(57)【要約】  発光システムは螺旋光伝送ファイバおよび発光ダイオードを有している。螺旋光伝送ファイバは螺旋軸を有し、第１の波長変換材料でドープされている。発光ダイオードは第１のカラーの光を放射する光放射部分を備えている。発光ダイオードは前記第１の螺旋光伝送ファイバと軸が整列しており、発光ダイオードにより放射された光の一部分が第１の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースを通過し、発光ダイオードにより放射された光の別の一部分は第１の螺旋ファイバにより受信されて第２のカラーの光に変換される。螺旋ファイバの圧縮の調節はシステムにより放射された光のカラーの混合を調節する。さらにファイバの比較的小さい断面は光ファイバ中の染料の移動を最小にする。【選択図】    なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋形状に形成され、螺旋軸を有し、第１の波長変換材料でドープされている第１の螺旋光伝送光ファイバと、
第１のカラーの光を放射する光放射部分を有している発光ダイオード（ＬＥＤ）とを具備し、
前記発光ダイオードは前記第１の光伝送螺旋ファイバと軸が整列しており、前記発光ダイオードにより放射された光の一部分は前記螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースを通過し、前記発光ダイオードにより放射された光の一部分は前記第１の螺旋ファイバにより受取られて第２のカラーの光に変換される発光システム。
【請求項２】
前記第１の螺旋ファイバはさらに円筒形の内部空間を規定し、前記発光ダイオードは横方向に光を放射する側面放射発光ダイオードであり、前記発光ダイオードの光放射部分は第１の前記螺旋ファイバの円筒形の内部空間内に位置している生成される請求項１記載の発光システム。
【請求項３】
さらに、側壁と、閉じられた端部と、開いた端部と、内部領域とを有し、前記発光ダイオードの光放射部分と軸が整列しているカップ形状の光収集および混合素子を具備し、前記発光ダイオードの光放射部分と前記第１の螺旋ファイバは前記光収集および混合素子の内部領域内に受け入れられてそれにより前記光収集および混合素子が第１のカラーの光と第２のカラーの光との両者を収集および混合して混合された光を前記開かれた端部から出力させるように構成されている請求項２記載の発光システム。
【請求項４】
さらに、前記第１の螺旋ファイバの巻回のオープンスペースの量を調節して発光システムにより放射される第１のカラーの光と第２のカラーの光との割合を変化させる前記螺旋ファイバの圧縮調節手段を具備している請求項３記載の発光システム。
【請求項５】
前記発光ダイオードはさらに、前記側面放射発光ダイオードの機械的および電気的接続を行うためのベース部分を有し、前記第１の螺旋ファイバの巻回の圧縮を調節する手段は第１の分離素子と第１のプランジャーアセンブリとを備え、この第１の分離素子は前記第１のプランジャーアセンブリを前記発光ダイオードのベース部分から分離し、前記第１の螺旋ファイバは前記第１のプランジャーアセンブリと前記発光ダイオードのベース部分との間に位置している請求項４記載の発光システム。
【請求項６】
前記分離素子は光透過チューブであり、前記プランジャーアセンブリは捩子を有する軸と捩子を有する軸受ナットとを具備し、前記発光ダイオードのベース部分は前記光透過チューブの一方の端部に接続され、前記捩子を有する軸受ナットは前記光透過チューブの他方の端部に接続され、前記第１の螺旋ファイバは前記光透過チューブの内部に配置され、前記捩子を有する軸の前記第１の螺旋ファイバの端部に隣接する端部は、前記捩子を有する軸受ナット内に回転可能に受けられて前記第１の螺旋ファイバの圧縮と第１の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースの調節を行うように構成されている請求項５記載の発光システム。
【請求項７】
さらに、前記光透過チューブの外側の一部分を囲んで配置されている光伝送素子を有しており、この光伝送素子は第２の波長変換材料でドープされている請求項６記載の発光システム。
【請求項８】
さらに、光収集および混合素子の内部表面の一部に近接して配置されている光反射素子を有し、この光反射素子は第２の波長変換材料を含んでいる請求項６記載の発光システム。
【請求項９】
さらに、前記第１の螺旋ファイバの直径よりも大きい直径を有する第２の螺旋ファイバを具備し、この第２の螺旋ファイバは前記第１の螺旋ファイバと同軸でその周囲に配置され、この第２の螺旋ファイバは第２の波長変換材料でドープされて、前記発光ダイオードにより放射された光の一部分が前記第２の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースを通過し、前記発光ダイオードの側面から放射された光の他の一部分が前記第２の螺旋ファイバにより受取られて第３のカラーの光に変換される請求項１記載の発光システム。
【請求項１０】
前記第１の螺旋ファイバはさらに円筒形の内部空間を規定し、前記発光ダイオードは光放射部分を有する側面放射発光ダイオードであり、前記発光ダイオードの光放射部分は前記第１の螺旋ファイバの円筒形の内部空間内に配置されている請求項９記載の発光システム。
【請求項１１】
