(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチップＬＥＤからの光出力を混合する焦点ぼかし光学部品であって、
中心軸を有し、前記マルチチップＬＥＤに対向する、該中心軸を略中心とした凸面を有する内側反射体と、
前記中心軸を略中心として前記内側反射体を取り囲む凹形状の内面を有する外側反射体と、
を有し、
前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供された凹形状の内面を有し、
前記凹形状の内面は、前記マルチチップＬＥＤからの光出力の一部を直接受けることができるように形成され、
前記凹形状の内面は、該凹形状の内面に衝突する光出力の大半を、照明領域へ向かうように再導光し、
前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第１角度位置で第１凹形状プロファイルを画定し、かつ、前記中心軸に対する第２角度位置で前記第１凹形状プロファイルに接するように第２凹形状プロファイルを画定し、
前記第１凹形状プロファイルの曲率は、前記第２凹形状プロファイルの曲率とは異なり、
前記凸面は、該凸面に衝突する光出力の大半を、前記外側反射体へ再導光し、
前記凸面は、前記マルチチップＬＥＤからの光出力に基づく像を反転させるように機能し、
前記凸面は、前記第１角度位置で第１凸形状プロファイルを画定し、かつ、前記第２角度位置で前記第１凸形状プロファイルに接するように第２凸形状プロファイルを画定し、
前記第１凸形状プロファイルの曲率は、前記第２凸形状プロファイルの曲率とは異なる、
焦点ぼかし光学部品。
【請求項２】
前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供される凹形状の第２内面を有し、
前記凹形状の第２内面は、前記内面からよりも、前記マルチチップＬＥＤから離れた位置に設けられる、
請求項１に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項３】
前記第２内面は、前記第１角度位置で第３凹形状プロファイルを画定し、かつ、前記第２角度位置で第４凹形状プロファイルを画定し、
前記第３凹形状プロファイルの曲率は前記第１凹形状プロファイルの曲率とは異なり、
前記第４凹形状プロファイルの曲率は前記第２凹形状プロファイルの曲率とは異なる、
請求項２に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項４】
前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第３角度位置で第３凹形状プロファイルを画定し、
前記第３凹形状プロファイルの曲率は、前記第１凹形状プロファイルの曲率とも前記第２凹形状プロファイルの曲率とも異なる、
請求項１に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項５】
前記第２角度位置は、前記第１角度位置と前記第３角度位置との間に存在する、
請求項４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項６】
前記第３角度位置は、前記第１角度位置から約１８０°でオフセットされている、請求項５に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項７】
複数のＬＥＤチップを有する少なくとも１つのマルチチップＬＥＤ及び焦点ぼかし光学部品を有する、ＬＥＤに基づく照明装置であって、
前記複数のＬＥＤチップの各々は、ＬＥＤ光を出力する主軸を有するＬＥＤ光出力を放出し、
当該焦点ぼかし光学部品は、外側反射体、内側反射体、及び中心軸を有し、
前記外側反射体は、前記内側反射体と前記マルチチップＬＥＤを取り囲み、
前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供された凹形状の内面を有し、
前記凹形状の内面は、該凹形状の内面に衝突する光出力の大半を照明領域へ向かうように再導光し、
前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第１角度位置で第１凹形状プロファイルを画定し、かつ、前記中心軸に対する第２角度位置で前記第１凹形状プロファイルに接するように第２凹形状プロファイルを画定し、
前記第１凹形状プロファイルの曲率は、前記第２凹形状プロファイルの曲率とは異なり、
前記内側反射体は、前記マルチチップＬＥＤに対向する、前記中心軸を略中心とした凸形状表面を有し、
前記凸形状表面は、該凸形状表面に衝突する前記光出力の大半を、前記外側反射体へ向かうように再導光し、
前記凸形状表面は、前記マルチチップＬＥＤからの光出力に基づく像を反転させるように機能し、
前記凸形状表面は、各光出力軸と交差し、前記第１角度位置で第１凸形状プロファイルを画定して、かつ、前記第２角度位置で前記第１凸形状プロファイルに接するように第２凸形状プロファイルを画定し、
前記第１凸形状プロファイルの曲率は、前記第２凸形状プロファイルの曲率とは異なる、
ＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項８】
前記照明領域へ向かうように再導光される光出力のうちの少なくとも８０％が、１５°以内のビーム角度範囲で再導光される、請求項７に記載のＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項９】
前記凹形状の内面は、前記第１角度位置で第１焦点を有し、
前記第１焦点は、前記第１角度位置での凹形状の内面の底部と、該底部に最も近いＬＥＤ光出力軸との間に位置する、
請求項７に記載のＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項１０】
前記凹形状の内面は、前記第２角度位置で第２焦点を有し、
前記第２焦点は、前記第２角度位置での凹形状の内面の底部と、該底部に最も近いＬＥＤ光出力軸との間に位置する、
請求項９に記載のＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項１１】
前記外側反射体は前記中心軸の周りに供された第２凹形状の内面を有し、
前記凹形状の第２内面は、前記内面よりも前記マルチチップＬＥＤから離れて設けられている、
請求項７に記載のＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項１２】
