【０００１】
本発明は、細長い光源およびバックリフレクタを備える型の照明器具に関する。本発明は、特に、それに限定されるわけではないが、蛍光管を光源として用いる照明器具に応用可能である。
【０００２】
蛍光管の形の細長い光源が、屋内屋外両方で空間照明用の照明器具で広く使用されている。それらはまた、例えば、商業用および非常用標示ばかりでなく電子ディスプレイも含み、棚照明および陳列照明で多くの他の用途を有する。
【０００３】
照明器具から必要とされる配光が、照明器具が目的とする用途に左右される。例えば、普通の空間照明用蛍光管を用いる、天井に取り付けられた照明器具の場合、いわゆる「バットウィング」型の広角横分布を有する光出力が、多くの場合好まれる。何故なら、それは、照明器具が比較的広く間隔を置いて配置されている場合でさえも、床レベルにおいて比較的均一なレベルの照度が達成されることを可能にするからである。照明対象の空間が、コンピュータのディスプレイ画面が使用される空間である場合、「バットウィング」分布は、下向きの垂直線のどちら側でも約６０度でカットオフを示して、ユーザーによって体験される、ディスプレイ画面からのまぶしい光の量を減らす。他方、蛍光管を用いる照明器具が、光導波路のエッジ照明、例えばディスプレイ用のバックライトシステムを設けるために使用される場合、照明器具の光出力は、できるだけ多くの光が導波路に注入されるように、細い横分布を有することが必要である。
【０００４】
蛍光管は通常、その軸を中心とする全ての方向にほぼ均一に光を放射し、照明器具内で、それは多くの場合、後方へ放射された光を前方向へ向け直すバックリフレクタが設けられる。間隔を置いて配置されたバックリフレクタが、空間照明用に蛍光管と共に広く使用され、また電子ディスプレイ用のバックライトで蛍光管と共にしばしば使用され、それらはエネルギー使用上非常に効率の良い照明器具を生じ得る。バックリフレクタは、しかしながら、多くの場合光源に比べて非常に嵩張り、限られた空間で使用するには必ずしも適当でない。さらに、照明器具が空間照明に使用される場合、前面拡散器も多くの場合、床レベルにおいて均一なレベルの照度を与え、構成のバルキネスをさらに増すために必要とされる。
【０００５】
間隔を置いて配置されたバックリフレクタ付きの線状光源を備える照明器具の例が、米国特許第４ ６４２ ７４１号、同第４ ５１４ ７９３号、および同第３ ６５４ ４７１号に記載されている。米国特許第４ ６４２ ７４１号に記載される装置において、バックリフレクタは、出荷および取扱いのために線状光源に巻き付けられ得る。
【０００６】
間隔を置いて配置されたバックリフレクタ付きの蛍光管を備える照明器具の代替案、いわゆる「アパーチャーランプ」が開発された。この型の細長い光源において、反射性材料が、光（反射材料によって反射された光を含む）が出射できる細長いアパーチャーを残して、蛍光管の周囲の部分をしっかりと囲む（またはその部分と一体化する）。反射材料は、蛍光管の内側または外側に直接施されるか、あるいは管を完全に囲む保護被覆の内側または外側に施される、シート材料またはコーティングであってもよい。用いられた反射材料、および形成される細長いアパーチャーの大きさに応じて、アパーチャーは高いレベルの表面輝度を示し得るが、必ずしも制御された配光を与えるとは限らない。
【０００７】
アパーチャーランプの例が、米国特許第３ １１５ ３０９号、同第４ １８６ ４３１号、同第４ ９９１ ０７０号、同第５ ０３６ ４３６号、同第５ ５１０ ９６５号、ＷＯ ９４／２２１６０およびＷＯ ９９／６０３０３に記載されている。米国特許第５ ５１０ ９６５号に記載されている装置において、印刷膜がリフレクタとして使用され、印刷パターンが光源の出力を所要の方法で変更するために選択される。
【０００８】
いくつかの場合、照明管の周りに接近して係合するバックリフレクタが使用された。その型の装置の例が、米国特許第２ ０７８ ３７０号、同第２ ５９５ ２７５号、同第３ １４０ ０５５号、およびＤＥ−Ａ−１９５ ２８ ９６２に記載されている。それらの例のいくつかにおいて、リフレクタに照明管から離れて延在する部分が設けられる（米国特許第２，０７８，３７０号、同第２，５９５，２７５号、および同第３，１４０，０５５号参照）。
【０００９】
間隔を置いて配置されたバックリフレクタ付きの照明管がより多くの空間を必要とするけれども、それは一般に比較できるアパーチャーランプよりもエネルギー効率が良いであろう。何故なら、光は前方向に放射される前の反射が少なく、そのため反射で失われる光量が減るためであろう。
【００１０】
米国特許第４，９３３，８２１号および同第５，４１４，６０４号が、蛍光管からの光の一部が光の残りに対して鋭い角度で照明器具を離れることを確かにするように形成される、間隔を置いて配置されたバックリフレクタを備える照明器具を記載している。米国特許第４，９３３，０２１号に記載される照明器具において、それはバックリフレクタの縁を形成することによって達成される。米国特許第４，４１８，３７８号において、ライトボックスで使用される蛍光管の出力が、管に切取端付きの開口スリーブを設けることによって変更される。
【００１１】
本発明が関係する問題は、照明器具の細長い光源に対して、比較的コンパクトであり、光を所要方向に向け直すばかりでなく、照明器具からの配光を照明器具が使用される予定の特定の位置の要求に適合するように調整するであろう、リフレクタを提供することである。
【００１２】
本発明は、細長い光源がリフレクタに対して間隔を置いて設置された細長い凹面空洞を画定する、リフレクタを備える照明器具を提供し、それによってリフレクタは光源をその後側で囲んで、光源からの光を反射し、光を空洞からほぼ前方向へ放射させる。リフレクタは、その内側表面から立ち上がって、光源とリフレクタとの間の空洞内の空間から、ほぼ前方向へ放射される光を途中で捕まえ、そらせるプリズム構造を備える。
【００１３】
本発明はまた、細長い光源がリフレクタに対して間隔を置いて設置された細長い凹面空洞を画定する、リフレクタを備える照明器具を提供し、それによってリフレクタは光源をその後側で囲んで、光源からの光を反射し、光を空洞からほぼ前方向へ放射させる。リフレクタは、空洞の両側に、その内側表面から立ち上がって、光源とリフレクタとの間の空洞内の空間から、ほぼ前方向へ放射される光を途中で捕まえ、そらせる、それぞれのプリズム構造を備える。
