(57)【要約】  −０．７乃至−１．３の範囲の円錐定数を有する反射円錐中心セクション１２と、反射円錐中心セクションから半径方向に延在する反射楕円面の環状アレイ１４、１４’であって、各反射楕円面は、第２の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点１６とを形成する、当該環状アレイ１４、１４’とを含む反射要素１０を含む照明デバイスが開示される。当該照明デバイスは更に、反射楕円面のそれぞれの第２の焦点に置かれ、反射楕円面に向けて発光する固体照明要素２０、２０’と、反射円錐中心セクションの反対側の射出窓３０とを含む。当該照明デバイスを含む照明器具も開示される。
2016514885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−０．７乃至−１．３の範囲の円錐定数を有する反射円錐中心セクションと、前記反射円錐中心セクションから半径方向に延在する反射楕円面の環状アレイであって、各反射楕円面は、前記反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点と、第２の焦点とを形成する、前記環状アレイと、を含む反射要素と、
前記反射楕円面のそれぞれの前記第２の焦点に置かれ、前記反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、
前記反射円錐中心セクションの反対側の射出窓と、
を含む、照明デバイス。
【請求項２】
前記反射円錐中心セクションは、凸面を有する、請求項１に記載の照明デバイス。
【請求項３】
前記反射円錐中心セクションは、−１の円錐定数を有する放物体である、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
【請求項４】
前記第２の焦点における前記固体照明要素は、環状担体上に配置される、請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項５】
前記環状アレイは、楕円体のアレイであり、各楕円体は、
前記反射楕円面と、
前記反射楕円面とは反対側の更なる反射楕円面と、
を含み、
前記更なる反射楕円面は、前記反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点と、第２の焦点とを形成し、
前記照明デバイスは更に、前記更なる反射楕円面のそれぞれの前記第２の焦点に置かれ、前記更なる反射楕円面に向けて発光する固体照明要素を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項６】
前記反射楕円面の前記第２の焦点における前記固体照明要素は、少なくとも１つの第１の担体上に配置され、前記更なる反射楕円面の前記第２の焦点における前記固体照明要素は、少なくとも１つの第２の担体上に配置される、請求項５に記載の照明デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の担体と前記少なくとも１つの第２の担体とは、ヒートシンクによって離されている、請求項６に記載の照明デバイス。
【請求項８】
前記楕円体は、前記反射円錐中心セクションの対称軸に垂直な平面に対し角度が付けられている、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】
前記反射要素は更に、前記平面に対し角度が付けられている更なる楕円体の環状アレイを含み、前記楕円体及び前記更なる楕円体は、前記平面の両側にあり、各更なる楕円体は、
前記反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点と、第２の焦点とを形成する第１の反射楕円面と、
前記第１の反射楕円面とは反対側の第２の反射楕円面と、
を含み、
前記第２の反射楕円面は、前記反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点と、第２の焦点とを形成し、
前記照明デバイスは更に、
前記第１の反射楕円面のそれぞれの前記第２の焦点に置かれ、前記第１の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、
前記第２の反射楕円面のそれぞれの前記第２の焦点に置かれ、前記第２の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、
を含む、請求項８に記載の照明デバイス。
【請求項１０】
前記第１の焦点の少なくとも幾つかは、前記反射円錐中心セクションの内側において一致する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１１】
前記第１の焦点の少なくとも幾つかは、前記反射円錐中心セクションの焦点と一致する、請求項１０に記載の照明デバイス。
【請求項１２】
前記固体照明要素は、異なる色点を有する固体照明要素を含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１３】
前記固体照明要素は、複数の白色光固体照明要素と、複数の赤色光固体照明要素とを含む、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１４】
スポット電球である、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明デバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至１４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、第１の焦点及び第２の焦点をそれぞれが作る反射楕円面のアレイと、各反射楕円面の第２の焦点に置かれ、反射楕円面に向けて発光する固体照明要素とを含む照明デバイスに関する。
