JP2021522646A - 照明デバイス - Google Patents

Abstract

照明デバイス２００は、環状ジオメトリ１００で配置されている、複数の固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８と、複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体２３２を含む、光学要素２１０と、複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されている、光混合光学系２２０であって、半径方向における光混合とは異なる程度の光混合を、環状コリメート構造体２１０の接線方向において適用するように構成されている、光混合光学系２２０とを備える。

Description

本発明は、複数の固体照明要素を備える、照明デバイスに関する。

調整可能な輝度及び色を有する光源が、より一般的になりつつある。調整可能な輝度を有する単純な光源は、フィラメントを通る電流が調節されることが可能な、白熱電球である。同様に、フィラメントを通る電流を変化させることはまた、光源の色にも影響を及ぼす。しかしながら、白熱電球は、エネルギー効率が良いものではない。それゆえ、現代の光源は、通常、発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）に基づく。このように、より少ないエネルギーが、照明に関して必要とされている。

通常、単一の光源は、多くの個別のＬＥＤを含む。種々のタイプのＬＥＤを組み合わせることによって、特定の色を有する光源を作り出すことが可能である。光源の色はまた、種々のタイプのＬＥＤの個別制御によっても調整されることができる。

しかしながら、光源内のＬＥＤの配置は、光源の外観に影響を及ぼすことになる。ＬＥＤ間の大きい間隔は、色及び輝度における差異をもたらすことになる。通常、ＬＥＤは、この問題を克服するために、光源内で互いに極めて近接して位置決めされている。しかしながら、ＬＥＤの数、又はＬＥＤのタイプの数を増大させることは、レトロフィットランプの標準化によって設定されているサイズ制約により、このソリューションをより煩雑なものにし、実現することを困難にさせる。

本発明の構想の目的は、照明デバイスを提供することによって、上記の問題点を少なくとも低減することである。

第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、照明デバイスであって、第１の中心対称軸を有する環状ジオメトリで配置されている、複数の固体照明要素と、複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体を含む、光学要素であって、環状コリメート構造体が、第２の中心対称軸を有し、光学要素が、第１の中心対称軸と第２の中心対称軸とが一致するように、複数の固体照明要素に関連して配置されている、光学要素と、複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されている、光混合光学系であって、環状コリメート構造体の半径方向における混合とは異なる程度の混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用するように構成されている、光混合光学系とを備える、照明デバイスによって達成される。

本発明の照明デバイスによって、空間内での光分布における視認可能な差異、及び／又は、照明デバイスの発光領域における視認可能な差異を低減することが可能である。

本発明の照明デバイスは、第１の中心対称軸を有する環状ジオメトリで配置されている、複数の固体照明要素を備える。例えば、複数の固体照明要素は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。複数の固体照明要素は、固体照明要素の少なくとも２つのグループを含む。

本発明の照明デバイスは、光学要素を備える。光学要素は、複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体を含み、環状コリメート構造体は、第２の中心対称軸を有する。環状コリメート構造体は、環状の焦点を有する光学レンズであってもよい。この上述の、環状ジオメトリで配置されている固体照明要素は、各固体照明要素に最も近接する部分に焦点を合わせることになる。しかしながら、光学要素は、環状の焦点位置に由来する全ての光が、焦点が合うことになるという意味では、環状の焦点を有さない。光学要素は、第１の中心対称軸と第２の中心対称軸とが一致するように、複数の固体照明要素に関連して配置されている。換言すれば、光学要素と複数の固体照明要素とは、当該対応の中心軸に関連して位置合わせされている。光学要素は、環状コリメート構造体の焦点面が複数の固体照明要素と一致するように、配置されてもよい。換言すれば、光学要素は、複数の固体照明要素の各固体照明要素が、光学要素の環状の焦点内又は焦点付近に位置決めされるように、配置されてもよい。それにより、複数の固体照明要素の各固体照明要素から放出された光は、光学要素の後で、少なくとも部分的にコリメートされていてもよい。光学要素は、シリコーン、ポリカーボネート、又はＰＭＭＡで作製されてもよい。光学要素は、射出成形されてもよい。

環状コリメート構造体を含む光学要素の利点は、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素から放出された光を、光学要素がコリメートする点であってもよい。換言すれば、照明デバイスによって放出される光は、光のビームの形態であってもよい。

