JP2021522646A - 照明デバイス - Google Patents
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Abstract
照明デバイス200は、環状ジオメトリ100で配置されている、複数の固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128と、複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体232を含む、光学要素210と、複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されている、光混合光学系220であって、半径方向における光混合とは異なる程度の光混合を、環状コリメート構造体210の接線方向において適用するように構成されている、光混合光学系220とを備える。
Description
本発明は、複数の固体照明要素を備える、照明デバイスに関する。
調整可能な輝度及び色を有する光源が、より一般的になりつつある。調整可能な輝度を有する単純な光源は、フィラメントを通る電流が調節されることが可能な、白熱電球である。同様に、フィラメントを通る電流を変化させることはまた、光源の色にも影響を及ぼす。しかしながら、白熱電球は、エネルギー効率が良いものではない。それゆえ、現代の光源は、通常、発光ダイオード(light emitting diode;LED)に基づく。このように、より少ないエネルギーが、照明に関して必要とされている。
通常、単一の光源は、多くの個別のLEDを含む。種々のタイプのLEDを組み合わせることによって、特定の色を有する光源を作り出すことが可能である。光源の色はまた、種々のタイプのLEDの個別制御によっても調整されることができる。
しかしながら、光源内のLEDの配置は、光源の外観に影響を及ぼすことになる。LED間の大きい間隔は、色及び輝度における差異をもたらすことになる。通常、LEDは、この問題を克服するために、光源内で互いに極めて近接して位置決めされている。しかしながら、LEDの数、又はLEDのタイプの数を増大させることは、レトロフィットランプの標準化によって設定されているサイズ制約により、このソリューションをより煩雑なものにし、実現することを困難にさせる。
本発明の構想の目的は、照明デバイスを提供することによって、上記の問題点を少なくとも低減することである。
第1の態様によれば、この目的及び他の目的は、照明デバイスであって、第1の中心対称軸を有する環状ジオメトリで配置されている、複数の固体照明要素と、複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体を含む、光学要素であって、環状コリメート構造体が、第2の中心対称軸を有し、光学要素が、第1の中心対称軸と第2の中心対称軸とが一致するように、複数の固体照明要素に関連して配置されている、光学要素と、複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されている、光混合光学系であって、環状コリメート構造体の半径方向における混合とは異なる程度の混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用するように構成されている、光混合光学系とを備える、照明デバイスによって達成される。
本発明の照明デバイスによって、空間内での光分布における視認可能な差異、及び/又は、照明デバイスの発光領域における視認可能な差異を低減することが可能である。
本発明の照明デバイスは、第1の中心対称軸を有する環状ジオメトリで配置されている、複数の固体照明要素を備える。例えば、複数の固体照明要素は、発光ダイオード(LED)であってもよい。複数の固体照明要素は、固体照明要素の少なくとも2つのグループを含む。
本発明の照明デバイスは、光学要素を備える。光学要素は、複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体を含み、環状コリメート構造体は、第2の中心対称軸を有する。環状コリメート構造体は、環状の焦点を有する光学レンズであってもよい。この上述の、環状ジオメトリで配置されている固体照明要素は、各固体照明要素に最も近接する部分に焦点を合わせることになる。しかしながら、光学要素は、環状の焦点位置に由来する全ての光が、焦点が合うことになるという意味では、環状の焦点を有さない。光学要素は、第1の中心対称軸と第2の中心対称軸とが一致するように、複数の固体照明要素に関連して配置されている。換言すれば、光学要素と複数の固体照明要素とは、当該対応の中心軸に関連して位置合わせされている。光学要素は、環状コリメート構造体の焦点面が複数の固体照明要素と一致するように、配置されてもよい。換言すれば、光学要素は、複数の固体照明要素の各固体照明要素が、光学要素の環状の焦点内又は焦点付近に位置決めされるように、配置されてもよい。それにより、複数の固体照明要素の各固体照明要素から放出された光は、光学要素の後で、少なくとも部分的にコリメートされていてもよい。光学要素は、シリコーン、ポリカーボネート、又はPMMAで作製されてもよい。光学要素は、射出成形されてもよい。
