(57)【要約】  埋め込まれた光散乱及び／又は反射粒子５を有するライトガイド２と、第１の発光要素６ａと、第２の発光要素６ｂとを含む照明デバイス１が開示される。照明デバイス１は、第１の発光要素６ａによって放射される光線について、ライトガイド２内へと入力される光線の入射角が、第１の角度区間内にあり、第２の発光要素６ｂによって放射される光線について、ライトガイド２内へと入力される光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成され、第１の角度区間と第２の角度区間とは異なる。例えば均一の照明を与えるために、選択された位置においてライトガイド２から出力される光の量が要望通りに適応される照明デバイス１が提供される。
2015528634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込まれた光散乱及び／又は光反射粒子と、光入力面に衝突する光をライトガイド内へと入力する前記光入力面とを含む前記ライトガイドと、
第１の発光要素と、
第２の発光要素と、
を含む照明デバイスであって、
前記第１の発光要素及び前記第２の発光要素によってそれぞれ放射される光の少なくとも一部が、前記光入力面に衝突し、
前記照明デバイスは、前記第１の発光要素によって放射される光線について、前記光入力面に衝突する光線の入射角が、第１の角度区間内にあるように構成され、
前記照明デバイスは、前記第２の発光要素によって放射される光線について、前記光入力面に衝突する光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成され、
前記第１の角度区間と前記第２の角度区間とは異なる、照明デバイス。
【請求項２】
前記第１の発光要素及び前記第２の発光要素によってそれぞれ放射される光を受け取り、前記第１の発光要素及び前記第２の発光要素によってそれぞれ放射される光の少なくとも一部が前記光入力面に衝突するように、光を出力する光角度選択モジュールを更に含み、
前記光角度選択モジュールは、前記第１の発光要素によって放射される光線について、前記光入力面に衝突する光線の入射角が、前記第１の角度区間内にあるように構成され、
前記光角度選択モジュールは、前記第２の発光要素によって放射される光線について、前記光入力面に衝突する光線の入射角が、前記第２の角度区間内にあるように構成される、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記光角度選択モジュールは、前記第１の発光要素によって放射される光線について、平面に対して前記光入力面に衝突する光線の入射角が、第１の角度区間内にあるように構成され、
前記光角度選択モジュールは、前記第２の発光要素によって放射される光線について、前記平面に対して前記光入力面に衝突する光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成され、
前記平面は、前記光入力面の面法線及び前記光入力面の前記面法線に直交する方向のうちの少なくとも１つによって画定される、請求項２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記光角度選択モジュールは、前記第１の角度区間における角度に対する角度の最大の大きさが、前記第２の角度区間における角度に対する角度の最大の大きさよりも大きいか、又はその逆である、請求項２又は３に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記光角度選択モジュールは、前記光入力面に衝突する前記第１の発光要素からの光及び前記光入力面に衝突する前記第２の発光要素からの光が異なる度合いのコリメーションを有するように、前記第１の発光要素及び／又は前記第２の発光要素からそれぞれ受け取られる光をコリメートするコリメータを含む、請求項２乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項６】
前記コリメータは、少なくとも２つのコリメータユニットを含み、第１のコリメータユニットは、前記第１の発光要素から受け取った光をコリメートし、第２のコリメータユニットは、前記第２の発光要素から受け取った光をコリメートする、請求項５に記載の照明デバイス。
【請求項７】
前記コリメータは、前記光入力面に衝突する光のコリメーションの度合いが、前記光入力面上の光の入射位置に対して変化するように、前記コリメータによって受け取られる光のコリメーションの度合いを変化させる、請求項５又は６に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記コリメータ及び前記コリメータユニットのうちの少なくとも１つは、平らなコリメータを含む、請求項５乃至７の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項９】
前記コリメータ及び前記コリメータユニットのうちの少なくとも１つは、コリメートする反射器、屈折器、及び、回折デバイスからなる群から選択される、請求項５乃至８の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
前記光角度選択モジュールは、前記第１の角度区間における角度に対する角度の最小の大きさが、前記第２の角度区間における角度に対する角度の最小の大きさよりも大きいか、又はその逆である、請求項２又は３に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
前記光角度選択モジュールは、前記第１の発光要素及び／又は前記第２の発光要素から受け取られる光線であって、少なくとも１つの選択された角度区間内の入射角を有する光線を遮断する光ブロッカを含む、請求項２、３又は１０に記載の照明デバイス。