本発明の照明デバイスは、光混合光学系を備える。光混合光学系は、複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されており、光混合光学系は、環状コリメート構造体の半径方向における混合とは異なる程度の混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用するように構成されている。

光混合光学系は、複数の固体照明要素において存在する構造的特徴を不鮮明化することによって、複数の固体照明要素から放出された光を混合してもよい。換言すれば、複数の固体照明要素から放出される光における、複数の固体照明要素の環状配置の構造的特徴が低減されることにより、固体照明要素から放出される光を混合してもよい。光混合光学系は、照明デバイスから放出される光のビームを広幅化してもよい。光混合光学系によって引き起こされる、環状コリメート構造体の接線方向におけるビーム広幅化の量は、環状コリメート構造体の半径方向におけるビーム広幅化の量とは異なっていてもよい。環状コリメート構造体と光混合光学系との組み合わせは、照明デバイスから放出される光のビームの、所定の発散をもたらし得る。

「混合」とは、異なる光源から放出された光を組み合わせる行為として解釈されるべきである。本開示では、光は、固体照明要素の少なくとも２つのグループから放出される。それにより、固体照明要素の少なくとも２つのグループからの光は、照明デバイスから放出される光が空間内でより少ない変動を有し得るように、組み合わされる。光は通常、光散乱によって混合される。例えば、光は、粒子、不規則な表面構造によって、又は、より制御された、マイクロレンズによるビーム拡散によって散乱されてもよい。光散乱は、ビーム拡散を増大させ、ビーム拡散は、コリメート構造体によって低減されてもよい。

複数の固体照明要素から放出された光を混合することによる利点は、複数の固体照明要素から放出された光の、空間内での均一性の増大であってもよい。

環状コリメート構造体の半径方向における混合とは異なる程度の混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用することの利点は、環状コリメート構造体の接線方向と、環状コリメート構造体の半径方向とにおいて、変動が異なり得る点であってもよい。換言すれば、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の構造的特徴は、環状ジオメトリの半径方向と比較して、接線方向において異なっており、環状コリメート構造体の半径方向と比較して、環状コリメート構造体の接線方向において異なる変動をもたらし得る。

複数の固体照明要素は、固体照明要素の少なくとも２つのグループを含み得る。固体照明要素の少なくとも２つのグループを有することの利点は、第１のグループの強度と第２のグループの強度との独立制御を可能にする点であってもよい。換言すれば、第１のグループの強度と第２のグループの強度とを独立して制御することによって、照明デバイスから放出される光を制御することが可能であってもよい。固体照明要素の少なくとも２つのグループを有することの更なる利点は、照明デバイスから放出される光を生成するために、固体要素の少なくとも２つのグループからの固体要素を組み合わせることが可能である点であってもよい。

或るグループの固体照明要素は、第２のグループの固体照明要素とは異なる色スペクトルを有する光を放出するように構成されてもよい。例えば、第１のグループの固体照明要素は、第２のグループの固体照明要素よりも暖かい色温度又は冷たい色温度を有する、色スペクトルを有してもよい。複数の固体照明要素が、３つ以上のグループを含む場合、固体照明要素は、各グループに関して異なる色温度を有する色スペクトルを有してもよい。あるいは、第１のグループの固体照明要素は、第２のグループの固体照明要素の色スペクトルには存在しない色を含む、色スペクトルを有してもよい。換言すれば、第１のグループの固体照明要素は、第２のグループの固体照明要素とは異なる色の光を放出してもよい。複数の固体照明要素が、３つ以上のグループを含む場合、固体照明要素は、他のグループの色スペクトルには存在しない色を含む、色スペクトルを有してもよい。換言すれば、異なるグループの固体照明要素は、異なる色の光を放出してもよい。上記の実施例の種々の組み合わせが実現されてもよい点を理解されたい。

異なる色スペクトルを有する、固体照明要素の少なくとも２つのグループを有することの利点は、第１のグループの色スペクトルの強度と第２のグループの色スペクトルの強度との独立制御を可能にする点であってもよい。換言すれば、第１のグループの色スペクトルの強度と第２のグループの色スペクトルの強度とを独立して制御することによって、照明デバイスから放出される光の色スペクトルを制御することが可能であってもよい。

