(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と第２の主面との間にエッジ部を備える導光体であって、前記第１の主面は、光アウトカップリング要素を規定し、前記第２の主面は、照明器具の使用時に見える平坦な光出力面であり、一般光出力方向が、前記第２の主面に垂直である、導光体と、
前記第１の主面に面する出力リフレクタと、
前記エッジ部の周りに配置される固体照明要素のアレイであって、各固体照明要素は、前記一般光出力方向に沿って延びる光軸を有し、該一般光出力方向を向いている、固体照明要素のアレイと、
照明要素リフレクタのアレイであって、対応するリフレクタが、光を前記導光体に反射するために各固体照明要素に関連付けられる、照明要素リフレクタのアレイと
を備え、
前記固体照明要素のアレイは、環状又は部分的に環状の形状を有する平坦なプリント回路基板上に設けられ、
前記平坦なプリント回路基板は、Ｃ形状を有し、前記固体照明要素は、端部におけるよりも、該端部から離れて互いにより近接して配置される、照明器具。
【請求項２】
第１の主面と第２の主面との間にエッジ部を備える導光体であって、前記第１の主面は、光アウトカップリング要素を規定し、前記第２の主面は、照明器具の使用時に見える平坦な光出力面であり、一般光出力方向が、前記第２の主面に垂直である、導光体と、
前記第１の主面に面する出力リフレクタと、
前記エッジ部の周りに配置される固体照明要素のアレイであって、各固体照明要素は、前記一般光出力方向に沿って延びる光軸を有し、該一般光出力方向を向いている、固体照明要素のアレイと、
照明要素リフレクタのアレイであって、対応するリフレクタが、光を前記導光体に反射するために各固体照明要素に関連付けられる、照明要素リフレクタのアレイと
を備え、
前記導光体の前記エッジ部は、段状の形状を有し、各固体照明要素は、前記導光体の段部に設けられる、照明器具。
【請求項３】
第１の主面と第２の主面との間にエッジ部を備える導光体であって、前記第１の主面は、光アウトカップリング要素を規定し、前記第２の主面は、照明器具の使用時に見える平坦な光出力面であり、一般光出力方向が、前記第２の主面に垂直である、導光体と、
前記第１の主面に面する出力リフレクタと、
前記エッジ部の周りに配置される固体照明要素のアレイであって、各固体照明要素は、前記一般光出力方向に沿って延びる光軸を有し、該一般光出力方向を向いている、固体照明要素のアレイと、
照明要素リフレクタのアレイであって、対応するリフレクタが、光を前記導光体に反射するために各固体照明要素に関連付けられる、照明要素リフレクタのアレイと
を備え、
前記導光体及び前記照明要素リフレクタのアレイが一体ユニットとして形成される、照明器具。
【請求項４】
前記導光体の外形は、円形又は楕円形である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項５】
前記光アウトカップリング要素は、３Ｄ光学要素又は印刷された白色ドットを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項６】
前記光アウトカップリング要素は、プリズム要素を含む、請求項５に記載の照明器具。
【請求項７】
前記導光体は、前記光アウトカップリング要素を除いて、均一な厚さを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項８】
１０００個以上の光アウトカップリング要素のアレイが存在する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項９】
前記照明要素リフレクタは、反射デカルト楕円を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１０】
２０個以上の固体照明要素のアレイが存在する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１１】
当該照明器具は、前記固体照明要素を個別に制御するよう構成されるコントローラを備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１２】
前記導光体は、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）及びポリエチレンテレフタレートから選択されるポリマー材料を含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明器具。
【請求項１３】
