(57)【要約】  単一点状光源（１０８）、好ましくは、ＬＥＤと、前記光源に光学的に接続され、前記単一光源によって当初放出された光、例えば分布および方向、を制御するために専用の複数の光学的に機能的な互いに異なるセグメント（２０４、２０６、２０８、３０４、３０６、３０８）を画定する透過レンズ構造体（２０２、３０２）とを含む照明装置。対応する透過要素が提示される。
2018501629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
好ましくはＬＥＤである、単一点状の光源（１０８）と、
前記光源に光学的に接続され、単一の前記光源から分配され誘導される光を制御するために専用の複数の光学的に機能的な互いに異なるセグメント（２０４、２０６、２０８、３０４、３０６、３０８）を画定する透過レンズ構造体（２０２、３０２）と、を含む照明装置。
【請求項２】
前記セグメントが、形状、サイズ、体積、被覆、および光学的に機能的な構造的特徴部の量、密度、配置、サイズ、形状、または位置合せからなる群から選択された少なくとも１つの要因に関して異なる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つのセグメントが、表面レリーフ形態、表面レリーフパターン、表面レリーフ格子、回折格子、回折輪郭、レリーフ溝、レリーフ突起、傾斜レリーフ輪郭、ブレーズドレリーフ輪郭、対称レリーフ輪郭、非対称レリーフ輪郭、屈折輪郭、およびいくつかの屈折フレネル輪郭からなる群から選択された少なくとも１つの光学的に機能的な特徴部を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つのセグメントが、いくつかの埋め込まれた光学的に機能的な特徴部、任意選択で空洞部を含む、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つのセグメントが、光指向性管理、拡散、コリメーション、回折、着色、散乱、および分布制御からなる群から選択された少なくとも１つの光学的機能を確立するように構成される、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
非対称光分布を生成するように構成される、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記レンズ構造体が多層構造体である、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つのセグメントが、好ましくは入れ子になった溝または突起の湾曲機能表面特徴部、任意選択で、実質的に円形の特徴部を含む、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の複数の装置を含む照明器具ユニット（４０２）であって、好ましくは少なくとも部分的に共通なハウジングを備え、任意選択で外側カバーを含む、照明器具ユニット（４０２）。
【請求項１０】
単一点状の光源に少なくとも光学的に接続して、当該光源とともに照明装置を形成するための光学的透過性の要素（２０２、３０２）であって、前記要素が、単一の前記光源から分配され誘導された光を共同で制御するために、専用の複数の光学的に機能的な互いに異なるセグメント（２０４、２０６、２０８、３０４、３０６、３０８）を画定する、要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、イルミネーション（照明）および照明に関する。特に、しかしながら排他的でなく、本発明は、光源とレンズ構造体とを組み込んでいる照明（ライティング）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的に、電球、ＬＥＤ（発光ダイオード）などのような光源のためのレンズは、プラスチックまたはガラスなどの好適な材料からなる単純で対称的な要素として設計されている。図１は、ＬＥＤ１０８などの点状光源に関連する典型的なレンズを異なる角度から示す。不等角図１０２および上面図１０４から、最新のレンズ構造体の均一性を容易に確認することができる。さらに側面図１０６を参照すると、そのような平面レンズ（図示の場合）、凹レンズ、または凸レンズは、平らな表面を含むか、または、せいぜい、格子などの一定の光学的機能パターンを組み込むことができる。そのような解決策は、光透過、粗屈折、および光源保護目的に関して依然として比較的良好に役割を果たしながら開発し製作することが比較的簡単であったが、エネルギー効率、光パターン制御性、照明器具サイズなどに由来する、イルミネーションのために設定された最近の要件の発生の観点から、これらの単純な従来のレンズは明らかに次善となっており、新しい解決策が必要とされている。光学部品は、一見、ＬＥＤなどの実際の光源およびその様々なさらなる形態の開発よりも遅れているように見える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、先行技術に関連する前述の問題のうちの１つまたは複数を少なくとも緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、独立請求項の特徴によって達成することができる。
