(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ＬＥＤの中心が、有限平面の外周にそって置かれ、前記有限平面と同一平面上にあるＬＥＤ曲線によって交差されている第１の複数のＬＥＤであって、前記第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤの中心は、第１の有限平面の外周にそって置かれ、前記第１の有限平面と同一平面上にある第１のＬＥＤ曲線によって交差されている、第１の複数のＬＥＤと、
前記第１の複数のＬＥＤから発した光の向きをターゲット平面の方へ変えるように、前記第１の複数のＬＥＤに関して配列された第１の光学部品であって、前記第１の光学部品は、前記第１のＬＥＤ曲線からオフセットした第１の光変向面を含み、前記第１の光変向面は、前記第１の複数のＬＥＤの各ＬＥＤと協働し、前記第１のＬＥＤ曲線から発した光の向きを、前記ターゲット平面に垂直な線から９０°未満の角度でオフセットした外側方向へ変えるような形状を有する、第１の光学部品と、
第２の複数のＬＥＤであって、前記第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤの中心が、第２の有限平面の外周にそって置かれ、前記第２の有限平面と同一平面上にある第２のＬＥＤ曲線によって交差されている、第２の複数のＬＥＤと、
前記第２の複数のＬＥＤから発した光の向きをターゲット平面の方へ変えるように、前記第２の複数のＬＥＤに関して配列された第２の光学部品であって、前記第２の光学部品は、前記第２のＬＥＤ曲線からオフセットした第２の光変向面を含み、前記第２の光変向面は、前記第２の複数のＬＥＤの各ＬＥＤと協働し、前記第２のＬＥＤ曲線上の光源から発した光の向きを、前記ターゲット平面に垂直な線から９０°未満の角度でオフセットした外側方向へ変えるような形状を有する、第２の光学部品と、を備える照明器具。
【請求項２】
前記各ＬＥＤの中心が、１つの点から距離ｒ１だけ間隔があけられている、請求項１に記載の照明器具。
【請求項３】
前記各ＬＥＤの軸像が前記ターゲット平面に垂直である、請求項１に記載の照明器具。
【請求項４】
前記光学部品は反射器であり、
前記光変向面を通って、前記有限平面、および前記反射器の前記光変向面に垂直に取られた断面が、前記ＬＥＤ曲線から発した光を、前記ターゲット平面に垂直な前記線から内角αオフセットして反射する形状を有する放物線状の反射器曲線を形成する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項５】
前記第１の光変向面は、前記ＬＥＤ曲線から発した光の向きを、前記ターゲット平面に垂直な前記線から内角αオフセットした方向へ変える形状を有し、
前記第２の光変向面は、前記ＬＥＤ曲線から発した光の向きを、前記ターゲット平面に垂直な前記線から内角０．８５αから約１．１５αオフセットした方向へ変える形状を有する、請求項１に記載の照明器具。
【請求項６】
前記第１の光変向面および前記第２の光変向面は、環状であること、同一中心であること、同一平面で終端すること、のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の照明器具。
【請求項７】
ターゲット平面を照明する照明器具を設計する方法であって、
前記ターゲット平面上の位置の要求照度を決定するステップと、
前記ターゲット平面から前記照明器具までの距離ｄを決定するステップであって、前記距離ｄが、前記ターゲット平面に垂直な軸Ａにそって計測されるステップと、
前記ターゲット平面の領域を照明するルーメン光源を供給するように、前記照明器具内に複数のＬＥＤを提供するステップと、
一平面内に、少なくとも１つのＬＥＤ曲線にそって前記複数のＬＥＤを配置するステップと、
前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤと協働するように、前記少なくとも１つのＬＥＤ曲線から間隔をあけて光学部品を置くステップと、を有し、
前記光学部品は、前記ＬＥＤ曲線からオフセットした第１及び第２の光変向面を含み、  前記第１及び第２の光変向面は、前記少なくとも１つのＬＥＤ曲線から発した光の向きを、前記軸Ａから外側に及び前記ターゲット平面の方へ変えるような形状を有する、方法。
【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、２００７年７月１６日に出願された同時係属の米国特許出願シリアルナンバー１１／７７８，５０２の一部継続出願である２００８年１月２８日に出願された同時係属の米国特許出願シリアルナンバー１２／０２１，２６２の一部継続出願であり、それぞれの全体が参照としてここに取り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
駐車場、道路、ビルの内部または他の広い領域を照明するとき、ターゲット領域全体にわたって概して均一な照明を提供することがしばしば望ましい。駐車場、道路およびビルの設計者は、ターゲット領域全体にわたって必要とされる最小限の照明（平方フィートまたは平方メートル毎のルーメン）を一般に指定する。指定された最小限を超えるターゲット領域上の場所での照明は、無駄な照明として考えられ得る。ターゲット領域全体を照明するのに必要とされるエネルギー量を必要とされるレベルへ減らすため、最小限照明を超える領域の方へ向けられていた光の向きを変えることが望ましい。
【０００３】
照度は、点光源と照明される表面上の点（すなわち、ターゲット領域上の点）との間の距離の２乗に反比例する。表面の照度は、入射角のコサインで変化する。これらの２つの法則は、組み合わされてコサイン−キューブの法則となる。この法則により、ターゲット平面上部の距離ｄ（フィートまたはメートル）に置かれた光源の場合、垂直軸から６０°の角度をなす方向における光度は、平面上のそれぞれの位置に同じ照明を提供するために、垂直軸における光度と比較して８倍になるにちがいない。知られている光源、例えば白熱灯およびアーク灯などは、ターゲット領域の周囲の方へより多くの光を向ける反射板を設計することによって、このことを解決している。この設計は、白熱灯およびアーク灯などの光源は点光源であると仮定することによって、そして、この点光源とターゲット平面における所望の結果とが適合するように反射板を適切に成形することによって達成され得る。
