JP5501219B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、広がって光を送信するのに適した光伝送層を有する光学装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の有効性（ｌｍ／ワット）が増大し、価格が下がるにつれて、ＬＥＤ照明及びＬＥＤベースの照明器具は、今まで優勢な管発光（ＴＬ）に基づいた照明器具に対してまもなく重要な代替物になるであろうし、競争できるレベルになるだろうと期待されている。

しかしながら、ＬＥＤ照明での１つの課題は、暖かい白色光の供給である。高いルーメン有効性（〜７５ｌｍ／ワット）を持って利用できるＬＥＤは、今日まで、高い色温度（〜６０００Ｋ）を持つ光を生じ、冷白色として知覚されている。大部分の一般的な照明アプリケーションのために、３０００Ｋ以下の色温度が好まれる。加えて、光は、良好な演色評価数を持たなければならない。

良好な演色評価数を持つ低い色温度は、ＬＥＤの照明と組み合わせた蛍光体によって達成できる。

従来、蛍光体は、ＬＥＤチップに直接取り付けられる接着剤に埋められている。しかしながら、斯様な解決の課題は、蛍光体が同時にＬＥＤの温度及び光束に耐えなければならないということである。この結果、この種のＬＥＤ及び蛍光体の解決策が、しばしば、必要とされる寿命要件を満たさないということになる。この特定の課題に対する救済策は、蛍光体を直接ＬＥＤチップに取り付けることを回避することであるが、反対の効果及び課題を生じてしまう。

例えば、この種の遠隔の蛍光体解決策は、通常のＬＥＤに対して開発された多くの解決策が、もはや互換性を持たず、使用するのが可能でなくて、照明器具要件等を満たせないという結果となる。例えば、専門の照明システムは、光の角度分布に関する要件（グレア規則）を満たさなければならない（ＩＥＳＮＡ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＨａｎｄＢｏｏｋ（第９版）を参照）。光の遠隔の蛍光体変換は、一部には、より大きい表面から放射される光を持つより大きい光源に結果としてなるため、遠隔の蛍光体解決策でこれらの要件を満たすことは、特に困難であることが示された。

ＬＥＤベースの照明器具に関する他の課題は、これらの照明器具及びＬＥＤが通常、非常に明るい光を提供するということである。ＬＥＤベースの照明器具から光を拡散することは、この課題を改善はするが、角度分布に関する要件を満たす光を提供することは困難である。

したがって、上記の観点において、従来技術の課題を解決するか又は少なくとも軽減し、及び／又は代わりの照明器具装置を提供することが、本発明の目的である。特定の目的は、ＬＥＤベースの照明器具の使用に特に適し、効率を考慮しながらグレア要件を満たす光線を形成する照明器具装置を提供することである。

本発明は、添付の独立クレームによって定義される。好ましい実施例が、従属クレーム、以下の説明及び図面において記載されている。

したがって、１つの態様によると、以下の説明から明らかになるであろう上述の目的及び他の目的は、光入口面を持つ光入口部、光反射面を持つテーパ部、及び光出口面を持つ光ガイドと、拡散的に光を伝送し、前記光ガイドの前記入口面の少なくとも一部をカバーするように配された光伝送層とを有し、前記光入口部は、第一の方向の前記光入口面から光を前記反射面へ向かってガイドし、前記光反射面は、前記光入口部からの入射光が前記光出口面へ向かって反射されるように、第１の方向に対して配される、光学装置によって達成される。

この種の「楔形状」の光ガイドは、ＵＳ２００１／００４６３６５Ａ１から既知であるが、蛍光灯又は光球からの直接照射によって光を入力結合することだけ記載されている。ＵＳ２００１／００４６３６５Ａ１において、光伝送層による光の入力結合の方向では開示されていないし、示唆されてもいないし、ＬＥＤベースの照明器具の光ガイドを使用すること、及び／又は斯様な照明器具に関係した上述の課題を解決するために目標とされた照明器具内に光ガイドを使用する方向でも開示されていないし、示唆されてもいない。

実際に、本発明は、一部には、この種の「楔形状」の光ガイドが、ＬＥＤベースの照明器具に好適に用いられてもよく、このことは、上述した課題を少なくとも軽減できるということを見出したことに基づく。

本照明器具装置において、前記光伝送層は、比較的大きい領域から伝送される拡散光の光ガイドへの制御され効率的な入力結合を可能にする。光ガイドを必要な大きさにすることは、入力結合された光から、光ガイドを出るとき、例えば角度分布及びグレアに関する照明器具要件を満たすことことができる予め定められた特性を持つ光線を作れるようにする。

光伝送層は、入射光を拡散させ、前記入口面に向き合う当該光伝送層の側から拡散された光を出力するのに適合した光透過層でもよい。したがって、光源輝度に関係した課題は、照明器具出力において拡散器を使用することなく改善されるか又は軽減されることができる。

光伝送層は、励起に応答して光を放射するのに適した光放射層でもよい。よって、前記光放射層は、光を生成できる層であって、当該層を通って光を単に転送する半透明層ではない。前記光放射層は、光による励起に応答して光を放射するのに適した層、好ましくは蛍光層でもよい。均一な及び「グレアでない」光を供給するのが好ましいスリムな（厚みと比較して大きな光出力領域の）照明器具において、増大された効率が特に望ましく／必要であることがわかった。斯様な照明器具において、光を再生成する能動的な蛍光体領域は、（グレア要件の範囲内でコリメートされた光を供給して、照明器具を依然薄く保てるように）照明器具の全光出力領域と比較して相対的に小さいだろう。

光学装置は、光伝送層を直接又は間接的に照射するように配された光源、好ましくは発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードを更に有する。

光学装置は、光源による照射に応じて、光伝送層を照射するように配された再送信光源を有してもよい。前記再送信光源は、好ましくは蛍光体物質を有することによって、光による励起に応答して、光を放射するのに適している。これによって、例えば蛍光層は、光入口面を覆うように蛍光体を配することなく、例えばＬＥＤからの照射によって光を生成するために用いることができ、よって、蛍光体は、光出口面を介して見えることから遮蔽されることができる。このことからの１つの効果は、例えば光学装置を有する照明器具がオフ状態にあるとき、黄色のような着色した外観が回避できるということである。

光伝送層は、当該光伝送層が光源による直接の照射から光入口面を実質的に保護する態様で、光入口面を覆ってもよい。

前記光入口面及び前記光伝送層は、スペースを囲む。「スペースを囲む」ということによって、前記スペースを横切る少なくとも一つの平面が存在し、前記平面はまた、当該スペースの位置から実質的にすべての方向において、前記光放射層及び光入口面を横切るということが意味される。結果として、前記光伝送層は、光ガイド側の方へ、又はスペース側の方へ向かって光を放射する。後者の場合、囲まれたスペースのため、光伝送層からの光は、光入口面及び／又は光伝送層の何れか他の一部上に入射し、このことは光が効率的に利用されることを意味し、これは望ましくない態様で光ガイドから逃れる光の危険性を低下させる。他の結果としては、前記光伝送層が、層であるにもかかわらず、全方向的に光を前記光ガイドに放射する単一の中央に配された光源として作用し、反射面が、広い光出口面領域をカバーするように光を反射できることになる。光伝送層を直接又は間接的に照射するように配されたＬＥＤのような光源がある場合において、前記光源は、スペース内に、又は少なくとも前記光源がスペースを介して光放射層を照射するように配される。

光ガイドは、対称中心が囲まれたスペースに位置して、平面においてほとんど回転対称、好ましくはほとんど円対称である。回転対称は、しばしばダウン照明アプリケーションのような照明アプリケーションで望ましい対称形の光線の供給を可能にする。

前記光伝送層は、好ましくは光入口面から、より好ましくは、光学的に接触することなく、できる限り前記光入口面の近くで、実質的に等間隔で、１ｍｍ未満で配される。光学的に接触しない効果は、光放射層によって放射され、光ガイドに結合された光線の屈折が、コリメート効果で屈折されるだろうということである。

あるいは、前記光伝送層は、光入口面と光学的に接触してもよい。これは、他の効果、すなわち、光入口面での反射が回避できるので、光は、光ガイドにより効率的に結合できるという効果を持つ。

反射面は、１°から２０°の範囲、好ましくは４°から１２°の範囲の角度で、光出口面に対して斜めに配されてもよい。

前記光入口部は、前記光入口面からテーパ部へ向かって厚みが増大してもよい。例えば線形傾斜のような厚みの増加は、光入口面を介して結合される光の内側光ガイド面上の入射角を減らし、よって、光ガイドに入る光が望ましくなく出ていくことを回避する全内部反射（ＴＩＲ）を達成するために有益である。