【請求項１２】
前記光ブロッカは、少なくとも２つの光ブロックユニットを含み、第１の光ブロックユニットは、第１の選択された入射角区間における光線を遮断し、前記第１の発光要素から受け取った光を遮断し、第２の光ブロックユニットは、第２の選択された入射角区間における光線を遮断し、前記第２の発光要素から受け取った光を遮断する、請求項１１に記載の照明デバイス。
【請求項１３】
前記光ブロッカは、前記光入力面に衝突する光線の入射角区間が、前記光入力面上の光の入射位置に対して変化するように、前記光ブロッカによって遮断される入射角区間を変化させる、請求項１１に記載の照明デバイス。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明デバイスを含む照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光散乱及び／又は反射粒子が埋め込まれたライトガイドと、複数の発光要素と、光角度選択モジュールとを含む照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を内部で伝播し、その表面からの光の方向を転換し出力させることができるライトガイドシート又はプレートに結合される光源を含む照明デバイスは、棚、インテリアパネル、サイン及びポスターといった面を照明するように提供される。
【０００３】
このような照明デバイスに使用する１つのライトガイドは、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から販売されるＡＣＲＹＬＩＴＥ（登録商標）Ｅｎｄｌｉｇｈｔｅｎシートである。これは、光拡散粒子が埋め込まれた光伝導アクリル材料シートを含む。アクリルシートは、その端面を介して、光源からの光を受け入れる。端面から、光は、内部反射によってシート内を伝播する。シート内に埋め込まれている光拡散粒子は、移動光の少なくとも一部がシートの表面から出て、シートにその照明特性を与えるように当該移動光の方向を転換する。
【０００４】
このようなライトガイドの各位置における輝度は、ライトガイド内の光損失に起因して、当該位置に到着するために光が移動又は伝播しなければならない距離に依存する。これは、１つ以上の光源が位置付けられているライトガイドの端は、光源からより離れた領域よりも明るいという結果となる。更に、光がその中で様々な距離を移動する、例えば不規則な形状及び三角形のライトガイドは、不均一に点灯するという結果にもなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記に鑑み、本発明の関心事項は、より均一な照明を有する、例えばライトガイドから出力される光の輝度が背景技術のセクションにおいて説明されたライトガイドから出力される光よりもより均質である、又は、ライトガイドから出力される光の輝度が完全に若しくはほぼ完全に均質である、照明デバイスを提供することである。本発明の別の関連する関心事項は、選択された位置におけるライトガイドから出力される光の量が所望通りに適応される照明デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の関心事項及び他の関心事項のうちの少なくとも１つに取り組むために、独立請求項に係る照明デバイスが提供される。好適な実施形態は、従属請求項によって規定される。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、埋め込まれた光散乱及び／又は反射粒子と、光入力面に衝突する光をライトガイド内へと入力する当該光入力面とを含む当該ライトガイドと、第１の発光要素と、少なくとも第２の発光要素と、を含み、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素によってそれぞれ放射される光の少なくとも一部が、光入力面に衝突し、照明デバイスは、第１の発光要素によって放射される光線について、光入力面に衝突する光線の入射角が、第１の角度区間内にあり、少なくとも第２の発光要素によって放射される光線について、光入力面に衝突する光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成され、第１の角度区間と第２の角度区間とは異なる、又は、実質的に異なる、照明デバイスが提供される。
【０００８】
例えば、照明デバイスは、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素によってそれぞれ放射される光を受け取り、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素によってそれぞれ放射される光の少なくとも一部が光入力面に衝突するように、光を出力する光角度選択モジュールを含む。光角度選択モジュールは、第１の発光要素によって放射される光線について、光入力面に衝突する光線の入射角が、第１の角度区間内にあり、少なくとも第２の発光要素によって放射される光線について、光入力面に衝突する光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成される。
【０００９】
或いは又は任意選択的に、上記の光角度選択機能は、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素内にそれぞれ提供されてもよい。つまり、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素はそれぞれ、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素によってそれぞれ放射される光の少なくとも一部が光入力面に衝突するように、また、第１の発光要素によって放射される光線について、光入力面に衝突する光線の入射角が、第１の角度区間内にあり、少なくとも第２の発光要素によって放射される光線について、光入力面に衝突する光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成され、第１の角度区間と第２の角度区間とは異なる、又は、大幅に異なる。
