(57)【要約】  照明窓を創成するための光学装置であって、光学装置は、複数の放射線源と、光学素子とを含む。光学素子は、複数の放射線源によって生成される放射線から実質的に平行化された放射線ビームを創成するよう配置され、複数の放射線源のそれぞれによって生成される放射線は実質的に混合されない。光学装置は、複数の第一副レンズを有する第一レンズプレートをさらに含み、各第一副レンズは、各第一副レンズの投写が少なくとも部分的に重なり合うよう、放射線ビームの一部を照明窓に投写する。
2009518679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明窓を創成するための光学装置であって、
当該光学装置は、複数の放射線源と、光学素子とを含み、該光学素子は、前記複数の放射線源によって生成される放射線から実質的に平行化された放射線ビームを創成するよう配置され、前記複数の放射線源のそれぞれによって生成される前記放射線は、実質的に混合されず、
当該光学装置は、複数の第一副レンズを有する第一レンズプレートをさらに含み、各第一副レンズは、各第一副レンズの投写が少なくとも部分的に重なり合うよう、前記放射線ビームの一部を照明窓に投写する、
光学装置。
【請求項２】
前記複数の富者宣言は、発光ダイオードによって形成される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記複数の放射線源は、異なる放射線波長をそれぞれ放射する、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項４】
複数の第二副レンズを有する第二レンズプレートを含み、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズは、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズによって投写される前記第一レンズプレートの各副レンズの像が、少なくとも部分的に重なり合うよう、前記第一レンズプレートの対応する前記第一副レンズを照明窓に結像する、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第一レンズプレートの前記複数の第一副レンズは、正方形、矩形、円形、六角形の形状のうちの１つを有し、対応する形状を有する照明窓を創成する、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第一レンズプレートの各第一副レンズは、ある焦点距離を有し、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズは、前記第一レンズプレートの対応する第一副レンズの焦点距離にそれぞれ位置付けられる、請求項４又は５のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第一レンズプレートの前記第一副レンズ及び前記第二レンズプレートの前記対応する第二副レンズは、異なるサイズである、請求項４乃至６のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第一レンズプレートの前記複数の第一副レンズの前記第一レンズプレートの異なる第一副レンズは、異なる向きを有し、前記第二レンズプレートの前記複数の第二副レンズの前記第二レンズプレートの異なる第二副レンズは、異なる向きを有し、前記第一レンズプレートの前記第一副レンズの向きは、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズの向きに依存して選択され、或いは、その逆である、請求項４乃至７のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
例えば、前記第二レンズプレート内に一体化される前記放射線源によって使用中に放射される放射線の伝搬の方向に見られるときに、前記第二レンズプレートの背後に位置付けられるレンズのような球形又は非球形の光学素子を含む、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置を収容するホルダを含む製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明窓を創成するための光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は従来技術において周知である。ＬＥＤは積み重ねて位置付けられるＰ型半導体層及びＮ型半導体層を備える半導体ダイによって形成される。ＰＮ接合がＰ型半導体層とＮ型半導体層との間に定められる。電圧がＬＥＤに印可されるとき、Ｐ型半導体層内の正孔及びＮ型半導体層内の電子が引き付けられ、ＰＮ接合で接触する。正孔及び電子が結合されるとき、光子が創成され、その結果、放射線ビーム（光）が生じる。
【０００３】
ＬＥＤは、ＬＥＤによって生成される熱を移動するヒートシンク並びに創成される放射線ビームを反射するための反射器として作用する反射カップ内に位置し得る。
【０００４】
ＬＥＤは、典型的には、ＰＮ接合を形成する材料のバンドギャップエネルギに依存して、単一波長の光を放射する。今日では、ＬＥＤを製造するために使用される材料に基づいて多様な色が生成され得る。例えば、砒化ガリウムで製造されるＬＥＤは赤外及び赤色光を生成する。他の実施例は、緑色光のためのガリウム燐化アルミニウム（ＧａＡＩＰ）、赤色、黄色、及び、緑色光のための燐化ガリウム（ＧａＰ）、青色光のためのセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）である。
【０００５】
ＬＥＤは、典型的には、非平行放射線ビームを生成する。従って、ＬＥＤによって生成される光を平行化する努力がなされてきた。特に高出力ＬＥＤの分野において、色の混合並びにビーム成形及び平行化光学は、頻繁な議論の議題である。ＬＥＤの発明前でさえ、点源（この場合にはＬＥＤ）を平行化された放射線ビームに変形する異なる方法が既知である。
（外１）
2009518679.tif 000003
において１９２２年２月に公表された
（外２）
2009518679.tif 000004
による
（外３）
2009518679.tif 000005
と題する論文は、２つの反射表面を使用して点源を平行化ビームに変形する数学を記載している。
【０００６】
これらの数学的技法は、ＬＥＤによって生成される放射線ビームを平衡化する光学素子を開発するために使用された。この本文中、「平行化ビーム」は、実質的に平行な、即ち、１０°又は２０°内で平行な放射線ビームを示すものと理解されるべきである。
【０００７】
ＵＳ２００４／０２４６６０６Ａ１は、ドーム包装ＬＥＤ又はＬＥＤ配列のような光源の上に位置付けられるそのような光学素子を記載している。ＬＥＤは光学素子のキャビティ内に位置付けられる。光学素子は、ＬＥＤによって生成される放射線ビームがキャビティの入射表面を介して光学素子に入るよう形成される。放射線ビームは、それが実質的に平行化された放射線ビームとして光学素子を出る前に、光学装置の内部で二度反射される。ＵＳ２００４／０２４６６０６Ａ１に従った光学素子は、図１を参照して以下により詳細に説明される。
【０００８】
ＷＯ２００６／１０３５６２Ａ２は、複数の着色ＬＥＤから白色光を生成する問題に取り組んでいる。この文献によれば、複数のＬＥＤ出力を単一の実質的に均質な混合出力に結合するための光マニフォルドが設けられる。他の既知の混合技法は、混合ロッド、光ガイド、反射器、又は、それらの組み合わせを使用する。しかしながら、これらの技法は比較的大きく嵩張る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術をさらに改良することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求される発明のある特徴は、照明窓を創成するための光学装置を提供し、光学装置は、複数の放射線源と、光学素子とを含み、光学素子は、複数の放射線源によって生成される放射線から実質的に平行化された放射線ビームを創成するよう配置され、複数の放射線源のそれぞれによって生成される放射線は、実質的に混合されず、光学装置は、複数の第一副レンズを有する第一レンズプレートをさらに含み、各第一副レンズは、各第一副レンズの投写が少なくとも部分的に重なり合うよう、放射線ビームの一部を照明窓に投写する。
【００１１】