前記光入口部は、第１の方向に沿って実質的に一定の厚みの少なくともサブ部分を持ってもよい。一定の厚み、よって光の反射及び屈折が光ガイド内で起き得る平行の両側面は、光が導かれ光出口面を介して最終的に出ていくというコリメート効果を持つ。

光ガイドは、好ましくは光入口面と実質的に直角をなす平面において平坦な構造体でもよい。

この意味で「平坦」とは、１つの平面内の光ガイドの寸法が、その平面の法線に沿った光ガイドの寸法より、少なくとも３倍より大きいぐらいである場合である。反射面は、光ガイドの平坦さの平面の大部分をカバーする光が出ていくことを可能にする。概して、光出口面は、平坦な前記平面と平行である。平坦な前記平面を介して光を供給できる、平坦な光ガイド及びこの光ガイドに基づく平坦な照明器具は、明らかに別々の外観で作られ得る。

装置は、光ガイドの光出口面の少なくとも一部をカバーする光伝送再方向付け層を更に有する。「光伝送再方向付け層」とは、低い光学吸収を持つ層であって、予め決められた態様で当該層を通る光の方向を変える能力を持つということを意味する。

よって、再方向付け層は、典型的には光ガイドを出る光を焦点合わせするか又は拡散することによって、供給されるべき光線の最終的な調整のような、光の第２の調整をする。「光線成形」機能を別々の部分に分割することによって、各部分が別々のサブ課題を解決することができ、このことは、設計及び実施を容易にする。例えば、再方向付け層が最後に焦点合わせを行うので、光出口面を介して前記光ガイドを出る光は、ある程度コリメートされているだけで十分であり、すなわち、これは、前記光ガイドからの出力が、前記光ガイドの設計により大きな自由を可能にすることに対して寛容でありえることを意味する。供給されるべき光線の要件が変わるとき、別個の再方向付け層も、例えば再方向付け層だけを置き換えるように、便利な適合を可能にする。

再方向付け層は、当該層の表面に形成される少なくとも一つの三角形要素を有し、前記要素は、当該層の平面の法線に対して第１の角度で配される光ガイドの光入口面側に面している第１の三角形面を持ち、当該層の平面の法線に対して第２の角度で配される光ガイドの光入口面側から離れて面する第２の三角形面を持ち、前記第１及び第２の三角形面は、三角形要素の先端で接触する。

少なくとも一つの三角形要素は、再方向付け層の平面内のポイントを囲み、当該再方向付け層は、当該層の平面において実質的に回転対称であり、好ましくは円形対称であり、対称の中心は、囲まれたポイントである。これは、回転対称形の光ガイドとの組み合わせで特に有利であり、このような場合、対称の中心は、好ましくは同一であり、対称平面は平行である。

前記少なくとも一つの三角形要素は、光ガイドに対向する側で形成されてもよく、前記三角形要素の先端は前記光ガイドに向いている。第１の角度及び第２の角度の加算は、３５°から４５°の範囲、好ましくは３８°から４２°の範囲にあり、より好ましくは約４０°である。第１の角度は、好ましくは、第２の角度より鋭角である。第１の角度は、１°から１７°の範囲、好ましくは２°から１２°の範囲にあり、第２の角度は、２８°から４４°の範囲、好ましくは３０°から３８°の範囲にある。

光学装置は光を光伝送層にガイドするように配される第２の光ガイドを更に有し、第２の光ガイドが、当該第２の光ガイドの横方向の面内の反射を使用して、ガイド方向に沿ってその内部に光をガイドするのに適し、前記横方向の面は前記ガイド方向に実質的に平行であり、第２の光ガイドは、光を入力結合する光入力領域と前記光伝送層に光を出力する光出力領域とを持ち、前記光出力領域は前記ガイド方向に光入力領域から離れて配される。第２の光ガイドは、より多くの光が光伝送層に到達することで改善された効果を可能にする。これはまた、光が光伝送層に到達する前に、制御された態様で光を分散して、混合するための手段を提供する。

第２の光ガイドは、物質内部で光をガイドできる誘電材料でもよく、光入力領域及び光出力領域は、前記光ガイドのそれぞれの入力面及び出力面に対応する。「面」とは、光ガイドの内側及び外側の面両方を含む。「面」は、更に全面（例えば全エッジ面）、又はその一部でもよい。

光源は、光入力面に向かったガイド方向に光を供給するために、入力面の反対側に配されてもよい。光ガイドに光を結合させる直接的及び効率的な態様であることを除いて、これは、ガイド方向に対して垂直な端面を介した側から光ガイドに光を結合させることを可能にし、よって、このことにより、光ガイド及び照明器具の内部又は内側部分からＬＥＤのような電子部品を離したままにできる。

第１の入力面は、凸面であって、好ましくは線形の傾斜を持ち、及び／又は起伏を持ってもよく、好ましくは線形の傾斜を持つ。凸面又は起伏を持った入力面のため、光ガイドの軸に沿ってまっすぐに放射される光は、横方向の面に向かって方向付けられ、これは、光伝送層上に入射する光の量を増大する。

光学装置は、ガイド方向の第１の光入力面の反対側に配される第２の光入力面に光を供給するように配される、第２の光源（好ましくはＬＥＤ）を更に有し、これによって、光は反対方向から第２の光ガイドに結合でき、好ましくは、第１及び第２の光入力面及び第２の光ガイドのそれぞれに対して隣接している部分が、実質的に同じ形状である。

光入力領域は好ましくは実質的に垂直にガイド方向と交差し、光入力面は空気のような低い屈折率の誘電媒体と光学的に接触してもよく、これによって、前記光入力面に入射して供給される何れの光もこの媒体を通過し、入射光の角度間隔より狭く決定された角度間隔内での角度で第２の光ガイドに結合される。第２の光ガイドと誘電媒体との間の屈折率の差は、前記角度の間にある実質的にすべての光に対して横方向の面内で全内反射に達するために少なくとも必要とされるものである。第２の光ガイドと誘電媒体との間の屈折率の差は、好ましくは少なくとも約１．４である。例えば、空気と光学的に接触する場合のように、横方向の面が入力面に対して垂直（又は、大きめの角度）であって、入力面に対して同じ又はより少ない屈折率を持つ媒体と光学的に接触するとき、これは、何れの入力角度（すなわち＋−９０°の最大の第１の角度間隔）に対しても横方向の面内の全内反射（ＴＩＲ）を促進する。角度間が＋−９０°より狭い場合、屈折率は上記より小さくでき、すべての入射結合された光に対する全内反射は依然達成できることが理解される。一部が光学的接触なく機械的接触可能であり、例えば、第２の光ガイドは、両者間で光学的接触がないか又は実質的になく、対象物と接触する横方向の面を持ってもよく、代わりに例えば、機械的接触が空気においてなされる場合、その間に十分に小さいすきまができ、これによって、代わりに光学的接触が空気となされることに留意されたい。

光出力面は、横方向の複数の面のうちの一つの面の一部でもよく、この部分が、光伝送層と光学的に接触し、少なくとも部分的にカバーされる。よって、光伝送層は、第２の光ガイドのガイド方向と平行な関係で配される。このように光は、ガイドされ、横方向の面での反射によって光伝送層に到達するだろうし、このことは、光源による直接的な照射から光伝送層の遮蔽を容易にする。これはまた、例えば、複数の光源が光ガイドに結合される光を生じるために用いられる場合、出力の前に光が光ガイドにおいて拡散し広がることを可能にする。

充分に反射する反射層は、好ましくは第２の光ガイドと光学的に接触しないで、第２の光ガイドの反対の側上の光伝送層の反対側に配される。前記反射体層は、前記光ガイドの横方向の面を介して光の望ましくない出力を防止するために、少なくとも横方向に、第２の光ガイドを囲む反射ハウジングの壁部分でもよく、前記ハウジングは、好ましくは第２の光ガイドと光学的に接触せず、光伝送層に対する開口部を具備する。

光ガイドは、付加的な間隔を置かれた別々の光出力面を有し、この光出力面の各々は、横方向の複数の面のうちの一つの面の各部分でもよく、このそれぞれの部分は、それぞれの光伝送層と光学的に接触し、少なくとも部分的にカバーされてもよい。よって、１つ又は２、３の光源によって第２の光ガイドに結合するような光ガイドの光が、複数の光伝送層を照射するために用いることができ、前記光は最初に光ガイドにおいて拡散して、広がっていく。

光入口部は、テーパ部に向き合う漏斗の広めの端部と、光入力面を有する漏斗の狭めの端部とを持つ漏斗形部分を有してもよい。第１の方向に関係して前記漏斗の横方向の面は、空気のような低い屈折率の誘電媒体と光学的に接触している。光入口部及びテーパ部は、互いに光学的に接触する光ガイドの別々の部分に属してもよい。