異なる色スペクトルを有する、固体照明要素の少なくとも２つのグループを有することの利点は、照明デバイスから放出される光の所定の色スペクトルを有する、照明デバイスを作り出すために、固体要素の少なくとも２つのグループからの固体要素を組み合わせることが可能である点であってもよい。

光学要素は、光学要素のセグメントの焦点が、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の、最も近い部分上にあるように配置されてもよい。換言すれば、光学要素のセグメントの焦点は、半径方向において、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の、最も近い部分上にあってもよい。

光学要素の焦点が、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の最も近い側にあるように、光学要素を配置することの利点は、複数の固体照明要素によって放出された光が、光学要素によって少なくとも部分的にコリメートされる点であってもよい。

光混合の程度は、半径方向におけるよりも、接線方向において大きくてもよい。空間内での変動が、主に光源の変動に起因する場合、接線方向における、より高い程度の光混合が、より効率的であり得る。光源は、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素を含むため、光源の変動は、主にコリメート構造体の接線方向におけるものであり得る。

環状コリメート構造体の半径方向における光混合よりも高い程度の光混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用することの利点は、環状コリメート構造体の半径方向におけるよりも、環状コリメート構造体の接線方向において、変動が大きい点であってもよい。

固体照明要素は、固体照明要素の少なくとも２つのグループに関して、交互に配置されてもよい。

交互に配置することの利点は、光混合の程度が低減されてもよい点である。異なる色スペクトルを有する固体照明要素が、互いに近接して配置されているため、光混合の程度が低減されてもよい。換言すれば、交互に配置されている場合、固体照明要素から放出される光は、より少ない光混合を必要とし得る。固体照明要素は、環状ジオメトリの接線方向において、及び／又は環状ジオメトリの半径方向において、交互に配置されてもよい。

固体照明要素の３つ以上のグループを、交互に配置することが可能である点を理解されたい。例えば、固体照明要素の３つのグループが交互に配置される場合、第１のグループからの固体照明要素の後に、第２のグループからの固体照明要素が続いてもよい。次いで、第２のグループからの固体照明要素の後に、第３のグループからの固体照明要素が続いてもよい。次いで、第３のグループからの固体照明要素の後に、第１のグループからの固体照明要素が続いてもよい。次いで、３つのグループからの固体要素を配置するパターンが、繰り返されてもよい。４つ以上のグループを、上述の方式で交互に配置することが可能であり得る点を理解されたい。

光学要素は、全内部反射フレネルレンズであってもよい。フレネルレンズは、シリコーン、ポリカーボネート、又はＰＭＭＡで作製されてもよい。フレネルレンズは、優先的にはシリコーンで作製される。フレネルレンズは、射出成形によって製造されてもよい。

全内部反射フレネルレンズを使用することの利点は、光学要素が、同様のコリメート特性を有する従来の光学レンズよりも薄い点であってもよい。全内部反射フレネルレンズを使用することの利点は、フレネルレンズの表面構造を半径方向で移行させることによって、フレネルレンズの焦点を、環状の焦点に変更することが可能である点であってもよい。

環状コリメート構造体は、１つ以上の環状プリズム構造体を含んでもよい。

１つ以上の環状プリズム構造体を含む光学要素の利点は、１つ以上の環状プリズム構造体を半径方向で移行させることによって、光学要素の焦点を、環状の焦点に変更することが可能である点であってもよい。

１つ以上の環状プリズム構造体は、全内部反射プリズム構造体であってもよい。

環状コリメート構造体は、光学要素の光入射面に配置されてもよい。

光混合光学系は、光学要素の光出射面に配置されてもよい。例えば、光混合光学系は、光学要素の光出射面に配置されている表面テクスチャであってもよい。

光学要素の光出射面に光混合光学系を配置することの利点は、光学要素に対する、光混合光学系のより堅牢な位置決めであってもよい。光学要素の光出射面に光混合光学系を配置することの利点は、より堅牢な照明デバイスであってもよい。光学要素の光出射面に光混合光学系を配置することの利点は、よりコンパクトな照明デバイスであってもよい。

