JP6517154B2 - 光導波体およびこれを用いた照明器具 - Google Patents
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Description
本願は、2013年1月30日に出願された米国仮特許出願第61/758,660号の題名「Optical Waveguide」(Cree整理番号第P1961US0号)の利益を主張し、2013年12月30日に出願された米国仮特許出願第61/922,017号の題名「Optical Waveguide Bodies and Luminaires Utilizing Same」(Cree整理番号第P2143US0号)の利益をさらに主張する。本願は、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/842,521号の題名「Optical Waveguides」(Cree整理番号第P1946US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/839,949号の題名「Optical Waveguide and Lamp Including Same」(Cree整理番号第P1961US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/841,074号の題名「Optical Waveguide Body」(Cree整理番号第P1968US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年3月15日に出願された米国特許出願第13/840,563号の題名「Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same」(Cree整理番号第P2025US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年7月10日に出願された米国特許出願第13/938,877号の題名「Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same」(Cree整理番号第P2025US2号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,086号の題名「Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same」(Cree整理番号第P2126US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,132号の「Waveguide Bodies Including Redirection Features and Methods of Producing Same」(Cree整理番号第P2130US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,147号の題名「Luminaires Using Waveguide Bodies and Optical Elements」(Cree整理番号第P2131US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,099号の題名「Optical Waveguide Assembly and Light Engine Including Same」(Cree整理番号第P2129US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,129号の題名「Simplified Low Profile Module With Light Guide For Pendant, Surface Mount, Wall Mount and Stand Alone Luminaires」(Cree整理番号第P2141US1号)の一部継続出願をさらに含み、2013年12月9日に出願された米国特許出願第14/101,051号の題名「Optical Waveguide and Lamp Including Same」(Cree整理番号第P2151US1号)の一部継続出願をさらに含み、これらすべてを本願の譲受人が所有しており、その開示内容を本明細書に援用する。
抽出要素が導波路から光を除去するため、光は最初に、当該要素を含む形体と接触する必要がある。導波路の表面を適当に成形することによって、抽出形体(複数可)を横切る光の伝搬を制御可能である。具体的には、抽出形体の間隔、形状、および他の特性(複数可)を選択することによって、導波路の外観、その結果としての分布、および効率に影響が及ぶ。
Hulseの米国特許第5,812,714号は、光の伝搬方向を第1の方向から第2の方向に変更するように構成された導波路屈曲要素を開示している。導波路屈曲要素は、光源から発せられた光を収集して、当該導波路屈曲要素の入力面へと光を指向させる収集要素を含む。屈曲要素に入射した光は、外表面に沿って内部反射され、出力面で当該要素から抜け出る。外表面は、屈曲要素に入射した光が出力面に到達するまでにその大部分が内部反射されるように配向した傾斜角度表面または湾曲表面を備える。
Shipmanの米国特許第3,532,871号は、発光時に突起の研磨面上へと指向される光を発する2つの光源を有する組み合わせ伝搬光反射器を開示している。光は、円錐状の反射器上に反射される。また、光は、横方向に本体内部へと反射され、光を本体外へと指向させるプリズムに衝突する。
Simonの米国特許第5,897,201号は、内部の半径方向コリメート光から分布される建築照明の様々な実施形態を開示している。疑似点光源が半径方向外方にコリメートされた光を発し、分布光学素子の出射手段がコリメート光を光学素子外へと指向させる。
