(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記円錐状の第1及び第2の反射面は、1連の点と、基本曲線又はスプラインフィットとにより表され、前記第1の反射材の第1及び第2の部分の円錐に似た形状を形成している請求項1の照明源。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図面を参照して、同じ参照符号は、図面全体を通して同じ又は対応する部分を示しており、特に、
図3に、本発明のLED照明装置90の一実施の形態が示される。
【0015】
図3に示されるように、本発明のLED装置90は、LED光源1と、第1の反射材15と、第2の反射材16とを有する。
【0016】
一実施の形態では、
図3のLED照明装置は、
図4に示される壁に装着された灯のようなアプリケーションに使用される半円形の照明パターンを発生させるために使用されることができる。このようなアプリケーションでは、壁に対して後方に向けられた少量の光のみを用いて、大部分の光を前方に向けることが好ましい。配置及び向きが示された
図3のLED照明装置は、
図4に示される灯の取り付け具に挿入されて、使用されることができる。
【0017】
図3に示される本発明の実施の形態では、反射材15は、LED1の前方に直接放出される光(LED1の中心光軸に沿って直接放出される光)が、反射材15によりLEDの中心軸線から離れるように向きが変えられるように、向きが定められている。光は、反射材15によって、正の角度から支配的な負の角度に反射される(
図1aは、0°ないし90°の正の角度と、−90°ないし0°の負の角度とを示している)。光を満たすために使用される第2の反射材16は、LED1の中心軸線に沿って、照明面(illuminating surface)に進行する。
図3を参照して、光の一部が、第2の反射材16によって、負の角度から正の角度に向きを変えられる。
【0018】
2つの反射材15、16により覆われていない地面の領域を照らすために、2つの反射材15、16の間に開口があり、この開口は、これら第1及び第2の反射材15、16によって照らされる領域の間に位置されたターゲット領域であることができる。このような向きは、
図4に示されるような、壁に装着する灯のアプリケーションに適した、均一かつ半円形を基にした照明/強度光パターンを有する光の出力を与える。
【0019】
図1aは、代表例のLEDの余弦に似た強度プロファイルを示し、また、
図1bは、光学部品が使用されないとき、通常のLEDを有する例の照明器具がLEDの前方の面を直接照らしたときの結果を示す照度プロファイルを示している。この場合には、例の照明器具は、各々が83ルーメンを放出する52個のLEDを示している。
図1bに示されるように、中心部にホットスポットがあり、照度は、中心軸線から離れるように非常に素早く移動して、落ちる。これは、既知の余弦4次効果である。この例では、最大照度は、約21フィートキャンドル(約225.96ルクス)であり、また、最小照度は、約0.2フィートキャンドル(約2.152ルクス)である。結果として生じる照度の比は、100:1を超え、たいていのアプリケーションの必要性を超えるであろう。
【0020】
図2に関して上で述べられたように、従来のLED照明装置10は、LED1と、同じ中心軸線に沿ってほぼ向けられた反射材11とを有する。この結果、円形を基にした照明/強度パターンが発生する。反射材11は、ターゲット面の様々な領域で照明を強めるために使用されることができる。しかし、
図2に示される反射材光学部品11を使用して、LEDの前方で直接照明を弱めることはできない。
図2の装置では、常に、LEDの前方で照明面に直接ホットスポットがあるであろう。さらに、2.5程度の装着高さに対する距離の比で所定の領域を照らしているとき、±68°内のほぼ全ての光が、ターゲット領域に既に向けられている。
図1aは、反射材を有するターゲット領域に向きを変えられることができるような、68°を超えて残っている光がほとんどないことを示している。このような少量の光は、ターゲット面の端部で、低い照度領域をほとんど増加させることができない。
【0021】
図2のようなこのような従来の構造とは対照的に、
図3における実施の形態では、第1の反射材15の表面が、LED1の中心光軸の前方で直接交差する。結果として、最も高い強度の光は、中心軸線から離れるようにして、比較的大きな角度に向いて、逸れる。ホットスポットは、取り除かれ、この高い強度の光が、ターゲット領域の端部に向かって向けられ、このターゲット領域の端部では、高い強度の光が、余弦効果により必要とされる。
