(57)【要約】  電球は、内部容積を囲む中空本体部として構成される光ガイドを有する。光ガイドは自身の近端および遠端で開いており、内面と、外面と、光入力端縁を提供する近端における端面とを有する。固体光源が、固体光源からの光が全内部反射によって光ガイドの中を進むように光ガイドの光入力端縁に光学的に結合される。固体光源は、光ガイドの近端のハウジングに熱的に結合される。ハウジングは、内部容積を通る空気流および対流冷却のための孔を含む。光ガイドの内面および外面の少なくとも一方における光抽出光学素子は、光ガイドから光を抽出するためのものである。
2013530501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電球であって、
内部容積を囲む中空本体部として構成される光ガイドを備え、前記光ガイドは、近端および前記近端と反対側の遠端で開いており、前記光ガイドは、内面と、外面と、光入力端縁を提供する前記近端における端面とを含み、さらに、
固体光源を備え、前記固体光源は、前記固体光源からの光が全内部反射によって前記光ガイドの中を進むように前記光入力端縁に光学的に結合され、さらに、
前記光ガイドの前記近端におけるハウジングを備え、前記固体光源は前記ハウジングに熱的に結合され、前記ハウジングは前記内部容積を通る空気流および対流冷却のための孔を規定し、さらに、
前記光ガイドの前記内面および前記外面の少なくとも一方に、前記光ガイドから光を抽出するための光抽出光学素子を備える、電球。
【請求項２】
前記固体光源に電力を供給するための電気接続部をさらに備える、請求項１に記載の電球。
【請求項３】
前記電気接続部は、前記ハウジングに結合されたベースを含む、請求項２に記載の電球。
【請求項４】
前記ベースはエジソンねじベースを含む、請求項３に記載の電球。
【請求項５】
前記光ガイドは、組立てられて前記光ガイドを形成する光ガイド部材を含む、請求項１に記載の電球。
【請求項６】
前記固体光源は、前記ハウジングと熱接触している熱伝導回路基板上の固体発光体を含む、請求項１に記載の電球。
【請求項７】
前記光ガイドの前記遠端を部分的に閉じる端キャップをさらに備える、請求項１に記載の電球。
【請求項８】
前記端キャップはレンズを含む、請求項７に記載の電球。
【請求項９】
前記端キャップは合焦領域を含む、請求項７に記載の電球。
【請求項１０】
前記光抽出光学素子は、前記光ガイドの前記内面および前記外面の少なくとも一方から、予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで光が放射されるように構成される、請求項１に記載の電球。
【請求項１１】
前記ハウジングは、前記ハウジングの表面積を増大させるフィンを含む、請求項１に記載の電球。
【請求項１２】
前記内部容積を囲む中空本体部として構成される第２の光ガイドをさらに備え、前記第２の光ガイドは、近端および前記近端と反対側の遠端で開いており、前記第２の光ガイドは、内面と、外面と、光入力端縁を提供する前記第２の光ガイドの前記近端における端面とを含み、一方の前記光ガイドは、他方の前記光ガイドとの間にエアギャップを有して他方の前記光ガイドの内部に位置決めされ、さらに、
第２の固体光源を備え、前記第２の固体光源は、前記第２の固体光源からの光が全内部反射によって前記第２の光ガイドの中を進むように前記第２の光ガイドの前記光入力端縁に光学的に結合され、前記第２の固体光源は前記ハウジングに熱的に結合され、さらに、
前記第２の光ガイドの前記内面および前記外面の少なくとも一方に、前記第２の光ガイドから光を抽出するための追加の光抽出光学素子を備える、請求項１に記載の電球。
【請求項１３】
補助光ガイドをさらに備え、前記補助光ガイドは、前記固体光源からの放射光の一部を捕捉するように構成され、前記補助光ガイドは、捕捉光が全内部反射によって前記補助光ガイドの中を進むようにするための光学結合特徴と、前記補助光ガイドから光を抽出するための光抽出光学素子とを含む、請求項１に記載の電球。
【請求項１４】
前記光ガイドの前記光入力端縁に隣接した領域をさらに備え、前記固体光源からの放射光の一部は前記領域を通って前記補助光ガイドに入射する、請求項１３に記載の電球。
【請求項１５】
前記ハウジング内の凹部をさらに備え、前記補助光ガイドは前記凹部内に延在する、請求項１３に記載の電球。
【請求項１６】
内部容積を有する電球であって、
前記内部容積の方を向く内面と、前記内部容積と反対の方向を向く外面と、近端と、前記近端と反対側の、前記内部容積の開口を形成する遠端とを含む第１の光ガイドと、
第１の固体光源と、
前記第１の固体光源からの光が全内部反射によって前記第１の光ガイドの中を進むように前記第１の固体光源を前記近端に対して配置するための、前記第１の光ガイドの前記近端に隣接したハウジングとを備え、前記第１の固体光源は前記ハウジングに熱的に結合され、前記ハウジングは、前記内部容積を通る空気流および対流冷却のための孔を規定し、さらに、
前記第１の光ガイドの前記表面の少なくとも一方に、前記第１の光ガイドの前記表面の少なくとも一方から光を抽出するための光抽出光学素子を備える、電球。
【請求項１７】
前記第１の固体光源に電力を供給するための電気接続部をさらに備える、請求項１６に記載の電球。
【請求項１８】
前記電気接続部は、前記ハウジングに結合されたベースを含む、請求項１７に記載の電球。
【請求項１９】
前記電気接続部はエジソンねじベースを含む、請求項１８に記載の電球。
【請求項２０】
前記第１の光ガイドの前記遠端に隣接した端キャップをさらに備える、請求項１６に記載の電球。
【請求項２１】
前記端キャップは、前記第１の光ガイドの前記遠端を少なくとも部分的に覆う、請求項２０に記載の電球。
【請求項２２】
前記端キャップは光学インサートを含む、請求項２０に記載の電球。
【請求項２３】
前記内部容積内に位置決めされた光学センサをさらに備える、請求項２２に記載の電球。
【請求項２４】
前記光学インサートは、前記電球の外部に生じる光の焦点を前記光学センサ上に合わすように構成された合焦領域を含む、請求項２３に記載の電球。
【請求項２５】
前記光学センサは、画像センサ、フォトダイオード、フォトレジスタまたは動きセンサを含む、請求項２４に記載の電球。
【請求項２６】
前記光学インサートは、レンズ、反射板、または拡散板を含む、請求項２２に記載の電球。
【請求項２７】
前記光学インサートは、マイクロ光学素子、Ｖ字溝、レンズ状溝、乱反射板、正反射板、金属面、光吸収体、色減衰器、波長シフタ、誘電体積層物反射板、偏光子およびトランスリフレクタの１つ以上を含む、請求項２２に記載の電球。
【請求項２８】
前記光学インサートは、前記内部容積内に少なくとも途中まで延在する延在部を含む、請求項２２に記載の電球。
【請求項２９】
前記光学インサートの前記延在部は、前記内部容積の大部分を占める、請求項２８に記載の電球。
【請求項３０】
前記延在部と前記第１の光ガイドの前記内面との間のエアギャップをさらに備える、請求項２８に記載の電球。
【請求項３１】
前記光の少なくとも一部が前記第１の光ガイドの前記内面から放射され、前記光学インサートは、前記内面からの放射光の方向を変えるように構成される、請求項２２に記載の電球。
【請求項３２】
前記第１の光ガイドの前記遠端は光学端特徴を有する、請求項１６に記載の電球。
【請求項３３】
前記光学端特徴は、平坦な端特徴、Ｖ字溝、レンズ状溝、球状の端特徴、角の丸い特徴、光反射特徴、光吸収特徴、色減衰器、波長シフタ、および反射防止特徴の１つ以上を含む、請求項３２に記載の電球。
【請求項３４】
第２の固体光源をさらに備え、前記第２の固体光源は、前記固体光源からの光が軸方向に間隔を置いた異なる位置で前記第１の光ガイドに入射して、全内部反射によって前記第１の光ガイドの中を同一または異なる方向に進むように、前記第１の固体光源と軸方向に間隔を置いた関係で前記第１の光ガイドに光学的に結合される、請求項１６に記載の電球。
【請求項３５】
前記近端と前記遠端との中間の前記第１の光ガイドに光学的に結合された第２の固体光源と、
前記内部容積内に延在して前記第２の固体光源に電力を提供する電線管とをさらに備える、請求項１６に記載の電球。
【請求項３６】
前記第１の光ガイドの前記遠端に光学的に結合された第２の固体光源と、
前記内部容積内に延在して前記第２の固体光源に電力を提供する電線管とをさらに備える、請求項１６に記載の電球。
【請求項３７】
前記内部容積の方を向く内面と、前記内部容積と反対の方向を向く外面と、近端と、遠端とを含む第２の光ガイドをさらに備え、前記第１の光ガイドおよび前記第２の光ガイドは、前記第１の光ガイドの前記遠端に隣接した前記第２の光ガイドの前記近端と縦続配置され、さらに、
第２の固体光源を備え、前記第２の固体光源は、前記第２の固体光源からの光が前記第２の光ガイドに入射して、全内部反射によって前記第２の光ガイドの中を進むように、前記第２の光ガイドの前記近端に光学的に結合され、さらに、
前記内部容積内に延在して前記第２の固体光源に電力を提供する電線管と、
前記第２の光ガイドの前記表面の少なくとも一方に、前記第２の光ガイドの中を進む光を前記第２の光ガイドの前記表面の少なくとも一方から放射させるための光抽出光学素子とを備える、請求項１６に記載の電球。
【請求項３８】
