で＋／−θ_YYになるように適用される。ＲＡＴリフレクタの交差する経線ＺＸを上述のように使用して、光分配光学部品９に対して光結合性能（効率および均一性）を最適化するのに十分なコリメーションのみを単純に提供することができる。この形態では、光分配光学部品９の幅６０（Ｗで示される）は、ＲＡＴリフレクタ１４のＸＹ経線出力アパーチャ幅６１（Ｄ₁で示される）とほぼ等しく、Ｄ１は古典的な正弦法によっておよそｄ₁／Ｓｉｎθ₁として規定され、ｄ₁はＬＥＤエミッタ３の出力アパーチャフレーム６２の水平幅６３（前述のように、ｄ₁×ｄ₂は、水平および垂直である）である。

【0052】

この形態のより詳細な実施例が以下にさらに提供されるが、最初の実施例はここで、図２Ａの一般的な図に縮尺を与えるために提供される。１つの可能性であるｄ₁＝３．６ｍｍのときと、別の可能性であるＸＹ経線のプレコリメーションが＋／−θ₁＝＋／−θ_Y＝１０．５度、Ｄ₁＝１９．７５ｍｍとなるときには、ＲＡＴリフレクタの理想的な長さ６４（Ｌで示される）も、正弦法によって、上述のように、０．５（ｄ₁＋Ｄ₁）／Ｔａｎθ₁＝６３ｍｍとなり、重大な損失なしに１０％〜４０％だけ短くすることができる。

【0053】

図２Ａの光分配エンジン１の断面厚さ６６（Ｔで示される）は、ＲＡＴリフレクタの垂直出力アパーチャ寸法６７（Ｄ₂で示される）とほぼ等しく、したがって、ＬＥＤエミッタ出力アパーチャフレーム６２の垂直寸法６５（ｄ₂で示される）によって駆動される。別の合理的な可能性であるｄ₂がたとえば２．４ｍｍのとき、および、以下にさらに説明されるように所望のコリメーティング角が＋／−５５度であるときには、Ｄ₂が、正弦法によって、ｄ₂／Ｓｉｎθ₂＝２．９ｍｍとなり、本発明にしたがって光分配エンジンの潜在的な厚さを拡大する。

【0054】

図２Ａは、この形態のダブルコリメーティング光分配エンジン１の全体的な構成要素である、Ｚ軸６に沿って（にある角度で）全体的に配向されたＬＥＤエミッタ３、結合光学部品１４、光分配光学部品９およびダブルコリメートされた出力照明１０を示す部分分解斜視図である。ＬＥＤエミッタ３から射出された実質的に全ての光は、対応してサイズ設計された結合光学部品１４の入力アパーチャ、好ましくは長方形のエタンデュ保存角度変更（ＲＡＴ）リフレクタによって集光される。次いで、実質的に全ての集光された光（ＲＡＴリフレクタの４つの側部を有する反射構造６８内の反射および吸収損失がほとんどない）は、リフレクタの長方形のＤ₁×Ｄ₂出力アパーチャから対応してサイズ設計された光分配光学部品９の長方形の入力アパーチャまで結合される。結合された光は、上述のように、伝播ビーム４３によって象徴的に表され、伝播ビーム４３は、水平ＸＹ経線光分配光学部品９内で示されるように、プレコリメートされた角度範囲＋／−θ_YYを有するが、光分配光学部品の４つの外部表面境界のそれぞれで、全内部反射の境界条件を満たす。次いで、全般的に上述したように、ダブルコリメートされた出力照明１０は、水平ＸＹ経線におけるプレコリメーションおよび垂直ＺＸ経線における伝播光４３と光抽出フィルム３４との相互作用の結果として、出力アパーチャ面１１の表面領域全体から均一に放出される。この形態において、ＺＸ経線における＋／−θ_Xコリメーション６９（角錐のビーム表面７０）は、光分配光学部品９の作用の結果であり、垂直ＺＹ経線における＋／−θ_Yコリメーション７１（角錐のビーム表面７２）は、水平ＺＹ経線における最初のＲＡＴリフレクタのプレコリメーション＋／−θ_Y（空中）の結果である。

【0055】

図２Ｂは、図２Ａと同様の斜視図であるが、本発明のこの形態のマルチセグメントキャパシティを示し、この場合、図２Ａに示された形態の４つの同じ光分配エンジン１を有する。連続するまたは実質的に連続する、平行なエンジンセグメントのアレイを組み立てる機能は、出力ルーメンの範囲を大幅に広げる。図２Ａに示される幾何寸法を有する約３つの光分配エンジンを使用して、図１Ａ〜図１Ｄに示される正方形のアパーチャ形態の各光分配エンジンを交換することができる。

【0056】

図２Ｃは、図２Ａに示される形態の７つの別個の光分配エンジンセグメントの組合せを示す斜視図である。

【0057】

図２Ｃに示されたマルチセグメントダブルコリメーティングするエンジンの変形例は、７つの別個のエンジンセグメント間に、個別の結合エレメント（たとえば、個別のエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ）間にも、各ＲＡＴリフレクタの出力光がその中に結合される７つの対応する光分配光学部品セグメントの間にも、別個の境界線は１つもない。各結合光学部品１４は、図２Ａ〜図２Ｂの実施例のようにお互いから別々に離隔しているが、同じ角度の物理的分離は、対応する光分配光学部品９の満足のいく性能のために必要ではない。得られるダブルコリメートされた出力照明１０の一般的な品質は、図２Ｂのように、７つの別個の光分配光学部品セグメントが使用されるかどうかにかかわらず、あるいは、図２Ｃのように、７つの別個のセグメントによってカバーされるのと同じサイズとなるように作られたシングルセグメントが代わりに使用されたかどうかにかかわらず、実質的に同じである。照明システムのファーフィールド出力ビーム１０は、経線ＺＸおける本質的に同一の角度幅＋／−θ_X（たとえば角錐の表面７０）および経線ＺＹにおける角度幅＋／−θ_Y（たとえば、角錐の表面７１）を示す。

【0058】

得られるマルチセグメント光分配エンジン１が、図２Ｂに示されるように、物理的に別個のセグメントのＬＥＤ光エミッタアレイを組み込むか、図２Ｃの実施例で想像されるように、個別の光伝達チャネル６８で作製された単一の本体として製造されるかは、製造選択および実装選択に左右される。

【0059】

図２Ｄは、図２Ｃの７セグメントＬＥＤ光エミッタアレイを示す部分的に拡大された分解斜視図である。エレメント７４は、７つの連続する結合光学部品セグメントのうち第１のものである。角錐体７６は、７セグメントＬＥＤ光エミッタ２の集合的な出力によって生成された中間でプレコリメートされた出力光の象徴的な表現であり、垂直ＺＸ経線における角度範囲７８を＋／−φ_Xで、水平ＸＹ経線におけるより強力にコリメートされた角度範囲８０を＋／−θ_Yで示す。上述の実施例のように、単一ビームの表現を便宜上使用し、７つのＲＡＴリフレクタ全ての長方形の出力アパーチャからの連続する照明を表現する。例示（図２Ｄ）はまたは、例示的なＬＥＤエミッタ３の分解（拡大）図を示し、この実施例では、ＬＥＤエミッタ３は、２×２アレイで内側に配置されるエミッタの４つの別個のチップ８４を取り囲む正方形のアパーチャ境界リング８２と、電子基板８６（電気的相互接続８８および熱抽出のための手段を含む）とを有する。

【0060】

図１Ｄで紹介された角度拡散フィルムシート５２および５４は、図２Ｅに示されるように、図２Ａ〜図２Ｄの光分配エンジンのシングルセグメント形式とマルチセグメント形式の両方と等しい利点とともに適用することができる。

【0061】

図２Ｅは、入力エンジン６０の個別のセクションを明らかにするために十分なだけ分解された図２Ｄの斜視図であり、（図１Ｄに示されるように）２枚の直交して位置合わせされた角拡散シート５２および５４が追加されている。このようなシートは、一方のまたは両方の経線におけるシステムの得られるファーフィールド出力ビームの角度範囲９０および９２を修正（すなわち拡大）するように、図示のように光分配光学部品９のすぐ下の外側に適用される。未修正のより狭い角度範囲７０および７２は、参考として点線で示される。

【0062】

本発明の薄型ダブルコリメーティング光分配エンジン１の実用的なオペレーティング応用例は、図１Ａ〜図１Ｄの正方形のアパーチャの形態に配列されるか、図２Ａ〜図２Ｅのマルチセグメントの形態に配列されるかにかかわらず、ＤＣ電圧の外部供給源と（図２Ｄのように）各ＬＥＤエミッタ３上に提供された正負電気相互接続８８との両方と相互接続された同様に関連付けられる電力制御電子回路を含む個々の構成要素とを保持および位置合わせするために、構造上のシャーシプレートを必要とする。さらに、ヒートシンクフィンおよび熱拡散エレメントが、本発明を良好に実施するために同様に必要とされる。このようなシステムレベルの光分配エンジンの詳細は、米国仮特許出願第６１／１０４，６０６号に別個に紹介されているが、各ケースに関する代表的な例示が以下にさらに提供される。

【0063】

説明をする前に、本発明の各形態の好ましい実施形態に関する前提となる詳細を、図１Ａ〜図１Ｄによって全般的に紹介されたダブルコリメーティング正方形アパーチャ光分配エンジンと関連付けられる図３〜図２１、図２６〜図２８および図３１〜図４３、ならびに、図２Ａ〜図２Ｅにおいて全般的に紹介されたダブルコリメーティングマルチセグメント光分配エンジンと関連付けられる図３０Ａ〜図３０Ｂとともに記載する。

【0064】

図３Ａは、図１Ａ〜図１Ｄに全般的に示されたシングルエミッタの正方形の出力アパーチャの形態のこの光分配エンジンの発明の好ましい実施形態の一実施例の斜視図である。この実施例におけるＬＥＤ光エミッタ２は、ＬＥＤエミッタ３と、図１Ａ〜図１Ｄに示されるような結合光学部品１４のエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ形態とを備えるが、全般的な端面発光ガイドバー（またはパイプ）１８は、テーパ状の光ガイドパイプ１００および別々にファセット処理された（微細構造の）光抽出フィルム１０２によって形成されるのが好ましく、光抽出フィルム１０２は、透過性の結合層１０６によっテーパイプ１００のテーパ状の背面エッジに光学的に結合される。テーパ状の光ガイドパイプ１００の出力エッジは、プレコリメートされた出力光を光分配光学部品９の入力エッジに、好ましくはテーパ状の光ガイドプレート１１２に、空隙２０を横断して射出し、テーパ状の光ガイドプレート１１２は、別々にファセット処理された（微細構造の）光抽出フィルム１１４（実質的には、光抽出フィルム１０２と同じ微細構造）を有し、この実施例では、透過性の結合層１１８（実質的には透過性の結合層１０６と同じ）によって、プレート１１２のテーパ状の背面エッジに光学的に結合される。

【0065】

図３Ｂは、図３Ａの斜視図に示されたエレメントの分解図であり、今まで隠されていた構造的な詳細を明らかにする。

【0066】

図３Ｃは、（図２Ｄに示された）ＬＥＤエミッタ３と、エタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１４（対称的に成型された反射側壁１３１を有する中空の４つの側部を有する反射ビンとしてこの例では示されている）と、テーパ状の光ガイドパイプ１００の対応する入力部分との間の幾何学関係の拡大分解図を提供し、（上述されたようなＲＡＴリフレクタ１４のＤ₁×Ｄ₂の出力アパーチャ寸法（１３３、１３５）に整合するように全体的にサイズ設計された）正方形（または長方形）入力面が含まれる。

【0067】

図３Ｄは、例示的なＲＡＴリフレクタ１４から出力された（図１Ｃに示されるような）光錐３６と、（点線の）錐体１４０として示される光ガイドパイプ１００の誘電体媒質への低減された角度の光学結合との関係について分離している斜視図である。光ガイドパイプ１００は、ポリメチルメタクリレート（すなわちＰＭＭＡ、アクリル）またはポリカーボネートのいずれかの低い光学損失源で作製されるのが好ましい。一般的には、光学グレードＰＭＭＡを使用するときに、損失を最も低くすることができる。光ガイドパイプ１００が３ｍｍ×３ｍｍの正方形の断面を有し、たとえば屈折率１．５９のポリカーボネートで作製されると、たとえば、点線の光錐１４０が両方の経線（ＸおよびＺ）においておよそ＋／−３０度の範囲となるときに好ましい結合性能が得られる。これには、空中での光錐３６の角度範囲が、各経線において＋／−Ｓｉｎ^-1［１．５９Ｓｉｎ（３０）］または＋／−５２．６度になることが必要とされる。ＰＭＭＡおよびそのより低い（１．４９）屈折率を使用したときに、好ましい結合性能がわずかに広い角度範囲とともに達成される。

【0068】

図３Ｅは、図３Ｄで分離された入力エレメントの側面図であり、ＬＥＤエミッタ３から、例示的には中空のエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１４を介して、小さな空隙（視覚的に分かりやすいように縮尺が大きくされている）を横断して、光ガイドパイプ１００の初期領域へと伝播されるような光の詳細な角度分布を示す。放射パターン１４２は、ＬＥＤエミッタ３のＬＥＤチップの外側表面から、および、ほとんど完璧な＋／−９０度のランバート光分布を示すほぼ円形の断面から出力された光に対応する。この広い角度分布が例示的なＲＡＴリフレクタ１４を通過するにつれて、角度範囲が、ＲＡＴリフレクタ１４を通るエタンデュ保存経路によって、空中で＋／−５２．６度の範囲１４４の角度範囲を有するようにわずかに集約される。次いで、光ガイドパイプ１００に結合されると、この光分布は、スネルの法則によって、誘電体媒質（この実施例においてのみポリカーボネートとされる）内に約＋／−３０度の範囲１４６の光分布をもつように圧縮される。

【0069】

図４は、図３Ａ〜図３Ｂの斜視図に示されるような、完全なダブルコリメーティング正方形アパーチャ光分配エンジンシステム１の上面図であり、好ましいＬＥＤ光エミッタ２と、ファセット処理された光抽出フィルム１０２および好ましい光分配光学部品９に取り付けられたテーパ状の光ガイドパイプ（またはバー）１００と、ファセット処理された光抽出フィルム１１４に取り付けられたテーパ状の光ガイドプレート１１２との間に存在する、関連付けられて対称的に駆動される幾何学関係を示す。数式１は、ＴＨＫＢで表されるテーパ状の光ガイドパイプ１００の（Ｘ軸７に沿った）厚さ１５０と、ＬＢで表されるテーパ状の光ガイドパイプ１００の（Ｙ軸５に沿った）長さ１５２と、ＬＰで表されるテーパ状の光ガイドプレート１１４の（Ｘ軸７に沿った）長さ１５４と、α_bで表されるテーパ状の光ガイドパイプ１００のテーパ角度１５６と、α_pで示される対応するテーパ角度１５７（図４には示されていない）と、テーパ状の光ガイドパイプ１００のナイフエッジ厚さ１５８と、ＫＰで示される（Ｚ軸６に沿った）対応するナイフエッジ厚さ１５９（図４には示されていない）との前述の幾何学関係に関係する。本実施例では簡単にするために、α_p＝α_bおよびＴＨＫＢ＝ＴＨＫＰである。
ＴＨＫＰ＝ＴＫＨＢ＝（ＬＰ）Ｔａｎα_p＋ＫＰ （１）

【0070】

図４はまた、光が空隙２０を横切ってテーパ状の光ガイドプレート１１２の本体中に結合する際に生成され（ほぼＸ軸７に沿って配向された）、ＬＥＤ光エミッタ２内のテーパ状の光ガイドパイプ１００の出力エッジ１２６のほとんど全体に拡散される（図３Ｂ参照）高度にコリメートされた端面発光分布１６２の上面図を示す。それにより、光分布１６２は、点１５９および点１６１を通るエッジ面１２６に沿って互いに平行に延びる連続する実質的に等しい光分布１６２を示すものである。

【0071】

この形態の薄型プロファイル光分配エンジン１で利用されるコア光学エレメントは、テーパ状の光ガイドパイプ１００のようにＬＥＤ光エミッタ２内のロッド、バー、パイプまたはスティープル様の形態に配備されるか、光分配光学部品９の一部として光ガイドプレート１１２のようなより長い長方形領域のテーパ状のプレート形態に配備されるかにかかわらず、テーパ状の光ガイドである。１本の経線において（他の経線ではなく）光をコリメートする機能は、ガイドされた光と（図３Ｂに示される）テーパ状の光ガイド面のうち１つに取り付けられた（または光学的に近くに配置された）ファセット処理された光抽出フィルム（１０２または１１４）との間の相互作用と組み合わせられたテーパ状の光ガイド（１００か１１２にかかわらず）の内側の光の全内部反射によって周りにもたらされる光拡散から生じる。しかし、両方の経線においてコリメートする機能（たとえば、図１Ｃ、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｃおよび図２Ｅに示される狭く規定された正方形および長方形のファーフィールド出力ビームプロファイルを生成する）は、直交する経線のそれぞれについて、２つのテーパ状の光ガイドと抽出フィルムを組み合わせて連続して使用することによってもたらされる。ＬＥＤエミッタ３からの実質的にはコリメートされていない光は、第１のテーパ状の光ガイドシステム（ガイド１００およびフィルム１０２）によって、１本の経線において最初にプレコリメートされる。この処理された光は、第２のテーパ状の光ガイドシステム（ガイド１１２およびフィルム１１４）によって受光され、第２のテーパ状の光ガイドシステムは、プレコリメートされた経線における光を変更せずに伝達しながら、実質的にはコリメートされていない経線においてその光をコリメートする。この２ステップの処理の結果、出力光は両方の直交する出力経線において等しくよくコリメートされる。

【0072】

換言すると、二重にコリメートされた出力光の方向を、出力アパーチャの表面に直角な何らかの所望の角度で、同時に回転（再配向）させながら、この形態の光分配エンジン内のＬＥＤ光エミッタ２は、一方の出力経線においてのみコリメートし、光分配光学部品９は、他方の出力経線のみをコリメートする。

【0073】

２つの通信サブシステム、ＬＥＤ光エミッタ２および光分配光学部品９は、小さな空隙２０だけ互いに離隔しており、１つの出力エッジ１２６は、他の入力エッジ１２１とうまく位置合わせされている。

【0074】

明確な実施例が図５〜図２０に提供され、以下に、この形態の本発明の光分配エンジンの発明に必須であるダブルコリメーション（および角度再配向）を担う基礎となる物理的機構を説明する（かつ、そのような物理的機構を最適化する手段を提供する）。

【0075】

上述のように、シングルＬＥＤエミッタ３（１つまたは複数の別個のＬＥＤチップを含むことができる）からの発光は、結合光学部品１４、つまり好ましくは、正方形または長方形の（エタンデュ保存）角度変更（ＲＡＴ）リフレクタによって、テーパ状の（誘電性）光ガイドパイプ（バーまたはロッド）１００の入力面へ射出された光に結合する。結合光学部品１４の４つの鏡面的反射側壁は、適当な角度で、光を反射して、エタンデュを保存するために、ＬＥＤエミッタの近ランバート入力角をテーパ状の光ガイドパイプ１００に結合する効率的な光に対してより好適な角度範囲に変換しながら、（図２Ｂの８２のよ
うな）ＬＥＤエミッタの正方形または長方形の出力アパーチャから、（先に参照した正弦法による）テーパ状の光ガイドパイプ１００の正方形または長方形の入力面１２８まで、それぞれの点で数学的に成型される。

【0076】

テーパ状の光ガイドパイプ１００は、キャスティング、射出成型は圧縮射出成型などの好適な成型プロセスを使用して作製され、その工作器具により、好ましくは、できる限り低い可視波長帯域の光吸収係数を有する透過性の光学品質誘電性材料を使用して、例示される平坦な平面ミラー品質エッジ表面が作成できる。２つの好適な選択は、屈折率１．５９のポリカーボネートおよび屈折率１．４９のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡまたはアクリルと呼ばれる）である。これらの２つの光ガイド材料のうち、ＰＭＭＡは、より低いレベルの光学損失に対して好ましい。ポリカーボネートは、以下の実施例で任意に使用される。

【0077】

パイプのテーパ状の幾何形状のさらなる詳細を以下に提供するが、本実施例に関しては、パイプの入力面１２８は、３ｍｍ×３ｍｍであり、幾何形状によって、使用される材料の屈折率とは関係なく、関連付けられるテーパ角度１５６（図４ではα_bで示される）はα＝Ｔａｎ^-1（３／５７）＝３度となるように、テーパ長さ１５４（図４ではＬＢで示される）が５７ｍｍであるのが効果的である。例示的な３度のテーパ角度と３ｍｍ×３ｍｍの入力面の断面の場合には、光ガイドパイプ１００は、好ましくは５０ｕｍ厚以下に限定されるナイフエッジ１５８を描き、ＬＥＤ光エミッタ２の効果的な出力効率が最大になる。（これらの実施例に示されるように、光ガイドパイプ１００は、図４で最も明らかに分かるように、例示される５７ｍｍの効果的なテーパ長さとはみなされない直線延長部１５０から始まる。）

【0078】

好ましくは、テーパ状の光ガイドプレート１１２は、テーパ状の光ガイドパイプ１００のテーパ状の部分の長方形の形状と整合する（または実質的に整合する）ようにサイズ設定される。つまり、光ガイドパイプ１００のエッジ面１２６および光ガイドプレート１１２の対応するエッジ面１２１は光学的重複および結合効率を最大にするように、同じ長方形の長さおよび厚さを実質的に有するように作製される。テーパ状の光ガイドプレート１１２がテーパ状の光ガイドパイプ１００の対応する厚さ（すなわちこの場合には３ｍｍ）と整合する断面形状（このケースでは、５７ｍｍ×５７ｍｍになる）を有するとき、かつ、テーパ状の光ガイドプレートが効果的な長さ１５４（図４ではＬＢで示される）と整合するときに、これらの条件が満たされる。本明細書に含まれる実施例のテーパ状の光ガイドパイプ（テーパ平面１０１）とテーパ状の光ガイドプレート（テーパ平面１２２）の両方におけるテーパ状の平面（１０１および１２２）は、外側表面がそれぞれ出力光の意図された方向と反対方向を向くように配向される。反対向きの配向もまた可能である。

