(57)【要約】  レンズのレンズ軸Ｌに垂直な中央に延在する軸Ａを含むレンズ１であって、中央に延在する軸に対して軸外に配置された光源からの光線を屈折するように適合され、全体がレンズの内部に延在する第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４であって、中央に延在する軸に垂直に延在する長さｌ、中央に延在する軸に平行に延在する幅ｗ、及び長さと幅の両方に垂直に延在する厚さｔを含み、第１の複数のスリットは相互に平行であり、かつ中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーする、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４を含む、レンズ１。
2019512855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズであって、前記レンズのレンズ軸に垂直な中央に延在する軸を備え、前記中央に延在する軸に対して軸外に配置された光源からの光線を屈折するように適合されており、
全体が前記レンズの内部に延在する第１の複数のスリットであって、前記中央に延在する軸に垂直に延在する長さ、前記中央に延在する軸に平行に延在する幅、及び前記長さと前記幅の両方に垂直に延在する厚さを含み、前記第１の複数のスリットは相互に平行であり、かつ前記中央に延在する軸と前記第１の複数のスリットの前記長さ及び前記幅との両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーする、第１の複数のスリットを備える、レンズ。
【請求項２】
前記第１の複数のスリットが、前記中央に延在する軸と前記第１の複数のスリットの前記長さ及び幅との両方が延在する前記平面の５０％をカバーする、請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
全体が前記レンズの前記内部に延在する第２の複数のスリットであって、前記中央に延在する軸に垂直に延在する長さ、前記中央に延在する軸に平行に延在する幅、及び前記長さと前記幅の両方に垂直に延在する厚さを含み、前記第２の複数のスリットは相互に平行であり、かつ前記中央に延在する軸と前記第２の複数のスリットの前記長さ及び幅との両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーし、前記第１の複数のスリットに対してゼロとは異なる角度に延在する、第２の複数のスリットを更に備える、請求項１又は２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記第２の複数のスリットが、前記中央に延在する軸と前記第２の複数のスリットの前記長さ及び幅との両方が延在する前記平面の５０％をカバーする、請求項３に記載のレンズ。
【請求項５】
全体が前記レンズの前記内部に延在する第３の複数のスリットであって、前記中央に延在する軸に垂直に延在する長さ、前記中央に延在する軸に平行に延在する幅、及び前記長さと前記幅の両方に垂直に延在する厚さを含み、前記第３の複数のスリットは相互に平行であり、かつ前記中央に延在する軸と前記第３の複数のスリットの前記長さ及び幅との両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーし、前記第１の複数のスリットと前記第２の複数のスリットの両方に対してゼロとは異なる角度に延在する、第３の複数のスリットを更に備える、請求項３又は４に記載のレンズ。
【請求項６】
前記第３の複数のスリットが、前記中央に延在する軸と前記第３の複数のスリットの前記長さ及び幅との両方が延在する前記平面の５０％をカバーする、請求項５に記載のレンズ。
【請求項７】
前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上が、前記レンズの外面から距離をおいて終端する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項８】
前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの前記幅が、０．１ｍｍ〜前記中央に延在する軸に沿って測定された前記レンズの高さの１／４である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項９】
前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上の隣接するスリット間の距離が、０．１ｍｍ〜前記中央に延在する軸に沿って測定された前記レンズの高さの１／４である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項１０】
前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの前記厚さが、１０００ｎｍより大きい、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項１１】
前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上の前記スリットの、隣接するスリットに面する端面が、ランバート散乱である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のレンズ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のレンズを備える、コリメータ。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のレンズと、動作中に光を放出するように適合され、間隔を空けてかつ前記中央に延在する軸に対して軸外に配置された少なくとも２つの光源とを備える、照明デバイス。