【０００４】
一方、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一般に、白熱灯およびアーク灯などと同様な点光源として働く可能性のある１つのＬＥＤが、広いターゲット領域にわたって十分な照明を提供するほど、十分な能力を有しない。これは、ＬＥＤがターゲット平面上部に数フィートまたは数メートルに置かれたときの特殊な場合である。さらに、ＬＥＤは一般に、白熱灯およびアーク灯のような球状パターンでは発光しないので、適当な反射板を設計することは困難である。
【０００５】
ターゲット領域に十分な照明を提供するため、ターゲット平面のプロジェクト仕様を満たす最小照度を提供するのに十分なルーメン量を提供する多重ＬＥＤが必要とされるであろう。ＬＥＤは、一般に、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に搭載される。ＰＣＢ上に設けられたＬＥＤの数が膨大になったとき、複数のＬＥＤ全体として、もはや１つの点光源として働かなくなる。この観点から、各ＬＥＤから発する光の向きを変えるため、屈折性、反射性の光学部品を各ＬＥＤに個別に設けることが知られている。特に、多くの異なる用途での使用が可能になるように容易に拡大縮小または変更する光固定具を設けることが望まれる場合、各ＬＥＤに個別に光学部品を設けることは高価であり、また固定具の設計を困難にする。さらに、照明仕様を満たすのに必要とされるＬＥＤの数と隣接するＬＥＤ間に必要とされる空間によって、非常に大きい光固定具が必要となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の欠点を克服する照明器具は、複数のＬＥＤと、ＬＥＤから発した光の向きをターゲット平面の方へ変える（redirect）ように、ＬＥＤに関して配列された光学部品とを具備する。各ＬＥＤの中心は、有限平面の外周にそって位置し、有限平面と同一平面上にあるＬＥＤ曲線によって交差されている。光学部品は、ＬＥＤ曲線からオフセットした（offset）光の向きを変える表面（light redirecting surface）を含んでいる。光の向きを変える表面（以下、「光変向面」という。）は、各ＬＥＤと協働し（cooperate）、ＬＥＤ曲線から発した光の向きを、ターゲット平面に垂直なラインから９０°未満角度オフセットした方向へ変えるような形状をしている。
【０００７】
ターゲット平面を照明する照明器具を設計する方法は、ターゲット平面上の位置における要求光度を決定すること、ターゲット平面から照明器具までの距離ｄを決定すること、照明器具内に複数のＬＥＤを提供すること、少なくとも１つのＬＥＤ曲線にそって複数のＬＥＤを配置すること、複数のＬＥＤのそれぞれと協働する（cooperate）ように、少なくとも１つのＬＥＤ曲線から間隔をあけて光変向面（light redirecting surface）を置くことを含む。距離ｄは、ターゲット平面に垂直な軸Ａにそって計測される。ＬＥＤは、ターゲット平面の領域を照明するルーメン光源を提供する。光変向面は、少なくとも１つのＬＥＤ曲線から発した光の向きを、ターゲット平面の方へ変える（redirect）ような形状をしている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＬＥＤ照明器具の平面図である。
【図２】照明用ポールに取り付けられてターゲット平面を照明する図１の照明器具の概略図である。
【図３】図１に示した照明器具の下側の斜視図である。
【図４】図１に示した照明器具の一部にＬＥＤがある平面に対して垂直に切り取った断面図である。
【図５】ＬＥＤ照明器具の別の実施形態の斜視図である。
【図６】図５に示した照明器具の反射器にＬＥＤがある平面に対して垂直な切断面における断面図である。
【図７】ターゲット平面を照明する照明器具を設計する方法を示すフロー図である。
【図８】ターゲット平面の領域に対する光度分布曲線を示すプロット図である。
【図９】ＬＥＤ照明器具の別の実施形態の斜視図である。
【図１０】図９に示したＬＥＤ照明器具の平面図である。
【図１１】図１０の線１１−１１にそって切り取った断面図である。
【図１１Ａ】図９に示したＬＥＤ照明器具の一方側の一部の拡大断面図である。
【図１２】図９に示した照明器具用のＬＥＤ照明器具光備品の分解斜視図である。
【図１３】図１２に示したＬＥＤ照明用のレンズの斜視図である。
【図１４】ＬＥＤ照明器具の別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、照明器具１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２と、ターゲット平面ＴＰ（図２）を照明するためにＬＥＤと協働する光学部品１４とを具備している。ターゲット平面上の柱の頂上に搭載された照明器具１０が、図２に図示されている。図２を参照すると、照明器具１０は、照明用ポールＰに搭載され、駐車場、道路、通路、ビルの床、野外又は他の広い領域の一部分を占めるターゲット平面ＴＰを照明するように構成されている。図１に戻って参照し、図示された実施形態におけるＬＥＤ１２は、ＬＥＤに電力を伝送する回路（図示せず）を含む図示された実施形態におけるプリント回路基板（ＰＣＢ）１６であるプレーナーサポート上に搭載されている。ＰＣＢ１６は、電力を受け取るための電源（図１には図示せず）に接続されている。ＬＥＤ１２、光学部品１４及びＰＣＢ１６は、固定ハウジング内に搭載し、透明又は半透明のカバー及び／又はレンズ（図１には図示せず）で覆われていてもよい。
【００１０】
