JP2014524105A - Ｌｅｄ用の光学レンズに関連する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのＬＥＤと組み合わせて用いられる場合に、非対称光出力パターンを提供するのに適した光学レンズ１０、１１０に関連する方法及び装置である。光学レンズ１０、１１０は、回転セクション２０、１２０、及び回転セクション２０、１２０の端部から延びる突出セクション４０、１４０を含んでも良い。１つ又は複数の表面特徴が、光学レンズ１０、１１０の外面の一部に任意選択的に適用されても良い。

Description

[0001] 本発明は、一般に、光学レンズを対象とする。より具体的には、本明細書で開示される様々な発明の方法及び装置は、非対称光出力パターンを提供するために、少なくとも１つのＬＥＤと組み合わせて使用するための光学レンズに関する。

[0002] デジタル照明技術、即ち、発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）などの半導体光源に基づいた照明は、従来の蛍光灯、ＨＩＤランプ及び白熱電球に対する実行可能な代替を提供する。ＬＥＤの機能的な利点及び利益は、高エネルギ変換及び光学効率、耐久性、より低い動作費用、並びに他の多くを含む。ＬＥＤ技術における最近の進歩は、多くの用途において様々な照明効果を可能にする、効率的で堅牢なフルスペクトルの照明光源を提供してきた。これらの光源を具体化する器具の幾つかは、異なる色、例えば赤色、緑色及び青色を生成できる１つ又は複数のＬＥＤと同様に、例えば米国特許第６，０１６，０３８号明細書及び第６，２１１，６２６号明細書に詳細に説明されているような様々な色及び変色照明効果を生成するためにＬＥＤの出力を独立して制御するプロセッサを含む照明モジュールを特徴とする。

[0003] １つ又は複数のＬＥＤを組み込んだ多くの照明器具が、ＬＥＤの１つ又は複数の上にそれぞれ設けられた１つ又は複数の光学レンズを特徴とする。例えば、幾つかの照明器具は、１つ又は複数のＬＥＤの上に全内部反射（「ＴＩＲ（total internal reflection）」）コリメータを含む。ＴＩＲコリメータは、ＬＥＤによって放射された光の多くを捕捉し実質的にコリメートするために、ＬＥＤの周りに配置された反射性の内面を含む。従来のＴＩＲコリメータの反射面は、典型的には円錐形、即ち、放物線、楕円、又は双曲線から導き出される。反射面は、それが、ＬＥＤから内面に入射する光線のほとんどに対して、臨界角を超える入射角を提供するように傾斜され、それによって、ＴＩＲを介して反射面を反射性にするように構成される。

[0004] ＴＩＲコリメータは、典型的には、ＬＥＤの発光部を囲み、且つＬＥＤから放射された光線を屈折させる第１の屈折面と、屈折面を囲む反射円錐面と、反射円錐面の頂上に設けられた出口面と、を含む。ＬＥＤから放射された光は、かかるコリメータの第１の屈折面を通して屈折され、反射円錐面で（ＴＩＲを介して）反射され、次に、出口面を通して屈折され、それによって、ほぼコリメートされた光出力を生成する。かかるコリメートされた光出力は、典型的には、ほぼ対称であり、それは、ある照明用途では望ましくない場合がある。例えば、照明器具が、所望の光出力目標の中心から外れた照明用途において、対称ビームパターンは、所望の光出力目標を外すかなりの光部分を含む場合があり、且つ／又は光出力目標を不均一に照明する場合がある。

[0005] 従って、非対称光出力パターンを提供するために、少なくとも１つのＬＥＤと組み合わせて使用するための光学レンズを提供する必要性が当該技術分野に存在する。

[0006] 本開示は、非対称光出力パターンを提供するために、少なくとも１つのＬＥＤと組み合わせて利用可能な光学レンズ用の発明の方法及び装置を対象とする。例えば、幾つかの実施形態において、光学レンズは、レンズの光学軸の周りに部分的に回転される外側円錐壁を有する回転セクションを含んでも良い。光学レンズはまた、直線突出軸に沿って、回転セクションの端部から延びる突出セクションを含んでも良い。突出セクションは、ＴＩＲセクションの端部において、外側円錐壁の端部におけるプロファイルにほぼ一致する、直線突出軸に沿って見られるプロファイルを任意選択的に有しても良い。カットアウト、突部、角度付き表面、プリズム、及び／又は溝などの１つ又は複数の表面特徴が、光学レンズの外面の一部に任意選択的に適用されても良い。

[0007] 一般に、一態様において、ＬＥＤ凹部、ＬＥＤ凹部と交差する光学軸、及び光学軸に垂直で、ＬＥＤ凹部と交差する突出軸を含む非対称光学レンズが提供される。光学レンズはまた、光学軸の周りに部分的に回転される外側円錐壁を有する回転セクションを含む。外側円錐壁は、ＬＥＤ凹部の一部を囲み、且つＬＥＤ凹部から発生して外側円錐壁に入射する光出力の大部分を内部で反射しコリメートするように構成される。外側円錐壁は、その端部において第１のプロファイルを画定する。光学レンズはまた、外側円錐壁の端部から延びる突出セクションを含む。突出セクションは、第１のプロファイルの対応する部分にほぼ一致する、突出軸の任意の点に沿って見られるプロファイルを有する。