【０００２】
本発明は更に、そのような照明デバイスを含む照明器具に関する。
【背景技術】
【０００３】
人口の増加に伴い、世界のエネルギー需要を満たすだけでなく、地球温暖化現象の原因と考えられている温室効果ガス排出を制限するために、炭素排出を制御することもますます困難となってきている。これらの懸念事項は、エネルギー消費量を削減する試みとして、より効率的なエネルギー消費への動きをもたらしている。
【０００４】
１つの関心領域は、家庭環境又は商業的環境における照明応用である。エネルギー効率が悪いことで知られている従来の白熱電球を、よりエネルギー効率のよい代替品に交換する明らかな傾向がある。実際に、多くの管轄において、白熱電球の生産及び小売が法的に禁止され、これにより、消費者は、例えば白熱電球を交換する際に、エネルギー効率の良い代替案を購入することが余儀なくされている。
【０００５】
特に将来性のある代替品は、白熱電球の何分の１かのエネルギー費用で単位発光出力を生成できる固体照明（ＳＳＬ）デバイスによって提供されている。このようなＳＳＬ要素の一例は、発光ダイオードである。
【０００６】
ＳＳＬ要素ベースの照明デバイスの欠点は、個々のＳＳＬ要素の発光出力が、例えば白熱、タングステン、ハロゲン又は蛍光電球よりもかなり低いため、必要な発光出力レベルを得るには、１つの電球内に複数のＳＳＬ要素を含まなければならない点である。
【０００７】
しかし、例えば電球であるデバイスのフットプリントは、ＧＵ１０又はＭＲ１６型電球といった１つのデバイス内にＳＳＬ要素を組み込むことができる数の制限要素となる。更に、このようなＳＳＬ要素ベースの照明デバイスを用いてフォーカス又はコリメートされたビーム角を生成することは非常に難しい。これは、ＳＳＬ要素が、広角に亘って出力を生成する傾向があるからである。この点は、ＳＳＬ要素ベースの照明デバイスによって生成される光の知覚品質を低下させてしまう。
【０００８】
冒頭段落による照明デバイスは、米国特許第８，０８３，３７９Ｂ２号から知られており、このデバイスでは、複数のＬＥＤが、楕円面鏡の対応する第２の焦点に取り付けられている。楕円面鏡の第１の焦点は、コリメートされた光を楕円面鏡のアレイにおける中心アパーチャを通り抜けるように方向転換する更なる凹面鏡内で一致する。このデバイスの欠点は、楕円面鏡内にアパーチャが形成されなくてはならない点である。この点は、照明デバイスの複雑さと費用を増加させてしまう。また、このデバイスのデザインは、デザインにおけるＬＥＤの数の増加を容易にせず、これにより、当該照明デバイスの光度は、特定の応用領域については不十分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、コリメート光出力を生成できる費用効率がより高い照明デバイスを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は更に、そのような照明デバイスを含む照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、−０．７乃至−１．３の範囲の円錐定数を有する反射円錐中心セクションと、反射円錐中心セクションから半径方向に延在する反射楕円面の環状アレイであって、各反射楕円面は、第２の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点とを形成する、当該環状アレイとを含む反射要素と、反射楕円面のそれぞれの第２の焦点に置かれ、反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、反射円錐中心セクションの反対側の射出窓とを含む照明デバイスが提供される。
【００１２】
本発明の発明者は、楕円面が、当該楕円面の第１の焦点を含む反射円錐中心セクションから半径方向に延在している反射要素を提供することによって、射出窓が、反射要素とは反対側に設けられ、これにより、照明デバイスの製造が単純化され、その製造費が削減されることを認識している。更に、反射円錐中心セクションの円錐定数を、−０．７乃至−１．３の範囲で選択することによって、コリメーションの度合い、即ち、照明デバイスのビーム角が円錐定数の選択によって制御されるコリメートされた出力が生成される。なお、円錐定数は、シュワルツシルト（Schwarzschild）定数としても知られている。
【００１３】
反射円錐中心セクションは、通常、凸面を有し、また、好適な実施形態では、−１の円錐定数を有する放物体である。反射楕円面の放射状のアレイと、放物体の反射円錐中心セクションとの組み合わせは、特に優れたコリメーション、即ち、特に小さいビーム角を有する照明デバイスをもたらすことが分かっている。
【００１４】
一実施形態では、第２の焦点における固体照明要素は、環状担体上に配置される。これは、固体照明要素の環状アレイの各反射楕円面の第１の焦点との優れた位置合わせを容易にする。
【００１５】
環状アレイは、楕円体のアレイであってもよく、各楕円体は、反射楕円面と、反射楕円面とは反対側の更なる反射楕円面とを含み、更なる反射楕円面は、第２の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点とを形成する。照明デバイスは更に、更なる反射楕円面のそれぞれの第２の焦点に置かれ、更なる反射楕円面に向けて発光する固体照明要素を含む。これは、より多くの固体照明要素を、照明デバイスに組み込むことができ、これにより、照明デバイスの発光出力の強度を向上させるという利点を有する。
