(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井照明システムであって、
天井タイルであって、前記天井タイルが、前記天井タイルを少なくとも部分的に延通する1つまたは複数の陥凹部を有し、前記天井タイルが開口部を有する、天井タイルと、
発光体と、ヒートシンクと、配光光学系とを含む配光エンジンであって、前記配光光学系は前記発光体から光を集光し、前記光を出力照明の指向性ビームに光路変更し、出力照明の前記指向性ビームが前記天井タイルの下の空間に実質的に伝送されるように前記配光エンジンの出力開口が、前記天井タイルの開口部と位置合わせされる、配光エンジンと、
電子回路であって、前記配光エンジンに送る電流および前記配光エンジンから受ける電流の伝送および制御を行うように構成される、電子回路と、
1つまたは複数のオンタイル電力伝達要素であって、前記1つまたは複数のオンタイル電力伝達要素は前記電子回路に関連付けられ、前記配光エンジン及び前記電子回路は前記天井タイル内に実質的に配設され、これにより前記天井タイルの上のプレナム空間をほとんど、または全く必要とせず、前記1つまたは複数のオンタイル電力伝達要素は、前記天井タイルの前記1つまたは複数の陥凹部内に少なくとも部分的に埋め込まれ、前記1つまたは複数の電子回路および前記配光エンジン上の1つまたは複数の電力アクセス端子とさらに電気的に接触している、1つまたは複数のオンタイル電力伝達要素と、
前記電子回路、前記1つまたは複数のオンタイル電力伝達要素、前記1つまたは複数の電力アクセス端子、および前記配光エンジンを互いに、および/または前記天井タイルの前記1つまたは複数の陥凹部に固定するために使用される１つまたは複数の固定要素とを備える天井照明システム。
【請求項２】
前記天井タイルの本体部内に埋め込まれている前記１つまたは複数の電力伝達要素との間で電流の高効率伝送を可能にする電源-タイル間配電要素と、
第1の電気信号を受信するための手段と、前記第1の電気信号を処理する手段と、前記電子回路が接続されている前記配光エンジンとの間で前記電流を受け渡すレベルを設定するように、前記電子回路に伝送される制御命令を供給する第2の電気信号をブロードキャストする手段とを含むマスターコントローラとをさらに備える請求項1に記載の天井照明システム。
【請求項３】
前記電源-タイル間配電要素は、前記天井タイル内に埋め込まれている前記配光エンジン上の電力入力および電力出力端子と電気的に接続される請求項2に記載の天井照明システム。
【請求項４】
前記電源-タイル間配電要素は、電気ケーブル用の電気ソケット内に直接差し込まれる電気コネクタで終端する電気ケーブルであり、前記電気ソケットは、前記天井タイル内に埋め込まれており、前記天井タイルは、前記配光エンジンが埋め込まれている前記1つまたは複数の陥凹部から分離されている電気ソケット陥凹部をさらに備える請求項2に記載の天井照明システム。
【請求項５】
前記電子回路は、電圧調節回路、電流制御回路、および制御信号発生回路を備え、前記電圧調節回路は前記電流制御回路および制御信号発生回路に対する調節されたDC電圧レベルを供給し、前記制御信号発生回路はマスターコントローラによってブロードキャストされる制御信号を受信し、処理するように配置された制御信号受信機を含み、制御命令を前記電流制御回路に出力し、前記制御信号発生回路は前記第1の電気信号源に対応する前記マスターコントローラに定期的な時間間隔で情報信号をブロードキャストするように配置される制御信号送信機回路をさらに含む請求項1に記載の天井照明システム。
【請求項６】
前記電流制御回路のうちの1つは、前記情報信号の一部として、前記配光エンジンに対する一意的なデジタルアドレスをブロードキャストする請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項７】
前記制御信号送信機回路は、定期的な時間間隔で、前記配光エンジンに対するデジタルグループアドレスを含む前記情報信号をブロードキャストし、前記グループアドレスは前記配光エンジンの特定のグループへの前記配光エンジンの割り当てを表す請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項８】
前記制御信号送信機回路は、前記定期的な時間間隔で、前記配光エンジンに対する動作電流レベルを含む前記情報信号をブロードキャストする請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項９】
前記制御信号送信機回路は、前記定期的な時間間隔で、前記配光エンジンに対する動作輝度レベルを含む前記情報信号をブロードキャストする請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１０】
前記制御信号送信機回路は、前記定期的な時間間隔で、前記配光エンジンの別々に動作する部分に対する動作電流レベルを含む前記情報信号をブロードキャストし、角度範囲を有する出力照明の前記指向性ビームを発生する請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１１】
前記制御信号発生回路は、情報信号を、前記定期的な時間間隔で、前記マスターコントローラから受信した前記制御信号に含まれる情報に対する要求への直接的応答としてブロードキャストする請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１２】
前記マスターコントローラは、前記制御信号のそれぞれのブロードキャストに前記配光エンジンのデジタルアドレスに対応する参照状態を前置し、前記制御信号を受信する前記制御信号発生回路が、それに接続されている前記配光エンジンに対する前記デジタルアドレスを認識することができ、これにより、それが接続されている前記配光エンジンの前記デジタルアドレスを宛先とする前記マスターコントローラから受信した前記制御信号の部分のみを処理することができるようにする請求項６に記載の天井照明システム。
【請求項１３】
前記電圧調節回路は、前記配光エンジンに接続され、それが接続されている前記配光エンジンと同じ陥凹部内に埋め込まれる請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１４】
前記電流制御回路は、前記配光エンジンに接続され、それが接続されている前記配光エンジンと同じ陥凹部内に実質的に埋め込まれ、前記電圧調節回路および前記制御信号発生回路を備えている前記電子回路の埋め込まれていない部分は、前記天井タイル内の空間的に異なる場所に埋め込まれる請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１５】
前記電流制御回路は、前記配光エンジンに接続され、それが接続されている前記配光エンジンと同じ陥凹部内に実質的に埋め込まれ、前記電圧調節回路および前記制御信号発生回路を備えている、前記電子回路の前記埋め込まれていない部分は、前記配光エンジンによって占有されている前記陥凹部内に埋め込まれる請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１６】
前記電子回路は、前記天井タイルの中の前記配光エンジンに接続され、それが接続されている前記配光エンジンと同じ陥凹部内に埋め込まれる請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１７】
前記電子回路は、前記天井タイルの中の前記配光エンジンに接続され、前記配光エンジンと空間的に異なる場所に埋め込まれる請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１８】
前記マスターコントローラは、前記電子回路に前記制御命令をブロードキャストする前記第2の電気信号を生成し、前記電子回路は、これにより、前記１つまたは複数の陥凹部を占有する前記配光エンジンに前記レベルの前記電流を供給することによって前記制御命令を処理し、前記制御命令に基づいて動作する請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項１９】
前記制御命令は、前記電流のレベルが実質的にゼロになることに応答して出力レベルが「オフ状態」になる前記配光エンジンに対し別々にアドレス指定されるコマンドを含み、
前記電流のレベルがゼロより大きいことに応答して出力レベルが「オン状態」になる前記配光エンジンに対し別々にアドレス指定されるコマンドをさらに含み、
出力光レベルが「オフ状態」と「オン状態」との間の中間状態である前記配光エンジンに対して別々にアドレス指定されるコマンドを含む請求項１８に記載の天井照明システム。
【請求項２０】
前記マスターコントローラは、電気スイッチ、キーボード、キーパッド、光ビームを放射するリモートコントロール、高周波信号を放射するリモートコントロール、運動検出器、ネットワーク接続経由で受信された電子メッセージ、マイクロプロセッサから受け取る電子メッセージ、および前記電子回路内の前記制御信号回路によってブロードキャストされるような前記情報信号を含む、複数の信号発生デバイスのグループから選択された１つの信号発生デバイスから第1の電気信号を受信する請求項５に記載の天井照明システム。
【請求項２１】
前記配光エンジンの前記発光体は、光を2πステラジアン以下の立体角に実質的に放射するように構成された平坦な主発光出力開口を有し、放射光は、前記出力開口の平面に垂直な平均ポインティング方向の周りで実質的に軸対称である請求項1に記載の天井照明システム。
【請求項２２】
前記発光体は、半導体もしくは有機発光ダイオード(LED)である請求項1に記載の天井照明システム。
【請求項２３】
前記発光体は、蛍光発光デバイスまたはマイクロプラズマ発光デバイスである請求項1に記載の天井照明システム。
【請求項２４】
前記発光体の前記平坦な主発光出力開口は、対応する前記配光エンジンの前記出力開口に実質的に垂直に向き付けられ、前記配光エンジン内の前記配光光学系は第1の光学系グループと第2の光学系グループとに分けてそれぞれの光学系グループが前記光の平均ポインティング方向を変化させるようにすることができ、前記第1の光学系グループは前記発光体から前記光を実質的に集光するように構成され、前記配光エンジンの前記出力開口の前記平面に平行な平面内で実質的に90°の第1の変化を引き起こし、前記第2の光学系グループは前記第1の光学系グループから前記光を実質的に集光するように構成され、前記配光エンジンの前記出力開口の前記平面に垂直な平面内で0°より大きく、180°より小さいポインティング方向に第2の変化を引き超し、前記第2の変化が生じた結果、前記出力配光の最終的なポインティング方向が決まり、前記出力配光は前記配光エンジンの前記出力開口から出る請求項２１に記載の天井照明システム。
【請求項２５】
前記第1の光学系グループは、前記光を連続的に、または複数の離散的なパケット単位で回転させながら、前記光を前記元のポインティング方向にそってかなりの長さにわたって横断させることができ、前記回転された光は元の発光源の寸法に比べて、前記光の前記元のポインティング方向に平行な寸法の著しく大きな範囲にわたり、これにより、発光源の照度に比べて著しく低い平均照度を持つことになる請求項２４に記載の天井照明システム。
【請求項２６】
前記第2の光学系グループは、前記光を連続的に、または複数の離散的なパケット単位で回転させながら、前記光が前記第2の光学系グループに入った後に前記光がとった前記ポインティング方向にそってかなりの長さにわたって横断するように構成され、前記回転された光は元の発光源の寸法に比べて、前記第2の光学系グループ内に入った後に前記光がとった前記ポインティング方向に平行な寸法の著しく大きな範囲にわたり、これにより、発光源の照度に比べて著しく低い平均照度を持つことになる請求項２４に記載の天井照明システム。
【請求項２７】
前記第1の光学系グループは、
前記発光体によって放射される実質的にすべての光が集光されるようにサイズおよび位置が決められた入力開口を持つ集光およびコリメート光学系と、
前記集光およびコリメート光学系から、前記集光のポインティング方向にそって向き付けられた長さにそった抽出手段により、光を受け取る導光光学系と、
前記導光光学系の抽出領域の長さにわたる、前記抽出された光の実質的にすべてを回転させる、光回転構造と、
著しい量の光が前記第1の光学系グループの前記出力開口以外の領域から漏れるのを防ぐように位置決めされた光保持リフレクタとを備える請求項２４に記載の天井照明システム。
【請求項２８】
前記集光およびコリメート光学系は、正方形である場合にエッジ寸法がx1×x1であり、矩形である場合にエッジ寸法がx1×y1であり、円形である場合にエッジ寸法がd1であり、すべて前記発光体の前記平坦な主発光出力開口のサイズおよび形状によく一致し、光透過出力開口は前記導光光学系の対応する受光入力開講とよく一致する、集光入力開口を持つエテンデュー保存リフレクタであり、前記光透過出力開口のエッジ寸法は、正方形であればX1×X1であり、矩形であればX1×Y1であり、円形であればD1であり、前記エテンデュー保存リフレクタの前記集光入力開口と前記光透過出力開口との間の前記反射側壁は、関わっている正方形、矩形、および円形の開口について、x1〜X1 Sin θ1、y1〜Y1 Sin θ2、およびd1〜D1 Sin θ1であるすべての点における正弦法則に従い、前記集光入力開口は前記光を実質的に±90°の範囲内で受け取る場合、前記光透過出力開口は前記集光入力開口と前記光透過出力開口の両方が正方形であるときに±θ1×±θ1の角錐を、前記集光入力開口と前記光透過出力開口のうちの一方が矩形であるときに±θ1×±θ2の角錐を、前記集光入力開口と光透過出力開口の両方が円形であるときに±θ1の角錐を有する光ビームを放射すると仮定する、請求項２７に記載の天井照明システム。
【請求項２９】
前記集光およびコリメート光学系は、前記導光光学系の入力端である請求項２７に記載の天井照明システム。
【請求項３０】
前記導光光学系は、片面にファセット微細構造がある矩形のライトパイプであり、前記ファセット微細構造は全内面反射によって光を回転し、前記ライトパイプの本体部に光を通し、前記ライトパイプの反対側から出すように構成され、前記ファセット微細構造はこれにより抽出の主要手段および光回転構造として使用される請求項２７に記載の天井照明システム。
【請求項３１】
前記導光光学系は、その長さにそった寸法方向に狭まる透明誘電体によって形成される4面ライトパイプであり、前記寸法方向は回転した後の前記光の前記ポインティング方向に実質的に平行であり、前記第2の光学系グループに向かって配設されている前記ライトパイプの指定された出力側および対向する側が前記パイプの長さにそって互いの方へ収束し、前記ライトパイプが入力エッジに比べて著しく狭いエッジにおいて終端して、一配向において三角形または台形の断面を形成し、前記ライトパイプが狭まる結果としてその長さにそって分数TIR失敗が生じ、これは前記ライトパイプを囲む、または浸漬する誘電体中への光抽出の手段として働く請求項２７に記載の天井照明システム。
【請求項３２】
前記ライトパイプは、指定された出力側および対向側の両方において空気を境界とし、前記光は全内面反射失敗を介して前記ライトパイプの両方の対向表面から外へ実質的に等しく漏れ、前記パイプの対向側に配設されている正反射表面を備え、前記対向側から出る光は前記反射面に当たり、前記ライトパイプに再入し、実質的にすべての光が最終的に指定された出力側に抽出される請求項３１に記載の天井照明システム。
【請求項３３】
前記光回転構造は、前記ライトパイプの指定された出力側に配設されている光透過フィルムのファセット表面であり、前記フィルムは前記ライトパイプに向けて配設されたファセット表面および前記ライトパイプから遠ざかるように変位された平坦な表面を有し、前記ファセット表面は第1の屈折および次いで全内面反射を使って光を回転させるように構成されている請求項３１に記載の天井照明システム。
【請求項３４】
前記光回転構造は、光透過フィルムのファセット表面であり、前記ファセット表面は反射材料でコーティングされ、ライトパイプから遠ざかるように配設され、前記フィルムは前記ライトパイプに向けて配設された平坦な透明表面を有し、前記平坦な表面は低い屈折率または比の媒質を介して前記ライトパイプに光学的に結合され、前記低屈折率の媒質は前記フィルムの屈折率と前記ライトパイプの屈折率の両方に関して低い屈折率を有し、前記低屈折率の媒質は、最初に前記ライトパイプの前記対向側で実質的にすべての全内面反射失敗を引き起こし、前記光の実質的にすべてが前記低屈折率媒質を通過し、前記フィルム内に入り、前記光は前記フィルムの前記反射ファセット表面に当たって回転し、前記低屈折率の媒質内を逆進し、前記ライトパイプを通り、前記ライトパイプの前記指定された出力側から外に出る請求項３１に記載の天井照明システム。
【請求項３５】
前記第2の光学系グループは、
前記第1の光学系グループの前記出力開口から放射される実質的にすべての光が集光されるようにサイズおよび位置が決められた入力開口を持つ集光およびコリメート光学系と、
前記集光およびコリメート光学系から、前記集光のポインティング方向にそって向き付けられた長さにそった抽出手段により、光を受け取る導光光学系と、
前記導光光学系の抽出領域の長さにわたる、前記抽出された光の実質的にすべてを回転させる、光回転構造と、
前記光のほとんどすべてが前記第2の光学系グループの前記出力開口以外の領域から漏れるのを防ぐための光保持リフレクタとを備える請求項２６に記載の天井照明システム。
【請求項３６】
前記集光およびコリメート光学系は、前記導光光学系の入力端である請求項３５に記載の天井照明システム。
【請求項３７】
前記導光光学系は、ファセット側を持つ矩形の導光板であり、前記ファセット側は全内面反射によって前記光を回転し、前記導光板の本体部に前記光を通し、前記ファセット側の反対の側から出すように構成され、前記ファセット側はこれにより抽出の主要手段および光回転構造として使用される請求項３５に記載の天井照明システム。
【請求項３８】
前記導光光学系は、その長さにそった1つの寸法方向に狭まる導光板であり、前記寸法方向は第2の光学系グループの前記出力開口の前記ポインティング方向に実質的に平行であり、前記配光エンジンの前記出力開口に向かって配設されている前記導光板の前記指定された出力側および対向する側が前記導光板の長さにそって互いの方へ収束し、前記導光板が入力エッジに比べて著しく狭いエッジにおいて終端して、一配向において三角形または台形の断面を形成し、前記導光板が狭まる結果としてその長さにそって分数TIR失敗が生じ、これは抽出の手段として働く請求項３５に記載の天井照明システム。
【請求項３９】
前記導光板は、指定された出力側および対向側の両方において空気を境界とし、前記光は全内面反射失敗を介して両方表面から外へ実質的に等しく漏れ、前記導光板の前記対向側に配設されている正反射表面を備え、前記対向側から出る前記光は前記リフレクタに当たり、前記導光板に再入し、実質的にすべての光が最終的に前記指定された出力側に抽出される請求項３８に記載の天井照明システム。
【請求項４０】
前記光回転構造は、前記導光板の前記指定された出力側に配設されている光透過フィルムのファセット表面であり、前記フィルムは前記導光板に向けて配設されたファセット表面および前記導光板から遠ざかるように変位された平坦な表面を有し、前記ファセット表面は第1の屈折および次いで全内面反射を使って前記光を回転させるように構成されている請求項３８に記載の天井照明システム。
【請求項４１】
前記光回転構造は、光透過フィルムのファセット表面であり、前記ファセット表面は反射材料でコーティングされ、前記ファセット表面は前記導光板から遠ざかるように配設され、前記フィルムは前記導光板に向けて配設された平坦な透明表面を有し、前記平坦な表面は低い屈折率または比の媒質を介して前記導光板に光学的に結合され、前記低屈折率の媒質は前記フィルムの屈折率と前記導光板の屈折率の両方に関して低い屈折率を有し、前記低屈折率の媒質は、最初に前記導光板の前記対向側で実質的にすべての全内面反射失敗を引き起こし、前記光の実質的にすべてが前記低屈折率媒質を通過し、前記フィルム内に入り、前記光は前記フィルムの前記反射ファセット表面に当たって回転し、前記低屈折率の媒質内を逆進し、前記導光板を通り、前記導光板の前記指定された出力側から外に出る請求項３８に記載の天井照明システム。
【請求項４２】
前記発光体の前記出力開口は、前記配光エンジンの最終的な出力開口に実質的に垂直に向き付けられ、前記配光光学系は第1の光学系グループと第2の光学系グループとに分離可能であり、前記第1の光学系グループは前記発光源から出力される光を集光するように配設され、前記光の前記元のポインティング方向を保存し、前記第2の光学系グループは前記第1の光学系グループから前記光を集光するように配設され、前記配光エンジンの前記出力開口によって画成される平面に垂直な平面内で0°より大きく、180°より小さいポインティング方向に変化を引き起こし、この第2の変化の結果、前記配光要素の前記出力開口から出る配光の最終的ポインティング方向が決まる請求項２１に記載の天井照明システム。
【請求項４３】
前記発光体の前記出力開口は、前記配光エンジンの最終的な出力開口に実質的に平行に向き付けられ、前記配光光学系は前記光の元のポインティング方向を実質的に保存する請求項２１に記載の天井照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連特許出願の相互参照〕
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2008年10月10日に出願した米国仮出願第61/104,606号の優先権を主張するものである。
【０００２】
この節は、とりわけ、請求項に記載されている発明の背景または状況を述べることを意図したものである。本明細書の説明は、追求することが可能であるが、これまでに考えられたり、追求されたりした概念では必ずしもない概念を含んでいる場合がある。したがって、本明細書において別段の指示のない限り、この節で説明する内容は、本出願における説明および請求項に対する従来技術ではなく、またこの節に含めることによって従来技術であると認められることはない。
【背景技術】
【０００３】
工業用途、商業用途、および住宅用途に関して、消費者は、柔軟性と適応性をも望みつつ、さらに複雑な照明システムを要求している。しかし、世界中の頭上天井照明システムの一般的な外観、感触、および物理的な構造は、この50年間目立った変化を見せていない。工業用頭上照明は、高層オフィスビルであろうと、工場であろうと、工業オフィスパークであろうと、軽量の装飾(吸音)天井パネル内に形成され、これらのパネルによって囲まれる、開口部またはクリアランス内に取り付けられた(またはそれらを通して吊り下げられる)扱いにくい大電力の規則正しく何列にも並べたダウンライト照明器具が代表的なものであったし、今もって代表的なものである。それぞれの現今のダウンライト照明器具は、典型的には、足下の床の約36平方フィートを照らすように設計されており、これは、一般的な標準(500〜1000ルクスの照度)に従ってそのように照らすのに約4000ルーメンを必要とする。高電圧(AC)の電力は、費用のかかる高電圧ケーブル配線および導管を使用して、これらの高光出力照明器具の大きなグループに同時に印加される。これらの照明器具は、下からは光の物理的に明るい領域として見え、まぶしい。照明器具の効率の悪さと誤った方向に向かう光の量がかなり多いことによるエネルギー浪費は、膨大である。普通に使われている従来の電球タイプの調光は、効率が悪く、また一般的には適用されず、エネルギー節減の魅力的な手段を排除することになる。光を必要としない床および壁の領域は、とにかく照らされることが多く、部分的な照明のみを必要とする領域は、全面を照らされることが多い。
【０００４】
従来の照明方式および従来の照明ハードウェアを使用したのでは、あまり似ていないシステムを配備することはできない。天井パネル材料は、厚さが典型的には0.5〜0.75インチであり、きわめて壊れやすい構造となっている。古典的な照明器具および照明機器は、製造時であろうと、設置時であろうと、このような材料に埋め込むには単純に厚すぎ、また重すぎる。高電圧の電力線を従来の天井材の中に埋め込むことは、政府安全規則の上からも、また古典的な照明器具を設置し取り付ける方法に不整合があることにより勧められない。
【０００５】
半導体発光ダイオード(LED)をベースとする低電圧照明器具が、最近、市場の関心を集めているが、これは、もっぱら、エネルギー効率の改善の可能性があること、低電圧DC動作が可能であること、Hgなどの有害物質を使用していないこと、赤外線および紫外線が出ないこと、調光が容易であること、カラー調整が簡単に行えること、および耐用年数が長いことによる。さまざまな理由から、ほとんどすべての早期の商業的重点は、ねじ込み式の電球代替え品としてであろうと、さらには既存の蛍光灯トロファーおよび凹形ダウンライト照明缶のフォームファクタにわざと似せた、したがってその代替えとなる器具の体裁をとるものであろうと、既存の電球を直接置き換える(模倣する)LED照明装置に置かれている。しかし、これからわかるように、初期のLED器具代替品は、これに対応する従来から扱いにくい電球に比べて、重量がいくらか軽く、いくぶんコンパクトである程度でしかない。
【０００６】
ほとんど同じ理由から、ただし、その本質的なコンパクトさを活かす必要があるという点で本明細書に記載の発明により関係するものとして、本発明における埋込み照明機器のすべての実用的な例について、半導体LEDが選択されている。やがて、いくつか例を挙げると、有機LED(OLEDとも称する)、薄型平面蛍光源、平面マイクロプラズマ放電源、および電子刺激ルミネッセンス(ESLと称される)に基づく他の好適な照明機器タイプが出現する可能性がある。
【０００７】
LEDは、一般的に、本発明の薄さに対する要求条件を満たしているが、一実施形態では、本発明に従ってLED光源を応用するには、従来技術はLEDにある程度の改造を加える必要がある。好ましい照明機器構成は、相互接続された低電圧DC電力伝導バス、電子電力制御コンポーネント、および感光コンポーネントと結合される支配的な天井タイル断面内への実質的な嵌合を必要とする。電力伝導バスおよびさまざまな集積化された電子コンポーネント要素は、典型的には断面が薄いが、十分に区別できるダウンライト照明パターンを有する比較的薄いLED照明機器を配置することは、以前にはなされていない。
【０００８】
裸の半導体LED発光体は、本発明により天井材本体に埋め込むことも可能であるが、そうすることの利点はほとんどない。光の放射がすべての角度方向に広がって望ましくないだけでなく、LEDの輝度が単純に高すぎて、人が光に当たったときにうっかり直視してしまう危険性もある。
【０００９】
LEDを二次光学系(例えば、レンズ、リフレクタ、およびディフューザ)と組み合わせる多数の従来技術の配置構成も、本発明による天井材の本体に埋め込むことが可能である。そうすることについては、以下である程度詳しく説明されるが、LEDの対応するエネルギー効率を損なうこと、オフアングルグレアを生じること、またはその両方を伴うことなく、LEDの異常に高い輝度レベル(ときには最も明るい市販の電球器具の200倍も高い)の直視を十分にマスクする従来技術による配置構成は知られていない。
【００１０】
より明確に区別される照射パターン、エネルギー効率のより小さな損失、およびグレアの低減も達成しつつ、観察者の目に見えるLEDの輝度を弱めるのに成功した従来技術のLEDの組合せを改造した埋込み可能な照明機器のいくつかの新しい例を以下に紹介する。
【００１１】
本発明の照明機器の例示的な実施形態は、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」、およびそれほどではないにせよ、発行済みの米国特許第7072096号(名称「Uniform Illumination System」)、および米国特許第6871982号、米国特許第7210806号、米国特許第2007-0211449号(名称、「High Density Illumination System」)から抜粋したものである。これらの照明機器の例は、低減された視野輝度およびグレア低減を照明機器のビームパターン(形状および角度範囲)を変更するための単純な手段と組み合わせたものである。これは、効率的な形態の角度変換カプラーを備えるLED、光路変更フィルムを備える導光板、およびビーム幅調整フィルムの新しい組合せを応用するものである。
【００１２】
照明機器をよく配慮して分配し頭上照明システムの薄い材料内に埋め込むことは、エネルギー節約を実現し、より高度な照明制御形態を利用可能にし、簡素化されたインフラストラクチャに関連する所有費用を低減するうえでさらに有益である。
【００１３】
本発明では、一般的な方法に比べて単位面積当たりの照明器具の数を増やし、これらの照明器具からの照明を使用し、個別に制御する能力があるため、エネルギー節約機会に対応できる。より多くの照明源を制御下に置くことで、必要に応じて床および壁の領域に照明を当てることができる。
【００１４】
あまり重要でないレベルの制御をユーザーに許す照明システムは、すでに使用されている。暗示されているネットワーク接続およびプログラムによる制御の一形態を具現化した商業施設の照明システムの従来技術の例として、舞台および劇場照明用の照明機器のスイッチングで使用されるもの、および屋内および屋外の照明に加えて、セキュリティ、冷暖房、ブラインド、水道システム、および家庭娯楽の制御を一体化したより広範な家庭管理システムのキーパッド制御で使用されるものが挙げられる。これらの特定のネットワークは、配線およびインフラストラクチャの複雑さをほとんど低減することなく、さまざまな場所にあるさまざまな支持構造物上に取り付けられている個別に給電される電気器具を相互接続し、制御する。
【００１５】
これらのネットワークベースの特性とは別に、本発明に基づく頭上照明システムが埋込み方式であるため、光を当てられる天井と光を当てられない天井の両方に独特の新しい外観または外見を与えることができる。この独特の外観は、関わっている照明設計者および建築業者の審美的な選択に応じて幾何学的に変えることができるが、一般的には、従来のものに比べて小さい正方形、矩形、および円形の照明開口によって規定されており、それぞれの照明開口は現行方式に比べてあまり人目に付かず、グレアが低く、単位天井面積当たりの分配が細かい。照明開口は、必要に応じて、一般的な投光照明であろうと、作業照明であろうと、スポットライト照明であろうと、またはウォールウォッシングであろうと、一体化された天井システム全体を通して類似の外見を有する。
【００１６】
これらの控えめな照明開口は、従来の照明器具開口が現場にあるドライウォールカットアウトにセメントで固定されるドライウォール据え付け部に類似している。この方式を使用可能にする照明器具は、泥埋めされていると称される。天井材を照明器具に合わせるために、かなりの現場仕上げ作業が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国仮特許出願第61/024814号
【特許文献２】国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号
【特許文献３】米国特許第7072096号
【特許文献４】米国特許第6871982号
【特許文献５】米国特許第7210806号
【特許文献６】米国特許第2007-0211449号
【特許文献７】米国特許第6520643号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明では、薄いタイル状の指向性照明光エンジン、この照明のための電力にアクセスするための手段、およびこの照明を制御するための手段とともに埋め込まれている普通のタイル状建築資材を導入する。本発明の大半の例は、頭上照明を目的とするものであるが、用途は、天井および壁面に一般的に使用されるより広範な薄い外形の建築資材に広がる。このような多機能照明材料は、これらが置き換える特に商業施設の頭上照明システム用の新世代のエネルギー節約オプションを導入するものとして、照明設計者が利用できる頭上照明設計オプションの範囲を広げるものとして、また頭上照明の製造および据え付けのより効率的な手段を実現するものとして示される。照明および照明の制御機能を他の何らかの方法で一般的な建築材料内に埋め込むことによって、頭上照明における物理的インフラストラクチャは、対応する商業施設用配光のように、著しく簡素化される。さらに、大型の強力な照明器具のグループのみを配備する代わりに、本発明により説明される分配方式により、標準的な手法では可能でない頭上照明の美的な質の実質的な改善をある程度行うことが可能である。
【００１９】
建築材料、特に天井材は、照明、光検出器、運動検出器、配電機能、および電力コントローラを埋め込んで製造され、これらは商業施設用照明システム製品の新しいクラスを代表するが、商業施設用天井を取り付け、送電線管を装備し、従来の照明器具を取り付け、取り付けられている照明器具のバンクを同時に制御する従来の照明スイッチを取り付けるときに今日行われている煩わしい工程を合理化することも可能である。
【００２０】
本発明は、このような効率の悪い、静的な照明景観に実質的な変化をもたらすための実用的な手段を実現する。本発明では、薄い、方向性のある、見て美しいダウンライトの分配が、送電線、電気コネクタ、電力制御回路素子、および感光電子素子と組み合わされ、ごく一般的な軽量の装飾(および吸音)天井材それ自体の中にまとめて埋め込まれ、これにより多くの不効率の発生源(エネルギー、人、および材料)を排除する一体化照明システムを形成する頭上天井の新しいシステムについて説明する。
【００２１】
照明器具、配電手段、光感知手段、およびスイッチングおよび制御の手段を天井材製造時に埋め込むことで、天井システム照明の設置が簡素化され、その照明のインフラストラクチャ費用が削減され、自然災害発生時に天井およびその器具類が落下する物理的危険性が排除され、達成できる照明品質の範囲が大幅に拡大される。
【００２２】
照明制御のより高度な形態は、本発明では、従来の壁などに凹形天井器具を使用して実用されるのと異なるタイプの埋込みダウンライト(スポット、作業用、投光、およびウォールウォッシュ)を組み込み指定された床または壁領域を照らす能力によって対応している。付加的な機能が、製造時に天井材の中に実質的に埋め込まれるので、設置現場に出荷する前には、複雑さが暗示される設置の費用および時間は無視できるくらい小さい。エネルギー節約および照明制御における同じ利点は、従来のかさばる蛍光投光照明トロファーおよび凹形ダウンライト照明缶では、これらが通常よりは細かいグリッドで設置されたとしても、達成することはほとんど不可能である。これらの古典的な電球を発生源とする調光効率の悪さおよび好ましくない視覚的アーチファクトは、エネルギー節約を無効にし、照明の品質を減じ、照明器具を追加設置することで、物理的支持および電気的相互接続に必要なインフラストラクチャ費用が増大する。
【００２３】
本発明の範囲内のエネルギー節約および制御の利点は、ネットワーク接続の原理の適用のしやすさに由来するものである。製造時に同時埋込み照明機器の分配とともに相互接続要素、配電要素、および制御要素を埋め込むことで、インテリジェント型の通信および制御ネットワークの費用効果の高い実装が可能になり、光源レベル計、明色計、電力計、および運動センサーなどのセンサーを含む、フィードバックセンサーも埋め込まれるときになおいっそう機能を高めることができる。
【００２４】
マスターネットワークコントローラは、埋込みネットワーク上の有益なエネルギー効率戦略を容易に調整できる。床および壁の照明レベルは、局所的要件に応じてリアルタイムで調節することができる。埋込み光センサーは、周囲照明条件を局所的に監視し、局所的条件を適切な電力コントローラに伝達し、与えられる照明のレベルをインテリジェント方式で変化させることができる。このようなインテリジェント機能を使用することで、本発明により開発された照明システムは比例的に応答し、一部の領域の照明を強くし、他の領域の照明を弱くすることができる。
【００２５】
本発明におけるマスターコントローラは、天井システムの被覆領域全体にわたって人間のフィードバックを検出する手段として埋め込まれているセンサーと通信することができる。この手段によって、下のワークキュービクル内の事務職員は、上にある埋込みセンサーに信号を送り(動き、IR、RFにより、またはコンピュータベースのインターフェースを通じて)、ネットワークによって実行される照明アクションを実行することができる。
【００２６】
離れた場所に配置されているマスターコントローラは、天井システム内のそれぞれの埋込み照明機器によって受信され、解釈されるだけでなく、与えられたタイルに埋め込まれている照明機器内に収容されている個別の配光エンジンによって、またそれぞれの配光エンジン内に収容されている個別の発光源によって解釈される低水準命令セットを使用する、埋込み照明機器それ自体に動作電力を供給するために使用される低電圧配線上に直接重ね合わされる信号として、AC本線から、または無線デジタルブロードキャストを介して無線で低電圧配線上にトランスコーディングされた信号として、デジタルブロードキャストを送出することができる。そうする際に、本発明では、自律型照明制御をかなり細かく行い、これにより、照明器具をオン、オフするか、または照明器具の大きなグループを通常レベルに調光する単純な方式に比べてその意図するところがかなり高度である電力制御命令を送ることができる。
【００２７】
本発明のネットワーク接続は、一般的な天井材の厚さ部分に埋め込まれた控えめな照明機器のグリッドワークに直接給電し、制御する独自の態様に適用される。採用されるネットワーク制御アルゴリズムおよびプロトコルは、きわめて異なり、アプリケーションの埋込みの性質に特有のものであり、冗長制御インフラストラクチャの導入を必要としない。
【００２８】
したがって、本発明の目的は、商業施設および住宅の天井の建築で使用される従来の建築材料の本体部内にさまざまなパターンおよび配置構成で一体化され相互接続される頭上LED照明の分配方式の手段を実現することである。
【００２９】
本発明では、設置費用および資材の両方を節約するより単純で効率的なワークフローを使用可能にする。本発明によれば、石膏タイルなどの受動的天井材は、専用電気配線、専用ダウンライト照明要素、およびその関連する電子コンポーネントの埋込みをしやすくする正確な切り出しにより製造される。適切な孔、凹みを付け、および表面仕上げを行った後、新しい形態の天上タイル材料に、上述のような必要なコンポーネントを埋め込む。このような一体化されたアセンブリは、何らかの形で一般的な天井材を(他の類似の薄型の建築材をも)完全照明システム製品に変える。これらの製品は、天井表面としてだけでなく、作業用分配照明システム内の能動的コンポーネントとしても設置される作業現場に納入される。
【００３０】
本発明の他の形態では、現場の電気技師が、1つの事前に設置されている照明機器を異なる性能特性を持つ照明機器と交換することができるか、または自分が選択した照明機器を永久的に埋め込まれたままである他のすべての必要な要素とともに予め製造されている天井タイルにスナップ式に追加することができる。
【００３１】
本発明の大半の形態において、付随する埋込み式配光エンジンから発生する出力ビームは、照明の開口に都合のよいように取り付けられ、ビームの照射範囲を拡大するために特に備えられている光学膜パックを単純にスイッチアウトすることによって設置後に照明の範囲またはパターンなどの角度品質で容易に調節することができる。このようにして、広いビームを狭いビームに、正方形を円形に、ハードエッジをソフトエッジに、というように切り替えることができる。
【００３２】
本発明の他の目的は、さまざまなパターンの小型および間隔の広いスルーホールで修正され、それぞれのスルーホールに1つまたは複数の小型配光エンジンが嵌合され、それぞれエンジンがLEDならびに放射光を集光して円形または矩形の断面および天井表面から下にある床または壁面上の物体へ離れる方向に向かう特定の角度範囲を有する有用なビームに再分配するように設計された二次光学素子からなる、天井タイルおよびドライウォールパネルなどの、従来の天井材を構成することである。
【００３３】
本発明のさらなる他の目的は、それぞれの修正された天井材の上面内に、または上面上に、中に収容されているそれぞれのLED光エンジンを相互接続する電気回路の薄型手段、および離れた場所にある電源から電圧および電流を導く1つまたは複数の導線も構成することである。
【００３４】
本発明の目的は、それぞれの修正された天井材内に収容される電気回路の一部として、離れた場所から供給される電圧および電流源が、指示されうるようにそれぞれの小型配光エンジンに印加され、これにより放射される光のレベルを、完全にオフであろうと、完全にオンであろうと、その間の光強度であろうと、設定するように電力を分配し、変調し、切り替える1つまたは複数の手段を構成することでもある。
【００３５】
本発明のさらに他の目的は、それぞれの修正された天井材(タイルもしくはパネル)内に収容されているそれぞれの小型配光エンジンまたは小型配光エンジンのグループについて一意的な電力スイッチング命令をブロードキャストする1つまたは複数の離れた場所に配置されている中央プロセッサユニットを構成することであり、そうするために、ルーメン単位の光レベル、一定範囲の可能な発光色が関わるときの発光色、および異なるビーム角を有する配光エンジンが関わるときの発光ビーム角を含む、供給される照明の所望の状態を指定する符号化信号を使用する。
【００３６】
本発明のさらに他の目的は、離れた場所に配置されている中央プロセッサおよび1つまたは複数の小型配光エンジンを収容するそれぞれの修正された天井材上の電力スイッチング手段を接続する物理的に配線された有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークを構成することである。
【００３７】
本発明のさらに他の目的は、それぞれの修正された天井タイルの表面に内蔵されている電気コネクタ、端部に前記コネクタを備える十分な長さのフレキシブル回路リボンもしくはケーブル、または隣接する修正された天井タイル上の対応するユニット間でデジタル符号化された光信号もしくは電磁波信号を送受信する無線送信機および受信機を使用して所定の天井システム内のそれぞれの修正された天井タイル間をブリッジ接続する物理的に配線された有線相互接続手段または無線相互接続手段を構成することである。
【００３８】
本発明のさらに他の目的は、修正された天井材からなる頭上天井システムであって、それぞれの天井パネルは下にある床上の物体に均一な照明域をまとめて与える1つまたは複数の間隔を広くとって並ぶ小型配光エンジンを収容し、発光領域それ自体はそれぞれの修正された天井材の表面領域の僅かな部分を除き残り、それ以外では下から見たときに比較的目立たないと認識される通常の天井表面外観に混ぜ込まれているように見える、頭上天井システムを形成することである。
【００３９】
本発明のさらに他の1つの目的は、従来の頭上吊り下げシステムと親和性のある発光天井パネルであって、1つのパネルまたはパネルのグループから出る光が仕事用または作業用照明にあるような照明パターンを下の固定領域に制限するようにアクティブ化することができる、発光天井パネルを形成することである。
【００４０】
それに加えて、本発明の1つの目的は、そのような建築材料に対する従来の頭上天井システムと親和性のある発光天井パネル(またはタイル)であって、1つのパネルまたはパネルのグループから出る光が傾斜した下向きの角度の照明パターンをウォールウォッシュ照明の場合のように床から天井へ一般的に均一な照明で壁表面の広い部分に与えるようにアクティブ化することができる、発光天井パネル(またはタイル)を形成することである。
【００４１】
本発明のさらに他の目的は、従来の頭上吊り下げシステムと親和性のある発光天井タイルであって、1つのタイルまたはタイルのグループから出るその下向きの光が、鋭く切り取られた角度の挙動を示す照明ビームのように、弱い、または著しく低い見かけの輝度もしくはグレアを有するものとして、一般的に意図された照明の領域の下および外側から見える、発光天井タイルを形成することである。
【００４２】
本発明のさらに他の1つの目的は、従来の頭上天井システムと親和性のある発光天井パネルであって、1つのパネルまたはパネルのグループ内の発光体から出る光が所望の割合で同時に仕事用または作業用照明および床もしくは面照明を行う場合のように結果として得られる複合照明パターンを下の一般領域に合わせて手直しするように選択的にアクティブ化することができる、発光天井パネルを形成することである。
【００４３】
本発明のこれらの利点および特徴ならびに他の利点および特徴は、動作の編成および方式と併せて、後述の複数の図面全体にわたって類似の要素は類似の番号を有する付属の図面に関連して行うときの以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】個別照明、電子および相互接続要素を薄型天井(または壁)タイル材料内に他の何らかの方法で埋め込むことによって形成される頭上照明システムによってもたらされる集合角度照明を示す一般化された側面図である。
【図１Ｂ】(建物の装飾天井または壁表面材料の真上の空間から見た)システムの電気系統側を示すシステム1の一般化された上面図である。
【図１Ｃ】プラス側および中性点グランド(またはコモン)を有し、そのDC電力チャネルを通り、主制御源につながる、外部DC電源との相互接続を示す本発明による光学照明システムの電気回路配線図の一般化されたブロック図である。
【図１Ｄ】薄型タイルまたはパネル材料の本体部内に埋め込まれた複数の配光エンジンを含む、下の床から見た、分配型頭上照明システムの発明により形成された光学照明システムの一般化された形態の斜視図である。
【図１Ｅ】図1A〜1Dのタイルベースの照明システムにおける光ビームの角度関係を示すために使用されるシステムの座標系の斜視図である。
【図１Ｆ】下の床から見た、単一の配光エンジンまたは配光エンジンの単一のグループを収容する天井タイルを示す図1Aのものに似た斜視図である。
【図２Ａ】薄型タイル材料の本体部内に埋め込むにはかなりかさばりすぎる個別ダウンライト照明器具の典型的な従来技術の一例を示す図である。
【図２Ｂ】薄型タイル材料の本体部内に埋め込むにはかなりかさばりすぎる個別ダウンライト照明器具の典型的な従来技術の他の例を示す図である。
【図２Ｃ】図1Dの斜視図に示されているような本発明の板状天井タイル照明システムの一般的に同等の24"×24"の実施形態、図2Bのかさばった蛍光灯トロファー、および図2Aのよりかさばった凹形ダウンライト照明器具の間の断面高さの比較を並べて示す図である。
【図２Ｄ】軽量天井タイルの大きなグループを支持するか、または吊り下げるために広く使用されている標準タイプの金属製グリッド天井タイル吊り下げ格子180の下の床から見た斜視図である。
【図２Ｅ】軽量天井タイルの大きなグループを支持するか、または吊り下げるために広く使用されている標準タイプの金属製グリッド天井タイル吊り下げ格子180の下の床から見た別の斜視図である。
【図３Ａ】上の(または同等のタイル張りした壁表面の下の)ユーティリティ(またはプレナム)スペースから見た本発明のタイル照明システムの単一のタイル実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｂ】マルチタイル照明システムを吊り下げ、給電するための好適な手段の一例を構成する、図3Aの照明システムの4×4マルチタイル実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｃ】図3Bに示されている点線領域の拡大斜視図である。
【図３Ｄ】タイル照明システム用の1つの可能なT字状バータイプの支持部材、および電源相互接続の可能な一般化された一形態の断面側面図である。
【図３Ｅ】図3Dに示されているものと大半の点で類似しているが、少なくとも部分的に導電性を有するように修正された、他の可能なT字状バータイプの支持部材の断面側面図である。
【図３Ｆ】図3EのT字状バー支持部材の単純な一変更形態を示す、T字状バー要素の2つの導電性を有する側が互いに電気的に絶縁され、一方がVdc出力線に接続され、他方がシステムグランドに接続されている、図である。
【図３Ｇ】図3Fに示されているT字状バー吊り下げ手段の代替となる一実施形態を示す略図である。
【図３Ｈ】本発明の2つの隣接するタイル照明システムの埋め込まれているコネクタ9とのより安全な相互接続手段を形成する図3E〜3GのT字状バー要素の断面図である。
【図３Ｉ】隣接するタイル照明システム間の他の単純なT字状バータイプの電気的相互接続手段の断面側面図である。
【図３Ｊ】備えられているそれぞれの発光エンジンの電力レベルを調節するために使用されるデジタル符号化された電力制御信号に適した無線形式のタイル間相互接続性を提供する本発明の範囲内のT字状バータイプの電子タイル間電気通信のさらなる1手段を示す図である。
【図３Ｋ】マスターシステムコントローラによってブロードキャストされる高周波デジタル電圧信号の記号的表現と併せて、バス要素に印加される両方のDC電圧レベルを示すグラフである。
【図３Ｌ】マスターコントローラ、大域的にブロードキャストされるデジタル制御信号放射、および天井タイル照明システム1のより大きなグループに入っている可能性のある1つの天井タイル照明システムに取り付けられた1つの大域的信号受信機の間の関係の概略を示す斜視図である。
【図３Ｍ】マスターコントローラとそれぞれ本発明に従い、それぞれ1つまたは複数の配光エンジン、および1つまたは複数の大域的信号受信機を収納する、4つの任意に異なるタイルシステム構成によってこの図に表されている別々のタイル照明システム1のグループの背面との間の関係の概略を示す斜視図である。
【図４Ａ】天井タイルまたは相当する建築材料の本体部内に埋込み可能である厚さの配光エンジン4の垂直に積み重ねた形態を示す側断面図である。
【図４Ｂ】それぞれ図4Aの垂直に積み重ねられた形態に直交する変更形態である天井タイルまたは相当する建築材料の本体部内に埋込み可能な配光エンジンの水平方向に積み重ねられた形態を示す側断面図である。
【図４Ｃ】それぞれ図4Aの垂直に積み重ねられた形態に直交する変更形態である天井タイルまたは相当する建築材料の本体部内に埋込み可能な配光エンジンの別の水平方向に積み重ねられた形態を示す側断面図である。
【図５】それぞれ見る人を発光体のまばゆい明るさから保護する機能を備えていない非常に明るいLED発光体を収容する、9つの円形の孔を備えるように図示されている他の通常の24"×24"タイル材の下の床から見た斜視図である。
【図６】図5に例示されているタイル照明システムの中央部分の背面の分解斜視図である。
【図７】照明器具の有効口径を通るルーメン数の関数としての照明器具の開口輝度(単位MNit)の一般化された表現を記述するグラフである。
【図８】本発明により、配光エンジン、電気素子、電子回路、および配線要素を別の従来のタイル材料の本体部内に埋め込む1ステージ工程の順序をまとめた一般化された流れ図である。
【図９】ステージAにおいてエンジンコネクタ板が完全な配光エンジンそれ自体の代わりにタイル6内に埋め込まれ、次に第2のステージBにおいて、配光エンジンの発光部分が取外し可能な形で埋め込まれる点を除き、図9のものと同等である一般化された2ステージ工程の流れ図である。
【図１０】図9の流れに似た、別の一般化された1ステージ工程の流れの要約を示す図である。
【図１１】本発明の薄型配光エンジンの埋込みをしやすくする内部的特徴301を備えて形成された構造化キャビティとともに製造された後の例示的なタイルの背面を示す斜視図である。
【図１２】図11の後(または上)から示されている例示的なタイルの前(または底、もしくは床)側の斜視図である。
【図１３】タイルシステム製造時の、予め作られているスロット内へのDC配電バスの埋込み、および事前形成された陥凹部内への例示的なDC電力バスコネクタの埋込みを示すタイル材料の背面から見た分解斜視図である。
【図１４】タイルシステム製造時の、予め作られているスロット内へのDC配電バスの埋込み、および事前形成された陥凹部内への例示的なDC電力バスコネクタの埋込みを示すタイル材料の背面から見た組立て斜視図である。
【図１５】厚さおよび幅が図4Cに示されている断面に対応する本発明による一般化された配光エンジン例の背面斜視図である。
【図１６】厚さおよび幅が図4Cに示されている断面に対応する本発明による一般化された配光エンジン例の床側斜視図である。
【図１７】本発明のそれぞれの埋め込まれている配光エンジン内の内部LED発光体(または複数の発光体)に離れた場所から給電し、制御するための単純な動作可能な回路図である。
【図１８】0vdcにおいて期間353(τ0)だけ隔てられている時間352(τv)を有する+5vdcの制御パルス351の連続的な流れを示す略図である。
【図１９】照明エンジンの8レベルの動作(例えば、完全オフ、完全オン、および6つの調光レベル)を実現するために3つの並列MOSFET-抵抗器枝回路を組み込んだデジタル調光法を示す回路図である。
【図２０】一度に1つまたは2つの枝回路のみをアクティブ化する制御信号の組合せによってイネーブルされるオン、オフ、および6つの中間レベルの8つの可能なエンジン動作レベルをまとめた表である。
【図２１】本発明の電圧レギュレータ回路および配光エンジンを組み合わせるためにスロット付きヒートシンクとともにより大電力のコンポーネントをグループ化する一方法を示す略分解斜視図である。
【図２２】図19に示されている3つの電流スイッチング枝回路をグループ化し配線し、図21に示されているパッケージ配置構成内でそうする、一方法を示す分解斜視後面図である。
【図２３】図22の分解されていない図である。
【図２４】埋め込まれたエンジン内のより大電力の電気素子を局在化するオプションを表す本発明の完成した配光エンジンの分解斜視図である。
【図２５】埋め込まれたエンジン内のより大電力の電気素子を局在化するオプションを表す本発明の完成した配光エンジンの通常の組立て済み斜視図である。
【図２６】図25に示されている配光エンジンの斜視図であり、図1C、3L、および3Mにおいて導入されているようなマスターコントローラによって一般的に送信されるIR制御信号を受信し、処理するために赤外線(IR)受信機要素およびICを追加する状況を例示する図である。
【図２７】例示的な相互接続をわかりやすくする図26の上面図である。
【図２８】無線周波(RF)受信機モジュールおよびRFチップアンテナを収容する配光エンジン実施形態の斜視図である。
【図２９】図示されている電気的相互接続をわかりやすくする図28の上面図である。
【図３０】平板層上に備えられその平面層上に局在化されているマスターコントローラから制御信号を受信するためのすべての動作コンポーネントを備えるさらに他の完全に構成された配光エンジン例の斜視図である。
【図３１】図30に含まれる例示部分の拡大斜視図である。
【図３２】図24〜25の配光エンジン例の埋込み工程を例示するタイル材料の背面から見た分解斜視図である。
【図３３】図32に提示されている分解図の完全な斜視図である。
【図３４】埋め込まれている複数の配光エンジンのうちの1つの付近の本発明によって修正されたタイル材料の拡大された部分を示す図である。
【図３５】図34にあるように、例示的に埋め込まれている配光エンジンの拡大された部分を示す図であるが、ただし、この図では、関連する相互接続配線が、伴うタイル材料内に形成された予め作られているスロット内に追加されている点が異なる。
【図３６】タイル材料内に事前形成されたキャビティ内に埋め込むように作られた形態の低電力電子制御回路(つまり、図1Cに例示されている埋め込まれた電子回路)の一例を示す斜視図である。
【図３７】タイル材料内に事前形成された離れた場所に配置されている埋込み用キャビティ内の図36の低電力電子制御回路の埋込みを示す拡大斜視図である。
【図３８】埋め込まれている配光エンジンそれ自体から実質的に隔てられている事前形成されたタイルキャビティ内に低電力制御要素が離して配置されている場合に対する埋込み工程を示すタイル材料の背面から見た斜視図である。
【図３９】適所に埋め込まれているすべての要素および接続部を伴うタイル材料の背面から見た図38のタイル照明システムの斜視図である。
