(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、照明器具と、照明器具によって機械的に取り囲まれたＬＥＤモジュールと、を備え、
ＬＥＤモジュールが、温度管理システムに取り付けられた少なくともひとつのＬＥＤを備え、温度管理システムが、照明器具に熱的に接続され、少なくともひとつのＬＥＤから照明器具への熱伝達を容易にし、
温度管理システムが、
少なくともひとつのＬＥＤが取り付けられたプリント回路基板と、
前記プリント回路基板及び照明器具に熱的に接続され、それにより、少なくともひとつのＬＥＤから照明器具への熱伝達を容易にするヒートシンクであって、ＬＥＤドライバの少なくとも一部分が取り付けられたプリント回路基板を取り囲むような、キャビティを具備するヒートシンクと、
を備え、
アスファルトの注封物又は同等物が、前記キャビティの内部に挿入されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
ＬＥＤモジュールが、少なくともひとつのＬＥＤによって放射された放射ビームの照明輪郭を変更するように、少なくともひとつのＬＥＤに光学的に接続されたビーム成形装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、任意のタイプの照明器具に関する。本発明は、特に、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）のモジュールを、照明器具の内部に、機械的に取り囲むことに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１乃至図４は、公知の照明器具（lighting fixture）２０〜２３の概観を示している。代表的に、照明器具２０〜２３においては、概略２０ワットから５０ワットの範囲の出力をもった、白熱ランプが使用される。本発明は、ＬＥＤモジュールを照明器具２０〜２３の内部に機械的に取り囲むことで、今日の照明器具２０〜２３に使用されている白熱ランプに比べて、多数の利益が得られるという発見に基づく。例えば、ＬＥＤモジュールにおける、５０，０００時間という一般的な寿命は、白熱ランプによって達成可能な最大寿命に比べて、かなり長い。さらに、ＬＥＤモジュールは、５ワット〜１５ワットの間の電力を使用するようにデザインされ、これは、白熱ランプの電力範囲に比べて、かなり低い。さらに、ＬＥＤモジュールでは、低い動作温度が達成可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発見に基づき、本発明の照明装置は、照明器具（例えば、図１乃至図４に示した照明器具２０〜２３）の内部に機械的に取り囲まれたＬＥＤモジュールを備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の形態においては、ＬＥＤモジュールは、１又は複数のＬＥＤと、ＬＥＤドライバ（ＬＥＤバラストとしても知られている）とを具備し、ＬＥＤドライバは、ＬＥＤと電気的に接続されて、ＬＥＤにＬＥＤ駆動信号を提供する。ＬＥＤモジュールは、さらに、温度センサを具備し、温度センサによって検出された、ＬＥＤの動作温度に基づき、ＬＥＤ駆動信号の大きさをＬＥＤドライバによって制御することを容易にするように作動する。
【０００５】
本発明の第２の形態においては、ＬＥＤモジュールは、１又は複数のＬＥＤを具備し、照明器具に熱的に接続された温度管理システムに取り付けられ、ＬＥＤから照明器具への熱伝達を容易にする。
【０００６】
本発明の第３の形態においては、ＬＥＤモジュールは、照明輪郭をもった放射ビームを放射するＬＥＤを具備し、ＬＥＤに光学的に接続されて、放射された放射ビームの照明輪郭を変更する、ビーム成形装置を具備している。ビーム成形装置は、ＬＥＤに光学的に整列されてなる、１又は複数の光学要素を具備し、それにより、ＬＥＤによって放射された、放射ビームの照明輪郭を変更する。ビーム成形装置はさらに、光学要素のまわりに取り付けられた、１又は複数の熱収縮管を具備し、光学要素のＬＥＤに対する光学的整列をしっかりと維持する。
【０００７】
本発明の前述した形態及び他の形態、並びに、本発明の様々な特徴及び利点については、添付図面と関連させて、以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を読むことで、さらに明らかになる。詳細な説明及び図面は、制限というよりもむしろ、本発明の単なる例示であって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図２Ａ】図２Ａは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、当業者に公知の種々の照明器具を示している。
