(57)【要約】本発明は、異なる波長を混合して全波長を均一に分布させた光パターンにする光学面を提供する。光学面（２００）は、少なくとも２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）に延び、２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）のいずれかで切った面（２００）の断面は、第３デカルト次元（Ｚ）で同一方向に延びる複数の第１突起（２０１）と、第３デカルト次元（Ｚ）で複数の第１突起（２０１）と逆の方向に延びる複数の第２突起（２０２）を特徴的に備える。複数の突起（２０１、２０２）は、光学面（２０２）から散乱する異なる波長を混合する収束及び発散光学形状を形成する。２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）は、第１及び第２突起（２０１、２０２）が逸脱部となるベース面（２０３）を画定し、逸脱部は、各突起（２０１、２０２）がデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）によって画定されるベース面（２０３）に沿った切断面によって分離される収束又は発散光学面として働く領域を示す。【選択図】図４ｂ
2016507764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）に延びる光学面（２００）であって、前記２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）のいずれかで切った該面（２００）の断面が、
第３デカルト次元（Ｚ）で同一方向に延びる複数の第１突起（２０１）と、
前記第３デカルト次元（Ｚ）で前記複数の第１突起（２０１）と逆の方向に延びる複数の第２突起（２０２）と
を含み、前記複数の突起（２０１、２０２）は、該光学面（２００）から散乱する異なる波長を混合するための収束及び発散光学形状を形成し、
前記２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）は、前記複数の第１突起（２０１）及び前記複数の第２突起（２０２）が逸脱部となるベース面（２０３）を画定し、前記逸脱部は、各突起（２０１、２０２）が前記２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）によって画定される前記ベース面（２０３）に沿った切断面によって分離されるような収束又は発散光学面として働く領域を示すことを特徴とする光学面。
【請求項２】
請求項１に記載の光学面（２００）において、前記突起（２０１、２０２）によって形成される面が、全てのデカルト次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で画定される光学面。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学面（２００）において、前記複数の第１突起（２０１）及び前記複数の第２突起（２０２）は、前記２つのデカルト基本次元（Ｘ、Ｙ）によって画定される前記ベース面（２０３）から実質的に同じ長さにわたって延びる光学面。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学面（２００）において、該光学面（２０２）は、前記第３デカルト次元（Ｚ）の両方向に事実上同数の突起（２０１、２０２）を示す光学面。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学面（２００）において、前記複数の第１突起（２０１）及び前記複数の第２突起（２０２）は、それぞれが３つの隣接する第１突起又は第２突起（２０１、２０２）それぞれを備えた群として配置される光学面。
【請求項６】
請求項７に記載の光学面（２００）において、前記突起（２０１、２０２）は、前記第３デカルト次元（Ｚ）で見た場合に円形、楕円形、又は多角形を有する光学面。
【請求項７】
請求項９に記載の光学面（２００）において、前記突起（２０１、２０２）は、前記第３デカルト次元（Ｚ）で見た場合に六角形を有する光学面。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学面（２００）において、該光学面（２００）は、前記第３デカルト次元（Ｚ）で厚さを有する光学面。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学面（２００）を備えたレンズ。
【請求項１０】
