JP2016514885A - 照明デバイス及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
−0.7乃至−1.3の範囲の円錐定数を有する反射円錐中心セクション12と、反射円錐中心セクションから半径方向に延在する反射楕円面の環状アレイ14、14’であって、各反射楕円面は、第2の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点16とを形成する、当該環状アレイ14、14’とを含む反射要素10を含む照明デバイスが開示される。当該照明デバイスは更に、反射楕円面のそれぞれの第2の焦点に置かれ、反射楕円面に向けて発光する固体照明要素20、20’と、反射円錐中心セクションの反対側の射出窓30とを含む。当該照明デバイスを含む照明器具も開示される。
Description
本発明は、第1の焦点及び第2の焦点をそれぞれが作る反射楕円面のアレイと、各反射楕円面の第2の焦点に置かれ、反射楕円面に向けて発光する固体照明要素とを含む照明デバイスに関する。
本発明は更に、そのような照明デバイスを含む照明器具に関する。
人口の増加に伴い、世界のエネルギー需要を満たすだけでなく、地球温暖化現象の原因と考えられている温室効果ガス排出を制限するために、炭素排出を制御することもますます困難となってきている。これらの懸念事項は、エネルギー消費量を削減する試みとして、より効率的なエネルギー消費への動きをもたらしている。
1つの関心領域は、家庭環境又は商業的環境における照明応用である。エネルギー効率が悪いことで知られている従来の白熱電球を、よりエネルギー効率のよい代替品に交換する明らかな傾向がある。実際に、多くの管轄において、白熱電球の生産及び小売が法的に禁止され、これにより、消費者は、例えば白熱電球を交換する際に、エネルギー効率の良い代替案を購入することが余儀なくされている。
特に将来性のある代替品は、白熱電球の何分の1かのエネルギー費用で単位発光出力を生成できる固体照明(SSL)デバイスによって提供されている。このようなSSL要素の一例は、発光ダイオードである。
SSL要素ベースの照明デバイスの欠点は、個々のSSL要素の発光出力が、例えば白熱、タングステン、ハロゲン又は蛍光電球よりもかなり低いため、必要な発光出力レベルを得るには、1つの電球内に複数のSSL要素を含まなければならない点である。
しかし、例えば電球であるデバイスのフットプリントは、GU10又はMR16型電球といった1つのデバイス内にSSL要素を組み込むことができる数の制限要素となる。更に、このようなSSL要素ベースの照明デバイスを用いてフォーカス又はコリメートされたビーム角を生成することは非常に難しい。これは、SSL要素が、広角に亘って出力を生成する傾向があるからである。この点は、SSL要素ベースの照明デバイスによって生成される光の知覚品質を低下させてしまう。
冒頭段落による照明デバイスは、米国特許第8,083,379B2号から知られており、このデバイスでは、複数のLEDが、楕円面鏡の対応する第2の焦点に取り付けられている。楕円面鏡の第1の焦点は、コリメートされた光を楕円面鏡のアレイにおける中心アパーチャを通り抜けるように方向転換する更なる凹面鏡内で一致する。このデバイスの欠点は、楕円面鏡内にアパーチャが形成されなくてはならない点である。この点は、照明デバイスの複雑さと費用を増加させてしまう。また、このデバイスのデザインは、デザインにおけるLEDの数の増加を容易にせず、これにより、当該照明デバイスの光度は、特定の応用領域については不十分である。
本発明は、コリメート光出力を生成できる費用効率がより高い照明デバイスを提供することを目的とする。
本発明は更に、そのような照明デバイスを含む照明器具を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様によれば、−0.7乃至−1.3の範囲の円錐定数を有する反射円錐中心セクションと、反射円錐中心セクションから半径方向に延在する反射楕円面の環状アレイであって、各反射楕円面は、第2の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点とを形成する、当該環状アレイとを含む反射要素と、反射楕円面のそれぞれの第2の焦点に置かれ、反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、反射円錐中心セクションの反対側の射出窓とを含む照明デバイスが提供される。
本発明の発明者は、楕円面が、当該楕円面の第1の焦点を含む反射円錐中心セクションから半径方向に延在している反射要素を提供することによって、射出窓が、反射要素とは反対側に設けられ、これにより、照明デバイスの製造が単純化され、その製造費が削減されることを認識している。更に、反射円錐中心セクションの円錐定数を、−0.7乃至−1.3の範囲で選択することによって、コリメーションの度合い、即ち、照明デバイスのビーム角が円錐定数の選択によって制御されるコリメートされた出力が生成される。なお、円錐定数は、シュワルツシルト(Schwarzschild)定数としても知られている。
