(57)【要約】      （修正有）【課題】LEDウォールウォッシュライトで使用するための二次光学レンズを提供すること。【解決手段】二次光学レンズ１００は、ベース面から頂面まで延びた外面を有する凹状本体を含み、いわゆる外面はダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンで構成されている。さらに、二次光学レンズは、凹状本体のベース面から上方に延びる光入射面を含み、いわゆる光入射面は、円筒状入射面と、円筒状入射面の頂部の非球面入射面とを含む。さらに、凹状本体の頂面に、正弦波形ストライプテクスチャ１１０を有する光放出面がある。【選択図】図１Ａ
2014067023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
LEDウォールウォッシュライトで使用するための二次光学レンズであって、
ベース面から頂面まで延びた外面を含む凹状本体であり、前記外面がダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンを有する、凹状本体と、
前記凹状本体の前記ベース面から上方に延びていると共に、円筒状入射面および前記円筒状入射面の頂部にある非球面入射面を有する、光入射面と、
正弦波形ストライプテクスチャを有する前記凹状本体の前記頂面にある光放出面と
を備える、二次光学レンズ。
【請求項２】
前記光放出面に隣接し、少なくとも1つの位置決めピンを有するフランジをさらに備える、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項３】
前記円筒状入射面が、前記二次光学レンズの光軸を基準にして1°から7°の間の範囲の抜き勾配を有する、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項４】
前記円筒状入射面が、前記非球面入射面の下に位置づけられるLEDから、前記二次光学レンズの光軸を基準にして30°から90°の間のある角度で放出された複数の光ビームを捕集するように構成され、さらに、前記複数の光ビームを前記外面の方へ屈折させるように構成されている、請求項3に記載の二次光学レンズ。
【請求項５】
前記ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンが、前記複数の光ビームを全反射し、±3°〜±5°の小さい角度範囲で前記複数の光ビームを混合するように構成されている、請求項4に記載の二次光学レンズ。
【請求項６】
前記非球面入射面が、前記非球面入射面の下に位置づけられるLEDから、前記二次光学レンズの光軸を基準にして0°から30°の間のある角度で放出された複数の光ビームを捕集するように構成され、さらに前記複数の光ビームを収束させるように構成され、収束された前記複数の光ビームが入射光ビームとして前記光放出面に当たる、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項７】
前記光放出面の前記正弦波形ストライプテクスチャが前記複数の光ビームを前記ストライプに対して垂直に拡散して配光し、前記出力光ビームが45°よりも大きく75°までの範囲に拡げられる、請求項6に記載の二次光学レンズ。
【請求項８】
前記ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンを有する前記外面が前記ベース面から前記頂面まで0.5mmから5mmまでの間にあり、各薄片面は前記頂面に近い位置ほどサイズが増加する、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項９】
前記非球面入射面の下に位置づけられるLEDの中心点から放出された複数の光ビームが、前記円筒状入射面を通過した後、入射光ビームとして前記ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンの薄片の中心点位置に当たり、反射の後の出射光が、前記二次光学レンズの光軸に平行な方向にコリメートされて放出される、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１０】
前記円筒状入射面によって屈折された複数の付加的な光ビームが、付加的な入射光ビームとして、それぞれ、ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンの薄片の上部および下部縁部点に当たり、反射の後の複数の出射光ビームがほぼ3°から5°の間の拡散角を有する、請求項9に記載の二次光学レンズ。
【請求項１１】
前記非球面入射面が、前記非球面入射面の下に位置づけられるLEDから放出された複数の光ビームを0°〜45°の範囲に配光するように構成されている、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１２】
前記非球面入射面が、光ビーム混合効果をもつ平滑面、つや消し面、またはマイクロレンズアレイ面のうちの1つを含む、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１３】
前記非球面入射面が、以下条件
【数１】
2014067023.tif 000009