【0079】

２つの光抽出フィルム（１０２および１１４）は、光抽出フィルムと組み合わせられているテーパ状の光ガイドパイプ（またはプレート）の屈折率以上の屈折率を有する光学材料を使用して形成されるのが好ましい。２つの光抽出フィルムのファセット処理された微細構造は、同一であっても、（一実施例において以下にさらに示されるように）有利に異なるように作成されてもよい。しかしながら全ての後続の実施例では、両方の光抽出フィルム（パイプ１００に関するフィルム１０２およびプレート１１２に関するフィルム１１４）は、関連付けられるテーパ状の平面（抽出フィルム１０２に関する平面１０１およびフィルム１１４に関する平面１１２）に、好ましくは光学結合層（抽出フィルム１０２に関する層１０６および抽出フィルム１１４に関する層１１８）を使用して積層される（すなわち光学的に結合される）ものとして示され、光学結合層の屈折率は、取り囲む抽出フィルム、ガイドパイプまたはガイドプレート材料のいずれよりも実質的に低い。

【0080】

本発明における光ガイドと抽出フィルムの１つの好ましい材料の組合せは、屈折率１．５９のポリカーボネートから、両方の光抽出フィルム（１０２および１１４）並びに両方の光ガイド（光ガイドパイプ１００および光ガイドプレート１１２）を形成する。満足のいくように動作させるためのこの組合せの場合、各光抽出フィルム（フィルム１０２およびフィルム１１４）は、好ましくは、ＰＭＭＡまたは純ＰＭＭＡの屈折率１．４９以下、好ましくは１．４９未満の屈折率のシリコーンベースの接着剤で作製された光学結合層（すなわち層１０６および層１１８）を用いて、光ガイド対象物に積層される。ポリカーボネートと純ＰＭＭＡの屈折率の差が０．１であることにより、以下に示すように、本発明による光抽出が容易になる。Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈは、広範囲の好適な光学結合層材料をＡＲｃｌａｄ（商標）およびＡＲｃｌｅａｒ（商標）という名称で製造する。

【0081】

本発明における光ガイドおよび抽出フィルムの同様に好ましい材料の組合せは、屈折率１．４９のＰＭＭＡから、両方の光抽出フィルム（１０２および１１４）ならびに両方の
光ガイド（光ガイドパイプ１００および光ガイドプレート１１２）を形成する。しかしながら、満足のいくように動作させるためのこの組合せの場合、各光抽出フィルム（フィルム１０２およびフィルム１１４）は、好ましくは、屈折率がより低いＰＭＭＡベースのまたはシリコーンベースの接着剤で作製される光学結合層（すなわち層１０６および層１１８）を用いて、光ガイド対象物に積層される。好ましい低屈折率ＰＭＭＡ光学結合層の１つの好ましい例は、５０ｕｍ厚ＡＲｃｌｅａｒ（商標）８９３２であり、その屈折率は１．４１である。また、感圧性の積層接着材のこの選択は、Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈによって製造され、ヘイズが低く透明度が高い光学的に透明なシリコーン転送接着剤として指定される。ポリカーボネートと標準的なＰＭＭＡの屈折率の差および標準的なＰＭＭＡおよびＰＭＭＡの屈折率が低い形態の屈折率の差が０．０８であることにより、本発明による光抽出が同様に容易になる。

【0082】

テーパ状の光ガイド（パイプ１００かプレート１１２かにかかわらず）は、好ましくはエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１４によって提供されたＬＥＤエミッタ３からの入力光の角度予調整とともに、テーパ状の光ガイドにより均一な出力輝度をパイプのエッジ長さおよびプレートの断面の長さに沿って達成し、２つの平面の境界表面間で光が等しく分割できるようになるので、本発明の重要な構成ブロックである。

【0083】

テーパ状の光ガイドの一般的な特性を既に記載し、いくつかの従来の蛍光照明応用品に利用してきたが、先行技術の記載は、本発明の目的に対して十分に予定されていない。先行技術の教示はいずれも、両方の出力経線においてシステムからよくコリメートされた出力光を提供する互いに直交する方法でのテーパ状の光ガイドパイプのテーパ状の光ガイドプレートとの意図的な組合せについて、今まで想定していなかった（図１Ａ〜図１Ｄ、図３Ａ〜図３Ｂおよび図４参照）。先行技術の教示は、数式１の制限にしたがって２つのテーパ状の光ガイドを組み合わせるときに生じる一意の角度入力要件を予期していなかった（図４参照）。先行技術の実施例は、コリメートされた光をバーのアパーチャ長さ全体に均等にかつ均質に出力するように、広射出角のＬＥＤをテーパ状の光ガイドバーに結合するための好適な手段を提供してこなかった（図３Ｃ〜図３Ｅおよび図５Ａ〜図５Ｃ参照）。そして、先行技術の教示は、入力結合条件とこのようなダブルコリメーティング照明システムに特有の実用的な実施例で生じ、得られるテーパ状の光ガイドシステムのニアフィールドの空間的均一性と間の基礎となる関係を想定してこなかった（たとえば図４８Ａ〜図４８Ｃ、図４９、図５０Ａ〜図５０Ｈ、図５１Ａ〜図５１Ｃおよび図５２参照）。

【0084】

これらを理由にして、本発明に関係する基礎となるテーパ状の光ガイドの挙動を最初に立証し、次いで最良の実施形態を紹介する。

【0085】

図１Ｃおよび図３Ｅに初期の実施例として示された典型的な角度分布を含む、本明細書に提供された全ての結果は、アリゾナ州ツーソン所在のＢｒｅａｕｌｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎによって製造されたＡＳＡＰ（商標）２００６、バージョン２、リリース１およびＡＳＡＰ（商標）２００８バージョン１、リリース１と呼ばれる光学システムモデル化ソフトウェアを使用して作製された実際の連続しない光学的光線追跡シミュレーションから得られるものを表し、光学システムモデル化ソフトウェアは、典型的な実施例としてこれらの境界を取り囲む空気とみなされる誘電体媒質（ｎ_MED＝１）とともに全ての光ガイド境界で生じる潜在的なフレネル反射を正確に複数に分離できるように配置されている。

【0086】

光ガイドパイプ１００（Ｚ−Ｙ平面）および光ガイドプレート１１２（Ｚ−Ｘ平面）の両方のシミュレーションされた挙動の基礎となるテーパ状の光ガイドの概略的な断面は図５Ａに示される。例示的な値は、上述の実施例から取られる。効果的なテーパ角度１６６（α＝α_p＝α_b）は３度、テーパ長さ（Ｌ＝ＬＢ＝ＬＰ）は５７ｍｍ、光ガイド厚さ１７０（ＴＨＫ＝ＴＨＫＰ＝ＴＨＫＢ）は３．０３７ｍｍ、ナイフエッジ厚さ１７２（Ｋ＝ＫＢ＝ＫＰ）は５０ｕｍ、誘電体光ガイド材料（媒質）（例示的にはポリカーボネート）の屈折率は１．５９である。比較例は、ＰＭＭＡをベースにしてもよい。シミュレーションされた入力光１４４の角度断面（図３Ｅに示す）は、入力面１２８全体に均一に適用される。テーパ角度１６６、ナイフエッジ厚さ１７２およびガイド長さ１６８が固定されるときには、ガイド厚さ１７０に関する数式は数式１から導かれ、ＴＨＫ＝Ｌ・Ｔａｎα＋Ｋとなる。そして、例示的な値については、ＴＨＫは、幾何学的には、３．０３７ｍｍ（約３ｍｍ）となる。

【0087】

また、図５Ａは、シミュレーションされた（コンピュータで生成された）出力ビーム１８０（上向きのテーパ側）および出力ビーム１８２（下向きの平面側）と、テーパ状のミラー平面１８４（上側）およびその平坦なミラー平面１８６（下側）の両方に沿ったテーパ状の光ガイド（１００か１１２かにかかわらず）内で伝達する光線の全内部反射障害から生じるそれぞれ対応する角度傾斜γ_T１９０（上向きのテーパ側）およびγ_P１９２（下向きの平面側）とを示す。上側出力ビーム１８０は、ガイドの平面の平坦な境界平面１８６に平行な軸まで、約１６．５度の角度１９０だけ傾くことが分かり、一方、下側出力ビーム１８２は、１９．５度の角度１９２だけ傾くこと（ポリカーボネートの例示的な場合には、ｎ＝１．５９）が分かる。２つの結果の差が約３度であるのは、主に、テーパ状の光ガイドの３度のテーパ角度α１６６によるものである。各ビームの角度幅（または範囲）ＦＷＨＭは、約＋／−６度である。入力光１４４の約５０％（単位：ルーメン）は、記載された各ファーフィールド出力ビーム内で見つけられる。ガイド媒質を同様に好ましいＰＭＭＡ（ｎ＝１．４９）などのわずかに低い反射性材料に変えても、各出力ビーム角度を約１度しか低減できず、各ビームの角度範囲にほとんど影響を与えない。

【0088】

図５Ｂは、図５Ａの光ガイド断面の入射面１２８に結合される入力光の角度範囲の結果として、傾斜した上側テーパ表面１８４を生じさせることができるニアフィールド空間の非均一性の３つの例（１９４、１９６および１９９）を示す。空間光プロファイル（１９４および１９６）は、ガイド１００または１１２内の２つの例示的に異なる入力光条件について、傾斜した上側テーパ表面１８４上で生じ、一方の例は、断面の平面において＋／−５２．６度の錐体（空中で）最初に伝達する入力光であり（プロファイル１９４）、もう一方の例は、断面の平面においてより細い＋／−３８．９７度の錐体（空中で）で最初に伝達する光である（プロファイル１９６）。対応する空間プロファイル（１９４および１９６）は、例示的なポリカーボネート媒質（ｎ＝１．５９）の物理的境界のすぐ外側のガイド（バーまたはプレート）長さ１６８に沿った任意の点に対応する投射されたニアフィールド出力輝度を示す。空間プロファイル１９９は、入力光が空中で広げられた＋／−５７度の錐体で始まるときの挙動を表す。

【0089】

図５Ｃは、ガイド１００または１１２における２つの例示的な入力光条件について平坦な平面の下側ガイド表面１８６上で生じる対応する空間光プロファイル（２００および２０２）、断面の平面において＋／−５２．６度の錐体で伝達する光（プロファイル２００）および断面の平面において＋／−３８．９７度の錐体で伝達する光（プロファイル２０２）を示す。対応する空間プロファイルは、例示的なポリカーボネート媒質（ｎ＝１．５９）のすぐ外側のガイド（バーまたはプレート）長さ１６８に沿った任意の点に対応する投射されたニアフィールド出力輝度を示す。

【0090】

空間光分布（たとえば、１９４、１９６、１９９、２００および２０２）は、本実施例におけるテーパ状の光ガイドによって提供される照明の相対的なニアフィールド輝度均一性を記録し、直接（上からまたは下から）見たときのガイドのアパーチャの本当の形状を示すものである。ガイドの断面内で提供される入力光の角度幅（範囲）がより狭くなると、プレートのテーパ状の（右手の）端部への光の出力の形状がより歪み、光の入力源の最も近くに暗い領域（または帯域）が生成される。反対に、ガイド断面において＋／−５３度よりも広い入力光錐は、ガイドの入力面１２８の近傍に徐々に侵襲する初期の発光および対応する明るい領域（または帯域）の形状を生じる。

【0091】

このより衝動的な挙動は、入力光の角度範囲がガイドの傾斜した上側の平面１８４について不適切に配置されている場合に起こり得る強力な効果の一例を示すために、＋／−５７度の入力光（空中で）に関するプロファイル１９９によって図５Ｂに示されている。＋／−５７度の入力錐が比較的均一な光分布１９４を生じさせる＋／−５３度の錐体よりも＋／−４度しか大きくないとしでも、全てのより高い光角度は直ちに抽出し、サイズ設定可能な輝度ピークを生じさせる。入力角錐がより広くなると、明るい領域がより厳密になり、ガイドのテイルセクションの出力はより暗くなる。ニアフィールドアパーチャの形状がそのように変更されるにもかかわらず、ファーフィールドビームのプロファイル１８０および１８２は合理的にも影響を受けないままである。

【0092】

空間光分布１９６（図５Ｂ上側）および空間分布２０２（図５Ｃ下側）によって明らかにされるように、より狭く制限された＋／−３８．９７度の入力光について、同様に衝動的な非均一性が観察される。両方の場合において、ガイド内でより一層コリメートされた入力光は、出力の発生を遅延させ、かつ、入力面１２８の近傍の可視性の暗い領域と関連付けられる。テーパ状のガイドは偶然にも空間輝度の均一な領域に達成するが、この領域は、ガイド長さの２番目の２／３だけで生じる。入力角錐がより狭くなると、入力端の暗い領域はより拡張可能になる。

【0093】

図５Ａ〜図５Ｂに示されるように空間光分布１９４、１９６、１９９、２００および２０２がかなり異なることは、光ガイドの出力輝度の均一性と光に結合される入力の角度幅との間の重要な依存性を明らかにするものである。最良の形態の結果、プロファイル１９４および２００は、入力光が約＋／−５３度（例示的なポリカーボネート媒質のすぐ外側の空中で）の角度範囲に保持されるときには、この特定の実施例においてガイド長さ全体にわたって、満足のいく空間均一性が達成されることを示すことになる。

【0094】

この結果は、ガイドの特定の境界条件ならびにそれらの境界条件（およびガイド媒質の屈折率）を原因にして生じる複雑なフレネル反射に依存するので、最も広い出力均一性に対応する入力角度範囲に関する解析式を導き出すことは実用的でない。異なるテーパ状の光ガイド構造に対する好ましい最適化方法は、効果的な材料および幾何学パラメータについて可能な出力均一性の最も広く最も滑らかな領域を生じさせる入力角度範囲に留意して実行される確率的で連続しない光線追跡である。

【0095】

それによって、本発明の最良の実施は、テーパ状の光ガイドの断面のすぐ内側に結合された入力光１４６の角度範囲（図３Ｅの実施例に示される）が図５Ｎのプロファイル１９６および図５Ｃのプロファイル２００によって示される実質的に均質のニアフィールド輝度の均一性を生じさせるときに起こる。

【0096】

ファーフィールド出力ビーム１８０および１８２は、テーパ状の光ガイド内の対応する表面１８４または１８６における全内部反射に関する条件を満たさなかった個々の光線の集合で構成される。全内部反射の挙動は、入力面１２８の比較的近くにとられた光ガイドセクションと、示されているポリカーボネートのガイド媒質に関する効果的な臨界角におけるまたはその近くの光線軌跡とについて、図６Ａ〜図６Ｂにより完全に示されている。類似する挙動は、ガイド媒質がＰＭＭＡまたは他の好適に透過性の光学材料であるときについて示される。

【0097】

テーパ状の光ガイドのテーパ境界表面１８４だけをちょうど越えたところに、またはテーパ状の光ガイドプレートの境界表面１８６をちょうど越えたところに鏡面反射ミラー平面（２７４または２７５）を加えることの効果が、ガイドと空気またはＰＭＭＡのいずれかであるミラー平面との間にあるポリカーボネートガイド媒質および誘電性接合層の例について、図７Ａ〜図７Ｃおよび図８Ａ〜図８Ｄに示されている。

【0098】

図６Ａは、テーパ状の光ガイドの内側で全内部反射を受ける単一の近軸テスト光線によって取られた光路を示す。象徴的な入力源２０８からの単一の例示的な光線２０６の光線路は、光ガイドの屈折媒質（すなわち本実施例ではポリカーボネート（ｎ＝１．５９））の入力面のすぐ内側の入射点から追跡される。例示的な光線２０６は、点２１０で平面表面１８６に当たり、表面法線２１４との臨界角２１２（θ_c＝Ｓｉｎ^-1［１／ｎ］）を成す。臨界角は、本実施例のポリカーボネートの光ガイド媒質の場合、３８．９７度である。この光線２０６は、表面法線２１４の周りに全内部ミラー反射を成し、全内部反射光線セグメント２１８として、傾斜した平面表面１８４（この実施例では水平から３度傾斜している）上の点２１６に向かって再配向される。それにより、点２１６における表面法線２２０は、それに応じて平面表面法線２１０に対して３度傾いており、このことに起因して、光線２１８は、臨界角２２２に３度足りないところに到達する。光線２１８は、臨界角よりも小さな入射角で到達するので、出力光線セグメント２２４として、スネルの法則にしたがって、代表的なガイド断面を取り囲む誘電体媒質中に（この場合は空中で）反射する。光線２１８は、点２１６において全内部反射の条件を満たさないといわれており、したがって、反射光線セグメント２２４は、図５Ａに先に示されたファーフィールド出力ビーム１８０内の出力照明として抽出される。この例示的なＴＩＲの失敗は、１００％効率的であるわけではないが、これは、周囲媒質の空気と、本実施例ではポリカーボネートとの間に存在し、反射光線セグメント２２６として、点２１６でフレネル反射を起こす屈折率の不連続性によるものである。

【0099】

この種のフレネル反射は、従来から、電磁波に関する最も標準的な教本で提供される、電磁波の直交する（平行かつ垂直）電界成分の反射係数および透過係数に関するフレネル方程式を使用して計算される（より正確な議論については、たとえばＪｅｎｋｉｎｓおよびＷｈｉｔｅ、ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃｓ、４Ｅ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、セクション２５．２．参照）。本実施例では、光は偏光されておらず、光線追跡シミュレーションは、数式（２）および数式（３）（ここで、θ_iおよびθ_tは、それぞれ、スネルの法則から導かれる効果的な表面法線に対する入射角および透過角である）に示すような２つの電磁偏光の非コヒーレントの平均にしたがって、複雑な角方向および効果的な表面境界条件に依存して、適当な光束を各光線に割り当てる。入射角が、図６Ａの点２１６のような任意の表面境界における臨界角θ_cにより近くになると、フレネル反射光線に含まれる光束の量が大きくなる。図５Ａの全内部反射光線セグメント２１８内の光束が１ルーメンの時には、約０．８１５ルーメンが光線２２４として空中に伝達され（８１．５％）、０．１７５ルーメンが光線２２６として点２１６で反射される（１７．５％）。透過光線と反射光線の分割比は、関連する入射角にしたがって変わる。

【数1】

【0100】

フレネル反射光線セグメント２２６が図６Ａの点２３０に到達すると、その入射角は、傾斜したミラー平面１８４での反射の結果として、臨界角２１２からさらに遠くに移動した。１点鎖線の表面法線２１４に対するその入射角は、約３３度であり、これは、この場合の臨界角３８．９７から、２つの連続する３度の角度減少（１つは点２１６に到達すると起こり、２つ目は点２３０に到達すると起こる）を引いたものである。この場合、平均透過係数および平均反射係数は、約０．１６出力ルーメンだけ寄与する透過光線セグメント２３２および約０．０２ルーメンを含むフレネル反射光線セグメント２３４に対応する。それに続く内部フレネル反射は、点２３６および点２４２における光線セグメント２３８、２４０および２４２としての寄与を減らすことを示す。単一の例示的なプローブ光線２０６で認められる１ルーメンの最初の光束は、図５Ａのファーフィールドビーム１８０に対して約０．８４ルーメン（８４％）およびファーフィールドビーム１８２に対して０．１６ルーメン（１６％）だけ寄与する。

【0101】

上側のファーフィールドビーム１８０に対する寄与を好む非対称の光束分割（図６Ａに示された単一光線の結果の集合から得られる正味量によって示される）は、点２１４において（またはその近くで）、使用されるガイド媒質に対する臨界角（またはそれに近い角度）の入射角で、最初に入射するこの特定のタイプの単一の光線路に対してのみ重要である。

【0102】

図６Ｂは、テーパ状の光ガイドの内側の全内部反射を受ける単一の近軸テスト光線によって取られ、図６Ａに示されるものとはわずかに異なる開始軌跡を選択する光路を示す。図６Ｂは、例示的な光線２０６よりも３度大きな入射角で点２１４に到達する例示的な入力光線２５０の対応する挙動を追跡する。図６Ａからの光線２０６の内部伝達路は、比較のために点線で示される。それにより、超過している臨界角２１２の光線２５０は、表面法線２１４の周りで全内部反射を起こし、光線セグメント２５２として傾斜したミラー平面１８４に向かって再配向され、ずれている点２５４でミラー平面１８４に到達する。この実施例における平面１８４の傾斜は３度であり、光線２５０は臨界角２１２を３度超過したので、光線２５２は、臨界角２１２と正確に等しい入射角で点２５４に到達し、これにより、反射光線セグメント２５６内に本質的に全ての元々の光束を残したまま、十分な全内部反射が起こる（すなわち、例示的には空気である周囲媒質へ透過する光はない）。

【0103】

しかしながら、光線２５６が点２５８に到達するときに、効果的な表面法線に対してさらに３度増え、したがって、臨界角の内側に３度となる。この場合、全内部反射に関する条件は満たされず、屈折した光線２６０は、周囲媒質（この実施例では空気）中に透過する。上記の光線２２６の場合のように、点２５８でフレネル反射し、反射光線セグメント２６２は、表面１８４上の点２６４に向かう。また、点２６４への到達は、光線セグメント２６６としての周囲媒質中への屈折透過と、光線セグメント２６８としての、点２７０における伝達されたコンポーネント２７２を伴う別のフレネル反射とを含む。

【0104】

図６Ｂのこの実施例では、図６Ａにおける実施例よりも開始軌跡がとても近いにも関わらず、伝達された光束の大部分は、出力ビーム２６０（図６Ｂ）内の光ガイドの断面の下側（または平坦な平面側）で含まれることに留意されたい。実際には、出力光束分布（図６Ａでも図６Ｂでも太線で示される）は、エスケープ側を除いて、ほとんど同じである。その他の例示的な光線の軌跡の実施例は、選択されるならば、表面１８４からの出力と表面１８６からの出力の間に様々な中間光束分布をもたらすことが分かる。

【0105】

象徴的な入力光源２０８の角度範囲内の全ての光線が図５Ａに示すようにそれぞれ重畳されるときには、むき出しの光ガイドのそれぞれに生じる平均出力光束は、等しいエネルギー性のファーフィールド出力ビームプロファイル１８０および１８２に含まれる。

【0106】

テーパ状の光ガイドの一方の側（またはその他の側）にある鏡面反射ミラー平面を使用して、光束を光ガイドの一方の側からその他の側へ再配向し、それにより、効果的に抽出した光の全ては、単独の出力アパーチャを介して利用可能にされる。この基本的な挙動の発展は、図７Ａ〜図７Ｃで、同じ手段によって示されている。