前記第１の光ガイドの前記遠端に光学的に結合された第３の固体光源をさらに備え、前記第３の固体光源は前記電線管から電力を受ける、請求項３７に記載の電球。
【請求項３９】
前記光抽出光学素子は、前記第１の光ガイドの前記表面の少なくとも一方の選択領域内で、種類および形状の少なくとも一方が異なる、請求項１６に記載の電球。
【請求項４０】
前記第１の光ガイドとの間にエアギャップを有して前記第１の光ガイドの内部に位置決めされた第２の光ガイドをさらに備え、前記第２の光ガイドは、前記内部容積の方を向く内面と、前記内部容積と反対の方向を向く外面と、近端と、前記内部容積の開口を形成する遠端とを含み、さらに、
第２の固体光源を備え、前記第２の固体光源は、前記第２の固体光源からの光が全内部反射によって前記第２の光ガイドの中を進むように前記第２の光ガイドの前記近端に光学的に結合され、さらに、
前記第２の光ガイドの前記表面の少なくとも一方に、前記第２の光ガイド内の光を前記第２の光ガイドの前記表面の少なくとも一方から放射させるための光抽出光学素子を備える、請求項１６に記載の電球。
【請求項４１】
前記第１の光ガイドの前記表面の少なくとも一方に設けられた前記光抽出光学素子は、前記第１の光ガイドから所望の光線角度分布および／または強度プロファイルを生成するように構成される、請求項１６に記載の電球。
【請求項４２】
前記内部容積内のヒートシンクをさらに備え、前記第１の固体光源は前記ヒートシンクに熱的に結合される、請求項１６に記載の電球。
【請求項４３】
内部容積を有する電球であって、
前記内部容積の方を向く内面と、前記内部容積と反対の方向を向く外面と、近端と、前記近端と反対側の、前記内部容積の開口を規定する遠端とを含む光ガイドと、
固体光源とを備え、前記固体光源は、前記固体光源からの光が前記光ガイドに入射して、全内部反射によって前記光ガイドの中を進むように、前記光ガイドに光学的に結合され、さらに、
前記光ガイドの前記表面の少なくとも一方に、予め定められた光線角度分布で前記表面の少なくとも一方から光を放射させるための光抽出光学素子と、
前記固体光源に電力を供給するための電気接続部と、
前記内部容積内の内部ヒートシンクとを備え、前記固体光源は前記ヒートシンクに熱的に結合される、電球。
【請求項４４】
前記固体光源の少なくとも１つは前記光ガイドの前記近端に光学的に結合され、前記光は全内部反射によって前記光ガイドの中を前記遠端に向かって進む、請求項４３に記載の電球。
【請求項４５】
前記固体光源の少なくとも１つは前記光ガイドの前記遠端に光学的に結合され、前記光は全内部反射によって前記光ガイドの中を前記近端に向かって進む、請求項４３に記載の電球。
【請求項４６】
前記固体光源の少なくとも１つは、前記光ガイドの前記近端と前記遠端との中間の前記光ガイドに光学的に結合される、請求項４３に記載の電球。
【請求項４７】
前記光ガイドは第１の光ガイドであり、前記電球は、前記内部容積の方を向く内面と、前記内部容積と反対の方向を向く外面と、近端と、前記近端と反対側の遠端とを有する第２の光ガイドをさらに含み、前記第２の光ガイドの前記近端は、前記第１の光ガイドの前記遠端に隣接して位置決めされ、
前記固体光源の少なくとも１つは、前記固体光源の少なくとも１つからの光が前記第２の光ガイドに入射して、全内部反射によって前記第２の光ガイドの中を進むように、前記第２の光ガイドに光学的に結合される、請求項４３に記載の電球。
【請求項４８】
前記電気接続部から、前記第１の光ガイドに囲まれる前記内部容積内に延在する第１の電線管と、
前記第１の電線管に接続され、前記第２の光ガイドに囲まれる前記内部容積内に延在して、前記第２の光ガイドに光学的に結合された前記固体光源の１つに電気接続を提供する第２の電線管とをさらに備える、請求項４７に記載の電球。
【請求項４９】
前記固体光源の１つは前記第１の光ガイドの前記近端に光学的に結合され、前記固体光源の別の１つは前記第２の光ガイドの前記近端に光学的に結合される、請求項４８に記載の電球。
【請求項５０】
前記固体光源の１つは前記第１の光ガイドの前記遠端に光学的に結合され、前記固体光源の別の１つは前記第２の光ガイドの前記近端に光学的に結合される、請求項４８に記載の電球。
【請求項５１】
前記内部ヒートシンクは、前記内面に向かって外向きに延在するフィンを含む、請求項４３に記載の電球。
【請求項５２】
前記フィンは、前記近端から前記遠端に向かう距離の関数として内向きに先細りする、請求項５１に記載の電球。
【請求項５３】
前記内部ヒートシンクを囲むヒートシンク筐体をさらに備える、請求項４３に記載の電球。
【請求項５４】
前記ヒートシンク筐体は、前記内面の方を向く外面を有し、前記外面は光学機能素子を含む、請求項５３に記載の電球。
【請求項５５】
前記光学機能素子は、マイクロ光学素子、Ｖ字溝、レンズ状溝、乱反射板、正反射板、金属、光吸収体、色減衰器、波長シフタ、誘電体積層物反射板、偏光子およびトランスリフレクタからなるグループから選択される、請求項５４に記載の電球。
【請求項５６】
前記光ガイドは、ともに組立てられて前記光ガイドを形成する光ガイド部材を含み、
前記光ガイドは、前記内部容積を囲む中空本体部として構成される、請求項４３に記載の電球。
【請求項５７】
前記光ガイド部材は、前記近端または前記遠端から離れる距離の関数として変化する径方向寸法を有する、請求項５６に記載の電球。
【請求項５８】
前記光ガイド部材は、前記内部容積を囲む多角形の中空本体部を形成する、請求項５６に記載の電球。
【請求項５９】
隣接する前記光ガイド部材の端縁同士の間のエアギャップをさらに備え、前記エアギャップを通る空気流を可能にする、請求項５８に記載の電球。
【請求項６０】
隣接する前記光ガイド部材の前記端縁に固体光源が光学的に結合される、請求項５９に記載の電球。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた電球や照明器具が一般に知られている。これらの装置は、反射板、レンズおよび拡散板とともに高出力ＬＥＤまたは低出力ＬＥＤの集合体を用いて照明スポットまたは拡散光出力分布のいずれか一方を生成する。これらの装置は一般に閉じた「球」であり、ＬＥＤからの光は複数の反射または散乱事象を受けてからでないと散乱板または透明板を通って装置から出ることができない。光がこれらの表面のいずれかと相互に作用するたびに、光が吸収されたり光が使用不可能な角度で散乱するため、装置の光学的効率が減少する。一般に、これらの装置がもたらし得る光学的効果（スポットフォーカスまたは拡散散乱）は限られている。
【０００２】
また、これらの装置は、ＬＥＤ光源が発生した熱を放散するのが困難である。装置の閉じた性質のため、熱は装置の閉じた容積内に閉じ込められて蓄積し得る。ＬＥＤ光源の温度が上昇するにつれてＬＥＤ光源の効力が低下するため、これらの装置からの熱除去が困難であると、所与の入力電力について達成可能な照明の輝度が限られてしまう。
【０００３】
熱をできる限り除去するためには、熱放射および対流のための表面積を大きくする大きなヒートシンクが必要であり得る。しかし多くの用途では、装置の許容可能な最大サイズが限られている。たとえば、ＬＥＤを用いた白熱電球の交換品のサイズおよび形状は、標準的な白熱電球に指定されたサイズおよび形状に収まらなければならない。このようなサイズ制限のある場合、ヒートシンクが占める体積によって、追加のＬＥＤ光源を装着するのに使用可能な面積が減少する。このため、このような装置に使用可能なＬＥＤ光源の数が限られるため、達成可能な輝度も限られてしまう。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１ａ】１つの電球実施例の概略斜視図である。
【図１ｂ】図１ａの電球を逆さにした概略斜視図である。
【図２】図１ａの電球の概略側面図である。
【図３】図１ａおよび図２の電球の内部の拡大概略縦断面図である。
【図４】図１ａの電球の他の概略側面図である。
【図５】図１ａおよび図２の電球の内部の他の概略縦断面図である。
【図６】図３の電球の光ガイドの一部の拡大概略部分縦断面図であり、光ガイドの内面および外面の光抽出光学素子を示す図である。
【図７】ある照明用途にある照明効果を提供する電球の光ガイド部のある形状の遠端部の拡大概略部分側面図である。
【図８】ある照明用途にある照明効果を提供する電球の光ガイド部のある形状の遠端部の拡大概略部分側面図である。
【図９】ある照明用途にある照明効果を提供する電球の光ガイド部のある形状の遠端部の拡大概略部分側面図である。
【図１０】ある照明用途にある照明効果を提供する電球の光ガイド部のある形状の遠端部の拡大概略部分側面図である。
【図１１ａ】ある照明用途にある照明効果を提供する電球の光ガイド部のある形状の遠端部の拡大概略部分側面図である。
【図１１ｂ】ある照明用途にある照明効果を提供する電球の光ガイド部のある形状の遠端部の拡大概略部分側面図である。
【図１２】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図１３】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図１４】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図１５】他の電球実施例の概略側面図である。
