(57)【要約】      （修正有）【解決手段】複数の発光ダイオードＬＥＤを利用するスポットライト20である。該スポットライト20は、ＬＥＤからの光線を、所定幅の集中光線に集束させる。各ＬＥＤは、それぞれパラボラ反射板34,38を有する。パラボラ反射板34,36,38からの明るい平行光線が、所定距離で集束して、単一の細くて強い光線となるように、各パラボラ反射板34,36,38の焦点が定められる。【効果】長時間明るく発熱も少ない安全な光を発するスポットライトが得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
該ハウジングに接続され、運搬または照準の少なくともいずれか一方を行なうように構成され配置されたハンドルと、
前記ハウジングに設置された複数のＬＥＤと、
前記各ＬＥＤ用に備えられ、該各ＬＥＤから発せられた光線を平行光線化する複数のコリメータと、
を備え、
前記複数のＬＥＤおよび複数のコリメータは、軸に沿った方向に集中した光線を生じさせるように配置されている、ライト。
【請求項２】
前記ハンドルは、ユーザが腕を前記軸と平行に腕を伸ばした状態で該ハンドルを掌で掴めるように、前記ハウジングから下方へ向けて延在している、請求項１に記載のライト。
【請求項３】
前記複数のコリメータは、反射板からなる、請求項１に記載のライト。
【請求項４】
前記複数のＬＥＤおよび複数のコリメータは、組み合わせられた光線が前記ハウジングから所定距離において所定の直径に集束するように、構成され配置されている、請求項１に記載のライト。
【請求項５】
前記所定距離が３ｍである場合に、前記所定の直径が、約７５ｃｍ以下である、請求項４に記載のライト。
【請求項６】
前記光線は、前記所定距離において、互いに隣接する、または、重なり合うように集束される、請求項４に記載のライト。
【請求項７】
前記各ＬＥＤは、それぞれ別体の回路基板に備えられ、該ＬＥＤに対応するコリメータは、前記軸と略平行であるが僅かに該軸側を向いた方向に前記光線が集束するように方向付けられている、請求項４に記載のライト。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤは、共通の回路基板上に設けられている、請求項４に記載のライト。
【請求項９】
前記各ＬＥＤは、該ＬＥＤおよび対応するコリメータから発せられた光線を、前記軸と略平行であるが僅かに該軸側を向いた方向に集束するように方向付ける、傾斜スペーサを有している、請求項８に記載のライト。
【請求項１０】
前記ＬＥＤは、各ＬＥＤからの光が、前記共通の回路基板と垂直な方向に放射されるように取り付けられ、前記各コリメータは、前記各ＬＥＤからの光線を、前記軸と略平行であるが僅かに該軸側を向いた方向に向けるように位置決めされている、請求項８に記載のライト。
【請求項１１】
前記複数のＬＥＤおよび関連するコリメータの構成および配置により、前記光線が前記ハウジングから離れても隣接する前記光線間の中心間距離が一定に保持されるように、前記コリメータからの光線が平行光線化される、請求項１に記載のライト。
【請求項１２】
各光線の断面は、前記ハウジングからの距離が増加するに従い、僅かに増加することで、前記ハウジングから所望の距離において前記光線の適切な配列がなされる、請求項１１に記載のライト。
【請求項１３】
前記コリメータの数は、３個以上である、請求項１に記載のライト。
【請求項１４】
前記コリメータの数は３個であり、該コリメータは、光線が正三角形の角を形成するように配置されている、請求項３に記載のライト。
【請求項１５】
ハウジングと、
該ハウジングに接続され、運搬または照準の少なくともいずれか一方を行なうように構成され配置されたハンドルと、
前記ハウジングに設置された複数のＬＥＤと、
前記各ＬＥＤ用に備えられ、該各ＬＥＤから発せられた光線を平行光線化する複数の反射板と、
を備え、
前記複数のＬＥＤおよび複数の反射板は、軸に沿った方向に集中した光線を生じさせるように配置されている、ライト。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００７年５月８日出願の米国仮特許出願第６０／９１６７１４号に基づく優先権を主張するものであり、その内容は参照によりこの明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
