JP2016111008A - 光の発散が効率的なレンズシステムを有する照明装置 - Google Patents

光の発散が効率的なレンズシステムを有する照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光の発散が効率的なレンズシステムを有する照明装置を提供する。【解決手段】照明装置は、光放射の主軸を有する発光ダイオード(LED)を含む。また、照明装置は、LEDの近傍に配置されたレンズ要素を含む。レンズ要素は、回転軸線を中心とした断面プロファイルの少なくとも部分的な回転によって形作られる幾何学的形状を有する。レンズ要素は、回転軸線がLEDの光放射の主軸と交差するようにLEDに対して配置される。レンズ要素は、LEDから放射される少なくとも一部の光線を内部全反射させるように機能する。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。
大型の冷蔵ユニットは、ユニット内の棚の中身の適切な照明の提供において特定の課題を有する。LED(発光ダイオード)ベースの照明システムが提案されてきた。
図1は、冷蔵庫用の照明装置のための従来のレンズ要素100の一部の等角図である。レンズ要素は、細長く、レンズ要素の縦寸法に沿って切断された断面に関して一様な断面プロファイルを有することに留意されたい。実際の取り付けの際、一連のLEDは、レンズ要素100の基部104のスロット102内に配置される。
図2は、レンズ要素100を利用している従来の照明装置の断面図である。図2の図の断面は、レンズ要素100の縦寸法に対して垂直な平面で切断されたものである。LED200は、レンズ要素100の上記したスロット102に配置されているものとして示されている。光線追跡線202、204、206、208、及び210が、図に示されている。これらは、レンズ要素100の、光の発散効果を示すために提示され得る、無数の光線追跡のほんの一部に過ぎない。例えば、図2に示されている光線追跡のすべては、図の左方向に向かってレンズ要素100から出射している。右方向に向かってレンズ要素100から出射する同様の光線追跡が、さらに描かれ得るが、図を簡単にするために省略されている。
レンズ要素100の、光の発散特性の一部は、光線202、204、206の屈折に起因する。しかしながら、光線208、210に関して、同じなのは、屈折されて、左方向に向かってレンズ要素100から出射する前に、最初に内部反射(それぞれ位置212、214で)されることである。
現在、本発明者らは、従来のレンズシステムよりも均一かつ効率的に光を発散させる、照明器具用のレンズを提供する好機を捉えている。
米国特許出願公開第2009/0103325号明細書
ある実施形態では、照明装置は、光放射の主軸を有するLEDを含む。照明装置は、LEDの近傍に配置されるレンズ要素をさらに含む。レンズ要素は、回転軸線を中心とした断面プロファイルの少なくとも部分的な回転によって形作られる幾何学的形状を有する。レンズ要素は、回転軸線がLEDの光放射の主軸と交差するようにLEDに対して配置される。レンズ要素は、LEDから放射される少なくとも一部の光線を内部全反射させるように機能する。
照明装置用の従来のレンズ要素の一部の等角図である。 図1に関連して上で言及された装置のような照明装置の断面図である。 ある実施形態態に係る照明装置の部分斜視図である。 図3の照明装置に含まれているレンズ要素の等角図である。 図3の照明装置の一部の切欠図である。 図3の照明装置の一部の概略平面図である。 図3の照明装置の態様のブロック図である。 図3の照明装置の断面図である。 図3の照明装置などの照明装置を(ある実施形態態に従って)組み込んだ冷蔵庫の概略平面図である。 図3の照明装置の別の実施形態の一部の斜視図である。
ある実施形態態は、照明装置のLEDの各々に対して個別のレンズ要素が設けられている照明装置に関する。レンズ要素は、LEDからの一部の光線を内部全反射(TIR)させる、LEDに関して光の発散の効率を改善する回転された幾何学的形状を有する。照明装置は、冷蔵ユニットでの使用に適し得るものであり、従来の照明装置に比べて改善された効率を実現し得る。
図3は、ある実施形態態に係る照明装置300の部分斜視図である。照明装置300は、細長い支持部材302を含み、図では、支持部材302の一部のみを見ることができる。また、照明装置300は、支持部材302の縦方向に沿って支持部材302上に取り付けられた多数のレンズ要素304を含む。図3では、レンズ要素304のうちの2つのみを見ることができる。照明装置300のレンズ要素のすべては、互いに実質的に同一であり得る。