反射円錐中心セクションは、通常、凸面を有し、また、好適な実施形態では、−1の円錐定数を有する放物体である。反射楕円面の放射状のアレイと、放物体の反射円錐中心セクションとの組み合わせは、特に優れたコリメーション、即ち、特に小さいビーム角を有する照明デバイスをもたらすことが分かっている。
一実施形態では、第2の焦点における固体照明要素は、環状担体上に配置される。これは、固体照明要素の環状アレイの各反射楕円面の第1の焦点との優れた位置合わせを容易にする。
環状アレイは、楕円体のアレイであってもよく、各楕円体は、反射楕円面と、反射楕円面とは反対側の更なる反射楕円面とを含み、更なる反射楕円面は、第2の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点とを形成する。照明デバイスは更に、更なる反射楕円面のそれぞれの第2の焦点に置かれ、更なる反射楕円面に向けて発光する固体照明要素を含む。これは、より多くの固体照明要素を、照明デバイスに組み込むことができ、これにより、照明デバイスの発光出力の強度を向上させるという利点を有する。
反射楕円面の第2の焦点における固体照明要素は、少なくとも1つの第1の担体上に配置され、更なる反射楕円面の第2の焦点における固体照明要素は、少なくとも1つの第2の担体上に配置されてよい。反射楕円面に面している固体照明要素と更なる反射楕円面に面している固体照明要素とに、例えばプリント回路基板である異なる担体を使用することによって、担体を別個にかつ独立して製造することができる。これは、照明デバイスの製造の複雑さを軽減する。
一実施形態では、少なくとも1つの第1の担体と少なくとも1つの第2の担体とは、ヒートシンクによって離されている。これにより、固体照明要素によって生成された熱の散逸が向上される。したがって、過熱の危険性なく照明デバイスにおける高密度の固体照明要素を容易とする。これは、照明デバイスの発光出力の強度を更に向上させる。
楕円体は、反射円錐中心セクションの対称軸に垂直な平面に対し角度が付けられていてよい。
一実施形態では、反射要素は更に、平面に対し角度が付けられている更なる楕円体の環状アレイを含み、楕円体及び更なる楕円体は、平面の両側にあり、各更なる楕円体は、第2の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点とを形成する第1の反射楕円面と、当該第1の反射楕円面とは反対側の第2の反射楕円面とを含み、第2の反射楕円面は、第2の焦点と、反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点とを形成する。照明デバイスは更に、第1の反射楕円面のそれぞれの第2の焦点に置かれ、第1の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、第2の反射楕円面のそれぞれの第2の焦点に置かれ、第2の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素とを含む。これは、照明デバイスが、優れた強度の発光出力を生成することを実現する。
好適には、第1の焦点の少なくとも幾つかは、照明デバイスの発光出力の均一性を向上させるために、反射円錐中心セクションの内側において一致する。より好適には、第1の焦点の少なくとも幾つかは、反射円錐中心セクションの焦点と一致する。
一実施形態において、固体照明要素は、異なる色点を有する固体照明要素を含む。これは、照明デバイスの色点を正確に調整するために使用できる。というのは、反射要素によって、照明デバイスの様々な個体照明要素の発光出力の優れた混合が実現されるからである。
一実施形態において、固体照明要素は、複数の白色光固体照明要素と、複数の赤色光固体照明要素とを含む。これは、高い演色評価数(CRI)を有する照明デバイスを促進し、また、照明デバイスによって、離れた赤色スポットといった目立つ色分離が生成されないようにする。
照明デバイスは、有利には、スポット電球であってよい。
本発明の別の態様によれば、本発明の一実施形態による照明デバイスを含む照明器具が提供される。当該照明器具は、例えば照明デバイスのホルダであっても、照明デバイスが組み込まれる装置であってもよい。
本発明の実施形態が、添付図面を参照して、より詳細にかつ非限定的な例として説明される。
当然ながら、図面は、概略に過ぎず、縮尺通りではない。更に、当然ながら、同じ参照符号は、図面全体に亘って、同一又は同様の部分を示すために使用される。