【0107】

図７Ａは、図５Ａに示されたテーパ状の光ガイドの傾斜した表面のすぐ上の空中で傾斜した反射平面を加えたときに抽出される正味の出力光に対する効果を示す。鏡面反射平面２７４（または２７５）が、代表的な光ガイド（１００または１１２）の上面１８４または底面１８６のいずれかの近くに（またはすぐ上に）配置されるときには、その光ガイド表面から抽出された対応する出力光は、内部反射および屈折の組合せによって、それが来たガイド媒質へと強制的に戻され、反射平面の位置とは反対にあるガイドの側の集合的な出力ビームの一部となる。この挙動は、（傾斜したテーパ状の平面リフレクタ２７４に関する）図７Ａの側面図および（平面ミラーリフレクタ２７５に関する）図７Ｂの側面図によって示される。光ガイド媒質とリフレクタ２７４（図７Ａ）およびリフレクタ２７５（図７Ｂ）との間の空隙は、それぞれ２７６および２７７である（しかし、一般には、優先的にはガイド媒質自体の屈折率よりも屈折率が低い任意の透過性誘電体媒質であり得る）。それぞれの場合において、複合出力ビーム（下向きのビームプロファイル２８０（図７Ａ）および上向きのビームプロファイル２８２（図７Ｂ））は、図５Ａの両側性の抽出と関連付けられる固有の出力ビーム角（γ_T１９０およびγ_P１９２）のいずれかから予想されるよりも広い角度ε２８４によって示される水平Ｘ‐Ｙ平面から離れるように配向される。実際のビームプロファイル２８０および２８２によって表される片側性ビーム抽出は両方とも、純粋に幾何学的な予想を越えて、本実施例では、さらに８度傾斜することが分かる。図５Ａのファーフィールドビームプロファイルの結果を示す仮想線で示された両側性のビームプロファイル１８０および１８２は、比較のために点線で示された形態に含まれる。仮想線のプロファイル２８２（図７Ａ）およびプロファイル２８４（図７Ｂ）は、それぞれ１８０および１８２のミラー反射であり、それぞれのプロファイルは、本実施例では３度のままであるテーパ角度αだけ、実際の両側性のビームプロファイルの仮想とは異なることが分かる。図７Ａに示された出力ビーム２８０は、水平から測定して約２７．５度の角２８６で、下向きに投射する。図７Ｂに示された出力ビーム２８８は、やはり水平から測定しておよそ２４度の角２９０で上向きに投射する。両側性抽出からの対応する角度は、（図５Ａに規定されるように）下向きに約１９度であり、上向きに約１６度であった。

【0108】

図７Ｃは、図５Ａに示されたテーパ状の光ガイドの傾斜した表面に光学的に結合される傾斜した反射平面を加えることによって光抽出に与えられる影響を示す。本発明の光分配エンジン１で使用されるリフレクタと光ガイドプレートとの間の空隙２７６（図７Ａ）および空隙２７６（図７Ｂ）は、実際には、最良の形態の性能を達成するために必要ではない。先行技術とは反対に、リフレクタ２７４は、（反射材料の反射率が十分に高いならば）効率を大幅に損なうことなく、代表的なテーパ状の光ガイドの表面１８４に直接適用することができる。リフレクタ２７４は、蒸着（反射性が高い銀またはアルミニウムの場合）によって、あるいは、この実施例の代表的なポリカーボネート光ガイド材料の屈折率とほぼ整合するまたはそれよりも屈折率が低い薄型光学接着材によって直接取付けられた別個の層として適用される。リフレクタ２７４の反射率が約９５％を越えるときには有利となるように、直接的なリフレクタ取付け方法が使用される。直接的な取付けのために市販される１つのそのような優れた高反射率のリフレクタ材料は、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（３Ｍ）によって供給されるＥＳＲ（商標）である。３ＭのいわゆるＥＳＲ（商標）ミラーフィルム材料は、入射角にかかわらず、可視光スペクトル全体にわたって光の両方の偏光について、非常に高い反射率（＞０．９８）を示す。このようにする空隙２７６の消失は、ビームプロファイル３００内の全光出力のうち少量を犠牲にするに過ぎない。ＥＳＲ（商標）が、小さな空隙によってテーパ状の光ガイド表面１８４から分離されるときには、約９５．８％の入力光束の結果、ファーフィールド出力ビーム３００となる。ＥＳＲ（商標）がプレートに光学的に結合されるときには、屈折率整合感圧接着剤によって、プレートに光学的に結合され、出力変換効率がほんのわずか下がり、約９２％となる。

【0109】

図８Ａ〜図８Ｄは、先に紹介されたテーパ状の端面発光ガイドパイプの発明の１つの可能な実際に構築された形態のシミュレーションされた性能の斜視図を示す。この場合のファーフィールド光出力は、上記の図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｂおよび図７Ａ〜図７Ｂに示された機構によって予想されるように、一方の出力経線ではよくコリメートされるが、他方ではコリメートされず、出力ビームは、光ガイドパイプの出力アパーチャ平面１２６から斜めに配向される。この基礎的な実施例では、平面リフレクタ２７４は、光ガイドパイプ１００のテーパ状の面１８４に直接適用される。光抽出および再配向する平面リフレクタ２７４は、この実施例の目的のために滑らかに構成され、図３Ａ〜図３Ｂに示されるような光抽出フィルム１０２の光抽出プリズム１０４のピーク角度は、１８０度に近くなる。

【0110】

図８Ａは、図３Ａ〜図３Ｂおよび図４のダブルコリメーティング光分配エンジンの実施例の入力部分として機能するシングルＬＥＤ光エミッタ２を、光抽出プリズムのファセットが平滑なミラー平面２７４の構造化されていない形態へと潰された特別な場合について、出力エッジ１２６から見た斜視図である。このＬＥＤ光エミッタの実施例は、シングルＬＥＤエミッタ３、上述のプレコリメートするエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１４および光ガイドパイプ（バーまたはロッド）１００を備える。例示的な光ガイドパイプ１００はポリカーボネートで作製されるが、ＰＭＭＡ、Ｚｅｏｎｅｘ、および、石英、パイレックス（登録商標）、ホウケイ酸塩などの非吸収性のガラスを含む任意のその他の低損失の透過性光学材料で作製してもよい。パイプ１００は、（図５Ａに示すように）３ｍｍ×３ｍｍの入力アパーチャと５７ｍｍのテーパ長さ１６８を有する。先に示されたテーパ角度１５６（たとえば、図４参照）は、好ましくは約３度である。パイプの上面１８４と底面１８６は平坦で、平行である。３度のテーパは、５０ｕｍ圧のナイフエッジ１５８で切り取られている。ＲＡＴリフレクタの入力アパーチャは、１ｍｍ×１ｍｍのＬＥＤチップの２×２アレイから実質的に全ての光を受光するように２．４ｍｍ×２．４ｍｍにサイズ設計されるＬＥＤエミッタ３の射出アパーチャと整合するようにサイズ設定される。この特定の例示的な条件に合う多くの可能な購入可能な４チップＬＥＤエミッタのうち２つは、ＯＳＲＡＭ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓにより商品名ＯＳＴＡＲ（商標）ＬｉｇｈｔｉｎｇおよびＯＳＴＡＲ（商標）Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎで製造される様々な構造のＬＥＤエミッタを含む。ＲＡＴリフレクタの対応する出力アパーチャは、図５Ａ〜図５Ｂの好ましい結果と関連付けられた約＋／−５２．６度角度分布（空中で）も提供しながら、光ガイドパイプの３ｍｍ×３ｍｍの入力アパーチャに整合するように３ｍｍ×３ｍｍに製造される。

【0111】

図８Ｂは、図８Ａの端面発光ＬＥＤ光エミッタ２の上側図を提供し、得られる斜めに配向されたファーフィールドビームの断面を示す。実施例の条件に関する実際のコンピュータシミュレーションされたファーフィールド出力ビーム３１０は、正確に断面で重畳され、光ガイドパイプの出力アパーチャ平面１２６と（示されるように）空中で２７度の角度３１２を成すことが分かる。このファーフィールドビームの断面は、約＋／−８度の角度範囲、ＦＷＨＭ（たとえば、ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）を有す
る。

【0112】

図８Ｃは、図８Ｂのシステムの出力エッジから射出される光ビームの断面を示す前面図を提供する。コンピュータでシミュレーションされたファーフィールドビーム３１０は、正確にこの異なる断面で重畳され、ＲＡＴリフレクタ１４によるパイプの入力で設計により立証された修正されない５３度の外角３１６を空中で成すことが分かる。

【0113】

図８Ｄは、図８Ａ〜図８ＣのＬＥＤ光エミッタを上側斜視図で示し、斜めに配向された出力照明の高度に対称的な性質が示される。図８Ｂ〜図８Ｃに示されるように、例示されるファーフィールドビームプロファイル３１０は、コンピュータシュミレーションによって得られ、ＬＥＤ光エミッタ２内の光ガイドパイプ１００の出力エッジ１２６から放射しながら、対応する斜視図において重畳される。

【0114】

本発明の光抽出挙動を下向きの照明により適したより急峻な出力角度に拡張するには、テーパ状の光ガイドの下にある抽出機構内のさらなる光処理機構が必要とされる。

【0115】

図９は、テーパ状の光ガイドパイプ１００（またはプレート１１２）の側断面図を示し、光ガイドパイプ１００の傾斜した（テーパ状の）平面１８４は、抽出された出力光の角度断面の重畳されたシミュレーションを用いて、２つの異なる誘電層（３２０および３２２）と平面ミラー２７４とを有する光学フィルムスタック３２１を含むように修正される。光学フィルムスタック３２１の追加により、図７Ａに概略的に示されたテーパ状の光ガイド構造に関するこの重要な機構バリエーションに初期ステップが導入される。この修正は、ガイド材料がポリカーボネート（本実施例では、ＰＭＭＡ、または、ＰＭＭＡよりも透過率の高いいくつかのその他の好ましい光学材料）かどうかにかかわらず、テーパ状の光ガイドメンバーがパイプ１００またはプレート１１２である場合に等しく適用される。さらに、光ガイドプレートが本実施例のように線形に突き出したか、あるいは、以下にさらに論じるように半径方向に突き出したかどうか（たとえば、図３４Ａ〜図３４Ｆ、図３５Ａ、図３８Ａ〜図３８Ｂおよび図３９Ａ〜図３９Ｃ参照）にかかわらず適用される。図９の側断面図は、図７Ａに示された空隙２７６と置換された２つの薄型光学透過性誘電層を示す。これらの層のうち第１の層３２０は、層３２０が結合される光ガイドパイプまたはプレートを形成するために使用される材料の屈折率よりも屈折率が低くなるように選択される。図９の例では、光ガイド材料は、例示的にはポリカーボネート（ｎ＝１．５９）となるように選択され、傾斜した境界平面１８４に取り付けられる屈折層３２０の屈折率は、好ましくは１．４９未満である。光ガイド材料がアクリル（ポリメチルメタクリレート）（ｎ＝１．４９）で作製された場合、傾斜した境界平面１８４に取り付けられる屈折層３２０の屈折率は、好ましくは１．４１未満である。これらの層のうち、第１の層に取り付けられた第２の層３２２の屈折率は、好ましくは光ガイドメンバー（１００または１１２）の屈折率以上である。光ガイドがポリカーボネートであるときには、層３２２の屈折率は、好ましくは１．５９以上であり、光ガイド層がアクリルであるときには、層３２２の屈折率は、好ましくは１．４９以上である。リフレクタ平面２７４は、この例では、層３２２の上側表面に直接適用される。層３２０が、屈折率が約１．３５から１．５５の任意の光学的に透過性の材料とすることができ、その厚さは、好ましくは１００ｕｍ未満であるが、約５０ｕｍ程度の厚さより上の範囲とすることができる。実際には、層３２０は、アクリル（ポリメチルメタクレート）を配合した接着材料で作製されるのが好まししく、光ガイドがポリカーボネートで作製されるときには屈折率が１．４７から１．４９となり、光ガイドが純アクリル（たとえば、ペンシルバニア州フィラデルフィア所在のＡｄｈｅｓｉｖｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ，参照）で作製されるときには屈折率が１．３９から１．４１となる。層３２２は、実際には光ガイド（１００または１１２）と同じ材料で作製されるのが好ましいが、光ガイドの屈折率以上の屈折率を有する任意のポリマー材料またはガラス材料としてもよい。層３２２の厚さは、好ましくは２５０ｕｍ未満であるが、意図された目的に応じて、約５０ｕｍから数千ミクロン以上の範囲とすることができる。また、図９は、テーパ状の光ガイド（１００または１１２）を通ってリフレクタ平面２７４のすぐ上までの、かつ、層３２０の誘電体媒質のすぐ内側の入力光２０８の伝達の結果求められる１つの可能なファーフィールドビームシミュレーション３１８を断面図で示す。

【0116】

図１０は、コンピュータによる光線追跡シミュレーションのセットに基づき、透過性誘電層３２０について選択された屈折率と、平面リフレクタ２７４の直前にある透過性誘電層３２２をもたらす内部ファーフィールドビーム角度と間に存在する量的関係をプロットに表す。層３２０としてアクリルを使用して生成された内部角は、出力アパーチャ平面１８６から２４度離れている。より理想的なビーム形状は、３３度のファーフィールド角を生成する１．３５に近似する屈折率値と関連付けられる。図１０の結果は、ポリカーボネート光ガイドを使用する実施例に適用する。光ガイドがアクリルなどの屈折率の低い材料で作製されるときに、同様の傾向が観察される。

【0117】

捕捉角度と図１０に記載される媒質３２０の屈折率との間の関係は、媒質３２０の屈折率がより低くなり、抽出された光ビーム３１８がより明瞭により狭くなり、水平に対するその角度はより大きくなることを示す。テーパ状の光ガイドパイプ（１００）またはプレート（１１２）と媒質３２０との屈折率の差がより小さくなると、抽出角度がより浅くなり、抽出されたビームプロファイルの歪みはより大きくなる。

【0118】

層３２２内の屈折光を傾斜した平面ミラー２７４から反射角の法則によって提供されるよりも急峻な角度にするには、光ガイドの自然な３度のテーパ角度よりも一層急峻なミラー角を設ける必要がある。フレクタ平面２７４全体の傾斜の急峻さを３度から約４０度程度の高い角度まで単純に大きくすることによってこのようにするのではなく、上記の図３Ａ〜図３Ｂおよび図４に示される光抽出フィルム１０２によって先に予想されるように、実質的に同一の反射ファセットのシーケンスとして、より急峻なミラーをフレネル化するのが好ましい。厚い球面のまたは円筒形の光学表面形状をフレネル化するプロセスは、光学エレメントの正味の厚さ（たとえば、フレネルレンズのフィールド）を低減させる実用的な手段として、光学部品産業における標準的な実施である。その利用は、他の急峻な平面ミラー表面の厚さを低減する際にも等しく適当である。テーパ状の光ガイドパイプ１００およびテーパ状の光ガイドプレート１１２とあわせてより望ましい出力角度を達成するために、本発明で適用される光反射ファセットならびにそれらの接続される応用例の場合に以上のことがあてはまる。

【0119】

関連する基礎的な光抽出機構は、テーパ状の光ガイドパイプ（１００）に適用されるかプレート（１１２）に適用されるかにかかわらず、図１１Ａに提供される断面図および本実施例の材料および幾何学量に関する図１１Ｂの拡大断面図として示される。この実施例では、テーパ状の光ガイドおよびファセット処理された誘電層３２２は両方とも、屈折率１．５９のポリカーボネートで作製され、誘電性結合層３２０は、屈折率１．４９の光学的に透明なアクリル接着剤で作製される。左側のファセット頂角（β_L）３５０および左側のファセット頂角（β_R）３５２は、図１１Ｂの拡大詳細図に示される。それらは、本実施例ではそれぞれ３８度および６０度であるが、多くのその他の好適な例示的な組合せを立証することができる。本実施例では、ファセット処理されたプリズムのアレイが通常のものであるが、より広範囲のプリズム構成を合わせて、特定用途のためのより複雑なアレイにすることができる。そして、基礎的な光抽出機構を光ガイドパイプ１００および光ガイドプレート１１２に適用する一方で、入力面１２８に平行な軸を中心にして図１１Ａのテーパ状の断面を回転させることによって形成される光ガイドディスクに等しくうまく適用する。

【0120】

図１１Ａは、１つの例示的な光ガイドプローブ光線３３０（それに加えて、連続するセグメント３３２、３３４および３３６）の経路を追跡することによって、また、出力光線の集合を表す集合的なファーフィールド出力ビーム３３６の得られる再配向を示すことによって、基礎となる挙動を示す。

【0121】

全体的にテーパ状の光ガイドパイプ（１００）またはプレート（１１２）からの内部ビーム３３０の完全な抽出は、本発明に関するより好ましい方向にビーム方向を同時に変えながら、図１１Ａの側面図に示されるように、屈折率がより低い層３２０のすぐ上に配置された層３２２に作製される連続した一連の左手および右手の反射ファセット（３４０および３４２）で構成されるファセット処理された再配向層１０２を用いて、断面図で達成される。非対称のファセット３４０および３４２は、たとえばポリカーボネートなどの透明なポリマー媒質内に形成され、金属のように反射するピンホールのないフィルム、好ましくは銀であるが、アルミニウムまたは別の高反射性被覆とすることもできるフィルムで表面被覆される。

【0122】

この設計によって、本発明における光抽出は、この構成では右手のファセット３４２上で起こることが圧倒的に多いが、そうでないこともある。テーパ状の光ガイド４１００における４２４０のように抽出可能な光線は、低屈折率層４２１２（光線セグメント４２４２）を通過し、次いで、図４１Ａの抽出されたビーム４２１０の方向に沿ってファセット処理された媒質４２３６（光線セグメント４２４４）を通過する。再配向は、図４２Ａの１つのファセットについて示されるように、右手のファセット４２３４の傾斜における反射によって起こる。再配向されたビーム４２４６は、それを取り囲む全てのその他の再配向された光線とともに光線セグメント４２４８を含む。

【0123】

図１１Ｂは、この例示的な実施例に適用される非対称のファセットの幾何学形状の拡大図３２９を提供する。総夾頂角３５２（β_T）は、それぞれフィルム層３２２と低屈折率層３２０との間の界面３５８に関する表面法線３５１に対して規定された左手のファセット角３５４（β_L）と右手のファセット角３５６（β_R）との合計である。出力光を関連付けられたテーパ状の光ガイドの出力面（パイプ１００については１２６、プレート１１２については１２３）に対して垂直に配向するのが好ましいときには、本実施例で使用される値について上述されるように総夾頂角３５２は約９８度であり、左手のファセット角３５４は約３８度であり、右手のファセット角３５６は約６０度である。ファセットの深さ３６０（ＦＤ）は、それぞれ対応するファセット角とともにプリズムピッチと決定するが、そのプリズムピッチは、幾何学形状によってＦＤ［Ｔａｎβ_L）＋Ｔａｎ（β_R）］となる。ただし、ＦＤ［Ｔａｎ（β_L）］は第１の長さ３７０であり、ＦＤ［Ｔａｎ（β_L）］は第２の長さ３７２である。抽出された光の再配向は、右手のファセット角３４２によって制御されることが圧倒的に多い（そうでない場合もあるが）。

【0124】

図１１Ｃは、この例示的な構成に関する５００，０００本の入力光線２０８の光線追跡シミュレーションの対応する側断面図を示すことによって本明細書をサポートするものであり、簡単に分かるように光線を１０００本毎に図式化する。右手のファセット（３４２）のアレイは下向きに配向された照明の光源として機能し、左手のファセットが介在する暗いストリップとしてのみ現れることが、この表現から簡単に分かる。これらの導入的なエレメントを基礎とすることにより、本発明の実用的な実施形態に関して、いくつかの例示的な実施例を示す。

【0125】

第１の実施例は、ファセット処理された多層性光抽出フィルム１０２を使用して、図３Ａ〜図３Ｅおよび図４で先に紹介されたテーパ状の端面発光バー入力エンジン１２０のシングルＬＥＤの形態に関する性能をさらに詳細に提供する。

【0126】

図１２Ａは、テーパ状の端面発光バー入力エンジン１２０の別の分解図を提供し、光を抽出し、回転させかつコリメートする多層性フィルム１０２の構造を明瞭に示す。

【0127】

図１２Ｂは、空中で抽出されたファーフィールド出力ビームパターン（＋／−６度コリメートされたビーム１６２）を含む入力エンジンシステム１２０の上面図を示す。テーパ状の光ガイドパイプ１００の出力アパーチャ１２６のすぐ内側で内部に向けられたファーフィールドビーム（＋／−３．７７度コリメートされたビーム３８０）の断面も示される。上述されたような実施例の値を使用して、このエンジンからの出力ビームは、システムのＸ軸７に沿って配向される。以下にさらに示されるように、異なるファセット角を組み合わせることにより、軸方向以外の広範囲の出力ポインティング方向を得ることができる。

【0128】

図１２Ｃは、図１２Ｂに含まれる情報を示すが、ファーフィールド出力ビーム１６２のＺ経線の角度範囲３８４ならびに比較的高いＹ経線角度コリメーション３８６を示す斜視図である。

【0129】

図１２Ｄおよび図１２Ｅはともに、プリズム光抽出フィルム１０２のプリズム間隔の２つの異なる粗さから得られるニアフィールドの空間的均一性３９０および３９２を示す入力エンジン１２０の斜視図である。プリズム間隔がより微細になると（より小さくなると）得られるニアフィールド輝度の不均一性はより微細になる。

【0130】

図１２Ｆ〜図１２Ｈは、５７ｍｍのロングエッジ均一性パターン３９０の別個の黒いバーおよび白いバーから、パターン３９２のより短いバーまでの、次いでパターン３９６の実際には区別できないバーまでのこの傾向を明確に調査し、１６０ｕｍのプリズム間隔を示す。

【0131】

図１３Ａ〜図１３Ｃは、ＬＥＤ入力光をテーパ状の光ガイドパイプ１００の入力アパーチャ１２８に結合するＲＡＴリフレクタ１４によってＸ経線に提供された入力角度分布（４００、４０２および４０４）と、テーパ状のパイプの５７ｍｍの出力長さ（４１０、４１２および４１４）に沿って得られるニアフィールドの空間的均一性パターンとの間に存在する先に記載した関係を強調して示す。これらの結果は、４０６として分離されるプリズム光抽出フィルム１０４の１６０ｕｍ間隔の形態を使用する。

【0132】

入力アパーチャ１２８全体に結合される前の空中の入力角度分布４００、４０２および４０４が図１４Ａ、図１４Ｃおよび図１４Ｄに別々に示され、それぞれ約＋／−３３．６度、＋／−５２．６度および＋／−６５．０度である。図１４Ｂに示される入力角度範囲は、約＋／−４１度である。最良のニアフィールド均一性は、＋／−５２．６度の入力光分布４０２の結果として、図１３Ｂで達成されることが簡単に分かる。

【0133】

図１５は、図１４Ａ〜図１４Ｄに示される４つの角度分布４００、４０１、４０２および４０４の関数としての、エンジンシステムの４つの例示的なニアフィールドの空間的均一性プロファイル４１０、４１２、１４１および４１６のグラフィカル表現である。４つの例示的なニアフィールドの空間的均一性プロファイルを担う角度分布パターンは、強調された図１５で重畳され、４００、４０１、４０２および４０４として下線が引かれている。