図２を参照すると、照明器具１０（図示されている）は、照明用ポールＰに搭載され、その照明用ポールは、ポール軸ＰＡとして示される垂直軸を概ね確定する。また、照明器具１０をターゲット平面（例えば、ターゲット平面が天井）の下に搭載してもよい。このような場合、またはポールが設けられていない場合、垂直軸は、照明器具１０の略中心にあって、ターゲット平面ＴＰと垂直な軸である。上述のように、照度は、点光源と照明される表面のポイントとの間の距離の２乗に反比例し、その点における入射角のコサインに比例するのであるから、光源の真下の場所のターゲット平面上の場所と同じ照度を照明用ポールからオフセット６０°のターゲット平面上の場所に提供するのに、角度方向６０°の点光源からの光度は、例えば、ポール軸ＰＡからのオフセットは、垂直方向のルーメン出力の８倍になるにちがいない。照明器具１０が、ターゲット平面ＴＰの上方（又は下方）に十分大きい距離を有している場合、点光源として働くと仮定することができる。照明器具１０は、ターゲット平面ＴＰ全体により均一な照明を提供するのに、垂直軸（すなわちポール軸ＰＡ）から離れてより大きい照度出力を提供するように構成され得る。また、照明器具１０は、ターゲット平面全体にわたって略均一な照明を提供するのに、複数の照明器具が複数のポールに搭載され、照明器具がお互いに協働するような照明システムにおいて動作するように設計され得る。
【００１１】
図１に戻って参照すると、ＬＥＤ１２は、ＬＥＤの中心が有限平面１８の周辺にそって置かれるように、ＰＣＢ１６上に位置している。図示された実施形態では、ＬＥＤ１２は、光学部品１４との関係で、直線にそって配置されていない。また、ＬＥＤ１２の中心は、有限平面と同一平面上のＬＥＤ曲線２６と交差している。また、図示した実施形態では、ＬＥＤ１２はターゲット平面ＴＰに面している。すなわち、ＰＣＢ１６は、ターゲット平面ＴＰに対して実質上平行に置かれ、ＬＥＤ１２は、ターゲット平面に面している（に最も近い）ＰＣＢの表面上に搭載され、各ＬＥＤの軸像はターゲット平面ＴＰに垂直である。軸像は、図示した実施形態では有限平面１８に平行なＬＥＤの発光表面（通常はＬＥＤチップ）が存在する平面に垂直な軸によって画定される。軸像は、ＬＥＤ光源（例えばチップ）に対して中心にある。
【００１２】
図１〜４に示した実施形態による光学部品１４は、ＬＥＤからターゲット平面ＴＰに向けて発した光の向きを変えるのにＬＥＤ１２と協働する反射性の表面である光変向面２２を有する反射器である。必要に応じて、屈折光学部品が利用される。反射表面２２は、概ねＬＥＤ曲線２６をたどり、ＰＣＢ１６から伸び、したがって有限平面１８から伸びている。
【００１３】
図４を参照すると、反射器曲線２８を表している反射表面２２の断面図が図示されている。断面は、有限平面１８に対して垂直に取られ、断面が取られている場所の反射表面にそった位置の反射表面２２に対して垂直に取られている。反射器曲線２８は、非線形関数である。図４は、１つの断面のみを示している。反射器曲線２８の形状は、反射表面２２を通して断面が取られた場所に応じて変更可能である。ＬＥＤ１２はＬＥＤ曲線２６にそって間隔があけられおり、かつＬＥＤは全方向に発光するので、反射器曲線２８は、ＬＥＤ曲線２６上の光源から発した光を反射する形状となっている。すなわち、ＬＥＤは、反射器を通って取られた断面のそれぞれに置かれる必要がない。反射器曲線２８は、ＬＥＤ曲線２６からの光を、角度αだけ角度補正した方向に向きを変える形状となっている。角度αは、ターゲット平面に対して垂直な線から９０°未満である。反射器曲線２８は、ＬＥＤ曲線２６上のそれぞれの点が円錐の焦点であるような円錐形状であってもよい。また、ＬＥＤ曲線２６を反射器曲線の焦点からシフトすることが望ましい。
【００１４】
反射表面２２は、ＬＥＤ曲線２６から発した反射光の向きをターゲット平面上の所望の場所へ変える形状をしている。図４において、反射器曲線２８は、角度αに向きを変えられたコリメート（平行）光線となるような放物線状である。角度αは、一般的に、ターゲット平面上の所望の照度が提供される大きな光度が必要とされるところの入射角である。また、照明器具１０を通る各断面は、照明器具から直接（反射無しの）光線が漏れるところのＬＥＤ曲線２６を起点とする開口角βによって定義される開口を画定する。照明器具の別の実施形態を参照して詳細に後述するが、開口角βは、ビームパターンの幅又は帯を決定する。
【００１５】
図１〜図４は、１つのＬＥＤ曲線にそって置かれ、１つの光変向面を協働するＬＥＤを備えた照明器具を示している。別の実施形態では、１つのＬＥＤ曲線が、２つの光変向面と協働することが可能である（例えば、ＬＥＤ曲線の両側上の１つの光変向面）。このような実施形態については、後で詳細に述べるつもりである。ターゲット平面上の要求照度が大きく、多数のＬＥＤを必要とする場合、すべてのＬＥＤを収容する１つのＬＥＤ曲線によって、非常に大きい照明器具となる可能性がある。このような場合、２つ以上のＬＥＤ曲線が用いられる複数のセットで、ＬＥＤを置くことが望ましい。この場合、各ＬＥＤ曲線は、少なくとも１つの各光変向面と協働する。
【００１６】
図５を参照すると、ターゲット平面全体に均一な照明を提供可能な照明器具１１０の別の実施例が示されている。また、照明器具は、所望のターゲット平面内の特定の位置の方向に光出力を向けるのに有用であり、それ自身によって、ターゲット平面ＴＰ全体に均一な照明を生成する必要がない。また、本実施形態の照明器具１１０は、複数のＬＥＤと、少なくとも１つの光学部品（本実施形態では、ターゲット平面ＴＰ（図２）を照明するのにＬＥＤと協働する反射器アセンブリ１１４）を備えている。図１〜図４を参照して説明した照明器具１０と同様に、この照明器具１１０は、ターゲット平面を照明するのに照明用ポールに搭載可能である。図５に戻って参照すると、少なくともいくつかのＬＥＤが、ＬＥＤの中心が有限平面の外周を形成するように、ＰＣＢ１１６上に位置している。ＰＣＢ１１６は、電力を受けるために電源（図５には図示せず）に接続されている。ＬＥＤ、少なくとも１つの光学部品及びＰＣＢ１１６は、固定ハウジング（図示せず）内に搭載可能であり、半透明のカバー及び／又はレンズ（図示せず）によって覆われている。本実施形態では、ＬＥＤがターゲット平面ＴＰに面している。ＰＣＢ１１６は、ターゲット平面ＴＰと実質上平行に位置している。ＬＥＤは、ターゲット平面に面する（最も近い）ＰＣＢ表面に搭載され、各ＬＥＤの軸像は、ターゲット平面ＴＰと垂直である。
