JP6310688B2

JP6310688B2 - 全内部反射レンズを有するトロファ照明器具システム

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Publication number: JP6310688B2
Application number: JP2013251580A
Authority: JP
Inventors: リック・ドゥレイコ
Original assignee: ジーイー・ライティング・ソルーションズ，エルエルシー
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: US9765944B2; EP2932152A1; WO2014092882A1; TWI633255B; TW201441544A; JP2014116311A; US20140160755A1

Description

本発明は、全体的に、照明システムに関する。より詳細には、本発明は、全内部反射レンズを含む照明システムに関する。

照明システムは、産業用、住宅用、商業用、及び建設設計の重要な側面であり、広範囲にわたるコスト及び技術的考慮事柄を包含している。大部分の従来の照明システムは、直接、又は間接、もしくは直接間接照明の何れかであると考えられる。

直接照明システムの場合、照明光源（例えば、ダウンライト）が可視であることが多く、相当な量のグレア、表面の高い明るさ、及び同様のもののような欠点を示すことが多い。これらの欠点を軽減するために、光源（例えば、蛍光ランプ）を覆う又は実質的に囲むために通常はバッフル又はレンズのような遮蔽要素を用いている。しかしながら、遮蔽要素は、これらの欠点を完全に解消するものではない。遮蔽要素はまた、特にランプの表面が直接的には見えない領域においては最適な光学効率をもたらすことができない。

間接照明システムは通常、直接照明に伴う欠点の多くを軽減するのに使用され、その欠点の幾つかが上で述べられている。間接照明システムでは、照明光源（例えば、アップライト）は、照明されることになる領域に向かって光が（間接的に）反射するように、トロファの下方に装着される。間接照明システムは、直接照明システムに伴う欠点の一部を回避できるが、反射される光束又はルーメンの大幅な損失がもたらされ、従って、直接照明システムよりも有意に低い効率となる。

直接間接照明システムでは、直接照明ランプと間接照明ランプの両方が使用される。直接間接照明システムは、間接照明システムと比べたときに伝送ルーメンの幾つかの改善を提供するが、依然として直接照明システムに伴う欠点の多くをもたらしている。

パラボラ型（放物型）及びプリズム型トロファなどの他の従来の照明システムにもまた、短所がある。例えば、パラボラ型及びプリズム型トロファは、多くの場合、特に移動している物体に対して一貫しない明るさ及び照明パターンに伴う散乱を生じる。加えて、プリズム型トロファは、照明効率の低下及び「洞窟作用」を生じることが多く、この場合、照明領域の上側壁が暗くなる。

照明システム効率は、照明システム設計プロセスの際の重要な考慮事項である。設計時には、特定の照明光源の選択は、設計目標、特定用途の技術的要件、及び経済的考慮事項に大きく依存することになる。他の設計要因には、照明光源分布特性、ルーメンパッケージ、審美的外観、保守管理、生産性、及び光源が挙げられる。

光源は、最も重要な考慮事項の１つとすることができる。既知の光源には、例えば、白熱電球、蛍光バルブ又はランプ、より最近では発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源が含まれる。

しかしながら、白熱電球は、エネルギー効率が悪いことでよく知られており、バルブが光ではなく熱として放出されることにより電力の約９０％が消費される。蛍光ランプは、白熱電球よりも実質的にエネルギー効率が良い（約１０倍）。従って、蛍光ランプは、ほとんどの場合、特に産業及び商業用途において照明システム設計者に好まれる。しかしながら、ＬＥＤは、蛍光ランプよりも更にエネルギー効率が良く、何分の一かのエネルギーを使用して白熱電球及び蛍光ランプと同じルーメンを放出する。

エネルギー効率が良いことに加えて、ＬＥＤはまた、白熱電球及び蛍光ランプと比較したときに実質的に長い作動寿命を提供する。例えば、ＬＥＤの作動寿命は、約７０，０００時間である。対照的に、蛍光ランプは、最長で２０，０００時間持続し、白熱電球は約１０００時間である。他のＬＥＤの利点は、物理的堅牢性の向上、サイズ低減、及び開閉がより迅速であることが挙げられる。ＬＥＤは多くの利点を提供するが、照明用途で使用するには比較的高価であり、より良好な電流及び熱管理を必要とする。

複数のＬＥＤを組み合わせて混色を生成することができるが、従来のＬＥＤは、これらの活性層から白色光を生成することはできない。白色光は、他の色を組み合わせることによってのみ生成することができる。従って、白色光を生成するためにＬＥＤによって使用される特定の方法は、ＬＥＤを光源として考慮する際の重要な要因とすることができる。

白色光を生成するためにＬＥＤを構成する１つの従来的手法は、鏡面リフレクタなどの多色光源を使用するものである。別の手法は、多色蛍光体又は染料を使用することが含まれる。しかしながら、これらの手法の各々は、視野角の範囲全体にわたる影の導入、色分解及び／又は色均一性不良を含む重大な欠陥がある。これらの欠陥に対する１つの解決策は、ディフューザを用いて種々の（すなわち、多色の）光源からの光を散乱させることである。しかしながら、このディフューザ又は拡散材料の使用により、大きな光学的損失を引き起こし、大幅な費用が追加される可能性がある。