さらに、側壁と、閉じられた端部と、開いた端部と、内部領域とを有し、前記第１の螺旋ファイバと軸が整列しているカップ形状の光収集および混合素子を具備し、前記発光ダイオードの光放射部分と第１の螺旋ファイバと前記第２の螺旋ファイバとは前記光収集および混合素子の内部領域内に受け入れられてそれにより前記光収集および混合素子が第１のカラーの光と第２のカラーの光との両者を収集および混合して混合された光を前記開かれた端部から出力させるように構成されている請求項１０記載の発光システム。
【請求項１２】
さらに、前記第１の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースの量と前記第２の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースの量とを調節するための前記第１の螺旋ファイバの圧縮調節手段と前記第２の螺旋ファイバの圧縮調節手段とを具備し、それによって発光システムにより放射される第１のカラーの光と第２のカラーの光と第３のカラーの光との割合を変化させるように構成されている請求項１１記載の発光システム。
【請求項１３】
さらに、前記側面放射発光ダイオードは側面放射発光ダイオードの機械的および電気的接続を行うためのベース部分を有し、
前記第１の螺旋ファイバの圧縮を調節する手段は、第１の光透過チューブとその光透過チューブ内にスライド可能に受入れられている円筒形のプランジャーアとを備え、この第１の光透過チューブは前記第１の螺旋ファイバと前記第２の螺旋ファイバとのまに位置し、前記第１の螺旋ファイバは前記発光ダイオードのベース部分と前記円筒形のプランジャーとの間に配置され、
前記第２の螺旋ファイバの圧縮調節手段は、第２の光透過チューブとその光透過チューブ内にスライド可能に受入れられている円筒形のプランジャーとを備え、前記第２の光透過チューブは前記第２の螺旋ファイバの周囲に位置し、その第２の螺旋ファイバは前記発光ダイオードのベース部分と前記円筒形のプランジャーとの間に配置されている請求項１２記載の発光システム。
【請求項１４】
前記円筒形のプランジャーは、固定された位置に前記第１の光透過チューブを保持するために前記第２の光透過チューブと前記第１の光透過チューブとの間に支持構造が延在することを可能にする縦方向のスロットを有している請求項１３記載の発光システム。
【請求項１５】
さらに、光導波体を有し、光散乱特性を持ち、前記第１の螺旋ファイバと同軸に配置されているトロイダル形状の光伝送部材と、
このトロイダル形状の光伝送部材がトロイダル形状でネオン発光を刺激するために実質上均一な強度または輝度を有する光を放射するように光を前記発光ダイオードおよび前記第１の螺旋ファイバから前記光伝送部材へ誘導する光誘導ハウジングとを具備している請求項１記載の発光システム。
【請求項１６】
前記光誘導ハウジングは、
トロイダル形状の光伝送部材により規定された開口の上部部分を覆うディスク状の上部反射部材と、
前記トロイダル形状の光伝送部材により規定された開口の底部部分を覆うリング状の底部反射部材とを具備し、
前記発光ダイオードは前記リング状の底部反射部材によって規定された開口中に受入れられている請求項１５記載の発光システム。
【請求項１７】
前記上部反射部材は前記第１の螺旋ファイバの圧縮を調節するためにフレキシブルである請求項１６記載の発光システム。
【請求項１８】
さらに、前記第１の螺旋ファイバの内部に配置され、近接端と遠端とを有する光透過ロッドと、
前記光透過ロッドの遠端を覆っている反射器とを具備し、
発光ダイオードは前記光透過ロッドの近接端中に光を放射するように配置されている上方放射発光ダイオードである請求項１記載の発光システム。
【請求項１９】
さらに、前記光透過ロッドは前記第１の螺旋ファイバを前記光透過ロッドに光学的に結合させるために光散乱性の材料で形成されている請求項１８記載の発光システム。
【請求項２０】
さらに、前記光透過ロッドと前記第１の螺旋ファイバとを収容している実質上透明な外側シースと、
前記第１の螺旋ファイバを前記光透過ロッドに光学的に結合するために前記外側シース光と前記光透過ロッドとの間の空間に充填されている屈折率整合液体とを有している請求項１８記載の発光システム。
【請求項２１】
前記光透過ロッドはバルプ形状である請求項１８記載の発光システム。
【請求項２２】
さらに、少なくとも一部が前記第１の螺旋ファイバの内部にあるように配置されている光透過チューブと、
前記チューブの側面から外方に光を導くように前記チューブ内に設けられている反射器と、
前記第１の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースの量を調節して発光システムにより放射される第１のカラーの光と第２のカラーの光との割合を変化させる調節手段とを具備している請求項１記載の発光システム。
【請求項２３】
前記第１の螺旋ファイバの圧縮の調節手段はソレノイドである請求項２２記載の発光システム。
【請求項２４】
さらに、第２の波長変換材料でドープされている第２の螺旋光伝送ファイバおよび第３の波長変換材料でドープされている第３の螺旋光伝送ファイバを有しており、前記第１の螺旋ファイバと、第２の螺旋ファイバと、第３の螺旋ファイバとは前記光透過チューブに並列に巻かれている請求項２２記載の発光システム。
【請求項２５】
さらに、第２の波長変換材料でドープされている第２の螺旋光伝送ファイバおよび第３の波長変換材料でドープされている第３の螺旋光伝送ファイバを有しており、前記第１、第２、第３の螺旋ファイバは前記光透過チューブに別々のセクションで巻かれている請求項２２記載の分光発光システム。
【請求項２６】