【００１４】
本発明に係る照明器具の細長い光源は、リフレクタによって光源へ戻される光を完全に吸収せず、かつ好ましくはその光をほぼ全然吸収しないであろうことが必要である。適当な光源が蛍光管である。
【００１５】
本明細書で使用される用語「光」は、電磁スペクトルの紫外、可視、および／または赤外領域の電磁放射線を指す。
【００１６】
本明細書で使用される用語「プリズム構造」は通常、２つの端部が同様な、等しい、かつ平行な形であり、側部が平行四辺形である構造を指す。その最も簡単な形で、プリズム構造は三角形の断面を有する。しかしながら、本明細書で使用されるように、この用語は、３つより多くの側部付きの断面を有する構造にまで、また構造が側部の少なくともいくつかが彎曲を形成する程の非常に多数の側部付きの断面を有する極端な場合にまでも及ぶ。
【００１７】
単に例証として、本発明の実施形態が添付図面を参照して説明されるであろう。
【００１８】
図１に分解状態で、かつ図２に組立状態で示される照明器具１が、直線状蛍光管およびリフレクタ３を備える。リフレクタ３は細長い形をしており、図３に示すように、光源２が片側でリフレクタによって部分的に囲まれるように、光源２が配置される空洞４を画定する、ほぼ凹面形の横断面を有する。リフレクタ３は、使用中、光を空洞４の外へ前方向に（すなわち、リフレクタから離れて）放射するように意図される照明器具の後部を形成する。
【００１９】
リフレクタ３は、ほぼ半円形である横断面を有する細長い外板５、およびその内側表面に３つの直立した、縦方向に延在するリブ６、７を備える。参照数字６によって示される、直立したリブの２つが外板５の縦方向の縁部に設置され、第３の直立したリブ７が中央に設置される。外板５およびリブ６、７を備えるリフレクタ３は、光学的に透明な（好ましくは重合体）材料から形成され、成形または押出しされた部品であることが好ましい。リフレクタ３用の適当な材料はポリカーボネートであるが、あるいは、それはアクリル材料から形成されることがあり得る。リブ６、７は蛍光管２の密封容器と接触し、そして外板５を後者から離し、リブ６の場合、後にさらに詳しく説明されるであろうように照明器具１から出る配光を変更するのに役立つ。高効率の正反射層８が外板５（示されるように、リブ６の基部に対向する縁部分を含む）の外側表面に形成されて、光源２からの外板を通過する光を反射する。
【００２０】
リフレクタ３は蛍光管２を受け入れる取付物に取り付けられるか、またはその一部を形成する。あるいは、それは管２の密封容器に、取外し可能なように、かつことによると要求の応じて管に対して調整可能なように直接取り付けられる。好ましい装置において、リフレクタ３は、それがリブ６の作用によってだけ管に保持されることを可能にする程度に蛍光管２の周りに延び、リフレクタを管に対して所望の外周位置に保持する、なにかの手段を設けることだけが必要である。その場合、リフレクタ３の外板５は、要求される場合管２の挿入および取外しを可能にするために十分撓み性であることが必要である。リフレクタを蛍光ランプの密封容器に直接取り付ける種々の他の装置が知られており、例が米国特許第４ ５１４ ７９３号および同第２ ５９５ ２７５号に記載されている。あるいは、リフレクタ３は、米国ミネソタ州セント・ポールのミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ Ｐａｕｌ， Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ， ＵＳＡ）から入手できる商品名「クリップオンリフレクタ（Ｃｌｉｐ−Ｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）」で利用できるリフレクタと同じ装置を用いて取り付けられる。
【００２１】
照明器具１は、一般に次のように機能する。蛍光管２は、光をその縦方向軸を中心とする全ての方向にほぼ均一に放射するであろう。後方向へ、すなわちリフレクタ３の方へ放射される光が外板５を通過し、層８によって反射されて蛍光管２の方へ戻されるであろう。そこで光は再び反射され、層８へ戻される。光が管２またはリブ６の１つのどちらかを通って空洞４から最終的に出る（前方向へ進む）前に、光は実際に、空洞４、蛍光管２と外板５との間の空間内で多数の反射を受ける。これまでに説明されたように、リフレクタ３は従来のやり方で機能する。
【００２２】
層８における反射で失われる光量を減らすために、層８は、空洞４に臨んで、少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９８％の反射率を有することが必要である。層８は外板５の外側表面に張り付けられた反射膜を備え、この場合好ましい反射膜は、米国特許第５ ８８２ ７７４号およびＷＯ ９７／０１７７４に記載される型の多層光学膜である。適当な代替膜がドイツエネペタルのアラノッド（Ａｌａｎｏｄ ｏｆ Ｅｎｎｅｐｅｔａｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名「ミロ（Ｍｉｒｏ）」で利用できる。反射膜の使用に対する代替として、層８は蒸着層であり得る。ある場合には、正反射材料のストリップがリブ６の基部に対向して必要とされるだろうけれども、層８は本質的に乱反射材料である。
【００２３】
図３に示される装置の変更態様において、正反射材料のストリップがリブ６の基部に対向する外側表面に保持されるけれども、反射層８は外板５の内側表面へ移される。
【００２４】
リブ６の各々は三角形の断面を有するプリズムの形であり、プリズムの基部はリフレクタ３の外板５の外側表面の続きであり、プリズムの頂点は蛍光管２の密封容器に隣接する。２つのプリズム６は二等辺三角形の形をした、同一の断面を有し、管２に対して対称に定置され、配向される。空洞４から出るときにプリズム６の１つを通過する光が、プリズムによってそらされるであろう。プリズムの適当な配向およびプリズム角度の選択によって、光が照明器具から出るであろう方向を制御することが可能である。リフレクタ３が蛍光管２の周りを包む広がりを変えることによって、プリズム６を通過する光量を調整することがまた可能である。
【００２５】