請求項９に記載のレンズにおいて、前記光学面（２００）は、該レンズの出射面であるレンズ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学面（２００）を備えたリフレクタ。
【請求項１２】
光学構成であって、
受光した放射線（１２０１）を反射及び散乱させるよう構成された反射面（１１３１）を備えたリフレクタ（１１３０）であって、前記反射面（１１３１）は、該反射面（１１３１）が少なくとも８０％の光学効率を有するようメタル化されるか又はポリアミド、ポリカーボネート、アクリルニトリル−ブタジエン−スチロール、ポリテトラフルオロエチレン、若しくは白色ポリカーボネートでできているリフレクタ（１１３０）と、
レンズ（１１２０）であって、
前記リフレクタ（１１３０）からの前記散乱放射線（１２０１）を集光するよう配置された光入射面（１１２１）、
側方ＴＩＲ面（１１２３）、及び
前記光入射面（１１２１）及び前記側方ＴＩＲ面（１１２３）によって屈折された放射線を集光して屈折放射線を前記レンズ（１１２０）から出射するよう構成された出射面（２００）
を備えたレンズ（１１２０）と
を備え、前記反射面（１１３１）は、前記ＴＩＲ面（１１２３）を通って逃げる迷光を前記レンズ（１１２０）へ反射及び屈折させ戻すために該レンズ（１１２０）の前記側方ＴＩＲ面（１１２３）に隣接する部分（１１３４）を有する光学構成において、
前記出射面（２００）は、請求項１に記載の光学面であることを特徴とする光学構成。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学構成において、前記反射面（１１３１）は、
前記放射線（１２０１）を受光し且つ第１平均内径を有する入射端（１１３２）と、
前記放射線を導き出し且つ前記反射面（１１３１）の前記入射端（１１３２）の前記第１平均内径よりも大きな第２平均内径を有する出射端（１１３３）と
を含む閉じたプロファイルとして構成され、
前記側方ＴＩＲ面（１１２３）に隣接する前記部分（１１３４）は、前記リフレクタ（１１３０）の前記出射端（１１３３）に配置される光学構成。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学構成において、前記レンズ（１１２０）の前記側方ＴＩＲ面（１１２３）に隣接する前記反射面（１１３１）の前記部分（１１３４）は、前記側方ＴＩＲ面（１２３）の形状に対応する形状を有する光学構成。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の光学構成において、前記反射面（１１３１）は、反射放射線の主方向に外向きに広がる光学構成。
【請求項１６】
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の光学構成において、前記反射面（１３１）の前記光学効率は、９４％〜９７％、特に９５％〜９６％である光学構成。
【請求項１７】
請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の光学構成において、前記部分（１１３４）は、前記側方ＴＩＲ面（１１２３）の長さの少なくとも半分を覆う光学構成。
【請求項１８】
光路を有する放射線（１２０１）を出射する人工光源を備えた照明装置であって、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の光学構成を特徴とし、リフレクタ（１１３０）が、前記放射線（１２０１）の前記光路に配置される照明装置。
【請求項１９】
スポットライトである請求項１８に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明に関する。特に、本発明は、均一な色分布の光パターンを作り出す装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード、すなわちＬＥＤは、照明装置の光源として人気が高まりつつある。最近のＬＥＤ技術の発展により、ダイオードの出力が根本的に改善され、それによって新たな応用分野が生まれている。実際には、ＬＥＤの使用は、従来の表示目的からより厳しい室内及び屋外照明装置へと拡大している。
【０００３】
光出力の改善から、新たにＬＥＤに関連した問題が明らかになった。ある特定の問題は、生じた光パターンにおける色分布である。色分布は、従来のＬＥＤでは問題と考えられていなかったが、その理由は光出力が比較的小さかったからである。しかしながら、光出力が大きい現代のＬＥＤでは、ＬＥＤが例えば室内照明での広い面積の照明に用いられるので、色分布が問題となる。この問題は、特定の周波数帯域に対して別個のＬＥＤを用いる場合に、重視される。例えば室内照明用途では、各原色につき１つのＬＥＤ、すなわち赤色、緑色、及び青色それぞれの３つのＬＥＤを用いるのが普通である。このような多重光源照明装置では、生じた光パターンで色が明確に区別可能であるのが普通であり、これは均一色の光を追求する際には望ましくない。
