JP6181326B2 - 光源および太陽光模倣照明システム - Google Patents
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Description
本開示は、少なくとも部分的に、従来のシステムの1つまたは複数の態様を改善または克服することに向けられる。
拡散光生成器20を通過し、顕著な偏向を経験しない、たとえば、0.1°未満の偏向を経験する光線によって形成された透過(指向性非拡散)成分であり、その光束は、拡散光生成器20に入射する全光束のかなりの部分である、透過成分と;
拡散光生成器20を出て(その光ビーム方向と、0.1°未満の角度だけその光ビーム方向と異なる方向とを除く)光路46に入る散乱光によって形成された前方拡散成分であり、その光束は、拡散光生成器20に入射する全光束から生成される青い天窓分に対応する、前方拡散成分と;
拡散光生成器20を出て箱16に入る散乱光によって形成された後方拡散成分であり、その光束は、一般的には、青い天窓分の範囲内であり、好ましくは青い天窓分未満の範囲内である、後方拡散成分と;
反射光によって形成され、ミラー角度の方向に沿って箱16内に伝播する反射成分であり、反射成分の光束は、たとえば、拡散光生成器20上への光ビームの入射角に依存する、反射成分と、
である。
青い天窓分が、5〜50%の範囲内であり、たとえば7%〜40%の範囲内、または10%〜30%の範囲内、または15%〜20%の範囲内であり;
前方拡散成分の平均CCTが、透過成分の平均相関色温度CCTよりも著しく高く、たとえば、1.2倍、または1.3倍、または1.5倍、またはそれ以上であり;、
拡散光生成器20が、入射光を著しくは吸収せず、すなわち、4つの成分の合計が、少なくとも、80%、または90%、または95%、または97%、またはそれ以上に等しく;
拡散光生成器20が、大部分を前方に散乱し、すなわち、後方に散乱されるよりも1.1倍、または1.3倍、または1.5倍、または2倍、を前方に散乱し;
拡散光生成器20が、低い反射率を有し、すなわち、入射光の9%、または6%、または3%未満、または2%の部分が反射される、
ようなものである。
Claims (37)
- 連続的に発光する出力開口を提供するように、光を受け、コリメートするための光学システム(2A)であって、
各パラボラ状境界面(220、230)が入口開口部(212)と出口開口部(214)とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面(220、230)を備えるコリメート手段(200)であって、少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)が、前記入口開口部(212)を介して入射する光を、前記出口開口部(214)を介して反射するとともに、前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)が、前記光の角度広がりを、前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた受光角(θ CPC )に制限するように構成されたコリメート手段(200)と、
前記コリメート手段(200)から出てくる前記光を均質化するための均質化手段(300)であって、第1のレンズおよび第2のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第1のレンズによって集められた前記出口開口部(214)からの光が、対応する前記第2のレンズを照明するように構成された均質化手段(300)と、
を備え、
前記レンズアレイが、tan(β FEC )=a/2fによって定義される受光角(β FEC )に関連付けられ、aは前記第1のレンズの全開口であり、fは前記第1のレンズの焦点距離であり、
前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた前記受光角(β FEC )に対する前記レンズアレイに関連付けられた前記受光角(θ CPC )の関係が、0.85β FEC ≦θ CPC ≦1.15β FEC によって与えられる、
光学システム(2A)。 - 前記コリメート手段(200)の出口側が、出口開口部(214)間にある暗い領域(260)を備え、前記第1のレンズが、前記暗い領域(260)の横方向の延長pと、前記コリメート手段(200)の受光角(θ CPC )とに依存する距離(d CPC−FEC )だけ前記出口開口部(214)に対して変位した、
請求項1記載の光学システム(2A)。 - 最小距離d CPC−FEC,min が、横方向の延長pを有する暗い領域(260)に対向する前記第1のレンズの照明も提供するp/(2tan(θ CPC ))であり、最小距離が方向によって異なる場合、大きい方の最小距離が最小距離として選択され、かつ、
前記距離(d CPC−FEC )の最小値が、前記最小距離d CPC−FEC,min の3〜5倍であり、
前記距離(d CPC−FEC )の最大値が、前記最小距離d CPC−FEC,min の20〜5倍(15〜10倍など)である、