図３に示されるリフレクタの場合、リフレクタ３の広がり（プリズム６の頂点間の距離として測定される）は、リフレクタは管２の外周の約５５％を包むようになっている。プリズム６は７６度のプリズム角度αを有し、プリズムの外側表面がプリズム頂点を含む面に対して６８度の角度βであり、その結果プリズム頂点は空洞４に向けられるように、各プリズムは指向される。図３Ａは、図３の面（すなわち、管２の長さに直角な）における、リフレクタ３のこの構成の照明器具の光の角分布上の効果を示す。図３Ａは、この面で、光は強度ピ−クを前方向（図３Ａの０°）に有し、前方向のそれぞれの側でランベルト源による光よりも速くゼロに減衰することを示す。直交面（すなわち、管２の長さに沿った）において、光はまた強度ピ−クを前方向に有するが、リフレクタ３の効果はそれほど明らかでない。
【００２６】
図４は図３に類似であり、各プリズムの外側表面がプリズム頂点を含む面に対して８度の角度βであり、その結果各プリズムの頂点は空洞４の外へ向けられるようにプリズム６は指向される、照明器具を示す。図４Ａは図３Ａに類似であり、リフレクタ３のこの構成の照明器具からの光の、図４の面における、角分布上の効果を示す。この面において、光は再び強度ピ−クを前方向（図４Ａの０°）に有することが分かるであろう。直交面（すなわち、管２の長さに沿った）において、光はまた強度ピ−クを前方向に有するが、リフレクタ３の効果はそれほど明らかでない。
【００２７】
強度ピ−クを前方向に有する光ビームを与える、図３および４に示される型の照明器具は、それは比較的高いレベルの光が導波路に注入され、それによって装置の効率を向上させるので、光導波路の縁照明に特に適する。光導波路は、例えば電子ディスプレイまたはエッジリットサインのような種々の用途を持つことが可能であり、またはそれ自体も照明器具として機能する。図３および４に示される型の照明器具はまた、表面（例えばサイン面）を照明する、かつ小売場所における商品を照明する「ウォールウォッシング」照明装置で使用するのに適する。さらに、それらのコンパクトな構成によって、それらは、フォークリフトの移動性を妨げずに棚を効果的に照明するために、倉庫内の保管棚間の通路の上に取り付けるのに特に適する。
【００２８】
図５は図３および４と同様に見えるが、全く異なる配光を与えるであろう照明器具を示す。この場合、リフレクタ３の広がり（プリズム６の頂点間の距離として測定される）は、リフレクタは蛍光管２の外周の約７０％を包むようになっている。さらに、プリズム６もやはり図３および４のように７６度の頂角αを有するけれども、各プリズムの外側表面がプリズム頂点を含む面に対して３８度の角度βであるように、プリズム６は指向される。図５Ａは、リフレクタ３のこの構成の照明器具からの光の、図５の面における、角分布上の効果を示す。この分布はいわゆる「バットウィング」形を有し、ここで光強度は２つのピークを前方向の各側（この場合、約４０度の角度）に１つ有し、そして角度が広がるにつれて、ランベルト分布を受けてゼロに減衰する。直交面（すなわち、管２の長さに沿った）において、リフレクタ３の光の角分布上の効果はそれほど明らかでない。
【００２９】
図６は図５に示される構成の変更態様を示す。主な変更態様が、リフレクタ３をプリズム６を越えて続けて、同様な外側へ傾いた延長部分９をリフレクタの湾曲した外板５の各縁に沿って形成することを含む。層８と類似する、高効率の正反射層１０が、各延長部分９の外側表面に形成される。延長部分９は、さもないと比較的広い角度で照明器具１から出るだろう光を途中で捕まえ（いずれの場合にも、リフレクタの他の側のプリズム６からの一部の光を含む）、それをより前方向へ放射するために機能する。図６Ａは、この構成の照明器具からの光の、図６の面における、角分布を示す。この分布もやはり「バットウィング」形を有するが、２つのピークにおける光強度が増大され、両側で前方向から約６０度で非常に速くゼロに減衰する。
【００３０】
広角の「バットウィング」分布を与える、図５に示される型の照明器具は、一般の空間照明応用に特に適する。複数の天井に取り付けた照明器具が床面を照明するために使用される場合、「バットウィング」分布を与える照明器具は、それらは、与えられる照明の均一性を損なわずにより広く離れて配置され得る点で、最も効果的であることが既に知られている。図６に示される型の照明器具は、コンピュータディスプレイ画面が使用される、事務所のような空間を照明するのに好ましい。その場合、各照明器具によって放射された光が、下向きの垂直線を中心とする約６０度の角度内に含まれるので、ディスプレイ画面からのまぶしさがユーザーにとってそれほど迷惑ではないであろう。天井に取り付ける場合、図５Ａおよび６Ａの照明器具は、放射された光が照明される空間の床面の方へ下方向に向けられるように、配向されるだろうことが理解されるであろう。
【００３１】
図３〜６に示される照明器具の構成において、プリズム６の配向、プリズム角度、およびリフレクタ３の広がりが、放射された光の分布を変更するために全て変えられ得る。これらの３つの因子のうち、プリズム６の配向は配光に最も影響を与えることが分かった。リフレクタ３の広がり（プリズム６の頂点間で測定される）、従って光源２が囲まれる度合いを大きくすることが、放射される光が少ないので照明器具の効率を低下させるであろうが、制御されない方法で放射される光量も減らすであろう。図５Ａおよび６Ａのような「バットウィング」配光を有する照明器具の場合、例えば、リフレクタ３（プリズム６の頂点間で測定される）は、光源２の外周の５５％〜８５％を囲むことで満足であるけれども、約７５％を囲むことが好ましい。図３Ａおよび４Ａのような小幅の配光を有する照明器具の場合、それに対して、光源２のより小さい部分がリフレクタ３によって通常囲まれるだろう。すべての場合において、リフレクタが光源を囲む広がりを変える場合、リフレクタの位置を光源に対して維持するために使用される機構を設けるために考察が必要である。
【００３２】
図６に示される型である、バットウィング配光を与える、１つの好ましい構成が、２５ミリの直径を有する蛍光管２を使用し、リフレクタ３の２つのプリズム６の頂点間の距離が、管の外周の約７５％を囲むために十分である。基部と頂点との間のプリズム側面の長さは１０ミリであり、プリズム頂点角αは７４度であり、プリズムは、各プリズムの外側表面がプリズム頂点を含む面に対して４０度の角度βであるように配向される。延長部分９は２０ミリの幅を有し、プリズム６の頂点を含む面に対して１００度の角度で外側に傾斜する。
