(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を備え、ＬＥＤ中心軸は０°にあり、さらに、
反射器を備え、前記反射器は少なくとも四つの隣接したセグメントを備えており、
前記ＬＥＤ光源から０°と＋６０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最初のセグメントによって−３０°と−５０°の間の角度に反射され、
前記ＬＥＤ光源から−１０°と＋１０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最後のセグメントによって−１３０°と−１６０°の間の角度に反射され、前記最後のセグメントは前記ＬＥＤの中心軸の真ん前を横切っており、
前記ＬＥＤ光源から−２０°と−７０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
【請求項２】
前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、請求項１に記載の照明源。
【請求項３】
前記ＬＥＤ光源は、およそ１２０°以下に離して配置された三つ以上の照明源を有している、請求項１に記載の照明源。
【請求項４】
前記ＬＥＤ光源は、共通平面に沿って配置されたＬＥＤのアレイを備えている、請求項３に記載の照明源。
【請求項５】
前記反射器の少なくとも一部が円錐曲線または円錐曲線状形状を有している、請求項１に記載の照明源。
【請求項６】
前記反射器の円錐曲線または円錐曲線状形状は、双曲線、放物線、楕円、球、または修正円錐曲線から成る群から選択された形状を有している、請求項５に記載の照明源。
【請求項７】
前記反射器の反射表面は、円形に回転されている、請求項１に記載の照明源。
【請求項８】
前記反射器の反射表面は、直線的に突出または張出されている、請求項１に記載の照明源。
【請求項９】
前記反射表面は、円錐曲線または円錐曲線状曲線に沿って張出されている、請求項８に記載の照明源。
【請求項１０】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を備え、ＬＥＤ中心軸は０°にあり、さらに、
反射器を備え、前記反射器は少なくとも四つの隣接したセグメントを備えており、
前記ＬＥＤ光源から０°と＋９０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最初のセグメントによって−４５°と−７０°の間の角度に反射され、
前記ＬＥＤ光源から−１０°と−４０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最後のセグメントによって−１００°と−１３０°の間の角度に反射され、前記最初のセグメントは前記ＬＥＤの中心軸の真ん前を横切っており、
前記ＬＥＤ光源から−２０°と−７０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、請求項１０に記載の照明源。
【請求項１２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を備え、前記ＬＥＤ光源の原初の中心軸は０°にあり、さらに、
反射器を備え、前記反射器は少なくとも四つの隣接したセグメントを備えており、
前記ＬＥＤ光源は前記原初の中心軸に対して−１５度に配置され、
前記ＬＥＤ光源から０°と＋６０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最初のセグメントによって−３０°と−５０°の間の角度に反射され、
前記ＬＥＤ光源から−１０°と＋１０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最後のセグメントによって−１３０°と−１６０°の間の角度に反射され、前記最後のセグメントは前記ＬＥＤの中心軸の真ん前を横切っており、
前記ＬＥＤ光源から−２０°と−７０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
【請求項１３】
前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、請求項１２に記載の照明源。
【請求項１４】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を備え、前記ＬＥＤ光源の原初の中心軸は０°にあり、さらに、
反射器を備え、前記反射器は少なくとも四つの隣接したセグメントを備えており、
前記ＬＥＤ光源は、前記原初の中心軸に対して−１５度に配置され、
前記ＬＥＤ光源から０°と＋９０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最初のセグメントによって−４５°と−７０°の間の角度に反射され、
前記ＬＥＤ光源から−１０°と−４０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器の前記少なくとも四つの隣接したセグメントの最後のセグメントによって−１００°と−１３０°の間の角度に反射され、前記最初のセグメントは前記ＬＥＤの中心軸の真ん前を横切っており、
前記ＬＥＤ光源から−２０°と−７０°の間の角度で発せられた光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
【請求項１５】