【図５】本発明のひとつの実施形態によるＬＥＤモジュールのブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるＬＥＤドライバの模式的回路図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるＬＥＤドライバの模式的回路図である。
【図８】本発明の第３の実施形態によるＬＥＤドライバの模式的回路図である。
【図９】本発明の第１の実施形態による温度管理システムの上面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による温度管理システムの側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による温度管理システムの上面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による温度管理システムの側面図である。
【図１３】図４に示した照明器具における図９及び図１０に示したＬＥＤモジュールの例示的な機械的なエンクロージャを示している。
【図１４】本発明のひとつの実施形態による光学拡散器を示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図５に示したＬＥＤモジュール３０は、ＬＥＤ４０と、ＬＥＤドライバ／バラスト５０と、温度管理システム６０と、ビーム成形装置７０とを備えている。ＬＥＤ４０（例えば、ＬｕｘｅｏｎのＬＥＤ）は、任意の色の単一のＬＥＤとして、任意の色の組合せによる直列接続されたＬＥＤとして、任意の色の組合せによる並列接続されたＬＥＤとして、または、任意の接続の組合せとして実現されている。
【００１０】
ＬＥＤドライバ／バラスト５０は、当業者が理解するように、ＬＥＤ４０の構造的な構成に応じて、Ｎ本のＬＥＤ駆動信号ＩDSを、ＬＥＤ４０に電気的に接続するように構造的に構成されている。実際には、本発明のＬＥＤドライバ／バラスト５０のそれぞれの構造的な構成は、その商業的な実現に依存している。従って、本発明は、本発明のＬＥＤドライバ／バラスト５０のそれぞれの構造的な構成について、いかなる制限又はいかなる限定も課さない。ひとつの実施形態においては、ＬＥＤドライバ／バラスト５０は、図５に示すように、コンバータ５１を具備し、入って来るＡＣ信号を、Ｎ本のＬＥＤ駆動信号ＩDSに変換する。ＬＥＤ４０の照明強度を制御するために、ＬＥＤドライバ／バラストはさらに、図５に示すように、調光装置５２、温度センサ５３、及び／又は、光学センサ５４を具備している。
【００１１】
調光装置５２は、当業者が理解するように、調光制御信号に基づき、ＬＥＤ駆動信号ＩDSの大きさを、コンバータ５１によって制御するのを容易にする。温度センサ５３は、温度センサ５３によって検出された、ＬＥＤ４０の動作温度に基づき、ＬＥＤ駆動信号ＩDSの大きさを、コンバータ５１によって制御するのを容易にする。
【００１２】
光学センサ５４は、光学センサ５４によって検出された、照明器具の外部の周辺光の照明レベルに基づき、ＬＥＤ駆動信号ＩDSの大きさを、コンバータ５１によって制御することを容易にする（例えば、光学センサ５４が照明器具の外部の周辺光が昼間の光であるのか夜間の光であるのかを検出するのに基づき、ＬＥＤ４０の電源のオン及びオフを制御する。）。
【００１３】
図６は、コンバータ５１（図５）の実施形態１５１を示している。図６を参照すると、コンバータ５１は、電圧ダブリング入力を有する、１Ａの降圧スイッチングレギュレータ、Ｌ４９７６の形態のバックコンバータＵ１に基づいて動作する。バックコンバータＵ１は、グランドノードＮ４に接続されたＧＮＤピン２と、ノードＮ５に接続されたＲＥＦピン３と、ノードＮ６に接続されたＯＳＣピン４と、ノードＮ９に接続されたＯＵＴピン５，６の対と、ノードＮ３に接続されたＶＣＣピン１１と、コンデンサＣ８に接続されたＢＯＯＴピン１２と、コンデンサＣ７に接続されたＣＯＭＰピン１３と、ノードＮ７に接続されたＦＢピン１４とを有している。
【００１４】