【００３３】
既に上に示されたように、図３〜６の照明器具のリフレクタ３は、蛍光管２の長さに直角な面における配光に及ぼす影響を制御する。それらの照明器具のいずれかの光出力の追加制御が直交面で必要とされる場合、これは、例えば、管２の前面に管を横切って通るように配置されるルーバーを設けることによって達成され得る。
【００３４】
図３〜６の照明器具は、蛍光管と共に使用するのに適していることが知られる、どんな適当な追加特徴も備えられ得る。例えば、反射層８が高分子膜によって施される場合、ロードされた（ｌｏａｄｅｄ）高分子材料が、ＥＰ−Ａ−０ ８１１ ３０５に記載されるように、高分子反射膜の裏に施されて、蛍光管を起動し、調整するのを助ける。
【００３５】
図３〜６の上記の説明から、蛍光管２の背後のリブ７が、管とリフレクタ外板５との間の間隔を維持するためにだけ有用であることが理解されるであろう。それは照明器具からの配光に寄与しないし、光源とリフレクタとの間の間隔を維持する、なにか代替機構が設けられる場合、省かれることがあり得る。
【００３６】
図３〜６に示される照明器具の構成の特別な実用的利点は、蛍光管２とバックリフレクタ３との間の空間が、管の長さに沿って、プリズム６によって塞がれ、その結果、従来の装置よりもずっと清浄に保つであろうということである。照明器具が空間照明用に使用される場合、通常管２の外側表面およびプリズム６だけが清掃を必要とするであろう。
【００３７】
図３〜６のリフレクタ３のプリズムリブ６がすべて、二等辺三角形の形の断面を有するけれども、他の形のプリズムが、照明器具からの配光を変えるために用いられることがあり得る。プリズム６に対して行われる変更態様では、例えば、丸い側面、微細構造表面、および非対称断面が施される。どのリフレクタのプリズム６も同じ形状を有する必要がなく、必要な配光に応じて、プリズムの１つが省かれる。
【００３８】
蛍光管２およびリフレクタ３がもはや同心でないように、それらの相対位置を変えることも可能である。図７は、例えば、リフレクタと管の背後との間の間隔を小さくするようにリブ７は短くされることを除いて図５に類似である、リフレクタ３付きの照明器具を示す。一般に、しかしながら、管２とリフレクタ３との間の間隔がより広いことが好ましい。何故なら、そのとき光は、照明器具の空洞４から出射する前に、反射することが少なくなるであろうからである。
【００３９】
バックリフレクタ３の形状はまた、図３〜６に示されるほぼ半円形から変更され得る。リフレクタ３は、例えば、放物線形を有するか、または平面を含む。さらに、リブ６、７はリフレクタ外板５と一体で形成されることが好ましいけれども、それはまた本質的ではない。外板５は、例えば、金属（それ自体で、十分に反射する）で形成され、リブ６、７はそれに取り付けられることがあり得る。そのような構成において、プリズムリブ６は、もちろん、光学的に透明な材料から形成されるだろう。
【００４０】
図１〜７の照明器具は光源として蛍光管を用いるけれども、それらは、どんな代替形の細長い光源も、これがリフレクタ３によってそれに戻される光を全く吸収しないという条件で、使用することがあり得る。適当な代替光源は、直径の大きい光ファイバーおよび光導波路を含む。
【００４１】
図８は、本発明に係る照明器具１１、および中実の光導波路１２を含むバックライトシステム２０を示す断面略図である。光導波路１２は長方形の断面を有するとして示され、細長い照明器具は一縁部１２Ａに沿って定置される。長方形の光導波路の使用は本質的ではないが、しかしながら、どんな他の適当な形状の光導波路も使用されることがあり得る。照明器具のリフレクタ１３が、照明器具の出力は図３Ａおよび４Ａに示されるように細い、前方向に向けられたビームであり、それによって光のなるべく多くが隣接する縁部１２Ａを通って光導波路１２に入ることを確かにするように、選択される。
【００４２】
中実または中空である光導波路１２は前面１４および背面１５を有する。バックライトシステムが使用中である場合、偏光器、拡散器、液晶ディスプレイパネル、グラフィックフィルムまたはプリントのような部品が、前面１４の上に置かれる。その部品は図７に示されないが、よく知られており、本明細書でさらに詳細に説明されないであろう。光導波路１２は、光を導波路内から前面１４を通って外へ向けるために、或る形の光抽出機構をさらに含む。知られている抽出機構の例が、導波路の背面１５の上に拡散ドットを、またはその中に溝を含む。
【００４３】
図３〜７に示されるように構成される照明器具の特に有利な特徴は、それらは蛍光管を用いる従来の照明器具に比べて非常にコンパクトであり得るが、それにもかかわらず多種多様の場所で効果的な照明を与えることである。必要な空間が少ない照明器具が、例えば、ビル建築、インテリアデザイン、および電子ディスプレイを含む、多くの分野でより大きい設計の自由度を呈する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る照明器具の分解斜視図である。
【図２】組立状態の図１の斜視図である。
【図３】図２の照明器具の横断面図である。
【図３Ａ】図３の面内の照明器具の出力配光を示す図である。
【図４】本発明に係る照明器具の横断面図である。
【図４Ａ】図４の面内の図４の照明器具の出力配光を示す図である。
【図５】本発明に係る照明器具の横断面図である。
【図５Ａ】図５の面内の図５の照明器具の出力配光を示す図である。
【図６】本発明に係る照明器具の横断面図である。
【図６Ａ】図６の面内の図６の照明器具の出力配光を示す図である。
【図７】本発明に係る照明器具の横断面図である。
【図８】本発明に係る照明器具を組み込む背面照明装置の線図である。[0001]
The invention relates to a lighting fixture of the type comprising an elongated light source and a back reflector. The present invention is particularly, but not exclusively, applicable to lighting fixtures using fluorescent tubes as light sources.
