JP6709345B1 - 照明器具 - Google Patents

Abstract

照明器具は、中央光出力窓の周りに光源キャリアを有し、光源は、第1の、少なくとも部分的に上向きの方向を向いている。上部リフレクタカバーは、光を、中央窓開口を通る、ある範囲の光出力方向に、少なくとも部分的に下向きに反射する。レンズ構造が、光源のセットの上方に形成され、光拡散出力領域と、光源と光拡散出力領域との間に延在する反射側壁とを有する。このデザインは、照明器具を非常にスリムにすることを可能にする。このデザインは、光拡散出力窓の必要性を回避することもできる。

Description

本発明は、照明器具に関し、とりわけ、スリムダウンライト等の低い高さを有する照明器具に関し、よりとりわけ、交換可能な光源を有する照明器具に関する。

多くの異なるタイプのダウンライトがある。多くのデザインは、バルブを受け入れるための凹んだ受け入れチャンバ(receiving chamber)に基づいており、バルブは、（バヨネット又はねじ嵌め等の）バルブ電気接続のデザインによって、又は押し込み型の構成(push fit arrangement)若しくはクリップによって、適所に保持される。この場合、受け入れチャンバは、例えば、光出力ビーム角度を制御するための深いリフレクタを形成する。

個々の個別バルブを有する照明器具の代わりにLEDのアレイを有するLED照明パネルが、ますます普及してきている。そのような照明パネルを天井に埋め込む(recess)ことを可能にするために、又は、一般に、美的外観を改善するために、スリム照明パネルの形態の照明器具が市場で普及している。

スリムダウンライト、スリムトロファ、及びスリム天井埋込型ライトを含む、多くの異なるタイプのスリム照明器具がある。

スリム照明パネル、とりわけ小型点光源として機能するLEDを使用することに伴う１つの課題は、良好な均一性及び低いグレアを得ることが容易ではないことである。
したがって、スリム照明器具は、均一性及びグレアに対する要求が低い状況で使用されることがよくある。

とりわけLED照明パネルについての別の課題は、光源が破損した場合に光源が交換されることは一般にできないことである。LEDは、照明器具の一体部分となる集積回路上に形成される。代わりに、エンドユーザは、完全な照明器具を交換しなければならず、これは、コストの増加につながる。

それゆえ、光源の交換を可能にする、並びに出力光の均一性及びグレアの良好な制御を伴うスリムな照明器具デザインを可能にする照明器具デザインが必要とされている。

本発明の一態様による例によれば、
中央開口を有する光源キャリアと、
第1の方向を向いている、光源キャリア上に取り付けられた光源のセットと、
光源キャリアの上方にあり、中央開口を横切って延在しているリフレクタカバーであって、第1の方向と反対の方向を含む、中央開口を通るある範囲の光出力方向に光を反射するよう構成されるリフレクタカバーと、
光源のセットの上方に形成されるレンズ構造と、
を含む照明器具であって、レンズ構造は、
部分的に中央開口の中心に向かって内方へ、及び部分的にリフレクタカバーに向かって第1の方向に向いている光拡散出力領域と、
光源のセットと光拡散出力領域との間に延在する反射側壁と、
を含む、照明器具が提供される。

斯くして、例えば天井に凹入する(recessed fitting)ための、スリムな照明器具が可能になる。照明器具の高さは、例えば、25mm未満、例えば20mm未満であり、15mm以下でさえあってもよい。レンズ構造は、拡散機能を実行し、これは、一部の例では、さらなる光拡散出力窓の必要性を回避することができる。光拡散出力領域からの出力は、中央開口の全領域からの照明を提供するように内方に向けられ、また、光源の直接的な可視性を防止し、したがってスポッティネス(spottiness)を低減するように（照明器具が下方照明を生成するように取り付けられる場合）上方に向けられる。中央開口は、照明器具の光出力窓を形成する。

好ましい実施形態では、取付けられた光源のセットを有する光源キャリアは、交換を可能にするためにリフレクタから分離可能である。このデザインは、照明器具の大幅な追加の深さを必要とすることなく、照明器具のための交換可能な光源構成を提供する。光源キャリアの分離は、レンズ構造もまた取り外してもよく（この場合、レンズ構造は、光源キャリアに取り付けられる）、さもなければ、レンズ構造は、リフレクタカバーに取り付けられたままであってもよい。