環状コリメート構造体を含む光学要素の利点は、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素から放出された光を、光学要素がコリメートする点であってもよい。換言すれば、照明デバイスによって放出される光は、光のビームの形態であってもよい。
本発明の照明デバイスは、光混合光学系を備える。光混合光学系は、複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されており、光混合光学系は、環状コリメート構造体の半径方向における混合とは異なる程度の混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用するように構成されている。
光混合光学系は、複数の固体照明要素において存在する構造的特徴を不鮮明化することによって、複数の固体照明要素から放出された光を混合してもよい。換言すれば、複数の固体照明要素から放出される光における、複数の固体照明要素の環状配置の構造的特徴が低減されることにより、固体照明要素から放出される光を混合してもよい。光混合光学系は、照明デバイスから放出される光のビームを広幅化してもよい。光混合光学系によって引き起こされる、環状コリメート構造体の接線方向におけるビーム広幅化の量は、環状コリメート構造体の半径方向におけるビーム広幅化の量とは異なっていてもよい。環状コリメート構造体と光混合光学系との組み合わせは、照明デバイスから放出される光のビームの、所定の発散をもたらし得る。
「混合」とは、異なる光源から放出された光を組み合わせる行為として解釈されるべきである。本開示では、光は、固体照明要素の少なくとも2つのグループから放出される。それにより、固体照明要素の少なくとも2つのグループからの光は、照明デバイスから放出される光が空間内でより少ない変動を有し得るように、組み合わされる。光は通常、光散乱によって混合される。例えば、光は、粒子、不規則な表面構造によって、又は、より制御された、マイクロレンズによるビーム拡散によって散乱されてもよい。光散乱は、ビーム拡散を増大させ、ビーム拡散は、コリメート構造体によって低減されてもよい。
複数の固体照明要素から放出された光を混合することによる利点は、複数の固体照明要素から放出された光の、空間内での均一性の増大であってもよい。
環状コリメート構造体の半径方向における混合とは異なる程度の混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用することの利点は、環状コリメート構造体の接線方向と、環状コリメート構造体の半径方向とにおいて、変動が異なり得る点であってもよい。換言すれば、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の構造的特徴は、環状ジオメトリの半径方向と比較して、接線方向において異なっており、環状コリメート構造体の半径方向と比較して、環状コリメート構造体の接線方向において異なる変動をもたらし得る。
複数の固体照明要素は、固体照明要素の少なくとも2つのグループを含み得る。固体照明要素の少なくとも2つのグループを有することの利点は、第1のグループの強度と第2のグループの強度との独立制御を可能にする点であってもよい。換言すれば、第1のグループの強度と第2のグループの強度とを独立して制御することによって、照明デバイスから放出される光を制御することが可能であってもよい。固体照明要素の少なくとも2つのグループを有することの更なる利点は、照明デバイスから放出される光を生成するために、固体要素の少なくとも2つのグループからの固体要素を組み合わせることが可能である点であってもよい。
或るグループの固体照明要素は、第2のグループの固体照明要素とは異なる色スペクトルを有する光を放出するように構成されてもよい。例えば、第1のグループの固体照明要素は、第2のグループの固体照明要素よりも暖かい色温度又は冷たい色温度を有する、色スペクトルを有してもよい。複数の固体照明要素が、3つ以上のグループを含む場合、固体照明要素は、各グループに関して異なる色温度を有する色スペクトルを有してもよい。あるいは、第1のグループの固体照明要素は、第2のグループの固体照明要素の色スペクトルには存在しない色を含む、色スペクトルを有してもよい。換言すれば、第1のグループの固体照明要素は、第2のグループの固体照明要素とは異なる色の光を放出してもよい。複数の固体照明要素が、3つ以上のグループを含む場合、固体照明要素は、他のグループの色スペクトルには存在しない色を含む、色スペクトルを有してもよい。換言すれば、異なるグループの固体照明要素は、異なる色の光を放出してもよい。上記の実施例の種々の組み合わせが実現されてもよい点を理解されたい。
異なる色スペクトルを有する、固体照明要素の少なくとも2つのグループを有することの利点は、第1のグループの色スペクトルの強度と第2のグループの色スペクトルの強度との独立制御を可能にする点であってもよい。換言すれば、第1のグループの色スペクトルの強度と第2のグループの色スペクトルの強度とを独立して制御することによって、照明デバイスから放出される光の色スペクトルを制御することが可能であってもよい。
異なる色スペクトルを有する、固体照明要素の少なくとも2つのグループを有することの利点は、照明デバイスから放出される光の所定の色スペクトルを有する、照明デバイスを作り出すために、固体要素の少なくとも2つのグループからの固体要素を組み合わせることが可能である点であってもよい。