前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、請求項１０に記載の照明源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許文献は、２００７年１月８日に提出された米国出願連続番号１１／６２０，９６８に関し、それは、２００５年３月３日に提出された米国出願連続番号１１／０６９，９８９の一部継続出願であり、それらのおのおの全内容は参照によってここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、高度に均一な照明／強度パターンを作り出すＬＥＤ（発光ダイオード）および反射器照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの用途において、ハイベイ、ローベイ、パーキングエリア、倉庫、道路照明、駐車ガレージ照明、通路照明などの一般的照明用途に使用される均一照明パターンを作り出すことが望まれている。これらの用途では、照明設備は、光の大部分を高い確度で外を向けて方向づけ、少ない割合の光だけを下方に向けて方向づけなければならない。
【０００４】
一般に、光源は、球パターンの光を発する。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、図１０Ａに示されるようにおよそ−９０°からし９０°までの半球パターンに光を発するという点で独特である。したがって、従来のやり方でＬＥＤを光源として利用するために、ＬＥＤのまわりに反射器が置かれる。
【０００５】
ＬＥＤ光軸が照明設備光軸に整列している場合など、光源がその真正面の平面対象表面エリアを照明するとき、フートキャンドル（ｆｃ）の照度はＣｏｓ３θの関数として減少する。これは、Ｃｏｓ３θ効果として知られている。図１０Ａに示されるＬＥＤ分布はＣｏｓθ分布にほぼ従う。Ｃｏｓθ強度分布をもつ光源が表面を照明するとき、ＣｏｓθおよびＣｏｓ３θ効果の組み合わせのためにＣｏｓ４θ照明プロファイルが生じる。典型的ＬＥＤ源と共に光学部品がいっさい使用されないならば、ＬＥＤの前にＣｏｓ４θ照度分布が生じる。図１０Ｂは、光学部品をもたない背景ＬＥＤ照明デバイスに関する（設備のまさに下方の）取り付け高さに対する距離の比の０の値において高い照度レベルを示すことにより、これを示している。照度値は急峻に減少し、取り付け高さに対する距離の比の２．５の値でほとんど０に達する。
【０００６】
図１１は、ＬＥＤ１と反射器１１を有する背景ＬＥＤ照明デバイス１０を示している。反射器１１はＬＥＤ１の周りに回ることができる。図１１の背景ＬＥＤ照明デバイスでは、ＬＥＤ１と反射器１１は、同じ軸１２に沿ってすなわち反射器１１の中心光軸１２に沿って方位づけられ、ＬＥＤ１は、軸１２に沿って反射器１１の外にまっすぐに向いている。
【０００７】
図１１のＬＥＤ照明デバイス１０で、広角の光は反射器１１から再方向づけられ、狭角の光は直接逃れる。結果は、ＬＥＤ照明デバイス１０の出力がより狭くより多くの平行光ビームであるということである。それにより、そのようなＬＥＤ照明デバイス１０では、円ベースの照明パターンが作り出される。ほとんどのＬＥＤは図１０ａに示されるような余弦状の強度パターンを有しているので、これは、対象表面を照明するときにＬＥＤの真ん前にホットスポットをもたらす。反射器１１は対象表面のさまざまなエリアで照度を増大させることができるが、反射器１１はＬＥＤ１の前のホットスポットを直接低減することができない。
【０００８】
したがって、地面に向けて下方などの対象エリアに向けてＬＥＤ１を直接向けながら図１１のような同じ軸１２に沿ってＬＥＤ１と反射器１１を向けることは、照明設備の真ん前にホットスポットをもたらす。
【発明の概要】
【０００９】
本発明者は、ある用途は非常に均一な照明パターンを必要とすることを認識した。いくつかの場合には、ホットスポットは不所望であり、照明は、照明対象エリア内の最高および最低照度値間で１対１０の比を超えてはならない。
【００１０】
ここで本発明の側面においては、照明設備の真ん前にホットスポットを作り出さないようにＬＥＤ中心軸が対象エリアから離されて配置され得る。反射器が使用され得、反射器部分は光を反射して適切な量の光だけを設備の真ん前に方向づけし得る。その結果、ホットスポットが低減または除去され得る。
【００１１】
本発明は、一つ以上のＬＥＤと一つ以上の反射器を有する新規な照明源を提供することによって、高度に均一な照明パターンを生成する所望の結果を達成する。一つ以上のＬＥＤと一つ以上の反射器が照明源と呼ばれ得る。一つ以上の反射器は一つ以上のセグメントを有していてもよい。反射器セグメントは平坦であってもよいし、湾曲を有していてもよい。反射器セグメントは、ＬＥＤに関して凹状または凸状の湾曲を有していてもよい。反射器セグメントの湾曲は、円錐曲線または円錐曲線状形状または断面を有していてもよい。反射器表面は、ＬＥＤのＬＥＤ中心軸からの光がＬＥＤ中心軸から離されてわきに向けられるように設計され配置されてもよい。反射器は、さまざまな正の角度でＬＥＤから発せられた光が特定の負の角度に再方向づけられるように設計され配置されもよい。反射器は、さまざまな負の角度でＬＥＤから発せられた光が異なる特定の負の角度に再方向づけられるように設計され配置されもよい。反射器は、光が本質的に折り返されるようにさまざまな角度でＬＥＤから発せられた光が著しく変化されるように設計され配置されもよい。反射器は、さまざまな負の角度でＬＥＤから発せられた光が再方向づけられないように設計され配置されもよい。