そのような光学装置は、例えば、均一に着色されない実質的に平行化された放射線ビームを混合し且つ／或いは成形するための簡単でコンパクトな工具を提供する。
【００１２】
本発明のある実施態様は、複数の第二副レンズを有する第二レンズプレートを含み、第二レンズプレートの第二副レンズは、第二レンズプレートの第二副レンズによって投写される第一レンズプレートの各副レンズの像が、少なくとも部分的に重なり合うよう、第一レンズプレートの対応する第一副レンズを照明窓に結像する。照明窓の形状は、第一レンズプレートの第一副レンズの形状を選択することによって制御され得る。
【００１３】
本発明のある特徴は、前記に定められたような光学装置を収容するホルダを含む製品を提供する。そのような製品は比較的コンパクトであり、特定の形状を有する物体を照明するために使用され得る。照明窓の形状は、第一副レンズの形状を選択することによって制御され得る。
【００１４】
本発明は幾つかの実施態様及び図面を参照してより詳細に記載され、それらは本発明を例証することのみが意図され、付属の請求項によってのみ制限されるその範囲を制限しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ＵＳ２００４／０２４６６０６Ａ１は、例えばＬＤＥによって生成される非平行放射線ビームを実質的に平行化放射線ビームに変形するよう配置された多数の光学素子を記載している。
【００１６】
そのような光学素子４の実施例が、図１に概略的に示されている。図１は、そのような光学素子４の側断面図であり、それは回転対称である。光学素子４は、入射表面１及び出射表面７によって形成されている。実際には、ＬＥＤ３は、入射表面１内に形成されるキャビティ２内に位置付けられる。ＬＥＤ３は、上述のように、参照番号５によって指し示されたＰ層及びＮ層を含み、ドーム形状カバー６内に位置付けられている。図１は、電気エネルギ供給のためにＬＥＤ３に接続される電気ケーブル８も示している。
【００１７】
ＬＥＤ３によって生成される放射線は、入射表面１を介して光学素子４に入る。次に、放射線ビームは、それが出射表面７を介して光学素子４から出る前に、ＴＩＲ（全反射）を用いて出射表面７によって並びに入射表面１によって反射される。出射表面７は、部分的に、例えば、ＬＥＤ３付近の中央において鏡であり得る。入射表面１は鏡である。入射表面１及び出射表面７の形状は、放射線ビームが実質的に平行化された形態で光学素子４から出るよう選択される。
【００１８】
図２は、従来技術に従った代替的な光学素子４’を示す代替的な実施態様を描写している。ＬＥＤは、この代替的な光学素子４’の内部に完全に位置付けられれている。再び、ＬＥＤ３によって生成される放射線ビームは、それが出射表面７’を介して光学素子４’から出る前に、光学素子４’の内部で二度、即ち、先ず、出射表面７’によって、次に、後部表面８によって反射される。光学素子４’は、回転対称でもある。
【００１９】
本発明の異なる実施態様が以下に記載される。図１及び２を参照して記載される光学素子４，４’が、本発明の組み合わせで使用され得ることが当業者に明らかであろう。実質的に平行化された放射線ビームを生成する如何なる他の光学素子も使用され得る。
【００２０】
複数のＬＥＤを１つの実質的に混合された実質的に均質な放射線ビームに結合するための光学素子４又は代替物を使用する異なる実施態様が以下に記載される。図１及び２を参照して記載されるような従来技術に従った光学素子４，４’の出射表面の形状が調節されるとしても、混合及びビーム成形の両方は可能ではない。
【００２１】
１つの実施態様には、複数の位置付けられたＬＥＤ１１，１２，１３，１４を有する、図１及び２を参照して記載された光学素子４，４のような、光学素子１０が設けられており、各ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、単一のＬＥＤ又は一群のＬＥＤから構成され得る。例えば、ＬＥＤ１１は、一群の１０個のＬＥＤ（１１’，１１”，１１’’’，．．．）である。図３ａは、そのような光学素子１０の概略的な側断面図であるのに対し、図３ｂは、光学素子１０の概略的な正面図である。図３ａにおける側断面図は、図３ｂ中に示される破線Ｉ−Ｉに沿って取られている。
【００２２】
複数のＬＥＤ１１，１２，１３，１４が、光学素子１０の内部に位置付けられている。図３ａ及び３ｂに示される実施例では、４個のＬＥＤが光学素子１０の内部に位置付けられているが、如何なる他の数のＬＥＤも、勿論、光学素子１０内に位置付けられ得る。同様に、他の種類の放射線が使用され得る。
【００２３】
図３ａ及び３ｂに示される実施例において、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、キャリア１５上の光学素子１０内に位置付けられる。このキャリア１５は、伝導性材料で製造され得るが、如何なる他の種類の適切な材料であってもよい。例えば、キャリア１５は、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって生成される熱を放散するのに特に適した材料から製造され得る。
【００２４】
ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、異なる色の放射線を放射し得る。図３ａ及び３ｂに示される実施態様において、第一ＬＥＤ１１は赤色放射線を放射し、第二ＬＥＤは緑色放射線を放射し、第三ＬＥＤは琥珀色放射線を放射し、第四ＬＥＤは青色放射線を放射し得る。代替的な実施態様では、３つのＬＥＤが使用され、第一ＬＥＤ１１は赤色放射線を放射し、第二ＬＥＤ１２は緑色放射線を放射し、第三ＬＥＤは青色放射線を放射する。勿論、当業者に明らかなように、任意の組み合わせの色を有する任意の適切な数のＬＥＤが使用され得る。ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は１つの同一の色を有し得る。
【００２５】
図３ａに見られ得るように、光学素子１０は、実質的に平行化された放射線ビームを生成する。既に上述されたように、「平行化」という用語は、ここでは、実質的に平行な放射線ビームを指すものとして使用される。簡潔性のために、放射線ビーム２０は、「完全な」平行化された放射線ビームとして図面中に描写されている。
【００２６】
放射線ビーム２０は均一な色を有さないが、図３ａ及び３ｂ中に示される向きに従って、線Ｉ−Ｉに沿って頂部では優勢的に赤色であり、下方側では優勢的に琥珀色である。実際には、放射線ビーム２０は、光学素子１０によって放射されるような放射線ビーム２０の断面図である図４に示されるように、４つの色を有する。
【００２７】
しかしながら、もし放射線源、即ち、４つのＬＥＤ１１，１２，１３，１４の構成素子が光学素子１０に対して比較的小さいならば、光学素子１０によって放射されるような放射線ビーム２０は、既にある程度まで混合されていることが当業者に明らかであろう。
【００２８】
１つの実施態様では、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって放射される放射線を混合するための装置が設けられる。これを達成するために、図５中に概略的に描写されるように、第一レンズプレート３０及び第二レンズプレート４０が実施態様に従って設けられる。第一レンズプレート３０は、複数の副レンズ３１を含み、第二レンズプレート４０は、複数の副レンズ４１を含む。レンズプレート３０，４０の副レンズ３１，４１は、小型レンズ(lenslet)とも呼ばれる。
【００２９】
図６ａは、第一レンズプレート３０及び／又は第二レンズプレート４０の概略的な正面図であり、それらは類似であり得る。第一及び第二のレンズプレート３０，４０は、正方形の形状（又は矩形の形状）を有し、５×５の正方形の副レンズ３１，４１を含み得ることが見られる。多くの代替的な形状及び数の副レンズ３１，４１が、第一レンズプレート及び第二レンズプレート４０のために並びに副レンズ３１，４１のために可能であることが理解されよう。
【００３０】
図６ｂは、代替的な第一レンズプレート３０’及び第二レンズプレート４０’の概略的な正面図である。この実施態様において、第一及び第二のレンズプレート３０’，４０’は、実質的に正方形であり、５×５の円形の副レンズ３１’，３１’を含み得ることが見られる。
【００３１】
図６ｃは、さらなる代替的な第一レンズプレート３０”及び第二レンズプレート４０”の概略的な正面図である。この場合には、第一及び第二のレンズプレート３０”，４０”は、実質的に円形であり、複数の六角形（蜂巣状）副レンズ３１”，４１”を含むことが見られる。