【図４０】それぞれの配光エンジンの背面に埋め込まれているすべての必要な電力制御電子回路コンポーネントを有する、これもまた関連するタイル材料の背面から見た図39の照明システムと密接に関係する一実施形態の斜視図である。
【図４１】4つの埋め込まれている配光エンジン、その電圧接続ストラップ、そのグランド接続ストラップ、およびその埋め込まれている回路のうちの1つを示す図40の左下隅の領域の拡大斜視図である。
【図４２】すべてのエンジンの低電力電子回路コンポーネントを保持するように構成されている、本発明による2部構成の埋込み式配光エンジンの例示的なシャシープレート部分の上面図である。
【図４３】本発明のこの例示的な2部構成の配光エンジンの両方の部分の間の稼働関係を示す分解斜視図である。
【図４４】図43の2部構成の配光エンジンの、それら2つの分割部分が取り付けられた状態の背面斜視図である。
【図４５】図43および44の2部構成の配光エンジン4の斜視床側面図である。
【図４６】2部構成の背面埋込み工程を容易にする内部的特徴を備えて形成された構造化埋込みキャビティとともに製造された後の例示的なタイル材料の背面を示す斜視図である。
【図４７】図9の2ステージタイル製造工程において実行されるような、最初の一連の背面埋込み段階を例示する分解斜視図である。
【図４８】完全に埋め込まれている電子シャシープレートと図9の2ステージタイル製造工程における第2の一連の背面埋込み段階とを示す、図47と似た分解斜視図である。
【図４９】小型部品のサイズが関わっているため図48の左下側領域内の明確は見えない暗黙の埋込みの細部をわかりやすくする拡大された背面斜視図である。
【図５０】関わっている配光エンジンの大電力配光部分を埋め込む工程を示す下の床から見た図48のタイル照明システム1の分解斜視図である。
【図５１】より視覚的にわかりやすく説明されている埋込みおよび相互接続の詳細を明らかにしている、図50の斜視図に示されている分解された領域の拡大図である。
【図５２】図50に示されているものに類似しているが、この場合には、空気流スロットおよび関わっている配光光学系上の開口境界のサイズと一般的に一致する照明開口を備えるカバープレートの埋込みを例示する、床側斜視図である。
【図５３】照明開口内に2つの直交方向を向いたレンチキュラーレンズフィルムシートを備える例示的な鼻隠の背面を示す分解斜視図である。
【図５４】組立て後の、図53の例示的な鼻隠またはカバープレートの最終的配置構成を示す斜視図である。
【図５５】下の床空間から見た図52の完全に埋め込まれたタイル照明システム1の斜視図である。
【図５６】下の床空間から見た図40の完全に埋め込まれたタイル照明システム例の斜視図である。
【図５７】同一平面配置構成を有する形態を示す分解斜視図である。
【図５８Ａ】発光体271の左側エッジ283の周りで図示されている配光エンジンシステム全体を循環回転させることによって図4Cの略図形態から導かれる本発明による円形配光エンジンの埋込み式同一平面形態の分解斜視図である。
【図５８Ｂ】本発明に従って実施される円錐状リフレクタを収容する円盤形放射状発光体の一例の斜視図である。
【図５８Ｃ】6つの個別のLED発光体(またはチップ)を円形アレイ状に配置した、本発明に従って実施される円盤形放射状発光体の他の例の斜視図である。
【図５８Ｄ】本発明によって使用される円形配光光学系を備える構成要素(円形導光円盤および放射状溝付き屈折フィルム)の斜視図である。
【図５９】組立て後の図58A〜58Dの配光エンジンの下の床(配光側)から見た斜視図である。
【図６０】図4Aに概略が示されている垂直に積み重ねられた配光エンジンのレイアウトの円形形態として配置される、これも下の床から見た、図59のシステムの変更形態の斜視図である。
【図６１】図58〜59に示されている円形円盤状配光エンジンのいずれかの形態を使用する下の床空間から見た本発明の完全に埋め込まれたタイル照明システムの斜視図である。
【図６２】下の床から見た動作中の本発明の照明システムの一例を示す斜視図である。
【図６３】下の床から見た動作中の本発明の照明システムの他の例を示す斜視図であるが、これは図62に示されているものと比べて角度範囲が狭い4つの例示的な照明ビームを備える。
【図６４】下の床から見た動作中の本発明の照明システムのさらに他の例を示す斜視図であるが、これは下方を向く2つのスポット照明作業用ビームと斜め下方を向く2つのスポット照明作業用ビームが配置されている。
【図６５】タイルのレベルより僅かに上のところから見た動作中の本発明の照明システムのさらに他の例を示す斜視図であるが、これは斜め下方を向く2つのスポット照明作業用ビームと図64の例に比べてあまり急角度でない斜め下方を向く2つのスポット照明作業用ビームが配置されている。
【図６６】下の床から見た動作中の本発明の照明システムのさらに他の例を示す斜視図であるが、これは2つ配光エンジンをオンにし、別の2つのエンジンをオフにして配置されている。
【図６７】図61に例示されているように埋め込まれている4つの円形配光エンジンを使用する本発明による照明システムの類似の動作例を示す図である。
【図６８】前の図3Hにおいて導入された例示的な相互接続方法の分解斜視図である。
【図６９】図68の分解図にちょうど示されているような導電性のT字状バースタイルのランナーシステムの完全に加工された形態を示す斜視図である。
【図７０】埋め込まれたDC電圧コネクタを追加し、薄型の曲げられる延長タブを追加した、図69の導電性のT字状バースタイルのランナーシステムの斜視図である。
【図７１】図70の導電性のT字状バースタイルのランナーシステム822の斜視図であり、この場合、図70においてより明確に示されている完全に設置されたタブ付きエッジコネクタを含む、適切な天井タイル材料との組合せを示している。
【図７２】本発明の実施態様と親和性のある埋込み式薄型配光エンジンの一タイプを示す、関わっている埋込み板の背面から見た斜視図である。
【図７３】図72の配光エンジン例の発光側から見た斜視図である。
【図７４】これもまたエンジンの内部の光の流れを示す図72〜73に例示されている配光エンジンの内部構造の分解斜視図である。
【図７５】エンジンの3部構成のLED発光体サブシステム内にあるキー要素をより詳しく示す、図74に示されている領域の拡大斜視図である。
【図７６】図72〜75において説明されているタイプの4つの薄型配光エンジンを備える本発明による完全に埋め込まれているタイル照明システム1の背面から見た斜視図である。
【図７７】拡大することで図72〜75において説明されているタイプの薄型配光エンジンの埋込み工程および埋込み電気的相互接続の関連する方法をさらに明確にする、図76のタイル照明システムの左前隅の領域を選択的に分解して示す分解図である。
【図７８】図77に示されている分解された細部の完全に埋め込まれている状態の例を示す図である。
【図７９】例示的な照射ビームが埋め込まれている配光エンジンのうちの1つによって生成される、図72〜78に説明されている電気的にアクティブ化されたタイル照明システム1の下の床から見た斜視図である。
【図８０】図53にすでに示されている垂直方向に向き付けられたレンチキュラーレンズシートの対を、例示することを目的として含む、本発明のこの例に適している1つの好ましい開口カバーの形態を示す分解斜視図である。
【図８１】関わっている埋め込まれた配光エンジンのうちの1つによって生成される例示的な照射ビームについて図80において説明されているように開口カバーの光広がり効果を例示する図79に示されているタイルシステムの下の床から見た斜視図である。
【図８２】本発明のタイルシステムの実施態様と親和性のある埋込み式薄型配光エンジンの他のタイプを示す、関わっている埋込み板の背面から見た斜視図である。
【図８３】図82において完全に組み立てられた状態で示されている薄型配光エンジンならびに内部に配置されている配光光学要素の分解斜視図である。
【図８４】そのコンパクトさ、スリムさ、および柔軟性をよく示している、図82〜83の埋込み式配光エンジンの完全に組み立てられた形態の床側から見た斜視図である。
【図８５】図82〜84の薄型配光エンジンのLED発光体部分内で使用されている矩形角度変換リフレクタユニットの出力開口内をのぞき込む完全に組み立てられた状態の斜視図である。
【図８６】図85に示されている角度変換リフレクタの配置構成の略上断面図である。
【図８７】生成される±θ1から±θ2までの角度範囲の非対称出力光を例示する、この例の例示的なLED発光体部分の斜視図である。
【図８８】このタイプの配光エンジンで生成可能な緊密に編成されている±10.5°×±5°の光出力ビームを例示するために用意されている、図84と類似する斜視図である。
【図８９】本発明による図82〜88のマルチセグメント薄型配光エンジン形態を直に囲む局在化されたタイル材料埋込み領域に(例示することのみを目的として)限定されるエンジン-タイル埋込み工程の分解斜視図である。
【図９０】埋め込まれているエンジンの背面を示す、エンジン埋込み工程が完了した後の図89の斜視図である。
【図９１】配光エンジン単独のこのマルチセグメント形態について図84にすでに示されている両方の照明開口を示すように傾けられている、図90からのタイル照明システムの埋込み領域の床側斜視図である。
【図９２】このタイプのマルチセグメント配光エンジン4に適している埋込み式開口被覆ベゼルの単一の開口例を示す分解斜視図である。
【図９３】図88〜91に示されているようなマルチセグメント配光エンジンの開口内に埋め込むのに適しているセグメント化された開口被覆ベゼルを例示する部分分解斜視図である。
【図９４】図89〜91の工程詳細によって説明されている4つの2セグメント配光エンジンの埋込みを例示する、関わっている例示的な24"×24"のタイル材料の背面から見た斜視図である。
【図９５】関連付けられているDC電圧ストラップとグランドアクセスストラップの取付けを含む完全なタイル埋込み詳細を含む、図94に示されているタイル照明システムの左前部分の拡大斜視図である。
【図９６】配光エンジン4それ自体を埋め込む前の中間段階として、例示的な24"×24"のタイルの対応するエンジン埋込みキャビティ内の例示的なタイルキャビティガスケットを含める様子を示す分解斜視図である。
【図９７】タイルキャビティガスケットを埋め込んで(かつ封止して)から2セグメント配光エンジンおよびその支持シャシーを埋め込む直前までの間の図96のエンジン埋込みキャビティの分解斜視図である。
【図９８】それぞれ図93に示されている2セグメントベゼルスタイルの例示的な出力開口カバーを有する4つの埋め込まれた2セグメント配光エンジンを収容する本発明のタイル照明システム例の下の床から見た斜視図である。
【図９９】オプションの空気流スロットおよびその装飾カバーがこの実施形態から外されていることを除き、図98のすべての点に関して同一である斜視図である。
【図１００】本発明のタイル照明システムのさらに他の例示的な実施形態の下の床から見た斜視図であり、このシステムは図82〜99に示されているタイプの2つの別々の2セグメント配光エンジンを埋め込んでおり、これらの2セグメント配光エンジンは両方とも例示的なタイル材料の近似的な中心にある。
【図１０１】図100のタイル照明システムの下の床から見た斜視図であり、システムの動作、2つの斜めの方向を向いているホールウェイウォールウォッシングビームの一例を示している。
【図１０２Ａ】大型LCDバックライト照明システムである、Philips LumiLedsによって製作されているLuxeon III 1845において使用されるポピュラーな側面発光(またはコウモリ翼状)LED発光体の略側面図である。
【図１０２Ｂ】図102Aの側面図に示されている側面発光Luxeon LED発光体の斜視図である。
【図１０３Ａ】発光体を関連する配光エンジンの残りの要素に電気的に相互接続するための手段を含む、好適な電気回路板およびそれに取り付けられている4つの側面発光LED発光体の斜視図である。
【図１０３Ｂ】本発明のタイル照明システムによる垂直に積み重ねられた配光エンジンの実施形態内で使用することもありうるような完全なLED発光体の斜視図である。
【図１０３Ｃ】本発明のタイル照明システム内に埋め込むのにまとめて適している垂直に積み重ねられている配光エンジンの配光光学系部分を備える追加の二次光学素子を示す側断面図である。
【図１０３Ｄ】いくつかの例示的な光流路も示す、図103Cに示されている側断面図の拡大部分の図である。
【図１０４】本発明のタイル照明システムに従って構成されている例示的な垂直に積み重ねられた配光エンジンの180.4mm×110mm×18.8mmの埋込み可能な形態の背面から見た斜視図である。
【図１０５】構成要素間の内部関係を明らかにする、図104に例示されている垂直に積み重ねられている配光エンジンの床側から見た分解斜視図である。
【図１０６】本発明に適している例示的な24"×24"のタイル材料の近似的な中心の図104〜105に示されている配光エンジンの垂直に積み重ねられた形態を埋め込むのに必要なタイル本体部の細部を示す斜視図である。
【図１０７】埋込み工程の完了直後の図106のタイル照明システムの中心部分を示す拡大図である。
【図１０８】下の床から見た、単一の4"×4"の照明開口および関連する開口カバーを示す、図102〜107の実施形態による例示的なタイル照明システムの斜視図である。
【図１０９】システムのマスターコントローラからの電力「オン」信号の受信と組み合わせた、DC電圧を一方の一組のコネクタに印加することと他方の一組のコネクタへのグランドシステムアクセスとから結果として生じる角度広がり指向性照明の種類を示す図108のタイル照明システムの斜視図である。
【図１１０Ａ】本発明による薄型建築タイル材料内に埋込み可能な他の垂直に積み重ねられた配光エンジンの実施形態の発光部分の主作用要素を示す分解斜視図である。
【図１１０Ｂ】図110Aの斜視図内に分解された形で示されている垂直に積み重ねられた配光エンジンの発光部分の完成した厚さ18.8mmの最終アセンブリを示す斜視図である。
【図１１０Ｃ】図110Bに示されている発光部分のうちの4つの発光部分を前の例において説明されている電圧調節、制御、および検出電子回路と例示的に組み合わせる、このタイプの垂直に積み重ねられた配光エンジンの埋込み式形態の一例を示す完全組立て背面斜視図である。
【図１１０Ｄ】完全に組み立てられた形態の、図110Cの埋込み式配光エンジンの前側斜視図である。
【図１１０Ｅ】図110Cに示されているような埋込み式配光エンジンの分解斜視図である。
【図１１０Ｆ】輪郭がはっきり見える±30°の照明錐およびそのかなり拡大されている出力開口の両方を示す図110A〜110Eの垂直に積み重ねられている埋込み式配光エンジンを備えるタイル照明システムの斜視図である。
【図１１１Ａ】構成要素間の基礎をなす物理的関係を確立する本発明の実施に使用される他の有用なタイプの垂直に積み重ねられた埋込み式配光エンジンの基盤となる反射光広がり機構を例示する略側断面図である。
【図１１１Ｂ】構成要素間の幾何学的関係の追加の詳細を明らかにする図111Aに示されている埋込み式配光エンジンの略側断面図である。
【図１１２Ａ】出力伝達効率が100%である図111A〜111Bの薄型配光エンジンのP偏光に対する近視野像の図である。
【図１１２Ｂ】部分反射出力層によって示される純反射率が80%である図111A〜111Bの薄型配光エンジンのP偏光に対する近視野像の図である。
【図１１２Ｃ】出力伝達効率が100%である図111A〜111Bの薄型配光エンジンによって形成されるP偏光照明遠視野像の図である。
【図１１２Ｄ】部分反射出力層によって示される純反射率が80%である図111A〜111Bの薄型配光エンジンによって形成されるP偏光照明遠視野像の図である。
【図１１２Ｅ】部分反射出力層によって示される純反射率が80%である図111A〜111Bの配光エンジン内の内部反射S偏光部分から結果として生じるP偏光近視野配光を示す図である。
【図１１２Ｆ】80%の純反射率がエンジンの部分反射出力層によって達成されるときの反射変換S偏光に関連付けられているP偏光遠視野像を示す図である。
【図１１３Ａ】図111A〜Bの垂直に積み重ねられている配光エンジンと親和性のある部分反射光広がり層の中心部分3030の一実例を示す図である。
【図１１３Ｂ】図111A〜Bの垂直に積み重ねられている配光エンジンと親和性のある部分反射光広がり層の中心部分3030の他の実例を示す図である。
【図１１４Ａ】部分反射光広がり出力層が中心領域内の金属反射および透過ピンホールの混合により修正されたときに図111A〜111Bの垂直に積み重ねられた配光エンジンに関連する潜在的な輝度低下がある理由を示す略側断面図である。
【図１１４Ｂ】図114Aの略側断面図内の例示的な反射の小さな領域の細部を示す拡大図である。
【図１１５】部分反射出力層の中心部分の均一な間隔で並ぶ正方形のピンホールバージョンを含む、図111A〜111Bに例示されている垂直に積み重ねられた配光エンジン内のさまざまな出力開口領域を示す側底面図である。
【図１１６】図86に示されている幾何学的な説明を補完する例示的に一般化されている矩形の角度変換(RAT)リフレクタの側断面図である。
【図１１７】それぞれの反射セクションが図116の一般化された例からの±30°のRATリフレクタと同じ幾何学的形態、および有効側壁曲率を有する本発明に関連する現実の4セクションRATリフレクタの斜視上面図である。
【図１１８】例示的な4セクションRATリフレクタをOsramの標準4チップOSTAR(商標)LED発光体の修正バージョンと一体化した一実例を示す斜視図である。
【図１１９】本発明のタイル照明システムによるさらに他の埋込み式の垂直に積み重ねられた配光エンジンの完全な発光部分を例示する分解斜視図である。
【図１２０Ａ】図119の分解図内に示されている例示的な垂直に積み重ねられたRATリフレクタベースの発光モジュール3186の完全に組み立てられた形態の斜視図である。
【図１２０Ｂ】DC電圧が印加されたときの図120Aに例示されている垂直に積み重ねられた発光モジュールによって生成される輪郭がはっきりした出力ビームを示す斜視図である。
【図１２１Ａ】前の例(例えば、図110Cおよび110D)の同じ埋め込まれている電子回路部分1940(および埋込み板1941)とともに直線的に並ぶ形で4つの発光モジュールを例示的に組み込んでいる本発明の垂直に積み重ねられた形態の1つの埋込み式配光エンジンの背面からの斜視図である。
【図１２１Ｂ】図121Aに示されている形態の埋込み式配光エンジンの下の床から見た斜視図である。
【図１２２Ａ】例示的なタイルベースの建築材料の近似的中心(点線領域3300)内の配光エンジン4のこのより小さな形態を入れ子にするために必要な埋込みの細部3290を示すタイル照明システム1の背面からの分解斜視図である。
【図１２２Ｂ】例示的な埋込み工程が埋込み式配光エンジンのこのよりコンパクトのタイプに合わせて適切に視覚化されるように、図122Aの斜視図に示されている埋込み領域を拡大した図である。
【図１２３Ａ】図121A〜121Bの単一の垂直に積み重ねられた配光エンジンを組み込んだ図122A〜122Bの±30°のタイル照明システムの4"×3/4"の照明開口を示す下の床から見た斜視図である。
【図１２３Ｂ】DC電圧を供給されたとき、また一緒に埋め込まれている電子回路部分がシステムのマスターコントローラからオン状態制御信号を受信したときに図123Aのタイル照明システム1によってもたらされる照明の斜視図である。
【図１２４Ａ】±30°のRATリフレクタの理想的断面と±12°のRATリフレクタの理想的断面との比較を並べて示している、両方とも1.2mmの入力開口の例示的な場合に対するものである図である。
【図１２４Ｂ】±12°のRATリフレクタの4セクションバージョンの基本的な内部薄壁形態を示す斜視図である。
【図１２５Ａ】±12°の出力を有する1つの4セクションRATリフレクタを、その対となるもう一方のLED発光体とともに示す分解斜視図である。
【図１２５Ｂ】4つの例示的なLEDチップが4セクションRATリフレクタの対応する4つの入力開口内の中心に配置されていることが示されている、図125Aに示す配光エンジン例の組み立てられた形態の出力端から見た斜視図である。
【図１２５Ｃ】短い±30°のバージョンについて図119に示されているものに似た形態の、1つの埋込み式の±12°の発光モジュールの部分組立て例を示す分解斜視図である。
【図１２５Ｄ】RATリフレクタの4セクション出力開口を視覚的にわかりやすくするために分解図のままである、出力フレームを除く、部分組立て後の図125Cの±12°の発光モジュールの斜視図である。
【図１２６Ａ】前の例において例示されているような関連する電子電圧制御要素とともに、図125A〜125Bの4セクションRATリフレクタを収容する4つの±12°の発光モジュールを組み込んだ本発明の照明システムの要件に従って形成されている埋込み式配光エンジンの実施形態の背面からの斜視図である。
【図１２６Ｂ】4つの4セクションRATリフレクタ出力開口を見やすくするためにオプションの光広がりフィルムスタックが取り除かれている図126Aの埋込み式配光エンジンの実施形態の床側からの斜視図である。
【図１２６Ｃ】図126Bの埋込み式4セグメント配光エンジンを示し、4つの発光モジュールのうちの2つがスイッチオンされ、これらのモジュールのうちのそれぞれによって発せられる例示的に異なる照明ビームを示す、他の床側からの斜視図である。
【図１２６Ｄ】250mm下から照らされている平面から見た図126Cの埋込み式配光エンジンの底側にある発光部分に関連付けられている4つの出力開口の直線において直接上方を見上げる平面図である。
【図１２６Ｅ】図126Dと同じ平面図であるが、天井実装エンジンの9フィート(つまり、2743.2mm)下の床表面からのように、さらに10倍ほど下の距離から見た図である。
【図１２６Ｆ】図126Cの埋込み式配光エンジン内の1つの4セクションRATリフレクタからの±12°×±12°の照明ビームによって9フィート下のシミュレートされた4メートル×2メートルの床表面上に形成されるコンピュータでシミュレートされた1180mm×1180mmのビーム遠視野像の図である。
【図１２６Ｇ】図126C〜126Dに示されているように図126Fのシステム内の4セクションRATリフレクタが光を±30°に広がるように設計され、配向されている単一の放物形レンチキュラーフィルムシートと組み合わせたときのコンピュータによってシミュレートされた3200mm×1180mmのビーム遠視野像の図である。
【図１２７】特に関連付けられているときの、従来の頭上照明システム設置工程に関連する流れと本発明の予め製造されているタイル照明システムによって使用可能になる簡素化された設置工程に関連する流れとを並べて比較した図である。
【図１２８Ａ】天井材、照明機器、および電子制御回路に対する個別の分岐を含み、それぞれの分岐が設計、製造、組立て、輸送、および設置などの段階を含む、従来の天井および頭上照明システムに関連する、設計から使用までの最高位の工程の流れを示す図である。
【図１２８Ｂ】設計から使用までの工程のシステム指向の性質を示す、本発明の埋込み照明システムに関連付けられ、使用可能になる、設計から使用までの最高位の工程の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の分配型頭上照明システムに従って製作される光学システム1は、図1Aの一般化された側面図、図1Bの一般化された上面図、および図1Cの電気回路図の一般化されたブロック図形態で示されている。縮尺のために、図1Aのシステム1の断面厚さ20は、0.75インチとなるように視覚化され、図1Bのシステム1のエッジ境界22および24は、2フィート×2フィートの正方形となるように視覚化されうる。一般に、厚さ20は、0.25インチから1.5インチまで範囲内で変化し、エッジ境界22および24は、約1フィートから約6フィートまでの範囲内で変化し、2フィート×2フィートおよび2フィート×4フィートの公称寸法組合せが商業規格において最も広く使用されている。この説明において、すべての例は、ほとんどの場合に「タイル」と称される、24"×24"のパネル材料を例示的に記述している。それに加えて、以下で取りあげる天井照明の例はすべて、吊り天井(suspended (or drop) ceilings)での使用を想定しており、この場合、吊り格子はタイルの正方形のパネルを保持し、いくつかは照明源となり、それ外は照明源でない。本発明の範囲内の同じ埋込み照明システムの概念は、より一般的に、他のサイズのパネルおよびタイル、さらにはドライウォールパネルなどの他の一般的な建築材料にも適用可能である。
【００４６】
図1Aは、天井(または壁)タイル材料6の材料本体部5内に他の個別の要素を埋め込むことによって形成される頭上照明システム1によってもたらされる集合角度照明2を示す一般化された側面図であり、埋め込まれた要素は1つまたは複数の配光エンジン4、2つまたはそれ以上の電力線7、2つまたはそれ以上の電子コネクタ要素9、1つまたは複数の電子回路要素11、1つまたは複数の電子電力制御要素15を備える。要素を埋め込むのに適したスルーホールおよびキャビティは、製造時にタイル材料6の本体部5内に形成され、この方法で、このような対応する物理的特徴を有していない天井(または壁)タイル材料の従来方式で作られている市販の例から区別される。電力制御要素15は、1つまたは複数のモノリシック構造集積回路または単一のカスタム集積回路(いくつかの場合において、マイクロプロセッサもしくはカスタムマイクロプロセッサを含む)とすることができ、1つまたは複数の信号センサー、1つまたは複数の対応する信号デコーダ、およびDC電力安定化およびスイッチングの手段(1つまたは複数の集積回路によって駆動される個別コンポーネントであってもよい)をさらに備える。外部DC電源(電圧または電流)が接続されると、作動電力制御要素15が、適切に調整された電圧を電子回路素子11に供給する。この回路素子は、特定の発光エンジン4(または発光エンジン4のグループ)の+DC入力端子に接続される。回路素子は、この回路素子が接続されている発光エンジン(または発光エンジンのグループ)に関連付けられているデジタル制御信号を感知してデコードすると、受信された特定のデジタル制御信号によって指定されたそのエンジン(または複数のエンジン)に電力を供給するように動作する。外部DC電源(電圧および電流)との電気的接続は、2つまたはそれ以上の電子コネクタ要素9を通じて行われ、そのうちの少なくとも1つの電子コネクタ要素は外部電源のプラス(+)側に接続され、そのうちの少なくとも1つの電子コネクタ要素はコモン(またはグランド)端子に接続される。
【００４７】
電力制御要素15は、例示することのみを目的として、図1Aおよび1Bに、発光エンジン4に対する埋め込まれた領域から隔ててタイル6の本体部5内に埋め込まれているものとして示されている。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、発光エンジン4内に(またその一部として)1つまたは複数の電力制御要素15を組み込むことが好ましい場合がある。電力制御要素15に対して2つの場所が例示されているが、単一の場所のみを使用するのが好ましい場合がある。
【００４８】
配光エンジン4は、タイル本体部の断面領域の一部を含む板状断面発光領域によって区別可能であるが、その板状部分の厚さはタイル本体部の断面厚さ部分の中に実質的に入る。要素を埋め込むのに適したスルーホールおよびキャビティは、製造時にタイル材料6の本体部5内に形成され、この方法で、このような対応する物理的特徴を有していない天井(または壁)タイル材料の従来方式で作られている市販の例から区別される。
【００４９】
図1Bは、(建物の装飾天井または壁表面材料の真上の空間から見た)システムの電気系統側を示すシステム1の一般化された上面図である。配光エンジン4は、例示することを目的として、タイル6の本体部5内に埋め込まれている単一の正方形の実体であるものとして示されている。配光エンジン4は、矩形(または円形)であるか、または連続的に(または実質的に連続的に)配置されている複数の照明エンジン4を備えるか、またはタイル6の本体部5内の異なる空間的位置に埋め込まれている複数の照明エンジン4を備えることができる。板状配光エンジン4の発光開口領域とタイル6の表面領域との間の幾何学的関係は、それぞれの配光エンジン4の発光開口領域が放出される光束を開口輝度(ルーメン/平方フィート)が人間の目に許容可能であるように分配できる十分な広さの領域であり、しかも単一のタイル6内に埋め込まれているすべての発光開口の全発光表面積がそのタイルの表面領域の面積の実質的に50%未満である十分に小さい領域であるという点で本発明の重要な一態様である。
【００５０】
本発明の目的は、板状配光エンジン4を薄型軽量タイル6の本体部5内に、タイルの重量を僅かに増やし、タイルの体積および面積の僅かな部分を占有するとして、しかも、それぞれの発光開口の目に届く明るさが視覚に有害なものとなる領域ではそれほど小さくはないものとして埋め込むことである。
【００５１】
図1Cは、プラス側32および中性点グランド(またはコモン)34を有し、そのDC電力チャネルを通り、マスターコントローラ40につながる、外部DC電源(低電圧DC電源)30との相互接続を示す光学システム1の電気回路図の一般化されたブロック図である。マスターコントローラ40および外部DC電源30は、両方とも、光学システム1の大きなグループを動作させ(プログラムされた電力を供給し)、それらをそれぞれ別々の実体として(天井タイル照明システム内の別々の天井タイルのように)取り扱う。マスターコントローラ40は、動作およびシステムに関する多数のプログラミング機能を備える。しかし、大半の基本的な機能は、どの光エンジン4に給電し、どれだけ電力を印加するかを決定するデジタル制御信号(以下でさらに詳しく説明するように)を供給するという点で、すべてのシステム1に対する有効な「照明スイッチ」として動作する。
【００５２】
電力制御要素15内のセンサー1は、いくつかの例として、外部DC電源30によって伝えられるDC電力に与えられる高周波電気信号、マスターコントローラ40(またはその一部)に接続されているRF送信機によってブロードキャストされる無線周波(RF)、またはマスターコントローラ40(またはその一部)に接続されているIR送信機によってブロードキャストされる赤外線(IR)の形態をとる、マスターコントローラ40からの伝送に対するデジタル信号受信機である。
【００５３】
電力制御要素15内のセンサー2は、埋め込まれている電子回路に関連付けられている発光エンジンの近視野内の物理的パラメータまたは低レベル通信信号を検出することができる多数のセンサータイプのうちの1つとすることができる。本発明のマスターコントローラは、埋め込まれている電子回路を通じてセンサー2と通信することができる。したがって、マスターコントローラは、周囲光レベル、温度、および発光エンジンの近くにある物体の運動などの物理的パラメータを知ることができる。天井システム全体にわたって分配される、このようなセンサーは、センサーへ直接送られるIRまたはRF信号からの人間によるフィードバックを受け取ることができる。この手段によって、下のワークキュービクル内の事務職員は、自分のいる場所の上にある埋込みセンサーに信号を送り、異なる照明アクションをネットワークによって実行させることができる。あるいは、事務職員は、IRまたはRF信号を通じてマスターコントローラと通信するか、または天井システムを基準とする一組の建物座標系を備えることができるコンピュータベースのアプリケーションを使用することによって、または他のインターフェースを通じて、それと同じアクションを生じさせることができる。電力制御要素15(またはそのサテライト)内のセンサー2は、点検孔18(図1A)と併せてタイル6の本体部5内に埋め込まれており、これにより、システム1の下の床がはっきり見え、また電力制御要素15によって認識される光測定、RF、IR、または運動によって生成される制御信号のいずれかを受信することができる。
【００５４】
図1Dは、タイル6の本体部5内に埋め込まれた複数の配光エンジン4を含む、下の床から見た、分配型頭上照明システムの発明により形成された光学照明システム1の一般化された形態の斜視図である。本発明のこの形態は、タイル6の本体部5内に埋め込まれ、タイル6の本体部5によって支持され、タイル6の本体部5から電力を受け取る広く隔てられ、戦略的にグループ化されている発光エンジン4のうちの1つまたは複数から放射する個別の光ビーム103の重ね合わせによって形成される集合角度照明2を伴う。この例示では、光学システム1は、建造物に取り付けられている共通支持方法によって保持されるか、または結合されたときに、下の床(または壁)表面に編成された照明を送る頭上天井照明として使用される、類似の光学システム1のより大きなグリッドワークを表す1つのタイルユニットを備える。
【００５５】
この図面において下から見える(露出されているエッジのみによる場合)光学システム1内のタイル6の本体部5内に収容され、支持される他の要素も、DC電圧バス導線7(離れた場所に配置されている電圧および電流30源用の電源手段とも称する(図1C))および1つまたは複数の電気コネクタ要素9(図面から隠されているが、後で例示のために詳しく説明するタイル6の本体部5内の埋め込まれた回路素子に接続されている)を備える。
【００５６】
個別の光ビーム103の詳細な分配は、配光エンジン4のタイプおよび設計に依存するが、ここでは、厳密に定義された角錐内に編成されているように示されている。図示されている錐境界は、光に対する真のハードカットオフ、または、例えば、よりソフトなエッジを持つビームの従来の半値全幅(FWHM)強度点を表すものとしてよい。ビーム103は、実質的に正方形または矩形の断面110を有するが、円形または楕円形の断面を有していてもよい。
【００５７】
図1Eは、システム1における光ビーム103の角度関係を示すために使用されるシステムの座標系の斜視図である。システム1における配光エンジン4によって形成される個別の光ビーム103は、天井タイル6の表面113に対して実質的に垂直なシステムのZ軸112に平行に伸びている下方軸111にそって下の床へ向かうように直接下方に誘導されうる。個別の光ビーム103も、壁表面、壁表面上の物体に照明を当てるか、または図1Dにあるように下方軸111単独にそって向き付けられたビームによる以上に光を拡散するように傾斜軸114にそって角度φ117で向き付けられうる。傾斜角φ117は、最も一般的にシステムのX軸115、Y軸116、およびZ軸112に関して、図1Dに示されているように、それぞれのシステム平面120および121(X-YおよびX-Z)内で傾斜軸114がその射影となす角度(α  118、β  119)の関数として表される。2つの直交するシステム子午線のそれぞれにおける個別の光ビーム3の角度範囲は、図1Fに示されているように、その子午線内の光ビーム3の一番端のエッジにおける光線(124、125)と一般的に下方の軸111または114とがなす角度(θ1 122、θ2 123)によって画定される。
【００５８】
本発明のこの形態による従来の天井タイル6は、通常、公称的に2フィート×2フィートの正方形または2フィート×4フィートの矩形の領域で、断面積の厚さは0.250から1.5インチであり、石膏(または石膏複合材)などの絶縁材料で作られる。本発明による天井タイル6の他のサイズは、いくつかの用途では等しく興味深いものであり、異なる正方形または矩形の形状を必要とすることがある。タイル6は、0.5インチから0.75インチまでの典型的な範囲、場合によっては1.5インチ程度の断面の厚さの、例えばポリマー複合材料、金属ポリマー複合材料、または他の適切な軽量な構造材料を含む、さまざまな建築材料および複合材料のうちから選んで使用して作ることができる。タイル6は、タイル本体部の断面内に実質的に嵌合し、その本体部5の複合材部分となる予成形された二次構造とともに埋め込むこともできる。
【００５９】
図1A〜1Dの本発明の一般化された照明システムは、床のダウンライト照明それに加えて壁(および壁の物体)のスポットライトおよびより広い投光照明を行う頭上天井タイル照明システムとして例示されている。同じ原理およびアプローチが、等しく、正しく、ドライウォール天井パネル照明、壁タイル照明、およびドライウォール壁照明システムに拡大適用される。本発明の類似の壁実施形態において、下向き照明ビームおよび上向き照明ビームは両方とも、隣接する床および天井に斜めを向いた照明パターンを形成するために使用されうる。
【００６０】
薄型照明機器または薄型照明器具とも称される、本発明のこの形態による薄型断面配光エンジン4は、典型的には、下の床から見て、約1"×1"から4"×4"の範囲のサイズを有する正方形、矩形、または円形の開口を示し、他の従来の天井タイル6の本体部5の物理的断面内に実質的に収容され、支持されるように作られる。
【００６１】
例えば、2フィート×2フィートの天井タイル6は、576平方インチを占有するが、9つの個別の薄型断面配光エンジン(図1Dには4つのみが示されている)は、開口面積が2"×2"であれば、僅か36平方インチの総面積を占有する。したがって、配光エンジンの9つの発光開口は、下の床から見て、天井タイル6の露出されている表面領域の36/576(6.25%)の部分のみを占有する。9つの光エンジンが4"×4"の開口面積を示していた場合、占有される天井タイル領域部分は25%に増えるだけである。
【００６２】
この構成は、図2Aの凹形ダウンライト照明缶および図2Bの蛍光灯トロファーによって表される従来の頭上照明の従来技術に対するすべての個別の変更形態から区別され、これらはそれぞれ典型的には同じ2フィート×2フィートの天井タイル6のかなり広い面積部分を占有し、それより大きな重量を有し、ときには天井タイルを丸ごと置き換える。それに加えて、両方の伝統的な従来技術の照明器具の断面厚さは、天井タイル6の断面厚さを超える実質的な距離だけ突き出ており、いずれも、天井タイル6の本体部5内に埋め込まれるか、もしくは支持されるように設計されるか、埋め込まれるか、もしくは支持されるように製造されるか、または埋め込まれるか、もしくは支持されるように設置されることはない。
【００６３】
図2Aは、タイル6の本体部5内に埋め込むにはかなりかさばりすぎる個別ダウンライト照明器具の典型的な従来技術の一例を示している。図2Aは、75W PAR-30ランプ152(より一般的には、ハロゲン型ランプ、金属ハロゲン化物型ランプ、HID型ランプ、さらにはLED型ランプであってもよい)用の典型的な凹形ダウンライト照明缶スタイル器具150のヘビーゲージメタル製ハウジング148の略断面図である。断面厚さは、製品およびランプのタイプによって異なるが、ほとんどの場合、7"から11"の範囲である。ランプ152のタイプも、発光154の角度範囲を決定し、これは、典型的には、投光ビームとスポットビームの両方を放射するように設計されている。より小さな、低ワット数の、ハロゲン(MR-16)およびLEDバージョンがあるが、これらですら典型的には4"〜6"の範囲の厚さである。
【００６４】
図1Dに示されている天井タイルのタイプとの親和性は、ときには、電子安定器158、15アンペアまたは20アンペアの電力ケーブル配線160、ハウジング148、リフレクタ162、および装備品164を含む器具総重量(75Wバージョンについては10〜15lbs程度とすることができる)を分配するのに役立つ24"×24"の鋼鉄製レイインパネル156(またはタイル上に差し渡され、天井全体を支持する吊り下げ格子システム上に載る橋のような支持材)を使用する必要がある。24"×24"天井タイル166が丸ごと置き換えられない状況では、器具の開口のサイズ(直径5"から7")に合うように、凹形缶設置工程の際に手作業で、また個別に鋸を使用して円形開口が切り抜かれる。従来の天井タイル材料はそれ自体、高いワット数のバージョンの重量および耐荷重取付面積(約7"×10"から12"×12"の範囲)を支えるだけの十分な強さまたは剛性を有しているわけではない。このような従来技術の照明器具は、多くの場合、軽量天井タイル材料を支持するために使用される金属製吊り下げ格子システムによって支えるには重すぎることすらある。機械的支持の二次的手段がないと、天井タイル材料は、典型的な商業施設の天井において必要とされる集合凹形缶器具150の重量の下で、特にタイル材料が湿ってしまう場合に、ひび割れ、座屈を生じたり、さらにはつぶれることすらありうる。
【００６５】
図2Aのシステムは、従来のランプタイプの重量12〜15lbsでは、本発明による一般的な天井タイル材料に埋め込むには少なくとも10倍重すぎ、7"〜11"の高さでは、9〜14倍厚すぎる。Cree Inc.社が製造する最近の比較的軽量(2.34lb)のねじ込み式凹形LEDダウンライト(LR4およびLR6)であっても、高さ6"〜10"であり、既存の金属製ハウジング内にねじ込んだときに重量が著しく減るわけではない。また、Creeの最新のLR24建築照明モデルは、24"×24"であり、天井タイルを丸ごと置き換えることを目的としている。
【００６６】
図2Bは、タイル6の本体部5内に埋め込むにはかなりかさばりすぎる個別ダウンライト照明器具の典型的な従来技術の他の例を示している。図2Bは、2つの40W蛍光灯172および173とこれに加えて、レンズシートまたは遮光ルーバーのいずれかである、出力照明調整装置174とを備える1つの典型的な24"×24"の凹形蛍光灯トロファー170の略断面図である。この一般的な従来技術の例は、天井タイルを完全に置き換えることを目的としている。取りあげた例示は、対応する電子安定器または15アンペアもしくは20アンペアの送電線管、BXまたはRomex型ケーブル配線を含まず、これらはすべて、ユニットの嵩と重量とに加わる。照明機器ハウジング176は、ヘビーゲージスチールから作られ、これにより、UL1570のようなアンダーライターズ・ラボラトリーズ(UL)によって定められている建築基準規格に従って、蛍光灯安定器への入力リード線、ランプソケット、HG含有蛍光灯それ自体、および関連するコンポーネントを衝撃もしくは火災の危険から保護する。このような典型的な24"×24"蛍光灯トロファー170は、15lbs以上の重量を持つ可能性があり、また24"×48"タイプは、30lbs以上の重量を持つ可能性がある。ハウジング176の厚さ(または高さ)は、ルーバーまたはレンズのないレイイン設計に対する約2.25インチの厚さからより頑丈なルーバー付き設計における6インチを少し超える厚さまで範囲である。発光178は、典型的には、角分布の最も広いランベルトタイプで行われ、通常は、少なくとも±60°(120°の全角)であり、場合によって、さらに広い。
【００６７】
図2Bに示されているシステムは、15〜30lbsの重量だと、本発明による一般的な天井タイル材料に埋め込むには少なくとも30倍は重すぎる。機械的重量が制限要因でなかったとしても、かさばる照明器具の実質的な横寸法および縦寸法では、適用できない。
【００６８】
本発明の目的は、これらの従来型の厚い、大重量の照明器具をより薄い、より軽量の代替形態で置き換えるだけでなく、さまざまな薄い断面の建築タイル材料内に一体化され、埋め込まれる全く新しいタイプの頭上(および壁掛け式)電子制御照明システムを導入することである。
【００６９】
図2Cは、本発明の板状天井タイル照明システム1(図1Dの斜視図内に一般化されているような)の一般的に同等の24"×24"の実施形態、かさばった蛍光灯トロファー170(図2Bに一般化されているような)、およびよりかさばった凹形ダウンライト照明器具150(図2Aに一般化されているような)の間の断面高さの比較を並べて示している。本発明の一体化されたタイルベースの照明システム1は、従来技術の例に比べて実質的に薄いだけでなく、図2A〜Bの従来技術の例とは異なり、複数の照明源に対する個別に制御可能な手段、およびそれぞれに対する制御の手段を収容する。
【００７０】
図2A〜2Bと同様のすべての従来技術の照明器具は、電力接続の手段を備えるが、それぞれの器具への配電手段として外部電源ケーブルを使用しなければならない。この配電方法は、本発明とともに使用することもできるが、この使用は、本発明の実施態様ではない。その代わりに、それぞれのタイルシステム1に埋め込まれている薄型配電バス7(図1A〜1Cにあるような)および関連する電源コネクタ9では、従来迷路のように張り巡らされていた外部配電ケーブルが不要になる。これらの要素は、内蔵配電グリッドのための手段となるが、タイルシステム1は図2Dに一般的に例示されているような従来の頭上タイル支持格子180で吊り下げられ、DC電圧またはグランドへの接続を必要とする他の要素によってアクセス可能なオンタイル電力伝達要素を構成する。
【００７１】
図2Dおよび2Eは、軽量天井タイルの大きなグループを支持するか、または吊り下げるために広く使用されている標準タイプの金属製グリッド天井タイル吊り下げ格子180の下の床から見た2つの異なる斜視図である。タイルシステム1と従来技術の照明器具150および170は両方とも、その機械的な違いを比較するために用意されている。タイルシステム1のすべての実施形態に対する設置手順は、プレーンの軽量の天井タイルそれ自体を取り付けるために使用される手順と実際には同一である。これは、操作して適所に入れるためにかなりの物理的強度およびバランスを必要とする、かさばる従来技術の器具の場合からほど遠いものである。
【００７２】
本発明の薄型タイル照明システム1は、従来技術の例に比べて薄く、軽量であるが、出願では、同等量の照明も供給しなければならないことを規定している。
【００７３】
1つの基準点は、2つの40Wの蛍光灯を使用して金属製ハウジング176内に合計で6300ランプルーメンを供給する、標準的な24"×24"の蛍光灯トロファー(図2B)によって与えられる。これらの6300ルーメンのうち、約4000ルーメンが器具の投光照明出力178内に、公称的に±60°以上の角度範囲において放射される。1つの器具170が、6フィート×6フィートのアレイ内の8つの受動的天井タイルによって囲まれている吊り下げ格子180内に置かれた場合、1.5m真下にある平面表面(例えば、テーブルおよび机)上の照明を当てられる物体は、より大きな吊り下げシステム180内のすべての隣接する器具170が80Wの推奨レベルまで給電されると仮定して、約1000ルクスの平均照度(3.34m2当たり4000ルーメン)を受ける。この例では、任意に、約7フィートの天井高さおよび30"のテーブルトップを仮定している。
【００７４】
本発明では、受動的タイルによって囲まれている単一のタイル内に埋め込まれている配光エンジン4の大きなグループからすべてのタイル内に埋め込まれている配光エンジン4の小さなグループに至るまでの埋込み配光エンジン4のさまざまな組合せを使用して同じ照度レベルが達成される。例えば、本発明のそれぞれの個別の配光エンジン4が、下の床に300ルーメンの光を当てるように配置されていると仮定する。8つの受動的なタイルによって囲まれている単一の24"のタイル内に配備される場合、単一のタイルは、同等の照度(例えば、4000/300=13.33)をもたらすため13個の埋め込まれた配光エンジン4を必要とする。本発明の配光エンジン4がすべての24"のタイル内に配備される場合、それぞれのタイルには1.48個の埋め込まれたエンジンがあるだけでよい。事実上、このことは、いくつかのタイル内に2つのエンジンを埋め込み、単一のエンジンを他のタイルに埋め込むことを意味する。同じ性能等価性が、すべてのタイル内に、それぞれのエンジンが222ルーメンの光を放射するように電力を供給される2つのエンジンを入れることで達成可能である。
【００７５】
以下の図3A〜8では、基本的な発光、電力伝達、電力制御、および電力感知素子が本発明の天井(または壁)タイル6内に埋め込まれ一体化される一般的な方法のより概略的な説明を行う。図9〜58にあるように、さらに詳しい例示が以下に続く。
【００７６】
図3Aは、下の照明を当てられる床領域から見た図1Dにすでに示されている斜視図に対応する、上の(または同等のタイル張りした壁表面の背後の)ユーティリティ(またはプレナム)スペースから見た光学システム1の単一のタイル実施形態を示す単純斜視図である。このシステムは、低電圧DC電源30によって給電され、マスターコントローラ40によって(RFアンテナ143、IR送信機、またはDC電圧源132上に与えられるデジタル信号によって)供給される信号によって制御される。
【００７７】
図3Bは、マルチタイルシステム185を吊り下げ(例えば、吊り下げシステム180および機械式ハンガー183)、マルチタイルシステム185に電力を供給する(例えば、電源30を用いて)好適な手段の例を示す光学システム1の4×4のマルチタイル実施形態の斜視図であり、その中のどのタイルも、図1Dにおいて導入された例示と同様に、タイル毎の複数の埋込み配光エンジン4(例えば、本発明の例のように4つ)の収容能力を有する。この例では、従来のプレーンタイル184および本発明の埋め込まれたタイル照明システム1は両方とも、単一のシステム185内に配備される。DC電圧源30からの電力は、以下でさらに詳しく述べた方法により、電圧線132およびグランド線133を介して吊り下げシステム180に送られ、吊り下げ部材それ自体は、コネクタ9を介して、関わっているタイルのグループ内のそれぞれのタイル6について必要なDC電圧供給(およびグランド経路アクセス)システムとして使用される(以下の図3E〜3Hにあるように)。
【００７８】
一般に、要素132および133などの電圧線およびグランド線は、外部電源30から電力をタイル照明システム1またはタイル照明システム1のグループに送ることができる絶縁された電線またはケーブルである。
【００７９】
図3Cは、図3Bに示されているような点線領域187の拡大斜視図であり、製造時にタイル6の本体部5内に埋め込まれるシステムの一体化された電力伝達要素(7、9、および181)とこの場合には、図示されている4つの配光エンジンの埋込みとの間に存在する一般的な関係が見やすい。これらの一体化された配電要素(7、9、および181)は、オンタイル電力伝達要素、埋込み配線要素、配線要素、信号伝送要素、電気回路要素とも称されうる。
【００８０】
図示されている配置構成は、以下でさらに詳しく示されるように、同じ目的に関して多数の類似の可能な配置構成を示す。
【００８１】
両方の図3A〜3Cに示されている埋込み配線(または電力伝達)要素181は、下にある埋め込まれている配光エンジン4と埋め込まれているDC電圧バス導線7との間の電気的相互接続を行い、これは図1A〜1Cにすでに示されているように埋込み配線要素11と同等である。いくつかの構成では、埋込み配線(電線、ケーブル、または回路)181は、システムのマスターコントローラ40によって指令されるとおりに制御電圧も伝達する。図3Aに例示されているような埋め込まれた要素181は、埋め込まれている電気コネクタ9を介して、4つの配光エンジン4をDC電源電圧(Vdc)132および外部システムグランド電源バス133と相互接続する。さらに詳しい例示を以下に示す。
【００８２】
図1Aおよび1Bに一般的に示されているような電気コネクタ9は、タイルの電力への一アクセス形態である。これらのような電気的接続要素9は、例として図3D〜3Iに示されているように受動的であるか、または例えば図3Jにおいて説明されているようにより複雑な電子回路機能を有するものとしてよい。
【００８３】
図3Aおよび3Bの両方に示されているように、DC電力30の外部電源は、標準的な高電圧交流(AC)入力131を1つまたは複数の低電圧直流出力132に変換するように構成される。DC電源電圧は、外部電源30内で事前に調節されうるか、またはそれぞれのタイル6の本体部5内の局所的に埋め込まれている回路によって調節されうるか、またはそれぞれの配光エンジン4内の局所回路内で調節されうる。DC電圧出力132は、それぞれのシステム1上の電力線7に従来のケーブル配線方式でハード配線されうるか、または図3Cに示されているように、吊り下げられている天井システムの周囲の要素にのみ印加されうるか(そのような要素のシステム180内の平行な導電吊り下げ要素にそうように)、またはグリッド状配電アレイにおいてタイルからタイルへと伝達されうるが、いずれの場合も、従来の天井システムにおいて使用されているかさばるケーブルおよびケーブルのハーネスを必要としない。図1A〜1Cに示されているように、電力は、要素7および181を通じて、埋め込まれている電子回路15に供給され、この回路が、関わっているそれぞれの小型配光エンジン4または配光エンジン4のグループに対する電圧および電流の必要な調整を行う。埋め込まれている電子回路15は、タイル毎に分配され、すべてのタイル6の本体部5内の単一の離れた場所に収容されるか、埋め込まれている配光エンジン4の1つまたは複数の一体となる一部であるか、またはその両方である。
【００８４】
建物のいくつかの領域(特に、窮屈な領域または奇妙な形の領域)では、図3A〜3Bに記号的に示されているように、AC電力を設置領域に近づけ、AC-低電圧DCコンバータを収容する配電盤内にACを終端するとより便利である。埋め込まれた配光エンジン4を収容するタイル照明システム1は、必要に応じて設置することができ、低電圧電線ケーブルを適切な配光エンジンに引き回し、直接接続することができる。それぞれのケーブルは、1つまたは複数の配光エンジン4に給電することができる。これらの短距離接続で、従来の天井システムにおいて使用されるかさばるケーブルおよびケーブルのハーネスの使用も回避される。
【００８５】
本発明によるタイル照明システム1のアレイ内のそれぞれのタイルシステム1に必要な電力スイッチング制御装置を構成することに適用可能なマスター電力制御(例えば、図3A〜3Bのマスターコントローラ40)の原理は、上の図1Cの回路図に示されていた。図3Aおよび3Bは、この同じ関係を斜視図で表している。別の実体として示されているが、マスターコントローラ40および電源30は、実際には、単一のユニットとして組み合わせることができる(この一体化を説明するために並べて示されている)。機能に関しては、電源30は、天井(または壁)システム内のすべての配光エンジン4を最大光出力まで駆動するのに適している事前調節されるDC電圧および電流の電源を実現したものである。ハード配線を通じて、または無線により、マスターコントローラ40によってブロードキャストされるデジタル命令セットを使用することで、局所的電力制御要素15は、これらの要素と相互接続しているそれぞれの配光エンジン(およびそれぞれの配光エンジンの一部)への適切な電圧(および電流)をメーターアウトすることができる。
【００８６】
あるいは、マスターコントローラとは完全に独立している電源によって低電圧DC電力を供給し、マスターコントローラから送られてくる信号をDC電力分配システムに容量結合することができる。さらに他の実施形態では、マスターコントローラの信号は、AC電力システムに印加され、ACシステムからDCシステムへ、AC-DC電力変換が行われる地点の近くでブリッジ接続されうる。このような方式を用いることで、マスターコントローラは、照明システムを収容する構造内のパワートレインにそった実質的にどの場所にも配置することができる。
【００８７】
完成した照明システムでは、マスターコントローラは、一般的に、中央通信ノードとして動作する。マスターコントローラは、その前面操作盤から、コントローラに直接接続されているか、またはネットワークを通じてコントローラに接続されているコンピュータベースのアプリケーションから、個別の発光エンジン(およびセンサー)から、または照明システムを収容する建物全体にわたって分散されている遠隔制御装置から、入力およびコマンドを受け取ることができる。遠隔制御の最も一般的な形態は、ユーザーには従来の「電灯スイッチ」のように見えるものである。マスターコントローラは、「スイッチ」から入力を受け取り、その情報を処理し、符号化されたコマンドを適切な配光エンジンに送信する。
【００８８】
図3Aおよび3Bでは、マスターコントローラ40は、図示されている他のコンポーネントとの関係がわかりやすくなるように、天井グリッドの上にあるように示されている。異なる通信プロトコルがACシステムおよびDCシステム内に導入される可能もあり、したがって、ACシステムとDCシステムとの間のブリッジ点のところにプロトコル変換器が必要になる可能性があることに留意されたい。AC環境とDC環境の両方において同じプロトコルが使用されうる可能性もある。