光混合光学系は、光学要素内に配置されてもよい。例えば、光混合光学系は、光学要素内に配置されている体積散乱粒子であってもよい。

光学要素内に光混合光学系を配置することの利点は、光学要素に対する、光混合光学系のより堅牢な位置決めであってもよい。光学要素内に光混合光学系を配置することの利点は、より堅牢な照明デバイスであってもよい。光学要素内に光混合光学系を配置することの利点は、よりコンパクトな照明デバイスであってもよい。

光混合光学系は、光学要素の光出射面での配置と、光学要素内での配置との、組み合わせであってもよい点を理解されたい。例えば、光混合光学系は、光学要素の光出射面上の表面テクスチャと、光学要素内の体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい。

光混合光学系は、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含んでもよく、小型レンズは、楕円形であり、それぞれが、環状コリメート構造体の半径方向における曲率半径よりも小さい、環状コリメート構造体の接線方向に沿った曲率半径を有する。換言すれば、楕円形小型レンズは、各楕円形小型レンズの長軸が、環状コリメート構造体の半径方向に沿って、実質的に方向付けられるように配置されている。

環状コリメート構造体の半径方向における曲率半径よりも小さい、環状コリメート構造体の接線方向に沿った曲率半径を有する、楕円形小型レンズを使用することの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。

「小型レンズ」とは、小さいレンズ又はマイクロレンズとして解釈されるべきである。小型レンズの直径は、１ｍｍオーダーである。小型レンズの直径は、５ｍｍ以下であってもよい。小型レンズの直径は、光学要素の直径の１０％以下であってもよい。

光混合光学系は、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含んでもよく、小型レンズは、円形であり、環状コリメート構造体の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体の半径方向における間隔で配置されている。複数の円形小型レンズを、このように配置することは、前述のような楕円形小型レンズを使用する場合と同様の混合をもたらし得る。

環状コリメート構造体の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体の半径方向における間隔で配置されている、円形小型レンズを使用することの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。

複数の円形レンズを含むマイクロレンズアレイを使用することの利点は、より安価なマイクロレンズアレイであってもよい。

光混合光学系は、マイクロレンズアレイと、表面テクスチャ及び／又は体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい点を理解されたい。

光混合光学系は、光学要素の光出射面に配置されている非対称表面テクスチャを含んでもよく、非対称表面テクスチャは、光学要素から出射する光を、環状コリメート構造体の半径方向におけるよりも多く、環状コリメート構造体の接線方向において散乱させるように構成されている。

光学要素の光出射面に配置されている、そのような非対称表面テクスチャの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。

光混合光学系は、非対称表面テクスチャと、マイクロレンズアレイ及び／又は体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい点理解されたい。

光混合光学系は、光学要素から出射する光を、環状コリメート構造体の半径方向におけるよりも多く、環状コリメート構造体の接線方向において散乱させるように構成されている、ホログラフィック散乱テクスチャを含んでもよい。

そのようなホログラフィック散乱テクスチャの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。

光混合光学系は、ホログラフィック散乱テクスチャと、マイクロレンズアレイ及び／又は体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい点を理解されたい。

照明デバイスは、固体照明要素の少なくとも２つのグループのそれぞれに対する駆動電流を、別個に制御するように構成されている、駆動回路を備えてもよい。換言すれば、駆動回路は、固体照明要素の少なくとも２つのグループの固体照明要素の強度を、別個に制御するように構成されている。

固体照明要素の少なくとも２つのグループのそれぞれに対する駆動電流の別個の制御の利点は、照明デバイスによって放出される光の制御であってもよい。

第２の態様によれば、２４度未満のＦＷＨＭのビーム発散を有する、光のビームを放出するように構成されている、スポットライトが提供される。スポットライトは、本開示による照明デバイスを備える。

２４度未満のＦＷＨＭの所定のビーム発散は、環状コリメート構造体と光混合光学系との組み合わせによって実現されてもよい。より高い程度の光混合は、より大きいビーム発散をもたらし得る。より大きいビーム発散は、環状コリメート構造体によって低減されてもよい。

本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、スポットライトが、空間内での高度の均一性を有する、指向性光源である点であってもよい。本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、スポットライトが、スポットライトの発光領域における視認可能な差異が低減される、指向性光源である点であってもよい。本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、スポットライトが、スポットライトによって照射される物体の色付きの影が低減される、指向性光源である点であってもよい。本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、光学要素及び光混合光学系の、コンパクトなサイズであってもよい。換言すれば、本開示における照明デバイスは、レトロフィットされるスポットライト内に組み込まれてもよい。