前記第２凹形状の内面は、前記第１角度位置で第３凹形状プロファイルを画定し、かつ、前記第２角度位置で第４凹形状プロファイルを画定し、
前記第３凹形状プロファイルの曲率は、前記第１凹形状プロファイルの曲率とは異なり、
前記第４凹形状プロファイルの曲率は、前記第２凹形状プロファイルの曲率とは異なる、
請求項１１に記載のＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項１３】
前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第３角度位置で第３凹形状プロファイルを画定し、
前記第３凹形状プロファイルの曲率は、前記第１凹形状プロファイルの曲率及び前記第２凹形状プロファイルの曲率と異なる、
請求項７に記載のＬＥＤに基づく照明装置。
【請求項１４】
マルチチップＬＥＤからの光出力を混合する焦点ぼかし光学部品であって、
中心軸を有する内側反射体と、
前記内側反射体と中心軸を取り囲む二段階の外側反射体と、
を有し、
前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供される下部凹形状の内面、及び、前記中心軸の周りに供されて、前記下部凹形状の内面よりも半径方向に広がっている上部凹形状の内面を有し、
前記下部凹形状の内面と前記上部凹形状の内面の各々は、各々に衝突する前記光出力の大半を、照明領域へ向かうように再導光し、
前記下部凹形状の内面は、複数の下部凹形状の内面部分を有し、
前記複数の下部凹形状の内面部分の各々は、前記複数の下部凹形状の内面部分のうちの少なくとも１つの隣接する内面部分とは異なる下部焦点を有し、
前記上部凹形状の内面は、複数の上部凹形状の内面部分を有し、
前記複数の上部凹形状の内面部分の各々は、前記上部凹形状の内面部分のうちの少なくとも１つの隣接する内面部分とは異なり、かつ、前記下部凹形状の内面部分のうちの少なくとも１つの隣接する内面部分とも異なる焦点を有し、
前記内側反射体は、前記マルチチップＬＥＤに対向する、前記中心軸を略中心とした凸形状表面を有し、
前記凸形状表面は、該凸形状表面に衝突する前記光出力の大半を、前記外側反射体へ向かうように再導光し、
前記凸形状表面は、前記マルチチップＬＥＤからの光出力に基づく像を反転させるように機能する、
焦点ぼかし光学部品。
【請求項１５】
前記凸形状表面は、複数の凸形状表面部分を有し、
前記複数の凸形状表面部分の各々は、前記複数の凸形状表面部分のうちの少なくとも１つの隣接する内面部分とは別の凸形状焦点を有する、
請求項１４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項１６】
前記下部凹形状表面部分の各々は、前記中心軸に対して少なくとも１５°の角度をなして延びる、請求項１４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項１７】
前記下部凹形状表面部分の各々は、対応する上部内面部分に対して実質的に角度の位置合わせがなされている、請求項１４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項１８】
各上部凹形状の内面部分の上部焦点は、前記中心軸よりも各上部凹形状の内面部分から離れている、請求項１４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項１９】
各下部凹形状の内面部分の下部焦点は、前記中心軸よりも各下部凹形状の内面部分に近い、請求項１４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【請求項２０】
少なくとも４つの上部凹形状の内面部分が供され、かつ、
少なくとも４つの下部凹形状の内面部分が供される、
請求項１４に記載の焦点ぼかし光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はLED用の光学部品に関する。より具体的には本明細書で開示された様々な本発明に係る方法及び装置は、マルチチップLEDからの光出力を混合する焦点ぼかし光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル照明技術−つまり発光ダイオード(LED)のような半導体光源に基づく照明−は、従来の蛍光ランプ、HIDランプ、及び白熱ランプに取って代わる有力な手段を提供する。LEDの機能上の利点には、高エネルギー変換、高光学効率、耐久性、低動作コスト等が含まれる。LED技術の近年の進展により、多くの用途において様々な照明効果を可能にする効率的でかつ耐久性を有する全スペクトル光源が供されるようになった。これらの光源を備える装備は、照明モジュールの特徴である。そのような照明モジュールは、様々な色−たとえば赤、緑、及び青−を生成することのできる1つ以上のLED、及び、様々な色と色が変化する照明効果を生成するようにLEDの出力を独立に制御するプロセッサを有する。このような装備については、特許文献1,2に記載されている。
【０００３】
マルチチップLED（多数のLEDチップを含むLEDパッケージ）は、相対的に高いレベルの光出力を供する。しかしマルチチップLEDの様々なLEDチップからの光出力を効率的に混合することは、意図しない視覚上のアーティファクト−たとえばマルチチップLEDによって出力されるビームパターンの端部周辺で視認可能となりうるカラーリング(color  ring)及び色帯(color  banding)−を最小限に抑制するために必要である。マルチチップLEDの様々なLEDチップからの光出力を混合するのに用いられる現在の手法には、テクスチャリング及び/又は複合放物面型集光器が含まれる。テクスチャリングは、光学部品の表面上にテクスチャを追加することで、そのテクスチャリングされた光学部品の表面を通過する光を散乱させる手法を含む。テクスチャリングによって、ビームパターンの中心領域で満足行く色の混合が可能となる。しかしビームパターンの端部は依然として、カラーリング/色帯を示す。しかも光学部品の表面にテクスチャを追加することで一般的には、光出力のビーム角度は、満足できない程度にまで増大する。テクスチャリングは、製造において維持及び制御するのが非常に困難である。CPCを利用することで、満足行くようにマルチチップLEDからの光出力が混合されるが、光出力のビーム角度もまた満足できない程度にまで増大しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第6016038号明細書