請求項2記載の光学システム(2A)。 - 前記距離(d CPC−FEC )が、前記暗い領域(260)に対向する前記第1のレンズがそれぞれのCPCのニアフィールド内に本質的にあるように選択され、かつ、前記ニアフィールドビームの断面が、ビーム直径の10%よりも広がらない、
請求項2または3に記載の光学システム(2A)。 - 連続的に発光する出力開口を提供するように、光を受け、コリメートするための光学システム(2A)であって、
各パラボラ状境界面(220、230)が入口開口部(212)と出口開口部(214)とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面(220、230)を備えるコリメート手段(200)であって、少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)が、前記入口開口部(212)を介して入射する光を、前記出口開口部(214)を介して反射し、この反射光の最小の発散によって最小の発散の方向が定義されるとともに、前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)が、前記光の角度広がりを、前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた受光角(θ CPC )に制限するように構成されたコリメート手段(200)と、
前記コリメート手段(200)から出てくる前記光を均質化するための均質化手段(300)であって、第1のレンズおよび第2のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第1のレンズによって集められた前記出口開口部(214)からの光が、対応する前記第2のレンズを照明するように構成された均質化手段(300)と、
を備え、
前記コリメート手段(200)の出口側が、出口開口部(214)間に前記最小の発散の方向に延長pを有する暗い領域(260)を有し、
前記暗い領域(260)の横方向の延長pと前記コリメート手段(200)の受光角(θ CPC )とに依存する距離(d CPC−FEC )であって、その最小距離D min が、前記暗い領域(260)に対向する前記第1のレンズの照明を提供するp/(2tan(θ CPC ))である距離だけ、前記第1のレンズが前記出口開口部(214)に対して変位した、
光学システム(2A)。 - 前記距離(d CPC−FEC )が、最小値が前記最小距離d CPC−FEC,min の3〜5倍であり、最大値が前記最小距離d CPC−FEC,min の20〜5倍(15〜10倍など)である、
請求項5記載の光学システム(2A)。 - 前記レンズアレイが、tan(β FEC )=a/2fによって定義される受光角(β FEC )に関連付けられ、aは前記レンズの全開口であり、fは前記レンズの焦点距離であり、
前記受光角(β FEC )に対する前記受光角(θ CPC )の関係が、0.85β FEC ≦θ CPC ≦1.15β FEC によって与えられる、
請求項5または6に記載の光学システム(2A)。 - 前記レンズアレイの前記第1および第2のレンズの寸法および集光特性が、前記第1のレンズによって集められた前記光が前記第2のレンズの下流側の全表面にわたって本質的に分布されるように前記受光角(θ CPC )に適合され、
前記第1のレンズおよび前記第2のレンズが、焦点距離fが同じであってもよいとともに、前記焦点距離fに等しい距離e:e=fnに配置された、
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記レンズアレイの前記受光角(β FEC )に対する前記パラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた前記受光角(θ CPC )の関係が、0.90β FEC ≦θ CPC ≦1.10β FEC 、またはβ FEC =θ CPC によって与えられる、
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記パラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた前記受光角(θ CPC )が、前記低発散方向について3.5°〜10°の範囲内であり、前記高発散方向について7.5°〜25°の範囲内である、
請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記コリメート手段(200)が、互いに対向するパラボラ状境界面(220、230)をそれぞれの集光器が2対備える、複数の矩形の複合パラボラ状集光器(210)を備え、前記複数の矩形複合パラボラ状集光器(210)の前記出口開口部(214)が、ファーフィールドにおいて矩形ビームに変換されるビームであってニアフィールドにおけるほぼ円形または楕円形ビームを、組合せにおいて発光するように配置され、
前記レンズの前記矩形形状の寸法は、
隣接する矩形複合パラボラ状集光器(210)どうしで、レンズと前記矩形複合パラボラ状集光器(210)との間の相対位置にずれが存在するように選択されてもよい、
