(57)【要約】【課題】少ない数のＬＥＤで、より均質なカラーの光を発生すること。【解決手段】本発明は、所定のカラーの光を発生するための複合光源（１０１）に関する。この光源は複数のサブモジュール（１０２〜１０４）を有し、このサブモジュールの各々は、所定のカラーの光を発生できる。各サブモジュールは、光コリメート化兼混合構造体（１０２〜１０４）と、複数のカラー光ユニット（１０９ａ〜１０９ｃ）から成る光ユニットグループ（１０５〜１０７）とを有する、光ユニットは、コリメート化兼混合構造体の入口に配置されている。光ユニットグループから発光される光を均質化する相互作用を得るために、異なる光ユニットグループ内の所定の光ユニット位置を見た場合に、その位置に異なるカラーの光ユニットが取り付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサブモジュールを備え、各サブモジュールは所定のカラーの光を発生するための手段を備え、前記光を発生するための手段は、光コリメート化兼混合構造体と、複数のカラー光ユニットから成る光ユニットグループとを備え、前記カラー光ユニットは、前記コリメート化兼混合構造体の入口に配置されており、前記サブモジュールは、前記光ユニットグループから発光される光を均質化する相互作用を得るよう、それぞれの光ユニットグループと所定の相互関係となるよう配置されており、前記関係の実現は、前記光ユニットグループのうちの少なくとも一部における所定の光ユニット位置に、異なるカラーの光ユニットが設けられていることにより達成される複合光源。
【請求項２】
前記関係の実現は、異なる光ユニットグループの光ユニットの位置を並べ換えることを含む、請求項１に記載の複合光源。
【請求項３】
前記位置の並べ換えは、各カラーの光ユニットが前記複合光源全体にわたって全体サブモジュールにおけるすべての異なる位置を少なくとも１回占めるように実施される、請求項２に記載の複合光源。
【請求項４】
前記位置の並べ換えは、異なるサブモジュールの光ユニットグループを相互に回転することにより実施される、請求項２または３に記載の複合光源。
【請求項５】
異なる光ユニットグループには異なるカラーの光ユニットが設けられている、請求項１乃至４の何れか１項に記載の複合光源。
【請求項６】
前記関係の実施は、前記光ユニットを配置することを含み、この光ユニットの配置により、前記光ユニットグループの任意の位置における光ユニットのすべてから発生される光が加算され、前記複合光源から発生される全光のカラーと同じカラーの光となる、請求項１乃至５の何れか１項に記載の複合光源。
【請求項７】
前記複合光源の前記サブモジュールの数は、各サブモジュールのカラー光ユニットの数以上である、請求項１乃至６の何れか１項に記載の複合光源。
【請求項８】
前記サブモジュールの数は、各サブモジュールの光ユニットの数の整数倍である、請求項１乃至７の何れか１項に記載の複合光源。
【請求項９】
前記光ユニットは、ＬＥＤである、請求項１乃至８の何れか１項に記載の複合光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のサブモジュールを備え、各サブモジュールがコリメート化兼混合構造体と、このコリメート化兼混合構造体の入口に配置された光ユニットグループとを備える、複合光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
「複合光源」なる用語は、光源を形成するように協働する複数の個々のライトユニットを含む光源を意味する。代表的なタイプの複合光源として、固体光源、特にＬＥＤ（発光ダイオード）光源があるが、他のタイプの光源も同じように存在する。異なるカラーの制御可能な高輝度ＬＥＤの開発により、アクティブなビーム制御、例えばカラー制御、ビーム形状および方向制御を行う光源を製造するのに、ＬＥＤを使用することが可能となった。
【０００３】