を満たす入射角θ1および対応する出射角δiを含む、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１４】
前記光放出面の前記ストライプテクスチャが、正弦波の第1の8分の1周期内のi番目の入射光ビームに対して、対応するi番目の出力光ビームの出射角Ψiが次の配光条件
【数２】
2014067023.tif 000010
を満たす配光原理を有する、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１５】
前記光放出面の前記ストライプテクスチャが、正弦波の第2の8分の1周期内のi番目の入射光ビームに対して、対応するi番目の出力光ビームの出射角Ψiが次の配光条件
【数３】
2014067023.tif 000011
を満たす配光原理を有する、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１６】
出射角Ψiが45°≦2Ψmax≦75°の範囲にある、請求項14または15に記載の二次光学レンズ。
【請求項１７】
前記フランジが正方形、六角形、または円形である、請求項2に記載の二次光学レンズ。
【請求項１８】
前記光放出面が前記頂面に対して傾斜している、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項１９】
前記光放出面が前記頂面に対して凹状である、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【請求項２０】
前記光放出面が前記頂面に対して凸状である、請求項1に記載の二次光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2012年9月5日に出願された米国特許出願第13/604,203号の利益および優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本開示は、一般に、ウォールウォッシュ照明具用のLEDレンズに関し、より具体的には、壁面に均一な照明およびむらのない色温度を生成するために小さい角度内で光ビームを均一に混合するように設計された二次光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００３】
ウォールウォッシュ照明具は、一般に、大面積の壁面を照明するために使用される照明器具を指す。それは、主として、建築外壁照明、景観照明、広告看板照明、および文化施設照明などで使用される。加えて、それは、さらに、ホテルロビー、ダンスホール、およびバーなどの場所のムード照明に広く適用される。
【０００４】
近年、LEDウォールウォッシュライトは様々な場所で幅広く適用されており、含まれる範囲はさらに、例えば、屋内から屋外まで、および局所照明から全体照明まで、ますますより広範になっている。その上、ウォールウォッシュライトは絶え間なく強化および進展したレベルで使用されている。これらの最近の傾向が継続する場合、LEDウォールウォッシュライトは、照明エンジニアリングの不可欠な部分に発展することになる可能性がある。LEDウォールウォッシュライトは、小さく、精巧に、および体積的に持ち運び可能に発展することになり、主として高出力LED光源に基づくことになることが予想される。一般に、LEDウォールウォッシュ照明具は、複数のLEDをプラスチックハウジングなどに直線的に取り付けた長いバー(すなわち、「ライトバー」)を使用して実装される。
【０００５】
いくつかのウォールウォッシュ照明具用途では、LEDがいくつかの所望の特性に応じて光ビームを配光するために二次光学レンズを設ける必要がある。二次光学レンズの設計原理は、一般に、以下の通りである。全反射コリメーティングレンズを最初に使用して、LEDから放出された光ビームを非常に小さい光ビーム角に収束し、次に、光ビームはレンズの頂部にある線状配光曲面を介して壁面の方に広角で拡散され、一方、非常に小さい光ビーム角は壁面に垂直な方向で不変である。その結果、光ビームの大部分を壁面に集めることができる。しかし、従来の二次光学レンズの1つの弱点は、外部面の全反射曲面が平滑であるので、LEDチップの蛍光粉末が均一に被覆されない場合、レンズは、プリズム分散効果に起因して壁面の異なる高さに異なる色温度を生成することがある。例えば、LED光源に隣接する壁面の低い高さの色はわずかに青色になる傾向があり、一方、高い壁高さの色はわずかに黄色になる傾向がある。したがって、壁面に均一な照明およびむらのない色温度を生成するために小さい角度内で光ビームを均一に混合することができるLEDウォールウォッシュライトレンズの必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書の開示の一態様によれば、二次光学レンズがLEDウォールウォッシュライトで使用するために提供される。二次光学レンズは、ベース面から頂面まで延びた外面を有する凹状本体を含み、外面は、ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンを有する。さらに、二次光学レンズは、凹状本体のベース面から上方に延びていると共に、円筒状入射面および円筒状入射面の頂部にある非球面入射面を有する、光入射面と、正弦波形ストライプテクスチャを有する凹状本体の頂面にある光放出面とを含む。
【０００７】