米国特許第７，６３５，１９８号明細書

従って、上述の欠陥を考慮すると、必要とされているのは、望ましい分布及び輝度均一性を有する低コストで光学的に効率的な照明システムである。更にまた、必要とされているのは、最小の光学的損失で光源の光出力分布を制御する簡単な低コストのシステム及び方法である。

本発明の実施形態は、電気組立体と、電気組立体内に相互接続され且つそれぞれ光線を放出するよう各々が構成された複数の固体照明装置とを含む照明システムを提供する。照明装置の各々が、照明装置によって放出される光線を反射するレンズに動作可能に結合される。レンズは、高い光学効率を有する半円筒ロッドから各々形成された１つ又はそれ以上のレンズを含むことができる。作動時には、光線は、照明装置からのレンズの距離、第１のレンズの第２のレンズからの距離、照明装置の光軸に対するレンズの角度、及びリフレクタの上部からの照明装置の表面の距離からなるグループからの少なくとも１つに基づいて反射される。

実施形態において、１つ又はそれ以上の半円筒レンズは、作動時には、レンズによって出力される光の分布を制御可能に配向するように、光源の線形アレイから放出される光の実質的に全てがレンズを通過できるように構成される。

少なくとも１つの別の態様において、実施形態は、発光ダイオードの線形アレイを有する光源と、光源と光学的に連通したレンズとを含むトロファ照明器具システムを提供する。光源は、レンズに光を放出するよう構成される。レンズは、全内部反射を提供し、光源によって放出される光の実質的に全てを伝送するよう構成される。任意選択的に、リフレクタ及びディフューザもまた、光源と光学的に連通して含めることができる。リフレクタは、光源によって放出される光を反射するよう構成される。ディフューザは、レンズにより伝送される光とリフレクタによって反射された光とを配合してより均一な光分布をもたらすように構成される。作動時には、レンズは、光の伝送を照明領域上に制御可能に配向するよう構成可能である。

更に別の態様において、実施形態は、光を放出する発光ダイオードの線形アレイを提供するステップと、発光ダイオードと光学的に連通して全内部反射を有する１つ又はそれ以上の半円筒レンズを位置付けるステップと、任意選択的に、１つ又はそれ以上のレンズの位置を調整し、レンズによって出力される光分布を変更するステップと、を含む照明方法を提供する。作動時には、発光ダイオードによって放出される光の実質的に全てが、１つ又はそれ以上の半円筒レンズを通過するようにさせ、照明される品目又は領域上に制御可能に配向される。

本発明の更なる特徴及び利点、並びに本発明の種々の実施形態の構造及び動作を、添付図面を参照しながら以下でより詳細に説明する。本発明は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されるものではない点に留意されたい。このような実施形態は、単に例証の目的で本明細書に提示されているに過ぎない。当業者であれば、本明細書に含まれる教示に基づいて追加の実施形態が明らかであろう。

本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施及び利用できるようにする役割を果たす。

本発明の１つの実施形態による、トロファ照明器具システムの例証図。本発明の１つの実施形態による、トロファ照明器具システムの例証図。本発明の１つの実施形態による、トロファ照明器具システムの例証図。図１Ａ〜Ｃに示す本発明の１つの実施形態による、トロファ照明器具システムのレンズの例証図。使用時における図１Ａ〜Ｃに示す本発明の１つの実施形態による、トロファ照明器具システムの光線追跡モデルの例示的な例証図。狭いコウモリ形光分布を有する本発明のトロファ照明器具システムの１つの実施形態の例証図。狭いコウモリ形光分布を有する本発明のトロファ照明器具システムの１つの実施形態の例証図。本発明の実施形態による広いコウモリ形光分布を有するトロファ照明器具システムの例証図。本発明の実施形態による広いコウモリ形光分布を有するトロファ照明器具システムの例証図。本発明の実施形態によるトロファ照明器具システムの代替の実施形態の例証図。本発明の実施形態によるトロファ照明器具システムの代替の実施形態の例証図。本発明の実施形態によるトロファ照明器具システムの代替の実施形態の例証図。本発明の実施形態によるトロファ照明器具システムの代替の実施形態の例証図。本発明の実施形態によるトロファ照明器具システムの代替の実施形態の例証図。本発明の実施形態による照明システムを利用する方法の例証図。

添付図面は、単に好ましい実施形態を例示する目的のものであり、本開示を限定するものとみなすべきではない。以下の実施可能な図面の説明が与えられると、本開示の新規の態様が当業者には明らかになるはずである。

以下の詳細な説明は、本質的に例示に過ぎず、本明細書で開示される応用及び利用を限定するものではない。更に、上述の背景技術又は概要、或いは以下の詳細な説明において提示されるどのような理論にも縛られることを意図するものではない。本明細書で提供される教示を利用できる当業者であれば、本発明の範囲及び本発明が極めて有用なものとなる追加の分野内にある追加の修正、用途、及び実施形態を認識するであろう。