図4は、図3に見られるレンズ要素304の1つの等角図である。例えば、レンズ要素304は、ポリカーボネート又はアクリルなどの透明プラスチックから形成されてもよい。レンズ要素304は、例えば、射出成形法によって形成されてもよい。
図5は、照明装置300の一部の切欠図である。図5の図は、互いに垂直な2つの平面で切り取られている。平面の一方は、図4の線A−Aによって示されている。この平面は、断面プロファイル502を示す。レンズ要素304の幾何学的形状(図4及び図5から最も良く把握される)は、図5において参照符号504が付与されている回転軸線を中心に断面プロファイル502を回転させることによって形作られる。(図5には、問題の断面プロファイルの半分のみが、502で示されており、断面プロファイルの全体は、後の図(すなわち、図8)に示されている。)図5の図に関する第2の切り取り平面は、図4の線B−Bによって示されている。回転軸線を中心とした断面プロファイルの回転によって幾何学的形状を形作るという言い方は、円から離れた、円の平面上にある回転軸線を中心に円を回転させることによって三次元図形のトーラスを形成することに概念的に類似していることが理解されるべきである。レンズ要素304の場合、断面プロファイルの回転度は部分的である(例えば、この例示的な実施形態では180度である)。
再び図5を参照すると、さらにLED506が、図に示されている。また、LED506は、図3に見られる照明装置300に含まれている(図3では、LEDは見ることができない)。引き続き図5を参照すると、LED506の各々は、各々のレンズ要素304の近傍にあり、かつレンズ要素304の各々によって実質的に囲まれている。引き続き図5を参照すると、図の左の方のLED506は、光放射の主軸508を有するものとして示されている。(照明装置300の他のLED506の各々は、同様の向きの光放射の主軸を有してもよい。)図5の510に見られるように、関連するLED506の光放射の主軸508は、関連するレンズ要素304の幾何学的形状を形作る回転軸線504と交差している(実際は、これに対して垂直であってもよい)。また、LED506の各々は、その関連するレンズ要素304の占有面積内に配置されている。ある実施形態態における、レンズ要素304の各々及びその関連するLED506の互いの配置は、このようになっている。
図5の510に示されている点は、光放射の主軸508と回転軸線504との交差点と呼ばれ得る(これらの両方については上述されている)。ある実施形態では、LED506は、交差点510の位置又は交差点510の上方に配置されてもよい。他の実施形態では、LED506は、交差点510の下方に配置されてもよい。
図3及び図5を参照すると、支持部材302の面であって、その上にLED506及びレンズ要素304が取り付けられている面は、支持部材302の「主面」であると考えられ得る。図5からは、レンズ要素304に関する回転軸線(例えば、軸線504)は、支持部材302の主面と平行に配置されており、支持部材302の縦寸法に対して垂直であることが認められる。
図6は、照明装置300の一部の概略平面図である。ここでも、細長い支持部材302は、支持部材302の縦寸法に沿って配置された一群の6つのLED506と共に一部が見られる。LED506の各々は、関連するレンズ要素304の占有面積内に配置されているものとして示されている。(図6では、レンズ要素304は、破線の正方形によって概略的に表されており、レンズ要素の形状のより現実的な説明図は、例えば、図4に見られる。)図6に戻ると、ある実施形態では、関連するレンズ要素を伴う1以上のさらなる群の6つのLEDが、支持部材302に沿って、図では見ることができないその部分に配置されてもよい。他の数のLEDから構成される他の群又は集団が、他の実施形態では使用されてもよい。
図7は、照明装置300の態様のブロック図である。回路基板702上に実装されたLED506の一般的なものが示されている。なお、回路基板702もまた、照明装置300の一部である。(回路基板702は、上で言及した支持部材(図7には示されていない)によって支持されてもよい。)LED506に関連するレンズ要素304は、同様に破線によって概略的に示されている。照明装置は、回路基板702及び配線706を介して電源704に接続されてもよい。