【００８９】
マスターコントローラ40によって符号化された情報は、例えば、それぞれの発光エンジンユニットによって放射される光のルーメンス数および発光色を含む。マスターコントローラ40は、次いで、これらの電力制御命令を電源グリッドへの直接的な物理的接続を通じて、または無線手段によってブロードキャストし、したがって、個別の電力制御要素15に送る。それぞれの制御要素は、受信した命令がその特定の制御要素を対象とするものかどうかを判定し、適切な電圧および電流を適切な配光エンジン4およびその内部発光体に送る。
【００９０】
図3A〜3Cのシステムの特定の例に加えて、マスターコントローラ40からのマスター制御信号も、ハード配線ケーブルを使用して図3Dおよび3Iにおいて以下でさらに詳しく説明されているようなコネクタ要素9のブリッジバージョンを通じて天井タイル光学システム1の1つまたは複数のユニットに物理的に接続することができる。このような機械式コネクタ実施形態から、制御信号は、要素181内のシステムトレース上で埋め込まれている回路15に直接受け渡すことができ、次いで、その方法でタイルからタイルへと受け渡すことができる。
【００９１】
あるいは、コネクタ9は、要素181上で送られる前に必要に応じて命令をトランスコードし、および/または再パッケージする能動的な変換器回路を備えることも可能である。これは、マスターコントローラによって使用される通信プロトコルが天井パネルグリッド上で使用されるプロトコルと異なる場合に当てはまると思われる。このような電子的に操作可能なコネクタ要素は、マスターコントローラ40上のアンテナ素子143を使って送信される無線周波(RF)を感知することができるか、または光学素子146によって送信される可視光または赤外線を感知することができる。この場合(無線信号の伝送と有線信号の伝送とが混合されるため)、信号のトランスコードおよび/または再パッケージ化のある種の形態が実装される可能性が高い。しかし、一般に、システムの複雑度を低減するために、埋め込まれている回路15がマスターコントローラによって送信された信号およびコマンドを直接デコードし、実行することが好ましい。マスターコントローラ40は、建物固有のインテリジェント型自動化施設制御システムによってブロードキャストされるか、または直接通信されるデータストリームを受け取る(および処理する)こともできる。そのようなデータは、より高水準の電力管理および営業時間外制御戦略を定期的に含む。可能な多くの可能性のうち、マスターコントローラ40は、それ固有の内部照明制御戦略を実装し、精密化するために使用されうるそれぞれの個別のタイルベースの照明システム1に対する運用統計量および使用履歴を保持するようにプログラムすることができる。マスターコントローラは、両方とも天井に埋め込まれているセンサーからの、および建物の周りの他の場所からの追加の統計量も記録することができ、前記センサーは光源レベル、発光色、運動、消費電力などを収集する。
【００９２】
図3B〜3Cの例は、天井のいわゆるユーティリティ(またはプレナム)スペース182内からそれぞれ示されている、工業用建物および住宅用建物の両方において世界中で広く使用されている天井タイル吊り下げシステムの標準的なタイプの斜視図を示している。本発明に従って使用される予成形されたタイル6は、格子開口部が典型的には24"×24"、24"×44"、20"×60"、600mm×600mm、および600mm×1200mmであるT字状バーベースの金属製吊り下げフレームワークを利用する吊り下げられた天井タイルに関する商業用建物システム標準に適合するようになされているが、これらは世界中で使用されているいくつかの一般例である。いくつかの代表的なメーカーとして、Armstrong、Bailey Metal Products, Ltd.、およびUSGが挙げられる。
【００９３】
図3Bは、例示的なT字状バータイプの吊り下げ格子180の代表的な4×4部分を示している。この例示は、本発明の天井照明システム1とともに使用するように適合されていることを除き、このタイプのすべての既存の従来技術のシステムを表すことが企図されている。吊り下げられている天井支持システム185は、建物の構造天井の1または2フィート下に吊り下げ格子180を備え、構造天井から吊り下げられている格子180を支持する垂直吊り下げ部材184を備える。この例示には示されていない壁面取付用金具は、典型的には、吊り下げ格子180の機械的安定性を増すものである。吊り下げ格子180内の正方形の開口部186は、天井タイル6の寸法に一致するようになされた任意の長さおよび幅の寸法を有するものとしてよく、この場合には、開口部は、例えば24"×24"としてスケーリングされ、これは特に一般的な商業施設向け配置構成である。天井タイル照明システム1の個別の単一配光エンジンの例は、この例示において、または利用可能な開口部の一部において、利用可能な開口部毎に1つずつ分配することができる。それぞれのシステム1からの照明は、下の床へ、つまり下方に向けられ、特に均一に覆う。2つの設置されているユニット1が、例えば図3Bに示されており、1つは設置中であり、点線はその挿入経路を示している。
【００９４】
図3Cは、吊り下げ格子180の対応するユニットセル内に設置されているときの1つの天井タイル照明システムを示す図3Bの例示的な吊り下げ格子180の拡大図である。この例では、天井照明システム1は、上から吊り下げ格子180内に挿入され、発光開口側が下の床に面している、本発明によるシステム1の1つの形態だけを表している。他の例は、以下で徐々に詳しく説明してゆく。
【００９５】
図3Cは、図3Bより細かい詳細レベルを示しているが、その埋め込まれている配光エンジン4の内面を隠している。古典的な吊り下げ格子180のT字状バー構造は明白である。
【００９６】
図3Cの詳細は、吊り下げ格子180の構成要素であるT字状バー200もさらに詳しく示している。従来の市販のT字状バーは、例示的にT字状バー200として構成され、天井タイルのエッジを支える物理的棚、リップ、または面201を形成し、T字状バー側部部材202は長さ203が天井タイル6の厚さ204に比べて長い。この例では、それぞれシステム1内のタイル6の対向エッジ上の埋め込まれている電気コネクタ9に到達する追加の導電性要素が仮定される。このDC電圧配電手段は、図3E〜3Gを使ってさらに詳しく説明される。
【００９７】
図3D〜3Jは、物理的コネクタが電力と電力制御命令とをそれぞれに、また吊り下げシステム格子内のタイル照明システム1の間に伝達するように具現化されうる好ましい方法のうちのいくつかの概略を示している。その結果得られる電気的接続グリッドワークは、構成要素となるすべての天井タイル照明システム1の分散型電子通信ネットワークの形成をもたらす実質的に埋め込まれている回路層を確立する。図3Dから3Jの例示は、一次相互接続性手段を強調することを意図されており、完全に設計された物理的コネクタとしては意図されていない。図68〜71にあるように、さらに詳しい例が、以下に続く。
【００９８】
個別電子回路素子の2Dアレイ内の個別電子回路素子に電力を供給し、論理制御を行うことは、受動的アドレス指定を使用しようと、能動的アドレス指定を使用しようと、マイクロエレクトロニクス分野において定着している手段である(例えば、LCDディスプレイ画面)。本発明に適用されるような大型アレイ用途では、より広い範囲の許容可能なアドレス指定オプションが利用可能である。一般に、基板または基部としての天井タイル表面の平面であるという性質を薄型電気的相互接続回路のキャリアとして使用すると効率的あり、さらには支持するために使用されるT字状バー吊り下げ部材の表面それ自体をこの同じ目的で修正する。さらには、本発明の実施は、電気的相互接続の一体化された手段に限定されない。実施は、配光エンジン4の平面状システム内の外部電源とすべての配光エンジン4(またはタイル上の配光エンジンのすべてのグループ)との間の直接的な2地点間配線も含みうる。電源からランプへの2地点間配線は、既存の頭上天井照明システム内の配電の最も一般的な手段である。
【００９９】
図3Dは、1つの可能なT字状バータイプの支持部材210、および電気コネクタ217および218をブリッジ接続することで2つの隣接するタイルシステムユニット215と216との間に形成される電源相互接続の可能な一般化された一形態の断面側面図である。この例では、ブリッジ接続コネクタは、設置時に互いに取り付けられ、これにより、図1C、3A、3B、および3Dにおいて許容されているように、本発明の隣接するユニットの間、例示されているような隣接するタイル内に埋め込まれているオンタイルバス電力線7の間、および/またはオンタイル電力伝達およびマスターコントローラ40によって別々に最初にブロードキャストされたデジタル符号化された電力制御信号のための埋め込まれている配線要素181の間の頑丈な接続ブリッジを形成する。T字状バー支持部材220は、多くの典型的な商業的に製造される断面のうちの1つを有し、そのランナー高さ203は典型的には1.5"であり、公称厚さ0.75"の天井タイル6の高さ204を超える。コネクタ217および218は、T字状バータイプの支持部材220の最も高い地点に差し渡される物理的ブリッジを形成する。矢印206〜214は、バスバー7の間のようなタイルとタイルとの間の電力導通に対する、または一方のタイル上の埋め込まれている配線要素181から他方のタイル上の対応する埋め込まれている配線要素181にデジタル符号化された制御信号を受け渡すために必要な複数の回路経路に対する、またはその両方に対する、送電路を示す。T字状バーを超える代わりに、これらのコネクタでT字状バー内のスロットを通して接続することも可能である。図3Cと3Dの両方におけるT字状バー面支持201は幅が、通常、製品に応じて、9/16"から15/16"までの範囲である。
【０１００】
図3Eは、図3Dに示されているものと大半の点で類似しているが、少なくとも部分的に導電性を有するように修正された、他の可能なT字状バータイプの支持部材221の断面側面図である。本発明のこの変更形態では、タイルシステムの目的のある電気接点(例えば、コネクタ9)によってそれぞれの天井タイル照明システム1を通して電力が引き込まれ、この場合、電気系統に関して修正されたT字状バータイプの吊り下げ手段221はタイル(またはパネル)を隣接要素およびコモンまたはグランドとの最終的接続部に接続する。追加の手段を備えることで、9と222(および223)との間で信頼性の高い電気接点が維持されることが保証される。固定タブ、ネジ、または導電性エポキシの使用を含む機械的締め付け手段を適用することができる。
【０１０１】
例示的な一形態において、電力バス7との電気接点の導電性電源コネクタ9(オンタイル電力伝達については図1A、1B、3A、および3Cにすでに示されている)は、天井タイル6のエッジを包み(図1Aおよび1Bに示されているように)、これにより、その一部がT字状バーを通じて互いに電気的に接触しているT字状バー支持材221、222、および223の対応する導電性領域222および223と物理的に(および電気的に)接触する。接触する際に、電気的導通は左側タイルから右側タイルへ構成され、これは図3Eに示されている。
【０１０２】
したがって、送電路206〜214は、図3Dにちょうど表されているとおりであるが、一方のタイルから隣接要素へ上部にかぶせてブリッジ接続する代わりに(図3DのT字状バー要素220の場合のように)、この場合の送電は修正されたT字状バー要素221の下側のトンネルを通る。タイル包み込みコネクタ9およびT字状バーのフラットコネクタ222〜223に似た他のバージョンでは、タイルは、オスプラグを有し(バス7と電気的に接触する)、T字状バーはメスソケットを有し、ここでもまた、2つの対向するT字状バーコネクタ(ソケット)はT字状バーを通じて互いに電気的に接触している。両方の場合において、送電は、前のように、低電圧DC電力の流れ、高周波デジタル信号の流れ、またはその両方であってよい。
【０１０３】
図3Fは、図3E上の単純な一変更形態を示しており、T字状バー要素221の2つの導電性を有する側(222および223)が互いに電気的に絶縁され、一方がDC電圧電源30からのVdc出力線132に接続され、他方がシステムグランド線133に接続されている(図3Aにあるように)。
【０１０４】
図3Gは、図3Fに示されている実施形態の代替となる実施形態の略図であり、この場合、平行なT字状バー要素221の吊り下げシステム180内の他のすべての平行なT字状バー要素221の両方の内部導線222および223は+Vdcに接続され、すべての隣接する平行なT字状バー要素221の両方の内部導線222および223はグランドに接続されている。この例では、他のすべてのタイルシステム215および216は、その極性の必要に応じて反転されなければならない。
【０１０５】
図3E〜3GのL字形の導線222および223は、概念上の例としてのみ意図されている。
【０１０６】
図3Hは、本発明の2つの隣接するタイル照明システム215および216の埋め込まれているコネクタ9とのより安全な相互接続手段の一例を形成する図3E〜3GのT字状バー要素221の断面図である。以下にさらに詳しく示されているこの例では、クロスハッチで示されている層225および226のいくつかの例として、T字状バー221に施されている電気的絶縁コーティングを指定しており、これらのコーティングは、絶縁塗料(例えば、Krylon(商標)などのアクリル系スプレー式塗料)、接着剤塗布プラスチックフィルム(例えば、カプトンまたはマイラーまたはポリエステル)、T字状バー部材221の外面全体を覆う表面コーティングが挙げられる。導電性ストリップ227および228は、互いに平行であり、互いに絶縁され、この例では、連続絶縁層226に施されている。スロット(T字状バーの垂直部材のそれぞれの側に1つ)229は、導電性タブ230用の機械的通路が形成されるように、切断されるか、型打ちされるか、またはT字状バー材料221を通して完全に穿孔される。導電性タブ230は、ガイドライン231にそってT字状バー221内のスロット229に挿入されるコネクタ9の物理的延長部であり、この例では、その後に、アーク232の形に折り重ねて、ぴったりと嵌まるようにし、底部コネクタ227および228と良好な電気的接触を持たせる。スロット229とタブ230の両方の寸法および形状は、タブ230がスロット229を通して引っ張られたときに、さらにぴったりと嵌まる(締まり嵌め)ように調整することができる。
【０１０７】
この吊り下げシステム支持部材の長さは、連続するT字状バー部材として、または機械的に継ぎ合わせた部分の順番に並ぶ列として、壁から壁まである。いずれの場合も、導線222および223は、電気的に連続するようにも構成される。長さ200にわたる吊り下げシステムの支持部材の一部だけが、図3Cに例示されている。224で記号的に表されているプラグを介した高伝導度は、I2R散逸による信号(または電力)損失を低減するためにこれらを必要とする状況において加えることができる。
【０１０８】
タイル吊り下げシステムグリッドのいくつかの態様をAC電圧へのアクセスを簡素化する1手段として修正するというアイデアは、現在ではパブリックドメインに置かれているさまざまな従来技術に現れている。都合のよい電気的アクセスまたは目的のある電気的導通の手段を提供するか、またはすでに提供していた市販の天井タイル吊り下げ製品は知られていない。
【０１０９】
本発明のタイル(またはパネル)システム1では、低電圧DCを使用して埋め込まれている配光エンジン4に給電し、制御する。このような理由から、図3F〜3Hに例示されている単純な導電性に関する修正は、満足のゆく、再現性のある解決策をもたらす可能性がある。外部の電線もケーブルも不要である。天井タイルコネクタ9とこれらが接触するT字状バー上の対応する導電性表面との間の電気的接触は、十分である可能性がある。要素9と要素222および223との間の導電性を強固なものにする必要がある場合、スナップ式に嵌め込む特徴、機械的タブ、または導電性接着剤を追加するとよい。
【０１１０】
本発明による吊り下げシステムは、プラスのDC電圧とグランドの交互に並ぶ平行線を、1つの連続するT字状バータイプの要素に通すか、またはセグメント分割されたT字状バータイプの要素の列に通し、これは一方の壁表面から対向する壁表面に到達する。構造用横木は干渉することなくこれらの導電性チャネルに切り分けられ、従来のグリッド状吊り下げシステム構造を完成し、その強度を高める。さらなる詳細について、以下で述べる。
【０１１１】
図3Iは、隣接するタイル照明システム1の間の他の単純なT字状バータイプの電気的相互接続手段、ジャンパーケーブルアセンブリのペア233/234の断面側面図である。この直接的な方法において、電力伝達および信号送信要素(7および181など)は、電気的取付けケーブル要素233および234で終端するように作られる。ケーブル要素233および234は、電線、フレキシブルプリント回路、フラットリボンケーブル、またはフラットフレックスジャンパーとすることができる。評判の高いメーカーが多数ある(例えば、Flexible Circuit Technologies、Tyco Electronics Amp、Molex/Waldom Electronics Corp.、JST、3M、OKi Electrical Cable Co. Inc.、およびCalmont Wire and Cable, Inc.などは単にいくつかの例である)。タイルシステム1要素7または181へのケーブル要素取付けは、恒久的でもよいし(ハンダ付け)、着脱可能であってもよい(ブロックコネクタ235および236を使用する)。それにも関わらず、ケーブル要素の外部コネクタ237および238は、オス側とメス側として適宜合わされる。
【０１１２】
図3Iに例示されている相互接続手段は、タイルシステム1の設置の論理的順序を示唆する。本発明によるシステム1は、適切なジャンパーケーブル233(および234)を付けて事前製造され、それぞれのジャンパーケーブルは必要な外部コネクタ手段237(および238)を有する。第1のタイルシステム1を、下から上向きに、従来のタイル吊り下げシステム開口部内に挿入し、T字状バー表面201上に据えられるが(例えば、図3Eを参照)、その際に、すべてのジャンパーケーブル233および234が隣接する占有されていない吊り下げシステム開口部内に確実に入り込んで覆い被さるように注意する。設置される第2の隣接するタイルシステム1上の対応するジャンパー233(および234)および関連するコネクタ手段237(および238)は、すでに設置されているタイルシステム1上のものに取り付けられる。次いで、この第2のタイルシステム1は、上向きに、同じ方法で隣接する開口部内に挿入されるが、その際に、前と同様に、そのまだ取り付けられていないジャンパーケーブル233(および234)も占有されていない隣接する開口部内に確実に入り込み覆い被さるように注意する。この工程の流れは、すべてのタイル開口部が埋め尽くされるまで繰り返される。
【０１１３】
この相互接続方式は、単一の(タイル)インストーラによって容易に管理され、一方のタイルからのケーブルが垂れ下がり、吊り下げ格子180を通るので、隣接する格子開口部内に設置される前にこの方法で隣接するタイルに容易に取り付けることができる。
【０１１４】
プレーンタイル(つまり、埋め込まれている配光エンジン4を持たない)用に指定されている天井システム開口部については、本発明によるそれらのプレーンタイルは、それでも、少なくとも2本の電力線7、および少なくとも1つの回路もしくは電力伝達要素181とともに埋め込むことができる。他の何らかの方法でプレーンタイルに埋め込まれるこれらの要素は、タイルからタイルへの低損失導電性を維持する電気的バイパス要素として使用される。あるいは、図3Iの方法と親和性のある延長ケーブルを備えることが可能である。
【０１１５】
図3Jは、天井照明システム1内に備えられているそれぞれの発光エンジン4の電力レベルを調節するために使用されるデジタル符号化された電力制御信号に適した無線形式のタイル間相互接続性を提供する本発明の範囲内のT字状バータイプの電子タイル間電気通信のさらなる他の手段を示している。
【０１１６】
本発明のこの相互接続の実施形態において、光(赤外線もしくは可視光)、無線周波(RF)、またはマイクロ(μW)トランシーバ(送信)要素240は、埋め込まれている配線(または電力伝達)要素181上に取り付けられ、天井システム185内のそれぞれのタイルシステム1の一方のエッジの近くに、一般的には、隣接するタイルシステム216の最も近いエッジ上の埋め込まれている配線要素181上に取り付けられている対応するトランシーバ(受信)要素241の近くに配置される。本発明の例では、例示されているトランシーバは、例示することのみを目的として、IRもしくは可視光の光周波数トランシーバであると仮定される。光送信機要素240および光受信機要素241は、これらが互いに実質的に視線上にあるように製作され、送信機240は受信機241の開口数の範囲内でブロードキャストし、両方とも、対応する光ビーム252はT字状バー220のバルク側壁などの機械的部分によってブロックされたり、影を付けられたり、他の何らかの形で遮られたりしないように天井タイル照明システムのT字状バー吊り下げ表面の最上部242よりも十分に高い位置に取り付けられる。あるいは、T字状バーが規則正しい間隔で並ぶ孔またはスロットを有している場合、前記孔およびスロットを通じて互いに通信するように送信機/受信機のペアの位置を合わせることができ、したがってタイルまで下げて据え付けることができる。
【０１１７】
それぞれの光送信機240は、1つまたは複数の発光デバイス245、好ましく低電力可視光もしくは赤外線発光ダイオード(LED)を備える。この場合、すべてのそのような光送信機240は、能動素子182の説明のときに上で述べた方法のうちの1つで、十分なDC動作電力とともにデジタル符号化電気信号(250、点線)を受け取る。デジタル符号化電気信号250は、マスターコントローラ40によってシステム185内のすべてのタイル(またはタイルのグループ)にブロードキャストされる完全な命令セットを表す。デジタル符号化電気信号250は、それに対応して符号化されるデジタル光ビーム252を放射するようにLED 245を変調する。次いで、デジタル光ビーム252の一部が、隣接するタイルシステム216上の、好ましくはフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードである光受信機255の入射開口内に入って受信される。受信された後、デジタル光信号ビーム252は、デジタル信号260として電子受信機コンポーネント241内で電子的に復調され、次いで、デジタル信号261としてタイルシステム216上の電気回路素子181を通って流れる。トランスコードの問題は、能動素子182の説明の際に上で述べたのと同じ方法のうちの1つで対処される。これらのデジタル信号261は、タイルシステム216内に備えられている発光エンジン4に必要なデジタル動作命令を構成する。この方法では、1つのタイルシステム215が、離れた場所に配置されているマスターコントローラ40からのグローバル命令セットを、261を介してシステム規模のタイル照明システムのより大きなグループに受け渡すことができ、216などのそれぞれのタイルシステムはその独自のローカル命令を取り出して(または受信して)、残りのデジタル命令セット(または完全な命令)をそれぞれ、隣接するタイルシステムに受け渡す(繰り返す)。このような光接続システムは、吊り下げ格子180内に収容されている隣接するタイルシステムの連続する行もしくは連続する列にそった順次的相互接続を行うために容易に応用できる。
【０１１８】
図3Kは、それぞれ時間の関数として表されるマスターコントローラ40によってブロードキャストされる高周波デジタル電圧信号263の記号的表現と併せて、バス要素7に(またそれを通じて)外部電源30によって供給される両方のDC電圧レベル262を示すグラフ略図である。この文脈において、マスターコントローラ40は、無線送信機と考えることができる。すべてのパケット(A 264、B 265)は、符号化され(1と0)、ヘッダ内にアドレスキーを有し、すべての受信機は後にそれ独自の(1つまたは複数の)アドレスキーの後に続くパケットのみを読み出して実行する。この記号的例示では、それぞれのパケットに8ビットのみが描かれており、これは現実世界での下限である。この符号化方式では、かなり長いデジタル列をサポートする。最良の形態のパケット長は、部屋サイズ、タイルサイズ、発光エンジンの個数(およびいくつか例を挙げると、色のような部分機能、調光レベルの数、光エンジン1つ当たりの独立して制御されるLEDの数)などの検討課題を含む関連する用途に依存する。このような工程を実行するために、すべてのローカルIC(電力制御要素15内の)に一般キーを焼き込む必要があり、いくつかの「グループキー」は特定の建物の床に対する事前にプログラムさた設定に関して受取り側IC内のローカルメモリに格納される。「グループキー」は、主にタンデムで動作する発光エンジン4の特に指定されているグループを表す。
【０１１９】
40フィート×40フィートの面積にわたる吊り下げられている天井は、20×20アレイの形態の2フィート×2フィートのタイル400枚を収容する。それぞれのタイルが2つの配光エンジンを1個ずつ収容していた(また設定プログラミングを欠いていた)場合、合計800個の順次情報パケットが、順次ブロードキャストされると考えられる。それぞれのビットが、例えば、0.1msの長さを有している場合(性能の低いシステムではありがちである)、例えば、1パケット当たり32ビット、パケット間に1msのデッドスペースがあると仮定すると、それぞれのパケットは3.2msを占有することになる。パケットが800個、デッドスペースが800個あれば、すべての光エンジンに対する送信時間合計は3.36秒となる。これは、10,000ビット/秒のデジタル周波数および100,000Hzのアナログ周波数応答に対応する。
【０１２０】
室内の電灯をオンにするか、または指定調光を行うか、または所定の作業領域内の作業用照明(または作業用照明のグループ)をアクティブ化するのに考慮される3秒は、たぶん、ほとんどのオフィス設定では長すぎるとみなされる。しかし、システムがシステム内の発光エンジンの大半にその設置およびグループアドレスが供給された後にプログラムされると(これにより、空間全体をアドレス指定するのに必要なパケットの数を大幅に減らせる)、アクティブ化および調光の時間は、現在実施されている光制御方法によってもたらされる応答に比べて短くなる(通常はより短縮される)。
【０１２１】
もちろん、順次発光エンジンアクティブ化の意図的なプログラミングを通じて効果を長くすることによってアクティブ化または調光をより快適なものとすることができるときがある。このような効果は、マスターコントローラをプログラムするときに容易に得られる。このような効果を用いれば、瞬時に、または望ましいときには、故意にゆっくりと、生じるように見える、正確にアクティブ化されるアクションが可能になる。つまり、事前プログラムされたアクティブ化を故意に遅らせることは、これにより(波のように)部屋一面に広がるような形で、天井システムの与えられた部分に対して発光エンジン4のアレイを順次点灯してゆくことができるときに、望ましいことであると考えてもよいであろう。このような効果は、投光照明(またはスポットライト照明)が長い廊下にそってアクティブ化されるときに魅力的であるとも思われる。
【０１２２】
図3L〜Mは、本発明に従って配置構成され、マスターコントローラ40によって調整される、1つ(または複数)の天井タイル照明システム1(または天井タイル照明システム1のグループ)を備える大域的無線電気的相互接続通信システム266を例示している。無線通信システム266は、天井吊り下げシステム185内に多数のタイル照明システム1(またはタイル照明システム1のグループ)が備えられている場合、比較的深い、混雑していない野外ユーティリティ(またはプレナム)スペースがあるとき、またはその両方の場合の好ましい、商業用または工業用建物の状況において好ましいことがある。このような環境では、それぞれのタイルシステム1は、埋め込まれている配線要素181上の(隠されている)電力制御要素に接続されている(またはその一部となっている)光、無線周波(RF)またはマイクロ波(μW)受信機270(例えば、図1Cのセンサー1)などの1つまたは複数のセンサーを備え、これの目的は、マスターコントローラ40によってブロードキャストされた大域的に伝送されるデジタル符号化光(RFまたはμW)信号を感知し、収集し、検出することである。マスターコントローラ40は、適切な光送信機のうちの1つまたは複数を備えるか、または組み込み、これらは、無線周波(RF)またはマイクロ波(μW)コンポーネントおよびアンテナについては143、IRまたは可視光については146〜147である。光送信機147は、可視光ビーム268を放射するように例示されており、無線(またはマイクロ波)送信機143は、電磁放射線269を放射するものとして例示されている。複数の通信波長を同時に含める(アクティブ化する)ことも可能であるが、通信手段と波長を1つだけ選択するのに最低限のコストがかかる。ブロードキャストされる放射線の選択がなんであれ、対応する受信機(センサー2)270がそれぞれのタイルシステム1上に配置される。
【０１２３】
図3Lは、マスターコントローラ40、大域的にブロードキャストされるデジタル制御信号放射(光では268、またはRFでは269)、および天井タイル照明システム1のより大きなグループに入っている可能性のある1つの天井タイル照明システム1に取り付けられた1つの大域的信号受信機270の間の関係の概略を示す斜視図である。
【０１２４】
図3Mは、図3Lのマスターコントローラ40とそれぞれ本発明に従い、それぞれ1つまたは複数の配光エンジン4、および1つまたは複数の大域的信号受信機270をタイル本体部5内に収納する、4つの任意に異なる例示的なタイルシステム構成190、191、193、および194によってこの図に表されている別々のタイル(またはパネル)照明システム1のグループの背面との間の関係の概略を示す斜視図である。タイル照明システム190および191は、図1Aおよび3B〜Eの例示に相当する。タイル照明システム193および194は、図1D、2D〜E、および3Aの例示に相当する。
【０１２５】
一般に、本発明の実施形態内で使用される配光エンジン4(図4A〜4C)は、開口の照度を加減するために十分に広い面積(幅279が図示されている)の出力放射開口278から集合出力照明2を発するように設計された効率的な配光光学系273と組み合わせた出力開口272を有する1つまたは複数の発光体271(好ましくはLED発光体)からなる。配光光学系273は、図1D〜1Fで説明されているように、入力開口274、出力開口279、入力光280をビームの2つの直交する子午線(例示されている平面内では±θ1)内の角度範囲122(±θ1および±θ2)を有する複数の均一に分配されたビームからなる出力光103の実質的に均一な配光に変換し、透過光285を誘導してエンジン4から意図された出力方向111(または114)に出す方法により動作する入力開口274からエンジン出力開口278に光を効率よく伝達することを集合的に行う反射(または屈折)手段275の配置構成を備える。発光体271および関連する配光光学系273は両方とも、天井(または壁)タイルの物理的断面内に実質的に嵌合する十分な薄さ(厚さT 282)に作られる。
【０１２６】
図4A〜4Cは、配光エンジン4の3つの好ましい形態の一般化された例を示すもので、縮尺通りには描かれていない。図5〜14は、図4A〜4Cの配光エンジンタイプが天井(または壁)タイル6の本体部5内にどのように埋め込まれるかを示す一般化された例となっている。具体例について、以下でさらに説明する。
【０１２７】
図4Aは、天井タイル6または相当する建築材料の本体部5内に埋込み可能である厚さ279の配光エンジン4の垂直に積み重ねた形態を示す側断面図である。エンジンの出力開口278は、正方形(または矩形)である場合に(DY)(Dx)の表面領域、および円形の場合にπDY2/4の表面領域から外向きに欽一に配光されたビームを放射する。配光光学系273の設計およびその一般的に示されている内部反射および屈折要素275の作用により、出力光2は、図示されている子午線内の角度θ1および図示されていない直交する子午線内の角度θ2で表されている角度範囲122の実質的に対称的なビーム内に維持される。出力光は、配光光学素子275の内部設計に応じて、システムのZ軸112にそって下方向111に、または軸112に対しある角度をなす斜めの方向114に放射する。
【０１２８】
この形態の配光光学系273の入力開口274は、実質的にすべての放射光280を受け取るように位置決めされている、発光体271の出力開口272の真下に配置される。入力光280は、順次、開口272、274、および278と通過し、そのように通過する際に、反射および屈折要素275によって、発光体271の広角入力配光から、出力照明2として出てくるより狭い角度のビーム285に変換される。2つの対向する開口272および274は、好ましくは互いに揃えられ、類似の寸法dY 281(274は好ましくは272以上である)を有し、また類似の形状(正方形、矩形、または円形のいずれか)を有する。
【０１２９】
この形態の配光光学系273の出力開口278は、入力開口274の下に、入力開口274にそって配置される。出力開口278は、透明透過窓、散乱型ディフューザ、レンチキュラー型ディフューザ、回折型ディフューザ、1枚のマイクロレンズ、1枚のマイクロプリズム、多層反射偏光子フィルム(例えば、3M製造のDBEF(商標)または同等品)、ナノスケールワイヤグリッド反射偏光子(例えば、Agoura Technologies社のPolarBrite(商標)フィルム)、および位相遅延フィルム(例えば、Nitto Denko社によって製造されているもの)のうちの1つまたは複数を備えることができる。図4Aに示されているような2つの対向する開口274(入力)および278(出力)は、好ましくは、互いに位置を合わせるが、共通断面寸法dY 281およびDY 279によって指示されているようにサイズの点で異なる。配光光学系273の入力および出力開口は、形状が類似していることに制限されない(正方形でも、矩形でも、円形でもよい)。口径比(DY/dY)は図4Aの断面子午線においてN1/Sin(θ1)であり、N1は1より大きい正数であり、配光光学素子275の内部設計に依存する値である。口径比(DX/dX)は直交する断面子午線内でN2/Sin(θ2)であり、N2も1以上である。
【０１３０】
Ni=1の場合、出力開口278の照度は、発光体271の出力開口272の照度に実質的に等しく、これは、ビーム方向114が人間の直接的な視野から離れる方向を指しているか、またはその視野から遮蔽されているときに、本発明のいくつかのスポットライト照明用途でのみ好ましい。
【０１３１】
Niの値が1より大きいと、見ることができる出力照度が弱くなり、これにより、人間観察者への危険性が低減される。開口光学素子275(以下の例にさらに示されている)の好ましい反射設計を使用すると、この形態の配光エンジン4についてNiの値を6より大きくすることができる。
【０１３２】
この形態の垂直に積み重ねられた配光エンジン4を使用する本発明の分配型タイル照明システム1の特定のいくつかの例を、以下にさらに示す(図103〜124の例によって示されている)。
【０１３３】
図4Bおよび4Cは、それぞれ図4Aの垂直に積み重ねられた形態に直交する変更形態である天井タイル6(または相当する建築材料)の本体部5内に埋込み可能な配光エンジン4の水平方向に積み重ねられた形態を示す側断面図である。図4Cの形態を使用すると、特に、出力開口サイズと入力開口サイズとの最大の実用的な比が可能になり、これにより、出力開口輝度の低減が最大になる。
【０１３４】
図4Bは、水平に配置した形態の配光エンジン4を例示する側断面図であり、発光体271の出力開口272からの出力光280が配光光学系273の隣接する入力開口274を通る実質的に水平な(軸方向116の)平均指示方向に流れる。配光光学系273は、2つの順番に並ぶ部分からなり、第1の部分は連続長L1 276によって画定され、第2の部分は連続長L2=DY 279および出力開口278によって画定される。この形態の配光エンジン4では、L1は、実質的にDYより大きい。配光光学系273の第1の部分内に配備される反射および屈折要素275は、配光光学系273の第1の部分を第2の部分から隔てる中間開口277内で開口274からの広角入力光280をより狭い角度の出力光285に変換するように構成され、ビームは両方とも水平軸116に平行である。変換された光285は、再配向の領域286である、配光光学系273の第2の部分に入り、これにより、出力照明2として、直交する軸方向112にそったビーム287として再配向される。この形態における、口径比はDY/dZおよびDY/dZは、図4Aの形態について説明されているものと実質的に同じである。
【０１３５】
図4Cは、配光エンジン4の他の水平方向に配置された形態を示す断面図である。この場合、配光光学系273の第2の部分の連続長L2が、今は第1の部分の連続長L1より実質的に長いだけでなく、出力開口278の匹敵するサイズでもある。図4Bにちょうど示されているように、入力光274は間にある開口277(配光光学系273の部分1を部分2から隔てる)を通過し、より狭い角度幅の光ビーム285に変換される。次いで、ビーム285は、配光光学系273の延長された連続長L2内に配備されている反射および屈折要素275を通過する。そのように通過するときに、空間的に分散する出力ビーム288の順次的な流れは、下向きに抽出され出力開口278を通りビーム285の一般的に水平の方向と実質的に異なる(1つまたは複数の)方向に進む。出力ビーム288の配光内のそれぞれの抽出された出力ビーム103は、図示されている子午線内の角度θ1および図示されていない直交する子午線内のθ2によって表される実質的に対称的な角度範囲122内に維持される。出力光は、配光光学素子275の内部設計に応じて、システムのZ軸112にそって下方向111に、または軸112に対しある角度をなす斜めの方向114に放射する。
【０１３６】
本発明に従って使用される好ましい配光エンジン4は、天井タイル6の本体部5内に実質的に嵌合する十分な薄さの断面厚さを有し、発光体271の対応する出力開口272より実質的に大きいだけでない出力開口278を有するが、図4Cの形態の場合のように、発光体の出力開口271を直視で見返すことが防止される。
【０１３７】
裸のLED発光体271の直視を防ぐことが重要である。今日入手可能な大半の商業的に製造されている極端に明るいLED発光体271の開口輝度はかなり高すぎて、人間が見るのに安全であるとは考えられない。典型的なLED発光体出力開口照度は、裸であろうと、レンズで覆われていようと、1,000,000Cd/m2を超え、より強力な市販の発光体の一部では、40,000,000Cd/m2と高い場合がある。
【０１３８】
このような理由から、図5および6の斜視図に示されているように、高ルーメンLED発光体(またはLED発光体のグループ)を、下の床空間上にダウンライト照明を当てる手段として、天井タイル材料6の本体部を切り抜いて作られた点検孔内に直接埋め込むことは推奨されない。眼障害を発症する危険性が重大であり、角度がずれたグレアが過剰である。
【０１３９】
図5および6は、高輝度発光体が従来の天井タイル材料の断面厚さ内に配備されている例であるが、発光体のまばゆい明るさから観察者を保護しない構成でそのようになされている。
【０１４０】
図5は、孔290に1つずつ、個別に設置された、非常に明るいLED発光体271(例えば、ドーム型レンズを備えるCREE XR-E)のみをそれぞれが不適切に収容する、9つの円形孔を例示的に備えている他の通常の24"×24"天井タイル289の下の床から見た斜視図である。それぞれの孔290は、単純なLED発光体271からの発光291に対する十分な出口を備えて、発光が下の床に到達し、それにより下の床を照らすように、十分に大きく作られる。この状況において、見ている人は、点検孔290を通して見える特定のLED発光体271からのビーム292内の直接的な視線から生じるまばゆいグレアから自分の目を保護するために目をシェードで隠す。この単純な状況では、関わっているLED発光体271は、直視の中にあり、その有効開口照度(ときには輝度とも呼ばれる)は、その結果、かなり高すぎて実用的な利用には適しない。
【０１４１】
図6は、図5のタイル289の中央部分の背面の分解斜視図である。円筒型プラグ293は、LED発光体271の取付けパッケージを表し、この例では、直径5mmのドーム型レンズ294を直径6.8mmのレンズホルダーに収めた、CREEによって製造されている7mm×9mmのXR-Eである。ドーム型レンズ294は、LEDの1mm×1mmの発光表面をはっきりと見せることができる。この発光体は、その正確な色と品質のランキングに応じて、約1ワットで80から100の白色ルーメンの光を供給する。
【０１４２】
対応する開口輝度Iは、直径D(インチを単位とする)の円形発光開口領域、開口領域を通過するLルーメンスの光、および±θ1およびθ2の角度範囲を有する照明ビームについて、1平方メートル当たりカンデラ(Cd/m2、Nitとも呼ばれる)を単位として式1によって計算される。Xインチ×Yインチの正方形の開口の対応する照度は、式2によって与えられる。式1または2のどちらを使用するかは、目に見える発光表面のサイズおよび形状に依存する。
ICIRC(Cd/m2)=[(3.246)*L/(0.25πD2/144)]/[Sin(θ1) Sin(θ2)]  (1)
IRECT(Cd/m2)=[(3.246)*L/(XY/144)]/[Sin(θ1) Sin(θ2)]  (2)
【０１４３】
図5〜6の欠点のある例における見える輝度は、式2で与えられるように約40,000,000Cd/m2であるが、ただし、X =Y=1mm  、θ1=θ2=60°のFWHMである。
【０１４４】
この事例および本発明の商業用照明の方法において実用的だと考えられる事例などの欠点のある例の間の境界は、図7において線引きされている。
【０１４５】
図7は、この例では角度範囲±30°のビーム内の、器具の有効開口を通って流れる光のルーメンス数の関数としてのMNit単位の照明器具の開口輝度(100万Cd/m2の倍数)の一般化された表現を示す式1および2の解に基づくグラフである(高品質の一般的な頭上照明の状況における典型的な仕様)。照明のビームを広くしたり、狭めたりする類似の表現も可能である。±30°の投光照明に対するこの表現では、それぞれの曲線は、平方インチで与えられる特定の照明器具の(矩形)開口領域(XY)に対応する。それぞれの曲線は、式Dc=(4XY/π)0.5による直径Dcを有する同等の円形開口の輝度に対応する。
【０１４６】
輝度許容度の好ましい範囲は、一般的に、250Wの金属ハロゲン化物ランプを使用する典型的な直径16"の市販のハイベイ頭上ダウンライト照明缶の平均輝度を示す点線296による高い側と80Wで点灯される典型的な2'×2'蛍光灯トロファーの平均輝度を示す点線297による低い側とで囲まれる、境界ボックス295によって例示されている。点線298および299は、他の典型的な商業基準、80W蛍光灯298のピーク表面輝度298、および75ワット1050ルーメンの5"ハロゲン白熱灯PAR 30の平均開口輝度299に対応している。
【０１４７】
図7において暗示されている関係は、本発明の実施形態によって使用される配光エンジンの商業的に有用な照明開口は、有効開口面積278が約1平方インチより広く、好ましくは約2平方インチより広い開口であることを示している。1平方インチより小さい有効照明開口面積は、中程度のルーメンであっても危険なほど高い輝度レベルとなることが示されている。
【０１４８】
境界ボックス295によって定められる面積に比べて小さい開口面積を有する配光エンジンは、出力光ビーム2が下にいる見ている人から物理的に遠ざかるか、または容易に見えないときのみ使用するのが最もよい。
【０１４９】
図8は、本発明のタイル照明システム1により、配光エンジン4、導線7、電気コネクタ9、電子回路15(センサー素子および電力制御要素を含む)、および配線要素181(回路と省略する)を別の従来のタイル材料6の本体部5内に埋め込む1ステージ工程の順序をまとめた一般化された流れ図である。この一連の工程段階は、タイル照明システム1の生産を完了するために順次実行される。2つの代替的2ステージタイル埋込み工程の順序は、図9および10の流れ図にまとめられている。
【０１５０】
図9は、ステージAにおいてエンジンコネクタ板が完全な配光エンジンそれ自体の代わりにタイル6内に恒久的に埋め込まれ、次に第2のステージBにおいて、配光エンジンの発光部分が取外し可能な形で埋め込まれる点を除き、図9のものと同等である一般化された2ステージ工程の流れ図である。この修正を加える場合、配光エンジンをタイル6の床側から加え、その後、装飾ベゼルを取り付ける。この順序により、頭上タイル吊り下げシステムからタイル6を取り外したり、または他の何らかの方法で、埋め込まれている要素を妨げる必要もなく、あらゆる配光エンジンの交換を簡単に行うことができる。
【０１５１】
図10は、図9の流れに似た、別の一般化された1ステージ工程の流れの要約を示している。この変更形態では、導線7、コネクタ9、およびベゼルは、タイル6の背面に埋め込まれ、ベゼルは適宜タイルの前面から施される鼻隠を組み込む。図9の流れに従って、配光エンジンは、埋め込まれている配線要素(回路)およびコネクタのように、タイル6の背面から埋め込まれる。
【０１５２】
それぞれの場合において、薄型背面カバー要素を、適宜、電気的遮蔽および熱拡散機能(図示せず)も備えうる配光エンジンの保護バリアとして追加することができる。
【０１５３】
図9の一般化された1ステージタイルシステム製造工程の流れは、別の従来の24"×24"×3/4"のタイル材料6に対する図11〜41の順次的な例によって詳しく示されている。この流れの第1の段階は、図11〜12に示されているように、埋込みの細部(例えば、18、300、301、308、および309)と電気的相互接続の特徴(例えば、302、303、305、306、307、310、311、および312)を含むようにタイルを形成することである。この段階は、タイル形成工程において、または形成後の工程として実行することができる(型打ち、エンボス加工、穿孔、機械加工、ドリルあけ、および予成形挿入物の追加において)。図13〜41に示されている、次の段階は、手作業で(または自動的に)備えるべきさまざまな要素、つまり、配光エンジン4、DC配電バス7、およびDC電力バスコネクタ304をタイル6の予成形された特徴内に埋め込むことを伴う。この段階は、同様に備えられる対応する形状の埋込みスロット(例えば、310〜312)内にさまざまな電気的相互接続回路素子(柔軟な、または剛性のある)を挿入することも伴いうる。本発明の例では、埋め込まれた配線要素(図3A、3B、3E、3L、および3Mにあるような181の変更形態として)は、図24〜41に示されているように、順次追加される。
【０１５４】
図11は、本発明の薄型配光エンジンの埋込みをしやすくする内部的特徴301を備えて形成された構造化キャビティ300とともに製造された後の例示的なタイル材料の背面を示す斜視図である。図11の例では、ぴったり嵌まる入れ子領域(またはキャビティ)が用意されており、これにより、4つの個別の配光エンジン4(図示せず)、DC配電バス7を埋め込むためのスロット302、プラスおよび中性のDC電力バスコネクタ304(図示しないが、図1Aのコネクタ9に類似したもの)を埋め込むための陥凹部303、さまざまな電子回路素子15(図1Aにあるような)を埋め込むためのクリアランススロット305、配線要素(例えば、310〜312)と下の床領域からの光入力を埋め込まれている光センサー(図1Aに示されているような)に到達させるための(オプションの)手段となる少なくとも1つのスルーホール18を収容するためのスロット、および適宜、空気流経路を形成する少なくとも1つのスルーホール308(構造化されたキャビティ300による)の埋込みが簡単に行える。
【０１５５】
図11の幾何学的形状要素は、配光エンジン4、電子回路、および電気的相互接続部の埋込みを容易にする特徴の一例を表している。キャビティサイズ(および形状)306、キャビティ開口(開口部)307、および空気流開口部308などの構造化されたキャビティ300内の内部的特徴301のうちのすべての特徴に対する特定の幾何学的詳細、空間的配置、および寸法は、配光エンジンのパッケージのサイズ、形状、および幾何学的レイアウト、さらには照明開口のサイズ、形状、および空間的配置、さらにはヒートシンクのサイズ、形状、および空間的配置に依存する。タイル6の本体部5内の構造化されたキャビティ300(および外部的特徴301)の空間的配置(および個数)は、芸術的デザインの個人的選択によっても変わりうる。この例に示されているものとは別の配置を、陥凹部303に対して選択することができ、そのうちの1つは、バススロット302の端点とすることができる。
【０１５６】
図12は、図11の後(または上)から示されている例示的なタイルの前(または底、もしくは床)側の斜視図である。エンジンのキャビティ300に従って1つの空気流開口部308を備える。点検孔18の床側開口部309は、内部テーパーを有するものとして示されており、その表面は適宜反射性を有し、これにより、下の床から埋め込まれている電子回路15(図1Aにあるような)に関連付けられている埋め込まれたセンサーへの光結合(必要な場合に)が容易に行える。埋め込まれるセンサーは、例えば、光レベルセンサー、IR信号センサー、および運動センサーが挙げられる。
【０１５７】
図13〜14は、両方ともタイルシステム製造時の、予め作られているスロット302内へのDC配電バス7の埋込み、および事前形成された陥凹部303内への例示的なDC電力バスコネクタ304の埋込みを示すタイル6の背面から見た分解斜視図(図13)と組立て斜視図(図14)である。この例のDC電力バスコネクタ304は、図3Gの例、複数の実用的な電源相互接続手段のうちの1つの後に続いており、そのうちのいくつかは、図3F〜3Iに一般的に示されている。
【０１５８】
必要な電気的相互接続を行う剛性回路素子、フレキシブル(フレックス)回路素子、平ケーブル、電線または配線ハーネスが、スロット(310〜312)内に、同時に、または配光要素4の埋込み後に、埋め込まれる。
【０１５９】
図15〜16は、厚さ313および幅314が図4Cに示されている断面に対応する本発明による一般化された配光エンジン4の例の背面斜視図(図15)および床側斜視図(図16)である。発光体271は、この場合、相互接続回路、熱除去手段、および出力光学系(レンズまたはリフレクタ)(これもまた図示せず)の必要な組合せとともに、1つまたは複数のLED発光体(図示せず)を含む。好ましい発光体271および配光光学系273のさらなる詳細について、以下で述べる。
【０１６０】
発光体271は、配光光学系273内に直接結合される。プラスの電圧が発光体271上のプラス(アノード)電極318にかけられ、グランドへの経路がカソード電極319を介して形成される場合、271内の構成要素であるLED発光体内を電流が流れ、配光光学系273の開口317から示されているように実質的に下方に出力照明2が流れ、出力ビーム103は、上で説明されているように、それぞれの子午線内で意図的に制限された角度範囲122(±θ1および±θ2)を有する。
【０１６１】
図15および16の基本的な配光エンジン4が、構造化されたキャビティ300内に埋め込まれている場合、電極318および319は、電流を制御するために備えられている、埋め込まれている電子回路15に配線されなければならない。本発明の例は、関わっている埋め込まれたエンジンによって共有されるタイル毎に1つの離れた場所に配置されている埋め込まれた電子回路15を伴い、この場合、埋め込まれる4つの配光エンジンのそれぞれの中の電流を制御する。後の例では、電子回路15の同等の機能が、その構造の一部としてそれぞれの個別のエンジン内に埋め込まれる。
【０１６２】
図17は、本発明のそれぞれの埋め込まれている配光エンジン4内の内部LED発光体271(または複数の発光体271)に離れた場所から給電し、制御するための単純な動作可能な回路図を示している。図17の回路では、IC 320(それと同等のものとして、ASIC 320またはIC 320のグループ)は、接続線322を介してバス7上で外部DC電源電圧321(+Vdc)と接続し、この線間電圧をIC 320内の適切な動作レベル(例えば、5V)に変換し、センサーS1コンポーネント324を介してマスターコントローラ40から送られたデジタル制御信号を感知して解釈し(バス接続325、無線アンテナ326、または図示されていない構成要素である光検出器により)、別の限流負荷抵抗器(RL)332と直列に接続されている大電力電流制御要素330(パワーMOSFET、例えば、ダイオード保護がなされているTO-220パッケージのSTMicroelectronics Model STP 130NH02L、N-channel 24 v、0.0034 w、120A STripFETとして示されている)に必要なDC電圧信号328を供給する。MOSFETは、デジタル式にトリガーされる電流スイッチとして使用されている。適宜、電流制御要素330は、オペアンプであってよい。オペアンプが使用される場合、IC 320からの信号328は、LED発光体271(または複数の発光体271)を通じてこのオペアンプから流れる出力電流を制御するアナログ電圧を供給する。MOSFETは、本発明の例では、単純なデジタル制御方式との互換性の面から、電流制御要素330に使用される。信号328は、IC 320によって出力される多数の可能な制御信号329のうちの1つであり、これはMOSFETのゲート線(G)334に印加される。MOSFETのソース(S)端子335は、グランド線336に接続する。限流負荷抵抗器332は、MOSFETのドレイン(D)端子338を、相互接続線341を介して発光体271のマイナス(-)電極319に接続し、電極319はLED 340(またはLED 340のグループ)のマイナス(カソード)側に内部的に接続される。LED 340(またはLED 340のグループ)のプラス側は、発光体271のプラス電極318を通して直接、プラスの電圧線3
43を通じて直接、電力バス7に接続し、これにより、DC電源電圧321に接続されるか、または図示されているように、3端子電圧レギュレータ344を通じて接続される。
【０１６３】
LED 340によって生成される光280の量は、それぞれの光エンジンによって実際に生成される光の量がそれぞれ意図された仕様から異なる原因となりうる多数の要因に依存している。このような理由から、図17の回路図は、電圧調整(または調節)344の実用的な手段を構成し、したって、配光エンジン1のシステム内のすべての配光エンジン4にわたって出力変動を容易に平衡させることができる。これは、均一な照明レベルが広い床領域にわたって必要な場合に本発明の頭上投光照明を使用するうえで特に重要である。LEDの品質に差があるため(例えば、標準動作電圧、ルーメン/ワット、またはその両方の差)、またそれぞれのエンジンの電極318に発生する実際の電圧Vdclが互いに異なることがあるため、光エンジン出力は実際には異なる。これらの理由から、電圧調節344の手段が、電圧供給線343とプラスのLED電極318との間に備えられる。3端子ディスクリートアナログIC電圧レギュレータ345は、薄く、コンパクトで、市販されているものである(例えば、TO-220パッケージのFairchild Semiconductor Model LM317T、またはD2-PAK表面実装のLM317D2TXM)。特定のニーズに対応するために、カスタムモデルも設計することができる。総抵抗RAの外部ポテンショメーター346を組み込み、電極318において望ましい一定の電圧レベルを調整(および設定)する手動手段を提供する。電気的制御ポテンショメーターも使用できる。関連するバランス抵抗347の抵抗値RBは、基準の式4を使って選択され、これにより、所望の調節された出力電圧Vdclが与えられたポテンショメーター抵抗RAおよび与えられた電源電圧Vdcについて得られ、これにより、ポテンショメーター346を流れる電流IAが小さな値となる(100μAのオーダー)。一例として、Vdc=24vdcで、Vdclが一定のレベル22vdcに設定された場合、RB〜RAである。したがって、1000Ωのポテンショメーター抵抗については、バランス抵抗器も約1000Ωである。キャパシタC1およびC2 (348および349)は、それぞれ約0.1μfおよび1μfである(安定性を高めるために、348、応答時間を改善するために、349)。
