(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプアセンブリであって、
複数の取付け面を有するハウジングであり、前記複数の取付け面が、当該ランプアセンブリによって照明される面に平行の第１の平面に対して複数の異なる角度を有する面を備える、ハウジングと、
前記取付け面の各々に取り付けられる少なくとも１つの固体光エレメントであり、複数の前記固体光エレメントからなる少なくとも１つのサブセットの各々が、前記第１の平面に対して直角をなしている第２の平面と交差し、且つ、前記ハウジングの中心線と交差する対応する個々の主軸に沿って光出力を提供し、複数の前記固体光エレメントの前記光出力が結合して合成照明パターンを形成する、少なくとも１つの固体光エレメントと
を備え、
複数の前記固体光エレメントからなる前記サブセットの少なくとも各々からの前記光出力の特定の強度及びビーム角によって、一様な角強度が実現される、ランプアセンブリ。
【請求項２】
複数の前記固体光エレメントのうちの少なくとも１つが、関連する固体光エレメントによって生成される光を平行にする平行化コンポーネントを備える、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項３】
前記平行化コンポーネントが、該固体光エレメントによる出力光を５°以下のビーム角に平行化する、請求項２に記載のランプアセンブリ。
【請求項４】
前記固体光エレメントの各々が、該固体光エレメントによる出力光を約２°のビーム角に平行化する平行化コンポーネントを含む、請求項３に記載のランプアセンブリ。
【請求項５】
前記合成照明パターンを生成するための追加ビームステアリング光学系を必要としない、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項６】
前記固体光エレメントが発光ダイオードである、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項７】
前記固体照明エレメントによってもたらされる光が平行化され、それにより他の複数の前記固体照明エレメントの角強度と実質的に等価の角強度が与えられる、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項８】
当該ランプアセンブリの前記照明パターンが、白熱ランプ又はガス放電ランプによって提供される一様性より優れた一様性を有する、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項９】
前記照明パターンが当該ランプアセンブリに対して非対称である、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項１０】
前記取付け面が、第１の複数の取付け面及び第２の複数の取付け面を備え、前記第１の複数の取付け面が、平均すると、前記第２の平面に対して前記第２の複数の取付け面より小さい角度を有する、請求項１に記載のランプアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の複数の取付け面に取り付けられる固体照明エレメントが、前記照明パターンの第１の領域のための照明を提供し、前記第２の複数の取付け面に取り付けられる固体照明エレメントが、前記照明パターンの第２の領域のための照明を提供する、請求項１０に記載のランプアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の領域が前記第２の領域より広い、請求項１１に記載のランプアセンブリ。
【請求項１３】
固体ランプアセンブリであって、
照明パターンを形成するように構成され、且つ、当該ランプアセンブリから当該ランプアセンブリによって照明される面まで延びる主軸を有する前記ランプアセンブリに取り付けられる複数の固体光エレメントと、
前記主軸に対して複数の角度を有する取付け面であり、該取付け面に複数の前記固体光エレメントが取り付けられ、それらの各々が前記取付け面に対して直角の出力軸に沿って光出力を提供し、複数の前記固体光エレメントからなる少なくとも１つのサブセットの前記出力軸が、前記主軸を含んだ平面及び前記ランプアセンブリの中心線と交差する、取付け面と、
複数の前記固体光エレメントからなる少なくとも１つのサブセットに取り付けられる複数の第２の光学系と、
を備え、
前記第２の光学系の各々は、対応する前記固体光エレメントの前記光出力を平行化するように構成され、
前記複数の第２の光学系は、前記固体ランプアセンブリからの光出力の一様な角強度を提供する、固体ランプアセンブリ。
【請求項１４】
前記取付け面が、前記主軸に対して６つ以上の異なる角度を備える、請求項１３に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項１５】
前記取付け面が、前記主軸に対して１１個以上の異なる角度を備える、請求項１３に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項１６】
前記第２の光学系が、該固体光エレメントからの出力光を約５°未満のビーム角に平行化する、請求項１３に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項１７】
前記第２の光学系が、前記取付け面のすべての異なる角度全体にわたって一様な角強度が提供されるように選択される、請求項１３に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項１８】
前記出力パターンが当該固体ランプアセンブリの中心線に対して非対称である、請求項１３に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項１９】
前記非対称出力パターンが、第１の照明領域及び前記第１の照明領域より狭い第２の照明領域を含む、請求項１８に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項２０】
前記非対称出力パターンが、第１の照明領域及び前記第１の照明領域の面積と実質的に同じ面積の第２の照明領域を含む、請求項１８に記載の固体ランプアセンブリ。
【請求項２１】
前記第１の照明領域が前記第２の照明領域からオフセットしている、請求項２０に記載のランプアセンブリ。
【請求項２２】
ランプアセンブリであって、
当該ランプアセンブリから当該ランプアセンブリによって照明される面まで延びる主軸を有するハウジングであり、複数の取付け面を備えるハウジングと、
前記取付け面に取り付けられる複数の固体光エレメントであって、複数の前記固体光エレメントからなる少なくとも１つのサブセットの各々が、第１の軸に対して直角をなしている第２の平面と交差し、且つ、前記ハウジングの中心線と交差する対応する個々の軸に沿って光出力のビームを提供する、固体光エレメントと、
前記固体光エレメントからなる少なくとも１つのサブセットに取り付けられる、対応する個々の固体光エレメントからの出力光を平行にする複数の平行化コンポーネントと、
前記平行化コンポーネントからなる少なくとも１つのサブセットに取り付けられる複数の拡大光学系であり、前記平行化コンポーネントからの前記出力光を、前記固体光エレメントによって照明される対象の前記固体光エレメントからの距離に基づいて選択されるビーム幅に拡大し、前記ランプアセンブリからの光出力の一様な角強度を提供する、複数の拡大光学系と
を備える、ランプアセンブリ。
【請求項２３】
前記複数の固体光エレメントの各々が光のビームをもたらし、前記複数の固体光エレメントからの前記複数のビームが結合して合成照明パターンを形成する、請求項２２に記載のランプアセンブリ。