【００１６】
反射楕円面の第２の焦点における固体照明要素は、少なくとも１つの第１の担体上に配置され、更なる反射楕円面の第２の焦点における固体照明要素は、少なくとも１つの第２の担体上に配置されてよい。反射楕円面に面している固体照明要素と更なる反射楕円面に面している固体照明要素とに、例えばプリント回路基板である異なる担体を使用することによって、担体を別個にかつ独立して製造することができる。これは、照明デバイスの製造の複雑さを軽減する。
【００１７】
一実施形態では、少なくとも１つの第１の担体と少なくとも１つの第２の担体とは、ヒートシンクによって離されている。これにより、固体照明要素によって生成された熱の散逸が向上される。したがって、過熱の危険性なく照明デバイスにおける高密度の固体照明要素を容易とする。これは、照明デバイスの発光出力の強度を更に向上させる。
【００１８】
楕円体は、反射円錐中心セクションの対称軸に垂直な平面に対し角度が付けられていてよい。
【００１９】
一実施形態では、反射要素は更に、平面に対し角度が付けられている更なる楕円体の環状アレイを含み、楕円体及び更なる楕円体は、平面の両側にあり、各更なる楕円体は、第２の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点とを形成する第１の反射楕円面と、当該第１の反射楕円面とは反対側の第２の反射楕円面とを含み、第２の反射楕円面は、第２の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第１の焦点とを形成する。照明デバイスは更に、第１の反射楕円面のそれぞれの第２の焦点に置かれ、第１の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、第２の反射楕円面のそれぞれの第２の焦点に置かれ、第２の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素とを含む。これは、照明デバイスが、優れた強度の発光出力を生成することを実現する。
【００２０】
好適には、第１の焦点の少なくとも幾つかは、照明デバイスの発光出力の均一性を向上させるために、反射円錐中心セクションの内側において一致する。より好適には、第１の焦点の少なくとも幾つかは、反射円錐中心セクションの焦点と一致する。
【００２１】
一実施形態において、固体照明要素は、異なる色点を有する固体照明要素を含む。これは、照明デバイスの色点を正確に調整するために使用できる。というのは、反射要素によって、照明デバイスの様々な個体照明要素の発光出力の優れた混合が実現されるからである。
【００２２】
一実施形態において、固体照明要素は、複数の白色光固体照明要素と、複数の赤色光固体照明要素とを含む。これは、高い演色評価数（ＣＲＩ）を有する照明デバイスを促進し、また、照明デバイスによって、離れた赤色スポットといった目立つ色分離が生成されないようにする。
【００２３】
照明デバイスは、有利には、スポット電球であってよい。
【００２４】
本発明の別の態様によれば、本発明の一実施形態による照明デバイスを含む照明器具が提供される。当該照明器具は、例えば照明デバイスのホルダであっても、照明デバイスが組み込まれる装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の実施形態が、添付図面を参照して、より詳細にかつ非限定的な例として説明される。
【００２６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による照明デバイスを概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による照明デバイスの光学モデルを概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の様々な実施形態による照明デバイスの発光分布パターンを概略的に示す。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの光学モデルを概略的に示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による照明デバイスの別の態様を概略的に示す。
【図８】図８は、本発明の一実施形態による照明デバイスの更に別の態様を概略的に示す。
【図９】図９は、本発明の更なる実施形態による照明デバイスを概略的に示す。
【図１０】図１０は、本発明の更に別の実施形態による照明デバイスを概略的に示す。
【図１１】図１１は、本発明の更に別の実施形態による照明デバイスを概略的に示す。
【図１２】図１２は、本発明の更に別の実施形態による照明デバイスを概略的に示す。
【図１３】図１３は、本発明による照明デバイスを製造する方法の一態様を概略的に示す。
【図１４】図１４は、本発明による照明デバイスを製造する方法の一実施形態に従って製造される照明デバイスの部分を概略的に示す。
【図１５】図１５は、本発明の一実施形態による照明デバイスの光学モデルを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