【０１６４】
【数１】
0005492899.tif 000002
【０１６５】
物理的に調製されるポテンショメーターの代替として、IC 320は、配光エンジン4の製造較正時にロードされるプログラム可能レジスタを組み込む(か、またはプログラム可能レジスタを読み出す)ように設計することが可能である。動作中、IC 320は、このレジスタ値を使用して、適切な電圧レベルを発生し、電圧レギュレータに供給し、これにより、配光エンジン4のバランスのとれた発光輝度を得る。
【０１６６】
配光エンジンの局所的に近い場所にある電圧レギュレータによる電圧の逓減は、VDClに対する可変LED要件を補償する他の機能も果たす、つまり、電力伝達要素の電圧降下が変化することにより変化する入力電圧VDCを補償する機能も果たしうる。電源30からタイルへの距離が異なる場合、異なる配光エンジンが、電源の元の出力より低い変化量である異なる電圧を受けることが多く、この電圧降下は共通導線の長さに関して抵抗が有限であるため生じる。しかし、24V電源線については、電圧の一定の範囲、例えば、22.1〜24Vをとり、それらをすべて22Vまで降下させるように構成された電圧レギュレータは、可変導線長効果を補償するのに役立つ。このようなシステムでは、配光エンジンが、1.9V超が送電で損失する電源からそれほど遠く離れていない限り、可変長の効果は配光エンジンの輝度の変化を引き起こさない。例えば、18ゲージの電線は、典型的には、60フィートで約1.9V降下し、したがって、18ゲージの電線の2地点間電源-照明要素間ケーブルを使用し、レギュレータ設定点を電源の設定点より2V低くする場合、ケーブルは照明要素の性能に目立った影響を及ぼすことなく0フィートから60フィートの範囲内で長さを変えることができる。
【０１６７】
MOSFETを電流制御要素として使用する場合、そのゲート線334に印加される制御信号328により、動作電流(I1)350がLED 340を流れるか、または動作電流(I1)の流れが妨げられる。電流345は、式3の場合と同様に、全直列経路抵抗(RT)によって分圧された電極318における想定される電源電圧(+Vdcl)によって設定され、この全直列経路抵抗はLED 340の直列抵抗(RLED)、MOSFET 330の直列抵抗(RFET)、および負荷抵抗(RLI)の総和である。直列抵抗が低ければ低いほど、LEDの動作電流は大きくなり、その光出力レベルも高くなる。2レベルのオン/オフ状況では、VdclおよびRTは、LEDの最大許容電流およびワット量に対して設定される。
【０１６８】
【数２】
0005492899.tif 000003
【０１６９】
LED発光体340は、信号328が上記の閾値電圧レベル(例えば、+5vdc)をもたらす限り「オン」に切り替えられ、電流I1を通過させる。この状況において、LEDの出力光280は、図4Cに示されているように、配光光学系273に流れ込み、これは、次いで、本発明に従って配光エンジン4から意図された照明2を出力する。配光エンジン4は、I1が0のときに「オフ」であり、これは、信号328が0vdcを供給する(そしてRFETが無限大に近づく)ときに生じる。
【０１７０】
その「オン」状態にあるそれぞれの配光エンジン4によって供給される照明を下げる(または「調光する」)ためには、多数のLED動作電流レベル(例えば、I1からIn)が必要である。本質的に、図17の回路を使用すると、無限に多くの照明レベルにアクセス可能であり、その際に、IC 320は、持続時間352 (τv)が0vdcにおいて期間353 (τ0)で隔てられている図18に示されているような+5vdcの制御パルス351の連続流の形態で制御信号328をゲート線334に供給する。人間の視覚では、約72Hzを超える周波数の交流を供給される光源のフリッカーは認知されない。一例として、72Hzの周波数は(τv+τ0)=13,889μsに対応する。MOSFETのスイッチングタイムは、10μs以下と十分に短く、13,000μsの時間スケールでは、事実上瞬時である。光レベル(0から1)、マイクロ秒単位のパルス持続時間、およびヘルツ(Hz)単位のパルス周波数(PF)の間の数学的関係は式5で与えられる。1秒当たりのパルス数は、単純に10+6/τvであり、τvはマイクロ秒で入力される。これは、一例として、配光エンジン4をPF=72Hz、電流I1、最大許容照明レベルの10%で動作させるためには、パルス流351は1秒当たり1,389μsの持続時間の720パルスを含むことを意味する。同様に、50%の調光レベルは、同じPFで、1秒当たり6945μsの144パルスにより得られる。
LL= [(0.9)10-6]τV PF  (5)
【０１７１】
しかし、多くの商業用照明用途では、有限の数の調光レベル(例えば、デジタル調光)を設けるだけでよい。これを行う方法の1つは、それぞれの光エンジンの発光体271において複数のMOSFET-抵抗器のペアをそれぞれのLED 340専用とすることである。
【０１７２】
図19は、照明エンジンの8レベルの動作(例えば、完全オフ、完全オン、および6つの調光レベル)を実現するために、枝回路355、356、および357のように、3つの並列MOSFET-抵抗器要素を組み込んだデジタル調光法を示す回路図である。それぞれの要素(または枝回路)では、同一のMOSFETを異なるサイズの直列負荷抵抗器332、358、および359(RL1、RL2、およびRL3)とともに使用し、それに対応して異なる枝電流350、360、および361(I1、I2、およびI3)を得る。IC 320は、その3つの指定された低電流制御信号線328、362、および363のうちのどれが任意の時点においてアクティブ化されるかを決定する。この方法で、配光エンジン4は、全動作電流がI1になったときに最大光出力レベルを供給する。この完全オン状態は、全直列抵抗が可能な最小の値のときに、つまり、制御信号328、362、および363が同時に+5vdcであるときに枝回路355、356、および357の並列結合がRT1、RT2、およびRT3の並列結合(RT1||RT2||RT3)を強制的に有効にする場合である。対応する完全オフ状態は、制御信号328、362、および363が同時に+0vdcで、全抵抗が無限大に近づくときに生じる。
【０１７３】
図20は、一度に1つまたは2つの枝回路のみをアクティブ化する制御信号の組合せによってイネーブルされるオン、オフ、および6つの中間レベルの8つの可能なエンジン動作レベルをまとめた表であり、上で導入されているように、可能な一組のサンプル抵抗値RT1=15Ω、RT2=30Ω、およびRT3=45ΩをRTi=RLi+RLED+RFET、i=1, 2, 3とともに使用して作った表である。この例では、8つの動作レベルは、100%、81.8%、72.7%、54.5%、45.5%、27.3%、18.2%、および0%であり、十分に線形な電流調光数列を表している(ただし、輝度数列は高輝度LEDについては電流数列に比べて線形性が低い)。
【０１７４】
LED 340に関して並列MOSFET枝回路が多ければ多いほど、可能な調光のレベルは多くなる。中間動作レベルの総数(nI)は、並列枝回路の総数(nB)および式6によるスイッチングの組合せの数(sCi, i= 1, 2, 3, 4, ...(nB-1))、重複のない組合せの数(例えば、nB個の枝を一度にsCi個取る)に依存する。レベルの総数は、より単純に2nであり、nは枝回路の数(nB)である。従って、枝回路が3つの例では、nI=((3!)/(2!))+((3!)/(2!))= 6であり、完全オンと完全オフを含めて、合計で8レベルとなる。また、オンおよびオフを含むレベルの総数は、(2)3である。4つの切替え可能な枝回路がある場合、レベルの総数は24=16である。
【０１７５】
【数３】
0005492899.tif 000004
【０１７６】
図17または図19に示されている回路(またはその機能的等価回路)に関連付けられている個別電子動作コンポーネント(例えば、320、324、344、355、356、および357)を埋め込むためのオプションが3つある。
【０１７７】
第1のオプションは、すべての動作コンポーネントをタイル6(例えば、図11)の背面内にそれら用に準備された離れた場所にあるキャビティ305内に備え、絶縁されたプラスおよびマイナスの導線要素をスロット312内に埋め込んで、それぞれのエンジン4のプラスの電極318とマイナスの電極319との間の動作電流(Ii)をそれらが相互接続されている離れた場所に配置されているコンポーネントへ、またそれらのコンポーネントから流せるようにすることである。この場合、配光エンジン4は、その最も単純な形態では、図15〜16に示されているように、発光体271と配光光学系273との組合せのものである。
【０１７８】
第2のオプションは、必要な動作コンポーネントを離れた場所305と配光エンジンそれ自体とに分けることである。これを行う好ましい方法の1つは、すべての低電力コンポーネント(例えば、320および324)を離れた場所にあるキャビティ305(図11にあるような)に入れ、その一方で、大電力コンポーネント(例えば、344、355、356、および357)をそれぞれの埋め込まれている配光エンジン4(図21〜24にあるような)の中に、またその一部として局在化することである。この場合、スロット312内の絶縁されているプラスおよびマイナスの導線要素の定格は、完全動作エンジン出力(典型的には、1〜15ワット)を発揮する場合の定格に比べて低電圧(例えば、5vdc)、および低電流(例えば、数マイクロアンペアから数ミリアンペアまで)とすることができる。
【０１７９】
図21は、本発明の電圧レギュレータ回路344および配光エンジン4を組み合わせるためにスロット付きヒートシンク365と一緒により大電力のコンポーネント(例えば、パワーMOSFETとして示されている電圧制御電力スイッチ330、および直列抵抗器332)をグループ化する一方法を示す略分解斜視図である。高さ367および幅368が一般的に基本的な配光エンジン4の高さ313および幅314と一致する枝回路パッケージ366は、ゲートコネクタ369、枝回路コネクタ370(LED 340のカソード端子319にバス接続する)、およびグランドコネクタ371を備える。この例では、ヒートシンク365は、空気を床から天井タイル6へ(天井タイル6を通じて)通すことができる垂直スロット(またはフィン)372を収容し、その一方でパッケージ366内の大電力コンポーネントと配光エンジン4内の発光体271の熱放散要素の両方から熱を除去しやすくする。必要な場合に、空気を流せるフィン372は、熱除去を改善するために水平または他の形に配置することもできる。さらに、大電力コンポーネントのグループの一部または全部を照明要素の他のいくつかの側のうちの1つに再配置するか、またはより高くして、シンク365の側部から熱をフィンに流せるようにすることができる。これは、タイルの下から出てくる空気流に対してはスルーホールを利用できない実施形態では特に必要である。
【０１８０】
図21は、図17の回路のように、1つのMOSFET/抵抗器直列枝回路355のみを示しているが、図19の回路図に示されているような複数の枝回路も含めることができる。
【０１８１】
図22は、図19に示されている3つの電流スイッチング枝回路(355、356、および357)をグループ化し配線し、図21に示されているパッケージ配置構成366内でそうする、一方法を示す分解斜視後面図である。
【０１８２】
図23は、図22の分解されていない図である。
【０１８３】
含まれる要素に使用される基本的な中空容器366は、金属、セラミック、またはプラスチックから作ることができるが、好ましくは、電力消費要素(例えば、この例で使用されているMOSFET 330のTO-220パッケージ375)のそれぞれとフィン付きヒートシンク365(これら2つの図面には示されていない)との間の熱抵抗を低くするために金属で作るとよい。それぞれのMOSFET 330上の3つの電極は、上述のように、ゲート344、ソース335、およびドレイン338である。これら3つのMOSFETは、取付け用突起(376)を使用して中空容器366の内部に取り付けられるが、この取付け用突起(376)はネジまたは留め具(ネジもしくは留め具用のスルーホール)でもよい。それぞれのMOSFET 330は、容器366の表面にハンダ付け(接着剤で接着)することもできる。電気バス要素377および接点特徴378は、一緒に、MOSFETの中央(ドレイン)端子335を負荷抵抗332の一端(358および359)に接続する。電気バス要素379は、負荷抵抗器332、358、および359の対向端を相互接続し、それらを、接続要素380を介して端子370に配線し、次いで、バスコネクタ374を介して配光エンジン4のマイナス端子319に配線する。電気バス要素381および電気回路素子383は、互いに、電気的に隔てられ、機能的に絶縁されている。バス要素381は、3つの例示的なMOSFET 330のソース端子338同士の相互接続を行い、それらの端子を、コネクタ要素383を介して容器のグランド端子371にバス接続する。電気回路素子383は、この例では、3つの電気的に絶縁されているゲート信号線(例えば、図19の328、362、および363)を収容し、それぞれがそれぞれのMOSFETゲート端子334とコネクタブロック387内のそれぞれの対応するコネクタピン384、385、および386との間の相互接続線に対応している。
【０１８４】
配線要素377、379、381、および383は、プリント基板(PCB)の導電回路、またはフレキシブル回路リボン、または電気配線の他の同等の手段とすることができる。電流スイッチング用MOSFET 330、その関連する負荷抵抗器、その関連する電気配線、その関連するコネクタ、および共通容器の例示的なグループは、サブシステム388として集合的に組み立てられる。図23は、組み立てられた形態を表している。バックカバーを、中空容器366の他の露出されている後側(図示せず)に追加し、構成要素をさらに保護し、埋め込むことができる。バックカバーは、回路素子の一部または全部のための基板とすることもでき、またMOSFET用の代替実装表面とすることもできる。
【０１８５】
図24は、分解斜視図であり、図25は、上述の第2のオプション-埋め込まれたエンジン内の大電力電気素子を局在化するオプション-を表す、完成した配光エンジン4の従来の組み立てられた状態の斜視図である。この例では、局所電流スイッチングサブシステム388(図22〜23に例示されているような)が、ヒートシンク365(図21に例示されているような)、LED発光体サブシステム271、局所電圧調節サブシステム344(図17に図示されているような)、および配光光学系273と組み合わされ、本発明を実施する際に使用するための配光エンジン4の他の実施形態を形成する。サブシステム388は、代替として、スロットまたは孔を設けて製作されるか、またはシンク365に関して高く盛り上げられるか、またはシンク365、発光体パッケージ271、および光学系パッケージ273の異なる側にそって配設され、これにより、空気を図24においてサブシステム388が覆っているシンクの側からシンク365のフィン内に流し込むことができる。
【０１８６】
レギュレータサブシステム344は、この例では発光体271および配光光学系273の共通の背面に取り付けられる、回路389上に配置される。導電回路素子390、391、および392は、図17に示されている関連する電気的相互接続経路を構成し、要素390はDC電圧入力のためのターゲット点として使用され、要素392はグランド端子370を介してシステムのグランドに接続し、それによりタイルシステムの埋め込まれているグランドパスに接続する。回路389上に配置されている電気コンポーネント要素は、前の方で説明されているような電圧調節用MOSFET 345、キャパシタC1(348)およびC2(349)、および中心電圧調整ネジを持つ小型ポテンショメーター346を備える。負荷抵抗器347(RB)は、ポテンショメーター346の背後のこれらの図面において視界から隠されている。
【０１８７】
これは、マスマーケットカタログに載っているコンポーネントを使用する、一例にすぎない。大量生産では、使用される実際のコンポーネントは、サイズがかなり小さく、389に似た単一回路基板層に嵌着される。
【０１８８】
DC入力電圧Vdcは、図17および19の略図に従って、電圧レギュレータの入力端子343(およびその共通回路素子390)に印加される。入力端子は、以下に例示されるように、タイルの埋め込まれている電圧供給バスとの接触を円滑にするのに最も都合のよい場所に物理的に配置される。入力端子の形態および配置は、特定のレギュレータコンポーネントについて選択された物理的レイアウトに依存し、これは、場合によっては、本発明の例に比べて高度なものとなる可能性がある。しかし、この特定の配置構成について、都合のよい配置としては、電圧調節用MOSFET 345の上、および図25の回路素子391のすぐ横の一例とし示されているものなどの回路389の上面の他の同等にアクセス可能な空間が挙げられる。単純な表面実装コネクタブリッジ394は、入力電圧をその接触表面395から導電層390に引き回す。
【０１８９】
配光エンジン4の下の床からの冷却用空気流396は、上方に向かい、上方流397として垂直ヒートシンクフィン372を通り、ヒートシンク365およびそれに取り付けられている電力消費構成要素部分388および271から熱を除去する。
【０１９０】
第3のオプションは、低電力および大電力の図26にあるようなすべての必要な動作コンポーネントを、タイル上の、それぞれの配光エンジン4の中に、その一部として、さもなければ実質的に、それと同じ場所(同じ陥凹部もしくは孔)の中に配置することである。これを行うことによって、プラスの動作電圧およびグランド経路以外のすべての必要な相互接続はそれぞれのエンジン内で局所的に設けられるので、エンジンの制御信号を送るために天井タイル6のスロット312内には導電性要素は不要になる。追加の要素(センサー、必要ならば前処理復調器、およびメインマイクロプロセッサ)が、回路389上の未占有の開放領域398内に容易に嵌合しうる。
【０１９１】
もちろん、これら3つ以外にもオプションはあるが、これらは、密接に関係するサブセットと考えられる。これの一例は、第3のオプションに関する変更形態であり、これにより、埋め込まれている配光エンジンのうちの1つをそれが配置されているタイル6のマスターエンジンとして使用できる。このシナリオでは、そのタイル上の他のエンジンは、マスターエンジンに電気的に相互接続され、マスターエンジンに関してスレーブ実行することを可能にする電子回路コンポーネントのみを装備している。
【０１９２】
本発明のすべての例、および特に以下で説明するものでは、埋め込まれている電子回路15から予想される電力制御機能の一部(図1Cにおいて一般的に伝えられているように)が発光素子と組み合わされるか、または発光要素に取り付けられる場合、この組合せは、配光エンジン4であると考えられる。配光エンジン4は、制御されたDC電圧源を印加した後に出力照明2をもたらし、配光エンジン4は、埋め込まれている電子回路15の構成要素との相互接続によって、次いで、外部電圧源30への電子回路の接続を通じて、その電圧を受ける。電子回路が、配光エンジンのLED発光体部分271および配光光学系部分273の埋込みと物理的に異なるタイル6の部分に埋め込まれる場合には、埋め込まれている電子回路の構成要素部分について別に説明する。それでも、電子回路素子および配光エンジン要素を1つのグループにまとめたとき、図24および図25の例のように、埋込みの結果は配光エンジンとして頻繁に指定される。
【０１９３】
図26は、図25に示されている配光エンジン4の斜視図であり、図1C、3L、および3Mにおいて導入されているようなマスターコントローラ40によって一般的に送信されるIR制御信号を受信し、処理するために赤外線(IR)受信機要素399およびIC 400(前記では320)を追加する状況を例示する図である。IC 400、例えば、24ピンの特定用途向け集積回路(ASIC)は、直接IR受信機要素399から回路線401を介して送られてくるデジタルビットストリームを処理し、エンジン入力電圧Vdc(例えば、+24vdc)を内部的に+5vdcに調節することによって給電される。(注記:IC 400は、IC 320と同じ、以前の機能の機能を有しているが、これ以降、実際の商業用パッケージスタイルであり、このようにして、前の図示における総称的表現が区別される。)いくつかの状況において、IR受信機要素399とIC 400との間に前処理ICを配置することが好ましい場合がある。いずれの場合も、IC 400は、制御されているエンジンに対する正しいローカルアドレスを有するデジタルヘッダに応答し、その後に続くデジタル命令セット(またはワード)を受信し、図23にあるように、並列の回路線402およびコネクタブロック403を通じて対応する制御電圧をコネクタ387を介して3つの常駐電流スイッチング用MOSFET 330のゲート端子に出力する。好適なIR受信機要素399の1つは、Vishay Semiconductors社が製造するModel TSOP-349である。マスターコントローラ40によってブロードキャストされるIR光は、受信機のドーム型レンズ404によって集光され、内部PINダイオードに伝送され、そこで、変換され、出力トランジスタを備える内部復調回路に送られる。
【０１９４】
図27は、例示的な相互接続をわかりやすくする図26の上面図である。IR受信機要素399の中央端子は、回路線405によってグランドバス392に接続される。遠い側の端子406は、回路線407を介して回路線390のところのエンジンの入力電圧Vdcに接続する。遠い側の端子408は、復調されたデジタルビットストリームを出力し、回路線401によってIC 400に送られ、そこでさらに処理される。IC 400の解釈された出力は、402内の並列回路線を通って流れる。
【０１９５】
図28は、図26〜27のIR受信機要素399およびドーム型レンズ404の代わりに、無線周波(RF)受信機モジュール409およびRFチップアンテナ410を収容する配光エンジン4の実施形態の斜視図である。
【０１９６】
図29は、図示されている電気的相互接続をわかりやすくする図28の上面図である。16ピンSMD RF受信機407は、Linx Technologies, Inc.社が製造するModel RXM-916-ES-NDに類似しており、ANT-916_CHPに似た、表面実装アンテナ410とマッチする。RF受信機モジュール409およびチップアンテナ410のフットプリントは、IR受信機要素399に比べて著しく広い(約8倍の面積)けれども、比較的コンパクトなRF要素はそれでも回路素子389の未占有領域398内に容易に嵌合し、必要に応じて電子回路コンポーネント(例えば、キャパシタおよび抵抗器)を追加するのに十分な余裕がある。この例では、アンテナ410は、回路線411によって受信機モジュール407に接続される。グランド接続線412は、既存のグランドバス392につながる。受信機モジュールの復調されたビットストリーム出力は、回路線413を介してIC 400に接続する。+5vdcの調節された電源は、IC 400と受信機407の適切な端子との間の回路線414を介してRF受信機407に印加される。回路線415によってより高い電源電圧VdcがIC 400に接続され、そこで、5vdcの信頼性の高い電圧源として内部的にスケーリングされ、調節され、回路線414の出力サービスとして提供される。
【０１９７】
図30は、開放空間398内の層389上に備えられ、層389上に局在化されているマスターコントローラ40から制御信号を受信するためのすべての動作コンポーネントを備えるさらに他の完全に構成された配光エンジン例の斜視図であり、図31は、これを拡大した斜視図416である。本発明のこの例では、3つの付加的コンポーネントが、従来のX-10通信プロトコルのDCバージョン、内部電圧調節および前処理機能を内蔵した特定用途向けIC 400(またはICの同等のグループ)、抵抗器417(RC)、および減結合キャパシタ418(CD)を実装するために配備される。X-10プロトコルでは、従来の120VACの家庭用配線で高周波デジタル化制御信号バーストを送信することを伴う。その文脈において、X-10プロトコルは、高周波AC(例えば、120kHz)の1msのバーストとしてデジタル化された一連のメッセージ(例えば、4ビットワード)を標準の60Hz AC上に出す。その場合の2進値「1」は、60Hz ACの交差点の近くに入るすべての120kHzバーストとして解釈され、また2進値「0」は、バーストがないことによって解釈される。特定のマイクロコントローラ復調回路を使用して、符号化されたAC信号を解釈する。しかし、図30〜31に例示されている配置構成は、ACシステムではなくDCに関係し、これにより、変調および復調のより単純な手段が得られる。本発明によれば、マスターコントローラ40(図3L〜3M)は、システム電源電圧+Vdc(図3Kで導入されたような)上の弱い±Δv振幅変調419としてブロードキャストされるデジタルワードの「1」と「0」を表すデジタルパルスのストリームを適用する。高周波DCパルスストリームは、配光エンジン4内に備えられている単純な容量性減結合コンポーネント417および418によってDCレベルから良好な形態で容易に抽出される。良好な減結合品質を得るには、カプラーのRC時定数(RACD)をビットストリーム419内の支配的なパルス幅よりかなり短くする必要がある。ノイズフィルターおよび関連する比較器は、必要に応じて、IC 400の前処理回路内に備えて、減結合工程において発生しうる許容できないTTLパルス形状の不純成分を相殺することができる。マスターコントローラ40が、0.1msのデジタルパルスストリームを送信するように構成されている場合、例えば、ローカルの減結合抵抗器417は、100Ωであり、ローカルの減結合キャパシタ418は、0.01μFであり、暗黙のRC時定数(1μs)はパルス幅(100μs)より100倍短く、パルス形状歪みが最小になることが予想される。
【０１９８】
コネクタブリッジ394およびその接点395からのシステムのDC入力電源電圧Vdcは、電圧調節器キャパシタ349の直前の回路線390から外に出ている回路線420によって減結合キャパシタ418に印加される。キャパシタ418は、回路線423を介して高周波電圧変調422をIC 400に通すが、DCレベルVdcを遮断する。回路線424は、回路線420からVdcをIC 400上の対応する入力端子に伝え、それを通じて、ICの内部電圧スケーリングおよび調節回路に送る。グランド接続は、エンジンのグランドバス392と接続する回路線によってIC 400のために設けられる。
【０１９９】
図15、16、および24〜31に例として示されている配光エンジン4は、どれも、図11〜14に示されているように用意されたタイル6内に埋め込むことができる。
【０２００】
図32および33は、図24〜25の配光エンジン例の埋込み工程を例示するタイル6の背面から見た分解斜視図(図32)および完成状態の斜視図(図33)である。これは、上述の第2のエンジン電力制御オプションを例示したものであり、タイルの低電力制御要素を離れた場所のタイルキャビティ305内に埋め込み(中央集中させ)、それらをタイル6内のそれぞれの個別の配光エンジン4内に局在化された対応する大電力スイッチング要素と接続している。
【０２０１】
図34は、埋め込まれている複数の配光エンジン4のうちの1つの付近の本発明によって修正されたタイル6(または同等の建築材料)の拡大された部分427を示す図である。例示的なエンジンの3端子ゲート信号コネクタ387は、以下の工程段階においてスロット312内に埋め込まれる配線と相互接続するために適所にある。ブリッジコネクタ394は、その上に設置される電圧供給バスと接続するのに適した位置にある。エンジンのローカルのグランドバス線392は、タイルスロット311に埋め込まれるタイルグランド線バスに取り付けるのに適した位置にある。
【０２０２】
図35は、図34にあるように、例示的に埋め込まれている配光エンジン4の拡大された部分427を示す図であるが、ただし、この図では、関連する相互接続配線が、伴うタイル6内に形成された予め作られているスロット内に追加されている点が異なる。回路ストリップ430および431(フレキシブルまたは剛性回路、絶縁線または絶縁ケーブルであってもよい)がタイルスロット312内に埋め込まれ、キャビティ305(図示せず)内の離れた場所に配置されている低電力命令受信コンポーネントからデジタル制御電圧を送る。本発明の例では、それぞれの回路ストリップ430および431は、3つの別々の信号線を収納し、エンジンの大電力サブシステム388(図22〜25)内のMOSFET電流スイッチング素子330のゲート線毎に1つの信号線を割り当てられる。接続ストリップ432およびコネクタ433は、信号を回路ストリップ430からコネクタ387に送る。DC電圧ストラップ434は、電圧バス7と電気的に接触している電極コネクタ436によってタイルキャビティ305のスロット部分に埋め込まれ、これにより、エンジンの電圧ブリッジ接続要素394をタイルの埋め込まれているDC電力バス7に接続する。電極タブ435は、電圧ストラップ434に接続し、これにより、それをエンジンの電圧ブリッジ接続要素394に接続する。延長ストラップ437によって、電圧接続部が隣接する配光エンジンに配線される。タイルスロット311内に埋め込まれているグランドストラップセグメント439は、エンジンのグランド392をタイルのグランドバス(図示せず)に接続する。
【０２０３】
一般に、電圧ブリッジ接続要素394、接続ストリップ432、DC電圧ストラップ434、DC電圧バス7、および埋め込まれている配線要素181は、オンタイル電力伝達機能、または導線、導電性ストリップ、および/または他の従来からの電流の低抵抗導管からなる電力伝達要素のいくつかの例である。そのようなものとして、これらは、電源-タイル間配電要素とみなせる。
【０２０４】
図36は、タイル材料6とともに事前形成されたキャビティ305内に埋め込むように作られた形態440の低電力電子制御回路(つまり、図1Cにあるような埋め込まれている電子回路15)の一例を示す斜視図である。この例では、特定用途向けIC 400、RF受信機407、およびチップアンテナ410(図28および29の)を共通の離れた場所にある回路素子441上で組み合わされる。(図26〜27のIR受信機の例および図30〜31の容量性デカプラーの例は、この例示の等しく適用可能な例である。)電圧接続ストラップ442は、回路線443を、Vdcへのアクセスをもたらす埋め込まれているDC電力バス7にブリッジ接続する。回路線443は、VdcをIC 400上の24個の端子のうちの1つ、ならびにその電圧スケーリングおよび調節回路に接続する。+5vdcの調節された電源は、RF受信機407の+5vDC電圧端子445に配線する、回路線444に接続する端子を通じてIC 400から出力される。受信機とシステムグランドとの接続は、回路線446、導電ブリッジ447、回路パッド448、および接続タブ446によって有効化される。IC 400とシステムグランドとの接続は、IC端子451を備える回路線449(図示せず)の接続パッド450を介してなされる。チップアンテナ410は、回路パッド452を介してRF受信機407に接続し、図1Cのセンサー1の一機能、システムのマスターコントローラ40によってブロードキャストされる無線周波制御信号(例えば、図3Lの269)を検出する機能を果たす。次いで、RF受信機407は、関連する感知機能を備え、これは、検出された信号を復調し、適切な形状のデジタルビットストリームになるように再調整する機能である。そのデジタルビットストリームは、IC 400への回路線454にそってRF受信機端子453のところに出力される。IC 400は、その常駐配光エンジン4の制御を目的とする命令(またはデジタルワード)にのみ応答する、検出されたデジタルビットストリームを受信し、解釈するように構成される。
【０２０５】
本発明のタイル埋込みの例示について、マスター制御命令は、タイルシステムの4つの常駐配光エンジン4のそれぞれ、および構成要素であるLED発光体271(図19の略図のような)に接続されているそれぞれのエンジンの3つの局在化されたMOSFET電流スイッチング枝回路に向かう回路線455にそって12個の別々の0または+5vdcスイッチ設定(受信されるデジタル命令に依存する)として受信され、処理され、送られる。3本の回路線456がタイルの左下の配光エンジン4へ、3本の回路線457が右下のエンジンへ、3本の回路線458が左上のエンジンへ、3本の回路線459が右上のエンジンへと導かれる。より大きなIC、異なるスタイルのICパッケージング、または複数のICを使用することによって、必要に応じて、さらに多くの命令を処理することができる。
【０２０６】
図37は、タイル6内に事前形成された離れた場所に配置されている埋込み用キャビティ305内の図36の低電力電子制御回路440の埋込みを示す拡大斜視図である。視野領域は、図33に示されているような以前は未占有であった領域428に対応している。制御回路440が事前形成されたキャビティ305内に押し下げられ、その際に、実質的にタイル6の本体部5内に据え付けられる。図37は、制御信号ケーブル回路460および462(フレキシブル回路ストリップ、剛性回路ストリップ、絶縁ケーブル、または絶縁線とすることもできる)、関連するケーブルコネクタヘッド463および464、ならびに現在スロット310を占有しているタイルの内部グランドストラップ465を埋め込む状況も示している。上側および下側のタイルスロット312内に埋め込まれているそれぞれのケーブル回路本体部460および462は、ケーブル回路460内の2つの別々の回路部材430および431、ならびにケーブル回路462内の2つの別々の回路部材466および467からなる。それぞれの回路部材(430、431、466、および467)は、4つの例示的な配光エンジンのそれぞれに分配される3つの例示的な低レベル制御電圧に対応する3つの絶縁電圧線(図示せず)を収容する。コネクタヘッド463および464は、平面状回路線455のグループと、機械的接触、ハンダ付け、または導電性エポキシによって、電気的に接触させられる。
【０２０７】
図38および39は、埋め込まれている配光エンジンそれ自体から実質的に距離を取っている事前形成されたタイルキャビティ305内に低電力制御要素440が離して配置されている場合に対する埋込み工程を示すタイル材料6の背面から見た斜視図である。これらの図面は、上述の第2のエンジン電力制御オプションの埋込み工程を例示したものであり、タイルの低電力制御要素440を離れた場所の事前形成されたタイルキャビティ305内に埋め込み(中央集中させ)、それらをタイル材料6内に別々に埋め込まれているそれぞれの個別の配光エンジン4内に局在化された対応する大電力スイッチング要素への埋め込まれた配線部材(460、462、465、437、470、および471)と接続している。
【０２０８】
図38は、回路素子440を備える低電力電子制御回路層476(よく見えるように拡大して示されている)、回路素子(460、462)およびグランドストラップ(437、465、471)を備える制御配線層478、2つの同一の電圧供給導電ストラップ435を備える電圧供給層479、ならびにそのすでに埋め込まれている配光エンジン4、DC電力バス7、および電力バスコネクタ304を備えるタイルベース層480の4つの層に分解されている。
【０２０９】
例示的な1つの埋込み順序が一例として示されている。ガイド線491〜493および494〜496にそって電圧ストラップ434が一度に1つずつ適所まで下げられ埋め込まれると、電圧供給層479が天井タイル6内に埋め込まれる。これが行われると、コネクタブロック436が、DC電圧バス7と(線491および494を介して)電気的に接触し、それぞれの光エンジンのDC電圧電極394と(線492、493、495、および496を介して)と電気的に接触する、4つの電圧供給電極435と電気的に接触する。グランドストラップ465およびグランド延長部439および470は、ガイド線500および501にそってタイル6内の受け入れスロット310および311内に下げられ、埋め込まれる。2つの制御回路配線要素460および462は、ガイド線503〜505にそって天井タイル6内の各スロット312内に下げられ、埋め込まれる。グランドストラップ471は、ガイド線506にそって受け入れスロット300内に下げられ、埋め込まれる。そして、電力制御要素440が、グランドストラップ465の受信機プレート509の上のタイル6のキャビティ領域305内に埋め込まれ、このときにガイド線510にそって例示的拡大図を下げる。
【０２１０】
図39は、適所に埋め込まれているすべての要素および接続部とともにタイル6の背面から見た本発明による図38に示されているタイル照明システム1の斜視図である。
【０２１１】
図40は、上述の第3の埋込みオプションの場合のように、それぞれの配光エンジン4の背面に埋め込まれているすべての必要な電力制御電子回路コンポーネントを有する、これもまたタイル6の背面から見た本発明による照明システム1の密接に関係する一実施形態の斜視図である。この変更形態において示される配光エンジン4は、図30および31にすでに示されているものであり、マスターコントローラ40からの信号は、DC電圧源上に課される高周波デジタル変調をサンプリングするようになされたローカルのRC復調回路512によって解釈される。離れた場所にあるキャビティ305およびタイル6の本体部5内の関連する配線スロットは、排除してあり、タイルの背面の相互接続レイアウトが簡素化されている。2つの例示的なDC電圧ストラップ434は残っており、エンジン電圧を4つの埋め込まれているエンジンに供給するが、2つの新しいグランド線スロット514および2つの新しいグランドストラップ515(1つは埋込み状態、もう1つは分解状態)が追加されている。グランドコネクタタブ517および518は、それぞれの配光エンジン4上のグランド線392と電気的に接続するように備えられ、バスコネクタ520は、グランド側電圧バス7と電気的に接続するように備えられている。ストラップ434および515内に暗黙のうちに配置されている並列DC電圧およびグランド回路は、図3A、3B、3L、および3Mの例の場合のように、上で概要が示されている単純な埋め込まれた配線要素に類似している。
【０２１２】
2つのグランドストラップ515は、4つ配光エンジン4を最初に埋め込み、それらをガイド線522、523、および524にそって、タイル6の本体部5内に事前形成された受け入れスロット514内に図40に示されているよう下げた後に、埋め込まれる。
【０２１３】
図41は、4つの埋め込まれている配光エンジン4(左下)、その電圧接続ストラップ(434)、そのグランド接続ストラップ(515)、およびその埋め込まれている回路(例えば、345、346、348、349、400、417、および418)のうちの1つを示す図40内の領域525の拡大斜視図である。この拡大図は、図35にすでに示されているものと似ているが、エンジンとともに復調電力制御要素を備え、より単純なグランドストラップ515を埋め込んでいることを示している。この例では、復調されたゲート制御信号は、制御回路528にそってIC 400から送出され、コネクタ378を通って下の埋め込まれているMOSFET電流スイッチング枝回路に入る。
【０２１４】
ここまでは、本発明の配光エンジン4を埋め込む工程が、タイル6の背面から一目瞭然であるように示された。いくつかの場合において、図9の工程流れ図に示されている2ステージタイル埋込み工程のように、タイル6の背面からエンジンの電子回路シャシープレート530のみを埋め込み、残りの配光エンジン部分271および273をタイル6の対向(床)側から埋め込むことが等しく好ましいと思われる。
【０２１５】
図42は、すべてのエンジンの低電力電子回路コンポーネントを保持するように構成されている、本発明による2部構成の埋込み式配光エンジン4の例示的なシャシープレート530部分の上面図である。シャシープレート530は、タイル6の背面に埋め込まれ、タイル6の対向(床)側から埋め込まれるエンジンの発光部用の機械式取付け手段(図示せず)を収容している。図42に示されているようなバージョンでは、図41の一体型エンジンレイアウト内に例示的に示されているのと実質的に同じ要素を使用する。タイル埋込みの機械的支持は、図30および31(ならびに代わりに、図24、25、27、28、および29)に示されているように、回路389に類似の取付け済み回路層534を備える、シャシーフレーム532によって行われる。回路層534は、電圧調節要素345、346、347(隠されている)、および348、制御信号復調手段(RC要素417および418、さらにIC 400)、DC電圧接続ブリッジ394、(LED)発光体電極コネクタ394、ゲート制御回路528、その関連する3ピンコネクタブロック535、グランド線394、およびグランドコネクタ537を備える。
【０２１６】
図43は、この例示的な2部構成の配光エンジン4の両方の部分、つまり、図42の電子シャシープレート530と大電力配光部分540(図24および25にすでに示されているような部分373、271、および273を含む)の間の稼働関係を示す分解斜視図である。2つの取付け用ネジ(542および543)および2つの対応する陥凹スルーホール(544および545)を、シャシープレート530の下側にある2つの対応する取付け用孔546および547(両方とも隠されている)を介してこの変更形態の2つの部分を結合して1つにする手段として発光体部分271に追加する。制御電圧は、コネクタブロック535を通してゲート制御回路528によって伝達され、エンジンの各半分が一緒にされるときにコネクタブロック535内に摺動して入る、対応するコネクタブロック550およびそのコネクタピン552によって大電流スイッチングモジュール388に送られる。LED発光体271のプラスの電極端子560は、ガイド線557にそって2つの要素が一緒にされたときにシャシープレート530上の電圧調節コンポーネントからのプラスの出力コネクタ374と良好な電気的接触を行う。システムグランドへのアクセスは、コネクタピン568およびその嵌め合いコネクタ要素537およびタイルシステムのグランドバスへのその外部接続部によって行われる。
【０２１７】
図44は、図43の2部構成の配光エンジン4の、それら2つの分割部分540および530が取り付けられた状態の背面斜視図である。
【０２１８】
図45は、図43および44の2部構成の配光エンジン4の斜視床側面図である。図45は、図22〜23の例を通じてさらに詳しく説明されている、大電力電流制御要素388の露出されている背面か見たこの斜視図をさらに示している。制限された角度範囲122(図示されている子午線における±θ1、直交する子午線における±θ2)を有する複数の光ビーム102は、電圧源570およびグランド572への経路が図43に示されているようにシャシープレート530上の対応する接点に対して設けられたときに配光光学系273によってエッジ境界316内の開口317上に均一に分配する。
【０２１９】
この代替の2ステージタイルシステム製造工程における第1の段階は、図11〜12に示されているのと似た例示的な24"×24"のタイル6の形成であるが、本発明のこの変更形態の2部構成のエンジンによって要求される対応する埋込みの詳細および相互接続性の特徴を含むものである。上記の図9および11〜41に例示されている1ステージ製造工程の流れの場合とちょうど同じように、このタイル形成の段階は、タイル形成工程において、または形成後の工程として実行することができる(型打ち、エンボス加工、穿孔、機械加工、ドリルあけ、および予成形挿入物の追加において)。
【０２２０】
図46は、2部構成の背面埋込み工程を容易にする内部的特徴581を備えて形成された構造化埋込みキャビティ580とともに製造された後の例示的なタイル材料の背面を示す斜視図であり、この例では、図43〜45に示されているように、4つの電子回路シャシープレート530の組み込みを示している。図46の斜視図は、515に似た相互接続グランドストラップおよび434に似た相互接続電圧ストラップの組み込みを容易にする埋込みスロット583および585の製造も示しており、これらは2つとも図40ですでに説明されている。図11にあるように、追加のスロット、つまり、DC配電バス7については302、電力バスコネクタ304については303、離れた場所に配置されている電子回路(上の例にあるような)を埋め込むためのオプションのキャビティを示す305、および光学信号を下の床空間からタイル6に通過させることができるオプションのスルーホール18が設けられる。
【０２２１】
図47は、図9の2ステージタイル製造工程において実行されるような、最初の一連の背面埋込み段階を例示する分解斜視図である。図46の事前形成されたタイル6においてすでに示されているオプションの相互接続スロット305および18は、図47の本発明の例にうまく合うように588として簡素化(および/または排除)されている。DC電力バス7および電力コネクタ304が最初に埋め込まれており、これは、図13〜14にすでに示されているように、そのようなものとして図示されている。この後に、4つの例示的な電子回路シャシープレート530のそれぞれが、図示されているような各ガイド線590〜597にそってそれぞれの埋込みキャビティ580内にその目的のために設けられている対応する受け入れ構造581内に確実に埋め込まれる。この例示における電子回路シャシープレート530は、記号的に示されている。より細かくした暗黙の細部については、図43〜45の拡大図を参照されたい。
【０２２２】
適宜、配光エンジン4、シャシープレート530、および1つの分離可能ユニットとして一緒に取り付けられている大電力配光部分540は全体として、この代替的形態に適した電源状況について示されている方法で背面から埋め込むことができる。それでも、2部構成の配光エンジン4の利点は、天井タイルグリッドの上、または壁タイル設置部分の背後で作業をしなくても本発明のそのように製造されたタイル照明システム1の大電力配光部分540の取外し、交換、切替え、または修理が容易になるので、変わらない。
【０２２３】
図48は、完全に埋め込まれている電子シャシープレート530と図9の2ステージタイル製造工程における第2の一連の背面埋込み段階とを示す、図47のと似た分解斜視図である。この例(図42〜44にあるような)で使用されている電子回路シャシープレート530は、供給されるDC電圧上に重ね合わされたデジタル発光体制御信号を抽出する単純なRCタイプの復調回路を収容する(図30〜31に拡大版を示す)。同等のことだが、図26〜29の復調方法では、異なる復調手段(RFおよびIR)を使用して同じ結果が得られる。DC電力は、外部DC電圧源およびシステムグランドに接続される内蔵の配線ストラップ600および602を通してそれぞれの電子回路シャシープレート530に印加される。分解された状態のDC電圧ストラップ600が、ガイド線605〜608を介してタイル6の本体部5内に埋め込まれるが、分解された状態のグランドアクセスストラップ602は、ガイド線610〜612を介して埋め込まれる。電圧ストラップ600は、コネクタタブ615により電圧供給バス7に電気的に接触し、コネクタタブ617により電子回路シャシープレート530に電気的に接触する。グランドストラップ602は、コネクタタブ620によりグランド側電圧供給バス7(右側)に電気的に接触し、コネクタ622によりそれぞれの電子回路シャシープレート530上のグランド線に電気的に接触する。
【０２２４】
図49は、小型部品のサイズが関わっているため、図48において明確には見えない暗黙の埋込みの細部をわかりやすくする左下側領域625(点線)の拡大された背面斜視図である。この例における点線領域625は、約3"×4"の領域を覆っており、これは、例示的なタイルの24"×24"の表面領域の僅かな部分である。図示されているすべての要素は、まだ埋込みと取付けがなされていない、随伴する大電力配光部分540のヒートシンクフィン372に空気流を通す電子回路シャシープレート530内の開口部を指している630を除き、すでに説明されている。
【０２２５】
図50は、配光エンジン4の大電力配光部分540を埋め込む工程を示す下の床から見た図48のタイル照明システム1の分解斜視図である。この例示では、3つの大電力配光部分540が、すでに埋め込まれている電子回路シャシープレート530に事前に取り付けることによって埋め込まれている。第4の配光部分540は、埋込みおよび取付けの直前の、分解された状態の領域635(点線)に示されている。この配光部分540は、ガイド線636、637、および638にそって上向きに盛り上げて構造化キャビティ580(図46を参照)内に入っている。部分540を部分530に物理的に取り付けることに加えて、部分540上の相互接続要素は、部分530上のもう片方の相互接続要素と一緒になるので、いくつかの電気的相互接続も行われる。例として、取付け用ネジ542および543、ならびにシャシープレート530内の2つの取付け用孔642のうちの一方が図示されている(例えば、4-40頭付きボルト、14mmのチップ-テール、2.85mmのスルーホール)。機械的取付けの他の手段ではスプリングクリップを使用する。
【０２２６】
図51は、より視覚的にわかりやすく説明されている埋込みおよび相互接続の詳細を明らかにしている、図50の斜視図に示されている分解された領域635の拡大図である。拡大635は、シャシープレート530上のDC電力コネクタ374、取付け用孔642に挿入するときにネジ543が進むのに頼るガイド線643、大電力スイッチング要素388上のゲート制御電圧コネクタピン552およびコネクタブロック550、およびシャシープレート530上のグランド接続レセプタクル537を示している。要素540と530との間の取付けに関する詳細は図43に示されており、これは、ガイド線555とその後に続く、シャシープレート530上の対となる片方のコネクタレセプタクル535に配線されるときのコネクタピン552が辿る経路、ならびにガイド線557とその後に続く、グランド接続レセプタクル537と一緒になるときの部分540上のグランド接続ピン568を含む。ネジタイプの留め具が説明されている実施形態において示されているすべての場合において、そのスナップ式留め具も等しく役に立つ可能性があることに留意されたい。
【０２２７】
図52は、図50に示されているものに類似しているが、この場合には、空気流スロット652および配光光学系273上の開口境界361のサイズと一般的に一致する照明開口654を備える装飾カバープレートまたは鼻隠650の天井タイル6の本体部5内への埋込みを例示する、床側斜視図である。照明開口654は、空気、透明プラスチック(またはガラス)シート、またはレンチキュラーレンズシート、マイクロレンズシート、光の散乱によるかすみが入っているシート、回折ディフューザシート、ホログラフィックディフューザシート、反射偏光子シート、体積ディフューザシート、表面ディフューザシート、テクスチャ加工ディフューザシート、またはブラックマトリクスマイクロレンズ(ビーズ加工)シートなどの1つまたは複数の光広がりシート群(または積層)をさらに備えることができる。鼻隠650は、分解詳細図660に示されているように、ガイド線656、657、および658にそって天井タイル6の本体部5内に埋め込まれている。鼻隠650の背面は、天井タイル6に、押しピンで、スプリングクリップで、キャビティ580の境界またはその詳細構造581(図46を参照)で圧入することによって取り付けられるか、または配光部分540上に設けられた機械的取付け特徴に取り付けられうる。
【０２２８】
図53は、特定の一例として照明開口654内に2つのレンチキュラーレンズフィルムシート664および666を備える例示的な鼻隠650(またはカバープレート)の背面の分解斜視図を示している。この例では、レンチキュラーレンズフィルムシート664および666は、互いに直交するレンチキュール軸とともに配置構成され、そのレンチキュールの頂点は図示されているようにしたの床から離れる方を向いており、例えば図45に示されているように配光エンジン4の開口317から発する照明2およびその角度範囲122に対して特定の程度の追加の角度広がりを与える。レンチキュラーレンズフィルムシート664および666は、事前型抜きフィルムシートまたは事前組立てフレーム(図示せず)として、ガイド線672、673、および674にそって示されているように背面から鼻隠の照明開口654内に組み付けられる。いずれかの方法で、フィルム(またはそのフレーム)は、エッジにそって鼻隠表面676に接着接合(または接着剤で接着)される。図53に示されているように2つのフィルムシートがある場合、フィルムシートは事前接着して張り合わせることができる。例示的な接着点は、その隅(例えば、678)のうちの1つ(または複数)とすることができる。接着剤で接着する代わりに、フィルムは、第2の連動フレームを使用し、前記フレームを鼻隠650と連動させ、フレームと鼻隠との間にフィルムをトラップすることによって、または小さな保持特徴(溝または突出タブなど)を鼻隠650の背面に追加し、手または工具でフィルムを滑らせて出し入れできるようにすることによって機械的に捕捉されうるが、鼻隠の取扱い、設置、または取外しが行われている最中にフィルムを実質的に保持する。
【０２２９】
図54は、組立て後の、図53の例示的な鼻隠650の最終的配置構成を示す斜視図である。本発明によるタイル照明システム1のユーザーは、タイルキャビティ580から鼻隠650を単に取り外し、異なる角度広がり効果を持つ含まれるフィルム680を別に一組有する別の鼻隠650を再度設置することによって随意に照明開口の1つ、グループ、または全部の照明パターンを変えることができ、これについては、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されている。いくつかの用途では、664および666のような角度変化フィルムを、代わりに他の出力フィルム680を有する可能性のある、鼻隠650の一部としてではなく配光エンジン4の出力開口の一部として設置することが好ましい場合がある。
【０２３０】
図55は、下の床空間685から見た図52の完全に埋め込まれたタイル照明システム1の斜視図である。オプションのスロット652により、周囲対流空気流396(図25にあるような)をタイル6と下の床との間の空間685から4つの埋め込まれている配光エンジン4(およびその熱除去フィン372)に通し、それに加えてユーティリティ(またはプレナム)空間686に送ることができる。特徴683は、18上の変更形態であり(図11〜14を参照)、床空間685から通過させてIRセンサー情報を得るオプションの手段となる(例えば、光レベルセンサー信号送出、運動センサー信号送出、および/または遠隔電力スイッチング信号送出のため)。
【０２３１】