カラーを変えることができる光源を製造するために、光コリメート化兼混合システムの入口では、異なるカラーの数個のＬＥＤユニットが組み合わされており、この光コリメート化兼混合システムは、均質なカラーの光ビームを発生することを目的としている。かかるＬＥＤ光源は、国際特許出願第WO00/58664号に記載されている。この国際特許出願では、コリメート化兼混合構造体の入口に多数のＬＥＤが配置されている。一般に白色ＲＧＢ  ＬＥＤ光源が配置され、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの組み合わせによって白色光が発生されるが、必ずしもそのように発生されるわけではない。入口に同時に配置されるＬＥＤが多くなればなるほど、光源によって発生される、遠視野内の光スポットのカラーの均質性がより良好となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際特許出願第WO00/58664号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、好ましくないことに、ＬＥＤが多くなればなるほど、コリメート化兼混合構造体は、より広くかつ長くなる。
【０００６】
本発明の目的は、従来の光源の上記欠点を軽減する複合光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の本発明に係わる複合光源によって達成される。
【０００８】
したがって、本発明の１つの様相によれば、複数のサブモジュールを備え、各サブモジュールは所定のカラーの光を発生するための手段を備え、前記光を発生するための手段は、光コリメート化兼混合構造体と、複数のカラー光ユニットから成る光ユニットグループとを備え、前記カラー光ユニットは、前記コリメート化兼混合構造体の入口に配置されている、所定のカラーの光を発生するための複合光源が提供される。前記サブモジュールは、前記光ユニットグループから発光される光を均質化する相互作用を得るよう、それぞれの光ユニットグループと所定の相互関係となるよう配置されており、前記関係の実現は、前記光ユニットグループのうちの少なくとも一部における所定の光ユニット位置に、異なるカラーの光ユニットが設けられていることにより達成される複合光源（１０１）。
【０００９】
したがって、サブモジュールから発生される光の相互作用を考慮すれば、相互作用を本発明と同じ方法で検討していない、従来の複合光源のカラーが均質化されている光スポットと比較し、カラーがより均質にされた光スポットが本複合光源によって得られる。これら相互作用の要件は、光ユニットグループが相互に所定の関係となるようサブモジュールを配置することによって定めることができる。複合光源の構造体では、光ユニットに関して、光ユニットグループのすべてが同一とはならないように、この関係が実現される。１つの光ユニットグループ内またはサブモジュール内の特定位置にある光ユニットから発生される光のカラーと別の光ユニットグループの同じ位置にある別の光ユニットから発生される光のカラーとを比較した場合、カラーは異なる。このことは、光源の光ユニットグループの一部またはすべてについて当てはまり、均質化効果を有する。
【００１０】
更に、従来の光源よりも比較的少ない数の光ユニットを各コリメート化兼混合構造体の入口に配置することができ、これによって、カラーの均質性がより高い光スポットが得られる。好ましいことに、このことによって、より短いコリメート化兼混合構造体を使用することが可能となり、この構造体は、よりコンパクトにもなる。
【００１１】
この用途のために、カラー光ユニットは一般に単一の発光要素、例えばＬＥＤダイから成るが、このカラー光ユニットは、数個の発光要素、例えば数個のＬＥＤダイからも構成できると理解すべきである。この場合、発光要素は同じカラーを発生し、１つの光ユニットと見なされるように配置される。更に、前記所定のカラーは一般に白色であるが、任意の所望するカラーとすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の複合光源の一実施形態では、前記相互の関係とは位置関係のことであり、より詳細には光ユニットの位置を並べ換えることである。すなわち、ある光ユニットグループのうちの光ユニットの位置を別の光ユニットグループのうちの光ユニットの位置に対してずらすことである。この方法は、所定の位置で異なるカラーの光ユニットを得るための良好に制御可能な方法である。
【００１３】
請求項３に記載の複合光源の一実施形態では、サブモジュール全体にわたる可能にすべての位置に各カラーの光ユニットが置かれた光源を提供することにより良好なカラーの均質性を保証できる。例えば、請求項４に記載のように前記並べ換えを回転とすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の複合光源の一実施形態では、前記相互関係は、異なる光ユニットグループ内の異なるカラーの光ユニットによって実現される。換言すれば、あるサブモジュールの光ユニットのカラーの組み合わせと別のサブモジュールの光ユニットのカラーの組み合わせとは異なる。所定の位置で異なるカラーを得る方法には別の方法があり、この方法の一部については以下説明する。