光学要素は、光学要素のセグメントの焦点が、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の、最も近い部分上にあるように配置されてもよい。換言すれば、光学要素のセグメントの焦点は、半径方向において、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の、最も近い部分上にあってもよい。
光学要素の焦点が、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素の最も近い側にあるように、光学要素を配置することの利点は、複数の固体照明要素によって放出された光が、光学要素によって少なくとも部分的にコリメートされる点であってもよい。
光混合の程度は、半径方向におけるよりも、接線方向において大きくてもよい。空間内での変動が、主に光源の変動に起因する場合、接線方向における、より高い程度の光混合が、より効率的であり得る。光源は、環状ジオメトリで配置されている複数の固体照明要素を含むため、光源の変動は、主にコリメート構造体の接線方向におけるものであり得る。
環状コリメート構造体の半径方向における光混合よりも高い程度の光混合を、環状コリメート構造体の接線方向において適用することの利点は、環状コリメート構造体の半径方向におけるよりも、環状コリメート構造体の接線方向において、変動が大きい点であってもよい。
固体照明要素は、固体照明要素の少なくとも2つのグループに関して、交互に配置されてもよい。
交互に配置することの利点は、光混合の程度が低減されてもよい点である。異なる色スペクトルを有する固体照明要素が、互いに近接して配置されているため、光混合の程度が低減されてもよい。換言すれば、交互に配置されている場合、固体照明要素から放出される光は、より少ない光混合を必要とし得る。固体照明要素は、環状ジオメトリの接線方向において、及び/又は環状ジオメトリの半径方向において、交互に配置されてもよい。
固体照明要素の3つ以上のグループを、交互に配置することが可能である点を理解されたい。例えば、固体照明要素の3つのグループが交互に配置される場合、第1のグループからの固体照明要素の後に、第2のグループからの固体照明要素が続いてもよい。次いで、第2のグループからの固体照明要素の後に、第3のグループからの固体照明要素が続いてもよい。次いで、第3のグループからの固体照明要素の後に、第1のグループからの固体照明要素が続いてもよい。次いで、3つのグループからの固体要素を配置するパターンが、繰り返されてもよい。4つ以上のグループを、上述の方式で交互に配置することが可能であり得る点を理解されたい。
光学要素は、全内部反射フレネルレンズであってもよい。フレネルレンズは、シリコーン、ポリカーボネート、又はPMMAで作製されてもよい。フレネルレンズは、優先的にはシリコーンで作製される。フレネルレンズは、射出成形によって製造されてもよい。
全内部反射フレネルレンズを使用することの利点は、光学要素が、同様のコリメート特性を有する従来の光学レンズよりも薄い点であってもよい。全内部反射フレネルレンズを使用することの利点は、フレネルレンズの表面構造を半径方向で移行させることによって、フレネルレンズの焦点を、環状の焦点に変更することが可能である点であってもよい。
環状コリメート構造体は、1つ以上の環状プリズム構造体を含んでもよい。
1つ以上の環状プリズム構造体を含む光学要素の利点は、1つ以上の環状プリズム構造体を半径方向で移行させることによって、光学要素の焦点を、環状の焦点に変更することが可能である点であってもよい。
1つ以上の環状プリズム構造体は、全内部反射プリズム構造体であってもよい。
環状コリメート構造体は、光学要素の光入射面に配置されてもよい。
光混合光学系は、光学要素の光出射面に配置されてもよい。例えば、光混合光学系は、光学要素の光出射面に配置されている表面テクスチャであってもよい。
光学要素の光出射面に光混合光学系を配置することの利点は、光学要素に対する、光混合光学系のより堅牢な位置決めであってもよい。光学要素の光出射面に光混合光学系を配置することの利点は、より堅牢な照明デバイスであってもよい。光学要素の光出射面に光混合光学系を配置することの利点は、よりコンパクトな照明デバイスであってもよい。
光混合光学系は、光学要素内に配置されてもよい。例えば、光混合光学系は、光学要素内に配置されている体積散乱粒子であってもよい。
光学要素内に光混合光学系を配置することの利点は、光学要素に対する、光混合光学系のより堅牢な位置決めであってもよい。光学要素内に光混合光学系を配置することの利点は、より堅牢な照明デバイスであってもよい。光学要素内に光混合光学系を配置することの利点は、よりコンパクトな照明デバイスであってもよい。
光混合光学系は、光学要素の光出射面での配置と、光学要素内での配置との、組み合わせであってもよい点を理解されたい。例えば、光混合光学系は、光学要素の光出射面上の表面テクスチャと、光学要素内の体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい。