【図１６】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図１７】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図１８】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図１９】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図２０】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図２１】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図２２】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図２３】他の電球実施例の内部の概略一部縦断面図である。
【図２４】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図２５】他の電球実施例の内部の概略縦断面図である。
【図２６】他の電球実施例の内部の概略縦断面図である。
【図２７】他の電球実施例の内部の概略縦断面図である。
【図２８】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図２９】図２８の電球実施例の拡大概略上面図である。
【図３０】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図３１】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図３２】図３１の電球実施例の内部の概略部分縦断面図である。
【図３３】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図３４】他の電球実施例の部分的に断面の概略側面図である。
【図３５】他の電球実施例の概略側面図である。
【図３６】他の電球実施例の概略側面図である。
【図３７】他の電球実施例の概略側面図である。
【図３８】他の電球実施例の内部の概略縦断面図である。
【図３９】モジュール電球実施例の概略斜視図である。
【図４０】モジュール電球実施例の概略斜視図である。
【図４１】モジュール電球実施例の概略斜視図である。
【図４２】他の電球実施例の概略斜視図である。
【図４３】電球ハウジングの孔に沿った図４２の電球実施例の概略側面図である。
【図４４】図４３の線４４−４４の平面に沿って切取った、図４３の電球の内部の概略縦断面図である。
【図４５】電球ハウジングの外面の補助光ガイドに沿った図４２の電球の概略側面図である。
【図４６】図４５の線４６−４６の平面に沿って切取った、図４５の電球の内部の概略縦断面図である。
【図４７】図４６の電球の一部の拡大部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明
ここで図面を詳細に参照して、まず図１ａ、図２および図３には、電球実施例１の例が概略的に示される。本開示において「電球」とは、光発生装置であって、当該光発生装置を機械的に取付けて当該光発生装置に電力を提供するために用いられるさまざまな固定具のいずれかに嵌合し係合する光発生装置を広く包含することを意味する。そのような固定具の例として、エジソン電球ベースに係合するねじ込み固定具、差込電球ベースに係合する差込固定具、およびバイピン電球ベースに係合するバイピン固定具が含まれるが、これらに限定されない。したがって、「電球」という用語は単独では、光発生装置の形状、または電力から光を発生するメカニズムをまったく限定しない。また、電球は、光を発生するための環境を形成する閉じた筐体を有しなくてもよい。電球は米国規格協会（ＡＮＳＩ）または電灯の他の規格に準拠し得るが、電球はこれに必ずしも準拠しなくてもよい。
【０００６】
図１ａ、図２および図３に示す例は、両端で開いた非平面の光伝導性光ガイド２を含む。示される例では、光ガイド２は円筒形である。光ガイドの一端３（近端）の端面は光入力端縁４を提供し、これに固体光源５が光学的に結合される（図３参照）。示される例では、固体光源５は印刷回路基板７に装着された固体発光体を含む。印刷回路基板７は典型的に熱伝導性を有する。例示的な固体発光体が６で示される。参照番号６は固体発光体をまとめて示すためにも用いられる。固体発光体６は、固体発光体からの光が光ガイドの近端の光入力端縁４に入射し、全内部反射によって光ガイドの中を進むように構成される。固体発光体６は、固体発光体が光学的に結合される光ガイドの光入力端縁の形状に応じてリング状または別の好適なパターンに構成される。固体発光体は典型的に、固体発光体の出力光の光ガイドへの入射効率を高めるように光ガイドに結合される。いくつかの例では、固体発光体は光ガイドの絶縁体に埋込まれるか、接着されるか、一体成形される。
【０００７】
いくつかの例では、光ガイド２の光入力端縁４は、光ガイド２の入射光の方向特性を変えるマイクロ光学素子を含む。本開示において、光源５からの光が光ガイドに入射する際に通る光ガイド２の表面はすべて光入力端縁であるとみなされ、これは、たとえ当該表面が光ガイドの主面の１つに配置される場合や、当該主面が、光が光ガイドの主面において全内部反射によって光ガイド２に沿って伝搬できるように光を光ガイドに導入する光回転および／または均質化構造の一部を形成する場合にも当てはまる。
【０００８】
固体発光体６の例として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオードおよび有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）が含まれる。固体発光体は、トップファイア（top-fire）またはサイドファイア（side-fire)型構成を有し得る。固体光源は、広域スペクトル固体光源（たとえば白色光を発する）、または所望の色やスペクトルの光（たとえば赤色光、緑色光、青色光、もしくは紫外線）を発する固体光源であり得る。いくつかの実施例では、固体発光体６は、５００ナノメートルを超える波長で動作可能な有効強度を有しない光を発する（すなわち、固体発光体は主に５００ｎｍ未満の波長で発光する）。
【０００９】
本実施例では、光ガイド２は、自身の長さに沿った名目上一定の半径を有する中空円筒形状を有し、内部容積８を囲む。光ガイド２はその近端においてハウジング９によって支持される。いくつかの例では、ハウジング９はさらに、固体光源５を光ガイドの光入力端縁４に対して位置決めして調整する。任意に、固体発光体６は、光ガイドに規定されたそれぞれの開口（図示せず）に位置決めされる。さまざまな実施例において、発光体の各開口は、光ガイドの近端から光ガイド内に延在するスロットとして、光ガイドの近端から光ガイド内に延在する空洞として、光ガイドの内主面と外主面との間の光ガイドを通って延在する穴として、または別の好適な形状として構成される。発光体の開口の他の構成も可能であり、使用可能である。
【００１０】
固体光源５はハウジング９に熱的に結合される。一例では、このような熱結合は固体光源とハウジングとの直接接触によって提供される。別の例では、熱結合は、ヒートパイプなどの副次的な装置を用いて、固体光源が発生した熱をハウジングに運ぶことによって提供される。他の例では、固体光源５とハウジング９との熱結合は、熱接着剤、熱グリース、熱接触パッドなどの熱結合剤を用いることによって強化される。
【００１１】
典型的な実施例では、ハウジング９は、冷却に使用可能な表面積を増大させるように成形される。一例では、ハウジング９は、部分的にまたは完全に冷却フィンで構成される。別の例では、ハウジング９は冷却フィンを提供するように成型される。
【００１２】
図３にさらに概略的に示すように、孔１０がハウジング９を通って延在し、光ガイドの内部容積８への空気流および対流冷却のための通路を提供する。いくつかの実施例では、ハウジングに規定された穴またはスロットが孔を提供する。いくつかの実施例では、冷却フィン同士の間の間隔が孔を提供する。任意に、孔を通る空気流を増大させるためのファンがハウジングまたは内部容積内に設けられ得る。
【００１３】
固体光源５に電力を供給するための好適な電気接続部１５が設けられる。典型的に、電気接続部はハウジング９に機械的に結合され、ハウジング９から電気的に絶縁される。一例では、電気接続部は、ハウジングに結合されたベース１６によって提供される。ベースの例として、エジソンねじベース、差込ベース、またはバイピンベースが含まれる。ここに記載の構造は、電球以外の照明組立品にも使用可能である。照明組立品では、電気接続部は、ハウジングを通って延在する電線を用いてベースによって、または何らかの他の好適な電気接続によって提供され得る。
【００１４】
任意に、電球には、電球の内部温度を検知するための温度センサ（図示せず）を含む電力制御回路（図示せず）が設けられ得る。検知温度が予め定められた高温に達すると、電力制御回路は固体光源への電流を減少させるか、固体光源への電力を完全に遮断し得る。さらに電球は、電球が不適切に設置されたり、適切な対流気流を阻害する向きに設置された場合に、アラームを鳴らして固体光源をオンにできなくする方位センサを含み得る。