図1は、本発明の一実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。照明デバイスは、−0.7乃至−1.3の範囲の円錐定数を有する凸状の反射円錐中心セクション12を含む反射要素10を含む。シュワルツシルト(Schwarzschild)定数としても知られる円錐定数は、円錐中心セクション12の離心率を規定する。円錐定数は、xy平面において、次式によって表現される。
y2−2Rx+(K+1)x2=0
ここで、Rは、x=0における曲率半径であり、Kは、円錐定数である。
y2−2Rx+(K+1)x2=0
ここで、Rは、x=0における曲率半径であり、Kは、円錐定数である。
反射要素10は更に、反射円錐中心セクション12から半径方向に延在する反射楕円面のアレイを含む。図1には、反射円錐中心セクション12から、それぞれ半径方向外側に延在する第1の反射楕円面14及び第2の反射楕円面14’が示されている。反射円錐中心セクション12と各反射楕円面14、14’とは、個々に、例えば光学等級の銀又はアルミニウムといった反射コーティングによって覆われたポリカーボネートといったポリマー材料である任意の適切な反射材料によって実現される。ポリマー材料は、複合ポリマー材料であってもよい。例えば複合ポリマー材料は、材料の熱的特性を向上させる(例えば材料の熱膨張係数を減少させる)ために、最大20重量%のガラスファイバを含む。具体的には、ポリマー材料は、最大20重量%のガラスファイバを任意選択的に含むポリカーボネートであってよい。
反射楕円面14、14’は、各反射楕円面14、14’が、反射円錐中心セクション12の内側に第1の焦点を、反射円錐中心セクション12の外側に第2の焦点を形成するように、反射円錐中心セクション12に対して配置される。
一実施形態では、各反射楕円面14、14’の第1の焦点の少なくとも幾つかは、反射円錐中心セクション12内の点16に一致する。一実施形態では、点16は、反射円錐中心セクション12の焦点である。好適には、各反射楕円面14、14’のすべての第1の焦点が、反射円錐中心セクション12の焦点16に一致する。
単一の担体22又は複数の対応する担体22、22’に取り付けられる各固体照明(SSL)要素20、20’は、各反射楕円面14、14’の様々な第2の焦点に取り付けられ、各SSL要素20、20’が、当該SSL要素20、20’が取り付けられている第2の焦点に対応する反射楕円面に面しているように配置される。一実施形態では、SSL要素20、20’は、発光ダイオード(LED)である。
反射楕円面14、14’の楕円性と、これらの反射楕円面14、14’の各第2の焦点におけるSSL要素20、20’の取付けとによって、SSL要素20、20’の発光出力は、反射楕円面14、14’によって、反射円錐中心セクション12内にある反射楕円面14、14’の各第1の焦点に向けて方向転換される。これによって、SSL要素20、20’の実質的にすべての発光出力が、確実に反射円錐中心セクション12の凸面上へと方向転換される。つまり、反射要素10は、第1の反射が反射楕円面14、14’によって提供され、第2の反射が反射円錐中心セクション12によって提供される共焦点反射要素10を形成する。
反射円錐中心セクション12の−0.7乃至−1.3の範囲の円錐定数によって、反射円錐中心セクション12によって高度にコリメートされた発光出力が生成される。これは、反射円錐中心セクション12が、SSL要素20、20’の発光出力を、照明デバイスの射出窓30を通り抜けるように方向転換するからである。射出窓30は、反射要素10の反射円錐中心セクション12の反対側に配置されている。これは、図2及び図3を参照してより詳細に説明される。
図2は、本発明の照明デバイスの光学モデルを示す。この光学モデルでは、反射要素10は、凸状の円錐中心セクション12を含み、そこから、反射楕円面14のアレイが半径方向外側に、即ち、照明デバイスの外周に向かって延在している。これにより、花の形をした反射要素10がもたらされる。前述の通り、SSL要素20は、各反射楕円面14の各第2の焦点に取り付けられ、各反射楕円面14の第1の焦点は、凸状の円錐中心セクション12内にある。図2では、非限定的な例として、各第1の焦点が、前述の通り、円錐中心セクション12の焦点であってもよい焦点16に一致することが示されている。
反射要素10の共焦点配置によって、SSL要素20、20’によって生成される発光出力120が、照明デバイスを、高度にコリメートされて、即ち、図2に示されるz軸に実質的に平行に出ることが確実にされる。z軸は、反射要素10の凸状円錐中心セクション12の対称軸である。一実施形態では、凸状円錐中心セクション12は、放物体である。即ち、円錐定数−1を有し、発光出力120の特に高いコリメーションをもたらす。