【００１５】
請求項７および８に記載のＬＥＤ光源の実施形態では、各サブモジュール内の光ユニットの数に関して好ましい数のサブモジュールが設けられる。
【００１６】
以下説明する実施形態を参照すれば、本発明の上記およびそれ以外の様相、特徴および利点が明らかとなり、かつ詳細となろう。
【００１７】
次に添付図面を参照し、本発明についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の複合光源の異なる実施形態のうちの１つに係わる複合光源のカラー光ユニット構造を示す平面略図である。
【図２】本発明の複合光源の異なる実施形態のうちの１つに係わる複合光源のカラー光ユニット構造を示す平面略図である。
【図３】本発明に係わる複合光源の一実施形態の横断面略図である。
【図４】本発明の複合光源の別の実施形態に係わる複合光源のカラー光ユニット構造を示す。
【図５】本発明の複合光源の別の実施形態に係わる複合光源のカラー光ユニット構造を示す。
【図６】本発明の複合光源の別の実施形態に係わる複合光源のカラー光ユニット構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
異なるカラーの光ユニットに基づき、複合光源を設計する際に、この光源によって得られる光スポットは、カラーに関して全体が均質となること、すなわち光スポットのカラーに関し単一のカラーとなることが理想的である。例えばどの部分においても白色の同じシェードを有する光スポットを発生するための白色光源が望まれている。異なるカラー、例えば赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）の光ユニットを混合し、白色光を形成するときにはそのようにならない。従来、カラーの混合を強化するために、光ユニットの前方に、コリメータおよび混合ユニットなどを含む多少の複合混合システムが配置されてきた。上記システムの他に、または上記システムに加え、各カラーの数個の光ユニットを使用することにより、コリメータ内の光ユニットの数を増やし、コリメータ内に光ユニットをインテリジェントに配置する努力がなされてきた。
【００２０】
しかしながら、本発明によれば、全く異なる方法で更なる改良がなされた。１つの同じコリメータ内に、より多数の光ユニットを収納しようとするのではなく、各々が数個の光ユニットしか収納しない数個のコリメータを組み合わせて、より大きいユニットにしている。光ユニット、コリメータ化兼混合ユニットなどの各集合体をサブモジュールと見なす。組み合わせを行う際に、サブモジュールの相互作用、すなわち異なるサブモジュールからの光ビームを重ね合わせることを建設的に考慮した。したがって、光ユニットをあるサブモジュールから隣接するサブモジュールまで同じように構成するのではなく、すなわち異なるように構成することにより、ポジティブな干渉が得られ、この結果、異なるサブモジュールから発せられる光の全体のカラーを均質にすることができる。このことは、図３に示されるように、２つのサブモジュールが設けられている簡単な略された一例によって説明できる。説明を簡略化するだけでなく、代表的な例を示すために、以下、各光ユニットを１つのＬＥＤと見なすと理解すべきである。しかしながら上記のように他のタイプの光ユニットも同じように使用できる。
【００２１】
各サブモジュール７０１、７０２は、基板７０６、７０７に設けられた２つのＬＥＤ７０５ａ〜ｂ、７０５ｃ〜ｄから成るＬＥＤグループ７０３、７０４と、以下、単にコリメータと称す光コリメート化兼混合構造体７０８、７０９とを備える。コリメータの形状は最も略して示されているものと理解すべきである。実際には、この形状は一般により複雑となっている。コリメータ７０８、７０９の入口にはＬＥＤ７０５ａ〜ｂ、７０５ｃ〜ｄが配置され、各サブモジュール７０１、７０２のＬＥＤ７０５ａ〜ｂ、７０５ｃ〜ｄは、異なるカラーの光を発生する。したがって、左のサブモジュール７０１内では、第２カラーのＬＥＤ７０５ｂの左側に第１カラーのＬＥＤ７０５ａが配置されており、一方、右のサブモジュール７０２では、第２カラーのＬＥＤ７０５ｄの右側に第１カラーのＬＥＤ７０５ｃが配置されている。例えば光源が白色光を発生すべき場合、第１カラーと第２カラーとを、それぞれ赤色とシアンとするか、または青色と黄色とすることができる。
