JP2010525513A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

本発明は、表面（１０１）を照明する照明器具であって、少なくとも１つの照明要素及び照明本体を有し、照明要素が、人工光（２１，２１′）を放出し、ハウジング要素（４０）が、照明要素を有すると共に照明本体を支持し、照明本体が、下に存在する表面（１０１）を照明するのに適した透明な光伝導材料から成っているような照明器具に関する。本発明の開示内容によれば、照明本体は、表面（１０１）を光学的に拡大するためのフレネル型レンズを形成する表面パターン（８０）を有する。

Description

本発明は、表面を照明する照明器具であって、少なくとも１つの照明要素及び照明本体を有し、照明要素が、人工光を放出し、ハウジング要素が、照明要素を有すると共に照明本体を支持し、照明本体が、透明な光伝導材料からなり、照明する表面の上にほぼ位置している照明器具に関する。

米国特許第６，９５１，４０３（Ｂ２）号明細書には、全体として平坦な表面を照明する器具が記載されており、この器具は、透明な光伝導（導光）照明本体が取り付けられたハウジング内に収納されている電池式光源を有している。この器具は、照明本体が透明な照明本体を介して照明状態で視認可能な本又は他の平坦な表面を覆った状態で配置されるのが良い。照明本体は、導かれた光を偏向してこれを下に存在する表面に当てるようくさび形状をなしてテーパしている。

米国特許第６，９５１，４０３（Ｂ２）号明細書

残念ながら、この器具は、一般に湾曲した読書領域を備える本を読むには都合が良くない。湾曲した読書領域とテーパした照明本体の相互作用により、照明されたページの像が変形する。さらに、この器具は、比較的厚手のくさび形光ガイドであり、この厚さの結果として、重量が比較的重く、これにより使いやすさが低下する。また、その結果として、機械的剛性が比較的高くなり、器具を湾曲した読書領域を覆って曲げるのは非常に困難である。

さらに、上述した照明器具にクリップ留めできる拡大レンズが知られている。残念ながら、この拡大要素は、倍率が比較的小さい。表面を光学的に拡大する別のオプションは、バー形拡大鏡を用いることである。このバー形拡大鏡は、アクリル樹脂本体である場合が多く、これは湾曲した頂面を備え、それにより、バー形拡大鏡が載っている表面を光学的に拡大する。かかるバー形拡大鏡の欠点は、重量が重いこと及び像が歪むことである。

本発明は、上述の欠点をなくすことを目的としている。具体的に言えば、本発明の目的は、好都合な読書に十分な倍率と小さな全厚を組み合わせた効率的でしかも安価な照明器具を提供することにある。

この目的は、表面を照明する照明器具であって、少なくとも１つの照明要素及び照明本体を有し、照明要素が、人工光を放出し、ハウジング要素が、照明要素を有すると共に照明本体を支持し、照明本体が、下に存在する表面を照明するのに適した透明な光伝導材料から成っている、照明器具において、照明本体は、表面を光学的に拡大するためのフレネル型レンズを形成する表面パターンを有することを特徴とする照明器具によって達成される。表面を照明する照明器具の有利な実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。

本発明の範囲内において、照明要素及び照明本体が開示され、照明本体は、フレネル型レンズから成る。レンズを１組のリフレクタ手段に分けることにより、フレネル型レンズは、従来型球面レンズと比較して、必要な材料の量を少なくした状態で高い倍率を達成する。各リフレクタ手段それ自体が球面レンズを形成するので、全てのリフレクタ手段を組み合わせると、厚みの小さい大面積拡大レンズが得られる。標準型レンズの連続面が同一又は互いに異なる曲率の１組の表面に効果的に細断されるので、レンズの全厚が減少し、レンズの厚さを実質的に減少させることができる。これらリフレクタ手段は、間隔が一定又はランダムな真っ直ぐの又は湾曲したプロフィールを有するのが良く、しかも、寸法が数ミクロンから数ミリメートルまで様々であって良い。リフレクタ手段の配置及び表面パターンの形状は、円形であっても良く、直線状であっても良く、或いは非一様なパターンを有しても良い。

さらに、リフレクタ手段は、一群の小さな三角形、台形又は平行四辺形に等しい断面を有するのが良い。リフレクタ手段は、照明本体の表面全体を通じて均一の設計を備えるのが良い。別の好ましい実施形態では、リフレクタ手段の設計は、照明本体の主軸線に沿って変化しても良い。

別の好ましい実施形態では、各リフレクタ手段は、鋸歯状断面を有する。必要な倍率を達成するため、各リフレクタ手段は、フェーセット面及びレリーフ面を有する。フェーセット面は、光軸までの距離が減少するにつれて上方に傾斜する。次いで、レリーフ面は、表面パターンのベースに向かって急降下する。その結果、三角形の形状をもつ鋸歯状構造が作られる。表面パターンのベースとフェーセット面との間の角度は、０°〜３０°であるのが良く、直径の大きなレンズでは、この角度は、４０°まで、それどころか５０°まで広がる場合がある。鋸歯状構造のピッチは、これが人の目には見えないようにするために１ｍｍ〜１０ミクロン、より好ましくは２００ミクロン〜５０ミクロンであるのが良い。

開示される照明器具は、表面を照明してこれを光学的に拡大する能力を有する。読書及び拡大ランプとして用いられる場合、照明器具の照明本体は、一般に、照明されるべき表面の上に位置し、フレネル型レンズは、表面を光学的に拡大する。したがって、別の好ましい実施形態では、表面パターンは、照明本体の表面のうちの１つに設けられる。好ましくは、表面パターンは、照明本体の頂面又は底面を覆う。例えば、ユーザが本を読みたい場合、照明本体は、テキストを光学的に拡大することができるようページの上方に保持されなければならない。倍率は、物体、例えばテキストとレンズとの間の距離及びレンズの焦点距離の関数なので、照明本体は、レンズの焦点距離が５０ｍｍ〜３００ｍｍである場合、１．１５倍〜８倍の倍率を達成するには物体よりも上方に１０ｍｍ〜１００ｍｍの距離をおいたところに保持されなければならない。別の好ましい実施形態では、照明本体と表面パターンは、一体である。