スポットライトは、細く強い光線を狭い領域に向けて放射するように設計された照明器具である。多くの場合、強い光を出すためにスポットライトにはハロゲンランプが使用される。ハロゲンランプの欠点は、使用に際して多くの電流量が要求されることである。したがって、バッテリを使用したハロゲンスポットライトの場合、バッテリを頻繁に充電または交換する必要がある。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００３】
以下、本発明の基本的な理解を図るため、本発明の実施形態の概要を提示する。この概要は、本発明の外延を俯瞰するものではない。また、本発明の必須の要素を特定したり、本発明の範囲を画定したりすることは意図されていない。後述する詳細な説明への導入として、簡潔に本発明の実施形態を示すことのみを目的としている。
【０００４】
一実施形態によれば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用したスポットライトが提供される。該スポットライトは、ＬＥＤからの光線を集束させて、所定幅の集中ビームとする。ＬＥＤとして、例えば、高輝度白色ＬＥＤを用いることができる。
【０００５】
一実施形態によれば、該スポットライトは少なくとも二つのＬＥＤを有し、各ＬＥＤは、それぞれパラボラ反射板を有する。該パラボラ反射板は、該パラボラ反射板からの明るい平行光線が、決められた距離にて集束および配列され、単一の細く強い光線となるように、焦点が決定される。例えば、パラボラ反射板からの光線は、スポットライトから３ｍの距離において、光線の直径が７５ｃｍとなるように集束される。光線は、所定距離において、複数の光線を隣接させたり、接触させたりすることにより、集束され、光線は、相互に重なり合ったり、近接するようになる。
【０００６】
一実施形態によれば、光線が適切に集束するように、複数のパラボラ反射板からの光を種々の方法で配向させることができる。一実施形態においては、各ＬＥＤはそれぞれ個別の回路基板上に備えられ、対応するパラボラ反射板は、適切な位置に方向付けられ、該ＬＥＤは該パラボラ反射板に対して垂直に取り付けられる。パラボラ反射板の放物線は、ＬＥＤからの光を平行光線化し、ＬＥＤスポットライトの他のパラボラ反射板から放出された光線と収斂するように設定される。
【０００７】
他の実施形態において、複数のＬＥＤが共通の平坦な回路基板上に備えられる。各ＬＥＤは、ＬＥＤから所望の方向へ光が放射されるように、傾斜スペーサを有する。各ＬＥＤのパラボラ反射板はＬＥＤに対して垂直に設置され、ＬＥＤからの平行光線を所望の方向に向けさせる。
【０００８】
他の実施形態においては、複数のＬＥＤが、共通の平坦な回路基板上に、平坦に設置される。各パラボラ反射板は、対応するＬＥＤに対して垂直となる代わりに、ＬＥＤからの光を平行光線化して所望の方向へ向けるように位置決めされる。一実施形態においては、ＬＥＤに対して垂直方向からわずかに傾斜している。各パラボラ反射板は、ＬＥＤからの光を平行光線化し、この平行光線化された光線を所望の方向に導くように、光学的に調整される。
【０００９】
さらに他の実施形態において、ＬＥＤおよび対応するパラボラ反射板は、パラボラ反射板の平行光線が互いに平行となるように配置される。したがって、光線の中心間の距離は、ＬＥＤスポットライトから離れても一定である。スポットライトからの距離が増すと、自然の光線拡散により直径は僅かに増加する場合があるが、複数の光線を集束させるように各パラボラからの光線は内側には向けられない。この実施形態では、光線の明るいスポットが自然に拡散することで、所望の距離にて光線の配列が適切となるように、パラボラ反射板を互いに離間させている。
【００１０】
さらに他の実施形態では、複数の光線を集束させるためにレンズを使用する。
【００１１】