[0002]
Elongated light sources in the form of fluorescent tubes are widely used in luminaires for spatial lighting both indoors and outdoors. They also include electronic displays as well as, for example, commercial and emergency signs, and have many other uses in shelf lighting and display lighting.
[0003]
The light distribution required from the lighting fixture depends on the intended use of the lighting fixture. For example, in the case of ceiling mounted lighting fixtures using ordinary spatial lighting fluorescent tubes, light output having a so-called "batwing" type wide angle lateral distribution is often preferred. This is because it allows a relatively uniform level of illumination to be achieved at the floor level, even when the luminaires are relatively widely spaced. If the space to be illuminated is the space in which the computer display screen is used, the "batwing" distribution is experienced by the user, exhibiting a cutoff at about 60 degrees on either side of the downward vertical line, Reduce the amount of glare from the display screen. On the other hand, if a luminaire using fluorescent tubes is used to provide edge illumination of a light guide, for example a backlight system for a display, the light output of the luminaire is such that as much light as possible is injected into the waveguide. As such, it is necessary to have a narrow lateral distribution.
[0004]
Fluorescent tubes usually emit light approximately uniformly in all directions about their axis, and within the luminaire it is often provided with a back reflector that redirects the backward emitted light forward. . Spaced back reflectors are widely used with fluorescent tubes for spatial lighting, and are often used with fluorescent tubes in backlights for electronic displays, which provide highly efficient lighting fixtures for energy use. Can occur. Back reflectors, however, are often very bulky compared to light sources and are not always suitable for use in confined spaces. In addition, when luminaires are used for spatial lighting, front diffusers are also often required to provide a uniform level of illumination at the floor level and to further increase the bulkiness of the configuration.
[0005]
Examples of luminaires comprising linear light sources with spaced back reflectors are described in U.S. Pat. Nos. 4,642,741; 4,514,793; and 3,654,471. In the device described in U.S. Pat. No. 4,642,741, the back reflector can be wrapped around a linear light source for shipping and handling.
[0006]
An alternative to luminaires with fluorescent tubes with spaced back reflectors, the so-called "aperture lamps", has been developed. In this type of elongated light source, the reflective material tightly surrounds (or is integral with) the peripheral portion of the fluorescent tube, leaving an elongated aperture through which light (including light reflected by the reflective material) can exit. Do). The reflective material may be a sheet material or coating applied directly inside or outside the fluorescent tube, or inside or outside a protective coating completely surrounding the tube. Depending on the reflective material used and the size of the elongated aperture formed, the aperture may exhibit a high level of surface brightness, but does not necessarily provide a controlled light distribution.
[0007]
Examples of aperture lamps are described in U.S. Pat. Nos. 3,115,309, 4,186,431, 4,991,070, 5,036,436, 5,510,965, WO 94/22160 and WO 99 /. 60303. In the device described in U.S. Pat. No. 5,510,965, a printing film is used as a reflector, and a printing pattern is selected to change the output of the light source in the required manner.
[0008]
In some cases, back reflectors were used that closely engaged around the light tube. Examples of devices of that type are described in U.S. Pat. Nos. 2,078,370, 2,595,275, 3,140,055 and DE-A-195 28 962. In some of these examples, the reflector is provided with a portion that extends away from the light tube (U.S. Pat. Nos. 2,078,370, 2,595,275, and 3,140,055). No.).
[0009]
Although a light tube with spaced back reflectors requires more space, it will generally be more energy efficient than comparable aperture lamps. This is because light will have less reflection before it is emitted in the forward direction, and therefore less light will be lost in reflection.
[0010]
U.S. Pat. Nos. 4,933,821 and 5,414,604 are formed to ensure that some of the light from the fluorescent tube leaves the luminaire at a sharp angle to the rest of the light. 1 discloses a luminaire comprising a spaced back reflector. In the luminaire described in U.S. Pat. No. 4,933,021, it is achieved by forming an edge of the back reflector. In U.S. Pat. No. 4,418,378, the output of a fluorescent tube used in a light box is modified by providing the tube with an open sleeve with a cut end.
[0011]
The problem with which the present invention is concerned is that, for the elongated light source of the luminaire, it is relatively compact and not only redirects the light in the required direction, but also determines the light distribution from the luminaire in which the luminaire is to be used. It is to provide a reflector that will be adjusted to meet the requirements of the position.