光混合光学系は、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含んでもよく、小型レンズは、楕円形であり、それぞれが、環状コリメート構造体の半径方向における曲率半径よりも小さい、環状コリメート構造体の接線方向に沿った曲率半径を有する。換言すれば、楕円形小型レンズは、各楕円形小型レンズの長軸が、環状コリメート構造体の半径方向に沿って、実質的に方向付けられるように配置されている。
環状コリメート構造体の半径方向における曲率半径よりも小さい、環状コリメート構造体の接線方向に沿った曲率半径を有する、楕円形小型レンズを使用することの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。
「小型レンズ」とは、小さいレンズ又はマイクロレンズとして解釈されるべきである。小型レンズの直径は、1mmオーダーである。小型レンズの直径は、5mm以下であってもよい。小型レンズの直径は、光学要素の直径の10%以下であってもよい。
光混合光学系は、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含んでもよく、小型レンズは、円形であり、環状コリメート構造体の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体の半径方向における間隔で配置されている。複数の円形小型レンズを、このように配置することは、前述のような楕円形小型レンズを使用する場合と同様の混合をもたらし得る。
環状コリメート構造体の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体の半径方向における間隔で配置されている、円形小型レンズを使用することの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。
複数の円形レンズを含むマイクロレンズアレイを使用することの利点は、より安価なマイクロレンズアレイであってもよい。
光混合光学系は、マイクロレンズアレイと、表面テクスチャ及び/又は体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい点を理解されたい。
光混合光学系は、光学要素の光出射面に配置されている非対称表面テクスチャを含んでもよく、非対称表面テクスチャは、光学要素から出射する光を、環状コリメート構造体の半径方向におけるよりも多く、環状コリメート構造体の接線方向において散乱させるように構成されている。
光学要素の光出射面に配置されている、そのような非対称表面テクスチャの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。
光混合光学系は、非対称表面テクスチャと、マイクロレンズアレイ及び/又は体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい点理解されたい。
光混合光学系は、光学要素から出射する光を、環状コリメート構造体の半径方向におけるよりも多く、環状コリメート構造体の接線方向において散乱させるように構成されている、ホログラフィック散乱テクスチャを含んでもよい。
そのようなホログラフィック散乱テクスチャの利点は、環状コリメート構造体の半径方向における混合よりも高い程度の、環状コリメート構造体の接線方向における混合であってもよい。
光混合光学系は、ホログラフィック散乱テクスチャと、マイクロレンズアレイ及び/又は体積散乱粒子との、組み合わせであってもよい点を理解されたい。
照明デバイスは、固体照明要素の少なくとも2つのグループのそれぞれに対する駆動電流を、別個に制御するように構成されている、駆動回路を備えてもよい。換言すれば、駆動回路は、固体照明要素の少なくとも2つのグループの固体照明要素の強度を、別個に制御するように構成されている。
固体照明要素の少なくとも2つのグループのそれぞれに対する駆動電流の別個の制御の利点は、照明デバイスによって放出される光の制御であってもよい。
第2の態様によれば、24度未満のFWHMのビーム発散を有する、光のビームを放出するように構成されている、スポットライトが提供される。スポットライトは、本開示による照明デバイスを備える。
24度未満のFWHMの所定のビーム発散は、環状コリメート構造体と光混合光学系との組み合わせによって実現されてもよい。より高い程度の光混合は、より大きいビーム発散をもたらし得る。より大きいビーム発散は、環状コリメート構造体によって低減されてもよい。
本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、スポットライトが、空間内での高度の均一性を有する、指向性光源である点であってもよい。本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、スポットライトが、スポットライトの発光領域における視認可能な差異が低減される、指向性光源である点であってもよい。本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、スポットライトが、スポットライトによって照射される物体の色付きの影が低減される、指向性光源である点であってもよい。本開示による照明デバイスを備えるスポットライトの利点は、光学要素及び光混合光学系の、コンパクトなサイズであってもよい。換言すれば、本開示における照明デバイスは、レトロフィットされるスポットライト内に組み込まれてもよい。