図56は、下の床空間685から見た図40の完全に埋め込まれたタイル照明システム1の斜視図である。タイル6の本体部5内のオプションの床側スロット308により、周囲対流空気流396(図25にあるような)をタイル6と下の床との間の空間685から4つの埋め込まれている配光エンジン4(およびその熱除去フィン372)に通し、それに加えてユーティリティ(またはプレナム)空間686に送ることができる。特徴309は、スルーホール18の床側開口部であり(図11〜14を参照)、床空間685から適宜通過させてIRセンサー情報を得る異なる手段となる(例えば、光レベルセンサー信号送出、運動センサー信号送出、および/または遠隔電力スイッチング信号送出のため)。開口被覆シート690〜693は、埋め込まれているエンジン毎に1つずつあり、超えた位置にある特定の埋め込まれている配光エンジン4の特徴を他の何らかの形で示す角度範囲122および123(図1F、4A〜4B、および16にあるようなθ1およびθ2)を変える(か、または広げる)図53〜54において上で説明されているような光広がりまたは拡散媒体を収容することができる。これらの被覆シートは、オプションであり、透明ガラス(またはプラスチック)シート、レンチキュラーレンズシート、マイクロレンズアレイシート、偏光シート、拡散シート、光回折シート、ホログラフィックディフューザシート、光散乱によるかすみのあるシート、ビーズ加工ブラックマトリクスマイクロレンズシート、タイルの平面694の表面テクスチャと一致する表面テクスチャ(および/または透明色)を有するシートのうちの1つまたは複数のシートの異なる組合せを含むことができる。上述のような1つの好ましい配置構成は、円筒形要素の軸が実質的に直交するように互いに関して配向された2つのレンチキュラーレンズシートの積み重ねた組合せの構成であり、各円筒形レンチキュール(つまり、円筒形レンズ要素)はそれぞれの出力子午線内の角度広がりの特定の量を達成するように選択された形状で形成されている(つまり、図1F、4A〜4B、および16に示されているようなθ1およびθ2)。開口被覆シート690〜693は、簡単に取外しおよび交換を行えるようにベゼルまたはフレーム内に収容することができ、これは特定の照明特性を、狭い一組のビーム角122および123から選択的に広いビーム角に変える手段となる。
【０２３２】
本発明の例示で与えられているタイルシステムの例は、ここまで、図4B〜4Cの水平方向に積み重ねられた概略断面図に示されているように、正方形もしくは矩形の配光エンジン4(図1B、1D、2D、2E、3C、11〜16、21〜35、および38〜56にあるような)をタイル6の本体部5内に埋め込むという概念に基づくものであった。これらの例では、LED発光体271および配向光学系273は、同一平面上にある。同一平面配置構成は、可能な最大の厚さを持つ配光エンジン4を必要とする状況では好ましいものであるとしてよいが、LED発光体モジュール695(271に類似している)は、図4Aの概略断面図に示されているように、本発明による配光光学系696(273に類似している)の真上に垂直に積み重ねることもできる。図57は、この形態を示す一例の概略を分解斜視図として示している。この例では、電子電力制御コンポーネントの2つのグループ(図24にあるような電圧レギュレータグループ344および図56〜31にあるような復調コンポーネントグループ700)は、発光体モジュール695の上に位置決めされ、1つのグループ(図22〜23にあるような電流スイッチンググループ388)は、側部に位置決めされる。厚さを大きくする必要のある用途では、発光体695および配光光学系696の厚さ分を物理的に囲むようにすべての関連する電子コンポーネントを配置することができる。さらに、例えば、要素695および696の四面すべてにおいて365に類似する要素を含む、ヒートシンク要素365の他の形態および形状を図57に示されているものを超えて組み込むことができ、熱拡散プレートを、2つの例として発光体695と配光光学系696との間に配置することができる。熱拡散プレートは、発光体695と回路389との間に配置することも可能であり、さらに、回路389は、適宜ヒートフィンを垂直配向して、ヒートシンクが照明要素695のその背後から突き出て回路内の開放領域を通過するように開放領域を持たせた設計とすることも可能である。発光体695は、配光光学系696の面701内の入射開口上に局所的に、または均一に光の流れ275(図4Aにあるような)を供給し、出力照明ビーム103(図示せず)は面702上に均一に出現する。これらの要素は、ガイド線704〜708にそって互いに取り付けられる。以下では、このいくつかの特定の例を示す。
【０２３３】
しかし、図4A〜4Cに示されている概略的な配光エンジンの断面は、そのような正方形または矩形にのみ限定されるわけではない。本発明の同等の例は、円形の(つまり、円盤形状の)配光エンジン4を埋め込むように構成することができる。
【０２３４】
図58Aは、発光体271(システムのz軸112に対して平行でもある)の左側エッジ283の周りで図示されている配光エンジンシステム全体を循環回転させることによって図4Cの略図形態から導かれる本発明による円形配光エンジン4の埋込み式同一平面形態の分解斜視図であるが、これは、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されている。このような円形の回転では、図58Aに示されているように、リング状円形配光光学系712の中心のところに円盤状放射状発光体710を形成する。円盤状放射状発光体710は、柱面開口714から径方向外向きに光を放射するように配置されているLED発光体もしくはチップ(図示せず)の内部グループを収容する。表面714から放射状に放射される光は、配光光学系712全体にわたって実質的に均一に分配される放射状の光の流れ718としてリング状配光光学系712の環状円筒形リング開口716内に直ちに入る。放射状の光の流れ718は、配光光学系712を通過するときに、照明出力ビーム103として要素の円盤状底面720の上に実質的に均一に抽出される。図示されているものよりも実質的に大きいものとしてよい、特徴722は、円盤状発光体710の中心に取り付けられ、円盤状発光体710の内側、または周囲に配置されたLED発光体またはチップから熱を取り除くように構成されている熱伝導性熱除去要素として使用される。特徴721および723は、LEDなどの内部発光体からのプラスおよびマイナスの電力端子である(例えば、上で説明されている図15にあるような電極318および319に類似のもの)。
【０２３５】
図58Bは、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されているような、本発明により実施される円盤状放射状発光体710の一例を示す斜視図であり、円錐状反射要素709を使用して、LED発光体またはチップ715の内部グループからの発光711および713を放射状に再配向してリング状円形配光光学系712の環状リング開口716に通す。この例では、可能な多くの市販のLED発光体729の1つである、Osram Opto-Semiconductor社が製造する6チップのOSTAR(商標)の変更形態は、図58Aにおいて一般的に721および723として示されている同等の要素に対応するプラスおよびマイナスの電力端子725および727を備える。環状リング開口716は、LEDチップ715および円錐状反射要素709を浸すポリマー媒体に光学的に結合されている、透明(光学的に透過的)な円筒形ポリマー媒体の境界に対応する。
【０２３６】
図58Cは、6つの個別のLED発光体(またはチップ)734がヒートシンク要素735に電気的かつ熱的に取り付けられている、本発明に従って実施される円盤形放射状発光体710の他の例の斜視図である。集合プラス電力端子725および727は、図58Bに示されている端子に対応する。この例では、図示されている発光リングの出力光は、外向きに、リング状円形配光光学系712の環状円筒形リング開口716を通して、放射する。発光体734の数、形状、サイズ、および配置構成の変更形態を含む、図58Cにおける実施形態のようなさまざまな実施形態が可能であり、そのような実施形態の共通要素は発光体734の発光開口が回転(または対称)の軸から実質的に径方向外向きであるような要素である。
【０２３７】
図58Dは、リング状円形配光光学系712の2つの例示的な構成要素の斜視図である。この例では、配光光学系712の2つの構成要素は、数学的に形状を定められた断面の厚さを有する円形導光円盤737および光学的屈折誘電体で作られた放射状溝付き光路変更フィルムまたはシート739であり、両方とも、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されているとおりである。本発明によれば、放射状発光体710からの入力光は、環状リング開口716を通って流れ、全内面反射を利用して光線718として円形導光円盤737内に伝搬し、導光円盤737から空隙742内へ逃れ、放射状溝付き光路変更シート(またはフィルム)739の放射状溝743の屈折作用によって出力光103として光路変更される。本発明の最良実施例において、放射状溝付き光路変更シート(またはフィルム)739内のそれぞれの放射状溝の放射状リング743は、小さな空隙742(見やすくするため分離距離を誇張して示されている)によって互いに隔てられている、円形導光円盤737の対応する出力面741に近接近している。円形導光円盤737の反対側の境界面は、正反射金属コーティングを施される(例えば、銀もしくはアルミニウムの蒸着によって)、または個別反射材料(例えば、市販のフィルム材料ESRまたは3Mによって製造されているSilverLux(商標))を境界とする。
【０２３８】
円盤状発光体710は、図58Aに示されているように、ガイド線724にそってリング状配光光学系712の内側に設置され、次いで、組み合わされた発光ユニット726が、ガイド線731〜734にそって埋込み式電子回路730の底側728に取り付けられる。図58に示されている例では、埋込み式電子回路730は、例示的な電圧レギュレータグループ344、例示的な復調グループ700、および関連するコネクタ740および774を備える例示的な電流スイッチンググループ738(すでに示されている電流スイッチンググループ388上の水平に配置されている変更形態として)を収容する正方形もしくは矩形のプレート736として構成されている。DC電圧(Vdc)は、前の方の例のように、電圧ブリッジ394に印加され、外部グランド接続が電極パッド744を介して形成される。プラスおよびマイナスの発光体端子721および723は、プレート736の下側表面728上の図示されていない回路を介して上側電極746および748と接続されている。もちろん、回路730の構成コンポーネントは、表面7200のレイアウトと一致するようにプレート736の円形構成形状内に再配置することが可能であるか、または他の多くの構成形状において、配光エンジン4の下向きの表面の全面積より小さい領域内に嵌合するように再配置することが可能である。
【０２３９】
図59は、組立て後の図58Aの配光エンジン4の下の床(配光側)から見た斜視図である。その発光開口が円形であるという事実があるにも関わらず、集合照明は、図53〜54に示されているような光広がりシートを備えることによって、正方形、矩形、または円形の断面を有するように配置することができる。前記光広がりシートは、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されているような矩形(円形もしくは楕円形)以外の照明断面を備えることもできる。前記光広がりシートは、例えば、配光光学系4の周囲の対応する円形フレーム部材にスナップ式に、またはねじ込み式に取り付けられる円形フレーム内に保持することができる。
【０２４０】
図60は、図4Aに概略が示されている垂直に積み重ねられた配光エンジンのレイアウトの円形形態として配置される、これも下の床から見た、図59のシステムの変更形態の斜視図である。この形態では、図4Aに示されている断面は、Z軸112に平行な、中心線の回りに回転させたものである。その結果が、下向きの光源を収容する円形円盤状発光体750であり、その真下に取り付けられているのが、そのような光源を受け入れ、それらをビーム103として円形出力開口表面754の上に均一に広げる円形円盤状配光光学系752である。
【０２４１】
図61は、図54〜56に示されているものと同様に、下の床空間685から見た完全に埋め込まれたタイル照明システム1の斜視図であるが、この例示では、図58〜59に示されているような円形円盤状配光エンジン4の形態を使用している。交換可能な装飾カバープレートもしくは鼻隠650(図53〜54にあるような)の円形実施形態760が含まれており、正方形もしくは矩形の切り取られた対となる片割れについて要素664および666で説明されているのと同じレンチキュラーレンズシート角度広がり機能を装着可能である。
【０２４２】
適切な電源Vdcが左側DC電圧コネクタ304に関して図55、図56、または図61の例示的なタイルシステム1に印加され、右側コネクタ304と適切なグランド接続がなされた場合、構成要素である配光エンジン4は電力を供給され、システムのマスターコントローラ40(上述のような)によって規定された照明のレベルで下にある床(および壁に)出力照明を供給する用意ができている。
【０２４３】
組み合わされた配光光学系726のさらに他の変更形態は、本発明に従って使用することができる。これの一例では、配光光学系712は、図58〜61の円形(リング状)の例に加えて他の出力開口形状を有するように構成されうる。この変更形態は、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されており、そこでは、配光光学系712は、円形状境界周の代わりに正方形状境界周を有するように回転される。この場合、円盤状発光体710は、境界周が円形ではなく正方形である、円形状配光光学系が行うのと実質的に同じ方法で放射状の光を制御するように設計されている周囲配光光学系712内に光を径方向から放射する。適切な正方形周配光光学系の例は、このような正方形周光学系の関係する三角形および正方形の1/4部分とともに、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されている。一般的に、配光光学系712が、放射状に伝搬する光718を処理し、もっぱら下向きの光103を出力する限り、配光光学系712の周は、特定の形状に制約されない。
【０２４４】
図62は、下の床から見た動作中の本発明の照明システムの一例を示す斜視図である。この場合、これは、一方の(左側)電圧バス7に印加される電源電圧762(Vdc)および対向する(右側)電圧バス7に施されるグランド(または中性)接続764によってアクティブ化される図55のタイル照明システム1を示している。マスターコントローラ40(図62には含まれていない)は、上で説明されているように4つの埋め込まれている配光エンジン4のそれぞれの中で復調されるデジタル制御信号を送信する。復調された制御信号が「オン」状態を示す信号である場合、それぞれの配光エンジン4に対する規定のレベルの照明の光ビーム765、766、767(隠されている)および768が、下の床空間に送られる。
【０２４５】
図62の例に示されている4つのビーム765〜768はそれぞれ、2つの子午線内に±30°の角錐を有し(つまり、±θ1=±30°および±θ2=±30°であり、角度範囲値は、分布の半値全幅、10%値全幅などのより完全にカットオフした状態、またはその他を含む、さまざまな計量基準に従って設定することができる)、これは、最も一般的な頭上投光照明システム(いくつか例を挙げると、事務所、図書館、学校、および住宅の天井の)に対する特に望ましい低グレア照明仕様である。4つの例示的なビーム(765〜768)は、例示的なビーム断面770上でのように重なり、下の床面(図示せず)上に一般的に均一な照明2を当てる。この例の4つのビーム765〜768はそれぞれ、実質的に正方形の断面を有し、これは、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されている好ましい薄型配光エンジン4の1つのクラスの特異的性質である。他の構成形状または他のタイプの発光エンジン(多くの従来の光エンジンを含む)が使用される場合、出力ビーム(530〜533)も、円形のビーム断面を有することができる。
【０２４６】
それぞれの照明ビーム(765〜768)の角度範囲(または広がり)は、埋め込まれているそれぞれの特定の配光エンジン4内で使用される配光光学系273(または図57の場合は696)の内部設計詳細、さらには、それに関連する対応する交換可能な開口被覆装飾カバープレートまたは鼻隠650(図55)、690〜693(図56)、または760(図61)の設計(または構成)に依存する。この方法で、単一のタイル6を使用し、また、タイル6のシステムのようにタイル6のグループを使用する延長によって、さまざまな照明目的を満たすことができる(例えば、図3Mのシステム185)。
【０２４７】
図63は、下の床から見た動作中の本発明の照明システムの他の例を示す斜視図であるが、これは図62に示されているものと比べて角度範囲が狭いものとして示されている4つの例示的な照明ビーム772〜775を備える。このようなより狭い角度のビームは、限られた作業場または仕事場を照らす際に使用することが可能な頭上スポットライト照明2の実用的な光源となる。図62および図63のシステムの間の示されている角度範囲が異なるのは、その配光エンジン4の内部設計、その開口被覆装飾カバープレートもしくは鼻隠650、またはその両方による。図63の例に示されているようなビーム重なり平面777は、タイルシステム1に近すぎて、関連する狭いビーム角度(例えば、±15°)を与える十分な空間的均一性が得られない。タイル6からさらに離れると(つまり、下の床に近づくと)、ビーム重なりの均一さは優れたものとなる。
【０２４８】
図64は、下の床から見た動作中の本発明の照明システムのさらに他の例を示す斜視図であるが、これは、離れている壁の物体に光を当てる、ある角度から床の物体に光を当てる、または上からでは照明が不十分であった床のパッチの輝度を高めるかのように、下方を向く2つのスポット照明作業用ビーム780および781と斜め下方を向く2つのスポット照明作業用ビーム782および783が配置されている。
【０２４９】
図65は、タイルのレベルの僅かに上から見た動作中の本発明の照明システムのさらに他の例を示す斜視図であるが、これは、異なる空間的高さで離れている壁の物体に光を当てるかのように、または1つの物体もしくは物体の集合に対する輝度の空間的変化を変えるために、斜め下方を向く2つのスポット照明作業用ビーム790および791およびそれよりはずっと急角度でなく斜め下方を向く2つのスポット照明作業用ビーム792および793が配置されている。
【０２５０】
図66は、下の床から見た動作中の本発明の照明システムのさらに他の例を示す斜視図であるが、これは2つ配光エンジンをオンにし、別の2つのエンジンをオフにして配置されている。好ましい配光エンジン4によって可能なビームパターンの多様性のこの例において、ビーム795は、矩形の断面で非対称になり、一方の子午線では±8°、他方の子午線では±30°であるが、ビーム796は正方形の断面を有し、両方の子午線において±5°である。一例として、このタイル照明システム1が、下の床の上9フィート(108")のところに吊り下げられている状況では、ビーム795は、長さが約93"、幅が13"(例えば、ほぼ8フィート×1フィート)の高さ30"のテーブル表面上に均一な矩形の照明パターンを形成する。このような長く狭い照明パターンは、長く狭い商業用展示照明用途に特に適している。それにも関わらず、この配光エンジンの出力開口システム650(例えば、図53〜54)および中のレンチキュラーレンズシート(664および666)を単純に取り替えるだけで、他の矩形の幾何学的形状も覆うことができる。同じ条件の下で、狭い照明ビーム796は、例えば、芸術品にハイライト照明を当てるのに適している、正確に正方形のスポット照明パターン(9"×9")を形成する。
【０２５１】
埋め込まれている配光エンジン4の設計によって、また出力ビーム角度を広げるために使用される取外し可能なカバープレート650(または690〜693)によって、ビーム特性の他の多くの組合せを選択することができる。
【０２５２】
図67は、図61に例示されているように埋め込まれている4つの円形配光エンジン4を使用する照明システム1の類似の動作例を示す図である。下の床から見たこの斜視図は、埋め込まれている光エンジンの円形出力開口形状にも関わらず、それぞれ正方形(または矩形)の断面を有するビーム800〜803を供給することが等しく可能であることを示している。出力カバー760(図61にあるような)を単に変えるだけで、照明ビームを円形断面を持つビームにすることもできる。
【０２５３】
本発明によるそれぞれのタイルシステム1(または照明システム1のグループ)に電源を接続する手段は、図3D〜3Jの略断面図に示されている好適な電力コネクタの選択された例を用いて図3Aおよび3Bにおいて一般的に導入された。
【０２５４】
すぐ下の図66〜68においてより具体的に例示されており、本発明によるタイル照明システム1(およびその中に埋め込まれている配光エンジン4)のグループが今日広く使用されているものに非常によく似た実用的な頭上天井吊り下げシステムにおいて有利に実装されうる一方法を示している。他の標準的な吊り下げられた天井システムおよびそのさまざまなT字状バーランナー、クロスメンバー(クロスティーとも言う)、およびスプライシングアクセサリに加えられる注目すべき修正点は、吊り下げ要素それ自体の構成を介してDC電力を伝えることができる埋め込まれた絶縁および導電要素の製造時の追加である。
【０２５５】
図68は、図3Hにおいて以前に導入された例示的な相互接続方法を示す分解斜視図であり、これは、導電層810および812、絶縁層814〜816、および中心の幹820の周りに対称的に配設されている、対称的に配置されたコネクタ取付け用スロット818(右側)および819(左側)を備えるように、本発明とともに使用しやすいように製造時に装着される、他の標準的なT字状バースタイルの主ランナー221(典型的には塗装鋼、亜鉛メッキ鋼、またはアルミニウムで作られる)の短い部分の詳細な構造822を示している。221などの主T字状バーランナーは、典型的にはその連続長が12フィートであり、次いで、継ぎ合わせ部上で電気的導通が可能なように容易に修正できる、確立されている継ぎ合わせ/接続方法に必要な長さまで延長される。T字状バーの物理的寸法は、意図された用途とともに変わるが、公称的には、ティーにそって垂直高さ1.5"および幅15/16インチである。この電源接続方式では、他の何らかの形で露出される導線に人がうっかり接触しないよう導電面を保護する絶縁テープまたは被覆を追加することを想定する(が例示していない)。
【０２５６】
図69は、図68の分解図にちょうど示されているような導電性のT字状バースタイルのランナーシステム822の完全に加工された形態を示す斜視図である。右側の取付け用スロット818は、右側の導線812の厚さの背後の視界から隠されている。例示されているような絶縁層815および816は、粘着剤を使用してT字状バーランナー221の平面にラミネート加工されたプラスチックフィルムである。しかし、層815および816は、例えば吹き付け塗装、浸漬コーティング、およびパウダーコーティングを含む、標準的な金属コーティング手段などによって、T字状バーランナー221のすべての露出表面を完全にカプセル封入するコーティングとして形成することもできる。
【０２５７】
図70は、埋め込まれたDC電圧コネクタ304(9に類似している)を追加し、薄型の曲げられる延長タブ824を追加した、図69の導電性のT字状バースタイルのランナーシステム822の斜視図である。タブ824は、導電性であり(コネクタ本体部304のように)、点検孔819内に容易に嵌合するサイズを有し(さらにこの例示818において)、導線812と確実に接触するように反時計回りに指で圧迫して容易に曲げられる。コネクタ304は、ランナーシステム822との作業関係がよくわかるように、タイル6の本体部5内に意図した埋込みを入れずに示されている。
【０２５８】
図71は、図70の導電性のT字状バースタイルのランナーシステム822の斜視図であり、この場合、図70においてより明確に示されている完全に設置されたタブ付きエッジコネクタ304を含む、適切な天井タイル材料6との組合せを示している。この斜視図は、埋め込まれたDC電圧コネクタ304(図70に示されているような)、導線812と機械的、また電気的に接触する完全に曲げた状態で示されているその薄型タブ延長部824、およびこれもまた、すでに示されているように、コネクタ304と機械的、また電気的に接触しているDC電圧バス7の端面図とともに、タイル6の左前隅部分826のみを示している。追加の機械的(および電気的)完全性を必要とする場合、曲げられたタブ824内に作られた同心円状に位置を合わせた取付け用孔、ランナーシステム822のティー表面を介して、またT字状バーランナー221の底部ティー表面において、小ネジを追加することが可能である。コネクタタブ824の代わりに、導線810および812は、T字状バー822の水平エッジに巻き付く導電性タブを有し、これにより、コネクタ304(タブ824なし)をタブ上に据え付けられる。スナップ式に嵌合するオス/メスのコネクタペア、T字状バー上のペアの一方、タイル上の他方を含む、多数の他の接続方式も可能である。
【０２５９】
図2D、2E、3B、および3Cの斜視図に概略が示されているようなタイル吊り下げシステムは、平行なT字状バースタイルのランナーおよび直交するT字状バースタイルのクロスメンバー(典型的にはクロスティーと言う)を収容する。クロスティー要素は、ランナー同士を接続し、タイル吊り下げマトリクスを完成させ、これにより、その形状がなんであろうと(正方形もしくは矩形)、標準的な頭上天井タイル6の四面すべてに必要な支持フレームを形成する。本発明の導電性のT字状バースタイルの吊り下げシステムでは、クロスティーは電気的中性、または絶縁されている。したがって、これらは、短絡を引き起こしたり、または図68〜71に構成されているようなランナーシステム822が備える平行DC電圧供給チャネルの導通を他の何らかの形で妨げることのないように製作される。
【０２６０】
標準的な天井タイル吊り下げシステムのメーカー(例えば、Armstrong、Bailey、USG、General Rolling Mills、およびその他のメーカー)は、隣接するランナーの間にぴったり嵌合する頑丈なクロスティー要素を追加する多くの賢明な、使いやすい手段を開発している。クロスティー取付け用の通常の孔(またはスロット)は、クロスティーの規則正しい間隔が容易にとれるようにT字状バーの垂直側壁表面(例えば図69に示されているような820)内に標準的な間隔で事前穿孔される。いくつかの場合において、クロスティー要素の端部にある固定タブは、これらの点検孔を嵌通し、一緒になってぴったり固定する。他の場合には、追加の固定クリップが、特に地震活動の影響を受けやすい地域において、安定性を高めるために追加される。
【０２６１】
本発明とともに使用するのに最も適しているクロスティーシステムは、電気的に干渉を起こすことなく導電ランナー822を通過(ブリッジ接続)する。この一例は、Armstrongによって導入されており、そこでは、2つのクロスティー要素が、両方のクロスティーにぴったりネジ止めされたブリッジ接続コネクタを使用することによって一緒に固定され、これにより、関連するランナー(または複数のランナー)上にクロスティーを投下する(またはブリッジ接続する)ことを可能にする剛性構造内で効果的にクロスティーを継ぎ合わせる。
【０２６２】
クロスティータブがランナーの側壁内の事前穿孔スロットを通過し、次いで、ランナーの側壁に事前接着されている取付け用タブにネジ留めする、ArmstrongのScrew Slot Systemを含む他の市販のクロスティー方式も等しく適応可能である。
【０２６３】
本発明とともに使用するために利用可能な他の配電代替手段も多数ある(例えば、より一般的な例のうちいくつか挙げると、2地点間配線、配線ハーネス、主電源30の延長として使用されるドロップボックスの分配グループからの2地点間配線)。
【０２６４】
しかしながら、本発明の心臓部には、基本的に図4A〜4Cの概略断面を通じて、また図24〜31、34〜35、41〜45、49〜51、および57〜60の例におけるシステム統合の立場から示されている、一体として埋め込まれている電力制御電子回路、および一体として埋め込まれている電気的接続部とともに、埋込み式配光エンジン4がある。
【０２６５】
薄型LED発光体271(および710)およびそれに対応する薄型配光光学系273(および712)の内部的な説明は、タイル埋込み工程のシステムレベルの例を簡素化するために前の方の例では無視した。これらの薄型配光要素の関連する性能の基礎となる一般的な機構は、図4A〜4Cの断面図に示されている概略の関係によって規定されているが、好ましい実施形態に関わる実際の部分の例は、そのまま例示される。
【０２６６】
本発明による好ましい配光エンジン4の第1の特質は、その物理的な厚さ、それらが組み込む発光体と比較したその配光出力開口の拡張、およびその出力照明のバランスのとれた方向性である。好ましい光エンジンを有用なタイル材料(石膏、ドライウォール、または他の何らかのタイル状建築資材)の物理的断面内に実質的に埋め込めるように物理的な厚さが必要である。LEDなどの小さな面積の発光体の危険なほど高い直視輝度を弱めるために、十分に大きくとった出力開口が好ましい。そして、スポット照明用途の効率を改善し、投光照明用途におけるグレアを低減するためには、バランスのとれた出力照明が拡散照明に勝って好ましい。
【０２６７】
図72は、本発明の実施態様と親和性のある埋込み式薄型配光エンジン4の一タイプを示す、埋込み板846の背面から見た斜視図である。この配光エンジンユニットは、図72〜75に例示されているように、その全体的な埋込み寸法が114mm平方であり、最も厚い地点848において厚さ10.2mmであり、1つのLED発光体を収容する。図73の下側図面に示されている、関連する配光開口は、この特定の例では、55mm×55mmである。このエンジンで使用されるLED発光体850は、埋込み式取付け用板846の下の図72の図面からは隠されており、これは、発光体のヒートシンクフィン856の上の(そして位置合わせされた)熱除去フィン854と、それに加えて、それ専用の補助ヒートシンクフィン858も備える。図24〜25にあるように一般的に配置されている局所電圧調節回路344、図19、22、23、45、および58(特に図58)に示されているものに似た電流スイッチング回路860、および図41〜44にすでに例示されているRCタイプの制御信号復調回路を含む、埋め込まれている電子コンポーネントは、すでに説明されている。
【０２６８】
図73は、図72の配光エンジン例の発光側から見た斜視図であり、その配光開口864、(4チップ)LED発光体850の部分的底面図、および電流スイッチング回路860の3つの電流スイッチングMOSFET 330を示している。
【０２６９】
図74は、図72〜73に例示されているような配光エンジン4の内部構造の分解斜視図である。コア発光要素870は、LED発光体サブアセンブリ271および配光光学系273(図4Cには機構が示され、図15〜16には記号的に示されている)を備え、それぞれ図75〜76に別々に拡大して示される。配光エンジン4のこの態様は、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」においてすでに説明されている。発光サブシステム870は、例えば、2本のナベ頭ネジ872(および873、ラベルなし)でLED発光体850をヒートシンク856にボルト締めし、配光光学系273、ライトパイプ880、および発光体結合光学系882を適切な特徴を持つプラスチック(または金属)シャシーフレーム883内に設置し、それらを、ホールドダウンクリップ886および4-40ネジ888をガイド線889にそって使用して固定し、ヒートシンク856を(例えば、4-40ネジ890および892で)シャシーフレーム884に固定することによって事前に組み立てられる。次いで、この例では3本のネジ896〜898を使用して発光サブアセンブリ870を埋込み板846に取り付ける。電流スイッチング回路860をガイド線900にそって埋込み板846に取り付け、その際に、制御電圧コネクタ902(図56の740を参照)をその対になる片方904(例えば、図58の744を参照)と一緒にし、フレックスケーブル861をネジ897および898の上に通してからLED発光体850のマイナス端子に接続する。図48〜49に示されているように、600と同様の埋め込まれているタイル回路ストラップ(およびコネクタタブ617)によって外部DC電源電圧を埋め込まれている端子910に印加し、図48の602と同様の埋め込まれている回路ストラップによってシステムグランドへのアクセスを埋め込まれている端子912に施す。
【０２７０】
図74は、配光エンジンの内部光の流れを記号的に表した図である。LED発光体850によって発生する実質的にすべての出力光920は、この例では、例示的な発光体4の別々のLEDチップをちょうど超えて配置されている中空リフレクタ要素として示されている発光体結合光学系882によって集光される(が、光学系882は、レンズ、レンズのグループ、屈折リフレクタ、光パイプ部、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の1つまたは複数からなるものとしてもよい)。要素882からの出力光の実質的割合部分が、ライトパイプ880の入力面に入るが、内側では、全内面反射を中で受ける。次いで、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」でも説明されているように、光のかなりの割合が、マイクロファセット表面フィルム924との意図的に予定されている相互作用によって90°回転され、次いで、パイプ880の連続長にそって均一に抽出され、ビーム926として排出され、次いで、配光光学系273の入力面に入る。次いで、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」にも従って、光の流れ926は、取り付けられているファセットフィルム929を含む配光光学系273の導光板部分928内でさらに全内面反射を受け、90°回転され、この板の配光開口864(図73で参照されているような)上に均一に空気中に抽出され、それにより、光エンジンの実用的な指向性出力照明930が形成される。
【０２７１】
図75は、エンジンの3部構成のLED発光体サブシステム271内にあるキー要素をより詳しく示す、図74に示されているような点線領域932の拡大斜視図である(LED発光体850、角度変形結合光学系882、およびファセット光広がり層924を含む光広がりパイプ880を備える)。この例で示されているような好ましいLED発光体850は、(チップを囲むより大きな誘電体充填キャビティ内に)4つの1mm平方のチップ934を2.1mm×2.1mmのパターンに配置した、市販のOsram (Opto Semiconductors) OSTAR(商標)(例えば、LE W E2A)である。他のLEDチップの組合せも、Osramの6チップバージョンを含めて、この設計における変更形態によって容易に対応できる。プラスおよびマイナスの電極936および937は、図72の上側図面に示されているようにフレックス回路延長861および862と接続されている。電流OSTAR(商標)セラミックパッケージ940は、供給されるときに六角形の形状を取り、本発明の薄さ要件に適合し電気的干渉を引き起こさないよう平行面941および942にトリミングされている。取付け用孔945は、ロープロファイル取付け用孔872を介して上で示されているようにヒートシンク取付けに使用される。この例の結合光学系882は、3つの順次部分を有し、それぞれ正方形(または矩形)の断面を有する。例示することのみを目的として4つのOSTAR(商標)チップを僅かに超えて配置されている、第1の部分948は、先細のライトパイプ880に合わせて入力効率を最適化するため内面反射による集められた角分布を変換しつつ、チップのグループによって放射される実質的にすべての光を集光するために使用される。優れた実践では、結合光学系882は、フレーム材料933と機械的に接触し、部分952および954は、機械的取付けおよび位置決めを容易にするだけのために光広がりパイプ880の3mm×3mmの入射面を囲む。
【０２７２】
この例において応用されるLED発光体サブアセンブリ271の光学的機能は、光広がりライトパイプ880およびその関連する光広がりファセット層924の物理的構造および構成によって、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されているように、実現される。最良実施例では、パイプ880は、射出成形される。すべての金型表面は、特徴のない鏡面仕上げとする。成形材料は、吸収損失が低くなるように、光学グレード、好ましくは光学グレードPMMA(つまり、ポリメチルメタクリレート)、または利用可能な最高の光学グレードのポリカーボネートである。それに加えて、光広がりパイプ880の隅およびエッジは、散乱損失が最小になるように可能な限り鋭く作る。ファセット層924は、薄い透明光結合媒体960(例えば、粘着剤)を使ってパイプ880の背面に取り付けられる。この形態では、ファセット962を、PMMAまたはポリカーボネートから(例えば、エンボス加工、鋳造、または成形によって)作り、次いで、高反射率強化銀(またはアルミニウム)964でコーティングする。関連する形態において、金属コーティングファセット層924を、平面リフレクタで置き換え、適切に異なる幾何学的形状設計の未コーティングファセットをパイプ880の前面をちょうど超えたところに配置する(ファセット頂点はパイプ表面の方を向いている)。パイプ880内の光の流れ922は、いずれの形態でも、ファセット924との相互作用で、パイプ880の前面に対して一般的に垂直な方向に順次分配される出力光926を引き起こすパイプそれ自体からの順次的な漏れを誘発する。
【０２７３】
図74の再配光システム273は、光広がりパイプの代わりに光広がり導光板928を使用してより広い領域を僅かに超えてサブシステム271と実質的に同じ動作をし、前記導光板928はサブシステム271から分配光を受け取り、前記光はすでに面880の長さにそって広がっており、パイプ880の前面に垂直な方向に類似の順次的抽出を実行し、抽出された光は軸930にそって下方に向かう。図74の再配光システム273は、前記の両方のモードで動作し、一方のモードでは光導波路の背面に取り付けられているファセット反射コーティングフィルムを使用し、もう一方のモードでは、光導波路の前面を少し超えて配設されているファセットフィルムを持つ光導波路の背面に取り付けられた平面状リフレクタを使用する。それに加えて、プレートシステムの他の実用的なモードは、ファセットフィルムを取り外した状態の後者のモードと同一である。この結果、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」においてすでに説明されているような一般的な角度付き指向方向が得られる。
【０２７４】
図76は、図72〜75において説明されているタイプの4つの薄型配光エンジンを備える本発明による完全に埋め込まれているタイル照明システム1の背面から見た斜視図である。この特定のタイル照明システム1では、整合をとるため前の例の代表的な24"×24"のタイル材料6を使用する。前の方で述べたように、他のタイル寸法および相当する建築材料は、僅かな修正を加えるだけで、等しく適用可能である。この場合には、4つのエッジコネクタ304を埋め込み、それぞれ図70〜71に例示されているような取付け用タブ824、電圧アクセスストラップ970、およびグランドアクセスストラップ972を備える。ストラップ970および972は、図48に(600および602として)示されているものに類似しており、電圧バス要素7と重なり、電気的接触を行わせる埋め込まれているコネクタヘッド974を備える(DC電圧については左側、グランドについては右側)。コネクタヘッド974は、図示されているように対応するタイル本体部キャビティ976内に埋め込まれる。
【０２７５】
図77は、拡大することで図72〜75において説明されているタイプの薄型配光エンジンの埋込み工程および埋込み電気的相互接続の関連する方法をさらに明確にする、図76のタイル照明システムの左前隅に指定されている点線領域978を選択的に分解して示す分解図である。分解状態の発光サブアセンブリ870(図74にあるような)は、通常、電子パワープレートサブアセンブリ847(図74にあるような)に事前に取り付けられ、ガイド線980にそってタイル6の本体部5内のキャビティ細部982に埋め込む。パワープレートサブアセンブリ847は、ガイド線984〜986にそって支持するキャビティ細部988内に埋め込まれる。電圧アクセスストラップ970上の電圧電極タブ900は、電圧ブリッジコネクタ910上の対となる片方に取り付けられる。同様に、グランドアクセスストラップ972上のグランド電極タブ902は、板846上の対になる片方の電極(Gのマークが入っている)に取り付けられる。電圧アクセスストラップ970は、対応するタイル本体部チャネル920内に埋め込まれ、グランドアクセスストラップ972は、対応する回路本体部チャネル922内に埋め込まれる。
【０２７６】
図78は、図77に示されている分解された細部978の完全に埋め込まれている状態の例を示す図である。タイル6の本体部5内の空気出入スロット(視界から隠されている)により、タイル6の下の空間からその上の空間への空気対流925を起こすことができ、これにより、タイル照明システムの発熱する電子回路素子からの熱除去が改善される(上述の例、例えば、図25、50、55、および56において説明され、例示され、暗示されているとおり)。空気出入スロットの代わりに、または空気出入スロットと併せて、光エンジン4が中に入れられるタイル内のキャビティのサイズを右下側の方向に増やして、より多くの空気をタイルの上からキャビティ内に流し込み、さらに、右下側からヒートフィン内に流し込むようにすることが可能である。この同じ方式を任意の、またはすべての側面について採用することが可能である。
【０２７７】
図79は、例示的な照射ビーム982が埋め込まれている配光エンジン4のうちの1つによって生成される、図72〜78に説明されている電気的にアクティブ化されたタイル照明システム1の下の床から見た斜視図である。この斜視図は、システムの左側の電圧バス7に印加されるDC電源電圧Vdc、システムの右側の電圧バス7に印加されるグランドアクセス、および完全動作電力で動作するようにシステムの左前側の配光エンジン4に指示を送り(それにより出力照明2を引き起こす)、オフ状態(つまり、ゼロ照明)を実行するように他の3つの埋め込まれている配光エンジンに指示を送るマスターコントローラ40(図示せず)から送信される制御信号を示している。図79の例では、タイル開口は、床側では覆われておらず、そのため、上述のように、埋め込まれている薄型配光エンジン4の出力開口が露出し見える。吸気スロット980も覆われていない。
【０２７８】
上記の図72〜75に示されている一般構造に従って、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」で述べられているように、薄型配光エンジン4によって供給される正味出力ビーム982は、図80に示されているように、正方形の断面を有し、それぞれの子午線内で±5°の角度範囲を有する十分にコリメートされたビームである。ビーム982は、軸984にそって遠距離にある物体のバランスのとれたスポット照明をもたらし、またその目標(例えば、下の床)に正方形の照明場を与える。上の図64〜65に一般的に示されているように、壁を照らすために、出力ビーム982を斜め方向を指向するように配置することができる。このような変更形態は、配光光学系273(図74)の特定の設計の結果であるものとして、また特に、導光板928上のファセットフィルム929について選択されたファセット幾何学的形状の結果であるものとして、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されている。
【０２７９】
一部の照明用途では使用され、他の照明用途では使用されない、ビーム982の狭い断面は、1つまたは複数の光広がりフィルム(例えば、図53の664および666)とともに、図53〜54の例のように、タイル6の本体部5の開口部を覆うように設計されているベゼル(または鼻隠)の追加により望ましい程度まで一方の子午線または両方の子午線において容易に広げられる。
【０２８０】
図80は、図53にすでに示されている垂直方向に向き付けられたレンチキュラーレンズシート664および666の対680を、例示することを目的として含む、本発明のこの例に適している1つの好ましい開口カバー992の形態を示す分解斜視図990である。あるいは、単一のレンチキュラーレンズシート(または異なる配向を有する他の角度広がりシート)を使用することができる。この目的のための他の好適な角度広がり材料の例として、回折格子、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズディフューザ、微細構造表面ディフューザ、体積ディフューザ、および従来の球面レンチキュラーレンズシートが挙げられる。説明しているレンチキュラーレンズシートに関連する角度広がりの最良の態様は、入射光源988に面する凸放物曲面とともに放物線形状のレンチキュール(円柱レンズ要素)を有するものと相関していたが、これについては、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において説明されていた。このタイプのレンチキュラーレンズシートは入射光ビーム988の角度範囲を広げるだけでなく、ビームの正方形(または矩形)パターン(または断面)の空間的完全性も保存する。図80の例では、図53にあるような出っ張り676が、型抜きフィルムシート664を支持するために使用される。シート664を固定するために出っ張り676に施される粘着剤(PSAとも言う)のストリップを使用することができる。次いで、シート666は、使用の際に、ちょうど上に載るだけでよい。適宜、シート664および666は、隅のところに、またはエッジにそって、溶接もしくは熱かしめで接着することもできる。フレームエッジ994は、開口部978(図79)内にぴったり嵌合するように作られ、またこの目的のために用意されたさまざまな留め具も使用できる。装飾用テーパー996をベゼル992の本体部に施すか、または適宜、さらに目立たないようにするためにベゼルそれ自体をタイル6の本体部5内に埋め込むことができる。この例の照明開口998は、62mm×62mmである。
【０２８１】
図81は、関わっている埋め込まれた配光エンジン4のうちの1つによって生成される例示的な照射ビーム982について図80において説明されているように開口カバー992の光広がり効果を例示する図79に示されているタイルシステムの下の床から見た斜視図である。この特定の例において、それぞれの埋め込まれているエンジン開口カバー992は、2つの実質的に放物線形状のレンチキュラーレンズシート664および666を収容し、システムの左前の配光エンジン4のみがオンになっていることのみを示している(見やすくするため)。本発明のタイル照明システムによれば、埋め込まれている配光エンジンを任意に組み合わせることができ、マスターコントローラ40によってそれぞれ任意の輝度レベルで指令することができる。この例では、2つの角度広がりレンチキュラーレンズシートが、内部入射の±5°×±5°のビーム982(図79に示され、本発明の例では点線の断面1000によって参照されている)を一般的な低グレアの頭上投光照明用途に有利な±30°×±30°の角度範囲を有する出力ビーム1002に広げるために必要な開口カバーシステム990において使用される。2つの角度広がりフィルムが意図的に開口全体を覆わない場合に1つの興味深い変更形態が現れるが、この結果、未修正の±5°のビームと±30°のビームが得られ、狭いビームはより広い正方形のビームの真ん中で実質的に正方形のホットスポットである。
【０２８２】
また、前の方で説明したように、空気対流をタイルシステム1の下の床領域とその上のユーティリティ(またはプレナム)空間との間に引き起こし、これにより上記の例示に示されているようにヒートシンクフィンの性能を改善できるように、空気スロット980を設けている。
【０２８３】
図82は、本発明のタイルシステムの実施態様と親和性のある埋込み式薄型配光エンジンの他のタイプを示す、埋込み板1010の背面から見た斜視図である。図83〜88により包括的に例示されている、この特定の配光エンジンユニットは、その全体的な埋込み寸法については140mm×100mmであり、最も厚い地点1012では厚さ16mmであり(最も薄い地点1014では10.4mm)、一例として、2つのLED発光体1016および1018を収容する(図72〜81に例示されているエンジンタイプのものの2倍)。埋め込まれている電子回路コンポーネントの多くは、前の説明で取りあげたものである。それぞれのLED発光体1016および1018は、別々の発光体取付け用板1020および1022上に取り付けられ、それぞれ専用のヒートフィンアセンブリ1024および1026を備える。埋め込まれているDC電源電圧ストラップ(この図面には例示されていない)は、電圧端子1021に取り付けられ、埋め込まれているグランドアクセスストラップ(この図面には例示されていない)は、グランド端子1023に取り付けられる。
【０２８４】
図83は、図82に完全組立て状態で示されている薄型配光エンジン4の分解斜視図である。本発明の例における2つの例示的なOsram Opto Semiconductors OSTAR(商標)LED発光体1016および1018は、1mmチップの2×2アレイではなく1mm LEDチップの3×2アレイを使用していることを除くすべての点で図74〜75に示されているような発光体850と同じである。その厚さ1030(例えば、図75の表面841から842)は、よりコンパクトなLED発光体パッケージを使用することで、図示されているように16mmから縮小することができる、この特定のエンジンの厚さを約10mmに制限している。すべての配光エンジン設計において、配光光学系、埋め込まれている電子回路、および関わっているLED発光体パッケージがどれだけスリムであっても、含まれるLED発光体が発生する熱のワット量を効果的に除去するためにヒートシンクを適宜設計しなければならないことに留意されたい。いくつかの高ワット量システムでは、ヒートシンクは、埋め込まれているシステムの最終的なコンパクトさおよび物理的厚さを決定する制限因子である。
【０２８５】
図83の例に示されているような、LED発光体サブシステム271は、図4Cにおいて前に示されている一般的なエンジンの断面に対応し、発光体取付け用板1020(または1022)、ならびに角度変換リフレクタユニット1040上の取付け用孔1033および1035と係合する取付け用ネジ1032および1034によって取付け用板1020(または1022)を通じて、また発光体850を通じて取り付けられたヒートフィン要素1024(または1026)を備える。この例における角度変換リフレクタユニット1040は、4つの別々の部分(1041〜1044)、つまり、底部1041、左側1042、右側1043、および上部1044、さらに例示的なサブアセンブリネジ1050〜1053を備える。1つまたは複数の位置決めピン1055は、関わっている4つの数学的曲面を持つ反射面(1060〜1063)の間に適切な関係が維持されるようにするために使用することができる。図85には、LED発光体サブシステム271それだけがわかりやすく示されており、また矩形の関係および関わっている反射曲面、さらにはその結果得られる照明特性も示されている。
【０２８６】
図83は、先細の導光板1070および、上で説明しているのと同じ方法で導光板1070の平面に取り付けられているファセットフィルムシート1072を備える、配光光学系273の一般的な構成も示している。この一例では、配光光学系273は、縦断面において導光板928およびファセットフィルムシート929と幾何学的に同じ形状になるように作られている。この場合の目立った唯一の違いは、板幅が、図74の配光エンジン例について示されているより幅い(56mm)形状から、図83〜84の本発明のエンジン例において使用されているより狭い18.85mmの形状に意図的に縮小されている点である。導光板1070の幅は、以下でさらに説明される、角度変換リフレクタ1040の関連する幅に関係し、また実際にはそれによって制御される。
【０２８７】
図83は、導光板1070およびファセットフィルムシート1072のエッジを囲み、保護するフレーム部材1076の例ともなっている。フレーム部材1076は、この例では例示的なタブ1078および取付け用ネジ1080によって角度変換リフレクタユニット1040に取り付けられる。このタイプの配光光学系273の関係する実施形態において、滑らかなリフレクタフィルムを金属コーティングされたファセットリフレクタシート1072の代わりに使用し、ファセットフィルムシート1072の未コーティングバージョンをフレーム部材1076の底部エッジ1077に取り付ける(または埋め込む)が、その際にファセットの頂点は導光版1070からの光に面している(光を受ける)。
【０２８８】
図83は、コア発光セグメント1090が、タイル埋込み板1010の下側の対応するネジ孔と係合する図示されているような(1098は隠されている)例示的な取付け用ネジ1097を介して、一般的なガイド線1094および1095にそうようにして、タイル埋込み板1010によって表される電子電力制御層1092にどのように取り付けられるかをさらに示している。LED発光体1016および1018プラスの端子およびマイナスの端子(図75に示されているような936および937)の接続のために電力ケーブル1099が使用される。
【０２８９】
図84は、そのコンパクトさ、スリムさ、および柔軟性をよく示している、図82〜83の埋込み式配光エンジン4の完全に組み立てられた形態の床側から見た斜視図である。2つの例示的なエンジン4の発光開口1100および1102は、この例では、それぞれ、18.8mm×62mmであり、これら併せて、全体的な配光開口面積43.6mm×62mmを占有する。図58〜59のフラットタイプの電流スイッチング回路738(図22〜23にあるような388に類似のもの)が、この例では、LED発光体1016および1018の両方の照明を同時に制御するために使用されるが、隣接する発光セグメント1090の照明を独立して制御するのは適している状況では、第2のスイッチング回路738を容易に追加することができる。必要に応じて、埋込み板1010の幅を単に延長するだけで、追加の発光セグメント1090を同様に容易に追加することができる。埋込み板1010の底部側エッジ領域1106は、このタイプの配光エンジンが本発明によりタイル6の本体部5内に埋め込まれる適切な座面を形成するために含まれる。
【０２９０】
図85〜87は、この特定のタイプのLED発光体サブアセンブリ271の形態および光学的挙動をわかりやすくするために十分詳しいものとなっており、これは、基本的に、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において教示されている。
【０２９１】
図85は、図82〜84の薄型配光エンジンのLED発光体部分271内で使用されている矩形角度変換リフレクタユニット1040の出力開口内をのぞき込む完全に組み立てられた状態の斜視図であり、その出力開口は太い黒色の境界線1120で強調されている。矩形角度変換リフレクタユニット1040は、この例におけるLED発光体1016(または1018)の6つの含まれているチップ1122から集光し、次いで、ユニットの4つの内部側壁(例えば、数学的曲面の反射表面1060〜1063)からの可能な最小の数の内面反射によるその光を導光板1070(図83に示されているような)の対応する入力開口に送るために使用される。内面反射の最小数、およびそれによる、光結合の可能な最も高いスループット効率は、伝統的な(また確立されている)正弦法則の基礎によって定義されている両方の子午線(広いものと狭いもの)における入力開口サイズと出力開口サイズとの間のエテンデュー保存幾何学的関係を保持する関数によって4つの反射側壁のそれぞれを整形することによって達成され、これは、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」に例示されており、図86の式7および8にまとめられている。
【０２９２】