【0134】

第２の実施例である図１６Ａ〜図１６Ｂは、テーパ状の端面発光入力エンジン１２０を図３Ａ〜図３Ｅおよび図４に先に示されたようにテーパ状の光ガイドプレート１１２と組み合わせるが、上記に示されたプリズム光抽出フィルムがより微細なピッチ（間隔）であるときに生じる、接続されたファーフィールド照明パターンを示す。この薄型プロファイル照明システム１と１８００ｍｍ×１８００ｍｍの照明されたファーフィールド表面と間の距離は、１５００ｍｍである。

【0135】

図１６Ａは、コンピュータシミュレーションから得られたファーフィールドビームパターンを含む関連する形状の斜視図示す。例示的な５７ｍｍ×５７ｍｍ×３ｍｍの寸法である照明システム１、すなわち、本実施例では４３０として示される完全なシステムは、１５００ｍｍ離れた高さ４４２から照明される表面４４０の１８００ｍｍ×１８００ｍｍの長さ４３６と幅４３８に対して正確に比例するようにされる。

【0136】

図１６Ｂは、図１６Ａに４３０で示された薄型プロファイルダブルコリメーティング照明システムの拡大図４４４を提供する。

【0137】

図１７は、図１６Ａの斜視図に示されたファーフィールド表面４４０上に作成されたファーフィールド照明パターン４５０のコンピュータシミュレーションされた２Ｄグラフィック表現である。本実施例におけるビームパターン４５０の角度範囲は、示された両方の経線（長さ４３６に沿ったＸ経線および幅４３８に沿ったＹ経線において、約＋／−５度から＋／−６度の半値全幅（ＦＷＨＭ）である。各経線における線幅プロファイルは、セット４５２および単一のプロファイル４５４として示される。白い矢印４５１は、示されるパターン４５０に対応するＸ経線線幅プロファイルを示す。追加のシミュレーションに対応するその他のＸ経線線幅プロファイルは、右手のファセット角３５２の異なる値で延びる（図１１Ｂ参照）。ファーフィールド角のポインティング方向におけるわずかな変化は、公称６０度の頂角（α_R）におけるわずかな変化により生じる。

【0138】

図１８は、テーパ状の光ガイドプレートの表面に適用されるプリズム内のファセット角の５つのわずかに異なる選択に応答する、図１６Ａの照明システムによって生成されるそれぞれ異なるように傾斜したファーフィールドビームの断面のセットのグラフィック表現である。

【0139】

照明システムのポインティング方向を制御するこのファセット角手段は、大変強力な本発明の特徴である。本発明の平板照明システム４３０は、斜めに向けられた照明ビームおよびファーフィールドパターンに、抽出フィルムのプリズムファセット角を適宜選択することによって設定されるビームが向く傾斜度を提供するように配備することができる。

【0140】

単一の５７ｍｍ×５７ｍｍの光抽出フィルム内のファセット角の５つの選択の分布によって生じる同じく５つのファーフィールドビームの空間的な重複をテーパ状の光ガイドプレート１１２に適用し、それにより、ファーフィールドビームプロファイルを均一に広げることができる。より平滑な（離散していない）ビーム分布については、より多くの数の
ファセット角の選択を含み得る。

【0141】

図１９は、薄型プロファイル光ガイド照明システムの光分配プレート１１２内の内的光再配向プリズム角を変化させることによって到達できる＋６０度から−６０度の範囲のビーム方向を立証するための９つの異なるファーフィールドビームの断面を示すグラフィック表現である。図１９は、９つの広範囲に異なるファーフィールドビーム方向（５００、５０２、５０４、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４および５１６）に関する本発明におけるファセット角で調整された角拡散のこの手段のパワーを示し、それぞれ、図１６Ｂの斜視図に示された構成によって参照されるように、本実施例の５７ｍｍ×５７ｍｍ光抽出フィルム４８０で右手のファセット角（α_R）を変化させることによってのみ、システム表面法線４４１を中心にしてＸ経線に生成される。

【0142】

図２０は、図３Ａの薄型プロファイル光ガイド照明システムに関する、光抽出および調整フィルム内のプリズムファセット角対それが生成するファーフィールドビーム−ポインティング角度のグラフである。図２０に表される関数関係は、本実施例のポリカーボネート光ガイドプレート１１２に関するものであるが、アクリル光ガイドプレート１１２と関連付けられる材料など、その他の材料の組合せに関して、類似する関数関係が存在する。図２０により、先に論じられた頂点法線４４１からの右手のファセット角度（度）とシステムの出力アパーチャ平面への法線から測定されたファーフィールドビームポインティング角度との間に存在する基礎的な物理的関係が明らかになる。この方法によって、ビームポインティングを−６０度から＋６０度の角度範囲全体にわたって変化させ得ることがわかる。図２０の点線は、シミュレーションされたデータに合わせた直線であり、数式α_R＝ｍΦ_P＋ｂの交差値ｂ＝５９．５および傾斜値ｍ＝０．３０９を有し、Φ_Pはシステムの表面法線から測定されたポインティング角度（度）である。

【0143】

ファーフィールド照明パターンの角度ダイバーシチは、別々にまたは組み合わせて適用されるいくつかのその他の方法で、本発明に拡張される。出力角度制御の第１の手段は、図１Ｄの実施形態について前述されるように、レンチキュラータイプの角拡散ディフューザの形態で層５２および５４を調整する１つまたは２つの出力光の使用を含む。出力角度制御の第２の手段は、図２Ａ〜図２Ｃに上述されるように、入力コリメーションの度合いをファーフィールド照明の角度範囲を変化させる方法で調整することができるコリメートされたエッジ光源の使用を有する。出力角度制御の第３の手段は、すぐ上に示したように、光抽出再配向層内のプリズムファセット構造の分散に関する変形例を含む。

【0144】

照明システムの角度範囲を上に示される公称＋／−５度よりも広げるためのこれらの手法のうち、１つまたは２つの角拡散ディフューザシート（好ましくはレンチキュラー角拡散シート５２および５４）を（たとえば、図１Ｄ、２Ｄおよび図４に先に示された）システムの正方形または長方形の出力アパーチャを横断して加えることは、最も容易に適用され得る。本発明の合理的によくコリメートされた光が、任意の１次元または２次元の角拡散分散シートを通過すると、それらのビームプロファイルは、関連する角拡散機構によって広げられる。光拡散フィルムの１つのセットを別のセットと置き換えると、光エンジンの出力光分散へと所望の変化が生じる。

【0145】

バルク散乱型ディフューザ、球面レンチキュラー型レンズシートおよび様々な回折型光成型ディフューザシートを含むいくつかの先行技術の光分配シートは、本発明においてこのように使用することができる。放物線レンズエレメントを有するレンチキュラーレンズシートは、光拡散ディフューザシートのさらに１つの特定の変形例であるが、本発明の使用に好ましい一意の属性を有するものとして以下に示す。

【0146】

図２１は、図３Ａの薄型プロファイル光ガイド照明システムの出力アパーチャに適用される先行技術の形態のバルク散乱型ディフュージングシートのコンピュータで光線追跡シミュレーションされたファーフィールド角拡散挙動を示す側断面図である。図２１は、それらの軸強度に対して標準化される視覚的な便宜のために示されるように、典型的には広げられたファーフィールドビームプロファイル５２０のファミリーを重畳する。実際には、各プロファイルは、およそ同数のフィールド表面５２２の出力ルーメンに分散させる。シルエット５２４（黒色で示される）は、外部光拡散分散が全くない本発明の薄型プロファイル照明システム１のファーフィールドビームプロファイルを示す。ファーフィールドビームプロファイル５２６、５３８、５３０および５３２は、ビーム拡散５２６（＋／−１０度）、５２８（＋／−１５度）、５３０（＋／−２５度）および５３２（＋／−３０度）とし得るタイプを示すものである。光射出エンジンの角度範囲を広げることに加えて、ディフューザ５３４はまた、製造欠陥または公差違反によって引き起こされる輝度均一性における様々な不均一性を隠す。１５００ｍｍのシステムの高さ５４０は、この比較に対して取られた。

【0147】

カリフォルニア州所在のＬｕｍｉｎｉｔ ＬＬＣ ｏｆ Ｔｏｒｒａｎｃｅ（前Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）は、この目的のために作製された回折光ディフュージングシートのラインを製造する。それらの市販の光線成型ディフューザは、広範囲の選択可能な角錐（たとえば、円形に対称の錐体では＋／−１０度、＋／−１５度、＋／−２０度、＋／−３０度および＋／−４０度、また、非対称の錐体では＋／−５度×＋／１５度、＋／−５度×＋／−２０度、＋／−５度×＋／−３０度、＋／−１７．５度×＋／−３７．５度、＋／−１７．５度×＋／−４７．５度および＋／−３０度×＋／−４７．５度）でコリメートされた入力光を（ホログラフィック回折によって）主に順方向に散乱させる。

【0148】

本発明ではこの同じ方法で使用することができるその他の従来のディフューザシート５３４は、たとえば二酸化チタンまたは蛍光酸化物、乳白または蛍光材料で被覆された透明板ならびに粗くサンドブラストされたガラスまたはプラスチック板などの散乱粉末を備えた接着樹脂またはポリマーシートを含み、これらは別々に含まれても、組み合わせて含まれてもよい。

【0149】

本発明の光エンジンからの公称＋／−５度の角度範囲を広げる別の方法は、光射出エンジンの出力アパーチャを横断して１つまたは２つの球面レンチキュラーレンズシートを加えることである。レンチキュラーレンズシートは、称呼同一のレンズの線形アレイによって形成される薄い透明エレメントである。先行技術のレンチキュラーレンズとしては、球面レンチキュラーレンズが最も一般的であるが、プリズムレンチキュラーレンズも一般的である。たとえば、図２２Ａの概略側断面図および図２２Ｂの斜視図を参照されたい。

【0150】

その他の先行技術の光拡散ディフューザの例としては、２次元アレイのマイクロレンズおよび２次元アレイの角錐が含まれる。関連付けられる先行技術の教示のほとんどは、いわゆるバックライトによって提供される一般的なバック照明の角錐を均質化し、携帯電話の画面、ラップトップコンピュータのディスプレイおよびデスクトップモニタのディスプレイのように直接見える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンの背面に拡張させるなど、ニアフィールド光分配応用例に対してそのようなマイクロレンズシートを使用することに関する。

【0151】

しかしながら、ニューヨーク州所在のある会社、ＲＰＣ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ｏｆ Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒは、かなりの形状多様性を有するマイクロサイズの小型レンズの様々な数学的に開発された２次元分散を使用して、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ（商標）のラインを製造する（図２２Ｃのこのタイプのディフューザに関する典型的な表面領域のトポグラフィックな概略表現を参照）。この特別なケースでは、透明な光学レンズシート材料は、急峻な壁の錐体様の形状６００および球面形状６０２から、さらにつぶれた楕円６０４および６０６に変化する公称１〜１００ｕｍのサイズのレンズエレメントで構成されるペブル形状を有する。このように複雑な微細構造様のマスタ工具は、フォトレジスト内にレーザ書きこみされ、次いで、フォトリソグラフィックに描かれる。市販のＲＰＣ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ製品は、キャスティングおよび硬化によって、圧縮成型によって、かつ、射出成型によって作製される。このような分散型レンズ光線成型ディフューザ製品は、本発明における角拡散ディフューザシート５３４として効果的な用途のために設計され得る。ペブルレンズのＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ（商標）の手法は、任意のその他の先行技術レンチキュラー型マイクロレンズシートの手法に比べて、よくコリメートされた光を射出するエンジンからのより広範囲のファーフィールド光分布を実現するための便利な手段を提供する。

【0152】

この方法を本発明の光射出エンジンに適用することができるが、製造コストがあまりかからず、等しくカスタマイズ可能な光拡散性能を有するレンチキュラー型角拡散レンズシートの単純な変形例が知られている。

【0153】

本発明の照明システム１からのダブルコリメートされたファーフィールド出力ビームは、本質的には、２本の直交する経線でよくコリメートされるので、図２２Ｃの方法によって開発された円対称のレンズ要素が直ちに必要とはされない。この手法において、いくつかの応用例はピッチの暗示されるランダム性から恩恵を受けることがあるが、平面またはコリメーション平面と直交するようになされるストライプ軸を有するレンチキュラーシートのより単純なストライプ様レンズエレメントは、本発明のダウン照明応用例および壁照明の応用例において必要とされる様々な最良の形態の光分布に非常に十分となり得る。

【0154】

レンチキュラーレンズシートの製造プロセスは容易に利用でき、また最も低い可能な製造コストを提案する。レンチキュラーシートは、それらの長手軸方向に溝がある性質のために、低コストのプラスチック押出しによって形成することができる。それに加えて、３Ｍの多産性輝度向上フィルム製品（たとえば、ＢＥＦ−Ｔ（商標））は、４５度、９０度および４５度である内部プリズム角を有する公称５０ｕｍ幅のＰｏｒｒｏプリズム溝であるレンチキュラー構造である。このようなプリズムシートは、日常的には、非常に高い容積において本質的に低い製造コスト（１平方フィート当たり）で、高容量でロールツーロールのアクリルベースのキャスティングおよび硬化プロセスによって製造される。また、同じ材料が、熱エンボス加工によって容易に製造される。これらの効果的なエンボス微細構造の製造品質は、レンチキュラー溝が継続して複製される材料の処理されたロールの長さにわたるときに最良となる。ロールを横切ってならびにロールの長さにわたる複雑な形状のバリエーションを有するフィーチャのマイクロ複製（たとえば、図２２Ｃのペブルレンズのもの）が利用可能であるが、信頼性に基づいて製造するのはより困難である。ペブル型レンズは、押出し成型には適合しない。

【0155】

図２２Ａは、レンチキュラーディフューザまたはレンチキュラーディフューザシートとして知られる球面形状のレンズエレメントを含む円筒形のレンズアレイフィルムの先行技術の形態の概略的な側断面図を示す。図２２Ａの概略断面図によって示される従来の先行技術のレンチキュラーディフューザシートは、ポリマーまたはガラス組成物で作製された光学的に透過性のフィルムまたはシート材料５５０であり、その平面表面５５２は、平行なレンズ断面のマイクロ構造のアレイ５５４を含むように形成され、各レンズ断面（微小凸レンズ片またはレンチキュラーと呼ばれることもある）は、ほぼ同一の断面形状５５６、凹部５５８および対応するピッチまたは反復周期ＰＥＲ５６０を有する。個々のレンズ断面５６２が球面（または非球面）円筒レンズの突出分または凹部分であるときには、凹部およびＰＥＲは、数式４−７、従来の球面曲率に関する凹部を表す数式６、および、従来の非球面曲率に関する凹部を表す数式７で得られる単純な幾何的表現（楕円断面、放物線断面、双曲線断面および錐断面を含む全ての可能な多項形状）によって関連付けられる。ほとんどの場合、ＳＤ＝ＰＥＲ／２であり、レンズ周期ＰＥＲの２分の１を特定し、ＲＬＥＮは関連付けられる曲率半径を表し、ＣＣは錐定数（従来は、放物曲線の場合は−１、球面の場合は０、楕円曲線の場合は０〜１、および、双曲線の場合は＞１）を表し、Ａ１Ｌ、Ｂ１Ｌ、Ｃ１ＬおよびＤ１Ｌは、第１〜第４の非球面係数を表す。
ＫＫ１Ｌ＝（ＳＤ）²／ＡＢＳ（ＲＬＥＮ） （４）
ＫＫ２Ｌ＝（（ＳＤ）／ＡＢＳ（ＲＬＥＮ））² （５）
Ｓ００＝ＫＫ１Ｌ／［１＋ＳＱＲＴ（１−（１＋ＣＣ）（ＫＫ２Ｌ））］（６）
ＳＳＴ＝Ｓ００＋（Ａ１Ｌ（ＳＤ⁴））＋（Ｂ１Ｌ（ＳＤ⁶））＋（Ｃ１Ｌ（ＳＤ⁸））＋（Ｄ１Ｌ（ＳＤ¹⁰）） （７）

【0156】

図２２Ａは、理想的で例示的なコリメートされた光線５６４または５６６が表面法線５８０に平行なディフューザシート５６８を通過し、対応する焦点５７０または５７２を通るアレイ５５４内の個々のレンズエレメント５５６の光学パワーによって参照されることを示す。これらの屈折光線は次いで、粗い近軸近似のみに対するレンズの特徴的な焦点距離の予測可能な関数である増加した角度範囲５７４または５７６で偏差する。近軸近似は、関連する現実的な光線の全容積の小さな画分を示し、全内部反射がシート内で起こることがあり、かつ、非球面形状のエレメントを通過する集合的なスキュー光線透過の推定が非常に難しいので、信頼できるものではなく、一般的にはコンピュータベースの光線追跡によってのみ対処される。

【0157】

これに加えて、先行技術には、レンチキュラーレンズシート５６８の平面表面５７４に最初に当たるコリメートされた光線および湾曲したレンズ表面５６２に最初にぶつかるコリメートされた光線と関連付けられたファーフィールド照明結果の実際の区別については明らかにされていない。両方の配向はいくつかの照明応用例について有用な結果を生成するが、これらの結果は、実際には、効果的な透過効率についてだけでなく、ファーフィールド光分布についても、いくつかの場合において著しく異なっている。そして、これらの差異は、本発明を実施するときの有意な値を示すものである。

【0158】

市販のレンチキュラーレンズシートは、主に、レンズ断面が球面であり、好適な画像の上のニアフィールド３Ｄイメージングレンズのオーバーレイ（側部が数インチから数フィートにサイズ設定される）として使用するために作製される。また、それらのレンズシートは、装飾的な視覚的効果を幅広いパッケージに及ぼすために使用される。レンチキュラーシートの１つの典型的な製造業者は、ウィスコンシン州所在のＰＡＣＵＲ ｏｆ Ｏｓｈｋｏｓである。ＰＡＣＵＲ ｏｆ Ｏｓｈｋｏｓのレンチキュラーシート製品は、ＰＥＲ＝０．２５１ｍｍからＰＥＲ＝０．６３５ｍｍのレンチキュラー幅および０．２５１ｍｍから０．３７１ｍｍのレンチキュラー弧に対応して、１インチ当たり４０〜１００個のレンズエレメントを有するポリエステル樹脂をエンボス加工することによって作製される。また、レンチキュラーシートは、アクリルおよびポリカーボネートでも作製される。その他の製造業者としては、たとえば、イスラエルのエルサレム所在のＨｕｍａｎ Ｅｙｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．、Ｍｉｃｒｏ Ｌｅｎｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ノースキャロライナ州、インディアントレイル）が挙げられる。レンチキュラーレンズシートのイメージング応用例では、レンチキュラーシート５６８の平面側５７４は、イメージ層上に積層され、反射光は、レンズを外向きに通過して観察者に届く。レンチキュラー製品のイメージング（または表示）プロパティは、ファーフィールド照明に対する影響を予測するために使用することはできない。

【0159】

ファーフィールド照明に対する影響を広くするレンチキュラーディフューザ、さらにその他の応用例に関する市販のレンチキュラーディフューザの実際の角度の信頼性の高い記述は、直実験によって、および、本実施例におけるように研究室で有効なコンピュータシミュレーションによってのみ可能である。適切に実装されると、レンチキュラーレンズシートの光学性能のコンピュータシミュレーションは、基準となる研究室の実験を再現し、新規かつ有用なレンチキュラー実装形態の発見を可能にする。

【0160】

近軸理論と合致する球面レンチキュラーの先行技術の例として、市販の３Ｄイメージングで使用されるレンチキュラー製品の１つ、すなわちＰＡＣＵＲのＬＥＮＳＴＡＲ ３Ｄのファーフィールド照明の性能を提示する。１インチ当たり１００個のレンチキュラー、０．００９２インチ（０．２３３６８ｍｍ）の微小凸レンズ片半径４５２７および０．０１０１インチ（０．２５６５４ｍｍ）の微小凸レンズ片幅（ＰＥＲ）４５１２を有する。関連付けられる凹部５５８は０．３８３５ｍｍであり、暗示される焦点距離（図２２Ａでは５７２）は０．５８４２ｍｍである。この焦点距離は、＋／−１２度（完全角２４度）の薄いレンズ近軸推定によってファーフィールド照明錐を予測する。ＰＡＣＵＲは、より多くの応用例を撮像する際に、３０度のフィールドを報告する。

【0161】

図２３Ａおよび図２３Ｂは、先に記載されたダブルコリメーティングする発光システム１、または、任意の同様のコリメートされた光源によって提供されたコリメートされた＋／−５度入力光に関するファーフィールド挙動を示す。図２３Ａは、レンチキュラーが入力光６５０から離れて向くときの結果を示し、図２３Ｂは、この場合、レンチキュラーの頂点が入力光６５０に向かって向くときの非常に類似する結果を示す。どちらの場合においても、効果的な透過効率は約９２％であり、それぞれ対応するファーフィールド光分布の角度範囲６５２（および６５３）は、関連付けられるビームシルエット６５４および６５６から見られるように、それぞれ＋／−１２度および＋／−１０度ＦＷＨＭである。ファーフィールドビームプロファイルの半幅６５８は、ケース毎に指定される。

【0162】

レンチキュラーディフューザのファーフィールド照明結果は、レンチキュラー断面が薄い球面形状であるときにのみ、これと同様に予測可能である。レンチキュラーが球面になり、より深く陥没するときには、近軸近似は壊れ、単純な性能で不十分であることが分かる。コンピュータシミュレーションは、このような場合には、信頼性の高い性能予測を得るために必要とされる。

【0163】

本発明の文脈における非球面レンチキュラーの実際の挙動は、浅い放物線レンチキュラー、より深い放物線レンチキュラー、プリズム様の双曲線レンチキュラー、混合レンチキュラーおよび交差（直交）レンチキュラーを含む例の以下のセットによって実証される。これらの例により、先行技術によって予測されないレンチキュラー照明の特性における一意の差異が明らかになる。これらの例は、本発明の効果的な実施が、ある特定の範囲のレンチキュラー設計のパラメータの選択だけではなく、入力光に対するレンチキュラーの配向にも依存することを示す。挙動の差異は非常に著しく、本発明でアクセス可能な有用なプロファイルおよびパターンのサブセットにつながる。

【0164】

図２４Ａは、放物線形状のレンチキュラーエレメントを有する典型的な放物線（または双曲線）レンチキュラーディフューザシート６９０の斜視図を提供する。図２４Ｂは、図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、比較的浅い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる丸い底面のファーフィールドビームの断面を示す。図２４Ａ内のレンチキュラーエレメント６９６は、断面が非球面であり、いくらかより深く陥没している点で、図２３Ｂのレンチキュラーエレメントとは異なる。

【0165】

図２４Ｃは、図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、比較的浅い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートのレンズ側に適用されるときに生じる平坦な底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【0166】