【０００５】
１つの態様では、本発明は、独立請求項１に記載の照明装置に関する。別の態様では、本発明は、請求項１０に記載の光学的透過要素に関する。
【０００６】
本発明の１つの実施形態によれば、照明装置は、単一の好ましくは点状光源、最も好ましくはＬＥＤと、前記光源に光学的に接続され、前記単一光源から分配され誘導される光を制御するために前記単一光源に専用の複数の光学的に機能的な互いに異なるセグメントを画定する透過レンズ構造体とを含む。
【０００７】
１つの他の実施形態によれば、好ましくは単一点状光源に少なくとも光学的に接続して、それとともに照明装置を形成するための光学的透過要素が、前記好ましくは単一光源から分配され誘導される光を共同で制御するために専用の複数の光学的に機能的で互いに異なるセグメント（２０４、２０６、２０８、３０４、３０６、３０８）を画定する。
【０００８】
装置は、照明デバイスパッケージ、例えば、ＬＥＤパッケージの少なくとも一部を確立することができる。光源およびレンズ構造体は、直接に、および／またはパッケージの中間要素（支持体、本体など）を介して一緒に統合することができる。光源は、例えば、ＬＥＤチップまたは「ダイ」を含むことができる。レンズは、実際のＬＥＤチップからある距離のところに配置することができる。代替として、それは、ＬＥＤダイと、任意選択で、関連する基板、配線、パッド、制御／ドライバエレクトロニクスなどのようなさらなる要素とを少なくとも部分的にカプセル化することができる。レンズ材料は、実施形態によっては、ＬＥＤチップに実質的に接触するか、またはガス状、流動性、流体、固体、またはゲルとすることができる中間材料の間隙によってＬＥＤチップから隔てられてもよい。
【０００９】
レンズは、実質的に平面または「平坦」とすることができる。代替として、レンズは、真の３Ｄ形状を持つこと、ならびにおそらくは非対称形状を有することができる。レンズは、１つまたは複数の材料、例えば、プラスチック、シリコーン、またはガラスを含むことができる。レンズは一体構造とすることができる。
【００１０】
セグメントは、構造的特徴部に関して異なっていてもよい。セグメントは、サイズと、形状と、パターン、任意選択で表面レリーフパターン、分離した形態／輪郭、および／または空洞光学系などの関連光学的機能特徴部とに関して、互いに異なる体積および／または表面区域を有することができる。セグメント間の実際の光学的機能もやはり変わることができる。多数のセグメントは、共通の基準に対して内部的におよび／または互いに対称であってもよく、または非対称であってもよい。セグメントは、互いに、隣接してもよく、重なってもよく、および／または入れ子の部分を含んでもよい。
【００１１】
レンズ構造体は、表面レリーフ形態がないいくつかのセグメントをさらに含むことができる。
【００１２】
異なるセグメントのパターンは、互いに異なるレリーフ形態、形態の整列、形態の規模／寸法、および／または形態の密度または周期を含むことができる。
【００１３】
レリーフ形態は、単一輪郭、接続された輪郭、組合せ、重複、またはハイブリッド輪郭、入れ子輪郭、溝、突起、傾斜輪郭、長方形輪郭、ブレーズド輪郭、ブレーズド格子輪郭、屈折フレネル輪郭、回折格子輪郭、対称輪郭、非対称輪郭、および／または屈折輪郭を規定することができる。
【００１４】
表面特徴部に加えてまたはその代わりに、いくつかの光学的特徴部がセグメントに埋め込まれてもよい。埋め込まれる光学的特徴部には、例えば、粒子、空気などのパターンおよび空洞部、またはレンズの隣接固体物質以外の異なる材料／物質の他のガス状、流動性、ゲル、または固体の、空洞部が含まれる。空洞部と（固体の）隣接レンズ材料との境界は、レンズ構造内に内部レリーフ形態を規定することができる。
【００１５】
レンズ構造体は、単一または任意選択で一緒に接合された多数の材料片からの単層レンズまたは多層レンズを規定することができる。物理的には、いくつかの異なる層が、最初に、設計され、異なる光学的特徴部を備え、次に、ラミネーションなどの好適な方法によって一緒に接合され得る。代替として、機能性多層構造体は、既に一体化している材料片またはさらに一体構造の材料片を異なる深さで処理して所望の層を得ることによって確立され得る。
【００１６】
表面パターン、表面形態、または埋込み特徴部などのセグメントおよび／または関連特徴部は、光管理、誘導、コリメーション、拡散、回折、着色（例えば白色光から）、および散乱からなる群から選択された少なくとも１つの機能を実装するように構成することができる。
【００１７】