[0008] 幾つかの実施形態において、突出セクションは、光学軸に沿った突出セクションの高さが、突出軸に沿った回転セクションからの距離が増加するにつれて減少するように、上方へ角度をつけられてＬＥＤ凹部から離れる角度付き端部を含む。これらの実施形態の幾つかの変形形態において、光学軸に沿った突出セクションの高さは、突出軸に沿った回転セクションからの距離が増加するにつれて、直線的に減少する。

[0009] 幾つかの実施形態において、回転セクションは、所定の非平面の上面を含み、当該上面に光学処方を持つ。これらの実施形態の幾つかの変形形態において、光学処方は、光学軸及び突出軸にほぼ垂直な少なくとも１つの溝を含む。これらの実施形態の幾つかの変形形態において、光学処方は、光学軸に対して鋭角で、且つ突出軸に対して鈍角で上方に角度を付けられた表面を含む。

[0010] 一般に、別の態様において、少なくとも１つのＬＥＤの上に配置可能な非対称光学レンズが設けられ、且つＬＥＤの光出力軸と整列可能な光学軸を含む。光学レンズはまた、光学軸の周りに約１８０度にわたって設けられた回転セクションを含む。回転セクションは、ＬＥＤから外側円錐壁に入射する光出力の大部分を内部で反射しほぼコリメートするように構成された外側円錐壁を有する。外側円錐壁は、回転セクションの端部において第１のプロファイルを画定する。直線突出軸が、光学軸に垂直に、且つ第１のプロファイルに垂直に延びる。光学レンズの突出セクションが、回転セクションから、且つ光学軸の残りの周りに延びる。直線突出軸の任意の点に沿って見られる突出セクションのプロファイルは、第１のプロファイルの対応する部分にほぼ一致する。

[0011] 幾つかの実施形態において、第１のプロファイルは、最良適合の滑らかなスプラインである。

[0012] 幾つかの実施形態において、光学レンズは、円錐壁の内部で光学軸の周りに配置された内部屈折面を更に含む。内部屈折面は、光出力を屈折させ、光出力を円錐壁に向ける。これらの実施形態の幾つかの変形形態において、内部屈折面は、凸面の上部屈折面を含む。任意選択的に、上部屈折面は、光学レンズ材料の屈折率とほぼ等しい偏心値を有する双曲線である。幾つかの実施形態において、光学レンズは、内部屈折面と円錐壁との間に延びるベースを更に含む。

[0013] 幾つかの実施形態において、円錐壁の全体は、最良適合の滑らかなスプラインである。また、光学軸は、ＬＥＤの中心光出力軸と整列するように構成されても良い。

[0014] 幾つかの実施形態において、直線突出軸に沿った突出セクションのプロファイルは、直線突出軸に沿った回転セクションからの距離が増加するにつれ、光学軸に沿って短くなる。また、回転セクションは、光学処方を自身に有する非平面の上面を含んでも良い。

[0015] 一般に、別の態様において、非対称光学レンズを設計する方法は、次のステップを含む。即ち、全内部反射プロファイルを決定するステップと、光学軸の周りに約１８０度にわたって全内部反射プロファイルを回転させるステップと、回転全内部反射プロファイルの端部から全内部反射プロファイルを直線的に突出させるステップと、を含む。

[0016] 方法は、突出全内部反射プロファイルの少なくとも一部の下部を切り取るステップ及び／又は回転全内部反射プロファイルの少なくとも上面に所定の非平面光学処方を適用するステップを更に含んでもよい。

[0017] 幾つかの実施形態において、方法は、非対称光学レンズを組み込む照明器具の取り付け位置及び照明器具の所望の光出力の１つ又は複数の特性を決定するステップを更に含む。これらの実施形態の幾つかの変形形態において、全内部反射プロファイル及び非平面光学処方の少なくとも１つは、取り付け位置及び所望の光出力の１つ又は複数の特性を決定することに基づいている。

[0018] 本開示の目的のために本明細書で用いられているように、用語「ＬＥＤ」は、任意のエレクトロルミネッセンスダイオード又は電気信号に応じて放射を生成できる他のタイプのキャリア注入／接合ベースのシステムを含むと理解されるべきである。従って、用語ＬＥＤは、限定されるわけではないが、電流に応じて発光する様々な半導体ベースの構造、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：organic light emitting diode）、エレクトロルミネッセンスストリップなどを含む。特に、用語ＬＥＤは、赤外線スペクトル、紫外線スペクトル、及び可視スペクトルの様々な部分（一般に、約４００ナノメートル〜約７００ナノメートルの放射波長を含む）の１つ又は複数における放射を生成するように構成され得る全てのタイプの発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）を指す。ＬＥＤの幾つかの例は、限定されるわけではないが、様々なタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、琥珀色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ（以下で更に説明される）を含む。ＬＥＤが、所与のスペクトル（例えば、狭帯域幅、広帯域幅）用の様々な帯域幅（例えば、半値全幅又はＦＷＨＭ）及び所与の一般的な色カテゴリ分類内の様々な主波長を有する放射を生成するように構成及び／又は制御され得ることも理解されるべきである。