図２４Ｂ〜図２４Ｃは、ピーク対ベースの比がＳＡＧ／ＰＥＲ＝０．２である放物線レンチキュラーの側面図を示す。この条件に関する放物線焦点は、約０．６２ｍｍである。入力光および出力光のファーフィールド表現は、レンチキュラーシートの上下のシルエットで示される。コリメートされた入力光６５０は最初にレンチキュラーシート６９０の平面表面６９２に当たるとき、得られるファーフィールド出力ビームシルエット７００は、図示されるように＋／２２度ＦＷＨＭである角度範囲７０２と対称となる。レンチキュラーシートの下１．５ｍの表面上の対応する中央部重点照明パターンのハーフピーク４５３４における幅は約１．２ｍであり、シルエットの＋／−２２度の角度範囲７０２に厳密に一致する。この配向の場合、処理された照明は、図示のように、中央ピークから２．６ｍ幅の領域全体にわたって、１．５ｍ下に外向きに分散する。しかしながら、コリメートされた光６５０が最初にレンチキュラー表面６９８に当たるときに、かなり異なって成型されたビームプロファイル（およびフィールドパターン）が生じる。ＦＷＨＭ角度範囲７０８がほぼ同じままであるとき、出力ビームシルエット７１０は、鋭いカットオフ角を有する正方形（または長方形）のフィールド分布を生成する平坦な底面の三角形状を有する。得られる平坦な頂面のフィールドプロファイルは、１．２ｍ幅の領域内１．５ｍ下に、ほとんど全ての出力ルーメンを配備する。この鋭角なカットオフ挙動は、それ自身によってＲＡＴリフレクタを採用する光射出エンジンの諸実施形態に類似する強さに耐え、本発明の多くの最良の実施形態で等しく有用である。このレンチキュラーシート６９０の両方の配向において、効果的な透過効率は約９２％である。

【0167】

図２４Ｄは、図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、適度な深さの凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントのレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる、サテライトウイングを有するより広角の丸い底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【0168】

図２４Ｅは、図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、適度な深さの凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントのレンチキュラーレンズシートのレンズ側に適用されるときに生じる広角の丸い底面のファーフィールドビームの断面を示す。

【0169】

図２４Ｄ〜図２４Ｅは、いくらかより大きなピーク対ベース比ＳＡＧ／ＰＥＲ＝０．５を有する放物線レンチキュラーの側面図を示す。この場合の放物線焦点は約０．２５ｍｍである。コリメートされた入力光６５０がこの時点で最初に平面表面６９２に当たると、ファーフィールドビームシルエット７３０は、実際には外観が変わらず、図示のように＋／２４度ＦＷＨＭであるが、メイン出力ローブ７３０内で入力光６５０の５１％だけを透過する。残りの４９％の部分は、示される弱い高角度のウサギの耳のようなパターンで不要に出力され、その残りの４９％の部分は、全内部反射によってレンチキュラーシートの
内側で捕捉され、一部は入力源に向かって後方反射する。また、生じる照明パターンは、図２４Ｂのより浅い放物線レンチキュラーに関して示されるパターンとほぼ同じである。コリメートされた入力光６５０が最初により深い放物線レンチキュラー７３４に当たるときには、そのような破壊は起こらない。より深い放物線レンズは、ファーフィールド角範囲を、図２４Ｃにおける＋／−２２度から図２４Ｅにおける＋／−４２度へと２倍近くする。さらに、出力ビームシルエットは、それに対応する鋭いカットオフ角とともに図２４Ｃに示された平坦な底面の三角の断面を保持する。そして、かなり広くなった角度範囲にかかわらず、透過効率は損なわれ、９２％を保つ。

【0170】

図２４Ｆは、図３Ａの発光システムから示されるような＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、非常に深い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる広角の３モードファーフィールドビームの断面を示す。

【0171】

図２４Ｇは、図３Ａの発光システムからのように＋／−５度×＋／−５度コリメートされた光が、非常に深い凹部を有する放物線形状のレンチキュラーエレメントを有するレンチキュラーレンズシートの平面側に適用されるときに生じる超広角のファーフィールドビームの断面を示す。

【0172】

図２４Ｆ〜図２４Ｇは、さらにより深い放物線レンチキュラー設計の対応する拡散プロパティを示し、１つはピーク対ベース比ＳＡＧ／ＰＥＲ＝１．０を有し、図２４Ｄ〜図２４Ｅに示される例の２倍となる。この比に関する放物線焦点は約０．１２５ｍｍである。入力光６５０が最初に平面表面６９２に当たるときには、図２４Ｄに示される全内部反射からの効果は継続し、透過効率は５１％から約７０％へとわずかに改善されるが、出力ビームの断面８０６は、強力に、ファーフィールド照明パターンにおける３つの個別の照明ピークを示す３モードになる。３モード光分布は、中央位置および２つのサテライトをスポット照明（または投光照明）するために使用することができる。図２４Ｇのレンズアップレンチキュラー配向で示されるファーフィールド挙動は、鋭角に切り取られた均一な照明８２０は、損傷なく１２０度の完全角へ、このレンチキュラーディフューザ８０８とともに可能であることを実証する。放物線レンチキュラーに隣接することによるより高い角度の出力光のいくつかの屈折の回復が不可避である場合に角錐８１３が非常に広いにもかかわらず、正味の透過効率は８６％に降下するのみであり、出力光は、そのようなレンズアップレンチキュラー配向と関連付けられる特徴的な平坦な底面の三角形のビームシルエット８２０を示し続ける。

【0173】

図２５は、本発明の全てのタイプのレンチキュラーディフューザシート８７４に関して、ファーフィールド角の合計８７０φ（測定されたＦＷＨＭ８７２）と０．１から１．０の放物線レンチキュラーのピーク対ベース比（ＳＡＧ／ＰＥＲ）との間に存在することが分かる最良の形態の幾何学関係を要約するグラフである。これらの結果は、レンチキュラー曲率が、コリメートされた入力光６５０に向かうようになされる特別な場合にのみ生じる。適用可能なピーク対ベース比範囲８７６は、正味の透過効率が全体を通して、ＳＡＧ／ＰＥＲ＝０．１からＳＧＡ／ＰＥＲ＝０．７５との範囲の８６％を超え、９０％以上である点で独特であると考えられる。ファーフィールドビームの断面は、図２４Ｃ、図２４Ｅおよび図２４Ｇのシルエットによって表され、範囲全体でも同様に実質的に平坦な底面の三角形の特徴を維持する。

【0174】

図２５にグラフ化された関数関係は非線形であり、任意の単純な理論によって数学的に予測されるものではない。合理的な線形推定は、ポリメチルメタクリレート（アクリル）（ｎ＝１．４９３５８０９）で作製されたレンチキュラーディフューザシートに関する数式８およびポリカーボネート（ｎ＝１．５９）で作製されたシートに関する数式９でおおよそ求められる。本発明の実施で使用されるレンチキュラーディフューザシート８７４は、任意の好適な光学的に透過性のポリメリック（またはガラス）材料で作製することができるが、アクリルの屈折率により近いそれらの屈折率は、全内部反射に起因する透過損失を抑える点で優れている。ポリカーボネート（ｎ＝１．５９）で作製されたレンチキュラーディフューザシート８７４は、より小さなピーク対ベース比でより広い遠画角を達成する点で優れている。この１つの例は、アクリルで作製された放物線レンチキュラーが約０．６３のピーク対ベース比ＳＡＧ／ＰＥＲで１２０度の完全角のファーフィールド角範囲を達成する一方で、ポリカーボネートで作製された放物線レンチキュラーは、約０．５２５のＳＡＧ／ＰＥＲで１２０度の完全角のファーフィールド角範囲を達成し、約２０％だけ必要な放物線アスペクト比を低減する点で異なっている。この特定の比較のコストは、正味の透過効率で約２％に過ぎず、おそらくは、ほとんどの応用例において取るに足らないものである。

【数2】

【0175】

任意の設計の双曲線レンチキュラーは、それらのレンチキュラーがコリメートされた入力光６５０の光源のほうを向くか、そこから離れて向くかにかかわらず、図２４Ｃ、図２４Ｅおよび図２４Ｇの好ましい平坦な底面の三角形のファーフィールドビームの断面を展開しないことに注目することが重要である。

【0176】

図２６は、本発明の薄型プロファイル照明システム１の斜視図を示し、図２４Ｃ、図２４Ｅ、図２４Ｇの所見および図２５の要約グラフによって提示されるように、レンチキュラー角拡散フィルム８７４の１枚のシートは、Ｘ経線にパワーを拡散させ、その微小凸レンズ片は、光ガイドプレートのサブシステム１１０から入射する光に面する。

【0177】

図２７は、照明されるべき１８００ｍｍ×１８００ｍｍの表面の上に１５００ｍｍの最も高いところに配置された図２６の照明システム１による１つの例示的な結果を示す。コンピュータシミュレーションされたフィールドパターン８８０は、ｘ軸７に沿って約＋／−３０度拡散しているが、ｙ軸５に沿って約＋／−５度のままである。５７ｍｍ×５７ｍｍの照明器具の中心は８８２で示されている。この結果は、実験的には、同様の設計のエンボス加工されたレンチキュラーフィルムを使用すると有効であった。

【0178】

図２８は、レンチキュラー角拡散フィルム８７４（および８７４と同じ設計の８７５）の２枚の直交して配向されるシートに沿った本発明の薄型プロファイル照明システム１の斜視図を示し、図２４Ｃ、図２４Ｅ、図２４Ｇの所見および図２５の要約グラフによって提示されるように、パワーをＸ経線およびＹ経線で拡散し、両方のシートの微小凸レンズ片は、光ガイドプレートのサブシステム１１０からの入射する光に面する。

【0179】

図２９Ａ〜図２９Ｂは、照明されるべき１８００ｍｍ×１８００ｍｍの表面の上に１５００ｍｍの高さで配置される図２８の薄型照明システム１による２つの例示的な結果を示
す。コンピュータシミュレーションされたフィールドパターン８８４（図２９Ａ）および８８６（図２９Ｂ）は、図２９Ａではｘ軸７およびｙ軸５の両方に沿って約＋／−３０度拡がり、図２９Ｂでは約＋／−１５度拡がる。５７ｍｍ×５７ｍｍの照明器具の中心は、８８２で示される。また、これらの結果は、実験的には、同様の設計のエンボス加工されたレンチキュラーフィルムを使用すると有効であった。

【0180】

角拡散フィルムを使用しないシングルエミッタ照明器具フォーマットに関する全ての効果的なフィールド効率は、０．７４（テーパ状の入力バーに関しては０．８６、テーパ状のプレートに関しては０．８６）であり、反射防止コーティングが、バーおよびプレートの両方の入力アパーチャに適用される。フィールド効率は、入力されたコーティングなく０．６７まで下がる（テーパ状のバーに関しては０．８２、テーパ状のプレートに関しては０．８２）。両タイプの拡散フィルム（レンチキュラーおよび回折）の正味の透過効率は＞０．９であり、それによって、システムの正味のフィールド効率は、１枚の拡散フィルムでは０．９、２枚の拡散フィルムでは０．８１だけ下がる。

【0181】

図２Ａ〜図２Ｃに記載されるようなより高出力のマルチエミッタ照明器具フォーマットに関するフィールド効率は、アレイ型光エンジンの出力効率がテーパ状のバー光エンジンの出力効率よりも約１０％〜１５％高いので、より優れている。より高出力のシステムに関する正味のフィールド効率は、角拡散フィルムを使用せずに０．８２である（アレイ型光エンジンに関しては０．９５、ＡＲコーティングされたテーパ状のプレートに関しては０．８６）。

【0182】

これらのフィールド効率は、市販のオーバーヘッド照明器具で通常は使用される従来の２インチ×２インチの蛍光灯トロッファによって提供される照明器具の全効率と十分に匹敵し、設計に応じて０．５から０．７の範囲となる。

【0183】

より大きな効率の利点は、割増値が特定の円形、正方形または長方形のフィールド領域に送達されるルーメンに課されるタスク照明応用例において実現される。

【0184】

エネルギー効率がより高い照明器具を達成するために、経済的および環境的な重要性を大きくするものであるが、サイズおよび重量を有意に低減できるようにすることも重要である。より小さくかつより薄い照明器具は、ライティングアーキテクトに新たな設計代替物を提供するが、商業的な建築業者およびそれらの照明設置業者に対しては、大きな労働力（および経費）が必要な設置要件を潜在的に少なくする。

【0185】

図３０Ａは、図１Ａ〜図１Ｄ、図３Ａ〜３Ｅ、図４、図１６Ａ〜１６Ｂ、図２６および図２８の機能図に基づいて、本発明の完全に構成された光エンジンの実施形態の一例の分解上面斜視図８９０を提供する。この完全に構成された光エンジンの形態は、米国仮特許出願第６１／１０４，６０６号にも同じく記載されている。図３０Ｂは、使用できる市販のＬＥＤエミッタ９０４、対応する正方形または長方形のＲＡＴリフレクタ９０６、および、米国仮特許出願第６１／１０４，６０６号で参照されたように本発明による光抽出フィルム１０２を有するテーパ状の光ガイドバー１００の間に存在する結合領域の拡大斜視図８９２を提供する。コア光発生サブシステム９００は、例示的なヒートシンクエレメント９０２、市販の４チップＬＥＤエミッタ９０４（Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓによって製造されるＯＳＴＡＲ（商標）モデルＬＥ Ｗ Ｅ２Ａ）、ＲＡＴリフレクタ９０６、射出長さが５７ｍｍである長さ６２ｍｍのテーパ状の光ガイドバー１１０、ファセット処理された光抽出フィルム１０２、５７ｍｍ×５７ｍｍのテーパ状の光ガイドプレート１１２、ファセット処理された光抽出フィルム１１４、例示的なプラスチック（または金属）シャーシフレーム９０８、例示的な取付ハードウェア９１０〜９１８、例示的な熱拡散円形プレート９２０および例示的な電子回路エレメント９２１（いくつかの個々の実施例では９２２〜９２７である）で構成される。図示されるこの例示的な完全に構成された光エンジンの実施形態は、たとえば、ＬＥＤエミッタ９０４を例示的なヒートシンクエレメント９０２に２つのなべ頭ねじ９１０（および９１１、符号が付けられていない）でボルト留めすることによって予め組み立てられる。ヒートシンクエレメント９０２は、たとえば熱拡散円形プレート９２０と同じだけ光エンジンの上側全体に拡散させることを含んで、ＬＥＤエミッタ９０４からの効果的な熱抽出のために設計された任意の構成を有することができる（効果的な抽出はＬＥＤ性能を改善する）。ＲＡＴリフレクタ９０６および光抽出フィルム１０２が取り付けられた光ガイドパイプ１００は、例示的なプラスチック（または金属）シャーシフレーム９０８中に設置され、その後、予め取り付けれた光抽出フィルム１１４を有するテーパ状の光ガイドプレート１１２が同じく挿入される。この後、予め取り付けられたＬＥＤエミッタ９０４を有する例示的なヒートシンクエレメント９０２が、例示的には４〜４０本のねじ９１２および９１３を使用して、例示的なプラスチック（または金属）シャーシフレームのエッジに取り付けられる。コア光発生サブシステム９００は次いで、ガイドライン９３２に沿って例示的な押さえハードウェア９１４および例示的な４〜４０本のねじ９１５を使用して、かつ、４〜４０本のねじ９１７〜９１８およびなべ頭ねじ９１９を使用して、例示的な熱拡散円形プレート９２０に取り付けられる。ＬＥＤおよび／またはその他の電子コンポーネントからの熱の放散を改善するために、例示的な熱拡散円形プレートを、機械的にまたは熱結合化合物を介してヒートシンクエレメント９０２に熱接触させる。例示的な熱拡散円形プレートは、全ての必要な電子的または電気的な相互接続エレメント（集合的に９２１で表される）を含むが、これらのエレメントは、関連付けられた電圧調整コンポーネント９２７、局所電力制御エレメント９３５および関連付けられる回路を完成させるために必要とされる例示的な電気接続ストラップ９３６〜９４０を介して、高いＡＣ電圧または低いＤＣ電圧の電力のいずれかをＬＥＤエミッタ９０４の正端子または負端子に直接もたらす必要があり得る。この実施例では、電気コンポーネント９２２〜９３１は、例示的には、キャパシタ９２２、マイクロプロセッサ（集積回路または特定用途向け集積回路）９２３、レジスタ９２４（符号が付されていない）、キャパシタ９２５〜９２６および電圧調整ＭＯＳＦＥＴ９２７として示されている。これらのような（またはその他の）電子部品コンポーネントの様々な組合せは、内部または外部ＬＥＤエミッタ電力制御信号に対するデジタル処理および関連付けられた応答を含んで、関連付けられるＬＥＤエミッタ９０４に対する幅広い効果的な電力制御機能を実行するために、個別に使用されても、機能的に統合されてもよい。

【0186】

図３０Ａはまた、先に図１Ｃに示された光エンジンの内的に相互関係を有する光フローの象徴的な表現を示す。ＲＡＴリフレクタ９０６の入力アパーチャは、ＬＥＤエミッタ９０４によって発生した実質的に全ての出力光９５０を集光する。ＲＡＴリフレクタ９０６は、本実施例では、例示的なエミッタの個別のＬＥＤチップ（レンズ、レンズ群、屈折リフレクタ、光パイプセクション、ホログラム、回折フィルム、反射偏光子フィルムおよび蛍光樹脂のうち１つまたは複数を含むその他の光学エレメントと置換してもよく、これらの組合せは、関連付けられるビーム角の所望の制御を用いて、実質的に全ての光９５０を光ガイドバー１００中に伝達する）のすぐ上に配置された中空の反射エレメントとして示される。

【0187】

さらに、ＬＥＤエミッタ９０４（ならびに図３１Ａ〜図３１Ｃおよび以下に示す図３３Ａ〜図３３ＣのＬＥＤエミッタ１０００）は、本実施例に示されるもの（ＬＥＤチップを取り囲む透明な封入材料の外側表面であるこれらの発光表面）とは異なる発光表面の形態と有することができる。ＬＥＤエミッタの発光表面はまた、隆起した蛍光体コーティング、隆起した透明の封入材料、マイクロ構造の外側表面を有する隆起した蛍光または透明の封入材料、あるいは、マクロ構造の表面を有する隆起した蛍光または透明の封入材料とすることができる。これらの等しく適用可能な変形例のうちいくつかは、ＲＡＴリフレクタ９０６および／またはその光学的均等物によって、より多くのすべての射出された光および／またはより効果的な光収集を可能にすることができる。そのような異なる発光表面はまた、たとえばＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒおよび多くのその他の同様のＬＥＤ製造業者によって通常提供されるようなドームレンズなどのＬＥＤチップの周りの透明な封入材料に結合される第２の光学部品とすることができる。

【0188】

図示されたように、ＬＥＤエミッタ９０４からのかなりの割合の出力光９５０は、光ビーム９５２として光パイプ１００の入力面に入射する一方、内側ではその中の全内部反射を受ける。それにより、高い割合の光９５２は、意図的に計画されたマイクロファセット処理された光抽出フィルム１０２との相互作用によって、９０度回転し（たとえば、図１１Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃ）、それにより、関連付けられた５７ｍｍの効果的な移動長さに沿っテーパイプから均一に抽出され、ビーム９５４として空中に射出され、そのビーム９５４は、次いで、光ガイドプレート１１２の入力面に入射する。これらの光フローは、図３０Ｂの拡大図にさらに詳細に示される。光フロー９５４は、光ガイドプレート１１２およびそこに取り付けられたファセット処理された光抽出フィルム１１４の中でさらなる全内部反射を受け、９０度回転し、プレートの実質的に正方形の光分配アパーチャ９５６を横切って均等に空中へと抽出され（図３０Ｃの斜視図によりはっきりと示される）、それにより、方向性出力照明９６０の光エンジンの実際の光源が提供される。

【0189】

図３０Ｂは、図３０Ａで参照される点線で囲まれた領域８９２のみの拡大斜視図であり、エンジンの３部品ＬＥＤ光エミッタサブシステム（例示的な４チップＬＥＤエミッタ９０４と、エタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ９０６と、ファセット処理された光抽出フィルム１０２とを有するテーパ状の光ガイドパイプ１００を備える）の重要なエレメントのより詳細な図を提供する。このＬＥＤエミッタの実施例では、２．１ｍｍ×２．１ｍｍパターンに配列された４つの１ｍｍの正方形チップ９６４が（チップを取り囲むより大きな誘電的に満たされているキャビティフレーム９６３の内側に）ある。その他のＬＥＤチップおよび封入する誘電体の組合せは、Ｏｓｒａｍの６チップＯＳＴＡＲ（商標）バージョンを含むこの設計の変形例によって容易に対応される。正の電極９６６および負の電極９６７は、図３０Ａに記載されるように、例示的な熱拡散円形プレート９２０およぼその例示的な電子回路エレメント９２１の中に設けられた適当な電子搬送部材に接続される。市販のＯＳＴＡＲ（商標）セラミックパッケージ９７０はＯｓｒａｍによって供給されるように六角形に成型され、本発明の薄さに関する要件によりよく適合するように、電気的に干渉することなく平行な表面９７１および９７２にトリミングされている。装着孔９７５は、低いプロファイルのなべ頭装着ねじ９１０〜９１１（いずれも図示されていない）を介して上に示されたように、ヒートシンク取付具に対して使用される。この例示的なＲＡＴ反射エレメント９０６は、正方形（または長方形）の断面をそれぞれが有する３つの連続するセクションを有する。この図に関してのみ配置される第１のセクション９７４は、４つのＯＳＴＡＲ（商標）チップをわずかに超える。本発明の典型的な実施では、このセクションは、機械的に許される程度に４つのＯＳＴＡＲ（商標）チップの近くに配置される。セクション９７４は、その入力開口でチップ群によって射出された実質的に全ての光を集光し、テーパ状の光ガイドパイプ１００の入力面（図示されていない）に対する入射角を最適化するために、その４つの反射性側壁のそれぞれが、正弦法の入力および出力境界条件によって指定されるように成型加工され、各経線における内部反射によって集められた角度分布を変換するように設計されている点でエタンデュ保存である。第２のセクション９７６および第３のセクション９７８は、機械的な装着および整列を容易にする１つの方法で、光ガイドパイプ１００の例示的な３ｍｍ×３ｍｍの入射面を取り囲む。セクション９７６もセクション９７８も任意の光学機能または特別な形状をもたず、無くすことはできない。