本発明のその他の特徴については、図面とともに以下に記す詳細な説明より明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の説明において、本発明の種々の実施形態が記述される。説明のために、特定の構成および細部について記述され、これらの実施形態の完全な理解が図られている。しかしながら、これらの詳細な説明がなくても、当業者が本発明を実施できることは明らかである。さらに、実施形態の記述を不明瞭にしないために、周知の特徴については省略または簡略化する場合がある。さらに、これらの実施形態において、上、下、前、後、右などの方向が記載されるが、その方向は記述される実施形態の理解を補助するためのものであり、それに限定することを意図されていない。
【００１３】
以下、図面を参照して説明する。各図において同様の要素については同一の符号が付される。図１は、一実施形態に係るＬＥＤスポットライト２０である。ＬＥＤスポットライト２０は、ＬＥＤスポットライト用のハウジング２４に取り付けられたハンドル２２を有する。図示のハウジング２４は円筒形であり、その一端から光が発せられる。ハンドル２２は、ハウジング２４から垂直下方へ延びており、ピストルと同様に把持することができる。これにより、ユーザは、ハンドルを掌で握り、ハウジングから放出される光線の中心軸と平行に腕を伸ばすことができる。ハンドルには、ＬＥＤスポットライトをオンにするためのトリガー２６が設けられている。さらに、必要であれば、トリガーとＬＥＤスポットライト２０を「オン」の状態にロックするロック機能を設けてもよい。
【００１４】
ＬＥＤスポットライト２０は、リフレクタ３０の外側に設けられたレンズ２８を有する。図２に示すように、リフレクタ３０は、凹面３２と、該凹面３２上に均一に間隔を隔てて設けられた一群のパラボラ反射板３４，３６，３８とを有する。図示の実施形態では、パラボラ反射板の数は３個である。しかしながら、パラボラ反射板の数は２個でもよく、３個以上の任意の数でもよい。ただし、３個以上として、組み合わせられて集束したパターンがより強い光線出力となるようにすることが望ましい。図示の実施形態では、反射板３４，３６，３８は、光線が正三角形の角を形成するように位置決めされている。
【００１５】
パラボラ反射板３４，３６，３８は、公知の手段により、発光ダイオード（ＬＥＤ）から発せられた光を平行光線化させるために用いられる。必要であれば、ＬＥＤからの光の平行光線化のために、パラボラ反射板以外のコリメータを使用してもよい。例えば、ＬＥＤを覆うように、コリメータ型のレンズを配置してもよい。ＬＥＤの直上に設置されたコリメータレンズ（パラボラ反射板なし）は、ＬＥＤからの光を非常に細い平行光線とする。複数のＬＥＤからの光を集中させるため、複数のコリメータレンズに角度を付けて設けてもよい。
【００１６】
一実施形態において、ハウジング２４は、適切なプラスチック素材、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）により形成される。レンズ２８も、プラスチック、例えば、透明なポリカーボネート素材により形成される。レンズ２８およびハウジング２４は、防水手段によりシールすることが好ましい。ＬＥＤスポットライト２０の電源として、充電池などのバッテリを使用することができる。一実施形態において、バッテリは１２Ｖの密閉型鉛蓄電池である。しかしながら、他のバッテリを使用してもよい。
【００１７】
ＬＥＤ（以下において複数の実施形態が示される）が、パラボラ反射板３４，３６，３８の基部上に設置される。各パラボラ反射板３４，３６，３８は、ＬＥＤからの光を平行光線化し、光線中の光の大部分が中心に集中し、明るく高輝度の集中光線を生成するように、構成され配置される。平行光線は、光線の中心から光が散乱することなく、長い距離にわたって照射できることが好ましい。一実施形態においては、複数のパラボラ反射板３４，３６，３８からの光線の明るい中心は、一点（輝点）に集束される。集光度を適切に決定するため、この輝点は、例えばＬＥＤスポットライト２０の前面からの所定距離における集束された光線の直径により定義される。例えば、一実施形態において、ＬＥＤスポットライト２０のようなタイプのＬＥＤスポットライトでは、ＬＥＤスポットライト２０の前面から３ｍの位置で、直径約７５センチｍの光線に集束される。他の集束サイズも適用できるが、一般的に、ＬＥＤからの光線は、可能な限り遠くまで密なパターンが保持され、ＬＥＤスポットライト２０から離れても光線の断面が画定され続けるようにされる。
