JP2009528556A - 幅広ビーム生成のための改良ledデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】街路灯パターンのような所定の照明表面パターンと、LEDからのような光源の所定のエネルギ分布パターンとの間の光学的伝達関数を提供することを特徴とする装置および方法である。前記光学的伝達関数で定義される形状を有してレンズが形作られる。光学的伝達関数は、光源の所定のエネルギ分布パターンを用いてエネルギ分布パターンを生成することによって導出される。次いで、照明される表面上へのエネルギ分布パターンの投影が生成される。該投影は、次いで所定の照明表面パターンと比較され、それが許容可能な程度に合致しているか決定される。このプロセスは、許容可能な合致が達成されるまで、繰り返して続ける。あるいはまた、レンズの形状は、その形状と、所定の照明表面パターンおよび光源の所定のエネルギ分布パターンとの関数関係を入力値として、数値的または分析的に決定される。
【選択図】なし
Description
LED源に光学的に近接して結合しており、理想的にはLEDと表面3または31との間に空隙が全く存在しないか、または少なくとも実質的に存在しないという点で、近い領域の表面である。さらには、従来のTIRでは、アンダーカット面は、概して反射面として用いられているのであり、そのような面を通って放射される屈折光線があるとしても、その程度では、その光線はもはや有用なビームや意図した光ビームではない。この発明では、アンダーカット面3および31は、そこに入射する反射光線に加えて屈折光線の両方において、意図するビームに対して重要に影響する程度に光学的に寄与する。
図25に示した側とは反対側から見たときの図21〜26のデバイス10の光線追跡である。光線の数は、レンズ21の表面によって、レンズ21内に収められたLEDのランバートパターンから方向変更される際の、光線の効果をよりよく示すために、追跡可能な内の少ない割合に減らしてある。光線82は、表面52により方向付けられた光線に対応する。光線83は、アンダーカット面58により方向付けられる。図24〜26は、レンズ21の基部の周囲に部分的に突き出している表面58の小さなアンダーカット部分を示す。図25の眺めにおける表面57には、アンダーカットは全く無いかまたは殆ど無いのに対して、表面58の基部には、表面57へと滑らかに移行する小さなアンダーカットがある。図30では、表面51から方向変更された光線80から、表面51が「縁石」側にあるLEDからのビームエネルギのTIR反射器として働き、エネルギを「道路側」に移しているのが分かることに注意すべきである。光線81は、LEDビームパターンの中心線から遠のく方向に屈折させられたLEDエネルギである。迷光81は、ビームパターンを弄った結果としてレンズ21内で生じる損失である。
2 … LED発光素子
10 … デバイス
14 … ローブ
19 … ドーム
20 … デバイス
21 … レンズ
28 … LEDパッケージ
29 … LED発光素子
Claims (39)
- 光源の所定の光源エネルギ分布パターンから所定の照明表面パターンを提供する方法であって、
レンズ形状の予想光学的伝達関数を定義する段階と、
レンズ形状の前記予想光学的伝達関数を用いて前記所定の光源エネルギ分布パターンから或る一つのエネルギ分布パターンを生成する段階と、
照明される表面に前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成する段階と、
前記一つのエネルギ分布パターンの投影を前記所定の照明表面パターンと比較する段階と、
前記レンズ形状の前記予想光学的伝達関数を修正する段階と、
前記レンズ形状の前記予想光学的伝達関数を用いて前記所定の光源エネルギ分布パターンから前記一つのエネルギ分布パターンを生成する段階、前記照明される表面に前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成する段階、および前記一つのエネルギ分布パターンの投影を前記所定の照明表面パターンと比較する段階を、前記一つのエネルギ分布パターンの投影と前記所定の照明表面パターンの間に許容可能な一致が得られるまで繰り返す段階と、
最終に得られた予想光学的伝達関数を用いてレンズを製造する段階と
を含んでなる方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記所定の照明表面パターンが道路照明パターンであり、
前記所定の光源エネルギ分布パターンがLEDランベルトパターンであり、
そして前記最終に得られた予想光学的伝達関数を用いてレンズを製造する段階が街路灯に用いるレンズを製造する段階を含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
複数の光源をそれぞれ前記製造したレンズと光学的に組み合わせて組み立てて、それぞれが同一のエネルギ分布パターンを持つ対応する複数個のデバイスを形成し、もって前記所定の照明表面パターンを作り出す線形的に加法的なデバイスアレイを提供する段階を含んでなる
