JP4861512B2 - 照明構造 - Google Patents

Description

本発明は、照明構造に関し、より詳細には、平坦で薄い照明構造に関する。

発光体のような既知の照明構造において、管光（ＴＬ）のような蛍光ランプが、光を供給するのに使用されている。一般に、照明構造は、当該照明構造がオフィス又は他の専門的な環境において使用されるべきである場合、多くの要件を満たさなければならない。例えば、第１の要件は、照明構造及び光源が、十分に長い寿命を有するということであり得る。光源の交換は、費用を増すものであり、光源自体の費用だけでなく、光源の交換に必要な人件費も増す。更に、第２の要件として、光源及び発光体は、ちり及び他のほこりを引きつけてはならない。光源及び／又は発光体上に集まったちり及びほこりは、光を遮断し、結果として、光の出力が時間とともに減少する。従って、光源及び発光体は、時々の清掃を必要としており、再び所有の費用を増している。第３の要件として、専門的な環境における発光体は、非グレアの要件を満たさなければならない。この非グレアの要件は、一様なグレア比が十分に小さい場合、満たされる（M. Reaの『Lighting Handbook』、第９版、IES 参照)。要するに、この非グレア要件は、照明の発光体が、明るい照明スポットを示してはならないことを意味しており、特に、如何なる明るいスポットも、前記光源が斜角の下で見られる場合に、可視であってはならない。実際、例えば、約６０°よりも大きい角度における光出力は、提供されない。上述のＴＬのような蛍光ランプが、上述の要件の全てを満たすというわけではない。

既知のＴＬ照明の更なる不利な点としては、ＴＬ発光体は、比較的厚く（直径は、通常、約５ｃｍよりも大きい）、前記ＴＬ発光体は、飽和色を有する光を出力するのに適していない。

本発明の目的は、上述の要件の少なくとも１つを満たす照明構造を提供することにある。

上述の目的は、添付請求項１に記載の照明構造において達成される。

本発明による照明構造において、光生成アセンブリは、光を生成する光源を有しており、前記光生成アセンブリは、光ガイド構造の光アセンブリ窪み内に配されている。前記光ガイド構造は、ほぼ板形の構造であり、前記光アセンブリ窪み及び光放出構造を備えている。前記光アセンブリ窪み内に配されている前記光生成アセンブリにより発される光は、前記光ガイド構造内へと伝搬する。光放出構造は、前記光ガイド構造から光を発するように設けられている。従って、光は、前記光生成アセンブリにより生成され、前記光ガイド構造内に伝達される。前記光ガイド構造内を伝搬する光は、前記光放出構造に到達し得る。この場合、前記光放出構造は、少なくとも前記光の一部が前記光ガイド構造から発されるようなものである。

実施例において、前記光生成アセンブリ内に含まれている光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良い。ＬＥＤは、比較的小さく、薄い照明構造を可能にする。

前記光ガイド構造は、固体の、光学的に透過性の媒体でもよいが、適切な、光学的に透過性の容器に含まれている流体（fluidum）でもよい。

実施例において、前記光生成アセンブリは、所定の角度広がりを有する光ビームを生成するように構成されている。一般に、大部分の光源（例えば、ＬＥＤ）の光の広がりは、球状に成形されている。前記照明構造の光出力を制御するために、前記光生成アセンブリの光の広がりは、所定の角度広がりを有するように成形されていても良い。

実施例において、前記光生成アセンブリは、前記光源により発される光から所定の角度広がりを有する光ビームを生成するコリメータ（特に複合放物線集光器）を含んでいても良い。

実施例において、前記光生成アセンブリは、所定の角度広がりを有する光ビームを制御する、特にこの角度広がりを制御する制御可能な光学要素を有している。前記制御可能な光学要素は、特にこの角度広がりを電気的に調整するＰＤＬＣ拡散器でもよい。