別の態様では、二次光学レンズは、光放出面に隣接した、少なくとも1つの位置決めピンを有する、フランジをさらに含む。
【０００８】
別の態様では、円筒状入射面は、二次光学レンズの光軸を基準にして1°から7°の間の範囲の抜き勾配を有する。
【０００９】
別の態様では、円筒状入射面は、非球面入射面の下に位置づけられるLEDから、二次光学レンズの光軸を基準にして30°から90°の間のある角度で放出された複数の光ビームを捕集するように構成され、さらに、複数の光ビームを外面の方へ屈折させるように構成されている。
【００１０】
別の態様では、ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンは複数の光ビームを全反射し、±3°〜±5°の小さい角度範囲で複数の光ビームを混合するように構成されている。
【００１１】
別の態様では、非球面入射面は、非球面入射面の下に位置づけられるLEDから、二次光学レンズの光軸を基準にして0°から30°の間のある角度で放出された複数の光ビームを捕集するように構成され、さらに複数の光ビームを収束させるように構成され、収束された複数の光ビームは入射光ビームとして光放出面に当たる。
【００１２】
別の態様では、光放出面の正弦波形ストライプテクスチャは複数の光ビームをストライプに対して垂直に拡散して配光し、出力光ビームは45°よりも大きく75°までの範囲に拡げられる。
【００１３】
別の態様では、ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンを有する外面はベース面から頂面まで0.5mmから5mmまでの間にあり、各薄片面は頂面に近い位置ほどサイズが増加する。
【００１４】
別の態様では、非球面入射面の下に位置づけられるLEDの中心点から放出された複数の光ビームは、円筒状入射面を通過した後、入射光ビームとしてダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンの薄片の中心点位置に当たり、反射の後の出射光は、二次光学レンズの光軸に平行な方向にコリメートされて放出される。
【００１５】
別の態様では、円筒状入射面によって屈折された複数の付加的な光ビームは、付加的な入射光ビームとして、それぞれ、ダイヤモンドテクスチャ薄片反射パターンの薄片の上部および下部縁部点に当たり、反射の後の複数の出射光ビームはほぼ3°から5°の間の拡散角を有する。
【００１６】
別の態様では、非球面入射面は、非球面入射面の下に位置づけられるLEDから放出された複数の光ビームを0°〜45°の範囲に配光するように構成されている。
【００１７】
別の態様では、非球面入射面は、光ビーム混合効果をもつ平滑面、つや消し面、またはマイクロレンズアレイ面のうちの1つを含む。
【００１８】
別の態様では、非球面入射面は、次の条件
【００１９】
【数１】
2014067023.tif 000003
【００２０】
を満たす入射角θ1および対応する出射角δiを含む。
【００２１】
別の態様では、光放出面のストライプテクスチャは、正弦波の第1の8分の1周期内のi番目の入射光ビームに対して、対応するi番目の出力光ビームの出射角Ψiが次の配光条件
【００２２】
【数２】
2014067023.tif 000004
【００２３】
を満たす配光原理を有する。
【００２４】
別の態様では、光放出面のストライプテクスチャは、正弦波の第2の8分の1周期内のi番目の入射光ビームに対して、対応するi番目の出力光ビームの出射角Ψiが次の配光条件
【００２５】
【数３】
2014067023.tif 000005
【００２６】
を満たす配光原理を有する。
【００２７】
別の態様では、出射角Ψiは45°≦2Ψmax≦75°の範囲にある。
【００２８】
別の態様では、二次光学レンズは、正方形、六角形、または円形であるフランジをさらに含む。
【００２９】
別の態様では、二次光学レンズの光放出面は頂面に対して傾斜している。
【００３０】
別の態様では、二次光学レンズの光放出面は頂面に対して凹状である。
【００３１】
別の態様では、二次光学レンズの光放出面は頂面に対して凸状である。
【００３２】
図は単に例示のためのものであり、必ずしも原寸に比例して描かれていない。しかし、本発明自体、添付図面とともに解釈されるとき、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】例示的な一実施形態による二次光学レンズの3次元斜視図である。
【図１Ｂ】例示的な一実施形態による上方に向いている二次光学レンズの側面図である。
【図１Ｃ】例示的な一実施形態による二次光学レンズの光放出面の正弦波形ストライプテクスチャの平面図である。
【図１Ｄ】例示的な一実施形態による右方に向いている二次光学レンズの側面図である。
【図１Ｅ】例示的な一実施形態による二次光学レンズの底面図である。
【図１Ｆ】例示的な一実施形態による二次光学レンズの底面斜視図である。
【図２Ａ】例示的な一実施形態による二次光学レンズの断面側面図である。
【図２Ｂ】例示的な一実施形態による二次光学レンズの断面側面図である。
【図３】例示的な一実施形態による二次光学レンズの反射コリメーティングおよび小角光ビーム混合効果を示す図である。
【図４】例示的な一実施形態による光放出面の単一のダイヤモンドテクスチャ薄片の光ビーム混合効果を示す図である。