当然ながら、図面は、概略に過ぎず、縮尺通りではない。更に、当然ながら、同じ参照符号は、図面全体に亘って、同一又は同様の部分を示すために使用される。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。照明デバイスは、−０．７乃至−１．３の範囲の円錐定数を有する凸状の反射円錐中心セクション１２を含む反射要素１０を含む。シュワルツシルト（Schwarzschild）定数としても知られる円錐定数は、円錐中心セクション１２の離心率を規定する。円錐定数は、ｘｙ平面において、次式によって表現される。
ｙ２−２Ｒｘ＋（Ｋ＋１）ｘ２＝０
ここで、Ｒは、ｘ＝０における曲率半径であり、Ｋは、円錐定数である。
【００２９】
反射要素１０は更に、反射円錐中心セクション１２から半径方向に延在する反射楕円面のアレイを含む。図１には、反射円錐中心セクション１２から、それぞれ半径方向外側に延在する第１の反射楕円面１４及び第２の反射楕円面１４’が示されている。反射円錐中心セクション１２と各反射楕円面１４、１４’とは、個々に、例えば光学等級の銀又はアルミニウムといった反射コーティングによって覆われたポリカーボネートといったポリマー材料である任意の適切な反射材料によって実現される。ポリマー材料は、複合ポリマー材料であってもよい。例えば複合ポリマー材料は、材料の熱的特性を向上させる（例えば材料の熱膨張係数を減少させる）ために、最大２０重量％のガラスファイバを含む。具体的には、ポリマー材料は、最大２０重量％のガラスファイバを任意選択的に含むポリカーボネートであってよい。
【００３０】
反射楕円面１４、１４’は、各反射楕円面１４、１４’が、反射円錐中心セクション１２の内側に第１の焦点を、反射円錐中心セクション１２の外側に第２の焦点を形成するように、反射円錐中心セクション１２に対して配置される。
【００３１】
一実施形態では、各反射楕円面１４、１４’の第１の焦点の少なくとも幾つかは、反射円錐中心セクション１２内の点１６に一致する。一実施形態では、点１６は、反射円錐中心セクション１２の焦点である。好適には、各反射楕円面１４、１４’のすべての第１の焦点が、反射円錐中心セクション１２の焦点１６に一致する。
【００３２】
単一の担体２２又は複数の対応する担体２２、２２’に取り付けられる各固体照明（ＳＳＬ）要素２０、２０’は、各反射楕円面１４、１４’の様々な第２の焦点に取り付けられ、各ＳＳＬ要素２０、２０’が、当該ＳＳＬ要素２０、２０’が取り付けられている第２の焦点に対応する反射楕円面に面しているように配置される。一実施形態では、ＳＳＬ要素２０、２０’は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００３３】
反射楕円面１４、１４’の楕円性と、これらの反射楕円面１４、１４’の各第２の焦点におけるＳＳＬ要素２０、２０’の取付けとによって、ＳＳＬ要素２０、２０’の発光出力は、反射楕円面１４、１４’によって、反射円錐中心セクション１２内にある反射楕円面１４、１４’の各第１の焦点に向けて方向転換される。これによって、ＳＳＬ要素２０、２０’の実質的にすべての発光出力が、確実に反射円錐中心セクション１２の凸面上へと方向転換される。つまり、反射要素１０は、第１の反射が反射楕円面１４、１４’によって提供され、第２の反射が反射円錐中心セクション１２によって提供される共焦点反射要素１０を形成する。
【００３４】
反射円錐中心セクション１２の−０．７乃至−１．３の範囲の円錐定数によって、反射円錐中心セクション１２によって高度にコリメートされた発光出力が生成される。これは、反射円錐中心セクション１２が、ＳＳＬ要素２０、２０’の発光出力を、照明デバイスの射出窓３０を通り抜けるように方向転換するからである。射出窓３０は、反射要素１０の反射円錐中心セクション１２の反対側に配置されている。これは、図２及び図３を参照してより詳細に説明される。
【００３５】
図２は、本発明の照明デバイスの光学モデルを示す。この光学モデルでは、反射要素１０は、凸状の円錐中心セクション１２を含み、そこから、反射楕円面１４のアレイが半径方向外側に、即ち、照明デバイスの外周に向かって延在している。これにより、花の形をした反射要素１０がもたらされる。前述の通り、ＳＳＬ要素２０は、各反射楕円面１４の各第２の焦点に取り付けられ、各反射楕円面１４の第１の焦点は、凸状の円錐中心セクション１２内にある。図２では、非限定的な例として、各第１の焦点が、前述の通り、円錐中心セクション１２の焦点であってもよい焦点１６に一致することが示されている。
【００３６】
反射要素１０の共焦点配置によって、ＳＳＬ要素２０、２０’によって生成される発光出力１２０が、照明デバイスを、高度にコリメートされて、即ち、図２に示されるｚ軸に実質的に平行に出ることが確実にされる。ｚ軸は、反射要素１０の凸状円錐中心セクション１２の対称軸である。一実施形態では、凸状円錐中心セクション１２は、放物体である。即ち、円錐定数−１を有し、発光出力１２０の特に高いコリメーションをもたらす。
【００３７】
図３は、反射要素１０の凸状円錐中心セクション１２の円錐定数Ｋの関数として、本発明の実施形態による照明デバイスのビームプロファイルを示す。円錐定数Ｋ＝−１．０、Ｋ＝−１．０７、Ｋ＝−１．１２及びＫ＝−１．２０をそれぞれ有する凸状円錐中心セクション１２を有する反射要素を含む照明デバイスの４つのビームプロファイルが示されている。−１の円錐定数を有する凸状円錐中心セクション１２は、放物体である一方で、−１よりも小さい円錐定数、例えばＫ＝−１．１２を有する凸状円錐中心セクション１２は、双曲面である。図３は、照明デバイスによって生成されるビーム形状、例えばビーム角は、凸状円錐中心セクション１２の適切な円錐定数を選択することによって制御可能であることを明確に示す。
【００３８】