別の好ましい実施形態では、表面パターンは、一方において表面を光学的に拡大し、他方において照明要素からの人工光を受け、これを偏向して表面に当てるよう構成されている。開示される照明器具は、表面を照明する能力と表面を拡大する能力を組み合わせて備えている。開示される照明器具の照明要素が、照明本体の側面のうちの１つに設けられている場合、かかる照明要素は、人工光を照明本体中に注入又は投入する。表面パターンを構成する溝は、光抽出特徴部としての役目を果たす。人工光は、照明本体内で集められ、表面パターンのレリーフ面を通ってこれから出る。したがって、照明本体の下に位置する表面の均一照明が可能である。この能力は、表面の拡大と組み合わせられる。

通常の光源が例えば本を読むために用いられる場合、かかる光源は、特に寝室で用いられる場合、他人の邪魔になる場合がある。他人の邪魔になるのを回避するために、本明細書において説明する照明器具は、読書用ライトとして使用できる。したがって、放出された人工光が周りではなく、本のページだけを照明することが重要である。照明要素は、照明本体の側面のうちの１つに取り付けられるべきである。側面のうちの１つに投入された光は、偏向されなければならず、その結果、できるだけ多くの光が例えば本のシート又は紙面の上に位置する照明本体の底部側を通って出るようになる。したがって、人工光を偏向する表面パターンは、紙面により反射された光に対しては透明であることが必要であり、したがって、照明本体により覆われているテキストは、ライトアップされ、人がこれを容易に視認できるようになる。さらに、表面パターンは、光抽出層に当たる周囲光に対して透明であるのが良い。

上述したように、照明要素は、照明本体の側面のうちの１つに設けられるのが良い。減衰度が小さい状態で照明要素により照明本体中に放出される人工光のクロスオーバを達成するため、照明要素は、照明本体のその側面に接着されるのが良い。好ましくは、用いられるグルーは、照明本体の材質と同一の屈折率を有する。したがって、散乱、偏向又は減衰が生じることはないであろう。別の好ましい実施形態では、照明要素は、照明本体の側面に隣接して配置されるが、照明要素とその側面との間には照明間隙が設けられる。この構成では、人工光の何分の一かは、照明本体中に投入され、これに対し、残りの部分は、照明器具の下に位置する表面を直接照明する。照明本体中に投入されず、表面を直接照明する光の部分は、照明間隙のサイズにより定められる。さらに、表面を直接照明する人工光の部分を増減するため、照明要素内に追加のレンズを設けるのが良い。このレンズは、人工光を合焦させ又は分散させることができる。

好ましくは、照明要素は、以下のもの、即ち、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、白熱灯又は蛍光灯のうちの少なくとも１つである。照明器具の使用形式に応じて、単一の照明要素又は複数の照明要素を用いるのが良い。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、順方向に電気的に付勢されると、非干渉性の狭いスペクトル光（代表的には、１０〜２０ｎｍ）のオーダを放出する半導体デバイスである。放出される光の色は、用いられる半導体材料の組成及び状態で決まる。さらに、蛍光体変換ＬＥＤを用いることができる。この場合、蛍光体は又、放出される視界の色及びスペクトルに影響を及ぼす。これ又利用可能な有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、発光層が或る特定の有機化合物の薄膜から成る特別な形式のＬＥＤである。ＯＬＥＤの利点は、これが潜在的に低コストであり且つ効率の高い均一の大画面光源であるということである。ＯＬＥＤは、光を発生させるために有機物質の薄膜を通って流れる電流を利用する。放出されるべき光の色及び電流から光へのエネルギー変換効率は、有機薄膜材料の組成で決定される。

好ましい実施形態では、照明本体は、それぞれせいぜい３００ｃｍ²、好ましくは１００ｃｍ²未満のサイズの面積に及ぶ。照明器具が読書用ライトとして用いられる場合、これは、小形且つ軽量でなければならず、したがって、かかる照明器具を都合良く使用することができる。知覚研究結果の示すところによれば、今日、約１ｃｍ×５ｃｍの照明領域が、読書にとって好都合である。その結果、電力消費量が５０ｍＷ未満、好ましくは１０ｍＷ未満のＬＥＤが、好ましくは２５〜２０００ルックス、より好ましくは５０〜２５０ルックス、最も好ましくは７５ルックス以上の照明レベルを達成するのに十分である。

別の好ましい実施形態では、照明要素は、照明本体の下に配置される。この構成では、人工光は、照明本体中には投入されず、表面を直接照明する。人工光を表面上に合焦させるため、レンズを照明要素中に埋め込むのが良い。この実施形態は、照明要素と照明本体との間の光学的には困難な結合を確立する必要がないという利点を有している。さらに、表面パターンに用いられる材料は、人工光を受け取ってこれを偏向するその能力に関して選択される必要がない。広い表面であってもこれを光学的に拡大したり照明したりするために用いることができる安価且つ簡単な照明器具が達成される。

別の好ましい実施形態では、照明本体は、照明要素からの人工光を受け、これを偏向して表面に当てるよう構成された光抽出層を有する。この実施形態では、人工光を受け取ってこれを偏向する表面パターンの能力は、光抽出層によって高められる。好ましくは、光抽出層は、表面に向かないで照明本体の頂部側を覆い、これに対して、表面パターンは、照明されるべき表面の隣りに位置する照明本体の底部側を覆う。この構成では、表面パターンは、表面を光学的に拡大し、これに対し、光抽出層は、照明本体の側面のうちの一方から投入されている人工光を偏向する。個々の役目の割り当てに起因して、表面パターンと光抽出層を最適に設計できる。照明器具を読書用ライトとして用いるためには、人工光を偏向する光抽出層は、紙面により反射された光に対して透明でなければならない。