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記矩形複合パラボラ状集光器(210)が、低発散方向と、それに直交する高発散方向とを提供し、前記レンズアレイの前記レンズの寸法および集光特性が、前記両方の方向において、前記レンズアレイの前記受光角(β FEC )に対する前記パラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた前記受光角(θ CPC )の関係が、0.90β FEC ≦θ CPC ≦1.10β FEC 、もしくはβ FEC =θ CPC など、0.85β FEC ≦θ CPC ≦1.15β FEC によって与えられるように、矩形形状に適宜に適合され、
前記CPC受光角および前記FEC受光角のマッチングが、前記第2のレンズアレイの表面の少なくとも70%、少なくとも90%、少なくとも85%、少なくとも95%、または100%が照明されるように選択された、
請求項11記載の光学システム(2A)。 - 前記コリメート手段(200)の断面の中央部分内に、矩形複合パラボラ状集光器(210)が、矩形複合パラボラ状集光器(210)と同じ数のラインに配列されることによって、長辺および短辺を有する矩形形状が画定され、
各長辺に隣接して、等脚台形状部分が配置され、前記等脚台形状部分は、各ラインの矩形複合パラボラ状集光器(210)の数が1つ減少することにより各ラインに階段を備えるとともに、外側のラインが、前記中央部分の前記短辺とほぼ同じ長さに伸びる長さを有する、
請求項11または12に記載の光学システム(2A)。 - 前記矩形複合パラボラ状集光器(210)のラインが、中心対称軸に対して前記中央部分の長辺方向に対象に延び、
前記矩形複合パラボラ状集光器(210)が、前記等脚台形状部分内の1つのラインから次のラインへ、前記矩形複合パラボラ状集光器(210)の長さの約半分だけシフトされた、
請求項11ないし13のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記距離(d CPC−FEC )が、前記暗い領域(260)に対向する前記第1のレンズがそれぞれのCPCのニアフィールド内に本質的にあるように選択され、前記ニアフィールドビームの断面が、ビーム直径の10%よりも広がらない、
請求項2ないし14のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記暗い領域が、中空複合パラボラ状集光器(210)の壁によって、もしくは、隣接する矩形複合パラボラ状集光器(210)間の隙間によって作成された、
請求項2ないし15のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 矩形複合パラボラ状集光器(210)の角を遮ることによって前記出口開口の形状を円形もしくは楕円形に近似するように形成されたマスクをさらに備え、
前記マスクが、全体的な円形もしくは楕円形出口開口の周囲に配置された前記レンズアレイの部分から来る光を遮るのに適していてもよい、
請求項1ないし16のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)、前記入口開口部(212)、および前記出口開口部(214)が、中空複合パラボラ状集光器(210)または全内部反射複合パラボラ状集光器の一部であり、
前記出口開口部(214)から出てくる光が、レンズなどの別の光学要素とさらに相互作用することなく、直接前記レンズアレイ上に落ちてもよい、
請求項1ないし17のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 前記コリメート手段(200)が、複数の複合パラボラ状集光器(210)の配置にあわせて調整された、前記複数の複合パラボラ状集光器(210)を整列させるための少なくとも1つの取付けプレート、たとえば、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートをさらに備え、および/または、
前記コリメート手段(200)が、前記複数の複合パラボラ状集光器(210)の各々のための取付け開口部を有する入口取付けプレートと、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートと、前記入口取付けプレートおよび前記出口取付けプレートをそれぞれの距離および相対向きで取り付けるための少なくとも1つの距離保持手段と、をさらに有し、
前記入口取付けプレートは、取り付けられた状態で入口側がそれぞれの取付け開口部に達する寸法を有し、前記出口取付けプレートは、前記複数の複合パラボラ状集光器(210)の配置にあわせて調整された、
請求項1ないし18のいずれか1項に記載の光学システム(2A)。 - 発光パターンを有する発光手段(100)と、
請求項1ないし19のいずれか1項に記載の光学システム(2A)と、
を備え、
前記発光パターンが、前記光学システム(2A)の前記入口開口部に重なる、
光源(2)。 - 前記発光手段(100)が前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた発光領域(112)をさらに備え、前記発光領域(112)が、前記コリメート手段(200)に関連付けられた対称軸(240)の方向に前記入口開口部(212)から距離(d LED )の位置に配置された、