【請求項２４】
前記取付け面が、前記主軸に対して６つ以上の異なる角度を備える、請求項２２に記載のランプアセンブリ。
【請求項２５】
前記取付け面が、前記主軸に対して１１個以上の異なる角度を備える、請求項２２に記載のランプアセンブリ。
【請求項２６】
前記平行化コンポーネントが、前記複数の固体光エレメントからの出力光を約５度未満のビーム角に平行化する、請求項２２に記載のランプアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００８年７月２日に出願した、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている、「Light Unit With Light Output Pattern Synthesized From Multiple LightSources,」という名称の米国特許仮出願第６１／０７７７４７号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本開示はＬＥＤベース光ユニットに関し、より具体的には、少数のＬＥＤエレメント及び少数の光学系を使用した、合成出力パターンを備えたＬＥＤベース光ユニットに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]照明システムには、伝統的に、白熱光、蛍光光及び発光ダイオード（ＬＥＤ）をベースとする光を一般的に含む様々な異なるタイプの照明デバイスが使用されている。ＬＥＤをベースとする光には、特定の光又は照明システムのニーズに見合う十分な光を生成するために、通常、複数のダイオードエレメントが利用されている。常に高騰するエネルギーの価格をオフセットさせ、又、温室ガスの発生を有意に抑制するための手法の１つとして、ＬＥＤ照明は、この点に関して極めて有望である。１ワット当たり１５０ルーメンに接近しつつあり、又、寿命が５０，０００時間を超えるその有効性のため、ＬＥＤ及びＬＥＤ技術に基づく照明製品は、潜在的に、住宅用及び商用の屋内及び屋外アプリケーションにおける照明市場に食い込む大きな可能性を秘めている。
【０００４】
[0004]ＬＥＤをベースとする光は、例えば白熱源と比較すると、著しく有利な効率及び寿命を提供し、又、生成される廃熱がより少ない。例えば、完全な固体照明デバイスを製造したと仮定すると、白熱照明源の場合に必要なエネルギーと等価のエネルギーのわずかに１／２０のエネルギーを使用するだけで同じレベルの輝度を達成することができる。ＬＥＤの場合、白熱光及びコンパクト蛍光などの多くの他の照明源より長い寿命が提供され、又、蛍光タイプの光に含まれている環境に有害な水銀は含まれていない。又、ＬＥＤをベースとする光によれば、瞬時オンの利点が提供され、又、オン−オフサイクルの反復によって劣化することはない。
【０００５】
[0005]上で言及したように、ＬＥＤをベースとする光には、通常、光を生成するための複数のＬＥＤエレメントが利用されている。ＬＥＤエレメントは、当分野でよく知られているように微小面光源であり、放射パターンを整形し、又、ＬＥＤの出力の反射を補助する関連光学系をしばしば備えている。ＬＥＤは、電子デバイス上の微小表示光としてしばしば使用されており、懐中電灯及び面照明などのより大きい電力アプリケーションがますます増加している。放出される光の色は、ＬＥＤの接合を形成するために使用される半導体材料の組成及び条件で決まり、赤外光、可視光及び紫外光を使用することができる。
【０００６】
[0006]可視スペクトル内では、ＬＥＤは、所望の色が生成されるように製造することができる。ＬＥＤが面照明のために使用されるアプリケーションの場合、白色光出力であることが一般的には望ましい。高強度白色光ＬＥＤを製造するための２つの一般的な方法が存在している。１つの方法は、最初に３原色（赤、緑及び青）を放出する個々のＬＥＤを製造し、次にこれらのすべての色を混合して白色光を生成することである。このような製品は、一般に多色白色ＬＥＤと呼ばれており、ＲＧＢ  ＬＥＤと呼ばれることもある。このような多色ＬＥＤには、通常、異なる色の配合及び拡散を制御するための複雑な電気光学設計が必要であり、又、この手法は、この業界ではこれまでのところ、白色ＬＥＤを大量生産するためにはほとんど使用されていない。原理的には、この機構は、白色光の生成においては比較的高い量子効率を有している。
【０００７】
[0007]白色ＬＥＤ出力を生成する第２の方法は、ＩｎＧａＮでできた青色ＬＥＤなどの１つの色のＬＥＤを製造し、そのＬＥＤに異なる色の燐光体コーティング材をコーティングして白色光を生成することである。このようなＬＥＤベース照明エレメントを製造するための一般的な方法の１つは、燐光体がコーティングされたエポキシの内側にＩｎＧａＮ青色ＬＥＤをカプセル封じすることである。一般的な黄色燐光体材料は、セリウムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ３＋：ＹＡＧ）である。元のＬＥＤの色に応じて、異なる色の燐光体を使用することも可能である。このような技法を使用して製造されたＬＥＤは、一般に燐光体ベース白色ＬＥＤと呼ばれている。製造コストは多色ＬＥＤより安価ではあるが、燐光体ベースＬＥＤは、多色ＬＥＤと比較すると、より小さい量子効率を有している。又、燐光体ベースＬＥＤは、燐光体に関連する劣化問題を抱えており、ＬＥＤの出力が時間と共に劣化する。燐光体ベース白色ＬＥＤは、製造が比較的より容易であるが、このようなＬＥＤは、より短い波長の光子（例えば青色光子）がより長い波長の光子（例えば白色光子）に変換される場合に生じる損失であるストークスエネルギー損失によって影響される。したがって、このようなアプリケーションに使用される燐光体の量を少なくすることがしばしば望ましく、それによりこのエネルギー損失を小さくすることがしばしば望ましい。したがって、このように燐光体の量が少ないＬＥＤエレメントを使用したＬＥＤをベースとする白色光は、通常、観察者から見ると青色を有している。
【０００８】
[0008]様々な他のタイプの固体照明エレメントを様々な照明アプリケーションに使用することも可能である。量子ドットは、例えば、固有の光特性を有する半導体ナノクリスタルである。量子ドットの発光色は、可視スペクトルから赤外スペクトルまで調整することができる。したがって量子ドットＬＥＤは、ほぼすべての出力色を生成することができる。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）には、有機化合物である放出層材料が含まれている。半導体として機能させるためには、この有機放出材料は、共役π結合を有していなければならない。放出材料は、結晶相又は重合体中の微小有機分子であってもよい。重合体材料は可撓性であってもよく、このようなＬＥＤは、ＰＬＥＤ又はＦＬＥＤとして知られている。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]本開示によれば、少数のＬＥＤエレメントを使用して所望の照明特性を満足する出力照明パターンを生成するＬＥＤベース光ユニットが提供される。本開示によれば、他の点光源と結合すると、ＬＥＤヘッドカウントを最少化し、且つ、追加ビームステアリング光学系を必要としない合成光出力が提供されるよう、所望の方向に導かれる多数の点光源が提供される。
【００１０】