[0012]
The present invention provides a luminaire comprising a reflector, wherein the elongate light source defines an elongate concave cavity spaced relative to the reflector, whereby the reflector surrounds the light source on its back side and provides light from the light source. And causes light to be emitted from the cavity in a substantially forward direction. The reflector has a prism structure that rises from its inner surface and captures and deflects light radiated in a substantially forward direction from the space in the cavity between the light source and the reflector.
[0013]
The present invention also provides a luminaire comprising a reflector, wherein the elongated light source defines an elongated concave cavity spaced apart from the reflector, whereby the reflector surrounds the light source on its rear side and receives light from the light source. Reflects light and emits light from the cavity in a substantially forward direction. The reflector comprises, on each side of the cavity, respective prismatic structures rising from its inner surface to intercept and deflect light radiated in a substantially forward direction from the space in the cavity between the light source and the reflector.
[0014]
It is necessary that the elongated light source of the luminaire according to the invention does not completely absorb the light returned by the reflector to the light source, and preferably will not absorb that light at all. A suitable light source is a fluorescent tube.
[0015]
The term “light” as used herein refers to electromagnetic radiation in the ultraviolet, visible, and / or infrared regions of the electromagnetic spectrum.
[0016]
As used herein, the term "prism structure" generally refers to a structure in which the two ends are of a similar, equal and parallel shape and the sides are parallelograms. In its simplest form, the prism structure has a triangular cross section. However, as used herein, the term refers to structures having more than three cross-sections with sides, and to the extent that the structures form a curvature on at least some of the sides. It extends to the extreme case with multiple sided cross sections.
[0017]
By way of example only, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
A lighting fixture 1 shown in an exploded state in FIG. 1 and in an assembled state in FIG. 2 includes a linear fluorescent tube and a reflector 3. The reflector 3 is elongate and has a substantially concave cross-section defining a cavity 4 in which the light source 2 is arranged, as shown in FIG. 3, so that the light source 2 is partially surrounded on one side by the reflector. Having. The reflector 3 forms a rear part of the luminaire which is intended to emit light forwardly out of the cavity 4 (ie away from the reflector) during use.
[0019]
The reflector 3 comprises an elongated skin 5 having a cross section that is substantially semicircular, and three upright, longitudinally extending ribs 6, 7 on its inner surface. Two of the upright ribs, indicated by reference numeral 6, are located on the longitudinal edges of the skin 5, and a third upright rib 7 is located in the center. The reflector 3 comprising the skin 5 and the ribs 6, 7 is preferably a molded or extruded part formed from an optically transparent (preferably polymeric) material. A suitable material for the reflector 3 is polycarbonate, but it could alternatively be formed from an acrylic material. The ribs 6, 7 contact the sealed container of the fluorescent tube 2 and separate the skin 5 from the latter, in the case of the ribs 6, altering the light distribution leaving the luminaire 1 as will be explained in more detail later. Help. A highly efficient specular reflection layer 8 is formed on the outer surface of the skin 5 (including the edge facing the base of the rib 6 as shown) to reflect light from the light source 2 passing through the skin. .
[0020]
The reflector 3 is attached to or forms part of a fixture for receiving the fluorescent tube 2. Alternatively, it is directly attached to the sealed container of tube 2 in a removable and possibly adjustable manner with respect to the tube as required. In a preferred arrangement, the reflector 3 extends around the fluorescent tube 2 to such an extent that it can be held in the tube only by the action of the ribs 6, holding the reflector in the desired peripheral position with respect to the tube. It is only necessary to provide some means. In that case, the skin 5 of the reflector 3 needs to be sufficiently flexible to allow the insertion and removal of the tube 2 if required. A variety of other devices are known for attaching the reflector directly to the sealed vessel of the fluorescent lamp, examples of which are described in U.S. Pat. Nos. 4,514,793 and 2,595,275. Alternatively, the reflector 3 is available from Minnesota Mining and Manufacturing Company, St Paul, Minnesota, USA under the trade designation "Clip-On Reflector (Clip-on-Reflector C)", available from Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minn. It is mounted using the same equipment as the reflector available under "On Reflector".
[0021]
The lighting fixture 1 generally functions as follows. The fluorescent tube 2 will emit light almost uniformly in all directions about its longitudinal axis. Light emitted in the rearward direction, i.e. towards the reflector 3, will pass through the skin 5 and will be reflected back by the layer 8 towards the fluorescent tube 2. There the light is reflected again and returned to the layer 8. Before the light finally exits (goes forward) from the cavity 4 through either the tube 2 or one of the ribs 6, the light actually travels between the cavity 4, the fluorescent tube 2 and the skin 5. Receives numerous reflections in space. As described thus far, the reflector 3 functions in a conventional manner.
[0022]
In order to reduce the amount of light lost in reflection at layer 8, layer 8 needs to have a reflectivity of at least 90%, preferably at least 98%, facing cavity 4. Layer 8 comprises a reflective film affixed to the outer surface of skin 5, in which case the preferred reflective film is a multilayer optical film of the type described in US Pat. No. 5,882,774 and WO 97/01774. A suitable alternative membrane is available under the trade designation "Miro" from Alanod of Ennepetal, Germany. As an alternative to using a reflective film, layer 8 can be a vapor deposited layer. Layer 8 is essentially a diffusely reflective material, although in some cases a strip of specular reflective material would be required opposite the base of rib 6.
[0023]
In a variant of the device shown in FIG. 3, the reflective layer 8 is transferred to the inner surface of the skin 5, while a strip of specular material is retained on the outer surface facing the base of the rib 6.
[0024]
Each of the ribs 6 is in the form of a prism having a triangular cross section, the base of the prism being a continuation of the outer surface of the skin 5 of the reflector 3, the apex of the prism being adjacent to the sealed container of the fluorescent tube 2. The two prisms 6 have the same cross section in the shape of an isosceles triangle and are positioned and oriented symmetrically with respect to the tube 2. Light that passes through one of the prisms 6 as it exits the cavity 4 will be diverted by the prisms. By selecting the appropriate orientation of the prism and the prism angle, it is possible to control the direction in which light will exit the luminaire. It is also possible to adjust the amount of light passing through the prism 6 by changing the extent to which the reflector 3 wraps around the fluorescent tube 2.