当該照明器具は、街灯等の屋外照明器具である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光体(light guide)と、光を導光体のエッジ部に結合するよう配置される複数の固体照明要素とを用いる照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ照明等の固体照明（ＳＳＬ）は、白熱灯、蛍光灯及びハロゲン照明等の伝統的な照明と比較して、そのエネルギ資格(energy credential)及び優れた寿命のために急速に普及してきている。それにもかかわらず、斯かるＳＳＬデバイスの市場浸透は、課題がないというわけではない。例えば、斯かるＳＳＬデバイスの有効コスト(effective cost)は、それらのかなり長い寿命のために顕著に低いが、ＳＳＬデバイスの購入コストは、同等の伝統的な光源の購入コストよりも依然として高い。
【０００３】
他の重大な課題は、斯かる伝統的な光源と同様の視覚的体験を提供するＳＳＬ要素を含む照明器具を提供することである。これは、斯かる照明器具が、典型的には、点光源として作用する複数のＳＳＬ要素を含み、それがピクセル化をもたらし、ＳＳＬベースの照明器具の光出力(luminous output)をまぶしく輝かせる(glare)可能性があることを考えると、些細な課題からは程遠い。
【０００４】
このため、ある照明器具は、照明器具の光出力を拡散させ、それによってピクセル化及びグレア効果を減少させるために、付加的な光学要素、例えば、ディフューザを含む場合がある。斯かるディフューザの１つの特定のクラスは、対向する全反射面を含む光学体である、導光体(light guide)であり、この場合、ＬＥＤ等のＳＳＬ要素からの光は、典型的には、対向する全反射面間に延在するエッジ面を介して導光体内に結合される。光は、例えば、全反射を乱し、光が導光体から出ることを可能にする、例えば一方の表面上の、アウトカップリング構造を用いて導光体から脱結合される(coupled out of)。したがって、特定のパターンでアウトカップリング構造を配置することにより、導光体の光出力分布(luminous output distribution)が、ある程度制御されることができる。導光体の一例は、米国特許第8,033,706 B1号に開示されている。
【０００５】
特定の用途分野、例えば、屋外照明において、良好な拡散特性を有する、すなわち、均一に照らされる光出口面を有する非対称ビームを生成することが審美的に望ましい場合がある。導光体を用いてこれらの要件を満たすことは些細なことではない。
【０００６】
場合によっては、ピクセル化を示さず、非対称である光出力が望ましい。
【０００７】
出願人によって提案されている１つの解決策は、水平に取り付けるための導光体であって、エッジの少なくとも一部の周りに光源の配列を有する導光体を提供することである。どの光源がオンされるかを選択することにより、非対称の光出力が作成され得る。これは、非対称ビームが、良好な均一性を有して形成されること、すなわち、ビームが、実質的に光出口面全体に、方向制御(directional control)を備えて形成されることを可能にする。
【０００８】
しかしながら、このデザインは、光源がエッジに対して取り付けられる必要があり、柔軟なキャリア回路基板を必要とするか、さもなくばこれら光源の個別の取り付けを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、良好な均一性を有する非対称ビームを生成することができ、簡単且つ低コストで製造されることができる、導光体を備える照明器具を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による一例は、
第１の主面と第２の主面との間にエッジ部を備える導光体であって、第１の主面は、光アウトカップリング要素(light outcoupling element)を規定し(define)、第２の主面は、照明器具の使用時に見える平坦な光出力面であり、一般光出力方向(general light output direction)が、第２の主面に垂直である、導光体と、
第１の主面に面する出力リフレクタ(output reflector)と、
エッジ部の周りに配置される固体照明要素のアレイであって、各固体照明要素は、一般光出力方向に沿って延びる光軸を有し、該一般光出力方向を向いている、固体照明要素のアレイと、
照明要素リフレクタのアレイ(array of lighting element reflectors)であって、対応するリフレクタが、光を導光体に反射するために各固体照明要素に関連付けられる、照明要素リフレクタのアレイと
を備える照明器具を提供する。
【００１１】
一般光出力方向をすべて向いた照明要素を設けることにより、それらは、単一ユニットとして、又は少数のサブユニットとして形成され、これにより製造を簡略化することができる。照明要素リフレクタは、本質的に、導光体に入れるために光を横方向（すなわち、一般光出力方向に垂直）に再方向付ける(redirect)。各照明要素のためのリフレクタが存在する。しかしながら、それらは、照明要素からの出力ビーム形状（例えば、ランバーシアン分布）の、導光体からの望ましい出力を提供する望ましいビーム形状への変換も行う。それらは、コリメータとして機能してもよい。