近年、導波路要素の縁部へと指向された一連のLED構成要素(「縁部照明」手法)を利用した薄型のLEDベース照明器具(たとえば、General ElectricのETシリーズパネル反射板)が開発されている。ただし、このような照明器具は通常、LED構成要素等の略完全拡散発光源から発せられた光の導波面狭縁部への結合につきものの損失のために効率が低い。
導波体は、それぞれ第1および第2の方向に沿って中央部分から離れるように延伸した第1および第2の別個の側方部分をさらに含む。光抽出形体は、側方部分の上または中に配設されていてもよい。
また、少なくとも1つのLED近接した第1の入力表面を有し、前記入力表面が少なくとも1つのLEDからの光を受信するように構成された、導波体用の結合光学素子を開示する。第1の入力表面からは、第1の制御表面が変位しており、第1の制御表面に近接して抽出部が配置され、第1の入力表面がLEDからの光を第1の制御表面側に案内し、第1の制御表面が光を抽出部へと反射させる。
導波体をテーパ状にすると、光が導波体の長さに沿って内部反射する一方、入射角が大きくなる。最終的に、この光は、出射するのに十分鋭い角度で一方面に衝突する。その反対の例すなわち長さ方向に徐々に厚くなる導波体によれば、光は、導波体表面との相互作用がほとんどない状態で長さに沿ってコリメートされる。これらの反応を用いることによって、導波路内で光を抽出および制御することができる。専用の抽出形体と組み合わせてテーパ状にすると、形体アレイの全体で入射角度分布を変更可能になる。これにより、光の抽出量および抽出方向が制御される。このように、湾曲、テーパ状表面、および抽出形体の選択組み合わせによって、所望の照明および外観を実現可能である。
一態様によれば、導波路は、少なくとも1つから無限数のビームまたは光線グループまで光を指向させ、各グループの光線は、互いにある角度範囲内で導波路を伝搬する。各範囲は、導波路材料のTIR限界内で狭くてもよいし、広くてもよい。
任意の実施形態において、この範囲は、光線グループの各光線が十分にコリメートしていると考え得るほどに狭くてもよいし、それに近い状態であってもよいし、光線グループの各光線がコリメートしていないと考え得るほどに広くてもよいし、それに近い状態であってもよい。このように光線の角度を制御することによって、光の制御を増強し、導波路のサイズおよび重量を低減し、照明器具のコストを低減することができる。
さらに別の実施形態においては、図5Bに示すように、第1の厚さT1が第2の厚さT2と等しい平坦な導波体12が用いられる。
一実施形態において、LED26から発生された光は、約4:1以下の照度最大/最小比で天井から反射される。この光は、約1:1〜約3:1の照度最大/最小比で天井から反射されるのがより好ましい。この光は、約2:1以下の照度最大/最小比で反射されるのが最も好ましい。
これら別の実施形態は、図1〜図3に関連して記載した様態で光を分布させ、異なる導波体形状を収容するのに必要または望ましいと考えられる適当な改良を行うことにより、たとえば本明細書に開示するような任意の照明器具に使用するようにしてもよい。たとえば、本明細書に開示の導波体のうちのいずれかを照明器具60に使用してもよい。
また、開示の図1、図2、および図2Aは、中央部分18と、それぞれ第1および第2の方向に沿って中央部分18から離れるように延伸した第1および第2の別個の側方部分20、22とを有する導波体12である。中央部分18は、当該中央部分18に配置された結合部24を含む。
図3に示すように、結合部24は、空洞29を規定する凹状の第1の表面44と、凹状の第1の表面44の反対側に配設された湾曲V字状の第2の表面46とを有する。凹状の表面44は、光の色がより十分に混ざり合うように、テクスチャ加工されていてもよい。一実施形態において、V字状の第2の表面46は、滑らかで被膜されていない。さらに別の実施形態において、V字状の第2の表面46は、テクスチャ加工された表面であってもよく、より具体的な一実施形態においては、図6に示すように、鏡面材料48の任意選択層がV字状の第2の表面46上に配設されていてもよい。
図30および図30Aに示す実施形態において、本明細書に開示の導波路12は、以下の表に記載の寸法を有していてもよい。なお、以下の表の寸法は、ほんの一例に過ぎず、限定的なものではない。
いくつかの実施形態においては、光線の少なくとも一部がコリメートされるように光線を制御したい場合がある一方、同じ実施形態または他の実施形態においては、他の光線またはすべての光線を制御することによって、光がコリメートされないようにその角度分散を大きくしたい場合もある。また、いくつかの実施形態においては狭い範囲にコリメートしたい場合がある一方、他の事例では、その逆を行いたい場合がある。
Claims (20)
- 第1の端部から第2の端部までの長さを含む導波体と、
前記導波体の長さ全体に沿って延伸し、第1の厚さを含む中央部分と、
前記導波体の長さに沿って前記中央部分から離れるように延伸し、第1および第2の側方部分であって、前記第1の側方部分は第2の厚さを含み、前記第2の側方部分は第3の厚さを含み、前記第2の厚さは前記第1の厚さよりも小さく、前記第3の厚さは前記第1の厚さよりも小さい、第1および第2の対向側方部分と、
前記中央部分に配置された結合部であって、前記結合部は、前記導波体の長さに沿って延伸した細長い結合空隙を少なくとも部分的に規定した第1および第2の結合表面を含み、前記結合部はさらに第1および第2の対の対向制御表面を含み、前記第1および第2の結合表面は、前記第1および第2の対の対向制御表面上に光を導くように構成され、前記第1および第2の対の対向制御表面は、第1および第2の対の対向制御表面に対応する前記第1および第2の対向側方部分の少なくとも一方に光を導くように構成された、結合部とを含み、
前記第1の対の対向制御表面の第1の制御表面は、前記第2の対の対向制御表面の第2の制御表面に隣接し、