[0010]本開示の一態様によれば、ランプアセンブリであって、（ａ）複数の取付け面を有し、該複数の取付け面が、ランプアセンブリによって照明される面に実質的に平行の第１の平面に対して複数の異なる角度を有する面を備えるハウジングと、（ｂ）個々の取付け面に取り付けられる少なくとも１つの固体光エレメントであって、複数の光エレメントからなる少なくとも１つのの各々が、第１の平面に対して直角をなしている第２の平面と交差し、且つ、ハウジングの中心線と交差する対応する個々の主軸に沿って光出力を提供し、複数の固体光エレメントの出力が結合して合成照明パターンを形成する、少なくとも１つの固体光エレメントとを備える、ランプアセンブリが提供される。一実施形態では、複数の固体光エレメントのうちの少なくとも１つは、関連する固体光エレメントによって生成される光を平行にする平行化コンポーネントを備えており、この平行化コンポーネントは、固体光エレメントによって出力光を５°以下のビーム角に平行化することができる。一実施形態では、固体照明エレメントによって提供される光が平行化され、それにより複数の固体照明エレメントの他の角強度と実質的に等価の角強度が提供される。様々な実施形態のランプアセンブリの照明パターンは、白熱ランプ又はガス放電ランプによって提供される一様性より優れた一様性を有している。いくつかの実施形態では、照明パターンは、ランプアセンブリに対して非対称である。
【００１１】
[0011]一実施形態では、ランプアセンブリには、第１の複数の取付け面及び第２の複数の取付け面を備えた取付け面が含まれており、第１の複数の取付け面は、平均すると、第２の平面に対して第２の複数の取付け面より小さい角度を有している。他の実施形態では、第１の複数の取付け面に取り付けられる固体照明エレメントが、照明パターンの第１の領域のための照明を提供し、又、第２の複数の取付け面に取り付けられる固体照明エレメントが、照明パターンの第２の領域のための照明を提供する。さらに他の実施形態では、第１の領域を第２の領域より広くすることができ、或いはこれらの領域のサイズを同じにしてオフセットさせることができる。
【００１２】
[0012]本開示の他の態様によれば、ランプアセンブリであって、（ａ）照明パターンを形成するように構成され、且つ、ランプアセンブリから該ランプアセンブリによって照明される面まで実質的に直角に延在する主軸を有するランプアセンブリに取り付けられる複数の固体光エレメントと、（ｂ）主軸に対して複数の角度を有する取付け面であって、該取付け面に複数の固体光エレメントが取り付けられ、それらの各々が取付け面に対して直角の出力軸に沿って光出力を提供し、複数の固体光エレメントからなる少なくとも１つのの出力軸が、主軸を含んだ平面及びランプアセンブリの中心線と交差する、取付け面とを備える、ランプアセンブリが提供される。出力パターンは、ランプアセンブリの中心線に対して非対称にすることができる。一実施形態では、非対称出力パターンには、第１の照明領域及び第１の照明領域より小さい第２の照明領域が含まれている。他の実施形態では、非対称出力パターンには、第１の照明領域及び第１の照明領域の面積と実質的に同じ面積の第２の照明領域が含まれている。他の実施形態では、第１の照明領域は第２の照明領域からオフセットしている。いくつかの実施形態では、光エレメントが他の光エレメントに向かって取り付けられ、且つ、他の光エレメントに向かって導かれており、したがってランプアセンブリは、様々な「ダークスカイ」ゴールに応じることができるため、ランプアセンブリから放出されるアップライトが抑制される。
【００１３】
[0013]本開示の他の態様によれば、ランプアセンブリであって、（ａ）ランプアセンブリから該ランプアセンブリによって照明される面まで実質的に直角に延在する主軸を有する、複数の取付け面を備えるハウジングと、（ｂ）取付け面に取り付けられる複数の固体光エレメントと、（ｃ）固体光エレメントからなる少なくとも１つのに取り付けられる、対応する個々の光エレメントからの出力光を平行にする複数の平行化コンポーネントと、（ｄ）平行化コンポーネントからなる少なくとも１つのに取り付けられる複数の拡大光学系（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｏｐｔｉｃｓ）であって、平行化コンポーネントからの出力光を、光エレメントによって照明される対象の光エレメントからの距離に基づいて選択されるビーム幅に拡大する、複数の拡大光学系とを備える、ランプアセンブリが提供される。
【００１４】
[0014]本開示のさらに他の態様によれば、固体照明アセンブリから所望の照明パターンを生成するための方法であって、（ａ）複数の異なる固体光エレメントからの出力光をベクトルとしてモデル化するステップであって、個々のベクトルの方向が対応する個々の光エレメント出力の中央ローブのポインティングに基づいて決定され、又、個々のベクトルの長さが光エレメントのピーク照度の強度に基づいて決定される、ステップと、（ｂ）照明アセンブリから出力される所望の強度パターンを決定するステップと、（ｃ）所望の強度パターンを達成するために複数のポインティングベクトルの方向及び長さを決定するステップとを含む方法が提供される。一実施形態では、この方法には、（ｄ）照明アセンブリのためのハウジングの構成を複数のポインティングベクトルの決定された方向及び長さに基づいて決定するステップがさらに含まれている。一実施形態では、固体照明エレメント及び関連する平行化エレメントは、関連するポインティングベクトルの長さに基づいて選択される。照明エレメントが取り付けられる面の角度は、関連するポインティングベクトルの方向に基づいて決定することができる。
【００１５】
[0015]本開示のこれら及び他の態様は、とりわけ添付の図面を参照しながら本開示を読むことによって当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＬＥＤランプ及びガス放電ランプに対するランプのコスト対ランプの出力を示すグラフである。
【図２】ＬＥＤランプ及びガス放電ランプに対する、総ライフサイクルコストを含む、ランプのコスト対ランプの出力を示すグラフである。
【図３】ＬＥＤのピーク強度に対するＬＥＤの相対光度対定義済み伝搬からの角度を示すグラフである。
【図４】本開示の一実施形態のＬＥＤエレメントのアレイを示す断面図である。
【図５】本開示の一実施形態のＬＥＤエレメントのアレイを示す斜視図である。
【図６】本開示の一実施形態の平行化光学エレメントの分解図である。
【図７】照明エレメントの出力の角強度を示す線図である。
【図８】面に対して直角の方向に光出力を提供する点光源を有する一実施形態の二次元表面を示す線図である。
【図９】可変光強度及び異なる平行化で光出力を提供する点光源を有する他の実施形態の二次元表面を示す線図である。
【図１０】本開示の他の実施形態のビームステアリング光学系を示す図である。
【図１１】一実施形態の非対称出力パターンを有する発光体を使用して照明された道路を示す図である。
【図１２】一実施形態の路面の出力領域を示す図である。
【図１３】他の実施形態の路面のオフセット出力領域を示す図である。
【図１４】本開示の一実施形態のランプアセンブリの平面図である。
【図１５】図１４のランプアセンブリの側面図である。
【図１６】図１４のランプアセンブリの斜視図である。
【図１７】本開示の他の実施形態のランプアセンブリの底面斜視図である。
【図１８】図１７のランプアセンブリの側面図である。
【図１９】図１７のランプアセンブリの断面図である。