本発明の実施形態は、主としてＬＥＤに関連して説明しているが、この概念はまた、固体照明装置を含む他のタイプの照明装置にも適用可能である。固体照明装置は、例えば、ＬＥＤ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、半導体レーザダイオード、及び同様のものを含む。同様に、固体照明装置は、本明細書において実施例として例示されており、本明細書で開示される教示及び装置は、白熱灯、ハロゲン灯、他のスポットライト光源及び同様のものなどの他のタイプの光源に容易に適用される。

図１Ａは、トロファ照明器具システム１００（図１Ｂに示す）の照明ストリップ１１０の平面図である。図１Ａに示すように、細長の照明ストリップ１１０は、内部に位置付けられた個々のＬＥＤ１１２ａ〜ｎを有するＬＥＤアレイ１１２を含む。例示として、ＬＥＤアレイ１１２は、細長の照明ストリップ１１０内に装着することができる。図１Ａの実施例において、細長の照明ストリップ１１０は、ヒートシンクのようなパッシブ型熱交換器から形成される。図１Ｂは、細長の照明ストリップ１１０内に位置付けられたＬＥＤ１１２ａ〜ｎのうちの１つの詳細図を示す。

ＬＥＤアレイ１１２のＬＥＤ１１２ａ〜ｎの各々は、アレイへの電力供給を可能にするためにプリント基板（ＰＣＢ）１１４内に実装されて相互接続される。限定ではなく、単に例証の目的で、図１Ｂは、ＬＥＤ１１２ａの詳細図を示す。図１Ｂに示すように、アレイ１１２の例示的なＬＥＤ１１２ａは、ＬＥＤ１１２ａと光学的に連通した１つ又はそれ以上の半円筒レンズ（レンズ１２０ａ及び１２０ｂなど）を含む。ＬＥＤアレイ１１２の残りのＬＥＤ１１２ｂ〜ｎの各々もまた、レンズ１２０ａ及び１２０ｂと光学的に連通している。図１Ｂにおいて、ＬＥＤ１１２ａ及びレンズ１２０ａ／ｂは、図１Ｃにおいて示すようにトロファ１２５に装着可能である。

図１Ｂに戻ると、ＰＣＢ１１４は、細長の照明ストリップ１１０（すなわち、パッシブ型熱交換器）に取り付けられ、細長の照明ストリップ１１０によって発生する熱が周囲空気に放散されてシステム１００を冷却するようになる。

照明ストリップ１１０及びレンズ１２０ａ／ｂは、照明ストリップ１１０からの光出力の実質的に全てを伝送するよう構成可能な光伝送ユニットを形成する。ＬＥＤ１１２ａ〜ｎの放出面は、好ましくは、直接照明構成で、すなわち細長の照明ストリップ１１０に対して下向きに面するように向けられる。レンズ１２０ａ／ｂは、ＬＥＤ１１２ａ〜ｎのある領域（例えば中央領域）からの光出力が別の領域（例えば、軸外）に再配向されるように（対称又は非対称に）配列される。（ｉ）ＬＥＤ１１２ａ〜ｎからのレンズ１２０ａ／ｂの距離、（ｉｉ）レンズ１２０ｂからのレンズ１２０ａの距離、（ｉｉｉ）ＬＥＤ１１２ａ〜ｎの光軸に対するレンズ１２０ａ／ｂの角度、及び（ｉｖ）トロファ１２５の上部からのＬＥＤ１１２ａの表面の距離のうちの１つ又はそれ以上を変えることにより、良好なトロファ輝度均一性を有して光学的に効率的に光を分布させることができる。

ＬＥＤアレイ１１２内のＬＥＤ１１２ａ〜ｎは、グループ又はクラスターで相互接続され、適切に混合されたときに温白色の光出力を生成する。種々の既知の技術を使用して白色光を生成することができる。例えば、ＬＥＤ１１２ａ〜ｎは、当業者には周知であるが、ＢＳＹＬＥＤ及び赤色ＬＥＤ（Ｒ）を用いて青色からシフトした黄色＋赤色（ＢＳＹ＋Ｒ）ＬＥＤ照明技術と互換性があるものとすることができる。ＢＳＹは、青色ＬＥＤ光の一部が黄色蛍光コーティングによって波長変換されたときに生成される色を指す。結果として得られる光出力は、青色光源光に加えて黄緑色である。ＢＳＹ光及び赤色光は適切に混合されたときには温白色光を生成する。従って、ＢＳＹ＋ＲＬＥＤ照明方式は、トロファ照明器具システム１００と共に使用するのに適切な温白色光を生成するのに好適であろう。

更に別の例示として、ＬＥＤ１１２ａ〜ｎはまた、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）ＬＥＤ方式を用いることを含む別の例示的な既知の技術と互換性があるものとすることができる。ＲＧＢＬＥＤ方式を用いて、トロファ照明器具システム１００と共に使用するのに適切な温白色光を含む、種々の光の色を生成することができる。ＢＳＹ＋Ｒ及びＲＧＢ照明方式を本明細書で考察したが、これらは単に例示として提供されている。従って、他のＬＥＤ照明方式も本発明の技術的思想及び範囲内にあり、所望の出力光色を生成するのに用いることができる点は理解されたい。