図3は、反射要素10の凸状円錐中心セクション12の円錐定数Kの関数として、本発明の実施形態による照明デバイスのビームプロファイルを示す。円錐定数K=−1.0、K=−1.07、K=−1.12及びK=−1.20をそれぞれ有する凸状円錐中心セクション12を有する反射要素を含む照明デバイスの4つのビームプロファイルが示されている。−1の円錐定数を有する凸状円錐中心セクション12は、放物体である一方で、−1よりも小さい円錐定数、例えばK=−1.12を有する凸状円錐中心セクション12は、双曲面である。図3は、照明デバイスによって生成されるビーム形状、例えばビーム角は、凸状円錐中心セクション12の適切な円錐定数を選択することによって制御可能であることを明確に示す。
図4は、本発明の照明デバイスの光学モデルを示す。この光学モデルでは、反射要素10は、双曲面である、即ち、−1よりも小さい(即ち、より負の値の)円錐定数を有する凸状円錐中心セクション12を含む。図4から、凸状円錐中心セクション12の円錐定数を調整することによって、射出窓30を出る照明デバイスの発光出力120の形状が制御できることが分かる。具体的には、双曲面形状を有する凸状の円錐中心セクション12は、フォーカスされた発光出力120を形成するように使用される。円錐定数の変化を利用して、照明デバイスから様々な距離における発光出力120の焦点125が形成される。
図1に戻るに、照明デバイスのコリメートされた発光出力120の幅、即ち、照明デバイスによって生成された光ビームの幅が、各反射楕円面14、14’によって反射された入射光の円錐中心セクション12の図1に「x」とマーク付けされた横断面の幅によって制御されることも更に留意されたい。この横断面の幅を増減することによって、コリメートされた発光出力120の幅も、対応して増減される。したがって、この特性を利用して、様々なビーム幅を有する照明デバイスが形成される。
射出窓30は、例えばガラス又は透明ポリマー材料である任意の適切な透明材料を含む。射出窓30は、例えばマイクロレンズアレイといったビーム成形光学要素である任意の適切な光学要素を含む。一実施形態では、光学要素は、図15に示されるように、照明デバイスのズーム効果を実現するように、Z軸に沿って移動可能なレンズ150又はレンズ群である。つまり、出力光ビーム角は、Z軸に沿って光学要素を移動させることによって変更できる。
一実施形態では、反射円錐中心セクション12は、中空であってよい。この実施形態では、超小型照明デバイスを作り出すために、SSL要素20、20’を駆動するドライバ回路40が、反射円錐中心セクション12の内側に配置される。これは、照明デバイスが、スポット電球といった電球である場合に特に有利である。このようなスポット電球の非限定的な例としては、E27、MR11、MR16、GU10、AR111、Par30、Par38、BR30、BR40、R20、R50等といったサイズが挙げられる。
凸状円錐中心セクション12の表面における入射光の散乱を向上させるために、凸状円錐中心セクション12は、粗面を有してもよい。
一実施形態では、様々なSSL要素20、20’は、例えば赤色LEDと白色LEDとの混合、異なる色点を有する白色光LEDの混合等である様々な色の光出力を生成するSSL要素を含む。これは、照明デバイスの演色評価数(CRI)及び赤色指数を高めるためには望ましい。共焦点反射要素10は、様々な第2の焦点におけるSSL要素20、20’の発光出力の優れた混合を確実にすることが分かっており、これにより、射出窓30を通って照明デバイスを出る場合に、これらの第2の焦点において生成された様々な色の光は、(略)完全に混合される。
例えば照明デバイスが、赤色LEDと白色LEDとの組み合わせを含む場合、照明デバイスの発光出力120において、目立つ色分離、例えば離れたスポットは検出されない。或いは、暖色の白色LEDと寒色の白色LEDとの混合は、相関色温度(CCT)調光を実現するように使用される。
図5は、円錐中心セクション12から半径方向外側に延在する反射楕円面14のアレイの各第2の焦点における様々なSSL要素が、例えば環状のプリント回路基板である単一の環状担体22上に配置されている、本発明の一実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。この配置の具体的な利点は、環状配置が、熱分配及び放熱には非常に効率的な構成であり、したがって、高密度のSSL要素20を、照明デバイスを熱し過ぎることなく使用できる点である。
図6は、円錐中心セクション12から半径方向外側に延在する反射楕円面14のアレイの各第2の焦点における様々なSSL要素が、例えば矩形のプリント回路基板である矩形担体の4つのストリップ22上に配置されている、本発明の代替実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。これは、このような矩形担体は費用効果的に製造できるため、費用検討が重要である場合の有利な実施形態である。図6から分かるように、共焦点反射要素10の全体の形は、そのような矩形担体と組み合わされることに適応するように調整されている。