【請求項１４】
前記レンズの前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの前記幅が、前記少なくとも２つの光源によって放出される前記光の波長より大きく、かつ前記少なくとも２つの光源の間の距離より小さいように選択された、請求項１３に記載の照明デバイス。
【請求項１５】
前記第１の複数のスリット、前記第２の複数のスリット、及び前記第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの前記厚さが、前記少なくとも２つの光源によって放出される前記光の波長より大きいように選択された、請求項１３又は１４に記載の照明デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズのレンズ軸に垂直な中央に延在する軸を含むレンズであって、中央に延在する軸に対して軸外に配置された光源からの光線を屈折するように適合されたレンズに関する。本発明は、更に、そのようなレンズを含むコリメータ、及びそのようなレンズを備える照明デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
色不均一性は、多くのＬＥＤ製品において問題である。色不均一性は、単一のＬＥＤの場合は位置にわたる色（color over position）（ＣｏＰ）及び角度にわたる色（color over angle）（ＣｏＡ）のために、複数のＬＥＤが使用される製品の場合はわずかに異なる色温度のために、全体色温度を変更することができる（温白色から冷白色に）製品の場合は異なる色温度のために、有色ＬＥＤ（例えば、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ）を含む製品の場合は完全に異なる色のために、生じる。
【０００３】
今日のＬＥＤランプ及びＬＥＤモジュールでは、色問題は、ディフューザ（多くの場合、混合チャンバと組合わせて）、又は混合ロッドを用いて解決される。しかし、ディフューザは、より低いシステム効率を生じ、混合ロッドは、相対的に大きなスペース量を必要とする。
【０００４】
上述した色問題を解決する別の試みは、複数のＬＥＤの上に配置されたレンズを含むＬＥＤ照明器具を開示しているＪＰ５０−３８７５５（Ｂ２）に記載されている。平面図に見られるレンズは、レンズが平坦でない又は波形の表面構造を有するようにレンズの外面に設けられた、いくつかの放射状に延在するＶ溝を含む。平坦でない又は波形の表面構造は、複数のＬＥＤのそれぞれの光抽出面に平行な断面平面内に設けられている。しかし、不十分な混色に加えて、この解決策は、過度に複雑なレンズ表面構造を必要とし、したがって、製造するには高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の混色問題に関する問題を克服すること、及び、低い光損失量、したがって、結果として生じる高強度の放射光を維持しながら高い色均一性を有する光出力が得られ、その上生産するのが簡単かつ容易なレンズを提供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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、この目的及び他の目的は、レンズのレンズ軸に垂直な中央に延在する軸を含むレンズであって、中央に延在する軸に対して軸外に配置された光源からの光線を屈折するように適合されており、全体がレンズの内部に延在する第１の複数のスリットであって、中央に延在する軸に垂直に延在する長さｌ、中央に延在する軸に平行に延在する幅ｗ、及び長さｌと幅ｗの両方に垂直に延在する厚さｔを含み、第１の複数のスリットは相互に平行であり、かつ中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーする、第１の複数のスリットを含む、レンズによって実現される。
【０００７】
それによって、このように設けられたスリットが、中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面に交わりスリットに当たる光線の約半分を反射させ、スリットに遭遇しない他の光線が当初の方向に沿って進むように適合されて配置された、レンズが提供される。換言すれば、このように設けられたスリットは、入射角がａｓｉｎ（ｎｓ／ｎ）（式中、ｎは、レンズの屈折率であり、ｎｓは、スリットの屈折率である）より大きい場合に損失なしにスリットに当たる光線を反射させ、スリットに当たらない光線だけでなくより小さい角度でスリットに当たる光線も当初の方向にとどまらせるように適合されて配置される。
【０００８】
第１の光源及び第２の光源が中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面の相互に反対側に配置されるとき、これによる結果は、第１の光源から来る光線の約半分及び第２の光源から来る光線の約半分がスリットで前記平面に沿って反射されることになる。その結果、第１の光源からの光線の約半分は、第２の光源の位置から来るように見え、その逆も同様である。これは、このように反射された光線が外部の観察者には他の光源の位置から来るように見え、したがって、光が混合される効果を生成する。
【０００９】
全体がレンズの内部に延在する第１の複数のスリットを設けることにより、レンズに連続面を設け、そうでなければ断続により発生するアーチファクトの存在を回避する。
【００１０】
