(57)【要約】  スポット照明のための照明システム１０は、反射内面をもつチューブ状反射体２を有し、チューブ状反射体２は、入口開口部７とこの入口開口部７よりも大きい出口開口部８とをもち、当該照明システムは、入口開口部７で光をチューブ状反射体２に放射するように設けられた複数の光源１３ａ〜ｃ，３０ａ〜ｄ，３１ａ〜ｄ，３２ａ〜ｄを有する光源アレイ１を有する。チューブ状反射体２及び光源アレイ１のうち少なくとも一方は、光源アレイ１の各対称状態がチューブ状反射体２の任意の対称状態とは異なるような態様で構成される。一致する対称状態を回避することにより、放射された光の好ましい方向の発生が削減され、これにより、強度に対する空間的均一性、及び、ここで適用可能な、放射された光の色が向上され得る。
2012530338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット照明のための照明システムであって、
当該照明システムは、反射内面をもつチューブ状反射体を有し、前記チューブ状反射体は、入口開口部と前記入口開口部よりも大きい出口開口部とをもち、
当該照明システムは、前記入口開口部で光を前記チューブ状反射体に放射するように設けられた複数の光源を有する光源アレイを有し、
前記光源アレイ及び前記チューブ状反射体のうち少なくとも一方は、前記光源アレイの各対称状態が前記チューブ状反射体の任意の対称状態とは異なるような態様で構成される、照明システム。
【請求項２】
前記チューブ状反射体は、同一の構成をもつ状態の第１の数を示し、前記光源アレイは、同一の構成をもつ状態の第２の数を示し、
前記第１の数と前記第２の数との間の割合は整数でない、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記第１の数及び前記第２の数の最大公約数は１に等しい、請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記第１の数は２よりも大きい素数である、請求項２又は請求項３に記載の照明システム。
【請求項５】
前記チューブ状反射体及び前記光源アレイのうち少なくとも一方は、当該照明システムの光学軸に対する回転対称を示す、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項６】
前記チューブ状反射体は、本質的に多角形の断面をもつ、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記光源アレイに含まれる前記光源で占められる全面積は、前記入口開口部の面積の少なくとも５％に等しくなる、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光源アレイは、第１の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも１つのセットと、前記第１の色とは異なる第２の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも１つのセットとを有する、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記第１の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも３つのセットと前記第２の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも３つのセットとを有する、請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記光源のセットのうちの隣接するセット間の最も大きな空間は、前記入口開口部の横方向の３分の１よりも小さくなる、請求項８又は請求項９に記載の照明システム。
【請求項１１】
当該照明システムにより出力された光を拡散するように設けられた光拡散光学部材を更に有する、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記光拡散光学部材は、当該照明システムの光学軸からの距離に依存した拡散性能を示すように構成される、請求項１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記光拡散部材は、当該照明システムの前記光学軸からの増大する距離とともに増大する拡散性能を示すように構成される、請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
当該照明システムにより出力された光を集光するように設けられた集光光学要素を更に有する、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブ状反射体及び光源アレイを有する、スポット照明のための照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シーン設定又は他の雰囲気生成照明のような、スポット照明のアプリケーションにおいて、着色フィルタをもつ白色光源が大いに用いられている。最近、代案として、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような、着色光源をもつ照明システムが開発されている。着色光源を備えたシステムにおいて、色は、電子制御により変えられ、全てのアクセス可能な色が常に利用可能である。