図7は、本発明の一実施形態による照明デバイスの一態様を概略的に示す。この実施形態では、照明デバイスは、ガイド要素220を有するホルダ200を含む。ホルダの中に、反射要素10が取り付けられてよい。ガイド要素220は、図8におけるこの照明デバイスの横断面に示されるように、楕円面14が、(環状)担体22上で、SSL要素20と正確に位置合わせされることを確実にする。図8では、環状担体22は、SSL要素20をそれぞれが担持する突起122のパターンを含む。各突起122は、隣接するガイド要素220間の間隙内に嵌り、これにより、SSL要素20の楕円面14の第2の焦点における非常に正確な配置が確実にされる。つまり、突起122は、SSL要素20が、楕円面14の第2の焦点と一致するように、楕円面14を越えて突出する。このようにして、SSL要素20の第2の焦点との位置合わせが、完全に位置合わせされた状態からわずか0.2mmの偏差の精度で達成される。
図9は、図1の照明デバイスに比べて発光出力120が増加されている本発明の別の実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。図9では、共焦点反射要素10は、凸状円錐中心セクション12から半径方向外側に延在する楕円体60、60’のアレイを含む。既に述べたように、凸状円錐中心セクション12は、−0.7乃至−1.3の範囲の円錐定数を有する。各反射楕円体60、60’は、図1に示されるような反射楕円面14、14’だけでなく、反射楕円面14、14’の反対側に、更なる反射楕円面64、64’を含む。各更なる反射楕円面64、64’は、反射円錐中心セクション12の内側に第1の焦点を、反射円錐中心セクション12の外側に第2の焦点を形成する。
更なる反射楕円面64、64’の各第1の焦点は、反射円錐中心セクション12の内側で一致してよい。一実施形態では、更なる反射楕円面64、64’は、反射円錐中心セクション12の反対側の射出窓30によって、互いから離されている。射出窓30は、円形射出窓であってよい。
更なる固体照明要素21、21’が、各更なる反射楕円面の第2の焦点に置かれ、当該更なる反射楕円面64、64’に向けて発光する。つまり、更なる固体照明要素21、21’の発光面は、更なる反射楕円面64、64’に面している。各更なる固体照明要素21、21’は、図5及び図8に示されるように、例えば環状PCBである単一の担体23上に取り付けられていてもよい。既に述べたように、更なる固体照明要素21、21’は、前述の通り、例えば赤色LED及び白色LED、様々な色温度の白色LED等である様々な色のSSL要素の混合を含んでよい。環状担体22は、照明デバイスの放熱を更に向上させるためにヒートシンク(図示せず)によって更なる環状担体23から離されていてもよい。
SSL要素20、20’、21及び21’の1つ以上のドライバ回路が、例えば、前述の通り、中空の反射円錐中心セクション12の内側、担体22、23と一体にされて、又は、反射楕円体60、60’のうちの1つ以上の反射楕円体の下に配置されて、任意の適切な場所に置かれてもよい。一番後の実施形態は、図9に示されている。図9では、非限定的な例として、反射楕円体60、60’の下に配置された2つのドライバ回路50、50’が示されている。当然ながら、照明デバイスは、例えば1つ以上のそのような回路といったように任意の適切な数のそのようなドライバ回路50を含んでよい。
図9では、反射楕円体60、60’の位置は、照明デバイスのXY平面66に対する角度αによって更に規定される。疑義が生じるのを避けるために、XY平面は、反射円錐中心セクション12の対称軸、即ち、図2に示されるZ軸に垂直な平面である。角度αは、反射楕円面14と更なる反射楕円面64(又は反射楕円面14’と更なる反射楕円面64’)との間の中心平面68と、XY平面66との間の角度として規定される。
一実施形態(図示せず)では、α=0°である。この場合、中心平面68は、XY平面66と一致する。或いは、α≠0°である。この場合、反射楕円体60、60’は、反射楕円面14、14’及び更なる反射楕円面64、64’の各第1の焦点が、反射円錐中心セクション12の頂点の方向においてZ軸に沿って並進されるように、XY平面66から外れるように傾斜される。これは、発光出力120のビーム幅を効果的に減少させ、これは、例えば空間色分解を減少させ、したがって、照明デバイスの反射要素10による色混合の知覚を向上させる。一実施形態では、角度αは、1乃至10°の範囲において選択される。より高い角度も実現可能ではあるが、これらのより高い角度では、生成された光が担体22、23によって吸収されるため、照明デバイスの発光出力が減少されることが分かっている。
図10は、本発明の別の実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。図10に示される実施形態は、図9に示される実施形態と同一であり、その詳細な説明も、照明デバイスの発光出力120の均一性を更に向上させるために、射出窓30が更に、マイクロレンズアレイの形式のビーム成形要素70を含むことを除き、同じである。