[0019] 例えば、本質的に白色光を生成するように構成されたＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）の一実装形態は、共に混合して本質的に白色光を形成するエレクトロルミネッセンスの異なるスペクトルをそれぞれ放射する多数のダイを含んでも良い。別の実装形態において、白色光ＬＥＤは、第１のスペクトルを有するエレクトロルミネッセンスを異なる第２のスペクトルに変換する蛍光体材料に関連付けられても良い。この実装形態の一例において、比較的短い波長及び狭い帯域幅スペクトルを有するエレクトロルミネッセンスが、蛍光体材料を「励起」し、今度は蛍光体材料が、いくらかより広いスペクトルを有する、より長い波長の放射を放射する。

[0020] 用語ＬＥＤが、ＬＥＤの物理的及び／又は電気的パッケージタイプを限定しないことも理解されるべきである。例えば、上記で説明されたように、ＬＥＤは、異なる放射スペクトル（例えば、個々に制御可能であってもなくても良い）をそれぞれ放射するように構成される複数のダイを有する単一の発光装置を指しても良い。また、ＬＥＤは、ＬＥＤ（例えば、幾つかのタイプの白色ＬＥＤ）の不可欠な部分と見なされる蛍光体に関連付けられても良い。一般に、用語ＬＥＤは、パッケージＬＥＤ、非パッケージＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、Ｔパッケージ実装ＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、あるタイプの容器及び／又は光学素子（例えば、拡散レンズ）を含むＬＥＤ等を指しても良い。

[0021] 用語「光源」は、限定されるわけではないが、ＬＥＤベースの光源（上記で定義されたような１つ又は複数のＬＥＤを含む）、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光光源、燐光光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気及びメタルハライドランプ）、レーザ、他のタイプのエレクトロルミネッセンス光源、パイロルミネッセンス光源（例えば、炎）、キャンドルルミネッセンス光源（例えば、ガスマントル、炭素アーク放射線源）、フォトルミネッセンス光源（例えば、ガス放電光源）、電子飽和を用いる陰極ルミネッセンス光源、ガルバノルミネッセンス光源、クリスタロルミネッセンス光源、カイネルミネッセンス光源、熱ルミネッセンス光源、摩擦ルミネッセンス光源、ソノルミネッセンス光源、ラジオルミネッセンス光源、及びルミネッセンスポリマーを含む様々な放射線源の任意の１つ又は複数を指すと理解されるべきである。

[0022] 用語「照明器具」は、本明細書において、特定の形状因子、アセンブリ又はパッケージにおける１つ又は複数の照明ユニットの実装形態又は配置構造を指すために用いられる。用語「照明ユニット」は、本明細書において、同一又は異なるタイプの１つ又は複数の光源を含む装置を指すために用いられる。所与の照明ユニットは、光源用の様々な取り付け配置構造、囲い／ハウジング配置構造及び形状、並びに／又は電気的及び機械的接続構成のいずれか１つを有しても良い。更に、所与の照明ユニットは、光源の動作に関連する様々な他のコンポーネント（例えば制御回路）と任意選択的に関連付けられても良い（例えば、含んでも良く、結合されても良く、且つ／又は一緒にパッケージ化されても良い）。「ＬＥＤベースの照明ユニット」は、上記で説明されたような１つ又は複数のＬＥＤに基づく光源を、単独で又は他の非ＬＥＤベースの光源と組み合わせて含む照明ユニットを指す。「マルチチャネル」照明ユニットは、異なる放射スペクトルをそれぞれ生成するように構成された少なくとも２つの光源を含むＬＥＤベース又は非ＬＥＤベースの照明ユニットを指し、各異なる光源スペクトルは、マルチチャネル照明ユニットの「チャネル」と呼ばれても良い。

[0023] 前述の概念及び以下でより詳細に説明される追加概念の全ての組み合わせが（かかる概念が相互に矛盾しないならば）、本明細書で開示される本発明の主題の一部と考えられることが理解されるべきである。特に、本開示の最後に現れる請求される主題の全ての組み合わせが、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると考えられる。本明細書で明示的に用いられる専門用語であって、参照によって組み込まれたいずれかの開示にもまた現れる場合がある専門用語が、本明細書で開示される特定の概念と最も一致する意味を与えられるべきであることも理解されるべきである。

[0024] 図面において、同様の参照符号は、一般に、様々な図の全体を通して同一の部分を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本発明の原理を示す際に一般に強調がなされる。

[0025] 光学レンズの実施形態における上部斜視図を示す。 [0026] 図１の光学レンズの下部斜視図を示す。 [0027] 図１の断面線３−３に沿った光学レンズの回転セクションを示す、図１の光学レンズの断面図を示す。 [0028] 図１の断面線４−４に沿った光学レンズの突出セクションを示す、図１の光学レンズの断面図を示す。 [0029] 図１の断面線５−５に沿った、図１の光学レンズの断面図を示す。 [0030] 光学レンズの第２の実施形態における回転部を示す。 [0031] 図６の光学レンズの第２の実施形態における突出部及び回転部を示し、回転部の端部が、ファントムで示されている。 [0032] 光学レンズを組み込んでもよいＬＥＤベースの照明器具を示し、ＬＥＤベースの照明器具が、表面に隣接して示されている。