【００１２】
本発明のさらなるゴールは、小さくてコンパクトな光学設計を実現することである。
【００１３】
本発明のより完全な評価およびそれに付帯する利点の多くが、添付の図面に関連して考慮される続く詳細な説明の参照によって一層よく理解されるときに容易に得られる。
【００１４】
この発明のより完全な評価およびそれに付帯する利点の多くが、添付の図面に関連して考慮される続く詳細な説明の参照によって一層よく理解されるときに容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図２】図２は、本発明の照明デバイスの実施を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図５】図５は、相対的な反射器の光線トレーシングを示している。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態の異なる照明デバイスによって実現された照度パターンを示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施形態の異なる照明デバイスによって実現された照度パターンを示している。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の照明デバイスの別の実施形態を示している。
【図８】図８は、本発明の照明デバイスの実施形態を示している。
【図９】図９は、本発明の照明デバイスのさらなる実施形態を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、背景ＬＥＤの強度分布を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、背景照明デバイスの照度プロットを示している。
【図１１】図１１は、背景技術ＬＥＤ照明デバイスを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
いま図面を参照すると、同様の参照数字は、いくつかの図、特に図１，２，３Ａ〜３Ｅ，４Ａ〜４Ｅにわたって同一または対応部分を示しており、本発明のＬＥＤ照明デバイス１００および１１０の実施形態が示されている。
【００１７】
第一に、図１は、二つの別個の照明デバイス素子１００１および１００２を有するＬＥＤ照明デバイスの実施形態を開示すると出願人は特筆する。その実施形態は、以下でさらに詳しく論じられる。図２は、そのような照明デバイスが、光が下方に投影されることが望まれ、また以下に論じられる駐車場照明としてどのように実行され得るか示している。
【００１８】
図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅに特筆される実施形態は、図１に示されるような二つの照明デバイス１００１および１００２ではなく、単一のＬＥＤ照明デバイス１００および２００の利用を示している。それらの実施形態は、いまさらに詳細に論じられる。
【００１９】
図３Ａ〜３Ｅに示されるように、本発明のＬＥＤ照明デバイス１００は、ＬＥＤ光源１と、いろいろな反射器セグメント１０１，１０２，１０３，１０４を備えた反射器１５を有している。図４Ａ〜４Ｅに示されるように、本発明のＬＥＤ照明デバイス２００は、ＬＥＤ光源１と、いろいろな反射器セグメント１１１，１１２，１１３，１１４を備えた反射器２５を有している。
【００２０】
図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅに示される本発明の実施形態では、一つ以上のＬＥＤ１（図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅにはただ一つのＬＥＤ１だけが示されている）が、一般的な光分布に対して約９０°に配置されている。一般的な光分布は図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅの−９０に相当する。一般的な光分布はまた図２に示される設備光軸１３１であってもよい。図３Ａおよび４Ａは、０°ないし±１８０°にある中心軸に沿ったＬＥＤ１を示している。一例として、ＬＥＤ１は、地面または対象エリアに対して水平に配置されてよく、照明設備は任意の方位で装着されてもよいので、水平は参照目的のためだけである。
【００２１】
たとえば、設備は、地面に下方に、壁に横に、天井に上に、他の角度ほかで向けられ得る
図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４ＥのＬＥＤ照明デバイス１００および２００は、示された構成および方位で、図２に示される照明設備１００，２００の中に挿入されて使用され得る。図２は、上方にではなく地面に下方に横に光が投影されることが望まれる駐車場光としてＬＥＤ照明デバイス１００および２００が使用され得る例を示している。
【００２２】
一つ以上のＬＥＤを水平に配置することは、ピーク強度を下方にではなく横に方向づける。図１０Ａに示される０°にある強度ピークは光学部品なしで水平に方向づけられ、「下方に」は図１０Ａの−９０°に相当するので、下方に方向づけられる光はほとんどないであろう。
【００２３】