【0022】
第1の反射材15が利用されさえすれば、暗い領域は、照明装置90の裏側及び背後に残るであろう。しかし、第2の反射材16が、第1の反射材15により遮られた角度を満たすために、LEDの他の側から放出される光の向きを変えるために使用されることができる。LED1の側から放出された光は、比較的低い強度であり、それ故、照明装置90の前方に直接配置された中心のターゲット領域にホットスポットを生じないであろう。反射材16は、壁を適切に照らすために、後ろに、少量の光を向けるように形成されることができる。
【0023】
LEDからの光が、第1及び第2の反射材15、16により照らされないターゲット領域の領域を直接照らすのを可能にするために、2つの反射材15、16の間に開口がある。これを考慮すると、反射面は、ターゲット領域へと滑らかに移行するように設計されることができる。
【0024】
所望の光の出力の強度パターンを与えるために、
図3の実施の形態における反射材15、16は、円錐又は円錐に似た形状を有することができる。これら反射材15、16は、双曲線、放物線、楕円、球又は変形された円錐(modified conic)を含むいくつかの円錐形状を取ることができる。
【0025】
反射材15、16は、代表的な中空の反射面でできていることができる。これら反射材15、16が代表的な中空の反射面であれば、これらは、金属、金属化(metalized)面又は他の反射化(reflectorized)面でできていることができる。
【0026】
反射材15、16が取ることができる円錐又は円錐に似た形状に関するさらなる詳細が、以下に説明される。
【0027】
図6aは、
図3並びに
図4の一実施の形態の変形の一例であり、
図3の実施の形態における反射材15、16は、反射材15’、16’に対して押し出されている又は直線的に突出されており、また、LED1のアレイが使用されている。
【0028】
図5は、各々が83ルーメンを放出する52個のLEDが使用されたとき、
図6aの照明装置の実施の形態により与えられる照度プロファイルの一例を示している。最も明るい領域は、約21フィートキャンドル(約225.96ルクス)から約16フィートキャンドル(約172.16ルクス)に弱められている。この光は、壁に装着された灯のようなアプリケーションに対して前方に、適切に向けられている。照明は、2.5の装着高さに対する比から次第に減少する。端部のところでの最も明るくない領域は、約0.2フィートキャンドル(約2.152ルクス)から約2.6フィートキャンドル(約27.976ルクス)に強められている。結果として生じる照度の比は、6:1であり、たいていのアプリケーションの必要性を満たす。本発明における
図6aの実施の形態に関して、ターゲット領域の端部に対してほぼ一定の照明を維持することは難しくないが、大きな角度での強度は、非常に強く、あるまじきまぶしい光(glare)を引き起こす可能性がある。
【0029】
図6bに示されるようなカバー又はレンズ65は、照明/強度プロファイルをさらに変更するために、LED1と反射材15’、16’との後ろに配置されることができる。カバー又はレンズ65は、直線的に又は突出している反射材に対して垂直な光を広げることができる。また、カバー又はレンズ65は、全ての方向に光を広げることができる。さらに、カバー又はレンズ65は、これら反射材のいずれも反射しない光を主に変更することができる。
【0030】
図3並びに
図4の実施の形態のさらなる利用形態として、LED1のアレイを利用するとき、反射材は、第1の反射材77(第1の反射材15と同様である)と第2の反射材78(第2の反射材16と同様である)とを形成するために、曲げられる、又は
図7a並びに
図7bに示されるように円状に完全に回転(公転)されることができる。
図7aは、側面図を示し、
図7bは、さらなる実施の形態の図を示している。反射材を回転させることと、LEDのアレイを使用することとにより、中心部にホットスポットのない均一性の高い円形の照明パターンを与える。
【0031】
図7a並びに
図7bの回転される反射材を含む83ルーメンの52個のLEDに対する等フィートキャンドルチャートが、
図8に示される。
【0032】
図7a並びに
図7bの実施の形態の変形として、反射材は、円形に回転するのみならず、以下に説明されるような円錐又は円錐に似た関数により満たされるようなより複雑な曲線を有することができる。
【0033】