【００１７】
特に、図５に示した実施形態では、ＬＥＤの中心が有限平面の外周にそって位置するように、ＬＥＤがＰＣＢ１１６上に置かれている。外側の（第１の）ＬＥＤ１２２が、外側の（第１の）有限平面１２４の外周にそって置かれ、外側の有限平面と同一平面上にある（および本実施形態では一致している）外側の（第１の）ＬＥＤ曲線１２６を形成している。中間の（第２の）ＬＥＤ１２８が、中間の（第２の）有限平面１３２の外周にそって置かれ、中間の有限平面と同一平面上にある（および本実施形態では一致している）中間の（第２の）ＬＥＤ曲線１３４を形成している。中間の有限平面１３２は、外側の有限平面１２４と同一平面上にある。本実施形態では、ＬＥＤ曲線は、同心円である。また、本実施形態では、中心のＬＥＤアレイ１３６がＰＣＢ１１６上に搭載され、有限平面１２４及び１３２と同一平面上にある。
【００１８】
図５及び図６に示す反射器アセンブリ１１４は、ＰＣＢ１１６に搭載される。図示した実施形態において、ほぼターゲット平面の方へ光を向けるため、ＬＥＤはすべてターゲット平面ＴＰの方を向いている。したがって、各ＬＥＤの軸像は、ターゲット平面に対して垂直である。ＬＥＤは、ＰＣＢ１１６の平らなマウンティング表面に搭載される。図６に明白に示したように、反射器アセンブリ１１４の光変向面は、ＰＣＢ１１６及び有限平面と実質上平行である平面ですべて終端することが可能である。
【００１９】
また、特に反射器が円以外の構造をとる場合、ＬＥＤ曲線１２６及び１３４は、他のパターンを形成するように置かれてもよい。例えば、反射器アセンブリ１１４の反射表面が多角形構造をとる場合、ＬＥＤは、同じ多角形構造内に置かれる。これは、多角形の内接円の寸法に多角形が近づき始めるように、多角形構造が、多くの辺を持つ正多角形構造を有している場合の１つの事例である。
【００２０】
照明器具１１０（及び照明器具１０）の設計は、拡大・縮小可能である。ターゲット平面ＴＰにより多くの光度が必要な場合、より多くのＬＥＤ（又は、より強力なＬＥＤ）が照明器具１１０に追加される。反射器を使用し、リング（輪）状に又は曲線状にＬＥＤを置くことにより、追加のＬＥＤのリング又は曲線は、ターゲット平面全体の要求照度を生成するために、またはターゲット平面全体の均一な照度を維持するために、より大きなルーメン出力が必要とされるターゲット平面の部分を照明するのに使用することが可能である。ターゲット平面の外縁により多くの光度が必要な場合、追加のＬＥＤリング又は曲線および追加の反射器が照明器具１１０に加えられる。
【００２１】
拡大・縮小可能であることに加えて、照明器具１１０はまた、円形以外の形状のビームパターンを提供するように設計される。例えば、半円形状のビームパターンを提供するために、照明器具１１０は、半分に、例えば図６の軸ＶＡで、切り取られてもよい（図１４と関連する説明を参照のこと）。また、反射器は、矩形又は方形のビームパターンを提供するために、別の構造をとり得る。
【００２２】
図５に示される少なくとも１つの光学部品は、ＬＥＤから発した光の向きをターゲット平面ＴＰの方へ変えるためにＬＥＤと協働する反射性表面の複数の光変向面を有する反射器アセンブリである。外側のＬＥＤ１２２は、第１の外側の反射表面１４０と第２の外側の反射表面１４２と協働する。第１の外側の反射表面１４０は、第２の外側の反射表面１４４の放射状外部にある。中間のＬＥＤ１２８は、第１の中間の反射表面１４６と第２の中間の反射表面１４８と協働する。第１の中間の反射表面１４６は、第２の中間の反射表面１４８の放射状外部にある。中心のＬＥＤアレイ１３６は、中心の反射表面１５２と協働する。
【００２３】
図６を参照すると、反射表面は、有限平面１２６及び１３４に対して垂直に取られた断面形状を有し、断面が取られた位置における垂直な反射表面は曲線を形成する。一般に、これらの断面を通る反射表面の形状は、円錐曲線の焦点にある、この断面では１点である、それぞれのＬＥＤ曲線を持つ円錐曲線である。また、それぞれのＬＥＤ曲線は、円錐曲線に対する焦点の外にしてもよい。それぞれの反射表面の断面は、各ＬＥＤ曲線（図６では、点として示されている）の光源から発した光を、ターゲット平面に対して垂直な線から９０°未満の角度αだけ角度オフセットした方向に向けて反射するような形状となっている。角度オフセットは、ポール軸ＰＡと典型的に平行な、照明器具の垂直軸ＶＡと、各反射表面から反射された光の角度との間で計測した内角である。
【００２４】
続けて図６を参照すると、本実施形態による各ＬＥＤ曲線、すなわち各曲線上の各ＬＥＤは、外側のＬＥＤ曲線１２６では距離ｒ１、中間のＬＥＤ曲線１３４では距離ｒ２、照明器具の中心軸ＣＡが交差する中心点ＣＰから間隔があいている。外側のＬＥＤ曲線１２６は、外側のＬＥＤ曲線１４２上の光源から発する光を、ターゲット平面に対して垂直な線から角度オフセットした方向に向きを変えるために、２つの外側の反射表面１４０及び１４２と協働する。図６に示した実施形態では、外側のＬＥＤ曲線１２６ＬＥＤ曲線１２６を形成するＬＥＤは、連続的な光源として働くという仮定のもとに設計者が操作できるという点に注意すべきである。）と協働している反射表面１４０及び１４２は、同じ全般的な方向に光の向きを変える。例えば、第１の外側の反射表面１４０は、垂直軸から角度α1オフセットした方向に光を向け、第２の反射表面１４２は、垂直軸から角度α2オフセットした方向に光を向ける。ここで、０．８５α2＜α1＜１．１５α2である。しかし、反射表面は、両方とも概して同じ方向に向けられる必要はない。
【００２５】
外側のＬＥＤ１２２（図５）からの光線は、また、外側の反射表面１４０及び１４２によって向きを変えられることなく照明器具１１０から出力する。外側のＬＥＤ曲線１２６からの直接光は、外側のＬＥＤ曲線１２６を原点とする開口角度β1によって画定される開口を通って照明器具１１０から漏れる。