【０００３】
スポット照明アプリケーションにおいて、放射された光の均一性は、非常に重要なものである。
【０００４】
スポット照明のための照明システムの一例は、米国特許第６２００００２号明細書において述べられ、ここでは、チューブ状コリメータがコリメータ入口に設けられた光源アレイからの光をコリメートしている。米国特許第６２００００２号明細書は、従来と比較して向上した均一性を提供するが、放射された光の更に向上した均一性が望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の観点で、本発明の一般的な目的は、照明システムにより放射された光の向上した均一性を与える、スポット照明のための向上した照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、スポット照明のための照明システムであって、当該照明システムは、反射内面をもつチューブ状反射体を有し、前記チューブ状反射体は、入口開口部と前記入口開口部よりも大きい出口開口部とをもち、当該照明システムは、前記入口開口部で光を前記チューブ状反射体に放射するように設けられた複数の光源を有する光源アレイを有し、前記光源アレイ及び前記チューブ状反射体のうち少なくとも一方は、前記光源アレイの各対称状態が前記チューブ状反射体の任意の対称状態とは異なるような態様で構成される、照明システムが提供される。
【０００７】
"対称状態"は、本願において、初期状態と同一の構成をもたらす初期状態とは異なる状態と理解されるべきである。対称状態は、平面、点又は線に関する回転、移動、ミラーリング等のような、任意の種類の変形を通じて実現され得る。
【０００８】
本発明は、本照明システムにより放射された光の均一性の実質的な向上が、チューブ状反射体及び光源アレイの一致する対称状態が存在しないような態様でチューブ状反射体及び光源のうち少なくとも一方を構成することにより実現され得るという認識に基づいている。
【０００９】
一致する対称状態を回避することにより、放射された光の好ましい方向の発生が削減され、これにより、均一性、即ち強度に対する空間的均一性、及び、ここで適用可能な、照明システムにより出力された光の色が向上され得る。
【００１０】
もしあれば、チューブ状反射体の対称状態は、例えば、チューブ状反射体の物理的構成を通じて制御され、もしあれば、光源アレイの対称状態は、光源アレイに含まれる光源の構成を通じて制御され得る。
【００１１】
種々の実施形態によれば、光源アレイ及びチューブ状反射体の一致しない対称状態は、対称状態をもたないようにチューブ状反射体及び光源アレイのうち少なくとも一方を構成することにより実現され得る。例えば、光源がランダムに設けられてもよく、及び／又は、チューブ状反射体が不規則な断面をもってもよい。
【００１２】
代わりに、チューブ状反射体は、同一の構成をもつ状態の第１の数を示し、光源アレイは、同一の構成をもつ状態の第２の数を示し、第１の数と第２の数との間の割合は整数でなくてもよい。斯様な構成は、一致しない対称状態を提供する。
【００１３】
同一の構成をもつ状態の数は、初期状態と対称状態の数との和、即ち、対称状態の数と１との和に等しい。
【００１４】
更に、第１の数及び第２の数の最大公約数が１に等しいような態様で照明システムを構成することにより、放射された光の好ましい方向の発生が更に削減され、これにより、放射された光の均一性が更に向上され得る。
【００１５】
更に、第１の数、即ち、チューブ状反射体により示された対称状態の数は、２よりも大きい素数であり、これにより、より少ない光源構成が斯様なチューブ状反射体の構成と一致する対称状態を表すので、光源アレイ中の光源の構成に関するより多くの設計自由度が実現され得る。好ましい実施形態によれば、素数は７であり得る。
【００１６】
種々の実施形態によれば、更に、チューブ状反射体及び光源アレイのうち少なくとも一方は、それぞれ、照明システムの光学軸又は照明システムの光学軸と交差する線に対して、回転及び／又はミラー対称を示してもよい。
【００１７】
チューブ状反射体は、本質的に多角形の断面をもってもよい。
【００１８】
"多角形の断面"は、本願において、多角形の断面の頂点を形成する少なくとも３つの点で接続された線の閉じられた経路により境界付けられた断面であると理解されるべきである。線は、直線又は曲線であり得る。例えば、多角形の頂点間の各経路は、多角形の断面に対して凹状又は凸状であってもよい。好ましい実施形態によれば、多角形の断面は、７角形（７辺）又は９角形（９辺）であってもよい。
【００１９】
他の実施形態によれば、チューブ状反射体の断面は、本質的に円形又は楕円形を有してもよい。
【００２０】
照明システムにより放射された光の均一性を更に向上させるために、照明システムは、光源アレイに含まれる光源の全面積がチューブ状反射体の入口開口部の面積の少なくとも５％に等しくなるような態様で構成されてもよい。
【００２１】
光源の全体エリアは、光源の全放射面、即ち光を放射し得るエリアであると理解されるべきである。
【００２２】