【図５】例示的な一実施形態による光入射面の非球面入射面の設計原理を示す図である。
【図６】例示的な一実施形態による非球面入射面の入射角および対応する出射角の配光原理を示す図である。
【図７】例示的な一実施形態による光放出面の正弦波形ストライプテクスチャの配光原理を示す図である。
【図８】例示的な一実施形態による光放出面の曲面の正弦曲線の区間の配光原理を示す図である。
【図９】例示的な一実施形態による二次光学レンズによってY方向に放出された光ビームの光線追跡のコンピュータシミュレーションを示す図である。
【図１０】例示的な一実施形態による二次光学レンズによってX方向に放出された光ビームの光線追跡のコンピュータシミュレーションを示す図である。
【図１１Ａ】例示的な一実施形態による複数の二次光学レンズを有するライトバーによって放出された光スポット形状を示す図である。
【図１１Ｂ】例示的な一実施形態による複数の二次光学レンズを有するライトバーによって放出された光スポット形状を示す図である。
【図１２】例示的な一実施形態による二次光学レンズの例示の光強度ファーフィールド角度分布を示す図である。
【図１３】例示的な一実施形態による二次光学レンズの側面におけるX方向に平行なスクリーン上の光スポット形状を示す図である。
【図１４Ａ】二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１４Ｂ】二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１４Ｃ】二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１４Ｄ】二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１４Ｅ】二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１５Ａ】傾斜した光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１５Ｂ】傾斜した光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１５Ｃ】傾斜した光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１５Ｄ】傾斜した光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１５Ｅ】傾斜した光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１６Ａ】凹状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１６Ｂ】凹状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１６Ｃ】凹状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１６Ｄ】凹状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１６Ｅ】凹状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１７Ａ】凸状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１７Ｂ】凸状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１７Ｃ】凸状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１７Ｄ】凸状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【図１７Ｅ】凸状光放出面を有する二次光学レンズの代替の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図1Aから図1Fは、例示的な一実施形態による二次光学レンズ100の複数の図を示す。具体的には、図1Aは、二次光学レンズ100の3次元斜視図を示し、二次光学レンズ100は、光放出面110を含み、フランジ112と、フランジ112の下側から延びる位置決めピン114とをさらに有する。当業者には理解されるように、位置決めピン114は、組み付け中に二次光学レンズ100を、例えば、ライトバー取付け構造体に案内する。例示的な本実施形態では、レンズ表面の頂部にある水平面と見なすことができる光放出面110は、正弦波形ストライプテクスチャを含む。
【００３５】
より具体的には、図1Cは、二次光学レンズ100の光放出面110の正弦波形ストライプテクスチャの平面図を示す。二次光学レンズ100は、XおよびY方向に関して示される。X方向は照明される壁面に平行であり、Y方向は照明される壁面に垂直であると考えられる。例えば、二次光学レンズ100を有する照明デバイスは、光放出面110が上方に面しているように壁面に取り付けることができる。例示的な本実施形態では、光放出面110の正弦波形ストライプテクスチャは、ストライプに垂直な方向(すなわち、壁面に平行なX方向)に光ビームを拡散および配光するように構成されている。さらに、出力光ビームは、好ましくは、ストライプに対して垂直な方向に45°よりも大きく75°までの範囲(すなわち、ほぼ22.5°よりも大きくほぼ37.5°までの範囲のZ方向に対する夾角)に拡げられる。例示的な本実施形態のさらに改善されたものでは、全拡散角は75°である(すなわち、発散半角は±37.5°である)。