図４は、本発明の照明デバイスの光学モデルを示す。この光学モデルでは、反射要素１０は、双曲面である、即ち、−１よりも小さい（即ち、より負の値の）円錐定数を有する凸状円錐中心セクション１２を含む。図４から、凸状円錐中心セクション１２の円錐定数を調整することによって、射出窓３０を出る照明デバイスの発光出力１２０の形状が制御できることが分かる。具体的には、双曲面形状を有する凸状の円錐中心セクション１２は、フォーカスされた発光出力１２０を形成するように使用される。円錐定数の変化を利用して、照明デバイスから様々な距離における発光出力１２０の焦点１２５が形成される。
【００３９】
図１に戻るに、照明デバイスのコリメートされた発光出力１２０の幅、即ち、照明デバイスによって生成された光ビームの幅が、各反射楕円面１４、１４’によって反射された入射光の円錐中心セクション１２の図１に「ｘ」とマーク付けされた横断面の幅によって制御されることも更に留意されたい。この横断面の幅を増減することによって、コリメートされた発光出力１２０の幅も、対応して増減される。したがって、この特性を利用して、様々なビーム幅を有する照明デバイスが形成される。
【００４０】
射出窓３０は、例えばガラス又は透明ポリマー材料である任意の適切な透明材料を含む。射出窓３０は、例えばマイクロレンズアレイといったビーム成形光学要素である任意の適切な光学要素を含む。一実施形態では、光学要素は、図１５に示されるように、照明デバイスのズーム効果を実現するように、Ｚ軸に沿って移動可能なレンズ１５０又はレンズ群である。つまり、出力光ビーム角は、Ｚ軸に沿って光学要素を移動させることによって変更できる。
【００４１】
一実施形態では、反射円錐中心セクション１２は、中空であってよい。この実施形態では、超小型照明デバイスを作り出すために、ＳＳＬ要素２０、２０’を駆動するドライバ回路４０が、反射円錐中心セクション１２の内側に配置される。これは、照明デバイスが、スポット電球といった電球である場合に特に有利である。このようなスポット電球の非限定的な例としては、Ｅ２７、ＭＲ１１、ＭＲ１６、ＧＵ１０、ＡＲ１１１、Ｐａｒ３０、Ｐａｒ３８、ＢＲ３０、ＢＲ４０、Ｒ２０、Ｒ５０等といったサイズが挙げられる。
【００４２】
凸状円錐中心セクション１２の表面における入射光の散乱を向上させるために、凸状円錐中心セクション１２は、粗面を有してもよい。
【００４３】
一実施形態では、様々なＳＳＬ要素２０、２０’は、例えば赤色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの混合、異なる色点を有する白色光ＬＥＤの混合等である様々な色の光出力を生成するＳＳＬ要素を含む。これは、照明デバイスの演色評価数（ＣＲＩ）及び赤色指数を高めるためには望ましい。共焦点反射要素１０は、様々な第２の焦点におけるＳＳＬ要素２０、２０’の発光出力の優れた混合を確実にすることが分かっており、これにより、射出窓３０を通って照明デバイスを出る場合に、これらの第２の焦点において生成された様々な色の光は、（略）完全に混合される。
【００４４】
例えば照明デバイスが、赤色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの組み合わせを含む場合、照明デバイスの発光出力１２０において、目立つ色分離、例えば離れたスポットは検出されない。或いは、暖色の白色ＬＥＤと寒色の白色ＬＥＤとの混合は、相関色温度（ＣＣＴ）調光を実現するように使用される。
【００４５】
図５は、円錐中心セクション１２から半径方向外側に延在する反射楕円面１４のアレイの各第２の焦点における様々なＳＳＬ要素が、例えば環状のプリント回路基板である単一の環状担体２２上に配置されている、本発明の一実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。この配置の具体的な利点は、環状配置が、熱分配及び放熱には非常に効率的な構成であり、したがって、高密度のＳＳＬ要素２０を、照明デバイスを熱し過ぎることなく使用できる点である。
【００４６】
図６は、円錐中心セクション１２から半径方向外側に延在する反射楕円面１４のアレイの各第２の焦点における様々なＳＳＬ要素が、例えば矩形のプリント回路基板である矩形担体の４つのストリップ２２上に配置されている、本発明の代替実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。これは、このような矩形担体は費用効果的に製造できるため、費用検討が重要である場合の有利な実施形態である。図６から分かるように、共焦点反射要素１０の全体の形は、そのような矩形担体と組み合わされることに適応するように調整されている。
【００４７】
図７は、本発明の一実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。この実施形態では、照明デバイスは、ガイド要素２２０を有するホルダ２００を含む。ホルダの中に、反射要素１０が取り付けられてよい。ガイド要素２２０は、図８におけるこの照明デバイスの横断面に示されるように、楕円面１４が、（環状）担体２２上で、ＳＳＬ要素２０と正確に位置合わせされることを確実にする。図８では、環状担体２２は、ＳＳＬ要素２０をそれぞれが担持する突起１２２のパターンを含む。各突起１２２は、隣接するガイド要素２２０間の間隙内に嵌り、これにより、ＳＳＬ要素２０の楕円面１４の第２の焦点における非常に正確な配置が確実にされる。つまり、突起１２２は、ＳＳＬ要素２０が、楕円面１４の第２の焦点と一致するように、楕円面１４を越えて突出する。このようにして、ＳＳＬ要素２０の第２の焦点との位置合わせが、完全に位置合わせされた状態からわずか０．２ｍｍの偏差の精度で達成される。
