JP2020510285A - コリメータ及び照明ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、屈折性レンズ部及び歯付き全反射部を含むフレネルレンズを備えるコリメータを提供する。遮光要素が、少なくとも、レンズ部と光源との間にある。光源出力の一部は、内側レンズ部の少なくとも１つの領域に到達するのを妨げられる。レンズ部の一部又はすべての部分では、光源のエリア全体からの光が当該部分に到達しない。この部分的な遮光は、光源の全体形状がレンズ部のすべてに投影されず、ハロー効果が低減又は除去されることを意味する。

Description

本発明は、照明装置に関し、とりわけ、１つ以上のコリメータを用いる照明装置に関する。

コリメータ、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）アプリケーションに用いられるコリメータは、指向性光出力、例えば、スポット光ビームを提供するために使用される。いくつかのＬＥＤが必要とされる場合、複数の円形コリメータが典型的には設けられ、「シャワーヘッド(shower head)」アレイとして知られるアレイに配置される。コリメータの形状は、円形コリメータのテッセレーション(tessellation)の欠如の結果として、アレイが非照明エリア(unlit area)を含むことを意味する。

斯くして、いくつかのＬＥＤの代わりに、単一の光源（例えば、チップオンボード（ＣＯＢ）ＬＥＤ）が、単一のコリメータと共に用いられることができる。単一光源のスポットライトは、マルチコリメータソリューションよりもかなり好ましい。

しかしながら、単一の複合光源(single combined light source)のための光学系は、小さなコリメータのアレイよりも深さが深くなる。多くのＬＥＤデバイスでは、ヒートシンクやドライバ等のデバイスの他の部分が利用可能なスペースのかなりの部分を占めるため、単一の光源に必要とされる深さが利用できない。

単一の光源を備えた大きなスポットランプには、フレネルコリメータ、とりわけ、全反射（ＴＩＲ）フレネルレンズが良いオプションである。斯かるレンズは、効率的で、コンパクトで、狭いビームを生成する。

図１は、焦点１５を持つ典型的なフレネルレンズを示している。これは、２つの光屈折操作を使用して光の集束を行う中央レンズ１０と、全反射を利用する周囲の環状の歯付きデザインとを含む。典型的なデザインでは、光源光の３０％が中央レンズを通過し、光の最大７０％がＴＩＲフレネルセクションを通過する。レンズは、回転対称軸１３を有する回転対称であり、光源１４は、レンズの光軸である回転対称軸１３に沿った光源位置１７における焦点１５に位置する。光源１４は点光源ではなく、中央レンズのサイズと比べて大きな(significant)エリアを有する。光源１４は、光軸方向の周りに光を提供する。（光源位置を中心として、光源領域(light source region)を占めると考えられ得る）光源の全域(full area)が、中央レンズの各点に光を放射する。

ＴＩＲレンズで達成可能な軸上の(on-axis)強度は、約７０％に寄与するＴＩＲパスによって支配される。強度は、光源の輝度と軸に沿って放射する面積の積に比例する。レンズは、コリメータの小さな表面部分しかカバーしないため、表面積はほとんどなく、強度にはほとんど寄与しない。

中央レンズセクションとＴＩＲセクションとの光路には、他にも大きな違いがある。ＴＩＲパスは非結像パスであり、エタンデュのルール及びＴＩＲフレネルレンズの光線割り当て(ray assignation)に起因して比較的狭い配光を生成する。最も狭い配光を提供するために、中央レンズは、１つ又は２つの凸面を持つほぼ結像レンズとなるであろう。しかしながら、エタンデュから、そのような配光はＴＩＲフレネルセクションの配光よりもはるかに広いことが示され得る（通常２〜３倍広い）。このような光は、多くの場合、鮮明で、非常に可視のエッジを持つことがよくある、メインビームの周囲のハローを作成するため、望ましくない。ユーザーテストでは、メインビームの周りのハローは低品質に関連していると知覚されることが示されている。

中央レンズは、特にその結像特性のために、ＣＯＢ光源と共に用いられる場合に問題が生じる。なぜなら、そのような光源のエッジは、完全に変換された黄色がかった光を放出するからである。中央レンズは、このような光を配光のエッジに置き、斯くして、配光の周りに黄色の最も外側のリングを作成し、これは望ましくない。