[0025]
In the case of the reflector shown in FIG. 3, the extent of the reflector 3 (measured as the distance between the vertices of the prism 6) is such that the reflector covers about 55% of the outer circumference of the tube 2. Each prism has a prism angle α of 76 degrees and the outer surface of the prism is at an angle β of 68 degrees with respect to the plane containing the prism apex, so that the prism apexes are directed toward the cavity 4 so that each prism is Be oriented. FIG. 3A shows the effect on the angular distribution of light of the luminaire of this configuration of the reflector 3 in the plane of FIG. 3 (ie perpendicular to the length of the tube 2). FIG. 3A shows that in this plane, the light has an intensity peak in the forward direction (0 ° in FIG. 3A) and decay to zero faster on each side of the forward direction than light from a Lambertian source. In an orthogonal plane (ie, along the length of tube 2), the light also has an intensity peak in the forward direction, but the effect of reflector 3 is less apparent.
[0026]
FIG. 4 is similar to FIG. 3, in which the outer surface of each prism is at an angle β of 8 degrees with respect to the plane containing the prism vertices, so that the vertices of each prism are directed out of the cavity 4. Indicates a luminaire that is pointed. FIG. 4A is similar to FIG. 3A and shows the effect of the light from the luminaire of this configuration of the reflector 3 on the angular distribution in the plane of FIG. In this plane, it will be seen that the light again has an intensity peak in the forward direction (0 ° in FIG. 4A). In an orthogonal plane (ie, along the length of tube 2), the light also has an intensity peak in the forward direction, but the effect of reflector 3 is less apparent.
[0027]
A luminaire of the type shown in FIGS. 3 and 4, which provides a light beam having an intensity peak in the forward direction, since a relatively high level of light is injected into the waveguide, thereby improving the efficiency of the device Particularly suitable for edge illumination of optical waveguides. The light guide can have various uses, such as, for example, an electronic display or an edge lit sign, or itself can function as a lighting fixture. Lighting fixtures of the type shown in FIGS. 3 and 4 are also suitable for use in “wallwashing” lighting devices that illuminate surfaces (eg, sign surfaces) and illuminate goods at retail locations. In addition, due to their compact configuration, they are particularly suitable for mounting over aisles between storage shelves in a warehouse to effectively illuminate the shelves without hindering the mobility of the forklift.
[0028]
FIG. 5 shows a luminaire that looks similar to FIGS. 3 and 4, but will give a completely different light distribution. In this case, the spread of the reflector 3 (measured as the distance between the vertices of the prism 6) is such that the reflector covers about 70% of the outer circumference of the fluorescent tube 2. In addition, although prism 6 also has a vertex angle α of 76 degrees as in FIGS. 3 and 4, prism 6 has an angle β of 38 degrees with respect to the plane containing the prism vertices, so that prism 6 Be oriented. FIG. 5A shows the effect of the light from the luminaire of this configuration of the reflector 3 on the angular distribution in the plane of FIG. This distribution has a so-called "batwing" shape, where the light intensity has two peaks, one on each side of the forward direction (in this case, an angle of about 40 degrees), and as the angle widens, Lambertian Receives distribution and attenuates to zero. In an orthogonal plane (ie along the length of the tube 2) the effect of the reflector 3 on the angular distribution of light is less pronounced.
[0029]
FIG. 6 shows a modification of the configuration shown in FIG. A major modification involves continuing the reflector 3 beyond the prism 6 and forming similar outwardly inclined extensions 9 along each edge of the curved skin 5 of the reflector. A high efficiency specular layer 10 similar to layer 8 is formed on the outer surface of each extension 9. The extension 9 intercepts the light that would otherwise leave the luminaire 1 at a relatively wide angle (in each case including some light from the prism 6 on the other side of the reflector), It works to radiate it more forward. FIG. 6A shows the angular distribution of the light from the luminaire of this configuration in the plane of FIG. This distribution also has a "bat wing" shape, but the light intensity at the two peaks is increased and decays very quickly to zero at about 60 degrees from the front on both sides.
[0030]
Lighting fixtures of the type shown in FIG. 5, which provide a wide-angle "batwing" distribution, are particularly suitable for general spatial lighting applications. Where multiple ceiling mounted luminaires are used to illuminate the floor, luminaires providing a "bat wing" distribution will allow them to be placed more widely apart without compromising the uniformity of the provided illumination. It is already known to be the most effective in gaining. Lighting fixtures of the type shown in FIG. 6 are preferred for illuminating office-like spaces where computer display screens are used. In that case, the glare from the display screen will not be too annoying to the user, since the light emitted by each luminaire is contained within an angle of about 60 degrees about the downward vertical line. It will be appreciated that when mounted on a ceiling, the luminaires of FIGS. 5A and 6A will be oriented such that the emitted light is directed downward toward the floor of the illuminated space. .
[0031]
In the configuration of the luminaire shown in FIGS. 3 to 6, the orientation of the prism 6, the prism angle and the extent of the reflector 3 can all be changed in order to change the distribution of the emitted light. Of these three factors, the orientation of the prism 6 was found to have the most influence on the light distribution. Increasing the extent of the reflector 3 (measured between the vertices of the prism 6), and therefore the light source 2, will reduce the efficiency of the luminaire because less light is emitted, but is not controlled. The amount of light emitted by the method will also be reduced. In the case of a luminaire having a “bat wing” light distribution as in FIGS. 5A and 6A, for example, the reflector 3 (measured between the vertices of the prism 6) surrounds 55% to 85% of the outer circumference of the light source 2 However, it is preferable to surround about 75%. In the case of a luminaire with a narrow light distribution as in FIGS. 3A and 4A, on the contrary, a smaller part of the light source 2 will usually be surrounded by the reflector 3. In all cases, when the reflector changes the extent around the light source, consideration must be given to providing a mechanism used to maintain the position of the reflector relative to the light source.
