JP2017519336A - 装飾ｌｅｄ統合照明器具 - Google Patents

Abstract

付加的な工具の必要なくユーザにとって交換が容易な装飾要素（３）が取り付けられる照明器具が提供される。さらに、ユーザが、全く新しい照明器具を購入する必要なく、自身の照明器具により生成される配光を容易に調整できる、さまざまな光学構造（２）が提供される。

Description

本発明は、照明器具、とりわけ、装飾要素(decorative element)に関し、例えば容易に変更できる装飾要素をユーザに提供することに関する。

照明器具により放たれる強烈な光やまぶしい光を減らすため、装飾要素が用いられてもよい。装飾要素は、まぶしさを減らすため照明器具の一部又は全てを覆ってもよい。装飾要素はまた、美的目的を果たしてもよい。

米国特許出願公開第ＵＳ２０１１１７０２９４号公報は、ヒートシンク及び一次ＬＥＤモジュールを含む基部を持つ照明器具を開示する。照明器具の基部に対して配置される複数の交換可能な装飾要素がある。装飾要素は、複数の交換可能な環状アセンブリ(collar assembly)のうちの１つを用いて位置が固定される。

変更が容易な装飾要素を持つ照明器具を実現することは有利であろう。ユーザに、特定の装飾要素に適したさまざまな光学構造(a range of optical structures)を提供することも望ましいであろう。

これらの事柄の１つ以上により良く対処するため、本発明の一態様においては、
光を放つＬＥＤライトエンジン、
放たれた光を受けるよう位置付けられる光学構造、及び
装飾要素、
を有する照明器具であって、
装飾要素は、ライトエンジンの近くに光学構造により取外し可能に配置され、装飾要素は、コンフィギュラブルな光出力特性(configurable light output characteristics)を提供するためユーザにより変更され得る、照明器具が提供される。

本願発明の構成によれば、ライトエンジンにより放たれる光が、特定の用途に適するようユーザによりコンフィギュアされることができる。一実施形態において、当該光学構造は、狭いスポットタイプのビームパターンを提供するよう構成されてもよく、違う光学構造が、広いフラッドタイプのビームパターンを提供するよう構成されてもよい。他の実施形態において、装飾要素は、ビームパターンを最適化するために変更されてもよく、例えば、狭い角度の装飾要素は、スポットタイプのビームパターンを提供する光学構造に適し、より広い角度の装飾要素は、フラッドタイプのビームを提供する光学構造に適する。斯かる光学素子は、業界においてよく知られている。ＬＥＤ照明器具のトレンドは、内部のＬＥＤの長寿命のおかげで、ユーザに修理可能にする必要のない製品を製造することにある。実際のところ、光学素子でオーバーモールド(overmold)されているＬＥＤライトエンジンを持つ照明器具が頻繁に見られる。これは、ユーザが自身の部屋の一部の機能を、例えば、シッティングエリアから食事エリアに変更する場合、照明要求がこれら２つの使用について恐らくは異なり、照明器具、及びとりわけ光学素子又は構造が新しい照明要件について恐らくは適さないことを意味する。

光学構造が新しい照明要求に適するよう変更されることができ、光学構造が装飾要素を取外し可能に配置する照明器具をユーザに提供することは有利であろう。装飾要素は、部屋の装飾が変更される又は戻される場合に、新しい照明要求に適するようユーザにより変更されてもよい。狭い角度の装飾要素、又は、極端な場合、一端にライトエンジンを備える円柱装飾要素は、照らされる物体上に光の集中スポットを生成するであろう。これは、装飾要素の形状が、ライトエンジンに対する該装飾要素の側部の角度よりも大きな角度で放たれる光を内的に反射するからである。すなわち、ユーザにより選ばれた装飾要素が、例えば、円柱であり、ライトエンジンが、一端に配置され該円柱内に光を発する場合、ライトエンジンの法線に対し実質的に平行の角度より大きな角度でライトエンジンにより放たれる光は、該円柱の内壁に当たり、反射されるであろう。この作用は、複数のやり方であつらえる(tailor)ことができる。第１の最も簡単なやり方は、円柱の長さを調節することである。短い円柱は、長い円柱よりも当該円柱に当たる光線がより少なく、大きな角度範囲で放たれる光が出ることになり、円柱が長くなるほど、当該円柱の内側に当たらずに放たれる光の角度範囲が狭くなる。