【０００４】
色分布に対処するために、様々な解決手段が提案されてきた。ＬＥＤ光源を有する照明装置の色分布に対処するための確立した解決手段は、ＬＥＤが発生させた異なる波長を混合して全波長を均一に分布させた光パターンにするよう処理した入射面を有する複数の特殊レンズの使用である。
【０００５】
別の解決手段は、所望の色パターンを生み出す光学面を開示している特許文献１によって提案されている。特許文献１による光学面は、レンズの平面状の出射面から延びる複数の膨らみを特徴的に備える。膨らみを用いて、レンズの出射面から屈折する光ビームを収束させることで、生じた色パターンを制御する。
【０００６】
特許文献１によって提案される光学面は、角度色分布パターンの制御に主に適しており、これは、ＬＥＤが発生させた異なる波長を混合して全波長を均一に分布させた光パターンにする問題に対処するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国出願公開第２０１１／００１８０１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、出射面又はその一部として用いた場合に、発生した異なる波長を混合して全波長を均一に分布させた光パターンにすることができる光学面を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、少なくとも２つのデカルト基本次元（Cartesian base dimensions）に延びる新規光学面を用いて達成される。上記２つのデカルト基本次元のいずれかで切ったこの面の断面は、第３デカルト次元で同一方向に延びる複数の第１突起を特徴的に備える。光学面の断面は、第３デカルト次元で複数の第１突起と逆の方向に延びる複数の第２突起も特徴的に備える。複数の突起は、光学面から散乱する異なる波長を混合するための収束及び発散光学形状を形成する。２つのデカルト基本次元は、複数の第１突起及び複数の第２突起が逸脱部（deviations）となるベース面を画定し、これらの逸脱部は、各突起が上記２つのデカルト基本次元によって画定されるベース面に沿った切断面によって分離されるような収束又は発散光学面として働く領域を示す。
【００１０】
より詳細には、本発明による光学面は、請求項１の特徴部分を特徴とする。
【００１１】
本発明の目的は、他方では、好ましくは出射面としてこのような光学面を有する新規のレンズ、リフレクタ、光学構成、又は照明装置により達成される。
【００１２】
本発明を用いてかなりの利益が得られる。平面形状からの収束及び発散逸脱部の両方が光学面に設けられるので、特定の波長を示す光ビームが効果的に混合され、全波長を均一に分布させた光パターンを生み出される。このような新規の光学面をレンズ又はリフレクタに設けることによって、単一光源における欠陥から生じるか又は異なる波長を発する複数の光源が発する異なる色が効果的に混合され、一様な（solid）光パターンを生み出す。
【００１３】
以下において、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による光学面を設けたレンズを特徴的に備える照明装置の断面図を示す。
【図２】交互の収束及び発散突起を特徴的に備える本発明の一実施形態による光学面の詳細上面図を示す。
【図３】数学的平面における図２の実施形態による収束及び発散突起の配置の概略等角図を示す。
【図４ａ】数学的平面における図２の実施形態による収束及び発散突起の配置の概略断面図を示す。
【図４ｂ】図４ａの配置を通過する光ビーム経路を示す。
【図５】３つ１組で交互に配置された図３および図４に示す収束及び発散突起を特徴的に備える本発明の第２実施形態による光学面の上面図を示す。
【図６】一手法によるベース平面の形成の概略図を示す。
【図７】円錐台形の反射面を有するリフレクタと平面状の出射面を有するレンズとを特徴的に備える本発明の実施形態による光学構成の断面図を示す。
【図８】円錐台形の入射面を有するリフレクタと円錐凹面状の出射面を有するレンズとを特徴的に備える本発明の別の実施形態による光学構成の断面図を示す。
【図９】段状の反射面を有する代替的なリフレクタ形状と平面状の出射面を有するレンズとの断面図を示す。
【図１０】放物面状の反射面を有する代替的なリフレクタ形状と円錐凹面状の出射面を有するレンズとの断面図を示す。
【図１１】図１０の２つの並列レンズ・リフレクタ構成を備えた光学構成の断面図を示す。