【００２２】
サブモジュールの間の光の相互作用を説明するために、一部の光線を描いた。ここで、第１カラーの光線は実線で表示されており、他方、第２カラーの光線は点線で表示されている。図３から分かるように、左側サブモジュール７０１内の第１カラーのＬＥＤ７０５ａの光の方向の分布は、右側サブモジュール７０２の第２カラーのＬＥＤ７０５ｄの光の方向の分布に対応している。したがって、左側サブモジュール７０１のＬＥＤ７０５ａ〜ｂの位置に対して、右側サブモジュール７０２のＬＥＤ７０５ｃ〜ｄの位置をシフトすることにより、ＬＥＤグループ７０３、７０４から発せられる光の均質化相互作用が得られた。
【００２３】
図１に示されるようなＬＥＤ光源の第１の実施形態によれば、ＬＥＤ光源１０１は、３つのサブモジュール１０２、１０３、１０４を備え、各サブモジュールは３つのＬＥＤ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃから成る１つのＬＥＤグループ１０５、１０６、１０７を収納している。番号１０２〜１０４は、サブモジュールのコリメータの最大幅も示しており、この最大幅は一般に図において、コリメータの出口に対応している。他方、番号１０２ａ〜１０４ａは、入口を示すだけでなく、コリメータの最小幅も示している。サブモジュール１０２〜１０４は、すべて互いに隣接しており、三角形に配置されている。各ＬＥＤグループ１０５〜１０７は、ＲＧＢ  ＬＥＤから成る。すなわち各ＬＥＤグループ１０５〜１０７のＬＥＤ１０９ａ〜ｃは、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ発生する。この図だけでなく、平面図でＬＥＤを示す他の図においても、異なるカラーはＬＥＤを示す正方形の異なるシェードとして示されている。各ＬＥＤグループ１０５〜１０７のＬＥＤも三角形に配置されている。この実施形態では、異なるサブモジュール１０２〜１０４のＬＥＤ１０９ａ〜ｃの間には所定の位置関係が存在する。したがって、例えば頂部サブモジュール１０２では、頂部ＬＥＤ１０９ａは青色であり、底部右側のＬＥＤ１０９ｂは赤色であり、底部左側ＬＥＤ１０９ｃは緑色である。底部右側サブモジュール１０３では、ＬＥＤ１０９ａ〜ｃは、頂部サブモジュール１０２のＬＥＤ１０９ａ〜ｃと比較して反時計回り方向に１ステップだけ回転している。したがって、頂部ＬＥＤ１０９ｂは赤色であり、底部右側ＬＥＤ１０９ｃは緑色であり、底部左側ＬＥＤ１０９ａは青色である。底部左側サブモジュール１０４では、ＬＥＤ１０９ａ〜ｃは、底部右側サブモジュール１０３のＬＥＤ１０９ａ〜ｃと比較して反時計回り方向に回転しており、かつ頂部サブモジュール１０２のＬＥＤ１０９ａ〜ｃに対して反時計回り方向に回転し、かつ頂部サブモジュール１０２のＬＥＤ１０９ａ〜ｃと比較して１ステップだけ時計回り方向に回転している。すなわち頂部ＬＥＤ１０９ｃは緑色であり、底部右側ＬＥＤ１０９ａは青色であり、底部左側ＬＥＤ１０９ｄは赤色となっている。
【００２４】
カラーＬＥＤの位置を異なるように並べ換えることにより、サブモジュール１０２〜１０４を配置するこの方法に起因し、光源１０１によって発生される光スポットは、ＬＥＤの同じ構造を有する単一コリメータまたは複数のコリメータを有する光源の光スポットよりも実質的により均質となる。
【００２５】
図２に示されるような本発明に係わる複合光源の別の実施形態では、４つの異なるＬＥＤカラー、すなわち赤色、アンバー色、緑色および青色が存在する。よって４つのＬＥＤ２０５ａ〜ｄから成る１つのＬＥＤグループを収納する４つのサブモジュール２０１、２０２、２０３、２０４が存在し、各ＬＥＤはそれぞれのコリメータの入口２０１ａ〜２０４ａに配置されている。サブモジュールごとに時計回り方向に移動すると、位置に関するＬＥＤの構造は一回に１ステップだけ時計回り方向に回転される。
【００２６】