より広い角度の装飾要素は、光学構造がライトエンジンにより放たれた光を狭くする又はコリメートするよう設計される場合、照明器具により放たれる光の角度範囲への影響がなくてもよいかもしれない場合もある。全ての組み合わせが可能であるが、大抵の場合、ユーザは、所望の光出力要求に対し装飾要素及び光学構造の両方をあつらうことを望む可能性が高いであろう。

本発明は、また、照明器具を設置する方法であって、
所望の位置に固定具の基部部品を設置するステップ、
少なくとも１つのコネクタの一部を前記所望の位置に配置された電源に設置するステップ、
コンフィギュラブルな光出力特性を提供する装飾要素を選択するステップ、
前記装飾要素をライトエンジンの近くに配置するステップ、
取外し可能に取り付け可能な光学構造を用いて前記ライトエンジンの近くに前記装飾要素を固定するステップ、
前記所望の位置において少なくとも１つの機械的及び電気的接続を接続するステップ、及び
前記少なくとも１つの機械的及び電気的接続を装飾カバーで覆うステップ、
を含む、方法を提供する。

本発明のこれらの及びその他の態様は、以下で述べられる実施形態を参照してより明らかになるであろう。開示されたステップの順番は必須ではない。

本発明の例が、添付の図面を参照して詳細に述べられるであろう。

図１は、本発明の一実施形態による照明器具を示す。 図２は、本発明の一実施形態によるライトエンジン及び光学構造を示す。 図３は、本発明の一実施形態によるライトエンジン及び光学構造の断面図を示す。 図４は、本発明の一実施形態によるライトエンジン、固定具及び装飾カバーの図を示す。 図５は、本発明の一実施形態による光学構造の外部構造の図を示す。 図６は、本発明の一実施形態による光学構造の内部構造の図を示す。 図７は、本発明の一実施形態による光学構造を備えず２６個のＬＥＤのアレイにより生成された輝度のシミュレーション図を示す。 図８は、本発明の一実施形態による光学構造を備えて２６個のＬＥＤのアレイにより生成された輝度のシミュレーション図を示す。 図９は、本発明の一実施形態によるライトエンジンにより生成され、光学構造を介して放たれた光出力の極座標図を示す。 図１０は、本発明の一実施形態による装飾要素の図を示す。

本発明は、照明器具を提供する。装飾要素は、光学構造によりライトエンジンの近くに位置が固定され得る。

図１は、ライトエンジン１、光学構造２、装飾要素３、装飾カバー４及び電気的ワイヤ５を有する照明器具示す。

ライトエンジン１は、少なくとも１つのＬＥＤを有し、図示の例においては、電気ドライバ及び少なくとも１つのＬＥＤが、共通回路基板上に載置される。

光学構造２は、ＬＥＤライトエンジンにより放たれた光の光学マネージメントを行うと共に、ライトエンジン１の近くの位置に装飾要素３を固定する。

装飾カバー４が設けられてもよい。このカバーは、ライトエンジン１及び当該照明器具の所望の固定位置の間の電気的及び／又は機械的接続を隠してもよい。

図示の例において、ライトエンジン１は、装飾カバー４から離れた位置に配置され、電気的ワイヤ５が、装飾カバー４により隠される上記電気的接続及びライトエンジン１の間の電気的経路を提供するため設けられる。