【００１８】
既知のように、ＬＥＤは一般的にその前面から、９０°から１２０°の円錐形状に光を放射する。一実施形態では、各パラボラ反射板３４，３６，３８は、それぞれＬＥＤからの光を平行光線化し、その光の大部分が反射板の中心軸と平行に延在する、明るい中心を持つ光線とする。そして、同時に、組み合わせられた反射板からの光線群が集束するように、光線を所望の位置に向ける。一般的に、平行光線化を行なうために、ＬＥＤはパラボラ反射板の中心軸に対して垂直に設置される。例えば、図５に、パラボラ反射板４８，５０の中心軸に対して垂直にＬＥＤ４４，４６が設置され、集束された光線を得るための配置を示す。図５に示す実施形態では、二つの別体のプリント基板４０，４２は、それぞれ一つのＬＥＤ４４，４６を有する。ＬＥＤ４４，４６およびプリント基板４０，４２は、ハウジング２４の長手方向の軸に対して垂直な方向から、角度αを向いて設置されている。スポットライト２０の光線は、この長手方向の軸に対して平行に伸長する。角度αは、ＬＥＤスポットライト２０の中心から広がる放射軸に対して規定される。これにより、対応するＬＥＤ４４，４６から発せられた光線は、傾斜角のためにハウジング２４の長手方向に沿った軸から内側にむけて集められ、所望の距離で集束する。
【００１９】
図５に示す実施形態では、パラボラ反射板４８，５０は、それぞれＬＥＤ４４，４６に対して垂直に設置されている。これらパラボラ反射板は、光の方向を集束位置に向ける。理解されるように、図においては理解のため、角度αを誇張して描いてあるが、実際には角度αは非常に小さい。
【００２０】
ＬＥＤからの光線を所望の平行光線とするため、複数のＬＥＤおよびパラボラ反射板を、図５のように配置することができる。一実施形態において、図９に示すような三角形パターンとなるように、３本の光線が集束される。これら３本の光線は、相互に非常に近接し、ないしは、一部または全部が重なり合うか、相互に僅かに隔てられており、一つの光線のような錯覚を与える。３ｍ離れた位置で、各光線が互いに接触するが、重なり合わない状態で隣接させると、望ましい効果が得られるとの知見が得られている。
【００２１】
図６に、他の実施形態に係る、複数のＬＥＤからの複数の光線を集束させるための方法および構造を示す。図６に示す実施形態では、単一のプリント基板１４０が、２つのＬＥＤ１４４，１４６と共に使用される。各ＬＥＤ１４４，１４６は、それぞれ傾斜スペーサ１５２，１５４を用いて設置されている。これら傾斜スペーサにより、ＬＥＤ１４４，１４６に対し、ハウジング２４の長手方向に沿った軸に対して垂直方向よりも相対的に角度αが付けられる。対応するパラボラ反射板１４８，１５０が、ＬＥＤに対して垂直に配置され、これによりＬＥＤからの光線が、適切な方向、すなわち、ハウジングの長手方向に沿った方向と略平行な方向に向けられる。
【００２２】
図７に示す実施形態では、２個のＬＥＤ２４４，２４６が一つの基板２４０上に配置されている。２個のＬＥＤは、真っ直ぐ外側に向けて光を放出するように配置されている。これら２個のＬＥＤ２４４，２４６用のパラボラ反射板２４８、２５０は、ＬＥＤ２４４，２４６に対して垂直方向から角度αを付けて傾斜している。これにより、ＬＥＤ２４４，２４６からの光は、光線が上記のように集束するように、適切に方向付けられる。パラボラ反射板は、ＬＥＤ２４４，２４６に対して垂直に設けられてはいないため、ＬＥＤからの光線が正しく平行光線化および方向付けされるように、パラボラ反射板の光学特性を補正してもよい。このようなパラボラ反射板は、当技術分野で公知のコンピュータモデリング技術を使用して設計することができる。
【００２３】
図８には、二つの反射板Ｒ1、Ｒ2から放射された光線Ｂ1，Ｂ2が示されている。これら光線は、スポットライト２０の前面からの距離Ｘにおいて、互いに適当な間隔となるように集束される。一例として、図９に、このような３本の光線２９４，２９６，２９８による輝点の光パターン３００を示す。図から理解されるように、これら光線２９４，２９６，２９８は、位置Ｘにて僅かに接している。図に示す光線は、３個の円錐反射板（そのうち二つは円錐反射板Ｒ1、Ｒ2）による、明るい、中央にある光線部分を表している。このような光線の集束は、図５から図７のいずれかの実施形態により得ることができる。