【００１２】
「固体照明要素のアレイであって、各固体照明要素は、一般光出力方向に沿って延びる光軸を有し」という表現は、個々の固体要素の光軸が多かれ少なかれ、すなわち、一般光出力方向と１０度の円錐(cone)内であるか、又は該光出力方向と正確に平行であると理解されたい。
【００１３】
照明要素は、例えば、導光体の平面に平行な水平面に取り付けられる。これは、熱管理(thermal management)を改善する。
【００１４】
照明要素リフレクタのデザイン、照明要素のポジショニング、及び光アウトカップリング要素のデザインが一緒に、非対称の光出力ビーム形状を作り出してもよい。さらに、異なる照明要素の作動(actuation)が、異なる非対称光出力を提供するために用いられてもよい。
【００１５】
平坦な第２の主面は、照明器具の光出力フェイスにきれいな美観を提供し、反対側の表面の光アウトカップリング要素は、目に見える第２の主面にわたり光強度を均一にする。第２の主面は、照明器具の最終出力フェイスであってもよく、又はさらなる透明な保護プレートがあってもよい。
【００１６】
固体照明要素のアレイは、環状又は部分的に環状の形状を有する平坦なプリント回路基板上に設けられてもよい。当該形状は、導光体の外形とマッチする。これは、照明要素が、従来の方法でプリント回路基板上に設けられてもよいことを意味する。プリント回路基板は、単一ピース又は多ピースのボードであってもよいが、各ボードピースには複数の照明要素がある。
【００１７】
例えば、平坦なプリント回路基板は、Ｃ形状を有し、固体照明要素は、端部におけるよりも、該端部から離れて互いにより近接して(closer together away from the ends than at the ends)配置される。
【００１８】
導光体のエッジ部は、段状の形状を有し、各固体照明要素は、段部に位置付けられてもよい。段部(step portion)とは、導光体と照明要素との間の界面(interface)が、照明要素リフレクタから導光体への照明の所望の一般方向に対して垂直であり得ることを意味する。斯くして、この方向は、必ずしも導光体の形状の中心に向いていない場合がある。異なる照明要素がそれぞれ（すべてが平行に向いていない、又はすべてが導光体の中心点に向いていない）異なる方向に向けて反射される出力を有することにより、複雑な所望の光出力分布が得られ得る。段状の形状により、光出力の均一性を向上させることができる。
【００１９】
導光体及び照明要素リフレクタのアレイが一体ユニットとして形成されてもよい。これは、コンポーネントの数を減らす。
【００２０】
導光体の外形は、例えば、一般的に（すなわち、設けられる場合は段を除いて）円形又は楕円形である。
【００２１】
光アウトカップリング要素は、３Ｄ光学要素又は印刷された白色ドットを含んでもよい。一例では、光アウトカップリング要素はプリズム要素を含む。これらは導光体内の全反射を中断し、それゆえ、光は、第１の主面、第２の主面、又はこれらの両方から脱出する。
【００２２】
好ましくは、導光体は、光アウトカップリング要素を除いて、均一な厚さを有する。これは、製造が簡単なオプションを提供する。
【００２３】
例えば、５００個以上の光アウトカップリング要素のアレイが存在する。高密度の小さな光アウトカップリング要素は、均一な光出力分布を与える。
【００２４】
照明要素リフレクタは、反射デカルト楕円(reflective Cartesian oval)を含んでもよい。これらは、固体照明要素からの球面出力を、導光体に入れるための望ましい波面にマッチさせる。
【００２５】
例えば、２０個以上の固体照明要素のアレイが存在する。
【００２６】
好ましくは、照明器具は、固体照明要素を個別に制御するよう構成されるコントローラを備える。これは、異なる出力ビームが、照明器具の共通の物理的デザインにより定義されることを可能にする。
【００２７】
導光体は、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）及びポリエチレンテレフタレートから選択されるポリマー材料を含んでもよい。
【００２８】
例として、照明器具は、街灯等の屋外照明器具であってもよい。本発明は、屋内照明に適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の実施形態が、添付の図面を参照して、より詳細に、非限定的な例として述べられる。
【図１】図１は、出願人によって提案済みの照明器具の斜視図を示す。
【図２】図２は、図１による照明器具の断面図を示す。
【図３】図３は、異なるコンフィギュレーションの照明器具で達成される光出力プロファイルを示す。
【図４】図４は、本発明による照明器具の一例を示す。