図２は、ライトエンジン１及び光学構造２を示す。図示の例において、ＬＥＤ６は、プリント回路基板（ＰＣＢ）７上に載置される。電気ドライバ８もＰＣＢ７上に載置される。ドライバ８及びＬＥＤ６を共通のＰＣＢ７上に載置する利点は、このサブアセンブリが小さなフォームファクタを持ち、より小さなＬＥＤライトエンジン１内に組み込まれ得ることである。

ライトエンジン１は、標準部として設計される。すなわち、ライトエンジン１は、さまざまな照明器具で用いられ得る単一設計である。光学構造２は、異なる光学マネージメント特性を提供する他の光学構造に変更されてもよい。これにより、ユーザは、単に光学構造２をライトエンジン１から取外し、異なる光学構造２と置き換えることにより自身の照明器具の光出力特性を修正することができる。図示の例において、ライトエンジン１は、例えばヒートシンク等の付加的な冷却機構を持っていない。なぜなら、ＰＣＢ７が、ＬＥＤ６及び電気ドライバ８により生成された熱を光学構造２を介して放射するからである。

図３は、本発明の一実施形態によるライトエンジン１の断面図を示す。この例において、光学構造２は、広い視野角にわたりＬＥＤ６により放たれた光を一様に広げるためへこませられてる（dish）。この光学構造２は、複数の二次光源像を生成する利点がある。これは、視る者に、光学構造２の後ろのおおよそ均一な光源の印象を与えるであろう。光学構造２は、ディフューザでもあり得る。斯かるディフューザもまた、おおよそ一様な光源の視的印象を作り出すであろう。さらに、光学構造２は、レンズ及び／又は反射器であってもよい。

ＬＥＤ６は、電気ドライバ８と共に共通ＰＣＢ７上に載置される。この例において、ＰＣＢ７は、機械的留め具、例えば、ねじ１１によりハウジング１２に取り付けられる。ライトエンジン１も、この例においては、機械的留め具、例えば、グラブねじ１３により電気的ワイヤ５に取り付けられる。

図３に示される実施形態において、光学構造２は、その周囲に延びる突出した環状部９を持つ。この環状部９の目的は、装飾要素３を支持することである。装飾要素は、ライトエンジン１と協働するよう設計される環状孔を持つように製造され得る。すなわち、環状孔は、ハウジング１２の径より大きいが、環状部９の径より小さい径を持つ。これは、装飾要素が環状部上に配置された場合、該装飾要素は、上方垂直方向には自由に動くが、下方垂直方向に動くことはできないことを意味する。

図３に示される光学構造２は、この例において、固定具(fixing)１０を持つ。この固定具１０は、ハウジング１２内の整合するねじ山と協働するよう設計されるねじ山を有してもよい。他のやり方でハウジング１２に対する光学構造２の取り付けを達成することも可能である。例えば、スナップ式固定であり、この場合、固定具１０は、ハウジング１２の内径よりわずかに大きい径を持つ。光学構造２の固定具１０又はハウジング１２は、プラスチック等の弾性があるが変形可能な媒体から作成されてもよい。これは、変形可能な部分が、ひとたび外力が取り除かれると、その元の径に戻ることを可能にする。これは、塑性変形として知られる。小さな残留力が及ぼされてもよく、これは、塑性変形域に変形可能な部分を保持し、より強固なスナップ式固定となるであろう。なぜなら、これら両方の部分が、互いに小さな力を及ぼしあうからである。これらのタイプのスナップ式固定は、ユーザにとって、付加的な工具の必要なく組立て及び解体が依然容易であるセキュアな固定を可能にする。これらは、固定品質において目立った劣化なく頻繁に組立て及び解体されるようにも設計される。

ハウジング１２に対する光学構造２の固定具１０は、磁石を用いても達成され得る。永久タイプの磁石が用いられる場合、他方の協働部にフェライト成分を導入することが有利であろう。例えば、磁石が光学構造２の固定具１０に用いられる場合、ハウジング１２内に鉄成分を導入し、これら２つの部分が互いに磁気的に取り付けられるようにすることが有利であろう。電磁石固定は、永久磁石のタイプの固定とさほど違わない働きをするであろう。しかしながら、電力が電磁石に供給されなくなると、引力が取り除かれ、光学構造２はハウジング１２から離脱し得るであろう。