【図２０】図１７の部分的にアセンブルされたランプアセンブリの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0037]本開示には、ＬＥＤをベースとする照明設計の場合、ＬＥＤのアレイを含んだ低コストＬＥＤランプを生成することが望ましいことが認識されている。又、本開示には、一様な照明パターンを生成することが望ましく、或いは特定の非一様な照明パターンを必要とする場合、所望のパターンの照明を提供することが望ましいことが認識されている。さらに、本開示には、コストをさらに低減するためには、平行化を必要とするＬＥＤの数を同じく最少化しなければならないことが認識されている。本開示によれば、これらの基準を満足する光ユニット、並びにこのような改良型設計を製造する方法が提供される。道路照明、事務所又は他の作業現場の照明或いは住宅照明など、ランプを使用しなければならないアプリケーションは、基本的な出力パターン要求事項を有している。このような出力パターン要求事項は、ランプの高さ及びランプ間の間隔に応じて、フートキャンドル単位の最小照明及び敷地範囲の照明を含むことができる。最初に、必要なパターン幅がそれを許容するだけの十分なパターン幅である場合、中心照度ピークを確立するために十分な数の非平行化ＬＥＤが使用される。次に、出力パターンを「満たす」ために細いＬＥＤビームが照準され、それにより出力パターン要求事項を満足する一様な出力パターンが生成される。したがって本開示によれば、所望の出力パターンを備え、その一方で、使用される光エレメントの数が少ないためにランプコストが安価であり、且つ、ランプに必要な光学系の数が少ないランプが提供される。
【００１８】
[0038]最初に図１を参照して、異なるタイプのランプに対する相対コストを示すグラフについて説明する。図１から分かるように、典型的なガス放電ランプの１ルーメン出力当たりのコストは、ルーメン出力が大きくなるほど小さくなっている。しかしながら、ＬＥＤランプのルーメン出力を大きくするためにはＬＥＤエレメントをさらに追加しなければならず、したがってＬＥＤランプのコストは出力に比例している。言い換えると、ＬＥＤランプの１ルーメン当たりのコストは、出力が大きくなっても本質的に一定である。今日の設計によれば、これは、ＬＥＤをベースとする照明装置がガス放電ランプとコスト的に競合し得る少なくとも３つのレジームが存在するシナリオを生成している。第１のレジームは、ＬＥＤをベースとする照明が大きな市場シェアを獲得している自動車用照明及び懐中電灯などの低電力特性照明市場で一般的に見られるように、より低いルーメン出力レベルに存在している。第２のレジームは、建築照明などの場合のように装飾取付具のコストが総照明装置コストの高い割合を占めている部分である。第３のレジームは、照明アプリケーションへのアクセスが高く、困難である場合のように、リランピングのコスト（しばしばライフサイクルコスト又は所有総コストと呼ばれている）が高い部分である。
【００１９】
[0039]技術は止まることなく進歩しているため、ＬＥＤ出力が大きくなり、その一方でコストが低下し、これは、図１に示されているＬＥＤランプ曲線の勾配を緩やかにする効果を有しており、より大きい電力アプリケーションを、より一層魅力的にしている。汎用照明アプリケーションのためのＬＥＤランプには、通常、ＬＥＤランプのアレイ（照明すべき領域全体に適切な照明を提供するために現場に配置される複数のランプ）が必要であるため、ＬＥＤランプの効力とアプリケーションに必要なランプの数との間には、ある程度のトレードが存在している。このトレードは、期待されるライフサイクル節約と、被る初期コストペナルティとを平衡させる働きをしている。
【００２０】
[0040]次に図２を参照して、異なるタイプのランプに対する相対ライフサイクルコストを示すグラフについて説明する。図２のグラフは、２つのＬＥＤランプコスト曲線及び１つのガス放電ランプコスト曲線を示したものである。ＬＥＤランプ１のラベルが振られた曲線は、より小さい動作電流を使用して動作する多数のＬＥＤエレメントを有するＬＥＤランプに対するライフサイクルコストを示している。ＬＥＤランプ２のラベルが振られた曲線は、ＬＥＤランプ１と比較して、より大きい動作電流を使用して動作する少数のＬＥＤエレメントを有するＬＥＤランプに対するライフサイクルコストを示している。ガス放電ランプのラベルが振られた曲線は、ガス放電ランプに対するライフサイクルコストを示したもので、リランピングコストに対応する曲線中にいくつかの不連続性が示されている。図２に示されている２つのＬＥＤランプシナリオのうち、ＬＥＤランプ１の方は、初期コストはより高いが、より高い効力を有している。ＬＥＤランプ１は、初期コストのペナルティはより高いが、ライフサイクル節約は、ＬＥＤランプ２より高い。特定のアプリケーションのための好ましいランプは、様々な経済的要因で決まることになる。総所有コストの観点からすると、総合的なコストがより安価であるため、ＬＥＤランプ１の方が好ましいことになる。しかしながら、金の時間価値（将来の節約の減価）、及びコスト対時間の心理学などの二次要因が、ＬＥＤランプ２、さらにはガス放電ランプの方がより魅力的である状況をもたらすことも考えられる。理想的なシナリオの場合、比較的小さい動作電流を使用して動作する少数のＬＥＤエレメントを備えたＬＥＤランプが提供され、それによりランプの運転コストが低減され、且つ、寿命が長くなる。
【００２１】
[0041]上で説明したように、光出力の観点からすると、単一のＬＥＤは、光レベルが比較的低いデバイスであり、一般的には約１００ルーメンである。通常の白熱電球又はコンパクト蛍光白熱電球の出力を生成するためには、今日の技術を使用した１０個と２０個の間のＬＥＤエミッタが必要である。これは、匹敵する従来の照明ランプと比較すると、初期設置コストが比較的高いランプがもたらされることになる。本開示によれば、設計に利用されるＬＥＤの数を最少化するＬＥＤランプを提供することにより、現在の製品とコスト競争力のあるＬＥＤベース照明製品が提供される。ランプに使用されるＬＥＤエレメントの数は、ＬＥＤヘッドカウントと呼ばれている。
【００２２】
[0042]ＬＥＤヘッドカウントは、多くの要因によって左右される。そのうちの１つであるルーメンメンテナンスは、ＬＥＤが経年変化し、出力が劣化する挙動と呼ばれている。従来の手法は、ランプの寿命の初期における光の過剰生成と、寿命の指定終焉時における光出力の低減が同じになるようにランプを設計することである。例えば、典型的なＬＥＤの寿命は、その出力が初期値に対して３０％低下した時点として定義されているため、ＬＥＤをベースとする照明製品は、このルーメンメンテナンスを考慮するために３０％多いＬＥＤヘッドカウントを含むことになる。ＬＥＤヘッドカウントにおける他の要因は、ランプから放出される所望のビームパターンを生成するために必要なＬＥＤエレメントの数である。ＬＥＤヘッドカウントにおけるさらに他の要因は、ランプから必要な総出力であり、より大きいルーメン出力を必要とするランプには、より多くのＬＥＤヘッドカウントが必要である。
【００２３】
[0043]ＬＥＤをベースとする照明デバイスには、多数の単一ＬＥＤエミッタが使用されるため、結果として得られる照明パターンは、個々のＬＥＤのパターンのインコヒーレント和である。例えば、照明パターンは、しばしば、すべて同じ方向を指している複数のＬＥＤのパターンの和であるパターンを使用して生成される。この場合、ＬＥＤの集合の出力パターンは、個々の個別ＬＥＤのパターンを厳密に追従する。他の設計は、他のＬＥＤエレメントの出力と結合すると、規定の基準を満足するランプ出力を提供するビーム形状を提供するために、関連する光学系を有するＬＥＤエレメントのグループを使用することができる。したがって離散ＬＥＤエレメントからの重畳ビームを使用して、必要な照明パターンの生の近似が生成される。通常、このような設計により、照明パターンの外縁部分における光強度を最小必要強度まで引き上げるために必要な中心ピークより高い照明パターンの中心ピークが提供される。しかしながら、これは、ＬＥＤヘッドカウントの点で最適にはほど遠い設計をもたらすことになる。本開示によれば、照明パターンを照明装置の実際の要求事項により厳密に適合させることにより、実質的な利得が提供される。
【００２４】