【特許文献２】米国特許第6211626号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって当技術分野において、意図したビーム角度及び効率的なパッケージサイズを維持しながら、マルチチップLEDパッケージからの光出力を満足行くように混合する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、マルチチップLEDからの光出力を満足行くように混合する方法及び装置に関する。たとえば光出力を混合させるように協働する内側反射体と外側反射体を有する焦点ぼかし光学部品が供されてよい。前記外側反射体は、前記内側反射体を取り囲み、かつ、当該焦点ぼかし光学部品の中心軸を取り囲む凹形状の内面を有する。前記内面は、当該焦点ぼかし光学部品の中心軸に対する1つ以上の回転角度位置で変化するプロファイルを有する。換言すると、前記内面のプロファイルは、前記中心軸の周りのある角度範囲にわたって所望の反射パラメータを有効にするように、前記角度範囲にわたる設計パラメータを有してよい。たとえば前記内面は、前記中心軸の周りで約45°に及ぶ第1プロファイル、及び、該第1プロファイルに隣接して前記中心軸の周りで約45°に及ぶ前記第1プロファイルとは別の前記第2プロファイルを有してよい。
【０００７】
当該焦点ぼかし光学部品の内側反射体は、当該焦点ぼかし光学部品がマルチチップLEDと併用されるときにマルチチップLEDに対向する凸面を有する。前記凸面は、前記マルチチップLEDから出力されて前記凸面に衝突する光の大半を、前記外側反射体の内面へ向かうように再導光する。任意で前記凸面のプロファイルは、当該焦点ぼかし光学部品中心軸に対する1つ以上の角度位置で変化してよい。換言すると、前記凸面のプロファイルは、前記中心軸の周りのある角度範囲にわたって所望の反射パラメータを有効にするように、前記角度範囲にわたる設計パラメータを有してよい。前記凸面のプロファイルの変化は、前記内面のプロファイルにおいて起こる変化と同様の角度位置で起こってよい。
【０００８】
前記内面の複数のプロファイルの設計パラメータ、前記凸面の（複数の）プロファイルの設計パラメータ、及び、前記プロファイルが存在する角度範囲を適切に選択することによって、満足行くビーム角度と効率的なパッケージサイズを維持しながら、マルチチップLEDからの光出力の適切な混合が実現されうる。
【０００９】
一般的には、一の態様では、本発明は、内側反射体と中心軸を取り囲む外側反射体を有するマルチチップLEDからの光出力を混合する焦点ぼかし光学部品に関する。前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供される凹形状の内面を有する。前記凹形状の内面は、該凹形状の内面に衝突する光出力の大半を、照明領域へ向かうように再導光する。前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第1角度位置で第1凹形状表面プロファイルを画定し、かつ、前記中心軸に対する第2角度位置で第2凹形状表面プロファイルを画定する。前記第1凹形状表面プロファイルは、前記第2凹形状表面プロファイルとは別である。前記内側反射体は、前記マルチチップLEDに対向する凸面を有する。前記凸面は、該凸面に衝突する光出力の大半を、前記外側反射体へ再導光する。前記凸面は、前記第1角度位置で第1凸形状プロファイルを画定し、かつ、前記第2角度位置で第2凸形状プロファイルを画定する。前記第1凸形状プロファイルは、前記第2凸形状プロファイルとは別である。
【００１０】
一部の実施例では、前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供される凹形状の第2内面を有する。前記第2内面は、前記内面よりも、前記マルチチップLEDから離れた位置に設けられる。これらの実施例の変形では、前記第2内面は、前記第1角度位置で第3凹形状表面プロファイルを画定し、かつ、前記第2角度位置で第4凹形状表面プロファイルを画定する。前記第3凹形状表面プロファイルは前記第1凹形状表面プロファイルとは別である。前記第4凹形状表面プロファイルは前記第2凹形状表面プロファイルとは別である。
【００１１】
一部の実施例では、前記凸形状の内面は、前記中心軸に対する第3角度位置で第3凹面プロファイルを画定する。前記第3凹面プロファイルは、前記第1凹面プロファイルとも別で、前記第2凹面プロファイルとも別である。これらの実施例の変形では、前記凹形状の内面はまた、前記中心軸に対する第3角度位置で前記第2凹面プロファイルを有し、前記第2角度位置は、前記第1角度位置と前記第3角度位置との間に存在する。これらの実施例の変形では、前記第3角度位置は、前記第1角度位置から約180°でオフセットされている。
【００１２】
一般的に、他の態様では、本発明は、少なくとも1つのマルチチップLED及び焦点ぼかし光学部品を有する、LEDに基づく照明装置に関する。前記マルチチップLEDは複数のLEDチップを有する。前記複数のLEDチップの各々は、LED光を出力する主軸を有するLED光出力を放出する。当該焦点ぼかし光学部品は、外側反射体、内側反射体、及び中心軸を有する。前記外側反射体は、前記内側反射体を取り囲み、かつ前記マルチチップLEDを取り囲む。前記外側反射体は、前記中心軸の周りに供された凹形状の内面を有する。前記凹形状の内面は、該凹形状の内面に衝突する光出力の大半を照明領域へ向かうように再導光する。前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第1角度位置で第1凹形状表面プロファイルを画定し、かつ、前記中心軸に対する第2角度位置で第2凹形状表面プロファイルを画定する。前記第1凹形状表面プロファイルは前記第2凹形状表面プロファイルとは別である。前記内側反射体は、前記マルチチップLEDに対向する凸形状表面を有する。前記凸形状表面は、該凸形状表面に衝突する前記光出力の大半を、前記外側反射体へ向かうように再導光する。前記凸形状表面は、各光出力軸と交差し、前記第1角度位置で第1凸形状プロファイルを画定して、かつ、前記第2角度位置で第2凸形状プロファイルを画定する。前記第1凸形状プロファイルは前記第2凸形状プロファイルとは別である。
【００１３】
一部の実施例では、前記照明領域へ向かうように再導光される光出力のうちの少なくとも80%が、15°以内のビーム角度範囲で再導光される。
【００１４】