反射側壁は、光源のセットと、リフレクタカバーから遠い光拡散出力領域の第1の縁部との間に延在する第1の全反射側壁と、光源のセットと、リフレクタカバーに近い光拡散出力領域の第2の縁部との間に延在する第2のミラー反射側壁とを含んでもよい。

2つの側壁は、光拡散出力領域への複数の異なる光路が存在し、光出力の所望の均一性を達成するようにデザインが調整されることができることを意味する。全反射側壁の使用が、照明器具の厚さが薄いため、この側壁は、比較的平坦であり、したがって光源から大きな入射角で光を受ける点で、可能である。

照明器具は、ミラー反射側壁を形成するためにレンズ構造の外側に反射コーティングを含んでもよい。

ミラー反射側壁は、例えば、放物面リフレクタを含む。放物面リフレクタは、デザインが簡単であり、全ての光線は、焦点と平行な出力線との間に延在する。無論、ベジエ曲線等の他のリフレクタ形状も可能である。

レンズ構造は、例えば、透明なプラスチックで形成される。斯くして、レンズ構造は、低コストの成形部品として形成されることができる。

レンズ構造は、各光源に関連する別個のレンズ部分を含んでもよい。

これは、レンズ構造の製造を単純化することができる。例えば、レンズは、同じ断面を有する長いレンズバーを押し出し、その後、それを短いセグメントに切断して別個のレンズ部分を形成することによって形成されてもよい。多くのラインセグメント(line segment)は、円に近似することができる。

拡散出力領域は、例えば、マイクロ構造リッジ表面(micro-structured ridge surface)を含む。これは、例えば、成形又は押出プロセスの一部として容易に形成される。

リッジ表面のリッジは、例えば、各々、光源キャリアに平行な対応する平面内に延在する。斯くして、リッジは、環状形状の周りにリング（連続又は不連続）を形成する。このようにして、拡散は、主に上下方向であり、これは、いくらかの光が中央開口の全幅に方向付けられことを確実にし、それによって、照明器具の中心からの光出力を確実にする。

リフレクタカバーは、マイクロ構造反射表面を含んでもよい。これは、光が環状光源キャリアの中央開口を出る前に、追加の拡散機能を提供する（しかし、光損失は低い）。例えば、エンボス、ディンプル、又はプリズム等の構造の規則的又はランダムなパターンが下面にあってもよい。

中央開口は、透明な窓を含んでもよい。斯くして、出力ディフューザは必要とされず、したがって照明器具のコストが低減される。光源は、例えば、LEDを含む。

光源は、環状光源キャリアの周りに一様に分布されてもよい。これは、回転対称の環状光出力分布を提供する。光源キャリアは、例えば、円形である。光源キャリアは、光源からの熱を放散するためのヒートシンク部分を含んでもよい。

以下、添付図面を参照して本発明の例を詳細に述べる。
既知の照明器具デザインを示す。 本発明の一例による照明器具デザインを示す。 図2のデザインの一部をより詳細に示す。 図2のデザインを通る光路を示す。 図2のデザインを切断斜視図で示す。 交換可能な光源キャリアを示す。 交換可能な光源キャリアとリフレクタとの間の結合がどのように行われるかを示す。

本発明は、中央光出力窓の周りに光源キャリアを有し、光源は、第1の、少なくとも部分的に上向きの方向を向いている照明器具を提供する。上部リフレクタカバーは、光を、中央窓開口を通る、ある範囲の光出力方向に、少なくとも部分的に下向きに反射する。レンズ構造が、光源のセットの上方に形成され、光拡散出力領域と、光源と光拡散出力領域との間に延在する反射側壁とを有する。取付けられた光源のセットを有する光源キャリアは、交換を可能にするためにリフレクタから分離可能である。このデザインは、照明器具の大幅な追加の深さを必要とすることなく、光源の交換を可能にする。このデザインは、光拡散出力窓の必要性を回避することもできる。

図1は、既知のスリムな照明器具デザインを示す。照明器具は、光出力窓12がある、照明器具の下面を画定するハウジング10を含む。光源は、サポート16上に担持されるLED14のリングを含む。LEDは、それらの光出力を、上側反射フィルム及び下側光出力面上のディフューザ19を有する光ガイド18内に提供する。