図３Ｂに示されるように、反射器１５の一部またはセグメント１０３は、適切な照度レベルだけが設備のまさに下方にあるように、より少なくより適切な量の光を下方に方向づけるために使用され得る。図４Ｃに示されるように、反射器２５の一部またはセグメント１１１は、適切な照明レベルだけが設備のまさに下方にあるように、より少なくより適切な量の光を下方に方向づけるために使用され得る。
【００２４】
図２に示されるような多くの用途では、図２の照明設備光軸１３１に対しておよそ７０°の角度にまで望まれる。道路照明などの用途では、照明設備光軸１３１に対して７０°よりも大きい角度の光は、閃光と考えられ不所望である。しかしながら、取り付け高さに対する距離の比の２．５の外を照明するために、非常に高い強度の光が、対象エリアの外側の点を照明するためにおよそ＋／−７０°の角度にある必要がある。「外側の点」は、たとえば、ここに示された図中の取り付け高さに対する距離の＋／−２．５の比の値に相当し得る。図２は、駐車場照明の実例用途を示し、取り付け高さの値に対する距離の２．５の比で入射する光線はおよそ７０°の角１３２で照明設備を出る。７０°までの十分に高い光強度が本発明で実現され得る。これは、ある角度で発せられたＬＥＤ光を他の特定の高角度に向けて反射しながら、他の角度で発せられたＬＥＤ光が高角度で反射器の下方に逃れることを可能にする反射器構造体を使用することによって実施され得る。
【００２５】
図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅの実施形態は、図２に示されるような照明デバイスにおいて有益な上に特筆された所望の照明特性を実現する構造体を提供する。
【００２６】
図３Ａ〜３Ｅの照明デバイスの実施形態の反射器１５は、図３Ｃに示されるようにＬＥＤ中心軸に対して−１３０°と−１６０°の間の角度で光１０１Ａを後方に反射するように設計され得る。一つの実施形態では、＋１０°と−１０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−１３０°と１６０°の間の角度で後方に反射される。
【００２７】
図４Ａ〜４Ｅの照明デバイスのさらなる実施形態では、図４Ｃに示されるように、反射器２５は、ＬＥＤ中心軸に対して−１００°と−１３０°の間の角度で光１１１Ａを後方に反射するように設計され得る。その実施形態では、−１０°と−４０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−１００°と−１３０°の間の角度で後方に反射される。一つの実施形態では、反射器２５は、ＬＥＤ中心軸に対して−１００°よりも負の角度で光を後方に反射してもよい。一つの実施形態では、−１０°と−４０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−１００°と−１８０°の間の角度で後方に反射される。
【００２８】
高角度の光強度をさらに増大させるために、反射器１５，２５は、ＬＥＤ１によって発せられた光の一部を特定の正の角度の間に再方向づけてもよい。これは、ＬＥＤ１に向いた下方の湾曲を備える頂点セクション１０４または１１４を有している反射器１５および２５で達成され得る。
【００２９】
反射器１５および２５は、図３Ｅおよび図４Ｅに示されるようにＬＥＤ中心軸に対してＬＥＤ１からの正の角度の光を負の角度に反射するようにさらに設計され得る。
【００３０】
図３Ｅは、ＬＥＤからの正の角度の光をＬＥＤ中心軸に対して−３０°と−５０°の間の角度１０４Ａに反射するように反射器１５が設計され得る代表的実施形態を示している。その実施形態では、＋０°と＋６０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−３０°と−５０°の間の角度に反射される。さらなる実施形態では、反射器は、ＬＥＤ中心軸に対して３０°と−９０°の間の角度に光を反射し得る。一つの実施形態では、＋０°と＋６０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−３０°と−９０°の間の角度に反射される。
【００３１】
図４Ｅは、別の代表的実施形態を示している。この場合、反射器２５は、ＬＥＤからの正の角度の光をＬＥＤ中心軸に対して−４５°と−７０°の間の角度１１４Ａに反射するように設計され得る。一つの実施形態では、＋０°と＋９０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−４５°と−７０°の間の角度に反射される。さらなる実施形態では、反射器は、ＬＥＤ中心軸に対して−４５°と−９０°の間の角度に反射し得る。一つの実施形態では、＋０°と＋９０°の間のＬＥＤから発せられた光の少なくとも一部が、ＬＥＤ中心軸に対して−４５°と−７０°の間の角度に反射される。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｅおよび図４Ａ〜４Ｅは、反射器セグメントの独特なサイズと形状を示している。反射器セグメント１０１および１１１は、反射器を大きくし過ぎることなく、ＬＥＤ光を高角度に方向づける。これは、ＬＥＤ光を折り返すことによって実施され得る。図５は、光をまた高角度に方向づけるが、ＬＥＤ光を折り返さない反射器６０の光線トレースを示している。図３Ａ〜３Ｅおよび図４Ａ〜４Ｅの反射器１５，２５は図５に示される反射器よりも優位にある低減されたサイズの利点を理解できる。
【００３３】