コンバータ１５１は、ひとつの入力端子とノードＮ１とに接続された、ヒューズＦ１をさらに具備している。コンデンサＣ１（例えば、１μＦ）は、ノードＮ１とノードＮ２とに接続されている。ダイオードＤ１（例えば、６０Ｖ  ３Ａ）は、ノードＮ１とノードＮ３とに接続されている。ダイオードＤ２（例えば、６０Ｖ ３Ａ）は、ノードＮ１とノードＮ４とに接続されている。コンデンサＣ２（例えば、１０００μＦ）は、ノードＮ３とノードＮ２とに接続されている。コンデンサＣ３（例えば、１０００μＦ）は、ノードＮ２とノードＮ４とに接続されている。コンデンサＣ４（例えば、１００ｎＦ）は、ノードＮ３とノードＮ４とに接続されている。
【００１５】
コンデンサＣ５（例えば、１ｎＦ）と抵抗器Ｒ１（例えば、３９ｋΩ）とは、並列に、ノードＮ３とノードＮ６とに接続されている。コンデンサＣ６（例えば、１００ｎＦ）は、ノードＮ４とノードＮ５とに接続されている。コンデンサＣ７（例えば、４７ｎＦ）は、さらにノードＮ４に接続されている。抵抗器Ｒ２（例えば、１０．５ｋΩ）は、ノードＮ５とノードＮ７とに接続されている。抵抗器Ｒ３（例えば、１８ｋΩ）は、ノードＮ７とノードＮ８とに接続されている。抵抗器Ｒ４（例えば、２Ω）と、抵抗器Ｒ５（例えば、２Ω）と、抵抗器Ｒ６（例えば、２Ω）と、抵抗器Ｒ７（例えば、２Ω）とは、並列に、ノードＮ４とノードＮ８とに接続されている。
【００１６】
コンデンサＣ８（例えば、１００ｎＦ）は、さらに、ノードＮ９に接続されている。ダイオードＤ３（例えば、６０Ｖ ３Ａ）は、ノードＮ９とノードＮ４とに接続されている。インダクタＬ１（例えば、２２０μＨ）は、ノードＮ９とノードＮ１０とに接続されている。コンデンサＣ９（例えば、１μＦ）は、ノードＮ１０とノードＮ４とに接続されている。
【００１７】
ひとつの変形例による実施形態においては、ダイオードＤ３を省略し、ＬＥＤ４０をノードＮ９とノードＮ３とに接続し、それにより、バックコンバータＵ１が降圧スイッチングレギュレータとして動作するのを容易にする。
【００１８】
別の変形例による実施形態においては、コンデンサＣ２とＣ３とを省略して、コンバータ１５１は、当業者が理解するように、バック／ブーストの構成に変えられる。
【００１９】
図７は、コンバータ１５１（図６）の実施形態２５１を示していて、この実施形態では、追加的に、抵抗器Ｒ９（例えば、１４ｋΩ）とサーミスタＴＭ１（例えば、ＰＴＣ）とを直列にノードＮ７とノードＮ８とに接続し、抵抗器Ｒ２（例えば、１２００Ω）と抵抗器Ｒ３（例えば、２．４３ｋΩ）の値を変更している。サーミスタＴＭ１は、ＬＥＤ４０の動作温度を直接的又は間接的に検出するように、ＬＥＤ４０に対して戦略的に配置されているが、これについては、図９乃至図１２に関連してさらに説明する。さらに、サーミスタＴＭ１は、サーミスタＴＭ１によって検出されたＬＥＤ４０の動作温度を指示するフィードバックを、バックコンバータＵ１に提供する。
【００２０】
図８は、コンバータ１５１（図６）の実施形態３５１を示していて、追加的に、抵抗器Ｒ１０が、ノードＮ４とノードＮ１１とに接続されて用いている。サーミスタＴＭ２は、ノードＮ５とノードＮ１１とに接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ１は、エミッタがノードＮ５に接続され、ベースがノードＮ１１に接続され、コレクタが抵抗器Ｒ１１に接続され、抵抗器Ｒ１１は、さらに、ノードＮ７に接続されている。サーミスタＴＭ２は、ＬＥＤ４０の動作温度を直接的又は間接的に検出するように、ＬＥＤ４０に対して戦略的に配置されているが、これについては、図９乃至図１２に関連してさらに説明する。さらに、サーミスタＴＭ２は、サーミスタＴＭ２によって検出されたＬＥＤ４０の動作温度を指示するフィードバックを、バックコンバータＵ１に提供し、トランジスタＱ１は、当業者が理解するように、このフィードバックを高める。
【００２１】
再び、図５を参照すると、温度管理システム６０は、ＬＥＤ４０及びＬＥＤドライバ／バラスト５０を取り付けるために働くように構造的に構成され、ＬＥＤ４０及びＬＥＤドライバ／バラスト５０から、照明器具の内部に向けた方向に熱を取り去る。実際には、本発明の温度管理システム６０のそれぞれの構造的な構成は、その商業的な実現に依存している。従って、本発明は、本発明の温度管理システム６０のそれぞれの構造的な構成について、いかなる制限又はいかなる限定も課さない。ひとつの実施形態においては、温度管理システム６０は、図５に示すように、金属コアのプリント回路基板（「ＭＣＰＣＢ」）６１を、ヒートシンク６２と一体的に用いている。ＭＣＰＣＢは、搭載されたＬＥＤ４０及び／又はＬＥＤドライバ／バラスト５０を駆動するために、垂直なコネクタ、又は任意の方向のフォワード又はリバース又は水平なコネクタを有していても良い。