前記発光ダイオードはその発光ダイオードの放射軸を囲む均一な中央領域を有するこうもりの翼状の放射パターンを有しており、前記第１の螺旋ファイバは前記発光ダイオード放射パターンの均一な中央領域に対応する開放された上部を有する実質上ドーム形状の螺旋の形態に形成され、さらに、前記螺旋ファイバの開放された上部に対応する円形のエッジを有する大きさのエンドキャップを有し、前記第１の螺旋ファイバの直径はその第１の螺旋ファイバ中の任意の点における相対強度の変化が１０％より小さいように選択されている請求項１項記載の発光システム。
【請求項２７】
さらに、前記第１の螺旋ファイバを収容している光透過ロッドを有し、この光透過ロッドと前記第１の螺旋ファイバは同軸で整列しており、前記発光ダイオードは前記光透過ロッドの近端部中に光を放射するように配置されている上部放射発光ダイオードである請求項２７項記載の発光システム。
【請求項２８】
前記光透過ロッドはさらに、光を前記光透過ロッドに反射して戻すための光反射被覆を備えた遠端部を有している請求項２７項記載の発光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺旋ファイバフィラメントを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）発光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この出願の特許請求の範囲は、２００５年７月８かに出願された米国特許出願６０／６９７７８１号に優先権を有し、その全ての開示はここで参考文献とされる。  
軽量で、破壊されにくく、高強度の発光ダイオードは通常のタングステンフィラメントの光源に置き換えられるものとして関心が払われている。それにも関わらず、そのような発光ダイオードの有する問題は利用可能な可視光スペクトルが発光ダイオードのカラーの利用可能性によって制限されることである。それ故、ここで参考文献とされる本出願人の所有する米国特許第７０１１４２１号明細書および米国特許出願１１／０２５０１９号明細書に記載されている照明装置は、蛍光および燐光染料が使用され、照明装置のコストや複雑さをあまり増加させないでＬＥＤのみを使用したのでは通常は得られないカラーの光を放射することを可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、さらに、そのようなＬＥＤ／染料システムにより放射される光のカラーを容易に調節できることが望ましい。
【０００４】
さらに、蛍光染料は不均一な照明フィールド中で移動する。不均一な照明フィールドは高強度に染料を曝して振動させ、“ホット”な状態にし、その結果、染料を高強度位置から離れるように移動させる。染料が移動するとその結果ＬＥＤ／染料システムにより放射される光のカラーは変化する。したがって、ＬＥＤ／染料システム中の染料の移動を減少または消去させることがさらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの要求は本発明によって達成される。  
概説すると、本発明の発光システムは第１の螺旋光伝送ファイバおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）を具備している。第１の螺旋光伝送ファイバは第１の波長変換材料でドープされ、螺旋軸を有しいる。発光ダイオードは第１のカラーの光を放射する発光部分を有している。発光ダイオードは第１の螺旋ファイバと軸が整列しており、それによりその発光ダイオードにより放射された光の一部が第１の螺旋光伝送ファイバの巻回の間のオープンスペースを通過し、発光ダイオードにより放射された光の別の一部が第１の螺旋ファイバにより受取られて第２のカラーの光に変換される。
【０００６】
本発明の１特徴によれば、第１の螺旋ファイバは円筒形の内部空間を規定し、発光ダイオードは光放射部分を有する側面放射発光ダイオードであり、前記発光ダイオードの光放射部分は第１の螺旋ファイバの円筒形の内部空間内に位置している。システムはさらに、側壁と、閉じられた端部と、開いた端部と、内部領域とを有するカップ形状の光収集および混合素子を具備している。その光収集および混合素子は第１の螺旋ファイバ内で軸が整列しており、発光ダイオードの光放射部分と第１の螺旋ファイバは光収集および混合素子の内部領域により受けられている。光収集および混合素子は第１のカラーの光と、第２のカラーの光との両者を収集および混合して混合された光を開かれた端部から出力させるように構成されている。システムはさらに第１の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースの量を調節して発光システムにより放射される第１のカラーの光と第２のカラーの光との割合を変化させるために第１の螺旋ファイバの圧縮を調節する手段を有している。
【０００７】
さらに詳しく説明すると、圧縮を調節する手段は第１の分離素子と第１のプランジャーアセンブリとを備えている。この分離素子は光透過チューブでよい。プランジャーアセンブリは捩子を有する軸と捩子を有する軸受ナットとを有している。発光ダイオードのベース部分は光透過チューブの一方の端部に接続されている。捩子を有する軸受ナットは光透過チューブの他方の端部に接続されている。第１の螺旋ファイバは光透過チューブの内部に配置されている。捩子を有する軸は捩子を有する軸受ナットに回転可能に結合されて、この軸の一端は第１の螺旋ファイバの一端都隣接してこの軸の回転により第１の螺旋ファイバの圧縮と第１の螺旋ファイバの巻回の間のオープンスペースの調節とを行うように構成されている。
【０００８】