【００１５】
光ガイド２は、内部容積の方を向く内主面１７と、内部容積と反対の方向を向く外主面１８とを有する。光ガイド２の内面１７および外面１８の少なくとも一方の１つ以上の規定領域に、光抽出光学素子（図示せず）が配置される。光抽出光学素子は、予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで光ガイドから光を抽出するように構成される。強度プロファイルとは、光ガイド２などの発光体内の位置に伴う強度の変化を指す。光線角度分布とは、光ガイド２などの発光体からの放射光の光線角度（典型的に立体角）に伴う強度の変化を指す。規定領域の例が図４に示されており、光抽出光学素子は、光ガイドの内面１７および外面１８の一方または両方に沿って配列された円周帯１９に配置される。いくつかの実施例では、所与の表面１７、１８の規定領域における光抽出光学素子２０は、図６に概略的に示すようにそれらの表面からの突起部２１である。他の実施例では、それらの表面の光抽出光学素子２０は、図６にさらに示すようにそれらの表面の窪み２１′である。他の実施例では、それらの表面の光抽出光学素子のいくつかは突起部であり、他の光抽出光学素子は窪みである。また、光ガイドの一方または両方の表面の規定領域に、異なる種類や形状の光抽出光学素子が設けられ得る。表面１７、１８のそのような領域は、固定した、または異なる割合の１つ以上の異なる種類の光抽出光学素子の組合せをさらに含み得、各種類が、電球の出力光の全体的な光線角度分布および強度プロファイルに寄与する異なる光学的効果を提供する。
【００１６】
一例として、図３に示すように、第１の種類の光抽出光学素子は、光ガイド２の外面１８から光を抽出して広い光線角度分布を提供するように構成され、第２の種類の光抽出素子は、光ガイド２の内面１７から当該内面に対して低い光線角度で光を抽出してより狭い光線角度分布を提供するように構成される。これら２つの分布の合計は、拡散成分および方向成分の両方を有する全体的な光線角度分布を提供する。代替的な構成では、１種類の光学素子が、光ガイド２の外面１８からの広い光線角度分布および内面１７からのより狭い光線角度分布の両方を提供するように構成され得る。図５に示す別の例では、光抽出光学素子は、光ガイド２の内面１７および外面１８に対して低い光線角度で光ガイド２から光を抽出するように構成される。これら２つの分布の合計は、上述のより狭い光線角度分布よりも方向性を持つ、さらに狭い全体的な光線角度分布を提供する。
【００１７】
光ガイドの一方または両方の表面には多くの種類や形状（および／または２種類以上の種類や形状）の光抽出光学素子が設けられ得、その中には、たとえばその全開示が引用によって本願に援用される米国特許第６，７１２，４８１号に開示されている種類や形状の光抽出光学素子も含まれる。また、光ガイドの表面の少なくとも一方における光抽出光学素子は、たとえば画像または他の効果を含む他の光出力分布を生成するように設計され得る。別の例では、光抽出光学素子は近傍の表面に照明パターンを投影するように構成される。また、図３の仮想線で概略的に示すように、光ガイドの外面を通じて光を外に反射し返すための反射素子３０が光ガイドの内面に隣接して設けられ得る。乱反射または正反射素子を用いて、所望の光線角度分布が提供され得る。一例では、反射素子３０は、光ガイドの内部に装着された別個の円筒形反射板によって提供される。別の例では、反射素子３０は、光ガイドの内面に塗布された反射コーティングによって提供される。
【００１８】
光ガイド２は、剛性または可撓性を有し得る単一の光学材料で構成され得るか、屈折指数の異なる材料からなる複数層で構成され、これらの層のうちの１層に隣接した別の１層の表面に光抽出光学素子を任意に含み得る。また、光ガイドは、光ガイドとは屈折指数の異なる粒子を含有し得、および／または光を散乱させたり光の方向を変えるための空隙を有し得る。さらにまたは代替的に、光ガイドは、放射光のスペクトルを変えるための波長シフト材料を含み得る。本開示に用いられるような波長シフト材料は、ある波長で光を吸収し、１つ以上の異なる波長で光を再び発する材料である。波長シフト材料の例として、蛍光体材料、発光材料、量子ドット材料などの発光ナノ材料、共役高分子材料、有機蛍光染料、有機燐光染料、ランタニド添加ガーネット（lanthanide-doped garnet）、または別の好適な波長シフト材料が含まれる。
【００１９】
光ガイドの光出力効率を増大させるため、および／または所望の光学的効果を生じさせるため、光ガイドの遠端３５（光入力端縁と反対側の端）に異なる光学端特徴がさらに設けられ得る。たとえば、図７は、光ガイドの遠端３５からの放射光の光線角度分布を広げるように構成された丸い端特徴３６を示す。図８は平坦な端特徴３７を示す。図９は、光ガイドと同心の１つ以上のＶ字溝３９を有して、Ｖ字溝の形状および向きに従って光の方向をさまざまな方向に変える端特徴３８を示す。図１０は、光ガイドと同心の１つ以上のレンズ状溝４１からなり、レンズ状溝４１の形状および向きに従って光の方向を変える端特徴４０を示す。図１１ａは、光線角度分布を広げ、かつ自身の球状に応じて光の方向を径方向内向きまたは外向きに変える傾向がある球状の端特徴４２を示す。図１１ｂは、自身の角の丸い特徴の向きに応じて光の一部を外向きまたは内向きに方向付ける角の丸い端特徴４３を示す。
【００２０】
光ガイドの遠端３５に異なる光学的特徴を設けるのに加えて、または設ける代わりに、図８に概略的に示すように光ガイドの遠端３５に光反射または光吸収端特徴４５が設けられ得る。一例として、光反射端特徴は、光を光ガイド内に反射し返して光ガイドの内面および外面の光抽出光学素子によってそこから光を抽出するために用いられる、金属コーティング、誘電体積層物、または白色顔料コーティングであり得るが、光吸収端特徴は、光を吸収する黒色コーティングなどの光吸収コーティングを含み得る。
【００２１】
他の例では、端特徴４５は、光ガイド２の遠端３５に入射して光ガイド内に反射し返される光の部分を減少させる反射防止コーティングである。別の例では、端特徴４５は、光ガイドの遠端からの放射光のスペクトルを光ガイドの表面１７および１８からの放射光のスペクトルに対して修正するための、またはあるスペクトルアレイの光を光ガイドの遠端から放射させるための色減衰器を含む。別の例では、端特徴４５は、異なるスペクトルの色を光ガイドの遠端から放射させるための色減衰領域を含む。色減衰とは、１つ以上の波長の光を他の波長の光よりも減衰させることを指す。別の例では、端特徴４５は、光ガイド２の遠端３５からの放射光のスペクトルを変えるための、上述のような波長シフト材料を含む。
【００２２】
図１ｂは、図１ａ、図２および図３の電球１を逆さにしたものを示しており、図３に示す方向と逆方向の、光ガイド２の内部容積８およびハウジング９に規定された孔１０を通る空気流および対流冷却を示す。電球１を図１ａに示す向きに装着すると冷却空気流が逆方向になり、冷却空気がハウジング９の孔１０から電球に入り、暖気が光ガイド２の開いた遠端から電球を出る。
【００２３】
図１２は、別の電球実施例５０の例を示す。図１２に示す電球の例は図１ａ、図１ｂ、図２および図３に示す実施例と実質的に同様であるが、２つの非平面の光ガイド部材５２および５３が内部容積５４を囲む中空本体部として構成される光ガイドを形成する点で異なる。図１２に示す例では、光ガイド部材５２および５３の隣接する側端縁同士の間に隙間５５が設けられて、当該隙間を通る空気流を可能にする。別の例では、光ガイド部材の隣接する側端縁は密接して当接係合しており、互いに接合され得る。
【００２４】
図１３〜図１５は、他の電球実施例６０、６１および６２の例を示す。電球実施例６０、６１および６２の例は上述の実施例と実質的に同様であるが、たとえば図１ａおよび図２に示す円筒形光ガイドとは形状の異なる光ガイドを有する。光ガイドの形状は、光ガイドの一方または両方の表面の光抽出光学素子の構成に加えて、電球からの放射光の光線角度分布を規定するために変化し得るパラメータである。図１３はベルの形状の光ガイド６３を示す。図１４は砂時計の形状の光ガイド６４を示す。図１５は、光ガイドの近端から遠端に向かう距離が増大するにつれ大きくなる断面直径を有する円錐台の形状の光ガイド６５を示す。図１５に示す例では、電球６２のハウジング６６の一部が光ガイド６５の近端の外面を覆う部分が他の実施例よりも大きく、光ガイドと並んだハウジング６６の当該部分の内面は反射板（図示せず）を含む。
【００２５】
図１６は、２つの同軸の中空の内側光ガイド７１および外側光ガイド７２を含む別の電球実施例７０の例を示す。図１６に示す例では、光ガイド７１および７２は円筒形である。光ガイド７１および７２は自身の近端においてハウジング７３によって支持され、内側光ガイド７１は、外側光ガイド７２との間にエアギャップ７４を有して外側光ガイド７２の内部に配置される。光ガイドは同じ長さであってもよいし、図１６に示す例のように異なる長さであってもよい。別個の固体光源７５および７６が各光ガイドの近端の入力端縁に光学的に結合される。代替的に、単一の固体光源が両方の光ガイドの光入力端縁に光学的に結合され得る。
【００２６】