【図５】図５は、図４の照明器具で使用されるプリント回路基板を斜視図で示す。
【図６】図６は、図４の照明器具で使用されるプリント回路基板を平面図で示す。
【図７】図７は、図４の照明器具で使用される照明要素リフレクタの配列を示す。
【図８】図８は、照明要素リフレクタの１つのデザインの変換プロセスを示す。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、図４の照明器具で使用される導光体をより詳細に示す。
【図１０】図１０は、段状の外縁を備える導光体の一例を示す。
【図１１】図１１は、図１０の導光体の段をより詳細に示す。
【図１２】図１２は、異なるＬＥＤが異なる方向に方向付けられている様子を示す。
【図１３】図１３は、照明器具の例示の輝度プロットを示す。
【図１４】図１４は、導光体及び照明要素リフレクタのアレイが一体ユニットとして形成され得る様子を示す。
【図１５】図１５は、図１４の一部をより詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は類似の部分を示すために用いられることも理解されたい。
【００３１】
本発明は、一方の側に光アウトカップリング要素、及び、他方の側に平坦な光出力面を有する導光体を備える照明器具であって、光出力面は、照明器具の使用時に見える、照明器具を提供する。固体照明要素のアレイが、一般光出力方向を向いて導光体のエッジの周りに配置される。対応するリフレクタが、光を導光体に反射するために各固体照明要素に関連付けられる。
【００３２】
一般光出力方向をすべて向いた照明要素を設けることにより、それらは、単一ユニットとして、又は少数のサブユニットとして形成されることができ、これにより製造を簡略化することができる。リフレクタのデザイン、照明要素のポジショニング、及び光アウトカップリング要素のデザインが一緒に、非対称の光出力ビーム形状を作り出すために使用されてもよい。異なる照明要素の作動が、異なる非対称光出力を提供するために用いられてもよい。
【００３３】
出願人によって提案済みの照明器具のデザインが最初に述べられる。
【００３４】
図１は、照明器具１の斜視図を概略的に示し、図２は、図１の破線に沿った照明器具１の断面を概略的に示す。照明器具１は、楕円導光体１０、例えば、円形導光体を備える。円形導光体は、楕円導光体の特別な場合と見なされてもよい。なぜなら、円は楕円の特別な場合であることが数学からよく知られているからである。楕円導光体１０は、第１の主面１５及び反対側の第２の主面１７を含み、これらの面は、楕円導光体１０の全反射（ＴＩＲ）面として機能する。それ自体知られているように、ＴＩＲ面の臨界角よりも小さい角度で斯かるＴＩＲ面に入射する光は内部反射され、これにより、第１の主面１５と第２の主表面１７との間に光が「閉じ込められ」、導光体１０内の光はこれらの面の間を案内される。
【００３５】
アウトカップリング要素３０は、主面１５、１７の少なくとも一方に設けられてもよい（ここでは第２の主面１７に設けられている）。アウトカップリング要素３０は、光が導光体１０から脱結合される位置を制御するために、例えば導光体１０の光出力の均一性を制御するために、予め定められたパターンで配置されてもよい。例えば、斯かるアウトカップリング要素３０のより低い密度が、過剰な量の光が光源、例えば、ＳＳＬ要素４０の近位で導光体１０から脱結合されることを回避するために、導光体１０のより遠位の領域と比較して斯かる光源の近位に設けられてもよい。アウトカップリング要素３０は、任意の適切な方法で設けられてもよい。例えば、アウトカップリング要素３０は、例えば、サンドブラスト、ミリング等により、第２の主面１７を粗面化、例えば、テクスチャ加工することにより形成されてもよい。代替的に、アウトカップリング要素３０は、第２の主面１７に、専用の光学要素、例えば、小型レンズ、球、円錐、プリズム等の３Ｄ要素を位置付けることにより形成されてもよい。代替的に、アウトカップリング要素３０は、例えば、インクスクリーン印刷、インクジェット印刷等を介して、白色ドットとして形成されてもよい。斯かるアウトカップリング要素３０の他の多くの適切な実施形態は、当業者には直ちに明らかであろう。
【００３６】
図１及び図２に示される例では、楕円導光体１０は、第１の径方向セグメント２１と第２の径方向セグメント２３とを含み、これらのセグメントは組み合わさって導光体１０を形成する。第１の径方向セグメント２１及び第２の径方向セグメント２３は、半円形の径方向セグメントである。しかしながら、他の形状の径方向セグメントも考えられる。第１の径方向セグメント２１は、第１の主面１５と第２の主面１７との間に延びる一定の高さの外縁１１によって画定される。すなわち、第１の径方向セグメント２１は一定の厚さのセグメントであってもよい。第２の径方向セグメント２３は、第１の主面１５のテーパー表面部１６を含み、テーパー表面部１６は、第１の径方向セグメント２１と第２の径方向セグメント２３との間の境界１８から先細りになってもよい。言い換えれば、第２の径方向セグメント２３は、境界１８からの距離が増すにつれて厚さが減少する。第２の径方向セグメント２３は、線形に先細りにされ、第２の径方向セグメント２３は、第１の主面１５と第２の主面１７との間に延在する円形導光体１０のさらなるエッジ１３によって画定され、さらなるエッジ１３は、円形導光体１０の周に沿って境界１８から距離が増すにつれて高さが減少してもよい。