実施例において、前記光ガイド構造は、前記第１の主表面と前記第１の主表面に対向している第２の主表面とを有している。この実施例において、前記光放出構造は、前記光が前記第２の主表面で発されるように、前記光ガイド構造内を伝搬している光を前記第２の主表面に向かって反射する前記第１の主表面における反射窪みを有している。

実施例において、前記照明構造は、複数の光放出構造を含んでおり、この放出構造は、特に反射窪みを有しており、前記反射窪みの深さは、前記光生成アセンブリへの距離とともに増大する。

実施例において、前記反射窪みの表面は、反射材料によって覆われている。従って、前記反射材料が反射を保証する一方で、前記窪みの形状が、反射の方向を前記第２の主表面へ向けて決定している。

実施例において、ほぼ前記反射窪みの形状を有している光学要素が、前記反射窪み内に設けられており、これにより少なくとも部分的に前記反射窪みを充填している。反射材料を使用する代わりに、光学要素が、例えば前記反射窪みの表面と前記光学要素との間隙に存在する空気のような気体との屈折率の違いによる反射、又は例えば前記光ガイド構造と前記光学要素との間の屈折率の違いによる反射のために、前記反射窪み内に設けられても良い。

実施例において、前記光アセンブリ窪みと、反射窪みのような光放出構造とが、組み合わされても良い。例えば、光アセンブリ窪みの表面の一部は、前記光生成アセンブリによる光出力が前記光ガイド構造に入射するのを可能にするように構成されているのに対して、前記表面の他の部分は、入射光を前記第２の主表面に向けて反射するように構成されていても良い。

実施例において、複数の光放出構造が提供される。前記光放出構造は、前記第１の主表面にわたって非一様に分布されていても良い。特定の実施例において、単位面積当たりの光放出構造の数は、光生成アセンブリに対する距離の増大に伴い、増大する。前記光ガイド構造内を伝搬している光の量は、前記角度広がりと、光放出構造の光の一部の放出とのために、前記光生成アセンブリへの距離の増大に伴い、減少するので、単位面積当たりの光放出構造の数は、単位面積当たり実質的に同じ量の光を発するように増大されても良い。

以下で、本発明は、非限定的な実施例を示している添付図面を参照して、更に詳細に説明される。

本発明による照明構造の実施例の上面図を示している。 本発明による光ガイド構造及び光放出構造の第１実施例の断面図を示している。 図２Ａの光放出構造の断面の斜視図を示している。 本発明による光ガイド構造及び光放出構造の第２実施例の断面図を示している。 本発明による光ガイド構造及び光放出構造の第２実施例の断面図を示している。 本発明による光ガイド構造及び光放出構造の第２実施例の断面図を示している。 本発明による照明構造における使用のための光生成アセンブリの第１実施例の一部の斜視図を示している。 本発明による照明構造における使用のための光生成アセンブリの第２実施例の一部の斜視図を示している。 本発明による照明構造における使用のための光生成アセンブリの第２実施例の一部の斜視図を示している。 本発明による光ガイド構造及び光放出構造の第３実施例の断面図を示している。 本発明による光ガイド構造及び光放出構造の第４実施例の断面図を示している。

添付図面において、同一の符号は、類似の要素を参照している。図１は、照明構造１０の上面図を示している。照明構造１０は、板形の光ガイド構造１２を有している。光ガイド構造１２には、複数の光放出構造１４と複数の光アセンブリ窪み１６とが、設けられている。各光アセンブリ窪み１６内に、光生成アセンブリ１８が配されている。

動作中、光生成アセンブリ１８は、例えば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードのような光源を使用して、光を生成する。生成された光は、板形の光ガイド構造１２の平面と実質的に平行な平面の方向に出力される。生成された光は、光ガイド構造１２内へと伝達され、この後、前記光は光ガイド構造１２内を伝搬する。光ガイド構造１２内を伝搬する光は、伝搬方向と光ガイド構造１２の表面との間の比較的小さい角度のために光ガイド構造１２を出ることはなく、前記伝播する光が前記表面に入射した場合、内部反射をもたらす。