一部の実施例では、前記凹形状の内面は、前記凹形状の内面は、前記第1角度位置で第1焦点を有する。前記第1焦点は、前記第1角度位置での凹形状の内面の底部と、該底部に最も近いLED光出力軸との間に位置する。これらの実施例の変形では、前記凹形状の内面は、前記凹形状の内面は、前記第2角度位置で第2焦点を有する。前記第2焦点は、前記第2角度位置での凹形状の内面の底部と、該底部に最も近いLED光出力軸との間に位置する。
【００１５】
一部の実施例では、前記外側反射体は前記中心軸の周りに供された第2凹形状の内面を有する。前記凹形状の第2内面は、前記内面よりも前記マルチチップLEDから離れて設けられている。これらの実施例の変形では、前記第2凹形状の内面は、前記第1角度位置で第3凹形状表面プロファイルを画定し、かつ、前記第2角度位置で第4凹形状表面プロファイルを画定する。前記第3凹形状表面プロファイルは前記第1凹形状表面プロファイルとは別である。前記第4凹形状表面プロファイルは前記第2凹形状表面プロファイルとは別である。
【００１６】
一部の実施例では、前記凹形状の内面は、前記中心軸に対する第3角度位置で第3凹形状表面プロファイルを画定する。前記第3凹形状表面プロファイルは、前記第1凹形状表面プロファイルとも前記第2凹形状表面プロファイルとも異なる。
【００１７】
一般的には、他の態様では、マルチチップLEDからの光出力を混合する焦点ぼかし光学部品は、内側反射体と中心軸を取り囲む二段階の外側反射体を有する。前記外側反射体は、前記中心軸のまわりに供される下部凹形状の内面、及び、前記中心軸のまわりに供されて、前記下部凹形状の内面よりも半径方向に広がっている上部凹形状の内面を有する。前記下部凹形状の内面と前記上部凹形状の内面の各々は、各々に衝突する前記光出力の大半を、照明領域へ向かうように再導光する。前記下部凹形状の内面は、複数の下部凹形状の内面部分を有する。各部分は、各部分に衝突する前記光出力の大半を、照明領域へ向かうように再導光する。前記下部凹形状の内面は、複数の下部凹形状の内面部分を有する。各部分は、前記複数の下部凹形状の内面部分のうちの少なくとも1つの隣接する内面部分とは異なる下部焦点を有する。前記上部凹形状の内面は、複数の上部凹形状の内面部分を有する。前記複数の上部凹形状の内面部分の各々は、前記上部凹形状の内面部分のうちの少なくとも1つの隣接する内面部分とは異なり、かつ、前記下部凹形状の内面部分のうちの少なくとも1つの隣接する内面部分とも異なる。前記内側反射体は、前記マルチチップLEDに対向する凸形状表面を有する。前記凸形状表面は、該凸形状表面に衝突する前記光出力の大半を、前記外側反射体へ向かうように再導光する。
【００１８】
一部の実施例では、前記凸形状表面は、複数の凸形状表面部分を有する。前記複数の凸形状表面部分の各々は、前記複数の凸形状表面部分のうちの少なくとも1つの隣接する内面部分とは別の凸形状焦点を有する。
【００１９】
一部の実施例では、前記下部凹形状表面部分の各々は、前記中心軸の周りで約15°に延びている。
【００２０】
一部の実施例では、前記下部凹形状表面部分の各々は、対応する上部内面部分に対して実質的に角度の位置合わせがなされている。
【００２１】
一部の実施例では、各上部部分の上部焦点は、前記中心軸よりも各上部部分から離れている。
【００２２】
一部の実施例では、各下部部分の下部焦点は、前記中心軸よりも各上部部分に近い。
【００２３】
一部の実施例では、少なくとも4つの上部凹形状の内面部分が供され、かつ、少なくとも4つの下部凹形状の内面部分が供される。
【００２４】
本開示のために本願明細書で用いられているように、「LED」という語句は、任意のエレクトロルミネッセントダイオード又は電気信号に応じて放射線を発生させることのできる他の種類のキャリア注入/接合に基づくシステムを含むものと解されなければならない。よって、LEDという語句は、電流に応じて光を放出する様々な半導体に基づく構造−たとえば発光ポリマー、有機発光ダイオード(OLED)、エレクトロルミネッセント細片(electroluminescent  strip)等−を含むがこれらに限定されるわけではない。特に、LEDという語句は、赤外スペクトル、紫外スペクトル、及び可視スペクトル（一般的には約400nm〜約700nmの放射線波長を含む）の様々な部分において放射線を発生させうる全ての種類の発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）を指称する。LEDの一部の例には、様々な種類の赤外LED、紫外LED、赤色LED、青色LED、緑色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED、及び白色LED（後述する）が含まれるが、これらに限定されるわけではない。LEDは、所与のスペクトルについて様々な帯域、及び、所与の一般的な色分類の範囲内で様々な主要な波長を有する放射線を発生させるように構成及び/又は制御されてよいことに留意して欲しい。
【００２５】
たとえば基本的に白色光を発生させるLEDの一実装例は、多数のダイを有してよい。前記多数のダイは、基本的に白色光を生成するように結合して混合するエレクトロルミネッセンスの様々なスペクトルを発生させる。他の実施例では、白色光LEDには、第1スペクトルを有するエレクトロルミネッセンスを、前記第1スペクトルとは異なる第2スペクトルへ変換するリン光材料が加えられてよい。この実施例の一例では、相対的に短い波長と狭い帯域スペクトルを有するエレクトロルミネッセンスは、前記リン光材料を「ポンピング」する。その結果、前記リン光材料は、ある程度広いスペクトルを有する長い波長の放射線を放出する。
【００２６】
LEDという語句は、LEDの物理的及び/又は電気的パッケージに限定されないことにも留意して欲しい。たとえば上述したように、LEDは、各々がそれぞれ異なる放射線スペクトルを放出する（たとえば独立に制御可能であってもよいし、不可能であってもよい）複数のダイを有する単一の発光デバイスを指称する。またLEDには、LED（たとえばある種類の白色LED）の不可欠な部分と考えられるリン光体が加えられてもよい。一般的には、LEDという語句は、パッケージングされたLED、パッケージングされていないLED、表面実装LED、チップ・オン・ボードのLED、T字パッケージ実装LED、ラジアルパッケージ実装LED、パワーパッケージLED、ある種の容器及び/又は光学素子（たとえば拡散レンズ）を含むLED等を指称する。
【００２７】