全体放射エリアと入口開口部のエリアとの間の十分な割合の提供を通じて、照明システムにより放射された光の均一性が更に向上され得る。本発明者らによって行われたテストは、斯様な十分な割合がチューブ状反射体の入口開口部のエリアの約５％であり、より高い割合であっても良好な結果をもたらすことを示した。しかしながら、この割合は、好ましくは、１０％に等しいか又は少なくとも１０％、より好ましくは、１５％に等しいか又は少なくとも１５％、最も好ましくは、２０％に等しいか又は少なくとも２０％であり得る。
【００２３】
本発明の種々の実施形態によれば、光源アレイは、更に、第１の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも１つのセットと、第１の色とは異なる第２の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも１つのセットとを有してもよい。
【００２４】
光源のセットは、単一の光源であってもよく、又は、一緒に設けられた光源のグループであってもよい。例えば、光源のセットは、発光ダイオード（ＬＥＤ）のラインの形式で提供されてもよい。これにより、照明システムからの光の色制御可能な出力が提供され得る。
【００２５】
本発明者らは、第１の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも３つのセットと第２の色の光を放射するように構成された光源の少なくとも３つのセットとを有するような態様で光源アレイを構成することが、照明システムにより出力された光の均一性に対して有益であることを見出した。
【００２６】
更に、光源は、有利には、光源の隣接するセット間の最も大きな空間が、入口開口部の横方向拡張の３分の１よりも小さくなるような態様で設けられてもよい。これにより、光源アレイにおける大きな"暗い"エリアが回避され、これは、照明システムにより出力された光の均一性を更に向上させる。光源アレイにおいて光源をより均一に分配することは、均一性の更なる向上をもたらす。
【００２７】
種々の実施形態によれば、本発明の照明システムは、有利には、照明システムにより放射された光を拡散するように設けられた光拡散光学部材を更に有してもよく、これにより、照明システムにより出力された光の均一性が更に向上され得る。
【００２８】
本発明の種々の実施形態の照明システムにおいて、出口開口部でチューブ状反射体を出る光は、照明システムの光学軸から更に離れたところよりも、前記光学軸の近くで概ね良好に混合される。それ故、光拡散光学部材は、有利には、照明システムの光学軸からの距離に依存した拡散性能をもち得る。特に、拡散性能は、有利には、照明システムの光学軸からの増大する距離とともに増大し得る。
【００２９】
更に、照明システムは、照明システムにより放射された光を集光するように設けられた集光光学要素を更に有してもよく、これにより、照明システムにより出力された光の角拡散が削減され得る。
【００３０】
更に、チューブ状反射体は、略ガウスビームプロファイルが出口開口部又は遠距離場において実現されるような態様で形成される。
【００３１】
チューブ状反射体の長さは、有利には、入口開口部の直径の３倍から入口開口部の直径の８倍の範囲にあり、出口開口部の直径と入口開口部の直径との間の割合は、有利には、３〜５の範囲である。
【００３２】
本発明のこれらの及び他の態様は、本発明の例となる実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の照明システムの分解図である。
【図２】２ａ及び２ｂは、本発明の例となる実施形態の異なる対称関係を示す光学軸に沿って見られる断面図である。
【図３】例となる光源アレイの構成を概略的に示す。
【図４】図１の照明システムに含まれる拡散部材の例となる構成を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下の説明において、本発明は、対称状態の第１の数を示す光源アレイと対称状態の第２の数を示すチューブ状反射体とを有する照明システムを参照して述べられる。
【００３５】
これは本発明の範囲を限定するものではなく、他の照明システムに同等に適用可能であり、これらの他の照明システムにおいて、光源アレイ及びチューブ状反射体の一方又は双方が対称状態を欠いてもよいことが留意されるべきである。
【００３６】
図１は、シーン設定のような、雰囲気生成照明に適したスポット照明のための照明システムを概略的に示している。照明システム１０は、プリント配線基板（ＰＣＢ）３のような担体上に取り付けられた、ＬＥＤアレイのような、光源１３ａ〜１３ｄで形成された光源アレイ１を有し、プリント配線基板３は、ヒートスプレッダ４上に設けられ、ヒートスプレッダ４は、ヒートシンク５上に同様に設けられる。照明システム１０は、反射内表面をもつチューブ状反射体２を更に有する。チューブ状反射体２は、光入口開口部７と、光入口開口部７よりも大きい光出口開口部８とをもつ。チューブ状反射体２の出口開口部８では、ここでは光学的拡散シート９の形式の、拡散部材が設けられる。
【００３７】
光源アレイ１は、光をチューブ状反射体２に放射するために、入口開口部７に設けられる。図１で概略的に示された例となる実施形態において、チューブ状反射体２は、照明システムの光学軸１２と直角をなす平面において多角形の断面をもつ。
【００３８】