図86は、LED発光体1016とともに、図85に示されている角度変換リフレクタの配置構成を示す略上断面図である。この例示において、リフレクタ部分1044(およびその例示的な取付け用ネジ)を取り外して、式7および8によって制御される基礎となる幾何学的関係を明らかにしているが(リフレクタ要素の入力開口幅1126、d1、その理想的な出力開口幅D1、その理想的な長さL1、およびその理想的な出力角度範囲±θ1に関して)、ただし、±θ0はLED発光体1016内のLEDチップ1122のグループの有効角度範囲である(事実上、±90°)。類似の関係式9および10は、直交する子午線の理想的な幾何学的形状d2、D2、L2、およびθ2を決定するが、グラフには示されていない。図86に示されているようなリフレクタ部分1133の対称的に配設されているリフレクタ曲線1062および1063は、その曲率がすべての点において式7および8によって与えられる境界条件を満たすという点で理想的である。部分1133は、他の何らかの形で理想的なリフレクタ長L1の初期長L11のみを示している。初期長L11は、f L1と表され、fは、典型的には0.5より大きい小数設計値である(例えば、本発明の例ではf=0.62)。
d1 Sin θ0=D1 Sin θ1  (7)
L1 = 0.5 (d1 + D1)/Tan θ1  (8)
d2 Sin θ0 = D2 Sin θ2  (9)
L2 = 0.5 (d2 + D2)/Tan θ2  (10)
【０２９３】
特に本発明により使用されるLED発光体の場合に、Sin q0〜90°であることは、通常、実際に妥当な近似である。理想的なリフレクタ長L1およびL2は、この場合に、式11および12に従って、よりコンパクトに表すことができる。
L1 = 0.5 d1 (Sin θ1 + 1)/(Sin θ1 Tan θ1)  (11)
L2 = 0.5 d2 (Sin θ2 + 1)/(Sin θ2 Tan θ2)  (12)
【０２９４】
この特定の配光エンジン4の独自の設計の特質は、それぞれの出力子午線(±θ1および±θ2)における出力照明2の角度範囲が、互いに完全に独立しているという点である。図86(つまり、子午線1)で形成されているリフレクタの幾何学的形状は、その1つの子午線のみでエンジンの出力角度範囲(±θ1または±θ11)を決定する。他の子午線(±θ2)内のエンジンの出力角度範囲は、配光光学系273(例えば、先細の導光板1070およびファセットフィルムシート1072)の(独立の)挙動のみによって決定される。
【０２９５】
図82〜86の本発明の例では、Osramの3つのインラインの1mm LEDチップ(図85の詳細に示されている)のサイズ、間隔、および周囲キャビティによる設定に従ってd1 = 3.6mm、設計上の選択により±θ1 = ±10.5°であるため、D1(式7から)は、この場合、約3.6/Sin (10.5) = 19.75mmとなり、これらの条件に関連する理想的なリフレクタ長L1は、(式8から)0.5 (3.6+19.75)/Tan (10.5) = 63.0mmとなる。光線追跡シミュレーション(アリゾナ州トゥーソン所在のBreault Research Organization社の商用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)により、このタイプの理想的なリフレクタ(正弦法則の式7〜10によって決定される)は、その効果的な角度変形効率(または出力ビーム品質)に著しいペナルティを課すことなく理想値L1から調整して長さを戻せることが示されている。そして、好ましくはすでに説明されているような角度広がり出力開口フィルムを配備する本発明の配光エンジン配置構成で使用した場合(例えば、図53、54、および80に示されている放物型レンチキュラーレンズシート)、理想的寸法からのそのような設計における偏位に対する公差はあまり重要でない。したがって、本発明の例では、角度変換リフレクタユニット(1040)は、長さが38%縮小され、全長L11(図86に示されているように)は39mmとなっている。その結果、例示的なLED入力光線1142は、点1140のところでリフレクタ曲面1063から反射され、点1144のところで対称的に配設されているリフレクタ曲面1062に当たり、LED発光体サブシステム271の出力光線1146としてさらに反射を起こすことなく理想的には外向きに反射し、リフレクタ軸直線1148と意図された出力角度θ1(1130)をなす。
【０２９６】
図86の例に示されているようなリフレクタ長縮小で許容される理想値からの小さい偏位は、LED入力光線セグメント1150と1152(点線)の間の軌跡の差によって示される。光線1150の軌跡(軸直線1148となす角度θ1)は、理想的な(エテンデュー保存)リフレクタ長L1および理想的な出力開口幅D1によって決定され、したがって、本発明の例では、幾何学的計算により、Tan θ1= (D1/2)/L1が選択により10.5°に設定される。しかし、光線1152の偏位軌跡は、縮小長L11、および比例的に縮小される出力開口幅D11によって、Tan θ11 = (D11/2)/L11のように、設定される。この例では、L11=39mmおよびD11=18.75mmであり、したがって、θ1=13.5°となり、これは、僅かな角偏位度にすぎず、本発明の大半の商業用照明用途には重要でない。さらに、これは、この偏位に入る全光線のごく一部である。
【０２９７】
この形態の薄型配光エンジン4(図82〜86にあるような)を使用してより鋭角のカットオフ角度照明が必要になる場合、リフレクタの切り捨ての程度を減らすことができる。
【０２９８】
直交する子午線(±θ2)内の角度変換リフレクタの設計は、配光光学系273(つまり、導光板1070およびファセットフィルムシート1072)の対応する入射面に対する最適な結合効率について意図的に光を事前調整するようになされる。この目的のための好ましい角度条件は、最高の光学グレードの透明プラスチックまたはガラスから作られた3°の先細角度を有する厚さ3mmの先細の導光板に対して±50°から±55°までの範囲内(空中)に入るものとして、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において示されている。
【０２９９】
図87は、生成される非対称出力光1170を例示する、図82〜86で説明されているこの例の例示的なLED発光体部分271の斜視図である。角度範囲1172(±θ1)は、導光板1070の水平面に適用され、その子午線内の配光エンジンの出力照明2として実質的に変更されない状態で板を通じて伝達される。角度範囲1174(±φ2)は、中間工程としてのみ導光板1070の垂直平面に適用される。これは、配光光学系サブシステムのこの子午線内の処理によって、その子午線(例えば、±θ2)で与えられる配光エンジンのより狭い出力照明2に変換される。リフレクタ部分1041および1044(図85にあるような1121)上の機械的突き出しは、出力光ビーム1170がわかりやすいようにこの図面から省かれている。突き出し1121の目的は、機械的なものにすぎず、図83の分解状態の詳細に示されているような止めネジ1081を介した、配光光学系273に対する取込み(および位置合せ)の確実な手段であることを証明することである。
【０３００】
図88は、このタイプの配光エンジン4で生成可能な緊密に編成されている±10.5°×±5°の光出力ビームを例示するために用意されている、図84のと類似する斜視図である。出力照明2は、軸1180にそって向き付けられており、この例示の目的のために単一の発光セグメントだけから発せられるように示されている。光は、十分にコリメートされた光線であり、角度範囲1084(±θ1)はこの例では±10.5°であり、図86の幾何学的関係によって確定され、角度範囲1086(±θ2)はエンジンの薄型配光光学系273によって与えられる角度変換の本質的結果である。すべての発光セグメント1090から同時に送られる、またはそれぞれの発光セグメント1090から個別に送られる、出力照明2は、上で説明されている(図53、54、および80にあるような)光広がりシート(例えば、664および666)の追加によって広げることができ、ビーム断面1188を図示されている矩形の形態から他のより広い形態に変える。
【０３０１】
このように別々の切替え可能な発光セグメント内の照明の角度範囲を修正することができることは、この形態の薄型配光エンジン4の独自の特質である。この能力により、単独で埋め込まれている配光エンジンを使用して、複数の照明機能(スポット照明、投光照明、およびウォールウォッシングにあるような)を実現することができる。この動作モードは、異なる設計の角度広がりフィルム664および666(図53、54、および80において上で説明されている)が、関わっているそれぞれのLED発光体1016および1018に対する別々の電流スイッチング回路738を追加することとともに、例えばそれぞれのフレーム部材1076内にあるような、それぞれの隣接する発光セグメント1090の出力開口に加えられる場合のために用意されている。
【０３０２】
角度広がりフィルム(664および666)および配光光学系273の特定の内部設計が、例えば図64〜65のように組み合わされたときになおいっそうの柔軟性が得られ、これにより、それぞれの発光セグメントからの斜め方向の出力照明を、対向角度方向にすることができる。この斜め照明モードでは、廊下の対向壁に関して、ウォールウォッシング照明を与える機能が有効化される。さらに、第3の発光セグメント1090を追加して下向き(例えば、投光)照明を行うことにより、単一の配光エンジン4からのこれらの別々に制御される照明機能が有効化される(左壁のウォールウォッシング、右壁のウォールウォッシング、および一般的な床照明)。
【０３０３】
図89は、本発明による、図82〜88のマルチセグメント薄型配光エンジン4の形態を直に囲む局在化されたタイル材料埋込み領域1192に(例示することのみを目的として)限定されるエンジン-タイル埋込み工程の分解斜視図である。この例では、2つの隣接する発光セグメント1090のみが示されているが、関わっているエンジンセグメントの個数に関係なく、類似の埋込み工程が使用される。タイル本体部5の2つの目に見える断面領域1202および1203(クロスハッチで示されている)を含む、タイル埋込み領域1192は、エッジ1196〜1199によって囲まれている。2つのエッジ1206および1208は、4辺を持つ矩形の照明開口1210から見える。側壁1212および1213(1214および1215はいずれもマークされず、また見えない)は、本発明なエンジン例の配光光学系273を備える導光板1070およびファセットフィルムシート1072のエッジを囲み保護するフレーム部材1076(例えば、図88)の外面の埋込みの入れ子である。タイル埋込み領域1192の本体部5内の矩形のスロット1217は、ヒートシンクフィン1024および1026の空気流部分にサイズを合わせる。スロット1217は、同じ目的のために用意されている前のタイル本体部スロットに機能が類似している(例えば、図11〜14の308)。
【０３０４】
図89に示されているような、マルチセグメント薄型配光エンジン4は、点線のガイド線1220〜1224にそってタイル埋込み領域1192(最終的には、より大きなタイルまたはパネル材料6の構成部分)内に埋め込まれる。エンジンの電流スイッチング電子回路738は、埋込みキャビティ1226内に入れ子にされる。エンジンの埋込み板1010は、側壁1230〜1234に対して入れ子にされ、実質的に同じ高さに置かれている、タイル表面平面1236および1237によって支持される。
【０３０５】
局在化されたタイル材料埋込み領域1192は、他の例として、この方法で事前に埋め込まれ、後から、埋込み領域1192と同じ材料のより大きなシートまたは部分内に実質的に継ぎ目なく「泥埋めされる」、「接着剤処理される」、または他の方法により適所に貼り付けられる建築材料(例えば、石膏ボード、ドライウォール、または天井および壁の形成に使用される他の同等の組成の建築材料)のセグメントを表すことができる。この場合、吊り下げ天井の例における上述の外部DC電圧およびグランドアクセス接続部は、低電圧電線および従来のコネクタを使用して、異なる方法で作られる。
【０３０６】
図90は、埋め込まれているエンジンの背面を示す、エンジン埋込み工程が完了した後の図89の斜視図である。
【０３０７】
図91は、マルチセグメント配光エンジン単独のこのタイプについて図84にすでに示されているような両方の照明開口1100および1102を示すように傾けられている、図90に例示されているようなタイル照明システム1の埋込み領域1192の床側斜視図である。外側照明開口部1240およびオプションの空気流スロット1271は、修正なしで示されており、それぞれ、例えば、図53〜56および80〜81に示されているように埋込み型ベゼル(または鼻隠)で覆い、出しゃばらない見かけにし、1240の場合には、照明特性を修正することができる。
【０３０８】
図92は、このタイプのマルチセグメント配光エンジン4のこの開口部1240に適している埋込み式開口被覆ベゼル1242の単一の開口例を示す分解斜視図である。図53〜56および80〜81にすでに示されているように、2つの光広がりフィルムシート664および666は、両方の例示的なエンジン開口1100および1102から光を受けるようにこの例にも含まれている。光広がりフィルムシート664または666いずれか1つ、または両方を、点線のガイド線1250〜1252にそって、本発明に従って取り付けることができるか、またはいずれも取り付けない。光広がりフィルムシート664の平面側は、支持リム表面1254上に載るか、または物理的に取り付けることができる。ベゼル入れ子表面1256〜1259(1256および1257のみが見えている)は、対となる片方の表面にぴったり嵌合する(例えば、図89および91の1214および1215、図示せず)。
【０３０９】
図93は、このタイプのマルチセグメント配光エンジン4とともに開口部1240内に埋め込むのに適しているセグメント化された開口被覆ベゼル1260を例示する部分分解斜視図である。例示的な設計は、セグメント分離バー1262を加えたことを除き図92のものと同様である。
【０３１０】
図94は、関連するDC電圧ストラップ1270およびグランドアクセスストラップ1272を含む、図89〜91の工程詳細によって説明されている4つの2セグメント配光エンジンの埋込みを例示する、関わっている例示的な24"×24"のタイル材料の背面から見た斜視図である。
【０３１１】
図95は、DC電圧ストラップ1270とグランドアクセスストラップ1272の取付けを含む完全なタイル埋込み詳細を含む、図94に示されているタイル照明システム1の左前部分1276の拡大斜視図である。DC電圧接続タブ1280は、DC電圧バス7と電気的に接触し、このバスは、個別ケーブル、導電性T字状バータイル吊り下げ部材(図68〜71にあるような)、または他の何らかの等しく効果的な手段によって、電気コネクタ304(例えば、図94)を介して外部DC電圧電源30(図示せず)に接続されている。
【０３１２】
配光エンジン埋込みの例は、これまで、直接的なエンジン-タイルの組合せを強調してきた。これは、多くのエンジン埋込み状況については好ましい生産方法であると思われるが、特に使用されるタイル材料が、摩耗しやすい内部構造を有する材料から作られる場合に、中間ガスケット材料をタイルキャビティに事前埋込みすることが、いくつかの状況において好ましい場合がある。これらの場合には、弾力性のある材料(例えば、プラスチック、プラスチック/ガラス複合材料、または金属)を保護エッジ境界として使用するが、これは本発明の代替的実施形態として図96の拡大斜視図に示されている。
【０３１３】
図96は、配光エンジン4それ自体を埋め込む前の中間段階として、例示的な24"×24"のタイル6の左上隅にたまたま配置されている対応するエンジン埋込みキャビティ1284内の例示的なタイルキャビティガスケット1282を組み込む様子を示す分解斜視図である。この特定の例示的なガスケット1282は、板状であり、より薄いタイルキャビティ開口1286に嵌合し接着するリム(下に隠されている)がそのエッジを封止する。ガスケット1282は、点線のガイド線1290〜1294にそって導入され、適宜、キャビティ床1296に結合される(強度を高めるのに役立つ)。他のガスケット変更形態(図示せず)は、より厚いタイルキャビティ側壁1298に当たって封止する4つの垂直側壁を備える。
【０３１４】
図97は、タイルキャビティガスケット1282を埋め込んで(かつ封止して)から同じガイド線(つまり、1290〜1292)にそって2セグメント配光エンジン4およびその支持シャシー1300を埋め込む直前までの間の図96のエンジン埋込みキャビティの分解斜視図である。2セグメント配光エンジン例は、点線のガイド線1302〜1304に従って支持シャシー1300内に入れ子になっている。
【０３１５】
図98は、それぞれ図93に示されている2セグメントベゼルスタイル1260の例示的な64mm×55mmの出力開口カバーを有する4つの埋め込まれた2セグメント配光エンジン4を収容する本発明のタイル照明システム例の下の床から見た斜視図である。この例では、オプションの空気流スロット1217(装飾カバー1310付き)は、タイル6の本体部5内に設けられている。上述のように、多くの場合において、タイル6の背面にあるヒートシンクフィンで十分なため、これらのようなスロットは本発明の優れた実践には不要である。より高いレベルの空気流が必要な状況では、パルス状乱気流の方法をシンク構造の一部として追加するとよい(例えば、Nuventix社製造のSynjet)。
【０３１６】
図99は、オプションの空気流スロット1217およびその装飾カバー1310が例示的なタイル照明システム1のこの実施形態から外されていることを除き、図98のすべての点に関して同一である斜視図である。
【０３１７】
図100は、本発明のタイル照明システムのさらに他の例示的な実施形態の下の床から見た斜視図であり、このシステムは図82〜99に示されているタイプの2つの別々の2セグメント配光エンジン4を埋め込んでおり、これらの2セグメント配光エンジンは両方とも例示的な24"×24"のタイル6の近似的な中心にある。
【０３１８】
図101は、図100のタイル照明システム1の下の床から見た斜視図であり、システムの動作、2つの斜めの方向を向いているホールウェイウォールウォッシングビーム1320および1322の一例を示している。電源30(図示せず)のような外部電源電圧Vdcが左側の電力コネクタ304に印加され、グランドアクセスが右側の電力コネクタ304に印加される場合、この特定の2エンジン4セグメントタイル照明システムは、壁照明を廊下にあるような左側壁および右側壁に当てるのに適しているような、2つの異なる角度の(および異なる方向の)照明ビーム1320および1322(図64〜65に示されているより一般的な例を参照)を発生するように配置される。この例では、ビーム1320は、左壁表面(図示せず)を洗うかのように軸1324(一般的に図1Dにあるような114)にそって向き付けられ、ビーム1322は、右壁表面(図示せず)を洗うかのように軸1326にそって向き付けられる。このような斜め方向の出力照明は、本明細書に例示されている薄型配光エンジン4の有利な特質であり、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」においてさらに詳しく報告されているとおりである。このような配光エンジン4は、タイル表面に垂直に向き付けられているビームを発生するように構成されうるか(例えば、軸111にそうような、図1Dの例示的な下向きのビーム103を参照)、または表面法線111となす角度1330(および1332)の斜めのビーム1320(および1322)を発生するように構成されうるが、ただし、±φLおよび±φRは、実質的に±0から±80°までの範囲で変化させることができる(最良の結果は±0から±60°の範囲で得られる)。この場合、出力が斜めとなる角度は、先細の導光板の設計(例えば、図74の928および図83の1070)、使用されているファセットフィルムシートの設計(例えば、図74の929および図83の1072)、平面リフレクタをファセットフィルムシートの代わりに使用すること、設置されている光広がりフィルムシートの設計(図53、54、および80に与えられている1つの特定の例示)、およびタイルシステム1の全体的な厚さを実質的に増やすことなくある小さな量だけ(約15°まで)傾けることができる、配光エンジン4の物理的指向方向によって制御される。
【０３１９】
薄型配光エンジン4をいくつでも、与えられたタイル6の本体部5内に分配することができることを強調するために、図100および101の例がさらに用意されている。さらに、これらは、任意の幾何学的分布でタイルのサイズ、タイルの形状、および支配的な照明要件に効果的であるとみなされるタイル内の配置することができる。さらに、それぞれの埋め込まれているエンジン4は、個別にオンオフすること、個別に調光すること、またはマスターコントローラ40から受信された信号によってグループの任意の組合せで操作することが可能である。照明の要件に合致する場合に、本発明による照明システム1は、タイル6毎に単一の配光エンジン4内に埋め込むことができる。さらに、それぞれの埋め込まれるエンジン4は、複数の発光セグメントから構成することができる。
【０３２０】
さらに、本発明の他の重要な関係する実施形態において、それぞれの発光セグメントは、独立制御が可能であり、したがって、例えば、図101の左向きの配光1320を発生するエンジンの一方の発光セグメントをオフにし、その一方で、他方のセグメントをオンにしておくことが可能である。
【０３２１】
さらに、本発明の他の重要な関係する実施形態において、それぞれの発光セグメントは、異なる照明機能を実行することができる。例えば、図101の同じ左向きの配光1320および右向きの配光1322は、2つの左向きのセグメントを一方に、2つの右向きのセグメントを他方に置くのではなく、左向きの発光セグメントおよび右向きの発光セグメントをそれぞれの光エンジン4内に備えることによって実質的に発生させることが可能である。これらのような多くの多機能型の埋め込まれるエンジンは、複数の指向方向、複数の光色、複数のビーム幅、および複数のビーム遠視野像の組合せを含めて可能である。
【０３２２】
それに加えて、用意された示されている例は、本発明の優れた実践によって可能なもののうちの一部にすぎず、網羅的または包括的であることを意図していない。見やすくするために、上記の示されている例は、単一の24"×24"のタイルに限定されている。より大きな例およびより小さな例を両方とも含めるようにタイルサイズを変えることができるだけでなく、図2D、2D、3B、3C、および3Mにおいて一般的に導入されているように、本発明によるタイル照明システム1のグループを照明および非照明タイルのより大きな配光システム内の従来のタイルと混ぜ、組み合わせることもできる。このようなすべての組合せは、本発明の文脈内にあると考えられる。
【０３２３】
上で与えられているような薄型配光エンジン4の好ましい例は、可能な最大の厚さおよび最も調整しやすいビームダイバーシティが重要な役割を果たす照明状況において特に魅力的であるが、本発明に関連する他の有用な配光エンジンタイプがいくつかあり、それぞれ図4Aの垂直に積み重ねた断面配置構成に従う。このエンジンクラスでは、LED発光体層271(LED発光体のグループであってもよい)は、配光光学系層273(例えば、光拡散キャビティ、再循環キャビティ、光反射キャビティ、導光板、リフレクタ、リフレクタのアレイ、レンズ、およびレンズのアレイ)の真上に配備されるが、その一方で、垂直のスタティックの軸に実質的にそって出力照明のビームを投影する。
【０３２４】
垂直に積み重ねた例の1つは、現在使われている液晶ディスプレイ(「LCD」)パネル用の均質背面照明をもたらす、薄型バックライトユニット(「BLU」とも言う)によって示唆される。選択対象となるさまざまなBLUタイプがあるが、本発明の商用照明用途の好ましい一例は、直視型LCDテレビジョン(TV)で使用される大型のLCD画面とともに使用されている直接バックライト照明形態から適合される。
【０３２５】
図102Aは、大型LCDバックライト照明システムである、Philips LumiLedsによって製作されているLuxeon III 1845において使用されるポピュラーな側面発光(またはコウモリ翼状)LED発光体の略側面図である。図102Bは、図102Aの側面図に示されているLuxeon LED発光体1845の斜視図である。ベースパッケージ1850は、7.3mmの直径、約6mmの上部から底部までの高さ1852、および誘電体レンズ要素1865の透明屈折設計であるため、約±60°の角度範囲でもっぱら側面発光する円対称配光1860を有する。DC電圧およびグランドへのアクセスは、外部電極1868および1870を使って内部LEDチップ(図示せず)に印加され、熱は、平面導体1872を使ってLEDチップから除去される。
【０３２６】
本発明の配光エンジンに適合する完全なLED発光体271は、例示的に、4つの側面発光LED発光体1845が配置されている電気回路板1880、背面反射ベース平面1895、および図103Aに例示的に示されているような4つの背面反射周囲側壁1897からなる。LED発光体のベースパッケージ1850に含まれる要素1865、1897、および1895の再配光特性は、図74〜75の配光エンジン例の場合と全く同様にLED発光体部分271を構成するものとそれを超える関連する開口光学系273との間の境界をぼかす。しかし、本発明の例では、物理的な境界となる線はあまり明確でなく、2つの部分はその境界で重なり合う。
【０３２７】
図103Aは、発光体を関連する配光エンジン4の残りの要素に電気的に相互接続するための手段を含む、電気回路板1880およびそれに取り付けられている4つの例示的な側面発光LED発光体1845の斜視図である。板1880により、上述のように、埋め込まれている電子回路素子(図示せず)に電気的に接続することができ、これは、マスターコントローラ40からのそれぞれの発光体の中の電流の流れを制御する信号に応答する。
【０３２８】
板1880上の充填されていない中央の取付け位置1881は、追加の光出力が必要になった場合にLED発光体1845を追加するために確保されている。電気回路板1880上に示されている相互接続回路は、それぞれのLED発光体1845のプラスの電極とマイナスの電極を直列、並列、または直列-並列の接続に対し柔軟にする仕方の例にすぎない。回路板1880は、4"×4"(例えば、1890および1891)であり、これは、スケールについて、上で与えられている例と類似している。
【０３２９】
図103Bは、例示することを目的として考えられるもの、本発明のタイル照明システムによる垂直に積み重ねられた配光エンジンの実施形態内で使用されるようなLED発光体部分271の斜視図である。LED発光体1845のそれぞれからの側面発光1860は相互に混合され、切欠1896および適宜、光散乱特徴1899を含む、背面反射側壁1897および背面反射ベース平面1895との相互作用によって多重反射する。反射平面1895および1897は、一般的に、拡散散乱材料から作られた円形(または正方形)の光抽出器1899(本発明の適合形態において示されているような)の重ね合わせアレイと従来技術にあるように反射するか、拡散反射するか、または好ましくは、正反射しうる(例えば、従来のドットパターンのバックライト)。
【０３３０】
図103Cは、本発明のタイル照明システム1内に埋め込むのにまとめて適しているこの垂直に積み重ねられている配光エンジン4の配光光学系部分273を備える追加の二次光学素子を示す側断面図である。この例の配光光学系部分273は、中レベルの分散板1902および多層出力スタック1906を備え、その機能は背面反射平面1895および反射側壁1897の機能と重なる。
【０３３１】
図103Dは、図103Cに示されている側断面図の拡大部分の図である。関わっている二次光学素子は、LED発光体の再循環背面リフレクタ1897および1895と組み合わせることで、全体として配光エンジンから光抽出および出力を行う前にそれぞれの発光体1845から、また発光体1845の間で、側面発光1860を含み、リサイクルし、他の何らかの方法で広げる。
【０３３２】
図103Cは、この例示的な厚さ18.9mmの配光エンジンの垂直に積み重ねられたアーキテクチャの側断面図であり、LED発光体要素271は一般的に底部にあり、二次配光光学系要素273は一般的にそれらの真上に位置決めされる(図4Aに概略が示されているように)。この図面は、発光体1845の真上の支持出っ張り1905上に配置された、透明な光分散板1902の位置を示している。分散板1902は、もっぱら側面発光のLED 1845から最も斜めに入射する光線に対し高い反射率を有する、アクリル(つまり、PMMA)、ポリカーボネート、またはガラスなどの透明な光学材料から作られる。分散板1902は、光広がり特性を増幅するために意図的なかすみ(つまり、内部散乱媒体)を入れることができる。発光体1845の上に面する分散板1902の平面側は、側面発光レンズ要素1865(図103B)の直径および配置と一致するような一般的サイズおよび間隔を有する円形リフレクタフィルム1903を備える。
【０３３３】
図103Cの断面図は、図103Bの一部として導入されている側壁1897は、シャシーボックス1904のさらなる一部であり、その上部は分散板1902から上へ固定された距離1910分だけ高くなっている多層出力スタック1906を備える。分散板と多層出力スタック1906との間の距離1910は、この例では、9mmである。多層出力スタック1906は、拡散シート(バルクまたは回折タイプ)であるが、1つまたは複数のファセットプリズムシート、反射偏光子シート、蛍光材料、およびレンズシートから取った組合せを含むこともできる。多層出力スタック1906内に含まれるこのような機能組合せの集合的な目的は、背面リフレクタ1895および1897からの、特に光抽出器1899からの直接発光を視認性を均質化し、また他の何らかの方法で隠し、その一方で、従来技術において確立されているようなより広い角度の光の再循環(またはリサイクル)による角度コリメーションを行うための手段を提供することである。
【０３３４】
図103Dは、図103Cの断面からの点線領域1914の拡大図である。発光体1845は、陰影付きで示されているシャシー構造1904および背面リフレクタ1895内にその目的のために用意されたスルーホール1920から突き出る側面発光レンズ要素1865とともに回路板1880(図103A)上に取り付けられる。この方法で、それぞれのLED発光体1845からのすべての側面発光(1860、図102A)は、実質的に、分散板1902、背面リフレクタ表面1895、および反射側壁1897の下側部分(棚1905の下の部分)の間に配置された物理的空隙内に伝搬する。
【０３３５】
図103A〜103DのBLUベースの配光エンジン4は、明確に区別できる角度範囲がないことと一般的なスポット照明用途に対し出力照明2を十分うまく集中させることができないことによって例に示されている輪郭がはっきりした出力ビーム103から区別される実質的に均質な拡散方向出力ビーム1921群として、適切にまとめられた出力照明を実質的に軸111(出力スタック1906の平面に垂直である)にそって供給する。輪郭がはっきりしている、厳密にコリメートされた出力ビームを供給できないことは、このタイプのエンジンの内部配光構成の拡散的性質の結果である。
【０３３６】
図103Dは、この配光エンジン4内の典型的な光の流れの例も示している。例示的な側面発光の光線1925は、最初に、正反射領域内の背面反射平面1895に接触し、上方向に進行する例示的な光線1928として鏡面からのように反射する。光線1928は、1930において分散板1902の下側に当たり、例示的な光線1932としてすれすれの入射で鏡面からのフレネル反射によってであるかのように実質的に反射する。この例では、光線1932は、背面反射側壁1897に当たり、光線1935として背面反射平面1895の方へ戻るが、光抽出器1899の1つに当たり、その後、半球(または疑似半球)角分布1937内に散乱する。配光1937の一部は、分散板1902を透過し、最終的に、多層出力スタック1906を透過し、配光エンジン4の一般的な照明2内の出力ビーム1921の一部となる。
【０３３７】
配光エンジン4のこの形態は、その電力制動電子回路とともに、上で示したのと実質的に同じ工程の流れでタイル6の本体部5内に埋め込まれる。それでも、垂直に積み重ねられたアーキテクチャに関連する厚さが余分にあるため、(本発明の例では18.9mm)関連する電力調節および制御電子回路は、エンジンの周囲に、または図104〜106の例に示されているように、一方の側に埋め込まれる。追加の最適化を施してエンジンの厚さをさらに縮小し、電子コンポーネントの生産品質に関連する小型化を進めることで、このタイプの配光エンジンの背面に電子回路を埋め込むことは、実用的なオプションでもある。
【０３３８】
図104は、本発明のタイル照明システムに従って構成されている例示的な垂直に積み重ねられた配光エンジン4の180.4mm×110mm×18.8mmの埋込み可能な形態の背面から見た斜視図である。この場合に配備される埋め込まれている電子回路部分1940は、図97において与えられている例に似ており、現在は埋込み板1941上に、前の方で説明したすべての電子回路素子を収容する。発光部分1942は、図103A〜103Dに述べたとおりである。前の例にあるように、回路部分内の電子回路素子は、電圧調節用MOSFET 345、その2つの最も近いキャパシタ、およびその関連するポテンショメーター(この図面ではすべてマークされていない)を備える。回路部分は、IC 400、抵抗器417、およびキャパシタ418を備える例示的なRC復調回路、ならびにMOSFET 330の3つのペアおよび負荷抵抗器358の組合せを備え、それぞれの負荷抵抗器のセットは図19および20においてすでに示されているとおりである、例示的な3分岐電流制御回路738(上で説明されているような)も収容する。例示的な発光セグメント1942は、いくつか例を挙げると、ネジ、スナップ要素、または圧入などのいずれかによってシャシーフレーム1946内に保持される。シャシーフレーム1946は、タイル埋込み工程を行いやすくするためにタイル埋込みリム表面1948も設ける。この図面に見える注目すべき他の特徴は、電気回路板1880の背面に施すことができるオプションの熱拡散板1952と熱的に接触するヒートシンクフィン1950を備える。埋め込まれているDC電圧およびグランドアクセスストラップ(前の例で示されているような)は、エンジンの端子1954(Vdc)および1956(グランド)にそれぞれ印加される(前の例における1021および1023に類似している)。電気回路板1880の前側にある例示的な4-LED回路の出力端子は、プラス側電極1958とマイナス側電極1960に内部的に接続される。
【０３３９】
図105は、構成要素間の内部関係を明らかにする、図104に例示されている垂直に積み重ねられている配光エンジン4の床側から見た分解斜視図である。この垂直に積み重ねられたバックライト照明タイプの配光エンジン4は、図103A〜103D、および図104に別々に示されている。電気回路板1880は、点線のガイド線1964〜1966(シャシーフレーム1946を通過する)を介してシャシー構造1904の背面に取り付けられる。透明な光分散板1902は、示されている1本の点線のガイド線1968にそってシャシー構造1904の側壁1897のすぐ内側に取り付けられる。また、多層出力スタック1906は、単一の点線のガイド線1970にそってシャシー構造1904のリム1900(図103B)に取り付けられる。
【０３４０】
図106は、関連するDC電圧およびグランドアクセスストラップに対する埋込み特徴1974〜1977とともに、24"×24"のタイル6の近似的な中心1971における配光エンジン4のこの特定の形態を埋め込むのに必要なタイル本体部の細部1972を示す斜視図である。エンジンのシャシーフレーム1946は、エッジ境界1979〜1981によって形成されるタイル本体部5の側壁に当たって入れ子になり、エンジンのヒートシンクのエッジは、エッジ境界1982に関連する側壁に当たって入れ子になる。タイル本体部の特徴1984は、埋込み板1941の下側用の静止場所である。この配光エンジン4は、点線のガイド線1986〜1988にそってタイル6内の適所まで下げられる。
【０３４１】
図107は、図106にあるようなタイルシステム1の中心部分を示す拡大図1971であるが、この場合には、配光エンジン4、その関連するDC電圧ストラップ1990(タイルチャネル1975内の)、およびその関連するグランドアクセスストラップ1992(タイルチャネル1977内の)を埋め込んだ直後である。
【０３４２】
図108は、下の床から見た、単一の4"×4"の照明開口1994および多層出力スタック1906を覆うその開口を示す、図102〜107による例示的な24"×24"のタイル照明システム1の斜視図である。出力スタック1906を通してかすかに見えるのは、図103Bの4つの含まれている側面発光レンズ要素1865の真上に置かれている円形リフレクタフィルム1903である。4つのエッジ取付け電気コネクタ304(および図70〜71に示されているようなオプションのT字状バー取付け用タブ874)も図示されている。上記のすべての例にあるように、タイル6の24"×24"のサイズは、純粋に例示的であり、単一の配光エンジン4を埋め込むという選択によるものである。
【０３４３】
図109は、システムのマスターコントローラ40(図示せず)からの電力「オン」信号の受信と組み合わせた、DC電圧を左側のコネクタ304に印加することとグランドシステムアクセスを右側の電気コネクタ304に印加することとから結果として生じる角度広がり指向性照明の種類を示す図108のタイル照明システムの斜視図である。埋め込まれている配光エンジン4からの出力照明2の角度構成は、その多層出力スタック1906の特性に依存するが、典型的には、前の例(例えば、図1D、62〜79、81、88、および101の)に示されている正方形(または矩形)の断面に比べて照明特性においてより大域的である。このタイプの配光エンジン4に典型的な拡散を特徴とする照明が、示されている、それぞれが徐々に広がる角度範囲(±10°から±60°に例示的に示されている)を有する個別のビーム(1998〜2002)の集合によって、図109において記号的に例示されている。実際には、ビームそれ自体は、断面の形状が円形(または楕円形)に近く、0°から表されている最も広い角度まで連続的な角度で分布する。最大の照明輝度は、中心に重みが付けられ、タイルシステム1の真下に下向きに投影される。そこで、照明輝度(下の床における輝度)は、角度の広がりとともに低下する。出力スタックのみが拡散光の広がり(または散乱)層を含む状況では、出力ビームは、ほとんど純粋にランベルトであり、照明はすべての方向にほぼ±90°の角度範囲を覆う。この例のように、多層出力スタック1906が、角度制限手段(例えば、実用的なものをいくつか挙げると、ファセットフィルムシート、レンズアレイシート、および反射偏光子シートなど)の1つまたは複数の形態を含む場合、図示されているように、効率の低さと引き換えに、より指向性の高い投光照明源が得られる(照明電力の半分が約±30°から±45°までの範囲に含まれる)。効率が低くなる他に、得られる照明特性に関する主な不利点は、角度がはずれたときにグレアを生じる傾向がある点である。
【０３４４】
この例示的な配光エンジン4のルーメンスループット効率は、アリゾナ州トゥーソン所在のBreault Research Organization社の業界標準光学モデリングソフトウェアASAP(商標)を使用する現実の光線追跡シミュレーションによって判定されるとおり、約80%ときわめて妥当である。実際の性能、および既存の商業用照明標準との信頼性の高い比較は、上記の例について等しく正しい、使用のために選択されている発光体によって与えられる総ルーメン数に依存する。ルーメン出力は、一般的に、使用されるそれぞれの色に対するLED効率(ルーメン数/ワット数)、チップ毎に印加される電力ワット数、レンズ要素が使用されているかどうか、関わっているヒートシンクによってなされる温度管理の有効性に依存する。
【０３４５】
高出力LEDの効率は、近年、急速に改善してきており、今後も継続すると予想される。これは、定量的な性能例の価値を制限する。4つのクールホワイト発光体に約20ルーメンス/ワットの旧式のPhilips-LumiLeds Luxeon IIIを使用する本発明のタイルシステムの実施形態(例えば、図102〜109)(3.7ボルトおよび1アンペアで70ルーメン、CCT=5500K)では、±90°を超えて224ルーメンの出力照明2が得られ、総電力入力は14.8ワットとなる。この状況では、1つのこのような配光エンジンをタイルシステム毎に配備した場合、タイル照明システムを3×3グループに配列し、吊り下げたときに、2016ルーメンの床照明が133ワットで与えられる。
【０３４６】
Philips LumiLedsによって製造されている、Luxeon REBELまたはOsram Opto Semiconductorsによって製造されている、OSTAR(上述のような)を使用するこの実施形態の現在の例は、ルーメンおよびルーメン/ワット性能の能力を著しく高め、LED発光体1個当たりのルーメン/ワット出力は現在では75ルーメン/ワットのレベルより高く押し上げ、最大ルーメン出力は個別のLED発光体パッケージ毎に600から1000ルーメンとなっている(ただし、最大ルーメン出力でのルーメン/ワット効率は低いルーメン出力のときに比べて劣る)。
【０３４７】
本発明による垂直に積み重ねられた配光エンジン4のさらに他の形態は、図110〜116に示されている。この変更形態の目的は、本発明のタイル照明システムの厚さの制約条件に従いながら、厳密に編成された指向性照明2が可能な他の構成を実現することである。この形態では、真上の図103〜109の実施形態に例示されている従来の反射/散乱キャビティおよび表面実装発光体1865ではなく反射光の広がりを使用する偏光支援手段を採用している。本発明に適合されている基本的な偏光支援反射光広がり法は、最初に、米国特許第6520643号において他の目的のために導入され、その後、米国特許第7210806号および米国特許第7072096号でLED照明に関して精密化された。追加利点として、この光広がり方式は、垂直偏光出力照明を下にある領域に供給するオプションももたらし、これは、印刷されたテキスト文字のコントラストを高めることが判明している。
【０３４８】
図110Aは、本発明による薄型建築タイル材料6内に埋込み可能な他の垂直に積み重ねられた配光エンジンの実施形態の発光部分271および273の主作用要素を示す分解斜視図である。LED発光体部分271は、図74〜75の例に似ており、電気回路板2020(回路素子ならびに他の電流調節および制御電子回路素子との相互接続用の電極2022を備える)、図75のOsram OSTAR(商標)ユニット850に似たLED発光体2024、および取り付けられている矩形の角度変換リフレクタ2026(図75の部分948に類似する)からなる。この実施形態における配光光学系部分273は、構造スペース要素2030、反射キャビティフレーム2040、部分反射開口マスク2050、および多層選択的反射出力板2060を備える。スペース要素2030およびキャビティフレーム2040は、必要に応じてその光学系の特性を調整するためにコーティングできる導電性または絶縁材料から作られる。スペース要素2030は、中心部分が変換リフレクタの出力開口2028と実質的に同じ高さになるように維持されている表面2032(図示されているように平面であるか、または数学的凹面または凸面とすることができる)を備える。スペース要素2030は、実質的にすべての光出力をその中に通して流すようにリフレクタの出力開口2028の幾何学的形状と一致する形状を有するスルーホール2034を表面2032内にさらに備える。スルーホール2034は、1/4波長位相遅延フィルム、反射偏光子、およびディフューザのうちの1つまたは複数からなる開口内に嵌合するように切り取ったフィルムスタックをさらに備えることができる。また、スペーサー側壁2036は、適宜、LED発光体2024を冷却するのを助ける空気流スロット2038を収容することができる。キャビティフレーム2040は、図示されている4つの反射側壁2042、および部分反射開口マスク2050および多層選択的反射出力板2060(一形態では構造内に部分反射開口マスク2050を備える)のための1つまたは複数の支持手段2044を備える。
【０３４９】
図110Bは、図110Aの斜視図内に分解された形で示されている垂直に積み重ねられた配光エンジンの実施形態の発光部分1942の完成した厚さ18.8mmの最終アセンブリを示す斜視図である。以下でさらに説明されるように、このエンジンからの出力照明2は、両方の子午線において±30°であるが、これは、厳密に編成された角度範囲とともに、エテンデュー保存角度変換リフレクタ2026の一設計によって与えられる。出力照明2が両方の子午線において±5°と狭いものとしてよいエンジンから、両方の子午線において約±45°と角度的に広い照明まで(またはこれらの間の組合せ)、多くの他の設計変更形態が実用的である。
【０３５０】
しかし、このタイプの薄型配光エンジンの主な利点は、その二次配光光学系273が、エンジンの有効出力開口面積を裸のLED発光体の典型的に小さな(例えば、2.1mm×2.1mm)発光面積から、この特定の例では、内部的に38.58mm×38.58mmである、キャビティフレーム2040の完全な開口サイズまで著しく拡大することである。この手段によって、エンジンの開口比は、337倍に有効に増大され、下の床から上方を見ている人にとってその見かけの輝度が正味1/84に下げられる。
【０３５１】
これは、本発明の大開口の配光エンジンの例の重要な特徴であり、以下でさらに詳しく説明する。
【０３５２】
このタイプの配光エンジンは、前の例において示されているのと全く同様に本発明によりタイル6の本体部5内に埋め込まれる。図110A〜110Bに例示されているような1つの発光ユニット、または類似の発光ユニットのグループは、図103〜105に例示されていると全く同様に関連する電力調節および制御電子回路と容易に組み合わされ、次いで、図107〜108の工程の流れにそってタイル内に埋め込まれる。しかし、前の例で示されているまとまりのない拡散照明とは異なり、得られるビーム断面は、上記の図1D、62〜79、81、88、および101に例示されているものと一致する度合いが高いが、これは、輪郭がよりはっきりしていることを意味する。
【０３５３】
図110Cは、図110Bに示されている発光部分のうちの4つの発光部分を前の例において説明されている電圧調節、制御、および検出電子回路と例示的に組み合わせる、このタイプの垂直に積み重ねられた配光エンジン4の埋込み式形態の一例を示す完全組立て背面斜視図である。この形態の一例として、4つの発光部分1942(図110A〜110B)を前の実施形態の4"×4"のシャシーフレーム1946内に2×2クラスタに配置する。
【０３５４】
図110Dは、完全に組み立てられた形態の、図110Cの埋込み式配光エンジン4の前側斜視図である。エンジン分離シャシー2070の目的は、主シャシーフレーム1946内に4つの含まれるエンジンを保持することである。等しく魅力的な形態では、部材2072および2073を分離することなく4つの発光部分1942を密充填アレイにグループ化する。他の等しく好ましい選択は、含まれている要素のエッジ長と一致するようにシャシーフレーム1946の内側サイズを縮小することである(例えば、シャシーフレームの内側エッジ長を4"から3.27"に縮小し、それによりシャシー2070を分離しなくても2つの41.58mmユニットを支持できる)。
【０３５５】
図110Eは、図110Cに示されているような埋込み式配光エンジン4の分解斜視図である。構成要素部分は、点線のガイド線2080および2081にそって組み立てられる。
【０３５６】
図110Fは、輪郭がはっきり見える±30°の照明錐およびそのかなり拡大されている出力開口の両方を示す、図110A〜110Eの埋め込まれている配光エンジンを備えるタイル照明システムの斜視図である。この特定の例に、±30°で、備えられている照明2は、事務所および学校にあるような、頭上投光照明に適している。しかし、同じ有利な特質が、狭い角度範囲と広い角度範囲の両方で、利用可能である。
【０３５７】
この埋込み可能な例に備えられる照明2は、図104〜105にあるような、前の実施形態によって備えられているものとほぼ同等であるが、これからわかるように、かなり整えられたビーム品質を持つ。
【０３５８】
この実施形態のさまざまな要素は、米国特許第6,520,643号、米国特許第7,210,806号、および米国特許第7,072,096号においてすでに説明されているが、本発明の照明システムにあるような埋込みに適した薄型配光エンジン構成はない。
【０３５９】
したがって、動作可能な機構および動作原理は、図111A〜図115にまとめられており、これらは理解と実践を円滑にするために用意されている。
【０３６０】
図111Aは、構成要素間の基礎をなす物理的関係を確立する本発明の実施に使用される他の有用なタイプの垂直に積み重ねられた埋込み式配光エンジンの基盤となる反射光広がり機構を例示する略側断面図である。図111Aの側断面図は、LED発光体2022、矩形の変換リフレクタ2026、リフレクタ長2027、金属製反射平面2104および広帯域1/4波長位相遅延フィルム層2106からなる偏光変換リフレクタ要素2102、反射偏光子2112およびオプションの金属製リフレクタアレイ層2114からなる出力偏光リフレクタ平面2110、および(周囲)4面リフレクタ2116(例えば、図110Aおよび110Bの2040)を備える。図示されているような形態では、リフレクタ要素2102および2110は、空隙G 2120によって隔てられた、平面表面である。関係する形態において、リフレクタ要素2102を、リフレクタ要素2110の方へ数学的に湾曲するか、または傾斜させ、出力コリメーション角度2122(θ1')を狭めることができるか、またはリフレクタ要素2110から離れる方向に数学的に湾曲するか、または傾斜させ、出力コリメーション角度2122(θ1')を広げることができる。
【０３６１】
図111Aは、極端な角度θ1(この例では、システム軸111から30°)で点2132のところでリフレクタ開口2028から出る、未偏光の例示的な光線2130が取る経路を辿ることによって基本的な偏光選択性光広がり機構も例示している。光線2130は、光路変更することなくオプションの金属製(部分的)反射層2114を通過し、点2134のところで反射偏光子2112の表面に当たる。反射偏光子2112は、典型的には、ポリマーダイクロイックシート、例えば、Vikuiti(商標)という製品指定の下で3Mによって製造されているDBEF(商標)から作られるが、Meadowlark Optics社が製造するワイヤグリッドタイプ材料VersaLight(商標)またはAgoura Technologies社が製造するPolarBrite(商標)ワイヤグリッド製品などの他の反射偏光子材料から作ることもできる。これらの偏光分離フィルム材料は、P偏光を透過し、S偏光を非常に効率よく反射する。したがって、光線2130は、透過光線2136と正反射光線2138とに等しく分離される。透過光線2136は、P偏光であり、配光エンジン4のこの特定の形態に対し±30°の出力ビーム2の一部となる。反射光線2138は、S偏光であり、偏光変換リフレクタ要素2102上の点2140に向かう鏡面反射によって光路変更されて戻る。地点2140に到達した後、S偏光の光線2138は、広帯域1/4波長位相遅延層2106を通過する。通過するときに、これは、左円偏光形態に変換されて、金属製反射平面2104に当たり、その後、正反射し、直交円偏光状態に変換され、その後、広帯域1/4波長位相遅延層2106を通過して戻り、P偏光の光線2144に変換される。光線2144は、点2146のところで外向きにリフレクタ要素2110に向かい、これは、周囲4面リフレクタ2116の外側境界2147(点線で示されている)の近くにある。光線2144は、リフレクタ要素2102からの反射によりP偏光されているので、損失を最小限に抑えて要素2112を通過することができ、配光エンジン4のこの特定の形態に対する例示的な±30°の出力ビーム2の一部となる。
【０３６２】
偏光選択性リフレクタ要素2102および2010を備えない場合、一例として、例示的な点2132におけるリフレクタ2026から(エンジン全体からも)のすべての±30°光束出力は、点線の±30°領域2150内に入る。この場合、2つの往復するリフレクタ要素2102および2110の反射と偏光の切替え動作があるため、±30°のルーメンが、出力ビーム2の左側の点2146と右側の点2152との間で、広い範囲にわたって広がる。幾何学的には、これは、光線経路2132-2134-2140-2146にそって生じる点2134および2140における2つの鏡面反射の結果である。図111Aにおける増分的なビームの広がりS 2155は、空隙の厚さG 2120、および角度変換リフレクタ2026の半角θ1によって、S=G Tan θ1のように決定される。例えば、θ1=30°、G=7.5mmならば、S=6.93mmである。しかし、反射の広がりがない場合、例示的な点2132からのリフレクタの出力ルーメンは、かなり小さい開口面積4S2mm2にわたって存在する。この反射の広がりの機構が作用している場合、反射力および透過からの僅かな損失を差し引いた、これらの同じルーメンが、9倍広い、36S2mm2の開口面積にわたって広がる。
【０３６３】
同等の(平行な)例示的な光線を図111Aの矩形の角度変換リフレクタの出力開口2028のエッジ端点2160および2161から続くことができる。これらのエッジ点の間の分離距離Xは、正弦法則から、x/Sin θ1となる。したがって、この形態の配光エンジン4に対する完全な開口2168は、境界点2162および2164によって画定され、これにより、エンジンの有効開口面積は(6S)2から(6S+x/Sin θ1)2に増大する。例示的な角度変換リフレクタの入力開口が2.6mm×2.6mmに設定され、Sが6.93mmであれば、完全な開口は46.78mm×46.78mmとなり、従来の開口に対する面積利得は11.4xとなる。
【０３６４】
図111Aの偏光選択性折畳み法だけで開口面積を増やしても、図111Bの点線の照明視線2170〜2175によって示されているように、1/2のルーメンからの見かけの輝度が高々特定の視点から見えるだけなので、せいぜい見かけの開口輝度が1/2に減少するだけである。しかし、出力開口2168上の多くの領域において、輝度は1/2の減少を超えて下げられ、開口上のこの不均一さが、開口の中心部分が不快なほどの明るく感じられることにつながりうる。
【０３６５】
図111Bは、構成要素間の幾何学的関係の追加の詳細を明らかにする図111Aに示されている埋込み式配光エンジンの略側断面図である。
【０３６６】
図111Bは、偏光変換および反射折畳みによって達成される配光エンジンの輝度減少(2x)の第1のレベルを示している。図111Bにおけるエンジン断面は、視線2170〜2175および例示的な出力光線2180〜2187を加えたことを除き図111Aのエンジン断面と同じである。それに加えて、図111Aに示されている物体参照のいくつかは、見やすくするために図111Bから取り除いてあるが、原理上は存在している。例示的なP偏光出力光線2136および2180〜2183(実質的に1/2の放射ルーメンを表す)は、その出所のリフレクタ2026の実際の出力開口2028に向けて戻る。観察者が、これらの光線経路にそって見つめた場合、これは、せいぜい、知覚される開口2028から発せられる未偏光ルーメンの半分を表す見かけの輝である。これは、少なくとも2xの輝度減少を表すが、その減少は、出力開口2168全体にわたって不均一になる傾向がある。同様に、観察者が、S-P偏光変換光線経路2184〜2187にそって見つめた場合、これは、知覚される開口2028の仮想イメージ2195の見かけの輝度である(光路にそって生じる損失を除く発光のルーメンの他の半分を表す)。これは、2xの輝度減少も表す。仮想イメージ2195は、開口2028から発せられる変換されたS偏光ルーメンを含む。物質的損失、および反射してエテンデュー保存角度変換リフレクタ2026に戻る光線の僅かな部分を無視すると、開口2028および仮想イメージ2195の見かけの輝度は、実質的に等しく、ルーメン/平方フィートを単位として式LUM/(x/Sin θ1)2によって与えられる。見ることができる輝度は、例示的な値θ1=30°およびx=2.6mm(8.73E-03ft)に対して6.36MNitとなり、全入力ルーメンLUMは約300であり、リフレクタ透過効率は約90%である。