発光システムはまた光透過チューブの外側部分を囲んで配置されている光伝送素子、或いは光収集および混合素子の内面の一部に接して配置されている光反射素子を具備している。この光伝送素子と光反射素子の両者は第２の波長変換材料を含み、発光ダイオードにより放射された光の一部を第３のカラーに変換するように構成されている。
【０００９】
本発明の別の特徴によれば、発光システムはさらに、第１の螺旋ファイバの直径よりも大きい直径を有する第２のファイバを具備し、この第２のファイバは前記第１の螺旋ファイバと同軸でそれを囲んで配置されている。この第２の螺旋ファイバは第２の波長変換材料でドープされている。発光システムはさらに第２の螺旋ファイバの圧縮調節手段を備え、それは第２の光透過チューブと円筒形プランジャーとを含み、円筒形プランジャーは第２の光透過チューブ内に滑動可能に収容されている。
【００１０】
本発明のさらに別の特徴によれば、発光システムはさらにトロイダル形状の光透過部材を備えており、それは光導波特性と光散乱特性とを有し、発光ダイオードと第１の螺旋ファイバからの光をトロイダル形状の光透過部材中へ誘導するための光誘導ハウジングとを具備している。光誘導ハウジングは、トロイダル形状の光透過部材により規定された開口の上部部分を覆うディスク状の上部反射部材を有している。この上部反射部材は第１の螺旋ファイバの圧縮を調節するためにフレキシブルであってもよい。
【００１１】
本発明のさらに別の特徴によれば、発光システムは光透過ロッドを有していてもよく、その光透過ロッドの少なくとも一部は第１の螺旋ファイバの内部に配置されている。発光ダイオードは上部放射発光ダイオードであり光透過ロッドの近接端に光を放射する。反射キャップがそのロッドの遠端に設けられる。光透過ロッドはバルブ（球根）形状であってもよい。
【００１２】
本発明のさらに別の特徴によれば、発光システムは少なくとも一部が第１の螺旋ファイバの内部に配置されている光透過チューブを有していてもよい。反射器が光透過チューブの内部に形成されてチューブの側面から光を導くように構成されてもよい。発光システムはさらに第１の螺旋ファイバの圧縮を調節するための、ソレノイドのような手段を備えていてもよい。さらにシステムは、の周囲に並列に、または異なる部分に巻付けられ、異なる波長変換材料でドープされた複数の螺旋ファイバを設けてもよい。
【００１３】
本発明のさらに別の特徴によれば、発光ダイオードはこうもり翼型の放射パターンを有し、螺旋ファイバは発光ダイオードの放射パターンの均一な中央領域に対応する開放された上部を有する実質上ドーム形状の螺旋の形態に形成されている。ドーム形状の螺旋ファイバの開放された上部に適合する大きさのキャップが設けられている。
【００１４】
さらに、別の実施形態では、光透過ロッドが第１の螺旋ファイバを収容している。光透過ロッドと第１の螺旋ファイバは同軸で整列しており、上部放射発光ダイオードが光透過ロッドの端部中に光を放射するように配置されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、螺旋ファイバフィラメントを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）発光システムである。
【００１６】
Ａ．第１の例示的実施形態；単一螺旋ファイバ
図１および２に示されているように、発光ダイオード（ＬＥＤ）発光システムの第１の実施形態10は螺旋ファイバ12、ＬＥＤ14、螺旋ファイバ12の圧縮調節手段16、および光収集および混合素子18を備えている。
【００１７】
第１の実施形態10の螺旋ファイバ12は円筒形のコイル状、スパイラル状またはヘリックス状に形成された光伝送ファイバである。螺旋ファイバ12は、蛍光または燐光染料または顔料のような波長変換材料でドープされている。螺旋ファイバ12の螺旋軸はＬＥＤ発光システム10の中心軸20を規定している。螺旋ファイバ12は、アクリル等のような透明または艶消し光透過材料で形成されることができる。
【００１８】
第１の実施形態10のＬＥＤ14は側面放射ＬＥＤである。このＬＥＤ14は螺旋ファイバ12の螺旋軸およびＬＥＤ発光システム10の中心軸20と同軸で整列している。さらに、ＬＥＤ14は螺旋ファイバ12により規定された円筒形の内部スペース内に配置されている。ＬＥＤ14は光放射部分21とベース部分22とを有している。ＬＥＤのベース部分22はＬＥＤ14の機械的および電気的接続のために設けられている。図示されていないが、技術的によく知られているように、ＬＥＤ14に電力を供給する電気配線やＬＥＤ14からの熱放散のために必要なヒートシンク素子のようなＬＥＤ14を動作させるための部品が存在する。
【００１９】
第１の実施形態10の螺旋ファイバ12の圧縮調節手段16は分離素子24、プランジャーアセンブリ26、ＬＥＤのベース部分22を備えている。螺旋ファイバ12はプランジャーアセンブリ26とＬＥＤのベース部分22との間に位置しており、分離素子24はプランジャーアセンブリ26をＬＥＤのベース部分22から分離している。詳しく説明すると、第１の実施形態10の分離素子24は光透過チューブ28であり、プランジャーアセンブリ26は捩子を有する軸30と捩子を有する軸受けナット32を有している。ＬＥＤのベース部分22は光透過チューブ28の一端に接続され、ＬＥＤの発光部分21は光透過チューブ28の内部に配置されている。捩子を有する軸受けナット32は光透過チューブ28の他端に接続されている。螺旋ファイバ12は光透過チューブ28の内部に配置され、光透過チューブ28はＬＥＤの発光部分21の周囲に、ＬＥＤのベース部分22と隣接して位置している。捩子を有する軸30はその軸30の一端が螺旋ファイバ12に隣接するように捩子を有する軸受けナット32により受入れられている。さらに、螺旋ファイバ12の圧縮調節手段16は捩子を有する軸30と螺旋ファイバ12との間に配置されたディスク部材34を有していてもよい。