光ガイド構造１２内を伝搬する光は、光放出構造１４のうちの１つに入射しても良い。光放出構造１４は、光放出構造１４上に入射する光が光ガイド構造１２から発されるように、構成されている及び配されている。例えば、前記光放出構造は、光が光ガイド構造１２と光ガイド構造１２の周りの空気との間の界面を通過できるように、入射光の伝搬方向を変化させることができる。

図示されているように、光放出構造１４は、長方形の格子内に、一様に分布され、配されている。しかしながら、放出構造１４の分布は、照明構造１０により生成されるべき所望の正面条件に依存して、一様でないものであっても良い。図示されているように、光生成アセンブリ１８は正方形であっても良い。しかしながら、前記光生成アセンブリは、如何なる種類の形状（例えば、円形、三角形又は他の何らかの適切な形状）をとっていても良い。同じことが、光アセンブリの窪み１６と光放出窪み１４との形状にもあてはまる。光生成アセンブリ１８、光アセンブリ窪み１６及び光放出窪み１４の形状は、望まれるならば、光ガイド構造１２にわたって変化しても良く、又は図示されているように、形状は同じであっても良い。

図２Ａは、光ガイド構造１２の断面を示している。光ガイド構造１２は、光アセンブリ窪み１６及び光放出構造１４を備えている。光アセンブリ窪み１６には、光生成アセンブリ１８が配されている。光生成アセンブリ１８は、矢印により示されているように光２０を生成して出力する。光２０は、所定の角度広がりαを有しており、これは、光２０が、頂角αを有する円錐体内に広げられており指向されていることを意味する。

光ガイド構造１２は、第１の主表面２２及び第２の主表面２４を有している。第２の主表面２４は、第１の主表面２２に対してほぼ平行であり、対向している。光放出窪み１４は、第１の主表面２２内に配されており、この実施例では、光２０は、第２の主表面２４から発されるようになっている。

示されている実施例において、光放出構造１４は、断面が三角形状の光放出窪み２６を有している。図２Ｂは、光放出窪み２６を斜視図において示している。光放出窪み２６の内面２８には、アルミニウムコーティングのような反射材料が設けられていても良い。

図１に関連して記載されたように、動作中、生成された光２０は、光生成アセンブリ１８から光ガイド構造１２内に伝達される。光２０の角度広がりαは、光２０（の一部）が主表面２２、２４の一方に直接的に入射した場合に内部反射されるように、選択されることができる。従って、如何なる光も、主表面２２、２４のうちの一方を通って光ガイド構造１２を出ることはない。光２０は、光放出構造１４の反射内面２８へ入射するまで、光ガイド構造１２じゅうを伝搬する。内面２８は、第１の主表面２２に対して約４５°の角度で配されることができる。従って、光放出窪み２６の内面２８に入射する光ビーム３０Ａは、約９０°の角度の下で反射され、従って、第２の主表面２４へ向けて再指向される。更に、全ての光ビームが同一の角度において反射されるため、光２０の角度広がりが維持される。反射された光ビーム３０Ｂは、第２の主表面２４に向けて指向され、ほぼ垂直に第２の主表面２４に接近する。従って、反射された光ビーム３０Ｂは光ガイド構造１２と空気との間の界面を通過し、従って、出力光ビーム３０Ｃとして光ガイド構造１２から発されることができる。