光入口部は、実質的に同じ平面内で、平行の広めの漏斗端面と並ぶいくつかの斯様な漏斗形部分を有してもよい。

他の態様によると、光出力面は、ガイド方向と好ましくは垂直に交差してもよく、前記光出力面は、空気のような低い屈折率の誘電媒体と光学的に接触し、これにより、前記光出力面を介して第２の光ガイドを出る光は、この媒体を通過する。光伝送層から後方散乱し、光出力面へ向かう光は、前記媒体を通過し、これは、後方散乱光がＴＩＲ角度で第２の光ガイドに再入射することを促進することを意味する。

光出力面は、光伝送層に対して実質的に垂直に配される。結果として、光出力面からのいくらかの光、すなわち光出力面を出るとき光伝送層に向かう光だけが、光伝送層に入射する、すなわち、光は光伝送層に「部分的に出力される」。よって、入射しない光は、例えば他の光ガイドへ結合した後に、例えば付加的な光伝送層へのガイド方向に更に続くためなどのように、他の目的のために使われることができる。

前記光出力面は、光出力キャビティに面していてもよく、光伝送層は、前記キャビティに対する横方向の密閉面の少なくとも一部である。

光学装置は、光伝送層の反対側の前記キャビティに対する横方向の密閉面の少なくとも一部として配される反射層を更に有し、好ましくは、前記反射層は、例えば、光伝送層に直接向き合う鏡面反射体によって、光伝送層に向かって光伝送層からの後方散乱光を反射するように配される。

光学装置は、第２の光ガイドと実質的に同じ特性及び形状を持つ追加の光ガイドを更に有し、前記追加の光ガイドは、第２の光ガイドの出力面の反対側に前記光出力キャビティに対する密閉面の少なくとも一部を形成している光出力面を持ってもよい。光出力キャビティは、光出力面、反射器及び光伝送層の種々異なる組合せによって閉じることができることが概して理解されるべきである。原則として光源面も光出力キャビティを閉じることに参加できるが、これは、光が、典型的に望ましいような光伝送層上に入射する前に混合して分散することができないことを意味する。

光入口部は、テーパ部に向き合う漏斗の広めの端部と、光入力面を有する漏斗の狭めの端部とを持つ漏斗形部分を有してもよい。第１の方向に関係して、漏斗の横方向の表面は、空気のような低い屈折率の誘電媒体との光学的に接触する。

光入口部及びテーパ部は、互いに対して光学的に接触する光ガイドの別々の部分に属してもよい。

光入口部は、実質的に同じ平面内に、平行な広めの漏斗端部で並ぶいくつかの斯様な漏斗成形された部分を有する。

光伝送層に対して垂直なすべてのキャビティ面は、第２の光ガイドの光出力面でもよい。第２の光ガイドはプレートとして形成されてもよく、キャビティが前記プレートの穴によって形成される。

光伝送層は、プレート及びその複数のキャビティ穴をカバーしている大きめの光伝送層の一部でもよい。

光ガイドは、複数の漏斗形光ガイド要素を有する層の形でもよく、光入口部は、漏斗形光ガイド要素の狭めの端部を有し、テーパ部は、漏斗形光ガイド要素の広めの端部を有し、光出口面は、前記広めの端部の端面を有する。

光源、好ましくは発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する光源面は、光入力面に関係して実質的に垂直に配される。

前記光入力面は光入力キャビティに向き合い、光源面が前記キャビティに対する横方向の密閉面の少なくとも一部である。

光学装置は、光源面の反対側の光入力キャビティに対する横方向の密閉面の少なくとも一部として配される反射層を更に有し、好ましくは、前記反射層は、例えば、拡散反射器であることによって及び／又は傾斜面を持つことによって光入力面に向かう光を反射するように配される。よって、光入力面に直接入射、すなわち光入力面から反射されない光は、光入力面に間接的に入射することが促進され、これは効率性を増大する。

さらに、光学装置は、第２の光ガイドと実質的に同じ特性及び形状を持つ追加の光ガイドを更に有し、前記追加の光ガイドは、第２の光ガイドの入力面の反対側に前記キャビティに対する密閉面の少なくとも一部を形成している光入力面を持ってもよい。

光入力キャビティの側部は、光入力面、反射器及び光源面の種々異なる組合せによって閉じることが概してできることに理解されるべきである。しかしながら、特に可能性があるものは、光学装置がどのように用いられるかに依存する。原則として光伝送層も光入力キャビティを閉じることに参加できるが、これは、光が、典型的に望ましいような光伝送層上に入射する前に混合して分散することができないことを意味する。

光ガイド、光伝送層及び第２の光ガイドは、スペースに向き合う光入力面を持つ平面内の当該スペースを囲み、これにより、ガイド方向は、前記平面内の方向である。光ガイド、光伝送層及び第２の光ガイドは、前記平面内で実質的に対称形であり、好ましくは円対称であり、対称の中心が囲まれたスペース内に位置する。

光入力面は、ガイド方向の光出力面の反対側に配され、光出力面は、光伝送層に向き合っていてもよい。

光入力面及び光出力面は、前記平面に関係して実質的に垂直に配されてもよい。

光出力面は、光伝送層に出入りする光が通過しなければならない空気のような低めの屈折率の誘電媒体と光学的に接触してもよい。ここで効果は、光出力面へ向かって光伝送層から後方散乱される光が、ＴＩＲを促進する角度で、光ガイドに入るが、結果として、より多くの光もまた、インターフェースで反射され、最初の場所の光伝送層に到達しないことである。あるいは、光出力面は、光伝送層と光学的に接触してもよい。これは、光が、光出力面から出て行き、最初の場所に反射して戻らないという効果を持つが、しかしながら、非ＴＩＲ角度で光伝送層から第２の光ガイドに戻って散乱される光が増大された量となるという効果が同時にある。

照明器具及び／又は光出力デバイスは、光学装置を有する。光出力デバイスは、照明アプリケーション、好ましくはダウン照明アプリケーションでもよい。

本発明は、請求項において引用される特徴のすべての可能な組合せに関することに留意されたい。

本発明の上記態様、他の態様、目的、特徴及び効果は、本発明の好ましい実施例を容易に示している添付の概略的図面を参照して、以下の例示及び非限定的な詳細な説明によってよりよく理解されるだろう。

すべての図において、概略的な寸法は、例示目的のためだけにあって、正確な寸法又は比率を反映しているわけではない。すべての図は、概略的であり、正確な寸法ではない。特に、厚みは、他の寸法に対して誇張されている。加えて、ＬＥＤチップ、ワイヤ、基板、ハウジング等のような詳細は、明確化のため図面から省略された。

図１Ａは、第１の実施例による照明器具装置の断面側面図を示す。 図１Ｂは、図１Ａの照明器具装置の平面図を示す。 図２Ａは、第２の実施例による照明器具装置の断面側面図を示す。 図２Ｂは、図２Ａの照明器具装置の平面図を示す。 図３Ａは、第３実施例による照明器具装置の三次元斜視図を示す。 図３Ｂは、図３Ａの照明器具装置の側面断面図を示す。 図３Ｃは、図３Ａの照明器具装置の平面断面図を示す。 図４Ａは、光ガイドの異なった形状の光入力面の実施例を示す。 図４Ｂは、光ガイドの異なった形状の光入力面の実施例を示す。 図４Ｃは、光ガイドの異なった形状の光入力面の実施例を示す。 図５Ａは、第４の実施例による照明器具装置の側面断面図を示す。 図５Ｂは、第４の実施例による照明器具装置の平面断面図を示す。 図６Ａは、第５の実施例による照明器具装置の三次元斜視図を示す。 図６Ｂは、第５の実施例による照明器具装置の側面断面図を示す。

これらの図において、参照番号が、異なる実施例の要素を参照しているときでも、同一参照番号が同様の又は一致する要素に対して用いられる。

図１Ａ〜１Ｂは、第１の実施例による照明器具装置の断面側面図及び平面図を示す。示された照明器具装置は、ここでは、ｘｙ平面において円対称である光ガイド１０１を有する。光ガイド１０１は、円筒状スルーホール１０２を持ち、その内側は、ここでは、照射により光を放射する層であって、好ましくは蛍光層である光放射層１１３によってカバーされる光入力面１０５である。光放射層１１３は、光入力面１０５と直接接触してないが、その代わり、光入力面１０５と光放射層１１３との間に小さい等距離のエアギャップがある。前記ギャップは、光入力面１０５と光放射層１１３との間のいかなる光学的な接触もなくて、できるだけ小さいのが好ましく、好ましくは、前記ギャップは、１ｍｍ未満である。光学的な接触がない限り、光放射層１１３は表面１０３と機械的な接触さえあってもよい。図１Ａにおいて、光放射層１１３と光入力面１０５との間に示されたギャップは、誇張されていることに留意されたい。多くの実施態様において、光放射層が光入力面の中心から同じ距離に位置されていると考えられてもよい。