【００４８】
図９は、図１の照明デバイスに比べて発光出力１２０が増加されている本発明の別の実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。図９では、共焦点反射要素１０は、凸状円錐中心セクション１２から半径方向外側に延在する楕円体６０、６０’のアレイを含む。既に述べたように、凸状円錐中心セクション１２は、−０．７乃至−１．３の範囲の円錐定数を有する。各反射楕円体６０、６０’は、図１に示されるような反射楕円面１４、１４’だけでなく、反射楕円面１４、１４’の反対側に、更なる反射楕円面６４、６４’を含む。各更なる反射楕円面６４、６４’は、反射円錐中心セクション１２の内側に第１の焦点を、反射円錐中心セクション１２の外側に第２の焦点を形成する。
【００４９】
更なる反射楕円面６４、６４’の各第１の焦点は、反射円錐中心セクション１２の内側で一致してよい。一実施形態では、更なる反射楕円面６４、６４’は、反射円錐中心セクション１２の反対側の射出窓３０によって、互いから離されている。射出窓３０は、円形射出窓であってよい。
【００５０】
更なる固体照明要素２１、２１’が、各更なる反射楕円面の第２の焦点に置かれ、当該更なる反射楕円面６４、６４’に向けて発光する。つまり、更なる固体照明要素２１、２１’の発光面は、更なる反射楕円面６４、６４’に面している。各更なる固体照明要素２１、２１’は、図５及び図８に示されるように、例えば環状ＰＣＢである単一の担体２３上に取り付けられていてもよい。既に述べたように、更なる固体照明要素２１、２１’は、前述の通り、例えば赤色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ、様々な色温度の白色ＬＥＤ等である様々な色のＳＳＬ要素の混合を含んでよい。環状担体２２は、照明デバイスの放熱を更に向上させるためにヒートシンク（図示せず）によって更なる環状担体２３から離されていてもよい。
【００５１】
ＳＳＬ要素２０、２０’、２１及び２１’の１つ以上のドライバ回路が、例えば、前述の通り、中空の反射円錐中心セクション１２の内側、担体２２、２３と一体にされて、又は、反射楕円体６０、６０’のうちの１つ以上の反射楕円体の下に配置されて、任意の適切な場所に置かれてもよい。一番後の実施形態は、図９に示されている。図９では、非限定的な例として、反射楕円体６０、６０’の下に配置された２つのドライバ回路５０、５０’が示されている。当然ながら、照明デバイスは、例えば１つ以上のそのような回路といったように任意の適切な数のそのようなドライバ回路５０を含んでよい。
【００５２】
図９では、反射楕円体６０、６０’の位置は、照明デバイスのＸＹ平面６６に対する角度αによって更に規定される。疑義が生じるのを避けるために、ＸＹ平面は、反射円錐中心セクション１２の対称軸、即ち、図２に示されるＺ軸に垂直な平面である。角度αは、反射楕円面１４と更なる反射楕円面６４（又は反射楕円面１４’と更なる反射楕円面６４’）との間の中心平面６８と、ＸＹ平面６６との間の角度として規定される。
【００５３】
一実施形態（図示せず）では、α＝０°である。この場合、中心平面６８は、ＸＹ平面６６と一致する。或いは、α≠０°である。この場合、反射楕円体６０、６０’は、反射楕円面１４、１４’及び更なる反射楕円面６４、６４’の各第１の焦点が、反射円錐中心セクション１２の頂点の方向においてＺ軸に沿って並進されるように、ＸＹ平面６６から外れるように傾斜される。これは、発光出力１２０のビーム幅を効果的に減少させ、これは、例えば空間色分解を減少させ、したがって、照明デバイスの反射要素１０による色混合の知覚を向上させる。一実施形態では、角度αは、１乃至１０°の範囲において選択される。より高い角度も実現可能ではあるが、これらのより高い角度では、生成された光が担体２２、２３によって吸収されるため、照明デバイスの発光出力が減少されることが分かっている。
【００５４】
図１０は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。図１０に示される実施形態は、図９に示される実施形態と同一であり、その詳細な説明も、照明デバイスの発光出力１２０の均一性を更に向上させるために、射出窓３０が更に、マイクロレンズアレイの形式のビーム成形要素７０を含むことを除き、同じである。
【００５５】
図９及び図１０において、反射楕円面１４、１４’及び更なる反射楕円面６４、６４’は、反射楕円体６０、６０’の最も外側の点において、交わる。しかし、これは、非限定的な例に過ぎない。図１１は、本発明の更に別の実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。図１１に示される照明デバイスは、図９又は図１０に示される照明デバイスと同一であり、その詳細な説明も、更なる反射楕円面６４、６４’が反射楕円面１４、１４’と同じ外側の点にまで半径方向に延在しないこと、即ち、反射楕円面１４、１４’と更なる反射楕円面６４、６４’とは、反射楕円体６０、６０’の最も外側の点において交わらないことを除き、同じである。更なる反射楕円面６４、６４’は、当該更なる反射楕円面６４、６４’の最も外側の点が、反射楕円面１４、１４’の最も外側の点よりもｚ軸に近いという意味で、反射楕円面１４、１４’よりも小さい。
【００５６】