【0190】

最良の実施では、テーパ状の光ガイドパイプ１００は、射出成型される。この場合における全ての金型表面は、特徴のない磨き鏡面仕上げを施される。成型材料は、光学グレード、好ましくは光学グレードＰＭＭＡ（すなわちポリメチルメタクリレート）またはその固有のより高いバルク吸収損失を低減させるために取得可能な最も高い入手可能な光学グレードポリカーボネートのものである。それに加えて、光ガイドパイプ１００の角およびエッジは、粗くされたエッジからのまたは粗くされたエッジによる散乱損失を最小化するために、不要なＴＩＲ不良を最小化するために、かつ、ファセット処理された光抽出フィルム１１４とのエッジ対エッジの光学結合を最小化するために可能な限り鋭く作製されるべきである。ファセット処理された光抽出フィルム１１４は、前述したように、図１１Ａに示されるような薄い透明な光学結合媒質３２０（たとえば、感圧接着剤）によっテーパイプ１００の背面に取り付けられる。この形態では、光抽出ファセット３２２は、ＰＭＭＡまたはポリカーボネートのいずれかで（たとえば、エンボス加工、キャスティングまたは成型加工によって）作製され、次いで反射率の高いエンハンスドシルバー（またはアルミニウム）３４０で被覆される。

【0191】

図３０Ｃは、米国仮特許出願第６１／１０４，６０６号に本発明が記載されたように、図３０Ａの分解された詳細８９０に示された完全に構成された光エンジンの実施形態の完全に組み立てられた形態の斜視図を提供する。エンジン厚さ全体は、例示的なヒートシンクエレメント９０２の厚さおよび例示的な熱拡散円形プレート９２０の取付具と関連付けられる任意のさらなる正味の厚さによって予め決定される。展開するコリメートされたダウンライト照明は、実質的に正方形（または長方形）出力アパーチャ領域９３４全体から均等に投射する。

【0192】

図３０Ｄは、本発明の関連する幾何学形態を示し、金属被覆され、ファセット処理された層１０２を、（図８Ａに示されるような）平面リフレクタ２７４および１０４に類似しているがパイプ１００の正面をちょうど越えたところに配置される適宜異なる幾何学設計の被覆されていないファセットを有する（ファセットの頂点がパイプ表面に向かって面している）別個のファセット処理された光抽出エレメント１０３によって交換することできる。パイプ１００の内部光フロー９５２は、いずれの形態でも、パイプ自体からの連続する漏れを誘起し、このパイプは、使用されるファセット処理された光抽出フィルムのファセット３２２（図１１Ａ〜図１１Ｃ）との相互作用に対しテーパイプ１００の正面とほぼ垂直方向の連続する分散された出力光９５４を引き起こす。

【0193】

図３０Ｅは、光ガイドプレート１１２に適用される図３０Ｄの変形例を示す斜視図である。本発明のこの形態では、反射層９８０（２７４に類似している）は、光ガイドプレート１１２の上側表面に（またはそこからわずかに離隔して）配置され、別個のファセット処理された光抽出シート９８２（１０３に類似している）は、プレートの反対側の光出力表面を超えてすぐのところに配置される。この図は、光ガイドパイプ１００ではなく光ガイドプレート１１２に適用される図３０Ｄに例示されるような代替の光ガイド、抽出およびコリメーティング形態の変形例を示すために提供される。光ガイドパイプ１００および光抽出フィルム１０３で構成される例示的なコリメーティング光バーシステムの実施例（または、光ガイドパイプ１００および光抽出フィルム１１４で構成される、図３０Ｂに先に記載されたコリメーティング光バーシステムとは別の実施例）からの端面発光された出力光ビーム９５４は、光ガイドプレート１１２の入力エッジに入射し、プレートシステムを通過した結果として、コリメートされた出力ビーム９６０として出力アパーチャのほぼ全体にわたって抽出される。

【0194】

本発明のこの形態では、コリメートされた光（図示せず）は、テーパ状のプレート１１２およびミラー９８０からプレート９８０の下およびファセット処理されたフィルム９８
２の上の薄い空気領域へと（図７Ａ〜図７Ｃに前述されたように）斜めに抽出され、次いで、ファセット処理されたフィルム９８２を通過することによって出力ダウンライトとして再配向される。

【0195】

図３０Ｄに示された本発明の別の実施の形態は、ファセット処理されたフィルム９８２が取り除かれたときに生じる。これにより、図７Ｃに示される斜めに角度を付けられたポインティング方向を有するプレート１１２の表面全体から光のビームが発せられ、以下に詳細に示される有用な挙動につながる。

【0196】

（図１Ａ〜図１Ｄ、図３Ａ〜図３Ｅ、図４、図１６Ａ〜図１６Ｂ、図２６および図２８に記載されたような）図３０Ａ〜図３０Ｄに例示された本発明の一般的な形態は、完全にコリメートされた出力照明を生成するように、受光した光のコリメーションを保存するように配備されたテーパ状の光ガイドプレートのエッジを横切る入力としてその光を提示し、その直交する経線で同じ光をコリメートしながら、ＬＥＤ入力光を１本の経線でコリメートするためのテーパ状の光ガイドパイプ１００を採用する。

【0197】

本発明の代替形態を図２Ａ〜図２Ｅで紹介したが、テーパ状の光ガイドパイプ１００および関連付けられるエレメントをリフレクタベースの代替物と交換している。１つまたは複数のエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタの線形アレイは、完全にコリメートされた出力照明を生成するように、受光した光のリフレクタベースのコリメーションを保存するように構成されたテーパ状の光ガイドプレート１１２のエッジを横切る入力としてその光を提示しながら、その直交する経線で同じ光をコリメートしながら、１本の経線でＬＥＤ入力光をコリメートするように構成された。

【0198】

図３１Ａ〜図３１Ｄは、この形態の本発明の実用的な実装形態を示す。

【0199】

図３１Ａは、光ガイドプレートに入力された部分的にコリメートされた光を提供するこのエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタベースの手段に基づく本発明の完全に構成されたマルチエミッタ光エンジンの実施形態に関する、実用的なシングルエミッタセグメント９９８（図２Ａの一般的な実施例に従う）の分解上側斜視図を提供する。この実施形態の実施例は、上述されたように同じ六角形の基板に装着され、同じく上述された方法で長方形にトリミングされたＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって製造される６チップＬＥＤエミッタ１０００、たとえば、モデルＬＥ ＣＷ Ｅ３Ａの使用を示す。これに続く諸実施例におけるＬＥＤエミッタ１０００は、前述のように示されるものとは異なる発光表面の形態を有することができる。かかる異なる発光表面は、ＬＥＤチップの周りの透明な封入材料に結合する第２の光学部品、たとえば、ＯＳＲＡＭおよび多くのその他のＬＥＤ製造業者によって通常は提供されるもののようなドームレンズとすることができる。その他の変形例は、数が多すぎて例示できないが、本発明の実施を引き立たせるものに過ぎない。

【0200】

この図において、ＬＥＤエミッタ１０００は、図３０Ａに示されたように、２本のなべ頭ねじ９１０および９１１を使用して例示的なヒートシンクエレメント１００２に取り付けられる。ヒートシンク１００２の形態は、熱抽出フィン間を通過する周囲空気による効率的な熱除去のための熱抽出フィン１００３の１つの可能な構成を示す。ヒートシンク１００２は、たとえば、光エンジンの上側全体におよび／または光エンジンの側部に沿って拡散させることを含む、ＬＥＤエミッタ１０００からの効果的な熱抽出のために設計された任意の構成を有することができる（効果的な熱抽出ＬＥＤ性能を改善する）。ＬＥＤエミッタ１０００の６つのチップからの広角発光は、エタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１００４の同様にサイズ設計された入力アパーチャによって集光される。ＲＡＴリフレクタ１００４は、本実施例では、４つの主要部分（２つの同一の側部エレメント１００６および１００８の高度に磨かれた側壁ミラー１０１０および１０１２は、リフレクタの４つの側部を有する長方形の断面の対向する２つの側部を形成し、２つの同一の頂部エレメント１０１６および底部エレメント１０１４の高度に磨かれた反射表面１０１８および１０２０は、４つの側面を有するリフレクタの長方形の断面を完成させる）に構築される。ＲＡＴリフレクタ１００４の４つの構成部分は、接着材によって取り付けてもよく、一緒に溶接またははんだ付けしてもよく、また例示されるように、頂部部分１０１６に作製された貫通孔を通り、底部部分１０１４のそれに対応するねじ穴によって受けられる凹ねじ１０２２〜１０２５を使用して一緒にボルト留めしてもよい。４つのより高い精度のダウエルピン１０２８〜１０３１（１０２８のみ符号が付されている）は、リフレクタアライメントをさらに正確にするために使用される。次いで、ＲＡＴリフレクタ１００４の長方形の出力アパーチャとテーパ状の光ガイドプレート１０３４の入力エッジとの間の適切なアライメントを確保する１つの方法が、リフレクタ懸垂部分１０３６および１０３８、反射性把持プレート１０４０および１０４２、ならびに、ねじ穴１０４８および１０５０を介して把持プレート１０４２（およびそれによって光ガイドプレート１０３４）に十分な保持圧力を加える止めねじ１０４４および１０４６を加えることによって、本実施例に例示される。

【0201】

図３１Ａの例示では、光ガイドプレート１０３４はプレート１１２に類似しているが、この場合には、ＲＡＴリフレクタ１００４の出力アパーチャのサイズに合うように長さよりも幅の方が狭く作製され、ＲＡＴリフレクタからの光ガイドプレートへの十分な光パワー伝達が可能になり、さらに、（ＸＹ経線でＲＡＴによって射出される光の錐の外側に暗帯域を有するより広いプレートと比べて）均一なプレート光抽出が可能になる。図３１Ａの実施例は、光ガイドプレート１０３４の上面に記載された方法で取り付けられたファセット処理された光抽出フィルム１０３５（１１４に設計が類似している）を示す。代替的には、図３０Ｄの光学抽出形態に示されるように、ファセット処理されたフィルム１０３５は、平面ミラーによって交換することができ、９８２に類似する別のファセット処理されたフィルムは、代わりに、光ガイドプレート１０３４の出力平面１０５２のすぐ下に配置することができる。

【0202】

図３１Ｂは、図３１Ａに分解して示された実用的な光エンジンの実施例の組み立てられたバージョンの斜視図である。例示的なＲＡＴリフレクタ１００４は、点線１０５４および１０５６に沿って組み立てられる。ＬＥＤエミッタ１０００が取り付けられたヒートシンク１００２は、たとえば、２つの対角線上に配置された（図示された）取付ねじ１０５８および（隠れた）取付ねじ１０６０を使用して、ＲＡＴリフレクタ１００４にボルト留めされる。正および負のＤＣ供給電圧がＬＥＤエミッタ１０００の正および負の端子ワイヤ１０６２に印加されると、光フローは、ＬＥＤエミッタ１０００から、ＲＡＴリフレクタ１００４を介して、光ガイドプレート１０３４内を通過すると説明され、ダブルコリメートされた出力ビーム１０６４（図２Ａに示されるようなダブルコリメートされたファーフィールド照明１０に類似している）になる。この時、ＺＸ−経線における角度範囲＋／−θ_Xは、テーパ状の光ガイドプレート１０３４のコリメーティング特性（およびファセット処理された光抽出フィルム１０３によって課される任意の補助的な特性）によって設定され、ＺＹ−経線における角度範囲＋／−θ_Yは、ＸＹ平面の出力アパーチャによって立証されるエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ１００４のコリメーティング特性によって設定される。

【0203】

本実施例では、ＲＡＴリフレクタ１００４は、Ｚ軸６方向に約２．２ｍｍ、Ｙ軸５方向に３．６ｍｍの入力アパーチャを有する６チップＯｓｒａｍ ＯＳＴＡＲ（商標）モデルＬＥ ＣＷ Ｅ３Ａの寸法に合わせられている。光ガイドプレート１０３４の幅１０６８にさらに合わせられるＲＡＴリフレクタの出力アパーチャ幅を駆動する３．６ｍｍの入力アパーチャ寸法であり、所望される角度範囲７１を達成するために使用される。

【0204】

図３１Ｃは、ＬＥＤエミッタ１０００、ＲＡＴリフレクタ１００４および光ガイドプレート１０３４を合わせることに関する基礎的な位置関係のより明瞭な記載を提供する概略上面図である。図３１Ｃは、ＬＥＤエミッタ１０００と一緒に図３１Ａ〜図３１Ｂに示される角度変形リフレクタ構成の概略上部断面図である。この図において、リフレクタの頂部エレメント１０１６（およびその例示的な取付ねじ１０２２〜１０２５）は、数式１０および１１（反射エレメントの入力アパーチャ幅１０７０（ｄ₁）、その理想的な出力アパーチャ幅（Ｄ₁）、その理想的な長さ（Ｌ₁）およびその理想的な出力角度度範囲（＋／−θ₁）に関する）によって制御される基礎的な位置関係を明らかにするために取り除かれている。ここで、＋／−θ₀は、例示的なＬＥＤエミッタ１０００におけるＬＥＤの６つのチップ１０７１の群の効果的な角度範囲（効果的には＋／−９０度）である。同様の関係、数式１２および１３は、直交する経線の理想的な幾何学形状ｄ₂、Ｄ₂、Ｌ₂およびθ₂を決定するが、視覚的には示されていない。この場合、θ₁はθ_Xを表し、θ₂はθ_Yを相互交換可能に表す。図３１Ｃに示されるようなリフレクタセクション１０７４の対称的に設けられたリフレクタ曲線１０７２および１０７３は、それらの曲率が、あらゆる点において、数式１０および１１によって求められる境界条件を満たす点で理想的である。セクション１０７４は、別の理想的なリフレクタ長さＬ₁の初期長さ１０７６（Ｌ₁₁）のみを示す。初期長さＬ₁₁は、ｆが典型的には０．５よりも大きい少数設計値（たとえば、この例示的な実施例ではｆ＝０．６２）である場合に、ｆ Ｌ₁と表される。
ｄ₁・Ｓｉｎθ₀＝Ｄ₁・Ｓｉｎθ₁ （１０）
Ｌ₁＝０．５（ｄ₁＋Ｄ₁）／Ｔａｎθ₁ （１１）
ｄ₂・Ｓｉｎθ₀＝Ｄ₂・Ｓｉｎθ₂ （１２）
Ｌ₂＝０．５（ｄ₂＋Ｄ₂）／Ｔａｎθ₂ （１３）

【0205】

特に本発明にしたがって使用されるＬＥＤ光エミッタの場合、θ₀は約９０度であるが、実際には合理的な推定値であることが多い。理想的なリフレクタ長さＬ１およびＬ２は、この場合には数式１４および１５に示されるように、より簡潔に表すことができる。
Ｌ₁＝０．５ｄ₁（Ｓｉｎθ₁＋１）／（Ｓｉｎθ₁Ｔａｎθ₁） （１４）
Ｌ₂＝０．５ｄ₂（Ｓｉｎθ₂＋１）／（Ｓｉｎθ₂・Ｔａｎθ₂） （１５）

【0206】

この特定のリフレクタ供給光エンジンの実施例の独特な設計属性は、各出力経線における出力照明１０６４の角度範囲（＋／−θ₁および＋／−θ₂）が互いに完全に独立していることである。図３１Ｃ（すなわち経線１）に配備されるリフレクタの幾何学形状は、その１本の経線においてのみエンジンの出力角度度範囲（＋／−θ₁または＋／−θ₁₁）を決定する。その他の経線におけるエンジンの出力角度度範囲（＋／−θ₂）は、実質的には、テーパ状の光ガイドプレート１０３４および関連付けられる処理されたフィルムシート１０３５）の（独立した）挙動によって決定される。

【0207】

Ｏｓｒａｍの３インライン１ｍｍＬＥＤチップのサイズ、間隔および周囲のキャビティによって設定されるようなｄ₁＝３．６ｍｍ、設計選択によって設定される＋／−θ₁＝＋／−１０．５度の例示的な６チップＯｓｒａｍのＬＥＤエミッタ１０００に合わせると、Ｄ₁は、この場合、（数式１０から）約３．６／Ｓｉｎ（１０．５）＝１９．７５ｍｍになり、これらの条件に関連付けられる理想的なリフレクタ長さＬ₁は、（数式１１から）０．５（３．６＋１９．７５）／Ｔａｎ（１０．５）＝６３．０ｍｍになる。１０．５度の選択は例示的なものに過ぎない。多くのその他の実用的な設計角度が選択され、１０．５度より大きい角度が最も効率的である。

【0208】

光学的光線追跡シミュレーション（アリゾナ州所在のＢｒｅａｕｌｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｃｓｏｎによって製造される市販の光線追跡ソフトウェア製品ＡＳＡＰ（商標）Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｐｒｏｇｒａｍ、バージョン２００６および２００８を使用する）は、このタイプの理想的なリフレクタ（正弦方程式１０〜１３によって決定される）は、それらの効果的な角度変形効率（または出力ビーム品質）においてかなりの犠牲を払うことなく、それらの理想からの長さＬ₁に縮小することを示した。そして、好ましくは前述したような角拡散出力アパーチャフィルム（たとえば、図２４Ａ〜図２４Ｇおよび図２５に示された放物線レンチキュラーレンズシート）を配備するこの光分配エンジンの構成で使用するときには、理想的な寸法からの設計におけるこのような偏差に対する許容度は重要でなくなる。したがって、本実施例では、エタンデュ保存ＲＡＴリフレクタユニット（１００４）は、長さが（図３１Ｃに示されるように）全長Ｌ₁₁に対して３８％短くなり、３９ｍｍとなる。その結果、例示的なＬＥＤ入力光線１０８０は、リフレクタ曲線１０７３から点１０８２で反射し、対称的に設けられたリフレクタ曲線１０７２に点１０８４で当たり、理想的には、ＬＥＤ光エミッタ１０００の出力光線１０８６としてさらに反射することなく外向きに反射し、リフレクタ軸線１０９０と意図された出力角度θ₁（１０８８）を作る。

【0209】

図３１Ｃの実施例に示されたリフレクタ長さの短縮を用いて許容された理想性からの小さな偏差は、ＬＥＤ入力光線セグメント１０９２とＬＥＤ入力光線セグメント１０９４（点線）との間の軌跡差によって示される。光線１０９２の軌跡（軸線１０８８との角θ₁）は、本実施例においては、幾何学形状によって、Ｔａｎθ₁＝（Ｄ₁／２）／Ｌ₁が選択により１０．５度に設定されるように、理想的な（エタンデュ保存）リフレクタの長さＬ₁および理想的な出力アパーチャの幅Ｄ₁によって求められる。しかしながら、光線１０９４の偏差した軌跡は短縮された長さ１０７４（Ｌ₁₁）によって設定され、比例して短縮された出力アパーチャ幅１０９６（Ｄ₁₁）はＴａｎθ₁₁＝（Ｄ₁₁／２）／Ｌ₁₁に設定される。この実施例では、Ｌ₁₁＝３９ｍｍ、Ｄ₁₁＝１８．７５ｍｍであり、それによりθ₁₁＝１３．５度であるが、小程度の角度偏差に過ぎず、本発明の最も商業的な照明装置にとっては重要でない。さらに、このように偏差する全光線の画分に過ぎず、かなりの画分が理想的な出力範囲＋／−θ₁内に残っている。

【0210】

この形態の（図２Ａ〜図２Ｅおよび図３１Ａ〜図３１Ｂに示される）薄型プロファイルのリフレクタ供給光エンジンを使用するより鋭いカットオフ角照明が必要なときはいつでも、切り欠きの度合いの低いリフレクタを採用することができる。

【0211】

直交する経線（＋／−θ₂）におけるＲＡＴリフレクタの設計は、光ガイドプレート１０３４およびそれに関連付けられたファセット処理された光抽出フィルム１０３５）の対応する入射面への最適な結合効率のために光を故意に予め調整するようになされる。前述したようなこの目的のための好ましい角度条件（たとえば、図３Ｄ〜図３Ｅおよび図５Ａ〜図５Ｃ）は、光学グレードが最も高い透過性プラスチックまたはガラスで作製された３度のテーパ角度を有する３ｍｍ厚のテーパ状の光ガイドプレート１１２については、＋／−５０度および＋／−５５度（空中で）である。

【0212】

図３２Ａは、先の図２Ａ〜図２Ｅおよび図３１Ａ〜図３１Ｃの一般的な紹介に従う本発明のマルチエミッタの実施形態の簡略化された実施例を示す。ヒートシンク、ＬＥＤエミッタの電気的相互接続基板ならびに各光エンジンセグメントを隣接するセグメントおよび関連付けられた光ガイドプレート１０３４に取り付ける手段に関連する実際のパッケージの詳細は、視覚的に明瞭にするためにこの実施例では省略されている。この特定の実施例は、互いに連結して単一の入力源１０９８を形成するように示された、図３Ａ〜図３Ｂ、図４、図２６および図２８に先に示された同じタイプのテーパ状の光ガイドプレート１１２または１０３４への７つの入力射出チャネルを配備する。７つの別個の入力反射エレメントを覆う上部リフレクタシートも、視覚的に簡潔にするために取り除かれている。本実施例の場合、動作可能なＲＡＴリフレクタは、図３０Ａの実施例で使用されたような４チップＯｓｒａｍ ＯＳＴＡＲ（商標）モデルＬＥ Ｗ Ｅ２Ａと合わせられている。図３１Ｃの対応する入力アパーチャ１０７０は２．２ｍｍである。ＬＥＤエミッタ９０４の４チップフレーム部分９６４（図３０Ｂおよび図３０Ｄで先に参照されたような）のみが、さらに視覚的に明瞭にするためにこの図には示されている。図３１Ｃに示される、関連付けられたＲＡＴリフレクタの設計角θ₁は、本実施例でより広く＋／−１５度になされ、図３１Ｃに適用されたリフレクタ長さの切り捨てのない対応する出力アパーチャのサイズＤ₁は、数式１０により、（プレートシステムの入力エッジ、またシステムのＹ軸５に沿って）（２．２）／Ｓｉｎ（１５）または８．５ｍｍとなる。リフレクタ側壁（図３１Ｃの実施例に示される１０１４および１０１６）の直交する対は、＋／−９０度の入力光を、使用されている４チップＬＥＤエミッタから、光ガイドプレート１０３４には好ましいシステムのＸＺ経線におけるより狭い角度範囲（たとえば、＋／−５２．６度）に変換する。７つのかかるエミッタとリフレクタの組合せが図３２Ａに示されるように互いに隣接して（または、ほぼ隣接して）配置されるときには、システムＹ軸５に沿って占める集合的な長さは、最小値の５９．５ｍｍである。この幅に効率よく合わせるためには、システムのＹ軸５に沿った幅が少なくとも５９．５ｍｍである光ガイドプレート１０３４を使用する必要がある。