光ユニットの同じカラーの組み合わせと共にサブモジュールを使用することに加え、またはサブもジュールを使用することに替えて、異なるカラーの光ユニットを有するサブモジュールを使用することも可能である。このことは図４に例示されている。図４にはコリメート化兼混合構造体４０２、４０３のそれぞれの入口４０２ａ、４０３ａに配置された光ユニット４０４ａ〜４０４ｃ、４０５ａ〜４０５ｃを有する第１サブモジュール４０２および第２サブモジュール４０３が示されている。第１サブモジュール４０２は、頂部の緑色光ユニット４０４ａと、底部右側の青色光ユニット４０４ｂと、底部左側の赤色光ユニット４０４ｃとを備え、他方、第２サブモジュール４０３は、頂部のマゼンタ光ユニット４０５ａと、底部右側の黄色光ユニット４０５ｂと、底部左側のシアン光ユニット４０５ｃとを備える。緑色光と青色光と赤色光とは加算されて白色となり、同様にマゼンタ光と黄色光とシアン光も加算されて白色光となる。更に、第１および第２サブモジュール４０２、４０３の特定位置にある光ユニットも、加算されて白色を発生する。すなわち緑色、青色および赤色、並びにマゼンタ、黄色およびシアンは、加算されて白色光を発生する。このように本実施形態だけでなく本明細書に説明する他の実施形態でも、光ユニットグループ内の所定位置によるすべての光ユニットは、加算されて、個々の各サブモジュールの光ユニットのすべてと同じカラーを発生する。
【００２７】
一般に、サブモジュールの数Ｓは、整数Ｎに各サブモジュール内の光ユニットの数Ｌを乗算した値であり、すなわちＳ＝Ｎ×Ｌであるが、必ずしもそのように限定されているわけではない。図５には、この整数が２となっている実施形態が示されている。ＬＥＤ光源５０１のサブモジュール５０２〜５０７の数は６であり、各サブモジュール内のＬＥＤ５０８ａ〜ｃの数は３である。すなわちＳ＝２×３＝６となっている。これらサブモジュールは共に接近した状態に配置されている。隣接する３つのサブモジュールの組み合わせを見ると、組み合わせ内の１つのモジュールから次のモジュールまで、時計回り方向に移動すると、ＬＥＤ５０８ａ〜ｃは、時計回り方向または反時計回り方向のいずれかに回転される。
【００２８】
図６に示されるようなＬＥＤ光源の別の実施形態では、Ｎ＝３であり、Ｌ＝３であるので、９つのサブモジュール６０１〜６０９が存在する。ここでもＬＥＤが回転されている。
【００２９】
これまで本発明に係わるＬＥＤ光源の実施形態について説明した。これら実施例は、単なる非限定的な例として理解すべきである。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で多くの変形および別の実施形態が可能であろう。
【００３０】
例えばＬＥＤグループ間の相互の関係を、異なるサブモジュール内のこれまで説明したもの以外のＬＥＤ回転および異なるＬＥＤカラーの組み合わせとすることができる。
【００３１】
いくつかのサブモジュール内で同じ光ユニットのカラーの組み合わせ、例えばＲＧＢを使用する実施例では、あるタイプの並べ換えにより異なるサブモジュール内の光ユニットの発光される光は、通常、カラーが全く同一とはならないと理解すべきである。しかしながら、これら光ユニットは同じカラーであると定義する。かかるカラーの意図しないわずかな変化は、カラーの均質性をある程度劣化させる。他方、これら変化は、光源の演色評価数（ＣＲＩ）を改善する。
【００３２】
別の実施形態では、式Ｓ＝Ｎ×Ｌを満たさない多数のサブモジュールが配置される。例えば３つの光ユニットの各々のうちに４つのサブモジュールが設けられる。全体にわたって同じカラーが組み合わされ、例えばＲＧＢが使用されるが、位置の並べ換えを使用する。次に、光ユニットカラーの同じ配列を有するサブモジュールを２つ設ける。この実施形態では、２つの同じサブモジュールをディミングすることが望ましい。すなわちこれらサブモジュールの光出力を他のサブモジュールに対して減少させ、他のサブモジュールの光出力に対するこれらサブモジュールの光出力の分担をバランスさせる。
【００３３】
本願の目的のため、特に添付した特許請求の範囲に関し、「備える」または「含む」なる単語は、他のユニットまたはステップを排除するものではなく、「ある」または「１つの」なる単語は、複数存在することを排除するものではないと理解すべきであり、このことは当業者には明らかなことである。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  複合光源
１０２〜１０４  サブモジュール
１０２ａ〜１０４ｂ  入口
１０５〜１０７  光ユニットグループ
１０９ａ〜１０９ｃ  カラー光ユニット
【図１】
2009544133.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009544133.tif 000006
【図５】
2009544133.tif 000007
【図６】
2009544133.tif 000008
【国際調査報告】
2009544133.tif 000009
2009544133.tif 000010
2009544133.tif 000011