示された実施例において、円筒状スルーホール１０２内に同心的に位置される中心に円筒状スルーホール１３２を持つ管又はシリンダのような形状の第２の光ガイド１５７がある。第２の光ガイド１５７は、スルーホール１３２の中心に向かい合う光入力面１５８と、光放射層に向かい合う光出力面１６８とを持つ。第２の光ガイドは、更に、横方向の面１５９、すなわち光入力面１５８及び光出力面１６８に垂直なシリンダの端面を持つ。これらの面は、好ましくは隣接する対象物と光学的な接触はないが、代わりに光学的により高密度でない媒体、好ましくは空気とのインターフェースで、第２の光ガイド１５７より低い屈折率の媒体との光学的な接触がある。光放射層１１３は、光出力面１６８から離れて示され、すなわち第２の光ガイドと光学的な接触はないが、別の実施例では光学的な接触があってもよい。

第２の光ガイド１５７は、効率を増大するコリメート効果を提供する。しかしながら、第２の光ガイドは、このように図１Ａ―Ｂの照明器具装置の機能のためには必要とはされない点に留意されたい。したがって、別の実施例では、第２の光ガイドは、省略されてもよい。

円筒状スルーホール１３２の下部に、光源１１７、好ましくは全方向性の発光ダイオード（ＬＥＤ）がある。光源は、ＰＣＢのような基板（図示せず）に取り付けられてもよい。他の実施例において、１又は多くの光源が、また混合キャビティ１３２のさまざまな位置のような他の位置にあってもよい。例えば、白色光を生じるために、一つ又は複数の青色ＬＥＤ１１７が、黄色又はオレンジ蛍光物質層１１３と組み合わせて使用できる。

光源１１７の反対側に、円筒形ホール１０２の他端で、シリンダの開口部をカバーしている鏡１１５がある。鏡１１５は、光源１１７からの光を光放射層１１３に向かって反射する（さもなければ光はシリンダ開口を介して逃げるだろう）ための斜面を与える。光源が直接光放射層を照射するように配されるので、鏡１１５は、効率を増大するけれども、必要というわけではない。あるいは、鏡は、平坦でも（傾斜していなくても）よく、及び／又は光を広がらせるための拡散的反射特性を持っていてもよい。

図１において、光源１１７が第２の光ガイド１５７の光入力面１５８に光を直接又は間接的に供給するとき、光は、スルーホール１３２の空気のインターフェースを通り、これによって第２の光ガイドである光学的により高密度な媒体へ屈折される。結果として、第２の光ガイド１５７に入力する光のコリメート効果があり、横方向の表面１５９の全内反射（ＴＩＲ）による光出力面へガイドできる光の量が増大する。好ましくは、第２の光ガイドの屈折率は、少なくとも約１．４である、なぜならば横方向の表面がまた空気又は同様の若しくは低い屈折率を持つ他の媒体とインターフェースがあるとすると、入射角に実質的に独立して、光入力面１５８上に入射する光に対する横方向の表面１５９のＴＩＲを可能にするからである。第２の光ガイド１５７はまた、光出力面１６８を介して前記光放射層から入射する後方散乱光をガイドすることに対して有用で効率的であるので、より低い損失で光が、他の位置、例えばスルーホール１３２の反対側で光放射層１１３に入射できることは理解されるべきである。

例示的実施態様では、照明器具の中央にある第２の光ガイド１５７によって、光放射層を通過する光が７０％から８７％まで増大した。損失を与えてしまうより多くの反射が薄い構造体においては必要とされるため、この種の照明器具の厚みが減少するとき効率が低下するので、第２の光ガイド１５７を加えることが、効率を維持したまま厚みを減らすために用いられ得る。

光放射層１１３が光源１１７による照射に応答して光を放射するとき、光放射層１１３は光ガイド１０１の光入力面１０５の外側に向かって光を放射する。光放射層１１３が、光入力面１０５をカバーし、光入力面１０５の非常に近くに配されるため、光は、小さな空気ギャップを介して、実質的に入射の可能性があるすべての角度、すなわち光入力面１０５の法線に対して＋９０°から−９０°の範囲で光入力面１０５に入射するだろう。エアギャップ手段は、高めの屈折率に対する低めの屈折率のインターフェースであり、スネルの法則が、光ガイド１０１に入射する光の最大入射角（＜９０°）を決定し、すなわち、状況は、第２の光ガイドに入射する光に対してと同様である。これは、光ガイド１０１に入射する光にある制御を供給し、例えば、光の角度分布に関係する要件を満たすことをより容易にする。このことは、以下に詳細に説明されるだろう。

光入力面１０５を介して光ガイド１０１に入射する光は、ここで光ガイド１０１の厚さｔｌｇに等しい一定厚さの光入口部１０３に最初に導かれる。光ガイド１０１の内面１０９、１１０のＴＩＲの条件を満たす光は、光ガイド１０１のテーパ部１０７の方へ導かれ、このテーパ部１０７は、傾いていて光入力面１０５の方向に向いている反射面１１１を与える。反射面１１１は、光出口面の法線と光ガイドのｘｙ平面とに対して角度βで配される。

反射面１１１は、光入口部１０３から、すなわち図１Ａのｘ方向から入射する光を、光入力面１０５と垂直な関係にある光出口面１０９に向かって反射させる。換言すれば、囲んでいる光入力面１０５のため、光入力面１０５を介して入力し、光ガイド１０１のｘｙ平面内を進む光は、反射面１１１によって再方向付けされ、よって、光出口面１０９を介して、「平面外に」光ガイド１０１（図１Ａのｚ方向に）から逃げる。

光が光入力面１０５を介して光ガイド１０１に入力するとき「屈折」コリメート効果のため及び／又は光が一定厚みの第１の部分１０３に導かれるとき「反射」コリメート効果のため、反射面１１１は、限られた角度範囲、すなわち予め定められた程度のコリメーションを持って入射光を扱うようにだけ設計できる。角度βが、（半値全幅（ＦＷＨＭ）で）望ましい光線幅を持つ均一な光線が達成できるように選択される。多くの実用的なアプリケーションにおいて、角度βは、１°から１５°の範囲のように比較的小さい。

光が屈折を介して反射面１１１を出ないことを確実にするため、ミラー層１１９が、反射面１１１の外側をカバーするように具備されてもよい。ミラー層１１９は好ましくは、光学的な接触がないように、光ガイド面から少し離れて配される。

光ガイド１０１のｘｙ平面における、光の角度分布がある。光放射層１１３は、中心から約Ｒ１離れた光入力面１０５を介して、光ガイドに光を放射するため、円筒形孔なしに、代わりに光ガイドの中心に「ポイントのような」光源がある場合のように、すべての光が、ｘｙ平面に９０°で反射面１１１上に入射するというわけではない。これは、示されたｘｙ平面にある場合に適用し、光がこの平面内にない方向から反射面に入射するときではないことに留意されたい。光放射層からの光が中心から距離Ｒ１で光ガイドに入射するとき、テーパ部１０７及び反射面１１１が始まるところ、すなわち中心から距離Ｒ２で、光ガイドの平面内の反射面に入射する光の最大の角度φが生じる。光が光入力面１０５を介して光ガイド１０１へ屈折するとき、光放射層１１３と光入力面１０５との間の非光学的接触は、概して図示された角度φより小さい最大の角度になることに留意されたい。

図１Ａ、１Ｂをまた参照すると、伝送再方向付け層１２１は、光ガイド１０１の光出口面１０９をカバーするように配される。再方向付け層１２１は、光分布の最終調整及びチューニングの処理をする。

再方向付け層１２１は、光ガイド１０１の光出口面１０９に向かい合う層の表面に形成される三角形要素１２３を有する。三角形要素１２３は突起又は隆起の形であり、ｘｙ平面の光ガイドの中心を囲む。各三角形要素１２３は、光ガイド１０１の中心の方向に面している第１の面１２５、すなわち光が光入力面１０５を介して光ガイドに入射するところ及び光入力面１０５から離れて向き合う第２の面１２７を与える。第１の面１２５は、当該層の面の法線に対して第１の角度α１で配され、第２の面１２７は、第２の角度α２で配される。表面１２５、１２７は接触して三角形要素１２３の先端を形成し、当該先端は、光出口面１０９と接触するが、好ましくは光学的な接触がなくてもよい。当業者には理解されるように、機械的接触が光学的な接触となる必要はないことが留意されるべきである。大概、光ガイドに直接向かい合う三角形要素（１２７）の間の谷間の形の「エア・ポケット」がある。

