(57)【要約】  本発明は、異なる色を持つ光を放射する複数のＬＥＤを有する照明システムに関する。前記ＬＥＤは、コリメートされた光ビームを放射するためにコリメート光学部品５１、５５を具備する。前記ＬＥＤは、少なくとも２つの層４３、４５に配設され、前層の前記コリメート光学部品５１は、ダイクロイック反射器であり、故に、それらは、関連する前層のＬＥＤからの光は反射するが、背後の後層から放射される光は透過する。これは、照明される面における影のまわりの有色縁端部の発生を無くす又は減らす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードを有する照明装置であり、各ダイオードが、コリメート光学部品を持ち、照明方向に光を放射するよう構成される照明装置であって、前記ダイオードの第１のサブセットが、前層に配置され、前記ダイオードの第２のサブセットが、後層に配置され、前記前層が、前記照明方向に見て、前記後層の前に配置され、前記前層の前記ダイオードの前記コリメート光学部品が、ダイクロイック反射器を有する照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、前記後層の前記コリメート光学部品が、複合パラボラ集光器を有する照明装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の照明装置であって、前記前層の前記発光ダイオードが、透明な基板上に配置され、ＩＴＯ導体によって給電される照明装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置であって、前記前層の発光ダイオードが、前記照明方向に見て、前記後層の発光ダイオードと位置合わせされる照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置であって、前記後層の前記発光ダイオードの前記コリメート光学部品が、前記前層の前記発光ダイオードによって占められる領域における前記後層の前記発光ダイオードからの前記光の流れを減らすよう構成される照明装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置であって、前記前層の前記発光ダイオードによって占められる領域における前記後層の発光ダイオードからの前記光の流れが少ないように、前記前層の発光ダイオードが、前記照明方向に見て、前記後層の発光ダイオードに対してずれている照明装置。 
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置であって、前記前層及び前記後層に加えて、前記前層と前記後層との間に、発光ダイオードの１つ以上の中間層を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光ダイオードを有する照明装置であって、各ダイオードが、コリメート光学部品(collimating optical component)を持ち、照明方向に光を放射するよう構成される照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置は、例えば、米国特許番号第6554451号において開示されている。異なる色を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることによって、このような装置は、白色光を含む実質的に任意の色を持つ光で制御可能に面を照明することが出来る。
【０００３】
しかしながら、このようなシステムでの問題は、障害物が光路を遮る場合、望ましくない、影の有色縁端部(colored shadow edges)が発生することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それ故、本発明の目的は、冒頭の段落において言及されている種類の装置であって、影の有色縁端部が、取り除かれる又は少なくとも減らされる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１において規定されているような手段によって達成される。
【０００６】
より詳細には、その場合、本発明は、複数の発光ダイオードを持つ照明装置であり、各ダイオードが、コリメート光学部品を持ち、照明方向に光を放射するよう構成される照明装置であって、前記ダイオードの第１のサブセットが、前層に配置され、前記ダイオードの第２のサブセットが、後層に配置され、前記前層が、前記照明方向に見て、前記後層の前に配置され、前記前層の前記ダイオードの前記コリメート光学部品が、ダイクロイック反射器(dichroic reflectors)を有する照明装置を有する。
【０００７】
コリメート光学素子を有する第１のＬＥＤが、光を放射し、第２の素子が、前記第１のＬＥＤからの光の流れを完全には遮らずに、第１の素子の前に配置され得るこの構成のおかげで、異なる色を持つＬＥＤが並べて配置される必要がない。その代わりに、それらは、異なる層に配置され得る。それによって、影の有色縁端部の発生は、かなり減らされ得る。なぜなら、遮る物体は、異なる色を持つＬＥＤからの光の流れに同様に影響を及ぼすからである。 