【００２２】
図９及び図１０は、温度管理システム６０（図５）のひとつの実施形態１６０を示している。特に、温度管理システム１６０は、ＭＣＰＣＢ１６１を備え、その上側には、ＬＥＤ４０、ＬＥＤドライバ／バラスト５０、及びリバース垂直コネクタ１６５が取り付けられている。ＬＥＤドライバ／バラスト５０において使用される場合には、サーミスタＴＭ１（図７）又はサーミスタＴＭ２（図８）の形態の温度センサは、可能な限りＬＥＤ４０の近くに配置され、ＬＥＤ４０の動作温度を直接的に検出し、または、ＭＣＰＣＢ１６１のどこか他の位置に配置され、ＭＣＰＣＢ１６１から温度センサに伝導するＬＥＤ４０からの熱として、ＬＥＤ４０の動作温度を間接的に検出する。
【００２３】
ＭＣＰＣＢ１６１は、キャビティ１６３を備えた逆さカップ形を有するヒートシンク１６２と整列され、一体化される。ＭＣＰＣＢ１６１とヒートシンク１６２とに貫設された貫通孔（スルーホール）１６４は、リバース垂直コネクタ１６５の下方に位置し、ヒートシンク１６２を介して、ＭＣＰＣＢ１６１の底部側から、リバース垂直コネクタ１６５への電源の接続を容易にしている。リバース垂直コネクタ１６４は、ＭＣＰＣＢ１６１の上側にしっかりと固定され、電源（図示せず）に結合されるときに、リバース垂直コネクタ１６４に加わる応力を減少させる。リバース垂直コネクタ１６４に電源を接続した後に、キャビティ１６３の内部には、アスファルトの注封物又は同等物が挿入され、ＬＥＤモジュールの温度の低下を容易にし、ＬＥＤモジュールにより均一に熱を拡散させ、電源ワイヤの接続部の応力を緩和する。
【００２４】
変形例の実施形態においては、リバース垂直コネクタ１６５に代えて、フォワード垂直コネクタ又は水平コネクタを用いても良い。そうした場合には、置換されたコネクタは、スルーホール１６４からオフセットされ、スルーホール１６４の内部における、または、照明器具とヒートシンク１６２との間の隙間における、ワイヤの通行を容易にする。
【００２５】
図１１及び図１２は、温度管理システム６０（図５）の実施形態２６０を示している。温度管理システム２６０は、ヒートシンク１６２のキャビティ１６３の内部に配置された、ＦＲ４プリント回路基板（「ＰＣＢ」）１６６を具備し、これにより、ＦＲ４ ＰＣＢ１６６からリバース垂直コネクタ１６５に、電源が接続される。この実施形態においては、ＬＥＤドライバ／バラスト５０の全体が、図示の如く、ＦＲ４ ＰＣＢ１６６に搭載され、または、ＬＥＤドライバ／バラスト５０は、ＭＣＰＣＢ１６１とＦＲ４ ＰＣＢ１６６とに分配される。例えば、ＬＥＤドライバ／バラスト５０において使用される場合には、サーミスタＴＭ１（図７）又はサーミスタＴＭ２（図８）の形態の温度センサは、ＭＣＰＣＢ１６１に搭載され、可能な限りＬＥＤ４０の近くに配置されて、ＬＥＤ４０の動作温度を直接的に検出し、または、ＦＲ４ ＰＣＢ１６６に搭載されて、ヒートシンクキャビティ１６３の中の注封材料を介して、ＬＥＤ４０の動作温度を間接的に検出する。
【００２６】
図１３は、照明器具２０（図１）を備えたＬＥＤモジュール１３０の例示的な機械的エンクロージャであって、前述した本発明の発明的原理に基づくものを示している。ＬＥＤモジュール１３０は、当業者が理解するように、任意の手段によって、照明器具２０の内部に取り付けられる。さらに、ＬＥＤモジュール１３０の外部、特にヒートシンクは、照明器具２０の内部と可能な限り近くにして、ＬＥＤモジュール１３０から、照明器具２０への、低い熱抵抗経路による熱伝達を容易にする。さらに、ＬＥＤモジュール１３０の外部と照明器具２０の内部との間の最小隙間の内部における低い熱抵抗経路を補うために、空気に比べて低い熱抵抗を有する材料１８０（例えば、熱グリース、熱パッド、及び注封材料）を、図示のように、最小隙間の内部に挿入する。
【００２７】
再び、図５を参照すると、ビーム成形装置７０は、ＬＥＤ４０から放射された、放射ビームの照明輪郭を変更するように構造的に構成され、例えば、輪郭のサイズを拡大し、輪郭のサイズを縮小し、及び、輪郭の焦点を特定の方向に合わせる。これは、例えば、図１乃至図４のそれぞれに示した照明器具２０〜２３のように、ＬＥＤ４０の照明輪郭に影を生じるような物理的構造を有する照明器具において、特に重要である。
【００２８】