【００３７】
エッジ１１に沿って、複数のＳＳＬ要素４０、例えば、ＬＥＤが、ＳＳＬ要素４０がコントローラ５０により従事される場合にＳＳＬ要素４０の光出力が導光体１０の第１の径方向セグメント２１に結合されるように配置される。コントローラ５０は、好ましくは、照明器具１を用いて特定のビームプロファイルを生成するために、エッジ１１に沿ったＳＳＬ要素４０のうちのどのＳＳＬ要素が展開(deploy)されるべきかをコントローラ５０が選択し得るように、それぞれのＳＳＬ要素４０を個別に制御するよう構成される。ＳＳＬ要素４０は、同一のＳＳＬ要素であってもよく、又は異なるＳＳＬ要素を含んでもよい。例えば、ＳＳＬ要素４０は、異なるスペクトル組成、例えば、異なる色の光を有するそれぞれの光出力を生成するよう構成される異なるＳＳＬ要素を含んでもよい。例えば、ＳＳＬ要素４０は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを含んでもよい。代替的に、ＳＳＬ要素４０は、クールホワイトＬＥＤ、ウォームホワイトＬＥＤ及び／又は昼光(daylight)ＬＥＤを含んでもよい。斯かる実施形態では、コントローラ５０は、照明器具１を用いて生成される光出力のビーム形状及び／又はスペクトル組成を制御してもよい。この目的のために、任意の適切なタイプのＳＳＬ要素４０が使用されてもよい。ＳＳＬ要素４０は、エッジ１１を介して導光体１０に直接光学的に結合されてもよい。代替的に、ＳＳＬ要素４０は、例えば、ＳＳＬ要素４０により発せられる実質的にすべての光が導光体１０に結合されるようにするために、コリメータ等の光学要素を使用してエッジ１１を介して導光体１０に結合されてもよい。
【００３８】
一例では、照明器具１はさらに、コントローラ５０を遠隔制御するための、コントローラ５０に結合される無線通信モジュール６０を含む。無線コントローラ６０は、任意の適切な無線通信プロトコル、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、ＮＦＣ、モバイル通信プロトコル等を使用して、リモートデバイス、例えば、専用のリモートコントローラや、携帯電話、タブレットコンピュータ等のスマートデバイスにプログラムされた遠隔制御機能と通信するよう構成されてもよい。斯かる通信は、一部の実施形態では、任意の適切な暗号化技術を使用して保護されてもよい。このようにして、照明器具１は、例えば、照明器具１によって生成されるべきビーム形状を、該ビーム形状が照明器具１によって提供されるのに必要な照明機能とマッチするように、このビーム形状を生成するための適切なＳＳＬ要素４０を選択すべくコントローラ５０に指示することによってコンフィギュレーションするために、無線通信モジュール６０を介してコントローラ５０を制御することによって遠隔的にコンフィギュレーションされてもよい。これは、例えば、街灯等の屋外照明用途において特に有利であり、この場合、街灯によって生成されるべき光プロファイルが、取り付け位置及び／又は道幅等の道路寸法にマッチするようコンフィギュレーションされることができる。しかしながら、照明器具１の斯かる遠隔コンフィギュラビリティ(configurability)は、例えば照明器具１を用いたある種の美的効果を生み出すために、他の用途分野、例えば屋内照明においても同様に有用であり得る。
【００３９】
ＳＳＬ要素４０は、任意の適切な方法でエッジ１１に沿って取り付けられてもよい。例えば、ＳＳＬ要素４０は、エッジ１１に面する照明器具１のハウジング（図示せず）の内面に取り付けられてもよく、ハウジング又は導光体１０に取り付けられるキャリア（図示せず）に取り付けられてもよく、導光体１０に直接取り付けられてもよく、他の方法も可能である。他の多くの適切な構成が、当業者には直ちに明らかであろう。
【００４０】
第１の径方向セグメント２１は、好ましくは、導光体１０に結合されるＳＳＬ要素４０からの光のかなりの部分が第２の径方向セグメント２３に向かって全内部反射を通じて第１の径方向セグメント２１を通って進むことができるように一定の厚さを有し、導光体１０からのこの光の放射は、第１の主面１５のテーパー（傾斜）表面部１６によって促進される。これは、少なくとも部分的に、傾斜した表面部１６が、入射光を（２つの対向する平行表面と比較して）増大した角度の下で対向する第２の主面１７に向けて反射し、斯かる反射光線が、全内部反射が生じる臨界角を超える角度の下で第２の主面１７に当たる可能性が増大し、これにより、第２の主面１７、すなわち、導光体１０の光出口面を介して導光体１０からこれらの光線が出るのを促進するためである。