[0033] １つ又は複数のＬＥＤを組み込んだ多くの照明器具が、ＬＥＤの１つ又は複数の上にそれぞれ設けられた１つ又は複数の光学レンズを特徴とする。例えば、幾つかの照明器具が、１つ又は複数のＬＥＤの上にＴＩＲコリメータを含み、それによって、ほぼコリメートされた光出力を生成する。かかるコリメートされた光出力は、典型的には、ほぼ対称であり、それは、ある照明用途では望ましくない場合がある。例えば、照明器具が、所望の光出力目標の中心から外れた照明用途において、対称ビームパターンは、所望の光出力目標を外すかなりの光部分を含む場合があり、且つ／又は光出力目標を不均一に照明する場合がある。

[0034] 従って、出願人は、非対称光出力パターンを提供するために、少なくとも１つのＬＥＤと組み合わせて使用するための、回転セクション及び突出セクションを有する光学レンズを提供する、当該技術分野における必要性を理解し認識した。より一般的には、出願人は、非対称光出力パターンを提供するために、少なくとも１つのＬＥＤと組み合わせて使用するための光学レンズを有することが有益であろうことを理解し認識した。

[0035] 前述のことを考慮して、本発明の様々な実施形態及び実装形態が、光学レンズに向けられる。

[0036] 以下の詳細な説明において、限定ではなく説明の目的で、特定の詳細を開示する代表的な実施形態が、請求される本発明の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本明細書で開示される特定の詳細から出発する本教示による他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に留まることが、本開示の利益を有した当業者には明白であろう。更に、周知の装置及び方法の説明は、代表的な実施形態の説明を曖昧にしないために、省略されてもよい。かかる方法及び装置は、明らかに、請求される本発明の範囲内である。例えば、本明細書で開示される光学レンズの様々な実施形態が、ほぼ均一な照明を目標照明エリアに提供するために、ウォールウォッシュ凹部照明器具と組み合わせて利用されても良いことが論じられる。しかしながら、光学レンズを組み込んだ、他のＬＥＤベースの照明器具が、請求される本発明の範囲及び趣旨から逸脱せずに考えられる。例えば、１つ又は複数のＬＥＤからの非対称光出力が望ましい他のＬＥＤベースの照明器具における光学レンズが実現され得る。かかる照明器具は、ほぼ均一な照明を目標照明エリアに任意選択的に提供しても良く、又は不均一な照明を目標照明エリアに提供しても良い。

[0037] 図１〜５を参照すると、非対称光学レンズ１０の第１の実施形態が示されている。図１及び２は、光学レンズ１０の上部及び下部斜視図をそれぞれ示す。図３、４及び５は、図１の断面線３−３、４−４及び５−５に沿った光学レンズ１０の断面図をそれぞれ示す。

[0038] 光学レンズ１０は、光学軸Ａの第１の側に配置され、光学軸Ａの周りに約１８０度にわたって延びる回転セクション２０を含む。光学レンズ１０はまた、光学軸Ａの第２の側に配置され、光学軸Ａの周りに約１８０度にわたって延びる突出セクション４０を含む。一般的に言って、回転セクション２０は、光学レンズ１０がＬＥＤの周りに配置された場合に、回転セクション２０に入射する光線を両方向にほぼコリメートし、突出セクション４０は、光学レンズ１０がＬＥＤの周りに配置された場合に、突出セクション４０に入射する光線を一方向にほぼコリメートする。代替実施形態において、セクション２０、４０は、光学軸の周りに、より大きいか又は小さい角度でそれぞれ延びても良い。例えば、幾つかの実施形態において、回転セクション２０は、光学軸Ａの周りに約１９０度にわたって延びても良く、突出セクション４０は、光学軸Ａの周りに約１７０度にわたって延びても良い。

[0039] 回転セクション２０は、ＴＩＲ円錐壁２２を含む。ＴＩＲ円錐壁２２は、光学レンズ１０が周りに配置された１つ又は複数のＬＥＤから放射されて円錐壁２２に入射する光の大部分を内部で反射するように構成される。図示されたＴＩＲ円錐壁２２は、側部屈折面６４によって屈折された光を（ＴＩＲを介して）最適に反射しコリメートするために、円錐形で最良適合の滑らかなスプラインプロファイルを有する。任意選択的に、滑らかなスプラインは、ＴＩＲ円錐壁２２全体の周りでほぼ一定のままであっても良い。例えば、図３に見える円錐壁２２のプロファイルの左及び右側は、同じであっても良い。また、例えば、図５における円錐壁２２のプロファイルは、図３におけるものとほぼ同じであるが、しかしそれは、図３における円錐壁２２よりも上向きに延びる。代替実施形態において、ＴＩＲ円錐壁２２のプロファイルは、例えば、別のスプラインプロファイル、放物曲線、楕円曲線及び／又は双曲線から導き出されても良い。ＴＩＲ円錐壁２２のプロファイルは、ＴＩＲ円錐壁２２が光学軸Ａを中心に回転されるときに、幾つかの代替実施形態では任意選択的に可変であっても良い。本開示の利益を有した当業者は、とりわけ、光学レンズ１０からの所望の光出力、１つ若しくは複数のＬＥＤの光出力特性、光学レンズ１０の材料における屈折率、及び／又はＴＩＲ円錐壁２２内部の光学レンズ１０の１つ若しくは複数の屈折面の特性の１つ又は複数に基づいて、所望のＴＩＲ円錐壁プロファイルを決定することができよう。