ことを特徴とする方法。 - 請求項3に記載の方法であって、
前記各アレイがモジュールユニットとして製造されており、
さらに、アレイをモジュール単位で増減して大型または小型の集合体にすることによって、照明パターンを実質的に変更せずに目標表面上の照明パターンの強度を増減する段階を含んでなる
ことを特徴とする方法。 - 所定の照明表面パターンと所定の光源エネルギ分布パターンの間の光学的伝達関数を提供するための改良された装置であって、
前記所定の光源エネルギ分布パターンを用いて或る一つのエネルギ分布パターンを生成し、次いで当該一つのエネルギ分布パターンから照明される表面への前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成することによって導出された光学伝達関数によって定義される形状を有するレンズを備えてなり、
前記投影が前記所定の照明表面パターンに許容可能な程度に合致している
改良された装置。 - 請求項5に記載の改良された装置において、
前記所定の照明表面パターンが道路照明パターンであり、
前記所定の光源エネルギ分布パターンがLEDランベルトパターンである
ことを特徴とする装置。 - 請求項5に記載の改良された装置であって、さらに、
前記レンズと組み合わされた光源を備えてなる
ことを特徴とする装置。。 - 請求項5に記載の改良された装置であって、さらに、
それぞれが対応するレンズと光学的に組み合わされて、それぞれが同一のエネルギ分布パターンを有する複数のデバイスを形成し、もって前記所定の照明表面パターンを作り出す線形的に加法的なデバイスアレイを提供する
ことを特徴とする装置。 - 請求項8に記載の改良された装置であって、
前記各アレイがモジュールユニットとして製造されており、
さらに、アレイをモジュール単位で増減して大型または小型の集合体にすることによって、照明パターンを実質的に変更せずに目標表面上の照明パターンの強度を増減するための、アレイの集合体を備えてなる
ことを特徴とする装置。 - 光源の所定の光源エネルギ分布パターンから所定の照明表面パターンを提供するための装置に使用する改良されたレンズであって、
レンズ上に画定されるアンダーカット面を備えてなり、
該レンズは、前記光源に隣接する基部、レンズ軸および前記基部とレンズ軸の間の表面を有し、前記アンダーカット面は、該レンズの前記基部から少なくとも一部がレンズの表面に沿って前記レンズ軸に向って延びており、前記アンダーカット面は、前記所定の光源エネルギ分布パターンを用いて一つのエネルギ分布パターンを規定し、当該一つのエネルギ分布パターンを照明される表面上に投影し、当該投影が前記所定の照明表面パターンと許容可能な程度に合致している
ことを特徴とするレンズ。 - 請求項10に記載の改良されたレンズにおいて、
前記アンダーカット面は、光を屈折する部分と、前記光源からの光を全て内側に反射して前記エネルギ分布パターンにする部分とを備えてなる
ことを特徴とするレンズ。 - 請求項11に記載の改良されたレンズにおいて、
前記アンダーカット面が、前記光源からの光を方向付けして幅広く放散したビームにする部分を備えてなる
ことを特徴とするレンズ。 - 所定の照明表面パターンと所定の光源エネルギ分布パターンの間の光学的伝達関数を提供するための改良された装置であって、
前記所定の光源エネルギ分布パターンを用いて一つのエネルギ分布パターンを生成し、次いで当該一つのエネルギ分布パターンから照明される表面に前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成することによって導出され、前記光学伝達関数によって定義される形状を有するレンズのアンダーカット面を備えてなり、
前記投影が前記所定の照明表面パターンに許容可能な程度に合致している
改良された装置。 - 所定の光源エネルギ分布パターンから所定の照明表面パターンを提供するための装置に使用する改良されたレンズ表面であって、
該レンズは、対向する二つの側を持つエネルギ分布パターンを特徴とし、前記レンズ表面の一部として定義される複合プリズムを具備し、前記複合プリズムは、前記エネルギ分布パターンの一つの側から対向する側にエネルギを伝達して、二つの対向する側に関して前記エネルギパターンを非対称にするように、配置されて構成されている
改良されたレンズ表面。 - 所定の照明表面パターンを提供するためのアレイであって、
各デバイスが前記所定の照明表面パターンを作り出す同一のエネルギ分布パターンを有し、前記所定の照明表面パターンを提供する複数の発光デバイスと、
前記デバイスの各々に結合された回路ドライバと、
中に前記複数の発光デバイスが配置されていて、全体で前記所定の照明表面パターンに合致する線形的に加法的な照明パターンを作り出すように、前記アレイの空間的編成を提供する平面の担持体と
を備えてなるアレイ。 - 請求項15に記載のアレイであって、