【００２０】
当業者は、ソレノイド等のような他の電気機械的調節手段がここに記載された特許請求の範囲の技術的範囲を逸脱することなく例示的な実施形態の螺旋ファイバの圧縮を調節するために使用されることができることを認識するであろう。
【００２１】
光収集および混合素子18はカップ状でＬＥＤ発光システム10の中心軸20と同軸で、ＬＥＤの発光部分21、螺旋ファイバ12、および光透過チューブ28の一部を囲んで配置されている。光収集および混合素子18は閉じた端部36と開放端部38とを有している。図１および２に示されているように、捩子を有する軸受けナット32は閉じた端部36の外側に取付けられることができ、閉じた端部36は捩子を有する軸30が閉じた端部36を貫通して光収集および混合素子18の内部に突出することができるような大きさの開口を有している。
【００２２】
動作において、ＬＥＤの発光部分21は第１の波長またはカラーの光を放射する。放射された光の一部は螺旋ファイバ12の巻回の間のオープンスペースを通過し、放射された光の別の一部は螺旋ファイバ12により受取られて第２の波長またはカラーの光に変換される。光収集および混合素子18は第１のカラーの光と第２のカラーの光との両者を集めて混合し、混合された光を開放端部38から放射する。ＬＥＤ14はカラースペクトルの青領域の波長  （比較的高いエネルギで短い波長）の光を放射し、螺旋ファイバ12中の波長変換材料は放射された光の一部を第２のカラーに変換し、混合された光が通常のタングステン電球のカラーおよび強度と近似するようにすることが好ましい。
【００２３】
プランジャーアセンブリ26は螺旋ファイバ12の巻回の間のオープンスペースが螺旋ファイバ12を圧縮または伸長することにより調節されることを可能にし、それによって混合された光の認識されたカラーを表す第１のカラーと第２のカラーとの割合を変化させる。捩子を有する軸受けナット32に対する捩子を有する軸30の回転は螺旋ファイバ12の圧縮または伸長を生じさせる。ディスク部材34は螺旋ファイバ12が捩子を有する軸30に捕捉されて捩じられることを防止する。
【００２４】
また、螺旋ファイバ12のファイバの比較的小さい断面積はファイバに沿った任意の点で照明フィールドの不均一性を減少または消去し、それによって照明フィールドの不均一性の結果として生じる染料の移動を減少または除去することができる。. 
Ｂ．第２の例示的実施形態；光透過チューブを囲む光伝送素子
図３は、前述のシステムに類似しているが、光透過チューブ28の外部の一部を囲んで配置され、異なる波長に変換する材料でドープされている半透明テープ、第２のファイバ、または光伝送トロイダル形状素子のような小さな光伝送素子42を有する第２の例示的実施形態を示している。使用時に、光伝送素子42は光収集および混合素子18の開放端部38から放出される混合された光のカラーの別の調節を付加する。
【００２５】
Ｃ．第３の例示的実施形態；光収集および混合素子の内面の周囲の反射素子
同様に、図４は、図１および２について説明したシステムに類似しているが、光収集および混合素子18の内面の一部に接して配置され、異なる波長に変換する材料を含んでいる反射テープ、塗料の被覆等のリングのような光反射素子52を有する第３の例示的実施形態を示している。使用時に、光反射性素子52は光収集および混合素子18の開放端部38から放出される混合された光のカラーの別の調節を付加する。
【００２６】
Ｄ．第４の例示的実施形態；二重フィラメント
図５は、ＬＥＤ発光システムのさらに別の例示的実施形態60を示している。図示されたように、この例示的なＬＥＤ発光システムは図１および２について説明したシステムに類似しているが、第１の螺旋ファイバ12、ＬＥＤ14、第１の螺旋ファイバ12の圧縮調節手段16、および光収集および混合素子18を有している。しかしながら、図５の実施形態はまた第２の螺旋ファイバ62および第２の螺旋ファイバ62の圧縮調節手段66を有している。
【００２７】
第１の螺旋ファイバ12と第２の螺旋ファイバ62は共に円筒形コイル、スパイラル、または螺旋形状に形成されている。しかしながら、第２の螺旋ファイバ62は第１の螺旋ファイバ12の直径よりも大きい直径を有している。第２の螺旋ファイバ62は第１の螺旋ファイバ12と同軸でそれを囲んで配置されている。第１の螺旋ファイバ12は第１の波長変換材料でドープされ、第２の螺旋ファイバ62は第２の波長変換材料でドープされている。
【００２８】
ＬＥＤ14はこの例でも発光部分21とベース部分22を有する側面放射ＬＥＤである。ＬＥＤ14は、発光部分21が第１の螺旋ファイバ12により規定されている円筒形の内部空間内に位置するように配置されている。第２の螺旋ファイバ62は第１の螺旋ファイバ12を囲んで位置されており、それ故、ＬＥＤ14は第２の螺旋ファイバ62によって規定された円筒形の内部空間に位置している。ＬＥＤ14に電力を供給する電気導線68とＬＥＤ14から熱を放散させるヒートシンクとして作用する背面板70が図に示されている。
【００２９】