【００１０】
以下の説明では、本発明の実施形態は、照明デバイスが上記されたような光角度選択モジュールを含む場合を参照して説明される。しかし、当然ながら、以下に説明される本発明の実施形態はすべて、照明デバイスにおける上記されたような光角度選択機能が、第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素にそれぞれ提供されている、即ち、別個の光角度選択ユニットによってではなくこれらの発光要素に提供されている場合にも対応して適応される。
【００１１】
本明細書において言及される「入射角」との用語は、光入力面に入射する光線と、光線の入射点における光入力面に垂直な線、即ち、光線の入射点における光入力面の面法線との間の角度を表す。
【００１２】
一実施形態では、光角度選択モジュールは、第１の発光要素によって放射される光線について、少なくとも１つの平面に対して光入力面に衝突する光線の入射角が、第１の角度区間内にあり、少なくとも第２の発光要素によって放射される光線について、当該少なくとも１つの平面に対して光入力面に衝突する光線の入射角が、第２の角度区間内にあるように構成され、当該少なくとも１つの平面は、光入力面の面法線及び光入力面の面法線に直交する方向によって画定される。例えば、ライトガイド内へと入力される光は、１つの方向においてのみコリメートされる。
【００１３】
第１の角度区間と第２の角度区間とは、例えば部分的に重なっていてもよい。例えば第１の角度区間は、第２の角度区間の副区間であってもよく、その反対であってもよい。第１及び／又は第２の角度区間のそれぞれにおける角度は、各角度区間の端点に対応する最大の大きさ及び最小の大きさを有する。
【００１４】
第１の発光要素によって放射される光線と少なくとも第２の発光要素によって放射される光線とがそれぞれ、異なる入射角区間内で、ライトガイドの光入力面に入射することによって、ライトガイドから出力される光の速度は、第１及び少なくとも第２の発光要素のそれぞれからの光に対して、異なる。光ビーム内の光線の入射角の平均の大きさが小さいほど、光は、ライトガイドからゆっくりと出力される。この点は、以下により詳細に説明される。
【００１５】
ライトガイドの光入力面における第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素からの光ビームの入射角区間の適切な選択によって、例えばライトガイドの光出力面に亘る出力光の所望の空間的均一性を達成するように、ライトガイドからの光の出力が促進される又は可能にされる。
【００１６】
例えばライトガイドの光出力面を介するライトガイドからの均一な照明出力を達成するためには、ライトガイドから出力される光の速度が重要である。ライトガイドから光が出力される速度は、光がライトガイド内を移動又は伝播する必要のある距離に依存する。例えば、入力された光が到達するためにライトガイド内で比較的長い距離を移動しなければならない位置では、光は、ライトガイドからの均一な光出力を達成するためには、低速で出力される。同様に、入力された光が到達するためにライトガイド内で比較的短い距離を移動しなければならない位置では、光は、ライトガイドからの均一な光出力を達成するためには、より速い速度で出力される。本発明は、入力された光がライトガイドから出力される速度及び程度を、ライトガイドの光入力面における第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素からの光ビームの入射角区間を適切に選択することによって、適応させる手段を容易にする又は可能にする。本発明は、出力点によって異なる速度及び程度でライトガイドからの出力光を容易にする又は可能にする。
【００１７】
また、ライトガイドの光入力面における第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素からの光ビームの入射角区間を適切に選択することによって、ライトガイドから出力される光の均一性を同様に又は更には同じとしたまま、ライトガイド内へと入力される光の強度を増加させることが可能である。
【００１８】
本発明に係る照明デバイスは、光散乱及び／若しくは反射粒子、要素並びに／又は構造体が埋め込まれたライトガイドを含む。ライトガイドは、ライトガイド内へと入力された光の伝播を、全反射（ＴＩＲ）によって可能にする。ライトガイドは、光がその中を伝播可能な材料を含む。材料は透明材料であることが好適である。本明細書において言及される「透明」との用語は、光を散乱させることなく、光散乱及び／又は反射粒子が埋め込まれた材料内を通過させる物理的特性である。様々な実施形態では、ライトガイドは、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ガラス及び／又はシリコンゴムから選択される材料を含む。ＰＭＭＡは、時に、アクリルガラスとも呼ばれる。ライトガイドは、これらの材料のうちの２つ以上を含んでもよい。例えばライトガイドは、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ガラス及び／又はシリコンゴムを含んでもよい。
【００１９】