【０３６７】
より著しい輝度減少、さらには均一性の改善も、直視における2xの輝度減少をリフレクタ2028の出力開口に戻す形で拡大する機構を追加した場合に可能である。前の実施形態に加えられた無差別の散乱機構(使用されている矩形の角度変換リフレクタ2026の鋭いカットオフ特性を無効にする)を使用せずに、本発明の実施形態では、対応する変化を角度範囲に引き起こすことなく光をさらに分散させると見られる追加の正反射リフレクタを追加する。
【０３６８】
これを行うことができる一方法は、部分反射層2114を、反射および透過パターンが最小の損失で光広がりの程度を大きくするエンジンの出力開口のちょうど内側に追加するというものである。層2114の反射部分は、それらを別のところへ偏向することによって直接見ることができる両方の偏光におけるルーメンの数を削減する。
【０３６９】
この方式の基礎となる一般的な挙動は、図111A〜Bの配光エンジン構造内のリフレクタ2026の出力開口2028から直接透過P偏光のルーメン数を最初に見ることでわかる。エンジン開口2168は、この例では46.8mm×46.8mmであり、空隙2120は7.5mmであり、部分反射層2114は、おおよそ80%の反射率および20%の透過率を有する13.86mm×13.86mmのコアで作られる。この場合、要素2114は、エンジンの出力開口内の中央に位置合わせされる(図111Bの参照点2190と2192との間にあるように)。部分反射層2114は、開口2168全体にわたって描かれているが、これは、開口の一部に物理的にまたがっているものとしてよい。
【０３７０】
図112A〜112Fは、元々コンピュータ光線追跡シミュレーションによって作成された図111A〜111Bのこの低減された開口輝度の配光エンジン構成から一連の記号的に表されている近視野および遠視野光分布を例示している。これらのパターンは、高いコントラストの記号形式で示され、視覚的解釈が容易になる。図112Aは、100%透過するP偏光に対する近視野像であり、図112Bは、部分反射出力層2114により80%反射するこのエンジンのP偏光に対する近近視野像であり、図112Cは、100%透過するP偏光遠視野像であり、図112Dは、部分反射出力層2114により80%反射するエンジンのP偏光照明遠視野像である。
【０３７１】
図112Aの近視野像は、例示的な(±30°)角度変換リフレクタ2026の出力付近からの典型的な正方形の断面のP偏光配光3002を示す。図112Bは、80%反射、20%透過のリフレクタ要素2114が点線領域3004(図112B)内に存在しているときに結果として生じる近視野の変化を示す。正方形のP偏光配光3002内の入射ルーメンは、リフレクタ要素2014および反射偏光子2012(97%透過と仮定する)を通過した後に入射ルーメンレベルの26%まで低下する。リフレクタ要素2014および偏光変換リフレクタ要素2012からの非常に多くの反射は、視覚的な複雑さ(近視野輝度のディップ3006および僅かに上昇した輝度のリング3008)を引き起こす。光広がりは、リング3010内にも続き、全体的な近視野配光面積を図112Aにおける3002の面積から約4倍に拡大する。
【０３７２】
対応する遠視野配光は、配光エンジンの開口2168の下、4フィート(1.2m)の距離のところに位置する2m×2mの平面表面上を見る形で図112C〜112Dに示されている。図112Bに示されているリフレクタ分散近視野像内に固有の不均一性が生じるにも関わらず、対応する遠視野像3014(図112D)は、反射分散(図112C)なしで結果として生じる理想的な遠視野像3012と事実上同一である。これら2つのパターン内の唯一の本質的な違いは、角度変換リフレクタ2026の開口2028内に直接背面反射する光の想定されるリサイクルの不効率(0.5)によって引き起こされる小さな輝度のディップ3016(図112D)である。実際のリフレクタのリサイクル効率が高ければ高いほど、遠視野輝度の軸方向のディップは小さくなる。さらなる調整が必要な場合、反射偏光子2112の中心部分にいくつかのピンホールを追加するとよい。
【０３７３】
この単純な例は、図112E〜112Fの反射分散S偏光について続けられる。
【０３７４】
図112Eは、80%の純反射率が部分反射出力層によって呈示されるときの内面反射および変換S偏光からのP偏光近視野像を示している。この変換は、図111Bの側面図に例示されており(例示的な光線2138を参照)、S偏光の光線は反射偏光子2112の作用によって完全に光路変更され、P偏光に完全に変換された後、出力光近視野像3020の一部となるだけである。
【０３７５】
図112Fは、80%の純反射率がエンジンの部分反射出力層によって呈示されるときの反射変換S偏光3022に関連付けられているP偏光遠視野像を示している。変換されたS偏光による図112Fの照明遠視野像は、図112Dの照明遠視野像に示されている反射分散P偏光と事実上同一である。変換されたS偏光遠視野像は、類似の輝度のディップ3024を示すが、これも、角度変換リフレクタのリサイクル不効率によるものである(3021として図112Eの近視野結果において等しく明白である)。その結果、この単純な例に対するビーム遠視野像3014、3016、3022、および3024からの組合せた出力結果は、別々に考えられているものとほぼ同じ見かけおよび±30°の視野範囲を有している。
【０３７６】
反射空間に対する開放空間の割合に関する部分反射層2114の物理的設計、開放空間の形状、および開放(または反射)空間の空間分布は、近視野であろうと遠視野であろうと、ほとんど任意の所望の配光パターンを得るために使用することができ、本発明の文脈において関連する配光エンジン4の特定の魅力的な特徴である。
【０３７７】
図113A〜Bは、図111A〜B配光エンジン4に使用される部分反射光広がり層2114の中心部分3030の2つの具体的例を示す。
【０３７８】
部分反射層2114の中心部分3030の第1の例は、図113Aに、より大きな配光エンジン開口2168の点線による表示とともに、示されている。追加の反射要素を外側領域3032にも、必要に応じて、必要とみなされる分散の程度に従って追加することができる。この例では、中心部分3030は、他の非常に反射率の高いミラーコーティング3036の正方形のスルーホール3034(適宜、円形のスルーホール)の均等な間隔で並べたアレイを備える。図示されているような中心部分3030は、サイズが13.86mm×13.86mmであり、144個のスルーホール3034を備え、それぞれのスルーホールは0.5mm×0.5mmである(ただし、実際には小さなスルーホールを多数用意するのが好ましい場合がある)。スルーホールの背後にある基本原理(形状および分布がどのようなものであれ)は、中心部分3030の総面積で割った総スルーホール面積が考察されている低減された透過率にほぼ等しいということである。中心の透過率は、この例では0.2であり、(144)(0.52)/(13.862)にほぼ対応する。これらのスルーホールが0.15mm平方である場合、その数は、1600にまで増やされ、したがって、適切なアレイは、40×40である。角度変換リフレクタ2026の開口2028からの未偏光の光線は、要素2114のこの部分に当たってから、その下にある反射偏光子2112に到達し、どの領域(3034または3036)に遭遇するかに応じて反射されるか、または透過される。
【０３７９】
第2の例は、出力開口2168内の不均一さに対処する能力を高め、図113Bにおいて中心部分3030について示されており、より多く(421)のより小さな(0.2mm×0.2mm)スルーホール3034の意図的に不均一な分布を示し、その際に、その内側よりも領域3030のエッジおよび隅に向かって優先的に大きくなる数学的に制御されたスルーホール密度を使用する。多数のこの特定の例において、スルーホール密度は、正規化された関数形式(SPC)*(iP)により変化するが、ただし、SPCは、分布の長さにわたるスルーホールの中心の間の他の何らかの方法で均一な間隔(この13.86mm領域内の0.2mmのスルーホールに対しては0.683mm)であり、iは、0から始まり、1、2、...、パターンのそれぞれの半分に適用可能なスルーホールの個数まで続く整数列であり、pは、間隔を変化させるための冪であり、p=1は分散なしに対応し、p<1は減少する間隔に対応し、p>1は増大に対応する(pは、間隔を変化させるための冪であり、例えば、p=1は分散なしに対応し、p<1は減少する間隔に対応し、p>1は増大する間隔に対応する)。
【０３８０】
図114Aは、部分反射光広がり出力層2114が中心領域3030内の金属反射(領域3036)および透過(ピンホール3034)の混合により修正されたときに図111A〜111Bの垂直に積み重ねられた配光エンジンに関連する潜在的な輝度低下がある理由を示す略側断面図である。
【０３８１】
図114Bは、図114Aの略側断面図内の例示的な反射の小さな領域の細部を示す拡大図である。反射領域3036がない場合、2130のような例示的な未偏光の光線は、層2114を通過し、反射偏光子2112の基材層3044の透明表面上の能動的反射偏光層3042に当たった直後に偏光分離を受ける。そのような場合、2136のようなP偏光の光線の十分なサイズの束を見ている人は、それの出所の開口2028のP偏光輝度を直接見返す。3048などの、2130に似た未偏光の光線が、最初に、図114Bの詳細3040にあるように、反射領域3036の一部に当たると、表面法線3050の周りに鏡面反射が生じ、部分反射層2114の透明基材層3037を通過する未偏光の光線軌跡3052(2138の場合のように、S偏光の光線軌跡ではなく)を形成する。未偏光の光線3052が2140の付近の他の偏光変換リフレクタ要素2102に到達した場合、これは、影響を及ぼすこともなく1/4波長位相遅延層2106を通過し、偏光の変化もなく金属反射平面2104から正反射し、未偏光の光線3054の形態で、到達したときと同様に未偏光として領域2140を出る。この分散性の高い経路により、初期光源光線3048は、実際に配光エンジンの出力開口2168の一番端のエッジのところにある、光線セグメント3054として領域2146に到達するまで偏光分離を遅らせる。未偏光の光線3054が、次いで、部分反射層の外側領域3032(図113A〜113Bにあるような)の透明部分を通過する場合、これは、透過P偏光の光線3056(システム軸111にそって直視される光の中にはもはや見えない)と、反射偏光子2112によって鏡面反射されて金属または誘電体の反射側壁2116に向かうS偏光の光線(点線で示されている)とに分割される。直線偏光の光線の偏光状態は、金属(または誘電体)反射上では変わりはない。したがって、S偏光の光線セグメント3060は、点3062において偏光変換リフレクタ要素2102の方へ反射され、その後、P偏光の光線セグメント3064に変換され、方向直線3068にそって、点3066の付近の出力層2114および2112の方へ反射されて戻る点3066は、部分反射層2114の外側領域3032のすぐ内側にあるので、光線3064が反射偏光子2112を透過し、P偏光出力ビーム2の一部となる可能性が最も高い。光線3066の方向は、直線3068にそっており、元の光源開口2028から遠ざかる方を指し、それ自体、低減された見かけの輝度を必要とする。
【０３８２】
光線3064が部分反射層2114内の反射部分3036に到達した場合、透過P偏光出力光線に再変換する前に複数のさらに多くの反射が生じる。これらの追加の反射は、もし関わっていれば、この実施形態の垂直に積み重ねられた配光エンジン4内の空間的混合を高め、それにより見かけの開口輝度をさらに低減する働きをするだけである。
【０３８３】
部分反射層2114における未偏光反射の作用により、図114Aにおける例示的な光線経路3048-3052-3054-3058-3060-3064にそって生じる角度再配向が引き起こされる。類似の角度再配向は、出力開口2168を図111Aにおける幾何学的関係によって他の何らかの形で示されるものと比べて小さくしたときに生じうる。出力開口2168のサイズを縮小すると、側壁2116は内向きに移動し、そうすると、図111Aの2144のようなP変換光線は出力層2114および2112に到達する前に側壁2116に当たる。
【０３８４】
エテンデュー保存矩形角度変換リフレクタ2026の角度カットオフ特性の鋭敏さを和らげつつ、純開口輝度をさらに低減する他の機構を上述のものに加えることができる。側壁2116の反射表面(および適宜、金属反射平面2114の表面)に、拡散性のかすみを与えることができる。同様に、基材層3037および3044(図114B)には、粗面処理を施すか、拡散性コーティングを施すか、または第2相散乱粒子を加えることによって拡散性のかすみを与えることができる。
【０３８５】
図115は、部分反射出力層2114の中心部分3032の均一な間隔で並ぶ正方形のピンホールバージョンを含む、図111A〜111Bに例示されている垂直に積み重ねられた配光エンジン内のさまざまな出力開口領域を示す側底面図である。部分反射層2114の中心部分が置かれる直接透過P偏光ルーメンに対する有効開口3004は、点線で示されており、本発明の例において反射偏光子2112に隣接する場合に13.86mm×13.86mmである。開口3004のエッジ長3070は2Sである。この例の開口3004は、エンジン開口2168の約9%しか占めない。部分反射層2114の反射領域3036の一部は取り除かれており(3071)、下にある要素が見やすくなっている。角度変換リフレクタの入力開口は、例示を目的として2×2グループのLEDチップ3072を備える。また図115の底面図には、角度変換リフレクタの数学的に整形された金属反射側壁3074、エンジンの反射側壁2116、およびこの底面図では部分反射層2114の下、距離G 2120(図111Aにあるように)のところにあるエンジンの偏光変換リフレクタ要素2102が見えている。リフレクタ2026の出力開口2028は、エッジ長X 3078(正弦法則によりx/Sin θ1に等しい)を有し、xはRATリフレクタの入力エッジ長3080である。
【０３８６】
図103〜115の前のものを含む、本発明による埋込み式配光エンジンのすべての前の例では、かなりの労力を費やして、エンジンの照明開口のサイズ(つまり、面積)を意識して拡大し、その見かけの輝度(開口輝度とも言う)を低減した。今日の最も強力なLED発光体の見ることができる輝度は、人が直視するにはきわめて危険であり、大半の従来のLED光学系では、一般的な頭上照明において安全に使用できるほどには輝度が十分に低くない。一般的な頭上照明における実用的な用途のためにこのような危険に対処することが重要であると同様に、頭上光源を不注意にも直視してしまうことが物理的に防止される多くの状況がある。このような状況の一例は、デパートおよび美術館の陳列窓の頭上照明である。この見る状況にある見る人は、陳列窓表面それ自体によって、頭上照明の円錐にうっかり侵入することからすら物理的にブロックされる。このような状況の他の例は、特に照明が当てられている壁に面している見る人が頭上照明の円錐の外にいる物理的状況における、壁表面(および壁表面上の物体)の斜めの角度の頭上スポット照明である。
【０３８７】
このような用途に対する好ましい配光エンジン4は、配光光学系273がもっぱら前の例で使用されている矩形角度変換リフレクタのタイプに限定されるものを含む(例えば、図74〜75のリフレクタ882、図83〜88のリフレクタ1040、ならびに図100Aおよび110Eのリフレクタ2026)。このタイプの矩形角度変換リフレクタは、出力分配をさらに修正することを目的として他の光学系と組み合わせることもできるが、開口輝度を低減することを目的として光学系と組み合わせる必要はない。
【０３８８】
このような矩形(および適宜円形)角度変換リフレクタ(これ以降RATSおよびCATSと称し、例えば、矩形角度変換リフレクタにはRAT、円形角度変換リフレクタにはCATとする)の望ましい挙動は、リフレクタの設計に応じて正方形、矩形、または円形の遠視野断面を有する輪郭がはっきり見える出力ビームを発生することができることである。
【０３８９】
図116は、図86に示されている幾何学的な説明を補完する例示的に一般化されている矩形角度変換(RAT)リフレクタ3100(前の実施形態の2026)の側断面図である。図116の断面図は、暗黙の幾何学的関係が入力開口幅3102(d1)、理想的な出力開口幅3104(D1)、理想的なリフレクタ長3106(L1)、切り詰められたリフレクタ長3108(L11)、切り詰められたリフレクタ開口幅3110(D11)、ならびにリフレクタ対称側壁プロファイル3112および3114(例えば、3112は点線で示されている鏡軸3113の上の3114の対称的鏡面である)の間の1つの子午線について存在することを示している。リフレクタ側壁3112および3114は、理想的な長さ3106、幅3102、および理想的な幅3104のこれらの幾何学的境界条件に従って整形され、したがって、すべての曲率点3116における傾斜は、上記の式7〜12を実質的に満たし、例示的な光線経路3124〜3134によって示されている理想的な角度範囲±θ1(半角3120、θ1)に角度制限されている指向性出力照明3122の輪郭がはっきり見える円錐3118を生じさせる。図116には、RAT(またはCAT)リフレクタ3100の上側部分が、他の理想的な性能から著しく逸脱することなく点線で示される切断線3138(図86の例に示されているような)にそって量L1-L11だけ切り詰めることができることも示されている。リフレクタ3100が短縮遠近法を許容する能力は、点3142で切り詰められた開口幅3110から逃れる光線経路3140の挙動によって示される。3140に類似の光線によって引き起こされる角度の理想性3144からの偏位(Δε)は、光線3129と光線3146(光線3140に平行な)との間の角度によって近似される。側壁プロファイル3112が、ゆっくりと変化し、式7〜12が適用される場合、本発明の例における点3142でのように、D11〜D1であり、Δεに対する式は、Δε1におよびΔε2に対する式13および14において与えられるとおりである(RATの2つの子午線内の偏位)。
Δε1〜Tan-1 [0.5(D1+d1)/L11] - Tan-1 [0.5(D1+d1)/L1]  (13)
Δε2〜Tan-1 [0.5(D2+d2)/L22] - Tan-1 [0.5(D2+d2)/L2]  (14)
【０３９０】
CATについては、偏位がその光軸を中心として円対称であるので1つの同等の式があるだけでよい。
【０３９１】
図116に示されているようなRATリフレクタ3100は、1.2mm平方の入力開口3102、2.4mm平方の出力開口3104、3.117mmの理想的な長さ3106、および、そのようなわけで、正方形の角断面を有する±30°の角出力円錐3118を持つものとして例示されている。この特定の例示的なリフレクタ3100が長さを33%ほど切り詰められ、L11=0.67L1となる場合、式13によるΔεは僅かに10°程度であり、ビームの照明遠視野像は実質的に正方形のままとなる。リフレクタ3100が±12°の角度出力円錐用に設計され、長さを同じ33%だけ切り詰めた場合、Δεは5.6°である。それぞれの場合において、角度拡大は約50%であり、それぞれの場合において、光の大半はより狭い設計円錐内に残り、より狭い設計円錐が特定のサイズの矩形もしくは円形の領域にスポット照明を当てるために使用される場合に有用である。
【０３９２】
したがって、配備されるRAT(またはCAT)リフレクタの幾何学的形状がなんであれ、その切り詰め長L11を熟慮して適用し、そのようなエテンデュー保存リフレクタタイプ(式7〜12によって決定される)によって形成される他の輪郭がはっきり見える角錐3122上に角度軟化を意図した程度でもたらすことができる。さらに、追加の角度広がりが必要な場合、図53、54、および80に例示されている角度広がりシステムを、以下の例に示されるように、本発明による配光光学系273の追加の実施形態としてリフレクタ3100(長さが理想的であるか、または切り詰められた)と組み合わせることができる。
【０３９３】
図117は、それぞれの反射セクション3152〜3155が図116の一般化された例からの±30°のRATリフレクタと同じ幾何学的形態、および有効側壁曲率を有する本発明に関連する現実の4セクションRATリフレクタ3150の斜視上面図である。4つの入力開口3160のそれぞれは、1.2mm平方であり、4つの出力開口3162のそれぞれは、2.4mm平方であり、それぞれの入力開口と出力開口との間の分離距離3164は、3.11mmであり、これは、これらの条件について式7〜12によって規定される理想的な長さ(L1)3106でもある。この例におけるリフレクタ部分の間の中心と中心との間の分離距離は、2.7mmであり、これは、出力開口の間の0.3mmの壁空間3166(G)を許容する。突出特徴3168は、少なくとも1つの可能な取付け手段を例示するために、この例で取りあげられている。
【０３９４】
図117に例示されているような一体型4セクションRATリフレクタは、好ましくは射出成形、圧縮成形、または鋳造を用いるような高温ポリマー材料もしくはポリマー複合材料(例えば、Ultem(商標)、PPA、またはPES)、または電鋳を用いるような金属(例えば、ニッケル)を使用して形成される。いずれの場合も、蒸着(例えば、スパッタリング)または電気化学プロセスによって、高反射率金属コーティング(例えば、強化され保護された銀もしくはアルミニウム)をすべての内側側壁(つまり、対向側壁3170および3172)に施す。
【０３９５】
図110A、110E、111A、および111Bにすでに例示されているような単一のリフレクタ部分は、現在商業的に実践されているように密に詰め込んだ4つの1mmのLEDチップとともに使用されうるが、理想的なリフレクタは、より深いものとなる。前の例にあるような1mmのLEDチップの2×2アレイに対する単一の±30°のRATリフレクタ部分は、全長が6.2mmであり、厚さは2倍であるが、それでも、本発明のタイル照明システム用途には許容範囲の薄さである。角度RATリフレクタは狭ければ狭いほど、図117に例示されている多セクション分割の方式を使用する配備がしやすくなり、実質的にタイル6の本体部厚さの中に確実に嵌合させることができる。
【０３９６】
図118は、例示的な4セクションRATリフレクタ3150をOsramの標準4チップOSTAR(商標)LED発光体3176の修正バージョンと一体化した一実例を示す斜視図である。Osram Opto Semiconductorなどのメーカーによって商業的に行われているように、4つの1mmのLEDチップを互いにほぼ接触させて取り付ける代わりに、本発明の例では、図117に例示されているように対応するリフレクタ部分3152〜3155の中心と中心との間の間隔と一致するように同じ4つのチップをさらに間隔を空けて並べる。2つの取付け用ブロック3178および3180をOSTAR発光体の基材3182に取り付けて、4セクションRATリフレクタ3150上の突出部3168に対する入れ子表面を形成する。
【０３９７】
図118の例は、一例にすぎない。他の形態のLED発光体は、本明細書の例に似たRATリフレクタとの実用的な一体化にちょうど適しているとおりのものである。
【０３９８】
図119は、本発明のタイル照明システムによるさらに他の埋込み式の垂直に積み重ねられた配光エンジン4の完全な発光部分3186を例示する分解斜視図である。この例では、LED発光体271は、4つの意図的に分離されているLEDチップ3188が見えており、例示的な1"×1"の熱伝導回路基板3194(オプションの熱伝導要素3195)にネジ3190および3091によって取り付けられている、図118において導入された例示的に修正されている4チップOSTAR(商標)発光体バージョン3176である。この例の関連する配光光学系273は、4セクションRATリフレクタ3150、例示的な発光体取付け用ブロック3178および3180、オプションの拡散窓3196、ならびに30°の勾配が付けられた出力開口3200を備える例示的な1"×1"シャシーフレーム3198を具備する。この示されている例では、シャシーフレーム3198は、点線のガイド線3203〜3204にそって回路基板3194に取り付けつつ、ガイド線3201および3202にそって一緒にされたオプションの拡散窓3196のエッジ用の取付け表面を備える。例示されているシャシーフレーム取付けの方法は、回路基板3194内の対応する孔3209〜3212内に圧入または熱かしめされるペグ3205〜3208である。取付け用代替手段としては、接着剤、ネジ、および他の一般的な機械的締め付けによる取付け方法が挙げられる。オプションの拡散窓3196は、透明材料、散乱中心がかすみを与える透明材料、表面ディフューザ、体積ディフューザ、ホログラフィックディフューザ、およびレンズシートのうちの1つまたは複数を備えるスタックである。「拡散」窓は、その代わりに、またはそれに加えて、集光、分離、および/またはブレンドを実行するレンズシートなどの要素を備える、光路変更窓とすることも可能である。
【０３９９】
図120Aは、本発明の配光エンジン4内にあるように、図119の分解図内に示されている例示的な垂直に積み重ねられたRATリフレクタベースの発光モジュール3186の完全に組み立てられた形態の斜視図である。この例示的な要素は、1"平方で、厚さ17.7mmであり、本発明のタイルシステムの幾何学的要件を満たす。
【０４００】
図120Bは、DC電圧が印加されたときの図120Aに例示されている垂直に積み重ねられた発光モジュール3186によって軸111にそって生成される輪郭がはっきり見える出力ビーム3220を示す斜視図である。この例では、DC電圧は、含まれているLEDチップ3188のプラス側に接続されている回路基板3194上の電極に印加され、グランドへのアクセスは、マイナス側に接続される。図120Bに示されているようなビーム3220は、上述の含まれている4セクションRATリフレクタ3150によって形成されるように、正方形の断面を有し、角度範囲が実質的に±30°×±30°であり、オプションの拡散窓3196およびシャシーフレーム3198の勾配を付けられた出力開口3200によって透過される。他の状況では、オプションの拡散窓3196の設計を、出力ビーム3220の角度範囲が意図的に広げられるように選択することができる。さらに他の状況では、出力ビーム3220の角度範囲は、上記の式7〜12によるRATリフレクタ3150の1つまたは複数のRATリフレクタ部分の設計寸法、上でも説明されているような短縮遠近法で描かれているリフレクタ長3164(図117を参照)、またはその両方を変えることによって広げることができる。
【０４０１】
この形態の発光モジュール3186は、外部サイズが前の配光エンジンの例(図103〜107、および図110A〜110Eにあるような)の相当する発光部分より小さく、それでも、天井、壁、もしくは床にあるように標準の建築材料本体部内に埋め込むのに等しく適している、それらの前の例と似た方法で関連する電力調節および制御電子回路と一体化することができる。
【０４０２】
図121Aは、前の例(例えば、図110Cおよび110D)の同じ埋め込まれている電子回路部分1940(および埋込み板1941)とともに直線的に並ぶ形で4つの発光モジュール3186を例示的に組み込んでいる本発明の垂直に積み重ねられた形態の1つの埋込み式配光エンジンの背面からの斜視図である。本発明の例では、関わっているより小さな発光モジュール、およびその例示的に関連付けられているヒートシンクフィン3232(発光モジュール毎に1つ、または発光モジュールのグループに対して1つ)を収容するように比例的に小さくなるシャシーフレーム3230を採用している。それぞれのLED発光体3176とヒートシンクフィン3232との間の良好な熱的接触を確実なものとする装備が内部的になされている。4つの含まれている発光部分3186は、電子回路板3234(上記の1952に類似している)上に取り付けられ、その回路層は4つのモジュールを相互接続し、電極1958および1960を介して電子回路部分1940と接触させるための相互接続パッドを備える。この特定の埋込み式エンジンの全体的なサイズは、129.6mm×109.95mm×18.7mm(つまり、約5"×4"×3/4")であるが、その有効照明開口は、94.4mm×18.2mm(つまり、約4"×3/4")とかなり小さい。
【０４０３】
図121Bは、図121Aに示されている形態の埋込み式配光エンジン4の下の床から見た斜視図である。オプションの拡散(または光路変更)窓3196は、それぞれのモジュール内の基礎となる要素を確認しやすいように透明形態で提示されている。
【０４０４】
図122Aは、タイルベースの建築材料、例示的に24"×24"の天井タイル6の近似的中心(点線領域3300)内の配光エンジン4のこのより小さな形態を入れ子にするために必要な埋込みの細部3290を示すタイル照明システム1の背面からの分解斜視図である。埋込み特徴3301〜3306は、関連するDC電圧ならびにグランドアクセスストラップ3308および3310用にも備えられる。埋込み特徴3303は、電子回路部分1940の埋込み板1941用の据え付け表面である。埋込み特徴3304は、そうして埋め込まれている配光エンジン4の出力開口から光が通るスロットである。この場合に例示される埋込み工程は、図106のタイル照明システムの実施形態について示されているものとほぼ同一である、ただし、エンジンは点線のガイド線3320〜3322にそって埋め込まれ、相互接続ストラップは点線のガイド線3324〜3327にそって埋め込まれている。ヒートシンクフィン(1950および3230)群の一方または両方の付近のタイル6の本体部5内に空気流スロットを備えることはオプションである。そして、本発明のすべての前の例において、単一のタイル要素(例示的にのみ、含まれている例における24"×24"のタイルユニット)内に埋め込まれている配光エンジン4の数は、光の量および必要な照明の分配に依存する。
【０４０５】
図122Bは、例示的な埋込み工程が埋込み式配光エンジンのこのよりコンパクトのタイプに合わせて適切に視覚化されるように、図122Aの斜視図に示されている埋込み領域3300を拡大した図である。
【０４０６】
図123Aは、図121A〜121Bの単一の垂直に積み重ねられた配光エンジンを組み込んだ図122A〜122Bの±30°のタイル照明システムの4"×3/4"の照明開口を示す下の床から見た斜視図である。この例では、図117〜122に説明されているように、4つの別々の発光モジュール3186を備える単一のRATリフレクタベースの配光エンジン4を使用す。エッジコネクタ304は、例示のみを目的として、タブ874を接続するオプションのT字状バー吊り下げシステムを備えるように示されている(図3Hおよび図68〜71に説明されているように)。本発明による埋め込まれているタイルは、他の相当する建築材料とすることができ、電気的接続の他の手段を備えることができる。
【０４０７】
図123Bは、DC電圧を供給されたとき、また一緒に埋め込まれている電子回路部分1940がシステムのマスターコントローラ40(図示せず)からオン状態制御信号を受信したときに図123Aのタイル照明システム1によってもたらされる照明の斜視図である。4つの空間的に重なり合う投光照明ビーム3350〜3353があり、この特定の例では、1つは4つの埋め込まれている発光モジュール3186のそれぞれからのものであり、それぞれ本発明の例で予想される±30°×±30°の角度範囲を有する。(あるいは、それぞれの発光モジュール3186は、そうすることが有利な用途において独立して制御することができる。)この特定の照明システム1が、下の床から9フィート(108インチ)上の高さ3356のところに設置される場合、その結果得られる照明パターン3358は、エッジ3360にそって128.4インチ、エッジ3362にそって125.7インチの断面寸法を持つ実質的に正方形である。僅かな寸法上の違いは、この特定の25.4mm×94.43mmの照明開口3330(図123Aに示されているような)の矩形のアスペクト比と、例示されている1つの子午線ビーム重なりによるものである。
【０４０８】
図116〜123の本発明配光エンジンの実施形態は、その下にあるエテンデュー保存RATリフレクタ3150の結果として、構成された本発明のすべての薄型配光エンジンの例の可能な最高の光学効率を達成するという利点を有する。RATリフレクタの内部側壁3112および3114(図116にあるような)上に適度に高い反射率の(つまり、機能強化された銀)コーティングが施されている場合、96%を超えるよい総出力効率が、光線追跡によってシミュレートされ、実際のプロトタイプを実験室で実行した結果の測定により確認されている。オプションの拡散窓3196が追加された場合であっても、発光モジュール3186の総光学的スループット効率は、それでも、90%を超える高さである場合がある。その結果、4チップOSTAR(商標)に似たLED発光体3176を使用した場合、本発明の一エンジンシステムは、2000フィールドルーメンを超えるクールホワイトのCCT(相関色温度)照明2を供給することができる。総照明量は、追加の発光部分3186を含めることによって容易に増やされる。さらに、この実施形態の総出力性能は、出力が一部は使用されているLED発光体の開始性能に依存する本発明の他のすべての実施形態と同様に、LED性能が時間の経過とともに上昇するときに総照明能力に関して増大する。LED性能は、過去数年の間に劇的に高まってきており、今後もさらに数年間にわたって高まり続ける可能性がある。
【０４０９】
上で取りあげた例は、明瞭な±30°の照明ビームを利用する多くの投光照明のニーズに適合する。それにも関わらず、この同じ実施形態は、より狭い角度のRAT(またはCAT)リフレクタ3150を使用して、より狭い角度の作業用照明用途にもさらに適用される。この変更形態の一例は、図124A〜124Bに呈示されている。
【０４１０】
図124Aは、±30°のRATリフレクタ3150の理想的断面と±12°のRATリフレクタ3360の理想的断面との比較を並べて示している、両方とも1.2mmの入力開口3102の例示的な場合に対するものである図である。±12°のRATリフレクタ3360は理想的な長さ3362、L1(12)=16.4mm、および理想的な出力開口3364、D1(12)=5.77mmを有する。±30°のRATリフレクタ3150は上記のような理想的な長さ3106、L1(30)=3.11mm、および理想的な出力開口3104、D1(30)=2.4mmを有する。長さが5倍以上にも関わらず、それでも、あまり切り詰めなくてもリフレクタ3360を使用できる十分な余地が、本発明の例の発光モジュール3186内にある。それにも関わらず、これは、例示されている4セクション配置構成を実装しなければそのような場合とならない。しかし、4つのLEDチップ(例えば、図119の3188)の間の間隔は、必要に応じて広げられる。この要件には、前の例のOSTAR(商標)タイプのLED発光体パッケージの単純な修正だけで容易に対応できる。
【０４１１】
図124Bは、±12°のRATリフレクタ3360の4セクションバージョンの基本的な内部薄壁形態3361を示す斜視図である。あるいは、4つの反射要素3364〜3367は、それぞれ、外部境界表面が全内面反射の有利な条件を支持している類似の形状の固体透明誘電体とすることができる。
【０４１２】
図125Aは、±12°の出力(この例ではモノリシック形成されている)を有する1つの成形プラスチック(または電鋳金属)の4セクションRATリフレクタ3370を、その対となる片方のLED発光体3380とともに示す分解斜視図である。リフレクタの16個の内側側壁3372は、鏡面仕上げで形成され、上述のように形成後に高反射率金属薄膜(例えば、機能強化された銀またはアルミニウム)でコーティングされる。リフレクタ要素3370は、この例では、ガイド線3382〜3385にそって4チップLED発光体3380と嵌め合わされる。4つの1mm LEDチップのうちの3つ、3388〜3390が、見えており、リフレクタの入力開口(図示せず)の間の分離距離と一致する、図示されている適切な中心と中心の間隔3392で配置構成されている。例示的なLED発光体3380は、可能な好ましい発光体の例のうちの1つにすぎないが、Osram Opto Semiconductorによって製造されているような、上で示されている現在市販されているOSTAR(商標)モデルの設計にならって作られている。このプロトタイプの例示では、取付け用板3400および取付け用フレーム3402は、リフレクタ3370の成形された外側と一致するように拡大されている。それに加えて、電極(例えば、3404が図示されている)は、基材3406のエッジ、および、さらに都合よく移動されている、保護ダイオード3408にも近い位置に配置されている。備えられているが、この図には示されていないのが、(例えば、導電性ビア、ワイヤボンド、ハンダ付けされた電線、またはハンダ付けされたフレックス回路による)電極3389と他の回路素子と内部相互接続である。
【０４１３】
リフレクタ-発光体間の取付けのための実用的手段の1つは、図125Aの例にも示されている。取付脚3410は、左右対称のナベ小ネジ3414用のスルーホールとともに、リフレクタ3370の対向側に形成され、これらのネジはそれぞれ、ガイド線3383(およびその隠されている対となる片方)にそって発光体基材3406内の対応するスルーホール3416を通り、実際の取付け層上のネジ山付き受け入れ孔と一致する。
【０４１４】
図125Bは、図125Aに与えられている組立て済みの形態の配光エンジンの例の出力端から見た僅かに異なる斜視図である。4つの例示的なLEDチップ3389〜3391は、4セクションRATリフレクタ3370の対応する4つの入力開口内の中心にあるように示されている。
【０４１５】
この形態のリフレクタが深くなるときには(上記の式7〜14から導かれる幾何学的形状および形状)、複数の部分またはステージに分けて、水平、垂直、またはその両方で形成するのがより実用的であると思われる。本明細書に例示されているRATリフレクタのマルチパートバージョンは、互いに結合されたときに全体を形成する個別の要素から組み立てられる。一例として、深い4面リフレクタ要素の内部側壁3372をコーティングするのは、組立て前に二分割し(半分に、または対角線で)、それぞれの半分をコーティングする場合に容易になることがある。他の例として、LEDから遠いリフレクタ部分をコスト削減のため金属ではなくプラスチックで作りながら、関連する光レベルへの長期間曝露に対する耐性を改善するためにLEDチップそれ自体の高光束密度に最も近いリフレクタの部分を、耐熱性プラスチックであってもよいとしても、好ましくは金属で作るのがよい。本発明の実用的な商業的実施形態においてマルチパートまたはマルチステージリフレクタを使用することができるが、説明をわかりやすくするため、リフレクタ3370は、モノリシック部品としてのみ例示されている。
【０４１６】
図125Cは、短い±30°のバージョンについて図119に示されているものに似た形態の、1つの埋込み式の±12°の発光モジュールの部分組立て例3450を示す分解斜視図である。モジュール3450は、それに加えて、例示的なLED発光体3380および4セクションRATリフレクタ3370(4セクション入力開口3371が見えている)、ネジ山付き取付け用手段3455を備える例示的な1"×1"熱伝導回路基板3454、例示的な取付け用ペグ3458を備える例示的な1"×1"シャシーフレーム3456、ヒートシンクフィン3460、オプションの光広がりフィルムシート3464および3466を備える出力フレーム(または鼻隠)3462、および内部フィルム保持フレーム3468を具備する。シャシーフレーム3456は、出力フレーム3462に対する異なる構成を除き、図119に示されている例と類似している。
【０４１７】
モジュール3450の部分的組立ては、図119において類似の構造についてすでに示されているように、LED発光体3380を点線のガイド線3470にそって回路基板3454に結合し(および相互接続し)、4セクションRATリフレクタ3350を点線のガイド線3382にそって図125Aに示されているように発光体3380に取り付け、次いで、適所に締め付けて、例示的な取付け用手段3414および3455からの圧力を用いてLED発光体3380と回路基板3454との間の熱的接触を適切に行わせることができるようにする、というように進行する。LEDチップ3388〜3391(図示せず)とRATリフレクタ4セクション入力開口3371との間の位置合わせは、締め付け前に目視で行う。この段階の後に、シャシーフレームペグ(例えば、3458)を、点線のガイド線(例えば、3303)にそって、回路基板3454上に設けられている保持孔(例えば、3209)内に挿入し、ヒートシンクフィン3460をシャシーフレーム3456の側部表面に取り付ける。図示されているレンチキュラータイプ3464および3464などの1つまたは複数の光広がりフィルムシートの保持フレーム3468内に含まれる場合のように、出力フレーム3462を点線のガイド線3472〜3473にそって取り付けるのはオプションである。出力フレーム3462を何らかの形態の含まれるフィルムスタック3480(前の方で説明した拡散、光散乱、光広がり、または光路変更の機能をもたらす)とともに使用することで、発光モジュールの照明品質を修正する際の柔軟性を高め、この例では、モジュール3450毎にそのようなことを行う。使用される場合、型抜きフィルムシート3480は、点線のガイド線3476および3477にそって設置される。
【０４１８】
1.2mmの入力開口エッジ長3102を持つこの±12°のRATリフレクタは、図119に示されているように理想的な16.4mmの長さ3362から少し(約3mmまたは20%)切り詰められ、これにより、本発明のタイルシステムへの埋込みをしやすくするだけでなく、前の方で説明されているように、角度カットオフの鋭さを和らげる。長さの変化がこのように小さければ、リフレクタの実質的に正方形の±12°のビーム遠視野像の一般的形状および均一性にほとんど目立った影響を及ぼさないことがわかっている。しかし、完全な長さのRATリフレクタの明瞭な輝度カットオフ特性ではなく、本発明の例においてリフレクタ長を20%短くした場合、いくつかの照明用途において好ましい和らげたロールオフが得られる。(式13〜14によって近似されるように、±2.5°)。
【０４１９】
図125Dは、RATリフレクタ3370の4セクション出力開口を視覚的にわかりやすくするために分解図のままである、出力フレーム3462を除く、部分組立て後の図125Cの単一の±12°の発光モジュール3450の斜視図である。
【０４２０】
図126Aは、前の例において例示されているような関連する電子電圧制御要素1940とともに、図125A〜125Bの4セクションRATリフレクタを収容する4つの±12°の発光モジュール3450を組み込んだ本発明のタイル照明システムの要件に従って形成されている埋込み式配光エンジンの実施形態の背面からの斜視図である。4つの発光モジュール3450は、図120A〜120Bの例において導入された全く同じ埋込み式シャシーフレーム3230内に嵌合され、両方とも、回路板3490によってグループとして電気的相互接続状態に保持される。前の例にあるように、エンジンは、外部システム電源30(前の方で示されている)からのようなDC電圧Vdcがプラスのエンジン電極1954に印加され、グランドアクセスが電極1956に施されたときにアクティブ化される。次いで、システムのマスターコントローラ40(前の方で示されている)から受信した特定の復調制御信号に応じて、エンジンの発光モジュール3450のうちの1つまたは複数から出力照明2が指定された出力レベルで放射される。
【０４２１】
図126Bは、図126Aの埋込み式配光エンジンの実施形態4の床側の斜視図である。オプションの光広がりフィルムスタック3480(図125C)は、4つの4セクションRATリフレクタ出力開口がよく見えるように取り外されている。
【０４２２】
図126Cは、図126Bの埋込み式4セグメント配光エンジン4を示し、4つの発光モジュール3450のうちの2つがスイッチオンされ、これらのモジュールのうちのそれぞれによって発せられる例示的に異なる照明ビームを一例としてのみ示す、他の床側から見た斜視図である。この特定の例は、このマルチセグメント配光エンジン4の角度の自由度を示すために用意されている。本発明のエンジンが、前の例で示されているように、タイル材料6の本体部内に埋め込まれ、本発明によるタイル照明システム1の一部として動作しているときに、より一般的な動作モードは、同じ角度範囲の集合照明2を同時にもたらす4つのすべての発光モジュール3450を有する(図123Bの例にすでに例示されているように)。エンジン内のそれぞれの発光モジュールについて異なるビームパターン(正方形、矩形、円形、または楕円形)を構成する機能があるため、広範な照明条件を満たすようにそれぞれのエンジンからの集合(重なり合う)照明を修正することができる。
【０４２３】
図126Cの例におけるフロントビーム3494は、出力フレーム内に光広がりフィルムスタック3480をいっさい含まないことを例示している、モジュールの4要素グループ内の第2の発光モジュール3450によって供給される出力照明である。したがって、放射される±12°×±12°の光錐3494は、その高さ3502に依存する2本のビーム子午線内に正方形の断面3496ならびにエッジ境界寸法3498および3500を有する。図示されている高さは250mm(9.8インチ)であり、これは照明源にかなり近い位置であり、実用的なアプリケーションでは好ましい。この高さでのビームの支配的なエッジ寸法3498および3500は、幾何学的な式15および16によって決定されるように約120mm×120mm(4.7"×4.7")であり、XBEAMはエッジ寸法3498を表し、YBEAMはエッジ寸法3500を表し、Hは高さ3502を表す。
XBEAM〜2D1+2(H Tan θ1)  (15)
YBEAM〜2D2+2(H Tan θ2)  (16)
【０４２４】
図126Cの例における後方ビームは、エンジン4内の第4の、または最後の発光モジュール3450から放射され、これは、光広がりフィルムシート(つまり、図125Cに示されている下側レンチキュラーフィルム3464)1つのみを使用した結果である。±30°の光広がりの例示は、レンチキュラー光広がり方法で可能な多くの広がり角度の一例にすぎない。ただ1つの光広がりフィルム3464が機能している場合、ビーム3510は、矩形(正方形ではなく)の断面3512により、また例示されている250mmの高さで300mm×120mmの2つのビーム子午線内の関連するエッジ境界寸法3514および3516により放射される±30°±12°の光円錐を有する。
【０４２５】
この有利な矩形の広がり挙動は、米国仮特許出願第61/024814号(国際段階の特許出願第PCT/US2009/000575号)、名称「Thin Illumination System」において導入された放物形レンチキュラーレンズ要素の独自の挙動に由来する。本発明の範囲内における有利な利用は、図52〜55および図80〜81の前の例でも考察された。レンズシートの放物形レンズ要素(レンチキュールとも言う)の頂点が、十分にコリメートされた入射光の方を指している場合(例えば、角度範囲が約±15°未満である)、透過光は、ポリメチルメタクリレート(アクリル)から作られたフィルムシート、n=1.4935809、およびポリカーボネート、n=1.59のそれぞれについて式17および18に従って完全な広がり角度φ(つまり、2θ)でシートの円柱軸に直交する子午線内でのみ広がる。式17および18におけるSAGは、頂点の高さを表し、PERは、関連するレンズシート内のそれぞれのレンチキュールのベース幅を表す。
φ=172.24[SAG/PER]0.38-48.5  (17)
φ=203.15[SAG/PER]0.45-46.66  (18)
【０４２６】
レンチキュールSAGが50ミクロンで、レンチキュールPERが166ミクロンである場合、(SAG/PER)は、約0.3であり、式17による全ビーム角φは、60.5°であり、図示されている±30°の角度範囲に対応する。
【０４２７】
図126Dは、250mm下から照らされている平面から見た図126Cの埋込み式配光エンジンの底側にある発光部分3450に関連付けられている4つの出力開口の直線において直接上方を見上げる平面図である。本発明の例におけるビーム中心3522と3524(それぞれビーム3494および3510に対する)の間の分離距離3520(ΔY)は、(P)(6D2)=76.2mmであり、Pは、4セクションRATリフレクタの壁厚さおよびモジュールシャシー材料それ自体の壁厚さが占める空間を決める幾何学的膨張係数(本発明の例では2.2)である。
【０４２８】
図126Eは、図126Dと同じ平面図であるが、天井実装エンジンの9フィート(つまり、2743.2mm)下の床表面からのように、さらに10倍ほど下の距離から見た図である。この図面では、図126C〜126Dの配光エンジンの例が、本発明のタイル照明システムに従って形成される高さ9フィートの天井システム内に埋め込まれる想定している。本発明の例の2つの結果として得られる照明ビーム3494および3510は、それでも、同じ機能的な分離距離、76.2 mm(3インチ)を有しているが、下の床表面への対応する照明パターンは、この高さで十分に広くほぼ重なり合う。9フィート(つまり、2743.2mm)では、例示的な±12°×±12°の正方形のビーム3494は、断面寸法X'BEAM1=Y'BEAM2=1180.67mm (3.87フィート)を有し、±12°×±30°の矩形のビーム3510は、断面寸法X'BEAM1=3182.07mm(10.44フィート)およびY'BEAM2=1180.67mm(3.87フィート)を有する。
【０４２９】
図126Fは、図126Cの埋込み式配光エンジン内の1つの4セクションRATリフレクタ3370からの±12°×±12°の照明ビーム3494によって9フィート下のシミュレートされた4メートル×2メートルの床表面上にビーム3494によって形成されるコンピュータでシミュレートされた1180mm×1180mmのビーム遠視野像3540の図である。4セクションRATリフレクタ3370の20%切り詰めであるにも関わらず、遠視野像3540は、エッジのところで少し軟化しているだけで、ほとんど理想的である。
【０４３０】
図126Gは、図126C〜126Dに示されているように図126Fのシステム内の4セクションRATリフレクタが光を±30°に広がるように設計され、配向されている単一の放物形レンチキュラーフィルムシート3464と上述のように組み合わせたときのコンピュータによってシミュレートされた3200mm×1180mmのビーム遠視野像3546の図である。光が広がった配光の対向端に向かう輝度の均一性の僅かな低下は、入射光の±12°の幅の結果である。角度範囲を狭めてRATリフレクタ3370を使用することによって、望ましい場合に、水平の視野全体にわたるより高い均一性が得られる。
【０４３１】
図126F〜126Dに例示されている遠視野像は、アリゾナ州トゥーソン所在のBreault Research Organization社の商用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を使用して、図125A〜125Dにおいて説明されている4セクション発光モジュール3450の現実に合わせてモデル化された対となる片方のシミュレートされた性能から得られた。
【０４３２】
本発明の優れた実践において使用されるLED発光体3176は、任意の個数のLEDチップ3188を任意の幾何学的形状に分配したものを、上記のOSTAR(商標)の例に含まれる実際に白色発光リン光体コーティング青色LEDであろうと、他のOSTAR(商標)発光体タイプにあるような赤色、緑色、青色、琥珀色、および白色LEDの混合であろうと、またはリン光体装填樹脂充填キャビティを備えるような完全に異なるLED発光体設計であろうと、備えることができる。図125AにあるようなLEDチップ3388〜3391は、図示されているように単一のフレーム付き支持板3400内に収容されうるか、または類似の支持板上に取り付けられた個別のパッケージ内に収容されうる。
【０４３３】
例示の整合性のため、本発明のすべての埋め込まれているタイル照明システムの例は、ここまで、従来から吊り下げ天井内に使用することが可能なものなどの、1つまたは複数の24"×24"タイル材料を使用して例示されてきた。本発明に従って使用されるタイル材料は、壁および床において使用できるような広範な同等の薄型建築材料とともに、従来のドライウォールなどの、T字状バー吊り下げシステムにおいて吊り下げられるもの以外の天井材料を含んでいても、有用であると言ってもよい。
【０４３４】
吊り下げられている天井システムに適している本発明の埋め込まれているタイル照明システムの例を詳述することに対する付加的な理由の1つとして、それらに関連する環境的および経済的影響が著しいものとなる可能性が挙げられる。本発明の一体化されたタイル照明システム1が、天井の重量を低減し、地震災害発生時の照明器具落下の危険性を低減するだけでなく、現場納入前に一緒にされている埋込み天井タイル要素の組合せが、照明システム設置の労力を大幅に軽減する。
【０４３５】
本発明の埋め込まれているタイル照明システムの製造経路に関連する工程段階の例を、上記の図8〜10にまとめた。本発明の天井システム全体に対する、従来の設置工程段階と比較した設置工程段階の例を図127に示し、以下で説明する。従来の慣例的方法の、および本発明の、設計から設置までの、最上位レベルの工程の長さの例が、図128Aおよび図128Bにそれぞれ示されており、さらに以下で説明する。
【０４３６】
図127は、従来の頭上照明システム設置の工程に関連する流れ(左側の枝3600)と本発明の事前製造されたタイル照明システムおよびこの場合、もっぱら、図3A〜3C、3F〜3H、および68〜71の例によって上で導入されているような、電力供給することができる本発明による天井タイル吊り下げシステムを備える用途によって利用される簡素化された設置工程に関連する可能な1つの流れ(右側の枝3602)とを並べて比較した図である。
【０４３７】
従来の頭上照明システム設置工程は、遍在的に陥凹している2'×2'および2'×4'の蛍光灯トロファー(図2B〜2Eにおいて以前に示されているような)に対する、図127の左側流れ図の枝3600に代表される。建築中のオフィスビルは、電気工事業者によって高電圧AC電線導管3604を事前配線され、T字状バータイル吊り下げシステムグリッド(前の方で示したような)は、仕上げ内装工事業者3606によって壁一面に設置される。テープで縛って束にされた通常の天井タイルパネルは、納入段階3608において、個別にパッケージングされた35lbのトロファーのように、現場に別々に納入される。機械組立て作業員は、納入されたトロファーを指定された吊り下げグリッド位置に設置し、それぞれの個別のトロファーの重量を、タイル吊り下げシステムそれ自体ではなく、むしろ、建物の構造天井3610からの二次機械的吊り下げ手段を設置することによって支持する。電気工事業者は、設置されたトロファー3612への高電圧配線の接続に戻るが、これは訓練を受けた電気技師によって一般的に実行される工程3612である。次いで、仕上げ内装工事業者は、蛍光灯トロファーによって占有されていない吊り下げグリッド位置に受動的天井タイルを敷設し、トロファーグリッド位置3614のところに必要な装飾トリムピースを設置する作業に戻る。同じ工程の流れが、図2A、2C〜2Eにあるような、陥凹缶照明器具の設置、および同等の従来の照明器具の組合せに適用される。
【０４３８】