図４は、本発明の一実施形態を示す。この例において、装飾カバー４が、最終位置に示されている。すなわち、端部１６が、所望の固定位置の表面に対し衝止してもよい。所望の固定位置は、天井、水平面（例えば、棚）の裏面等である。装飾カバー４の目的は、固定具を隠すことにより照明器具全体に対しより美的な仕上げを提供することである。この例において、機械的接続１４及び電気的接続１５の両方が設けられている。他の実施形態（図示せず）においては、電気的接続１４が設けられ、機械的な支持は、電気的接続１５及び電気的ワイヤ５により達成される。図示の例において、機械的接続１４は、所望の位置にあるフックタイプの固定具と協働するアイレットである。機械的接続１４の他の例は、限定するものではないが、スナップ式固定、かんぬき(slideable bolt)及び留め金(hasp)又はその他任意のタイプの２以上のピースの固定具を含む。少なくとも２つの部分の機械的接続１４を用いることが有利である。なぜなら、これは、ユーザが、所望の位置において照明器具を取り外し可能に取り付けることを可能にするからである。

図４に示される例において、装飾カバー４は、ハウジング１２の環状部１７より小さな径を持つ。環状部１７は、この実施形態においてはハウジング１２の一部であり、光学構造２の一部ではない。この実施形態は、ユーザが、電気的ケーブル５に沿って下方方向に装飾カバー４を動かすことを可能にする。これは、機械的接続１４及び電気的接続１５へのアクセスを提供するであろう。電気的接続１５は、照明器具に対する電源の迅速且つ安全な切断を可能にするＭａｔｅ−Ｎ−Ｌｏｋ（登録商標）コネクタであることが有利である。代替的には、ねじ端子ブロック(screw terminal block)が用いられてもよい。

ひとたび電気的ワイヤ５が電源から切断されると、機械的接続１４は、照明器具を固定位置から下げられるよう切り離され得る。装飾要素３（図示せず）は、装飾カバー４、電気的接続１５及び機械的接続１４とは別に取り扱われ得る。ひとたび装飾要素３が照明器具から取り外されると、該装飾要素３は、ユーザにより違う装飾要素３と変更されてもよい。この取り付けられるべき装飾要素３は、機械的接続１４、電気的接続１５及び装飾カバー４とは別に扱われる。装飾要素３は、ハウジング１２の小径１８よりも大きいが、ハウジング１２の環状部１７の径よりも小さい孔を通る円形部を持ってもよい。装飾要素３は、ハウジング１２の環状部１７により所定位置に支持されるであろう。次いで、ユーザは、電気的接続１５及び機械的接続１５を接続し、装飾カバー４でこれら接続を隠す。

これは、ユーザが、照明器具全体を変更する必要なく所望の配光特性を得るため、異なる配光を提供する光学構造２を選択し、この光学構造２を自身の既存のライトエンジン１に取り付けることを可能にする。これは、ユーザに時間的及び金銭的な利益をもたらし、異なる配光がユーザにより望まれる場合にも照明器具の大部分は廃棄されないので総じて社会に対し環境的な利点をもたらす。

図５は、光学構造２の一実施形態を示す。この例において、外面１９は、軸方向に延びる一連の同心円状の畝部(concentric ridge)を有する。装飾要素３（図示せず）を支持するための突出環状部９も見えている。

図６は、光学構造２の一実施形態を示す。この例において、光学構造２の内面２０は、中心点から突出環状部９に向けて外方に延びる一連の径方向畝部(radial ridge)を有する。光学構造２の固定具１０が示されている。この固定具は、光学構造２をライトエンジン１のハウジング１２に固定する。