図8は、照明装置300の断面図であり、その断面は、LED506の1つの位置における、支持部材302の縦寸法に対して垂直な平面で切断されたものである。レンズ要素304の幾何学的形状を形作るための完全な断面プロファイル502は、図8に提示されている。また、LED506の光放射の主軸508が、図8にも示されている。レンズ要素304から出射する例示的な光線が、参照符号802によって全体的に示されている。参照符号802は、描かれている光線のすべてを指し示す仮想輪を示している。図8のページの平面において、反射されずに屈折され得る出射光線の経路もあれば、内部反射後に屈折され得る光線もある。特に、レンズ要素304は、LED506から放射される少なくとも一部の光線を内部全反射(TIR)させるように機能してもよい。レンズ要素304の回転された形状の場合、これは、図5の軸線504によって示されている方向における、照明装置300からの配光の改善及び強化に役立ち得る。反射した光線は、一般に、レンズ要素の、反射の位置から遠い位置から放射され得ることが理解されよう。
再び図8を参照すると、レンズ要素304の断面プロファイル502は、この実施形態では軸線508に関して対称であるものとして示されている。しかしながら、他の実施形態では、断面プロファイルの形状は、非対称であってもよい。例えば、ある実施形態では、断面プロファイルの形状は、例えばLED506からの光の大部分又は全部が、図8の図の場合、左或いは右に向けられるようなものであってもよい。
図8は、冷蔵庫の筐体(図8には具体的に示されていない)内の棚(図8には示されていない)上の物体(前面804以外には示されていない)の前面804を照明する光線802を示している。断面プロファイル502の正確な寸法及び外形は、照明される、冷蔵庫の筐体/棚の幾何学的形状に応じて変更されてもよく、特定の用途に適した寸法及び外形が、本明細書に含まれている開示に基づいて必要以上の実験なしに決定され得る。
図9は、ある実施形態態に係る冷蔵庫900の概略平面図である。冷蔵庫は、筐体902を含み、筐体902は、密閉された冷蔵空間904を画成している。(冷蔵庫900の冷却要素は、存在するけれども示されていない。)筐体902は、後壁905並びに側壁907及び909を含む。
また、冷蔵庫900は、冷蔵空間904内に棚906を含む。棚906は、冷蔵保存される物品(図示せず)を保持するためのものである。
また、筐体902は、棚906への接近を可能にするための扉912を含む。垂直に延在するマリオン914が、扉の間に差し挟まれている。マリオンの各々は、密閉された冷蔵空間904に対して内側に面する内面916を有する。マリオン914の各々の内面916は、その上に垂直方向に設置された照明装置300(上で説明したような)を有する。
また、冷蔵庫900は、側壁907、909の前縁の近傍で垂直に延在するコーナーマリオン920を含む。(すなわち、コーナーマリオン920の各々は、冷蔵庫900の前面の隅に配置されている。)マリオン920の各々は、その内面に垂直方向に設置された照明装置300aを有する。
図10は、上で説明した照明装置300の代替的な実施形態である照明装置300aの1つの部分斜視図である。照明装置300aは、照明装置300の上で説明した要素のすべてを含んでもよい。加えて、照明装置300aは、支持部材302上に取り付けられた鏡1002を含む。鏡1002は、支持部材302の平面に対して垂直に配置されてもよく、また、支持部材302の縦寸法の少なくとも一部に沿って延在してもよい。鏡1002の反射面は、支持部材302上に取り付けられたLED(図10では見ることができない)及び関連するレンズ要素304の方向を向いてもよい。照明装置300aは、その鏡の反射面が冷蔵庫900の隣接する側壁から離れる方向を向くようにコーナーマリオン920に設置されてもよい。このように、鏡は、LEDからの光線を棚906に向けて反射してもよい。
本明細書で説明されている実施形態にあるようなレンズ装置を有する照明装置は、冷蔵庫内の物体を照明するためにより効率的かつ均一な配光を実現することができる。エネルギーの節約がもたらされ得る。さらに、本明細書で説明されている実施形態のレンズ装置は、使用する材料を、図1に示されているものなどの従来のレンズよりも少なくすることができ、また、従来のレンズよりもシールが容易であり得る。さらに、本明細書で説明されている実施形態のレンズ装置は、発生する色分解を、従来のレンズよりも低減し得る。