[0044]次に図３を参照すると、平行化されていない白色ＬＥＤ及び平行化されていないカラーＬＥＤの基本出力のグラフが示されている。図から分かるように、相対光度は、本質的に形態Ｃｏｓ（シータ）の相対光度であり、シータは、ＬＥＤのピーク強度に対する定義済み伝搬からの角度である。このタイプの放射パターンは、しばしばランベルトパターンと呼ばれている。ＬＥＤビームを使用する場合の重要な考察事項がビームの幅を定義している。タイプＢ分布に対するＩＥＳＮＡ／ＡＮＳＩ／ＮＥＭＡ定義によれば、「ビーム角」は最大の５０％として定義されており、又、「視野角」は最大の１０％として定義されている。これらの角度は、通常、半角を意味している。図３のグラフでは、平行化されていないＬＥＤのビーム角はほぼ５０度であり、又、視野角はほぼ２０度である。光源から離れた平らな面の光強度は、角分布より上を所望の面上の投影まで伝搬させることによって到達している。
【００２５】
[0045]次に図４を参照すると、一実施形態による、５個のＬＥＤのアレイ及び関連する平行化光学系の断面図が示されている。アレイ１００には、この実施形態では、基板１０８の上に取り付けられた５個の個々のＬＥＤ１０４が含まれている。基板１０８には、個々のＬＥＤ１０４を関連する電源（図示せず）に接続している相互接続が含まれている。又、基板１０８は、ＬＥＤ１０４によって生成される熱を散逸させるように作用する、ヒートシンクなどの熱伝達機構を含むことも可能である。平行化光学系１１２は、基板１０８の上に、個々の関連するＬＥＤ１０４を覆うように取り付けられており、平行化光学系１１２なしに生成されることになるビームに対して平行化された個々のＬＥＤ１０４からの出力光パターンを形成している。図４の断面図は、混成型の設計を示したものであり、個々のＬＥＤ１０４からの中心光線は、屈折コンポーネント１１６を介して平行化され、又、外側の光線は、反射コンポーネント１２０を介して平行化される。このような光コンポーネントは当分野で知られており、又、屈折コンポーネントは、光を所望のパターンで屈折させるように作用する光レンズを含むことができ、反射コンポーネントは、光を所望のパターンで反射させる鏡映面を生成するために堆積された反射物質を含むことができる。一実施形態では、ＬＥＤ１０４の平行化によって５％の範囲内のビーム角が生成される。他の実施形態では、ＬＥＤ１０４によって約２％のビーム角が生成される。又、図４の図解では、５個の光学系はすべて同じ方向を指しており、強度プロファイルが個々のビームの強度プロファイルと同じである距離プロファイルを有することになることに留意されたい。図３に関連して説明したように、二次光学系を全く有さないＬＥＤは、通常、Ｃｏｓ（シータ）又はランベルトパターンを放射することになる。パワーが正の適切な焦点距離及び開口数を備えた光学系を追加することにより、放射パターンを平行化するように作用させることができ、それにより、光学系を全く有さないＬＥＤによって生成されるパターンより狭い発散パターンを有するビームが生成される。
【００２６】
[0046]遠視野強度に対する平行化の効果を理解するために、最初に、ランベルト放射パターンを備えた、平行化されていないＬＥＤは、強度プロファイル
Ｉｏ＝ＰＴ／２［ｃｏｓ（θ）］
を有していることに留意されたい。上式でＰＴは総放出パワーである。平行化されたＬＥＤは、プロファイル
Ｉｏ＝ｎＰＴ／２［ｃｏｓ（ｎθ）］
を有することになる。標準ランベルトパターンは、１２０°の半値全幅（ＦＷＨＭ）角を有しており、又、平行化された５°ＦＷＨＭパターンは、ｎ＝２４を有することになる。したがって図４の実施形態の場合、アレイ内のＬＥＤの各々は、平行化されたＬＥＤに対する式で定義される強度を提供している。
【００２７】
[0047]次に図５を参照して、一実施形態によるＬＥＤエレメントのアレイ１５０の斜視図について説明する。この実施形態では、５個のＬＥＤ１５４のアレイが基板１５８の上に取り付けられている。図４に関連して上で説明したように、基板１５８には、同様に、個々のＬＥＤ１５４を関連する電源（図示せず）に接続している相互接続が含まれている。又、基板１５８は、ＬＥＤ１５４によって生成される熱を散逸させるように作用する、ヒートシンクなどの熱伝達機構を含むことも可能である。平行化光学系１６２は、基板１５８の上に、個々の関連するＬＥＤ１５４を覆うように取り付けられており、平行化光学系１６２なしに生成されることになるビームに対して平行化された個々のＬＥＤ１５４からの出力光パターンを形成している。この実施形態では、ＬＥＤ１５４の出力を追加整形するために、フレネル型レンズ１６６が平行化光学系１６２に取り付けられており、それにより平行化された光出力をさらに整形している。これらのスナップオンレンズ１６６タイプは、より広い長円型のパターンを生成することができる。したがってＬＥＤのアレイ１５０の出力を選択して、所望の特性を有する集合体パターン又は合成パターンを形成することができる。
【００２８】
[0048]図６は、平行化光学系コンポーネント１６２を示したものである。平行化光学系１６２には、ＬＥＤ光エレメント１５４を受け取るように構成されたレンズ部分１７０が含まれている。レンズ１７０は、この実施形態では接着パッド１７４を使用して基板に取り付けられている。上で説明したように、フレネル型レンズをレンズ１７０に取り付けることができ、それにより光出力をさらに整形することができる。以下で詳細に追加説明するように、平行化されていないＬＥＤビームパターン、狭く平行化されたＬＥＤビームパターン、広角度及び／又は長円形投影ＬＥＤビームパターンの適切な組合せを使用することにより、所与の照明に必要なＬＥＤの数を少なくする、出力が一様な低コストランプを達成することができる。
【００２９】
[0049]図３に関連して上で説明したように、ほとんどすべてのＬＥＤエミッタが、放出される光の強度がピークであり、且つ、中心線からの角度を関数として強度が低下する中央ローブを有している。又、これは、平行化され、且つ、整形された個々のＬＥＤエミッタの場合もそうである。この中央ローブは、ＸＹＺ空間における方向座標が中央ローブの伝搬方向を表すベクトルと見なすことができ、そのベクトルの大きさが光のピーク強度である。平行化されていないＬＥＤの場合、中央ローブベクトルは、ゼロ度に位置し、且つ、Ｐｔ／２に等しい大きさを有することになる。平行化されたＬＥＤは、同様の方向及びｎＰｔ／２の大きさを有することになり、ｎは、上で説明したように平行化度である。
【００３０】
[0050]一様な照明パターンを有するランプを生成する場合、光エレメントの角強度も同じく考慮しなければならない。図７を参照すると、高さｈのランプが面を照明している。所与の角度（θ）に対して、その角度に対する被照明面は、もっと遠くの被照明面に伸びて、法線から被照明面まで獲得することになる。一様な照明の場合、角強度は、
ｈ［ｔａｎ（θ＋δ／２）−ｔａｎ（θ−δ／２）］
の関係を追従しなければならない。典型的な照明環境では、ランプの間隔は、ランプの高さの形で定義される。つまりランプ間の間隔がｎｈである場合、考慮すべき最大角度は、ｔａｎ（θｍａｘ）＝ｎ／２の場合である。一様な照明パターンの生成は、角度デルタシータ中に伝搬したＬＥＤ光は、所望の強度の光を提供するためには、上に示した関係によって増加しなければならない状況に対応することになる。
【００３１】