斯くして、照明器具は、上側反射フィルム、光ガイド、及び底部のディフューザのサンドイッチ構造を有する。このデザインは、照明器具が小さいサイズを有する場合、スリムであり得、光出力は、均一であり得る。しかしながら、前窓におけるディフューザの結果としてビーム角度を制御することは困難である。このディフューザは、スポッティネスを回避するために必要とされる。斯くして、この解決策は、光出力特性に特定の要件を有するいくつかの照明器具デザインには適していない。

図2は、本発明による照明器具20の一例を断面図で示す。照明器具は、中央開口24を有する光源キャリア22を含む。これは、照明器具の光出力窓を画定し、例えば、天井と面一であってもよく、又は吊り下げられた照明器具の底面を画定してもよい。

光源のセット、とりわけ、LED26が、第1の方向を向いて、キャリア22上に取り付けられる。この第1の方向は、一般に上向きであり、すなわち、一般に下向きである、中央開口24を通る出力光の中心光軸と反対である。

リフレクタカバー28が、環状光源キャリア22の上方に設けられ、中央開口24を横切って延在している。好ましくは、リフレクタカバー28は、中央開口24によって画定される光出力窓に平行である。リフレクタカバー28は、中心光軸を中心とする、中央開口24を通るある範囲の光出力方向に光を反射する。

レンズ構造30が、LED26のセットの上方に形成され、LEDからの光をリフレクタカバー28に方向付ける。図示の例では、レンズ構造は、（円形又は非円形であってもよい）中央開口24の周りの環状路に配設される個別レンズ要素のセットを含む。各レンズ要素は、個々のLED26、又はLED26の全セットのうちのサブセットを形成するLEDのグループに関連付けられてもよい。

レンズエレメントは各々、部分的に中央開口24の中心に向かって内方へ、及び部分的にリフレクタカバー28に向かって第1の（上方）方向に向く光拡散出力領域32を含む。斯くして、これらは、拡散光でリフレクタカバーを照らし、光が中央開口24の中心の上方でディフューザカバーに到達するように傾斜している。

各レンズ要素はまた、LED26と光拡散出力領域32との間に延在する反射側壁34、36を含む。斯くして、全て又はほぼ全てのLED出力光は、拡散出力領域に向けて方向付けられる。

取付けられたLED26のセットを有する光源キャリア22は、交換を可能にするためにリフレクタから分離可能である。

当該レンズデザインは、光を上向き方向から部分的に内向きの方向に再方向付ける(redirect)ので、スリムな照明器具が可能になることを意味する。初期光出力方向は上向きであるため、LEDは、照明器具の下から直接見ることができない。また、これは、光源キャリア22が適所に簡単に押し込められることができるので、交換可能な光源デザインを実装するのが容易であることを意味する。

照明器具の高さは、例えば、25mm未満、例えば20mm未満であり、15mm以下でさえあってもよい。

中央開口24は、さらなるディフューザを必要とすることなく、透明な開口であってもよい。これは、照明器具の内部コンポーネントを保護するために透明なカバーを有することが好ましい。

光源の交換は、キャリア22及びLED26を取り外すことを伴う。レンズ構造は、取り外し可能ユニットの一部であってもよく、さもなければ、レンズ構造は、照明器具のハウジングを形成するリフレクタに取り付けられたままであってもよい。キャリア22は、カバー28にスナップ嵌めされてもよく、又はフック、磁石若しくはねじ等の任意の適切なデザインのアタッチメント特徴(attachment feature)があってもよい。

光源キャリア22と（照明器具の主ハウジングを形成する）リフレクタ28との間の接続はまた、光源構成への電気的接続を実施する。斯くして、光源キャリアが所定の位置に嵌め込まれる場合に係合される、押し込み型の電気コネクタが設けられてもよい。代替的に、光源キャリアがアンクリップされた(unclipped)後に、光源キャリアをリフレクタから完全に解放するために、直列電気コネクタも離脱されなければならないように、別個のコネクタがあってもよい。この場合、電気的接続は、光源キャリアをリフレクタに嵌め込む前に行われる必要がある。当業者には多数の可能性が明らかであろう。