大きな中央レンズ像の課題は、典型的なＴＩＲフレネルコリメータの幾何学的制約に関係がある。言い換えると、中央レンズセクションにおけるエタンデュが高すぎる。レンズのサイズを維持しながらビーム角を小さくすることは、エタンデュを減らすことによってのみ可能である。これは、レンズを透過する光束の量を減らすことを意味する。これは、ブロッキング機能(blocking feature)を使用して、光の一部を吸収又は反射することによりなされ得る。

例えば、ブロッキングデバイスは、出口開口全体又は中央レンズのみをカバーする、コリメータの上にあるルーバー要素の形態を取ることができる。そのような要素は、吸収ルーバーが薄い場合、軸外の(off-axis)角度で放射される光を遮り、通り抜けるすべての光を光軸に平行にする。透過プロファイルは基本的に三角形である。

このようなルーバーデバイスを効率的にするには、金属等の非常に薄い材料のものである必要があり、これは該デバイスを高価にする。斯くして、デザインに嵩(volume)及びコストを上乗せする。

したがって、ＴＩＲフレネルコリメータの中央レンズがＴＩＲフレネルセクションよりもはるかに広い配光を生成し、斯くしてハロー、グレア、及び可能性のあるカラーフリンジを作成するという課題に対処するコリメータデザインの必要性がある。

本発明は、特許請求の範囲により規定される。

本発明の第１の態様による例によれば、焦点を有するコリメータであって、光源位置における焦点に設けられるべき光源に対して位置決めするためのコリメータであって、
屈折性内側レンズ部及び外側の歯付き全反射部を含むフレネルレンズであって、内側レンズ部の中心を通り、光源位置を通る光軸を有するフレネルレンズと、
フレネルレンズの少なくとも内側レンズ部と光源位置との間にある遮光要素(light blocking element)と
を備える、コリメータであり、
遮光要素は、内側レンズ部が少なくとも１つの低減像領域(reduced image region)を有するように適合され、低減像領域は、内側レンズ部の、光源が光源位置に位置決めされる場合に光源の全体形状(whole shape)のうちの一部しか投影されることができないエリアである、コリメータが提供される。

このコリメータデザインは、フレネル構造の中央レンズへの光のブロッキングを提供する。とりわけ、内側レンズ部の一部又はすべての部分では、光が、光源の全域(full area)から当該部分に到達しない。この部分的な遮光は、（より大きな角度の光をブロックすることにより）内側レンズ部に到達するビーム角度を減らすために使用されることができるが、中心からの光をブロックし、より大きな角度により多く到達させることも可能である。いずれにせよ、光源の全体形状が、内側レンズ部に投影されないエリアを有することにより、言い換えれば、内側レンズ部が、光源の全体形状のうちの一部しか投影されないエリアを有することにより、上述したハロー効果が、所望に応じて、低減又は除去されることができる。

ブロッキング要素は、中央レンズの配光をより狭く、鮮明さ(sharp)を少なくし、光源からの色アーチファクトを除去するのに役立つ。スポットの効率は必然的に減少されるが、ピーク強度は維持され得る。

遮光(light blocking)は、吸収及び／又は反射を含んでもよい。遮光は、中央レンズ部分のみに影響を与えてもよく、この場合、フレネルレンズのＴＩＲセクションに対する遮光効果はまったくないか、最小限である。代替的に、光が、ＴＩＲセクションの第１の部分を通過するのをブロックされることも可能である。最初のＴＩＲ歯も、中央レンズよりも角度が小さく、低強度であるものの、いくらかの低強度のハローをもたらす。

「低減像領域」("reduced-image region")は、内側レンズ部（すなわち、中央屈折レンズ）の表面の部分であって、光が、光源のエリアのうちのある部分(a fraction of the area of the light source)からしか当該部分に到達しない、当該部分として定義されてもよい。一般に、光源のエッジ領域がレンズ表面の当該「低減像領域」部分に光を投射するのをブロックすることが望ましい。しかしながら、全光源域が見える（すなわち、表面に投影される）内側レンズ部の表面の部分であってもよい。