【００４１】
楕円導光体１０、例えば、円形導光体の光出口面からの実質的に均一な光出力を達成するために、アウトカップリング要素３０のパターンは、第１の径方向セグメント２１の第２の主面１７の部分上のアウトカップリング要素３０の第１のパターン３１と、第２の径方向セグメント２３の第２の主面１７の部分上のアウトカップリング要素３０の第２のパターン３３とに分けられ、第１のパターンと第２のパターンとが異なってもよい。より具体的には、第２のパターン３３は、第２の径方向セグメント２３を出る光の可能性が第１の径方向セグメント２１を出る光の可能性よりも高くなるように、第１のパターン３１よりも高いパターン密度を有してもよい。このようにして、第１の径方向セグメント２１がＳＳＬ要素４０に近接しているために第１の径方向セグメント２１内により高い光束があるという事実が、異なる領域で強度が異なるにもかかわらず、例えば第２の主面１７にわたって光放射の比較的均一な分布を確実にするために、又は少なくとも、実質的に主面１７全体が光を放つことを確実にするために、アウトカップリング要素３０のパターン３１、３３の違いを用いて補償されてもよい。
【００４２】
図３は、照明器具１の第２の主面１７から発せられる３つの異なる光出力プロファイル（ビームプロファイル）を概略的に示し、ここでは、異なるグループのＳＳＬ要素４０がコントローラ５０を用いて有効化されている。これは、第２の主面１７にわたって均一な光出力を維持しながら、楕円導光体１０のエッジ１１に沿って異なるＳＳＬ要素を有効化することによって異なる（非対称）ビームプロファイルが生成され得ることを明確に示している。
【００４３】
光が導光体にどのように結合されるかに依存して、及び抽出機能(extraction feature)がどのようにデザイン又は分布されるかに依存して、照明器具の性能は、ビーム及び出口窓の輝度の均一性の観点で変わるであろう。
【００４４】
上記の例では、ＬＥＤは導光体のエッジに平行に配置され、これは、ＬＥＤが並列で導光体のエッジに面するように、プリント回路基板が垂直に配置されることを必要とする。この構成は、熱性能を制限し、ミッドパワーＬＥＤの使用しか可能にしない。１つのオプションは、典型的な円形プロファイルに変形され得る柔軟なＰＣＢを使用することであり、代替例は、丸いプロファイルに追随するために、平坦な剛性のＰＣＢをいくつかの部位に分離することである。光出力をステアリングする能力(ability to steer)も制限される。
【００４５】
図４は、第１の主面７６と第２の主面７８との間にエッジ部７４を含む導光体７２を含む照明器具７０を示す。第１の主面７６は光アウトカップリング要素７７を規定し、第２の主面７８は照明器具の使用時に見える平坦な光出力面である。一般光出力方向８０は、第２の主面７８に対して垂直であり、第２の主面７８から離れるように方向付けられる。
【００４６】
出力リフレクタ８２は、第１の主面７６を脱出する光が第２の主面７８に反射されるように、第１の主面７６に面する。リフレクタ８２は、高度に反射性であり、非常に鏡面的である。
【００４７】
平坦な第２の主面は、照明器具の光出力フェイスにきれいな美観を提供する。第２の主面は、照明器具の最終出力フェイスであってもよく、又はさらなる透明な保護プレートがあってもよい。
【００４８】
導光体７２は、例えば、円形、楕円形又は矩形等の任意の一般外形（すなわち、図４の上方又は下方から見た場合）を有してもよい。外縁の一部又はすべての周りには、固体照明要素、例えばＬＥＤのアレイがあり、そのうちの１つのＬＥＤ８４だけが、プリント回路基板８６に取り付けられて図４に示されている。回路基板８６のＬＥＤ８４とは反対側にヒートシンク８８がある。発光ダイオード８４は、一般光出力方向８０に対応する（すなわち、平行である）光出力方向を有する。
【００４９】
照明器具の典型的な用途では、方向８０は垂直に下向きであり、それゆえ、導光体とプリント回路基板は水平である。
【００５０】
ＬＥＤからの光出力を導光体に再方向付けるために、各ＬＥＤは、照明要素リフレクタ９０を有する。
【００５１】
これら照明要素は、すべて同じ方向を向いているため、共通の平坦なプリント回路基板上に形成されることができる。
【００５２】
図５は、プリント回路基板８６を斜視図で示し、図６は、プリント回路基板を平面図で示す。この例では、プリント回路基板は、２つの同一平面(co-planar)セクション、すなわち、サブユニットとして形成されている。
【００５３】
プリント回路基板は、導光体を部分的に囲むように、部分的な環状である。斯くして、プリント回路基板は、Ｃ形状（すなわち、円弧形状）を有し、図示の例では、２つのＣ形状のサブユニットがある。ＬＥＤは、各Ｃ形状のサブユニットの中央付近において、両端におけるよりも互いにより近くに配置されている。これは、回路基板全体で、両端におけるＬＥＤの間隔がより広いことも意味する。例えば、２０〜２００個のＬＥＤがある。