各アレイは、同じアレイと容易に組み合わすことができるモジュールユニットであり、 そして、さらに、アレイをモジュール単位で増減して大型または小型の集合体にすることによって、照明パターンを実質的に変更せずに目標表面上の照明パターンの強度を増減するためにアレイの集合体を備えてなる
ことを特徴とするアレイ。 - 請求項15に記載のアレイであって、さらに、
各デバイスに一つの割合で複数の回路ドライバを備えてなり、
該複数の回路ドライバは前記担持体の上に取り付けられている
ことを特徴とするアレイ。 - 請求項17に記載のアレイにおいて、
前記担持体は、前記複数の回路ドライバおよびデバイスが接続されるプリント配線板と、前記ブリント配線板、回路ドライバおよびデバイスをカバーと担持体の間に密封するためのカバーとを備えてなる
ことを特徴とするアレイ。 - 請求項18に記載のアレイにおいて、
前記デバイスには割り出し用フランジが設けられていて、前記デバイスが前記割り出し用フランジによって前記カバーおよび担持体に対して角度をもって配向される
ことを特徴とするアレイ。 - 請求項19に記載のアレイにおいて、
前記プリント配線板、回路ドライバ、およびデバイスは、前記カバーと担持体の間に配された注封用化合物によって前記カバーと担持体の間に密封され、前記回路ドライバおよびデバイスが、プリント配線板に接続された状態で該注封用化合物の中に包まれていて、前記アレイが水中で作動可能になっている
ことを特徴とするアレイ。 - 道路面上に所定の照明パターンを提供する街路灯用の照明装置であって、
照明取付具と、
前記照明取付具内に配され、アレイのそれぞれが道路面上に前記所定の照明パターンを提供する発光デバイスの複数のアレイと
を備えてなる照明装置。 - 請求項21に記載の照明装置において、
前記所定の照明表面パターンを提供するためのアレイは、
各デバイスが前記所定の照明表面パターンを作り出す同一のエネルギ分布パターンを有し、前記所定の照明表面パターンを提供する複数の発光デバイスと、
前記デバイスの各々に結合された回路ドライバと、
中に前記複数の発光デバイスが配置されていて、全体で前記所定の照明表面パターンに合致する線形的に加法的な照明パターンを作り出すように、前記アレイの空間的編成を提供する平面の担持体とを備えている
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項21に記載の照明装置において、
前記発光デバイスの各々は、光源およびレンズ表面を有するレンズを具備し、該レンズは、光源の所定の光源エネルギ分布パターンから前記所定の照明表面パターンを提供するためのレンズであり、該レンズは、対向する二つの側を持つエネルギ分布パターンを特徴とし、前記レンズ表面は、そのレンズ表面の一部として定義される複合プリズムを具備し、該複合プリズムは、前記エネルギ分布パターンの一つの側から対向する側にエネルギを伝達して、二つの対向する側に関して前記エネルギ分布パターンを非対称にするように、配置され構成されている
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項21に記載の照明装置において、
前記発光デバイスの各々は、光源およびレンズ表面を有するレンズを具備し、該レンズは、光源の所定の光源エネルギ分布パターンから前記所定の照明表面パターンを提供するためのレンズであり、該レンズは、前記所定の照明表面パターンと前記所定の光源エネルギ分布パターンの間の光学的伝達関数を提供するためのものであり、該レンズは、前記光学的伝達関数により定義される形状を持つアンダーカット面を有し、該形状は、前記所定の光源エネルギ分布パターンを用いて一つのエネルギ分布パターンを生成し、次いで該一つのエネルギ分布パターンから照明される表面に前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成し、前記投影が前記所定の照明表面パターンに許容可能な程度に合致しているようにすることによって導出される
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項21に記載の照明装置において、
前記発光デバイスの各々は、光源およびレンズ表面を有するレンズを具備し、該レンズは、光源の所定の光源エネルギ分布パターンから前記所定の照明表面パターンを提供するためのレンズであり、該レンズは、アンダーカット面を有し、該レンズは、前記光源に隣接する基部、レンズ軸および前記基部と前記レンズ軸の間の表面を有し、前記アンダーカット面は、該レンズの前記基部から少なくとも部分的にレンズの表面に沿って前記レンズ軸に向かって延びていて、前記所定の光源エネルギ分布パターンを用いて一つのエネルギ分布パターンを生成し、次いで前記照明される表面上への前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成し、当該投影が前記所定の照明表面パターンと許容可能な程度に合致している