前に論じた特徴部のサイズは、例えば、実施形態に応じて、サブミクロン、または１ミクロンもしくは数ミクロンの大きさの程度とすることができる。
【００１８】
レンズの所望の最小透過率は、実施形態に依存しており、目標波長を考慮して少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、８５％、９０％、またはさらに９５％とすることができる。なおまた、レンズは、光学的に透明（例えば９０％以上の大きさの程度の透過率）とすることができ、またはかなりの光散乱特性を伴う半透明とすることができる。レンズは、着色されてもよいし、または着色機能を有してもよい。光源は、白色光、および／または別の色／波長の光、例えば赤外光を放出することができる。したがって、可視および／または不可視光放出源を使用することができる。
【００１９】
本発明の有用性は、本発明の各々の特定の実施形態に応じて様々な要因から生じる。光学設計は、照明の分野においてますます重要になっている。本解決策は、新規な方法で世界的なニーズに対処している。ＬＥＤなどの単一点状光源から出力結合された光でさえ、本発明の実施形態によって正確に完全に制御され得る。新規なレンズ設計は、数あるオプションの中で光管理、光誘導もしくは指向性強化、コリメーティング、および拡散の目的のために異なる光学的特徴部を有する別個の区域を画定する多くの異なるセグメントを含むことができる。この単一光源に基づく解決策は、非対称のおよび全体的に好ましい光分布をイルミネーションに与えるのを可能にする。分布した光の均一性を制御することができる。大きい均一分布は、分布光を適切に制御するために各々がそれ自体の専用の／個々の（互いに全く独特な）レンズ構造体を有する複数の提案した照明装置を含むマルチＬＥＤ解決策によって構築することができる。マルチＬＥＤ解決策の装置は、適切な制御エレクトロニクスによって共同で制御されてもよい。
【００２０】
様々な他の利点は、以下の詳細な説明に基づいて当業者には明らかになるであろう。
【００２１】
「いくつかの」という表現は、本明細書では、１から始まる任意の正の整数、例えば、１、２、または３を参照する。
【００２２】
「複数の」という表現は、本明細書では、２から始まる任意の正の整数、例えば、２、３、または４を参照する。
【００２３】
「第１の」および「第２の」という用語は、順序、量、または重要度を意味するのではなく、ある要素を別の要素と区別するために使用される。
【００２４】
本発明の様々な実施形態が従属請求項に開示されている。
【００２５】
次に、本発明が、添付図面を参照しながらより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】先行技術による照明構成の一実施形態を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による照明装置の一実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａの実施形態のための表面設計オプション、関連パラメータ、および形状を示す図である。
【図３Ａ】本発明による照明装置の別の実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの実施形態のための表面設計オプション、関連パラメータ、および形状を示す図である。
【図４】各々が専用レンズ構造体を割り当てられている多数の光源をもつマルチＬＥＤ解決策の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
提案する光学的透過要素、例えば、レンズは、一般に、実質的に平面とすることができる、例えば、平面の／高さが低い円柱形状とすることができる。さらに、それは、湾曲していてもよく、または湾曲形状を含んでもよい。それは、実質的に円形の表面区域を、その１つの側、または２つの、おそらくは対向する側に画定することができる。少なくとも、それは、円形断面を有することができる。代替として、他の形状、例えば、断面および／または表面に関して長方形、三角形、六角形、または全体的に多角形の形状などの角張ったものが利用されてもよい。
【００２８】
セグメントは、レンズ表面に別個の（機能的に、構造的に、および／または視覚的に区別可能な）半円区域を画定する（または半円投影を有する）ことができる。代替として、セグメントは、隣接するセグメントもしくは環境との間の例えば（真っ直ぐな）線および／または曲線タイプの境界をもつ１／４円または何か他の形状の区域を画定することができる。セグメントは、レンズの少なくとも１つの他のセグメントに隣接する。
【００２９】
レンズは、ＬＥＤなどの単一点状光源に役立つように設計されるが、多くのＬＥＤ＋レンズの組合せを都合良く寄せ集めて、好ましくは共通ハウジングを有するより大きいイルミネーション器具を生成することができる。
【００３０】