中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーするような第１の複数のスリットを設けることにより、前記平面のそれぞれの側のレンズの２つの部分の間の光分布が均一になるレンズを提供し、これにより、ひいてはとりわけ良好な光混色特性を有するレンズを提供する。
【００１１】
したがって、異なる色の入射光が高度に混合され、したがって、低い光損失量、したがって、結果として生じる高強度の放射光を維持しながら高い色均一性を有する光出力を得るレンズであって、その上生産するのが簡単かつ容易なレンズが提供される。
【００１２】
一実施形態では、第１の複数のスリットは、中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の５０％をカバーする。
【００１３】
それによって、第１の光源から来る光線の半分及び第２の光源から来る光線の半分は、スリットで平面に沿って反射されることになる。その結果、第１の光源からの光線の半分は、第２の光源の位置から来るように見え、その逆も同様である。このように、とりわけ高度の混色を備えたレンズが得られ、したがって、とりわけ高い色均一性を有する光出力を得る。
【００１４】
一実施形態では、レンズは、全体がレンズの内部に延在する第２の複数のスリットであって、中央に延在する軸に垂直に延在する長さ、中央に延在する軸に平行に延在する幅、及び長さと幅の両方に垂直に延在する厚さを含み、第２の複数のスリットは相互に平行であり、かつ中央に延在する軸と第２の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーし、第１の複数のスリットに対してゼロとは異なる角度に延在する、第２の複数のスリットを更に含む。
【００１５】
一実施形態では、第２の複数のスリットは、中央に延在する軸と第２の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面の５０％をカバーする。
【００１６】
これによって、上述された効果と類似の効果を提供することとは別に、より多くの数、とりわけ４つの光源からの光が高度の混色で混合され得、したがって、高い色均一性のみでなく増大した強度も有する光出力を得るレンズが提供される。
【００１７】
一実施形態では、レンズは、全体がレンズの内部に延在する第３の複数のスリットであって、中央に延在する軸に垂直に延在する長さ、中央に延在する軸に平行に延在する幅、及び長さと幅の両方に垂直に延在する厚さを含み、第３の複数のスリットは相互に平行であり、かつ中央に延在する軸と第３の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面の４０％〜６０％をカバーし、第１の複数のスリットと第２の複数のスリットの両方に対してゼロとは異なる角度に延在する、第３の複数のスリットを更に含む。
【００１８】
一実施形態では、第３の複数のスリットは、中央に延在する軸と第３の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面の５０％をカバーする。
【００１９】
これによって、上述された効果と類似の効果を提供することとは別に、相互に異なる色を有するより多くの数、とりわけ３つの光源からの光が高度の混色で混合され得、したがって、とりわけ高い色均一性を有する光出力を得るレンズが提供される。
【００２０】
他の実施形態では、上記の第３の複数のスリットに関して説明されたのと同様なやり方で、１つ以上の更なる複数のスリットが設けられてもよい。
【００２１】
一実施形態では、スリットの屈折率ｎｓは１であり、それによって、スリットが単に空気で充填されたスリットとして設けられてもよいため、とりわけ簡単なレンズを提供する。
【００２２】
一実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上は、レンズの外面から距離をおいて終端する。
【００２３】
それによって、連続面を有するレンズが提供され、これにより、ひいては、より低い光損失、したがって、より高強度の放射光を提供する。
【００２４】
一実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの幅は、０．１ｍｍ〜中央に延在する軸Ａに沿って測定されたレンズの高さの１／４である。
【００２５】
一実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上の隣接するスリット間の距離は、０．１ｍｍ〜中央に延在する軸Ａに沿って測定されたレンズの高さの１／４である。
【００２６】
スリットの幅及び隣接するスリット間の距離それぞれが、レンズによって混合されることになる光の波長を十分上回ることを確実にするように、上記の２つの実施形態のそれぞれの下限が選択される。それによって、スリットと相互作用する光によって生成されるアーチファクトの数が低減される。
【００２７】
スリットの幅及び隣接するスリット間の距離それぞれが、スリット及び隣接するスリット間の間隔が必ず均一分布となるような大きさであることを確実にするように、上記の２つの実施形態のそれぞれの上限が選択される。それによって、改善された混色が得られる。更に、本発明によるレンズは、このやり方で、大型光学システムにも適用可能であろう。
【００２８】
一実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの厚さは、１０００ｎｍより大きい。
【００２９】
それによって、依然十分かつ効率的な混色を確実にしながら、スリットがレンズ内で可能な限り少ないスペースを占めることが確実にされる。更に、スリットの最小厚さが生成される光の最大波長のオーダーであることが確実にされる。すなわち、厚さが小さすぎる場合、波長によっては一部の光線が漏れることになり、これは、フラストレートされたＴＩＲ又はエバネセント波として知られる。それによって、フラストレートされたＴＩＲ又はエバネセント波は、回避され得る。