図3は、レンズ要素30の１つをより詳細に示す。反射側壁は、LED26と、光拡散出力領域32の第1の縁部38との間に延在する第1の全反射側壁34を含む。この第1の縁部は、レンズ要素の下側にある、すなわち、リフレクタカバー28から遠い側にある。

これは、レンズ要素の下部であり、（スリムなデザインを得るために）比較的平坦であるので、LED26からの光は、側壁34の表面に対して大きな入射角を有し、したがって、反射は、全反射による。これは、反射コーティングの必要性を回避する。

反射側壁は、LED26と、光拡散出力領域32の第2の縁部40との間に延在する第2のミラー反射側壁36を含む。この第2の縁部は、レンズ要素の上側にある、すなわち、リフレクタカバー28に近い側にある。これは、レンズ要素の上部であり、比較的急峻であるので、LED26からの光の一部は、側壁36の表面に対して小さい入射角を有し、したがって、例えば、プラズマ蒸着によって反射コーティングが設けられる。

2つの側壁及び光拡散出力領域は、光出力の所望の均一性を達成するようにデザインされる。

ミラー反射側壁36は、（ランバート出力強度を有する）LED26からの光出力の大部分を受けるので、主リフレクタである。これは、デザインが簡単である放物面リフレクタを含んでもよい。

レンズ構造30のレンズ要素は、例えば、PMMA又はポリカーボネート等の透明なプラスチックで形成される。これらは、成形又は押出しされてもよい。押し出されたレンズ要素は、複数の直線セクションが環状路の周りに使用され得るように十分に短い長さを有するであろう。これらの短い直線セクションは、一定の断面を有する非常に長いレンズバーを押し出し、その後、それを短いセグメントに切断して別個の個々のレンズ要素30を形成することによって形成されてもよい。

拡散出力領域32は、図2に見られるように、マイクロ構造リッジ表面を含んでもよい、これは、例えば、成形又は押出プロセスの一部として容易に形成される。とりわけ、リッジ表面のリッジは、各々、光源キャリア22に平行な対応する平面内に延在してもよい。換言すれば、これらは、レンズ要素30の長さに沿って延在し、ここで、長さは、円周方向、すなわち、中央開口24の形状に対する局所接線方向として定義される。斯くして、リッジは、環状形状の周りにリング（ワンピースレンズデザインの場合には連続的であり、マルチレンズ要素デザインの場合には不連続である）を形成する。拡散は、主に上下方向であり、これは、光が中央開口の全幅に方向付けられることを確実にし、それによって、照明器具の中心からの光出力を確実にする。

リフレクタカバー28は、中央開口24に面する下面42を有し、これはまた、マイクロ構造反射面を含んでもよい。これは、光が環状光源キャリアの中央開口を出る前に、追加の拡散機能を提供する。例えば、エンボス、ディンプル又はプリズム等の構造の規則的又はランダムなパターンが下面42にあってもよい。

図4は、異なる機能を示すために光路を有する照明器具を示す。

光がLED26からレンズ要素30に入った後、3つの主光線経路がある。

光の一部は、光拡散出力領域32を直接通過する。拡散後、光はリフレクタの下面42に到達する。このデザインは、光の多くが中心に到達し、中心での光強度を確実にすることができるようなものである。光線経路50が一例である。

光の一部は、ミラー反射面36に到達する。反射後にのみ、光は光拡散出力領域32を通過する。一部の光はリフレクタの下面42（光線経路52）に到達し、他の光は直接出ていく（光線経路54）。

光の一部は、表面34によって全反射され、その後、光拡散出力領域32を通過する（光線経路56）。

これらの光の寄与の全てを適切にデザインすることによって、光は、レンズ要素から照明器具の主体積(main volume)内に一様に方向付けられるようにデザインされる。これは、ハウジング（とりわけ、リフレクタ28）及びレンズ構造がビーム角度を制御するように一緒にデザインされるので、低いグレアを与える。

この照明器具は、従来のダウンライトよりもスリムにされることができる。なぜなら、同様の均一性を達成するために、従来のダウンライトは、通常、厚い光学チャンバを必要とするからである。図示されたこのデザインは、わずか15mmの厚さを有することができる。

光拡散出力領域32の光出力表面は、部分的に上方を向いているので、光は、大きな距離からでさえ、部屋の占有者の目に入ることはないであろう。これは、ディフューザがなくてもスポッティネスが回避されることを意味する。ディフューザの必要性を回避することは、光がディフューザを通過する場合に光効率は約10〜20％低下するので、光効率の改善を可能にする。