[0032]
One preferred configuration that provides a batwing light distribution, of the type shown in FIG. 6, uses a fluorescent tube 2 having a diameter of 25 mm, and the distance between the vertices of the two prisms 6 of the reflector 3 is Is sufficient to surround about 75% of the outer circumference of The length of the prism side surface between the base and the apex is 10 mm, the prism apex angle α is 74 degrees, and the prism has a 40 degree angle β with the outer surface of each prism relative to the plane containing the prism apex. Is oriented as follows. The extension 9 has a width of 20 mm and is inclined outward at an angle of 100 degrees to the plane containing the apex of the prism 6.
[0033]
As already indicated above, the reflector 3 of the luminaire of FIGS. 3 to 6 controls the effect on the light distribution in a plane perpendicular to the length of the fluorescent tube 2. If additional control of the light output of any of these luminaires is required in an orthogonal plane, this is achieved, for example, by providing a louver at the front of the tube 2 which is arranged to pass across the tube. obtain.
[0034]
The lighting fixtures of FIGS. 3-6 may be provided with any suitable additional features known to be suitable for use with fluorescent tubes. For example, if the reflective layer 8 is applied by a polymer film, the loaded polymer material is applied to the back of the polymer reflective film as described in EP-A-0 811 305. Activate the fluorescent tube, and help adjust.
[0035]
It will be understood from the above description of FIGS. 3 to 6 that the ribs 7 behind the fluorescent tube 2 are only useful for maintaining the spacing between the tube and the reflector skin 5. It does not contribute to the light distribution from the luminaire and can be omitted if any alternative mechanism is provided, which maintains the distance between the light source and the reflector.
[0036]
A special practical advantage of the configuration of the luminaire shown in FIGS. 3 to 6 is that the space between the fluorescent tube 2 and the back reflector 3 is plugged along the length of the tube by the prism 6 and consequently Would be much cleaner than conventional equipment. If the luminaire is used for spatial lighting, usually only the outer surface of tube 2 and prism 6 will need to be cleaned.
[0037]
Although the prism ribs 6 of the reflector 3 of FIGS. 3-6 all have a cross section in the shape of an isosceles triangle, other shapes of prisms could be used to change the light distribution from the luminaire. Modifications made to the prism 6 include, for example, round sides, microstructured surfaces, and asymmetric cross sections. The prisms 6 of any reflector need not have the same shape, and depending on the required light distribution, one of the prisms is omitted.
[0038]
It is also possible to change the relative position of the fluorescent tube 2 and the reflector 3 so that they are no longer concentric. FIG. 7 shows a luminaire with reflector 3, similar to FIG. 5, except that the ribs 7 are shortened, for example, so as to reduce the spacing between the reflector and the back of the tube. In general, however, it is preferred that the spacing between the tube 2 and the reflector 3 be wider. This is because the light will then reflect less before exiting the luminaire cavity 4.
[0039]
The shape of the back reflector 3 can also be changed from the substantially semicircular shape shown in FIGS. The reflector 3 has, for example, a parabolic shape or comprises a plane. Furthermore, although the ribs 6, 7 are preferably formed integrally with the reflector skin 5, it is also not essential. The skin 5 is formed, for example, of metal (which by itself is sufficiently reflective) and ribs 6, 7 can be attached to it. In such a configuration, the prism ribs 6 would of course be formed from an optically transparent material.
[0040]
Although the luminaires of FIGS. 1-7 use fluorescent tubes as light sources, they could use any alternative elongated light source, provided that it does not absorb any light returned to it by the reflector 3. Suitable alternative light sources include large diameter optical fibers and optical waveguides.
[0041]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a lighting system 11 according to the present invention and a backlight system 20 including a solid optical waveguide 12. The light guide 12 is shown as having a rectangular cross-section, and the elongated luminaire is positioned along one edge 12A. The use of a rectangular light guide is not essential, however, any other suitably shaped light guide may be used. The luminaire reflector 13 is such that the luminaire output is a narrow, forward-directed beam as shown in FIGS. 3A and 4A, whereby as much of the light as possible passes through the adjacent edge 12A through the light guide. 12 is selected to ensure entry.
[0042]
The solid or hollow optical waveguide 12 has a front surface 14 and a back surface 15. When the backlight system is in use, components such as polarizers, diffusers, liquid crystal display panels, graphic films or prints are placed on the front surface 14. The components are not shown in FIG. 7, but are well known and will not be described in further detail herein. The light guide 12 further includes some form of light extraction mechanism to direct light out of the waveguide through the front surface 14. Examples of known extraction mechanisms include a diffusion dot on the back surface 15 of the waveguide or a groove therein.
[0043]
A particularly advantageous feature of luminaires configured as shown in FIGS. 3-7 is that they can be very compact compared to conventional luminaires using fluorescent tubes, but nevertheless in a wide variety of locations. To provide effective lighting. Lighting fixtures that require less space exhibit greater design freedom in many areas, including, for example, building construction, interior design, and electronic displays.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a lighting fixture according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of FIG. 1 in an assembled state.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the lighting fixture of FIG. 2;
FIG. 3A is a diagram showing an output light distribution of a lighting device in the plane of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a lighting device according to the present invention.
4A is a diagram showing the output light distribution of the lighting apparatus of FIG. 4 in the plane of FIG. 4;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a lighting device according to the present invention.
5A is a diagram showing the output light distribution of the lighting apparatus of FIG. 5 in the plane of FIG. 5;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a lighting device according to the present invention.
6A is a diagram showing the output light distribution of the lighting apparatus of FIG. 6 in the plane of FIG. 6;
FIG. 7 is a cross-sectional view of a lighting device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagrammatic view of a backlighting device incorporating a lighting fixture according to the present invention.