本発明の照明デバイスの反射要素１０の実施形態は、図６乃至図８における非限定的な例として示されるような反射楕円体６０、６０’の単一アレイに限定されない。図１２は、反射要素１０が、ＸＹ平面６６の上方にある反射楕円体６０、６０’のアレイと、ＸＹ平面６６の下方にある反射楕円体９０、９０’の更なるアレイとを含む、本発明の一実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。更なるアレイの各楕円体９０、９０’は、反射円錐中心セクション１２の内側の第１の焦点と、ＳＳＬ要素１０１、１０１’が置かれる第２の焦点とを形成する第１の反射楕円面９２、９２’を含む。更なるアレイの各楕円体９０、９０’は、追加的に、反射円錐中心セクション１２の内側の第１の焦点と、ＳＳＬ要素１０２、１０２’が置かれる第２の焦点とを形成する第１の反射楕円面とは反対側の第２の反射楕円面９４、９４’を含む。
【００５７】
既に述べたように、ＳＳＬ要素１０１、１０１’は、その発光出力を、それぞれ、第１の反射楕円面９２、９２’に向ける。即ち、ＳＳＬ要素１０１、１０１’は、その発光面が、第１の反射楕円面９２、９２’に面している。一方で、ＳＳＬ要素１０２、１０２’は、その発光出力を、それぞれ、第２の反射楕円面９４、９４’に向ける。即ち、ＳＳＬ要素１０２、１０２’は、その発光面が、第２の反射楕円面９４、９４’に面している。固体照明要素１０１、１０１’は、図５及び図８に示されるように、例えば環状ＰＣＢである単一の担体１０３上に取り付けられてよい。固体照明要素１０２、１０２’は、図５及び図８に示されるように、例えば環状ＰＣＢである別個の環状担体１０４上に取り付けられてよい。担体１０３、１０４は、担体の放熱を向上させるように、ヒートシンク（図示せず）によって離されていてよい。
【００５８】
既に述べたように、ＳＳＬ要素１０１、１０１’及びＳＳＬ要素１０２、１０２’は、例えば様々な色温度の白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ等の様々な色のＳＳＬ要素の混合を含んでもよい。例えば図７に示されるマイクロレンズアレイ７０といったビーム成形要素である更なる光学要素が、図９の照明デバイスに含まれてもよい。当然ながら、反射要素１０のデザインにおいて反射楕円体の数を増加すると、照明デバイスにおけるＳＳＬ要素の数を更に増加でき、これは、照明デバイスの発光出力１２０の強度を更に増加させ、より明るい照明デバイスが提供される。
【００５９】
疑義が生じるのを避けるために、図１では、本発明の照明デバイスの反射要素１０は、反射円錐中心セクション１２の内側に第１の焦点を生成する第１の反射面１４、１４’の環状アレイを有し、当該第１の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適であることに留意されたい。第１の反射面１４、１４’は更に、第１のグループのＳＳＬ要素２０、２０’が置かれる第２の焦点を生成する。
【００６０】
図９乃至図１１では、本発明の照明デバイスの反射要素１０は、第１の反射体６０、６０’の第１の環状アレイを有する。第１の反射体は、図１の反射要素１０の第１の反射面１４、１４’を含み、また更に、反射円錐中心セクション１２の内側に、第３の焦点を生成する第２の反射面６４、６４’を含み、当該第３の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適である。第２の反射面６４、６４’は更に、第２のグループのＳＳＬ要素２１、２１’が置かれる第４の焦点を生成する。
【００６１】
図１２では、本発明の照明デバイスの反射要素１０は、第１の反射体６０、６０’の第１の環状アレイを含み、また更に、第２の反射体９０、９０’の第２の環状アレイを含む。第２の反射体９０、９０’は、反射円錐中心セクション１２の内側に、第５の焦点を生成する第３の反射面９２、９２’を含み、当該第５の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適である。
【００６２】
第３の反射面９２、９２’は更に、第３のグループのＳＳＬ要素１０１、１０１’が置かれる第６の焦点を生成する。第２の反射体９０、９０’は更に、反射円錐中心セクション１２の内側に、第７の焦点を生成する第４の反射面９４、９４’を含み、当該第７の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適である。第４の反射面９４、９４’は更に、第４のグループのＳＳＬ要素１０２、１０２’が置かれる第８の焦点を生成する。
【００６３】
反射円錐中心セクション１２の内側の第１の焦点、第３の焦点、第５の焦点及び第７の焦点は、互いに一致するか、又は、少なくとも可能な限り小さい距離で互いから空間的に離れていることで、照明デバイスの色混合特性を最適化することが好適である。実用的である限り、反射円錐中心セクション１２の内側の第１の焦点、第３の焦点、第５の焦点及び第７の焦点は、例えば反射円錐中心セクション１２の焦点である焦点１６と一致するか、又は、焦点１６に可能な限り近くに置かれて、照明デバイスの発光出力１２０のコリメーションを最適化することが好適である。
【００６４】
一実施形態において、第１のグループのＳＳＬ要素２０、２０’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のＳＳＬ要素を含む。
【００６５】
一実施形態において、第２のグループのＳＳＬ要素２１、２１’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のＳＳＬ要素を含む。更に、第２のグループのＳＳＬ要素２１、２１’の色は、第１のグループのＳＳＬ要素２０、２０’の色と同じであっても異なっていてもよい。
【００６６】