【００２６】
続けて図６を参照すると、中間のＬＥＤ曲線１３４は、２つの中間の反射表面１４６及び１４８と協働して、中間のＬＥＤ曲線上の光源から発する光の向きを、ターゲット平面に対して垂直な線から角度オフセットした方向に変える。また、図６の実施形態に示すように、中間のＬＥＤ曲線１３４と協働する反射表面１４６及び１４８は、概して同じ方向に光の向きを変える。すなわち、第１の中間の反射表面１４６は、垂直軸から角度α3オフセットした方向に光を向け、第２の中間の反射表面１４８は、垂直軸から角度α4オフセットした方向に光を向ける。これらの角度は、例えば、０．８５α4＜α3＜１．１５α4にほぼ等しい。中間のＬＥＤ１２８（図５）からの光線は、また、中間の反射表面１４６及び１４８によって向きを変えられることなく照明器具１１０から出力する。中間のＬＥＤ曲線１３４からの直接光は、中間のＬＥＤ曲線１３４を原点とする開口角度β2によって画定される開口を通って照明器具１１０から漏れる。
【００２７】
ＬＥＤ曲線１２６及び１３４に加えて、中心のＬＥＤアレイ１３６が設けられ、中心の反射表面１５２と協働し、ＬＥＤ曲線１２６と比べて軸ＶＡのより近くに光を向ける。直接光、すなわち中心の反射表面１５２によって向きを変えられていない光は、また、軸ＶＡの近くのターゲット平面の領域に照射される。
【００２８】
照明器具１１０は、ＬＥＤ曲線上のＬＥＤの数及び場所とともに、反射表面及びＬＥＤ曲線の形状を画定する以下の方法で設計される。図７に示した図の各ブロックは、論理的な順序で順番に説明されるが、記載された処理は、いかなる特定の順序又は編成で実施される必要があるとされるものではない。
【００２９】
ステップ１６０において、照明されるべきターゲット平面領域の形状および表面面積が決定される。例えば、その領域は、円形、正方形、長方形、楕円形などである。ステップ１６２において、照明されるべき領域に関して照明器具の位置が決定される。一般的に、その領域の対称軸の少なくとも１つに対して照明器具を中心に置くことが好ましい。また、ターゲット平面から照明器具までの差（ターゲット平面に対して垂直に計測される）である距離ｄ（通常、高さ）が決定される。
【００３０】
ステップ１６４において、領域内の位置における要求照度が決定される。その領域を照明するのに、１つだけの照明器具が使用される場合、その領域内のいろんな地点（位置）に照明器具を置いてみるのが望ましい。すなわち、領域内のすべてのまたは実質的にすべての地点が、例えば、約１ｌｍ／ｍ2又は１フット−キャンドルで照明される。その領域を照明するのに、２つ以上の照明器具が使用される場合、複数の照明器具のそれぞれから与えられる照度を統合し、領域上の各位置の各照明からの寄与を加えるのが望ましい。この場合、領域内の異なる位置における１つの照明器具からの照度は、同じでないかもしれない（例えば、１つの照明器具が、その位置において０．２５ｌｍ／ｍ2を提供可能で、第２の照明器具が、同じ位置で０．７５ｌｍ／ｍ2を提供可能で、合計で１ｌｍ／ｍ2）。領域上の異なる位置における要求照度を知ることによって、照明される領域内の位置に関するｘ及びｙ座標と、領域上のその地点の照度レベルに関するｚ座標とにおける領域の表面プロットを生成することができる。領域を照明するのに２つ以上の照明器具が使用されるとき、プロット上のｚ軸は、領域を照明するのに使用される各照明器具から個々の寄与にさらに分割される。照明器具によって照明されるプロット上の異なる位置における距離ｄ及び要求照度を知ることによって、ターゲット平面に対して垂直な領域を通る断面を取ることによって、照明器具のポール軸を交差することによって、各照明器具の光度分布曲線を生成することができる（ポール軸は、照明器具と交差し、ターゲット平面に対して垂直な軸と近似又は等価である）。ｘ軸が、照明器具から領域内の位置への入射角θであるように、そして、ｙ軸が、その領域内の位置の要求照度を生成するのに入射角の方向へ向けられる光度（ｃｄ）であるように、光度分布曲線をプロットすることができる。これは、Ｅ＝Ｉ＊ｃｏｓ3θ／ｄ2という式に基づく。ここで、ｄは、ターゲット平面への照明器具の垂直距離、θは、入射角である。光度分布曲線の一例が図８に示されている。
【００３１】
図７に戻って参照すると、ステップ１６６において、領域のために生成される光度分布曲線に必要な最大光度に一致する（または、ほぼ一致する）ための要求光度を生成するためのＬＥＤの数と電力が決定される。
【００３２】
ステップ１６８において、ＬＥＤが、上述のＬＥＤ曲線を画定する曲線にそって配置される。ステップ１７２において、照明基準と一致又は近似することが必要とされる所に、光変向面が光を向けるように、ＬＥＤと、協働する光学部品が形作られる。照明される領域の形状に近似するように光学表面及びＬＥＤ曲線を形作り始める方が容易であろう。これにより、方向の急激な変化（例えば、変曲点）を含まないＬＥＤ曲線となる。要求光度を生成するために必要なＬＥＤの数によって、多すぎる（例えば、非常に大きい光固定をもたらす）ＬＥＤの支持表面をもたらすＬＥＤ曲線が決まる場合、ＬＥＤと協働する光学表面に適合する十分な距離だけお互いにオフセットした少なくとも２つのＬＥＤ曲線を設けることが望ましい。ステップ１７４において、領域の光度分布曲線を可能な限り一致させるために、コンピュータ・モデリングを使用して、ＬＥＤ曲線の形状と反射表面の形状が修正される。
【００３３】
照明器具のより具体的な設計例が、光度分布曲線を示す図８を参照して理解される。ここで、ｘ軸は入射角θ、ｙ軸は入射角の方向に向けられるべき光度である。曲線１８０は、照明される領域の光基準を満たすように表面プロット上の位置に要求照度を提供するために、ターゲット平面領域の横断面を照明するためのいろいろな入射角における必要カンデラを表す。曲線１８２は、照明器具１１０の光出力を表す。図８からも明らかなように、生成された光度曲線１８２は、要求光度曲線１８０と近似している。
【００３４】