【図１２】リフレクタの隣接部分を短くした図８の光学構成の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書に記載する光学面２００を用いて、レンズ又はリフレクタから移行する（transiting）光ビームを散乱させることができる。これに関して、光学面は、光ビームを実質的に吸収せずに当該ビームを反射又は屈折させる面を指すことが意図される。これに関して、移行という用語は、放射線を反射又は屈折させるような放射線経路における干渉を指すことが意図される。図１は、ＬＥＤ（図示せず）等の人工光源が発生させた光ビーム１０１ａ、１０１ｂがレンズの入射面を通過し、したがって第１屈折を起こす例を示す。続いて反射光ビーム１０２ａ、１０２ｂは、混合波長を有する散乱光ビーム１０３を発生させるための新規の光学面２００が設けられている出射面を通ってレンズを出る。図１に示すレンズ例及び光学面の詳細に関する以下の説明を考慮すれば、このような光学面の各リフレクタでの応用を思い付くことができる。
【００１６】
図２は、交互の収束及び発散突起２０１、２０２を特徴的に備える光学面２００の詳細上面図を示す。収束突起２０１は、ベース面２０３から主放射方向へ突出するものであり、下向きに開いた曲線で示される。発散突起２０２は、ベース面２０３から主放射方向とは逆の方向に突出するものであり、上向きに開いた曲線で示される。図２からさらに明らかなように、突起２０１、２０２は、相互に重なることも同じ向きの隣接突起群を形成することもなく交互に並び、各突起２０１、２０２がベース面２０３の一部によって少なくとも部分的に分離されるようになっている。ベース面の一部による各突起の分離は、図３でより見やすくなっている。突起２０１、２０２は、高い平面から調べた場合に円形又は楕円形を有する。
【００１７】
ベース面２０３の概念は、図２の収束及び発散突起の配置の概略等角図を示す図３によって明示される。ベース面２０３は、ベース面２０３の基本次元Ｘ、Ｙを形成する２つのデカルト座標軸によって形成される数学的平面として見ることができる。ベース面２０３には、本明細書で後述する逸脱部が設けられており、得られる表面は平面状ではない。しかしながら、突起の逸脱の基準を説明することができるように、ベース面２０３という用語は、上記逸脱部の始点として用いられる。
【００１８】
とはいえ、ベース面２０３を湾曲させることにより（図示せず）、得られる光学面が湾曲し且つ相互に逆方向の突起を設けられるようにしてもよい。この点で、ベース面２０３は、２つの主要基本デカルト次元Ｘ、Ｙに主に延びる一方で第３デカルト次元Ｚに延びるものと定義することができる。主に延びるとは、ベース面２０３が第３デカルト次元Ｚに延びる大きさが２つの主要基本デカルト次元Ｘ、Ｙよりも実質的に小さいことを意味する。より詳細には、ベース面２０３の所与の部分における第３デカルト次元Ｚでの当該面の範囲は、２つの主要基本次元Ｘ、Ｙでの範囲の最大でも半分である。ベース面２０３に等しい範囲を有する同数の逆方向の突起２０１、２０２を設けた場合、ベース面２０３は、逆方向の突起２０１、２０２が相殺すれば得られる連続面と定義することができる。より詳細には、一方向に延びる各突起形状を逆方向に延びる対応の突起によって戻せば、得られる形状がベース面２０３を表すことになる。別の実施形態によれば、ベース面２０３には、収束及び発散突起の比が４０対６０又はその逆というように等しくない数の突起２０１、２０２が設けられる。したがって、収束及び発散突起の数の等しさは、光学的効果の損失なくわずかに調整することができる。
【００１９】
代替的な実施形態によれば、ベース面２０３は、図６によって示される突起２０１、２０２の半径の中心点を連続的につなぐ表面によって画定される。突起２０１、２０２は、中心点を有する半径によって画定される。図６では、上記中心点が破線でつながっている。破線の接続線がつながると、得られる表面は光学面のベース面２０３を示す。
【００２０】
図２及び図３に示す光学面は、光学面２００の概略断面図を示す図４ａ及び図４ｂによってさらに明確化される。より詳細には、図４ａ及び図４ｂの断面は、図３の第２基本方向Ｙに沿って切ったものである。これらの図から、ベース面２０３から逆方向に突出する収束及び発散突起の配置が分かり得る。図示の例では、ベース面２０３は平面状である。上述のように、ベース面２０３は、代替的に湾曲していてもよい（図示せず）。図４ａのベース面２０３から、すなわち第１基本次元Ｘから突出しているのは、第３デカルト次元Ｚで一方向に延びる複数の第１突起２０１であり、この方向は図４ａ及び図４ｂでは上向きである。複数の第１突起２０１は、第１基本方向Ｘにベース面２０３を占めるように図示されているが、複数の第１突起２０１は、図２で示すように第２基本方向Ｙにもベース面２０３を占める。第３デカルト次元Ｚで図４ａでは下向きである逆方向に延びる複数の第２突起２０２にもこれが当てはまる。図４ｂは、上向きに突出する突起２０１が光ビーム１０２を収束させる一方で、下向きに突出する突起２０２が光ビーム１０２を発散させることで、混合光パターン１０３が得られる様子を示す。