「光源」という語句は、様々な放射線源のうちの1つ以上を指称するものと解されなければならない。様々な放射線源にはたとえば、LEDに基づく放射線源（1つ以上の上述したLEDを含む）、白熱放射線源（たとえばフィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光放射線源、リン光放射線源、高強度放電放射線源（たとえばナトリウム蒸気、水銀蒸気、及び金属ハライドランプ）、レーザー、他の種類のエレクトロルミネッセント放射線源、熱ルミネッセント放射線源（たとえば炎）、ろうそくルミネッセント放射線源（たとえばガスマントル、炭素アーク放射線源）、フォトルミネッセント放射線源（たとえばガス放電放射線源）、電子の飽和を利用したカソードルミネッセント放射線源、ガルバノルミネッセント放射線源、結晶ルミネッセント放射線源、運動ルミネッセント(kine-luminescent)放射線源、熱ルミネッセント放射線源、摩擦ルミネッセント放射線源、音響ルミネッセント放射線源、放射ルミネッセント放射線源、及びルミネッセントポリマーが含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００２８】
「照明装備」又は「照明体」という語句は、本明細書においては、特別な形状因子、組立体、又はパッケージにおける1つ以上の照明ユニットの実装又は装置を指称する。「照明ユニット」という語句は、1つ以上の同一又は異なる種類の光源を含む装置を指称する。所与の照明ユニットは、様々な（複数の）光源用の実装装置、封止体/筐体の構成及び形状、並びに/又は、電気的及び機械的接続の構成のうちの任意の1つを有してよい。それに加えて所与の照明ユニットは任意で、（複数の）光源の動作に関連する様々な他の部品（たとえば制御回路）に結合（たとえば含まれる及び/又はパッケージングされた（一緒になった））してよい。「LEDに基づく照明ユニット」という語句は、単独で又は他のLEDに基づかない光源と一緒になった1つ以上の上述のLEDに基づく光源を有する照明ユニットを指称する。「多チャネル」照明ユニットは、それぞれ様々な放射線スペクトルを生成する少なくとも2つの光源を有するLEDに基づく照明ユニット又はLEDに基づかない照明ユニットを指称する。異なる放射線源のスペクトルの各々は、多チャネル照明ユニットの「チャネル」と呼ばれてよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第1実施例の焦点ぼかし光学部品を有するLEDに基づく照明ユニットの第1実施例の斜視図を表している。前記焦点ぼかし光学部品は、前記LEDに基づく照明ユニットのマルチチップLEDから遠ざかるように分解された状態で表されている。
【図２】図1の線2-2に沿ってとられた図1のLEDに基づく照明ユニットの断面図を表している。
【図３】図1の線3-3に沿ってとられた図1のLEDに基づく照明ユニットの断面図を表している。
【図４】焦点ぼかし光学部品の第2実施例を有するLEDに基づく照明ユニットの第2実施例の断面図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
マルチチップLEDは、相対的に高レベルの光出力を供する。マルチチップLEDの様々なLEDチップからの光出力の効率的な混合は、そのマルチチップLEDにより出力されるビームパターンの端部周辺で視認されうるカラーリング/色帯の存在を最小限に抑制するために必要である。マルチチップLEDの様々なLEDチップからの光出力を混合するのに用いられる現在の手法は1つ以上の課題を有している。たとえば現在の手法では、所与の用途について、ビームパターンの端部でかなりのカラーリング及び/又は色帯が現れてしまい、かつ/あるいは、光出力のビーム角度が満足できない程度にまで増大してしまう恐れがある。よって本願出願人は、所望のビーム角度を実現しながら光出力の混合を行う焦点ぼかし光学部品を供することは有利だと認識していた。本願において与えられる焦点ぼかし光学部品は、プロファイルが変化する凹形状の内面を有する外側反射体と、任意でプロファイルが変化する凸形状の面を有する内側反射体を有する。内面のプロファイルと凸形状表面の（複数の）プロファイルの設計パラメータ、及び、前記プロファイルが存在する回転角度範囲を適切に選ぶことによって、満足行くビーム角度と効率的なパッケージサイズを維持しながら、所与のマルチチップLEDパッケージからの光出力の適切な混合が実現されうる。
【００３１】
より一般的には、本願出願人は、マルチチップLEDパッケージからの光出力を満足行くように混合する焦点ぼかし光学部品を有することは有利であることを認識していた。
【００３２】
図1を参照すると、一の実施例において、LEDに基づく照明ユニット100は、焦点ぼかし光学部品110の第1実施例を有する。焦点ぼかし光学部品110は、LEDに基づく照明ユニット100のマルチチップLED101から遠ざかるように分解された状態で表されている。マルチチップLED101は、LED半球102により取り囲まれた4つの各独立するLEDチップ103A、103B、103C、103Dを有する。LEDチップ103A、103B、103C、103Dの各々は、固有のスペクトルを有する光を、LEDチップ103A、103B、103C、103Dのうちの他の少なくとも1つから放出してよい。LEDチップ103A、103B、103C、103Dは載置台106上に載置されている。一部の実施例では、マルチチップLED101は、クリー(Cree)社から市販されているXLamp  MC-E型LED光源であってよい。しかし当業者は、他のマルチチップLEDが、本明細書に記載された焦点ぼかし光学部品110と併用されうることを理解する。たとえば焦点ぼかし光学部品110は、4つ以外の個数の各独立したLEDチップを有し、互いに異なる関係となるように配置された各独立のLEDを有し、別の載置構成を有し、かつ/あるいは、別のLED半球構成を有するマルチチップLEDと併用されるように構成されてよい。当業者は、満足行くようなビーム角を維持しながらマルチチップLEDの各独立したチップからの光出力を満足行くように混合する、本発明の教示に基づく焦点ぼかし光学部品を設計する際に考慮されるべき様々な設計パラメータを理解する。
【００３３】
焦点ぼかし光学部品110は、マルチチップLED101の周りに位置するように固定されてよく、かつ、マルチチップLED101に対して所望の向きで焦点ぼかし光学部品110を固定することを補助する位置合わせ構造を任意で有してよい。一部の実施例では、焦点ぼかし光学部品110を載置台106に固定するため、接合剤が、焦点ぼかし光学部品110の底部と載置台106との間の界面で利用されてよい。焦点ぼかし光学部品110と、載置台106、マルチチップLED101、及び/又は他の構造との間での代替となる結合又はさらなる結合も利用されてよい。一部の実施例では、焦点ぼかし光学部品110は、機械的な固定手法を用いて取り付けられてよい。前記機械的な固定手法には、先のとがった部材、ファスナ、載置台106上の対応する構造との界面をなす従属構造体等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。これは、焦点ぼかし光学部品110上の構造に対応する載置台106から上方に延びる構造を同義的に含む。