【００２４】
他の実施形態では、図１０に示すように、１個以上のＬＥＤ３４４，３４６を、光線を真っ直ぐ外側に向けるパラボラ反射板３４８，３５０の下に設けてもよい。これら反射板は、光をレンズ３２８に向け、該レンズ３２８は反射板３４８，３５０からの光線を屈曲させる光学特性を有し、これにより、スポットライト前面からの距離Ｘだけ離れた適切な位置で光線を集束させ、前述の所望の光パターンを提供することが可能となる。
【００２５】
さらに他の実施形態として、パラボラ反射板により、３個のＬＥＤを３個のパラボラ反射板に設置し、３本の光線が、真っ直ぐ外側であって互いに平行を向くようにしてもよい。この実施形態では、反射板は相互に離間して配置され、スポットライト２０の前面からの距離Ｘ（例えば、３ｍ）において、各平行光線の中央の明るい光線部分が十分に広くなり（すなわち、十分に大きな直径を有すようになり）、通常の平行光線の拡散によって、明るい中心部分が相互に接触し、組み合わされた光線３００のような中心となる集中光線が距離Ｘにおいて生成される。この実施形態では、ＬＥＤおよびパラボラ反射板は、スポットライト効果を得るために、中心位置を向いている必要はない。
【００２６】
例えば、図１１に示すように、スポットライト４００は、３個の反射板４０２，４０４，４０６を備える。各反射板は、光線４０８，４１０、４１２をそれぞれ有する。各光線４０８，４１０，４１２は、スポットライト４００を離れるとき、およそ反射板４０２，４０４，４０６の幅である。しかしながら、一定距離を経て通常の拡散が起こり、ないしは、パラボラ反射板をそのようにパターニングすることで、光線の幅は、スポットライト４００からの距離Ｚに到達するまで増加する。この距離は、所望のいかなる距離でもよいが、一実施形態としては、スポットライトから３ｍである。
【００２７】
本発明のＬＥＤスポットライト２０により、非常に明るい、例えば１００万燭光のハロゲンスポットライトによる光出力と同程度の、スポットライトが提供される。高出力の明るい白色ＬＥＤと１２Ｖ充電池とを使用することで、既存のハロゲンスポットライトが非常に短時間しか使用できないことと比較すると、ＬＥＤスポットライト２０は明るい光線を数時間にわたって得ることができる。さらに、ＬＥＤからの発熱が少なく、より安全なスポットライトを得ることができる。
【００２８】
他の実施形態についても本発明の技術的思想の範囲内にある。このように、本発明は種々の修正および構造の変更が可能であるが、特定の実施形態についてのみ図示し、上述のように細部まで言及したものである。しかしながら、本発明を開示した形態に限定する意図はなく、特許請求の範囲で定義される本発明の技術的思想および範囲に属するすべての修正、構造の変更、および、均等の構成は本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係るＬＥＤスポットライトの側方からの斜視図である。
【図２】図１のＬＥＤスポットライトの前方からの斜視図である。
【図３】一実施形態に係る図１のスポットライトに使用される反射板の後方からの斜視図である。
【図４】図３の反射板の前方および側方からの斜視図である。
【図５】一実施形態において使用されるＬＥＤとパラボラ反射板との組合せを示す図である。
【図６】他の実施形態において使用されるＬＥＤとパラボラ反射板との組合せを示す図である。
【図７】さらに他の実施形態において使用されるＬＥＤとパラボラ反射板との組合せを示す図である。
【図８】一実施形態に係る複数のＬＥＤおよびパラボラ反射板による光の集束を示す図である。
【図９】一実施形態に係る、図１に示すスポットライトによって生成される光のパターンの例を示す図である。
【図１０】さらに他の実施形態におけるＬＥＤとパラボラ反射板との組合せを示す図である。
【図１１】一実施形態に係る、スポットライトと、スポットライトによる光線パターンとを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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