図9及び図10において、反射楕円面14、14’及び更なる反射楕円面64、64’は、反射楕円体60、60’の最も外側の点において、交わる。しかし、これは、非限定的な例に過ぎない。図11は、本発明の更に別の実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。図11に示される照明デバイスは、図9又は図10に示される照明デバイスと同一であり、その詳細な説明も、更なる反射楕円面64、64’が反射楕円面14、14’と同じ外側の点にまで半径方向に延在しないこと、即ち、反射楕円面14、14’と更なる反射楕円面64、64’とは、反射楕円体60、60’の最も外側の点において交わらないことを除き、同じである。更なる反射楕円面64、64’は、当該更なる反射楕円面64、64’の最も外側の点が、反射楕円面14、14’の最も外側の点よりもz軸に近いという意味で、反射楕円面14、14’よりも小さい。
本発明の照明デバイスの反射要素10の実施形態は、図6乃至図8における非限定的な例として示されるような反射楕円体60、60’の単一アレイに限定されない。図12は、反射要素10が、XY平面66の上方にある反射楕円体60、60’のアレイと、XY平面66の下方にある反射楕円体90、90’の更なるアレイとを含む、本発明の一実施形態による照明デバイスの横断面を概略的に示す。更なるアレイの各楕円体90、90’は、反射円錐中心セクション12の内側の第1の焦点と、SSL要素101、101’が置かれる第2の焦点とを形成する第1の反射楕円面92、92’を含む。更なるアレイの各楕円体90、90’は、追加的に、反射円錐中心セクション12の内側の第1の焦点と、SSL要素102、102’が置かれる第2の焦点とを形成する第1の反射楕円面とは反対側の第2の反射楕円面94、94’を含む。
既に述べたように、SSL要素101、101’は、その発光出力を、それぞれ、第1の反射楕円面92、92’に向ける。即ち、SSL要素101、101’は、その発光面が、第1の反射楕円面92、92’に面している。一方で、SSL要素102、102’は、その発光出力を、それぞれ、第2の反射楕円面94、94’に向ける。即ち、SSL要素102、102’は、その発光面が、第2の反射楕円面94、94’に面している。固体照明要素101、101’は、図5及び図8に示されるように、例えば環状PCBである単一の担体103上に取り付けられてよい。固体照明要素102、102’は、図5及び図8に示されるように、例えば環状PCBである別個の環状担体104上に取り付けられてよい。担体103、104は、担体の放熱を向上させるように、ヒートシンク(図示せず)によって離されていてよい。
既に述べたように、SSL要素101、101’及びSSL要素102、102’は、例えば様々な色温度の白色LED、赤色LED及び白色LED等の様々な色のSSL要素の混合を含んでもよい。例えば図7に示されるマイクロレンズアレイ70といったビーム成形要素である更なる光学要素が、図9の照明デバイスに含まれてもよい。当然ながら、反射要素10のデザインにおいて反射楕円体の数を増加すると、照明デバイスにおけるSSL要素の数を更に増加でき、これは、照明デバイスの発光出力120の強度を更に増加させ、より明るい照明デバイスが提供される。
疑義が生じるのを避けるために、図1では、本発明の照明デバイスの反射要素10は、反射円錐中心セクション12の内側に第1の焦点を生成する第1の反射面14、14’の環状アレイを有し、当該第1の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適であることに留意されたい。第1の反射面14、14’は更に、第1のグループのSSL要素20、20’が置かれる第2の焦点を生成する。
図9乃至図11では、本発明の照明デバイスの反射要素10は、第1の反射体60、60’の第1の環状アレイを有する。第1の反射体は、図1の反射要素10の第1の反射面14、14’を含み、また更に、反射円錐中心セクション12の内側に、第3の焦点を生成する第2の反射面64、64’を含み、当該第3の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適である。第2の反射面64、64’は更に、第2のグループのSSL要素21、21’が置かれる第4の焦点を生成する。
図12では、本発明の照明デバイスの反射要素10は、第1の反射体60、60’の第1の環状アレイを含み、また更に、第2の反射体90、90’の第2の環状アレイを含む。第2の反射体90、90’は、反射円錐中心セクション12の内側に、第5の焦点を生成する第3の反射面92、92’を含み、当該第5の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適である。