図9は、本発明の他の実施の形態のLED照明装置20を示している。
図9に示される本発明の実施の形態では、LED1は、反射材21に対するオフ軸線に対して約90°、好ましくは90°±30°だけ回転する、即ち反射材21の中心光軸22に関して約90°回転する。このような向きが、出力の半円形を基にした照明/強度光パターンを与える。
【0034】
図10は、LEDと、このLEDに対して90°である反射材とを含む照明装置20のアレイを示している。
図10における形態では、LED照明装置は、
図4に示されるような壁に装着された照明器具のようなアプリケーションに使用されることができる。
【0035】
図1並びに
図2に関して上で述べられたように、従来のLEDの照明装置10は、同じ中心軸線に沿ってほぼ向けられたLED1と反射材11とを有する。この結果、円形を基にした照明/強度パターンが発生する。
【0036】
図2のような従来の構造とは対照的に、
図9における実施の形態では、LED1が、半円形を基にした照明/強度パターンを与えるために、反射材21の中心軸線22に関して、約90°で回転する。
【0037】
半円形のような光の出力強度パターンを与えるために、反射材21は、円錐又は円錐に似た形状を有する。反射材21は、双曲線、放物線、楕円、球又は変形された円錐を含むいくつかの円錐形状を取ることができる。
【0038】
反射材21は、代表的な中空の反射面でできていることができる。反射材21が代表的な中空の反射面であれば、これらは、金属、金属化面又は他の反射化面でできていることができる。
【0039】
あるいは、
図11に示されるような本発明のさらなる実施の形態では、照明装置30は、反射材31の中心軸線に関して約90°でオフセットされたLED1を備え、全内部反射を通る光を反射する固体ガラス又はプラスチック材料でできた反射材31を含むことができる。
【0040】
図12に示されるような本発明のさらなる実施の形態では、照明装置40は、セグメント化された又は切子を付けられた(faceted)円錐形の反射面43を有する面を備えた反射材41を含むことができる。照明装置40は、なおも、反射材41の中心軸線42に関して約90°オフセットされたLED1を含む。
【0041】
反射材15、16、15’、16’、21、31、41、77、78、79の特定の形状を選択することによって、LED照明装置20により発生される照明/強度パターンを変化させることができる。上で述べられたように、反射材15、16、15’、16’、21、31、41、77、78、79は、各々が、半円形の照明/強度パターンを実現するために、円錐又は円錐に似た形状を有する。
【0042】
円錐形状は、一般的に反射材に使用され、以下の関数により定義される。
【数1】
【0043】
ここで、x、y、zは3軸系での位置であり、kは円錐定数であり、cは曲率である。双曲線(k<−1)、放物線(k=−1)、楕円(−1<k<0)、球(k=0)及び偏球(oblate sphere)(k>0)が、全ての円錐曲線である。
図2並びに
図9に示される反射材11、21は、k=−0.55、c=0.105を使用して与えられる。
図9は、本発明のこの実施の形態に使用された反射材21を示している。これらk、cを変化させることによって、照明/強度パターンの形状を変化させることができる。かくして、パターンは、はっきりとされる(sharpen)又はぼんやりとされる(blur)ことができ、所望のドーナツ又は「U」形状を形成することができる。
【0044】
また、さらなる数学的な項を使用することによって、基本的な円錐形状を変更することができる。一例として、以下の多項式がある。
【数2】
【0045】
ここで、Fは任意の関数であり、非球体(asphere)の場合には、Fは、
【数3】
【0047】
円錐形状は、1連の点及びスプラインフィットのような基本曲線を使用して、再生/変更されることができる。この結果、反射材15、16、15’、16’、21、31、41、77、78、79に対して、円錐に似た形状を与える。
【0048】
かくして、当業者は、照明装置90、20、30、40による所望の照明/強度パターンの出力が、方程式(1)、(2)のような上で述べたパラメータを変更することによって、反射材15、16、15’、16’、21、31、41、77、78、79の形状を変更することにより実現されることができる。
【0049】
図13は、
図9の照明装置20を使用した壁に装着された灯に対する出力の光の半円形状の照明分布の一例を示している。
図13において、線0.0は、壁を示しており、