本発明の更なる適用範囲が、以下に記載される「発明を実施するための形態」から明らかとなるであろう。しかしながら、「発明を実施するための形態」及び特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、当業者には、この「発明を実施するための形態」から本発明の範囲内の様々な変更形態、及び修正形態が明らかなものとなるため、例示としてのみ記載されている点を理解されたい。

それゆえ、説明されているデバイスは変更されてもよいため、本発明は、そのようなデバイスの特定の構成部品に限定されるものではない点を理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、限定することを意図するものではない点も理解されたい。本明細書及び添付の請求項で使用されるとき、冠詞「１つの（a）」、「１つの（an）」、「その（the）」、及び「前記（said）」は、文脈が明確にそうではないことを指示しない限り、当該要素の１つ以上が存在することを意味するように意図されている点が、留意されなければならない。それゆえ、例えば、「１つのユニット（a unit）」又は「そのユニット（the unit）」への言及は、いくつかのデバイスなどを包含し得る。更には、単語「備える（comprising）」、「含む（including）」、「含有する（containing）」、及び同様の表現は、他の要素を排除するものではない。

次に、本発明の上記の態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。図は、本発明を特定の実施形態に限定するものと見なされるべきではなく、むしろ、図は、本発明を説明及び理解するために使用される。

図で示されるように、層及び領域のサイズは、例示の目的のために誇張されており、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するように提供されている。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。
固体要素の第１のグループ及び固体照明要素の第２のグループを示す。 環状ジオメトリで配置されている、８つの固体照明要素を示す。 複数の固体照明要素、光学要素、及び光混合光学系を備える、照明デバイスの断面を示す。 コリメート構造体の焦点が対称軸と一致している、コリメート構造体の断面を示す。 コリメート構造体の焦点が対称軸から半径方向で移行されている、コリメート構造体の断面を示す。 本発明の照明デバイスを備えるスポットライトを示す。 楕円形小型レンズを含むマイクロレンズアレイの一部分を示す。 交差円形小型レンズを含むマイクロレンズアレイの一部分を示す。

ここで、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。

図１Ａは、４つの固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８を含む、固体照明要素の第１のグループ１１０、及び、４つの固体照明要素１２２、１２４、１２６、１２８を含む、固体照明要素の第２のグループ１２０を示す。固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、優先的にはＬＥＤである。固体照明要素の第１のグループ１１０から放出される光は、第１の色スペクトルを有する。固体照明要素の第２のグループ１２０から放出される光は、第２の色スペクトルを有する。第１の色スペクトルは、第２の色スペクトルよりも暖かい。換言すれば、第１の色スペクトルは、第２の色スペクトルよりも低い色温度を有する。当該技術分野において既知であるように、より低い色温度を有する色スペクトルは、より高い色温度を有する色スペクトルよりも多くの赤色を含む。第１のグループ１１０の固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８は、第２のグループ１２０の固体照明要素１２２、１２４、１２６、１２８と同様の色スペクトルの光を放出するように構成されてもよい点を理解されたい。あるいは、２つのグループ１１０、１２０は、単一の色スペクトルの光を放出するように構成されている、固体照明要素を含んでもよい。

図１Ｂは、環状ジオメトリ１００で配置されている、固体照明要素の第１のグループ１１０及び第２のグループ１２０からの固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８を示す。環状ジオメトリ１００は、図１では外側に向いている、中心対称軸１３０を有する。固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、中心対称軸１３０から半径方向距離１４０で配置されている。固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、当該色スペクトルに関して交互に配置されている。換言すれば、固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、固体照明要素のグループ１１０、１２０に関して交互に配置されている。例えば、固体照明要素の第１のグループ１１０からの固体照明要素１１２は、固体照明要素の第２のグループ１２０からの２つの固体照明要素１２２、１２８の間に配置されている。同様に、固体照明要素の第２のグループ１２０からの固体照明要素１２２は、固体照明要素の第１のグループ１１０からの２つの固体照明要素１１２、１１４の間に配置されている。図１に示されるように、固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、環状ジオメトリ１００の方位方向で、交互に配置されている。