本発明の更なる適用範囲が、以下に記載される「発明を実施するための形態」から明らかとなるであろう。しかしながら、「発明を実施するための形態」及び特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、当業者には、この「発明を実施するための形態」から本発明の範囲内の様々な変更形態、及び修正形態が明らかなものとなるため、例示としてのみ記載されている点を理解されたい。
それゆえ、説明されているデバイスは変更されてもよいため、本発明は、そのようなデバイスの特定の構成部品に限定されるものではない点を理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、限定することを意図するものではない点も理解されたい。本明細書及び添付の請求項で使用されるとき、冠詞「1つの(a)」、「1つの(an)」、「その(the)」、及び「前記(said)」は、文脈が明確にそうではないことを指示しない限り、当該要素の1つ以上が存在することを意味するように意図されている点が、留意されなければならない。それゆえ、例えば、「1つのユニット(a unit)」又は「そのユニット(the unit)」への言及は、いくつかのデバイスなどを包含し得る。更には、単語「備える(comprising)」、「含む(including)」、「含有する(containing)」、及び同様の表現は、他の要素を排除するものではない。
次に、本発明の上記の態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。図は、本発明を特定の実施形態に限定するものと見なされるべきではなく、むしろ、図は、本発明を説明及び理解するために使用される。
図で示されるように、層及び領域のサイズは、例示の目的のために誇張されており、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するように提供されている。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。
固体要素の第1のグループ及び固体照明要素の第2のグループを示す。
環状ジオメトリで配置されている、8つの固体照明要素を示す。
複数の固体照明要素、光学要素、及び光混合光学系を備える、照明デバイスの断面を示す。
コリメート構造体の焦点が対称軸と一致している、コリメート構造体の断面を示す。
コリメート構造体の焦点が対称軸から半径方向で移行されている、コリメート構造体の断面を示す。
本発明の照明デバイスを備えるスポットライトを示す。
楕円形小型レンズを含むマイクロレンズアレイの一部分を示す。
交差円形小型レンズを含むマイクロレンズアレイの一部分を示す。
ここで、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するものである。
図1Aは、4つの固体照明要素112、114、116、118を含む、固体照明要素の第1のグループ110、及び、4つの固体照明要素122、124、126、128を含む、固体照明要素の第2のグループ120を示す。固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、優先的にはLEDである。固体照明要素の第1のグループ110から放出される光は、第1の色スペクトルを有する。固体照明要素の第2のグループ120から放出される光は、第2の色スペクトルを有する。第1の色スペクトルは、第2の色スペクトルよりも暖かい。換言すれば、第1の色スペクトルは、第2の色スペクトルよりも低い色温度を有する。当該技術分野において既知であるように、より低い色温度を有する色スペクトルは、より高い色温度を有する色スペクトルよりも多くの赤色を含む。第1のグループ110の固体照明要素112、114、116、118は、第2のグループ120の固体照明要素122、124、126、128と同様の色スペクトルの光を放出するように構成されてもよい点を理解されたい。あるいは、2つのグループ110、120は、単一の色スペクトルの光を放出するように構成されている、固体照明要素を含んでもよい。
図1Bは、環状ジオメトリ100で配置されている、固体照明要素の第1のグループ110及び第2のグループ120からの固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128を示す。環状ジオメトリ100は、図1では外側に向いている、中心対称軸130を有する。固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、中心対称軸130から半径方向距離140で配置されている。固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、当該色スペクトルに関して交互に配置されている。換言すれば、固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、固体照明要素のグループ110、120に関して交互に配置されている。例えば、固体照明要素の第1のグループ110からの固体照明要素112は、固体照明要素の第2のグループ120からの2つの固体照明要素122、128の間に配置されている。同様に、固体照明要素の第2のグループ120からの固体照明要素122は、固体照明要素の第1のグループ110からの2つの固体照明要素112、114の間に配置されている。図1に示されるように、固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、環状ジオメトリ100の方位方向で、交互に配置されている。