【００５４】
ＬＥＤの密度が高い領域では、導光体への光強度が大きくなり、それゆえ、関連する光出力方向への導光体からの光強度が大きくなる。このようにして、非対称の光出力が作り出される。
【００５５】
代替的に、均一な密度のＬＥＤのアレイを設け、ＬＥＤをパターンで駆動して、光強度の大きい領域と光強度の小さい領域を作り出すことも可能である。
【００５６】
ＰＣＢ上のＬＥＤの配列は、一般に、導光体の形状によって、及びアプリケーションの望ましい光出力分布によって決定される。
【００５７】
図７は、ＰＣＢサブユニットの１つに対応する照明要素リフレクタ９０の配列を示す。
【００５８】
リフレクタ９０は、照明要素からの出力ビーム形状（例えば、ランバーシアン分布）の、導光体からの所望の出力を提供する所望のビーム形状への変換を行う。これらは、コリメータとして機能する。
【００５９】
リフレクタ９０は、例えば、反射デカルト楕円（ＲＣＯ）であり、単一の、自由鏡面(free-form mirrored surface)を含む。これらは、ＬＥＤの中心からの球面波面を別の所望の波面にマッチさせるために使用される。
【００６０】
この変換プロセスが図８に示されている。リフレクタ９０は、ソースＳと所望の波面９２上の対応する点Ｑとの間の光路長を一定に維持する。斯くして、リフレクタ９０の表面上の各点Ｐについて、距離の合計ｄ１＋ｄ２は一定である。リフレクタは、各ＬＥＤに個別に配置される。
【００６１】
図９は、導光体をより詳細に、とりわけ光アウトカップリング要素７７を示すために用いられている。これは、デザインの可能なスケールの一例を示している。この例では、導光体は６．４８ｍｍの厚さであり、光アウトカップリング要素は一方の方向に１ｍｍ、直交する方向に１．９９ｍｍのピッチを有する。例えば、０．２ｍｍ〜５ｍｍのピッチを有する５００〜１００００個の光アウトカップリング要素がある。例えば、導光体全体は、１０ｃｍ〜５０ｃｍの範囲の長さ寸法(linear dimension)を有する。
【００６２】
導光体は、導光体内部の全反射条件を乱し、光が上方又は下方に出ることを可能にする光抽出機能を担持する平板状で薄い一定の厚さのプレートである。図示の例では、構造体は、定義された角錐台として形成される。これらは、出口輝度の良好な均一性を作り出すようデザインされる。
【００６３】
照明要素リフレクタのデザイン、照明要素のポジショニング、及び光アウトカップリング要素のデザインが一緒に、対称又は非対称であってもよい、所望の光出力ビーム形状を作り出す。
【００６４】
さらに、異なる照明要素の作動が、異なる非対称光出力を提供するために用いられてもよい。
【００６５】
導光体のエッジ部は、段状の形状を有し、各固体照明要素は、段部に位置付けられてもよい。一例では、段の面は、一般光出力方向に平行である、すなわち、照明器具が水平に取り付けられる場合、垂直である。
【００６６】
図１０は、垂直の段を備える段付き外縁７４を有する導光体７２の一例を示す。
【００６７】
図１１に示されるように、各段は、ＬＥＤが設けられる段部１００を有する（図１１はＬＥＤを示しているが、ＬＥＤが取り付けられるＰＣＢは示していない）。
【００６８】
段部１００は、導光体とＬＥＤとの間の界面が、矢印１０２で示される、照明要素リフレクタから導光体への照明の所望の一般方向に対して垂直であることを意味する。斯くして、段は任意の所望の角度に配向され得るので、この方向は、必ずしも導光体の形状の中心に向かなくてもよい。斯くして、複雑な所望の光出力分布が得られ得る。
【００６９】
図１２は、異なるＬＥＤが異なる方向に方向付けられている、すなわち、平行ではなく、またすべてが共通の中心点に方向付けられていない様子を示している。導光体の形状は、リフレクタシステムの所望の輪郭に対応する。
【００７０】
段付きの輪郭は、コリメート光のステアリングが強化されるため、第２の主面の輝度のより良好な均一性を可能にし、所望の測光分布(photometric distribution)を得るのに役立つ。
【００７１】
このデザインは、非対称の光分布が、出口窓において均一な輝度でもって得られることを可能にする。インカップリングリフレクタ(in-coupling reflector)は、光出力窓の外観を均質にするように光線の制御を提供し、また必要な非対称分布を実現するよう、光が所望の方向に追従するようにステアリングする。これは、例えば、街路照明器具から道路を照明するためのものであってもよい。この場合、大きな拡がり角(larger angle of divergence)は、道路方向を横切るよりも道路方向に沿って、また（照明器具が道路の端にある場合）主に一方の側への照明に望まれてもよい。斯くして、照明器具から地面に投影される強度分布は、異なる強度及び到達範囲の多数のローブを含み得る。