一例では、低減像領域は、少なくとも光軸における内側レンズ部の一部を含んでもよい。斯くして、内側レンズ部の中心部は、光源から、減少した光出力を受けてもよい。

遮光要素は、例えば、円錐状バッフルを含んでもよい。これは、光の狭小化機能(light narrowing function)を提供する。これは、レンズの中心部、及びオプションで径方向外側部に到達する光の角度の広がりを制限する。これは、光源よりも小さい（又は光源から内側レンズ部の外縁までのビーム包絡線よりも小さい）開口部を円錐バッフルに設けることにより達成されてもよい。

例えば、円錐状バッフルは、光源位置に近い第１の開口部と、内側レンズ部に近い第２のより大きい開口部とを有し、第２の開口部は、内側レンズ部よりも小さい。斯くして、円錐状バッフルの内側から、及び円錐状バッフルの外側の周りで、内側レンズ部分に到達する光が存在する。

別の例では、遮光要素は、光軸を中心とする遮光バッフルを含む。これは、光がバッフルの外縁の周りを通る必要があるように、光を漏斗状にするのではなく、単にブロックしてもよい。

例えば、遮光バッフルは、光源位置における光源のサイズに相当する、光源領域のエッジと、内側レンズ部の対向する側の点との間のパスにより画定されるエリア内に延在するよう適合される。この点の位置はデザイン上の選択であり、実施されるブロッキングの程度を制御する。

これは、内側のレンズ部の中心に光が到達しないことを意味する。

遮光バッフルは、反射して光を光源位置に戻すためのリフレクタを含んでもよい。これは、ブロックされた光のリサイクリングを提供する。

別の例のセットでは、低減像領域は、内側レンズ部の少なくとも外周を含む。斯くして、内側レンズ部の中央部分又は外側部分（又は両方）への光が低減されてもよい。

この場合も、遮光要素は、円錐状バッフルを含んでもよい。しかしながら、円錐状バッフルは、光源位置に近い第１の開口部と、内側レンズ部に近い第２のより大きい開口部とを有し、第２の開口部は、内側レンズ部のサイズに相当する。

別の例のセットでは、低減像領域は、内側レンズ部全体を含む。例えば、遮光要素は、内側レンズ部の全表面に対して配置される同心の円錐状バッフルのセットを含んでもよい。これらは、内側レンズ部のエリアにわたって分散される小さな遮光要素のアレイを形成する。

別の例のセットでは、遮光要素は、環状配列で配置される放射状に延びるフィンのセットを含んでもよい。これらのフィンは、光源が有限の光出力エリアを持っているため（すなわち、点光源ではないため）、内側レンズ部に入射する可能性のあるスキュー光線をブロックする。斯くして、遮光要素はスキュー(skewness)を低減する。

異なる例が組み合わされてもよい。例えば、放射状フィンは、他のデザインのいずれかと組み合わされてもよい。遮光フラット(flat)又は反射バッフルが、円錐状バッフルと組み合わされてもよい。

バッフル等の遮光要素のデザインに依存して、内側レンズ部（中央レンズ）は、遮光要素バッフル後の光の特性を考慮して、ビーム狭小化を実現するために再デザインされることが必要とされてもよい。

本発明はまた、
上述したようなコリメータ構成と、
光源位置に位置決めされる光源と
を備える照明ユニットを提供する。

光源は、光源位置における光軸を中心とする光源領域から光出力を提供するよう適合される。斯くして、光源位置は、光軸に沿った空間内の単一点であると見なされてもよく、光源領域は、光源の発光出射面(light emitting exit surface)のサイズに相当する空間内の領域であると見なされてもよい。

以下、本発明の例が、添付の図面を参照して詳細に述べられる。図面において、明確さを目的として一部の部分が誇張して示されている可能性がある。
典型的なフレネルレンズを示す。 中央レンズと光源位置との間にブロッキング要素を有するフレネルレンズの第１の例を示す。 図２のデザインの、レンズの下方からの斜視図を示す。 第２の例を示す。 図４のデザインの変形例を示す。 第３の例を示す。 第４の例を示す。 スキュー光線をブロックするための遮光要素の第５の例を示す。 図８の放射状バッフル配列の、レンズの下方からの斜視図を示す。 図２のデザインが図８のデザインと組み合わされたデザインを示す。 図１０のデザインの、レンズの上方からの斜視図を示す。 フルフレネルレンズの非修正レンズのファーフィールド光強度を示す。 図２のデザインを使用した図１２のファーフィールド光強度に対する効果を示す。 中央レンズのみの非修正レンズについてのファーフィールド光強度を示す。 図２のデザインを使用した図１４のファーフィールド光強度に対する効果を示す。 図２のデザインについての角度の関数としての光強度を、遮光要素のないデザインと比較して示す。