曲線１８４は、照明器具１１０内のＬＥＤ曲線１２６（図６）上の外側のＬＥＤ１２２からの光度を表している。曲線１８４のピーク（最大値）は、入射角約６７°にある。図６に戻って参照すると、これは、α1及びα2が約６７°という結果であり、これにより、外側のＬＥＤ１２２からの光度の大多数が約６７°に向けられる。６７°より大きい入射角での曲線１８４の傾斜は、同じ入射角での要求光度曲線１８０の傾斜とほぼ一致している。カンデラ値がゼロより大きい所の曲線１８４の幅は、開口角β1（図６）の関数であり、θ＝３９からθ＝約５１の間の曲線１８４の平坦部分は、外側のＬＥＤ１２２からの無反射光によるものである。
【００３５】
図８上の曲線１８８は、要求光度（曲線１８０）と外側のＬＥＤ１２２（曲線１８４に示された）との間の差を表している。中間のＬＥＤ曲線１３４上の中間のＬＥＤ１２８は、曲線１８６に表された光度を生成する。曲線１８６のピーク（最大値）は、入射角約５６°にある。図６に戻って参照すると、これは、α3及びα4が約５６°という結果である。５６°より大きい入射角での曲線１８６の傾斜は、同じ入射角での曲線１８８の傾斜とほぼ一致している。カンデラ値がゼロより大きい所の曲線１８６の幅は、開口角β2（図６）の関数であり、θ＝２９からθ＝約４１の間の曲線１８６の平坦部分は、中間のＬＥＤ１２８からの無反射光によるものである。
【００３６】
曲線１９２は、曲線１８８から差し引かれた中間のＬＥＤ１２８からの光度を表している。中心のＬＥＤアレイ１３６は、照明器具１１０の下に直接的に垂直に到達する光の大多数を供給する。中心のＬＥＤからの光度は、曲線１９２にほぼ一致する曲線１９４に表されている。図８に示されているように、ＬＥＤリング・セットからの光度と、各反射表面と協働する照明器具１１０との組み合わせにより、ターゲット平面の領域にわたる横断面に要求照度を生成するのに必要とされるいろいろな入射角でのカンデラとよく近似する望ましいビームパターン（曲線１８２によって表された）となる。これは、いろいろな入射角での必要カンデラ（曲線１８０）と、照明器具１１０内のＬＥＤから生成された光度の組み合わせとの間の差である曲線１９６によく示されている。
【００３７】
図８は、照明されるべきターゲット平面の領域を通るただ１つだけの断面を表している。表面プロットを通る複数の断面は、複数の光度分布曲線を生成するのに使用される。反射器表面の形状は、上記と同様に、要求される光度分布曲線とよく近似する光度分布曲線を提供するように構成される。複数の断面を通じて決定される反射表面の形状により、急激な方向の変更が避けられるように、隣接する断面の間の反射器の形状を設計することができる。
【００３８】
図９は、円形以外のビームパターンを生成することができる照明器具２１０を開示している。照明器具２１０は、所定のビームパターンを生成するために少なくとも１つの光学部品と協働する照明器具２１０がＬＥＤアレイを具備するという点で上記の照明器具１１０と同じである。照明器具２１０は、実質上円形のビームパターンを生成するために、反射性光学部品と協働するＬＥＤを具備している。照明器具のこの部分は、上記の照明器具１１０と非常によく似ている。また、照明器具２１０は、実質上方形のビ−ムパターンを生成するために、円形ビームパターンのまわりの「コーナー（角）」を埋めるために、斜め方向に光を向けるために、追加の反射性光学部品と協働する追加のＬＥＤを具備する。
【００３９】
図９に示されるように、本実施形態による照明器具２１０は、また、ターゲット平面ＴＰ（図２）を照明するために、複数のＬＥＤと、ＬＥＤと協働する少なくとも１つの光学部品を具備する。この照明器具２１０は、また、ターゲット平面を照明するために、照明用ポールに搭載される。照明器具２１０の中心部分は、図５及び図６を参照して説明した照明器具１１０と非常によく似ている。したがって、図５及び図６の照明器具１１０を説明するのに用いられた参照番号は、図９に示される照明器具２１０の同じ構成部品について１００の数だけ足され、これらの構成部品のくりかえしの説明は省略する。
【００４０】
外側のＬＥＤ２２２、中間のＬＥＤ２２８及び中心のＬＥＤ２３６に加えて、追加のＬＥＤセット２６０が、外側のＬＥＤ２２２から放射状に外側に配置される。図１０を参照すると、この追加のＬＥＤセットは、また、有限平面２６２の外周を形成してＬＥＤ曲線２６４を画定するために、円形パターンをたどる。しかし、その円形パターンは４つの別々の円弧に切り取られており、それぞれの円弧は、それぞれＬＥＤ曲線を形成している。これらのＬＥＤ円弧、又はＬＥＤ曲線２６４は、それぞれの切り取られた環状の反射性の光変向面２６８及び２７２とそれぞれ協働する。ターゲット平面上に形成された実質上方形のビームパターンの「コーナー」を埋めるために光を向ける４つの円弧を形成するために、これらの反射表面２６８及び２７２は、有限平面２２６、２３２及び２６２に対して平行に取られた断面が円弧状である。切り取られたこれらの環状の反射表面は、中心点ＣＰに近い同一中心であるが、必要に応じて他の構成を取り得る。
【００４１】
図１１を参照すると、また、非線形機能である曲線を形成するため、追加の切頭環状反射表面２６８及び２７２が、有限平面に垂直にかつ反射表面に垂直に取られた断面に形作られている。これは、ＬＥＤ曲線２６４がこの断面内の一点であり、円錐断面の焦点に置かれている概して円錐断面である。上述の全円形リングと同時に、また、ＬＥＤ曲線２６４は、円錐断面に対して焦点外であってもよい。追加の切頭環状反射表面２６８及び２７２は、ＬＥＤ弧上の光源から発する光を、ターゲット平面に垂直な線から９０°未満の角度αだけ角度オフセットした方向に、反射するような形状を有する。
【００４２】
図９に戻って参照すると、放射状反射表面２７４が、内部の追加の切頭環状反射表面２６８から外側へ、外部の追加の切頭環状反射表面２７２から上方へ、放射状に伸長している。放射状反射表面２７４は、追加のＬＥＤ２６０から発する光が、実質上方形のビームパターンの「コーナー」を超えて伸びるのをブロックし、追加のＬＥＤ曲線２６４から発する光を、実質上方形のビームパターンの「コーナー」の方へ、向けるような形状を有する。放射状反射表面２７４は、曲線（放物面）を描いている。