図2は、複数の固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128、光学要素210、及び光混合光学系220を備える、照明デバイス200の断面を示す。光学要素210は、優先的にはフレネルレンズである。固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、それぞれ、光学要素210の環状コリメート構造体232の中心対称軸230から、半径方向距離140で配置されている。光学要素210は、光入射面212及び光出射面214を含む。光学要素210の環状コリメート構造体は、図3A及び図3Bに関連してより詳細に説明される。明瞭性のために、複数の固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128のうちの、1つの固体照明要素112のみが、図2に示されている。
図1の環状ジオメトリ100の中心対称軸130は、光学要素210の環状コリメート構造体の中心対称軸230と一致している。換言すれば、環状ジオメトリ100の中心対称軸130は、図1では外側に向いており、図2では上方に向いている。図2に示される照明デバイス200の断面は、中心対称軸230の周りの方位方向で周期的である。
光学要素210の焦点は、固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128が配置されている半径方向距離140付近に位置している。光学要素210は、光学要素210の焦点が、環状ジオメトリ100の最も近い側にあるように配置されている。図2では、固体照明要素112が、環状ジオメトリ100の最も近い側にある。換言すれば、光学要素210の焦点は環状である。固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128は、光学要素210から長手方向距離240で配置されている。長手方向距離240は、光学要素210によって導入されるコリメーションの程度に影響を及ぼし得る。
図2に示される光混合光学系220は、小型レンズのマイクロレンズアレイを含む。光混合光学系220は、光学要素210の環状コリメート構造体232の半径方向における光混合とは異なる程度の光混合を、光学要素210の環状コリメート構造体232の接線方向において適用するように構成されている。このことは、マイクロレンズアレイ内の小型レンズの種々の配置を使用することによって達成されてもよい。マイクロレンズアレイは、楕円形小型レンズ322を含んでもよい。各楕円形小型レンズ322は、環状コリメート構造体232の半径方向における曲率半径よりも小さい、環状コリメート構造体232の接線方向に沿った曲率半径を有する。換言すれば、各楕円形小型レンズ322は、楕円形小型レンズ322の長軸が、環状コリメート構造体232の半径方向に沿って方向付けられるように配置されている。このことは、図5Aに示されている。
マイクロレンズアレイは、円形小型レンズ422を含んでもよい。円形小型レンズ422は、環状コリメート構造体232の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体232の半径方向における間隔で配置されている。このことは、図5Bに示されている。
マイクロレンズアレイは、光学要素210の光出射面214上に配置されてもよい。
図2に示されているマイクロレンズアレイの代わりに、光学要素210の光出射面214に配置されている非対称表面テクスチャ、ホログラフィック散乱テクスチャ、又は、光学要素210内の体積散乱粒子によって、光混合が達成されてもよい。固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128によって放出された光を混合するために、上述の光混合光学系の種々の組み合わせもまた使用されてもよい。
照明デバイス200では、固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128から放出された光は、光学要素210の光入射面212を通って、光学要素210に入射する。光学要素210は、固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128によって放出された光をコリメートする、環状コリメート構造体を有する。光は、光学要素210の光出射面214を通って、光学要素210から出射する。光は、この場合は小型レンズを含むマイクロレンズアレイである、光混合光学系220によって混合される。光混合光学系220は、光を散乱させるように作用してもよい。光は、光のビーム510の形態で、照明デバイス200から出射する。