【００３４】
焦点ぼかし光学部品110の外側反射体の凹形状の内面126の一部が図1において視認可能である。上部内面126のプロファイルは、焦点ぼかし光学部品110の中心軸111の周りの回転角に対して変化することが、図1から大凡分かる。焦点ぼかし光学部品110の中心軸111は、本明細書に記載された内部凹形状反射面のすべてに対して概して中央に存在する軸である。任意で、焦点ぼかし光学部品110の中心軸111は、本明細書に記載された内側反射体140の凸形状面に対して概ね中央に存在してもよい。ここで焦点ぼかし光学部品110の複数の態様についてさらに詳細に説明するため、図2を参照する。図2は、図1の線2-2に沿ってとられた図1のLEDに基づく照明ユニットの断面図を表している。図3は、図1の線3-3に沿ってとられた断面図を表している。断面の線3-3と断面の線2-2は、共面であり、かつ、いずれも中心軸111を突き抜けて延びる。断面の線3-3は、中心軸111の周りの回転角に対して、断面の線2-2から約45°オフセットされている。
【００３５】
具体的に図2を参照すると、外側反射体の上部内面126は、中心軸111に対して第1角度位置で第1上部内面プロファイル126Aを画定し、かつ、中心軸111に対して第2角度位置で第2上部内面プロファイル126Bを画定する。第1角度位置と第2角度位置は、互いに180°でオフセットされている。第1上部内面プロファイル126Aと第2上部内面プロファイル126Bは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。しかし第1上部内面プロファイル126Aと第2上部内面プロファイル126Bは、互いに異なる焦点を有する。第1上部内面プロファイル126Aは焦点127Aを有する。焦点127Aは、第1上部内面プロファイル126Aからの距離が中心軸111よりも離れていて、かつ、LEDチップ103Cの光出力軸104Cよりも離れている。LED光出力軸104A、104B、104C、104Dの各々は、対応するLEDチップ103A、103B、103C、103Dの発光部分の中心から放出される軸で、かつ、載置台106から遠ざかって実質的に垂直な方向を向く。第2上部内面プロファイル126Bは焦点127Bを有する。焦点127Bは、第2上部内面プロファイル126Bからの距離が中心軸111よりも離れていて、かつ、LEDチップ103Bの光出力軸104Bよりも離れている。
【００３６】
焦点ぼかし光学部品110の外側反射体はまた下部凹形状の内面122をも有する。下部凹形状の内面122は、凹形状の上部内面126と結合して、かつ、凹形状の上部内面126よりもマルチチップLED101に対して近くに位置する。下部凹形状内面122は、中心軸111に対して第1角度位置で第1下部内面プロファイル122Aを画定し、かつ、中心軸111に対して第2角度位置で第2下部内面プロファイル122Bを画定する。第1下部内面プロファイル122Aと第2下部内面プロファイル122Bは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。しかし第1下部内面プロファイル122Aと第2下部内面プロファイル122Bは、互いに異なる焦点を有する。第1下部内面プロファイル122Aと第2下部内面プロファイル122Bは、第1上部内面プロファイル126Aと第2上部内面プロファイル126Bよりも大きな曲率を有する。第1下部内面プロファイル122Aは焦点123Aを有する。焦点123Aは、第1下部内面プロファイル122Aからの距離が中心軸111よりも近くて、かつ、LEDチップ103Bの光出力軸104Bよりも近い。第2下部内面プロファイル122Bは焦点123Bを有する。焦点127Bは、第1下部内面プロファイル122Bからの距離が中心軸111よりも離れていて、かつ、LEDチップ103Cの光出力軸104Cよりも離れている。
【００３７】
さらに図2を参照すると、内側反射体140が、外側反射体の上部内面126と下部内面122によって取り囲まれている。内側反射体140は、マルチチップLED101に対向する凸面142を有する。マルチチップLED101は、LEDチップ103A、103B、103C、103Dの各中心軸104A、104B、104C、104Dと交差して、中心軸111とも交差する。凸面142は、中心軸111に対して第1角度位置で第1凸形状プロファイル142Aを画定し、かつ、第2角度位置で第2凸形状プロファイル142Bを画定する。第1凸形状プロファイル142Aと第2凸形状プロファイル142Bは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。第1凸形状プロファイル142Aと第2凸形状プロファイル142Bはまた、中心軸111に沿って位置する共通の焦点143Aをも共有する。内側反射体140は、外側反射体の凸面142と下部内面122との間で延びる支柱144Aと144Bによって支持されている。内側反射体140は、他の実施例においては別の方法で支持されても良い。たとえば、1つ以上の支柱が、焦点ぼかし光学部品110の他の部分から延びてもよいし、かつ/あるいは、他の支持構造体が、焦点ぼかし光学部品110、マルチチップLED101、及び/又は載置台106から延びてもよい。
【００３８】
LEDチップ103Bから放出される典型的な光線B1とB2及びLEDチップ103Cから放出される典型的な光線C1とC2も図2に図示されている。光線B1とC1は、上部内面プロファイル126A上の略同一地点に直接衝突する。上部内面プロファイル126Aは光線B1とC1を反射する。それにより光線B1は、光線C1よりも外向きに反射される。光線B2とC2は、凸面プロファイル142A上の略同一地点に直接衝突して、内面プロファイル126Aへ向かうように外側へ反射される。続いて光線B2とC2は上部内面プロファイル126Aによって反射される。それにより光線C2は、光線B2よりも外側に反射される。要するに、凸面プロファイル142Aは、LEDチップ103Bと103Cに由来する像を反転させるように機能する。それによりLEDチップ103Cから放出されて凸面プロファイル142A上の1点に直接入射する光線は、LEDチップ103Bから放出されて同一地点に入射する光線よりも外側で、焦点ぼかし光学部品110から放出される。