【００３２】
多くの代替的なレンズプレート３０，４０が考えられ得ることが理解されよう。異なる数の副レンズ３１，４１も使用され得る。実際には、レンズプレート３０、レンズプレート４０、第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１、及び、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１は類似し得るが、互いに異なり得るし、例えば、異なるサイズ及び／又は形状も有し得る。
【００３３】
図５に基づいて、レンズプレート３０は、光学素子１０の背後に位置付けられ、多数の副レンズ３１を含む。各副レンズ３１は、実質的に同じ焦点距離ｆ１を有する。第二レンズプレート４０は、第一レンズプレート３０から実質的にある距離ｆｌに位置付けられる。
【００３４】
図５には、第二レンズプレート４０が第一レンズプレート３０の小型レンズ３１を照明窓５０上に結像することが見られる。この特徴は図５中に破線で表示されている。照明窓５０は第二レンズプレート４０から比較的遠く離れ、よって、実際的な目的のために、遠視野(far  field)であると考えら得る。第一レンズプレートは第二レンズプレートの焦点平面内にあり得るが、第二レンズプレート４０の焦点平面付近でもあり得る。
【００３５】
光学素子は、複数の第二副レンズ４１を有する第二レンズプレート４０を含み、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１は、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１によって投写される第一レンズプレート３０の各第一副レンズ３１の像が少なくとも部分的に重なり合うよう、第一レンズプレート３０の対応する第一副レンズ３１を照明窓５０に結像し得る。
【００３６】
照明窓５０は遠視野にあり得るし、照明されるべき物体と一致し得る。実際には、そのような物体は、例えば、塗装、テーブル、窓、ビルディング等のような、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって照明されるべき表面を有し得る。ここに記載される技法は、投写型ディスプレイ用途においても使用され得る。照明窓５０は第二レンズプレート４０から比較的遠く離れることが留意されるべきであり、それは図面中に概略的にのみ描写されている。
【００３７】
「遠視野」という用語は、ここでは、照明窓が第二レンズプレート４０から比較的遠く離れていることを指し示すために使用される。実際には、レンズプレート４０は、たった数センチメートルの直径を有し得る。その場合には、遠視野という用語は約２ｍの距離を指し得る。
【００３８】
放射線ビーム２０の２つの副部分（サブパート）、即ち、赤色副部分及び琥珀色副部分が図５中に描写されている。赤色副部分は、第一プレート３０の副レンズ３１及び第二レンズプレート４０の対応する副レンズ３１を介して遠視野に投写されている。琥珀色副部分は、第一レンズプレート３０のさらなる第一副レンズ３１及び第二レンズプレート４０のさらなる対応する副レンズ４１を介して遠視野に投写されている。
【００３９】
図５は、赤色副部分及び琥珀色副部分が大きな程度まで照明窓５０内で混合されることを示している。実際には、全てのＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって放射される放射線は、照明窓５０内で実質的に混合される。もしＬＥＤ１１，１２，１３，１４が異なる色を放射するならば、これらの色は照明窓内で混合され、例えば、白色光を創成する。
【００４０】
図７ａは、第一レンズプレート３０及び第二レンズプレート４０によって遠視野に投写されるような放射線ビーム０の照明窓５０を概略的に描写している。投写(projection)は、２５個の正方形の形状の副投写（sub-projection）を含む。各副投写は、対応する対の第一レンズプレート３０の副レンズ３１及び第二レンズプレート４０の副レンズ４１によって生成される。副投写は互いに対して変位される。しかしながら、この変位は、照明窓５０のサイズと比較すると比較的小さくあり得る。従って、実際の使用では無視可能である。変位は、それぞれの副レンズ３１の距離と等しい。各副投写の形状は、第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１の形状によって決定される。第二レンズプレート４０の各副レンズ４１は、第一レンズプレート３０の各副レンズ３１の輪郭を遠視野に結像する。結果的に、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって生成されるような放射線ビームは、照明窓内で実質的に混合される。
【００４１】
第二レンズプレート４０の各副レンズ４１は、第一レンズプレート３０の対応する副レンズ３１の輪郭を結像するので、第二レンズプレート４０の副レンズ４１の数は、第一レンズプレート３０の副レンズ３１の数と等しくあり得ることが理解されよう。これを行うために、第二レンズプレート４０の副レンズ４１の焦点距離ｆ２は、第一レンズプレートの副レンズ３１の焦点距離ｆ１と実質的に等しくあり得る。第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、第二レンズプレート４０の対応する副レンズ４１からある距離にも位置付けられ得る。その距離は、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１の焦点距離と等しい。
【００４２】
図面は照明窓を第二レンズプレート４０に比較的近接して示しているが、照明窓は遠視野にあることも理解されよう。
【００４３】
副レンズ３１，４１の焦点距離並びに第一レンズプレート３０と第二レンズプレート４０との間の相互距離は、互いに正確に等しいことは必ずしも必要でないことがさらに理解されよう。変動、例えば、レンズプレート３０，４０の厚さと等しい変動は許容される。副レンズ３１，４１の焦点距離並びに第一レンズプレート３０と第二レンズプレート４０との間の距離は、放射線ビーム２０の特性に基づいて、或いは、特定距離にある照明窓５０の所望のサイズに基づいて調節され得る。
【００４４】
上記に基づいて、各投写の形状、よって、照明窓５０は、第一レンズプレート３０の副レンズ３１の形状によって決定されることが理解されよう。よって、もしレンズプレート３０’が図６ｂに示されるように選択されるならば、各副投写は、図７ｂに概略的に示されるように、実質的に円形である。照明窓全体も、おおよそ円形である。もし図６ｃに示されるようなレンズプレート３０”が使用されるならば、各副投写は、図７ｃに概略的に示されるように、実質的に六角形である。照明窓全体も、おおよそ六角形である。しかしながら、実際には、図７ａ，７ｂ，７ｃに示されるような混合部分は、完全に混合されず且つ実際には無視可能な程に小さい縁部と比べると、比較的大きいことが理解されよう。
【００４５】
よって、遠視野５０における副投写の形状は、第一レンズプレート３０の副レンズ３１の形状によって決定され得る。結果的に、有利で単純なビーム成形装置がここに提示される。第一レンズプレート３０の副レンズ３１の形状は、照明されるべき物体の形状に依存して選択され得る。もし、例えば、矩形の形状を有する物体が照明されるべきであるならば、第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、対応する矩形の形状が与えられ得る。もし円形手０ブルが照明されるべきであるならば、図６ｂ及び７ｂに示されるように、第一レンズプレート３０’の円形副レンズ３１’が選択され得る。
【００４６】
ここに提示される装置は、実質的に平行化されるビームを混合する有利な方法も提供する。
【００４７】
遠視野５０における各副投写のサイズは、第一レンズプレート３０と第二レンズプレート４０との間の距離を変更することによって変更され得る。焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２も相応して変更され得ることが理解されよう。
【００４８】