【００３０】
一実施形態では、スリットは、中央に延在する軸に対してスリットの厚さの半分が中央に延在する軸のそれぞれの側に延在するように配置される。それによって、依然十分かつ効率的な混色を確実にしながら、スリットがレンズの各半分内で均一な量のスペースを占めることが確実にされる。
【００３１】
一実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のスリットの、隣接するスリットに面する端面は、ランバート散乱である。
【００３２】
それによって、スリットと相互作用する光によって生成される前記数のアーチファクトが、少なくとも部分的に、場合によっては完全に、隠されて得る。
【００３３】
一実施形態では、レンズの外面の一部は、少なくとも部分的に拡散性である。
【００３４】
それによって、より更に改善された混色特性を有するレンズが提供される。
【００３５】
本発明は、更に、本発明によるレンズを含み、したがって、高度にコリメートされているだけでなく、混色がとりわけ高度でもある光出力を提供するコリメータに関する。
【００３６】
本発明は、更に、上記の請求項のいずれか一項に記載のレンズと、動作中に光を放出するように適合され、間隔を空けてかつ中央に延在する軸に対して軸外に配置された少なくとも２つの光源とを含む照明デバイスに関する。それによって、とりわけ良好に混合されかつ高品質の光出力を有する発光デバイスが提供される。
【００３７】
本発明による照明デバイスの実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの幅は、少なくとも２つの光源によって放出される光の波長より大きく、かつ少なくとも２つの光源の間の距離より小さいように選択される。
【００３８】
スリットの幅及び隣接するスリット間の距離それぞれが、レンズによって混合されることになる光の波長を十分上回ることを確実にするように、幅の下限が選択される。それによって、スリットと相互作用する光によって生成されるアーチファクトの数が低減される。
【００３９】
スリットの幅及び隣接するスリット間の距離それぞれが、スリット及び隣接するスリット間の間隔が必ず均一分布となるような大きさであることを確実にするように、幅の上限が選択される。それによって、改善された混色が得られる。
【００４０】
本発明による照明デバイスの実施形態では、第１の複数のスリット、第２の複数のスリット、及び第３の複数のスリットのうちのいずれか１つ以上のそれぞれのスリットの厚さは、少なくとも２つの光源によって放出される光の波長より大きいように選択される。
【００４１】
それによって、依然十分かつ効率的な混色を確実にしながら、スリットがレンズ内で可能な限り少ないスペースを占めることが確実にされる。
【００４２】
本発明は、請求項に記載されている特徴の、全ての可能な組合せに関するものである点に留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
次に、本発明のこの態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明される。
【図１】レンズのレンズ軸に垂直な中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面に垂直な平面内の断面図に、本発明の第１の実施形態による、第１の複数のスリットを含むレンズを示す。
【図２】レンズのレンズ軸に垂直な中央に延在する軸と第１の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面内の断面図に、図１によるレンズを示す。
【図３】複数の光源と、本発明の第２の実施形態による、第１及び第２の複数のスリットを含むレンズとを含む本発明による照明デバイスの斜視図を示す。
【図４】本発明によるレンズを含むコリメータの概略図を示す。
【図５Ａ】レンズがスリットを含まず、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１度のガウス散乱である、図３による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図５Ｂ】レンズがスリットを含まず、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１０度のガウス散乱である、図３による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図５Ｃ】レンズが第１及び第２の複数のスリットを含み、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１度のガウス散乱である、図３による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図５Ｄ】レンズが第１及び第２の複数のスリットを含み、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１０度のガウス散乱である、図３による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図６】複数の光源と、本発明の第３の実施形態による、第１、第２、及び第３の複数のスリットを含むレンズとを含む本発明による照明デバイスの斜視図を示す。