別の好ましい実施形態では、照明本体は、第１の区分及び第２の区分を有し、第１の区分の少なくとも一部は、表面パターンで覆われ、第２の区分の少なくとも一部は、光抽出層で覆われている。上述の実施形態とは対照的に、光抽出層と表面パターンで覆われた照明本体の部分は、互いに別個のものである。照明本体は、読書用ライトとして用いられる場合、表面パターンで覆われ、照明器具の下に位置する表面を拡大する内側セグメントを有するのが良く、この内側セグメントは、第１の区分である。この第１の区分は、照明要素によって放出された人工光を受け取ってこれを偏向するために用いられる第２の区分によって包囲されるのが良い。表面の均一な照明を達成するため、光抽出層の表面構造は、人工光が角度をなして照明本体から出て、照明本体の中心に向き、第１の区分の下に位置する表面を照明するように人工光を偏向するのが良い。この実施形態は、第１の区分と第２の区分にそれぞれ互いに異なる材料を用いることができるという利点を有する。

別の好ましい実施形態では、複数の照明要素が、照明本体の外縁部に設けられる。照明本体及び（又は）表面の均一な照明が達成可能である。照明要素の各々により放出される人工光は、表面上に直接放出されても良く、照明本体中に投入され、その後表面上に偏向されても良い。これら実施形態は、用いられる照明要素の個数が多いので、照明要素の各々がほんの僅かな光出力しか呈しなくても良いという利点を有する。したがって、生じた熱及び各照明要素の所要のエネルギー消費量は、僅かである。さらに、照明要素のサイズが小さいことに起因して、照明本体を支持すると共に照明要素を収容するリムは、小形であっても良い。したがって、照明器具の楽な取り扱いが可能である。

本発明の目的は又、上述の実施形態としての照明器具を支持する取付け具であって、取付け具は、表面を拡大状態で視認できるよう照明器具を表面から距離をおいたところに位置決めすることを特徴とする取付け具によって達成される。したがって、取付け具は、照明器具が連結される取付け手段を備えなければならない。取付け手段は、照明器具を必要に応じて取付け手段に取り付けたりこれから取り外したりすることができるクリップのような連結方式であるのが良い。さらに、取付け手段は、照明器具を視認されるべき物体から所与の距離の範囲内に位置決めして所望の倍率を表面パターンにより達成するようにする離隔要素を有するのが良い。

照明器具をトーチ状器具として改造するため、本明細書において集光器要素が開示されている。集光器要素は、表面に到達せず且つ（或いは）表面に差し向けられない人工光の部分を用いる。したがって、集光器要素は、照明本体から出た人工光の少なくとも一部を受け取ってこれを方向づけるよう構成されている。この目的を達成するためには、集光器要素は、単一又は複数のレンズ及び（又は）鏡で形成可能な光学系である。照明本体をその外面のうちの１つを通って出た人工光は、拡散分布状態を呈する場合がある。集光器要素は、合焦されると共に（或いは）平行なビームを達成するよう人工光の光束を再付形することができる。集光器要素の利用により、開示された照明器具は、読書用ライトとして使用可能であるだけでなく、トーチとしての使用可能である。

集光器要素は、使用形式に応じて、照明本体の互いに異なる外面上に配置可能である。好ましくは、集光器要素は、照明本体の長手方向側部に設けられ、その結果、これら長手方向側部から出た人工光を再付形することができるようになっている。照明本体をその底部側を通って出た人工光は、照明器具に対してほんの僅かな偏向角度を呈することができるので、集光器要素は、この光の部分を集めて再付形することも可能である。したがって、集光器要素は、照明本体の高さよりも大きなサイズを有するのが良い。

人工光の光束の再付形を達成するため、集光器要素は、表面形成体を有するのが良い。表面形成体は、集光器要素の広い部分、特に照明本体とは直接的には接触していない集光器要素の部分を覆うのが良い。したがって、照明本体をその長手方向側部を通って出た人工光は、集光器要素中に交差状態で直接入ることができる。集光器要素は、人工光が減衰を生じないで案内されるよう光伝導材料から成るのが良い。集光器要素の光伝導材料は、照明本体に用いられた材料と同種であるのが良い。

表面形成体は、人工光を合焦させ又は平行に付形することができる。この目的を達成するため、表面形成体は、集光器要素の中心からの距離が増大するにつれて下方に傾斜した断面を有するのが良く、この断面は、鋸歯状である。表面形成体の各要素は、１０マイクロメートル〜１０ｍｍ、好ましくは３０μｍ〜３ｍｍ、最も好ましくは１００μｍ〜１ｍｍの幅を有するのが良い。集光器要素と表面形成体の下方傾斜側部との間の形成角度は、０．１°〜５°、好ましくは０．２°〜３°、より好ましくは０．２５°〜２°であるのが良い。この表面形成体も又、これがフレネル型レンズを形成するような仕方で配置されるのが良い。

別の好ましい実施形態では、集光器要素は、照明本体に逆向きに取り付け可能である。これにより、ユーザは、照明器具を２つの別々の目的に用いることができる。一方において、照明器具を本のページを照明する読書用ライトとして用いることができる。他方、集光器要素を照明器具に取り付けて、周囲に位置する任意のスポットを照明することができるトーチ状器具を達成することが可能である。好ましくは、集光器要素は、クリップ手段を有し、クリップ手段は、集光器要素を照明本体に取り付けるために照明本体の第２のクリップ手段と協働する。これら２つのクリップ手段を用いることにより、集光器要素を照明本体に容易に取り付けることが可能である。ユーザは、工具又は他の要素を必要としないで、集光器要素を取り付けたり且つ（或いは）取り外したりすることができる。