固体光源７５および７６はハウジング７３に熱的に結合されて、固体発光体が発する熱を放散する。また、それぞれの固体光源の固体発光体は、異なる色、異なる色合い（白色の色合いを含む）および／または異なる強度の光を発生することによって、同一または異なる色の光を内側および外側光ガイドから放射させ得る。
【００２７】
固体光源７５および７６の固体発光体はまた、電流、電圧、パルス幅、パルス周波数、パルスデューティサイクルまたはパルス波形を変えることによって別個に制御され、所望に応じて異なる照明効果を提供し得る。一例では、１つの光源の固体発光体は、人に緊急事態を通知するように異なるパルス周波数で選択的にパルスを発し得る。別の例では、固体発光体のデューティサイクルが変えられ、内側および外側光ガイドの一方または両方からの発光量が変化し得る。
【００２８】
いくつかの実施例では、光ガイド７１および７２の各々は、各光ガイドの内面および外面の少なくとも一方に、予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで各光ガイドから光を抽出するための異なる構成を有する光抽出光学素子を有する。一例では、外側光ガイド７２の少なくとも一方の表面の光抽出光学素子は、広い光線角度分布を有する光が外側光ガイドから径方向外向きに放射されるように構成され、内側光ガイド７１の少なくとも一方の表面の光抽出光学素子は、より狭い光線角度分布を有する光が内側光ガイドから放射されるように構成される。さらに、内側および外側光ガイドのうちの少なくとも一方の遠端部には、上述の態様で異なる光学的効果を提供する異なる端特徴が設けられ得る。
【００２９】
孔７８および７９のセットがハウジング７３に規定され、内側光ガイド７１に囲まれた内部容積８０を通り、ヒートシンク８２の孔８１、光源７５と７６との間のエアギャップ８３、および光ガイド７１と７２との間のエアギャップ７４を通る、空気流および対流冷却のための別個の空気通路を提供する。ヒートシンク８２は、ハウジング７３ならびに光源７５および７６の両方と熱接触している。代替的な構成では、印刷回路基板７もヒートシンク８２として作用する。
【００３０】
図１７〜図２３は、他の電球実施例８４〜９０の例を示す。図１７〜図２３に示す例は上述の電球実施例の１つ以上と実質的に同様であるが、これらの例の各々は、それぞれの光ガイドの遠端に近接して位置決めされて遠端を少なくとも部分的に覆う、光ガイドの内面からの放射光の少なくとも一部の方向を所望に応じて異なる方向に変えるための端キャップを含む点で異なる。端キャップは所望に応じて透明であり得、拡散性または反射性を有し得る（反射領域を含み得る）。
【００３１】
図１７の実施例では端キャップ９１はレンズとして構成され、これは図１７では凸状であると示されているが、所望に応じて凹状または何らかの他の屈折形状であってもよい。端キャップ９１の孔９２およびハウジング９４の孔９３は、上述のように光ガイド９５に囲まれる内部容積を通る空気流および対流冷却のための通路を提供する。本例では、端キャップ９１を通って延在する穴またはスロットが孔９２を提供する。
【００３２】
図１８および図１９の実施例では、それぞれの端キャップは、それぞれの光ガイド１００および１０１の内面からの放射光の少なくとも一部の方向を変えるように成形された凸状面９８および９９をそれぞれ有する光学インサート９６および９７を含む。光学インサートは、反射および屈折の一方または両方によって光の方向を変える。図１８は、光ガイド１００の内面からの抽出光の一部が、光ガイドに向かって光ガイドを通じて反射し返されている状態を示す。反射光は、電球の出力光の光線角度分布を広げる。また、図１９は、径方向外向きに延在して光ガイド１０１の遠端に対して覆い被さる関係にあり、光ガイドの遠端から出る光の方向を変える光学インサート９７の凸状面９９を示す。図２０の実施例では、端キャップは、光ガイド１０４の内面からの放射光の少なくとも一部の方向を変えるための、フレネルレンズ形状の光学インサート１０２またはレンズアレイ１０３を含む。任意に、これらの実施例のうちの１つ以上の端キャップは、光ガイドの内面からの放射光の少なくとも一部の方向を変えるか散乱させるための反射板もしくは反射領域、または拡散板もしくは拡散領域を含み得る。また、端キャップは、トランスリフレクタもしくは１つ以上のトランスリフレクタ領域、色減衰器もしくは１つ以上の色減衰領域、または波長シフタもしくは１つ以上の波長シフト領域を含み得る。
【００３３】
図２１に示す電球実施例８８の例は図１８に示す実施例と実質的に同様であるが、光学インサート１０６の外面に合焦領域（たとえばレンズ）１０５を追加している点で異なる。合焦領域１０５は、電球の外部に生じる光の焦点をハウジング１４３内の内部容積１０９の下方に配置されて示される光学センサ１０７に合わすが、合焦位置は所望に応じて内部容積内のどこでもよい。光学センサ１０７はたとえば、ＣＣＤもしくはＣＭＯＳ画像センサ、フォトダイオード、フォトレジスタ、動きセンサまたは他の種類の光学センサを含み得る。合焦領域１０５は光学インサート１０６と一体成形され得るか、好適な接着剤または機械的締結具を用いて光学インサート１０６に取付けられ得る。
【００３４】
図２２および図２３に示す電球実施例８９および９０の例では、それぞれの光学インサート１１５および１１６は、それぞれの内部容積１１９および１２０内に延在し、かつそれぞれの内部容積の大部分を占める延在部１１７および１１８を有する。延在部１１７および１１８は、延在部とそれぞれの光ガイド１２３および１２４の内面との間にエアギャップ１２１および１２２を残すように構成される。また、それぞれの光学インサートの延在部は、所望に応じて内部容積と実質的に同じ形状であり得るか、内部容積とは異なる形状であり得る。延在部はたとえば、光ガイドの遠端から近端に向かう距離が増大するにつれて小さくなる断面積を有する円錐台または角錐台の形状であり得る。光学インサート１１５の延在部１１７は図２２において、光ガイド１２３の内面からの放射光を光ガイドを通じて光ガイドの内部に反射し返すための実質的に平坦な外面１２５を有して示される。光学インサート１１６の延在部１１８は図２３において、延在部１１８の外面１２７に光学機能素子１２６を有して示され、光学機能素子１２６は、適切なインサートを追加することによって標準的な中空光ガイドの発光特性を変更するために、光ガイド１２４の内面からの放射光の方向を異なる方向に変えるための異なる種類および形状であり得る。光学機能素子の例としてマイクロ光学素子、Ｖ字溝、レンズ状溝、乱反射板、正反射板、金属面、光吸収体、色減衰器、波長シフタ、誘電体積層物反射板、偏光子およびトランスリフレクタが含まれる。波長シフタに用いられる波長シフト材料の例として、蛍光体材料、発光材料、量子ドット材料などの発光ナノ材料、共役高分子材料、有機蛍光染料、および有機燐光染料が含まれる。
【００３５】
さらに、図１８〜図２３に示すすべての電球実施例において、好適な孔１２８〜１３３がそれぞれの光学インサートを通って延在して、上述の態様でそれぞれのハウジング１４０〜１４５の孔１３４〜１３９およびそれぞれの電球の内部容積を通る空気流および対流冷却のための通路を提供し得る。
【００３６】
図２４〜図３４は、他の電球実施例を示す。図２４〜図３４に示す例は、上述の電球実施例の１つ以上と実質的に同様である。しかし、これらの電球実施例の各々は、それぞれの光ガイドの内部容積内に内部ヒートシンクをさらに含む。内部ヒートシンクは、それぞれの電球実施例の固体光源に熱的に結合される。熱的結合は電球のハウジングを介した、または電球の別の中間の熱伝導性素子を介した直接的な結合であり得る。内部ヒートシンクに光源を熱的に結合することによって、固体光源および光ガイドに使用可能な面積を減らすことなく、固体光源が発する熱を当該電球実施例が放散する能力が高まる。また、以下に説明するように、ヒートシンクは、電球実施例においてさらなる光学的効果を提供するための光学部品として機能するように設計され得る。
【００３７】
図２４に示す電球実施例１５２の内部容積１５１内の内部ヒートシンク１５０は、内部容積の長手方向軸から光ガイド１５４の内面に向かって径方向外向きに延在する放射状フィン１５３を含む。フィンの数および厚みは、ハウジング１５５の孔（図示せず）を通って光ガイドの遠端から外に出る空気流および対流冷却のための通路を提供するのに十分な空間がフィン同士の間にあるように選択される。この電球実施例およびここに記載の他の電球実施例では、電球が逆さになると空気流の方向が逆になる。
【００３８】
図２４に示す例では、放射状フィン１５３は径方向の同じ程度まで外向きに延在する。任意に、図２７の電球実施例１６０に示すように、内部容積１５８内の内部ヒートシンク１５７の放射状フィン１５６は、光ガイドの近端からの距離が増大するにつれて自身の径方向寸法が減少するように先細りする。光ガイド１５９の内面からの放射光の光線角度分布およびフィン１５６の先細り形状は、図２７に概略的に示すようにフィンによる放射光のいずれの妨害も減少するように構成され得る。一般に、放射光の特定の光線角度分布について、フィンの輪郭および形状は、フィンによる放射光の妨害を最小限にするか減少させるように選択され得る。
【００３９】