完全を期すために、図5は、照明器具の斜視図であるが、切断図を示す。

図6は、取り付けられたLED26を有する交換可能な光源キャリア22を示す。LEDは、異なる光束又は色温度を有してもよい。これらは、調節可能な白色(tunable white)、又は実際に完全に制御可能なRGB出力色等の調節可能な出力色を有してもよい。光源構成及びキャリアは、例えば、異なる照明効果を提供するように変更可能であってもよい。斯くして、モジュール式システムが、ハウジング及びリフレクタの１つのデザインと、光源の複数のデザインとを用いて形成されることができる。LED26は、例えば、光源キャリア22の周りに一様に分布される。光源キャリアは、さらに、ヒートシンク部分を含んでもよく、ヒートシンク部分は、キャリアによって担持される別個のコンポーネントであってもよく、又はキャリア自体の材料によって画定されてもよい。

図7は、着脱時のリフレクタ28と光源キャリア22との位置関係を示している。

本発明は、スリムなデザインを可能にするが、良好な均一性、低いグレア、及び狭いビーム角度を有する。光は、一般的なディフューザ機能を必要とすることなく、主に全反射及びミラー反射を通るという点で、高い光学効率がある。光源構成は、光源が破損した場合、又は単に異なる照明効果を実現するために、エンドユーザによって容易に交換される。

本発明は、天井照明器具、トロファ(troffer)又はダウンライトに適用されてもよい。

キャリアの周りには、任意の数、例えば4〜100個のLEDがあってもよい。本発明の概念はまた、LEDに限定されず、一般に、直接見た場合にスポットのある外観を与える小さなサイズの光源にとりわけ興味深いものである。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求された発明を実施する際に当業者によって理解され、実施されることができる。特許請求の範囲において、単語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 中央開口を有する光源キャリアと、
   第1の方向を向いている、前記光源キャリア上に取り付けられた光源のセットと、
   前記光源キャリアの上方にあり、前記中央開口を横切って延在しているリフレクタカバーであって、前記第1の方向と反対の方向を含む、前記中央開口を通るある範囲の光出力方向に光を反射するよう構成されるリフレクタカバーと、
   前記光源のセットの上方に形成されるレンズ構造と、
   を含む照明器具であって、前記レンズ構造は、
   部分的に前記中央開口の中心に向かって内方へ、及び部分的に前記リフレクタカバーに向かって前記第1の方向に向いている光拡散出力領域と、
   前記光源のセットと前記光拡散出力領域との間に延在する反射側壁と、
   を含む照明器具。
2. 取付けられた前記光源のセットを有する前記光源キャリアは、交換を可能にするためにリフレクタから分離可能である、請求項１に記載の照明器具。
3. 前記反射側壁は、前記光源のセットと、前記リフレクタカバーから遠い前記光拡散出力領域の第1の縁部との間に延在する第1の全反射側壁と、前記光源のセットと、前記リフレクタカバーに近い前記光拡散出力領域の第2の縁部との間に延在する第2のミラー反射側壁とを含む、請求項１に記載の照明器具。
4. 前記ミラー反射側壁を形成するために前記レンズ構造の外側に反射コーティングを含む、請求項３に記載の照明器具。
5. 前記ミラー反射側壁は、放物面リフレクタを含む、請求項３又は４に記載の照明器具。
6. 前記レンズ構造は、透明なプラスチックで形成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明器具。
7. 前記レンズ構造は、各光源に関連する別個のレンズ部分を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明器具。
8. 前記光拡散出力領域は、マイクロ構造リッジ表面を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明器具。
9. 前記リッジ表面のリッジは各々、前記光源キャリアに平行な対応する平面内に延在する、請求項８に記載の照明器具。
10. 前記リフレクタカバーは、マイクロ構造反射表面を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明器具。
11. 前記中央開口は、透明な窓を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明器具。
12. 前記光源はLEDを含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明器具。
13. 前記光源は、前記光源キャリアの周りに一様に分布されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明器具。
14. 前記光源キャリアは、円形である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の照明器具。
15. 前記光源キャリアは、ヒートシンク部分を含む、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の照明器具。

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