請求項20に記載の光源(2)。 - 前記発光手段(100)が、LEDストリップを形成するように並んで配置され、LED発光領域間の暗い領域によって中断される矩形発光領域を形成する複数のLED配置を備え、LEDストリップが、矩形複合パラボラ状集光器(210)に関連付けられ、
前記光源(2)が、複数の発光デバイス(110)および複数の複合パラボラ状集光器(210)によって形成されてもよく、各反射複合パラボラ状集光器(210)が、入口開口部(212)と出口開口部(214)とを有してもよく、前記入口開口部(212)の面積が、出口開口部(214)の面積よりも小さくかつ矩形として成形されてもよく、各発光デバイス(110)が、それぞれの複合パラボラ状集光器(210)の前記入口開口部(212)に光学的に結合されてもよい、
請求項20または21に記載の光源(2)。 - 主光ビーム方向(4)に沿って第1の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビーム(3)を提供するための請求項20ないし22のいずれか1項に記載の光源(2)と、
前記第1の相関色温度よりも高い第2の相関色温度で拡散光を生成するための照明システム出口窓または拡散光生成器(20)などの窓状ユニット(6)と、
を備え、
前記窓状ユニットが、前記光ビーム(3)のファーフィールド内に位置し、前記窓状ユニットのサイズが、前記光ビーム(3)のファーフィールドのサイズに適合された、
照明システム(1)。 - 前記窓状ユニット(6)上に前記光ビーム(3)を向ける折り返し光学素子を有する伝播システム(500)をさらに備え、
前記折り返し光学素子が、前記レンズアレイから少なくとも0.4mまたは少なくとも1mの最小距離に配置された、
請求項23に記載の照明システム(1)。 - 前記拡散光生成器(20)が、可視範囲の光を実質的に透過させるとともに、前記光ビームの長波長成分よりも短波長成分をより効率的に散乱させるように構成され、
前記拡散光生成器(20)が、第2の材料の第1の粒子が分散された第1の材料のマトリクスを備えてもよく、前記第1および第2の材料が、それぞれ、第1および第2の屈折率を有し、前記第1の粒子が、直径と前記第1の屈折率との積が5nm〜350nmの範囲内になるような直径を有する、
請求項23または24に記載の照明システム。 - 前記光源(2)は、
5°〜50°の範囲内の発散角を有する光源であって、10°などの5°〜15°の1つの方向における発散角と、30°などの20°〜40°の前記1つの方向に対して直交方向における発散角とを有してもよい、
請求項23記載の照明システム。 - 前記光源(2)、および前記拡散光生成器(20)を横切る前記粒子分布の密度が、前記密度と前記照明システム(1)の動作中に前記光源(2)によって提供される照度との積が、前記拡散光生成器(20)上で実質的に一定であるように選択され、
前記拡散光生成器(20)が、前記光ビーム(3)の発散と、任意の折り返し光学素子とに適合されたパネル形状を有してもよい、
請求項23ないし26のいずれか1項に記載の照明システム。 - 前記窓状ユニット(6)が、有機LED層または側面照明構成などの第2の光源から散乱される光を受ける、
請求項23ないし27のいずれか1項に記載の照明システム。 - 連続的に発光する出力開口を提供するための照明システム(1)であって、
主光ビーム方向(4)に沿って第1の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビーム(3)を提供するための光源(2)を備え、
前記光源(2)は、
平面状LEDのランバーシアン発光パターンまたは準ランバーシアン発光パターンを有する発光手段(100)と、
光を受け、コリメートするための光学システム(2A)と、
を有し、
前記光学システム(2A)は、
入口開口部(212)と出口開口部(214)とを画定する少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)を備えるコリメート手段(200)であって、前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)が、前記入口開口部(212)を介して入射する光を、前記出口開口部(214)を介して反射するとともに、前記光の角度広がりを、前記少なくとも1つのパラボラ状境界面(220、230)に関連付けられた受光角(θ CPC )に制限するように構成されたコリメート手段(200)と、
前記コリメート手段(200)から出てくる前記光を均質化するための均質化手段(300)であって、第1のレンズおよび第2のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第1のレンズによって集められた前記出口開口部(214)からの光が、連続的に発光する出力開口を提供するように、対応する前記第2のレンズを照明するように構成された均質化手段(300)と、
を有し、
前記発光パターンは、前記光学システム(2A)の前記入口開口部に重なり、
さらに、