【００３６】
図1Bは、光放出面110が上方に向いている二次光学レンズ100の側面図を示し、図1Dは、光放出面110が右方に向いている二次光学レンズ100の側面図を示す。両方の図に示されるように、二次光学レンズ100は、図3に関して以下で詳細に説明するように、ダイヤモンドテクスチャ薄片パターンがZ方向に光を反射するように構成された円錐形反射面116を含む。
【００３７】
図1Eは、光放出面110の下側を示す二次光学レンズ100の底面図を示す。上記のように、二次光学レンズ100は、フランジ112に付いている位置決めピン114を含む。図1Eに示されるように、4つの位置決めピン114が、組み付け中に二次光学レンズ100を案内するために設けられる。二次光学レンズ100は任意の数の位置決めピンを有することができ、または全くなくてもよいことを認識すべきである。
【００３８】
図1Fは、例示的な一実施形態による二次光学レンズ100の底面斜視図を示す。以下でより詳細に説明するように、内部光入射面120は、底部またはベース面から円筒形状面として上方に、二次光学レンズ100の中央で延びる。この点に関して、LEDは、内部に位置づけられ、光入射面120に光を放出することができる。
【００３９】
図2Aおよび図2Bは、例示的な一実施形態による、それぞれ、XおよびY方向に沿った二次光学レンズ100の断面側面図を示す。上記のように、二次光学レンズ100は光放出面110とフランジ112とを含む。さらに、図示のように、二次光学レンズ100は内部光入射面120を含み、内部光入射面120は、Z方向に延びる円筒状入射面222を画定する円筒面と、円筒面の頂部にある非球面入射面224とを含む。
【００４０】
例示的な本実施形態では、光入射面120の円筒状入射面222は、好ましくは、1°から7°の間の抜き勾配でZ方向に延び、それにより、円筒状入射面222は、光軸、すなわち、Z方向から30°から90°までのある角度でLEDから放出された光ビームを捕集し、それを外側反射面116に屈折させることができる。さらに、ダイヤモンドテクスチャ薄片パターンを有する外側反射面116は、円筒状入射面222によって光放出面110に屈折された光ビームを全反射するように構成されている。この光反射パターンは、図3に関して以下で詳細に示される。さらに、外側反射面116は、好ましくは、ほぼ3°からほぼ5°までの小さい角度範囲で光ビームを混合するように構成されている。
【００４１】
光入射面120の非球面入射面224は、好ましくは、光軸、すなわち、Z方向から0°から30°までのある角度でLEDから放出された光ビームを捕集し、その光ビームを収束させるように構成されている。例示的な本実施形態では、収束化光ビームは、さらに、入射光ビームとして二次光学レンズ100の頂部にある光放出面110に当たる。この光反射パターンは、図5に関して以下で詳細に示される。
【００４２】
図3は、例示的な一実施形態による二次光学レンズ100の反射コリメーティングおよび小角光ビーム混合効果を示す。図示のように、光軸から30°から90°までのある角度でLED130の光放出面の中心点Oから放出された光ビームは、光入射面120の円筒状入射面222から外側反射面116に屈折される。図示のように、外側反射面116のダイヤモンドテクスチャ薄片パターンは、入射光ビームをZ方向に全反射してコリメートするように構成されている。さらに、外側反射面116は、薄片の異なるサイズに基づく、±3°から±5°までの範囲の±Δθ角度の範囲で小角光ビーム混合を行うように構成されている。図示のように、反射光ビームは、入射光ビームとしてレンズの頂部にある光放出面110に当たり、次に、上述のようにストライプに垂直な方向に拡散および配光される。
【００４３】
図4は、例示的な一実施形態による光放出面110の単一のダイヤモンドテクスチャ薄片の光ビーム混合効果を示す。図示のように、Q1-Q-Q2は、Y方向の単一のダイヤモンドテクスチャ薄片面の例示の断面輪郭線として描かれている。LED130の中心点Oから放出された光ビームOPは、光入射面120の円筒状入射面222によって屈折された後、入射光ビームとして薄片の中心点Q位置に当たる。さらに、反射の後の出射光TRは、Z方向(すなわち、光軸OZと平行)にコリメートおよび放出される。光ビームOP1およびOP2は、円筒状入射面222による屈折の後、入射光ビームとして、それぞれ、外側反射面116の薄片の上部縁部点Q1および下部縁部点Q2に当たる。さらに、薄片Q1-Q-Q2は中心としての点Qをもつ外側反射面116のファセットであるので、縁部位置Q1およびQからの反射光ビームが光放出面110を通って放出された後、出射縁部光ビームT1R1およびT2R2は、小さい拡散角±Δθを効果的に有することになる。例示的な本実施形態では、二次光学レンズが0.5mmから5mmの間の高さを有する状態で、薄片面はレンズの底部に近づくほど小さくなり、レンズの頂部に近づくにつれて大きくなることになる。例示的な本実施形態では、レンズの底部の近くの薄片面のサイズは約0.7mmであり、レンズの頂部の近くの薄片面のサイズは約2mmである。その結果、出射光ビームは、±3°から±5°までの範囲で混合光を生成することができる。光学二次レンズおよび薄片面のサイズは例示の目的のために提供されているが、本明細書の開示を限定することは全く意図されていないことを繰り返し述べる。
