JP2016505209A - 光導波体およびこれを用いた照明器具 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年1月30日に出願された米国仮特許出願第61/758,660号の題名「Optical Waveguide」(Cree整理番号第P1961US0号)の利益を主張し、2013年12月30日に出願された米国仮特許出願第61/922,017号の題名「Optical Waveguide Bodies and Luminaires Utilizing Same」(Cree整理番号第P2143US0号)の利益をさらに主張する。本願は、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/842,521号の題名「Optical Waveguides」(Cree整理番号第P1946US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/839,949号の題名「Optical Waveguide and Lamp Including Same」(Cree整理番号第P1961US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/841,074号の題名「Optical Waveguide Body」(Cree整理番号第P1968US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/840,563号の題名「Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same」(Cree整理番号第P2025US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年7月10日に出願された米国特許出願第13/938,877号の題名「Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same」(Cree整理番号第P2025US2号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,086号の題名「Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same」(Cree整理番号第P2126US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,132号の「Waveguide Bodies Including Redirection Features and Methods of Producing Same」(Cree整理番号第P2130US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,147号の題名「Luminaires Using Waveguide Bodies and Optical Elements」(Cree整理番号第P2131US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,099号の題名「Optical Waveguide Assembly and Light Engine Including Same」(Cree整理番号第P2129US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,129号の題名「Simplified Low Profile Module With Light Guide For Pendant, Surface Mount, Wall Mount and Stand Alone Luminaires」(Cree整理番号第P2141US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,051号の題名「Optical Waveguide and Lamp Including Same」(Cree整理番号第P2151US1号)の一部継続出願をさらに含み、これらすべてを本願の譲受人が所有しており、その開示内容を本明細書に援用する。
抽出要素が導波路から光を除去するため、光は最初に、当該要素を含む形体と接触する必要がある。導波路の表面を適当に成形することによって、抽出形体(複数可)を横切る光の伝搬を制御可能である。具体的には、抽出形体の間隔、形状、および他の特性(複数可)を選択することによって、導波路の外観、その結果としての分布、および効率に影響が及ぶ。
Hulseの米国特許第5,812,714号は、光の伝搬方向を第1の方向から第2の方向に変更するように構成された導波路屈曲要素を開示している。導波路屈曲要素は、光源から発せられた光を収集して、当該導波路屈曲要素の入力面へと光を指向させる収集要素を含む。屈曲要素に入射した光は、外表面に沿って内部反射され、出力面で当該要素から抜け出る。外表面は、屈曲要素に入射した光が出力面に到達するまでにその大部分が内部反射されるように配向した傾斜角度表面または湾曲表面を備える。
Shipmanの米国特許第3,532,871号は、発光時に突起の研磨面上へと指向される光を発する2つの光源を有する組み合わせ伝搬光反射器を開示している。光は、円錐状の反射器上に反射される。また、光は、横方向に本体内部へと反射され、光を本体外へと指向させるプリズムに衝突する。