照明システム１０による光出力の良好な均一性を実現するために、光源アレイ１及びチューブ状反射体２は、一致する対称状態をもつべきではない。この条件を満たす２つの例となる構成は、図２ａ〜２ｂを参照して説明され、これらは、照明システム１０の光学軸１２に沿ってチューブ状反射体２の出口開口部８から見られる断面図である。
【００３９】
図２ａにおいて概略的に示された第１の例となる構成において、光源アレイ１は、１つの初期状態と、３つの対称状態、即ち初期状態と同一の構成をもたらす追加の状態とを示す。それ故、全体で、光源アレイ１は、図２ａにおいて容易に見られ得るように、同一の構成を伴う４つの状態をもつ。一方、図２ａにおけるチューブ状反射体２は、同一の構成を伴う、１つの初期状態及び４つの対称状態、全体で５つの状態をもつ。
【００４０】
従って、図２ａで概略的に示された照明システムの構成は、光源アレイ１とチューブ状反射体２との間の如何なる一致する対称状態も示さない。特に、チューブ状反射体２及び光源アレイ１のそれぞれに関する同一の構成を伴う状態の数の割合は、５／４＝１．２５であり、これは、整数ではない。
【００４１】
図２ｂにおいて概略的に示された第２の例となる構成において、光源アレイ１は、１つの初期状態と、２つの対称状態、即ち初期状態と同一の構成をもたらす追加の状態とを示す。それ故、全体で、光源アレイ１は、図２ｂにおいて容易に見られ得るように、同一の構成を伴う３つの状態をもつ。一方、図２ｂにおけるチューブ状反射体２は、同一の構成を伴う、１つの初期状態及び７つの対称状態、全体で８つの状態をもつ。
【００４２】
従って、図２ｂで概略的に示された照明システムの構成は、光源アレイ１とチューブ状反射体２との間の如何なる一致する対称状態も示さない。特に、チューブ状反射体２及び光源アレイ１のそれぞれに関する同一の構成を伴う状態の数の割合は、８／３であり、これは、整数ではない。
【００４３】
図２ａ〜２ｂで示された照明システム１０の例となる構成のそれぞれにおいて、前述した数の最大公約数は１である。
【００４４】
図３は、異なる着色ＬＥＤの形式の複数の光源を有する光源アレイ１の例となる構成を概略的に示している。光源アレイは、一直線に設けられた赤色ＬＥＤの４つのセット３０ａ〜３０ｄ、一直線に設けられた緑色ＬＥＤの４つのセット３１ａ〜３１ｄ、及び、一直線に設けられた青色ＬＥＤの４つのセット３２ａ〜３２ｄを有する。
【００４５】
図３で示されるように、光源３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄ及び３２ａ〜３２ｄは、光源アレイ１が同一の光源構成をもたらす２つの状態を伴う回転対象を示すような態様で設けられる。
【００４６】
図３における光源アレイ１が含まれる照明システム１０により出力された光の所望の均一性を与えるために、光源の種々のセット３０ａ〜３０ｄ，３１ａ〜３１ｄ及び３２ａ〜３２ｄは、同一色を伴う光源の隣接するセット間の距離がチューブ状反射体２の入口開口部７の横方向寸法の３分の１よりも小さくなるように設けられる。
【００４７】
図の簡素化のために、図３における光源アレイ１は、３つの主色のＬＥＤだけを有するように述べられている。当業者により容易に理解され得るように、改良された色混合及び均一性は、黄色、青緑色、深紅色及び／又は藍色のような追加の主色を放射するように構成されたＬＥＤを与えることにより実現され得る。代わりに又は加えて、暖白色、自然白色及び／又は冷白色のような種々の白色光源が用いられてもよい。斯様なＬＥＤは追加のラインに与えられてもよく、又は、ＬＥＤ若しくは２若しくは３の色が交互に設けられるラインが与えられてもよい。
【００４８】
本発明の照明システムの種々の実施形態において、照明システムにより出力された光は、概ね、光学軸と直角をなす面において、光学軸からの増大した距離とともに均一ではなくなる。
【００４９】
照明システムにより出力された光の均一性を更に向上させる一方で出力効率の削減を最小限に維持するために、照明システム１０は、有利には、チューブ状反射体２の出口開口部８に設けられた光学的拡散部材９を有し得る。光は、概ね、光学軸１２の近くで比較的均一であるので、光拡散部材９は、光学軸１２から更に離れた場所で低い拡散性能をもつ。これは、例えば、散乱粒子３５を有するフィルムを与えることにより実現され得る。散乱粒子の濃度は、照明システム１０の光学軸１２からの増大した距離とともに増大する。これは、図４で概略的に示される。光学的拡散部材９は、代わりに、中央にホールをもってもよく、それ故、照明システム１０による任意の出力光を光学軸１２の近くでは吸収又は散乱しない。図４で概略的に示された散乱粒子３５に対する代案又は補足として、光学拡散部材９の拡散性能は、ホログラフィックパターン及び／又は表面レリーフを通るような他の手段を用いて達成され得る。光拡散部材９は、有利には、ポリマー材料から作られ得ることが留意されるべきである。
【００５０】
加えて、開示された実施形態に対するバリエーションは、図面、開示及び特許請求の範囲の研究から、当業者により理解され、もたらされ得る。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を満たしてもよい。或る手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2012530338.tif 000008
2012530338.tif 000009
2012530338.tif 000010