別の好ましい実施形態では、集光器要素は、交換可能なレンズ要素を有する。交換可能なレンズ要素を用いることにより、人工光の少なくとも一部の受け入れ具合及び差し向け具合を調整することができる。したがって、人工光の光束を種々の仕方で付形することが可能である。必要ならば、合焦された光スポットが達成可能であり、或いは、光束を平行に配置して広い領域を照明することができる。好ましくは、交換可能なレンズ要素は、ＬＣ（液晶）構造により形成される。

照明器具の位置とは無関係に、一様な照明を組み合わせ状態で達成するため、本発明の別の実施形態の開示内容によれば、照明器具は、少なくとも、第１の照明手段及び第２の照明手段を有し、第１の照明手段及び第２の照明手段は、表面の少なくとも部分的に異なる区分を照明するよう配置される。第１の照明手段及び第２の照明手段は、表面を照明するために用いられる。この目的を達成するため、これら照明手段は、照明要素により放出された人工光を案内するか、照明要素を形成してこれら自体が照明光を放出する。表面からの照明器具の距離を変えたいと思うユーザは、これら２つの照明手段のいずれが表面を照明すべきかを選択することができる。第１及び第２の照明手段は、フレネルレンズの中心から可変距離をおいたところに配置されるので、これら照明手段は、表面の少なくとも部分的に異なる区分を照明する。これは、光源が照明されるべき物体に対するレンズの種々の位置について光の一様な分布をもたらすという利点を有する。ユーザが照明器具を配置する距離に応じて、ユーザは、第１の照明手段及び（又は）第２の照明手段を選択することができる。

有利な実施形態では、第１の照明手段及び第２の照明手段は、リフレクタ手段相互間に配置される。照明本体は、透明な光伝導材料から成っているが、この照明本体は、照明要素により放出された人工光の束を減衰させることができる。したがって、第１の照明手段及び第２の照明手段をリフレクタ手段内に組み込むことが妥当であるかもしれない。像の全体的品質を妨げないようにするため、第１及び（又は）第２の照明手段は、直径がほんの僅かであることが必要であり、しかも、フレネル型レンズの焦点から遠く離れて位置するリフレクタ手段内に配置されなければならない。１μｍ〜１ｍｍの直径が、有利であることが判明した。

別の実施形態では、第１の照明手段及び第２の照明手段は、照明本体内に配置される。この実施形態は、第１及び第２の照明手段についてのサイズ及び位置に関する要件が、上述の実施形態と比較して厳格さが低いという利点を有する。したがって、肉眼的な第１及び第２の照明手段であっても、これらを照明本体内に埋め込んで、表面からの照明器具の距離に応じて、表面の互いに異なる区分を照明することができる。

別の好ましい実施形態によれば、第１の照明手段及び（又は）第２の照明手段は、光ファイバである。この実施形態では、光ファイバは、遠隔に配置された照明要素により放出された人工光を導くために用いられる。光ファイバの直径が小さいので、光ファイバをフレネルレンズの溝に沿って巻くことができる。照明要素は、照明システムを備えるのが良く、その結果、第１及び（又は）第２の照明手段中への人工光の投入を制御することができるようになっている。表面までの照明器具の距離に応じて、人工光は、第１の照明手段か第２の照明手段かのいずれかに投入される。光ファイバの内部コアを包囲したクラッドは、人工光が表面を照明する専用スポット上で光ファイバを出ることができるよう破けているのが良い。

用いられる光ファイバは、全反射により光を軸線に沿って伝える円筒形の誘電体導波路であるのが良い。光ファイバは、クラッド層より包囲されたコアから成る。コアとクラッドとの間の境界は、ステップインデックスファイバでは急であり、或いは、グレーデッドインデックス（グレーデッド型）ファイバではゆるやかであるのが良い。用いられる光ファイバの動作原理は、マルチモード光ファイバ又はシングルモード光ファイバを有する多くの変形例に当てはまる。照明器具の使用形式に応じて、光ファイバは、ガラス又はポリマーで作られるのが良い。プラスチックで作られた光ファイバは、一般的には、コア直径が１ｍｍ以上のステップインデックスマルチモードファイバである。プラスチック製の光ファイバは、ガラスファイバよりも生じる減衰度が非常に高い場合が多く、それにより、かかる形式の光ファイバを用いる装置の範囲が制限される。光ファイバの内部コアは、ポリメチルメタクリレート（アクリル樹脂）で作られる場合が多く、被覆材料は、弗素化ポリマーである場合が多い。さらに、光ファイバは、過弗素化ポリマー（主として、ポリペルフルオロブテニルビニルエーテル）を主成分としている。

読書用に一層快適な光を達成するため、第１の照明手段及び（又は）第２の照明手段には着色手段をドープするのが良く、着色手段は、吸収及び再放出により人工光の波長をシフトする。着色手段は、光ファイバにより運ばれる青色光を別の波長にシフトする蛍光体から成るのが良い。さらに、光ファイバは、同一の目的を達成するために蛍光体層で被覆されるのが良い。変形例として、着色手段は、照明本体の内部の小さなキャビティ内に配置されても良い。

グレア効果を最小限に抑えると共にユーザに直接当たる人工光の部分を抑制するため、反射手段を用いるのが良い。反射手段は、これが第１及び（又は）第２の照明手段によって放出された人工光を表面の照明を生じさせない方向に反射するよう形成される。反射手段は、鏡及び（又は）反射膜であるのが良い。反射膜は、第１及び（又は）第２の照明手段によって放出された人工光が表面上に反射されるよう光ファイバ上に積層されるのが良い。さらに、反射手段は、リフレクタ手段中に埋め込まれた光ファイバにより放出される人工光が照明本体中に投入されるのを阻止する。というのは、これは、照明器具のユーザをいらいらさせる恐れがあるからである。