【００２１】
図２〜図４ｂに示す例では、ベース面２０３から逆方向に突出する突起２０１、２０２が、ある程度散発的に交互に配置される。しかしながら、一方向に延びるサブの複数の突起をまとめて図５によって示す構造を作ることが可能である。図示の例では、逆方向に延びる突起２０１、２０２が３つ１組で配置される。こうした配置では、各突起が、２つの同様の突起及び４つの逆方向の突起によって直接囲まれる。同様の突起をまとめることによって、得られる突起配置における繰り返しパターンを回避するというさらなる利益がある。光学面２００は、得られる光パターンにおける収差を回避するために同数の収束及び発散突起２０１、２０２を含むことが好ましい。
【００２２】
収束及び発散屈折又は収束及び発散反射によって所望の効果を達成することが可能な突起２０１、２０２には、様々な異なる仕様を設けることができる。所望の効果は、様々な異なるサイズのレンズ及び対応の突起によって達成することができる。例えば、直径２０ｍｍの光学面に、直径０．０１ｍｍ〜１．５ｍｍの突起を設けることができる。しかしながら、光学面の直径を１００ｍｍまで拡大した場合、突起の直径は約０．０１ｍｍ〜２ｍｍとなる。この点で、光学面及び突起の相互のサイズ差は大きく異なり得る。一般的には、混合効果を高めるよう突起をできる限り密集させて設けることが好ましい。それゆえ、２つの隣接突起間の距離は、突起の直径の２倍よりも小さいことが好ましい。突起の深さは、光学面の反射特性によって決まる。したがって、突起の深さは、ほぼ平面状から全反射の臨界角に対応する深さまでである。この深さを超えた場合、光ビームは望ましくない方向に反射して、所望の混合効果を達成できなくなるであろう。
【００２３】
上述の光学面２００は、成形プロセスで製造されることが好ましい。したがって、突起は、金型表面のレーザ加工によって作られる。
【００２４】
光学面２００は、光ビームを移行させる任意の構造に施すことができる。このような光学面の特定の用途は、レンズの出射面及びリフレクタの反射面である。装置における光学面の組み合わせに、本明細書に記載の突起を設けてもよいことにも留意されたい。例えば、連続して配置された２つのレンズを含むシステムにおいて、両方の出射面にこのような突起を設けてもよいのに対して、１つのＴＩＲ面、すなわち外側面又は側面のみに突起を設けてもよい。ＴＩＲ面、すなわち全反射面は、レンズの入射面をレンズの出射面に外向きに広がるように接続する。ＴＩＲ面の背景にある概念は、リフレクタから散乱して入射面に到達し反射する人工光ビームが、放射線エネルギー損失を最小化するようにＴＩＲ面によって効率的に反射されるというものである。したがって、レンズの側面にＴＩＲ面を用いることが有利である。代替的に、ＴＩＲ面は放物面状であってもよい。
【００２５】
実際には、光学面のいずれにこのような突起を設けてもよく、光学面は、光入射面、ＴＩＲ面、又は出射面であり得る。突起の形状が数学的形状に従う必要はなく、突起の断面形状を自由に彫刻されたいわゆる自由曲線とすることもできることにも留意されたい。
【００２６】
光学面は、同様に又は代替的にリフレクタの反射面とすることができる。
【００２７】
新規の光学面を用いて、ＬＥＤ等の単一の人工光源から、又は例えば原色毎の個々のＬＥＤを有する複合ＬＥＤ若しくはＬＥＤ群等の複数の人工光源から生じる波長を混合することができる。
【００２８】
代替的又は付加的に、光学面の一部のみにそのような色混合突起を設けてもよい。
【００２９】
次に、照明装置１１００において機能する光学構成の一部としての上記光学面２００を示す図７〜図１２を見る。
【００３０】
図７に示す第１実施形態によれば、照明装置１１００は、人工光源（図示せず）、リフレクタ１１３０、及びレンズ１１２０を収容するフレーム１１１０を有する。本明細書に記載の照明装置は、装飾目的に特に適しているが、舞台照明及び他の用途にも適しており、特定の物体を白色スポットライトで照明するものである。リフレクタ１１３０は、フレーム１１１０の一部として組み込まれ、人工光源とレンズ１２００との間に配置されて、人工光源が発した放射線１２０１をレンズ１２００へ反射する。リフレクタ１１３０は、放射線１２０１を受け入れる入射端１１３２及び放射線を導き出す出射端１１３３を有する閉じたプロファイルとして構成された反射面１１３１を有する。これに関して、閉じたプロファイルとは、光が逃げ得る隙間を有しないような連続的な形状を指すことが意図される。これに関して、放射線移行という用語は、放射線を反射又は屈折させるような放射線経路における干渉を指すことが意図される。
