JP2009534789A - 照明システム - Google Patents

Abstract

照明システムは、動作中各々がユニークな光スペクトルを放射する、近くに一緒に配設される少なくとも２つの光源と、光学系１とを有する。前記光学系は、カップリングイン面６及びカップリングアウト面７を備える光導波路４を有する。前記光学系は、前記光導波路の前記カップリングアウト面を透明な光抽出パネルに接続するミラーリング遷移部８を更に有する。前記透明な光抽出パネルは、光を外部へカップリングアウトするための抽出構造部１１を持つ。前記光導波路及び前記抽出手段は、鏡面反射し、前記ミラーは、好ましくは、実質的に鏡面反射する。本発明の照明システムは、既知の照明システムと比べて、相対的に効率的であり、前記光ビームの改善された制御を持つ。

Description

本発明は、少なくとも２つの隣接する光源であって、各々が動作中ユニークな光スペクトルを持つ光ビームを放射する光源と、前記光ビームを導くための光学系とを有する照明システムであって、前記光学系が、カップリングイン面(coupling-in face)及びカップリングアウト面(coupling-out face)を持ち、長手方向光導波路軸を規定する光導波路と、前記光導波路の前記カップリングアウト面を透明な光抽出パネルに接続する遷移部(transition part)と、前記光源からの光ビームを外部にカップリングアウトするための抽出構造部を持ち、長手方向パネル軸を規定する前記光抽出パネルとを有する照明システムに関する。

このような照明システムは、特開２００５−１８３１２４から既知である。前記既知の照明システムにおいては、前記システムに均一に混ぜ合わされたスペクトルを出力させ、更に、個々の光源を外部から識別できないようにするために異なるスペクトルの光を混ぜ合わせるのにディフューザが用いられている。前記既知のシステムの光源の光ビームは、光導波路において混合及び拡散され、ランバート空間光強度分布(Lambertian spatial light intensity distribution)を持つ光のコリメートされていないビームをもたらす。拡散光は、遷移部内へ結合されなければならず、その後、光抽出パネルに結合されなければならない。ランバート空間分布は、ランバートの余弦則に従う光学的光分布、即ち、それが見られる角度の余弦に正比例する強度を持つ光学的光分布である。照明システムが、一般照明用途で用いられ、光を外部に分散させるために透明な光抽出パネルを持つ場合、前記ランバート光分布の出力光ビームを持つのは好ましくない。このようなランバート分布は、望ましくない方向、又はＥＮ１２４６４規格において言及されているような例えばオフィス照明のための照明アプリケーションの観察者にとって邪魔になる光の量の限度を超える方向の光の放射、及びグレアという不利な点をもたらす。別の不利な点は、拡散光の遷移部内への結合、及びその後の光抽出パネル内への結合が、相対的に非効率であることである。

本発明の目的は、上記の不利な点が解消される照明システムを提供することにある。

この目的のため、冒頭の段落において言及されているようなタイプの照明システムが、請求項１の特徴部によって特徴づけられる。これに関する「隣接する」という用語は、光源の最大相互距離が、光導波路の長さの半分未満、例えば、１／３、１／４又は１／８であることを意味すると理解されたい。本発明の照明システムにおいては、色混合が、本質的に、遷移部における実質的な鏡面反射を介して達成され、従って、前記照明システムによって生成される混合光ビームは、そのコリメート特性をかなりの程度まで保っているという利点を供給する。前記既知の照明システムと比較すると、これは、本発明の照明システムを相対的に効率にし、グレア及び望ましくない方向の放射に関して前記光ビームの改善された制御を供給する。一般に、拡散反射は、前記光ビームの９０°より大きい角度広がりαの増加をもたらすが、それは、前記既知の照明システムの上記の不利な点をもたらす。これに関し、角度広がりαの増加は、前記光ビームが反射された後の前記光ビームの強度の半幅値の広がり角の増加、即ち、反射されたビームの広がり角から入射ビームの広がり角を引いたものの増加であると理解されたい。理論的には、完璧な鏡面反射の場合には、角度広がりαは零であるが、実際には、完璧な鏡面反射は決して得られない。これは、光ビームの各反射後に角度広がりαの小さな増加が得られるが、この角度広がりαは、人間の目には観察できないことを意味する。鏡面反射という表現は、一般に、上記の現象を示すと解釈される。本発明による照明システムは、鏡面反射に基づくことから、重複部分内にある個々のものの混合品質を持つ１つの二次光源を形成するために、個々の光源の画像を互いに十分に重ならせるために、前記光ビームの反射回数は、相対的に多くなければならない。遷移手段は、鏡面反射の場合にこれを達成するために或る最小間隔をおいて配置されなければならない。鏡面反射に対して例えば０．１°の角度広がりαが想定され、前記光源が10mmの間隔をおいて配置される場合、前記遷移部は、前記光源から5700mmより長い間隔をおいて配置されなければならない。従って、前記光導波路は、個々の光源に対して、それらが鏡面反射遷移部によって満足な程度まで均一に混ぜ合わされるよう、5700mmの長さを持たなければならない。しかしながら、前記光源は、互いに相対的に近い。