【００３９】
具体的に図3を参照すると、上部内面126は、中心軸111に対して第3角度位置で第3上部内面プロファイル126Cを画定し、かつ、中心軸111に対して第4角度位置で第4上部内面プロファイル126Dを画定する。第3角度位置と第4角度位置は、互いに180°でオフセットされている。第3角度位置と第4角度位置は、第1角度位置と第2角度位置から、第1回転方向においてそれぞれ約45°でオフセットされている。第3上部内面プロファイル126Cと第4上部内面プロファイル126Dは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。しかし第3上部内面プロファイル126Cと第4上部内面プロファイル126Dは、第1上部内面プロファイル126Aと第2上部内面プロファイル126Bから明確に区別される。具体的には、第3上部内面プロファイル126Cと第4上部内面プロファイル126Dは、第1上部内面プロファイル126Aと第2上部内面プロファイル126Bよりも大きな曲率を有する。
【００４０】
また第3上部内面プロファイル126Cと第4上部内面プロファイル126Dは、互いに異なり、かつ、第1上部内面プロファイル126Aと第2上部内面プロファイル126Bとも異なる焦点を有する。第3上部内面プロファイル126Cは焦点127Cを有する。焦点127Cは、第3上部内面プロファイル126Cからの距離が中心軸111よりも離れていて、かつ、LEDの光出力軸104Cよりも離れている。第4上部内面プロファイル126Dは焦点127Dを有する。焦点127Dは、第4上部内面プロファイル126Dからの距離が中心軸111よりも離れていて、かつ、LEDの光出力軸104Aよりも離れている。
【００４１】
下部内面122は、中心軸111に対して第3角度位置で第3下部内面プロファイル122Cを画定し、かつ、中心軸111に対して第4角度位置で第4下部内面プロファイル122Dを画定する。第3下部内面プロファイル122Cと第4下部内面プロファイル122Dは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。第3下部内面プロファイル122Cと第4下部内面プロファイル122Dは、第1下部内面プロファイル122Aと第2下部内面プロファイル122Bとは明確に区別される。具体的には、第3下部内面プロファイル122Cと第4下部内面プロファイル122Dは、第1下部内面プロファイル122Aと第2下部内面プロファイル122Bよりも大きな曲率を有する。
【００４２】
また第3下部内面プロファイル122Cと第4下部内面プロファイル122Dは、互いに異なり、かつ、第1下部内面プロファイル122Aと第2下部内面プロファイル122Bとも異なる焦点を有する。第3下部内面プロファイル122Cと第4下部内面プロファイル122Dはまた、第3上部内面プロファイル126Cと第4上部内面プロファイル126Dよりも大きな曲率を有する。第3下部内面プロファイル122Cは焦点123Cを有する。焦点123Cは、第3下部内面プロファイル122Cからの距離が中心軸111よりも近く、かつ、LEDの光出力軸104Aよりも近い。第4下部内面プロファイル122Dは焦点123Dを有する。焦点123Dは、第4下部内面プロファイル122Dからの距離が中心軸111よりも近く、かつ、LEDの光出力軸104Cよりも近い。
【００４３】
内側反射体140の凸面142は、中心軸111に対して第3角度位置で第3凸形状プロファイル142Cを画定し、かつ、第4角度位置で第4凸形状プロファイル142Dを画定する。第3凸形状プロファイル142Cと第4凸形状プロファイル142Dは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。第3凸形状プロファイル142Cと第4凸形状プロファイル142Dはまた、中心軸111に沿って位置する共通の焦点143Bをも共有する。LEDチップ103Aから放出される典型的な光線A1、A2、A3及びLEDチップ103Cから放出される典型的な光線C3、C4、C5も図3に図示されている。光線A1とC3は、上部内面プロファイル126C上の略同一地点に直接衝突する。上部内面プロファイル126Cは光線A1とC3を反射する。それにより光線A1は、光線C3よりも外向きに反射される。光線A2とC4は、凸面プロファイル142B上の略同一地点に直接衝突して、内面プロファイル126Cへ向かうように外側へ反射される。続いて光線A2とC4は上部内面プロファイル126Cによって反射される。それにより光線C4は、光線A2よりも外側に反射される。光線A3とC5は、下部内面プロファイル122C上の略同一地点に直接衝突する。上部内面プロファイル122Cは光線A3とC5を反射する。それにより光線A3は、光線C5よりも外向きに反射される。
【００４４】
一部の実施例では、焦点ぼかし光学部品110の設計は、凸面142へ直接入射するマルチチップLED101から放出される光の光束が、外側反射体の下部内面122と上部内面126に直接入射するマルチチップLED101から放出される光の光束と実質的に等しくなるように行われる。従って、マルチチップLED101からの光（光束）の半分が凸面142によって「反転」される。それによりマルチチップLED101からの光が良好に混合される。凸面142、上部面126、及び/又は下部面122のうちの1つ以上の設計は、その部分での光束の約半分が下部面122と上部面126に直接入射し、かつ、残り半分が凸面142に直接入射するように行われてよい。
【００４５】
概略的に図1で示されているように、上部内面プロファイル126Aと126Bはそれぞれ、中心軸111の周りで約45°にわたって広がっている。それにより2つの表面プロファイル部分が生成される。図1の断面線2-2は、内面プロファイル126Aに対応する部分に沿って略中間で、かつ、内面プロファイル126Bに対応する部分に沿って略中間でとられる。換言すると、内面プロファイル126Aと126Bに対応する部分はそれぞれ、断面線2-2の各側上で約22.5°にわたって広がっている。下部表面プロファイル122Aと122Bのそれぞれも同様に、約45°にわたって広がっている。図1の断面線2-2はまた、内面プロファイル122Aに対応する部分に沿って略中間で、かつ、内面プロファイル122Bに対応する部分に沿って略中間でもとられる。このことは、それらの部分は、内面プロファイル126Aと126Bのそれぞれに対応する部分と実質的に位置合わせされていることを意味する。