本発明は、焦点を有し、屈折性レンズ部及び歯付き全反射部を含むフレネルレンズを備えるコリメータを提供する。遮光要素が、少なくとも、レンズ部と光源位置に設けられる光源との間にある。光源出力の一部は、内側レンズ部の少なくとも１つの領域に到達するのを妨げられる。レンズ部の一部又はすべての部分では、光が、光源の全域から当該部分に到達しない。この部分的な遮光は、光源の全体形状がレンズ部分のすべてに投影されず、ハロー効果が低減又は除去されることを意味する。これにより、光源のエタンデュは減少し、中央レンズのビーム角、その結像特性、黄色リングの課題及びグレアイシューが減少する。

遮光要素は、光源に光を送り返すことにより光の一部をリサイクルするために反射性であり得、又は吸収性であり得る。

図２は、コリメータ１の第１の例を示している。図２において、全般的に２０として示される遮光要素は、中央の円錐状バッフル２０ａの形態である。これは、フレネルレンズ３の（「内側レンズ部」である）中央レンズ１０と光源位置１７との間に位置する。光軸１３は、フレネルレンズ１４の中心５を通り、焦点１５を通り、焦点に位置する光源１４を通る。

円錐状バッフルは、光源に近い第１の開口部２２ａと、中央レンズに近い第２のより大きな開口部２４ａとを有する。第２の開口部２４ａは、中央レンズよりも小さく、そのため、第２の開口部は、中央レンズを円形の内側部分と環状の外側部分とに分割する。

遮光要素は、光源１４の全域からの光が中央レンズのすべての点には到達しないことを意味する。代わりに、光源からの光源出力の一部が、中央レンズの少なくとも一部に到達するのを妨げられる。この部分は、光源出力の一部しか当該領域に投影されず、したがって低減された像(reduced image)を与えるという点で「低減像領域」("reduced-image region")と称される。

図２では、中央レンズの径方向外側の点に到達する光角の範囲は、光路２６によって画定される（光源１４の左側部分からの光は当該点において中央レンズに到達しない）。中央レンズの中心点に到達する光角の範囲は、光路２８によって画定される（光源１４の左側及び右側からの光は、当該点において中央レンズに到達しない）。

斯くして、図２では、「低減像領域」は中央レンズ全体であり、ゆえに、中央レンズの入射面上の点は、光源全体を「見る(see)」ことはできないものの、すべての点は、光源の延在される部分的セクション(extended partial section)を見ることとなる。中央レンズの入射面に可視である光源の部分を選択することにより、図２に示されるエッジ光線が画定されることができ、交点は、（図２に見られる得るように）円錐状バッフルの始点及び終点を画定する。

このデザインでは、中央レンズの大部分が光源のエッジをほとんど又はまったく見ないため、黄色リングの課題が軽減される。

中央レンズは、円錐状バッフルを導入する前と同じ外側の凹レンズの表面デザインを保持してもよい。代替的に、入射レンズの２つのセクション（円形の内側及び環状の外側）の数値最適化が実行されてもよい。別のアプローチは、非結像光学デザインルール(non-imaging optics design rule)を使用して、中央レンズがバッフル光源からの光を最適にコリメートするように再デザインすることである。レンズ／コーンの組み合わせのエッジ光線が、すべての像が光軸を中心とするようにデザインで使用されてもよい。

図３は、図２のデザインの、レンズの下方からの斜視図を示している。

図４は、遮光要素２０が、光源１４と中央レンズ１０との間に配置された平坦なバッフル２０ｂを含む一例を示している。バッフルは、光軸を中心とする。低減像領域７では、光源出力の一部しか当該領域に投影されず、したがって低減された像が得られる。

バッフル２０ｂは、光源位置における光源のサイズに相当する、光源領域のエッジと、中央レンズの対向するエッジとの間のパスにより画定されるエリア内に延在する。そのような光線の１つが４０として示されている。これは、内側の中央レンズのすべてのエリアで、当該エッジが、光源の一方のエッジからしか光を受けないことを意味する。