第１の螺旋ファイバ12の圧縮調節手段16は第１の光透過チューブ28と円筒形プランジャー72を有している。第１の光透過チューブ28の内側直径は第１の螺旋ファイバ12の直径よりも大きく、第１の光透過チューブ28の外側直径は第２の螺旋ファイバ62の直径よりも小さい。第１の光透過チューブ28は第１の螺旋ファイバ12と第２の螺旋ファイバ62との間に位置している。円筒形プランジャー72の直径は第１の光透過チューブ28の内側直径よりも少し小さい。円筒形プランジャー72は第１の光透過チューブ28内に滑動可能に受入れられており、円筒形プランジャー72の一端は第１の螺旋ファイバ12の一端と隣接している。第１の螺旋ファイバ12はＬＥＤの発光部分21を囲んでＬＥＤのベース部分22と円筒形プランジャー72との間に位置している。
【００３０】
第２の螺旋ファイバ62の圧縮調節手段66は第２の光透過チューブ74と円筒形プランジャー76とを有している。第２の光透過チューブ74の内側直径は第２の螺旋ファイバ62の直径よりも少し大きい。第２の光透過チューブ74は第２の螺旋ファイバ62囲んで配置されている。円筒形プランジャー76の直径は第２の螺旋ファイバ62の直径とほぼ同じである。円筒形プランジャー76は第２の光透過チューブ74と第１の光透過チューブ28との間に滑動可能に受入れられ、円筒形プランジャー76の一端は第２の螺旋ファイバ62の一端と隣接している。第２の螺旋ファイバ62は第１の光透過チューブ28と第２の光透過チューブ74との間に位置し、ＬＥＤの発光部分21を囲んでＬＥＤのベース部分22と円筒形プランジャー76との間に位置している。
【００３１】
光収集および混合素子18ははカップ形状であり、少なくともＬＥＤの発光部分21と、第１の螺旋ファイバ12  と、第２の螺旋ファイバ62とをそのカップ形状の空洞中に受入れている。光収集および混合素子18はＬＥＤの発光部分21と第１の螺旋ファイバ12  と第２の螺旋ファイバ62とから放射された光を集めて混合する。光収集および混合素子18は閉じた端部36と開放端部38とを有している。閉じた端部は反射性内面を有する反射性板80により形成されることができる。閉じた端部36はさらに開口を有し、その開口は第２の光透過チューブ74が閉じた端部36を通って光収集および混合素子18の内部に突出して固定された位置に第２の光透過チューブ74を保持することができるような大きさである。
【００３２】
円筒形プランジャー76はまた縦方向のスロット78を有し、それにより固定した位置に第１の光透過チューブ28を保持するために支持構造が第２の光透過チューブ74と第１の光透過チューブ28との間に延在することを可能にしている。
【００３３】
動作において、ＬＥＤの発光部分21は第１のカラーまたは波長の光を放射する。放射された光の一部は第１の螺旋ファイバ12と第２の螺旋ファイバ62の巻回の間のオープンスペースを通過する。また、放射された光の別の一部は第１の螺旋ファイバ12により受取られて第２の波長またはカラーの光に変換される。放射された光の一部は第２の螺旋ファイバ62により受取られて第３の波長またはカラーの光に変換される。さらに、第２の波長の光の一部はまた第２の螺旋ファイバ62により受取られて第３の波長の光に変換される。光収集および混合素子18は第１のカラーの光と第２のカラーの光と第３のカラーの光とを集めて混合し、混合された光を光収集および混合素子18の開放端部38から放射する。
【００３４】
円筒形プランジャー72と76は第１の螺旋ファイバ12と第２の螺旋ファイバ62の巻回の間のオープンスペースを、第１の螺旋ファイバ12と第２の螺旋ファイバ62を圧縮または伸長することによって調節し、それにより第１のカラーの光と第２のカラーの光と第３のカラーの光との割合を変化させて混合された光を与え、混合された光のカラーを生成する。
【００３５】
Ｅ．第５の例示的実施形態；トロイド形状中のネオン刺激または類似の発光に対する照明装置
図６は、螺旋ファイバフィラメントを有するＬＥＤ発光システムの第５の例示的実施形態90の斜視図を示している。この第５の例示的実施形態90は、本出願人の米国特許出願１１／４２１５０２号明細書に記載されているようなトロイド形状中のネオン刺激または類似の発光に対する照明装置を示しており、この明細書はここで参考文献とされる。
【００３６】
この第５の実施形態90はトロイド形状の光伝送媒体により形成された光伝送部材92を有している。この光伝送部材92は発光表面94を有している。使用時に、光伝送部材92は発光表面94に沿って均一な強度または輝度を有する光を放射し、トロイド形状でネオン刺激または類似の発光を生成する。
【００３７】
図７の（Ａ）は図６の第５の実施形態90の縦断面図である。示されているように、実施形態90はトロイド形状の光伝送部材92と、螺旋ファイバ12と、ＬＥＤ14と、螺旋ファイバ12の圧縮を調節する手段16と光誘導容器96とを有している。
【００３８】
光伝送部材92は漏洩光導波体であり、光導波特性と光散乱特性の両方の特性を有している。その結果、光伝送部材92は光放射表面94に沿って均一な輝度で光を放射し、その特性はネオンまたは類似の発光の特性を有している。  
ＬＥＤはトロイド形状の光伝送部材92の中心軸に沿って配置されている。  
螺旋ファイバ12は光伝送部材92およびＬＥＤ14と同軸で配置されている。
【００３９】
図示の実施形態の光誘導容器96は、ＬＥＤ14から光伝送部材92に光を導くために上部反射部材98と下部反射部材100 とを備えている。上部反射部材98はディスク形状であり、トロイド形状の光伝送部材92により規定された開口の上部部分を覆っている。下部反射部材100 はリング形状であり、トロイド形状の光伝送部材92により規定された開口の下部部分を覆っている。ＬＥＤ14はリング形状の下部反射部材100 により規定された開口中に受入れられている。したがって、光誘導容器96はＬＥＤ14から光を光伝送部材92中に導くように誘導し、トロイド形状の光伝送部材92を通過した光だけしか放射されない。