よって、光ガイド１０１の光出口面１０９を出る光線は、先ず光ガイドから空気インターフェースで屈折し、隣接する三角形要素の間の空気で充填された「谷間」を通過し、空気と再方向付け層とのインターフェースで三角形要素１２３の第１の表面１２５において屈折し、再方向付け層と空気とのインターフェースで三角形要素１２３の第２の表面１２７においてＴＩＲによって反射される。最後の反射は、光線を再方向付け層１２１の反対側の表面に向け、光線は再方向付け層と空気とのインターフェースでの屈折により通過する。したがって、再方向付け層は、光ガイドからの光にコリメート効果及び／又は焦点効果を持たせる。

図１Ａに示される再方向付け層１２１が鏡１１５より上に形成されるキャビティを持つことに留意されたい。しかしながら、光の再方向付けに参加していないので、その領域の再方向付け層の正確な設計の重要性は概して低い。

さらに、図１Ａで、トレース１４３が、光源１１７による照射に応じて、光放射層１１３によって放射される例示的な光線の経路を示す。

第１の実施例に基づく第１の詳細な実施例において、光ガイド１０１はＰＭＭＡであり、約１．５の屈折率を持ち、再方向付け層はＰＣであり、約１．６の屈折率を持つ。

光ガイド１０１及び第２の光ガイド１５７の物質は、通常好適には０．３／ｍ未満の光学的吸収を持ち、低いヘイズ及び散乱を提供し、２００ナノメートルより小さい粒子を含み、７５°Ｃより高い動作温度を持続できる。光ガイドの光路が概して比較的大きい（例えば約５０ｍｍ）ので、前記物質は、吸収が依然低くできるように、好ましくは高い光学的透明性を持つべきであり、良好な光学品質でなければならない。

再方向付け層１２１の物質は、通常好適には４／ｍ未満の光学的吸収を持ち、低いヘイズ及び散乱を提供し、２００ナノメートルより小さい粒子を含み、７５°Ｃより高い動作温度を持続できる。

再方向付け層は、現在３Ｍから名前Ｖｉｋｕｔｉ（登録商標）の名で利用できる伝送右アングルフィルム（ＴＲＡＦ）のようないわゆる再方向付けフォイルと同様でもよい。

さらにまた、第１の詳細な実施例では、光ガイド１０１は厚みｔｌｇ＝５ｍｍを持ち、再方向付け層１２１は厚みｔｒｌ＝３ｍｍを持つ。光入力面１０５は、光ガイドの中心からＲ１＝２０ｍｍの距離に位置され、テーパ部１０７及び反射面１１１は、前記中心からＲ２＝３０ｍｍの距離から始まり、光ガイド１０１及び反射面１１１は、前記中心からＲ３＝５５．５ｍｍの距離のところで終わる。反射面１１１の角度βは約１１°であり、光入力面１０５及びこれをカバーする光放射層の領域は、約６００ｍｍ^２である。光源１１７は、３ｍｍ^２の領域を持つ１０Ｗ未満のＬＥＤである。前記光放射層は、ＹＡＧ：Ｃｅ（セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット）のような蛍光物質層であり、光学的な接触なく光入力面１０５にできるだけ近くに配される。光ガイド１０１の中心のまわりに同心的に配される約１００個の隣接する三角形要素がある。各三角形要素１２３の第１の角度α１は９°であり、第２の角度α２は３１°である。第１の詳細な実施例では、約２＊３０°のビーム幅を持つ光線となる。

第２の詳細な実施例では、Ｒ２＝８０ｍｍ及びＲ３＝１５１ｍｍという点が第１の詳細な実施例と異なり、このためβは約４．０°である。第２の詳細な実施例では、約２＊１０°のビーム幅を持つ光線となる。

第３の詳細な実施例では、各三角形要素１２３の第１の角度α１が２°であり、第２の角度α２が３６°である点で第１の詳細な実施例と異なる。第１の詳細な実施例の光線と比較すると、第３の詳細な実施例は、減少した「テール」を持つ、すなわちカットオフ角及び半分の光線幅（ＦＷＨＭ）の間の角度でより少ない光束を持つ光線になる。

さらにまた、線形システムでは、間隔２°から１５°の角度βを持つ反射面の少なくとも範囲内では、供給される光線角度は、設計経験則として、角度βの約５倍であるということが見出された。

光ガイド１０１の中心と周辺部との間に配された、すなわちｘｙ平面の何れかの半径方向に沿った三角形要素１２３の数は、概して重要ではないが、要素１２３（一定層厚ｔｌｇで）が多くなると、要素１２３の寸法がより小さくなることを意味し、このことは、要素がより離れて実質的に見えないだろうという効果を持つ。一方では、寸法があまりに小さくなるとき、三角形表面１２５、１２７の欠陥（例えば製造によって生じる）が増大し、供給されるべき光線に最終的に不利益な影響を及ぼす危険がある。したがって、三角形要素の数を増やして小型化するとき気を付けるべきである。

他の実施例では、光放射層１１３の代わりに、伝送拡散層１１３がある。前記拡散層を通過する光は、拡散され、すなわちここでは、内側に入射する光は、光入力面に向かい合う側から出る拡散された光になる。前記拡散層は前記光放射層によって供給される方向に対応する方向に光を拡散し、前記拡散層は、前記光放射層と同様に光入力面に関係して配されてもよい。

さらに別の実施形態では、鏡１１５の代わりに蛍光物質層のような、光放射層があり、光入力面をカバーしている光放射層１１３の代わりに光入力面１０５をカバーするように配される拡散層がある。この実施例において、光源１１７は光を放射し、光放射層による再放射効果で変換され光が前記拡散層に入射する。前記拡散層は、光源からの直射的な光からシールドされてもよい。

図２Ａ〜２Ｂは、第２の実施例による照明器具装置の断面側面図及び平面図を示す。

第２の実施例及び第１の実施例は、ほとんど多くが同一である。しかしながら、１つの違いは、第２の光ガイド１５７がなく、ミラー層１１９が、光ガイドの反射面１１１の外側だけでなく光入口部１０３の表面１１０、１１２の外面側及び円筒状ホール１０２の一つの開口部もカバーしている反射層１１８により置き換えられていることである。しかしながら、第２の光ガイドが、第２の実施例でも用いられてもよいことは理解されるべきである。さらに、光源１１７は、第２の実施例ではホール１０２に向かい合う反射層１１８の側に配される。反射層１１８は、光ガイド１０１に向かい合う鏡、すなわち鏡面的に反射する表面を持ち、好ましくは光ガイド１０１との光学的な接触がない。

図１の実施例と図２の実施例との他の違いは、第２の実施例の光入口部１０３が、傾斜を持ち、光入力面１０５からテーパ部１０８に向かって厚みが増大する第１のサブ部分１１０を持つことである。サブ部分１１０の傾斜は、光入力面１０５に対する法線に対して好ましくは３５°から４５°の範囲である。傾斜角があまりに小さい場合、これは光の漏出に至るが、いくらかの漏れは許容されてもよい。４５°より大幅に大きい傾斜角は、概して望ましくない。１つの手法は、約４５°の傾斜角で始めることであり、屈折率に応じて、光入力面から更に低い角度を使用する。

サブ部分１１０が、中心から距離Ｒ２‘で、光ガイド１０１の厚みｔｌｇに到達するとき、テーパ部１０７が始まる前に、中心から距離Ｒ２’と距離Ｒ２との間に、一定厚みの第２のサブ部分１０８がある。第１のサブ部分１１０のために厚みを増大する理由は、光ガイドから出る望ましくない屈折の危険性を低下させることである。サブ部分１１０の傾斜する表面１１２は、光入力面１０５から直接入射する光の角度を低減させ、よって、ＴＩＲを促進する。光放射層が光入力面と光学的な接触があるとき、傾斜している第１のサブ部分１１０は特に有利である。（光学的な接触を持つ、傾斜している第１のサブ部分１１０がない状況では、いくらかの光は、ほぼ９０°で表面１０９、１１０に入射するであろう。）

ここで、光ガイドの平面における角度分布に関するいくつかの関係が、前述において開示された２つの実施例に関して与えられるだろう。

光入力面と光放射層との間の光学的な接触があると、以下の式が、光ガイドの設計において用いられる。
（式１ａ） ｓｉｎφ＝Ｒ１／Ｒ２
角度φは、経験則推定に対するカットオフ角度のための良好な近似値と考えられる。Ｒ１、Ｒ２及びφは、図１Ａ及び図２Ａによる。

光入力面と光放射層との間の光学的な接触がないと、以下の式に式１Ａが置き換えられる。
（式１ｂ） ｓｉｎφ＝Ｒ１／（ｎｌｇ＊Ｒ２）
ｎｌｇは光ガイドの屈折率である。

しかしながら、再方向付け層１２１は、カットオフ角度に対して、小さいが不利な貢献を与えるので、上記の方程式を使用して光ガイドを設計するとき、いくらかのマージンを持つことがアドバイスされる。