図７は、本発明の一実施形態による２６個のＬＥＤ６のアレイにより生成された輝度のシミュレーション図を示す。この例において、ＬＥＤ６により発せられた光は、光学構造を通っていない。個々の点光源が、はっきり見える高輝度であり、観察者により刺激性のあるもの(irritating)として知覚されるであろう。

図８は、本発明の一実施形態による２６個のＬＥＤ６のアレイにより生成された輝度のシミュレーション図を示す。この例において、ＬＥＤ６のアレイにより発せられた光は、図５及び６に詳細に示される光学構造２を通っている。軸方向レンズ及び径方向レンズの組み合わせを有する光学構造２は、ＬＥＤ６の像を増加させる光学構造をもたらし、それ故、観察者は、光学構造２の表面１９にわたり均質化された輝度分布があるという視覚的印象を持つであろう。この均質化された配光は、観察者に対する刺激を減らすであろう。なぜなら、個々の高輝度の点光源がもはや見えることがないからである。

図９は、本発明の一実施形態による図５及び６に示される光学構造２を通った後のライトエンジン１により発せられた光の配光の極座標プロットを示す。これは、光出力が光学構造２の中央により集中させられ、斯くして、照明器具下方の作業照明に良好な配光を持つ全体照明(overall lighting)に適することを示している。他の光学構造２が、ユーザにより望まれる異なる配光のために用いられてもよい。

図１０は、装飾要素３の一実施形態を示す。装飾要素３は、美的目的に加え、機能的目的も果たすことができる。これは、種々のやり方で達成され得る。装飾要素３が不透明な場合、ライトエンジン１により発せられ、光学構造２を通り、装飾要素３の内面に当たる光は、反射され、出口窓２１により装飾要素３を出るであろう。

装飾要素３は、正反射性又は拡散性内面反射を持つように製造され得る。拡散性反射は、光の混合を改善し、ゆえに、装飾要素が（装飾要素３の法線に対し）広い角度及び大きな出口窓２１を持つ場合、照明器具により発せられる光は、一様になるであろう。

装飾要素３は、透明であってもよく、内面にマイクロ構造を持ってもよい。このマイクロ構造は、ライトエンジン１により発せられ、光学構造２を通り、装飾要素３に当たる光を反射するよう設計されてもよい。これは、全内部反射（ＴＩＲ）として知られる。

本発明の他の実施形態において、装飾要素３は、光学構造２に対しあつらえられてもよい。例えば、消費者は、照明器具から所望の光出力特性を提供するような装飾要素３と光学構造２とを購入することができる。消費者は、集中作業照明のため狭いスポットタイプのビームパターンを提供する装飾要素３と光学構造２とを購入することを望むかもしれず、全般照明のためフラッドタイプのビームパターンを提供する装飾要素３と光学構造２とを購入することを望むかもしれない。

装飾要素は、所望の光学的又は美的特性を提供する任意の材料から製造されてもよい。材料は、限定するものではないが、例えば、プラスチック、セラミック、ガラス又は金属を含み得る。これらは、従来の製造技術、例えば、射出成形、注型、ロストワックス鋳造、引き抜き、スピニング、マシニング、ターニング、ガラス吹き付けにより形成され得る。または、これらは、積層造形、すなわち、３Ｄ印刷を用いて製造されてもよい。積層造形は、装飾要素３が複雑であったり、消費者が独特の又は少量の照明器具を購入することを望む場合に多大な利益を提供する。

Claims (15)