【００４０】
図７の（Ｂ）に示されているように、上部反射部材98はフレキシブルであり、螺旋ファイバ12の圧縮の調節手段16として機能することが可能である。螺旋ファイバ12の圧縮を調節することにより、光伝送部材92に到達するＬＥＤ14からの光と螺旋ファイバ12からの光との混合が調節され、光伝送部材92を通って放射された光の知覚されるカラーが変化される。
【００４１】
Ｆ．第６の例示的実施形態；光伝送ロッド
図８は、螺旋ファイバ12と、ＬＥＤ14、光伝送ロッド112 と光反射器114 と、実質上透明な外部シース116 と、反射性リング／ＬＥＤ保持器／ヒートシンク118 とを有しているＬＥＤ発光システムの第６の例示的実施形態を示している。ＬＥＤ14は反射性リング／ＬＥＤ保持器／ヒートシンク118 中に配置され、光を光伝送ロッド112 の近接端中に放射する。ＬＥＤ14は頂部放射ＬＥＤであることが好ましい。螺旋ファイバ12はロッド112 の周囲に少なくともロッド112 の一部を囲んで配置されている。反射器114 はロッド112 の遠端（ＬＥＤ14と反対側）に設けられている。実質上透明な外部シース116 はロッド112 と螺旋ファイバ12を収容している。
【００４２】
図９はＬＥＤ発光システムの組立てられた第６の実施形態110 を示している。さらに、光源はＬＥＤ14と光伝送ロッド112 との間にポット化合物（図示せず）を含むことができる。さらに、ＬＥＤ発光システムはＬＥＤ14と反射性リング／ＬＥＤ保持器／ヒートシンク118 との間に導電性グリース（図示せず）を含むことができる。さらに、光伝送ロッド112 の近接端120 は平滑でも、粗面（ランバートの法則）でも、或いは湾曲していてもよい。外部シース116 は螺旋ファイバ12にロッド112 を光学的に結合するための屈折率整合流体（図示せず）を保持している。その代わりにロッド112 がＤＲアクリルのような散乱性の材料で作られている場合には、外部シース116 と屈折率整合流体は螺旋ファイバ12にロッド112 を光学的に結合するためには必要ない。
【００４３】
動作において、光はほぼロッド112 の軸に沿って導かれ、ロッド112 は光導波体として機能する。屈折率整合流体は螺旋ファイバ12とロッド112 との間の境界を破壊し、螺旋ファイバ12にロッド112 から放射された光の一部を受取らせる。螺旋ファイバ12の波長変換材料は螺旋ファイバ12を通って光を伝送してＬＥＤ14のカラーとは異なるカラーを有するようにする。反射器114 はまた螺旋ファイバ12中へ光を導く。さらに、別の反射器または反射鏡（図示せず）がロッド112 の近接端120 に配置されて光を螺旋ファイバ12中へ導くようにしてもよい。したがって、螺旋ファイバ12は“フィラメント”として動作する。
【００４４】
放射された光のカラー（または色相）は以下の６つの変数に応じて制御される。  
（ａ）ＬＥＤ14により放射された光の波長またはカラー；（ｂ）螺旋ファイバ12の巻線の密度；（ｃ）螺旋ファイバ12の断面形状；（ｄ）螺旋ファイバ12の厚さ；（ｅ）螺旋ファイバ12中の染料のカラーおよび密度；（ｆ）ロッド112 またはシース116 中の染料のカラーおよび密度。多くの変数が予め設定されなければならないが、螺旋ファイバ12の巻線の密度は容易に変更可能である。
【００４５】
Ｇ．第７の例示的実施形態；ソレノイド調節を有する光透過チューブ
図１０の（Ａ）および（Ｂ）に示されている第７の例示的実施形態においては、ソレノイド132 が螺旋ファイバ12を圧縮するために使用される。この第７の実施形態はロッド112 の側面に光を導くように中間に成形された反射器134 が設けられている。ソレノイド132 以外の他の圧縮手段が使用可能であることに注意すべきである。さらに、他の構造の反射器も本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用できる。例えば成形された反射器134 は所望の効果を得るためにロッド112 の長手方向に移動されることができる。
【００４６】
このように螺旋ファイバ12の巻回の密度を変更することによって、放射される光のカラー（または色相）は所望するように変更されることができる。特に、散逸されることのできる変更されない光の量は図１０の（Ｂ）の場合よりも図１０の（Ａ）の場合のほうか遥かに大きい。図１０の（Ｂ）では、カラー相はＬＥＤ14から放射される光の変更されないカラーから離れて螺旋ファイバ12の波長変換材料により放射される光のカラー相の方向にシフトする。
【００４７】
燐光染料が使用される場合には、螺旋ファイバ12はＬＥＤ14がオフにされた後であっても光の放射が継続する。この“アフターグロー”はＬＥＤ光源が反射器または収集システムの焦点に位置されているならば、投影されることができる。  
チューブ131 に染料を付加することにより付加的な利点が得られる。
【００４８】
Ｈ．第８の例示的実施形態；多数の並列に巻かれた螺旋ファイバを有する光透過チューブ
図１１の（Ａ）および（Ｂ）に示されている第８の例示的実施形態140 においては、多数の螺旋コイル12, 62, 142 はそれぞれ異なった波長変換材料でドープされている。多数の螺旋コイル12, 62, 142 は並列に巻かれている。
【００４９】
Ｉ．第９の例示的実施形態；分離されたセクションに多数の並列ノ螺旋ファイバを有する光透過チューブ