図３Ａ及び３Ｂは、光学要素３２が、光放出構造１４の光放出窪み２６内に配されている実施例を示している。反射コーティングを使用する代わりに、種々の屈折率を有する２つの媒体間の界面における反射が、使用されている。図３Ａにおいて、例えば、入射光ビーム３４Ａは、光ガイド構造１２の第１の主表面２２における屈折率の差により内部反射される。反射された光ビーム３４Ｂは、放出窪み２６の内面２８において、再び反射され、反射されたビーム３４Ｃは、第２の主表面２４へと伝搬する。第２の主表面２４において、反射されたビーム３４Ｃは、第２の主表面２４に対して垂直な線（法線）から僅かに離れて屈曲され、結果として出力光ビーム３４Ｄをもたらす。しかしながら、他の入射光ビーム３６Ａは、光放出窪み２６の内面２８を通過し、光学要素３２に入る。光学要素３２において、光ビーム３６Ａは、第１の主表面２２において内部反射され、再指向される。反射された光ビーム３６Ｂは、光放出窪み２６の内面２８を通過し、再び、光ガイド構造１２に入る。第２の主表面２４において、反射された光ビーム３６Ｂは、前記光ビームが第２の主表面２４に向かって指向されるような角度で光放出窪み２６に入射し、当該界面を通過するための適切な角度において第２の主表面２４に接近するまで、再び反射される等である。

図３Ｂには、入射光ビーム３４Ａが光学要素３２に入射し、第１の主表面２２に向かって内部反射され得ることが示されている。反射された光ビーム３４Ｂは、この界面を通過し第１の主表面２２において光ガイド構造１２及び光学要素３２を出ることができるように、第１の主表面２２に接近することができる。従って、光が、第１の主表面２２において照明構造１０を出ることが望まれていない場合、アルミニウムコーティングのような反射材料４０が、光学要素３２の第１の主表面２２に設けられていても良い。反射材料４０の存在のため、反射された光ビーム３４Ｂは、再び反射され、反射された光ビーム３４Ｃは、第２の主表面２４に向かって指向され、第２の主表面２４を通過した後、出力光ビーム３４Ｄになる。

図３Ｃは、図３Ａ及び３Ｂに示したものと同様の実施例を示しているが、如何なる光ビームも、３つのあり得る光ビームの軌道４２Ａ−４２Ｄ、４４Ａ−４４Ｂ及び４６Ａ−４６Ｂで示されているように反射材料が設けられていない場合でさえも、第１の主表面２２において照明構造１０を出ることができない。

図４Ａは、光生成アセンブリの実施例の一部５０を示している。光生成アセンブリの一部５０は、光源５２（例えば、ＬＥＤ、又は、例えば、白熱ランプ、蛍光ランプ若しくはガス放電ランプのような何らかの他の適切な光源）を有している。光源５２により生成された光は、コリメータ５４（例えば、従来技術において、よく知られている複合放物線コリメータ：ＣＰＣ）に入る。コリメータ５４により出力される光２０は、角度αを有する所定の角度広がり（即ち角度分布）を有しており、光２０が頂角αを有する円錐形の分布内に発されることを意味している。一部５０を有する前記光生成アセンブリは、このアセンブリの一方の側部において、光２０を発することができる。複数のコリメータ５４（場合によっては複数の光源５２によって補われる）が使用される場合、前記光生成アセンブリは、複数の側部において光を出力しても良い。

図４Ｂ及び４Ｃは、４つの側部で光を発する光生成アセンブリ６０（の一部）の実施例を示している。示されている実施例において、上部の発光しているＬＥＤ６２が、光源として使用されている。ＬＥＤ６２は、４つの光学要素６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ及び６４Ｄによって、４つの側部において囲まれている。上部の発光しているＬＥＤ６２により生成される光は、それぞれ、ＬＥＤ６２及び光学要素６４Ａ―６４Ｄの上下に配されているミラー６６Ａ、６６Ｂにより反射される。図４Ｃの斜視図は、ミラー６６Ａ、６６Ｂが光学要素６４Ａ−６４Ｄから持ち上げられている分解斜視図であり、実際には、ミラー６６Ａ、６６Ｂは、光学要素６４Ａ―６４Ｄ内に配されていることに留意されたい。光学要素６４Ａ−６４Ｄは、ＬＥＤ６２からの光を、それぞれ、所定の光分布αＡ−αＤによって出力するように構成されている。各光学要素６４Ａ−６４Ｄの角度広がりαＡ−αＤは、ほぼ等しくても良く、又はそれぞれの角度分布αＡ−αＤは、望まれる場合、異なっていても良い。