１つの実施態様では、図８に示されるように、第二レンズプレート４０は省略される。当業者に明らかであるように、第二レンズプレート４０は、結像機能（図５中の破線）をもはや有さない。従って、異なる放射線源（ＬＥＤ１１，１２，１３，１４）からの放射線の混合並びに図５の組立てに従ったビーム成形は、図８に示されるような組立てに従った混合と比べると、より高い品質を有する。
【００４９】
他の実施態様では、第一レンズプレート３０は、図９ａに概略的に示されるように、第二レンズプレート４０のサイズと異なるサイズを有し得る。図９ａにおいて、第二レンズプレート４０は、第一レンズプレート３０と比べると比較的小さい。光学素子１０、第一レンズプレート３０、及び、第二レンズプレート４０は、ホルダ６０内に収容され、小さくコンパクトな製品をもたらす。第二レンズプレート４０は比較的小さいので、製品は壁６１（又は天井）に容易に取り付けられ得るし、壁６１に比較的小さな開口だけを必要とする。
【００５０】
第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、半円形構造又は類似構造内に位置付けられる。第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、異なる向きを有し得る。従って、第二レンズプレート４０の副レンズ４１は、半円形構造内に位置付けられるが、図９ａ中に見られるように、反対方向に位置付けられる。第二レンズプレート４０の各副レンズ４１は、異なる向きを有し得る。結果的に、第一レンズプレート３０は、放射線ビーム２０の伝搬方向に見られるとき、凸状（丸められた）形状を有し得るのに対し、第二レンズプレート４０は、放射線ビーム２０の伝搬方向に見られるとき、凹状（中空の）形状を有し得る。
【００５１】
第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１及び第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１は、図５に示されるようなそれらの向きに対して類似の傾斜を有し得るが、反対方向であることが当業者に明らかであろう。第二レンズプレート４０の各副レンズ４１の向きは、第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１の向きに依存して選択され得るし、逆もまた同様である。
【００５２】
さらなる実施態様によれば、第一レンズプレート３０の全ての副レンズ３１は、傾斜向きを備えて直線に位置付けられ、第二レンズプレート４０の副レンズ４１も、傾斜向きを備えて直線に位置付けられる。第一レンズプレート３０の各第一副レンズ３１は、第二レンズプレート４０の副レンズ４１の傾斜に対して反対の傾斜を有し得る。これは図９ｂに示されている。
【００５３】
第一及び第二のレンズプレート３０，４０の第一及び第二の副レンズ３１，４１の焦点距離は、第一及び第二のレンズプレート３０，４０からの対応する副レンズ３１，４１間の距離も変化するので、図９ａ及び９ｂに示される実施態様において変化し得る。
【００５４】
さらなる実施態様では、図１０ａに示されるように、（非球面）レンズ７０のような球面又は非球面光学素子が、第二レンズプレート４０の背後に位置付けられる。変形によれば、（非球面）レンズ７０は、図１０ｂに示されるように、第二レンズプレート４０内に一体化される。
【００５５】
他の実施態様において、光学装置は、使用中に、例えば、第二レンズプレート４０内に一体化された放射線源１１，１２，１３，１４によって放射される放射線の伝搬方向に見られるときに、第二レンズプレート４０の背後に位置付けられるレンズ７０のような、球面又は非球面の光学素子を含む。
【００５６】
そのような（非球面）レンズ７０の使用は、ビーム性能を増大する。
【００５７】
上記に基づき、複数のＬＥＤが光学素子１０内に位置付けられる。光学素子１０によって生成される放射線ビーム２０は、実質的に平行化されるが、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４からの放射線は依然として遠視野において混合されない。レンズプレート３０及び場合によってはレンズプレート４０は、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４からの放射線を混合するために提供される。この混合された放射線は、壁のような物体を照明するために使用され得る。
【００５８】
第一レンズプレート３０の副レンズ３１ｈ、光学装置によって創成される照明窓５０を成形するための異なる形状を有し得る。勿論、放射線ビームを成形するために、絞りが第一プレート３０の各副レンズ３１の後に位置付けられ得る。
【００５９】
全てのＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、異なる色を有し得る。混合された放射線ビームの色は、各ＬＥＤ１１，１２，１３，１４の電流を制御することによって変更され得る。しかしながら、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、１つの同じ色も有し得る。
【００６０】
全てのＬＥＤ１１，１２，１３，１４、光学素子１０、第一レンズプレート３０、第二レンズプレート４０は、単一のホルダ６０又はカバー内に一体化され得る。そのような製品は、比較的小さくコンパクトである。製品は、例えば、約１５ｃｍの大きさであり得るが、１０ｃｍよりも小さくあってもよく、第二レンズプレート４０から約２ｍの距離に約２５×２５ｃｍの照明窓を生成する。
【００６１】
上述された実施態様は、異なる平行な実質的に平行化された放射線ビームを混合するための簡単でコンパクトな光学装置を提供する。同時に、簡単でコンパクトなビーム成形工具が提供される。上記に示される光学装置は、１０ｃｍよりかなり下であり得る（光学素子１０から第二レンズプレート４０までの）長さを備えて、比較的小さくあり得ると同時に、それは、良好な色混合及びビーム成形の組み合わせで、比較的短距離で比較的大きな照明窓を提供する。
【００６２】
さらに、（高出力）ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、キャリア１５を介して、光学素子１０の後側で容易に冷却され得る。
【００６３】
複数のＬＥＤ１１，１２，１３，１４を混合することによって照明窓を創成する光学装置が記載された。しかしながら、（白熱）電球、（コロナ）放電ランプ等のような他の放射線源（光源）も、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４の代わりに使用され得ることが明らかであろう。
【００６４】
光学素子１０の内部に位置付けられる複数の放射線源の代わりに他の組立てが使用され得ることも明らかであろう。実際には、第一レンズプレート３０及び第二レンズプレート４０は、如何なる実質的に平行化された、可能であれば、非混合の放射線ビーム２０からも照明窓を創成するために使用され得る。
【００６５】
本発明に従った方法及び装置の好適実施態様が、本発明を教示する目的のために記載された。本発明の真正な精神から逸脱せずに、本発明の他の代替的な並びに均等な実施態様が実際には着想され且つ実現され得ることが当業者に明らかであり、本発明の範囲は付属の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来技術に従った光学素子を概略的に示す側断面図である。
【図２】従来技術に従った代替的な光学素子を示す概略図である。
【図３ａ】光学素子の実施態様を概略的に示す側断面図である。
【図３ｂ】光学素子の実施態様を概略的に示す正面図である。
【図４】実施態様に従った放射線ビームを概略的に示す断面図である。
【図５】組立の実施例を示す概略図である。
【図６ａ】レンズプレートの異なる実施態様を概略的に示す正面図である。
【図６ｂ】レンズプレートの異なる実施態様を概略的に示す正面図である。
【図６ｃ】レンズプレートの異なる実施態様を概略的に示す正面図である。
【図７ａ】照明窓の異なる実施態様を示す概略図である。
【図７ｂ】照明窓の異なる実施態様を示す概略図である。
【図７ｃ】照明窓の異なる実施態様を示す概略図である。
【図８】組立の代替的な実施態様を示す概略図である。
【図９ａ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図９ｂ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図１０ａ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図１０ｂ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図１】