図２は、複数の固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８、光学要素２１０、及び光混合光学系２２０を備える、照明デバイス２００の断面を示す。光学要素２１０は、優先的にはフレネルレンズである。固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、それぞれ、光学要素２１０の環状コリメート構造体２３２の中心対称軸２３０から、半径方向距離１４０で配置されている。光学要素２１０は、光入射面２１２及び光出射面２１４を含む。光学要素２１０の環状コリメート構造体は、図３Ａ及び図３Ｂに関連してより詳細に説明される。明瞭性のために、複数の固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８のうちの、１つの固体照明要素１１２のみが、図２に示されている。

図１の環状ジオメトリ１００の中心対称軸１３０は、光学要素２１０の環状コリメート構造体の中心対称軸２３０と一致している。換言すれば、環状ジオメトリ１００の中心対称軸１３０は、図１では外側に向いており、図２では上方に向いている。図２に示される照明デバイス２００の断面は、中心対称軸２３０の周りの方位方向で周期的である。

光学要素２１０の焦点は、固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８が配置されている半径方向距離１４０付近に位置している。光学要素２１０は、光学要素２１０の焦点が、環状ジオメトリ１００の最も近い側にあるように配置されている。図２では、固体照明要素１１２が、環状ジオメトリ１００の最も近い側にある。換言すれば、光学要素２１０の焦点は環状である。固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８は、光学要素２１０から長手方向距離２４０で配置されている。長手方向距離２４０は、光学要素２１０によって導入されるコリメーションの程度に影響を及ぼし得る。

図２に示される光混合光学系２２０は、小型レンズのマイクロレンズアレイを含む。光混合光学系２２０は、光学要素２１０の環状コリメート構造体２３２の半径方向における光混合とは異なる程度の光混合を、光学要素２１０の環状コリメート構造体２３２の接線方向において適用するように構成されている。このことは、マイクロレンズアレイ内の小型レンズの種々の配置を使用することによって達成されてもよい。マイクロレンズアレイは、楕円形小型レンズ３２２を含んでもよい。各楕円形小型レンズ３２２は、環状コリメート構造体２３２の半径方向における曲率半径よりも小さい、環状コリメート構造体２３２の接線方向に沿った曲率半径を有する。換言すれば、各楕円形小型レンズ３２２は、楕円形小型レンズ３２２の長軸が、環状コリメート構造体２３２の半径方向に沿って方向付けられるように配置されている。このことは、図５Ａに示されている。

マイクロレンズアレイは、円形小型レンズ４２２を含んでもよい。円形小型レンズ４２２は、環状コリメート構造体２３２の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体２３２の半径方向における間隔で配置されている。このことは、図５Ｂに示されている。

マイクロレンズアレイは、光学要素２１０の光出射面２１４上に配置されてもよい。

図２に示されているマイクロレンズアレイの代わりに、光学要素２１０の光出射面２１４に配置されている非対称表面テクスチャ、ホログラフィック散乱テクスチャ、又は、光学要素２１０内の体積散乱粒子によって、光混合が達成されてもよい。固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８によって放出された光を混合するために、上述の光混合光学系の種々の組み合わせもまた使用されてもよい。

照明デバイス２００では、固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８から放出された光は、光学要素２１０の光入射面２１２を通って、光学要素２１０に入射する。光学要素２１０は、固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８によって放出された光をコリメートする、環状コリメート構造体を有する。光は、光学要素２１０の光出射面２１４を通って、光学要素２１０から出射する。光は、この場合は小型レンズを含むマイクロレンズアレイである、光混合光学系２２０によって混合される。光混合光学系２２０は、光を散乱させるように作用してもよい。光は、光のビーム５１０の形態で、照明デバイス２００から出射する。