【００３１】
出射端１１３３は、入射端１１３２の平均内径よりも大きな平均内径を有する。すなわち、プロファイルは人工放射線の主方向に外向きに広がる。これに関して、平均内径という用語は、反射面によって画定される外周の中心法線軸に関して測った内径の平均値を指すことが意図される。図７の例では、上記外向きの広がりは、反射面のプロファイルの円錐台形によって設けられる。したがって、反射面１１３１は回転対称である。外向きに広がる形状は、対向する壁部間でビームを過度に跳ね返すことによって光学効率を低下させる円柱形と比べて光学効率を向上させるので有利である。
【００３２】
レンズ１１２０は、リフレクタ１１３０から到達する散乱放射線１２０１を集光する光入射面１１２１と、照明装置１１００から屈折放射線を出射する出射面２００とを含む。レンズ１１２０は、図示の実施形態では円錐形の側面である側方ＴＩＲ面１１２３も有し、ＴＩＲは全反射を表す。ＴＩＲ面１１２３は、レンズ１１２０の入射面１１２１をレンズ１１２０の出射面２００に外向きに広がるように接続する。ＴＩＲ面１１２３の背景にある概念は、リフレクタ１１３０から散乱して入射面１１２１に到達し反射する人工光ビームが、放射線エネルギー損失を最小化するようにＴＩＲ面１１２３によって効率的に反射されるというものである。したがって、レンズ１１２０の側面にＴＩＲ面を用いることが有利である。代替的に、ＴＩＲ面１１２３は放物面状であってもよい。
【００３３】
リフレクタ１１３０は放射線１２０１の光路に配置され、反射面１１３１は、放射線１２０１をレンズ１１２０へ、すなわちその入射面１１２１へ反射及び散乱させるよう構成される。反射面１１３１は、レンズ１１２０の側方ＴＩＲ面１１２３に隣接する部分１１３４を有する。図７及び図８では、この部分１１３４は、側方ＴＩＲ面１１２３に沿ってこの面の全長にわたって延びる。図１２の例では、隣接部分１１３４は、側方ＴＩＲ面１１２３の長さの約半分に及ぶ。部分１１３４は、リフレクタ１１３０の出射端１１３３から延びて照明装置１１００のフレーム１１１０に一体化する。フレーム１１１０は、面一設置で照明装置１１００を固定するためのフランジ１１１３を有していてもよい。図７及び図８の例では、フレーム１１１０は、グレア防止のために光ビームの主放射方向に延長部１１１２を有する。より詳細には、管状のフレーム１１１０は、主放射方向にレンズ１１２０の出射面２００を超えて延びる環状の延長部１１１２を有する。図７及び図１２の例では、リフレクタ１１３０にリフレクタの入射端１１３２から下方に突出するように図示するリング又はピン１１１１が設けられることで、リフレクタ１１３０及びフレーム１１１０を人工光源と位置合わせするようになっている。
【００３４】
反射面の部分１１３４が側方ＴＩＲ面１１２３に隣接するので、ＴＩＲ面１１２３を通って逃げる迷光がレンズ１１２０へ反射し戻ると同時に屈折されてさらなる混合効果が得られる。したがって、レンズ１１２０の側方ＴＩＲ面１１２３に隣接する反射面１１３１の部分１１３４は、側方ＴＩＲ面１１２３の形状に対応する形状を有する。図７、図８、及び図１２の例では、この部分は截頭円錐形である。これらの図では、部分１１３４と側方ＴＩＲ面１１２３との間に隙間が示されている。しかしながら、このような隙間は必要ではない。逆に、部分１１３４及び側方ＴＩＲ面１１２３を一致させることによって、レンズ１１２０をリフレクタ１１３０に直接取り付けてもよい。取り付けには、透明接着剤を用いることができる。
【００３５】
反射面１１３１自体は、受光した放射線１２０１を散乱させるよう構成される。この効果は、面１１３１の粗さを増加させることによって達成することができる。反射面１１３１は、光ビームをレンズ１１２０の内側へも反射させる。したがって、照明装置から出る光は、レンズ１１２０へ向けられる拡散照明である。リフレクタ１１３０の出射端１１３３は、散乱放射線をリフレクタ１１３０から導き出すよう構成され、レンズ１２００の光入射面１１２１は、上記散乱放射線を集光し、反射し、さらに放射線出射面２００へ散乱させるよう上記散乱放射線の光路に配置される。図7の例では、光入射面１１２１は、散乱放射線を分割するために凹面状であり、平面状の光出射面２００は、光入射面１１２１を透過した放射線を集光するよう構成される。
【００３６】
本明細書で定義するように、非鏡面反射という用語は、表面からの光の反射が鏡面反射の場合のように１つの角度だけでなく２つ以上の角度で反射される拡散反射として理解される。