図５Ａは、照明構造１０の実施例を示しており、光アセンブリ窪み及び光放出構造が、伝搬する光を第２の主表面２４に向かって内部反射する傾斜反射内面７２を有する単一の窪み７０に組み合わされている。光生成アセンブリ１８は、同じ窪み７０内に配されており、窪み７０の他の内面７４において光ガイド構造１２内に光を発することができる。図５Ｂに示されているように、光生成アセンブリ１８の外側の形状は、窪み７０の形状に従って構成されていても良い。反射性の内面７２の代わりに、光生成アセンブリ１８の傾斜外面１８Ａが、反射性のものであっても良く、例えば、反射材料により被覆されていても良い。このような実施例において、光の一部は、今、反射表面による反射と比較してより高い効率を有する内部反射により反射されることができるので、効率は、図５Ａの実施例と比較して僅かに高くなり得る。

示された何れの実施例においても、勿論、示されていない実施例においても、関連する従来技術において、知られているように、ＰＤＬＣ拡散器のような、動的な光学要素が、前記光生成アセンブリにより出力される角度分布を制御するために使用されても良い。従って、前記照明構造の出力光の分布は、前記出力光の光分布が、上述の実施例の何れにおいても前記光生成アセンブリによって出力された光分布とほぼ同じであるので、制御されることができる。内部反射と反射表面による反射とは、光の前角度分布を実質的に変更するものではない。

前記照明構造、特に前記光生成アセンブリは、熱伝達手段又は熱分散手段を備えていても良い。このような熱伝達手段は、反射材料又はコーティングと組み合わせられても良い。実施例において、冷却ファンのような、熱制御手段が設けられても良い。

前記光源を動作させる駆動回路は、特に、ＬＥＤが使用されている場合、前記光生成アセンブリ内に設けられても良く、又は前記光ガイド構造の外側に設けられても良い。

本発明による照明構造は、制御可能な色を有する光を出力するのに適している。例えば、光生成アセンブリは、各々種々の色を有している複数のＬＥＤを有していても良い。他の実施例において、各光生成アセンブリは、単一ではあるが変化する色を有するＬＥＤを有しており、異なる光の色が前記光ガイド構造内で混合される。更に他の実施例において、特に、異なる方向に光を発する光生成アセンブリを有している場合、例えば、図４Ｂ−４Ｃに示されているように、異なる色が、各々異なる方向に発される。この場合、所望の色は、前記光ガイド構造内で混合される。

フィードバック駆動回路が、前記照明構造の光出力を制御するのに使用されることができる。特に、色点の補正が、寿命の効果のための補正をするように利用されることができる。例えば、前記光出力のブライトネスは、ＬＥＤの寿命及び温度にも依存している。光出力を測定することにより、前記ブライトネスは、所望のブライトネスを得るように制御されることもできる。

本発明の詳細な実施例が本明細書に開示されているが、開示されている実施例は、単に本発明の例示的なものであると理解されるべきであり、本発明は、様々な形態で実施されることができる。従って、本願明細書に開示されている特定の構造及び機能の詳細は、制限するものであると解釈されるべきではなく、単に添付請求項の基礎及び実質的に何らかの適切な詳細な構造における本発明の利用を当業者に教えるための代表的な基礎であるとみなされるべきものである。