例えば、空気中１０°のカットオフと、１．５の屈折率を持つ光ガイドと中心からＲ１＝２０ｍｍに配される光入力面とで設計すると、式１ｂによると、Ｒ２が約７７ｍｍであるべきという結果になる。実際には、Ｒ２は、１０°を超えないカットオフを達成するため、これより大きい必要がある。

角度βは、φ方向に対して直角の方向の光線幅を決定するために考慮され、よってφ及びβ両方とも狭い光線を持つために考慮されなければならず、すなわち、狭い光線に対してφ及びβ両方とも小さくなければならないことに留意されたい。

前述において、光ガイド及び再方向付け層の屈折率は、約１．５であった。他の屈折率が、好ましくは１．４から１．８の範囲で用いられてもよい。しかしながら、当業者によって認識されるように、今まで述べられた寸法、角度等は、しかるべく適用される必要があり、このことは当業者がここに開示される情報に基づいて可能である。

前に述べられた回転対称形の照明器具装置が、ダウン照明アプリケーションで好適に用いられる。前記照明器具装置は、平坦な前方表面を持ち、フィリップスＭＡＳＴＥＲライン１１１ハロゲンランプのような従来の照明器具より非常に平坦であるダウン照明器具の供給を可能にする。

光ガイド及び何れの金属化も、例えば改変した光ディスク製造工程のような、例えば射出成形プロセスを用いて、比較的低コストで製造されることに更に留意されたい。

図３Ａ〜３Ｃは、それぞれ照明器具装置の三次元斜視図、側面の断面図及び前述の実施例のような回転対称形ではない平面断面図を示す。ここで、照明器具装置は、光ガイド１０１の一部分を形成しているそれぞれのテーパ部１０７に光を供給するように配される幾つかのブロックで順次配される。ここに示された前述の実施例と同様に、テーパ部１０７は光を光出口面１０９に向かわせ、当該光は再方向付け層１２１に到達するために通過し、光は当該再方向付け層１２１も通過する。テーパ部１０７及び再方向付け層１２１に対する原理及び機能は、前述の実施例のようであるものと理解される。回転対称ではない場合に当業者によってそれぞれのジオメトリーを適応させるが、光ガイド１０１及び再方向付け層１２１の物質及びタイプは、基本的に同じである。

図３に見られるように、光ガイド１０１のテーパ部１０７及び光入口部１０３は、ここで別々の部品であるが、これは、主に製造及び組立てのためである。光ガイド１０１は、前のように単一の光ガイド部分１０１で形成されてもよい。光ガイド１０１の物質は、前の実施例の光ガイド１０１に対するものと同じでもよい。別々の部品である場合、照明器具装置が組み立てられた状態にあるとき、光入口部１０３の部品及びテーパ部１０７の部品は、好ましくは互いに光学的な接触がある。

ここで光入口部１０３には、コリメータ「カップ」１５１の形の要素又は部品を有する。より詳しくは、各コリメータ１５１は、矩形の横断面及び線形の傾斜を持つ面取りされた漏斗の形状である。各コリメータ１５１は、照明器具のｘｙ平面に垂直に一定の厚みを持ち、テーパ部１０７に向かって照明器具のｘｙ平面において増大する厚みを持つ。漏斗のより広い端部がテーパ部１０９の反射面１１１に向かい合って、ｙ方向において並んだ複数のコリメータ・カップがある。単一のコリメータ・カップ１５１だけが使われない理由は、コリメーションの要件にある。単一のコリメータ・カップ１５１がｙ方向においてあまりに多く拡大すると、光がその方向にあまりに多く広がってしまう。ここで示され述べられたもの以外の別のコリメータ・カップ１５１の形状が、対応する効果を達成するために用いることができることも理解される。

別の実施例において、光入口部は、内側横方向の表面で充分に反射するハウジングの形状でもよい。ここで充分に反射するとは、リフレクタが光の無視できるほどの通過を持つということ、すなわち実質的に光が通過することは許されないということを意味する。充分に反射するリフレクタは、例えば、金属性であり、誘電体多層膜又は白い拡散性プラスチック材料から作られてもよい。ハウジングも、好ましくは成形された漏斗である。

１つの他の実施例において、ＬＥＤのような光源（図示せず）は、各コリメータ・カップ１５１の狭い端面、すなわち光入力面１０５に直接配される。しかしながら、これの不利な点は、コリメータ１５１と同じ数の斯様な光源が必要とされることを含み、上記のように、カップの数は、概して他の要件で決定されることである。また、各コリメータ１５１に直接光を供給している光源は、照明器具装置からの光出力の望ましくない明るいスポットに結果としてなり、単一の故障している光源が、斯様な照明器具から出る光出力の直接的な可視結果を与える。代わりに、図３の実施例において、各コリメータ１５１の光入力面１０５をカバーして、前述の実施例で前に述べた光放射層１１３に対応するそれぞれの光放射層１１３がある。コリメート効果を増大するために、光放射層１１３は、好ましくはコリメータ１５１と光学的な接触がない。

図３をまだ参照して、光を本実施例のそれぞれの光放射層へ導くため、コリメータ１５１の光入力面に沿って延在する矩形の横断面の第２の光ガイド１５７が備えられ、各コリメータ１５１に対する光放射層１１３は、第２の光ガイド１５７と光学的に接触して配されている。したがって、光は、ｘ方向に対して垂直であるｙ方向に第２の光ガイド１５７内部で導かれ、ｘ方向の光は、コリメータ１５１によって導かれる。第２の光ガイド１５７は、他の実施例で矩形以外の他の断面形状を持ってもよい。光は、光入力面１５８を介して第２の光ガイド１５７の一つの端部１６１から、第２の光ガイドに結合される。光入力面１５８の反対側に配されるＬＥＤ１１７が、入力のため光を供給する光源として用いられる。光ガイドの対向端部１６３で、反対方向から光ガイドに光を結合させるための同様の様式の他のＬＥＤ（図示せず）が、好ましくは配される。この示された設計は、出力前に第２の光ガイド１５７に光を混合して分散させる。第２の光ガイド１５７は、示された実施例では、好ましくは鏡を充分に反射する内面１５５を持つ反射ハウジング１５３によって囲まれる。

ハウジング１５３は、光放射層１１３に対する開口部を持ち、第２の光ガイド１５７内部でＴＩＲを促進するために、好ましくは第２の光ガイド１５７と光学的な接触がない。ハウジング１５３の１つの目的は、望ましくない光を出させず、代わりに光を反射して戻し、これによって、最終的に光放射層１１３を介した出力となる光の量を増大する。ハウジング１５３は、光が望ましくなく漏出することを防止し、概して光が光放射層を介してのみ逃げることができるようにする。例えば、光が、非ＴＩＲ角度で第２の光ガイド１５７の（第２の光ガイドのガイド方向に関して横方向の）横方向の表面１５５に入射することが、第２の光ガイド１５７から逃げる光に対して主に必要とされる。これは、例えば、第２の光ガイド１５７の反対の内側横方向の表面１５５の方向に直接方向づけられる光放射層１１３からの後方散乱された光の場合である。

ハウジング１５３、第２の光ガイド１５７、光放射層１１３及びコリメータ１５１は、好ましくは充分に反射する表面を持つ光ブロック基板１７１上に光学的な接触なく配される。コリメータ１５１の平坦な横方向の面上のコリメータ１５１の（基板に対して）上部に、光が望ましくなくコリメータから逃れて、照明器具光出力に寄与することを防止するために、光学的な接触もない光ブロック層１７３、好ましくは充分に反射する反射層が配される。

他の実施例では、完全なハウジング１５３はないが、代わりに光放射層の反対側の第２の光ガイド１５７の外側のような第２の光ガイド１５７からの光の漏出があり得るところに、反射する部分がある。

さらに他の実施例において、反射ハウジング１５３は、第２の光ガイド１５７なしで、光を光放射層１１３へ導くように配される。したがってこの場合、前記光放射層は、第２の光ガイドに取り付けられることなく、開口部をカバーするように配される。

図３Ｃにおいて、光源１１７から放射された光線の跡１４４が示される。見てわかるように、光線は、ＴＩＲ条件を満足する角度で光ガイド１５７に放射され、光放射層１１３に到達した後に、いくつかの光は、後方散乱され、非ＴＩＲ角度で第２の光ガイド１５７の内面１５５に到達し、したがって、光線は、反射ハウジングの内側の充分な反射面１５５に到達する。図に示されていないが、光は、このことにより第２の光ガイドへ向かって反射される。光放射層１１３から後方散乱されなかった光の部分は、コリメータ１５１に入射し、テーパ部１０７の光反射面１１１によって、光出口面１０９に向かって（ｚ方向に）方向づけられ、よって、その後再方向付け層１２１を介して照明器具装置から出力される。