【００７２】
図１３は、角度に関する強度プロットの一例を示す。これは、道路照明アプリケーションのための典型的な測光を示す。ローブの非対称ペア１０４は、垂直面の断面についてであり、ローブの対称ペア１０５は、水平面の断面についてである。
【００７３】
導光体７２及び照明要素リフレクタ９０のアレイは、図１４及び１５に示されるように一体ユニットとして形成されてもよい。各照明要素リフレクタ９０は、導光体の湾曲した下面として形成される。湾曲した下面の上方には、導光体の外縁をＬＥＤ ＰＣＢと結合することによってＬＥＤが取り付けられるべき、平坦な取り付け面１１０がある。
【００７４】
このデザインはまた、段付きの外縁を有する。段は、（照明器具が水平の場合）垂直部分及び水平取り付け面を有する。（一般光出力方向に平行な軸を中心とする）段の角度方向は、光が導光体に方向付けられる方向を決定する。角度方向は、取り付け面１１０の下のリフレクタ９０の形状によって少なくとも部分的に定義される。
【００７５】
このデザインの場合、ＬＥＤは、取り付け面に対して取り付けられ得る平坦な出口面を有することが好ましい。このデザインは、光学部品の数を減らし、ゆえにアライメント要件を低減させる。無論、共用コンポーネントの製造は、より複雑な金型を必要としより難しくなる。さらに、リフレクタ９０は、内部全反射による反射が使用されない場合、金属化面を必要とする場合がある。
【００７６】
照明器具は、図１及び図２の例について上述したように、固体照明要素を個別に制御するよう構成されるコントローラを備えることが好ましい。これは、異なる出力ビームが、照明器具の共通の物理的デザインにより定義されることを可能にする。
【００７７】
導光体は、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）及びポリエチレンテレフタレートから選択されるポリマー材料を含んでもよい。
【００７８】
本発明は、外観(appearance)が重要な任意の種類の照明器具に適用されることができる。本発明は、フォームファクタの汎用性を可能にし（これは、デザインが円形、楕円形、正方形、長方形等であり得ることを意味する）、対称又は非対称ビームが定義づけられることを可能にする。本発明は、広い又は非常に広いビームが必要とされる屋内照明器具にも使用され得る。
【００７９】
一例は、道路照明器具等の屋外照明器具に関するが、パーキングガレージ照明器具等、屋外照明器具の他の例も有意義であり得る。同じデザインが、屋内照明器具に使用されてもよい。
【００８０】
上記の例は、（屈折に基づく）輪郭付き(contoured)光アウトカップリング要素を使用しているが、これに代えて、印刷された白色ドットが、光散乱を提供するために使用されてもよい。図１及び２に関連して述べたオプションが適用されてもよい。
【００８１】
上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計できることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧内に置かれた参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む（comprising）」という語は、請求項に列挙された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「a」又は「an」は、複数の斯かる要素の存在を排除するものではない。本発明は、複数の個別の要素を有するハードウェアにより実現されることができる。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項において、これらの手段のいくつかは、同一のハードウェアのアイテムにより具体化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【図１】
0006775693.tif 000002
【図２】
0006775693.tif 000003
【図３】
0006775693.tif 000004
【図４】
0006775693.tif 000005
【図５】
0006775693.tif 000006
【図６】
0006775693.tif 000007
【図７】
0006775693.tif 000008
【図８】
0006775693.tif 000009
【図９Ａ】
0006775693.tif 000010
【図９Ｂ】
0006775693.tif 000011
【図１０】
0006775693.tif 000012
【図１１】
0006775693.tif 000013
【図１２】
0006775693.tif 000014
【図１３】
0006775693.tif 000015
【図１４】
0006775693.tif 000016
【図１５】
0006775693.tif 000017