上述の照明器具並びに特許請求の範囲に記載されたコンポーネント及び開示する実施形態において本発明に従って使用されるべきコンポーネントは、寸法形状及び材質の選択に関して特に例外があるわけではない。選択基準が関連分野において知られているような技術的構想を限定なく適用することができる。本発明の対象物の追加の詳細、特徴及び利点は、従属形式の請求項及び各図の以下の説明に開示されており、図は、例示であるに過ぎず、本発明の照明器具の複数の好ましい実施形態を示している。

照明本体及び照明要素を備えた照明器具を示す図である。 照明要素と照明本体との間の照明間隙を有する照明器具を示す図である。 図２の照明本体の切欠き図である。 照明器具の別の実施形態を示す図である。 図４の照明器具の平面図である。 照明器具の別の実施形態を示す図である。 ２つの列の状態に配置されている照明要素を備えた照明本体を示す図である。 複数の照明要素により包囲された照明本体を示す図である。 集光器要素を備えた照明本体を示す図である。 集光器要素を備えた照明本体の別の実施形態を示す図である。 第１の照明手段及び第２の照明手段を備えた照明本体を示す図である。 第１及び第２の照明手段の別の実施形態を示す図である。 埋め込み状態の第１及び第２の照明手段を備えた照明本体の別の実施形態を示す図である。

図１には、物体１００の表面１０１を照明する照明器具１０が示されている。照明器具１０は、照明要素２０及び照明本体３０を有している。照明要素２０は、ハウジング要素４０の下に配置され、このハウジング要素は、照明本体３０を支持している。図示の実施形態では、照明器具１０は、物体１００の全体的に平坦な表面１０１、例えば、照明本体３０の下に位置する本のページを照明するために用いられる読書用ライトである。表面１０１を光学的に拡大するため、照明本体３０は、フレネル型レンズを形成する表面パターン８０を有している。かかるフレネル型レンズは、かなり厚い照明本体３０を必要とすることなく、大きな倍率を達成することができる。

照明要素２０は、人工光２１を照明本体３０中に注入又は投入するＬＥＤである。照明要素２０は、保持要素４０に連結され、この保持要素は、プリント回路板（ＰＣＢ）であるのが良い。かかるプリント回路板は、電子コンポーネントを機械的に支持すると共に非導電性基板上に積層された銅板からエッチングされた導電路を用いて電子コンポーネントを電気的に互いに接続するために用いられている。かかる構造は、安価であり且つ非常に信頼性のあるものとして知られている。さらに、ＬＥＤは、ＰＣＢにより電子コンポーネントに直接接続されるのが良い。照明要素２０と反対側では、ドライバ６２及び電池６１がハウジング要素４０上に配置されている。電池６１は、好ましくは、充電式であり、照明要素２０に必要な電流を送り出す。ドライバ６２は、電流増幅回路及び所望の波形を出力する波形発生・制御回路を含むのが良い。また、波形振幅、周期数及びデューティレシオは、波形発生・制御回路によって調節される。

電力を得るのが困難であり又は電力が高価である地球上の領域で照明器具１０を使用するため、太陽電池６０がハウジング要素４０に取り付けられるのが良い。太陽電池６０は、太陽光からの光子を電気に変換し、電気は充電式電池６１に蓄えられる。したがって、照明器具１０が日中、太陽光に当てられる場合、照明器具１０を夜間に用いることができる。太陽電池６０が設けられているにもかかわらず、表面１０１を長期間にわたり照明することができる照明器具１０を得るためには、低電力消費量の照明要素２０が必要である。ＬＥＤは、これにふさわしいことが判明している。というのは、ＬＥＤは、低電力消費量で十分な光レベルを達成するからである。

実験による測定結果によれば、表面パターン８０は、表面１０１の光学的拡大をもたらすだけでなく、照明要素２０により投入された人工光２１の案内をもたらす。したがって、照明本体３０の表面パターン８０は、２つの役割を果たす。一方において、表面パターン８０は、表面１０１を光学的に拡大する。他方、表面パターン８０は、光抽出特徴を備えた複数のリフレクタ又は屈折手段８１によって形成される。人工光２１は、リフレクタ手段８１に向かって束にされ、表面１０１上に放出される。したがって、表面１０１は、照明されると同時に光学的に拡大される。

表面１０１に当たるよう偏向されないで周囲に散乱される人工光２１の量を減少させるため、本発明において光抽出層５０が開示される。光抽出層５０の構成は、図２及び図３に示されており、図３は、照明本体３０を示しているに過ぎない。人工光２１は、左側から照明本体３０中に投入される。人工光２１を照明本体３０の下に位置決めされた表面１０１上に偏向するため、光抽出層５０は、表面構造を備えている。この表面構造は、連続的に配置された複数の偏向手段５１から成る。各偏向手段５１は、照明本体３０から急激に持ち上がったフランジ５３を備える鋸歯状断面を有するのが良い。偏向手段５１は、次いで、フェース又は作用面５２を備え、このフェースは、照明要素２０までの距離が増大するにつれて下方に傾斜している。フェース５２は、照明本体３０の長手方向延長部に対して測定して角度５４を有する。人工光２１の波長及び照明本体３０に用いられる材料の屈折率に応じて、角度５４は、０．１°〜５°、好ましくは０．２５°〜２°であるべきである。