第２の光ガイド１５７への効率的な結合のために、光源は、図３Ａ、３Ｂに示されるような光入力面１５８の反対側に好適に配される。前述から、光放射層１１３を介して光を出力することは、好ましくはＴＩＲによる、第２の光ガイドの反射に基づくことが理解される。第２の光ガイド及び光源は、このように、第２の光ガイド１５７のＴＩＲを好適に促進すべきである。ＴＩＲの基本的な要件は、横方向の表面上の入射光の最小角度がアークサインｎ１／ｎ２であることであり、ここでｎ１は、すなわちｎ２＞ｎ１である屈折率ｎ２を持つ第２の光ガイドと光学的な接触がある、空気のような光学的に高密度でない媒体の屈折率である。

図４Ａは、詳細に第２の光ガイド１５７の端部１６１を示す。光源１１７は、光入力面１５８上の入射光の最大角Θｍａｘとなるように配される。基本的なジオメトリーから、第２の光ガイド１５７に屈折した後の最大角度Θｍａｘが、第２の光ガイド１５７内部の横方向の表面１５９上の入射光の最小角度Θｍｉｎを生じることがわかる。この最小角度Θｍｉｎが横方向の表面のＴＩＲのために必要とされる角度より大きいならば、すべての入力結合された光はＴＩＲによって導かれるだろう。最大角度Θｍａｘが増大するとき最小角度Θｍｉｎが減少し、最大角度Θｍａｘが「最悪で」９０°であり、これは光源１１７が光学的な接触がなく光入力面１５８に非常に近接しているときの状況と概してみなせることが、更に理解される。横方向の表面１５９及び光入力面１５８が同じ光学的により高密度でない、即ち屈折率ｎ１を持つ媒体とインターフェースし、第２の光ガイドが屈折率ｎ２を持つとき、ＴＩＲの要件はｎ２＞ｎ１＊√２となり、すなわち、第２の光ガイド１５７の屈折率は、第２の光ガイド１５７と光学的に接触する媒体の屈折率の少なくとも約１．４１倍でなければならない。空気がその媒体である場合、よって、第２の光ガイド１５７は、光入力面１５８を介して入射するすべての光がＴＩＲによって導かれることを可能にするため、少なくとも約１．４の屈折率ｎ２を持つべきである。最大角度Θｍａｘが９０°未満であるように制御される場合、ＴＩＲの要件はあまり厳しくならないが、斯様な制御は、より高度な光源が使われなければならないことを概して意味する。

光入力面１５８の反対側に光源を持つ課題は、いくらかの光は、途中で反射しないか少しだけ反射して、よって、何れの光放射層１１３の近くにさえなく、第２の光ガイド１５８へのガイド方向に方向づけられるか、又はほとんど方向づけられ、対向端部１６３に到達するということである。対向端部１６３で、光は、例えば他の光源によって、例えば望ましくなく吸収される。光ガイドの厚みが矩形の光ガイドのために増大するとき、この課題はより大きくなる。また、多くの光源が中心に大量の光を放射しているので、説明した課題は特定の光源タイプを光源１１７としては不適当にしてしまう。

図４Ｂ、４Ｃは、上記実施例に示されるように、平坦面に代わるものとして各々が使われる、光ガイド１５７の異なった形状の光入力面１５８の例を示し、これは、光放射層１１３上に入射する機会がないか又はほとんどなく、ガイド方向で一直線に、又はほぼ一直線に光ガイドに導かれる光の課題を軽減する。図４Ｂにおいて、線形傾斜、より詳しくは中心に配された谷を持つｖ形状の端部の形状を持つ凹光入力面１５８が示される。すべての端部から中心に向かう傾斜がある所及び／又はカーブする傾斜を持つような、他の凹形状が使われてもよいことも理解される。凹形状の入力面１５８から結果として、よって、図４Ｂの点線トレースで示されるように、ガイド方向ｙで入射する光は、横方向の表面１５９の方へ屈折するだろう。凹形状の端部は、これがＬＥＤドームの収容を促進するということで更なる有利さを持つ。

図４Ｃは、同様の結果を持つ他のオプション、すなわち、「のこぎりの歯」形状の入力面１５８、ここでは表面１５８に線形傾斜を持つ起伏を持つ形状を示す。ここで、カーブする傾斜等を持つ起伏のような、他の形状が使われてもよいことも理解される。

図４Ｂ、４Ｃのジオメトリーは、第２の光ガイド１５７の異なる厚みに対してより安定であり、例えば、１つの実施例実施態様で、厚さ３ｍｍの第２の光ガイド１５７に対する光抽出が、約２２°の角度α３を持つ線形傾斜を持つ凹端部を持って約５４％であったことが見出された。これは、従来の直線端部の光ガイド１５７に対する約４６％の光抽出と比較可能である。

図５Ａ、５Ｂは、第４の実施例による照明器具装置の側面図及び一番上の断面図をそれぞれ示す。第４の実施例は、光放射層１１３へ光をガイドするために配された部品を除いて、第３の実施例と一致する。ここで、光は、光放射層１１３の間のガイド方向ｙに配された第２の光ガイド部品、すなわちセクション１５７を介してガイドされる。各第２の光ガイドセクション１５７は、ここではガイド方向ｙに垂直な光出口面１６８及び光入力面１５８を持つ。光放射層１１３は、コリメータ１５１に関しては以前のように配されるが、ここでは第２の光ガイド１５７と光学的な接触はない。各光放射層は、第２の光ガイド１５７側に、出力キャビティ１７４に対する閉じる面を形成する。ガイド方向ｙの出力キャビティ１７４に対する閉じる面は、２つの隣接する第２の光ガイドセクション１５７からのそれぞれの光出力面１６８である。前記光放射層の反対側に、充分に反射するリフレクタ１６５、好ましくは反射鏡により形成される閉じる面がある。光ガイドのｘｙ平面に垂直に、すなわちｚ方向に、出力キャビティ１７４は、充分に反射するリフレクタ１７５により閉じられる。

図５Ｂには、光入力キャビティ１６７も示されている。あらかじめ決められた位置の光出力キャビティ１７４の代わりに好ましくは、照明器具に一つ又は多くの光入力キャビティ１６７があってもよい。ガイド方向ｙに光入力キャビティ１６７に対する閉じた面は、２つの隣接する第２の光ガイドセクション１５７からのそれぞれの光入力面１５８である。好ましくは拡散性のリフレクタ１６６は、コリメータ１５１に向かってキャビティ１６７を閉じるように配される。リフレクタ１６６の反対側に閉じた面として、光源１１７Ｂ、好ましくはＬＥＤを有する光源面がある。一つの代わりの実施例において、前記光源面及びリフレクタ１６６は、互いにスイッチされる場所を持ち、他の実施例では、２つの反対側に配された光源面があり、よってリフレクタ１６６がない。前記光源面は、反射面にマウントされたＬＥＤを有してもよい。前記光ガイドの面において、すなわちｚ方向において、入力キャビティ１６７は、好ましくは拡散性のリフレクタ１７５により閉じられる。

キャビティ１７４、１６７は、空気又は第２の光ガイド部１５７より低い屈折率を持つ空気と類似の媒体で好ましくは満たされる。屈折率の差が、上述のように対応する理由のため、好適にも少なくとも約１．４あり、これは、例えばキャビティが空気を有するならば、光ガイド部１５７は前に例として与えられた光ガイド材料の何れかである場合である。第３の実施例と比較して第４の実施例の利点は、光源側から来る光だけでなく、光放射層１１３により後方散乱され、第２の光ガイドセクション１５７に入射する全ての光もまたＴＩＲによりガイドされるということである。光ガイドセクション１５７にはＴＩＲが常に存在するため、セクション１５７の横方向側をシールドするために配されるリフレクタのような手段が必要ではない。しかしながら、斯様な手段、例えば反射ハウジングは、例えば簡易な製造及び／又は組み立てを可能にするため依然用いられてもよい。一つの実施例において、キャビティ１７４の反射する閉じた面１６５は、反射ハウジングの一部である。

図５Ｂでは、例示的な光線トレース１４５、１４６、１４４を示している。トレース１４４は、隣りの出力キャビティ１７４の光放射層１１３に達して照射する光入力キャビティ１６６からの光に対応する。トレース１４５は、光源１１７Ｂからの照射により生じるような、光放射層１１３から放射される光に対応し、当該光は光ガイド１０１の光入口部１０３、ここではコリメータ１５１に向かって放射される。当該光は、屈折され、コリメータ１５１によりテーパ部１０７の反射面１１１へ向けられ、これにより光出口面１０９を通過し、その後光伝送層１２１を介して照明器具からｚ方向に出て行く。他方、トレース１４６は、光放射層１１３により後方散乱され光出力面１５８を介して、すなわち「後方に」第２の光ガイド部１５７に入射する光に対応する。当該光は、セクション１５７において、屈折のために光が他の光放射層１１３に向いて、入射する隣のキャビティ１７４へガイドされる。キャビティ内のリフレクタによる反射が参加しないこの例では、後方散乱された光は、実質的に損失なく、光放射層１３３の照射のために再利用される。