この場合、中央レンズ１０の入射面は変更されない。しかしながら、中央レンズ１０の出射面は、最適なコリメーションを得るために、光源及びバッフルのエッジからの波面を使用する専用デザインに置き換えられている。

一般に、吸収バッフルは平坦である必要はなく、任意の形状、好ましくは球等の回転対称性を持つ形状、又は任意の非球面形状にすることができる。これは、場合によっては光線ブロッキングを改善することができる。

図５は、図４のバッフルの変形例を示している。このバッフルは、反射楕円要素２０ｃを備えている。楕円の２つの焦点１５ａ、１５ｂは、光源位置１７に位置決めされる光源１４のエッジである。これにより、バッフルに当たるすべての光は反射され、リサイクルのために光源に戻される。

図４及び５では、「低減像領域」は、当該エッジまでの、中央レンズの中央部である。

図６は、遮光要素２０が異なるデザインの円錐状バッフル２０ｄを含む一例を示している。ここでも、円錐状バッフル２０ｄは、光源位置に近い第１の開口部２２ｄと、内側レンズ部に近い第２のより大きな開口部２４ｄとを有する。このデザインでは、第２の開口部２４ｄは、中央レンズのサイズに相当する。バッフルは、とりわけ、光源のエッジと中央レンズ入射面の対向するエッジとを結ぶ線上に位置する。

（第１の開口部２２ｄにおける）コーンの終点は、中央レンズのどれだけが光源の低減されたセクションを「見る」か、すなわちブロッキングの量を決定する。ここでは、出射レンズが再デザインされている。とりわけ、光線が中央レンズのエッジにおいて非常に傾くので、出射レンズは、他のデザインよりも膨んでいる(bulge out)。

このデザインでは、低減像領域７は、中央レンズ１０の少なくとも外周を含む。中央レンズの中央２３は、光源全体を見てもよい。

図７は、中央レンズの全表面に対して配置される円錐状バッフル７０のセット２０ｅとして遮光要素２０を設けることにより、低減像領域が中央レンズ全体を含むデザインを示している。これらの円錐状バッフルは、入れ子になったコーンを形成する。すなわち、それらは、すべて共通の中心軸を共有し、同心円状に配置される。このデザインは、中央レンズに当たる光を、中央レンズの各点でより小さな角度範囲に制限する。中央レンズのデザインは、遮光要素がない場合と同じにすることができる。このデザインは、部分的にバッフル壁の厚さに依存する、追加の光損失を導入する。

上記の例は、メリジオナル（光学）平面でのみデザインされている。これらは、サジタル（平面外(out of plane)）光線の光を遮断するように特にデザインされていない。

一部の例では、サジタル方向のブロッキングは、メリジオナル平面と比べてそれほど効果的でなく、ゆえに、一部のスキュー光線は、ブロックされない中央レンズのエクストリーム光線(extreme ray)と同様の角度で放射される。

このような光線は、図８に示されるように、サジタル方向に作用するバッフルによって特にブロックされることができる。

図８では、遮光要素２０は、環状配置で配置され、中央開口部８２を画定する放射状に延びるフィン８０のセット２０ｆを含む。これは、スターバッフル(star baffle)と述べられてもよい。

放射状スターバッフルは、スキュー光線を効果的にブロックすることができる。このようなバッフルの幾何学的条件は、光源エッジ光線のスキュー及び意図された放射角度(emission angle)から得られる。光軸の周りに円形のアレイに配置されるバッフルが多くなり、光源光線の方向に沿って長く延びるほど、最大スキュー透過角度(transmission angle)は小さくなる。

図２乃至図７の例では、遮光要素は、中央レンズに到達する光を変更するためにのみ使用される。図８は、バッフル８０が、中央レンズのエッジ、またＴＩＲ歯の最初のセクションにおいてもスキュー光線を制限するために用いられてもよいことを示している。ＴＩＲフレネルレンズのこれらの歯は、サジタル方向に大きな角度で光を放射する。

図９は、図８の放射状バッフル配列２０ｆの、レンズの下方からの斜視図を示している。

異なるデザインが組み合わされることができる。例えば、放射状のフィンデザイン（スターバッフル）２０ｆは、遮光要素の任意の他のデザイン（図４の平坦なバッフル、図５の反射性バッフル、図２の小さな円錐状バッフル、図６の大きな円錐状バッフル、図７の入れ子の円錐状バッフル）と組み合わされてもよい。さらに、図６の大きな円錐状バッフルと図４又は５の中央バッフル等、（放射状のフィンデザイン以外の）異なるバッフルデザインが組み合わされてもよい。