レンズ要素304及び/又は一連のLEDに付随する、一列に配置されたレンズ要素を有する照明装置300について、主に冷蔵庫を照らす用途に関して説明してきた。しかしながら、奥行きのない箱型看板(box sign)もしくは他の標識(signage)の用途での使用、又は棚の下の照明のための使用、又はコーニス(cornice)の照明装置としての使用、又はいわゆる「ウォールウォッシャ」(すなわち、壁の限られた領域又は場所を主に照明するのではなく壁に光を浴びせる照明装置)としての使用を含む他の用途も可能である。
技術的効果は、冷蔵庫の内部を照らすこと及び他の照明用途において、改善された効率を実現することができる。
本明細書で説明されている実施形態は、例証目的のためのものに過ぎない。当業者は、他の実施形態が、上で説明した実施形態の修正及び変更によって実施され得ることを認めることができる。
100、304 レンズ要素
102 スロット
104 基部
200、506 LED
202、204、206、208、210 光線追跡線
212、214 位置
300、300a 照明装置
302 支持部材
502 断面プロファイル
504 回転軸線
508 光放射の主軸
510 交差点
702 回路基板
704 電源
706 配線
802 光線
804 前面
900 冷蔵庫
902 筐体
904 冷蔵空間
905 後壁
906 棚
907、909 側壁
912 扉
914 マリオン
916 内面
920 コーナーマリオン
1002 鏡

Claims (20)

  1. 照明装置(300)であって、
    光放射の主軸(508)を有する発光ダイオード(LED)(506)、及び
    LED(506)の近傍に配置されたレンズ要素(304)であって、回転軸線(504)を中心とした断面プロファイル(502)の少なくとも部分的な回転によって形作られる幾何学的形状を有するレンズ要素(304)
    を備え、
    レンズ要素(304)が、回転軸線(504)がLED(506)の光放射の主軸(508)と交差するようにLED(506)に対して配置されており、
    レンズ要素(304)が、LED(506)から放射される少なくとも一部の光線を内部全反射させるように機能する照明装置(300)。
  2. 回転軸線(504)が、LED(506)の光放射の主軸(508)に対して垂直である、請求項1に記載の照明装置(300)。
  3. 細長い支持部材(302)をさらに備え、該細長い支持部材(302)上に、LED(506)及びレンズ要素(304)が取り付けられている、
    請求項1に記載の照明装置(300)。
  4. LED(506)が、第1のLED(506)であり、
    レンズ要素(304)が、第1のレンズ要素(304)であり、
    照明装置(300)が、
    第1のレンズ要素(304)に加えて細長い支持部材(302)上に取り付けられた複数のレンズ要素(304)であって、該レンズ要素(304)のすべてが、互いに実質的に同一である複数のレンズ要素(304)、及び
    第1のLED(506)に加えて細長い支持部材(302)上に取り付けられた複数のLED(506)であって、該複数のLED(506)の各々が、複数のレンズ要素(304)の各々の占有面積内に配置されている複数のLED(506)
    をさらに備える、
    請求項3に記載の照明装置(300)。
  5. レンズ要素(304)が、その幾何学的形状が、回転軸線(504)を中心とした断面プロファイル(502)の実質的に180°の回転によって形作られるように形成されたものである、請求項1に記載の照明装置(300)。
  6. レンズ要素(304)が、プラスチックから形成されている、請求項1に記載の照明装置(300)。
  7. レンズ要素(304)が、射出成形法を用いて形成されている、請求項6に記載の照明装置(300)。
  8. LED(506)が点灯状態のとき、LED(506)によって放射される一部の光線は、反射されずにレンズ要素(304)によって屈折され、LED(506)によって放射される他の光線は、レンズによって内部反射された後にレンズによって屈折される、
    請求項1に記載の照明装置(300)。
  9. 照明装置(300)であって、
    細長い支持部材(302)と、