[0040] 回転セクション２０から延びるのは、突出セクション４０である。突出セクション４０は、光学軸Ａに略垂直に延びる直線突出軸Ｂ（図２及び５）に沿って回転セクション２０から直線的に延びる。図示された突出セクション４０は、直線突出軸Ｂに沿った、回転セクション２０の端部の直線突出部である。突出セクション４０は、回転セクション２０の端部においてＴＩＲ円錐壁２２の対応部分のプロファイルに対応するプロファイルをそれぞれ有する突出側面４２を含む（例えば図３で見られるようなプロファイル）。突出セクション４０はまた、ほぼ平面の上面４６及び突出された角度付き端部４４を含む。角度付き端部４４は、直線突出部の角度付きカットアウトを表し、且つ人工光を最小化するのを支援し得る。代替実施形態において、直線突出セクション４０の端部は、異なる角度のカットアウトであっても良く、非平面角のカットアウトであっても良く、ある角度のカットアウトでなくても良く、及び／又はその一部に沿ってのみ角度のあるカットアウトであっても良い。

[0041] ＴＩＲ円錐壁２２及び突出側面４２の内部に位置するのは、側部屈折面６４及び上部屈折面６６を有するＬＥＤ凹部６０である。ＬＥＤ凹部６０は、その中に１つ又は複数のＬＥＤの少なくとも発光部を収容するような大きさにされる。例えば、ＬＥＤ凹部６０は、単一の表面実装ＬＥＤパッケージの全体を収容するような大きさにされても良い。上部屈折面６６は、ＬＥＤ凹部６０に対して凸面であり、且つそれが回転セクション２０における上部屈折面６６の周囲の方へ移動するにつれて隆起部６８を含む。上部屈折面６６は、突出セクション４０に沿ってほぼ管状であり、且つ回転セクション２０に沿ってほぼ球状である。幾つかの実施形態において、屈折面６６は、光学レンズ１０の材料の屈折率と等しい偏心値を備えた双曲線であっても良い。かかる実施形態において、屈折面６６のより低い焦点でＬＥＤから放射され、且つ屈折面６６に入射する光線が、双曲線の主軸と平行な光学レンズ１０に入る。

[0042] 側部屈折面６４は、ほぼＵ字型であり、角度付き端部４４を通る開口端部を有する。他の実施形態において、ＬＥＤ凹部６０は、角度付き端部４４を通る開口端部を含まなくても良い。側部屈折面６４と光学レンズ１０の外面との間に延びるのは、ほぼＵ字型のベース６２である。

[0043] ＬＥＤ凹部６０は、その中に１つ又は複数のＬＥＤを収容しても良い。単一のＬＥＤが、その中心光出力軸が光学軸Ａとほぼ整列されるように、ＬＥＤ凹部６０に任意選択的に収容されても良い。ＬＥＤの中心光出力軸は、一般に、その発光部の中心に対応し、且つ一般に、ＬＥＤの配光の中心部に対応しても良い。代替実施形態において、ＬＥＤは、ＬＥＤの中心光出力軸が、光学軸Ａに対してオフセットされるか且つ／又は非平行な角度であるように、凹部内に配置されても良い。

[0044] 一般的に言って、屈折面６４及び６６は、その内部に位置するＬＥＤによって放射された光を屈折させ、且つかかる光を、光学レンズ１０の外面の方へ向ける。屈折面６４及び６６は、特定のＬＥＤ又はＬＥＤグループと相互作用するように任意選択的に構成されても良い。特定の屈折面６４及び６６が、本明細書で図示され説明されているが、本開示の利益を有した当業者は、代替実施形態において、代替屈折面６４及び６６が、所望の配光を達成するために、且つ／又は光学レンズ１０の代替構成とインターフェースするために利用され得ることを理解されよう。また、ＬＥＤが取り付けられる取り付け面及び／又は基板の周りに配置され得るベース６２が示されているが、代替実施形態において、光学レンズ１０は、他の場合には、１つ又は複数のＬＥＤの周りに配置されても良く、且つ／又は１つ又は複数のＬＥＤから光出力を受けても良い。

[0045] ＴＩＲ円錐壁２２の上部外延間に延びる回転セクション２０の上面は、図示された実施形態において非平面であり、且つその上面にカスタム光学処方を有する。カスタム光学処方は、光学軸Ａにほぼ垂直で直線突出軸Ｂにほぼ垂直な方向において、上面を横切って延びる第１の溝３２を含む。図１及び５に示されているように、溝３２は、突出上面４６によって略画定された平面より下に凹まされている。光学処方はまた、光学軸Ａにほぼ垂直で直線突出軸Ｂにほぼ垂直な方向において、上面を横切って延びる第２の溝３４を含む。図１及び５に示されているように、溝３４は、突出上面４６によって略画定された平面より高くされる。更に、溝３４は、それが第１の溝３２からより遠くに移動するとともに、上方へ傾斜する。換言すれば、光学軸Ａから最も遠位の溝３４の長手方向エッジは、ベース６２から光学軸Ａに最も近い溝３４の長手方向エッジより（軸Ａに沿った方向において）ベース６２からより遠位に配置される。