実験の結果、前記遷移部が、実質的に鏡面反射するものであり、前記光導波路及び前記光抽出パネルが、引き続き、鏡面反射するものであり得る場合、前記最小間隔は、かなり短くされることができ、放射される混合光ビームの一様性は、向上されることが明らかになった。従って、前記照明システムが、大きくなりすぎること、即ち、前記光導波路が長くなりすぎることは防止される。これに関し、実質的な鏡面反射とは、反射光ビームが少なくとも５°の角度広がりαの増加を持つこと意味すると理解されたい。５°の角度広がりは、前記光導波路が、30mmの間隔をおいて配置される光源に対して約300mmの長さを持つことを可能にし、その上、前記照明システムは、依然として、個々のスペクトルの満足な光混合を供給する。

実験の結果、ＥＮ１２４６４規格の範囲内にとどまるためのビーム特性の要件に引き続き従う場合には、反射時の角度広がりαの増加は、多くて３０°であり得ることが明らかになった。30mmの間隔をおいて配置される前記光源を備える照明システムにおいては、角度広がりαのこのような増加は、前記光導波路の、例えば約100mmまでの、更に大幅なサイズ縮小を可能にし、その上、必要に応じて、引き続きＥＮ１２４６４規格に準拠する。３０°の角度広がりαの増加は、反射器の処理、例えば前記反射器の反射面の処理、例えば化学エッチング、又は部分鏡面反射コーティングによる前記反射器のコーティングによって、実現される。サンドブラスト処理(sandblasting)は、光の望ましくないランバート空間分布をもたらすので、拡散反射面を作成する方法として好ましくない。角度広がりαの増加が３０°より大きい場合には、前記光の伝搬が過度に乱され、ＥＮ１２４６４規格にもはや従わない程度までの望ましくない方向における光抽出及び多すぎる光の漏れをもたらすであろう。前記光導波路及び前記光抽出パネルは、両方とも、（実質的に）鏡面反射する壁部を備える中空管状ボディ、又は全内部反射（ＴＩＲ）を備えるソリッドの透明なボディであり得る。

適切な遷移部は、全内部反射（ＴＩＲ）を持つ、曲がった、わずかに拡散させる光ガラスファイバ、ＰＭＭＡファイバ、ソリッドのＴＩＲ偏向／反射ミラー、又は開口反射ミラー(open reflector mirrors)である。前記照明システムの好ましい実施例は、前記遷移部が、１つ以上の開口反射ミラーによって形成されることを特徴とする。これは比較的安価であり、角度広がりαの増加が、前記ソリッドのボディの品質、及び前記光ビームの前記ソリッドのボディを通る経路の長さによらず、前記ミラーの反射面の構造だけによって制御される。

前記遷移部は、前記照明システムの前記光導波路（供給部）と、前記光抽出パネルとの間に配置される。前記遷移部は、１つ又は２つ以上の偏向／反射ミラーを有し得る。光の０°の伝搬角度を持つ実施例は、例えばつり天井に興味深い構成であり、そこでは、前記照明システムの前記光抽出パネルしか見えず、前記照明システムの他の部分、即ち、前記光導波路及び前記遷移部は、例えば天井パネルの後ろに隠される。前記伝搬角度は、前記光導波路の長手方向光導波路軸と、前記光抽出パネルの長手方向パネル軸との間の角度として理解されたい。

光の９０°の伝搬角度を持つ実施例は、例えば床置き型又は卓上型照明器具に興味深い構成であり、そこでは、光生成部が、底部に取り付けられ、平坦な透明パネルが、光案内ポールとして機能してもよく、抽出パネルが、光放射面として機能し、例えば直接光と間接光との両方を用いる据え付けの照明器具として実施される。