図１Ｄは、ＬＥＤ１１２ａ〜ｎと関連付けられた、レンズ１２０ａなどの半円筒レンズのうちの１つの例示的な形状の図である。半円筒レンズ１２０ａは、長さＬ、幅Ｗ、及び高さＨで定義される。レンズ１２０ａ／ｂの種々の例示的で適切な寸法は、本発明の技術的思想及び範囲内にある。これらの例示的で適切な寸法は、目的とする用途及び関連する技術要件によって決まる。例示として、典型的な住宅及び商業用途は、長さが数インチ、幅が０．５〜３インチ、高さが０．２５〜１．５インチの数インチにわたるレンズ１２０ａ／ｂを必要とする可能性がある。本開示のシステムと共に使用するのに好適である市販の押し出しアクリルロッドは、例えば、カリフォルニア州ＳａｎＤｉｅｇｏ所在のＲｉｄｏｕｔＰｌａｓｔｉｃｓＣｏ．Ｉｎｃ．から入手可能なｅＰｌａｓｔｉｃｓ（商標）半円ロッドが挙げられる。例示的な互換性のあるモデルには、ＡＲＣＨＡＬＦ．５００、ＡＲＣＨＡＬＦ．６２５、ＡＲＣＨＡＬＦ．７５０、及びＡＲＣＨＡＬＦ１．０００が挙げられる。半円筒レンズ１２０を含むトロファ照明器具システム１００の好適な概略寸法に関して説明してきたが、本開示を逸脱することなく目的とする用途及び照明要件に好適な他の寸法を用いることもできる。

図１Ｂに示すように、トロファ照明器具システム組立体１００は、寸法Ｄ、θ、ｘ、及びｙ（寸法ｙは図３に示される）。寸法Ｄは、最も広い離隔があるレンズ１２０ａ／ｂの端部上の地点におけるレンズ１２０ａ／ｂの離隔距離を定める。寸法θは、レンズ１２０ａ／ｂの離隔角度を定める。一部の実施形態（例えば、単一のレンズ１２０ａを有する実施形態）において、θは、ＬＥＤ１１２ａの鉛直軸又は光軸に対して定めることができる。寸法ｘは、細長照明ストリップ１１０とレンズ１２０ａ／ｂとの間の離隔距離を定める。寸法ｙは、細長照明ストリップ１１０とトロファリフレクタ（ここでは図示せず）の上部との間の離隔距離を定める。

寸法Ｄ、θ、及びｘ、並びにｙは、組立体１００の光分布を定める。Ｄ及びθが増大すると、光分布は更に広がり、すなわちより広い領域にわたって広がる。Ｄ及びθが減少すると、光分布は、より狭い領域にわたって集束する。ｘが増大すると、レンズ１２０ａ／ｂに結合されたＬＥＤ１１２ａ〜ｎからの光量が減少し、すなわち、光の角度分布のより小さな部分がレンズ１２０ａ／ｂによって影響を受ける。レンズ１２０ａ／ｂに結合された光の部分のこの減少は、照明器具の光出力分布に影響を及ぼす。ｘが減少すると、レンズ１２０ａ／ｂに結合されたＬＥＤ１１２ａ〜ｎからの光量が増大し、光の角度分布のより大きな部分がレンズ１２０ａ／ｂによって影響を受けることになる。少なくとも一部の実施形態において、ｙが増大すると、より多くの光がリフレクタ（図示せず）により反射される。最適効率に対して好ましい例示的な距離ｘは、約１インチ以下である。細長照明ストリップ１１０に隣接するレンズ１２０ａ／ｂの上部は、例えば、約０．５インチ未満離れて近接して位置付けられるが、熱放散を促進するために接触していない点に留意されたい。

更に、個々のＬＥＤ１１２ａ〜ｎは、システム１００の下方から直接見たときに可視であるべきではなく、すなわち、システム１００は、極めて優れたＮａｄｉｒ輝度を有するべきである。レンズ１２０ａ／ｂの上部と約１インチ以下のｘ値との間の約０．５インチの離隔距離では、細長の照明ストリップ１１０によって放出される光の実質的に全て（すなわち、８５％〜９５％又はそれ以上）は、レンズ１２０ａ／ｂを通って全内部反射される。レンズ１２０ａ／ｂの対称的分離が図示されているが、本開示から逸脱することなく、レンズ１２０ａ／ｂの非対称分離、レンズ１２０ａ／ｂの非対称位置決め、すなわち、鉛直軸に対して非対称的角度、及び／又はレンズ１２０ａ／ｂの非対称的な数を含む他の実施形態も想定される点に留意されたい。更にまた、本開示から逸脱することなく、複数のレンズ１２０を用いて、光の分布を柔軟的且つ予測的に制御することができる。