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項21に記載の照明装置において、
前記発光デバイスの各々は、光源およびレンズ表面を有するレンズを具備し、該レンズは、所定の光源エネルギ分布パターンから前記所定の照明表面パターンを提供するためのレンズであり、該レンズは、前記所定の光源エネルギ分布パターンを用いて一つのエネルギ分布パターンを生成し、次いで当該一つのエネルギ分布パターンから照明される表面への前記一つのエネルギ分布パターンの投影を生成し、その場合前記投影が前記所定の照明表面パターンに許容可能な程度に合致しているようにすることによって導出された光学的伝達関数によって定義される形状を有している
ことを特徴とする照明装置。 - 水平線が定義されている所定の照明パターンを道路面上に提供する街路灯用の照明装置であって、
照明取付具と、
前記照明取付具内に配され、アレイの各々が、照明装置から前記水平線以上に向けられる光を実質的に減じて、道路面上に前記所定の照明パターンを提供する発光デバイスの複数の平面アレイと
を備えてなる照明装置。 - 中心線を有する照明パターンで表面を照明するための装置であって、
光源と、
前記光源からの光を滑らかな幅広のビームとして方向付け、照明される表面へ投影されたときに、そのビームが前記照明パターンの中心線から15度を超える角度において最大フートキャンドル測定値の50パーセントを有することを特徴とするレンズと
を備えてなる装置。 - 請求項28に記載の装置において、
前記レンズは、透明または半透明の窪みのあるパドル形状を具備し、高角度の幅広ビームを生成し、レンズを配備しない場合に前記光源で発生する損失を実質的に上回る損失を出すことなしに前記光源のほぼ全てのエネルギが前記ビームへと向けられる
ことを特徴とする装置。 - 請求項28に記載の装置において、
前記レンズは、該レンズと光源の組合せの所望の主要ビーム向け構造に沿って形成される小さな集光ゾーンである「小球」ゾーンによって特徴付けられる
装置。 - 請求項30に記載の装置において、
前記小球ゾーンは、前記光源が放射する光線を集め、該光線を所望のビーム角度に応じて所定の方向に沿って向けるレンズの表面部分を具備し、そして前記光源近くのレンズ表面部分も、前記光源からの光を集めてその光を所定の方向に向ける
ことを特徴とする装置。 - 請求項31に記載の装置において、
前記小球ゾーンは、光を方向付けられたゾーンから前記レンズの中心線の方に向かって徐々に振り分ける中央前方断面を具備する
ことを特徴とする装置。 - 請求項29に記載の装置において、
前記光源から伝達された光を前記レンズの中心から離れて周辺の方向へと集めるレンズの表面部分が、該光を所定方向に向けるか、および/またはその光線を前記レンズの前方表面を通して内部へ反射させる
ことを特徴とする装置。 - 請求項28に記載の装置において、
前記レンズは、該レンズの中心線の回りの方位角セグメントに対応するセグメントゾーンに応じた仰角の関数でビームを向ける
ことを特徴とする装置。 - 請求項34に記載の装置において、
前記関数は、仰角に対して複数のローブを持つ
ことを特徴とする装置。 - 請求項28に記載の装置において、
前記レンズが前記ビームを、該レンズの中心線から逸れた一つまたは複数の方向に向ける
ことを特徴とする装置。 - 請求項28に記載の装置において、
前記レンズは、レンズ表面を有し、そして前記照明パターンの一方の側から前記照明パターンの他方の側へエネルギを伝達するレンズ表面部分として複合プリズムを具備する
ことを特徴とする装置。 - 請求項28に記載の装置において、
前記レンズ表面は、中心線で分割される二つの周辺部分表面を具備し、該部分表面は、前記ビームの少なくとも一つの方位角セグメントを中心線から外向きに広げる
ことを特徴とする装置。 - 光源の所定の光源エネルギ分布パターンから照明される表面上への所定の照明表面パターンを提供するための装置に使用するための改良されたレンズであって、
前記光源は、近接場を有していて前記光源からの光の少なくとも一部分は周辺前方の立体角内に伝達され、前記レンズは、レンズ上に定義されたアンダーカット面を具備し、該レンズは、前記光源に隣接する基部を有し、レンズ軸を有し、前記基部と前記レンズ軸の間にアンダーカット面および小球ゾーンを含む表面を有し、該アンダーカット面は、前記レンズの前記基部から少なくとも部分的にレンズ表面に沿って前記レンズ軸に向かって延びており、該アンダーカット面は、光源からの光の周辺前方立体角内に前記光源の前記近接場内で光を遮る位置に置かれ、そして該アンダーカット面は、該レンズの該基部において該レンズ軸から定義される外径が前記小球ゾーンにおける前記レンズの外径より小さいくて、前記レンズの前記アンダーカット面は、前記レンズの基部に近づくにつれて、或る点でなくなるかまたは狭まっている
ことを特徴とするレンズ。
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