図３０の電球実施例１７７の例の内部ヒートシンク１７６のフィン１７５、ならびに図３１および図３２の電球実施例１８０の例の内部ヒートシンク１７９のフィン１７８も、図２７の実施例の先細りフィン１５６と同様に、それぞれの光ガイド１８１および１８２の近端からの距離が増大するにつれて先細りする。しかし、図３０の実施例の光ガイド１８１ならびに図３１および図３２の実施例の光ガイド１８２は、図２７の実施例のように自身の長さ全体にわたって一定の直径を有するのではなく、自身の長さに沿って変化する直径を有し、それぞれの内部容積１８３および１８４を囲む全体的に閉じた中空形状を形成する。それぞれの光ガイドの遠端のそれぞれの中心孔１８５および１８６は、それぞれのハウジング１８７および１８８の孔ならびに内部容積を通る空気流および対流冷却のための通路を提供する。図３１および図３２の電球実施例１８０のハウジング１８８に孔１８９が示される。また、図３１および図３２の実施例のハウジング１８８は、ハウジングの表面積を増大させ、したがってハウジング１８８の熱放散能力を高める、外側冷却フィン１９０を含む。
【００４０】
図２５に示す電球実施例１９７の例では、内部容積１９６内の内部ヒートシンク１９５は、図２４の実施例の内部ヒートシンク１５０と実質的に同様である。しかし、図２５の実施例のヒートシンク１９５は、光ガイド２０１の内面２００の方を向く外面１９９を有するヒートシンク筐体１９８の内部に含まれて示される。一例では、ヒートシンク筐体１９８はヒートシンク１５０と一体化されている。別の例では、ヒートシンク筐体１９８とヒートシンク１５０とは別個の部品であるが、互いに熱的に結合される。別の例では、ヒートシンク筐体１９８とヒートシンク１５０とは別個の部品であるが、互いに熱的に結合されない。示される例では、冷却空気が孔２０３から電球に入り、内部ヒートシンク１５０を通り、光ガイド２０１の遠端から出て、固体光源５が発生した熱を除去する。また、ヒートシンク筐体１９８と光ガイド２０１との間のエアギャップ２０２が、さらなる冷却空気が流れるための通路を提供する。しかし、他の例ではさらなる冷却空気のための隙間がなく、光ガイド２０１の内面２００はヒートシンク筐体１９８の外面１９９と接触している。代替的に、内面２００は、さらなる冷却空気のための通路を提供するのには幅が不十分である隙間によって外面１９９から隔てられる。
【００４１】
示される例では、ヒートシンク筐体１９８の外面１９９は任意に、光ガイド２０１の内面からの放射光に対してさらなる光学的効果を及ぼす光学機能素子を含む。ヒートシンク筐体１９８と光ガイド２０１との間のエアギャップ２０２は、ハウジング２０４の孔２０３を通って光ガイドの遠端から外に出る空気流および対流冷却のための通路を提供する。
【００４２】
図２６に示す電球実施例２１１の例では、内部ヒートシンク２１０は図２４の実施例の内部ヒートシンク１５０と実質的に同様である。しかし、他の電球実施例のように光ガイド２１３の近端に光学的に結合された固体光源５に加えて、光ガイド２１３の遠端に追加の固体光源２１５が光学的に結合されることによって、これら固体光源からの光が全内部反射によって光ガイドの中を逆方向に進む。本例では、固体光源５および２１５の両方が内部ヒートシンク２１０に熱的に結合されて、両光源が発生した熱の放散を助ける。
【００４３】
さらに、光ガイド２１３の外面および内面の少なくとも一方に、光ガイドの中を逆方向に進む光を予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで抽出して、光の照明範囲および強度を増大し、電球の出力光の光線角度分布を制御して、所望に応じて特定の用途に適合させる光抽出光学素子が設けられる。
【００４４】
図２８および図２９に示す電球実施例２２１の例では、内部ヒートシンク２２０は図２４の実施例の内部ヒートシンク１５０と実質的に同様である。しかし、図２８および図２９の実施例の内部ヒートシンク２２０のフィン２２２の密度が固体光源または光源の固体発光体の位置に対応する位置で低下しているため、固体発光体の近くのフィンを通るより大きい空気流通路が提供される。また、フィン２２２の密度は、放射光強度のピークに対応する領域でフィン密度が低下して、フィンによる放射光の妨害を減少させるように変更可能である。一例では、光ガイドの内面の光抽出光学素子は、光が光ガイドの内面に対して低角度（４５度未満）で光ガイドの内面から放射され、当該光の大部分が、固体発光体から当該固体発光体と反対側の光ガイドの遠端に向かって延在する線に沿った光ガイド表面の一部から放射されるように構成される。この種類の光学的構成によって、光ガイドの内面からの放射光の一部が、光ガイドの内面に対して低い光線角度でピーク強度を有する狭い光線角度分布を有する。本例では、フィンの密度は、固体発光体から当該固体発光体と反対側の光ガイドの遠端に向かって延在する線におけるピーク光出力の経路に沿った領域で減少し、図２９に示すように、フィン２２２による放射光の妨害を減少させる。
【００４５】
さらに、図２８および図２９の実施例の内部容積２２３は、各々が近端および遠端を有する２つ（またはそれ以上）の光ガイド２２４および２２５に囲まれている。光ガイド２２４および２２５は、一方の光ガイド２２４の遠端から隙間によって隔てられた他方の光ガイド２２５の近端と縦続配置される。
【００４６】
光が全内部反射によって一方または両方の光ガイドの中を同一または異なる方向に進むようにするための１つ以上の固体光源が、光ガイド２２４および２２５の一方または両方の一端または両端に光学的に結合される。図２８は、光ガイド２２４および２２５の隣接する端に光学的に結合された２つの固体光源２２６および２２６′を示す。他の例では、さらなる固体光源が一方または両方の光ガイドの一端または両端に光学的に結合される。固体光源２２６および２２６′は、内部ヒートシンク２２０の長さに沿って途中までヒートシンク２２０に熱的に結合される。ヒートシンク２２０はさらに、ハウジング２２７から固体光源２２６および２２６′に電力を供給するために用いられ得る。別の実施例（図示せず）では、固体光源２２６および２２６′から離れた光ガイド２２４および２２５の端に追加の光源が配置される。追加の光源は、内部ヒートシンク２２０の近端および遠端にそれぞれ熱的に結合される。
【００４７】
代替的に、固体光源２２６および２２６′は、単一の光ガイド（図示せず）の長さに沿ってほぼ途中まで、当該光ガイドに成形され得る。光ガイドは光ガイド２２４と２２５との組合せと同様であり得る。固体光源２２６および２２６′の一部を構成する１つ以上の印刷回路基板６が光ガイドの内面から径方向内向きに延在して、内部ヒートシンク２２０と熱接触して電気接続を受ける。
【００４８】
図３４に示す電球実施例２３０の例もまた、隙間によって隔てられた自身のベースと縦続配置された２つの光ガイド２３１および２３２を含み、図２８および図２９の実施例の光ガイド２２４および２２５と同様の内部容積２３３を囲む全体的に中空の本体部を形成する。また、図３４の実施例では、固体光源２３５および２３５′が両方の光ガイド２３１および２３２の隣接する端縁に光学的に結合されて示される。固体光源２３５および２３５′からの光は、全内部反射によってそれぞれの光ガイド２３１および２３２の中を逆方向に進む。しかし、図３４の実施例の光ガイドは、光ガイドの並んだ端から離れる距離の関数として減少する半径を有する切頭円錐形状である。また、図３４の実施例の内部ヒートシンク２３７のフィン２３６は、自身の径方向寸法がそれぞれの光ガイドの並んだ端からの距離が増大するにつれて減少するように、内向きに先細りする。光ガイド２３１および２３２の各々の外面および内面の少なくとも一方に、光抽出光学素子が設けられる。光抽出光学素子は、上述と同様の態様で、光ガイドの中を逆方向に進む光を予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで光ガイドから抽出して、光の照明範囲および強度を増大し、電球の出力光の光線角度分布を制御して、所望に応じて特定の用途に適合させるように構成される。
【００４９】
図３３に示す電球実施例２３８の例では、実質的に平面の光ガイド部材２４１〜２４４が、内部容積２４６を囲む多角形の中空本体部として構成される光ガイドをともに形成する。各光ガイド部材は、多角形本体部の１つの側面に対応する。また、図１ａ、図２および図３を参照して上記で説明したように固体光源が光ガイド部材２４１〜２４４の各々の近位光入力端縁に隣接して配置される代わりに、図３３に示す例では、固体光源２４８、２４８′および２４８″が光ガイド部材の各々の１つ以上の端縁に光学的に結合される。固体光源からの光は、全内部反射によって光ガイド部材の各々の中を異なる方向に進む。内部ヒートシンク２３９は図２４の実施例の内部ヒートシンク１５０と実質的に同様であり、光ガイド部材の近端のハウジング２４０に熱的に結合されて、固体光源が発する熱を放散する電球の能力を高める。また、隣接する光ガイドの隣接する側端縁同士の間に隙間２４７が設けられて、当該隙間を通る空気流を可能にする。
【００５０】