ライトガイドは、プレート、ロッド又はファイバといった様々な形を有してよい。ライトガイドは、実質的に規則正しい又は不規則な形状であってよい。ライトガイドの外面の少なくとも一部が滑らかである。別の例では、ライトガイドの外面の少なくとも一部は凸凹である。即ち、滑らかではない。ライトガイドの外面を、少なくともその一部が凸凹であるように構成することは、一般に、ライトガイドから光出力を増加させることが必要である場合にのみ望まれる。ライトガイドの外面の選択された部分を凸凹であるように構成することによって、ライトガイドから出力される光の均一性の増加が達成される。ライトガイドは、矩形、三角形又は円形の形状を有してもよい。
【００２０】
ライトガイドは、材料に埋め込まれた光散乱及び／又は反射粒子を含む。
【００２１】
発光要素は、基本的に、光を生成し放射できる任意の種類の要素であってよい。例えば発光要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。照明デバイスからダイナミックな色光出力を可能とするために、ＲＧＢのＬＥＤを使用することが有利である。照明デバイス内の複数の、即ち、２つ以上の発光要素は、同じタイプであっても異なるタイプであってもよい。
【００２２】
発光要素は、使用時に発光する。ライトガイドは、少なくとも２つの発光要素からの光を、少なくとも１つの光入力面を通して受け取る。少なくとも１つの光入力面から、光は、ライトガイド内を全反射によって伝播する。ライトガイドに埋め込まれた光散乱及び／又は反射粒子は、ライトガイド内を伝播する光の方向を、当該光の少なくとも一部がライトガイドの表面、例えば光出力面から出て、これにより、ライトガイドにその照明特性を与えるように転換する。
【００２３】
光角度選択モジュールは、多くの様々な方法で、ライトガイドの光入力面に入力される第１の発光要素及び少なくとも第２の発光要素からの光の入射角区間に違いを与える。例えば第１の発光要素から放射される光の光線の方向は、コリメーションによって、ライトガイドの光入力面の面法線に対しより平行となるように転換される。任意選択的に又は或いは、特定の入射角を有する光線がライトガイドに入らないように遮断又は阻止される。
【００２４】
一実施形態では、角度選択モジュールは、第１の角度区間における角度に対する角度の最大の大きさが、第２の角度区間における角度に対する角度の最大の大きさよりも大きいように、又は、その反対も同様に、構成される。これは、例えば、第１の発光要素から放射される光及び第２の発光要素から放射される光を異なる度合いにコリメートすることによって達成される。
【００２５】
したがって、一実施形態において、光角度選択モジュールは、光入力面に衝突する第１の発光要素からの光及び光入力面に衝突する少なくとも第２の発光要素からの光が異なる度合いのコリメーションを有するように、第１の発光要素及び／又は少なくとも第２の発光要素からそれぞれ受け取られる光をコリメートするコリメータを含む。
【００２６】
光をコリメートすることによって、ライトガイドの光入力面に衝突する光ビーム内の光線のうち大きい割合が、小さい入射角を有する。つまり、ライトガイドの光入力面の面法線に対して光ビーム内の光線の角度の平均の大きさが減少される。コリメーションの度合いが高いほど、ライトガイドの光入力面の面法線に対して光ビーム内の光線の角度の平均の大きさが小さく、したがって、ライトガイドから光はゆっくりと出力される。このコンテキストにおいて、ライトガイドから光が「ゆっくり」と出力されるとは、例えば光入力面である光が入力された場所からのライトガイド内の距離の関数としてライトガイドから出力される光の量が、比較的小さいことを意味する。このようなライトガイドからの光のゆっくりとした出力によって、ライトガイド内の光は、ライトガイド内へと入力された後に素早くライトガイドから出力又は漏れ出ることがないので、ライトガイド内の比較的奥まで移動することができる。
【００２７】
コリメータは、発光要素のうちの一方から受け取った光のみをコリメートしても、或いは、両方の発光要素から受け取った光を異なる程度にコリメートしてもよい。
【００２８】
一実施形態では、少なくとも１つのコリメータは、少なくとも２つのコリメータユニットを含み、第１のコリメータユニットは、第１の発光要素から受け取った光をコリメートし、第２のコリメータユニットは、少なくとも第２の発光要素から受け取った光をコリメートする。第１及び第２のコリメータユニットは更に、光入力面に衝突する第１の発光要素からの光と、光入力面に衝突する少なくとも第２の発光要素からの光とが異なる度合いのコリメーションを有するように構成される。
【００２９】
別の実施形態では、少なくとも１つのコリメータは、光入力面に衝突する光のコリメーションの度合いが、少なくとも１つのコリメータ上の光の入射位置に対して変化するように、その結果、光入力面上の光の入射位置に対して変化するように、少なくとも１つのコリメータによって受け取られる光のコリメーションの度合いを変化させる。
【００３０】
コリメータ及びコリメータユニットのうちの少なくとも１つは、平らなコリメータを含む。平らなコリメータの例としては、米国特許出願公開第２０１１／０９６５７０Ａ１号、第２０１１／０８５３３２Ａ１号及び第２０１１／０６３８５５Ａ１号に説明される平らなコリメートＬＥＤ導波管が挙げられる。このような平らなコリメータは、光をコリメートする実質的に平らな導波管を含む。平らなコリメータは、例えば、コリメート角を有する反射面を使用することによって、光を第１の方向にコリメートし、反射面と実質的に垂直な溝付き面を使用することによって、光を、第１の方向に垂直である第２の方向にコリメートする。本発明に係る照明デバイスは、例えば、異なる角度が付けられた反射面を有することによって、及び／又は、溝が異なるように配置されている溝付き面を有することによって、異なる度合いにコリメートされた光を出力する２つ以上のこのような平らなコリメータを含んでもよい。平らなコリメータを使用することの利点は、ライトガイド及びコリメータがすべて実質的に平らとなるように配置され、更には、同じ厚さを有するように構成される点である。この点は、照明デバイスの製造を容易にし、ライトガイド内への光のより効率的な入力を提供することによってその機能を向上させ、照明デバイスの美的外観を高める。