図１Ｅの光線追跡モデルに示すように、高い光学効率のレンズ１２０ａ／ｂは、ＬＥＤ１１２ａ〜ｎによって出力される光１２３の実質的に全てをレンズ１２０ａ／ｂに伝送することができる。レンズ１２０ａ／ｂは、半円筒形状を有し、ＬＥＤ１１２ａ〜ｎに隣接して位置付けたときに全内部反射（ＴＩＲ）の光学現象を生じさせる。アクリル製のレンズ１２０ａ／ｂは、隣接媒体よりも高い屈折率を有し、すなわち、アクリルの屈折率は、隣接する空気の屈折率よりも高いのでＴＩＲが生じ、これによりＬＥＤ１１２ａ〜ｎにより出力される光線１２３の実質的に全てを媒体内すなわちレンズ１２０ａ／ｂ内で（内部）反射して返すようになる。この現象により、光線１２３の実質的に全てがレンズ１２０ａ／ｂと隣接空気との間の境界層１２２に沿って移動し、光線１２３を上述のレンズ１２０ａ／ｂの構成に基づいて柔軟に配向することができる。また、レンズ１２０ａ／ｂの外側方面１２４を粗面化して、光線１２３を反射させることにより光線１２３の配合及び混合を促進させる空間拡散層を生成することができる。光の配合を増大させることにより、高い均一性を有してグレアが低減され、より平衡がとれた視覚的に心地よい光が生じる。

トロファ照明器具システム１００の構成要素は、多くの所望の光分布プロファイルを生成するため様々な構成で柔軟に配列することができる。以下で考察する図２Ａ〜４Ｅは、関連する光分布プロファイルを含むトロファ照明器具システム１００の実施形態の実施例を示している。光分布プロファイルは、各実施形態においてカンデラ極線図、光測定データ、及びＮａｄｉｒ輝度プロファイルを含む光出力関連の種々のデータを提供する。光分布プロファイルは、各実施形態の光出力の包括的プロファイルを提供し、照明設計者が所望の光分布を達成するようにトロファ照明器具システムを構成するのに用いることができる。

カンデラ極線図（例えば線図２５０）は、Ｎａｄｉｒすなわち真下に対して特定の方向での出力光強度をグラフ表示している。強度は鉛直軸（下向き）上にあり、放射状の線は、仰角を１０度の増分で示している。カンデラ（ｃｄ）単位で測定される光度は、特定の方向で生成される光量を示している。光度は、グラフ的に編集されて、０度のランプ軸すなわちＮａｄｉｒから離れた各角度での光の強度を示す極座標フォーマットの図表にされる。

例えば、以下の表１及び表２に示す光測定データは、出力光に関連する種々の測定値を表にしている。これらの測定値は、例えば、測定光束、照明器具の光出力比（ＬＯＲＬ）、下向き光束の割合（ＤＦＦ）、ランプ係数及び同様のものを含む。ルーメン（ｌｍ）単位で測定された測定光束又は光束は、方向を考慮しない光源によって生成される総光量を示す。ＬＯＲＬは、内部での光エネルギーの損失及び照明設備を透過することによる損失の両方の指標値を提供する。光エネルギーの損失が減少すると、ＬＯＲＬが増大する。ＬＯＲＬが大きい程、より効率的なシステムであることを示している。８０％〜８５％の範囲のＬＯＲＬは、光学的に効率的とみなされる。８５％を上回るＬＯＲＬは、光学的に極めて効率的であるとみなされる。ＤＦＦは、上方に対する下方に配向される光の割合を示す。ランプ係数は、特定の設備に関連する光度測定情報を提供する。

ルクス（ｌｘ）単位で測定される照度は、表面に到達する光の量の測定値を提供する。照度に影響を及ぼす３つの要因は、表面の方向における照明器具の光度、照明器具から表面までの距離、及び到達光の入射角度を含む。照度は、人間の目によって感知することはできないが、設計仕様にて使用される一般的な基準である。平方メートル当たりのカンデラ（ｃｄ／ｍ²）単位で測定される輝度は、表面から出る光の量を示し、人間の目が知覚するものである。輝度は、照度よりも品質に関して良好に示しており、照度単独よりも設計がし易い。照明器具のカットオフ角は、鉛直軸（すなわちＮａｄｉｒ）と、光源又はその反射像の明るさがもはや見えないときの視線との間の角度を示す。カットオフ角は、照明システムにおける視覚的快適性の制御要因である。

Ｎａｄｉｒ輝度は、光源の真下から見たときの出力光の品質及び均一性を示している。好ましいＮａｄｉｒ輝度は、目に快適で心地よく、個々のＬＥＤ光又は非配合光を示さない。

図２Ａ〜Ｂは、狭いコウモリ形の光分布を有する本発明のトロファ照明器具システム２００の１つの実施形態の例証図である。図２Ａに示すように、照明器具システム２００は、個々のＬＥＤを含むＬＥＤアレイを有する細長照明ストリップ２１０、レンズ２２０ａ／ｂ、リフレクタ２３０、及びディフューザ２４０を備える。照明器具システム２００は、トロファ２２５内に装着することができる。細長照明ストリップ２１０及び個々のＬＥＤは、レンズ２２０ａ／ｂ及びリフレクタ２３０の両方に近接近して装着される。リフレクタ２３０により損失光又は散乱光を反射させ、出力する前に他の光線と混合させるようにする。例えば、ディフューザ２４０は、光成形ディフューザ（例えば、２０度半値幅（ＦＷＨＭ）ディフューザ）とすることができる。ディフューザ２４０は、ＬＥＤ組立体２１０から実質的に離間して配置され、貫通する光線を配合することにより良好な均一性を有する光出力を生成するようにする。