図3Aは、焦点234−Aが対称軸230と一致している、環状コリメート構造体232−Aの断面を示す。コリメート構造体234−Aは、例えば、フレネルレンズの全内部反射プリズムであってもよい。焦点234−Aは、コリメート構造体232−Aを半径方向で移行させることによって、半径方向で移行されてもよい。そのような移行が図3Bに示されており、コリメート構造体232は、図3Aのコリメート構造体232−Aに対して移行されている。コリメート構造体232の焦点234もまた、図3Aに示される焦点234−Aに対して移行されている。図3Bの焦点234は、中心対称軸230から半径方向で移行されており、それにより、環状の焦点である。光学要素210は、半径方向で移行されているコリメート構造体232からもたらされる環状の焦点が、図1B及び図2に示されるような、環状ジオメトリ100で配置されている固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128と一致するように配置されてもよい。換言すれば、光学要素210は、光学要素の一部分の焦点234が、環状ジオメトリ100で配置されている固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128の、最も近い部分上にあるように配置されてもよい。
図4は、本発明の照明デバイス200を備えるスポットライト500を示す。照明デバイス200は、環状ジオメトリ100で配置されている固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128と、環状コリメート構造体232を含む光学要素210と、光混合光学系220とを含む。明瞭性のために、環状コリメート構造体232の構造、及び光混合光学系220の構造は、図4に示されていない。換言すれば、環状コリメート構造体232、及び光混合光学系220の構造は、存在しないとして解釈されるべきではなく、単に、図4の可読性を向上させるために省かれているに過ぎない。
図4に示されるように、照明デバイス100は、固体照明要素112、114、116、118、122、124、126、128に接続されている駆動回路540を更に備える。駆動回路540は、固体照明要素の2つのグループ110、120のそれぞれに対する駆動電流を、制御するように構成されている。
照明デバイス100は、照明デバイス100によって放出される光のビーム510が、24度のFWHMの発散512を有するように、更に構成されている。照明デバイス100は、照明デバイス100によって放出される光のビーム510が、24度以外のFWHMの、所定の発散512を有するように構成されてもよい点を理解されたい。スポットライト500は、レトロフィットランプであってもよい。当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではない点を、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、補正請求項の範囲内で可能である。
図5Aは、楕円形小型レンズ322を含むマイクロレンズアレイ320の一部分を示す。図5Aに示される実施例におけるマイクロレンズアレイ320は、環状コリメート構造体232の中心対称軸230が、マイクロレンズアレイ320の中心対称軸と一致するように配置されている。各楕円形小型レンズ322は、楕円形小型レンズ322の長軸が、環状コリメート構造体232の半径方向に沿って方向付けられるように配置されている。
図5Aに示されている楕円形小型レンズ322の配置は、単なる一実施例であり、楕円形小型レンズ322の他の配置が可能であり得る点を理解されたい。例えば、マイクロレンズアレイ320は、図5Aに示されるものよりも多くの数の、楕円形小型レンズ322を含んでもよい。マイクロレンズアレイ320は、中心対称軸230から、より大きい半径方向距離で配置されている、追加的な楕円形小型レンズ322を含んでもよい。マイクロレンズアレイ320に含まれている楕円形小型レンズ322は、好ましくは、敷き詰められたタイル方式で配置されている。
図5Bは、交差円形小型レンズ422を含むマイクロレンズアレイ420の一部分を示す。マイクロレンズアレイ420の構成を示すために、図5Bでは全円が示されている。交差円形小型レンズ422は、マイクロレンズアレイ420内で融合されている点を理解されたい。図5Bに示されている実施例におけるマイクロレンズアレイ420は、環状コリメート構造体232の中心対称軸230が、マイクロレンズアレイ420の中心対称軸と一致するように配置されている。円形小型レンズ422は、環状コリメート構造体232の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体232の半径方向における間隔で配置されている。各交差円形レンズ422は、隣接する円形小型レンズ422の交差によって作り出される、多角形の境界を有する。
図5Bに示されている円形小型レンズ422の配置は、単なる一実施例であり、円形小型レンズ422の他の配置が可能であり得る点を理解されたい。例えば、マイクロレンズアレイ420は、図5Bに示されるものよりも多くの数の、円形小型レンズ422を含んでもよい。追加的な円形小型レンズ422が、中心対称軸230から、より大きい半径方向距離で配置されてもよい。
マイクロレンズアレイ320、420は、中心対称軸を有さなくてもよい点を理解されたい。換言すれば、小型レンズ322、422の非対称配置が、マイクロレンズアレイにおいて使用されてもよい。