一実施形態において、第３のグループのＳＳＬ要素１０１、１０１’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のＳＳＬ要素を含む。更に、第３のグループのＳＳＬ要素１０１、１０１’の色は、第２のグループのＳＳＬ要素２１、２１’の色と同じであっても異なっていてもよく、及び／又は、第１のグループのＳＳＬ要素２０、２０’の色と同じであっても異なっていてもよい。
【００６７】
一実施形態において、第４のグループのＳＳＬ要素１０２、１０２’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のＳＳＬ要素を含む。更に、第４のグループのＳＳＬ要素１０２、１０２’の色は、第３のグループのＳＳＬ要素１０１、１０１’の色と同じであっても異なっていてもよく、第２のグループのＳＳＬ要素２１、２１’の色と同じであっても異なっていてもよく、及び／又は、第１のグループのＳＳＬ要素２０、２０’の色と同じであっても異なっていてもよい。
【００６８】
反射要素１０は、任意の適切な方法で製造されてよい。特に適切な実施形態では、反射要素１０は、図１３に示されるように、以下の方法で形成されるモールドを使用して作られる。方法は、原材料の円柱スラブ３００の提供から開始してよい。円柱スラブには、例えば原材料をかき出すことによって、楕円面の放射パターン３１４が形成される。次に、反射円錐中心セクション３１２が、結果として得られる構造体の中心に配置され、結果として得られる構造体に固定（例えば付着）されて、モールド３２０が生成される。モールド３２０は、後続のシェリング処理において使用されて、反射要素１０が形成される。例えば前述したようにガラスファイバで任意選択的に補強されたポリカーボネートシェルを形成し、次に、反射材料を被覆することによって、反射要素１０がもたらされる。好適な材料は、約８７％の反射率を有する反射要素１０をもたらす光学等級のアルミニウムや、約９３％の反射率を有する反射要素１０をもたらす光学等級の銀を含む。
【００６９】
反射要素１０のより複雑な実施形態は、別個のモールドを使用して向い合せの反射面を別々に形成し、反射要素１０の最終構造体を形成するように別々に形成された向い合せの反射面を固定（例えば付着又は接着）することによって作られる。図１４に、このような別個のコンポーネントの非限定的な例が示される。図１４は、中心反射要素１２を含む反射要素１０の第１の部分１０’と、射出窓３０を含む反射要素１０の第２の部分１０’’とを示す。向かい合う部分１０’及び１０’’は組み合わされて、本発明の一実施形態による反射要素１０が形成される。
【００７０】
例えば第１の部分１０’は、図７に示されるようなホルダ２００内に置かれる。その後、第１の部分用の環状担体と、第２の部分１０’’用の環状担体とが、ホルダ２００内に置かれる。照明デバイスは、第２の部分１０’’を結果として得られる構造体に付着させることによって完成される。
【００７１】
本発明の実施形態による照明デバイスは、電球であってよく、より好適には、スポット電球である。本発明の実施形態による照明デバイスは、照明デバイスのホルダ（例えば天井灯取付け具）といった照明器具、又は、照明デバイスが組み込まれる装置（例えばレンジフード等）内に含まれることが有利である。
【００７２】
なお、上記実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲から離れることなく、多くの代替実施形態をデザインできるであろう。請求項において、括弧内に配置された任意の参照符号は、当該請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「含む」との用語は、請求項に記載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「ａ」又は「ａｎ」との用語は、当該要素が複数あることを排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を含むハードウェアによって実施される。幾つかの手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段の幾つかは、同じハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。幾つかの手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、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。
【図１】
2016514885.tif 000003
【図２】
2016514885.tif 000004
【図３】
2016514885.tif 000005
【図４】
2016514885.tif 000006
【図５】
2016514885.tif 000007
【図６】
2016514885.tif 000008
【図７】
2016514885.tif 000009
【図８】
2016514885.tif 000010
【図９】
2016514885.tif 000011
【図１０】
2016514885.tif 000012
【図１１】
2016514885.tif 000013
【図１２】
2016514885.tif 000014
【図１３】
2016514885.tif 000015
【図１５】
2016514885.tif 000016
【図１４】
2016514885.tif 000017
【国際調査報告】
2016514885.tif 000018
2016514885.tif 000019
2016514885.tif 000020