[0046] 光学処方はまた、光学軸Ａからより遠くに、且つ溝３２及び３４からより遠くに移動するにつれて上方へ延びる角度付き上面３６を含む。角度付き上面３６は、図示された実施形態においてほぼ平面である。代替実施形態において、角度付き上面３６は、凹面、凸面であっても良く、それ自体にわたって不連続性を有しても良く、さもなければ非平面であっても良い。ＴＩＲ円錐壁２２は、角度付き上面３６、並びに溝３２及び３４まで途切れずに延びる。代替実施形態において、任意の光学処方の全て又は一部における上面とＴＩＲ円錐壁２２との間の外側側壁は、ＴＩＲ円錐壁２２の隣接する部分とは別個であっても良い。例えば、幾つかの実施形態において、かかる外側側壁の全て又は一部は、ＴＩＲ円錐壁２２の一部と比較して突出しても良く、且つ／又は凹まされても良い。

[0047] 一般的に言って、溝３２及び３４は、一般に、これらに入射する光出力の少なくとも幾らかをこれらの周りへ方向転換させる。例えば、溝３２は、概ね突出セクション４０の範囲の方への方向と、概ね回転セクション２０の範囲の方への方向との間で、溝３２に入射する光出力をほぼ等しく方向転換させても良い。また、例えば、溝３４は、そこに入射するほとんどの光出力を、突出セクション４０から離れる方向に方向転換させても良い。一般的に言って、角度付き上面３６は、直線延長軸Ｂに沿った方向で、上面３６に入射する光出力ビームを広げる。

[0048] 本明細書において特定の光学処方が図示され説明されるが、本開示の利益を有した当業者は、代替実施形態において、代替光学処方が、所望の配光を達成するために利用されても良いことを理解されよう。かかる光学処方は、回転セクション２０及び／又は突出セクション４０の上面に適用されても良い。１つ又は複数の表面操作が、所望の光学処方を達成する際に利用されても良い。例えば、テクスチャリング、フルーティング、ピロー、隆起部、カットアウト、溝及び／又はプリズムの１つ又は複数が、所望の光出力分布を達成するために、光学レンズ１０の上面に適用されるか、且つ／又は光学レンズ１０の上面と一体的に形成されても良い。

[0049] ここで図６及び７を参照すると、光学レンズ１１０の第２の実施形態が示されている。図６は、光学レンズ１１０の第２の実施形態の回転部１２０を示す。回転部１２０は、光学軸Ａの周りに約１８０度にわたって延び、光学軸Ａの周りに円錐プロファイルを回転させることによって生成され得る。回転部１２０は、ＴＩＲ円錐壁１２２を有し、その端部１２４が図６に示されている。回転上面１２６は、ほぼ平面で、それに適用される如何なる追加の光学処方も有しない。側部屈折面１６４の湾曲部及び上部屈折面１６６の球形部もまた、図６に示されている。

[0050] 図７は、回転部１２０と組み合わせた突出部１４０を示す。突出部の端部１２４は、仮想線で示されている。突出部１４０は、角度を付けられていない端部１４４と、ほぼ平面で、如何なる追加光学処方も適用されていない突出上面１４６と、を含む。代替実施形態において、角度を付けられていない端部１４４の全て又は一部は、カットアウトを設けられても良い。また、代替実施形態において、光学処方が、回転上面１２６及び／又は突出上面１４６の全て若しくは一部に適用されても良い。

[0051] 図８は、光学レンズ１０及び／又は１１０を組み込み得るＬＥＤベースの照明器具２００を示す。ＬＥＤベースの照明器具２００は、表面２０２に隣接して示され、且つ光出力２１０を放射している。ＬＥＤベースの照明器具２００は、任意選択的に凹部ウォールウォッシュ照明器具であっても良い。軸Ｎは、ＬＥＤベースの照明器具２００のＬＥＤベースの光源に略垂直な軸を表す。光線Ｒ１及びＲ２は、反対方向に同じ量だけ、軸Ｎからそれぞれ角度的にオフセットされた例示的なＬＥＤ光線である。

[0052] 対称光学レンズが、照明器具２００のＬＥＤと共に使用される場合に、光線Ｒ１及びＲ２は、ほぼ同じ光度を有することになろう。しかしながら、光線Ｒ１を受ける表面２０２のセクションは、光線Ｒ２を受ける表面２０２のセクションよりも一層照明されることになろう。何故なら、光線Ｒ２は、かかるセクションに達するために、より長い距離を移動しなければならないからである。従って、かかる用途において、本明細書で説明されるような非対称光学レンズを設けることが望ましいであろう。設計者は、壁目標１０にほぼ均一な照明を生成するために、かかる光学レンズの特定の光特性を任意選択的に選択しても良い。例えば、設計者は、光線が入射する壁の各セクションの照明がより均一であるように、光線Ｒ２の光度を増加させる、且つ光線Ｒ１の光度を低下させる光特性を選択しても良い。例えば、光学レンズの回転セクションからの光出力は、より高い光度で、照明器具２００からより遠い表面２０２のセクションの方へ向けられても良く、光学レンズの突出セクションからの光出力は、より低い光度で、照明器具２００により近い表面２０２のセクションの方へ向けられても良い。