Simonの米国特許第5,897,201号は、内部の半径方向コリメート光から分布される建築照明の様々な実施形態を開示している。疑似点光源が半径方向外方にコリメートされた光を発し、分布光学素子の出射手段がコリメート光を光学素子外へと指向させる。
近年、導波路要素の縁部へと指向された一連のLED構成要素(「縁部照明」手法)を利用した薄型のLEDベース照明器具(たとえば、General ElectricのETシリーズパネル反射板)が開発されている。ただし、このような照明器具は通常、LED構成要素等の略完全拡散発光源から発せられた光の導波面狭縁部への結合につきものの損失のために効率が低い。
導波体は、それぞれ第1および第2の方向に沿って中央部分から離れるように延伸した第1および第2の別個の側方部分をさらに含む。光抽出形体は、側方部分の上または中に配設されていてもよい。
また、少なくとも1つのLED近接した第1の入力表面を有し、前記入力表面が少なくとも1つのLEDからの光を受信するように構成された、導波体用の結合光学素子を開示する。第1の入力表面からは、第1の制御表面が変位しており、第1の制御表面に近接して抽出部が配置され、第1の入力表面がLEDからの光を第1の制御表面側に案内し、第1の制御表面が光を抽出部へと反射させる。
導波体をテーパ状にすると、光が導波体の長さに沿って内部反射する一方、入射角が大きくなる。最終的に、この光は、出射するのに十分鋭い角度で一方面に衝突する。その反対の例すなわち長さ方向に徐々に厚くなる導波体によれば、光は、導波体表面との相互作用がほとんどない状態で長さに沿ってコリメートされる。これらの反応を用いることによって、導波路内で光を抽出および制御することができる。専用の抽出形体と組み合わせてテーパ状にすると、形体アレイの全体で入射角度分布を変更可能になる。これにより、光の抽出量および抽出方向が制御される。このように、湾曲、テーパ状表面、および抽出形体の選択組み合わせによって、所望の照明および外観を実現可能である。
一態様によれば、導波路は、少なくとも1つから無限数のビームまたは光線グループまで光を指向させ、各グループの光線は、互いにある角度範囲内で導波路を伝搬する。各範囲は、導波路材料のTIR限界内で狭くてもよいし、広くてもよい。
任意の実施形態において、この範囲は、光線グループの各光線が十分にコリメートしていると考え得るほどに狭くてもよいし、それに近い状態であってもよいし、光線グループの各光線がコリメートしていないと考え得るほどに広くてもよいし、それに近い状態であってもよい。このように光線の角度を制御することによって、光の制御を増強し、導波路のサイズおよび重量を低減し、照明器具のコストを低減することができる。
さらに別の実施形態においては、図5Bに示すように、第1の厚さT1が第2の厚さT2と等しい平坦な導波体12が用いられる。
一実施形態において、LED26から発生された光は、約4:1以下の照度最大/最小比で天井から反射される。この光は、約1:1〜約3:1の照度最大/最小比で天井から反射されるのがより好ましい。この光は、約2:1以下の照度最大/最小比で反射されるのが最も好ましい。
これら別の実施形態は、図1〜図3に関連して記載した様態で光を分布させ、異なる導波体形状を収容するのに必要または望ましいと考えられる適当な改良を行うことにより、たとえば本明細書に開示するような任意の照明器具に使用するようにしてもよい。たとえば、本明細書に開示の導波体のうちのいずれかを照明器具60に使用してもよい。
また、開示の図1、図2、および図2Aは、中央部分18と、それぞれ第1および第2の方向に沿って中央部分18から離れるように延伸した第1および第2の別個の側方部分20、22とを有する導波体12である。中央部分18は、当該中央部分18に配置された結合部24を含む。
図3に示すように、結合部24は、空洞29を規定する凹状の第1の表面44と、凹状の第1の表面44の反対側に配設された湾曲V字状の第2の表面46とを有する。凹状の表面44は、光の色がより十分に混ざり合うように、テクスチャ加工されていてもよい。一実施形態において、V字状の第2の表面46は、滑らかで被膜されていない。さらに別の実施形態において、V字状の第2の表面46は、テクスチャ加工された表面であってもよく、より具体的な一実施形態においては、図6に示すように、鏡面材料48の任意選択層がV字状の第2の表面46上に配設されていてもよい。
図30および図30Aに示す実施形態において、本明細書に開示の導波路12は、以下の表に記載の寸法を有していてもよい。なお、以下の表の寸法は、ほんの一例に過ぎず、限定的なものではない。
いくつかの実施形態においては、光線の少なくとも一部がコリメートされるように光線を制御したい場合がある一方、同じ実施形態または他の実施形態においては、他の光線またはすべての光線を制御することによって、光がコリメートされないようにその角度分散を大きくしたい場合もある。また、いくつかの実施形態においては狭い範囲にコリメートしたい場合がある一方、他の事例では、その逆を行いたい場合がある。
Claims (40)
- 中央部分と、それぞれ第1および第2の方向に沿って前記中央部分から離れるように延伸した第1および第2の別個の側方部分とを含む導波体であって、前記中央部分が結合部を含む、導波体と、
前記結合部に隣接して配設され、前記結合部を介して前記導波体へと指向される光を発生させるように構成されたLEDと、を備え、
前記導波体が、前記側方部分から光を抽出する複数の光抽出形体を含む、照明器具。 - 前記第1および第2の側方部分がそれぞれ、上面および下面ならびに前記結合部に近接した第1の端部および前記結合部の遠位にある第2の端部を有し、