【０００８】
前記後層の前記コリメート光学部品は、複合パラボラ集光器(compound parabolic concentrator)を有し得る。
【０００９】
前記前層の前記発光ダイオードは、透明な基板上に配置されてもよく、同様に透明であるＩＴＯ導体によって給電されてもよい。
【００１０】
好ましい実施例においては、前記前層の発光ダイオードは、前記照明方向に見て、前記後層の発光ダイオードと位置合わせされる。その場合、前記後層の前記発光ダイオードの前記コリメート光学部品は、前記前層の前記発光ダイオードによって占められる領域における、前記後層の前記発光ダイオードからの前記光の流れを減らすよう構成され得る。これは、前記後層から放射される光の損失を減らしながらの、有色影の良好な除去を供給する。
【００１１】
別の方法として、前記後層の発光ダイオードからの前記光の流れが、前記前層の前記発光ダイオードによって占められる領域においては少ないように、前記前層が、前記照明方向に見て、前記後層の発光ダイオードに対してずれていてもよい。 
【００１２】
前記照明装置は、前記後層及び前記前層に加えて、前記前層と前記後層との間に１つ以上の中間層を有してもよい。
【００１３】
下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、マトリックス照明システム(matrix illumination system)の使用状況を概略的に図示している。前記システムは、板状の担持装置１であって、担持体上に或るパターンで配設される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）３、５などを備える担持装置１を有する。ＬＥＤは、図１において図示されているように行及び列に配設されてもよいが、他の配置も考えられる。担持体において、ＬＥＤは、例えば、相互にずれている列に配設されてもよく、同心円に配設されてもよく、又は任意に若しくはランダムに配置されてもよい。後で説明するように、各ＬＥＤは、ＬＥＤとコリメート光学部品との各組み合わせが、コリメートされた光ビーム７を照明方向に放射するように、コリメート光学部品又は素子に光学的に接続され得る。担持体上のＬＥＤは、面９を照明するのに用いられてもよく、照明は、各ＬＥＤが別々に制御され得ることから、この面で、多様な方法で変えられ得る。後で説明するように、色混合によって光の色が制御可能であるように、異なる色を持つ光を放射するＬＥＤが用いられてもよい。
【００１５】
図２は、マトリックス照明システムの断面を示している。上記のように、前記システムは、透明な材料、例えば、透明なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）で作成され得る、好ましくは平坦な担持基板１１上に配設される複数のＬＥＤ３、５などを有する。透明な基板が用いられる場合には、ＬＥＤは、好ましくは、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）導体などの透明な導体（図示せず）を用いて給電され得る。図示されているシステムにおいては、各ＬＥＤは、図示されているケースにおいてはＴＩＲ（全反射）レンズの形態の複合パラボラ集光器であるコリメート光学部品１３、１５などを具備する。
【００１６】
図３乃至５は、コリメート光学部品の様々な例を断面図で図示している。図３は、第１の例、パラボラ鏡面反射器に似ている（時として、複合パラボラコリメータと呼ばれる）複合パラボラ集光器を図示している。しかしながら、ＣＰＣは、空気より高い屈折率、例えば1.5である屈折率を持つ透明な材料の固体のボディを有する。ＬＥＤによって横方向に放射された光の大部分は、ＣＰＣのボディと、周囲の空気との間の界面において、全反射（ＴＩＲ）により反射される。この光は、次いで、前面１９において、コリメートされたビーム７として、この面に垂直にＣＰＣを出る。パラボラという単語は、通常、円錐形断面のように形成される断面を意味するが、ＣＰＣの断面は、この形状から或る程度ずれてもよい。後で説明するように、後層には、この部品が好ましいかもしれない。他の層においては、代わりに、ダイクロイック反射器が用いられる。
【００１７】
図４は、多少平坦な第２の例を図示しており、前記第２の例においては、光学素子の前面において付加的なレンズ２１が一体化されている。図５は、第３の例を図示しており、前記第３の例においては、コリメート光学素子は、前面のレンズに加えて、環状同心プリズム２３、２５などを有する。これは、図４のものと同様のコリメート機能を可能にするが、光学素子の奥行きはかなり小さい。
【００１８】