更に、本願明細書において使用されている語及び表現は、制限するためのものではなく、むしろ、本発明の理解可能な記載を提供するためのものである。本明細書において、使用されている単数形は、単数又は複数のものとして規定されるものである。本明細書において使用されている「他の」なる語は、少なくとも第２の又は他のものとして規定されるものである。本明細書 において使用されている「含む」及び／又は「持つ」なる語は、有する（即ち、開放的な言い回し）として規定されるものである。本明細書において使用されている「結合される」なる語は、必ずしも直接的なものではなく、必ずしもワイヤによるものでもなく、接続されているものと規定されるものである。

Claims (14)

1. 光を生成する光源を有する光生成アセンブリと、
   ほぼ板形の光ガイド構造であって、光アセンブリ窪み及び光放出構造を備えている光ガイド構造と、
   を有する照明構造であって、前記光生成アセンブリは、前記光生成アセンブリにより発される光が前記光ガイド構造内を伝搬するように前記光ガイド構造の前記光アセンブリ窪み内に配されており、
   前記光放出構造は、前記光ガイド構造から光を発するように配されており、
   前記光ガイド構造は、第１の主表面と、前記第１の主表面に対向している第２の主表面とを有しており、前記光放出構造は、前記光ガイド構造内を伝搬する前記光を、前記光が前記第２の主表面を通って発されるように、前記第２の主表面に向かって反射するための前記第１の主表面における反射窪みを有しており、
   前記光アセンブリ窪み及び前記反射窪みが、組み合わされて単一の窪みとなっている、
   照明構造。
2. 前記光源がＬＥＤである、請求項１に記載の照明構造。
3. 前記光生成アセンブリが、所定の角度広がりを有する光ビームを生成するように構成されている、請求項１に記載の照明構造。
4. 前記光生成アセンブリが、前記光源により発される光から前記光ビームを生成するためのコリメータ、特に複合放物線集光器を有している、請求項３に記載の照明構造。
5. 前記光生成アセンブリは、前記光ビーム、特にその角度広がりを制御する制御可能な光学要素を有しており、前記制御可能な光学要素は、特に前記角度広がりを電気的に調整するＰＤＬＣ拡散器である、請求項３に記載の照明構造。
6. 前記光放出構造は、前記光生成アセンブリにより生成される前記光ビームの角度広がりが実質的に変更されないままであるように、前記光ガイド構造から光を発するように構成されている、請求項３に記載の照明構造。
7. 前記反射窪みの表面が反射材料によって覆われている、請求項１に記載の照明構造。
8. ほぼ前記反射窪みの形状を有している光学要素が前記反射窪み内に設けられており、これにより前記反射窪みを少なくとも部分的に充填している、請求項１に記載の照明構造。
9. 前記反射窪みの表面と前記光学要素の表面との間に間隙が設けられている、請求項８に記載の照明構造。
10. 前記光学要素は第１の屈折率を有し、前記光ガイド構造は第２の屈折率を有しており、前記第１の屈折率と前記第２の屈折率とは、前記光ガイド構造を通って伝播し前記反射窪みの表面と前記光学要素との間の界面に入射する光が前記第２の主表面に向かって反射されるように、異なっている、請求項８に記載の照明構造。
11. 前記光ガイド構造は、第１の主表面と、前記第１の主表面と対向している第２の主表面とを有しており、前記照明構造は、複数の光放出構造を有しており、前記複数の光放出構造は、前記第１の主表面にわたって非一様に分散されており、特に、単位面積当たりの前記光放出構造の数は、前記光放出構造と前記光生成アセンブリとの間の距離が増大するにつれ、増大している、請求項１に記載の照明構造。
12. 前記単一の窪みは、伝搬する光を第２の主表面に向かって内部反射する傾斜反射内面を備えている、請求項１に記載の照明構造。
13. 前記光生成アセンブリは、前記単一の窪みの形状に従って構成されている、請求項１に記載の照明構造。
14. 前記光生成アセンブリは、反射性の傾斜外面、特に反射材料により被覆されている傾斜外面を有している、請求項１に記載の照明構造。

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