[0051]一実施形態では、ＬＥＤエレメントは、所望の出力パターンが提供されるよう、ランプアセンブリの中に配置するために選択される。ランプアセンブリ自体には、この実施形態の場合、異なる方向のＬＥＤからの光出力を提供するために、異なる面に取り付けられるＬＥＤが含まれている。平行化されない光学系、狭く平行化されたＬＥＤビームパターン、広角度ＬＥＤビームパターン及び長円形投影ＬＥＤビームパターンと共に、光の方向を選択することにより、最少数のＬＥＤエレメントで一様な照明パターンを形成する合成ランプ出力を展開することができる。このようなランプは、所望の照明レベル以上の照明を面に提供することができ、又、存在している場合、所望の照明領域全体に規定の照明レベルを提供するために必要な最少数を超える若干の追加ＬＥＤエレメントの存在に基づいて低減されるコストを有している。
【００３２】
[0052]このようなＬＥＤランプアセンブリは、一実施形態では、所望の出力光パターンを生成するためのＬＥＤエレメントの配置を設計することによって達成される。ＬＥＤ照明の場合、個々のＬＥＤエレメントからの光強度がインコヒーレント追加によって直線的に追加される。ＬＥＤレイアウトの設計に際しては、個々のビームの１／２強度点が整合する場合、２つのビーム間の強度はほぼ等しいことが仮定される。このような実施形態の場合、上で言及したように、出力中央ローブは、ＸＹＺ空間における方向座標が中央ローブの伝搬方向を表すベクトルと見なすことができ、そのベクトルの大きさが光のピーク強度に対応することになる。一実施形態では、ＬＥＤ中央ローブベクトルが面に対して直角になるようにその面を生成することによって照明パターンを合成することができる。例えば、図８及び９は、照明領域上の異なる領域を照明するＬＥＤエレメントを有する二次元面を示したものである。図８の例では、面２００には、Ａ〜Ｅの５個のＬＥＤエレメントが含まれている。この例では、個々のＬＥＤエレメントＡ〜Ｅには、個々のＬＥＤから出力されるビームを平行にし、５°のビーム角を提供する平行化光学系が含まれている。領域Ａ１〜Ｅ１は、対応するＬＥＤエレメントＡ〜Ｅによってそれぞれ照明される照明領域部分を示している。図９は、異なる光学系が面２５０上の異なるＬＥＤで実施された実施形態を示したものである。この実施形態では、「Ａ」で示されている第１のＬＥＤは、ビーム角が２０°である平行化されていないＬＥＤであり、したがって照明領域の部分Ａ１を照明している。「Ｂ」で示されている第２のＬＥＤには、ビーム角が５°のＬＥＤを提供する平行化光学系が含まれており、したがって照明領域の部分Ｂ１を照明している。同様に、「Ｃ」で示されている第３のＬＥＤにも、ビーム角が５°のＬＥＤを提供する平行化光学系が含まれており、したがって照明領域の部分Ｃ１を照明している。面２５０に取り付けられている残りのＬＥＤは、照明領域全体にわたる無矛盾の一様性で所望の強度の光を照明領域に提供するために、平行化されなくても、或いは平行化光学系及び／又は拡大レンズを含むことも可能である。
【００３３】
[0053]このような方法によれば、ＬＥＤをベースとする、所望の光照明パターンを形成するランプを製造することができる。ベクトルの組合せとしてのモデリングランプ出力は、所望の強度パターンを生成するためのポインティングベクトルの密度及び強度の生成、所望の強度を生成するための収斂ベクトルの密度の選択、ＬＥＤ出力のタイリングを提供するための平行ベクトルの密度の選択などの様々な技法を可能にすることができる。当然、ベクトルの組合せを使用して密度及びタイリングの両方の強度変化を生成することができる。さらに、ＬＥＤアレイ中における整形タイプの変化をモデル化することも可能である。理想的なパターンによって、ベクトルの方向の変化、ベクトルの密度の変化及びベクトルの長さ（強度）の変化に基づくベクトルの最適組合せが得られる。
【００３４】
[0054]次に図１０を参照して他の実施形態について説明する。複数のベクトル方向を有するランプ面にＬＥＤを配置する代わりに、ビームステアリング光学系をＬＥＤエレメントと組み合わせて使用して所望の照明パターンが生成される。図１０の例では、面３００には、２個のＬＥＤエレメント３０４、３０８が含まれている。個々のＬＥＤエレメントは、それぞれ関連するビームステアリング光学系３１２、３１６を有している。したがって、ＬＥＤ３０４から生成されるビームは、ビームステアリング光学系３１２を介して所望の方向に導かれる。同様に、ＬＥＤ３０８から生成されるビームは、ビームステアリング光学系３１６を介して所望の方向に導かれる。面には、特定のアプリケーションのニーズに合致する合成照明パターンを生成するための、特定のビームステアリング光学系と結合した異なるＬＥＤ又はＬＥＤのグループを備えた多数のＬＥＤエレメントを含むことができる。さらに、他の実施形態では、複数のベクトル方向を備えたランプ面及びビームステアリング光学系の両方を共同して使用して、所望の照明パターンを生成することも可能である。
【００３５】
[0055]一実施形態では、パターン合成を使用して、照明装置からの所望の出力パターンに基づいて、その照明装置のための構成が決定される。この方法については、図１１に概略的に記述されている。この実施形態では、道路内の対象の可視度の改善が期待されている。その理由は、道路照明の目的は、道路を見るためだけではなく、道路内に存在している可能性のあるあらゆる対象を見ることにあるからである。道路照明の分野で理解されているように、中央が存在しない二方向交通の街路上で一般的に使用される二方向照明装置は、正及び負の両方のコントラストによって微小ターゲット可視度（ＳＴＶ）を生成している。コントラストの反転は、通常、間隔サイクルにおいて、照明装置の真下の線上と、照明装置と照明装置の間の距離の約１／３の部分で合計２度生じる。千鳥形配置の場合、コントラスト反転の数が増加することになる。正のコントラストと負のコントラストの間に反転が存在する回数を少なくし、又、反転領域を狭くすることが望ましい。コントラストが正の領域では、ターゲット面を可能な限り明るくし、且つ、ターゲット面を見る背景となる道路表面を合理的に暗くしなければならない。コントラストが負の領域では、その逆にしなければならない。したがって、輝度の一様性が最大許容限界に近い一様性から最小許容限界まで変化する所望の平均舗道輝度を達成することが望ましい。高い値のＳＴＶを達成するためには、照明装置の分布及び間隔を適切に選択することが極めて重要である。
【００３６】
[0056]もう一度図１１を参照すると、高さｈの取付け高さ及び分離ｄを有するランプ３２０が、道路３２４上の進行方向に対する関係で示されている。ライトの前方の照明パターンの主要範囲はｘで示されており、又、ライトの後方の照明パターンの主要範囲はｙで示されており、ライト間の重畳はｚで示されている。ライトから、ポストから離れた地面までの角度は、シータで画定されており、ライトのポールは、シータ＝０である。所望の照明パターンは、距離ｘが進行中の自動車運転者に見える角度未満の角度に対応するように、ライトの前方の照明パターンの主要範囲を有することになる。それにより、道路表面３２０を進行方向に走行中の自動車運転者が遭遇するグレアが抑制される。ライトの後方の主要範囲ｙは、過剰な侵入などの問題によって制限されており、反対車線の自動車運転者にグレアを生成している。さらに、ライト間の重畳領域ｚを最小化することによってターゲット可視度が改善される。このターゲット可視度の改善は、光が弱くなる領域を慎重に制御することによって達成することができる。一様な照明パターンは、正接関数として本質的に記述される角強度を有することになる。一実施形態では、比較的狭いビームを使用して、ｔａｎ（シータ）角強度線からの、可能な限り速やかにゼロに到達する移行への移行であるこの終端が提供される。この移行線は、光の最も外側のビーム成分のビームパターンを追従しなければならない。パターン合成プロセスによって画定される、高度に平行化されたビームを使用して、ベイリングルミナンス、ベイリンググレアを最小化し、且つ、ターゲット可視度を改善するために必要なパターン終端特性を生成することができる。図１２は、ランプ３２０及び領域ｘ、ｙ及びｚを備えた一例示的道路３２４の平面図を示したものである。