表面１０１の外観を拡大するのに必要な表面パターン８０は、複数のリフレクタ手段８１から成っている。各リフレクタ手段８１は、照明本体３０の底面３５を覆った状態で連続的に配置されている。図示の実施形態では、各リフレクタ手段８１は、照明本体３０から急に持ち上がったフランジ８３を備える鋸歯状断面を備えている。次いで、リフレクタ手段８１は、フェーセット面８２を備え、このフェーセット面は、照明要素２０までの距離が減少するにつれて下方に傾斜している。したがって、鋸歯状構造は、抽出層５０の鋸歯状構造とは逆になっている。表面１０１の均一な拡大を達成するため、リフレクタ手段８１は、非均一に配置されるのが良い。さらに、フェーセット面８２と照明本体３０の長手方向軸線とのなす角度８４は、照明要素２０までの距離について変化するのが良い。リフレクタ手段８１は、直線構造をなして配置されるのが良く、したがって、表面パターン８０は、複数の列をなすリフレクタ手段８１で構成されるようになっている。別の実施形態では、表面パターン８０は、複数の同心の環状に配置されたリフレクタ手段８１から成っていても良い。このように形成されたフレネルレンズも又、球面収差に対する補正が施されるのが良い。

図２に示されている照明要素２０は、照明本体３０とは直接的には接触していない。これとは異なり、照明要素２０と照明本体の側面３６との間には照明間隙２５が設けられている。したがって、人工光の一部２１′は、照明本体３０中に投入されることになる。照明光２１の他の部分は、表面１０１上に直接放出されることになる。この実施形態は、直接光２１並びに間接光２１′が表面を照明するために用いられるという利点を有している。この結果、非常に均一な照明が得られ、それにより照明器具１０の下に位置する本のコントラスト及び読みやすさが向上する。

図４には、照明器具１０の別の実施形態が示されている。照明本体３０は、第１の区分３７と第２の区分３８に分割されている。照明本体３０の第１の区分３７の下面は、フレネル型レンズを形成する表面パターン８０で覆われている。したがって、第１の区分３７の下に位置する物体１００が、光学的に拡大される。物体１００の表面１０１を照明するため、照明本体３０の第２の区分３８は、光抽出層５０を有している。照明本体３０中に投入された人工光２１は、光抽出層５０によって受け取られて偏向され、そして表面１０１上に案内される。表面１０１は、第２の区分３８の下ではなく、第１の区分３７の下に位置しているので、人工光２１′は、側方に偏向される。図４に示されているように、偏向された人工光２１′は、第２の区分３８から放出されるが、第１の区分３７の下に位置する表面１０１を照明する。この構成は、図５によって明らかであり、図５は、図４の照明器具１０を上から見た図である。表面１０１を備えた物体１００は、照明本体３０の第１の区分３７の下に位置している。表面パターン８０のリフレクタ手段８１は、それぞれ、照明本体３０上に同心環状に配置されている。照明本体３０が、表面１０１のサイズよりも小さな幅３３を備えているので、表面１０１のその下に位置する部分だけがフレネル型レンズによって光学的に拡大される。表面１０１を照明するため、第２の区分３８は、光抽出層５０で覆われている。

図６に示されている照明器具１０は、ハウジング要素４０に隣接して配置された照明要素２０を有している。照明要素２０によって放出された人工光２１は、照明本体３０中には投入されない。これとは異なり、人工光２１は、表面１０１を直接照明する。したがって、人工光２１の吸収を阻止するための照明要素２０と照明本体３０との間の改造を行う必要はない。さらに、照明要素２０の交換は、容易に実施でき、照明本体３０を含む照明器具全体の分解を必要としない。

図７及び図８に示されているように、照明器具１０は、複数の照明要素２０を有するのが良い。好ましくは、これら照明要素２０は、側面３６，３６′に隣接して配置されている。図７では、照明要素２０は、互いに側面３６，３６′に向いた２つの列をなして配置されている。図８には別の実施形態が示されており、この場合、照明要素２０は、照明本体３０全体を境界づけている。必要な全光束が１つの照明要素２０によって放出されるのではなく、複数の照明要素２０によって放出されるということにより、個々の光出力及び各照明要素２０のサイズを減少させることができる。したがって、照明本体３０を含む照明器具１０の経済的な設計が実現される。

照明器具１０をトーチとして用いることができるようにするために、集光器要素９０が開示されている。図９には、集光器要素９０の断面が示されており、この集光器要素は、照明本体３０の長手方向側部３６に連結されている。照明本体３０中に投入され、光抽出層５０によって偏向されず又は偏光されたとしてもほんの僅かである人工光２１は、意図されているように、表面１０１を照明しないで照明本体３０から出ることができる。人工光２１のこの部分を用いるため、集光器要素９０は、人工光２１の少なくとも一部を受け入れてこれを差し向けるよう構成された光伝導材料から成っている。したがって、集光器要素９０は、図示の例では、鋸歯状構造を備えた表面形成体９１を有している。この表面形成体９１も又、集光器要素９０から出た人工光を合焦させるフレネル型レンズを形成するのが良い。さらに、集光器要素９０は、クリップ手段９２を有するのが良く、クリップ手段９２は、照明本体３０の第２のクリップ手段９３と協働する。クリップ手段９２と第２のクリップ手段９３の連結により、集光器要素９０は、照明本体３０に逆向きに取り付け可能である。

図１０には、集光器要素９０の作用効果が示されている。人工光２１は、左側から照明本体３０に入っている。人工光２１は部分的に、光抽出層５０に侵入し、照明本体３０からその頂部側を通って出て行く。人工光２１の他の部分は、光抽出層５０によりかろうじて偏向され、小さな角度をなして底面３５を通って照明本体３０から出て行く。人工光２１の第３の部分は、側面３６を通って照明本体３０から出て行く。したがって、この第３の部分及び集光器要素９０のサイズに応じて、人工光２１の最後から２番目の部分（即ち、上述の他の部分）の何分の一かは、集光器要素９０に入ることになる。集光器要素９０は、光伝導材料から成っているので、人工光２１は、減衰されることはないであろう。集光器要素９０の外面は、集められた人工光２１を受け入れてこれを偏向するよう構成された表面形成体９１を有している。表面形成体９１は、集光器要素９０から出た人工光２１′の束を合焦された又はここに示されているように平行な束に付形する能力を備えている。したがって、照明器具１０をトーチとして用いることができる。