本発明の事前製造されたタイル照明システムによって利用される簡素化された設置工程は、図127の右側の工程の流れ3602によって例示される。この場合、DC給電T字状バータイル吊り下げシステムグリッド(図3E〜3Hおよび図68〜71に例示されているような)は、標準的技法3620を用いて、従来の場合と全く同様に、仕上げ内装工事業者によって、壁一面に設置される。次いで、電気工事業者は、この特別な場合において低電圧DCおよびグランド線をDC給電吊り下げグリッド3622の周囲にのみ接続するが、これは高電圧AC電線導管3604の設置に比べて費やす時間がかなり短い工程である。従来の天井タイルの束と照明一体化天井タイルの束が、段階3624において、現場に納入される。本発明による埋め込まれている照明、制御、および相互接続手段を備えるタイルは、標準タイルとほぼ同じ厚さ(および重量)であるため、関連する納入段階3624は、従来の納入段階3608に比べてかなり効率的なものとなる可能性がある。これら2つの納入段階は、点線3623によって囲まれている。建築業者および建築家によって提供される設計仕様書に従う、仕上げ内装工事業者では、指定された配置3626に両方のタイプのタイルを設置する。段階3622において標準タイル吊り下げシステムが設置される建築状況において、埋め込まれるタイル上に事前設置されるコネクタへの低電圧ケーブル配線の相互接続は、事前設置コネクタを単にスナップ式に嵌めるだけで電気技師以外の者でも接続を行えるように十分に簡単である。あるいは、電気工事業者は、システムプログラミングならびにスイッチングおよび制御機能の設置を実施するために現場に戻ったときにスナップ式に接続部を取り付けることができる。
【０４３９】
図127の左側の工程の流れ3600および右側の工程の流れ3602は、ほとんど同じ数の段階を伴うが、本発明によって代表されるような一体化システム3602の事前製造されたタイル照明システム3624は現場に到着し、単一の建築業者によって基本的にいつでも設置できる状態にあるが、従来のシステム3600では、より重要な現場準備作業3604、より実質的な納入作業負担3608、および関わっている照明器具3612を電気的に接続する訓練を受けた電気技師を必要とする。その一方で、一体化照明システム3602内のタイルは、プレーンであろうと埋込みであろうと、グリッドまたは吊り下げ上部構造3626内に落とし込まれる(グリッドと直に接触するように接続されていない場合には、単純に、事前敷設低電圧DC電力線3622内に差し込まれる)。あるいは、従来のタイルと配光エンジンを差し引いた照明一体化タイルの両方の天井タイル設置は、単一の出荷および設置フェーズを通じて履行することができる(上記の図46〜52の例にあるように)。次いで、すべて建築工事が完了した後に1回の作業で、電気工事業者(および場合によっては内装工事業者)3626は、配光エンジンをタイル(例えば、図51)内にスナップ式に嵌め込み、電力接続部を嵌め込み、スイッチングおよび制御機能をプログラムすることができる。現在の実施の流れ3600において、建築工程のさまざまなフェーズにおいて、電気工事業者が複数回異なる時期に訪問する必要がある。
【０４４０】
図128Aは、従来の天井および頭上照明システムに関連する、設計から最終使用までの上位レベルの工程の流れを示している。天井材料、照明機器(つまり、蛍光灯トロファー、陥凹缶またはトラック取付け要素などの照明器具)、およびその関連する制御電子回路は、それぞれ、3730においてプログラム可能で、使用可能な天井および照明システムとして一緒に機能を最終的に果たす前に、設計(3701、3711、および3721)、製造(3702、3712、および3722)、組立て(3713のマルチパート照明機器および3723の制御電子回路の場合)、および設置(3704m、3715、および3725)の段階を通じて別々の枝3700、3710、および3720にそって処理される。
【０４４１】
図128Bは、本発明の凝集設計されている(3800)埋め込まれているタイル照明システム1によって使用可能になる類似の最上位レベルの工程の流れを比較のため示している。この場合、製造および設置工程全体が、開始から終了までを指向するシステムであり、天井材料(例えば、ドライウォールまたは天井タイルの部分)、上で導入された薄型配光エンジン4としての埋込み式薄型照明機器、およびその関連する制御電子回路1940(例えば、センサー回路、電力調節回路、および上述のような特定用途向け集積回路)を含む必要なシステム要素のすべてを組み込んだ埋め込まれるタイル照明システムの大域的に計画された設計段階3800から始まる。一体化された設計段階3800の後に、個別のタイル照明システムコンポーネントの指定通りの製造は、好ましくは、複数の製造経路(つまり、それぞれの部品または部品の類似のグループに対する製造ベンダー)3801〜3803にそって、図128A(3702、3712、および3722にあるような)の従来の流れと全く同様に実施される。しかし、主な違いは、図128Aの従来の工程の流れと異なり、図128Bの一体化された工程の流れは、現場ですぐに設置し、使用できる状態の完成し埋め込まれている(照明)システムを実現するために凝集および包括的製造仕様3800の範囲内ですべてのコンポーネント製造部分段階を提示したものであるという点である。製造されたコンポーネントは、最終的な組立ておよび試験3804を推進する単一の部品表におけるプランに従って組み合わされる。完成品を、関わっている他の従来の建築材料とともに、それらの完成品を必要とする現場に納入し(3805)、設置する(3806)。
【０４４２】
伝統的慣行では、3つの別々の枝3700、3710、および3720のそれぞれにおける第1の段階によって図128Aに例示されているように、建築材料、照明機器、およびそれらに関連付けられている制御電子回路を別々に設計する。従来のシステムでは、枝3700の天井材料(石膏天井タイルまたはドライウォールパネルなど)が、主に構造的、熱的、および音響的な性能を優位の動機付け要因であるものとして最初に設計される。従来の段階3701または3702では、照明器具、照明機器、または電源の配線との使用に考慮が払われていない。枝3710内の照明機器は、既存の建築材料および建築材料支持システムと連携するように、自開発経路にそって独立して(3711)設計されている。陥凹缶は、一例として、手で切り抜いた孔を通して使用されている従来の天井タイルまたはドライウォール内に嵌合するように設計され(3711)、点検孔は天井設置の場所で手作業により切り抜かれ、吊り下げワイヤは3715の上の建築構造に取り付けられる。蛍光灯トロファーは、他の例として、ドライウォールの切り抜かれた孔内に嵌合するか、またはプレーンの天井タイル用の交換品として取り付けられ、関連する吊り下げ格子3715内の標準サイズの空間(2'×2'および2'×4'など)内に嵌合するように設計される(3711)。そして、陥凹缶の場合のように、かさばる蛍光灯トロファーは、既存の天井タイル吊り下げ格子内に事前に位置決めするにも関わらず、3715の上の構造天井に取り付けられる追加の吊り下げ手段を必要とすることが多い。枝3710の場合に照明機器の照明レベル(可能な場合)の給電、スイッチング、および調整を行うのに必要な枝3702の制御電子回路(例えば、スイッチおよび調光器)も、独立して設計されるが(3721)、既存の照明機器と連携する他に、それらを使用するビル内で利用可能な広く使われている高電圧AC配電インフラストラクチャと連携することを目標としている。図128Aの従来のシステム内の建築材料3701、照明機器3711、および制御電子回路3721の設計は、それぞれ、多くの場合に相乗的な協力があれば最小で、実質的に明確に区別できる設計業者(つまり、明確に区別できる業界、事業体、またはスペシャリスト)によって実施される。この方式により、業者は、独立して作業することが可能になるが、これは、資材コストの増大、不効率によるコストの増大、および工期が長くなることによるコスト増大と引き換えである。
【０４４３】
しかし、本発明の埋め込まれている(タイル照明)システム1に関連する設計実務は、建築材料、タイル、ボード、またはパネルから、埋め込まれている照明機器、制御電子回路、および相互接続手段に至る、関わっている完全な設計調整によって、図128Bの一番上のボックス3800に表されているような単一の(埋め込まれている照明システムの)設計業者によって、さもなければ、埋込みシステム設計業者の指示の下での天井材料、照明機器、および制御電子回路の設計業者間の協力によって、従来の実務から区別される。使用される建築材料の根底の化学組成は、今日一般的に使用されている他の天井材料と同じままであってよいが、これらは、フォームファクタ、形状、および組成を修正している可能性もあり、結果的に、それらが可能にする新しい頭上照明用途につながり、これは図32〜33に例示されているように、3801の後の例全体を通して、特定の照明機器および特定の制御電子回路の補完的に設計されたフォームファクタに対応できるように手直しされた陥凹部および孔などの特徴を含む。この補完的な設計目標3800(将来一体化される部品の)は、薄さ(天井の上のユーティリティ(またはプレナム)空間を最小にする)および低重量(インフラストラクチャを支持する重量の必要を最小限に抑える)などのより望ましいタイル照明システム性能の特質に至る。
【０４４４】
すでに指摘されているように、個別のタイル照明システムコンポーネントの製造は、設計段階3800の後に、3702、3712、および3722を組み込んだ図128Aの従来の流れの場合と同様に、点線の工程ブロック3810において具現化された複数の経路にそって実施されうる。例えば、天井タイル会社は特定の天井タイル設計を製造する契約を交わし、LED発光体をLED製造会社から購入し、プラスチック製導光光学系を射出成形業者と契約し、というように、設計3800によって指定された部品のすべてに、関連する仕入れ先が割り当てられるまで続ける。すべての部品が製造され、段階3800において定義されている調整済み部品表に則って供給された後、製造部品3801、3802、および3803は、好ましくは、図128Bで、またはその後に特別な場合に予想されるような、エンドユーザーの施設(つまり、現場)への輸送3805の前に、埋め込まれているシステム内に組み立てられる(3804)。あるいは、天井材料および/または照明機器内への埋込み電子制御素子などのいくつかの組立てが、輸送の前に実行されうるが、スナップ式に照明機器を天井材料内に嵌め込むなどの他の段階も現場で行うことができる。それにも関わらず、最終的な結果は、例えば、吊り下げられた格子内に配置される埋め込まれているタイル照明システムとして、または他の例としては、既存の天井筋交いに固定される埋め込まれているドライウォールパネル内照明システムとしての、天井材料、照明機器、および現場ですぐに設置(3806)できる状態にある制御電子回路(センサーなどの制御関連フィードバック要素を含む)からなる一体化されたシステムである。
【０４４５】
図128Bにあるように、設置する(3806)前にシステムを組み立てる(3804)ことで、コスト効率の高い輸送(現場への出荷数を減らす)および時間/コスト効率の高い設置(設置段階を減らす)が可能になる。これは、上で説明されており、図127の工程の流れを並べた比較に示されている。例えば、電力制御電子回路および電気的接続用の手段とともに本発明の埋め込まれている配光エンジン(または薄い照明機器)を備えるタイル(つまり、電気的に能動的なタイル)を、受動的タイルと同じ出荷3805で輸送し、電気工事業者によって実施される(か、または少なくともチェックされる)能動的タイルの電力接続とともに、受動的タイル3806と同時に、その受動的タイル3806と同じ天井設置業者によって天井支持構造内に設置されるようにできる。さらに、本明細書で説明されているシステムのすべてと同様に、システムが軽量で、薄い場合には、出荷コストが出荷の重量およびサイズの両方に通常比例し、設置時間/コストが追加の構造補強を必要とする材料が重くなるため高くなることが多いことから、出荷および設置の時間/コストに対し従来の工程に勝る節減を行うことができる。
【０４４６】
従来の実施形態および本発明の実施形態の両方において、現場は、電気工事業者が電力を都合よく扱えるように事前配線され、天井もしくは一般建設業者が天井支持構造(天井タイルを受け入れる吊り下げられている格子またはドライウォール固定を受け入れる筋交いなど)を事前に設置することを想定している。しかし、本明細書で説明されているシステムのすべてのように、本発明の埋め込まれているタイル照明システムが、低電圧DCの電力を供給される場合、米国を含む多くの国々において法規により高電圧送電認可に義務づけられているような、重い高電圧AC電線導管が不要になるため、設置時間およびコストが軽減されうる。これらの直接的な設置時間/コストは、天井構造が、前に説明され、例えば図3A〜Hにおいて例示されているようなDC電力天井格子からなる場合にさらに低減することができ、その場合、事前配線電源接続点を格子構造のいくつかの点に置くだけでよく、それぞれの能動的タイルに直接置く必要はない。
【０４４７】
さらに、厄介なAC電線導管が不要であり、また図128Bにあるように設置前に天井材料内に重要コンポーネントを埋め込むので、本明細書で説明されているシステムは、現場で、より多くの制御可能な照明機器(配光エンジンおよび配光エンジンのグループも)をより簡単に、より迅速に、より高い費用効果で設置することができる。さらに、設置される照明機器の数が多ければ、照明機能の数を増やし(例えば、図1Dおよび101に例示されているように)、薄暗い、または陰影のある領域を最小にするために照明範囲を広げ、本質的な輝度で本質的な光のみを当てる自由度が高まるため節電オプションを増やすことができる。
【０４４８】
図128Bの最上位レベルの工程の流れおよび本明細書の関連する詳細な説明は、図128Aの従来の最上位レベルの流れおよびその関連する説明からのいくつかの変更点を示し、またそれらに勝る利点を示している。これらの変更点はそれぞれ、独立して、また任意の組合せで、本発明の対象となる。
【０４４９】
本発明では、発明の運用を遂行するための方法、システム、および機械可読媒体上のプログラム製品を考察している。本発明の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、またはこの目的のための、もしくは他の目的のための専用コンピュータプロセッサにより、またはハード配線されたシステムによって実装されうる。
【０４５０】
上述のように、これらの実施形態の多くは、機械実行可能命令を搬送する、または有するための機械可読媒体またはそれに格納されるデータ構造体を含むプログラム製品を含む。このような機械可読媒体は、汎用もしくは専用コンピュータまたはプロセッサを備える他の機械によってアクセスできる利用可能な任意の媒体とすることができる。例えば、このような機械可読媒体としては、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM、もしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶デバイス、または機械実行可能命令もしくはデータ構造体の形態で所望のプログラムコードを搬送もしくは格納するために使用することができ、また汎用もしくは専用コンピュータまたはプロセッサを備える他の機械によってアクセスできる他の媒体が挙げられる。ネットワークまたは他の通信接続(ハード配線、無線、またはハード配線もしくは無線の組合せによる)を介して情報が機械に転送もしくは供給される場合、機械は、その接続を機械可読媒体とみなす。したがって、そのような接続は、機械可読媒体と呼んで差し支えない。上記の組合せも、機械可読媒体の範囲に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理機械に特定の1つの機能または機能群を実行させる命令およびデータを含む。
【０４５１】
例えば、ネットワーク接続環境内の機械によって実行されるプログラムモジュールの形態で、プログラムコードなどの機会実行可能命令を含むプログラム製品によって実装することができる方法段階の一般的な文脈において、実施形態を説明することができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。機械実行可能命令、関連するデータ構造体、およびプログラムモジュールは、本明細書で開示されている方法の段階を実行するためのプログラムコードのいくつかの例を表す。実行可能命令(または関連するデータ構造体)の特定の並びは、そのような段階で説明される機能を実装するための対応する動作の例を表す。
【０４５２】
本明細書で説明されている実施形態の多くは、プロセッサを有する1つまたは複数のリモートコンピュータへの論理接続を使用してネットワーク接続環境内で実施することができる。論理的接続は、例えば、限定はしないが、本明細書で提示されているローカルエリアネットワーク(LAN)およびワイドエリアネットワーク(WAN)を含むものとしてよい。このようなネットワーキング環境は、オフィス規模または企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットにおいて一般的であり、さまざまな異なる通信プロトコルを使用することができる。当業者であれば、そのようなネットワークコンピューティング環境は、パーソナルコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのまたはプログラム可能な家電製品、ネットワークPC、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、および同様のものを含む、多くの種類のコンピュータシステム構成を典型的には包含しうることを理解することができる。本発明の実施形態は、通信ネットワークを通じて(ハード配線されたリンク、無線リンクによって、またはハード配線されたリンクと無線リンクとの組合せによって)リンクされているローカルの処理デバイスとリモートの処理デバイスとによってタスクを実行される場となる分散コンピューティング環境内で実施することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、ローカルおよびリモートの両方の記憶装置デバイス内に配置されうる。
【０４５３】
システム全体またはそのさまざまな部分を実装するための例示的なシステムとしては、プロセッシングユニット、システムメモリ、およびシステムメモリを含むさまざまなシステムコンポーネントをプロセッシングユニットに結合するシステムバスを備える、コンピュータの形態の汎用コンピューティングデバイスが挙げられる。システムメモリは、読み取り専用メモリ(ROM)およびランダムアクセスメモリ(RAM)を含むものとしてよい。コンピュータは、磁気ハードディスクの読み出しおよび書き込みを行うための磁気ハードディスクドライブ、取り外し可能な磁気ディスクの読み出しまたは書き込みを行うための磁気ディスクドライブ、およびCD-ROMまたは他の光媒体などの取り外し可能な光ディスクの読み出しまたは書き込みを行うための光ディスクドライブを備えることもできる。ドライブおよび関連する機械可読媒体は、機械実行可能命令、データ構造体、プログラムモジュール、およびコンピュータ用の他のデータを格納する不揮発性記憶装置を構成する。
【０４５４】
本発明の実施形態の前記説明は、例示および説明を目的として提示されている。これは、網羅的であること、または本発明を開示した正確な形態だけに限ることを意図されておらず、上記の教示を鑑みて修正形態および変更形態が可能であるか、または本発明の実施から取得することが可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実用的用途を説明するために選択され、記述されており、これにより、当業者は、考え付く特定の用途に適しているようなさまざまな修正形態とともにさまざまな実施形態において本発明を利用することができる。
【符号の説明】
【０４５５】
1  天井タイル照明システム、光学システム
2  集合角度照明
2  センサー
4  配光エンジン
5  材料本体部
6  天井(または壁)タイル材料
7  電力線
9  埋め込まれているコネクタ
9  電子コネクタ要素
9  電源コネクタ
11  電子回路要素
15  電子電力制御要素
18  スルーホール
20  断面厚さ
22および24  エッジ境界
30  外部DC電源(低電圧DC電源)
32  プラス側
34  中性点グランド(またはコモン)
40  マスターコントローラ
103  個別の光ビーム
111  下方軸
112  Z軸
113  表面表面
114  傾斜軸
115  X軸
116  Y軸
117  傾斜角φ
118  α
119  β
120および121  システム平面
122  θ1
123  θ2
124、125  光線
131  標準的な高電圧交流(AC)入力
132  電圧線
133  グランド線
143  無線(またはマイクロ波)送信機
147  光送信機
148  ヘビーゲージメタル製ハウジング
150  凹形ダウンライト照明缶スタイル器具
152  75W PAR-30ランプ
156  24"×24"の鋼鉄製レイインパネル
158  電子バラスト
160  15アンペアまたは20アンペアの電力ケーブル配線
162  リフレクタ
164  装備品
170  凹形蛍光灯トロファー
172および173  40W蛍光灯
174  出力照明調整装置
176  照明機器ハウジング
178  発光
180  金属製グリッド天井タイル吊り下げ格子
181  回路もしくは電力伝達要素
182  電源系統(またはプレナム)スペース
183  機械式ハンガー
184  プレーンタイル
185  マルチタイルシステム
190、191、193、および194  タイルシステム構成
193および194  タイル照明システム
200  T字状バー
201  物理的棚、リップ、または面
202  T字状バー側部部材
203  長さ
204  厚さ
206〜214  矢印
215および216  タイルシステム
217および218  コネクタ
220  T字状バー支持部材
221  T字状バータイプの支持部材
221、222、および223  T字状バー支持材
226  連続絶縁層
227および228  導電性ストリップ
229  スロット(T字状バーの垂直部材のそれぞれの側に1つ)
230  導電性タブ
231  ガイドライン
233/234  ジャンパーケーブルアセンブリのペア
235および236  ブロックコネクタ
237および238  コネクタ手段
240  光(赤外線もしくは可視光)、無線周波(RF)、またはマイクロ(μW)トランシーバ(送信)要素
241  トランシーバ(受信)要素
242  最上部
245  発光デバイス
250  デジタル符号化電気信号
252  光ビーム
260、261  デジタル信号
262  DC電圧レベル
263  高周波デジタル電圧信号
264  パケットA
265  パケットB
266  大域的無線電気的相互接続通信システム
268  可視光ビーム
269  電磁放射線
270  対応する受信機(センサー2)
271  発光体
272  出力開口
273  配光光学系
274  入力開口
275  反射(または屈折)手段
276  走行長L1
277  開口
278  出力放射開口
279  幅
279  出力開口
279  DY
280  入力光
281  共通断面寸法dY
282  厚さT
283  左側エッジ
285  透過光
286  再配向の領域
287  ビーム
288  出力ビーム
289  天井タイル
290  孔
292  ビーム
294  ドーム型レンズ
295  境界ボックス
296、297  点線
300  構造化されたキャビティ
301  内部的特徴
302  スロット
303  陥凹部
304  DC電力バスコネクタ
305  クリアランススロット
306  キャビティサイズ(および形状)
307  キャビティ開口(開口部)
308  スルーホール
308  空気流開口部
312  スロット
313  厚さ
314  幅
317  開口
318  プラス(アノード)電極
319  カソード電極
320  IC、ASIC、ICのグループ
321  外部DC電源電圧
322  接続線
324  センサーS1コンポーネント
325  バス接続
326  無線アンテナ
328  DC電圧信号
329  制御信号
330  大電力電流制御要素
332  限流負荷抵抗器(RL)
334  MOSFETゲート線(G)
335  MOSFETソース(S)端子
336  グランド線
338  MOSFETのドレイン(D)端子
340  LED
341  相互接続線
343  プラスの電圧線
344  3端子電圧レギュレータ
345  電圧調節用MOSFET
346  小型ポテンショメーター
348  キャパシタC1
349  キャパシタC2
350  動作電流(I1)
351  制御パルス
352  時間
353  期間
332、358、および359  直列負荷抵抗器
350、360、および361  枝電流
355 MOSFET/抵抗器直列枝回路
355、356、および357  電流スイッチング枝回路
332、358、および359  負荷抵抗器
365  スロット付きヒートシンク
328、362、および363  指定された低電流制御信号線
361  開口境界
365  ヒートシンク
366  枝回路パッケージ
366  中空容器
367  高さ
368  幅
369  ゲートコネクタ
370  枝回路コネクタ
371  グランドコネクタ
372  垂直スロット(またはフィン)
374  バスコネクタ
375  TO-220パッケージ
376  取付け用突起
377  電気バス要素
378  接点特徴
379  電気バス要素
380  接続要素
381  電気バス要素
383  電気回路素子
384、385、および386  コネクタピン
387  コネクタブロック
388  サブシステム
389  回路
390、391、および392  導電回路素子
394  表面実装コネクタブリッジ
395  接触表面
396  冷却用空気流
397  上方流
398  開放領域
399  IR受信機要素
400  IC
401  回路線
402  並列の回路線
403  コネクタブロック
404  ドーム型レンズ
405  回路線
406  遠い側の端子
407  回路線
407  16ピンSMD RF受信機
408  遠い側の端子
409  無線周波(RF)受信機モジュール
410  RFチップアンテナ
411  回路線
412  グランド接続線
413  回路線
414  回路線
415  回路線
416  拡大した斜視図
417  抵抗器
418  減結合キャパシタ
419  ±Δv振幅変調
427  拡大された部分
428  領域
430および431  回路ストリップ
432  接続ストリップ
433  コネクタ
434  DC電圧ストラップ
435  電極タブ
436  電極コネクタ
437  延長ストラップ
439  グランドストラップセグメント
440  低電力電子制御回路
442  電圧接続ストラップ
443  回路線
444  回路線
446  回路線
447  導電ブリッジ
448  回路パッド
446  接続タブ
449  回路線
450  接続パッド
451  IC端子
452  回路パッド
453  RF受信機端子
454  回路線
455  回路線
456  回路線
457  回路線
458  回路線
459  回路線
460および462  制御信号ケーブル回路
463および464  ケーブルコネクタヘッド
465  内部グランドストラップ
466および467  回路部材
471  グランドストラップ
476  低電力電子制御回路層
478  制御配線層
479  電圧供給層
480  タイルベース層
491〜493および494〜496  ガイド線
500および501  ガイド線
503〜505  ガイド線
506  ガイド線
509  受信機プレート
512  ローカルのRC復調回路
514  グランド線スロット
515  グランドストラップ
517および518  グランドコネクタタブ
522、523、および524  ガイド線
528  制御回路
530  電子回路シャシープレート
532  シャシーフレーム
534  回路層
535  3ピンコネクタブロック
537  グランドコネクタ
540  大電力配光部分
542および543  取付け用ネジ
544および545  陥凹スルーホール
546および547  取付け用孔
550  コネクタブロック
552  コネクタピン
555  ガイド線
557  ガイド線
560  プラスの電極端子
568  コネクタピン
570  電圧源
572  グランド
580  構造化埋込みキャビティ
581  内部的特徴
583および585  埋込みスロット
590〜597  ガイド線
600および602  配線ストラップ
605〜608  ガイド線
610〜612  ガイド線
615  コネクタタブ
617  コネクタタブ
620  コネクタタブ
622  コネクタ
625  点線領域
635  分解された状態の領域
642  取付け用孔
643  ガイド線
650  装飾カバープレートまたは鼻隠
652  空気流スロット
654  照明開口
656、657、および658  ガイド線
660  分解詳細図
664および666  レンチキュラーレンズフィルムシート
672、673、および674  ガイド線
676  鼻隠表面
680  対
683  特徴
685  床空間
686  ユーティリティ(またはプレナム)空間
690〜693  開口被覆シート
694  平面
695  LED発光体モジュール
696  配光光学系
700  復調コンポーネントグループ
701  面
702  面
704〜708  ガイド線
709  円錐状反射要素
710  円盤状放射状発光体
712、713  リング状円形配光光学系
714  柱面開口
715  LEDチップ
716  環状円筒形リング開口
718  放射状の光の流れ
720  円盤状底面
722  特徴
721および723  特徴
724  ガイド線
725および727  集合プラス電力端子
726  発光ユニット
728  底側
730  埋込み式電子回路
731〜734  ガイド線
734  LED発光体(またはチップ)
735  ヒートシンク要素
736  プレート
737  円形導光円盤
738  電流スイッチンググループ
739  光路変更フィルムまたはシート
740および774  コネクタ
741  出力面
742  空隙
743  放射状溝
744  電極パッド
746および748  上側電極
750  円形円盤状発光体
752  円形円盤状配光光学系
754  円形出力開口表面
762  電源電圧
764  グランド(または中性)接続
765、766、767、および768  規定のレベルの照明の光ビーム
772〜775  照明ビーム
777  ビーム重なり平面
790および791  スポット照明作業用ビーム
792および793  スポット照明作業用ビーム
795  ビーム
796  ビーム
800〜803  ビーム
810および812  導電層
814〜816  絶縁層
818(右側)および819(左側)  対称的に配置されたコネクタ取付け用スロット
820  中心の幹
822  T字状バースタイルのランナーシステム
824  薄型の曲げられる延長タブ
826  左前隅部分
846  埋込み板
848  最も厚い地点
850  LED発光体
854  熱除去フィン
856  ヒートシンクフィン
858  補助ヒートシンクフィン
860  電流スイッチング回路
861  フレックスケーブル
870  コア発光要素
872および873  ナベ頭ネジ
880  ライトパイプ
882  発光体結合光学系
883  プラスチック(または金属)シャシーフレーム
884  シャシーフレーム
886  ホールドダウンクリップ
888  4-40ネジ
889  ガイド線
890および892 4-40ネジ
897および898  ネジ
900  ガイド線
902  制御電圧コネクタ
904  対になる片方
910  端子
912  端子
920  出力光
924  マイクロファセット表面フィルム
926  ビーム
928  導光板部分
929  ファセットフィルム
930  指向性出力照明
932  点線領域
933  フレーム材料
936、937  プラスおよびマイナスの電極
940  電流OSTAR(商標)セラミックパッケージ
941および942  平行面
945  取付け用孔
948  第1の部分
952および954  部分
960  薄い透明光結合媒体
962  ファセット
964  高反射率強化銀(またはアルミニウム)
970  電圧アクセスストラップ
972  グランドアクセスストラップ
974  コネクタヘッド
976  タイル本体部キャビティ
978  点線領域
980  ガイド線
980  吸気スロット
982  キャビティ細部
982  正味出力ビーム
988  入射光源
990  分解斜視図
992  開口カバー
996  装飾用テーパー
998  照明開口
1002  出力ビーム
1010  埋込み板
1012  最も厚い地点
1014  最も薄い地点
1016および1018  LED発光体
1020および1022  発光体取付け用板
1024および1026  ヒートフィンアセンブリ
1030  厚さ
1032および1034  取付け用ネジ
1033および1035  取付け用孔
1040  角度変換リフレクタユニット
1041  底部
1042  左側
1043  右側
1044  上部
1050〜1053  サブアセンブリネジ
1055  位置決めピン
1062  リフレクタ曲面
1063  リフレクタ曲面
1070  導光板
1072  ファセットフィルムシート
1076  フレーム部材
1077  底部エッジ
1078  タブ
1080  取付け用ネジ
1081  止めネジ
1084、1086  角度範囲
1090  コア発光セグメント
1092  電子電力制御層
1094および1095  ガイド線
1097  取付け用ネジ
1099  電力ケーブル
1100および1102  発光開口
1106  底部側エッジ領域
1120  太い黒色の境界線
1122  チップ
1126  入力開口幅
1130  出力角度θ1
1133  リフレクタ部分
1140  点
1142  LED入力光線
1144  点
1146  出力光線
1148  リフレクタ軸直線
1150と1152  LED入力光線セグメント
1170  非対称出力光
1172  角度範囲
1174  角度範囲
1188  ビーム断面
1192  タイル材料埋込み領域
1196〜1199  エッジ
1202および1203  断面領域
1206および1208  エッジ
1210  4辺を持つ矩形の照明開
1212および1213  側壁
1217  スロット
1220〜1224  ガイド線
1226  埋込みキャビティ
1230〜1234  側壁
1236および1237  タイル表面平面
1240  外側照明開口部
1242  埋込み式開口被覆ベゼル
1254  支持リム表面
1260  セグメント化された開口被覆ベゼル
1262  セグメント分離バー
1270  DC電圧ストラップ
1271  空気流スロット
1272  グランドアクセスストラップ
1276  左前部分
1280  DC電圧接続タブ
1282  ガスケット
1284  エンジン埋込みキャビティ
1286  タイルキャビティ開口
1290〜1294  ガイド線
1296  キャビティ床
1298  タイルキャビティ側壁
1300  支持シャシー
1302〜1304  ガイド線
1310  装飾カバー
1320および1322  照明ビーム
1324、1326  軸
1330および1332  角度
1845  側面発光LED発光体
1850  ベースパッケージ
1852  上部から底部までの高さ
1860  円対称配光
1865  誘電体レンズ要素
1868および1870  外部電極
1872  平面導体
1880  電気回路板
1895  背面反射ベース平面
1865、1897、および1895  要素
1880  電気回路板
1881  中央の取付け位置
1895  背面反射ベース平面
1895および1897  背面リフレクタ
1896  切欠
1887  背面反射側壁
1899  光散乱特徴
1899  光抽出器
1901  距離
1902  中レベルの分散板
1903  円形リフレクタフィルム
1904  シャシーボックス
1905  支持出っ張り
1906  多層出力スタック
1914  点線領域
1920  スルーホール
1925  側面発光の光線
1928  光線
1932  光線
1935  光線
1937  半球(または疑似半球)角分布
1940  電子回路部分
1942  発光部分
1946  シャシーフレーム
1948  タイル埋込みリム表面
1950  ヒートシンクフィン
1954および1956  エンジンの端子
1958  プラス側電極
1960  マイナス側電極
1964〜1966  ガイド線
1968  ガイド線
1970  ガイド線
1971  近似的な中心
1972  タイル本体部の細部
1974〜1977  埋込み特徴
1979〜1981  エッジ境界
1982  エッジ境界
1984  タイル本体部の特徴
1986〜1988  ガイド線
1990  DC電圧ストラップ
1992  グランドアクセスストラップ
1994  照明開口
1998〜2002  ビーム
2020  電気回路板
2022  電極
2024  LED発光体
2026  矩形の角度変換リフレクタ
2027  リフレクタ長
2028  変換リフレクタの出力開口
2030  構造スペース要素
2032  表面
2034  スルーホール
2036  スペーサー側壁
2038  空気流スロット
2040  反射キャビティフレーム
2042  反射側壁
2044  支持手段
2050  部分反射開口マスク
2060  多層選択的反射出力板
2072および2073  部材
2080および2081  ガイド線
2102  偏光変換リフレクタ要素
2104  金属製反射平面
2106  広帯域1/4波長位相遅延フィルム層
2110  出力偏光リフレクタ平面
2112  反射偏光子
2114  金属製リフレクタアレイ層
2114  部分反射層
2116  (周囲)4面リフレクタ
2120  空隙G
2122  出力コリメーション角度
2130  光線
2132  点
2134  点
2136  透過光線
2138  正反射光線
2138  S偏光の光線
2140  点
2144  P偏光の光線
2147  外側境界
2150  ±30°領域
2152  点
2155  増分的なビームの広がりS
2160および2161  エッジ端点
2168  出力開口
2170〜2175  点線の照明視線
2180〜2187  出力光線
2184〜2187  S-P偏光変換光線経路
2195  仮想イメージ
2190と2192  参照点
3002  正方形の断面のP偏光配光
3004  点線領域
3006  近視野輝度のディップ
3008  僅かに上昇した輝度のリング
3010  リング
3012  理想的な遠視野像
3014  遠視野像
3016  小さな輝度のディップ
3020  出力光近視野像
3022  反射変換S偏光
3024  輝度のディップ
3030  中心部分
3032  外側領域
3034  正方形のスルーホール
3036  ミラーコーティング
3037  透明基材層
3037および3044  基材層
3048  初期光源光線
3050  表面法線
3052  未偏光の光線軌跡
3186  発光モジュール
3064  光線
3070  エッジ長
3072  LEDチップ
3078  エッジ長X
3080  入力エッジ長
3100  RAT(またはCAT)リフレクタ
3102  入力開口幅
3104  理想的な出力開口幅
3106  理想的なリフレクタ長
3108  切り詰められたリフレクタ長
3110  切り詰められたリフレクタ開口幅
3112および3114  リフレクタ対称側壁プロファイル
3113  鏡軸
3116  曲率点
3118  輪郭がはっきり見える円錐
3120  半角
3122  指向性出力照明
3124〜3134  光線経路
3138  切断線
3140  光線経路
3142  点
3144  角度の理想性
3150  4セクションRATリフレクタ
3152〜3155  反射セクション
3160  入力開口
3162  出力開口
3164  それぞれの入力開口と出力開口との間の分離距離
3166  壁空間
3168  突出部
3170および3172  対向側壁
3176  4チップOSTAR(商標)発光体バージョン
3178および3180  取付けブロック
3182  OSTAR発光体の基材
3186  発光部分
3188  LEDチップ
3190および3091  ネジ
3194  熱伝導回路基板
3195  熱伝導要素
3196  拡散窓
3198  1"×1"シャシーフレーム
3200  出力開口
3201および3202  ガイド線
3203〜3204  ガイド線
3205〜3208  ペグ
3209〜3212  孔
3220  ビーム
3230  シャシーフレーム
3232  ヒートシンクフィン
3234  電子回路板
3290  埋込みの細部
3300  点線領域
3301〜3306  埋込み特徴
3320〜3322  ガイド線
3324〜3327  ガイド線
3330  照明開口
3350〜3353  空間的に重なり合う投光照明ビーム
3356  高さ
3358  照明パターン
3360  エッジ
3361  内部薄壁形態
3362  エッジ
3364〜3367  反射要素
3370  成形プラスチック(または電鋳金属)の4セクションRATリフレクタ
3371  4セクション入力開口
3372  内側側壁
3380  LED発光体
3383  ガイド線
3388〜3390  1mm LEDチップ
3392  間隔
3400  取付け用板
3402  取付け用フレーム
3406  基材
3408  保護ダイオード
3410  取付脚
3414  左右対称のナベ小ネジ
3416  スルーホール
3450  モジュール
3454  1"×1"熱伝導回路基板
3455  ネジ山付き取付け用手段
3456  1"×1"シャシーフレーム
3458  取付け用ペグ
3460  ヒートシンクフィン
3462  出力フレーム(または鼻隠)
3464および3466  光広がりフィルムシート
3468  内部フィルム保持フレーム
3472〜3473  ガイド線
3480  光広がりフィルムスタック
3490  回路板
3494  フロントビーム
3496  正方形の断面
3498および3500  エッジ境界寸法
3502  高さ
3510  ビーム
3512  矩形(正方形ではなく)の断面
3514および3516  エッジ境界寸法
3522と3524  ビーム中心
3540  ビーム遠視野像
3600  左側の枝
3602  右側の枝
3604  高電圧AC電線導管
3606  仕上げ内装工事業者
3608  納入段階
3610  構造天井
3612  工程
3620  標準的技法
3622  DC給電吊り下げグリッド
3624  段階
3626  配置
3700、3710、および3720  枝
3701、3711、および3721  設計
3702、3712、および3722  製造
3704m、3715、および3725  設置
3713  組立て
3800  大域的に計画された設計段階
3801〜3803  製造経路
3805  輸送
3806  受動的タイル
3810  工程ブロック
7200  表面
【図１Ａ】
0005492899.tif 000005
【図１Ｂ】
0005492899.tif 000006
【図１Ｃ】
0005492899.tif 000007
【図１Ｄ】
0005492899.tif 000008
【図１Ｅ】
0005492899.tif 000009
【図１Ｆ】
0005492899.tif 000010
【図２Ａ】
0005492899.tif 000011
【図２Ｂ】
0005492899.tif 000012
【図２Ｃ】
0005492899.tif 000013
【図２Ｄ】
0005492899.tif 000014
【図２Ｅ】
0005492899.tif 000015
【図３Ａ】
0005492899.tif 000016
【図３Ｂ】
0005492899.tif 000017
【図３Ｃ】
0005492899.tif 000018
【図３Ｄ】
0005492899.tif 000019
【図３Ｅ】
0005492899.tif 000020
【図３Ｆ】
0005492899.tif 000021
【図３Ｇ】
0005492899.tif 000022
【図３Ｈ】
0005492899.tif 000023
【図３Ｉ】
0005492899.tif 000024
【図３Ｊ】
0005492899.tif 000025
【図３Ｋ】
0005492899.tif 000026
【図３Ｌ】
0005492899.tif 000027
【図３Ｍ】
0005492899.tif 000028
【図４Ａ】
0005492899.tif 000029
【図４Ｂ】
0005492899.tif 000030
【図４Ｃ】
0005492899.tif 000031
【図５】
0005492899.tif 000032
【図６】
0005492899.tif 000033
【図７】
0005492899.tif 000034
【図８】
0005492899.tif 000035
【図９】
0005492899.tif 000036
【図１０】
0005492899.tif 000037
【図１１】
0005492899.tif 000038
【図１２】
0005492899.tif 000039
【図１３】
0005492899.tif 000040
【図１４】
0005492899.tif 000041
【図１５】
0005492899.tif 000042
【図１６】
0005492899.tif 000043
【図１７】
0005492899.tif 000044
【図１８】
0005492899.tif 000045
【図１９】
0005492899.tif 000046
【図２０】
0005492899.tif 000047
【図２１】
0005492899.tif 000048
【図２２】
0005492899.tif 000049
【図２３】
0005492899.tif 000050
【図２４】
0005492899.tif 000051
【図２５】
0005492899.tif 000052
【図２６】
0005492899.tif 000053
【図２７】
0005492899.tif 000054
【図２８】
0005492899.tif 000055
【図２９】
0005492899.tif 000056
【図３０】
0005492899.tif 000057
【図３１】
0005492899.tif 000058
【図３２】
0005492899.tif 000059
【図３３】
0005492899.tif 000060
【図３４】
0005492899.tif 000061
【図３５】
0005492899.tif 000062
【図３６】
0005492899.tif 000063
【図３７】
0005492899.tif 000064
【図３８】
0005492899.tif 000065
【図３９】
0005492899.tif 000066
【図４０】
0005492899.tif 000067
【図４１】
0005492899.tif 000068
【図４２】
0005492899.tif 000069
【図４３】
0005492899.tif 000070
【図４４】
0005492899.tif 000071
【図４５】
0005492899.tif 000072
【図４６】
0005492899.tif 000073
【図４７】
0005492899.tif 000074
【図４８】
0005492899.tif 000075
【図４９】
0005492899.tif 000076
【図５０】
0005492899.tif 000077
【図５１】
0005492899.tif 000078
【図５２】
0005492899.tif 000079
【図５３】
0005492899.tif 000080
【図５４】
0005492899.tif 000081
【図５５】
0005492899.tif 000082
【図５６】
0005492899.tif 000083
【図５７】
0005492899.tif 000084
【図５８Ａ】
0005492899.tif 000085
【図５８Ｂ】
0005492899.tif 000086
【図５８Ｃ】
0005492899.tif 000087
【図５８Ｄ】
0005492899.tif 000088
【図５９】
0005492899.tif 000089
【図６０】
0005492899.tif 000090
【図６１】
0005492899.tif 000091
【図６２】
0005492899.tif 000092
【図６３】
0005492899.tif 000093
【図６４】
0005492899.tif 000094
【図６５】
0005492899.tif 000095
【図６６】
0005492899.tif 000096
【図６７】
0005492899.tif 000097
【図６８】
0005492899.tif 000098
【図６９】
0005492899.tif 000099
【図７０】
0005492899.tif 000100
【図７１】
0005492899.tif 000101
【図７２】
0005492899.tif 000102
【図７３】
0005492899.tif 000103
【図７４】
0005492899.tif 000104
【図７５】
0005492899.tif 000105
【図７６】
0005492899.tif 000106
【図７７】
0005492899.tif 000107
【図７８】
0005492899.tif 000108
【図７９】
0005492899.tif 000109
【図８０】
0005492899.tif 000110
【図８１】
0005492899.tif 000111
【図８２】
0005492899.tif 000112
【図８３】
0005492899.tif 000113
【図８４】
0005492899.tif 000114
【図８５】
0005492899.tif 000115
【図８６】
0005492899.tif 000116
【図８７】
0005492899.tif 000117
【図８８】
0005492899.tif 000118
【図８９】
0005492899.tif 000119
【図９０】
0005492899.tif 000120
【図９１】
0005492899.tif 000121
【図９２】
0005492899.tif 000122
【図９３】
0005492899.tif 000123
【図９４】
0005492899.tif 000124
【図９５】
0005492899.tif 000125
【図９６】
0005492899.tif 000126
【図９７】
0005492899.tif 000127
【図９８】
0005492899.tif 000128
【図９９】
0005492899.tif 000129
【図１００】
0005492899.tif 000130
【図１０１】
0005492899.tif 000131
【図１０２Ａ】
0005492899.tif 000132
【図１０２Ｂ】
0005492899.tif 000133
【図１０３Ａ】
0005492899.tif 000134
【図１０３Ｂ】
0005492899.tif 000135
【図１０３Ｃ】
0005492899.tif 000136
【図１０３Ｄ】
0005492899.tif 000137
【図１０４】
0005492899.tif 000138
【図１０５】
0005492899.tif 000139
【図１０６】
0005492899.tif 000140
【図１０７】
0005492899.tif 000141
【図１０８】
0005492899.tif 000142
【図１０９】
0005492899.tif 000143
【図１１０Ａ】
0005492899.tif 000144
【図１１０Ｂ】
0005492899.tif 000145
【図１１０Ｃ】
0005492899.tif 000146
【図１１０Ｄ】
0005492899.tif 000147
【図１１０Ｅ】
0005492899.tif 000148
【図１１０Ｆ】
0005492899.tif 000149
【図１１１Ａ】
0005492899.tif 000150
【図１１１Ｂ】
0005492899.tif 000151
【図１１２Ａ】
0005492899.tif 000152
【図１１２Ｂ】
0005492899.tif 000153
【図１１２Ｃ】
0005492899.tif 000154
【図１１２Ｄ】
0005492899.tif 000155
【図１１２Ｅ】
0005492899.tif 000156
【図１１２Ｆ】
0005492899.tif 000157
【図１１３Ａ】
0005492899.tif 000158
【図１１３Ｂ】
0005492899.tif 000159
【図１１４Ａ】
0005492899.tif 000160
【図１１４Ｂ】
0005492899.tif 000161
【図１１５】
0005492899.tif 000162
【図１１６】
0005492899.tif 000163
【図１１７】
0005492899.tif 000164
【図１１８】
0005492899.tif 000165
【図１１９】
0005492899.tif 000166
【図１２０Ａ】
0005492899.tif 000167
【図１２０Ｂ】
0005492899.tif 000168
【図１２１Ａ】
0005492899.tif 000169
【図１２１Ｂ】
0005492899.tif 000170
【図１２２Ａ】
0005492899.tif 000171
【図１２２Ｂ】
0005492899.tif 000172
【図１２３Ａ】
0005492899.tif 000173
【図１２３Ｂ】
0005492899.tif 000174
【図１２４Ａ】
0005492899.tif 000175
【図１２４Ｂ】
0005492899.tif 000176
【図１２５Ａ】
0005492899.tif 000177
【図１２５Ｂ】
0005492899.tif 000178
【図１２５Ｃ】
0005492899.tif 000179
【図１２５Ｄ】
0005492899.tif 000180
【図１２６Ａ】
0005492899.tif 000181
【図１２６Ｂ】
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【図１２６Ｃ】
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【図１２６Ｄ】
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【図１２６Ｅ】
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【図１２６Ｆ】
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【図１２６Ｇ】
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【図１２７】
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【図１２８Ａ】
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【図１２８Ｂ】
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