第3の反射面92、92’は更に、第3のグループのSSL要素101、101’が置かれる第6の焦点を生成する。第2の反射体90、90’は更に、反射円錐中心セクション12の内側に、第7の焦点を生成する第4の反射面94、94’を含み、当該第7の焦点は、前述の通り、互いに一致することが好適である。第4の反射面94、94’は更に、第4のグループのSSL要素102、102’が置かれる第8の焦点を生成する。
反射円錐中心セクション12の内側の第1の焦点、第3の焦点、第5の焦点及び第7の焦点は、互いに一致するか、又は、少なくとも可能な限り小さい距離で互いから空間的に離れていることで、照明デバイスの色混合特性を最適化することが好適である。実用的である限り、反射円錐中心セクション12の内側の第1の焦点、第3の焦点、第5の焦点及び第7の焦点は、例えば反射円錐中心セクション12の焦点である焦点16と一致するか、又は、焦点16に可能な限り近くに置かれて、照明デバイスの発光出力120のコリメーションを最適化することが好適である。
一実施形態において、第1のグループのSSL要素20、20’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のSSL要素を含む。
一実施形態において、第2のグループのSSL要素21、21’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のSSL要素を含む。更に、第2のグループのSSL要素21、21’の色は、第1のグループのSSL要素20、20’の色と同じであっても異なっていてもよい。
一実施形態において、第3のグループのSSL要素101、101’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のSSL要素を含む。更に、第3のグループのSSL要素101、101’の色は、第2のグループのSSL要素21、21’の色と同じであっても異なっていてもよく、及び/又は、第1のグループのSSL要素20、20’の色と同じであっても異なっていてもよい。
一実施形態において、第4のグループのSSL要素102、102’は、前述の通り、同じ色の又は異なる色のSSL要素を含む。更に、第4のグループのSSL要素102、102’の色は、第3のグループのSSL要素101、101’の色と同じであっても異なっていてもよく、第2のグループのSSL要素21、21’の色と同じであっても異なっていてもよく、及び/又は、第1のグループのSSL要素20、20’の色と同じであっても異なっていてもよい。
反射要素10は、任意の適切な方法で製造されてよい。特に適切な実施形態では、反射要素10は、図13に示されるように、以下の方法で形成されるモールドを使用して作られる。方法は、原材料の円柱スラブ300の提供から開始してよい。円柱スラブには、例えば原材料をかき出すことによって、楕円面の放射パターン314が形成される。次に、反射円錐中心セクション312が、結果として得られる構造体の中心に配置され、結果として得られる構造体に固定(例えば付着)されて、モールド320が生成される。モールド320は、後続のシェリング処理において使用されて、反射要素10が形成される。例えば前述したようにガラスファイバで任意選択的に補強されたポリカーボネートシェルを形成し、次に、反射材料を被覆することによって、反射要素10がもたらされる。好適な材料は、約87%の反射率を有する反射要素10をもたらす光学等級のアルミニウムや、約93%の反射率を有する反射要素10をもたらす光学等級の銀を含む。
反射要素10のより複雑な実施形態は、別個のモールドを使用して向い合せの反射面を別々に形成し、反射要素10の最終構造体を形成するように別々に形成された向い合せの反射面を固定(例えば付着又は接着)することによって作られる。図14に、このような別個のコンポーネントの非限定的な例が示される。図14は、中心反射要素12を含む反射要素10の第1の部分10’と、射出窓30を含む反射要素10の第2の部分10’’とを示す。向かい合う部分10’及び10’’は組み合わされて、本発明の一実施形態による反射要素10が形成される。
例えば第1の部分10’は、図7に示されるようなホルダ200内に置かれる。その後、第1の部分用の環状担体と、第2の部分10’’用の環状担体とが、ホルダ200内に置かれる。照明デバイスは、第2の部分10’’を結果として得られる構造体に付着させることによって完成される。
本発明の実施形態による照明デバイスは、電球であってよく、より好適には、スポット電球である。本発明の実施形態による照明デバイスは、照明デバイスのホルダ(例えば天井灯取付け具)といった照明器具、又は、照明デバイスが組み込まれる装置(例えばレンジフード等)内に含まれることが有利である。