図１０は、図２の小さな円錐状バッフル２０ａが図８の放射状フィン８０と組み合わされたデザインを示している。図１１は、フレネルレンズが切り取られて下のコーンバッフル及び放射状フィンが見えるようにされた、レンズの上方からの斜視図を示している。

デザインの光学性能は、レイトレーシングソフトウェアを使用して検証されている。

図１２は、エッジに黄色のリング１２０が付いた単純化されたＣＯＢ ＬＥＤ配置に基づく、非修正レンズのファーフィールド光強度を示している（無論、黄色は図１２では見えない）。これは、フレネルレンズ全体の光強度を示している。

図１３は、図２のデザインを使用したファーフィールド光強度に対する効果を示している。黄色のリングが見えなくなり、ハローが滑らかになっている(smoothed out)。

図１４も、エッジに黄色のリング１２０が付いた単純化されたＣＯＢ ＬＥＤ配置に基づく、非修正レンズのファーフィールド光強度を示している（ここでも、黄色は図１４では見えない）。この像は、中央レンズのみの光強度を示している。

図１５は、図２のデザインを使用した再び中央レンズのみのファーフィールド光強度に対する効果を示している。

この例では、ビーム角及び強度は同じレベルに維持されるが、視野角は約１１．５度から９．５度に減少されている。効率は１６％だけ低下した。

図１６は、角度（軸外角度(Off axis angle)）の関数としての光強度（強度(Intensity））を示している。プロット１６０は標準的なフレネルレンズについてであり、プロット１６２は図２のバッフルデザインを導入することによる変化を示している。９．５度の視野角は、最大強度の１０％で測定されている。

レンズは、例えばＰＭＭＡ又はＰＣで形成されてもよいが、ガラス、シリコン、ポリウレタン、ポリオレフィン等を含む任意の誘電体が使用されてもよい。

吸収バッフルは、黒色に塗装された、又は本質的に吸収性のプラスチック、及び金属、ガラス、セラミック等任意のもので形成されてもよい。バッフルは、例えば白色又は灰色の表面を使用する等、光吸収性の代わりに光散乱性であってもよい。

反射バッフルの場合、シート又はバルク材料のいずれかで形成された、金属被覆プラスチック又は高反射性金属が使用されてもよい。

中央レンズに接触するコーンバッフルは、中央レンズに設けられる小さな取付機構にスナップフィットにより取り付けられてもよい。中央レンズに触れない他のすべてのデザインは、ＬＥＤ、ＬＥＤ基板、ランプハウジング又はコリメータに延びて接続する薄い放射状フィンと取り付けられることができる。

上記の例では、滑らかな屈折力入射面及び出射面を持つ中央レンズが示されている。マイクロレンズの形態の表面テクスチャがまた、追加の混合及びビーム平滑化のために、２つの中央レンズ表面のいずれか又は両方に適用されてもよい。

上記の例から、多くの異なる実装が可能であることがわかる。ほとんどの例に共通する特徴は、ＴＩＲフレネルセクションに放射される光束が、実質的に遮られないままであることである。遮光要素は、ＴＩＲセクションとまったく相互作用を持たなくてもよく、又は最初の（すなわち、径方向に最も内側の）ＴＩＲ歯又はＴＩＲ歯の最初のセットを通過する光に影響を与えるために、さらに径方向に拡張することもできる（これらの歯は、大きすぎる軸外角度を持つ何らかの光を生成する場合がある）。

上記の例でも示されているように、一部のデザインでは、中央レンズのデザインは、遮光要素のないデザインと比較して変更されないままである。他のデザインでは、中央レンズのデザインを、遮光要素の後に透過する光の特性に合わせて調整することが有益な場合がある。

すべての例で、デバイスの全体的な効率は、構造内に遮光要素を持つことにより低下する。中央レンズのビーム角をＴＩＲフレネルセクションと同様の角度に減らすという望ましい効果を達成するには、典型的には、中央レンズを通過する光の約３０〜７０％、例えば、４０〜５０％がブロックされる必要があり得る。光源光の最大７０％がＴＩＲフレネルセクションを透過することを考慮した場合、光束効率の全体の損失は１２〜１５％である。