図３Ａ〜３Ｅの反射器セグメント１０１〜１０４および図４Ａ〜４Ｅの１１１〜１１４は、滑らかな推移を有していてもよいし、図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅに示されるように、急な推移を有していてもよい。図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅは反射器１５の四つのセグメント１０１〜１０４を示しているが、二つ以上のセグメントだけが必要とされてもよい。さらなる実施形態では、五つ以上のセグメントが使用され得る。図３Ａ〜３Ｅの反射器セグメント１０１〜１０４および図４Ａ〜４Ｅの１１１〜１１４は、他のパターンを達成するために組み合わされてもよいし、交換されてもよい。また、図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅで示される反射器１５，２５は一緒に使用されてもよい。
【００３４】
多くの照明用途では、光のすべてまたは少なくとも大部分が地上の対象エリアに方向づけられることが好ましい。いくつかの用途は、「暗い空適合」製品であるようにほとんど光が上向きに方向づけられないことを必要とする。図３Ａ〜３Ｅおよび図４Ａ〜４Ｅに見られるように、上向きに（０°と＋１８０°の間に）発せられたＬＥＤ光の本質的にすべてが、下向きに（０°と−１８０°の間に）再方向づけられる。一つの実施形態では、反射器は、０°と＋１８０°の間に発せられたＬＥＤ光束の少なくとも７５％をＬＥＤ中心軸に対して０°と−１８０°の間の角度に再方向づける。
【００３５】
また、照明デバイスは、一緒に動作する複数の照明デバイス１００および２００を有して有益に構築され得る。図１の実施形態に示されるように、図３Ａ〜３Ｅの実施形態からの二つの照明デバイス１００１および１００２を利用し、第一の照明源の一つ以上の第一のＬＥＤのＬＥＤ中心軸が第二の照明源の一つ以上の第二のＬＥＤのＬＥＤ中心軸からおよそ１８０°に角度づけられるように第一の照明源１００１が第二の照明源１００２に対して配置され得る。これは、二つの照明源１００１および１００２が補完様式で使用されることを可能にする。一つの実施形態では、１８０°は、＋／−２０°の許容誤差を有している。＋／−２０°の許容誤差は、鉛直軸または水平軸に対してであってよい。図１では、鉛直軸はページを上下に走っているが、水平軸はページの前後に走っている。この構成では、第一のＬＥＤ照明デバイス１００１から前方および後方に方向づけられる光は、第二のＬＥＤ照明デバイス１００２から反射される光によって補完され得る。多くの設計では、本発明者は、専門用途のための大きい柔軟性およびより良い均一性またはより複雑な均一パターンを提供するために、ここに示される補完ＬＥＤ照明デバイスの使用を発見した。
【００３６】
さらなる実施形態では、各セットのＬＥＤ中心軸がほぼ中心点に向かって角度づけられるように、三つ以上の照明源が互いに対してほぼ同一平面上で角度づけられている。さらなる実施形態では、各セットのＬＥＤ中心軸が中心点からほぼ離されて角度づけられるように、三つ以上のセットが互いに対してほぼ同一平面上で角度づけられている。さまざまな照明源が、ほぼ同一平面上で整列されてもよい。これの代表的実施形態が図７Ａおよび７Ｂに示され、六つの照明デバイスがほぼ同一平面上で整列され、各セットのＬＥＤ中心軸がほぼ中心点に向けて角度づけられている。
【００３７】
図６Ａは、図３Ａ〜３Ｅに示される照明源によって生成された実例照度パターンを示している。図６Ａ中の破線は、単一の照度源の照度を示している。図６Ａ中の実線は、図１に示されるように互いにおよそ１８０°に配置された、図３Ａ〜３Ｅに示されるような、二つの照度源の照度を示している。図６Ａ中の実線は、図１のように互いにおよそ１８０°に配置された二つの照度源１００１と１００２の補完効果を示している。理解され得るように、ここに示された補完ＬＥＤ照明デバイスの使用は優れた均一性を提供する。すなわち、高い値と低い値が平均され、滑らかな均一照明パターンが達成される。
【００３８】
図６Ｂは、図４Ａ〜４Ｅに示された照明源に対する実例照度パターンを示している。図６Ｂ中の破線は、単一の照度源の照度を示している。図６Ｂ中の実線は、互いにおよそ１８０°に配置された、図４Ａ〜４Ｅに示されるような、二つの照度源の照度を示している。図６ｂ中の実線は、およそ１８０°に配置された二つの照度源の補完効果を示している。理解され得るように、補完ＬＥＤ照明デバイスの使用は優れた均一性を提供する。すなわち、高い値と低い値エリア平均され、滑らかな均一照明パターンが達成される。
【００３９】
二つのＬＥＤ照明デバイス１００１と１００２を図１のようにおよそ１８０°離して配置することは長く狭い照明パターンを提供し得る。代替構造体では、三つのＬＥＤ照明デバイス１００がおよそ１２０°離して一緒に配置され得る。これは、より円形対称な照明パターンを提供し得る。別の代替構造体では、四つ以上のＬＥＤ照明デバイス１００がおよそ９０°以下離して一緒に配置され得る。これは、さらにより円形対称な照明パターンを提供し得る。代表的実施形態では、六つ以上のＬＥＤ照明デバイス１００が、図７Ａおよび７Ｂに示されるようにおよそ６０°離して一緒に配置され得る。
【００４０】