図３Ａは、焦点２３４−Ａが対称軸２３０と一致している、環状コリメート構造体２３２−Ａの断面を示す。コリメート構造体２３４−Ａは、例えば、フレネルレンズの全内部反射プリズムであってもよい。焦点２３４−Ａは、コリメート構造体２３２−Ａを半径方向で移行させることによって、半径方向で移行されてもよい。そのような移行が図３Ｂに示されており、コリメート構造体２３２は、図３Ａのコリメート構造体２３２−Ａに対して移行されている。コリメート構造体２３２の焦点２３４もまた、図３Ａに示される焦点２３４−Ａに対して移行されている。図３Ｂの焦点２３４は、中心対称軸２３０から半径方向で移行されており、それにより、環状の焦点である。光学要素２１０は、半径方向で移行されているコリメート構造体２３２からもたらされる環状の焦点が、図１Ｂ及び図２に示されるような、環状ジオメトリ１００で配置されている固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８と一致するように配置されてもよい。換言すれば、光学要素２１０は、光学要素の一部分の焦点２３４が、環状ジオメトリ１００で配置されている固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８の、最も近い部分上にあるように配置されてもよい。

図４は、本発明の照明デバイス２００を備えるスポットライト５００を示す。照明デバイス２００は、環状ジオメトリ１００で配置されている固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８と、環状コリメート構造体２３２を含む光学要素２１０と、光混合光学系２２０とを含む。明瞭性のために、環状コリメート構造体２３２の構造、及び光混合光学系２２０の構造は、図４に示されていない。換言すれば、環状コリメート構造体２３２、及び光混合光学系２２０の構造は、存在しないとして解釈されるべきではなく、単に、図４の可読性を向上させるために省かれているに過ぎない。

図４に示されるように、照明デバイス１００は、固体照明要素１１２、１１４、１１６、１１８、１２２、１２４、１２６、１２８に接続されている駆動回路５４０を更に備える。駆動回路５４０は、固体照明要素の２つのグループ１１０、１２０のそれぞれに対する駆動電流を、制御するように構成されている。

照明デバイス１００は、照明デバイス１００によって放出される光のビーム５１０が、２４度のＦＷＨＭの発散５１２を有するように、更に構成されている。照明デバイス１００は、照明デバイス１００によって放出される光のビーム５１０が、２４度以外のＦＷＨＭの、所定の発散５１２を有するように構成されてもよい点を理解されたい。スポットライト５００は、レトロフィットランプであってもよい。当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではない点を、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、補正請求項の範囲内で可能である。

図５Ａは、楕円形小型レンズ３２２を含むマイクロレンズアレイ３２０の一部分を示す。図５Ａに示される実施例におけるマイクロレンズアレイ３２０は、環状コリメート構造体２３２の中心対称軸２３０が、マイクロレンズアレイ３２０の中心対称軸と一致するように配置されている。各楕円形小型レンズ３２２は、楕円形小型レンズ３２２の長軸が、環状コリメート構造体２３２の半径方向に沿って方向付けられるように配置されている。

図５Ａに示されている楕円形小型レンズ３２２の配置は、単なる一実施例であり、楕円形小型レンズ３２２の他の配置が可能であり得る点を理解されたい。例えば、マイクロレンズアレイ３２０は、図５Ａに示されるものよりも多くの数の、楕円形小型レンズ３２２を含んでもよい。マイクロレンズアレイ３２０は、中心対称軸２３０から、より大きい半径方向距離で配置されている、追加的な楕円形小型レンズ３２２を含んでもよい。マイクロレンズアレイ３２０に含まれている楕円形小型レンズ３２２は、好ましくは、敷き詰められたタイル方式で配置されている。

図５Ｂは、交差円形小型レンズ４２２を含むマイクロレンズアレイ４２０の一部分を示す。マイクロレンズアレイ４２０の構成を示すために、図５Ｂでは全円が示されている。交差円形小型レンズ４２２は、マイクロレンズアレイ４２０内で融合されている点を理解されたい。図５Ｂに示されている実施例におけるマイクロレンズアレイ４２０は、環状コリメート構造体２３２の中心対称軸２３０が、マイクロレンズアレイ４２０の中心対称軸と一致するように配置されている。円形小型レンズ４２２は、環状コリメート構造体２３２の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体２３２の半径方向における間隔で配置されている。各交差円形レンズ４２２は、隣接する円形小型レンズ４２２の交差によって作り出される、多角形の境界を有する。