図３３に示す例では、固体光源２４８、２４８′および２４８″は、光ガイド２４１〜２４４の各々の両側の側端縁および遠端縁に光学的に結合される。光ガイドの側端縁に沿って延在するそれぞれの固体光源の回路基板の近端は、ハウジング２４０に装着された、固体光源に電力を供給するための電気接続部２４９に電気的に結合される。各光ガイドの外面および内面の少なくとも一方に、光抽出光学素子が設けられる。光抽出光学素子は、上述の態様で、各光ガイドの中を異なる方向に進む光を予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで光ガイドから抽出して、光の照明範囲および強度を増大し、電球からの放射光の光線角度分布を制御して、所望に応じて特定の用途に適合させるように構成される。
【００５１】
図３５〜図３７は、内部容積を囲む多角形の中空本体部を形成する１つ以上の非平面の光ガイドを含む他の電球実施例２５０〜２５２の例を示す。多角形本体部の径方向寸法は、光ガイド部材の近端ならびに／または近端および遠端から離れる距離の関数として変化する。
【００５２】
図３７に示す例では、単一の非平面の光ガイド２５３が、内部容積を囲む多角形本体部として構成される。図３５に示す例では、２つの非平面の光ガイド２５４および２５５が縦続配置されて、内部容積を囲む多角形本体部を形成する。図３６に示す例では、４つの非平面の光ガイド２５６〜２５９が内部容積を囲む多角形本体部を形成する。また、これらの例の各々では、固体光源が光ガイドの１つ以上の端縁に光学的に結合される。固体光源からの光は、全内部反射によって光ガイドの中を異なる方向に進む。図３７では、固体光源２６０および２６０′が光ガイド２５３の両端縁に光学的に結合される。図３５では、固体光源２６１および２６１′が光ガイド２５４の近端縁および光ガイド２５５の遠端縁に光学的に結合される。図３６では、固体光源２６２、２６２′および２６２″が各光ガイドの近端縁および遠端縁および側端縁に光学的に結合される。
【００５３】
さらに、これらの３つの例のすべてにおいて、それぞれの電球の近端の電気接続部２６３〜２６５が、当該端の固体光源に電気的に結合される。また、少なくとも図３５および図３７の例において、電線管２６６および２６７が電気接続部から内部容積内に延在し、他方の固体光源２６１′および２６０′に電気的に結合される。これらの例の各々のそれぞれの光ガイドの外面および内面の少なくとも一方に、光抽出光学素子が設けられる。光抽出光学素子は、上述の態様で、光ガイドの中を異なる方向に進む光を予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで光ガイドからを抽出するように構成される。
【００５４】
図３８は、図１ａ、図２および図３に示す実施例と同様の別の電球実施例２６８の例を示すが、固体光源２６９が光ガイド２７０の遠端に光学的に結合され、当該固体光源が当該固体光源に電力を供給するためのハウジング２７２に電線管２７１によって電気的に接続される点で異なる。
【００５５】
図３９は、ハウジング２８１を含むモジュール電球部品２８０の例を示す。ハウジング２８１は、ハウジングに電力を供給するための主要電気接続部２８２と、主要電気接続部から、主要電気接続部から離れた異なる距離に配置された１つ以上の固体光源または他の電気部品に電力および／または電気接続を提供するための任意の長さの１本以上の電線管とを有する。
【００５６】
図３９には、ハウジング２８１の内部に位置決めされて光ガイド２８６の近端の光入力端縁に光学的に結合された固体光源２８５に電力を供給するための電線管２８３が示される。供給電力に応じて固体光源２８５が出力する光は、全内部反射によって光ガイド２８６の中を進む。
【００５７】
任意の所望の長さの第２の電線管２８７がモジュール電球部品２８０の内部容積２８８内に延在して示されており、電線管２８７はたとえば、図４０に示すように、別の電線管２８９を通じて、光ガイド２８６の遠端の光入力端縁に光学的に結合された第２の固体光源２９０に電力を供給し、および／または図４１に示すように、別のモジュール電球２９８の遠端のモジュール電球２８０と縦続配置されたモジュール電球２９８の光ガイド２９６の近端の光入力端縁に光学的に結合された固体光源２９１に電力を供給する。同様に、任意の所望の長さの追加の電線管２９９が電線管２８７に電気的に結合されて内部容積２８８内に延在し、各々が電力を要求する追加のモジュール部品からなる電球の全体長さに沿った異なる位置に電力を提供し、および／または電球の一部であり得るさまざまなセンサについて異なる位置に電力を提供し得る。
【００５８】
このような電線管によって電球を任意の所望の長さに延ばすことができ、また他の固体光源をモジュールの態様で追加することを可能にすることによって、変更可能な輝度レベルが提供される。また、このような電線管では、電球の光ガイドおよび関連の固体光源に使用可能な面積を最大限にして可能な最も明るい電球設計を促進するように、光ガイドを変更したり小さくしたりする必要がない。たとえば、図示される光ガイドは、内部容積を囲む中空の円筒形本体部として構成されるが、光ガイドは、多角形の断面形状を有する中空本体部や楕円形の断面形状を有する中空本体部などの、他の形状を有してそれぞれの内部容積を囲む中空本体部として構成され得る。このような断面形状は、光ガイドの光入力端縁に平行な平面内にある。また、光ガイドは、ともに組立てられて内部容積を囲む中空本体部を形成し得る。さらに、光ガイドの径方向寸法または直径は、光ガイドの近端または遠端から離れる距離の関数として変化し得る。また、電線管は内部容積内のヒートシンクとして機能し得る。ヒートシンクの効果を高めるため、電線管は図２４に示すのと同様の態様で電線管から径方向外向きに延在するフィンを有し得る。フィンは電線管と一体化され得るか、電線管に取付けられた別個の部品であり得る。光ガイドの外面および内面の少なくとも一方に、光抽出光学素子が設けられる。光抽出光学素子は、上述の態様で光ガイドから光を抽出するように構成される。
【００５９】
図４２〜図４７は、別の電球実施例３００の例を示す。図４２〜図４７に示す電球実施例３００の例では、光ガイド３０１は自身の長さに沿って変化する半径を有し、内部容積３０２を囲む全体的に閉じた中空のドーム形状を形成する。光ガイドの遠端に中心孔３０３が配置され、図３０〜図３２に示した電球実施例と同様に、ハウジング３０５の孔３０４を通る、内部容積内の内部ヒートシンク３０７の放射状フィン３０６同士の間の空気流および対流冷却のための通路を提供する（図４４参照）。光ガイド３０１の近端の光入力端縁３０８に、光が全内部反射によって光ガイドの中を進むようにするための固体光源５が光学的に結合される（図４７参照）。光ガイド３０１の外面３１１および内面３１２の少なくとも一方に、光抽出光学素子が設けられる。光抽出光学素子は、上述の態様で光ガイドの中を進む光を光ガイドから抽出するように構成される。
【００６０】
図４２〜図４７に示す電球実施例３００は、固体光源５による放射光の一部を捕捉する少なくとも１つの補助光ガイド３１５をさらに含む。捕捉光は、全内部反射によって補助光ガイド３１５の中を進む。図４２〜図４７に示す例では、円周方向に間隔を置いた補助光ガイド３１５が、ハウジング３０５の円周方向に間隔を置いた孔３０４の中間のハウジングの外面３１７の凹部３１６に沿って延在する。光ガイド３０１の光入力端縁３０８は、固体光源からの放射光の第１の部分を捕捉するように構成される。固体光源からの放射光の第２の部分（典型的に残りの部分）は補助光ガイド３１５の遠端３１９に入射して補助光ガイドに入る（図４７参照）。円周方向に間隔を置いた領域３１８が、固体光源５の径方向外向きに光ガイド３０１の光入力端縁３０８に設けられ、それぞれの補助光ガイド３１５の遠端３１９が領域３１８内に延在する。
【００６１】
補助光ガイド３１５の各々は、捕捉光を補助光ガイド内に方向付けるための光学結合特徴を有する。その後、捕捉光は全内部反射によって補助光ガイドに沿って伝搬する。いくつかの実施例では、光学結合特徴は全内部反射によって捕捉光を案内する。他の実施例では、光学結合特徴は少なくとも１つの反射面における反射によって捕捉光を案内する。図４７に示す例示的な補助光ガイド３１５では、補助光ガイド３１５の遠端３１９は、捕捉光が全内部反射によって補助光ガイドの中を進むように捕捉光の方向を補助光ガイド３１５内に変える傾斜面３２０を有する。捕捉光が全内部反射によって補助光ガイドの中を進むように捕捉光の方向を補助光ガイド内に変えるために使用可能な他の光学結合特徴の例として、湾曲面、１つ以上の切欠面、または他の光方向変換光学部品がある。補助光ガイドの内面および外面の少なくとも一方に、光抽出光学素子（図示せず）が設けられる。光抽出光学素子は、補助光ガイドの中を進む光の少なくとも一部を補助光ガイドから抽出するように構成される。抽出光は、補助光ガイドの外面から放射される。
【００６２】
説明した電球実施例の各々は少なくとも１つの光ガイドを有し、固体光源からの光は当該光ガイドを通って、光ガイドの対向主面における全内部反射によって伝搬する。一例として再び図３を参照して、光ガイド２の各表面１７、１８の長さおよび幅寸法は光ガイド２の厚みよりもはるかに大きく、典型的に１０倍以上大きい。光ガイド２の長さ（光入力端縁４から光入力端縁４の遠位の反対側の端縁まで測定）および幅（光入力端縁４に沿って測定）は両方とも光ガイド２の厚みよりもはるかに大きい。厚みは、径方向における光ガイド２の寸法である。光ガイド２の厚みは、たとえば約０．１ミリメートル（ｍｍ）〜約１０ｍｍであり得る。光ガイド２は剛性または可撓性を有し得る。