光放射層（蛍光体）を介してのみ光が逃げられる拡散的反射ハウジングにより閉じられ内部に配された光ガイドセクション１５７での一つの例示的実施において、光ガイドセクション１５７が前記ハウジングから除去されたとき、効率は、約５７％から約２８％まで減少した。

光は、図５Ｂに示されるように光源１１７ｂを有する光入力キャビティ１６７を介して第２の光ガイドセクション１７５へ結合でき、また、代替的に又は補足的に、光入力面１５８を照射するために配される光源１１７（図５の実施例では図示せず）により第２の光ガイドセクション１５７に結合でき、第３の実施例と関連して上述された斯様な面１５８と反対側に配される例えば光源１１７により、典型的には閉じた面ではない面１５８を持つ周辺の第２の光ガイドセクション１５７に結合できる。

図６Ａ、図６Ｂは、第５の実施例による照明器具装置の３次元斜視図及び側面断面図をそれぞれ示す。この照明器具の光の出力に対する光学系は、前の実施例のものよりより基本的で簡単であるが、第２の光ガイド１５７及びキャビティ１７４を使用して光を光放射層１１３へガイドする原理は、第４の実施例と同じである。ここで、この照明器具は、積層原理に基づく。基板層１７３上に、典型的には矩形である、スルーホール１７４を持つ光ガイドプレート１５７がある。前記光ガイドプレートに面する基板層１７３の側は、好ましくは充分に反射するリフレクタであり、好ましくは全ての前記スルーホール１７４が当該リフレクタにより一端で閉じられる。光ガイドプレート１５７の他方の側に、前記プレートの全ての前記スルーホールを好ましくはカバーする光伝送層１１３が配される。よって、結果は、スルーホール１７４が閉じられ、第４の実施例と関連して記述された光入力キャビティに対応するキャビティを形成することになる。しかしながら、一つの違いは、ここで各キャビティの全ての横方向側が光ガイド面であり、よって、単一のガイド方向軸ｙだけでなく、代わりに光ガイド１５７における光に対してｘｙガイド面があるということである。光放射層１１３は、前の実施例と関係して記述されたような蛍光体のような同一の材料でもよい。前記光放射層の他方の側、すなわち照明器具の光出力側に向かって、第３及び第４実施例のコリメータカップ１５１と類似した、コリメート光学要素１８１を有する光ガイド層１０１が配される。コリメート光学要素１８１は、面取りされた漏斗形状である。各コリメート要素１８１は、前記漏斗の狭めの端面に対応し光放射層１１３に面する光入力面を持つ光入口部１０３と、前記漏斗の広めの端面に対応し前記照明器具からの光の出力に対してｚ方向に面する光出力面を持つテーパ部１０７とを持つ。

光が光放射層へ及び光放射層からＴＩＲにより対称的にガイドされる、光ガイド層１７４により供給される後方散乱された光の再利用効果のため、照明器具はより効率的になる。

第５の実施例のコリメート要素１８１は、光の出力のため単独でコリメート効果を提供するが、他の実施例では、光出力ビームに更に影響を与えるため、追加の層があってもよい。例えば、前の実施例のように再方向付け層が用いられてもよい。

上述のことから、ここで述べられた光ガイド、すなわち光を光放射層にガイドするための光ガイド、及び光の出力をコリメートするための光ガイドは、特に断らない限り、好ましくは誘電体であることが理解されるべきであり、前記光ガイドは、内部面、典型的には前記光ガイドのエクステリアに対するインターフェース面での反射によりインテリア内の光をガイドするのに適している。

その上、上述のことから、ここでの照明器具及び光ガイドは概して平坦で薄く、ここで提示された解決策に関係する多くの課題は照明器具を薄くスリムなままに保つという願望から生じることは、理解されるべきである。出力方向の光ビームの出力のための薄い照明器具は、出力方向に垂直である面内での最大寸法より少なくとも１０倍小さい出力方向の寸法を保持する照明器具として規定されてもよい。軸に沿って又は面内に光をガイドするための薄い光ガイドは、光をガイドするために光ガイドが配される方向／面に垂直である少なくとも一つの方向に、前記方向／面内の最大の寸法より少なくとも１０倍小さい寸法を持つ光ガイドとして規定されてもよい。

図面及び前述の図解と記述とは、例示的であって限定的ではないと考慮されるべきである。本発明は、開示された実施例に限定されない。

例えば、本発明は、装置が円対称ではなく、代わりに例えば六角対称である実施例において実施されてもよく、これは、装置が斯様な装置の複数のユニットが隣接する要素の間のスペースなしに協働的に並んで位置できるので有利である。更に、本発明は、装置が全く対称的でなく、光放射層が光による励起に応じて光を放射せず、代わりに例えば当該層が電気光学的に活性化するポリマー材料等を有し、例えば電気による励起に応じて放射する実施例で働いても良い。

インヒーレントな互換性がないか又は反対に明確なステートメントがない限り、実施例の間で異なる各特徴は、異なる特徴が欠けている他の実施例に、対応する特徴を入れるか及び／又は補足的に置き換えるために用いられてもよい。

本発明は請求項により規定され、開示された実施例の変形例が、例えば図面、明細書及び請求項を学習することによって、請求項に係る発明を実行する当業者により理解され実行できる。

請求項の「有する」という用語は、他の要素又はステップを排除せず、冠詞「ａ」又は「ａｎ」の使用は複数を除外するものではない。種々異なる従属項における特徴の出現は、それ自体、これらの特徴の組み合わせを除外しない。請求項内の参照符号は、理解を促進するためであり、請求項の範囲を限定すとは考慮されない。

Claims (13)

1. 光入口面を持つ光入口部と、光反射面を持つテーパ部と、光出口面とを持つ光ガイドであって、前記光入口部は前記光入口面から前記光反射面へ光を導き、前記光反射面は前記光入口部からの入射光が前記光出口面に向かって反射されるように第１の方向に対して配される当該光ガイドと、光を拡散的に伝送し、前記光ガイドの前記光入口面の少なくとも一部をカバーする光伝送層であって、励起に応じて光を放射する光放射層である前記光伝送層と、前記光伝送層を直接又は間接的に照射する光源と、前記光源による照射に応じて、前記光伝送層を照射する再伝送素子と、光を前記光伝送層にガイドする第２の光ガイドとを有し、第２の光ガイドは第２の光ガイドの横方向の面の反射を使用して、ガイド方向に沿って、光をその内部にガイドし、前記横方向の面は前記ガイド方向と実質的に平行であり、第２の光ガイドは前記光伝送層への光の出力に対する光出力領域と、光入力のための光入力領域とを持ち、前記光出力領域が前記ガイド方向に前記光入力領域から離れている、光学装置。
2. 前記光放射層は蛍光層である、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記光入口面及び前記光伝送層がスペースを囲む、請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記光伝送層が前記光入口面と光学的に接触する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置。
5. 前記光入口部は、前記光入口面から前記テーパ部に向かって厚さが増大する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学装置。
6. 第２の光ガイドは、光をガイドできる誘電材料であり、前記光入力領域及び前記光出力領域が前記光ガイドのそれぞれ光入力面及び光出力面に対応する、請求項１に記載の光学装置。
7. 前記光入力領域が前記ガイド方向と好ましくは実質的に垂直に交差し、前記光入力面が低めの屈折率の空気のような誘電媒体と光学的に接触し、これにより前記光入力面に入射するように供給された如何なる光もこの媒体を通過し、入射光の入射角より狭い決められた角度内の角度で第２の光ガイドに結合される、請求項６に記載の光学装置。
8. 前記光出力面は前記横方向の面のうちの一つの面の一部分であり、この部分が前記光伝送層と光学的に結合され、前記光伝送層により少なくとも部分的にカバーされる、請求項６又は７に記載の光学装置。
9. 前記光出力面は前記ガイド方向と好ましくは垂直に交差し、前記光出力面が低めの屈折率の空気のような誘電媒体と光学的に接触し、これにより前記光出力面を介して第２の光ガイドを出る光が、この媒体を通過する、請求項６又は７に記載の光学装置。
10. 前記光出力面は、前記光伝送層に対して実質的に垂直である、請求項９に記載の光学装置。
11. 前記光入口部は、前記テーパ部に対向する漏斗の広めの端部と前記光入口面を有する前記漏斗の狭めの端部とを持つ漏斗形状部を有する、請求項９又は１０に記載の光学装置。
12. 前記光伝送層に垂直な全てのキャビティ面が第２の光ガイドの光出力面である、請求項９又は１０に記載の光学装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の光学装置を有する光出力デバイス又は照明器具。

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