【００４３】
図１２を参照すると、照明器具２１０は、プリント回路基板２１６上に搭載されたＬＥＤ、反射器アセンブリ２１４を具備する。また、照明器具２１０は、メイン平面２８４から伸びてかつ垂直な複数のフィン２８２を含むヒートシンク２８０を具備する。ペデスタル（pedestal）２８６がメイン平面２８４から上方へ伸び、ガスケットチャンネル（gasket channel）２８８がペデスタル２８６を取り囲んでメイン平面２８４内に形成されている。ガスケット（gasket）２９２が、ヒートシンク２８０内に形成されたガスケットチャンネル２８８に適合する。レンズ２９４がヒートシンク２８０に結合し、リテイナ（保持器、retainer）２９６により、固定されている。
【００４４】
レンズ２９４は、所望のビームパターンをＬＥＤが生成するようにＬＥＤと協働する。レンズ２９４は、低プロフィール（low profile）を有する。レンズは、中心のＬＥＤセット２３６と協働する中心円形平面部３００を具備する。レンズの中心円形平面部３００は、中心のＬＥＤセット２３６からの光（直接光及び反射光の両方）が、少反射又は無反射で中心部を通過するように形作られている。
【００４５】
また、レンズ２９４は、照明器具２１０の中心軸ＣＡ（図１１）に対して回転（revolution（概ね放射方向に薄い厚さを持つ））の表面を概ねたどる第１の（最深の）環状部３０２を具備する。図１３を参照すると、中心部３００は、第１の環状部３０２に移行する。図１１に示すように、この移行は、中心反射表面２５２及び反射表面２４８の最外端がレンズに接触乃至近接する場所で起こる。第１の環状部の曲線が、ＬＥＤ曲線２３４（図１１では点で示されている）で放射する半径を概ねたどるように、第１の環状部３０２は、中心軸ＣＡを通る平面で取られた断面内で、有限平面（図１１）に垂直に、曲線を描いている。これにより、第１の環状部３０２が、ＬＥＤ曲線２３４から発する無反射光線に対して実質上垂直になる。また、第１の環状部３０２は、反射表面２４８に反射する光線に対して実質上垂直である（無反射光線に対して垂直ではない）。
【００４６】
放射状に外側へ進んで、第１の環状部３０２が第２の環状部３０４へ移行する。また、第２の環状部３０４は、照明器具の中心軸に対する回転表面（小さい厚さを有する）をたどる。図１１Ａを参照すると、第２の環状部３０４は、反射表面２４６の輪郭をたどる。図９により明らかに示されるように、第１の環状部３０２から第２の環状部３０４へレンズが移行する場所でレンズ２９４を受け入れるように、円形リッジ（circular ridge）３０６が、反射表面２４６内の反射器２１４内に形成されている。リッジ３０６が、第２の環状部３０４の外側表面が曲線をたどることを可能にする（本実施形態では、図１１では点として描かれているＬＥＤ曲線２３４上に焦点を有する円錐部）。これは、外側表面又は露出表面のレンズ表面（第２の環状部３０４）が反射表面２４６の輪郭をたどるばかりでなく、その表面の延長である。図１１Ａを参照すると、反射表面２４６は、リッジ３０６で段差がある。第２の環状部３０４の外側表面は、リッジ３０６の下の反射表面２４６によって画定される曲線にそって続く。反射表面２４６（レンズの内側）及び外部レンズ表面（第２の環状部３０４）は、設計により同じ表面として機能するようになっている。第２の環状部３０４が、反射表面２４６の輪郭をたどるのであるから、第２の環状部３０４は、第２の環状部３０４に対して、ＬＥＤ曲線２３４からの入力する光線間の鋭角な入射角に起因する第２の環状部３０４の第１の表面反射を通して光線を反射することができる。第２の環状部３０４を通過する光線は、反射表面２４６を反射することができる。
【００４７】
反射表面２４６の最外端と反射表面２４２が、レンズ２９４（図１１）と接触又は近接する場所で、第２の環状部３０４は、第３の環状部３０８へ移行する。第３の環状部３０８は、照明器具の中心軸に対して回転表面（薄い厚さを有する）をたどる。第３の環状部が、ＬＥＤ曲線２２６（図１１に点として示されている）で放出する半径を概ねたどるように、第３の環状部３０８は、断面（図１１）において曲線を描いている。これにより、第３の環状部３０８は、ＬＥＤ曲線２２６から発する無反射光線に対して実質上垂直となる。また、第３の環状部３０８は、反射表面２４２を反射する光線に対して実質上垂直である（無反射光線に対して垂直ではない）。
【００４８】
第３の環状部３０８は、放射状に外側へ進んで、第４の環状部３１２へ移行する。また、第４の環状部３１２は、照明器具の中心軸に対して回転表面（薄い厚さを有する）をたどる。第２の環状部３０４（および、第２の環状部と同じ目的のため）と同様に、第４の環状部３１２は、反射表面２４０の輪郭をたどる。図９に明らかに示されているように、第３の環状部３０８から第４の環状部３１２へレンズが移行する場所でレンズ２９４を受け入れるように、円形リッジ（circular ridge）３１４が、反射表面２４０上の反射器２１４内に形成されている。図１１Ａを参照すると、反射表面２４０は、リッジ３１４で段差がある。第４の環状部３１２の外側表面は、反射表面として働くことが可能である。第４の環状部３１２の外側表面は、リッジ３１４の下の反射表面２４０によって画定される曲線にそって続く。このリッジ３１４は、このレンズ表面の外側又は露出した表面を反射表面２４０の輪郭をたどるばかりでなく、その表面を延びるように、レンズ表面（第４の環状部３１２）が維持することを可能にする。反射表面２４０（レンズの内側）及び外側のレンズ表面（第４の環状部３１２）は、設計により同じ表面として機能するようになっている。
【００４９】