【0213】

より高いルーメンレベルを必要とするこれらの照明応用例については、この部分配列型入力エンジン１０９８が特に有用である。示された７エミッタの実施例は、先に図示されたシングルエミッタの実施形態とほぼ同じくらいの薄さである。この形態の１つの利点は、７つの別個のＬＥＤエミッタを用いると、集合的なエンジンが使用される各ＬＥＤエミッタにより供給される正味のルーメンの最大７倍まで供給できることである。チップＬＥＤエミッタの全射出ルーメン出力が、たとえば４００ルーメンとすると、各ＲＡＴリフレクタセグメントの正味のスループット効率（９３％）およびテーパ状の光ガイドプレート１０３４の正味のスループット効率（８６％）、次いで薄型照明システム１に対する全ルーメンファーフィールド出力は、（７）（４００）（０．９３）（．８６）または２，２４０ルーメンとなる。

【0214】

マルチエミッタシステムの別の利点は、１エミッタシステムと同じルーメンをより低い動作電流で達成できることであり、その結果、ＬＥＤは一般的に、より低い電流のより高い効率を動作させることに起因して、より高いパワー効率（ルーメン／ワット）動作となる。またこれにより、ＬＥＤはより低い電流で動作すると劣化速度がより遅くなることに起因して、システムの寿命を改善することができる。さらに、マルチエミッタシステムにおいては、（プレート全体にわたる均一な射出が必要とされない限り）全体を通していくつかのＬＥＤをいくらかの周期にわたって省略することができ、それにより、将来使用するためにそれらを保管して、システム全体の寿命をさらに増やすことができる。１つの単純な実施例として、１つのＬＥＤが応用例に対して十分なルーメンを生成できる照明応用例において７エミッタシステムを使用することによって、その他の６つのＬＥＤを省略し、各ＬＥＤが故障した際に順々に使用し、効果的にもシステムの寿命を７００％増やすことができる。別のＬＥＤが徐々に故障していく際に１つのＬＥＤを徐々に点けることによって、性能一貫性を達成することができる。

【0215】

マルチエミッタシステムのさらに別の利点は、調光レベル全体の範囲がより広いことである。また、異なる色のＬＥＤを使用することによって、色および色混合オプション全体の範囲をより広くすることができる。

【0216】

図３２Ｂは、上部リフレクタ１１０８が追加された図３０Ａのシステムの斜視図を示し、また、関連する設計パラメータに関するシステムの現実的にコンピュータでシミュレーションされた出力ビームプロファイルの実施例を含む。本発明のこのより高い出力実施形態によって発展されたファーフィールド出力１１１０の正味の遠画角度分布は、＋／−１５度×＋／−５度であり、先の照明システムの実施形態について分かるものと同じ長方形フィールドパターン特性を有する。

【0217】

本発明の数多くの実用的な形態を、図２Ａに最初に全体的に示される基本的なシングルエミッタエンジンセグメントの様々なグループとして、次いで、図３１Ｂのより詳細なセグメント１０３７として発展させることができる。エンジンのグループのいくつかの例示的な実施形態が図３３Ａ〜図３３Ｃに示される。

【0218】

図３３Ａは、図３１Ｂに示されたエミッタ−リフレクタ−光ガイドプレートの薄型照明システムの発明の変形例の２つの横に並んだダウン照明エンジンセグメント１０３７の上側斜視図を示す。

【0219】

フレーム１１２０が、光ガイドプレート１０３４および関連付けられた光抽出フィルム１０３４に関するセキュアパッケージとして、ならびに、図示されていない任意の光成型フィルムとして加えられる。ファーフィールド照明の均一性は、光ガイドプレートアパーチャの枠組みにより影響を受けない。本実施例では、枠組み幅１１２２は任意に作製された３ｍｍであるが、所望に応じてそれ以上でもそれ以下でもよい。この図における透明な照明アパーチャは、約５７ｍｍ×１８．７５ｍｍである。例示的なヒートシンクエレメント１００２はそれぞれ、それらに取り付けられた各ＬＥＤエミッタ１０００を超えて２４．３５ｍｍ延びるが、その他の構成では、より長く延び、ならびに／あるいは、エンジンの上部および／またはその側部全体にわたることができる。このエンジンの実施例の端から端までの全長は約１２８ｍｍであり、２エンジン外側全幅は４９．５４ｍｍである。この実施例の最大厚さ１５ｍｍは、使用される（図示されるように１５ｍｍにスライスされた）Ｏｓｒａｍ ＯＳＴＡＲ（商標）セラミック基板の機械的設計によって制限される。

【0220】

実際のプロトタイプエンジンはまさにこの設計に製造され、それらの測定された基礎的性能は、上述した顕著なパラメータを使用して、スループット効率およびコンピュータシミュレーションによって作製されたファーフィールドビームプロファイルの性能予測と密接に合致する。

【0221】

図３３Ｂは、図３１Ｂに示されたミッタ−リフレクタ−光ガイドプレートの薄型照明システムの変形例の２つの直線上に並んだダウン照明エンジンセグメントの上側斜視図を示す。

【0222】

図３３Ｃは、図３１Ｂに示されたミッタ−リフレクタ−光ガイドプレートの薄型照明システムの変形例の２つの向かい合って並んだ２エンジンセグメント１０３７の上側斜視図を示す。

【0223】

多くのその他の組合せおよび変形例は、本発明の実施において等しく可能である。また、複数のエンジン（図３１〜図３３に示されるエンジンタイプか先に示されたエンジンタイプかどうかにかかわらず）の組合せにより、様々なポインティング方向および角度範囲など、シングルシステム内の様々な機能が可能になる。たとえば、エンジンのうち１つは、壁に向かって光を向けることができ、もう１つは光を下向きに向けることができる。別のの実施例として、１つのエンジンは、＋／−５度の正方錐内に光を投射することができ、もう１つは、＋／−２０度の錐内に光を投射することができる。多くの多機能の組合せおよび変形例を従来も今後も想像できる。いくつかは、関連する米国仮特許出願第６１／１０４，６０６号に記載されている。

【0224】

本明細書の本薄型照明システムの発明の全ての実施例で使用される光ガイドプレート１１２および１０３４は、１本のデカルト軸（たとえば、Ｙ軸５）に沿って線形に突出しているテーパ状の断面を共有する。関連付けられるファセット処理された光抽出フィルムは、図１１Ａに示された光ガイドプレートのテーパ状の断面の１つの側部に取り付けられるか、図３０Ｄの斜視図に示された光ガイドプレートのテーパ状の断面からわずかに離隔した別個のファセット処理されたエレメントであるかにかかわらず、同じデカルト軸（たとえば、Ｙ軸５）に沿って線形に突出している。両方の場合、突出軸に沿って断面が一定となる結果となる。

【0225】

図３４Ａは、テーパ状の光ガイドプレート（１１２および１０３４）の直線的な突出に関する全域境界条件の概略斜視図であり、プロトタイプのテーパ状の断面１１２８に対する法線であるベクトル１１３０は、例示的にはシステムのＹ軸５に平行な真っすぐの軸方向突出線１１３２を辿る。このような線形に突出したプレートは、図３Ａ〜図３Ｂ、図５Ａ、図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｄ、図９、図１１Ａ、図１２Ｂ〜図１２Ｅ、図１３Ａ〜図１３Ｃ、図１６Ｂ、図２６、図２８、図３０Ａ、図３０Ｅ、図３１Ａ〜図３１Ｂ、図３２Ａ〜図３２Ｂよび図３３Ａ〜図３３Ｃの実施例で使用される。断面の形状および寸法は、断面１１３４〜１１４０を参照して示されるように一定に保たれる。突出して境界表面１１４２は、突出した光ガイドプレートの光入力平面または面になる。線１１４４は、テーパ状の光ガイドプレートの数学的に理想的なナイフエッジである。実用的な製造において、実際のナイフエッジは、図５Ａに示されたように推定される。

【0226】

図３４Ｂは、図３４Ａの線形境界条件が、図３Ａ〜図３Ｂ、図４、図２６、図２８、図３０Ａ、図３０Ｄ、図３１Ａ、図３１Ｄ、図３２Ａ〜図３２Ｂおよび図３３Ａ〜図３３Ｃに記載されたように、本発明の線形に突出したファセット処理された光抽出フィルムも形成することを概略断面図で示す。プロトタイプのファセット断面１１４６は、線形に突出したテーパ状の光ガイドプレートについて図３４Ａに示されるように、真っすぐな軸方向突出線１１３２に沿った突出と同じ方向ベクトル１１３０を辿る。

【0227】

本発明における有用な光ガイドプレートならびにファセット処理された光抽出フィルム（およびプレートとフィルムを一緒に結合させる手段）のうち全てが線形に突出するわけではない。半径方向に突出した光ガイドプレートおよび半径方向にファセット処理された光抽出フィルムにより、薄型照明システムの発明の円形のならびに代替的には正方形および長方形の形態が可能になる。これらの放射状に突出した形態において、１つまたは複数のＬＥＤエミッタからの入力光は、直線的な光ガイドのエッジではなく、円筒形の光ガイドのエッジに適用される。

【0228】

図３４Ｃは、本発明におけるディスク型のテーパ状の光ガイドプレートを形成するために半径方向に制限された突出の基本的な実行を概略斜視図で示す。プロトタイプのテーパ状の断面１１２８は、断面の効果的な方向ベクトル１１５０が円形のガイドパス１１５２を辿るように、（システムＺ軸６と平行に延びる）軸線１１４８を中心にして突出する。この一定の断面光ガイド固体プレートが発展するについて、筒形の境界表面１１５４が中心に形成され、数学的に理想的な円形のナイフエッジ１１５６が周囲に形成される。

【0229】

図３４Ｄは、図３４Ｃに示された半径方向の突出を実行する結果として得られる円形のテーパ状の断面光ガイドプレート１１６０を概略斜視図で示す。

【0230】

図３４Ｅは、本発明にしたがって半径方向にファセット処理された光抽出フィルム１１６６を形成するために、軸線１１４８および円形のガイドパス１１５２を中心として掃引するファセット処理された断面１１６２および断面法線１１６４に関する対応する半径方向の突出プロセスを示す概略斜視図である。中心孔１１６８により、上述のエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタ（または機能的に等価な光学部品）から導かれるＬＥＤエミッタおよび対応する光リフレクタを容易に取り込むことができるようになる。

【0231】

図３４Ｆは、図３４Ｅに示された半径方向の突出の実行の結果として得られる半径方向光抽出フィルム１１６６を示す上側概略斜視図である。中心孔１１６８により、上述のエタンデュ保存ＲＡＴリフレクタから導かれるＬＥＤエミッタおよび対応する光リフレクタを容易に組み込むことができるようになる。

【0232】

図３５Ａは、本発明の１つのさらなる形態にしたがって組み合わせた図３４Ｅの半径方向にファセット処理された光抽出フィルム１１６６および図３４Ｄの円形の光ガイドプレート１１６０を示す断面斜視図である。円筒形の境界表面１１５４に入射する光は、プレート１１６０の本体を通って半径方向に進み、図１１Ａ〜図１１Ｃの同様の断面でちょうどそうしたように、各断面で半径方向にファセット処理された光抽出フィルム１１６６と相互作用し、システムのＺ軸６に沿った円形プレートの障害のない表面１１５７から、等しくよくコリメートされた照明として出力される。層１１７２は、たとえば図３Ｂに示されたような光学結合接着剤１１８または図１１Ｃ〜図１１Ｄに示された３２０の機能的等価物である。本発明のこの実施例では、ファセット処理された光抽出フィルム１６６は、便宜上、テーパ状の光ガイドプレート１１６０の平面（または平坦な）側部に取り付けられている。性能損失なくその他の側部に取り付けてもよい。

【0233】

図３５Ｂは、図３５Ａの半径方向光ガイドシステム１１７０を有する（図３１Ａに示したような）例示的なＬＥＤエミッタ１０００の実用的な組合せの一実施例の内側の詳細を示す断面斜視図である。図３１Ａ〜図３１Ｂの線形光ガイドシステムの実施形態は、ＬＥＤエミッタ１０００から線形光ガイドプレート１０３４への光結合手段として、エタンデュ保存ＲＡＴリフレクタを使用した。線形に突出したＲＡＴリフレクタ１００４の１つの側部を有する半径方向に対称的な等価物は、半径方向に対称的な（角度変形）リフレクタ１１７４である。Ｏｓｒａｍの６チップＯＳＴＡＲ（商標）モデルＬＥ ＣＷ Ｅ３Ａのパッケージは、１つの側部を有するリフレクタを使用することを必要とする。リフレクタ１１７４の側壁曲率１１７８は、ＲＡＴリフレクタ１００４の曲率のように、エタンデュ保存数式１０〜１５の境界条件によって駆動され、それにより図３１Ｃに示されるように、ＲＡＴリフレクタ１００４の線形に突出した側壁形状に関連する。リフレクタ１１７４の形状は、一般的な形態を例示することを意味し、様々な金属の形態、金属被覆された誘電材の形態および全内的反射性の誘電材形態で実施することができる。同様に、テーパ状の光ガイドプレート１０３４の平面円筒形の入力面１１５４も、一実施例に過ぎない。いくつかの状況では、好ましくは湾曲させるまたはファセット処理することが好ましく、その結果、テーパ状の平面を入力面１１５４に最も近い形状に変えてもよい。

【0234】

図３５Ｃは、薄型エミッタ-リフレクタ−光ガイドプレート照明システムのこの例示的な放射状形態の光入力領域のより細かな詳細を示す図３５Ｂの断面の拡大図１１８０である。光伝達および光抽出のプロセスは、先に説明した（たとえば、図１１Ａ〜図１１Ｃおよび図１２Ｂ）。またこのプロセスは、各半径方向断面が図１１Ａの半径方向断面のままであるとき、修正することなく放射状形態に適用する。便宜上、いくつかの例示的な光線１１８１〜１１８７が断面平面に示されている。ＤＣ動作電圧がＬＥＤエミッタ１０００の端子１０６２に印加されると、光線１１８１は、エミッタの６つのＬＥＤチップのうち１つから外向きに射出される。この例示的な光線は、ＲＡＴリフレクタ１００４がそうしたように半径方向角度変形リフレクタ１１７４の反射側壁曲率１１７８に当たり、光線１１８１を光線１１８２として光ガイドプレート１１６０の円筒形の入射面１１５４に向かって再配向する。半径方向変形リフレクタ１１７４は、１１７８とは異なる表面曲率の円形の対称リフレクタのうち１つまたは複数、セグメント化された表面を有する１つまたは複数の円形の対称リフレクタ、レンズ、レンズ群、屈折リフレクタ、光パイプセクション、ホログラム、回折フィルム、反射性偏光フィルムおよび蛍光性樹脂を含むその他の機能的に類似する結合光学部品と交換することができる。さらに、ＬＥＤエミッタ１０００は、隆起した蛍光体、隆起した透明の封入材料、マイクロ構造の外側表面を有する隆起した蛍光または透明の封入材料、あるいは、マクロ構造の表面を有する隆起した蛍光または透明の封入材料などの示されたもの（ＬＥＤチップを取り囲む透明な封入材料の平坦な外側表面である示された発光表面）とは異なる発光表面の形態を有し、前記の異なる形態により、リフレクタ１１７４またはその結合光学部品の等価物による全射出光および／または効率的な光収集をより多くすることができる。また、そのような異なる発光表面は、たとえば、（上述したような）ＯＳＲＡＭおよび多くのその他のＬＥＤ製造業者によって通常提供されるもののようなドームレンズなどのＬＥＤチップの周りの透明な封入材料結合された第２の光学部品とすることができる。

【0235】

入射すると、例示的な光線１１８２は伝播する光線１１８３となり、次いで、図１１Ａの光線路３３０〜３３２〜３３４〜３３６と同様の光線路を有する伝播する光線１１８４は、抽出された出力光線１１８５を生成する（テーパ状の光ガイドプレート１１６０からプレートの外側表面１１５７状の点１１９０で空中に逃げる。残りの光エネルギーは、例示的な光線セグメント１１８６および１１８７として、全内部反射によりテーパ状の光ガイドプレート１０６０内に伝播し続ける。

【0236】

図３６Ａは、図３５Ａの薄型エミッタ−リフレクタ−光ガイドプレート照明システム１のエレメントの内側の詳細を明らかにする部分断面斜視図であるが、かかる構成で有用な半径方向熱抽出エレメント１１９２の１つのタイプの実施例もともに示す。半径方向熱抽出エレメント１１９２の厚さ１１９４は例示的な意味に過ぎず、ＬＥＤエミッタ１０００の動作ワット数、シンクおよびエミッタ基板が熱的に取り付けられる効率、シンク材料、周囲空気流の運動力学ならびに抽出エレメントの熱的設計の詳細に依存する。本発明のこの特定の光エンジンの実施例の直径１１９６は、従来の円形電球に共通の直径である９５．２５ｍｍ（３．７５インチ）に選択される。この実施例の中心の結合直径１１９８（７．２ｍｍ）は、実施例で使用される６チップＯｓｒａｍ ＯＳＴＡＲ（商標）モデルＬＥ ＣＷ Ｅ３Ａの特性に合わせられ、その他のＬＥＤエミッタ設計および構成とともにより小さくまたはより大きく作製してもよい。

【0237】

図３６Ｂは、図３６Ａに表される例示的な光エンジンの実施形態の概略斜視図であり、図３６Ａの断面の詳細はなく、ダウンライト配向である。この斜視図により、ＬＥＤエミッタ１０００の内部端末１０６２ならびに関連付けられた電気的連結ピン１２０２および１２０３との電気的接続のために絶縁された管状の電気導管１２００を提供する例示的な手段が明らかになる。環状導管１２００は、実質的に中空とすることができ、熱抽出エレメントの一体部品とすることができる。

【0238】

図３６Ｃは、図３５Ａ〜図３５Ｃおよび図３６Ａ〜３６Ｂの例示的な光エンジンの実施形態を示す図３６Ｂと同様の概略斜視図であり、本質的によくコリメートされたファーフィールド出力照明１２０６である。この設計のコンピュータによる光線追跡シミュレーションは、角度範囲１２１０（＋／−θ_c）が約＋／−６度（ＦＷＨＭ）であり、ソフトハロが約＋／−９度であるファーフィールドにおける円形のビームプロファイル１２０８を示す。

【0239】

図３６Ｄは、放物線レンチキュラーフィルムシート（１２１２および１２１３）とそれを保持するための円形フレーム１２１４を追加した図３６Ｂに表される光エンジンの分解斜視図である。放物線レンチキュラーレンズシート１２１２および１２１３は、前述の同じ直交する角度変更エレメント（たとえば、フィルムエレメント８７４および８７５、図２８）であり、各フィルムシート１２１２および１２１３の微小凸レンズは、好ましくは光エンジンの出力表面１１５７に向かって面する。円形フレーム１２１４が、２枚のシートを保持するために追加される。この実施例では、線形に突出したフィルムシート１２１２および１２１３は、一番最初に取り付けるために円形ディスク中に切り取られている。

【0240】

図３６Ｅは、図３６Ｄの薄型システム１の分解されていない図を示す。

【0241】

図３６Ｆは、図３６Ｃと同様の概略斜視図であるが、図３６Ｅに示される薄型照明システム１の非対称に広げられたファーフィールド出力照明１２２０を示す。この設計のコンピュータによる光線追跡シミュレーションにより、この実施例において、それぞれが故意に異なる角度変更特性（一方は元々の＋／−６度の照明をＺＸ経線で＋／−３０度に広げ、他方は＋／−６度の照明を直交するＺＹ経線で＋／−１５度だけ広げる）を有する本発明の２枚の交差するレンチキュラー角度変更フィルムを追加することにより、角度範囲１２２４（＋／−θ_X）が約＋／−３０度（ＦＷＨＭ）である（実際にはそれを越えるハロがない）角度範囲１２２６（＋／−θ_Y）が約＋／−１５度（ＦＷＨＭ）である（実際にはそれを越えるハロがない）ファーフィールドの意図された実質的に長方形ビームプロファイル１２２２を生成することが分かる。本発明のこの形態では、（図３６Ｆでは隠れる交差した線形に突出したレンチキュラーレンズシート１２１２および１２１３は、円形に対称なニアフィールド光１２２８を長方形のファーフィールド光１２２２に変換する。

【0242】

図３６Ｇは、照明されるべき１８００ｍｍ×１８００ｍｍの表面の上１５００ｍｍの高さに配置された図３６Ｆの薄型照明システム１からの例示的なファーフィールドビームパターンを示す。コンピュータシミュレーションされたフィールドパターン１２３０は、ｘ軸７に沿って約＋／−３０度、ｙ軸５を中心にして＋／−１５度拡散し、ともにＦＷＨＭである。

【0243】

本薄型照明システムの発明の全ての実施例は、内部光源として、１つまたは複数の低電圧ＤＣ動作ＬＥＤエミッタを利用する。高電圧ＡＣ電源が、本発明のＬＥＤエミッタ３、９０４および１０００と相互接続する前に、低電圧ＤＣに適宜変換され、好適に調整される場合には、高電圧ＡＣ電源とともに、前述の光エンジンの実施例（たとえば、図１Ａ〜図１Ｄ、図２Ａ〜図２Ｅ、図３Ａ〜図３Ｂ、図４、図１２Ｂ〜図１２Ｃ、図２６、図２８、図３０Ａ、図３０Ｃ、図３１Ａ〜図３１Ｂ、図３２Ａ〜図３２Ｂ、図３３Ａ〜図３３Ｃおよび図３６Ｂ〜図３６Ｆ）のいずれかを使用することが可能である。

【0244】

このようにする潜在的な実際の商業的理由が、図３６Ｂ〜図３６Ｆの光エンジンの実施例によって示される。かかる薄型の円形方向性照明システムは、標準的な電球スタイルのねじキャップで終端する好適なＡＣ−ＤＣ変換ステム取付具を用いて嵌合されると、ねじ込みレトロフィット式ＬＥＤ電球として有用に配備することができる。本発明にしたがって作製される全ての薄型光エンジンからのファーフィールド照明は、意図された角度範囲の外側に特定の鋭いカットオフ角を示す。この挙動は、一般的には、スポット照明応用例および投光照明応用例で使用される電球に好適な低減されたオフアングルグレアおよびより効率的なフィールド利用と関連付けられる。

【0245】

図３７は、図３６Ｅの薄型プロファイル光エンジンの実施例を適応する１つの可能な方法をねじ込み式電球として示す概略斜視図である。この例示では、必要なＡＣ−ＤＣ変換電子部品が、アダプタステム１２３２内に収容される（図示されない）。アダプタステム１２３２は、半径方向熱抽出エレメント１１９２に熱的に結合され、絶縁された管状の電気導管１２００と電気的に相互接続され、標準的な電球式のねじキャップ１２３４と嵌合する。装飾されたベゼルおよび固定ハードウェアのみ修正された図３６Ｅの薄型プロファイル光エンジンの実施例は、従来の埋め込み式カンの応用例に直接適用できる。