【００３１】
或いは又は任意選択的に、コリメーションは、当技術分野において知られている他の手段及び／又は方法によって達成されてもよい。コリメーションデバイス及び方法の例としては、例えばレンズであるコリメート反射器及び屈折器、フレネルレンズの使用といった回折方法が挙げられる。
【００３２】
一実施形態では、光角度選択モジュールは、第１の角度区間における角度に対する角度の最小の大きさが、第２の角度区間における角度に対する角度の最小の大きさよりも大きいように、又は、その反対も同様に、構成される。これは、例えば、特定の入射角区間内の光線が、ライトガイド内へと入力されることを阻止することによって達成される。ライトガイド内への光線の阻止は、例えば、発光要素のうちの１つからの光ビームを、光学ブロックといった光ブロッカで遮断することによって達成される。
【００３３】
したがって、光角度選択モジュールは、第１の発光要素及び／又は第２の発光要素から受け取られ、少なくとも１つの選択された角度区間内の入射角を有する光線を遮断する少なくとも１つの光ブロッカを含む。
【００３４】
一例では、光ブロッカは、小さい入射角を有する光線が、ライトガイド内へと入力されることを阻止する。したがって、大きい入射角を有する光線のみが、光ブロッカを通過し、ライトガイド内へと入力されることが可能である。結果として得られる入力光ビームは、大きい入射角を有する光線の割合が大きいので、ライトガイド内へ短い距離しか伝播しないか、又は、ライトガイド内を短い距離を移動し、ライトガイドから比較的速く出力される。光は、ライトガイド内を、全反射（ＴＩＲ）によって移動するので、ライトガイド内を光が伝搬した距離、即ち、光の入力点又は位置から、光がライトガイドから出力される位置又は場所までの距離は、光がライトガイドから出力されるまでライトガイド内を移動する全距離に比べて、比較的小さい。したがって、小さい入射角を有する光線を遮断するこのような光ブロッカは、ライトガイド内を奥まで伝播しないことが望まれる光を達成するのに適している。代替例では、大きい入射角の区間内の光線がライトガイド内へと入力されることを阻止する光ブロッカが使用される。大きい角度を有する光線を遮断するこのような光ブロッカは、ライトガイド内を奥まで伝播することが望まれる光を配置するのに適している。
【００３５】
光ブロッカは、発光要素のうちの一方から受け取った光のみを遮断しても、或いは、両方の発光要素から受け取った光を異なる程度に遮断してもよい。
【００３６】
一実施形態では、光ブロッカは、少なくとも２つの光ブロックユニットを含み、第１の光ブロックユニットは、第１の選択された入射角区間における光線を遮断し、第１の発光要素から受け取った光を遮断し、第２の光ブロックユニットは、第２の選択された入射角区間における光線を遮断し、第２の発光要素から受け取った光を遮断する。光ブロックユニットは更に、光入力面に衝突する第１の発光要素からの光線と、光入力面に衝突する少なくとも第２の発光要素からの光線とが、異なる入射角区間内にあるように構成される。
【００３７】
別の実施形態では、少なくとも１つの光ブロッカは、光入力面に衝突する光線の入射角区間が、光入力面上の光の入射位置に対して変化するように、少なくとも１つの光ブロッカによって遮断される入射角区間を変化させる。このような実施形態では、２つ以上の発光要素からの光を遮断するために、遮断される光線の角度区間に推移を提供する単一の光ブロッカが使用されてもよい。
【００３８】
代替実施形態では、照明デバイスの２つ以上の発光要素からの光は、様々な方法を使用することによって、異なる入射角区間を有するようにされる。例えば、照明デバイスの第１の発光要素から放射された光ビームは、コリメータによってコリメートされる一方で、同じ照明デバイスの第２の発光要素から放射された光ビームは、光ブロッカを使用することによって、特定の角度の光線から取り除かれる。
【００３９】
本発明に係る照明デバイスは、棚、インテリアパネル、断面の薄いサイン又はポスターパネル等を照明するために使用される。照明デバイスは、住居といった空間の一般照明に使用される消費者照明器具といった照明器具内に含まれることが有利である。
【００４０】
本発明の第２の態様によれば、本発明に係る照明デバイスを含む照明器具が提供される。
【００４１】
本発明の更なる目的及び利点は、例示的な実施形態によって以下に説明される。
【００４２】
なお、本発明は、請求項に記載される特徴のあらゆる可能な組み合わせに関する。本発明の更なる特徴及び利点は、添付の請求項及び以下の説明を検討することによって明らかとなろう。当業者であれば、本発明の様々な特徴を組み合わせて、以下に説明される実施形態以外の実施形態を作成可能であることは認識できよう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明の例示的な実施形態は、添付図面を参照して以下に説明される。
【００４４】
【図１ａ】図１ａは、本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の一実施形態に係る照明デバイスを概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の動作原理を概略的に示す。
【図３ａ】図３ａは、少なくとも１つのコリメータを含む本発明に係る照明デバイスの一実施形態を概略的に示す。
【図３ｂ】図３ｂは、少なくとも１つのコリメータを含む本発明に係る照明デバイスの一実施形態を概略的に示す。