なお、上記実施形態は、本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲から離れることなく、多くの代替実施形態をデザインできるであろう。請求項において、括弧内に配置された任意の参照符号は、当該請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「含む」との用語は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する「a」又は「an」との用語は、当該要素が複数あることを排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を含むハードウェアによって実施される。幾つかの手段を列挙する装置クレームにおいて、これらの手段の幾つかは、同じハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。幾つかの手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。
Claims (15)
- −0.7乃至−1.3の範囲の円錐定数を有する反射円錐中心セクションと、前記反射円錐中心セクションから半径方向に延在する反射楕円面の環状アレイであって、各反射楕円面は、前記反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点と、第2の焦点とを形成する、前記環状アレイと、を含む反射要素と、
前記反射楕円面のそれぞれの前記第2の焦点に置かれ、前記反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、
前記反射円錐中心セクションの反対側の射出窓と、
を含む、照明デバイス。 - 前記反射円錐中心セクションは、凸面を有する、請求項1に記載の照明デバイス。
- 前記反射円錐中心セクションは、−1の円錐定数を有する放物体である、請求項1又は2に記載の照明デバイス。
- 前記第2の焦点における前記固体照明要素は、環状担体上に配置される、請求項1乃至3の何れか一項に記載の照明デバイス。
- 前記環状アレイは、楕円体のアレイであり、各楕円体は、
前記反射楕円面と、
前記反射楕円面とは反対側の更なる反射楕円面と、
を含み、
前記更なる反射楕円面は、前記反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点と、第2の焦点とを形成し、
前記照明デバイスは更に、前記更なる反射楕円面のそれぞれの前記第2の焦点に置かれ、前記更なる反射楕円面に向けて発光する固体照明要素を含む、請求項1乃至4の何れか一項に記載の照明デバイス。 - 前記反射楕円面の前記第2の焦点における前記固体照明要素は、少なくとも1つの第1の担体上に配置され、前記更なる反射楕円面の前記第2の焦点における前記固体照明要素は、少なくとも1つの第2の担体上に配置される、請求項5に記載の照明デバイス。
- 前記少なくとも1つの第1の担体と前記少なくとも1つの第2の担体とは、ヒートシンクによって離されている、請求項6に記載の照明デバイス。
- 前記楕円体は、前記反射円錐中心セクションの対称軸に垂直な平面に対し角度が付けられている、請求項5乃至7の何れか一項に記載の照明デバイス。
- 前記反射要素は更に、前記平面に対し角度が付けられている更なる楕円体の環状アレイを含み、前記楕円体及び前記更なる楕円体は、前記平面の両側にあり、各更なる楕円体は、
前記反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点と、第2の焦点とを形成する第1の反射楕円面と、
前記第1の反射楕円面とは反対側の第2の反射楕円面と、
を含み、
前記第2の反射楕円面は、前記反射円錐中心セクションの内側の第1の焦点と、第2の焦点とを形成し、
前記照明デバイスは更に、
前記第1の反射楕円面のそれぞれの前記第2の焦点に置かれ、前記第1の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、
前記第2の反射楕円面のそれぞれの前記第2の焦点に置かれ、前記第2の反射楕円面に向けて発光する固体照明要素と、
を含む、請求項8に記載の照明デバイス。 - 前記第1の焦点の少なくとも幾つかは、前記反射円錐中心セクションの内側において一致する、請求項1乃至9の何れか一項に記載の照明デバイス。
- 前記第1の焦点の少なくとも幾つかは、前記反射円錐中心セクションの焦点と一致する、請求項10に記載の照明デバイス。
- 前記固体照明要素は、異なる色点を有する固体照明要素を含む、請求項1乃至11の何れか一項に記載の照明デバイス。
- 前記固体照明要素は、複数の白色光固体照明要素と、複数の赤色光固体照明要素とを含む、請求項1乃至12の何れか一項に記載の照明デバイス。
- スポット電球である、請求項1乃至13の何れか一項に記載の照明デバイス。
- 請求項1乃至14の何れか一項に記載の照明デバイスを含む照明器具。
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