【００３７】
[0057]図１２の図解は、道路３２４の１つ又は複数の車線が単一の進行方向を有しているアプリケーションに使用するために適している。このようなアプリケーションには、分離高速道路及び一方向主要道路を含むことができる。光を道路に向けて導く（進行方向に沿って）ための最適角度は、６０度と７６度の間、より好ましくは約７２度と７６度の間であることが分かっている。上流側の光のための最適角度（進行方向中への）は、０度と約５０度の間であることが分かっている。交通の流れに向かって、より大きい角度で放出される光は、運転者の目に直接射し込み、安全上の危険をもたらす可能性がより一層高い。図１１の実施形態では、ＬＥＤモジュールは、進行方向に沿った方向に約７２度で、又、進行方向中への方向に約４５度で光出力を提供するために、個々のランプの中に構成されている。
【００３８】
[0058]対向する進行方向を有する２車線（又は３車線以上）の交通が道路上に存在するアプリケーションの場合、図１２に示されているランプ３２０のようなランプは、１つの方向の交通では、グレアがより多くなり、したがって微小ターゲットの可視度が低下するため、それほど適していない。図１３に示されている他の実施形態では、個々の照明装置は、道路表面３５０の被照明領域が、道路３５０内の特定の車線の進行方向に基づいてシフトする光パターンを出力する。この実施形態では、照明装置３５４は、道路３５０内の第１の車線の進行方向に沿って約７２度の角度で光を出力しており、この被照明領域は、図１３に領域「ａ」で識別されている。照明装置３５４は、第１の車線の進行方向に対して約４５度の角度で光を出力しており、この被照明領域は、図１３に領域「ｂ」で識別されている。同様に、照明装置３５４は、第２の車線の進行方向に対して約４５度の角度で光を出力しており、又、第２の車線の進行方向に対して約７２度の角度で光を出力しており、これらの領域は、図１３にそれぞれ領域「ｃ」及び「ｄ」で識別されている。
【００３９】
[0059]これらの所望の出力パターンを達成する照明取付具を設計するためにパターン合成を利用するための設計手順には、いくつかの要素が含まれている。一実施形態では、ＬＥＤパッケージのための光出力のモデルを提供する測光ファイルが提供される。このようなファイルは、ＬＥＤ製造者が提供することができ、或いは光学研究室で生成することができる。このＬＥＤ測光ファイルを使用してランプモデルが構築される。次に、任意の二次光学系と組み合わせたＬＥＤのための測光ファイルが生成される。必要な二次光学系を利用することができない場合は、Ｒｈｉｎｏ及びＳｏｌｉｄｗｏｒｋｓなどのモデリングサーフェシング或いはソリッドモデリングソフトウェアを使用してそれらを設計することができる。次に、ＡＧＩ３２などの照明装置システムからの水平及び／又は垂直面の照度を予測する照明アプリケーションソフトウェアを使用して、個々のＬＥＤ又はＬＥＤモジュールの照準が定められる。ＬＥＤが配置され、且つ、照準が定められると、照明アプリケーションソフトウェアを使用してシステムの性能が計算される。照準を微調整するためには、場合によってはこのステップを何度か反復しなければならない。この時点で、サーフェシングソフトウェアを使用して、いわゆるディスク又はモジュールを構築することができる。本明細書において参照されているディスク又はモジュールは、単一の光源として結合され、且つ、モデル化されたＬＥＤの集積である。次に、サーフェシングソフトウェアを使用して、照明アプリケーションソフトウェアによって生成される線図毎にディスクの照準が定められる。次に、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓなどのソリッドモデリングソフトウェアを使用して、ハウジング、レンズ及び他のコンポーネントである照明装置がモデル化される。次に、新しい照明装置の測光性能が模擬される。次に、この照明装置モデルをＡＧＩ３２などの照明アプリケーションソフトウェアに使用して、様々な照明アプリケーションにおける照明装置の性能を計算することができる。
【００４０】
[0060]次に図１４〜１６を参照して、一実施形態のＬＥＤベースランプアセンブリについて説明する。この実施形態では、ランプアセンブリ４００には、多数の異なる角度の取付け面４０６を有する面４０４が含まれており、これらの取付け面４０６にＬＥＤアセンブリ４０８が取り付けられている。ランプアセンブリ４００は、主軸４１０の方向に光出力を提供している。ＬＥＤアセンブリ４０８は、この実施形態では、図４及び５に関連して既に説明したＬＥＤアレイ１００及び１５０に類似している。ＬＥＤアセンブリ４０８には、この実施形態では、５個のＬＥＤエレメントのアレイが含まれており、又、ＬＥＤに結合された平行化光学系又は他のビーム整形光学系を含むことができる。この実施形態のランプアセンブリ４００は、従来の１５０ワットハロゲン化金属タイプの建築用街路ライトの取替え品を提供するように設計されている。ＬＥＤアセンブリ４０８には、１つのタイプの標準ＬＥＤが含まれており、一実施形態では、このＬＥＤは、約５００〜６００ｍＡの電流で動作し、約１７０〜２５０ルーメンの出力フラックスを提供する白色ＬＥＤである。
【００４１】
[0061]ＬＥＤアセンブリ４０８には、一実施形態では、３つのタイプの平行化、つまり５度の狭いビーム、２０度のビーム（平行化されていない）及び２０度×５度の長円形ビームが含まれている。この実施形態のＬＥＤアセンブリには、上で言及したように、５個のＬＥＤが含まれており、ＬＥＤ出力のタイリングを提供している。このようなアセンブリによれば、５−エレメントアレイを面４０４に取り付けることができるため、製造が単純化される。しかしながら、個々のＬＥＤを面に取り付けることができ、或いはアレイ上のＬＥＤの数が異なるＬＥＤのアレイを使用することも可能であることは容易に認識されよう。他の実施形態では、ＬＥＤアセンブリ４０８の各々には、出力光を２度の狭いビームに平行化するコリメータが含まれており、次に、出力光を異なる所望の広がりに拡大するための拡大光学系をＬＥＤ／コリメータの上に配置することができる。このような一実施形態では、個々のランプアセンブリは、３０フィートの取付け高さ、及び取付け高さの６倍（１８０フィート）のランプ間距離を有しており、個々のランプは、ランプの位置から道路の前後に取付け高さの＋／−３倍より若干広い領域を照明している。この実施形態では、ランプの中心線から取付け高さの３倍及びそれを超える（９０＋フィート）領域を指しているＬＥＤは、拡大レンズには一切結合されていない。ランプの中心線から取付け高さの２．５倍と３倍の間（７５〜９０フィート）の領域を指しているＬＥＤは、５度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。ランプの中心線から取付け高さの２倍と２．５倍の間（６０〜７５フィート）の領域を指しているＬＥＤは、１５度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。ランプの中心線から取付け高さの１倍と２倍の間（３０〜６０フィート）の領域を指しているＬＥＤは、２５度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。最後に、ランプの中心線から取付け高さのゼロ倍と１倍の間（０〜３０フィート）の領域を指しているＬＥＤは、５０度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。
【００４２】