前記第1の端部が、第1の厚さを有し、
前記第2の端部が、第2の厚さを有し、
前記第1の厚さが、前記第2の厚さよりも大きい、請求項1に記載の照明器具。 - 前記結合部が、前記第2の端部側へ上方に湾曲した、請求項1に記載の照明器具。
- 前記上面が、テクスチャ加工された、請求項2に記載の照明器具。
- 前記上面が、複数の光抽出形体を含む、請求項2に記載の照明器具。
- 前記複数の光抽出形体がそれぞれ、
第1の表面と、
前記第1の表面から第2の表面まで延伸した中間表面と、
により規定された、請求項7に記載の照明器具。 - 前記抽出形体が、外方に延伸した突起である、請求項2に記載の照明器具。
- 前記外方に延伸した突起が、ドーム形状を有する、請求項7に記載の照明器具。
- 前記下面が、テクスチャ加工された、請求項2に記載の照明器具。
- 前記第1の厚さが、約6mm以下である、請求項2に記載の照明器具。
- 前記第2の厚さが、約2mm以上である、請求項2に記載の照明器具。
- 縦軸を有し、
複数のLEDが前記結合部に隣接して前記縦軸に沿って配設された、請求項1に記載の照明器具。 - 前記下面が、前記縦軸に垂直な平面中の軸に対して約+45°〜約−45°の角度で配設された、請求項12に記載の照明器具。
- 前記下面が、前記縦軸に垂直な平面中の軸に対して約70°〜約90°の角度で配設された、請求項12に記載の照明器具。
- 前記下面が、前記縦軸に垂直な平面中の軸に対して約85°の角度で配設された、請求項12に記載の照明器具。
- 前記LEDが、白色の反射性印刷回路板上に搭載された、請求項1に記載の照明器具。
- 前記結合部が、凹状の第1の表面を有し、
前記凹状の第1の表面の反対側にV字状の第2の表面が配置された、請求項1に記載の照明器具。 - 前記凹状の表面が、テクスチャ加工された表面である、請求項17に記載の照明器具。
- 前記V字状の第2の表面が、鏡面で被膜された、請求項17に記載の照明器具。
- 前記第1および第2の側部間のV字状の収束部に鏡面仕上げの反射器が配置された、請求項17に記載の照明器具。
- 前記LEDから発生した光が、約3:1の単位面積当たり輝度最大/最小比で天井から反射される、請求項1に記載の照明器具。
- 前記LEDから発生した光が、約2:1〜4:1の輝度最大/最小比で天井から反射される、請求項1に記載の照明器具。
- 前記LEDから発生した光が、約3:1以下の輝度最大/最小比で天井から反射される、請求項1に記載の照明器具。
- 前記LEDから発生した光が、約2:1以上の輝度最大/最小比で天井から反射される、請求項1に記載の照明器具。
- 中央部分と、
それぞれ第1および第2の方向に沿って前記中央部分から離れるように延伸した第1および第2の別個の側方部分と、
前記中央部分に配置された結合部と、
で構成された導波体。 - 前記導波路に近接した光源により生成された発光を前記導波体の前記側方部分から抽出する複数の光抽出形体を含む、請求項25に記載の導波体。
- 前記結合部が、前記第2の端部側へ上方に湾曲した、請求項25に記載の導波体。
- 前記導波路が上面を有し、前記上面がテクスチャ加工された、請求項25に記載の導波体。
- 前記抽出形体が、前記側方部分から外方に突出した、請求項26に記載の導波体。
- 前記導波路が下面を有し、前記下面がテクスチャ加工された、請求項25に記載の導波体。
- 前記結合部が、凹状の第1の表面を有し、
前記凹状の第1の表面の反対側にV字状の第2の表面が配置された、請求項25に記載の導波体。 - 前記V字状の第2の表面が、鏡面で被膜された、請求項25に記載の導波体。
- 導波体用の結合光学素子であって、
当該結合光学素子の入力領域に配設された第1の結合部分と、
前記入力領域の遠隔にあり、前記第1の結合部分に入射する光を前記導波体へと反射させるように構成された第1の反射部と、
前記入力領域で前記第1の結合部分と区別して配設され、入射する光を前記導波体へと直接屈折させるように構成された第2の結合部分と、
を備えた、結合光学素子。 - 前記結合部の中心から外方に湾曲した第1の表面を有し、
前記結合部の前記中心から外方に湾曲した第2の表面を有し、
前記第2の表面が、前記第1の表面の反対側にある、請求項33に記載の結合光学素子。 - 前記中心の遠位にある端部表面を有し、
前記端部表面に導波路が取り付けられた、請求項33に記載の結合光学素子。 - 前記端部表面が、前記第1の表面および前記第2の表面と略垂直である、請求項33に記載の結合光学素子。
- 前記第1の表面が、テクスチャ加工された表面である、請求項33に記載の結合光学素子。
- 前記第2の表面が、テクスチャ加工された表面である、請求項33に記載の結合光学素子。
- 導波体用の結合光学素子であって、
少なくとも1つのLEDの遠位にある第1の入力表面であり、前記少なくとも1つのLEDからの光を受信するように構成された、第1の入力表面と、
前記第1の入力表面から変位した第1の制御表面と、
前記第1の制御表面に近接した抽出部であり、前記第1の入力表面が前記LEDからの光を前記第1の制御表面側に案内し、前記第1の制御表面が前記光を当該抽出部へと反射させる、抽出部と、
を備えた、結合光学素子。 - 前記第1の入力表面に隣接し、前記LEDに近接した第2の入力表面と、
前記第1の制御表面の反対側にある第2の制御表面と、
前記第1および第2の制御表面に近接した抽出部と、
でさらに構成された、請求項39に記載の結合光学素子。
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