図１２の（Ａ）および（Ｂ）に示されている第９の例示的実施形態150 においては、多数の螺旋コイル12, 62, 142 はそれぞれ異なった波長変換材料でドープされている。多数の螺旋コイル12, 62, 142 は分離されたセクションに巻かれている。
【００５０】
Ｊ．第１０の例示的実施形態；バルブ形状のロッド
図１３はＬＥＤ発光システムの第１０の例示的実施形態160 を示している。この第１０の実施形態160 は近接端164 と、遠端166 と、遠端166 に位置する反射器168 とを有するバルブ形状のロッド162 を具備している。ＬＥＤ（図示せず）はバルブ形状のロッド162 の近接端164 中に光を放射するように配置されている。螺旋ファイバ12はバルブ形状のロッド162 の周囲に配置されている。螺旋ファイバ12は波長変換材料でドープされている。
【００５１】
Ｋ．第１１の例示的実施形態；ドーム形状の螺旋ファイバ
染料の移動に抵抗する幾何学的形状および材料の選択は染料の移動を減少させ、除去するＬＥＤ発光システムを提供する。染料の移動に抵抗する幾何学的形状の１特徴は、その放射強度パターンで実質上均等な部分を有するＬＥＤを選択することである。例えば、図１４はＵＳＬＬＣのLumiled Lightingから得られたＬＥＤモデル／部品番号ＬＸＨＬ−ＭＢＩＣにより生成されたこうもり翼型パターンと呼ばれる放射パターン170 を示している。示されているように、放射パターン170 は約±２０度の中央領域では非常に均一である。しかしながら強度は中央領域の外側では染料移動を生じさせる勾配を有している。
【００５２】
図１５はＬＥＤ発光システムの第１１の例示的実施形態を示しており、それはＬＥＤ14と、ドーム形状の螺旋ファイバ182 と端部カップ184 とを有している。さらに詳しく説明すると、この実施形態ではＬＥＤ14は上述したLumiled ＬＥＤのようなＬＥＤ14の放射軸を中心に±約２０度の範囲の中央領域において実質的に均等な放射強度パターンを有するように選択されている。端部カップ184 はＬＥＤ14から離れており、そのエッジがこうもり翼型パターンで示された平坦な領域に対応するＬＥＤ14の均等な放射強度パターンと交差するように位置されている。端部カップ184 は染料でドープされた透明または半透明材料である。放射強度パターンが端部カップ184 の範囲で実質的に均等であるために、染料の移動は最小にされる。端部カップ184 はまた反射性材料であることができる。ドーム形状の螺旋ファイバ182 はＬＥＤ14と端部カップ184 との間のＬＥＤ14の放射軸に中心が位置している。ファイバの直径は螺旋ファイバ182 中の任意の点における相対的強度の変化が１０％より小さくなるように選択されている。
【００５３】
Ｌ．第１２の例示的実施形態；光伝送ロッド中に収容された螺旋ファイバ
図１６および１７は本発明の第１２の例示的実施形態を示している。それはＬＥＤ14と、螺旋ファイバ12と、光伝送ロッド112 とを有している。螺旋ファイバ12は光伝送ロッド112 中に収容されている。ＬＥＤ14により放射された光は光伝送ロッド112 により制限され、軸に垂直に対称的に分布される。光伝送ロッド112 は透明または散乱性であることができる。図１７に関して、光伝送ロッド112 の遠端は光を反射するように塗料が塗られるか、あるいはテーパーが形成されている。
【００５４】
当業者は、付加的な実施形態が本発明の教示あるいは本発明の技術的範囲を逸脱することなく可能であることを認識するであろう。この詳細な説明、特にここで記載された例示的実施形態についての特定の詳細な説明は理解を明瞭にするためになされたものであり、不必要な限定と理解されるべきものであり、当業者は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく多くの変形、変更を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による螺旋ファイバ“フィラメント”を有するＬＥＤ発光システムの第１の例示的な実施形態の分解斜視図。
【図２】光収集および混合素子の一部が切取られたＬＥＤ発光システムの第１の例示的な実施形態の側面図。
【図３】本発明によるＬＥＤ発光システムの第２の例示的実施形態の分解斜視図。
【図４】光収集および混合素子の一部が切取られた本発明によるＬＥＤ発光システムの第３の例示的実施形態の側面図。
【図５】本発明によるＬＥＤ発光システムの第４の例示的実施形態の分解斜視図。
【図６】本発明によるＬＥＤ発光システムの第５の例示的実施形態の分解斜視図。
【図７】図６のＬＥＤ発光システムの側面断面図。
【図８】本発明によるＬＥＤ発光システムの第６の例示的実施形態の分解斜視図。
【図９】図８の発光ダイオード発光システムの分解されない側面断面図。
【図１０】本発明によるＬＥＤ発光システムの第７の例示的実施形態の側面図。
【図１１】本発明によるＬＥＤ発光システムの第８の例示的実施形態の側面図。
【図１２】本発明によるＬＥＤ発光システムの第９の例示的実施形態の側面図。
【図１３】本発明によるＬＥＤ発光システムの第１０の例示的実施形態の側面図。
【図１４】例示的な発光ダイオードにより生成される放射パターンのグラフ。
【図１５】本発明によるＬＥＤ発光システムの第１１の例示的実施形態の側方から見た断面図。
【図１６】本発明によるＬＥＤ発光システムの第１２の例示的な実施形態の側方から見た断面図。
【図１７】図１６のＬＥＤ発光システムの例示的な実施形態の変形の側面図。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2009500808.tif 000020