図５Ｂに示されている円形小型レンズ４２２の配置は、単なる一実施例であり、円形小型レンズ４２２の他の配置が可能であり得る点を理解されたい。例えば、マイクロレンズアレイ４２０は、図５Ｂに示されるものよりも多くの数の、円形小型レンズ４２２を含んでもよい。追加的な円形小型レンズ４２２が、中心対称軸２３０から、より大きい半径方向距離で配置されてもよい。

マイクロレンズアレイ３２０、４２０は、中心対称軸を有さなくてもよい点を理解されたい。換言すれば、小型レンズ３２２、４２２の非対称配置が、マイクロレンズアレイにおいて使用されてもよい。

光混合光学系は、マイクロレンズアレイ、非対称表面テクスチャ、及び体積散乱粒子の、任意の組み合わせを含み得る点を理解されたい。

図５Ａの配置と図５Ｂとの配置が組み合わされてもよく、それにより、楕円形小型レンズ３２２が、環状コリメート構造体２３２の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体２３２の半径方向における間隔で配置される点を理解されたい。このように配置された楕円形小型レンズ３２２は、交差していてもよい。そのような配置に関しては、各交差楕円形小型レンズは、隣接する楕円形小型レンズの交差によって作り出される、多角形の境界を有してもよい。

更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。

Claims (14)

1. 照明デバイスであって、
   第１の中心対称軸を有する環状ジオメトリで配置されている、複数の固体照明要素と、
   前記複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体を含む、光学要素であって、前記環状コリメート構造体が、第２の中心対称軸を有し、前記光学要素が、前記第１の中心対称軸と前記第２の中心対称軸とが一致するように、前記複数の固体照明要素に関連して配置されている、光学要素と、
   前記複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されている、光混合光学系であって、前記環状コリメート構造体の半径方向における光混合とは異なる程度の光混合を、前記環状コリメート構造体の接線方向において適用するように構成されている、光混合光学系と、を備え、
   前記光学要素は、前記光学要素の一部の焦点が、環状ジオメトリで配置されている前記複数の固体照明要素の、最も近い部分上にあるように配置されている、照明デバイス。
2. 前記複数の固体照明要素が、固体照明要素の少なくとも２つのグループを含み、第１のグループの前記固体照明要素が、第２のグループの前記固体照明要素とは異なる色スペクトルを有する光を放出するように構成されている、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記接線方向における光混合の程度が、前記半径方向における光混合の程度よりも大きい、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
4. 前記固体照明要素が、前記固体照明要素の少なくとも２つのグループに関して、交互に配置されている、請求項２又は３に記載の照明デバイス。
5. 前記光学要素が、全内部反射フレネルレンズである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明デバイス。
6. 前記環状コリメート構造体が、前記光学要素の光入射面に配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明デバイス。
7. 前記光混合光学系が、前記光学要素の光出射面に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明デバイス。
8. 前記光混合光学系が、前記光学要素内に配置されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明デバイス。
9. 前記光混合光学系が、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含み、前記小型レンズが、楕円形であり、それぞれが、前記環状コリメート構造体の前記半径方向における曲率半径よりも小さい、前記環状コリメート構造体の前記接線方向に沿った曲率半径を有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明デバイス。
10. 前記光混合光学系が、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含み、前記小型レンズが、円形であり、前記環状コリメート構造体の前記半径方向において、前記環状コリメート構造体の前記接線方向における間隔よりも近接している間隔で、配置されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明デバイス。
11. 前記光混合光学系が、前記光学要素の光出射面に配置されている非対称表面テクスチャを含み、前記非対称表面テクスチャが、前記光学要素から出射する光を、前記環状コリメート構造体の前記半径方向におけるよりも多く、前記環状コリメート構造体の前記接線方向において散乱させるように構成されている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明デバイス。
12. 前記光混合光学系が、前記光学要素から出射する光を、前記環状コリメート構造体の前記半径方向におけるよりも多く、前記環状コリメート構造体の前記接線方向において散乱させるように構成されている、ホログラフィック散乱テクスチャを含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明デバイス。
13. 前記固体照明要素の少なくとも２つのグループのそれぞれに対する駆動電流を、別個に制御するように構成されている、駆動回路を更に備える、請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の照明デバイス。
14. ２４度未満のＦＷＨＭのビーム発散を有する、光のビームを放出するように構成されている、スポットライトであって、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の照明デバイスを備える、スポットライト。

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