[0062]次に図１７〜２０を参照して、他の実施形態のＬＥＤベースランプアセンブリ５００について説明する。この実施形態では、ランプアセンブリ５００は、「ベル」形アセンブリであり、外部ハウジング５０４及び外部レンズ５０８が含まれている。いくつかの取付けサブアセンブリ５１２、５１６、５２０がハウジング５０４の中にアセンブルされており、個々のサブアセンブリ５１２、５１６、５２０は、多数の異なる角度の取付け面５２４を有しており、この取付け面５２４の一方の面にＬＥＤアセンブリ５２８が取り付けられており、又、熱散逸デバイス５３２が反対側の面に取り付けられている。ランプアセンブリ５００は、破線５１０によって識別されている領域内に光出力を提供している。ＬＥＤアセンブリ５２８は、この実施形態では、図４及び５に関連して既に説明したＬＥＤアレイ１００及び１５０に類似している。ＬＥＤアセンブリ５２８には、この実施形態では、３／２構成で配置された５個のＬＥＤエレメントのアレイが含まれており、又、ＬＥＤに結合された平行化光学系又は他のビーム整形光学系を含むことができる。この実施形態のランプアセンブリ５００は、従来の１５０ワットハロゲン化金属タイプの建築用街路ライトの取替え品を提供するように設計されている。ＬＥＤアセンブリ５２８には、１つのタイプの標準ＬＥＤが含まれており、一実施形態では、このＬＥＤは、約５００〜６００ｍＡの電流で動作し、約１７０〜２５０ルーメンの出力フラックスを提供する白色ＬＥＤである。この実施形態のＬＥＤアセンブリ５２８には、上で言及したように、５個のＬＥＤが含まれており、ＬＥＤ出力のタイリングを提供し、又、面５２４への５−エレメントアレイの取付けを可能にすることによって製造を単純化している。しかしながら、個々のＬＥＤを面に取り付けることができ、或いはアレイ上のＬＥＤの数又は構成が異なるＬＥＤのアレイを使用することも可能であることは容易に認識されよう。
【００４３】
[0063]他の実施形態では、ＬＥＤアセンブリ５２８の各々には、出力光を２度の狭いビームに平行化するコリメータが含まれており、次に、出力光を異なる所望の広がりに拡大するための拡大光学系をＬＥＤ／コリメータの上に配置することができる。このような一実施形態では、個々のランプアセンブリは、３０フィートの取付け高さ、及び取付け高さの６倍（１８０フィート）のランプ間距離を有しており、個々のランプは、ランプの位置から道路の前後に取付け高さの＋／−３倍より若干広い領域を照明している。この実施形態では、ランプの中心線から取付け高さの３倍及びそれを超える（９０＋フィート）領域を指しているＬＥＤは、拡大レンズには一切結合されていない。ランプの中心線から取付け高さの２．５倍と３倍の間（７５〜９０フィート）の領域を指しているＬＥＤは、５度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。ランプの中心線から取付け高さの２倍と２．５倍の間（６０〜７５フィート）の領域を指しているＬＥＤは、１５度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。ランプの中心線から取付け高さの１倍と２倍の間（３０〜６０フィート）の領域を指しているＬＥＤは、２５度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。最後に、ランプの中心線から取付け高さのゼロ倍と１倍の間（０〜３０フィート）の領域を指しているＬＥＤは、５０度の広がりを有する拡大レンズに結合されている。
【００４４】
[0064]上で説明した実施形態から分かるように、グレアが少ない改良型可視度を提供する非対称光分布を有する正コントラスト道路照明システムを含む、いくつかの特徴を提供する発光体が提供される。システムは、ＩＥＳＮＡ  ＲＰ−８−２０００及びＡＡＳＨＴＯ高速道路照明要求事項を満足し、又、照明装置ポール間隔に対して、５：１又はそれより良好な取付け高さ比を満足する。本明細書において説明されているいくつかの実施形態のシステムによれば、正のコントラストを有する可視度が改善され、又、全カットオフを達成し、且つ、照明装置から上向きに投射される光の量を少なくすることにより、光汚染を抑制するアップライトが抑制される。抑制されたアップライトは、さらに、光エレメントからのあらゆる迷光がランプハウジングの中に封じ込められるよう、交差パターンの複数の光エレメントによって生成される光のビームを有することによって達成される。このような抑制されたアップライトと、より指向性が強く、且つ、目標が定められた出力パターンによって提供される抑制された侵入により、光汚染が著しく抑制され、又、多くの管轄区域に存在している「ダークスカイ」ゴールの達成が促進される。さらに、いくつかの実施形態の照明システムによれば、より良好なランプの利用及びより大きい頂角での光出力を提供することによってエネルギーが節約される。
【００４５】
[0065]他の実施形態では、本開示により、ＬＥＤをベースとするランプから所望の照明パターンを生成するための方法が提供される。この方法には、実施すべき照明パターンを決定するステップが含まれている。照明パターンは、最小照明要求事項及びランプの最小高さ、等々などの特定のタイプの照明アプリケーションの仕様に基づいて決定することができる。又、照明パターンは、特定のアプリケーションに対して提供される基準の特注セットに基づくことも可能である。例えばランプが街路ライトとして使用される場合、最小照明要求事項を含む、街路照明に対する様々な仕様が存在している。このような場合、関連する仕様は、照明パターンを決定する際の要因の１つである。照明パターンを決定する際の他の要因は、ランプアセンブリの高さ及び間隔である。ランプアセンブリの高さ及び間隔は、特定のアプリケーションの仕様に基づいて決定することができる。例えば、街路照明アプリケーションは、道路上に配置されるランプの最大ランプ間隔及び最小高さに関する仕様を有することができる。別法としては、ランプアセンブリ及び関連するＬＥＤエレメントが設計された後に、ランプアセンブリの高さ及び間隔を決定することも可能である。例えば、ランプアセンブリは、特定の高さに配置された場合に、特定の領域全体にわたって一様な照明を提供するように設計することができる。このような場合、ランプアセンブリの間隔は、照明される領域に対する照明の所望の一様性に基づいて決定される。
【００４６】
[0066]ランプに使用される１つ又は複数のタイプのＬＥＤエレメントが選択され、又、選択されたＬＥＤエレメントによって提供される照明が、異なるタイプの平行化に対して決定され、且つ、ランプアセンブリの主軸に対する異なる角度に対して決定される。照明される領域の最小フラックスレベルを含む照明の一様性が決定される。次に、ＬＥＤが取付け面に取り付けられると、ランプが所望の照明パターンを所望の一様性で提供するよう、主軸に対して異なる角度を有する多数の異なる取付け面を含んだランプ面が決定される。一様な角強度が提供されるよう、ＬＥＤエレメントからの出力光の強度及びビーム角が選択される。
【００４７】
[0067]開示した実施形態についての以上の説明は、すべての当業者による本発明の構築又は本発明の使用を可能にするためのものである。当業者には、これらの実施形態に対する様々な修正が容易に明らかであり、又、本明細書において定義されている一般原理は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用することができる。したがって本発明は、本明細書において示されている実施形態に限定されることは意図されておらず、本明細書において開示されている原理及び新規な特徴に矛盾しない最も広義の範囲と調和するものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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