【図４】図４は、光学ブロックを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスの側面図を概略的に示す。
【図５】図５は、光学ブロックを含む本発明の一実施形態に係る照明デバイスの一実施形態を概略的に示す。
【００４５】
図面に示されているように、様々な要素のサイズは、例示を目的として拡大されており、したがって、本発明の実施形態の一般的な構造を示すために提供されている。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、本発明の例示的な実施形態が示される添付図面を参照して、以下により詳細に説明される。しかし、本発明は、多くの異なる形で具現化され、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が当業者に本発明の範囲を伝えるように、例として提供されている。また、同様の参照符号は、全体に亘り、同一又は同様の要素又はコンポーネントを指している。
【００４７】
図１ａは、出力光１１を生成する照明デバイス１を概略的に示す。照明デバイス１は、複数の発光要素６ａ、６ｂ、６ｃ、複数の光角度選択モジュール７ａ、７ｂ、７ｃ及びライトガイド２を含む。光角度選択モジュール７ａ、７ｂ、７ｃは、発光要素６ａ、６ｂ、６ｃからの入力光ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃを、ライトガイド２内へと入力する。ライトガイド２は、入力光ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃを受け取り、それを出力光１１として出力する。入力光ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃの入射角区間は、光角度選択モジュール７ａ、７ｂ、７ｃによって、対応する発光要素６ａ、６ｂ、６ｃからの光に対して、当該光がライトガイド２内へと入力する際に、異なるようにされている。入射角は、光入力面３に入射する光線と、当該光線の入射点における光入力面３と直角な線、即ち、当該光線の入射点における光入力面３の面法線との間の角度を表す。図示される例では、第１の発光要素６ａからの入力光ビーム１０ａの入射角の最大の大きさは、第２及び第３の発光要素６ｂ、６ｃからの入力光ビーム１０ｂ、１０ｃの入射角の最大の大きさよりも小さい。つまり、各入力光ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける光線の入射角の平均の大きさは、異なるようにされている。
【００４８】
図１ｂは、図１ａに示される照明デバイス１を、図１ａにおける視野とは異なる側面から概略的に示し、発光要素は参照符号６によって示され、光角度選択モジュールは参照符号７によって示されている。
【００４９】
発光要素６、６ａ、６ｂ、６ｃは、基本的に、光を生成し放射できる任意の種類の要素であってよい。例えば発光要素６、６ａ、６ｂ、６ｃは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。照明デバイス１からダイナミックな色光出力を可能とするために、ＲＧＢのＬＥＤを使用することが有利である。本発明に係る照明デバイス１内の複数の、即ち、２つ以上の発光要素６、６ａ、６ｂ、６ｃは、同じタイプであっても異なるタイプであってもよい。
【００５０】
図１ａ及び図１ｂでは、ライトガイド２は、光入力面３を通り又はそれを介して入力光１０を受け取り、光出力面４を通り又はそれを介して光を出力する導波管を含む。図１ａ及び図１ｂに示されるように、好適な実施形態では、ライトガイド２は、実質的にプレート状であり、その端に沿った端面と、上面及び底面とを有する。上面と底面とは平行である。光入力面３は、端面のうちの少なくとも１つの端面上に配置され、上面及び底面と直角をなす。光出力面４は、上面及び底面に配置される。代替的に、ライトガイド２は、様々な他の態様で構成されてもよい。例えばライトガイド２は、湾曲した上面及び底面を有する湾曲構造を有しても、よりロッド状の形状を有しても、三角形であっても、円形であっても、任意の他の規則的若しくは不規則な形状を有してもよい。代替案では、光出力面４は、上面又は底面上に配置される。
【００５１】
ライトガイド２は、ライトガイド内へと入力された光の伝播を、全反射（ＴＩＲ）によって可能にする。ライトガイドは、光がその中を伝播可能な材料を含む。材料は透明材料であることが好適である。この材料の例としては、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ガラス及びシリコンゴムといった透明アクリル材料が挙げられる。
【００５２】
光散乱及び／又は反射粒子５が、導波管内に埋め込まれる。これらの粒子５は、出力光１１として光の出力を可能にする。光散乱及び／又は反射粒子５は、当該粒子に衝突する光ビームの方向を転換し、また、光ビームの少なくとも一部の方向を、ＴＩＲの臨界角よりも小さい入射角で、光出力面４に向けて転換し、これにより、光ビームはライトガイド２の光出力面４から出力される。
【００５３】
光角度選択モジュール７ａ、７ｂ、７ｃは、発光要素６ａ、６ｂ、６ｃによって放射された光を受け取る。光角度選択モジュールは更に、出力光の少なくとも一部が、ライトガイド２の光入力面３内へと入力されるように、光を出力する。
【００５４】
光角度選択モジュール７ａ、７ｂ、７ｃは更に、入射角の特定の区間内にある光線のみがライトガイド２内へと入力されるように、発光要素６ａ、６ｂ、６ｃから放射された光の光線を選択又は適応させる。
【００５５】