実際には、本発明のビーム成形装置７０のそれぞれの構造的な構成は、その商業的な実現に依存している。従って、本発明は、本発明のビーム成形装置７０のそれぞれの構造的な構成について、いかなる制限又はいかなる限定も課さない。ひとつの実施形態においては、ビーム成形装置７０は、光学拡散器７１及び／又は透明板７２を、ＬＥＤ４０のそれぞれ又はＬＥＤ４０のグループに用い、それぞれの光学拡散器７１／透明板７２は、独立した光学要素であるか、または、他の光学要素（例えば、レンズ）と一体化される。さらに、１又は複数の熱収縮管７３を用いて、光学拡散器７１及び／又は透明板７２と、ＬＥＤ４０又はＬＥＤ４０のグループとの、光学的整列を維持する基礎としても良い。熱収縮管７３は、さらに、ビーム成形装置７０の他の要素の間における、すべての隙間を密封することで、環境に対する保護を提供する。
【００２９】
図１４は、ビーム成形装置７０の実施形態１７０を示している。ビーム成形装置１７０は、ＬＥＤ４０に光学的に整列されたレンズコリメータ１７５を用いており、両者は、レンズホルダ１７４に取り付けられている。光学拡散器１７１は、レンズコリメータ１７５の上部開口部の上に配置され、照明器具における透明板１７２は、ガラス及び／又はプラスチックであって、拡散器１７１の上に配置されている。熱収縮管１７３を使用して、すべての図示の要素を結合させ、整列させている。より詳しくは、熱収縮管１７３は、初めに、図１５に示すように、ビーム成形装置１７０の他の光学要素のまわりに、緩くかぶせられ、それから、当業者が理解するように、適度な熱を適用して、熱収縮管１７３を収縮させ、これにより、ビーム成形装置１７０の他の光学要素のまわりに密着せしめ、ビーム成形装置１７０の他の光学要素とＬＥＤ４０との光学的な整列を維持すると共に、これらの要素を環境に対して保護する。他の光学要素のまわりにおける、熱収縮管１７３の密着を高めるために、板１７２は、破線の外形によって示すように、円筒形の延長部１７６を具備しても良い。
【００３０】
図５乃至図１４を参照すると、本発明の発明的な原理は、ＬＥＤモジュールを備えた照明器具２０〜２３（図１乃至図４）に関連して図示して説明され、本発明の様々な発明的な原理は容易に理解できる。これらの図面及び説明から、当業者は、本発明の様々な発明的な原理を、どのようにして、照明器具２０〜２３以外の照明器具に適用するのかを理解するだろう。
【００３１】
本願において開示した、本発明の実施形態は、現時点において好ましいと考えられるけれども、特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱せずに、様々な変更及び改変を行うことができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲に示されており、均等物の意味及び範囲に含まれるすべての変形例は、これに包含される意図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０  照明器具
３０，１３０  ＬＥＤモジュール
４０  ＬＥＤ
５０  ＬＥＤドライバ／バラスト
５１，１５１  コンバータ
５２  調光装置
５３  温度センサ
５４  光学センサ
６０，１６０，２６０  温度管理システム
６２，１６２  ヒートシンク
７０，１７０  ビーム成形装置
７１，１７１  光学拡散器
７２，１７２  透明板
７３，１７３  熱収縮管
１６３  キャビティ
１６４  スルーホール
１６５  リバース垂直コネクタ
１７４  レンズホルダ
１７５  レンズコリメータ
１７６  延長部
【図１Ａ】
0006305966.tif 000002
【図１Ｂ】
0006305966.tif 000003
【図２Ａ】
0006305966.tif 000004
【図２Ｂ】
0006305966.tif 000005
【図３Ａ】
0006305966.tif 000006
【図３Ｂ】
0006305966.tif 000007
【図４Ａ】
0006305966.tif 000008
【図４Ｂ】
0006305966.tif 000009
【図５】
0006305966.tif 000010
【図６】
0006305966.tif 000011
【図７】
0006305966.tif 000012
【図８】
0006305966.tif 000013
【図９】
0006305966.tif 000014
【図１０】
0006305966.tif 000015
【図１１】
0006305966.tif 000016
【図１２】
0006305966.tif 000017
【図１３】
0006305966.tif 000018
【図１４】
0006305966.tif 000019