前記第1および第2の結合表面の1つまたは複数の部分は窪んでおり、
前記少なくとも一方の側方部分は、光が前記少なくとも一方の側方部分を介して伝搬しているときに、前記少なくとも一方の側方部分の対向する側から光を抽出するための抽出形体を含み、
前記第1の側方部分および前記第2の側方部分は、それぞれ下面および上面を含み、前記第1の側方部分の前記上面および前記下面と、前記第2の側方部分の前記上面および前記下面とは、それぞれ前記導波体の縦軸から傾斜している、導波体。 - 前記第1および第2の対向側方部分の各々は、該第1および第2の対向側方部分の各々の対向する側から光を抽出するための前記抽出形体を含む、請求項1に記載の導波体。
- 前記抽出形体の各々は、前記第1および第2の対向側方部分のうち関連する一方から外方に突出した、請求項2に記載の導波体。
- 前記第1および第2の制御表面は前記結合空隙の向かい側に位置したV字状の表面を規定した、請求項2に記載の導波体。
- 前記V字状の表面は、反射性材料で被覆された、請求項4に記載の導波体。
- 前記導波体は、第1の表面と、該第1の表面との向かい側に第2の表面とを含み、前記第1の表面および第2の表面のうち少なくとも一方は、テクスチャ加工された、請求項1に記載の導波体。
- 前記第1および第2の制御表面の各々は、光の一部を、前記第1および第2の対向側方部分のうち一方に入射する少なくとも1つの実質的に平行な光線グループの方向に、平行になるように構成された、請求項1に記載の導波体。
- 前記第1および第2の対向側方部分は軸非対称であり、前記第1および第2の制御表面は、光を前記第1および第2の対向側方部分に導くように構成された、請求項1に記載の導波体。
- 前記抽出形体は、光が前記第1および第2の対向側方部分を介して伝搬しているときに、前記第1および第2の対向側方部分の対向する側から光を抽出するために、前記第1および第2の制御表面から間隔をおいて配置された、請求項1に記載の導波体。
- 前記中央部分の前記第1の厚さは、前記中央部分の縦軸に沿って延伸した、請求項1に記載の導波体。
- 前記第1の側方部分は、第1の軸に対して非垂直な第1の側方部分の角度で配設された第1の下面をさらに含み、
前記第2の側方部分は、第1の軸に対して非垂直な第2の側方部分の角度で配設された第2の下面をさらに含み、
前記第1の軸は、前記中央部分の縦軸に垂直な平面中に位置し、
前記第1の軸は、さらに前記結合部を二等分する、請求項1に記載の導波体。 - 前記第1の側方部分は、第1の下面をさらに含み、
前記第2の側方部分は、第2の下面をさらに含み、
前記第1および第2の下面は、第1の軸に対して異なる側方部分の角度で配設され、
前記第1の軸は、前記中央部分の縦軸に垂直な平面中に位置し、
前記第1の軸はさらに前記結合部を二等分する、請求項1に記載の導波体。 - 前記第1および第2の制御表面の少なくとも一方は、実質的に平行な光線グループとして前記第1および第2の側方部分のうち一方に光を導くように構成された、請求項12に記載の導波体。
- 前記第1および第2の制御表面の各々は、前記第1および第2の対向側方部分のうち一方に光を導くように構成され、
前記第1および第2の対向側方部分の各々は、光が前記第1および第2の対向側方部分を介して伝搬しているときに、前記第1および第2の対向側方部分の対向する側から光を抽出するための抽出形体を含む、請求項1に記載の導波体。 - 前記結合部の一部は窪んでおり、前記第1および第2の制御表面は前記結合空隙の向かい側に位置したV字状の表面を規定した、請求項1に記載の導波体。
- 前記第1および第2の制御表面の少なくとも一方は、実質的に平行な光線グループとして前記第1および第2の対向側方部分のうち一方に光を導くように構成された、請求項1に記載の導波体。
- 前記第1の側方部分は、第1の下面をさらに含み、
前記第2の側方部分は、第2の下面をさらに含み、
前記第1および第2の下面は、第1の軸に対して等しい側方部分の角度で配設され、
前記第1の軸は、前記中央部分の縦軸に垂直な平面中に位置し、
前記第1の軸はさらに前記結合部を二等分する、請求項1に記載の導波体。 - 前記第1の側方部分は、第1の下面をさらに含み、
前記第2の側方部分は、第2の下面をさらに含み、
前記第1の下面は、第1の軸に対して第1の側方部分の角度で配設され、
前記第2の下面は、第1の軸に対して第2の側方部分の角度で配設され、
前記第1の軸は、前記中央部分の縦軸に垂直な平面中に位置し、
前記第1の軸はさらに前記結合部を二等分し、前記第1および第2の側方部分の角度はともに約90度よりも小さい、請求項1に記載の導波体。 - 前記第1の側方部分は、第1の下面をさらに含み、
前記第2の側方部分は、第2の下面をさらに含み、
前記第1の下面は、第1の軸に対して第1の側方部分の角度で配設され、
前記第2の下面は、第1の軸に対して第2の側方部分の角度で配設され、
前記第1の軸は、前記中央部分の縦軸に垂直な平面中に位置し、
前記第1の軸はさらに前記結合部を二等分し、前記第1および第2の側方部分の角度はともに約70度よりも大きい、請求項1に記載の導波体。 - 前記第1の側方部分は、第1の下面をさらに含み、
前記第2の側方部分は、第2の下面をさらに含み、
前記第1の下面は、第1の軸に対して第1の側方部分の角度で配設され、
前記第2の下面は、第1の軸に対して第2の側方部分の角度で配設され、
前記第1の軸は、前記中央部分の縦軸に垂直な平面中に位置し、
前記第1の軸はさらに前記結合部を二等分し、前記第1および第2の側方部分の角度の少なくとも一方は、約45度よりも大きい、約135度よりも小さい、および、約45度から約135度の間のうちいずれか1つである、請求項1に記載の導波体。
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