様々な入力光ビーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃの入射角区間の変動は、光がライトガイド２から出力される方法の調節を可能にする。この原理は、図２に概略的に示される。図２は、光源６ａ、６ｂから生じる２つの例示的な光線１１０ａ、１１０ｂを示す。光入力面３は実質的に平らであるので、光入力面の各点における面法線は、ほぼ同じである。光入力面３の面法線の一例は、点線として示される。光線１１０ａは、面法線に関して小角度αａで、即ち、小さい入射角で、ライトガイド２内へと入力される。光線１１０ｂは、より大きい入射角αｂで、ライトガイド２内へと入力される。光線１１０ａ及び１１０ｂは、ライトガイド２内を、全反射（ＴＩＲ）によって、移動する。図２に示されるシナリオでは、両方の光線１１０ａ、１１０ｂが、ライトガイド２内で移動した総距離は、実質的に同じである。しかし、光線１１０ａは、光線１１０ｂよりもライトガイド２のより奥まで伝播している。光線１１０ｂは、光線１１０ａの入射角αａよりも大きい入射角αｂを有し、ライトガイド２内でより多くの反射が生じ、したがって、光線１１０ａほどにはライトガイド２内の奥まで伝播しないが、図２に示されるこのシナリオにおける光線１１０ａ及び１１０ｂは、ライトガイド２内で実質的に同じ距離を移動する。
【００５６】
ライトガイド２から出力される光の量は、ライトガイド２内の移動及び伝播の距離の関数である。したがって、大きい入射角αｂを有する光線１１０ｂは、小さい入射角αａを有する光線１１０ａよりも速くライトガイド２から出力される。小さい入射角αａを有する光線１１０ａは、より遅く出力されるので、出力される前に、ライトガイド２のより奥まで伝播することができる。したがって、大きい入射角αを有する光線の割合が高い光ビームは、小さい入射角αを有する光線の割合が高い光ビームよりも速くライトガイド２から出力される。
【００５７】
光ビームの入射角区間を調節する１つの方法は、コリメーションの使用によるものである。図１ａでは、発光要素６ａから放射される入力光ビーム１０ａは、発光要素６ｃから放射される入力光ビーム１０ｃよりも高い度合にコリメートされている。光がコリメートされるほど、小さい入射角αを有する光線の割合が大きくなる。したがって、よりコリメートされた光が、あまりコリメートされない光よりも、より高い度合で、ライトガイド内の奥まで伝播する。図１ａに例示されるように、発光要素６ａから放射された光ビーム１０ａは、したがって、発光要素６ｃから放射された入力光ビーム１０ｃよりも、ライトガイド２内の奥まで伝播する。入力光１０ａは更に、入力光１０ｂよりもゆっくりと、したがって、あまり強くなく、ライトガイド２から出力される。これを補正するために、よりコリメートされた光ビーム１０ａの強度が増加される。光のコリメーションは、ライトガイドの光入力端において明るい光の点が登場するリスクを少なくして、入力光ビーム１０の強度を増加させることを可能にする。
【００５８】
入力光ビーム１０のコリメーションを変化させることによって、光がライトガイド２内を、光入力面３から、出力されるまで移動する距離を調節することができる。つまり、コリメーションの度合いは、光がライトガイドプレート２内を伝播する距離を変化させるために使用される。光はコリメートされるほど、ライトガイド２内をより奥まで移動し、光出力面４からよりゆっくりと出力される。つまり、光はコリメートされるほど、ライトガイド２内をより奥まで移動し、光出力効率は低下する。これは、例えば、光入力面３からの光の移動又は伝播距離が様々である形状を有するライトガイド２から均一な照明出力を達成するために使用される。図１ａは、三角形であるライトガイド２を有する上記したような照明デバイス１を示す。図１ａにおいて、ライトガイド２の実質的に全長に亘って出力されるために、光がライトガイド２内を移動しなければならない、Ｌ１によって概略的に示される距離は、三角形の底辺における発光要素６ａから放射される入力光ビーム１０ａの方が、それぞれ、三角形の中間及び上部において発光要素６ｂ及び６ｃから放射される入力光ビーム１０ｂ及び１０ｃよりも長い。入力光ビーム１０ａが最もコリメートされるように、入力光ビーム１０ｂがあまりコリメートされないように、入力光ビーム１０ｃが最もコリメートされないようにすることによって、三角形の最も長い辺（Ｌ１によって示される）における光は、三角形の中間（Ｌ２によって示される）及び上部（Ｌ３によって示される）における光よりも、ライトガイド２内の奥まで移動する。光は、コリメーションによって、長い底辺を含む三角形の３つ全ての位置において、長さＬに亘って均一に出力される。これにより、均一な出力光１１が達成される。よりコリメートされた光の光出力の度合いの低さは、対応する大きさによって、よりコリメートされた入力光ビーム１０の強度を増加させることによって、相殺される。したがって、更に、入力光ビーム１０ａが最も強くなるように、入力光ビーム１０ｂがあまり強くないように、入力光ビーム１０ｃが最も強くないようにすることによって、出力光１１は、より一層、均一となる。
【００５９】
当業者は、三角形、又は、そうでなければ不規則な形状のライトガイド２の均一な出力照明は、以下に開示される光ブロックユニット８といった別のタイプの光選択モジュール８を使用することによっても、対応して構成されることを認識する。
【００６０】
図３ａは、２つの発光要素６ａ、６ｂとライトガイド２とを含む本発明に係る照明デバイス１の概略的な実施形態を示す。ライトガイド２は、光散乱及び／又は反射粒子５を含み、発光要素６ａ、６ｂから、光入力面３を通して又はそれを介して、入力光１０を受け取る。照明デバイス１は更に、対応する発光要素６ａ、６ｂからの光ビーム１０ａ、１０ｂを、当該光がライトガイド２内へと光入力面３を介して入力される前にコリメートする２つのコリメータ７ａ、７ｂを含む。コリメータ７ａ、７ｂは、発光要素６ａ、６ｂからの光を、当該光が光入力面３の面法線とより平行になるように、即ち、当該光が、光入力面３の面法線に実質的に直交する方向によりコリメートされるように、反射する。これにより、これらの光線の平均入射角αは減少される。コリメータ７ａは、光の方向を、面法線に向けてより大きい度合で転換することによって、コリメータ７ｂよりも高い度合で光をコリメートする。