図13は、装着高さに対するフロア距離の比に関する照明分布を示している。
図13に示されるように、半円形の照明分布は、本明細書における
図9のような照明装置20により、特に、上の方程式(2)を満たす反射材21により実現されることができる。
【0050】
上で説明されたように、いくつかの照明アプリケーションは、他の方向よりも一方向に広がった出力の光の強度分布を望むことができる。例えば、
図17a並びに
図17b示されるような自動車用灯のアプリケーションは、長くて細い分布である光パターンを望むことができる。
図9ないし
図12における上で説明された実施の形態において、異なる反射材21、31、41の形状は、対称であることができるが、水平軸線及び垂直軸線においては、非円形であり、かくして、これら反射材は、対称な非円形の出力の光の強度分布を与える。しかし、異なる軸線に異なる曲率を有するように、例えば、水平軸線に対して、垂直軸線と異なる曲率を有するように、反射材の反射面を変えることによって、異なる光の強度分布が実現されることができ、例えば長くて細い光の強度分布が出力されることができる。
【0051】
図14a並びに
図14bは、本発明のさらなる実施の形態を示しており、光の強度分布が、垂直軸線と比較して水平軸線で変化される。
図14aは、LED光源1と、反射材61と、中心光軸62とを含む本発明のさらなる実施の形態に係る照明装置60の側面図である。
図14aは、照明装置60の垂直軸図である。
図14bは、上面からの同じ反射材60を示しており、かくして、水平軸線が示される。
図14a並びに
図14bに示されるように、
図14bに示されるような水平軸線における反射材61の形状は、
図14aに示される垂直軸線の図における反射材61の形状と比較すると、異なる。垂直軸線の曲率と、平行軸線の曲率とは、水平軸線と垂直軸線との間の径で互いに混在している。かくして、
図14a並びに
図14bの実施の形態では、2つの異なる反射面の部分が、互いに90°だけオフセットされている。このような構造に関して、照明装置60の光の出力は、
図18a並びに
図18bに示されるように、自動車のテールランプのような非限定的な例として、所定の実施の形態で有用であり得る長くて細い分布を有することができる。
【0052】
さらに、
図14a並びに
図14bの照明装置60において、反射材61の形状は、水平軸線と垂直軸線とで異なるが、上で述べられた方程式(1)、(2)をなおも満たし、この場合、円錐定数k、曲率c又は任意の関数Fは、各反射材の部分に対して変化されることができる。かくして、反射材60は、各々が円錐又は円錐に似た形状を有し、互いに異なる(それぞれ垂直軸線及び水平軸線における)第1及び第2の反射材の部分を効果的に含む。このような円錐形状は、スプラインフィットのような基本曲線における1連の点を使用して、再生/変更されることができる。この結果、反射材61の2つの異なる反射部分の各々に関して、円錐に似た形状となる。
【0053】
図14a並びに
図14bにおける上で述べた実施の形態は、本質的に、一方は、
図6aのような垂直方向で、他方は、
図14bのような水平方向で、2つの異なる曲率を有する反射材61を示している。
【0054】
図15a並びに
図15bに示されるような本発明の照明装置のさらなる実施の形態によれば、1つの反射面に対して複数の曲率が使用されることができる。
【0055】
図15a並びに
図15bは、各々がLED光源1と中心光軸72とを含むさらなる照明装置70、75をそれぞれ示している。
図15において、複合的な径方向のオフセットの曲率A−Gは、反射材71の異なる径方向の位置で、反射材71に形成されている。異なる曲率が、反射面に沿って一緒に混在している。かくして、より複雑な照明並びに強度プロファイルが実現されることができる。
【0056】
図15bは、
図15aにおける反射材71と同様の反射材76を有するさらなる照明装置75であり、反射材76の曲率の部分が、セグメント化された又は切子を付けられた円錐形の反射面を除いて、
図12における実施の形態と同様である。
図12には、反射材が、反射材の曲線に沿ってセグメント化されているが、
図15bでは、反射材は、径方向にセグメント化されている。変更された反射材は、
図12並びに
図15bからセグメントのタイプを組み合わせることができる。
【0057】
図14a並びに
図14bの実施の形態と同様に、
図15a並びに