光混合光学系は、マイクロレンズアレイ、非対称表面テクスチャ、及び体積散乱粒子の、任意の組み合わせを含み得る点を理解されたい。
図5Aの配置と図5Bとの配置が組み合わされてもよく、それにより、楕円形小型レンズ322が、環状コリメート構造体232の接線方向における間隔よりも近接している、環状コリメート構造体232の半径方向における間隔で配置される点を理解されたい。このように配置された楕円形小型レンズ322は、交差していてもよい。そのような配置に関しては、各交差楕円形小型レンズは、隣接する楕円形小型レンズの交差によって作り出される、多角形の境界を有してもよい。
更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。
Claims (14)
- 照明デバイスであって、
第1の中心対称軸を有する環状ジオメトリで配置されている、複数の固体照明要素と、
前記複数の固体照明要素によって放出された光をコリメートするように構成されている、環状コリメート構造体を含む、光学要素であって、前記環状コリメート構造体が、第2の中心対称軸を有し、前記光学要素が、前記第1の中心対称軸と前記第2の中心対称軸とが一致するように、前記複数の固体照明要素に関連して配置されている、光学要素と、
前記複数の固体照明要素によって放出された光を混合するように構成されている、光混合光学系であって、前記環状コリメート構造体の半径方向における光混合とは異なる程度の光混合を、前記環状コリメート構造体の接線方向において適用するように構成されている、光混合光学系と、を備え、
前記光学要素は、前記光学要素の一部の焦点が、環状ジオメトリで配置されている前記複数の固体照明要素の、最も近い部分上にあるように配置されている、照明デバイス。 - 前記複数の固体照明要素が、固体照明要素の少なくとも2つのグループを含み、第1のグループの前記固体照明要素が、第2のグループの前記固体照明要素とは異なる色スペクトルを有する光を放出するように構成されている、請求項1に記載の照明デバイス。
- 前記接線方向における光混合の程度が、前記半径方向における光混合の程度よりも大きい、請求項1又は2に記載の照明デバイス。
- 前記固体照明要素が、前記固体照明要素の少なくとも2つのグループに関して、交互に配置されている、請求項2又は3に記載の照明デバイス。
- 前記光学要素が、全内部反射フレネルレンズである、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記環状コリメート構造体が、前記光学要素の光入射面に配置されている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記光混合光学系が、前記光学要素の光出射面に配置されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記光混合光学系が、前記光学要素内に配置されている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記光混合光学系が、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含み、前記小型レンズが、楕円形であり、それぞれが、前記環状コリメート構造体の前記半径方向における曲率半径よりも小さい、前記環状コリメート構造体の前記接線方向に沿った曲率半径を有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記光混合光学系が、複数の小型レンズを有するマイクロレンズアレイを含み、前記小型レンズが、円形であり、前記環状コリメート構造体の前記半径方向において、前記環状コリメート構造体の前記接線方向における間隔よりも近接している間隔で、配置されている、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記光混合光学系が、前記光学要素の光出射面に配置されている非対称表面テクスチャを含み、前記非対称表面テクスチャが、前記光学要素から出射する光を、前記環状コリメート構造体の前記半径方向におけるよりも多く、前記環状コリメート構造体の前記接線方向において散乱させるように構成されている、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記光混合光学系が、前記光学要素から出射する光を、前記環状コリメート構造体の前記半径方向におけるよりも多く、前記環状コリメート構造体の前記接線方向において散乱させるように構成されている、ホログラフィック散乱テクスチャを含む、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 前記固体照明要素の少なくとも2つのグループのそれぞれに対する駆動電流を、別個に制御するように構成されている、駆動回路を更に備える、請求項2乃至12のいずれか一項に記載の照明デバイス。
- 24度未満のFWHMのビーム発散を有する、光のビームを放出するように構成されている、スポットライトであって、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の照明デバイスを備える、スポットライト。
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