【００６１】
図３ｂは、同様の実施形態を示すが、発光要素６ａ、６ｂから放射される光の異なるコリメーションを提供するために、単一のコリメータ７が使用される。単一のコリメータ７は、２つの発光要素６ａ、６ｂからの入力光ビーム１０ａ、１０ｂの方向を、方向転換角度の滑らかな推移を介して、異なるように転換する。これによって、発光要素６ｂによって放射された入力光ビーム１０ｂから発光要素６ａによって放射された入力光ビーム１０ａまで行く際に、コリメーションの度合いにおける滑らかな推移が達成される。
【００６２】
当然ながら、本発明に係る照明デバイス１には、図３ａ及び図３ｂに示されるよりも、より大きい数の発光要素６及び／又はコリメータ７が使用されてもよい。更に、当然ながら、コリメーションの度合いは、ライトガイド２の光入力面３に沿って徐々に増加又は減少される必要はない。ライトガイド２が不規則な形状を有する場合、又は、ライトガイド２に沿って異なる光出力を所望される別の理由がある場合、様々な度合いのコリメーションを提供する１つ以上のコリメータ７が、適宜、ライトガイド２に沿って配置されてよい。この点は、様々な度合いのコリメーションが、反射器、屈折器、光学ブロック、又は、フレネルレンズといった回折方法といったコリメータ以外の他のコリメーション調節要素によって達成される実施形態についても言えることである。
【００６３】
様々な発光要素６からの入力光ビーム１０の入射角区間の変動は、代替実施形態では、特定の入射角αにおいて移動する光が、例えば光学ブロックといった光ブロッカを使用することによって、ライトガイド内へと入力されることを阻止することによって達成される。図４は、光ブロックユニット８の形の光角度選択モジュールが、発光要素６の前に配置されている一例を示す。光ブロックユニット８は、小さい入射角αの区間内の光線が、ライトガイド内へと入力されることを阻止する。大きい入射角αを有する光線のみが、光ブロックユニット８を通過し、したがって、ライトガイド２内へと入力されることが可能である。結果として得られる入力光ビーム１０は、大きい入射角αを有する光線の割合が大きいので、ライトガイド２内で短い距離を伝播する。したがって、このような光ブロックユニット８は、ライトガイド２内の奥まで伝播しないことが望まれる光について、低い度合のコリメーションを有する光を提供するのに適している。
【００６４】
２つ以上の発光要素６から放射される光の入射角の様々な区間を達成するために、１つの光ブロックユニット８が、発光要素６のうちの一方の（他方ではない）発光要素からの光が遮断されるように使用される。或いは、図５に示されるように、２つ以上の光ブロックユニット８、即ち、各発光要素に対し１つの光ブロックユニットが使用されてもよい。この場合、光学ブロック８は、各光ブロックユニット８が、例えば異なるサイズであることによって、入射角αの区間が異なる光線が遮断されるように構成される。別の実施形態では、単一の光ブロックユニット８が、様々な発光要素６からの光を異なるように遮断するように使用される。このような単一の光ブロックユニット８は、例えば大きい入射角の区間の光線が光ブロックユニット８の第１の端において遮断され、小さい入射角の区間の光線が光ブロックユニット８の第２の端において遮断されるように、滑らかなサイズ推移を有することによって、推移する遮断の度合いを提供する。
【００６５】
結論として、光散乱及び／又は反射粒子が埋め込まれたライトガイドと、第１の発光要素と、第２の発光要素とを含む照明デバイスが開示される。照明デバイスは、第１の発光要素によって放射される光線については、ライトガイド内へと入力される当該光線の入射角が、第１の角度区間内であり、第２の発光要素によって放射される光線については、ライトガイド内へと入力される当該光線の入射角が、第２の角度区間内であるように構成され、第１の角度区間と第２の角度区間とは異なる。選択された位置においてライトガイドから出力される光の量が、例えば均一な照明を与えるために、所望通りに適応される照明デバイスが提供される。
【００６６】
本発明は、添付図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、当該例示及び説明は、例示的であって限定的に解釈されるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形態様も、図面、開示内容及び添付の請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者には理解されかつ実施可能である。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定しているものと解釈されるべきではない。
【図１ａ】
2015528634.tif 000003
【図１ｂ】
2015528634.tif 000004
【図２】
2015528634.tif 000005
【図３ａ】
2015528634.tif 000006
【図３ｂ】
2015528634.tif 000007
【図４】
2015528634.tif 000008
【図５】
2015528634.tif 000009
【国際調査報告】
2015528634.tif 000010
2015528634.tif 000011
2015528634.tif 000012
2015528634.tif 000013
2015528634.tif 000014