    支持部材(302)に沿って取り付けられた複数のLED(506)(発光ダイオード)であって、該LED(506)の各々が、各々の光放射の主軸(508)を有する複数のLED(506)と、
    複数のレンズ要素(304)であって、各々が、レンズ要素(304)の各々がLED(506)の各々を実質的に囲むような位置で支持部材(302)に取り付けられており、レンズ要素(304)が、互いに実質的に同一であり、レンズ要素(304)の各々が、回転軸線(504)を中心とした断面プロファイル(502)の少なくとも部分的な回転によって形作られる幾何学的形状を有する複数のレンズ要素(304)と
    を備え、
    レンズ要素(304)の各々が、レンズ要素(304)の各々の幾何学的形状を形作る回転軸線(504)が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々と交差するように、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々に対して配置されており、レンズ要素(304)の各々が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々から放射される少なくとも一部の光線を内部全反射するように機能する照明装置(300)。
  10. レンズ要素(304)の各々に関して、回転軸線(504)が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々に対して垂直である、請求項9に記載の照明装置(300)。
  11. レンズ要素(304)の各々が、プラスチックから形成されている、請求項9に記載の照明装置(300)。
  12. 複数のレンズ要素(304)が、少なくとも6つのレンズ要素(304)を含み、
    複数のLED(506)が、少なくとも6つのLED(506)を含む、
    請求項9に記載の照明装置(300)。
  13. 支持部材(302)が、主面を有し、該主面には、LED(506)及びレンズ要素(304)が取り付けられており、
    レンズ要素(304)の幾何学的形状を形作る回転軸線(504)が、(a)支持部材(302)の主面に対して平行に、かつ(b)支持部材(302)の縦寸法に対して垂直に配置されている、
    請求項9に記載の照明装置(300)。
  14. (a)支持部材(302)の平面に対して垂直に、(b)支持部材(302)の縦寸法の少なくとも十分な部分にわたって延在するように、及び(c)支持部材(302)に取り付けられたLED(506)の方向を向くように支持部材(302)に取り付けられた鏡(1002)
    をさらに備える、請求項9に記載の照明装置(300)。
  15. 冷蔵庫(900)であって、
    密閉された冷蔵空間(904)と、
    冷蔵保存される物品を保持するための、冷蔵空間(904)内の複数の棚(906)と、
    棚(906)への接近を可能にするための複数の扉(912)と、
    扉(912)の間に差し挟まれた複数の垂直に延在するマリオン(914)であって、該マリオン(914)の各々が、密閉された冷蔵空間(904)に対して内側に面する内面(916)を含む複数の垂直に延在するマリオン(914)と、
    複数の照明装置(300)であって、各々が、マリオン(914)の各々の内面(916)に設置された複数の照明装置(300)と
    を備え、
    照明装置(300)の各々が、
    マリオン(914)の各々に垂直に配置されて取り付けられた細長い支持部材(302)と、
    支持部材(302)に沿って取り付けられた複数のLED(506)(発光ダイオード)であって、該LED(506)の各々が、各々の光放射の主軸(508)を有し、LED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々が、マリオン(914)の各々から真っ直ぐに離れる方向に向かって水平に配置されている複数のLED(506)と、
    複数のレンズ要素(304)であって、各々が、レンズ要素(304)の各々がLED(506)の各々を実質的に囲むような位置で支持部材(302)に取り付けられており、レンズ要素(304)が、互いに実質的に同一であり、レンズ要素(304)の各々が、回転軸線(504)を中心とした断面プロファイル(502)の少なくとも部分的な回転によって形作られる幾何学的形状を有する複数のレンズ要素(304)と