[0053] 幾つかの発明実施形態を本明細書に説明し例示したが、当業者であれば、本明細書にて説明した機能を実行するための、並びに／又は、本明細書にて説明した結果及び／若しくは１つ以上の利点を得るための様々な他の手段及び／若しくは構造体を容易に想到できよう。また、このような変更及び／又は改良の各々は、本明細書に説明される発明実施形態の範囲内であるとみなす。より一般的には、当業者であれば、本明細書にて説明されるすべてのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示のためであり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、発明教示内容が用いられる１つ以上の特定用途に依存することを容易に理解できよう。当業者であれば、本明細書にて説明した特定の発明実施形態の多くの等価物を、単に所定の実験を用いて認識又は確認できよう。したがって、上記実施形態は、ほんの一例として提示されたものであり、添付の請求項及びその等価物の範囲内であり、発明実施形態は、具体的に説明された又はクレームされた以外に実施可能であることを理解されるべきである。本開示内容の発明実施形態は、本明細書にて説明される個々の特徴、システム、品物、材料、キット、及び／又は方法に関する。更に、２つ以上のこのような特徴、システム、品物、材料、キット、及び／又は方法の任意の組み合わせも、当該特徴、システム、品物、材料、キット、及び／又は方法が相互に矛盾していなければ、本開示内容の本発明の範囲内に含まれる。

[0054] 本明細書にて定義されかつ用いられた定義はすべて、辞書の定義、参照することにより組み込まれた文献における定義、及び／又は、定義された用語の通常の意味に優先されて理解されるべきである。

[0055] 本明細書及び特許請求の範囲にて使用される「ａ」及び「ａｎ」の不定冠詞は、特に明記されない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されるべきである。

[0056] 本明細書及び特許請求の範囲にて使用される「及び／又は」との表現は、等位結合された要素の「いずれか又は両方」を意味すると理解すべきである。すなわち、要素は、ある場合は接続的に存在し、その他の場合は離接的に存在する。「及び／又は」を用いて列挙される複数の要素も同様に解釈されるべきであり、すなわち、要素のうちの「１つ以上」が等位結合される。「及び／又は」節によって具体的に特定された要素以外の他の要素も、それが具体的に特定された要素に関連していても関連していなくても、任意選択的に存在してよい。したがって、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」との参照は、「含む」といった非制限的言語と共に用いられた場合、一実施形態では、Ａのみ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）を指し、別の実施形態では、Ｂのみ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）を指し、更に別の実施形態では、Ａ及びＢの両方（任意選択的にその他の要素を含む）を指す。

[0057] 本明細書及び特許請求の範囲に用いられるように、「又は」は、上に定義したような「及び／又は」と同じ意味を有すると理解すべきである。例えば、リストにおけるアイテムを分ける場合、「又は」、又は、「及び／又は」は包括的と解釈される。すなわち、多数の要素又は要素のリストのうちの少なくとも１つを含むが、２つ以上の要素も含み、また、任意選択的に、リストにないアイテムを含むと解釈される。「〜のうちの１つのみ」又は「ちょうど１つの」といった反対を明らかに示す用語、又は、特許請求の範囲に用いられる場合は、「〜からなる」という用語だけが、多数の要素又は要素のリストのうちのまさに１つの要素が含まれることを指す。一般的に、本明細書にて使用される「又は」との用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つの」、「〜のうちの１つのみ」、又は「〜のうちのちょうど１つのみ」といった排他的な用語が先行する場合にのみ、排他的な代替（すなわち「一方又は他方であるが、両方ではない」）を示すと解釈される。「本質的に〜からなる」は、特許請求の範囲に用いられる場合、特許法の分野にて用いられる通常の意味を有する。

[0058] 更に、特に明記されない限り、本明細書に記載された２つ以上のステップ又は動作を含むどの方法においても、当該方法のステップ又は動作の順番は、記載された方法のステップ又は動作の順序に必ずしも限定されないことを理解すべきである。また、特許請求の範囲において、括弧内の参照番号は全て単純に便宜のためであり、いかなる意味でも制限的であると捉えられるべきではない。

[0059] 特許請求の範囲においても上記明細書においても、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「含有する」、「関与する」、「保持する」、「〜から構成される」等といったあらゆる移行句は、非制限的、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味すると理解すべきである。「〜からなる」及び「本質的に〜からなる」といった移行句のみが、制限又は半制限移行句である。

Claims (20)