【００６３】
光ガイド２の内面１７および外面１８の少なくとも一方の１つ以上の規定領域に、光抽出光学素子（図示せず）が配置される。光抽出光学素子は、光ガイド２の中を伝搬する光を予め定められた光線角度分布および／または強度プロファイルで光ガイドから抽出するように構成される。光抽出光学素子は、光ガイド２の中を伝搬して光抽出光学素子に入射する光の全内部反射を乱すように機能する。いくつかの実施例では、光ガイドの内面１７の光抽出光学素子は光ガイドの外面１８に向けて光を反射し、光は外面１８から光ガイドを出るか、および／または逆の場合も同様である。他の実施例では、光ガイドの内面１７の光抽出光学素子は、光が内面１７から光ガイドを出るように光を伝達するか、および／または逆の場合も同様である。他の実施例では、これら両種類の光抽出光学素子が存在する。さらに他の実施例では、光抽出光学素子は入射光の一部を反射し、残りの部分を屈折させる。光抽出素子は、表面１７、１８の一方または両方から光を抽出するように構成される。
【００６４】
図３に示す光ガイド２のような、自身の表面の１つ以上に光抽出光学素子を有するここに開示される光ガイドは典型的に、スタンピング（stamping）、成形、エンボス加工、押出、レーザエッチング、化学エッチングまたは別の好適なプロセスなどの処理によって形成される。光抽出光学素子は、光ガイド２に硬化可能材料からなる素子を堆積し、熱、紫外線または他の放射を用いて堆積材料を硬化させることによっても作製可能である。硬化可能材料は、印刷、インクジェット印刷、スクリーン印刷、または別の好適なプロセスなどの処理によって堆積可能である。代替的に、光抽出素子は、光ガイド２の内部の内面１７と外面１８との間に存在し得る（たとえば、光抽出光学素子は、光ガイド内に配置された光方向変換粒子および／または空隙であり得る）。
【００６５】
例示的な光抽出光学素子は光散乱素子を含み、これらは典型的に、印刷した特徴、インクジェット印刷した特徴、選択的に堆積した特徴、化学的にエッチングした特徴、レーザエッチングした特徴などの、不明瞭な形状または表面組織の特徴である。他の例示的な光抽出光学素子は、Ｖ字溝、レンズ状溝などの明確に規定された形状の特徴や、マイクロ光学素子とも称される、表面１７、１８の線寸法に対して小さい明確に規定された形状の特徴を含む。マイクロ光学素子の長さおよび幅の小さい方は、光ガイド２の長さおよび幅の大きい方の１０分の１未満であり、マイクロ光学素子の長さおよび幅の大きい方は、光ガイドの長さおよび幅の小さい方の２分の１未満である。マイクロ光学素子の長さおよび幅は、平坦な光ガイド用の光ガイドの表面に平行な平面内で、または光ガイド２などの平坦でない光ガイドの表面輪郭に沿って測定される。
【００６６】
マイクロ光学素子は、予想通りに光を反射するように、または予想通りに光を屈折させるように成形される。しかし、マイクロ光学素子の表面の１つ以上を粗面化などによって修正して、光出力に２次的な影響を及ぼしてもよい、。例示的なマイクロ光学素子が米国特許第６，７５２，５０５号に記載されているが、簡潔にするため本開示では詳細に説明しない。マイクロ光学素子は、光ガイド２から所望の光出力が達成されるように、サイズ、形状、深さもしくは高さ、密度、向き、傾斜角、または屈折指数の１つ以上において変化し得る。
【００６７】
本開示において、「〜の１つ」という語句の前に一覧がある場合、当該一覧の要素を選択的に意味することを意図している。たとえば「Ａ、ＢおよびＣの１つ」は、ＡまたはＢまたはＣを意味する。「〜の少なくとも１つ」という語句の前に一覧がある場合、当該一覧の要素の１つ以上を選択的に意味することを意図している。たとえば、「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つ」は、ＡまたはＢまたはＣまたは（ＡおよびＢ）または（ＡおよびＣ）または（ＢおよびＣ）または（ＡおよびＢおよびＣ）を意味する。
【００６８】
本開示では特定の実施例を説明したが、本明細書を読んで理解すると同等の変更および修正が明らかになるであろう。特に、上述の構成要素が果たすさまざまな機能に関して、そのような構成要素を説明するのに用いられる用語は、特に明記しない限り、ここに開示した例示的な実施例の機能を果たす開示した構成要素と構造的に同等ではないとしても、記載した構成要素の特定の機能を果たす（たとえば機能的に同等である）いずれの構成要素にも対応することを意図している。また、１つの実施例に関してのみ特定の特徴を開示したが、このような特徴は所望に応じて１つ以上の他の特徴と、および任意の所与のまたは特定の用途についての利点と組合され得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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１１ａ】
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【図１１ｂ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月19日(2013.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電球であって、
内部容積を囲む中空本体部として構成される光ガイドを備え、前記光ガイドは、前記内部容積の方を向く内面および前記内部容積と反対の方向を向く外面を有し、近端および前記近端と反対側の遠端を含み、前記光ガイドは前記遠端で開いており、さらに、
固体光源を備え、前記固体光源は、前記固体光源からの光が全内部反射によって前記光ガイドの中を進むように前記近端に光学的に結合され、さらに、
前記光ガイドの前記内面および前記外面の少なくとも一方に、前記光ガイドから光を抽出するための光抽出光学素子と、
前記光ガイドの前記遠端を少なくとも部分的に覆うように位置決めされる端キャップと、
前記内部容積を通る対流空気流のための、前記電球内の通路とを備える、電球。
【請求項２】
前記光抽出光学素子は、前記光ガイドの前記内面および前記外面の両方にあり、前記光抽出光学素子は、前記光ガイドの前記内面および前記外面のそれぞれから異なる光出力分布を生成するように構成される、請求項１に記載の電球。
【請求項３】
前記光抽出光学素子は、一方の前記表面からの前記光出力分布が他方の前記表面からの前記光出力分布よりも方向性を持つように構成される、請求項２に記載の電球。
【請求項４】
前記光抽出光学素子は、一方の前記表面からの前記光出力分布が他方の前記表面からの前記光出力分布よりも拡散性を有するように構成される、請求項２に記載の電球。
【請求項５】
前記光ガイドは複数の部分を含む、請求項１に記載の電球。
【請求項６】
前記端キャップは、前記内部容積内に少なくとも途中まで延在する光学インサートを含み、前記光学インサートと前記光ガイドの前記内面との間にエアギャップが存在し、前記光の少なくとも一部は前記光ガイドの前記内面から放射され、前記光学インサートは、前記内面からの放射光の方向を変えるように構成される、請求項１に記載の電球。
【請求項７】
前記固体光源からの光が全内部反射によって前記光ガイドの中を進むように前記固体光源を前記近端に対して配置するための、前記光ガイドの前記近端に隣接したハウジングをさらに備え、前記固体光源は前記ハウジングに熱的に結合され、前記ハウジングは、前記内部容積を通る空気流および対流冷却のための孔を規定する、請求項１に記載の電球。
【請求項８】
補助光ガイドをさらに備え、前記補助光ガイドは、前記固体光源からの放射光の一部を捕捉するように構成され、前記補助光ガイドは、捕捉光が全内部反射によって前記補助光ガイドの中を進むようにするための光学結合特徴と、前記補助光ガイドから光を抽出するための追加の光抽出光学素子と、前記光ガイドの前記光入力端縁に隣接した領域とを含み、前記固体光源からの放射光の一部は前記領域を通って前記補助光ガイドに入射する、請求項７に記載の電球。
【請求項９】
前記ハウジング内の凹部をさらに備え、前記補助光ガイドは前記凹部内に延在する、請求項８に記載の電球。
【請求項１０】
前記光抽出光学素子は、前記光ガイドの前記内面および前記外面の少なくとも一方の選択領域内で、種類および形状の少なくとも一方が異なり、前記光ガイドのそれぞれの選択領域から抽出光の広い光線角度分布および抽出光のより狭い光線角度分布を提供する、請求項１に記載の電球。
【請求項１１】
前記光ガイドは、自身の長さ全体にわたって変化する断面を有する、請求項１に記載の電球。
【請求項１２】
前記光ガイドは、自身の長さに沿って変化する半径を有し、前記内部容積を囲む全体的に中空のドーム形状を形成する、請求項１に記載の電球。
【請求項１３】
前記端キャップは光学インサートを含む、請求項１に記載の電球。
【請求項１４】
前記光学インサートは、前記光ガイドからの抽出光の少なくとも一部の方向を変えるように成形される、請求項１３に記載の電球。
【請求項１５】
前記端キャップはレンズアレイを含む、請求項１３に記載の電球。
【国際調査報告】
2013530501.tif 000052
2013530501.tif 000053