【００４４】
図5は、例示的な一実施形態による光入射面120の非球面入射面224の設計原理を示す。光入射面120は、光ビーム混合効果をもつ平滑面、つや消し面、またはマイクロレンズアレイ面とすることができると考えられる。図示のように、光軸から0°から30°までのある角度でLEDの点Oから放出された光ビームは、入射光ビームとして非球面入射面224に当たる。さらに、例示的な本実施形態では、非球面入射面224は、先行技術設計と比べて有利である0からδ°までの範囲のある角度で出力光ビームを配分するように構成されている。特に、放出された光ビームに対して比較的小さい光ビーム角によるコリメーションを使用する複数の非球面の面を有する先行技術設計は、照明器具に近い壁面の下部部分に光スポット影(すなわち、トランペット形状影)と、トランペット形状スポットの外側の暗い区域とを引き起こし、それにより、不完全なウォールウォッシュ効果がもたらされる。対照的に、図5に示すように二次光学レンズ100の底部の中央部分に非球面入射面224を位置づけて光を配光することによって、非球面入射面224は、出力光ビームを0からδ°までの範囲のある角度で拡げ、それは、照明器具に近い壁面の下部位置のトランペット形状光スポットを効果的に除去し、同時に、トランペット形状スポットの外側の比較的暗い区域を補償することができ、その結果、比較的均一なウォールウォッシュ効果が得られる。例示的な本実施形態では、δ角度は、20°から45°の間、好ましくは、30°である。
【００４５】
図6は、例示的な一実施形態による光入射面120の非球面入射面224の入射角および対応する出射角の配光原理を示す。入射角θ1は、入射光ビームとして非球面入射面224に当たるLEDの中心点Oから放出された光ビームと光軸OZとの間の、光軸から角度0°から角度30°までの間の図5の夾角を指す。図示のように、θbeamは、外側反射面116によってコリメートされた後にY方向に沿って放出される光ビーム角である。例示的な本実施形態では、θbeamは、6°から15°の間の範囲の角度であり、好ましくは、8°である。
【００４６】
図6にさらに示すように、O'は等価発光点であり、三角形ΔO'UVは等価配光三角形である。そのため、UVは、lの仮想長さをもつ等価壁面照明目標であり、ポイントO'へのフィールド角サイズはδである(すなわち、δは、光放出面110を通過する出射縁部光ビームの最大出射角である)。例示的な本実施形態では、照明目標UVは、好ましくは、三角形ΔO'UVに均等に分割され、同時に、0〜30°の入射角が均等に分割され、2つは1対1で一致する。その結果として、点O'に対する等分割点Uiのフィールド角δiはi番目の光ビームの出射角であり、対応する入射光ビームはLED130の中心点Oから放出されたi番目の光ビームである。Uiが照明目標のi番目の等分割点であると仮定すると、UUiの長さはθ1/30°である。等価分配三角形ΔO'UVの三角関数関係に基づいて、配光条件
【００４７】
【数４】
2014067023.tif 000006
【００４８】
は、非球面入射面224の入射角θ1および出力光ビームの出射角δiについて容易に得ることができる。
【００４９】
式1の配光条件に基づいて、(X,Y)座標値は、屈折の原理と組み合わせて数値計算を適用する非球面入射面224の輪郭線に対して計算することができる。
【００５０】
図7は、例示的な一実施形態による光放出面110の正弦波形ストライプテクスチャの配光原理を示す。図示のように、光放出面110は表面のストライプに対して垂直に入射光ビームを拡散および配光し、出力光ビームは、光軸OZに対して±Ψmaxの範囲内の角度(すなわち、全角度は2Ψmaxである)で拡げられる。例示的な本実施形態では、この範囲は45°≦2Ψmax≦75°である。
【００５１】
図示のように、光放出面110の曲面は正弦波形配光曲面である。説明のために、正弦波の4分の1周期がA-B-C区間とされる。光ビームが正弦曲線の4分の1区間の最低点(すなわち、点D)または最高点(すなわち、点F)に当たるとき、出射光ビームDGおよびFKは、光軸OZと平行に、すなわち、Z方向に放出される。光ビームが正弦曲線を横切る中間点(すなわち、点E)(これは正弦曲線の8分の1周期位置である)に当たるとき、出射光ビームEHは最大発散角Ψmaxを有する。さらに、図示のように、A-BおよびB-C区間の入射光ビームでは、その出射光ビームと光軸OZとの間の夾角は、0〜Ψmaxの範囲で、対応する比率に基づいて均一に拡げられる。
【００５２】
図8は、例示的な一実施形態の光放出面110の曲面のA-B区間の配光原理を示す。ここで参照するA-B区間は図7に示されており、上記で説明したことに留意されたい。図8に示されるように、三角形ΔQGHは等価分配三角形であり、QGは図7の出力光ビームDGに対応し、QHは図7の出力光ビームEHに対応し、点Qは出力光ビームDGおよびEHの等価共通発光点である。さらに、GHは照明目標であり、説明のために、照明距離はQG=1として正規化され、照明目標はGH=tan(Ψmax)であると想定される。