【００３７】
反射面１１３１は、少なくとも８０パーセントの光学効率を有する。より好ましくは、反射面１１３１の光学効率は少なくとも９４％である。さらにより好ましくは、反射面１１３１の光学効率は少なくとも９５である。光学効率は、１つの光学素子を用いた場合及び用いない場合の出力値間の関係として定義することができる。
【数１】
2016507764.tif 000003
式中、ＬＥＤ１は、光学素子を用いない場合の人工光源の出力を指し、ＬＥＤ２は、リフレクタ１１３１等の１つの光学素子を用いた場合の光源の出力を指す。出力は、ルーメン、ルクス、カンデラ、又は光源の性能を示す他の値で測定され得る。ＣＡＬ１は、光学素子を用いない場合の人工基準光源の出力を指し、一方でＣＡＬ２は、光学素子を用いた場合の上記人工基準光源の出力を指す。基準光源は、それ自体が、すなわち光学素子を用いない場合に、且つ測定設備で用いた場合に、既知の特性を有するＬＥＤであり得る。例えば、ＬＥＤは、測定チャンバ内で通常は測定される。光学効率を求めるために用いられる測定チャンバは、反射面の欠陥又はチャンバ内の備品等の光吸収性等の不具合を常に含んでいる。したがって、露出時（ＣＡＬ１）及び測定チャンバ内（ＣＡＬ２）の人工基準光源の値間の関係を用いて、測定設備の欠点の影響が相殺される。
【００３８】
反射面１１３１は、メタル化される（metallated）か又は高反射合成材料でできていることが好ましい。メタレーションに用いられる典型的な金属はアルミニウムであり、典型的な高反射材料は、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリルニトリル−ブタジエン−スチロール（acrilnitrile-butadiene-styrol）、及びポリテトラフルオロエチレンである。例示的な高反射材料は白色ポリカーボネートである。
【００３９】
上述のアルミニウム等の典型的な拡散反射材料は、約８５％の可視反射率を有する一方で、例えば米国特許第４，９１２，７２０号明細書及び米国特許第５，８９２，６２１号明細書に開示されているもの等のポリテトラフルオロエチレン系の表面は、最大９９％の反射率を示す。
【００４０】
反射面で散乱する光の量は、所望に応じて反射面の粗さを選択することによって調整することができる。メタル化された表面に関しては、粗さは、好ましくはＶＤ１８〜ＶＤ１４０、より好ましくはＶＤ１５〜ＶＤ１２５であり、これらはそれぞれＲａ値０．２５μｍ〜１０μｍ及び０．５６μｍ〜１．８μｍに相当する。
【００４１】
高反射合成材料はそれ自体が光を散乱させることが、当該技術分野で既知である。例えば、米国特許第５，８９２，６２１号明細書に開示されているポリテトラフルオロエチレンは、高い拡散反射率をもたらす微孔構造を画定するフィブリルによって相互接続されるポリマーノードを含む。適当な塗装を用いて表面の粗さを増加させることができることも既知である。
【００４２】
一実施形態によれば、メタル化された反射面は、ＳｉＯ２、ＨＤＭＳ、プラズマ重合体、及びワニス等の追加層によって覆われる。これらの追加層は、表面の反射率に影響するのではなく、水分及び酸化等の望ましくない環境的影響に対する反射面の安定性を高める。別の実施形態によれば、反射面は、ラッカー等の金属化された環境保護コーティングである。
【００４３】
好適な実施形態によれば、リフレクタ１１３０は、ポリカーボネートから、特に超反射（hyper reflective）白色ＰＣとして知られる高反射白色ポリカーボネートからできている。高反射率をもたらすために、反射面１１３１は、粗面化若しくは研磨されるか又は両方を施される。
【００４４】
リフレクタ１１３０内の反射に関しては、リフレクタ１１３０内での光ビームの反射が、したがって同じく屈折が多いほど、光ビームのより多くの異なる波長が混合されることに留意されたい。しかしながら、リフレクタ１３０の上向きに開いたプロファイルの目的は、各反射で生じる光学効率の損失を最小化するためにビームをこの装置から導き出すことである。
【００４５】
次に、円錐台形を有するリフレクタプロファイルを用いた照明装置１１００を示す図８を見ると、レンズ入射面１１２１は第１実施形態のものに対応しているが、レンズ１１２０の出射面２００は円錐形の凹部を有する。図７に示すリフレクタ１１３０の部分１１３４が、リフレクタプロファイルの形状を強調するために図８から省かれていることに留意されたい。円錐凹面状の出射面２００には、光ビームの経路に反射を加えることによって人工光の色をさらに混合するという効果がある。光パターンの形状は、出射面２００を適宜整形することによっても調整することができる。この実施形態では、各光ビームがレンズ内で少なくとも２回反射される。