一つの実施形態では、ＬＥＤ照明デバイス１００，２００の反射器１５，２５は、線形または張出反射器であってよい。これは、図４Ａ〜４Ｅの実施形態の反射器断面に関して図８に示される。ＬＥＤ１は、一つの平面上に一直線に置かれてもよいし、その直線のあたりでばらついていてもよい。反射器断面は直線または曲線に沿って張出されてもよい。一つの実施形態では、反射器断面は、ユニット全部または一部で部分的または完全な円形に回転される。図３Ａ〜３Ｅの反射器１５，２５は同様の様式で回転され得る。ＬＥＤ１は、それらが反射器回転または弧のそれに同一または同様の弧に従うように置かれてもよい。
【００４１】
一つ以上のＬＥＤ１はＬＥＤのアレイを有し得る。ＬＥＤのアレイは、図８に示されるように共通の平面に沿って、または曲面に沿って配置され得る。一つの実施形態では、ＬＥＤ１は、共通の回路基板上に置かれる。回路基板は平らであってもよいし、たとえば、フレキシブル回路基板が使用される場合には、曲げられてもよい。
【００４２】
図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅでは、反射器１５および２５は、ＬＥＤ１の真ん前に発せられた光（ＬＥＤ１の中心光軸にまさに沿って発せられた光）が反射器１５，２５によってＬＥＤの中心軸から離されて再方向づけられるように形づくられる。また、ＬＥＤ１から支配的に正の角度で発せられた光は、図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅを示されるように反射器１５および２５によってＬＥＤ中心軸に対して支配的に負の角度に反射され得る。
【００４３】
図１０Ａは、背景実例ＬＥＤの余弦状強度プロファイルに示し、図１０Ｂは、光学部品がいっさい使用されないときに従来のＬＥＤを備えた実例照明装置がＬＥＤの真ん前の表面を照明するときに生じる照度プロファイルを示している。この場合、実例照明装置は、おのおのが８３ルーメンを発する５２個のＬＥＤを有している。図１０Ｂに示されるように、中心にホットスポットがあり、照度は中心軸から離れると非常に急速に低下する。前述したように、これは、光源が図１０Ａのような余弦分布にほぼ従うときの既知のＣｏｓ４θ効果である。この例では、最大照度はおよそ２１フートキャンドルであり、最小照度はおよそ０．２フートキャンドルである。結果の照度比は１００対１を超えており、ほとんどの用途の要求を超えるであろう。
【００４４】
図１１に関連して上に特筆されるように、背景ＬＥＤ照明デバイス１０は、同一中心軸に沿ってほぼ方位づけられたＬＥＤ１と反射器１１を有している。結果は、円ベースの照明／強度パターンの生成である。反射器１１は、対象表面のさまざまなエリアの照度を増大させるために使用され得る。しかしながら、図１１に示される反射器光学部品１１を使用して、ＬＥＤの真ん前の照度を低減することは可能ではない。図１１のデバイスでは、ＬＥＤの真ん前の照明面上にホットスポットが常にある。その例では、照明は、２１フートキャンドル未満に落ちない。さらに、最大で２．５の取り付け高さに対する距離の比でエリアを照明するとき、＋／−６８°の内側の光の実質的にすべてが対象エリアの中にすでに方向づけられる。図１０Ａは、反射器で対象エリアの中に再方向づけられ得る６８°を超えて出る光はまずほとんどないことを示している。この少量の光は、対象エリアの端にある低い照度領域を著しく増大させることはできない。
【００４５】
図１１のような背景構造体とは対照的に、図１、３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅの実施形態では、反射器１５，２５の表面は、ＬＥＤ１の中心光軸の真ん前を横切っている。その結果、最も高い強度の光が、中心軸から離されてより高い角度に向けてわきに向けられる。ホットスポットが除去され、この高い強度の光が、余弦効果のためにより高い強度の光が必要とされる対象エリアの縁に方向づけられる。
【００４６】
所望の光出力強度パターンを作り出すために、図１、３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅの実施形態の反射器１５，２５は、円錐曲線または円錐曲線状形状を有し得る。反射器１５，２５は、双曲線、放物線、楕円、球、または修正円錐曲線を含むあらゆる円錐曲線の形状を取り得る。
【００４７】
図１、３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅおよび８の実施形態のいずれかの特定の実施が、図７Ａおよび７Ｂに示される。図７Ａおよび７Ｂのその実施形態では、六つの異なる照明デバイス２００が３６０°六角形を形成するように一緒に接続されている。一緒に接続されている六つの照明デバイス２００は、たとえばダイキャスト・アルミニウムで作られ得るハウジング７０の内部に形成され、たとえばポリカーボネート、アクリル樹脂またはグラスであり得るレンズ７２によって覆われている。図７Ｂは、そのようなデバイスに実行された照明デバイス２００の一つの例を示している。図７Ｂに示されるように、図１の実施形態に示されるように向かい合っている反射器１５１、２５１および１５２、２５２を備えたハウジング７０に二つのＬＥＤ１が装着されている。照明デバイス７４を駆動するために必要とされる電源および他の電子回路類がハウジング７０の底片部分で装着されている。たとえば図７Ｂの実施形態では示されるように、たとえば再び図１に示されるように、二つの照明デバイス１００１および１００２は互いにほぼ１８０°離して離間されている。
【００４８】