前記第1の相関色温度よりも高い第2の相関色温度で拡散光を生成するための拡散光生成器(20)として構成された窓状ユニット(6)、
を備え、
前記窓状ユニットが、前記光ビーム(3)のファーフィールド内に位置し、前記窓状要素のサイズが、前記光ビーム(3)のファーフィールドのサイズに適合され、
前記拡散光生成器(20)が、可視範囲の光を実質的に透過させるとともに、前記光ビームの長波長成分よりも短波長成分をより効率的に散乱させるように構成された、
照明システム(1)。 - 前記レンズアレイの前記第1および第2のレンズの寸法および/もしくは集光特性が、前記第1のレンズによって集められた前記光が前記第2のレンズの下流側の全表面にわたって本質的に分布されるように前記受光角(θ CPC )に適合された、
請求項29記載の照明システム(1)。 - 前記レンズアレイが、tan(β FEC )=a/2fによって定義される受光角(β FEC )に関連付けられ、aは前記レンズの全開口であり、fは前記レンズの焦点距離であり、
前記受光角(β FEC )に対する前記受光角(θ CPC )の関係が、0.85β FEC ≦θ CPC ≦1.15β FEC によって与えられる、
請求項29または30に記載の照明システム(1)。 - 前記コリメート手段(200)が、互いに対向するパラボラ状境界面(220、230)をそれぞれの集光器が2対備える複数の矩形複合パラボラ状集光器(210)を備え、前記複数の矩形複合パラボラ状集光器(210)の前記出口開口部(214)が、ファーフィールドにおいて矩形ビームに変換されるビームであってニアフィールドにおけるほぼ円形または楕円形ビームを、組合せにおいて発光するように配置された、
請求項29ないし31のいずれか1項に記載の照明システム(1)。 - 前記コリメート手段(200)の断面の中央部分内に、矩形複合パラボラ状集光器(210)が、矩形複合パラボラ状集光器(210)と同じ数のラインに配列されることによって、長辺および短辺を有する矩形形状が画定され、
各長辺に隣接して、等脚台形状部分が配置され、前記等脚台形状部分は、各ラインの矩形複合パラボラ状集光器(210)の数が1つ減少することにより各ラインに階段を備えるとともに、外側のラインが、前記中央部分の前記短辺とほぼ同じ長さに伸びる長さを有する、
請求項29ないし32のいずれか1項に記載の照明システム(1)。 - 前記コリメート手段(200)の出口側が、出口開口部(214)間にある暗い領域(260)を備え、前記第1のレンズが、前記暗い領域(260)の横方向の延長pと、前記コリメート手段(200)の受光角(θ CPC )とに依存する距離(d CPC−FEC )だけ前記出口開口部(214)に対して変位しており、
最小距離d CPC−FEC,min が、横方向の延長pを有する暗い領域(260)に対向する前記第1のレンズの照明も提供するp/(2tan(θ CPC ))であり、最小距離が方向によって異なる場合、大きい方の最小距離が最小距離として選択され、
前記距離(d CPC−FEC )の最小値が、前記最小距離d CPC−FEC,min の3〜5倍であり、
前記距離(d CPC−FEC )の最大値が、前記最小距離d CPC−FEC,min の20〜5倍(15〜10倍など)である、
請求項29ないし33のいずれか1項に記載の照明システム(1)。 - 前記コリメート手段(200)が、複数の複合パラボラ状集光器(210)の配置にあわせて調整された、前記複数の複合パラボラ状集光器(210)を整列させるための少なくとも1つの取付けプレート、たとえば、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートをさらに備え、および/または、
前記コリメート手段(200)が、前記複数の複合パラボラ状集光器(210)の各々のための取付け開口部を有する入口取付けプレートと、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートと、前記入口取付けプレートおよび前記出口取付けプレートをそれぞれの距離および相対向きで取り付けるための少なくとも1つの距離保持手段と、をさらに有し、
前記入口取付けプレートは、取り付けられた状態で入口側がそれぞれの取付け開口部に達する寸法を有し、前記出口取付けプレートは、前記複数の複合パラボラ状集光器(210)の配置にあわせて調整された、
請求項29ないし34のいずれか1項に記載の照明システム(1)。 - 前記窓状ユニット(6)上に前記光ビーム(3)を向ける折り返し光学素子を有する伝播システム(500)をさらに備え、
前記折り返し光学素子が、前記レンズアレイから少なくとも0.4mもしくは少なくとも1mの最小距離に配置された、
請求項29ないし35のいずれか1項に記載の照明システム(1)。 - 前記拡散光生成器(20)が、第2の材料の第1の粒子が分散された第1の材料のマトリクスを備え、前記第1および第2の材料が、それぞれ、第1および第2の屈折率を有し、前記第1の粒子が、直径と前記第1の屈折率との積が5nm〜350nmの範囲内になるような直径を有する、
請求項29ないし36のいずれか1項に記載の照明システム。
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