図６は、従来のマトリックス照明システムにおける色の不具合の発生を図示している。３個のＬＥＤ３１、３３、３５が、多数のＬＥＤを有するマトリックス照明システムの一部であるように図示されている。３個のＬＥＤは、各々、赤色、緑色及び青色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を持つ光を放射し、各ＬＥＤ電流を制御することによって、白色光を含む任意の色を持つ光で面９を照明することが可能である。図示されているケースにおいては、面９上に影３９を生成する障害物３７が光路中にある。並べて配置されるダイオード間の空間的関係のために、この影は、有色縁端部を持つであろう。即ち、完全な影３９に最も近い第１の領域４１は、第１のＬＥＤ３１によってしか照明されず、従って、赤色であろう。第２の領域は、第１及び第２のＬＥＤ３１、３３からの赤色及び緑色の光しか受け取らないであろう。多くの場合に、これは、この照明システムでの不利な点である。なぜなら、あたかも電球又は蛍光灯が用いられているかのように一様な光で照明される面９を持つことが望ましいからである。
【００１９】
図７は、本発明の第１実施例によるマトリックス照明システムを断面図で概略的に図示している。このシステムは、２つの層４３、４５に配置される異なる色を持つＬＥＤを使用する。後層４３のＬＥＤ４７は、第１の色を持つ光を放射し、前層４５のＬＥＤ４９は、第２の色を持つ光を放射する。前層４５においては、各ＬＥＤ４９のコリメート光学部品５１は、ダイクロイック反射器であり、故に、後層のＬＥＤからの第１の色を持つ光は、大いに透過され、前層の関連ＬＥＤからの第２の色を持つ光は、大いに反射される。その結果として、後方ＬＥＤからの光は、前方反射器を通過する一方、前方反射器は、前方ＬＥＤからの光をコリメートする。前層４５の担持板５３は、透明であり、故に、後層からの光は、基本的に影響を及ぼされずにそれを通過することが出来る。後層のＬＥＤ４７もコリメート光学部品５５を持つが、これらは、ダイクロイック特性を持つ必要がない。代わりに、普通の反射器又はＣＰＣが用いられ得る。後層の担持板５７が透明である必要もない。各層のコリメート光学部品は、互いに接触している必要はない。
【００２０】
図７のシステムは、２つの層を持っているが、この考えは、当業者によって容易に３つ以上の層に拡張され得る。その場合、透明な担持板を持つ中間層であって、ＬＥＤが、前記ＬＥＤの光は反射するが、後層のＬＥＤからの光は透過するダイクロイックコリメート素子を持つ中間層が付加される。前層のコリメート光学素子は、後層及び中間層の両方からの光を透過するであろう。
【００２１】
図７に図示されているように、前方ＬＥＤと、後方ＬＥＤとが、互いに一直線に並べられていることから、前層のＬＥＤは、後層からの光の経路を遮るかもしれない。しかしながら、前層のＬＥＤは、前層の面のごくわずかしか占めず、影としての光の損失はわずかにしか与えない。各前層ＬＥＤの領域における各後層ＬＥＤからの光の流れが減らされ、従って、それに応じて光の損失を減らすように、後層のコリメート光学部品の形状を修正することも可能である。代わりに、各前層ＬＥＤを囲む領域における前記光の流れは増やされる。
【００２２】
この問題に対する別の解決策は、図８に図示されている。図８は、本発明の第２実施例によるマトリックス照明システムを断面図で示している。その場合、前層の各発光ダイオードは、照明方向に見て、後層の対応発光ダイオードに対してずれている。従って、前層の発光ダイオードによって占められる領域においては、後層の発光ダイオードからの光の流れは少ない。
【００２３】
図９は、本発明の第３実施例によるマトリックス照明システムを断面図で図示している。この場合、第１及び第２の層の反射器５１'、５２'は、単体を形成するよう相互接続される。従って、この実施例においては、担持板は必要とされず、ＬＥＤに給電する導体は、反射器上に設けられる。前層の導体は、好ましくは透明である。
【００２４】
要約すると、本発明は、異なる色を持つ光を放射する複数のＬＥＤを有する照明システムに関する。ＬＥＤは、コリメートされた光ビームを放射するためにコリメート光学部品を具備する。ＬＥＤは、少なくとも２つの層に配設され、前層のコリメート光学部品は、ダイクロイック反射器であり、故に、それらは、関連する前層のＬＥＤからの光は反射するが、後層又は背後の層から放射される光は透過する。これは、照明される面における影のまわりの有色縁端部の発生を無くす又は減らす。
【００２５】
本発明は、記載されている実施例に限定されない。本発明は、添付した請求項の範囲内で様々に変更を加えられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】マトリックス照明システムの使用状況を概略的に図示する。
【図２】マトリックス照明システムの断面を示す。
【図３】コリメート光学部品の様々な例を断面図で図示する。
【図４】コリメート光学部品の様々な例を断面図で図示する。
【図５】コリメート光学部品の様々な例を断面図で図示する。
【図６】従来のマトリックス照明システムにおける色の不具合の発生を図示する。
【図７】本発明の第１実施例によるマトリックス照明システムを断面図で図示する。
【図８】本発明の第２実施例によるマトリックス照明システムを断面図で図示する。
【図９】本発明の第３実施例によるマトリックス照明システムを断面図で図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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