１８０°の伝搬角度を持つ実施例、即ち、光の伝搬（及び取り付け）が逆転され、前記光生成部が天井にあってもよく、前記光導波路及び前記抽出パネルが部屋の中にフローティング素子として存在してもよい実施例は、例えば吊り下げ照明器具として実施される。この実施例は、全体寸法の縮小が重要である場合に興味深い。また、前記光導波路は、この構成においては前記光抽出パネルの保護カバーの役割を果たし得る。望ましい構成に依存して、中間の角度もまたあり得る。

前記光導波路に適した材料は、可視放射線の相対的に低いレベルの吸収率を持つＰＭＭＡ及びガラスである。この点において、ＰＣは、その可視放射線の相対的に高い吸収率のために好ましくない。適切な抽出手段は、例えば、フレネルパターン、局所的に粗くした面、拡散的に塗布された透明なインク、又は白色塗料の点である。前記遷移部は、例えば、アルミニウム、部分鏡面反射コーティング、又は化学的にエッチングされた面の反射面を持つ。適切な光源は、少なくとも２つの寸法において相対的に小さいサイズを持つ。適切な光源は、例えば、原色の赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）、白色又は琥珀色のＬＥＤ、ハロゲンランプ、ＨＩＤランプ、異なる原色、例えばＲＧＢの、又は異なる色温度（Ｗ）、例えば2500K及び5600Kを持つ蛍光管である。

好ましい実施例は、前記遷移部が、少なくとも２つの互いに回転可能な偏向／反射ミラーを有することを特徴とする。このようにして、光の伝搬が、あらゆる立体角内のあらゆる望ましい方向に案内され得るということが実現される。

欧州特許出願公開第EP1243847号は、光反射粒子を備える反射コーティングでコーティングされた反射器を備える照明器具を開示している。前記コーティングは、前記コーティングの外面には前記粒子がないために、滑らかな光波案内面を持つ。これは、結果的に、前記コーティングを部分鏡面反射するものにする。鏡面反射の程度は、前記コーティング内の反射粒子の量及び位置によって制御され得る。

図面を用いて、本発明を更に説明し、明らかにする。

図１は、例えば2700K及び6500Kの異なる色温度の２つの隣接する光源、例えば、蛍光管であって、各々が動作中ユニークな光スペクトル備える光ビームを放射する蛍光管（図示せず）を有する照明システムを示している。前記システムは、例えばガラス製の中空の透明な光導波路４であって、長手方向光導波路軸５を規定し、カップリングイン面６及びカップリングアウト面７を持つ光導波路４を有する、光ビーム２、３を案内するための光学系１を更に有する。遷移部８、図においては２つの接続されたソリッドのＰＭＭＡミラーは、光導波路４のカップリングアウト面７を中空の透明な光抽出パネル９に接続する。透明な光抽出パネル９は、長手方向パネル軸１０を規定し、光源からの光ビーム２、３を外部にカップリングアウトするための抽出構造部１１を持つ。光導波路４及び光抽出パネル９は、両方とも、鏡面反射するものであり、遷移部８は、光ビームの反射時に、反射光ビームの正反射方向と比べて６°の角度広がりαの増加をもたらす部分鏡面反射コーティング１３を持つ。光導波路４から光抽出パネル９への光の伝搬は、同じ方向を指している矢印２、３及びＡによって示されているように、０°の伝搬角度で行なわれる。前記システムは、天井からつるされ、光導波路４と共に天井パネル１２の後ろに隠される光生成部（図示せず）を持つ。光抽出パネル９は、隠されず、見える。光抽出構造部１１は、鏡面反射フレネルパターンである。