開示した照明器具１０は、これが表面１０１の照明と光学的拡大を同時に行うことができるという利点を有している。潜在的なユーザは、フレネル型レンズを形成する表面パターン８０を備えた照明本体３０を通して見る。表面１０１が常時一様に照明されるようにするため、本発明の別の実施形態は、照明器具１０が少なくとも、第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０を有し、第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０が表面１０１の少なくとも部分的に別々の区分１０２，１０２′を照明するよう配置されていることを開示している。この実施形態は、フレネル型レンズの中心８４から可変距離をおいたところに設けられた少なくとも２つの照明手段を利用している。第１及び第２の照明手段のそれぞれの位置を理解しやすくするため、フレネル型レンズの中心８４は、図１０においてマーク付けされている。レンズの中心８４から別々の距離をおいたところへの第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０の位置決めにより、表面１０１は、物体１００に対する照明本体３０の距離とは無関係に、常時一様に照明されることになる。

図１１には、照明本体３０の一部の断面が示されている。レンズ８４の中心は、垂直線として概略的に示されている。第１の照明手段１１０は、表面パターン８０の２つのリフレクタ手段８１内に埋め込まれた２本の光ファイバによって形成されている。また、第２の照明手段１２０は、照明本体３０の別のリフレクタ手段８１内に埋め込まれた１本の光ファイバにより形成されている。第２の照明手段１２０の位置は、第１の照明手段１１０の位置よりもフレネル型レンズの中心８４の近くに存在している。第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０によりそれぞれ放出された人工光２１，２１′は、照明要素２０内で生じて光ファイバ中に投入される。光ファイバは、人工光２１，２１′を伝送し、物体１００の方向に向かう人工光２１，２１′の制御された外部結合を可能にする。第１及び第２の照明手段１１０，１２０をそれぞれ形成する光ファイバの各々は、個々の照明要素２０に接続されるのが良い。ユーザは、押しボタンにより所望の照明要素２０を作動させることができる。表面１０１までの照明器具１０の距離に応じて、ユーザは、２つの照明要素２０のどちらかを選択することができ、これら照明要素の各々は、表面１０１の一様な照明を達成するために照明手段１１０，１２０に接続されている。

図１１では、第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０は、複数の光ファイバにより形成されている。光ファイバは、フレネル型レンズのリフレクタ手段８１を形成する溝の中にこれらを容易に埋め込むことができるという利点を備えている。さらに、光ファイバは、直径が非常に小さく、かかる光ファイバをレンズの中心８４から非常に離れたところに位置決めすることができる。さらに、人工光２１，２１′を発生させる照明要素２０であっても、これを照明本体３０に対して遠隔に配置できる。図１２に示されている変形実施形態では、第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０は、光ファイバによって形成されておらず、光源によって形成されている。この目的を達成するため、第１の照明手段１１０及び（又は）第２の照明手段１２０は、照明要素それ自体である。したがって、人工光２１，２１′は、第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０によりそれぞれ生じるに過ぎない。この場合も又、両方の照明手段１１０，１２０をリフレクタ手段８１によって形成された照明本体３０の表面上に位置決めできる。さらに、第１及び第２の照明手段１１０，１２０は、反射手段１３０に取り付けられている。反射手段１３０は、グレアを阻止するという利点を有している。物体１００に向かって伝搬しなかった人工光２１，２１′は、照明本体３０に入り、したがって、照明器具１０のユーザをいらいらさせる場合がある。これを阻止するため、反射手段１３０は、物体１００のみが照明されるような仕方で人工光２１，２１′を反射する。反射手段１３０は、鏡及び（又は）反射膜によって形成されるのが良い。

図１３には、照明器具１０の別の実施形態が示されている。この実施形態では、第１の照明手段１１０及び第２の照明手段１２０は、低屈折率接着剤を用いて照明本体３０中に埋め込まれた光ファイバによって形成されている。グレアを防ぐため、光ファイバは、光ファイバの頂部に取り付けられた箔状シートによって形成された反射手段１３０によって遮蔽されている。図１３は、改造型照明器具１０が表面１０１の少なくとも部分的に別々の区分１０２，１０２′を照明することができる能力を示している。表面１０１までの照明器具１０の距離に応じて、ユーザは、第１の照明手段１１０のみを作動させるよう選択することができる。照明要素２０によって放出された人工光２１は、照明手段１１０中に投入され、そして、表面１０１の広い区分１０２が照明されるような仕方で放出される。ユーザは、表面１０１に対する照明器具１０の距離を減少させるのを決断した場合、ユーザの視界は、もはや一様には照明されない場合がある。特に、光束は、レンズの中心８４に向かって減少する場合がある。したがって、ユーザは、追加的に又は代替的に、第２の照明要素を作動させて人工光２１′を第２の照明手段１２０中に投入するのが良い。この人工光２１′は、表面１０１の部分的に別の区分１０２を照明する。したがって、ユーザは、照明器具１０の助けにより、表面１０１のスポットの一様な照明を依然として得ることができる。

第１の照明手段１１０と第２の照明手段１２０は、照明手段１１０，１２０から放出された光の色を偏向するために発光物質で満たされたキャビティを協働して形成することができる。有機発光物質、例えばＢＡＳＦ社から入手できるLumogenは、好ましい発光物質である。というのは、有機物質を照明手段及び（又は）照明本体３０内に容易に分散させることができるからである。照明本体は、照明手段１１０，１２０とは別の発光物質で満たされたキャビティを有するのが良い。これらのキャビティ内の発光物質から放出された光は、照明された物体１００を見にくくしないようにするために、ユーザに直接到達すべきではない。したがって、ユーザに向かって放出された光を反射して、照明されるべき物体１００に戻すために、キャビティをユーザの方に向いた側部が反射層で覆うことが好ましい。