ハウジングはチェーンやコンジットを使用して装着され得る。図７Ａのハウジングは、装着目的のためにコンジットを物理的にハウジングに接続するための開口部７５を有している。ＬＥＤ中心軸はほぼ中心点に向けて角度づけられ得る。またコンジット開口は、中心点に向けて方向づけられた軸を有し得る。このように、ＬＥＤ中心軸とコンジット開口軸は互いにおよそ９０°に配置され得る。ハウジングは、ＬＥＤの熱を放散するためにハウジングのまわりに方位づけられたフィン７７を有し得る。フィン７７の間には空気が通過する開口７６があり得る。フィン７７は、熱を放散し、物理的損傷からフィン７７を保護するために外側周囲のまわりにリング７８を有し得る。カバー７２は、透明であり得、ハウジングを密閉するために使用され得る。ＬＥＤと電源は、コンジット開口とカバー７２の間に配置され得る。示されない別のリングが、カバーをハウジングに圧縮するために使用されてもよい。
【００４９】
場合によっては、それは、鋳造などの製造および製品組み立ての容易さのためにハウジングの内側にドラフト角度を追加することが必要とされてもよい。この場合、一つ以上のＬＥＤ１を一次中心軸１２０に対して図９に示されるような角度１２１で配置することが必要とされるかもしれない。図９は、およそ１５°の角度にあるＬＥＤ１を示しているが、ＬＥＤ中心軸は一次中心軸１２０に対して３０°さらには４５°まで回転されてもよい。反射器形状はある程度まで変わり得るけれども、これはＬＥＤ中心軸の角度を単純に回転させるが、照明設備の結果の出力角度を変更しないであろう。ここにおいてＬＥＤ中心軸は、ＬＥＤのピーク強度に言及される。ピーク強度は、実例ＬＥＤについて図１０ａ中の０°に示されている。
【００５０】
反射器１５，２５のいずれかの特定の断面形状を選択することは、ＬＥＤ照明デバイスによって生成される照明／強度パターンを変化させ得る。上に特筆されるように、反射器１５，２５はおのおの、半円ベースの照明／強度パターンを実現するために円錐曲線または円錐曲線状形状を有し得る。
【００５１】
円錐曲線形状は、反射器に共通に使用され、次の関数によって定義される。
【数１】
0005851995.tif 000002
【００５２】
ここで、ｘ、ｙおよびｚが典型的な三軸系の位置であり、ｋは円錐曲線定数であり、ｃは曲率である。双曲線（ｋ＜−１）、放物線（ｋ＝−１）、楕円（−１＜ｋ＜０）、球（ｋ＝０）および扁球（ｋ＞０）は、すべて円錐曲線の形態である。図２および９に示される反射器１１，２１は、ｋ＝−０．５５およびｃ＝０．１０５を使用して作り出された。図３Ａ〜３Ｅおよび４Ａ〜４Ｅは、本発明の本実施形態で使用される反射器１００および２００を示している。ｋとｃを変化させることは、照明／強度パターンの形状を変化させる。それによってパターンは鋭くされたりぼやかされたりし得、また望むならばドーナッツや「Ｕ」形状なども形づくり得る。
【００５３】
さらに追加の数学的な項を使用することによって基本的円錐曲線形状を修正することもできる。一例は、次の多項式である。
【数２】
0005851995.tif 000003
【００５４】
ここで、Ｆは任意関数であり、非球（asphere）の場合、Ｆは次式と等しい。
【数３】
0005851995.tif 000004
【００５５】
ここで、Ｃは定数である。
【００５６】
円錐曲線形状はまた、スプラインフィットなどの点のセットおよび基本的曲線を使用して再生成／修正することができ、それは、反射器１５に関する円錐曲線状形状をもたらす。
【００５７】
一つの実施形態では、Ｆ（ｙ）は０に等しくなく、数式（１）は、追加数学的項によって円錐曲線形状に対する修正される断面形状を提供する。たとえば、Ｆ（ｙ）は、反射光強度分布をある望ましい方法で変更する円錐曲線形状を修正するように選択され得る。また、一つの実施形態では、Ｆ（ｙ）は、他の形状に接近するか、円錐曲線形状に関して許容誤差因子を適応させる断面形状を提供するために使用され得る。たとえば、Ｆ（ｙ）は、円錐曲線断面に対する所定の許容誤差を有している断面形状を提供するように設定され得る。一つの実施形態では、Ｆ（ｙ）は、Ｆ（ｙ）がゼロに等しい同じ数式によって提供される値の１０％以内にあるｚの値を提供するように設定される。
【００５８】
これによって、この分野の当業者は、数式（１），（２）中などの上に特筆されるパラメーターを修正することによる反射器１５の形状に対する修正によって照明デバイス９０によって出力される所望の照明／強度パターンが実現され得ることを認めるであろう。
【００５９】
明らかに、本発明の多数の追加の修正および変更が上記の教示を考慮して可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内において、ここに明確に説明された通りものとは別の方法で実行されてもよいと理解されるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ＬＥＤ光源と反射器を備え、ＬＥＤ中心軸は０°にあり、
０°と＋６０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−３０°と−５０°の間の角度に反射され、
−１０°と＋１０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−１３０°と−１６０°の間の角度に反射され、
−２０°と−７０°の間のＬＥＤ光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
［２］０°と＋９０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によってほぼ−９０°の角度に反射される、［１］に記載の照明源。