【００５３】
図7に示した光放出面110の配光の部分拡大図において、区間A-Bの入射光ビームはn個の部分に分割されることを認識すべきである。同様に、図8に示されるような照明目標GHは、図7に示されたn個の部分に対応するn個の部分に分割される。区間A-B内のi番目の入射光ビームに関して、対応するi番目の出力光ビームQIの出射角Ψiは次の条件
【００５４】
【数５】
2014067023.tif 000007
【００５５】
を満たす。
【００５６】
さらに、光放出面110のB-C区間の配光原理は、出力光ビーム配光角度の順番がA-B区間の順番の逆であり、照明目標およびB-C区間の入射光ビームはそれぞれ、同様にn個の部分に分割されることになることを除いて、図8に示したものと同じ配光原理を有することが好ましい。i番目の光ビームの出射角は次の条件
【００５７】
【数６】
2014067023.tif 000008
【００５８】
を満たす。
【００５９】
式2および式3の配光条件に基づいて、光放出面110の配光の輪郭線は数値計算法で決定することができ、それは正弦波形である。振幅と正弦曲線の周期との間の比率が固定される場合、正弦曲線の周期サイズは出力光ビームの角度に影響を与えないことを認識すべきである。さらに、ポリ(メチルメタクリレート)(「PMMA」)が例示的な本実施形態で二次光学レンズ100の材料として使用される場合、8分の1周期の出力縁部光ビームEHの最大出射角はΨmax=37.5°であり、正弦波振幅/周期比率は0.284であると算出することができる。好ましくは、例示的な本実施形態では、正弦曲線の2つの隣接する波の山(または波の谷)の好ましい周期は0.75mmである。本明細書の開示はこれらの寸法に全く限定されるべきでないことを理解すべきである。
【００６０】
図9および図10は、例示的な一実施形態による二次光学レンズ100のコンピュータシミュレーションを示す。これらのシミュレーションのために、Cree, Inc.で製造されたXLamp XP-E LEDが二次光学レンズ100のためのLED光源として用意され、光束は90ルーメンであることが仮定されている。
【００６１】
特に、図9は、二次光学レンズ100によってY方向に放出された光ビームの光線追跡のコンピュータシミュレーションを示し、図10は、二次光学レンズ100によってX方向に放出された光ビームの光線追跡のコンピュータシミュレーションを示す。図9に示されるように、Y方向(すなわち、壁面に垂直な方向)の出射ビームは実質的にコリメートおよび放出され、一方、X方向(すなわち、壁面に平行な方向)の出射ビームは実質的に大きい光ビーム角を有する。その結果、直線的に配置され、小さいピッチ角を有する複数の二次光学レンズ100を使用するライトバーは、すべての光ビームを壁面に当てて、非常に大きい面積の照明および非常に長い距離の照明による均一な光スポットを形成することができる。
【００６２】
例示のために、図11は、3メートルの距離に複数の二次光学レンズ100を有するライトバーによって放出された光スポット形状を示す。図示のように、光スポット配光は均一に配光されたラインである。
【００６３】
図12は、二次光学レンズ100の例示の光強度ファーフィールド角度分布を示す。図示のように、0度方位角の配光曲線に関して、光ビーム角は比較的大きく、曲線の形状はややコウモリの翼のように見える。さらに、そのピーク光強度の2分の1位置の光ビーム角の幅はほぼ±37.5°であり、それはレンズストライプに垂直な方向(すなわち、X方向)に光を配光する。90度方位角の配光曲線に関して、光ビーム角は非常に小さく、曲線はガウス分布である。そのピーク光強度の2分の1位置の光ビーム角の幅はほぼ±3°のみであり、それはレンズストライプに平行な方向(すなわち、Y方向)に光を配光する。
【００６４】
図13は、二次光学レンズ100の側面におけるX方向に平行なスクリーン上の光スポット形状を示す。上部位置がレンズ位置であり、それは実際の用途と比べて逆にされていることに留意されたい。図示のように、二次光学レンズ100の側面に、受取りスクリーンがX方向に平行に置かれ、それは、壁面でのレンズの光スポット配光をシミュレートするものである。二次光学レンズ100はスクリーンの上方に位置づけられる。明らかなように、スクリーン上の光スポット配光は非常に広く、スポット均一性は比較的良好である。さらに、極めて小さい傾斜角をわずかに調整すれば、スクリーン上のスポット均一性がさらによくなることを認識すべきである。複数の二次光学レンズ100を使用してライトバーを製造する間に、照明器具から壁面まで距離および照明される壁面の高さに基づいて照明器具の傾斜角を調整することができることも考えられる。一般に、3〜10メートルの高さをもつ壁面では5°から8°の間の傾斜角を採用することができると考えられる。
【００６５】
図14A〜図14Eは、二次光学レンズの代替の実施形態の様々な斜視図を示す。特に、光放出面がその下の外側反射面の出射開孔のサイズを覆っている限り、二次光学レンズは様々な形状をもつ光放出面を有することができると考えられる。図14A〜図14Eに示されるように、二次光学レンズ300は、正弦波形ストライプテクスチャをもつ円形光放出面310を含む。光放出面310の直径はその下の外側反射面316以上であることを理解すべきである。外部円形光放出面310の外側の平面314はアセンブリのために設けられたフランジである。フランジ314はアセンブリ要求に基づいた任意の形状(例えば、正方形、六角形、丸形など)で設けることができると考えられる。本明細書で説明した光放出面310の形体だけでなく、二次光学レンズ300のあらゆる他の物理的形体は二次光学レンズ100について上述したものと同じであることが認識されるべきであり、ここでは繰り返さない。