図２は、本発明による照明システムの第２実施例を示している。この、示されているような実施例の構成においては、光の伝搬角度は、１８０°であり、矢印Ａに対して逆を向いている矢印１４、１５、１６によって示されている。
光の１８０°の伝搬角度は、２つのミラー１８ａ、１８ｂであって、各々が化学的にエッチングされた反射面１７を備える２つのミラー１８ａ、１８ｂを有する開口ガラス遷移部８による光ビームの反射によってもたらされる。他の例においては、遷移部は、１つの一体型ミラー部しか有さない。ミラーは、光ビーム１４、１５、１６の反射時に２０°の角度広がりαの増加をもたらす。前記光ビームは、ＲＧＢのＬＥＤのセット（図示せず）から来ている。ソリッドのＰＭＭＡ光導波路４は、ソリッドの光抽出パネル９のカバーとして機能する。光抽出構造部１９は、白色塗料の印刷された点によって形成される。ミラー１８、１８ｂは、ミラー１８ａ、１８ｂの境界面２１に対して直角な中央共通遷移軸２０のまわりを互いに回転可能であるので、光の伝搬角度は、平面内で０°と１８０°との間で調節可能である。遷移部が、複数の、例えば３つの互いに回転可能なミラーを有する場合、光の伝搬が、平面の内外の両方のあらゆる望ましい方向に案内され得ることは明らかである。

図３は、図２の照明システムの細部の断面図であって、最終的に光抽出構造部１９を介して光抽出パネルからカップリングアウトされる光線２３の、遷移部８を介する光導波路４から光抽出パネル９までの経路の一部を示している断面図である。遷移部８は、２つの開口ミラー１８ａ、１８ｂを有し、前記２つの開口ミラー１８ａ、１８ｂは、両方とも、化学的にエッチングされた面１７であって、前記面に当たる各光線の角度広がりαを２０°増加させる面１７を持つ。前記エッチングされた面１７とアルミニウム反射層２２の組み合わせは、前記ミラーを実質的に鏡面反射するものにする。ミラー１８ａ、１８ｂは、両ミラー１８ａ、１８ｂの間の境界面２１に対して直角である軸２０のまわりを、互いに対して回転可能である。従って、伝搬角度を図面の平面の外へ動かすことが可能である。

本発明による照明システムの第１実施例の側面図である。 本発明による照明システムの第２実施例を示す。 図２の照明システムのミラーの断面図である。

Claims (10)

1. 照明システムであり、
   − 少なくとも２つの隣接する光源であって、各々が動作中ユニークな光スペクトルを持つ光ビームを放射する光源と、
   − 前記光ビームを導くための光学系とを有する照明システムであり、前記光学系が、
   − カップリングイン面及びカップリングアウト面を持ち、長手方向光導波路軸を規定する光導波路と、
   − 前記光導波路の前記カップリングアウト面を透明な光抽出パネルに接続する遷移部と、
   − 前記光源からの光ビームを外部にカップリングアウトするための抽出構造部を持ち、長手方向パネル軸を規定する前記光抽出パネルとを有する照明システムであって、
   前記遷移部が、前記光ビームの反射時に、反射される前記光ビームの正反射方向に対して、少なくとも５°、多くて３０°の角度広がりαの増加を引き起こす実質的な鏡面反射をするものであることを特徴とする照明システム。
2. 請求項１に記載の照明システムであって、前記遷移部が、単一の開口反射ミラー、又は複数の開口反射ミラーであることを特徴とする照明システム。
3. 請求項２に記載の照明システムであって、前記光導波路から前記光抽出パネルへの光の伝搬が、０°の伝搬角度で行なわれることを特徴とする照明システム。
4. 請求項２に記載の照明システムであって、前記光導波路から前記光抽出パネルへの光の伝搬が、１８０°の伝搬角度で行なわれることを特徴とする照明システム。
5. 請求項１又は２に記載の照明システムであって、前記光導波路から前記光抽出パネルへの光の伝搬が、９０°の伝搬角度で行なわれることを特徴とする照明システム。
6. 請求項１又は２に記載の照明システムであって、前記光源が、ＬＥＤ、蛍光管、ハロゲンランプ及びＨＩＤランプから成るグループから選ばれることを特徴とする照明システム。
7. 請求項６に記載の照明システムであって、前記光源が、原色のＲＧＢ、若しくはＲＧＢ及び白色を放射する光源、又は異なる色温度の光源であって、前記色温度が2500K乃至6500Kの範囲内である光源を有することを特徴とする照明システム。
8. 請求項１又は２に記載の照明システムであって、前記光抽出構造部がフレネル格子であることを特徴とする照明システム。
9. 請求項１又は２に記載の照明システムであって、前記光導波路が、ＰＭＭＡ製又はガラス製であることを特徴とする照明システム。
10. 請求項１又は２に記載の照明システムであって、前記遷移部が、少なくとも２つの互いに回転可能な偏向／反射ミラーを有することを特徴とする照明システム。

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