1. 光を放つＬＥＤライトエンジン、
   放たれた前記光を受けるよう位置付けられる光学構造、及び
   装飾要素、
   を有する照明器具であって、
   前記装飾要素は、前記ライトエンジンの近くに前記光学構造により取外し可能に配置され、前記装飾要素は、コンフィギュラブルな光出力特性を提供するためユーザにより変更されることが意図されている、照明器具。
2. 前記光学構造は、前記ライトエンジンにより放たれた前記光を拡散するディフューザを有する、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記光学構造は、前記ライトエンジンにより放たれた前記光を方向付けるレンズ及び／又は反射器を有する、請求項１又は２に記載の照明器具。
4. 前記レンズ及び／又は反射器は、前記ライトエンジンから放たれた前記光のビーム形状が前記装飾要素と対応するよう構成される、請求項３に記載の照明器具。
5. 前記ライトエンジンは、少なくとも１つのＬＥＤを有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明器具。
6. 当該照明器具は、ハウジングを有し、前記ハウジングは、前記ライトエンジン、前記光学構造及び前記装飾要素の近くに配置され、前記光学構造は、前記ハウジングに取外し可能に取り付けられる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明器具。
7. 前記光学構造は、前記ハウジングに機械的に取り付けられる、請求項６に記載の照明器具。
8. 当該照明器具は、所望の位置に該照明器具を取り付けるための固定具を有し、前記固定具は、少なくとも１つの機械的及び電気的接続を有し、前記少なくとも１つの機械的及び電気的接続は、付加的な工具なく取り外し可能に接続され得るコネクタによりもたらされる、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明器具。
9. 当該照明器具は、電気的ワイヤ及び機械的支持ワイヤを有し、前記電気的ワイヤは、前記少なくとも１つの電気的接続部及び前記ライトエンジン間の電気的経路を提供し、前記機械的支持ワイヤは、前記固定具及び前記ライトエンジン間の機械的接続を提供し、前記ライトエンジンは、前記少なくとも１つの機械的及び電気的接続から離れた位置にある、請求項８に記載の照明器具。
10. 当該照明器具は、電気的ワイヤを有し、前記電気的ワイヤは、前記少なくとも１つの電気的接続及び前記ライトエンジン間の電気的経路を提供し、前記少なくとも１つの電気的接続及び前記電気的ワイヤは、前記固定具及び前記ライトエンジン間の機械的接続を提供し、前記ライトエンジンは、前記少なくとも１つの電気的接続から離れた位置にある、請求項８に記載の照明器具。
11. 前記装飾要素を当該照明器具に付加するよう構成された照明器具であって、前記電気的ワイヤは、前記少なくとも１つの電気的接続に取外し可能に取り付けられ、前記機械的支持ワイヤは、前記少なくとも１つの機械的接続に取外し可能に取り付けられ、前記装飾要素は、前記光学構造に取り外し可能に取り付けられる、請求項９に記載の照明器具。
12. 前記装飾要素を当該照明器具に付加するよう構成された照明器具であって、前記電気的ワイヤは、前記少なくとも１つの電気的接続に取外し可能に取り付けられ、前記装飾要素は、前記光学構造に取り外し可能に取り付けられる、請求項１０に記載の照明器具。
13. 前記装飾要素を当該照明器具から取外すよう構成された照明器具であって、前記電気的ワイヤは、前記少なくとも１つの電気的接続に取外し可能に取り付けられ、前記装飾要素は、前記光学構造に取り外し可能に取り付けられる、請求項１０に記載の照明器具。
14. 当該照明器具は、装飾カバーを有し、前記装飾カバーは、前記少なくとも１つの機械的及び電気的接続を覆う、請求項８に記載の照明器具。
15. 照明器具を設置する方法であって、
    所望の位置に固定具の基部部品を設置するステップ、
    少なくとも１つのコネクタの一部を前記所望の位置に配置された電源に設置するステップ、
    コンフィギュラブルな光出力特性を提供する装飾要素を選択するステップ、
    前記装飾要素をライトエンジンの近くに配置するステップ、
    取外し可能に取り付け可能な光学構造を用いて前記ライトエンジンの近くに前記装飾要素を固定するステップ、
    前記所望の位置において少なくとも１つの機械的及び電気的接続を接続するステップ、及び
    前記少なくとも１つの機械的及び電気的接続を装飾カバーで覆うステップ、
    を含む、方法。
    

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