図２Ｂに示すように、照明器具システム２００は、狭いコウモリ形の光分布を有するカンデラ光極線図２５０をもたらす。カンデラ光極線図２５０は、狭間隔の光分布領域２５５上に分布するより強い光を示す。

以下の表１は、照明器具システム２００の例示的な光測定データを示す。光測定データは、高い光学効率である８９％よりも大きなＬＯＲＬ、及び９９％よりも大きなＤＦＦを示している。照明器具システム２００のＮａｄｉｒ輝度は、極めて優れた出力光の品質及び均一性を有する。

表１
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測定光束：３７３７．７ｌｍ
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照明器具光出力比（ＬＯＲＬ）：８９．４２％
下向き光束の割合（ＤＦＦ）：９９．９２％
ＵＴＥＣ７１−１２１光度測定：０．８９Ｆ
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図３Ａ〜Ｂは、幅広のコウモリ形の光分布を有する本発明のトロファ照明器具システムの１つの実施形態の例証図である。図３Ａに示すように、照明器具システム３００は、個々のＬＥＤを含むＬＥＤアレイを有する細長照明ストリップ３１０、レンズ３２０ａ／ｂ、リフレクタ３３０、及びディフューザ３４０を備える。照明器具システム３００は、トロファ３２５内に装着することができる。細長照明ストリップ３１０及び個々のＬＥＤは、レンズ３２０ａ／ｂに近接近して装着される。しかしながら、細長照明ストリップ３１０及びレンズ３２０ａ／ｂは、リフレクタ３３０及びディフューザ３４０の両方から実質的に離間して装着される。照明器具システム３００は、幅広のコウモリ形の光分布を有するカンデラ光極線図３５０をもたらし、実質的に均等な強度の光が幅広の光分布領域３５５にわたって分布していることを示す。以下の表２は、照明器具システム３００の例示的な光測定データを示す。光測定データは、高い光学効率である９２％よりも大きなＬＯＲＬ、及び９９％よりも大きなＤＦＦを示している。照明器具システム３００のＮａｄｉｒ輝度は、極めて優れた出力光の品質及び均一性を有する。

表２
┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
測定光束：３８４９．７４ｌｍ
照明器具光出力比（ＬＯＲＬ）：９２．１％
下向き光束の割合（ＤＦＦ）：９９．９５％
ＵＴＥＣ７１−１２１光度測定：０．９２Ｅ
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
図４Ａ〜Ｅは、本発明のトロファ照明器具システムの代替の実施形態の例証図である。図４Ａによる代替の実施形態は、単一のオフセットレンズと、非対称的なコウモリ形光分布をもたらす狭い間隔で配置されたパラボラ型ディフューザを示している。図４Ａに示すように、照明器具システム４００は、ＬＥＤアレイを有する細長照明ストリップ４１０と、単一のオフセットレンズ４２０ａと、リフレクタ４３０と、パラボラ型ディフューザ４４０とを含む。照明器具システム４００は、トロファ４２５内に装着することができる。単一のオフセットレンズ４２０ａは、平坦面がＬＥＤアレイに曝されて鉛直に対して約３０度の角度にあるように位置付けられる。細長照明ストリップ４１０は、単一のオフセットレンズ４２０ａ及びリフレクタ４３０の両方から僅かに間隔を置いて装着される。パラボラ型ディフューザ４４０は、単一のオフセットレンズ４２０ａに近接近しており、オフセットレンズ４２０ａ及び細長照明ストリップ４１０の両方を囲む。

図４Ｂによる代替の実施形態は、複数のレンズと、狭い平坦な下方光分布をもたらす狭間隔のディフューザとを有する、本発明のトロファ照明器具システム４５０を示す。図４Ｂに示すように、照明器具システム４５０は、細長照明ストリップ４４２と、レンズ４４４ａ〜ｄと、リフレクタ４４６と、パラボラ型ディフューザ４４８とを含む。細長照明ストリップ４４２は、レンズ４４４ａ／ｂに近接近してトロファ４４７内に装着される。レンズ４４４ｃ〜ｄは、レンズ４４４ａ〜ｂを通過するあらゆる光が「挟まれ」て、ディフューザ４４８に渡されるようにレンズ４４４ａ〜ｂの何れかの外周上に載置される。レンズａ〜ｂの各々は、レンズ４４４ｃ〜ｄの一方に近接近している。レンズ４４４ｃ〜ｄは、レンズ４４４ａ〜ｄ全てを実質的に囲むパラボラ型ディフューザ４４８に近接近している。