2009518679.tif 000006
【図２】
2009518679.tif 000007
【図３ａ】
2009518679.tif 000008
【図３ｂ】
2009518679.tif 000009
【図４】
2009518679.tif 000010
【図５】
2009518679.tif 000011
【図６ａ】
2009518679.tif 000012
【図６ｂ】
2009518679.tif 000013
【図６ｃ】
2009518679.tif 000014
【図７ａ】
2009518679.tif 000015
【図７ｂ】
2009518679.tif 000016
【図７ｃ】
2009518679.tif 000017
【図８】
2009518679.tif 000018
【図９ａ】
2009518679.tif 000019
【図９ｂ】
2009518679.tif 000020
【図１０ａ】
2009518679.tif 000021
【図１０ｂ】
2009518679.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月29日(2008.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明窓を創成するための光学装置であり、
当該光学装置は、複数の放射線源と、光学素子とを含み、該光学素子は、前記複数の放射線源によって生成される放射線から実質的に平行化された放射線ビームを創成するよう配置され、前記複数の放射線源のそれぞれによって生成される前記放射線は、実質的に混合されず、
当該光学装置は、複数の第一副レンズを有する第一レンズプレートをさらに含み、各第一副レンズは、各第一副レンズの投写が少なくとも部分的に重なり合うよう、前記放射線ビームの一部を照明窓に投写する光学装置であって、
当該光学装置は、複数の第二副レンズを有する第二レンズプレートをさらに含み、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズは、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズによって投写される前記第一レンズプレートの各副レンズの像が、少なくとも部分的に重なり合うよう、前記第一レンズプレートの対応する前記第一副レンズを照明窓に結像することを特徴とする、
光学装置。
【請求項２】
前記複数の富者宣言は、発光ダイオードによって形成される、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記複数の放射線源は、異なる放射線波長をそれぞれ放射する、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第一レンズプレートの前記複数の第一副レンズは、正方形、矩形、円形、六角形の形状のうちの１つを有し、対応する形状を有する照明窓を創成する、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第一レンズプレートの各第一副レンズは、ある焦点距離を有し、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズは、前記第一レンズプレートの対応する第一副レンズの焦点距離にそれぞれ位置付けられる、請求項４又は５のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第一レンズプレートの前記第一副レンズ及び前記第二レンズプレートの前記対応する第二副レンズは、異なるサイズである、請求項４乃至６のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第一レンズプレートの前記複数の第一副レンズの前記第一レンズプレートの異なる第一副レンズは、異なる向きを有し、前記第二レンズプレートの前記複数の第二副レンズの前記第二レンズプレートの異なる第二副レンズは、異なる向きを有し、前記第一レンズプレートの前記第一副レンズの向きは、前記第二レンズプレートの前記第二副レンズの向きに依存して選択され、或いは、その逆である、請求項４乃至７のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
例えば、前記第二レンズプレート内に一体化される前記放射線源によって使用中に放射される放射線の伝搬の方向に見られるときに、前記第二レンズプレートの背後に位置付けられるレンズのような球形又は非球形の光学素子を含む、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学装置を収容するホルダを含む製品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従った照明窓を創成するための光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は従来技術において周知である。ＬＥＤは積み重ねて位置付けられるＰ型半導体層及びＮ型半導体層を備える半導体ダイによって形成される。ＰＮ接合がＰ型半導体層とＮ型半導体層との間に定められる。電圧がＬＥＤに印可されるとき、Ｐ型半導体層内の正孔及びＮ型半導体層内の電子が引き付けられ、ＰＮ接合で接触する。正孔及び電子が結合されるとき、光子が創成され、その結果、放射線ビーム（光）が生じる。
【０００３】
ＬＥＤは、ＬＥＤによって生成される熱を移動するヒートシンク並びに創成される放射線ビームを反射するための反射器として作用する反射カップ内に位置し得る。
【０００４】
ＬＥＤは、典型的には、ＰＮ接合を形成する材料のバンドギャップエネルギに依存して、単一波長の光を放射する。今日では、ＬＥＤを製造するために使用される材料に基づいて多様な色が生成され得る。例えば、砒化ガリウムで製造されるＬＥＤは赤外及び赤色光を生成する。他の実施例は、緑色光のためのガリウム燐化アルミニウム（ＧａＡＩＰ）、赤色、黄色、及び、緑色光のための燐化ガリウム（ＧａＰ）、青色光のためのセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）である。
【０００５】
ＬＥＤは、典型的には、非平行放射線ビームを生成する。従って、ＬＥＤによって生成される光を平行化する努力がなされてきた。特に高出力ＬＥＤの分野において、色の混合並びにビーム成形及び平行化光学は、頻繁な議論の議題である。ＬＥＤの発明前でさえ、点源（この場合にはＬＥＤ）を平行化された放射線ビームに変形する異なる方法が既知である。
（外１）
2009518679.tif 000023
において１９２２年２月に公表された
（外２）
2009518679.tif 000024
による
（外３）
2009518679.tif 000025
と題する論文は、２つの反射表面を使用して点源を平行化ビームに変形する数学を記載している。
【０００６】
これらの数学的技法は、ＬＥＤによって生成される放射線ビームを平衡化する光学素子を開発するために使用された。この本文中、「平行化ビーム」は、実質的に平行な、即ち、１０°又は２０°内で平行な放射線ビームを示すものと理解されるべきである。
【０００７】
ＵＳ２００４／０２４６６０６Ａ１は、ドーム包装ＬＥＤ又はＬＥＤ配列のような光源の上に位置付けられるそのような光学素子を記載している。ＬＥＤは光学素子のキャビティ内に位置付けられる。光学素子は、ＬＥＤによって生成される放射線ビームがキャビティの入射表面を介して光学素子に入るよう形成される。放射線ビームは、それが実質的に平行化された放射線ビームとして光学素子を出る前に、光学装置の内部で二度反射される。ＵＳ２００４／０２４６６０６Ａ１に従った光学素子は、図１を参照して以下により詳細に説明される。
【０００８】
ＷＯ２００６／１０３５６２Ａ２は、複数の着色ＬＥＤから白色光を生成する問題に取り組んでいる。この文献によれば、複数のＬＥＤ出力を単一の実質的に均質な混合出力に結合するための光マニフォルドが設けられる。他の既知の混合技法は、混合ロッド、光ガイド、反射器、又は、それらの組み合わせを使用する。しかしながら、これらの技法は比較的大きく嵩張る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術をさらに改良することが本発明の目的である。そこで、冒頭段落中に記載される種類の光学装置は、請求項１の特徴部分によって特徴付けられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのような光学装置は、例えば、均一に着色されない実質的に平行化された放射線ビームを混合し且つ／或いは成形するための簡単でコンパクトな工具を提供する。