【００４６】
続いて図1を参照すると、上部内面プロファイル126Bと126Cのそれぞれもまた、中心軸111の周りを約45°にわたって広がっている。それにより2つの表面プロファイル部分が生成される。上部内面プロファイル126Aに対応する部分の一の側は、内面プロファイル126Cに対応する部分と接する。同様に、上部内面プロファイル126Bに対応する部分の一の側は、内面プロファイル126Dに対応する部分と接する。図1の断面線3-3は、内面プロファイル126Cに対応する部分に沿って略中間で、かつ、内面プロファイル126Dに対応する部分に沿って略中間でとられる。下部表面プロファイル122Cと122Dのそれぞれも同様に中心軸111の周りを約45°にわたって広がっている。図1の断面線3-3はまた、内面プロファイル122Cに対応する部分に沿って略中間で、かつ、内面プロファイル122Dに対応する部分に沿って略中間でもとられる。このことは、それらの部分は、内面プロファイル126Cと126Dのそれぞれに対応する部分と実質的に位置合わせされていることを意味する。
【００４７】
凸面プロファイル部分142A、142B、142C、142Dのそれぞれもまた、中心軸111の周りを約45°にわたって広がっている。それにより4つの表面プロファイル部分が生成される。凸面プロファイル142Aに対応する部分の一の側は、凸面プロファイル142Cに対応する部分と接している。同様に、凸面プロファイル142Bに対応する部分の一の側は、凸面プロファイル142Dに対応する部分と接している。図1の断面線3-3は、凸面プロファイル142Aに対応する部分に沿って略中間で、かつ、凸面プロファイル142Bに対応する部分に沿って略中間でとられる。図1の断面線3-3はまた、凸面プロファイル142Cに対応する部分に沿って略中間で、かつ、凸面プロファイル142Dに対応する部分に沿って略中間でもとられる。
【００４８】
図1で図示及び説明された実施例では、焦点ぼかし光学部品110はまた、4つの別な上部表面プロファイル部分、4つの対応して位置合わせされた別な下部表面プロファイル部分、及び、4つの対応して位置合わせされた別な凸面プロファイル部分をさらに含む。別な部分はそれぞれ約45°であってよい。一部の実施例では、交互に配置された上部表面プロファイル部分は共通のプロファイルを共有する。換言すると、合計で8つの上部表面プロファイルが存在する場合、各上部表面プロファイルは、その上部表面プロファイルとは異なる共通のプロファイルを共有する2つの上部表面プロファイル部分と接することになる。同様に、一部の実施例では、交互に配置された下部プロファイル部分及び/又は凸面プロファイル部分は、共通のプロファイルを共有してよい。一部の実施例では、焦点ぼかし反射体からの光出力は、5°〜20°のビーム角度の範囲内に維持されてよい。それらの実施例の変形では、焦点ぼかし反射体からの光出力は、20°以下のビーム角度に維持されてよい。
【００４９】
特定のプロファイル、プロファイル部分、プロファイル部分の配置、及び他の設計パラメータが、焦点ぼかし反射体100に関して詳細に説明される。しかし他の実施例では、設計パラメータの1つ以上の態様は、所望の光出力を実現するため及び/又は所与のマルチチップLEDと結びつけるために変更されてよい。たとえば代替実施例では、1つ以上のプロファイル部分が、中心軸の周りを45°以外の角度にわたってもよい。またたとえば、代替実施例では、1つ以上の部分が、中心軸の周りを、他の1つ以上の部分とは異なる角度にわたってもよい。またたとえば代替実施例では、上部プロファイル部分よりも多い数の下部プロファイル部分が供されてもよい。またたとえば、代替実施例では、内側反射体140は、中心軸111に対するどの角度位置でも共通の凸面を有してもよい。またプロファイル部分間での明確な遷移が図1に示されているが、プロファイルは徐々に変化してもよい。一部の実施例では、上部内面プロファイル126Aが第1角度位置で供され、かつ、上部内面プロファイル126Bが、上部内面プロファイル126Aから約20°オフセットされた第2角度位置で供されてよい。上部内面プロファイル126Aが徐々に上部内面プロファイル126Cへ遷移するので、1つ以上の明確なプロファイルが、第1角度位置と第2角度位置との間に供されてよい。
【００５０】
ここで図4を参照すると、焦点ぼかし光学部品210の第2実施例を有するLEDに基づく照明ユニット200の第2実施例が、概略的に図示されている。マルチチップLED210の2つの各独立したLEDチップ203Bと203Cは、LED半球202によって取り囲まれた状態で表されている。LEDチップ203Aと203Bは、載置台206上に載置され、かつ、各々は各対応する光出力軸204Aと204Bを有する。焦点ぼかし光学部品210は、マルチチップLED201の周りの位置で固定されている。単一レベルの外側反射体は、焦点ぼかし光学部品210の中心軸211に対して第1角度位置で第1内面プロファイル224Aを有する内面224を有する。内面224はまた、焦点ぼかし光学部品210の中心軸211に対して第2角度位置で第2内面プロファイル224Bをも画定する。第1内面プロファイル224Aと第2内面プロファイル224Bは、共通の曲率を共有し、かつ、互いに明確に区別されない。しかし第1内面プロファイル224Aと第2内面プロファイル224Bは、それぞれ明確に区別される焦点225Aと225Bを有する。
【００５１】
内側反射体240は、内面224によって取り囲まれ、かつ、マルチチップLED201に対向してLEDチップ203B及び203Cの中心軸と交差する凸面242を有する。凸面242は、第1角度位置で第1凸面プロファイル242Aを画定し、かつ、第2角度位置で第2凸面プロファイル242Bを画定する。第1凸面プロファイル242Aと第2凸面プロファイル242Bは、共通の曲率を共有し、互いに明確に区別され、かつ、共通の焦点をも共有する。図示されてはいないが、中心軸211に対する1つ以上の角度の向きで、内面224は、内面プロファイル224A及び224Bとは異なるプロファイルを有する。凸面242もまた、中心軸211に対する1つ以上の角度の向きで、第1凸面プロファイル242Aと第2凸面プロファイル242Bとは異なるプロファイルを任意で有してよい。
【図１】
0005918751.tif 000002
【図２】
0005918751.tif 000003
【図３】
0005918751.tif 000004
【図４】
0005918751.tif 000005