【００６６】
図15A〜図15E、図16A〜図16E、および図17A〜図17Eは、二次光学レンズの他の実施形態の様々な斜視図を示す。より具体的には、図15A〜図15Eは、傾斜した光放出面410を有する二次光学レンズ400を示す。この設計は、ピッチ角を照明器具に合わせて調節することができない場合に実施することができる。光放出面410を傾斜させることによって、レンズから放出される光ビームを壁面に導くことができる。加えて、照明器具が壁面から比較的距離がある場合、または壁面が特定の照明高さを必要とする場合、光放出面は反り面または曲面を有するように設計することができ、その結果、光ビームは、レンズから必要とされる高さまで均一に配分することができる。図16は、凹面をもつ光放出面510を有する二次光学レンズ500を示し、図17は、凸面をもつ光放出面610を有する二次光学レンズ600を示す。図15A〜図15E、図16A〜図16E、および図17A〜図17Eに示し、本明細書で説明した光放出面の傾斜角または湾曲だけでなく、これらの二次光学レンズ400、500、および600のあらゆる他の物理的形体は、それぞれ、二次光学レンズ100について上述したものと同じであることが認識されるべきであり、ここでは繰り返さない。
【００６７】
特定の実施形態を本明細書で図示し説明したが、様々な代替および/または均等の実施態様が、本発明の範囲から逸脱することなく、図示し説明した特定の実施形態と置き換えられうることを当業者は認識するであろう。本仮出願は、本明細書で説明した特定の実施形態のいかなる改変形態または変形形態も包含するものである。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
100  二次光学レンズ
110  光放出面
112  フランジ
114  位置決めピン
116  外側反射面、円錐形反射面
120  光入射面、内部光入射面
130  LED
222  円筒状入射面
224  非球面入射面
300  二次光学レンズ
310  円形光放出面、外部円形光放出面、光放出面
314  フランジ、平面
316  外側反射面
400  二次光学レンズ
410  光放出面
500  二次光学レンズ
510  光放出面
600  二次光学レンズ
610  光放出面
【図１Ａ】
2014067023.tif 000012
【図１Ｂ】
2014067023.tif 000013
【図１Ｃ】
2014067023.tif 000014
【図１Ｄ】
2014067023.tif 000015
【図１Ｅ】
2014067023.tif 000016
【図１Ｆ】
2014067023.tif 000017
【図２Ａ】
2014067023.tif 000018
【図２Ｂ】
2014067023.tif 000019
【図３】
2014067023.tif 000020
【図４】
2014067023.tif 000021
【図５】
2014067023.tif 000022
【図６】
2014067023.tif 000023
【図７】
2014067023.tif 000024
【図８】
2014067023.tif 000025
【図９】
2014067023.tif 000026
【図１０】
2014067023.tif 000027
【図１１Ａ】
2014067023.tif 000028
【図１１Ｂ】
2014067023.tif 000029
【図１２】
2014067023.tif 000030
【図１３】
2014067023.tif 000031
【図１４Ａ】
2014067023.tif 000032
【図１４Ｂ】
2014067023.tif 000033
【図１４Ｃ】
2014067023.tif 000034
【図１４Ｄ】
2014067023.tif 000035
【図１４Ｅ】
2014067023.tif 000036
【図１５Ａ】
2014067023.tif 000037
【図１５Ｂ】
2014067023.tif 000038
【図１５Ｃ】
2014067023.tif 000039
【図１５Ｄ】
2014067023.tif 000040
【図１５Ｅ】
2014067023.tif 000041
【図１６Ａ】
2014067023.tif 000042
【図１６Ｂ】
2014067023.tif 000043
【図１６Ｃ】
2014067023.tif 000044
【図１６Ｄ】
2014067023.tif 000045
【図１６Ｅ】
2014067023.tif 000046
【図１７Ａ】
2014067023.tif 000047
【図１７Ｂ】
2014067023.tif 000048
【図１７Ｃ】
2014067023.tif 000049
【図１７Ｄ】
2014067023.tif 000050
【図１７Ｅ】
2014067023.tif 000051
【外国語明細書】
2014067023000001.pdf