【００１１】
照明窓の形状は、第一レンズプレートの第一副レンズの形状を選択することによって制御され得る。
【００１２】
本発明のある特徴は、前記に定められたような光学装置を収容するホルダを含む製品を提供する。そのような製品は比較的コンパクトであり、特定の形状を有する物体を照明するために使用され得る。照明窓の形状は、第一副レンズの形状を選択することによって制御され得る。
【００１３】
ＷＯ００／０３６３３６には、複数のＬＥＤと、各ＬＥＤによって生成される放射線から混合されない平行化された放射線ビームを創成するための第一光学素子と、それぞれのＬＥＤの放射線の少なくとも相互の部分的な重なり合いを備える放射線ビームを投写するための第二光学素子とを含む光学装置が開示されている。
【００１４】
本発明は幾つかの実施態様及び図面を参照してより詳細に記載され、それらは本発明を例証することのみが意図され、付属の請求項によってのみ制限されるその範囲を制限しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ＵＳ２００４／０２４６６０６Ａ１は、例えばＬＤＥによって生成される非平行放射線ビームを実質的に平行化放射線ビームに変形するよう配置された多数の光学素子を記載している。
【００１６】
そのような光学素子４の実施例が、図１に概略的に示されている。図１は、そのような光学素子４の側断面図であり、それは回転対称である。光学素子４は、入射表面１及び出射表面７によって形成されている。実際には、ＬＥＤ３は、入射表面１内に形成されるキャビティ２内に位置付けられる。ＬＥＤ３は、上述のように、参照番号５によって指し示されたＰ層及びＮ層を含み、ドーム形状カバー６内に位置付けられている。図１は、電気エネルギ供給のためにＬＥＤ３に接続される電気ケーブル８も示している。
【００１７】
ＬＥＤ３によって生成される放射線は、入射表面１を介して光学素子４に入る。次に、放射線ビームは、それが出射表面７を介して光学素子４から出る前に、ＴＩＲ（全反射）を用いて出射表面７によって並びに入射表面１によって反射される。出射表面７は、部分的に、例えば、ＬＥＤ３付近の中央において鏡であり得る。入射表面１は鏡である。入射表面１及び出射表面７の形状は、放射線ビームが実質的に平行化された形態で光学素子４から出るよう選択される。
【００１８】
図２は、従来技術に従った代替的な光学素子４’を示す代替的な実施態様を描写している。ＬＥＤは、この代替的な光学素子４’の内部に完全に位置付けられれている。再び、ＬＥＤ３によって生成される放射線ビームは、それが出射表面７’を介して光学素子４’から出る前に、光学素子４’の内部で二度、即ち、先ず、出射表面７’によって、次に、後部表面８によって反射される。光学素子４’は、回転対称でもある。
【００１９】
本発明の異なる実施態様が以下に記載される。図１及び２を参照して記載される光学素子４，４’が、本発明の組み合わせで使用され得ることが当業者に明らかであろう。実質的に平行化された放射線ビームを生成する如何なる他の光学素子も使用され得る。
【００２０】
複数のＬＥＤを１つの実質的に混合された実質的に均質な放射線ビームに結合するための光学素子４又は代替物を使用する異なる実施態様が以下に記載される。図１及び２を参照して記載されるような従来技術に従った光学素子４，４’の出射表面の形状が調節されるとしても、混合及びビーム成形の両方は可能ではない。
【００２１】
１つの実施態様には、複数の位置付けられたＬＥＤ１１，１２，１３，１４を有する、図１及び２を参照して記載された光学素子４，４のような、光学素子１０が設けられており、各ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、単一のＬＥＤ又は一群のＬＥＤから構成され得る。例えば、ＬＥＤ１１は、一群の１０個のＬＥＤ（１１’，１１”，１１’’’，．．．）である。図３ａは、そのような光学素子１０の概略的な側断面図であるのに対し、図３ｂは、光学素子１０の概略的な正面図である。図３ａにおける側断面図は、図３ｂ中に示される破線Ｉ−Ｉに沿って取られている。
【００２２】
複数のＬＥＤ１１，１２，１３，１４が、光学素子１０の内部に位置付けられている。図３ａ及び３ｂに示される実施例では、４個のＬＥＤが光学素子１０の内部に位置付けられているが、如何なる他の数のＬＥＤも、勿論、光学素子１０内に位置付けられ得る。同様に、他の種類の放射線が使用され得る。
【００２３】
図３ａ及び３ｂに示される実施例において、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、キャリア１５上の光学素子１０内に位置付けられる。このキャリア１５は、伝導性材料で製造され得るが、如何なる他の種類の適切な材料であってもよい。例えば、キャリア１５は、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって生成される熱を放散するのに特に適した材料から製造され得る。
【００２４】
ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、異なる色の放射線を放射し得る。図３ａ及び３ｂに示される実施態様において、第一ＬＥＤ１１は赤色放射線を放射し、第二ＬＥＤは緑色放射線を放射し、第三ＬＥＤは琥珀色放射線を放射し、第四ＬＥＤは青色放射線を放射し得る。代替的な実施態様では、３つのＬＥＤが使用され、第一ＬＥＤ１１は赤色放射線を放射し、第二ＬＥＤ１２は緑色放射線を放射し、第三ＬＥＤは青色放射線を放射する。勿論、当業者に明らかなように、任意の組み合わせの色を有する任意の適切な数のＬＥＤが使用され得る。ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は１つの同一の色を有し得る。
【００２５】
図３ａに見られ得るように、光学素子１０は、実質的に平行化された放射線ビームを生成する。既に上述されたように、「平行化」という用語は、ここでは、実質的に平行な放射線ビームを指すものとして使用される。簡潔性のために、放射線ビーム２０は、「完全な」平行化された放射線ビームとして図面中に描写されている。
【００２６】
放射線ビーム２０は均一な色を有さないが、図３ａ及び３ｂ中に示される向きに従って、線Ｉ−Ｉに沿って頂部では優勢的に赤色であり、下方側では優勢的に琥珀色である。実際には、放射線ビーム２０は、光学素子１０によって放射されるような放射線ビーム２０の断面図である図４に示されるように、４つの色を有する。
【００２７】
しかしながら、もし放射線源、即ち、４つのＬＥＤ１１，１２，１３，１４の構成素子が光学素子１０に対して比較的小さいならば、光学素子１０によって放射されるような放射線ビーム２０は、既にある程度まで混合されていることが当業者に明らかであろう。
【００２８】
１つの実施態様では、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって放射される放射線を混合するための装置が設けられる。これを達成するために、図５中に概略的に描写されるように、第一レンズプレート３０及び第二レンズプレート４０が実施態様に従って設けられる。第一レンズプレート３０は、複数の副レンズ３１を含み、第二レンズプレート４０は、複数の副レンズ４１を含む。レンズプレート３０，４０の副レンズ３１，４１は、小型レンズ(lenslet)とも呼ばれる。
【００２９】
図６ａは、第一レンズプレート３０及び／又は第二レンズプレート４０の概略的な正面図であり、それらは類似であり得る。第一及び第二のレンズプレート３０，４０は、正方形の形状（又は矩形の形状）を有し、５×５の正方形の副レンズ３１，４１を含み得ることが見られる。多くの代替的な形状及び数の副レンズ３１，４１が、第一レンズプレート及び第二レンズプレート４０のために並びに副レンズ３１，４１のために可能であることが理解されよう。
【００３０】
図６ｂは、代替的な第一レンズプレート３０’及び第二レンズプレート４０’の概略的な正面図である。この実施態様において、第一及び第二のレンズプレート３０’，４０’は、実質的に正方形であり、５×５の円形の副レンズ３１’，３１’を含み得ることが見られる。