［３］前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、［１］に記載の照明源。
［４］前記ＬＥＤ光源は、およそ１２０°以下に離して配置された三つ以上の照明源を有している、［１］に記載の照明源。
［５］前記ＬＥＤ光源は、共通平面に沿って配置されたＬＥＤのアレイを備えている、［４］に記載の照明源。
［６］前記反射器の少なくとも一部が円錐曲線または円錐曲線状形状を有している、［１］に記載の照明源。
［７］前記反射器の円錐曲線または円錐曲線状形状は、双曲線、放物線、楕円、球、または修正円錐曲線から成る群から選択された形状を有している、［６］に記載の照明源。
［８］前記反射器の反射表面は円で回転される、［１］に記載の照明源。
［９］前記反射器の反射表面は、直線的に突出または張出されている、［１］に記載の照明源。
［１０］前記反射表面は、円錐曲線または円錐曲線状曲線に沿って張出されている、［９］に記載の照明源。
［１１］ＬＥＤ光源と反射器を備え、ＬＥＤ中心軸は０°にあり、
０°と＋９０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−４５°と−７０°の間の角度に反射され、
−１０°と−４０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−１００°と−１３０°の間の角度に反射され、
−２０°と−７０°の間のＬＥＤ光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
［１２］０°と＋９０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によってほぼ−９０°の角度に反射される、［１１］に記載の照明源。
［１３］前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、［１１］に記載の照明源。
［１４］ＬＥＤ光源と反射器を備え、前記ＬＥＤ光源の一次中心軸は０°にあり、
前記ＬＥＤ光源は前記一次中心軸に対して−１５度に配置され、
０°と＋６０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−３０°と−５０°の間の角度に反射され、
−１０°と＋１０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−１３０°と−１６０°の間の角度に反射され、
−２０°と−７０°の間のＬＥＤ光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
［１５］０°と＋９０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によってほぼ−９０°の角度に反射される、［１４］に記載の照明源。
［１６］前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、［１４］に記載の照明源。
［１７］ＬＥＤ光源と反射器を備え、前記ＬＥＤ光源の一次中心軸は０°にあり、
前記ＬＥＤ光源は、前記一次中心軸に対して−１５度に配置され、
０°と＋９０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−４５°と−７０°の間の角度に反射され、
−１０°と−４０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によって−１００°と−１３０°の間の角度に反射され、
−２０°と−７０°の間のＬＥＤ光の少なくとも一部が前記反射器によって反射されない、照明源。
［１８］０°と＋９０°の間で発せられたＬＥＤ光少なくとも一部が前記反射器によってほぼ−９０°の角度に反射される、［１７］に記載の照明源。
［１９］前記ＬＥＤ光源は、およそ１８０°に離して配置された二つの照明源を有している、［１７］に記載の照明源。
【図１】
0005851995.tif 000005
【図２】
0005851995.tif 000006
【図３Ａ】
0005851995.tif 000007
【図３Ｂ】
0005851995.tif 000008
【図３Ｃ】
0005851995.tif 000009
【図３Ｄ】
0005851995.tif 000010
【図３Ｅ】
0005851995.tif 000011
【図４Ａ】
0005851995.tif 000012
【図４Ｂ】
0005851995.tif 000013
【図４Ｃ】
0005851995.tif 000014
【図４Ｄ】
0005851995.tif 000015
【図４Ｅ】
0005851995.tif 000016
【図５】
0005851995.tif 000017
【図６Ａ】
0005851995.tif 000018
【図６Ｂ】
0005851995.tif 000019
【図７Ａ】
0005851995.tif 000020
【図７Ｂ】
0005851995.tif 000021
【図８】
0005851995.tif 000022
【図９】
0005851995.tif 000023
【図１０Ａ】
0005851995.tif 000024
【図１０Ｂ】
0005851995.tif 000025
【図１１】
0005851995.tif 000026