【００４６】
次に図９を見ると、この図は、第１実施形態（図７）のものに対応するレンズ１１２０を用いた、但しリフレクタ１１３０に段状の反射面１１３１が設けてある照明装置１１００を示している。図７に示すリフレクタ１１３０の部分１１３４が、リフレクタプロファイルの形状を強調するために図９から省かれていることに留意されたい。反射面１１３１の連続段の角度は、屈折を強化するように異なる角度を有することが好ましい。したがって、反射面１１３１の連続段の角度が大きく異なるほど、よりよい屈折が得られ、面１１３１がより平らになり得ることで、反射率が、さらにはリフレクタ１１３０の光学効率が向上する。
【００４７】
図１０は、第２実施形態（図８）のものに対応するレンズ１１２０を用いた照明装置１１００を示すが、リフレクタに放物面状の反射面１１３１が設けてある。図７に示すリフレクタ１１３０の部分１１３４が、リフレクタプロファイルの形状を強調するために図９から省かれていることに留意されたい。反射面１１３１の放物形を用いて、得られる光ビームを所望の標的により好都合に集束させることができる。
【００４８】
照明装置１１００は、上述のリフレクタ構成を複数有することもできる。図１１で示す例によれば、照明装置は、図１０に関して描写されるような2つの並列リフレクタ・レンズ構成を含み得る。照明装置は、種々の実施形態によるリフレクタ・レンズ構成の組み合わせも含み得る。例えば、図１１に示す装置に、図８に示すリフレクタ・レンズ構成を補う場合がある。実際には、本明細書に記載のいかなる組み合わせも組み合わせることができる。各組み合わせには、図７に示すリフレクタの部分１１３４を設けるものとする。
【００４９】
さらに別の実施形態（図示せず）によれば、二次リフレクタがレンズの代わりに用いられる。二次リフレクタは、リフレクタの出射端から出射される散乱放射線を受光するようリフレクタに関して配置される第１反射面を有する。したがって、二次リフレクタの第１反射面は、上記散乱放射線を集光するためにレンズ１１２０が出射する放射線の光路上に配置される。散乱放射線は、レンズ１１２０から二次リフレクタの第1反射面へ到達すると、第2反射面へ反射される。第2反射面は、第１反射面が反射した放射線を集光し反射する。反射面は、図７〜図１１に関連して説明したように光を散乱もさせることが好ましい。二次リフレクタの第２反射面による反射後、照明装置を出る光は、間接照明をもたらすように人工光源が発する放射線からずれた主放射方向を有する。人工光の主放射方向を変えることによって、照明装置を出る光を拡散させ、これは、装飾照明、貯蔵空間、歯科医の器具等の目を眩ます可能性のある光源が直接見えるのを回避する必要がある場合に、空間又は物品を照明するのに有利である。二次リフレクタ１１４０は、必要であれば非対称の光パターンも提供する。反射率を高めるために、反射面は金属コーティングを有することが好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１０１ａ  第１出射光ビーム
１０１ｂ  第２出射光ビーム
１０２ａ  第１反射光ビーム
１０２ｂ  第２反射光ビーム
１０３  混合波長を有する散乱光ビーム
２００  出射面
２０１  複数の第１突起、収束突起
２０２  複数の第２突起、発散突起
２０３  ベース面
１１００  照明装置
１１１０  フレーム
１１１１  位置決めピン
１１１２  延長部
１１１３  フランジ
１１２０  レンズ
１１２１  光入射面
１１２２ａ  収束突起
１１２２ｂ  発散突起
１１２３  側方ＴＩＲ面
１１３０  リフレクタ
１１３１  反射面
１１３２  入射端
１１３３  出射端
１１３４  隣接部分
１２００  光ビーム
１２０１  人工光源が発した放射線
１２０２  混合光ビーム
【図１】
2016507764.tif 000004
【図２】
2016507764.tif 000005
【図３】
2016507764.tif 000006
【図４ａ】
2016507764.tif 000007
【図４ｂ】
2016507764.tif 000008
【図５】
2016507764.tif 000009
【図６】
2016507764.tif 000010
【図７】
2016507764.tif 000011
【図８】
2016507764.tif 000012
【図９】
2016507764.tif 000013
【図１０】
2016507764.tif 000014
【図１１】
2016507764.tif 000015
【図１２】
2016507764.tif 000016
【国際調査報告】
2016507764.tif 000017
2016507764.tif 000018