【００３１】
図６ｃは、さらなる代替的な第一レンズプレート３０”及び第二レンズプレート４０”の概略的な正面図である。この場合には、第一及び第二のレンズプレート３０”，４０”は、実質的に円形であり、複数の六角形（蜂巣状）副レンズ３１”，４１”を含むことが見られる。
【００３２】
多くの代替的なレンズプレート３０，４０が考えられ得ることが理解されよう。異なる数の副レンズ３１，４１も使用され得る。実際には、レンズプレート３０、レンズプレート４０、第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１、及び、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１は類似し得るが、互いに異なり得るし、例えば、異なるサイズ及び／又は形状も有し得る。
【００３３】
図５に基づいて、レンズプレート３０は、光学素子１０の背後に位置付けられ、多数の副レンズ３１を含む。各副レンズ３１は、実質的に同じ焦点距離ｆ１を有する。第二レンズプレート４０は、第一レンズプレート３０から実質的にある距離ｆｌに位置付けられる。
【００３４】
図５には、第二レンズプレート４０が第一レンズプレート３０の小型レンズ３１を照明窓５０上に結像することが見られる。この特徴は図５中に破線で表示されている。照明窓５０は第二レンズプレート４０から比較的遠く離れ、よって、実際的な目的のために、遠視野(far field)であると考えら得る。第一レンズプレートは第二レンズプレートの焦点平面内にあり得るが、第二レンズプレート４０の焦点平面付近でもあり得る。
【００３５】
光学素子は、複数の第二副レンズ４１を有する第二レンズプレート４０を含み、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１は、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１によって投写される第一レンズプレート３０の各第一副レンズ３１の像が少なくとも部分的に重なり合うよう、第一レンズプレート３０の対応する第一副レンズ３１を照明窓５０に結像し得る。
【００３６】
照明窓５０は遠視野にあり得るし、照明されるべき物体と一致し得る。実際には、そのような物体は、例えば、塗装、テーブル、窓、ビルディング等のような、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって照明されるべき表面を有し得る。ここに記載される技法は、投写型ディスプレイ用途においても使用され得る。照明窓５０は第二レンズプレート４０から比較的遠く離れることが留意されるべきであり、それは図面中に概略的にのみ描写されている。
【００３７】
「遠視野」という用語は、ここでは、照明窓が第二レンズプレート４０から比較的遠く離れていることを指し示すために使用される。実際には、レンズプレート４０は、たった数センチメートルの直径を有し得る。その場合には、遠視野という用語は約２ｍの距離を指し得る。
【００３８】
放射線ビーム２０の２つの副部分（サブパート）、即ち、赤色副部分及び琥珀色副部分が図５中に描写されている。赤色副部分は、第一プレート３０の副レンズ３１及び第二レンズプレート４０の対応する副レンズ３１を介して遠視野に投写されている。琥珀色副部分は、第一レンズプレート３０のさらなる第一副レンズ３１及び第二レンズプレート４０のさらなる対応する副レンズ４１を介して遠視野に投写されている。
【００３９】
図５は、赤色副部分及び琥珀色副部分が大きな程度まで照明窓５０内で混合されることを示している。実際には、全てのＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって放射される放射線は、照明窓５０内で実質的に混合される。もしＬＥＤ１１，１２，１３，１４が異なる色を放射するならば、これらの色は照明窓内で混合され、例えば、白色光を創成する。
【００４０】
図７ａは、第一レンズプレート３０及び第二レンズプレート４０によって遠視野に投写されるような放射線ビーム０の照明窓５０を概略的に描写している。投写(projection)は、２５個の正方形の形状の副投写（sub-projection）を含む。各副投写は、対応する対の第一レンズプレート３０の副レンズ３１及び第二レンズプレート４０の副レンズ４１によって生成される。副投写は互いに対して変位される。しかしながら、この変位は、照明窓５０のサイズと比較すると比較的小さくあり得る。従って、実際の使用では無視可能である。変位は、それぞれの副レンズ３１の距離と等しい。各副投写の形状は、第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１の形状によって決定される。第二レンズプレート４０の各副レンズ４１は、第一レンズプレート３０の各副レンズ３１の輪郭を遠視野に結像する。結果的に、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４によって生成されるような放射線ビームは、照明窓内で実質的に混合される。
【００４１】
第二レンズプレート４０の各副レンズ４１は、第一レンズプレート３０の対応する副レンズ３１の輪郭を結像するので、第二レンズプレート４０の副レンズ４１の数は、第一レンズプレート３０の副レンズ３１の数と等しくあり得ることが理解されよう。これを行うために、第二レンズプレート４０の副レンズ４１の焦点距離ｆ２は、第一レンズプレートの副レンズ３１の焦点距離ｆ１と実質的に等しくあり得る。第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、第二レンズプレート４０の対応する副レンズ４１からある距離にも位置付けられ得る。その距離は、第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１の焦点距離と等しい。
【００４２】
図面は照明窓を第二レンズプレート４０に比較的近接して示しているが、照明窓は遠視野にあることも理解されよう。
【００４３】
副レンズ３１，４１の焦点距離並びに第一レンズプレート３０と第二レンズプレート４０との間の相互距離は、互いに正確に等しいことは必ずしも必要でないことがさらに理解されよう。変動、例えば、レンズプレート３０，４０の厚さと等しい変動は許容される。副レンズ３１，４１の焦点距離並びに第一レンズプレート３０と第二レンズプレート４０との間の距離は、放射線ビーム２０の特性に基づいて、或いは、特定距離にある照明窓５０の所望のサイズに基づいて調節され得る。
【００４４】
上記に基づいて、各投写の形状、よって、照明窓５０は、第一レンズプレート３０の副レンズ３１の形状によって決定されることが理解されよう。よって、もしレンズプレート３０’が図６ｂに示されるように選択されるならば、各副投写は、図７ｂに概略的に示されるように、実質的に円形である。照明窓全体も、おおよそ円形である。もし図６ｃに示されるようなレンズプレート３０”が使用されるならば、各副投写は、図７ｃに概略的に示されるように、実質的に六角形である。照明窓全体も、おおよそ六角形である。しかしながら、実際には、図７ａ，７ｂ，７ｃに示されるような混合部分は、完全に混合されず且つ実際には無視可能な程に小さい縁部と比べると、比較的大きいことが理解されよう。
【００４５】
よって、遠視野５０における副投写の形状は、第一レンズプレート３０の副レンズ３１の形状によって決定され得る。結果的に、有利で単純なビーム成形装置がここに提示される。第一レンズプレート３０の副レンズ３１の形状は、照明されるべき物体の形状に依存して選択され得る。もし、例えば、矩形の形状を有する物体が照明されるべきであるならば、第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、対応する矩形の形状が与えられ得る。もし円形手０ブルが照明されるべきであるならば、図６ｂ及び７ｂに示されるように、第一レンズプレート３０’の円形副レンズ３１’が選択され得る。
【００４６】
ここに提示される装置は、実質的に平行化されるビームを混合する有利な方法も提供する。
【００４７】
遠視野５０における各副投写のサイズは、第一レンズプレート３０と第二レンズプレート４０との間の距離を変更することによって変更され得る。焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２も相応して変更され得ることが理解されよう。