１０ 照明器具
１５ 照明間隙
２０ 照明要素
２１，２１′ 人工光
３０ 照明本体
３３ 照明本体３０の幅
３４ 照明本体３０の頂面
３５ 照明本体３０の底面
３６，３６′ 照明本体３０の側面
３７ 第１の区分
３８ 第２の区分
４０ ハウジング要素
５０ 光抽出層
５１ 偏向手段
５２ 偏向手段５１のフェース又は作用面
５３ 偏向手段５１のフランジ
５４ 光抽出層の角度
６０ 太陽電池
６１ バッテリ
６２ ドライバ
８０ 表面パターン
８１ リフレクタ又は屈折手段
８２ リフレクタ手段８１のフェーセット
８３ リフレクタ手段８１のフランジ
８４ フレネル型レンズの中心
１００ 物体
１０１ 物体１００の表面
１０２，１０２′ 表面１０１の区分
１１０ 第１の照明手段
１２０ 第２の照明手段
１３０ 反射手段

Claims (22)

1. 表面を照明する照明器具であって、
   少なくとも１つの照明要素及び照明本体を有し、
   前記照明要素が、人工光を放出し、
   ハウジング要素が、前記照明要素を有すると共に照明本体を支持し、
   前記照明本体が、下に存在する表面を照明するのに適した透明な光伝導材料から成っている照明器具において、
   前記照明本体は、前記表面を光学的に拡大するためのフレネル型レンズを形成する表面パターンを有する、
   ことを特徴とする照明器具。
2. 前記表面パターンは、複数のリフレクタ手段から成り、好ましくは、前記表面パターンは、前記照明本体の表面の１つを覆い、より好ましくは、前記照明本体と前記表面パターンは、一体である、
   請求項１記載の照明器具。
3. 各リフレクタ手段は、一方において前記表面を光学的に拡大し、他方において前記照明要素からの前記人工光を受け、これを偏向して前記表面に当てるよう構成されている、
   請求項２記載の照明器具。
4. 前記表面パターンは、前記表面により反射された前記人工光に対して透明であり、前記表面パターンは、前記表面パターンに当たる周囲光に対して透明である、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明器具。
5. 前記照明要素は、前記照明本体の側面に隣接して配置され、好ましくは、照明間隙が、前記照明要素と前記照明本体の前記側面との間に設けられている、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明器具。
6. 前記照明要素は、前記照明本体の下に配置されている、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明器具。
7. 前記照明本体は、前記照明要素からの前記人工光を受け、これを偏向して前記表面に当てるよう構成された光抽出層を有し、好ましくは、前記光抽出層は、表面構造を有する、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明器具。
8. 前記照明本体は、第１の区分及び第２の区分を有し、前記第１の区分の少なくとも一部は、前記表面パターンで覆われ、前記第２の区分の少なくとも一部は、前記光抽出層で覆われている、
   請求項７記載の照明器具。
9. 前記照明器具は、前記照明本体の前記側面に隣接して配置された複数の照明要素を有する、
   請求項１ないし８のいずれか１項に記載の照明器具。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の照明器具を支持する取付け具であって、
    前記取付け具は、前記表面を拡大状態で視認できるよう前記照明器具を前記表面から距離をおいて位置決めする、
    ことを特徴とする取付け具。
11. 前記照明器具は、集光器要素を有し、前記集光器要素は、前記照明本体から出た前記人工光の少なくとも一部を受け入れてこれを方向づけるよう構成されている、
    請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の照明器具。
12. 前記集光器要素は、前記照明本体の長手方向側部に設けられている、
    請求項１１記載の照明器具。
13. 前記集光器要素は、表面形成体を有し、好ましくは、前記表面形成体は、形成角が０．１°〜５°、好ましくは０．２°〜３°、より好ましくは０．２５°〜２°の鋸歯状のものであり、より好ましくは、前記表面形成体は、フレネル型レンズを形成している、
    請求項１１又は１２記載の照明器具。
14. 前記集光器要素は、前記照明本体に逆向きに取り付け可能であり、好ましくは、前記集光器要素は、クリップ手段を有し、前記クリップ手段は、前記集光器要素を前記照明本体に取り付けるよう前記照明本体の第２のクリップ手段と協働する、
    請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の照明器具。
15. 前記集光器要素は、交換可能なレンズ要素から成り、好ましくは、前記交換可能なレンズ要素は、ＬＣ（液晶）構造体によって形成されている、
    請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の照明器具。
16. 前記照明器具は、少なくとも、第１の照明手段及び第２の照明手段を有し、前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、前記表面の少なくとも部分的に互いに異なる区分を照明するよう配置されている、
    請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の照明器具。
17. 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、前記リフレクタ手段相互間に配置されている、
    請求項１６記載の照明器具。
18. 前記第１の照明手段及び前記第２の照明手段は、前記照明本体内に配置されている、
    請求項１６記載の照明器具。
19. 前記第１の照明手段及び（又は）前記第２の照明手段は、光ファイバであり、好ましくは、前記第１の照明手段及び（又は）前記第２の照明手段には、着色手段がドープされ、前記着色手段は、吸収及び再放出により前記人工光の波長をシフトする、
    請求項１６ないし１８のいずれか１項に記載の照明器具。
20. 前記第１の照明手段又は前記第２の照明手段のうちの少なくとも一方は、前記照明要素である、
    請求項１６ないし１９のいずれか１項に記載の照明器具。
21. 前記照明器具は、少なくとも１つの反射手段を有し、前記反射手段は、前記人工光を反射し、より好ましくは、前記反射手段は、前記第１の照明手段及び（又は）前記第２の照明手段に隣接して配置されている、
    請求項１６ないし２０のいずれか１項に記載の照明器具。
22. 前記反射手段は、鏡及び（又は）反射膜である、
    請求項２１記載の照明器具。

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