図４Ｃによる代替の実施形態は、ガイドと、中間空洞光分布をもたらすディフューザとを有する、本発明のトロファ照明器具システムを示す。図４Ｃに示すトロファ照明器具システム４６０は、屈折と反射の両方を利用して、細長照明ストリップ４５２のＬＥＤにより出力される光分布を伝送及び配向する。システムは、光ガイド４５６、光ディフューザ４５９、及び光学プリズム４６２を含む。システムはまた、リフレクタ４５８を含む。細長照明ストリップ４５２、及び／又は光ガイド４５６、光ディフューザ４５９、及び光学プリズム４６２を含む他の照明構成要素は、トロファ４５４内に装着できる光透過ユニットを形成することができる。光ディフューザ４５９及び光学プリズム４６２は、細長照明ストリップ４５２のＬＥＤによって出力される光を拡散して発散させるプリズムディフューザを形成する。光ガイド４５６及び光学プリズム４６２は、照明ストリップ４５２から出力される光が光学プリズム４６２を通って照明されることになる領域に伝送されるように配列される。アクリルガイド４５６は、図１に関して考察されたレンズ１２０ａ／ｂと同じ材料で形成することができる。しかしながら、ガイド４５６は、実質的に細長い形状を具現化し、光ガイド４５６の長さに沿って反射して誘導されるように細長照明ストリップ４５２のＬＥＤに実質的に平行に位置付けられる。アクリルガイド４５６の端部は、細長照明ストリップ４５２のＬＥＤに隣接して位置付けられ、ＬＥＤによって出力される光の実質的に全てがガイド４５６によって集められてその内部に伝送されるようになる。ディフューザ４５９は、ガイド４５６の反対側の端部に隣接して位置付けられ、ガイド４５６から放出される集束光がより大きな領域にわたって発散されるようになる。ディフューザ４５９により、光線が跳ね返って混合されて光が配合されるようになる。光学級アクリル又はガラスから形成される光学プリズム４６２は、拡散光を光学プリズム４６２の側部を通って反射し、すなわちプリズム４６２の左右に反射し、光が広領域にわたって選択的に配向されるようになる。

図４Ｄによる代替の実施形態は、リフレクタと僅かにコウモリ形光分布をもたらすディフューザとを有する、本発明のトロファ照明器具システム４７０を示す。図４Ｄに示すように、照明器具システム４７０は、ＬＥＤアレイを有する細長照明ストリップ４７２、レンズ４７４ａ／ｂ、リフレクタ４７８、及びディフューザ４８０を含む。ディフューザ４８０は、例えば、光成形ディフューザ（例えば、２０度半値幅（ＦＷＨＭ）ディフューザ）とすることができる。細長照明ストリップ４７２及び／又はレンズ４７４ａ／ｂは、トロファ４７６及び／又はディフューザ４８０に装着することができる。細長照明ストリップ４７２は、リフレクタ４７８に近接近して装着される。ＦＷＨＭディフューザ４８０は、細長照明ストリップ４７２のＬＥＤアレイとレンズ４７４ａ／ｂとの間でリフレクタ４７８上に装着される。レンズ４７４ａ／ｂは、ＦＷＨＭディフューザ４８０に近接近して装着される。ＬＥＤから放出される光の少なくとも一部は、光の配合及び成形をするＦＷＨＭディフューザ４８０を通過する前にリフレクタ４７８により反射される。次いで、光は、レンズ４７４ａ／ｂを通過して照明されることになる領域に配向される。

図４Ｅによる代替の実施形態は、双対の間隔を置いたＬＥＤレンズ構成と、実質的に狭く且つ均等な光分布をもたらす空間角度ディフューザとを含む、本発明のリフレクタ照明器具システムを示す。図４Ｅに示すように、照明器具システム４９０は、各々がＬＥＤアレイを有する細長照明ストリップ４９２ａ／ｂと、レンズ４９４ａ／ｂと、リフレクタ４９８と、角度ＦＷＨＭディフューザ４９９とを含む。細長照明ストリップ４９２ａ／ｂは、互いに離間して配置され、各々がリフレクタ４９８に近接近している。細長照明ストリップ４９２ａ／ｂのＬＥＤは、単一のレンズ４９４ａ及び４９４ｂそれぞれと近接近している。細長照明ストリップ及び／又はレンズ４９４ａ／ｂは、トロファ４９６内で且つリフレクタ４９８に近接近して装着することができる。レンズ４９４ａ／ｂは、ＦＷＨＭディフューザ４９９に近接近している。ＬＥＤから放出される光の少なくとも一部は、光の配合及び成形をするＦＷＨＭディフューザ４９９を通過する前にリフレクタ４９８により反射される。次いで、光は、レンズ４７４ａ／ｂを通過した後、照明されることになる領域に配向される。

図１Ａ〜４Ｅに関して上記で考察したトロファ照明器具システムの種々の実施形態は、照明されることになる品目又は領域に光分布を制御可能に配向するのに選択的に利用することができる。実施形態の各々は、１つ又はそれ以上のレンズ及び１つ又はそれ以上の光源（又は照明組立体）を含み、光源から集められた光の実質的に全てを品目又は領域に制御可能に配向する照明システムの固有の構成を提供する。照明システムは、光出力の分布プロファイルが実質的に制御されるように光を配向するよう構成可能である。