全光束は減少するが、軸上強度（すなわち、コリメーションが行われる方向の強度）は基本的に変更されないままである。これは、選択的に軸外光を遮断し、軸上光を通過させることにより、及び中央レンズ全体のフラッシュされるエリア(flashed area)を維持することにより実現される。フラッシュされるエリアは、長距離（ファーフィールド）から軸上で見た場合に照らされる出口開口の部分である。フラッシュされるエリアは、実現される強度に正比例する。

デザインは、光軸に関して回転対称であることが好ましい。

フレネルレンズは、例えば、２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の典型的な径を持つが、（例えば、５ｍｍ〜５００ｍｍの）より小さな及びより大きなレンズが簡単に製造されることができる。

プラスチック注入を使用して形成される場合、典型的なレンズの厚さは、１．５ｍｍ〜１０ｍｍであるが、より厚い及びより薄いレンズも作成されることができる。光源までの距離は、多くのＴＩＲレンズの場合、レンズ径の１５〜３０％の範囲にある。

本発明は、一般的なスポットランプ（例えば、ＭＲ１６、ＧＵ１０、ＡＲ１１１等）、店舗照明、ＰＡＲ(parabolic aluminized reflector)ランプ、及びプロフェッショナルスポットライトに有意義である。ハローの低減及びグレアの低減が望ましい場合に有意義である。

開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、クレームされた発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項中の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 焦点を有するコリメータであって、光源位置における前記焦点に設けられるべき光源に対して位置決めするためのコリメータであって、
   屈折性内側レンズ部及び外側の歯付き全反射部を含むフレネルレンズであって、前記内側レンズ部の中心を通り、前記光源位置を通る光軸を有するフレネルレンズと、
   前記フレネルレンズの少なくとも前記内側レンズ部と前記光源位置との間にある遮光要素と
   を備える、コリメータであり、
   前記遮光要素は、前記内側レンズ部が少なくとも１つの低減像領域を有するように適合され、前記低減像領域は、前記内側レンズ部の、前記光源が前記光源位置に位置決めされる場合に前記光源の全体形状のうちの一部しか投影されることができないエリアである、コリメータ。
2. 前記低減像領域は、少なくとも前記光軸における前記内側レンズ部の一部を含む、請求項１に記載のコリメータ。
3. 前記遮光要素は、円錐状バッフルを含む、請求項２に記載のコリメータ。
4. 前記円錐状バッフルは、前記光源位置に近い第１の開口部と、前記内側レンズ部に近い第２のより大きい開口部とを有し、前記第２の開口部は、前記内側レンズ部よりも小さい、請求項３に記載のコリメータ。
5. 前記遮光要素は、前記光軸を中心とする遮光バッフルを含む、請求項２に記載のコリメータ。
6. 前記遮光バッフルは、前記光源位置に位置決めする前記光源のサイズに相当する、光源領域のエッジと、前記内側レンズ部の対向する側の点との間のパスにより画定されるエリア内に延在するよう適合される、請求項５に記載のコリメータ。
7. 前記遮光バッフルは、反射して光を前記光源位置に戻すためのリフレクタを含む、請求項５又は６に記載のコリメータ。
8. 前記低減像領域は、前記内側レンズ部の少なくとも外周を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のコリメータ。
9. 前記遮光要素は、円錐状バッフルを含む、請求項８に記載のコリメータ。
10. 前記円錐状バッフルは、前記光源位置に近い第１の開口部と、前記内側レンズ部に近い第２のより大きい開口部とを有し、前記第２の開口部は、前記内側レンズ部のサイズに相当する、請求項９に記載のコリメータ。
11. 前記低減像領域は、前記内側レンズ部全体を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のコリメータ。
12. 前記遮光要素は、前記内側レンズ部の全表面に対して配置される同心の円錐状バッフルのセットを含む、請求項１１に記載のコリメータ。
13. 前記遮光要素は、環状配列で配置される放射状に延びるフィンのセットを含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のコリメータ。
14. 照明ユニットであって、
    請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のコリメータと、
    前記光源位置に位置決めされる光源と
    を備える、照明ユニット。
15. 前記光源は、前記光軸を中心とする光源領域から光出力を提供するよう適合される、請求項１４に記載の照明ユニット。

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