第４の環状部３１２は、反射表面２４０の最外端と反射表面２６８が、レンズ２９４（図１１）と接触又は近接する場所で、曲状外側切頭環状（第５）部３１６と実質上平坦な外側部３１８（図１３）へ移行する。曲状外側切頭環状部３１６は、照明器具の中心軸に対して円周（回転）方向へ、平坦な外側部３１８によって中断されている。第５の環状部３１６は、照明器具の中心軸に対して回転表面（薄い厚さを有する）をたどる。一方、回転表面は、中心軸から発する平面によって切り取られ、ＬＥＤが属する平面に垂直である。第５の環状部３１６がＬＥＤ曲線２６４（図１１では点として示されている）で放射する半径を概ねたどるように、第５の環状部３１６の断面は、曲線を描いている（図１１）。これにより、第５の環状部３１６は、ＬＥＤ曲線２６４から発する無反射光線に対して実質上垂直となる。また、第５の環状部３１６は、反射表面２６８で反射する光線に対して実質上垂直である（無反射光線に対して垂直ではない）。
【００５０】
第５の環状部３１６は、放射状に外側へ進んで、反射表面２７２の輪郭をたどる第６の切頭環状部３２２へ移行する。第６の環状部３２２は、また切り取られ、第６の環状部３２２の外側表面が、反射表面として動作するように、このレンズ表面（第６の環状部３２２）の外側又は露出した表面を、反射表面２７２に沿って、維持する。反射表面２７２（レンズの内側）と外側のレンズ表面（第６の環状部３２２）は、設計によって同じ表面として機能するようになっている。
【００５１】
放射部３２４は、第５の環状部３１６及び第６の環状部３２２と交差する。これらの放射部は、放射反射表面２７４（図９参照）の輪郭をたどり、それ自体、概ね放物表面である。また、レンズ２９４は、平坦な外側部３１８に概ね垂直なスカート（skirt、裾）部３３０を具備する。このスカート部は、通気口を受け入れる開口と、照明器具２１０へ電気を供給するための導電体を受け入れるグロメット（grommet、座金）を具備する。
【００５２】
上述のように、照明器具は、ターゲット平面の形の異なる領域を照明するためにターゲット平面上に異なるビームパターンを提供するために修正され得る。図１４を参照すると、外側のＬＥＤ２２２及び中間のＬＥＤ２２８のＬＥＤ分布が、図９に示した分布から変更されているが、これは、Ｖ型光分布を生成するためのものである。また、中心のＬＥＤ２３６は、図９に示した中心のＬＥＤ２３６に対して再配置される。例えば、図１４は、照明器具に関して前方へ投げ出された、概して方形（又は半円状）分布パターンであるＩＶ型光分布のような非対称又はフォーワード・スロウ（forward throw）分布を形成するために修正された図９の照明器具２１０を表している。ＩＶ型を含むＩ型からＶ型の光分布については、ＩＥＳＮＡ光ハンドブック、第９版（第２２．７節、図２２−６）に、より詳しく記載されている。
【００５３】
図１４に示した実施形態は、シールド及び反射器として機能する光エレメント３５０を具備する。光エレメント３５０は、最内反射表面２５６によって囲まれる円形領域を二分するが、これは、図１４において無反射コーティングによって覆われている。中心ＬＥＤ２３６は、光エレメント３５０の同じ側にすべて置かれる。追加の反射表面３５２は、ＰＣＢ２１６から上方へ、ＬＥＤ２３６の属する光エレメントの側上の光エレメント３５０から離れて伸びている。中心のＬＥＤ２３６から発した光の向きを、光エレメント３５０の属する平面に概ね平行に、概ね反対方向へ向ける２つの反射表面３５２が設けられている。すなわち、左（図１４の方向につき）の反射表面は、この反射表面の左側のＬＥＤから左の方へ光の向きを変え、そして右（図１４の方向につき）の反射表面は、この反射表面の右側のＬＥＤから右の方へ光の向きを変える。それぞれの反射表面３５２は、反射表面の下（図１４の方向につき）に置かれたＬＥＤに関して、例えば概ね放物線形状に、曲線を描いている。
【００５４】
図１４の照明器具２１０は、照明器具の対象軸でもある軸ＳＡを中心とするＩＶ型光分布を生成するように設計されている。対称軸ＳＡは、光エレメント３５０に対して垂直であり、照明器具の中心点と交差する。図１４に示した実施形態における外側のＬＥＤ２２２と中間のＬＥＤ２２８は、対称軸ＳＡから約４５°だけ角度オフセットされた線を中心として、その周りに群集している。すべてのＬＥＤ２２８及び２２８は、光エレメント３５０によって画定される平面の１つの側に置かれる。外側のＬＥＤ２２２と中間のＬＥＤ２２８は、対称軸ＳＡ（図１４には、１つの線のみが示されている）からφ1だけ角度オフセットされた線で終端する。また、外側のＬＥＤ２２２と中間のＬＥＤ２２８は、対称軸ＳＡ（図１４には、１つの線のみが示されている）からφ2だけ角度オフセットされた線で終端する。例えば、照明器具がＩＶ型光分布を提供するようになっている場合、対象軸ＳＡから離れた領域であると思われる、照明器具から遠く離れた領域に、より多くの光度が一般に必要であるので、ＬＥＤ２２２及び２２８は、対称軸ＳＡの近くには置かれない。各終端ＬＥＤから発した光が、ＬＥＤから周辺に間隔のあいた反射器の一部分によって向きを変えられるように、ＬＥＤはランバート型（Lambertian type）パターンで発光するので、ＬＥＤ２２２及び２２８は、半円パターンの各終端までずっと伸びてはいない。
【００５５】
各ＬＥＤ用の光学部品、又は全アレイ用のマクロ光学部品を使用する代わりに、記載された照明器具は、ＬＥＤアレイ部分からのビームパターンの部分を生成するハイブリッド（混成）アプローチを使用する。光は、ビームパターンの部分を満たすことを目的とする反射器を使用するＬＥＤアレイのこれらの部分から向きを変えられる。設計は、例えば他のビームパターンとともに、「Ｄ」形状のビームパターンを提供するモジュラー式であってもよい。本発明は、一実施形態を参照して具体的に記載され、変形例が説明された。しかし、本発明は、記載された具体的な実施形態、ここに記載された変形例のみに限定されない。その代わりに、本発明は、添付のクレーム及びそれの等価物により広く画定される。
【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１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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