図15bにおける反射材71、76の異なる曲率の部分A−Gが、1連の点及びスプラインフィットのような基本曲線を使用して、再生/変更されることができる。再び、曲率部分A−Gの各々が、上で述べられた方程式(1)、(2)を満たすことができ、この場合、円錐定数k、曲率c又は任意の関数Fは、各反射材の部分に対して変化されることができる。
【0058】
図16は、本発明の一実施の形態に係る照明装置80のさらなる実施の形態を示している。
図16の照明装置80は、上述の実施の形態のような光軸82と同様の関係で、反射材81に光を出力するLED1を含む。
図16における照明装置80では、径方向の位置に沿った反射材81は、円錐又は円錐に似た形状の各々の異なる曲率で、2つの異なる領域A並びにBを有する。即ち、各曲率領域A並びにBは、上の方程式(1)又は(2)を満たすことができ、この場合、各曲率部分A並びにBは、異なる円錐定数k、曲率c又は任意の関数Fを含むこれら公式を満たす。この場合、円錐形状は、1連の点と、スプラインフィットのような基本曲線とを使用して、再生/変更されることができ、再び、反射材81の各領域A、Bに対する円錐に似た形状となる。
【0059】
上で述べられた
図14ないし
図18におけるこれらさらなる実施の形態の各々では、照明装置60、70、75、80による比較的複雑な照明又は強度分布の出力が実現されることができる。
【0060】
図12、
図14a、
図14b、
図15a、
図15b、
図16におけるようなさらなる実施の形態の特徴部分が、
図3ないし
図7の照明装置に適用されることができる。即ち、
図3ないし
図7におけるこれら照明装置は、
図12のようなセグメント化された又は切子を付けられた円錐形の反射材面43、
図14a並びに
図14bにおける垂直軸線と比較した水平軸線に対する異なる光の強度分布、
図15a並びに
図15bに示されるような複数の径方向のオフセット曲率並びに
図16に示されるような異なる領域A、Bを有する反射面を含むことができる。
【0061】
明らかに、上の教示の灯に対して、本発明の様々なさらなる変更及び変形が可能である。それ故、本発明は、特許請求の範囲内で、ここに記載されている特定の実施の形態以外の態様も果されることができることが理解されるであろう。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]中心軸線を有するLED光源と、
円錐又は円錐に似た第1の形状を含む第1の反射面を有し、前記LED光源の中心軸線の前方を直接通る第1の反射材と、
円錐又は円錐に似た第2の形状を含む第2の反射面を有し、前記LED光源の中心軸線の前方を直接通らない第2の反射材とを具備する照明源。
[2]前記第1の反射材を反射した光が、正の角度から支配的な負の角度に向きを変えられる[1]の照明源。
[3]前記第2の反射材を反射した光の少なくとも一部が、負の角度から正の角度に向きを変えられる[1]の照明源。
[4]前記第2の反射材を反射した光の少なくとも一部が、負の角度から正の角度に向きを変えられる[2]の照明源。
[5]前記第1及び第2の反射材の各々の円錐又は円錐に似た形状は、双曲線、放物線、楕円、球又は変形された円錐からなるグループから選択された形状を有する[1]の照明源。
[6]前記第1及び第2の反射材の各々は、金属、金属化面又は反射化面の1つでできている[1]の照明源。
[7]前記第1及び第2の反射面は、円状に回転される[1]の照明源。
[8]前記第1及び第2の反射面は、押し出されている又は直線的に突出している[1]の照明源。
[9]前記第1及び第2の反射面は、円錐又は円錐に似た曲線に沿って突出している[7]の照明源。
[10]前記第1及び第2の反射面の各々は、
【数4】
を満たし、ここで、x、y、zは3軸系での位置であり、kは円錐定数であり、cは曲率である[1]の照明源。
[11]前記第1及び第2の反射面の各々は、
【数5】
を満たし、ここで、x、y、zは3軸系での位置であり、kは円錐定数であり、cは曲率であり、Fは任意の関数である[1]の照明源。
[12]前記第1及び第2の反射面の各々は、
【数6】
を満たし、ここで、x、y、zは3軸系での位置であり、kは円錐定数であり、cは曲率である[1]の照明源。
[13]前記第1及び第2の反射面の各々は、
【数7】
を満たし、ここで、x、y、zは3軸系での位置であり、kは円錐定数であり、cは曲率であり、Fは任意の関数である[1]の照明源。
[14]前記円錐又は円錐に似た第1及び第2の反射面は、1連の点と、基本曲線又はスプラインフィットとにより表され、前記第1の反射材の前記第1及び第2の部分の円錐に似た形状を形成している[1]の照明源。