1. ＬＥＤ凹部と、
   前記ＬＥＤ凹部と交差する光学軸と、
   前記光学軸に垂直で、前記ＬＥＤ凹部と交差する突出軸と、
   前記光学軸の周りで部分的に回転される外側円錐壁を有する回転セクションであって、前記外側円錐壁が、前記ＬＥＤ凹部の一部を囲み、且つ前記ＬＥＤ凹部から発生して前記外側円錐壁に入射する光出力の大部分を内部で反射してコリメートし、
   前記外側円錐壁が、その端部において第１のプロファイルを画定する回転セクションと、
   前記外側円錐壁の前記端部から延び、且つ前記第１のプロファイルの対応する部分にほぼ一致する、前記突出軸の任意の点に沿って見られるプロファイルを有する突出セクションと、
   を含む非対称光学レンズ。
2. 前記光学軸に沿った前記突出セクションの高さが、前記突出軸に沿った前記回転セクションからの距離が増加するにつれて減少するように、前記突出セクションが、上方へ角度を付けられて前記ＬＥＤ凹部から離れる角度付き端部を含む、請求項１に記載の非対称光学レンズ。
3. 前記光学軸に沿った前記突出セクションの前記高さが、前記突出軸に沿った前記回転セクションからの距離が増加するにつれて、直線的に減少する、請求項２に記載の非対称光学レンズ。
4. 前記回転セクションが、光学処方を有する所定の非平面の上面を含む、請求項１に記載の非対称光学レンズ。
5. 前記光学処方が、前記光学軸及び前記突出軸にほぼ垂直な少なくとも１つの溝を含む、請求項４に記載の非対称光学レンズ。
6. 前記光学処方が、前記光学軸に対して鋭角で、且つ前記突出軸に対して鈍角で上方に角度を付けられた表面を含む、請求項４に記載の非対称光学レンズ。
7. 前記光学処方が、前記光学軸と前記上方に角度を付けられた表面との間に置かれた少なくとも１つの溝を含む、請求項６に記載の非対称光学レンズ。
8. 少なくとも１つのＬＥＤの上に配置可能な非対称光学レンズであって、
   前記ＬＥＤの光出力軸と整列可能な光学軸と、
   前記光学軸の周りに約１８０度にわたって設けられた回転セクションであって、前記回転セクションが、前記ＬＥＤから外側円錐壁に入射する光出力の大部分を内部で反射しほぼコリメートする前記外側円錐壁を有し、
   前記外側円錐壁が、前記回転セクションの端部において第１のプロファイルを画定する回転セクションと、
   前記光学軸に垂直に、且つ前記第１のプロファイルに垂直に延びる直線突出軸と、
   前記回転セクションから、且つ前記光学軸の残りの周りに延びる突出セクションであって、
   前記直線突出軸の任意の点に沿って見られる前記突出セクションのプロファイルが、前記第１のプロファイルの対応する部分にほぼ一致する突出セクションと、
   を含む非対称光学レンズ。
9. 前記第１のプロファイルが、最良適合の滑らかなスプラインである、請求項８に記載の非対称光学レンズ。
10. 前記円錐壁の内部で前記光学軸の周りに配置された内部屈折面を更に含み、前記内部屈折面が、前記光出力を屈折させ、且つ前記光出力を前記円錐壁に向ける、請求項８に記載の非対称光学レンズ。
11. 前記内部屈折面が、凸面の上部屈折面を含む、請求項１０に記載の非対称光学レンズ。
12. 前記内部屈折面と前記円錐壁との間に延びるベースを更に含む、請求項１０に記載の非対称光学レンズ。
13. 前記円錐壁の全体が、最良適合の滑らかなスプラインである、請求項８に記載の非対称光学レンズ。
14. 前記光学軸が、前記ＬＥＤの中心の前記光出力軸と整列する、請求項８に記載の非対称光学レンズ。
15. 前記直線突出軸に沿った前記突出セクションのプロファイルが、前記直線突出軸に沿った前記回転セクションからの距離が増加するにつれて、前記光学軸に沿って短くなる、請求項８に記載の非対称光学レンズ。
16. 前記回転セクションが、光学処方を有する非平面の上面を含む、請求項８に記載の非対称光学レンズ。
17. 非対称光学レンズを設計する方法であって、
    全内部反射プロファイルを決定することと、
    光学軸の周りに約１８０度にわたって前記全内部反射プロファイルを回転させることと、
    前記回転全内部反射プロファイルの端部から前記全内部反射プロファイルを直線的に突出させることと、
    前記突出全内部反射プロファイルの少なくとも一部の下部を切り取ることと、
    前記回転全内部反射プロファイルの少なくとも上面に所定の非平面光学処方を適用することと、
    を含む、非対称光学レンズを設計する方法。
18. 前記非対称光学レンズを組み込む照明器具の取り付け位置及び前記照明器具の所望の光出力の１つ又は複数の特性を決定することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記全内部反射プロファイル及び前記非平面光学処方の少なくとも１つが、前記取り付け位置及び前記所望の光出力の１つ又は複数の特性の前記決定に基づいている、請求項１８に記載の方法。
20. 前記全内部反射プロファイル及び前記非平面光学処方の両方が、前記取り付け位置及び前記所望の光出力の１つ又は複数の特性の前記決定に基づいている、請求項１８に記載の方法。

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