【0246】

図３４Ｃおよび図３４Ｄに記載されるようにテーパ状の光ガイドプレート１１６０の半径方向に制限された突出は、例示された円形の光ガイドプレート形状をもたらす。しかしながら、本発明の円形の光ガイドプレート形態を関連する正方形および長方形の形態に変換することが可能であり、かつ、実用的である。図３０Ａ、図３０Ｃ、図３１Ａ〜図３１Ｂ、図３２Ａから図３２Ｂおよび図３３Ａ〜図３３Ｃの光エンジンの実施例で使用される線形に突出した正方形および長方形の光ガイドプレート１１２および１０３４は、線形ＬＥＤエミッタの入力結合手段を有し、この手段は次いで、得られる光エンジンの水平寸法を比例して延ばす。図３６Ａ〜図３６Ｆによって記載される半径方向の形態は、テーパ状の光ガイドプレートと望ましい形状である熱抽出器との間のＬＥＤエミッタを封入するように機能する。

【0247】

残念なことに、単に円形の光ガイドプレートを正方形または長方形の形態にトリミングすると、かなり高い割合の高出力効率が犠牲になる。この切り捨てによる非効率性の理由は、図３８Ａおよび図３８Ｂの例示から理解できる。

【0248】

図３８Ａは、図３４Ｃに先に示された半径方向に制限された光ガイドプレートの突出の図の正方形の切欠部１２４０の概略斜視図である。テーパ状の断面のうち多くは、完全なテーパ長さに到達できる前にテーパが図３４Ａの線形の突出または図３４Ｃの半径方向の突出におけるような理想的なナイフエッジになるときに、この切欠部によって早めに切り落とされていることが理解できる。図３８Ａの切欠部では、理想的な断面挙動は、内接正方形の対角線上でのみ起こる。他の箇所では、テーパ状の断面は、もっと早く切り落とされている。効率的に生成された光ガイドプレートに切欠き断面を有する結果、切り落とされたプレートの厚くなったエッジから望ましくない光損失が生じる。

【0249】

図３８Ｂは、図３８Ａに提供された完全な概略斜視図の拡大部分図１２４２であり、早過ぎる切り落としによって起こるエッジが厚くなる障害の重要度がより分かりやすく示されている。テーパ状の断面１２４４はほぼ理想的なナイフエッジとなるが、テーパ状の断面１２４６は切り落とされて実質的により厚いエッジ厚さ１２４８になることが容易に分かる。

【0250】

この非効率的なテーパ状の切欠部は、可変のテーパ長さおよびテーパ角度によって可能になる半径方向および線形の境界の制限の簡単な組合せによって補償される。テーパ断面にて長さ（および関連付けられるテーパ角度）を一定のままにさせるのではなく、テーパ長さとテーパ角度の両方が、対応する半径方向および線形の突出の制限に対して変化できるようにする。このようにして、半径方向に突出した正方形（または長方形）の光ガイドプレートは、本発明の光ガイドプレートと接合する。

【0251】

図３９Ａは、軸線１１４８（システムのＺ軸６と平行に延びる）を中心にして９０度の円弧セグメント１２５６を掃引された、５つのプロトタイプのテーパ断面１２５０〜１２５４を有する半径方向および線形の制限された突出を示す。テーパ断面は、軸線１１４８および弧１２５６の周りに半径方向に掃引するが、厚さ０の理想的なナイフエッジは、線形の突出の軸１２５８を辿るように制限される。

【0252】

図３９Ｂは、図３９Ａに発展されるような９０度のセグメントのうち４つの突出の組合せを示す斜視図である。

【0253】

図３９Ｃは、図３４Ｄと同様の斜視図であるが、図３９Ｃの半径方向および線形の制限された突出から生じる４分割された正方形のテーパ状の光ガイドプレート１２６０を示す。この正方形の光ガイドプレート１２６０には、図３４Ｄの円形の光ガイドプレート１１６０について発展されたように、同じ円筒形の入射表面１１５４を通過するＬＥＤエミッタ入力光が半径方向に与えられる。

【0254】

図３９Ａに示される４分の１区分に非常によく似ている本発明の代替実施形態は、Ｙ軸５に沿って両方向に断面１２５２を（長方形プレートを生成するように）線形に突出させ、次いで、１２５４および１２５０によって規定される平面に沿って切り落とすことによって生成される。この突出は、軸１１４８を中心に湾曲する面ではなく線形の入力面をデフォルトで生成し、入力面を介する単純な切り落としによって簡単に湾曲を付けることができる。これらの４分の１区分のうち４つは、いくらか単純な表面トポロジーを用いて、図３９Ｂ〜図３９Ｃに示されるように一緒になるが、最大効率のために必要とされるナイフエッジ要件を依然として満たし、類似する外観を依然として有する。

【0255】

本発明の別の実施形態が使用するのは、光源と組み合わせられた図３９Ａの１つの４分の１区分およびその１つの４分の１区分の入力面に実質的に光を送る結合光学部品だけである。

【0256】

単に、断面１２５２によって規定される平面で図３９Ａの４分の１区分を２つに分け、２つの実質的に三角形の８分の１区分を生成し、かつ、２つの８分の１区分を１２５０および１２５４によって規定された表面で接合させて、１つの正方形の４分の１区分（示される三角形の４分の１区分に対向する）を生成することによって、本発明のさらに別の実施形態を生成することができる。これは、光源および実質的にその１つの４分の１区分の入力面に実質的に光を送る結合光学部品と組み合わせることができる。

【0257】

直近の３つの実施形態のそれぞれにおいて、プレートを、図３４Ｅ〜図３４Ｆで紹介された同じ円形の調整フィルム（サイズ設定するために切り取られている）と実質的に組み合わせて、高度にコリメートされた光を生成することができる。それぞれの場合におけるコリメートされたファーフィールドパターンは、図３５Ａ〜図３５Ｃの円形ディスクと同じにはならないが、先に論じられたビーム拡散フィルム（たとえば図３６Ｄに示される）を使用すると、上述のその他の線形および半径方向に突出したエンジンで可能な同じファーフィールドパターンのうち多くを実質的に生成することができる。

【0258】

図３９Ｄは、正方形の光ガイドプレート１２６０（隠れている）を使用する本発明の薄型正方形光エンジン、およびそうでない場合には図３６Ｅに示された円形の光エンジンのものと類似する内部構成の形態の斜視図である。正方形に切り取られたレンチキュラーフィルムシート１２６２は、フレーム１２６４に保持される。半径方向熱抽出１１９２は、この実施例では、正方形の熱抽出エレメント１２６６として配備される。半径方向に突出した光ガイドプレートおよび光抽出フィルムに基づく本発明の諸実施形態は有用であるが、上述の線形に突出した光ガイドおよび光抽出の形態に独特な１つの照明属性が存在する。線形に突出した光ガイドシステム（たとえば、図３Ａ〜図３Ｂ、図４、図２６、図２８、図３０Ａ、図３０Ｄ、図３１Ａ、図３１Ｄ、図３２Ａ〜図３２Ｂおよび図３３Ａ〜図３３Ｃに示されるようなもの）は、光ガイドプレーンに対して傾斜した角度でコリメートされた照明を提供する、潜在的には斜方照明のややコンパクトな手段を提供するキャパシティを有する。

【0259】

図４０Ａは、平面上部ミラー１９９０を使用してテーパ状の光ガイドプレートサブシステム１９９２と相互結合する入力エンジンとして、テーパ状の光ガイドパイプシステム１２０を配備する薄型照明システム１のシングルエミッタの形態の別の実施形態の斜視図を示す。テーパ状の光ガイドシステム１９９０の全体的な記載は、ファセット処理された光抽出フィルムとともに１１０として図３Ａに既に示されている。この特定の実施例では、システムのファセット処理された反射プリズム１１６（図３Ａに示される）は、鏡面反射平面ミラー１９９０と交換される。この修正例は、図３Ａで使用される反射プリズムの総夾頂角３５２を成すことと等価であり、１８０度に近づくように、図１１Ａの詳細には記載される。

【0260】

図４０Ｂは、図８Ｂが入力エンジンにのみ適用され、示される１本の経線でのみ光をコリメートする以外は図８Ｂに先に示されたものと同様の図４０Ａの側断面図である。本実施形態は、両方の経線において出力光をコリメートし、ＲＡＴリフレクタ１１４からの最適化された入力光１９９４（空中で）および１９９６（光ガイド１１２内で）（例示的には空中で＋／−５２．５度）を使用して、照明システム１全体がより平滑に成型されたファーフィールド出力ビームプロファイル１９９８を発展させる。全ての寸法および材料は、先に立証した本実施例に従い、その実施例は、共に図４に示された例示的な３ｍｍのプレート厚さ（ＴＨＫＰ１５６）および例示的な３ｍｍのパイプ厚さ（ＴＨＫＢ１５０）、３度のパイプおよびプレートのテーパ角度、約５０ｕｍのナイフエッジ厚さ、ポリカーボネートパイプ１００およびポリカーボネートプレート１１２（上述のように、好ましくはＰＭＭＡで作製することができる）を設定する。リフレクタ１９９０は、先に論じられたように、屈折率が１．４７から１．４９であるアクリル層によって、例示的な５７ｍｍ×５７ｍｍのテーパ状の光ガイドプレート１１２に取り付けられる。

【0261】

図４０Ｃは、図４０Ａ〜図４０Ｂの照明システムの斜視図であり、システムが生成する斜めに配向されたファーフィールド出力ビームのコリメートされた性質を示す。点線２０１０は、ビーム特性の可視化を補助する。

【0262】

図４１Ａは、図４０Ａ〜図４０Ｃの照明システム１の配備を示す側面図であり、地表レベル１０２２の上に１０フィート（約３０００ｍｍ）の垂直距離２０２０で、かつ、このタイプの薄型プロファイル照明システム１から入射する斜めに配向されたファーフィールド出力ビーム１９９０によって照明されるべき垂直壁表面２０２６から３フィート（約９００ｍｍ）の水平距離２０２４で装着される。壁表面２０２６上の関連付けられたビームパターンは、（例示的な条件の場合には）図４０Ｂで立証された約２７度のビーム方向に起因して、照明器具システムの水平装着平面から１．８２フィート（約５５０ｍｍ）２０２８だけ下方に移動する。

【0263】

図４１Ｂは、壁表面２０２６および本実施例の照明システム１によって作られるビームパターン２０３０の前面図を示す。ビームパターン２０３０は、水平平面において約＋／−５度の角度範囲を保持するが、斜めの入射角によって起こる投射によって垂直方向に約＋／−１０度広げられる。関連付けられた水平輝度プロファイルおよび垂直輝度プロファイルは、２０３２および２０３４と示される。

【0264】

図４２は、図３１Ｃと同様の本発明の別の実施形態の斜視図であるが、出射ビーム２０３８の水平角度範囲を広げるために、１次元の角拡散レンチキュラーフィルム片１０３６を光ガイドプレート１１２の入力エッジ１２１に適用する１つの変形例が加えられている。

【0265】

図４３Ａは、図４２の照明システムを含む壁床システムの側面図を示す。さらに、角拡散フィルム２０３６が光ガイドプレート１１２の入力エッジに追加されたにもかかわらず、斜めに配向されたファーフィールドビームの断面２０３８および残りの側面図のレイアウトは、この実施例では図４１Ａと同一であることが示される。

【0266】

図４３Ｂは、本実施例の照明システム１によって作られた壁表面２０２６およびビームパターン２０４０の前面図を示す。ビームパターン２０４０は、前述のように、斜めの入射角によって起こる投射によって垂直方向に約＋／−１０度広げられるが、示されるように、使用されるレンチキュラー角拡散フィルムによって、意図的に＋／−２４度広げられた。関連付けられる水平輝度プロファイルおよび垂直輝度プロファイルは２０４２および２０４４で示される。

【0267】

図４４は、本発明のさらに別の実施形態の側面図であり、図４０Ａ〜図４０Ｃ、図４１Ａ、図４２および図４３Ａの本発明の変形例に基づくものであるが、照明システム１のこの変形例からの斜めに配向された出力照明１９９８（または２０３８）を受光するために外側傾斜ミラー２０５０が追加され、その照明２０３８は、再配向されたビームプロファイル１０５２に示すように、別の照明されるべき垂直表面２０５２に向かって再配向して戻される。全てのエレメント間の数学的関係は、直線的な幾何学形状に基づき、必要な符号は、図４４に十分に詳しく明らかにされる。ミラー長さ（ＢＤ＋ＤＦ）ＬＭは、超過画角β_fによって求められ、本実施例ではβ_f＝θ_W＋ε_b，ε_bであり、抽出ビームの半幅は３２．８度である。長さはＢＣ＝ＬＰ（Ｔａｎβ_f）となる。オフセット長さは、ＣＥ＝ＬＰ（Ｔａｎβ_f）Ｔａｎγ_T、ＣＤ＝ＢＣ（Ｓｉｎγ_T）となる。ＢＤ＝ＢＣ（Ｃｏｓγ_T）である。次いで、三角形のＣＥＦでは、第３の角度は、１８０−β_f−（９０＋γ_T）＝９０−β_f−γ_Tとなる。それにより、ＤＦ＝ＣＤ（Ｔａｎ９０−β_f−γ_T）となる。そして、ＬＭ＝ＢＤ＋ＤＦ＝（ＢＣ）（Ｃｏｓγ_T）＋（ＢＣ（Ｓｉｎγ_T））（Ｔａｎ９０−β_f−γ_T）＝ＬＰＴａｎ（β_f）［Ｃｏｓ（γ_T）＋Ｓｉｎγ_TＴａｎ（９０−β_f−γ_T）］となる。例示的なミラー傾斜（γ_T）について図４４に示された数値は１２度である。

【0268】

傾斜ミラー２０５０が、システムの垂直ｚ軸６に対して傾斜している角度は、γ_Tより大きく、システムの傾斜ミラーと照射すべき表面との間の分離距離２０５４は、対向する垂直表面が得られる照明パターンからどのくらい遠くに位置するかを集合的に決定する。

【0269】

図４５Ａは、地表レベル２０２２の１０フィート上であって、この薄型プロファイル照明システム１のこの傾斜ミラーバージョンから入射する斜めに配向されたファーフィールド出力ビーム２０６２によって照明されるべき左手の垂直壁表面２０６０から３フィートの水平距離に装着された照明システム１のこの変形例の配備を示す側面図である。壁表面２０６０上の関連付けられたビームパターン２０６４は、傾斜ミラー２０５０が１２度傾斜して配置されるので、照明器具システムの水平装着平面から約３．７フィート下向きに移動する。この１２度の傾斜について得られるパターンシフトは、約３Ｔａｎ（２γ_T＋φ_W）＝３Ｔａｎ（５１）＝３．７フィートである。

【0270】

図４５Ｂは、左側壁表面２０５６および本実施例の照明システム１によって作られたビームパターン２０７０の前面図である。ビームパターン２０７０は、この実施例では、レンチキュラー入力フィルム２０３６から広げられるが、傾斜ミラー２０５０の作用によって下向きにシフトした水平平面およびその１２度の傾斜を保持する。関連付けられる水平輝度プロファイルおよび垂直輝度プロファイルは２０７２および２０７４で示される。

【0271】

図４６Ａは、図４５Ａと同じであるが、ミラー傾斜が１６度の場合の側面図である。壁表面２０６０上の関連付けられたビームパターン２０８０は、傾斜ミラー２０５０が１６度傾斜して配置されるので、照明器具システムの水平装着平面から約５フィート下向きに移動する。

【0272】

図４６Ｂは、図４５Ｂと同じであるが、１６度のミラー傾斜および関連付けられたビームパターン１０８０の場合の表現である。関連付けられる水平輝度プロファイルおよび垂直輝度プロファイルは２０８２および２０８４で示される。

【0273】

図４７は、部屋の角の斜視図であり、２枚の壁、床および１６度のミラー傾斜を表す図４６Ａ〜図４６Ｂに取り付けられる場合に本発明の薄型プロファイル傾斜ミラー照明システムによって斜めに照明された額装された絵画を示す。

【0274】

図４０Ａ〜図４０Ｃ、図４１Ａ、図４２、図４３Ａ、図４４、図４５Ａ、図４６Ａおよび図４７に示された実施形態は、数多くの可能な実施例のうち１つのみを示す。平面ミラー１９９０（図４４）を使用するのではなく、傾斜したミラー２０５０（図４４、図４５Ａおよび図４６Ａ）と組合せて、ファセット処理されたプリズムシート１１４を等しいファセット角を有するように配列して、同じ照明出力ビーム方向を（図１１Ａ〜図１１Ｂ、図１８、図１９および図２０のビーム再配向の発明により）生成することができる。さらに、マルチエレメントアレイ型入力エンジン（図２Ａ〜図２Ｃ、図３１Ａ〜図３１Ｂ、図３２Ａ〜図３２Ｂおよび図３３Ａ〜３３Ｃ）は、様々な高強度のスポット照明用途または個別化されたＬＥＤエミッタエンジンセグメントによって容易にされる光エンジンの異なって構成されたグループ化であるときにそれらがし得るので、応用例がシングル照明器具ユニットからのより高いルーメン出力を必要とするときに置換することができる。

【0275】

図４８Ａは、図４２と同様の本発明のさらに別の実施形態を示すが、テーパ状の光ガイドプレート１１２上の平面ミラーではなくプリズムシートを使用して、出射ビーム２１００の水平角度範囲を広げるために、１次元の角拡散レンチキュラーフィルム片２０３６が光ガイドプレート１１２の入力エッジ１２１に追加されている。

【0276】

図４８Ｂは、図４８Ａの構成を斜視図で示す。

【0277】

図４８Ｃは、図４８Ａの別の斜視図であり、得られるニアフィールド空間輝度均一性２１０４およびＬＥＤ入力エンジンの最初の領域の最も近くに生じる暗フィールド領域２１０６とともに、照明システムの下側出力アパーチャを示す。

【0278】

図４９は、テーパバージョンの光ガイド入力エンジン１２０の挙動から分離された斜視図であり、光ガイドパイプ１００の始点における光調整の角度範囲のグラフィックシミュレーション２１１０および光ガイドパイプの出力エッジに沿った様々な点におけるサブシステムの出力光のグラフィックシミュレーションシーケンス２１１１〜２１１５を示す。光ガイドパイプの始点における入力光の角度分布の最適な選択にもかかわらず、サブシステムは出力光角度範囲の一貫性を維持できないことが理解できる。光ガイドパイプの始点に最も近い出力光は、実質的に低減された角度範囲を示し、予想される角度分布をほぼ中間点まで安定させない。この誤動作（または理想からの逸脱）により、図４８Ｃに示されるニアフィールド非均一性が生じる。

【0279】

ニアフィールド空間非均一性の１つの解決策は、図４２および図４８〜図４８Ｂの発明から導き出される。これらの例示は、レンチキュラーレンズシートの配備（光ガイドプレートのエッジの長い長さに対して垂直に位置合わせされたレンズ軸）が、出射ビームの対応する角度範囲を広げる点で満足のいくものであることを示した。これにより、レンチキュラーレンズフィルムのより小さな部分を、成功させるのに十分な大きさに欠損する角度幅の角度範囲を広げるために適用できるという理由に依拠するものである。

【0280】

図５０Ａ〜図５０Ｂ、図５０Ｄ、図５０Ｆおよび図５０Ｇは全て、シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムのセクション構成を示す。それぞれの場合について、レンチキュラーセクションのサイズおよび形状が変えられるだけではなく、放物線レンチキュラーの強さ（光学パワー）を有する。

【0281】

ニアフィールド均一性の均等性の改善に関するこの思想が成功することは、斜視図である図５０Ｅおよび図５０Ｈで実証される。図５０Ａ〜図５０Ｄ、図５０Ｆおよび図５０Ｇに示される最適化は全て、シミュレーションされた様々なレンチキュラーフィルムセクション構成を示す。

【0282】

ニアフィールド照明の視覚的外観がより重要なＬＣＤバックライトなどの特別な応用例については、図５１Ａ〜図５１Ｃに要約されるような改善が同様に利用可能である。このシーケンスにおいて、光ガイドプレートに適用される光抽出フィルム内のプリズムの間隔を調節して、ニアフィールド空間非均一性の度合いを微調整する。

【0283】

図５１Ａは、設計意図を表示するのを助けるために便利に拡大されたプリズム粗さを使用して、この可変プリズム間隔法の基礎的な概念を示す。プリズムのない帯域は、出力光を抽出せず、優れた輝度を有する領域を抽出するために使用することができる。プリズム周期は視覚的確度のレベルを下回るので、暗帯域の使用は画像品質に干渉しない。

【0284】

図５１Ｂは、図５２Ａに示された設計コンセプトの斜視図である。

【0285】

図５１Ｃは、首尾よく均質化されたニアフィールドが可変プリズム間隔法を使用する、本発明の薄型照明システム１の斜視図を示す。

【0286】

図５２は、図５０Ｈに記載されるような角入力エッジ補正が部分的に成功する１つの薄型プロファイル照明システムおよび図５１Ｃに示される完全に補正されるものとニアフィールド空間非均一性の視覚的な比較を可変プリズム間隔法によって示す。ニアフィールド均一性２１４６のグラフィックシミュレーションは、図５２Ｅならばシミュレーション２１３０と比較してかなり平滑なことを示す。本明細書の発明の好ましい実施形態が図示され記載されてきたが、本発明から逸脱することなく、特許請求の範囲に記載されるより広い態様で、様々な変更および修正を成し得ることが当業者には明らかになろう。特に、本明細書に記載された様々なサブコンポーネントエレメントおよびシステムならびにそれらの均等物は、本明細書に記載されるその他のエレメントおよびシステムと組み合わせて、または、動作上適切なときには交換して使用することができる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図12E】

【図12F】

【図12G】

【図12H】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図22C】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】

【図24E】

【図24F】

【図24G】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29A】

【図29B】

【図30A】

【図30B】

【図30C】

【図30D】

【図30E】

【図31A】

【図31B】

【図31C】

【図32A】

【図32B】

【図33A】

【図33B】

【図33C】

【図34A】

【図34B】

【図34C】

【図34D】

【図34E】

【図34F】

【図35A】

【図35B】

【図35C】

【図36A】

【図36B】

【図36C】

【図36D】

【図36E】

【図36F】

【図36G】

【図37】

【図38A】

【図38B】

【図39A】

【図39B】

【図39C】

【図39D】

【図40A】

【図40B】

【図40C】

【図41A】

【図41B】

【図42】

【図43A】

【図43B】

【図44】

【図45A】

【図45B】

【図46A】

【図46B】

【図47】

【図48A】

【図48B】

【図48C】

【図49】

【図50A】

【図50B】

【図50C】

【図50D】

【図50E】

【図50F】

【図50G】

【図50H】

【図51A】

【図51B】

【図51C】

【図52】