図２Ａは、本発明の実施形態による照明装置の一実施形態を上面図／平面図によって示す。特に、透過要素（レンズ）２０２が図に示されている。光源はそれ自体本実施形態の本発明のコアを形成しないので、典型的には単一のＬＥＤのみの光源それ自体は図に示されていないが、例えば、ＬＥＤ１０８を組み込んでいる図１の略図１０６が適用可能であり、さらに、ここで、レンズ２０２に対する光源の粗位置決めに由来するもの、すなわち、レンズが、ＬＥＤに少なくとも光学的に接続され、その結果、ＬＥＤから放出される光は、レンズ２０２に入射し、レンズ２０２を通って伝播し、最後に、例えば、分布、方向、コリメーション、拡散などに関する所望の特性を伴って、レンズ２０２から放出されるかまたは「出力結合される。」したがって、レンズ２０２は、単一光源によって当初放出された光（例えば、分布および方向）を制御するように構成される。
【００３１】
本発明の実施形態によるレンズ構造体は任意選択で機能性被覆および／または薄膜を含むことができ、その機能は、光学的、保護性、掻き傷防止、耐湿度性（疎水性）であり得ることを、この時点に述べることは一般に注目に値する。
【００３２】
図２Ａに戻ると、実施形態は、光管理のための３つのセグメント２０４、２０６、２０８を含む。この例では、各セグメントは、概してまたはおおよそ、半円区域を画定し、各区域は、その上に異なる周期および輪郭の格子状溝を有する。セグメント２０４、２０６、２０８の表面（レリーフ）パターンは、レンズ表面全体の全体的または集合的な表面パターンを形成すると考えることができる。
【００３３】
セグメントの区域内では、レリーフ形態の周期およびパターン／輪郭は変化しないままである。例えば、設けられる溝は、数ミクロン、例えば、約９μｍ深さとすることができ、原点のまわりを回転し、それにより、セグメントの全体的形状に従うことができる。構成要素全体の直径は、約７０ｍｍとすることができる。
【００３４】
図２Ｂは、図２Ａの実施形態のそれぞれのセグメント２０４、２０６、２０８の区域１、２、および３の表面設計オプション、関連パラメータ、および形状を示す。溝周期は、約８ミクロンから約２０ミクロンにわたる。区域内の格子は連続である。
【００３５】
セグメント２０４の区域１は原点（例えば、レンズ表面の中心）から始まり、一方、セグメント２０６および２０８の区域２および３は、それらが原点から離れたところで始まるので原点から始まらない。レンズ２０２は、セグメント２０８とセグメント２０６、２０４との間に、光学的機能特徴部がない空き区域２１０を有することができる。代替として、参照番号２１０は、レンズ構造体２０２のくぼみ、空洞部、またはさらに貫通孔を参照することができる。
【００３６】
図３Ａは、本発明による照明装置の別の実施形態を上面図／平面図によって示す。透過要素（レンズ）３０２が図に示されている。
【００３７】
この実施形態は、光管理のための３つのセグメント３０４、３０６、３０８を含む。セグメント３０４、３０６、３０８の表面（レリーフ）パターンは、レンズ表面に全体的または集合的な表面パターンを形成すると考えることができる。一般に、溝は、図２Ａのものと同様にすることができる。
【００３８】
図３Ｂは、図３Ａの実施形態それぞれのセグメント３０４、３０６、３０８の区域１、２、および３の表面設計オプション、関連パラメータ、および形状を示す。溝周期は、約２９ミクロンから約６７ミクロンにわたる。区域内の格子は連続である。
【００３９】
セグメント３０４の区域１は原点（レンズ表面の中心）から始まり、一方、セグメント３０６および３０８の区域２および３は、それらが原点から離れたところで始まるので原点から始まらない。レンズ３０２は、セグメント２０８とセグメント２０６、２０４との間に、光学的機能特徴部がない空き区域３１０を有することができる。代替として、参照番号２１０は、レンズ構造体２０２のくぼみ、空洞部、またはさらに貫通孔を参照することができる。
【００４０】
図４は、共通ハウジング内に統合され得る上文で説明した多数の照明装置をもつマルチＬＥＤ解決策４０２の一実施形態を示し、各装置は、専用レンズ構造体４０４、４０６、４０８が割り当てられた専用光源を含む。レンズは、全体として、レンズマトリクスを確立することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０２  不等角図
１０４  上面図
１０６  側面図、略図
１０８  ＬＥＤ
２０２  透過要素、レンズ、レンズ構造体
２０４、２０６、２０８  セグメント
２１０  空き区域
３０２  透過要素、レンズ
３０４、３０６、３０８  セグメント
３１０  空き区域
４０２  マルチＬＥＤ解決策
４０４、４０６、４０８  専用レンズ構造体
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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