    を含み、
    レンズ要素(304)の各々が、レンズ要素(304)の各々の幾何学的形状を形作る回転軸線(504)が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々と交差するように、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々に対して配置されており、レンズ要素(304)の各々が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々から放射される少なくとも一部の光線を内部全反射させるように機能する冷蔵庫(900)。
  16. レンズ要素(304)の各々に関して、回転軸線(504)が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々に対して垂直である、請求項15に記載の冷蔵庫(900)。
  17. レンズ要素(304)の各々が、プラスチックから形成されている、請求項15に記載の冷蔵庫(900)。
  18. 照明装置(300)の各々が、少なくとも6つのレンズ要素(304)を含む、請求項15に記載の冷蔵庫(900)。
  19. 照明装置(300)の少なくとも1つに関して、支持部材(302)の各々が、主面を有し、該主面には、照明装置(300)の各々のLED(506)及びレンズ要素(304)が取り付けられており、
    照明装置(300)の各々のレンズ要素(304)の幾何学的形状を形作る回転軸線(504)が、(a)支持部材(302)の各々の主面と平行に、かつ(b)支持部材(302)の各々の縦寸法に対して垂直に配置されている、
    請求項15に記載の冷蔵庫(900)。
  20. 冷蔵庫(900)の前面の隅に配置されたコーナーマリオン(920)であって、垂直に延在し、かつ冷蔵庫(900)の後壁(905)を向いた内面(916)を有するコーナーマリオン(920)、及び
    コーナー照明装置(300a)
    をさらに備え、コーナー照明装置(300a)が、
    コーナーマリオン(920)に垂直に配置されて取り付けられた各々の細長い支持部材(302)と、
    コーナー照明装置(300a)の支持部材(302)に沿って取り付けられた複数のLED(506)(発光ダイオード)であって、該LED(506)の各々が、各々の光放射の主軸(508)を有し、LED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々が、コーナーマリオン(920)の各々から真っ直ぐに離れる方向に向かって水平に配置されている複数のLED(506)と、
    複数のレンズ要素(304)であって、各々が、レンズ要素(304)の各々がLED(506)の各々を実質的に囲むような位置でコーナー照明装置(300a)の支持部材(302)に取り付けられており、レンズ要素(304)のすべてが、互いに実質的に同一であり、レンズ要素(304)の各々が、回転軸線(504)を中心とした断面プロファイル(502)の少なくとも部分的な回転によって形作られる幾何学的形状を有し、レンズ要素(304)の各々が、レンズ要素(304)の各々の幾何学的形状を形作る回転軸線(504)が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々の光放射の主軸(508)の各々と交差するように、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々に対して配置されており、レンズ要素(304)の各々が、レンズ要素(304)の各々によって囲まれたLED(506)の各々から放射される少なくとも一部の光線を内部全反射させるように機能する複数のレンズ要素(304)と、
    (a)コーナー照明装置(300a)の支持部材(302)の平面に対して垂直に、(b)コーナー照明装置(300a)の支持部材(302)の縦寸法の少なくとも十分な部分にわたって延在するように、及び(c)コーナー照明装置(300a)の支持部材(302)に取り付けられたLED(506)の方向を向くようにコーナー照明装置(300a)の支持部材(302)に取り付けられた鏡(1002)と
    を備える、請求項15に記載の冷蔵庫(900)。
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