【００４８】
１つの実施態様では、図８に示されるように、第二レンズプレート４０は省略される。当業者に明らかであるように、第二レンズプレート４０は、結像機能（図５中の破線）をもはや有さない。従って、異なる放射線源（ＬＥＤ１１，１２，１３，１４）からの放射線の混合並びに図５の組立てに従ったビーム成形は、図８に示されるような組立てに従った混合と比べると、より高い品質を有する。
【００４９】
他の実施態様では、第一レンズプレート３０は、図９ａに概略的に示されるように、第二レンズプレート４０のサイズと異なるサイズを有し得る。図９ａにおいて、第二レンズプレート４０は、第一レンズプレート３０と比べると比較的小さい。光学素子１０、第一レンズプレート３０、及び、第二レンズプレート４０は、ホルダ６０内に収容され、小さくコンパクトな製品をもたらす。第二レンズプレート４０は比較的小さいので、製品は壁６１（又は天井）に容易に取り付けられ得るし、壁６１に比較的小さな開口だけを必要とする。
【００５０】
第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、半円形構造又は類似構造内に位置付けられる。第一レンズプレート３０の副レンズ３１は、異なる向きを有し得る。従って、第二レンズプレート４０の副レンズ４１は、半円形構造内に位置付けられるが、図９ａ中に見られるように、反対方向に位置付けられる。第二レンズプレート４０の各副レンズ４１は、異なる向きを有し得る。結果的に、第一レンズプレート３０は、放射線ビーム２０の伝搬方向に見られるとき、凸状（丸められた）形状を有し得るのに対し、第二レンズプレート４０は、放射線ビーム２０の伝搬方向に見られるとき、凹状（中空の）形状を有し得る。
【００５１】
第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１及び第二レンズプレート４０の第二副レンズ４１は、図５に示されるようなそれらの向きに対して類似の傾斜を有し得るが、反対方向であることが当業者に明らかであろう。第二レンズプレート４０の各副レンズ４１の向きは、第一レンズプレート３０の第一副レンズ３１の向きに依存して選択され得るし、逆もまた同様である。
【００５２】
さらなる実施態様によれば、第一レンズプレート３０の全ての副レンズ３１は、傾斜向きを備えて直線に位置付けられ、第二レンズプレート４０の副レンズ４１も、傾斜向きを備えて直線に位置付けられる。第一レンズプレート３０の各第一副レンズ３１は、第二レンズプレート４０の副レンズ４１の傾斜に対して反対の傾斜を有し得る。これは図９ｂに示されている。
【００５３】
第一及び第二のレンズプレート３０，４０の第一及び第二の副レンズ３１，４１の焦点距離は、第一及び第二のレンズプレート３０，４０からの対応する副レンズ３１，４１間の距離も変化するので、図９ａ及び９ｂに示される実施態様において変化し得る。
【００５４】
さらなる実施態様では、図１０ａに示されるように、（非球面）レンズ７０のような球面又は非球面光学素子が、第二レンズプレート４０の背後に位置付けられる。変形によれば、（非球面）レンズ７０は、図１０ｂに示されるように、第二レンズプレート４０内に一体化される。
【００５５】
他の実施態様において、光学装置は、使用中に、例えば、第二レンズプレート４０内に一体化された放射線源１１，１２，１３，１４によって放射される放射線の伝搬方向に見られるときに、第二レンズプレート４０の背後に位置付けられるレンズ７０のような、球面又は非球面の光学素子を含む。
【００５６】
そのような（非球面）レンズ７０の使用は、ビーム性能を増大する。
【００５７】
上記に基づき、複数のＬＥＤが光学素子１０内に位置付けられる。光学素子１０によって生成される放射線ビーム２０は、実質的に平行化されるが、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４からの放射線は依然として遠視野において混合されない。レンズプレート３０及び場合によってはレンズプレート４０は、異なるＬＥＤ１１，１２，１３，１４からの放射線を混合するために提供される。この混合された放射線は、壁のような物体を照明するために使用され得る。
【００５８】
第一レンズプレート３０の副レンズ３１ｈ、光学装置によって創成される照明窓５０を成形するための異なる形状を有し得る。勿論、放射線ビームを成形するために、絞りが第一プレート３０の各副レンズ３１の後に位置付けられ得る。
【００５９】
全てのＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、異なる色を有し得る。混合された放射線ビームの色は、各ＬＥＤ１１，１２，１３，１４の電流を制御することによって変更され得る。しかしながら、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、１つの同じ色も有し得る。
【００６０】
全てのＬＥＤ１１，１２，１３，１４、光学素子１０、第一レンズプレート３０、第二レンズプレート４０は、単一のホルダ６０又はカバー内に一体化され得る。そのような製品は、比較的小さくコンパクトである。製品は、例えば、約１５ｃｍの大きさであり得るが、１０ｃｍよりも小さくあってもよく、第二レンズプレート４０から約２ｍの距離に約２５×２５ｃｍの照明窓を生成する。
【００６１】
上述された実施態様は、異なる平行な実質的に平行化された放射線ビームを混合するための簡単でコンパクトな光学装置を提供する。同時に、簡単でコンパクトなビーム成形工具が提供される。上記に示される光学装置は、１０ｃｍよりかなり下であり得る（光学素子１０から第二レンズプレート４０までの）長さを備えて、比較的小さくあり得ると同時に、それは、良好な色混合及びビーム成形の組み合わせで、比較的短距離で比較的大きな照明窓を提供する。
【００６２】
さらに、（高出力）ＬＥＤ１１，１２，１３，１４は、キャリア１５を介して、光学素子１０の後側で容易に冷却され得る。
【００６３】
複数のＬＥＤ１１，１２，１３，１４を混合することによって照明窓を創成する光学装置が記載された。しかしながら、（白熱）電球、（コロナ）放電ランプ等のような他の放射線源（光源）も、ＬＥＤ１１，１２，１３，１４の代わりに使用され得ることが明らかであろう。
【００６４】
光学素子１０の内部に位置付けられる複数の放射線源の代わりに他の組立てが使用され得ることも明らかであろう。実際には、第一レンズプレート３０及び第二レンズプレート４０は、如何なる実質的に平行化された、可能であれば、非混合の放射線ビーム２０からも照明窓を創成するために使用され得る。
【００６５】
本発明に従った方法及び装置の好適実施態様が、本発明を教示する目的のために記載された。本発明の真正な精神から逸脱せずに、本発明の他の代替的な並びに均等な実施態様が実際には着想され且つ実現され得ることが当業者に明らかであり、本発明の範囲は付属の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来技術に従った光学素子を概略的に示す側断面図である。
【図２】従来技術に従った代替的な光学素子を示す概略図である。
【図３ａ】光学素子の実施態様を概略的に示す側断面図である。
【図３ｂ】光学素子の実施態様を概略的に示す正面図である。
【図４】実施態様に従った放射線ビームを概略的に示す断面図である。
【図５】組立の実施例を示す概略図である。
【図６ａ】レンズプレートの異なる実施態様を概略的に示す正面図である。
【図６ｂ】レンズプレートの異なる実施態様を概略的に示す正面図である。
【図６ｃ】レンズプレートの異なる実施態様を概略的に示す正面図である。
【図７ａ】照明窓の異なる実施態様を示す概略図である。
【図７ｂ】照明窓の異なる実施態様を示す概略図である。
【図７ｃ】照明窓の異なる実施態様を示す概略図である。
【図８】組立の代替的な実施態様を示す概略図である。
【図９ａ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図９ｂ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図１０ａ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【図１０ｂ】異なる組立の異なる実施態様を示す概略図である。
【国際調査報告】
2009518679.tif 000026
2009518679.tif 000027
2009518679.tif 000028