図５は、本発明の１つの実施形態による照明システムを利用する方法を提供する。方法５００は、本明細書で開示された照明システムを利用して光分布を制御可能に配向し、品目又は領域を照明するための概要を示す。上記で考察したように、照明システムの実施形態の各々は、提供される照明プロファイルに基づいて選択的に利用できる実質的に固有の照明プロファイルを提供する。また、照明システムの実施形態の各々は、光分布を更に制御し配向するよう調整することができる。図５は、本明細書で開示されるシステムを利用して、光を制御可能に配向する方法を開示する。ステップ５１０において、本方法は、光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）の実質的に線形アレイを提供することから始まる。ステップ５２０において、１つ又はそれ以上のレンズがＬＥＤと光学的に連通して位置付けられる。レンズは、ＬＥＤから放出される光の実質的に全てが照明されることになる品目又は領域に配向されるように位置付けられる。ステップ５３０において、任意選択的に、レンズの位置を調整し、レンズによって出力される光分布を変更することができる。ステップ５２０及び５３０それぞれにおいて、レンズは、図１Ａ〜Ｅに関して考察したように、パラメータＤ、θ、ｘ及びｙに基づいて位置付けられ且つ調整される。レンズの位置決め及び調整によって、ＬＥＤから放出される光の実質的に全てがレンズを通って柔軟に伝送され、図２Ａ〜４Ｅに関して概説したように、広範囲の光分布プロファイルにわたって光分布を制御することができる。

本開示によって依然として包含される代替の実施形態、実施例、及び修正形態は、特に上述の教示に照らして当業者により実施することができる。更に、本開示を説明するのに使用される技術用語は、限定ではなく本質的に説明の用語の範疇にあることを意図するものである点を理解されたい。

また、上述の好ましい代替の実施形態の改正及び修正形態を本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく構成できることは、当業者には理解されるであろう。従って、添付の請求項の範囲内で、本明細書で具体的に説明したもの以外で本開示を実施できることは理解されるはずである。

１００トロファ照明器具システム
１１０照明ストリップ
１１２ａ〜ｎＬＥＤ
１１４プリント基板（ＰＣＢ）
１２０ａ、ｂレンズ

Claims

照明システムであって、当該照明システムが、
電気組立体と、
前記電気組立体内に相互接続され、それぞれ光線を放出するよう各々が構成された複数の固体照明装置と
を備えており、各照明装置が、その照明装置によって放出される光線を反射する半円筒形の第１のレンズと半円筒形の第２のレンズと動作可能に結合されていて、光が内部反射によって伝送されて光出力分布が第１のレンズ及び第２のレンズによって変更されるように、第１のレンズ及び第２のレンズの位置を調整することができ、前記光線が、前記照明装置からの各レンズの距離、第１のレンズと第２のレンズとの間の距離、前記照明装置の光軸に対する各レンズの角度、及びリフレクタの上部からの前記照明装置の表面の距離からなる群からの少なくとも１つに基づいて反射される、照明システム。
前記電気組立体及び前記複数の固体照明装置と連通したトロファを更に備える、請求項１に記載の照明システム。
前記トロファと連通し、前記照明装置から放出される光を反射するよう構成されたリフレクタを更に備える、請求項２に記載の照明システム。
前記トロファと連通し、前記照明装置から放出される光を配合するよう構成されたディフューザを更に備える、請求項２に記載の照明システム。
前記ディフューザが、光成形ディフューザである、請求項４に記載の照明システム。
前記第１及び第２のレンズが、アクリルロッドから形成される、請求項１に記載の照明システム。
トロファ照明器具システムであって、
光を放出するよう構成された発光ダイオードの線形アレイを有する光源と、
前記光源と光学的に連通した半円筒形の第１のレンズ及び半円筒形の第２のレンズであって、全内部反射をもたらすとともに前記光源によって放出される光の実質的に全てを伝送するように位置を調整することができる第１のレンズ及び第２のレンズと
を備え、前記第１のレンズ及び第２のレンズが、前記伝送光を照明領域上に制御可能に配向するように構成される、トロファ照明器具システム。
前記光源と連通し、前記光源によって放出される光を反射するよう構成されたリフレクタを更に備える、請求項７に記載のトロファ照明器具システム。
前記光源と連通し、前記第１及び第２のレンズにより伝送される光と前記リフレクタによって反射された光とを配合するよう構成されたディフューザを更に備える、請求項８に記載のトロファ照明器具システム。
照明方法であって、
光を放出する光源の線形アレイを提供するステップと、
前記光源と光学的に連通して全内部反射を有する半円筒形の第１のレンズと半円筒形の第２のレンズを、前記光源によって放出される光の実質的に全てが第１のレンズ及び第２のレンズを透過して照明領域上に伝送されるように、配置するステップと、
前記第１及び第２のレンズの位置を調整して光出力分布を第１及び第２のレンズによって変更するステップと
を含んでおり、前記第１及び第２のレンズを通しての光の伝送が、前記光源からの各レンズの距離、第１のレンズと第２のレンズとの間の距離、前記光源の光軸に対する各レンズの角度、リフレクタの上部からの前記光源の表面の距離からなる群からの少なくとも１つに基づいて行われる、照明方法。
前記光源が発光ダイオードである、請求項１０に記載の照明方法。