【図７Ａ】レンズがスリットを含まず、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１度のガウス散乱である、図６による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図７Ｂ】レンズがスリットを含まず、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１０度のガウス散乱である、図６による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図７Ｃ】レンズが第１、第２、及び第３の複数のスリットを含み、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１度のガウス散乱である、図６による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【図７Ｄ】レンズが第１、第２、及び第３の複数のスリットを含み、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が１０度のガウス散乱である、図６による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。
【００４４】
これらの図で示されるような、層及び領域のサイズは、説明の目的のために誇張されており、それゆえ、本発明の実施形態の一般的な構造を説明するように提供されている。同様の参照符号は、全体を通して、同様の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、現時点で好ましい本発明の実施形態が示されている添付図面を参照して、本発明が、以降でより完全に説明される。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、完全性及び網羅性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝達する。
【００４６】
図１及び図２は、相互に垂直な断面図に、本発明の第１の実施形態によるレンズ１を示す。レンズ１は、レンズ軸Ｌと、外面１３と、レンズ軸Ｌに垂直な中央に延在する軸Ａと、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４とを含む。
【００４７】
第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４は、全体がレンズの内部に延在する。第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４は、中央に延在する軸Ａに垂直に延在する長さｌ、中央に延在する軸Ａに平行に延在する幅ｗ、及び長さｌと幅ｗの両方に垂直に延在する厚さｔを含む。第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４のスリットは、相互に平行である。第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４は、示される実施形態では、中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の合計約５０％をカバーする（図２を参照）。
【００４８】
したがって、図に示されるように、かつ実施形態にかかわらず、レンズ軸Ｌは、水平に延在する軸として見られてもよく、中央に延在する軸Ａは、垂直軸として見られてもよい。同様に、かつまた実施形態にかかわらず、中央に延在する軸Ａと所与の複数のスリットの長さ及び幅との両方が延在する平面は、垂直に延在する平面又は単に垂直平面として見られてもよい。
【００４９】
第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の隣接するスリットは、距離ｄで間隔を空けて配置される。更に、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４のスリットは、レンズ１の外面１３から距離をおいて終端するように配置される。あるいは、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４のスリットは、レンズ１の外面１３で終端するように配置されてもよい。
【００５０】
実施形態にかかわらず、それぞれの複数のスリットのスリットの長さ、幅、及び厚さ、並びに複数のスリットの隣接するスリット間の距離は、異なってもよいことに留意されたい。したがって、全てのスリットは、同じ長さ、幅、及び／又は厚さを有する必要はなく、異なる長さ、幅、及び／又は厚さを有してもよい。同様に、複数のスリットの隣接するスリット間の距離は、複数のスリット内で及び／又は異なる複数のスリット間で異なってもよい。
【００５１】
図１及び図２では、光線５１、５２、６１、６２を放出する２つの光源５、６が、レンズ１を通る光線５１、５２、６１、６２の経路を図示するために示される。図２では、光源５のみが見えており、他の光源６は、光源５の背後に隠されている。光源５及び６は、２つの異なる色、例えば、赤色及び青色の光を放出する。光源５及び６は、２つの異なる色のＬＥＤであってもよい。
【００５２】
２つの光源５、６は、中央に延在する軸Ａに対して軸外に、すなわち、中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の相互に反対側に、かつ平面から同じ距離に配置される。
【００５３】
レンズ１は、光を受光してレンズ１内に結合するように適合された第１の表面部分又はセグメント１２、並びに、混合された光をレンズ１の外に結合するように適合された第２の表面部分又はセグメント１１を備える。レンズ１の第２の表面部分又はセグメント１１は、拡散性又は散乱性であってもよい。
【００５４】
したがって、２つの光源５、６によって放出された光は、第１の表面セグメント１２でレンズ１内に結合される。レンズ１を通って伝搬するとき、光源５から来る光線５１、５２の約半分及び光源６から来る光線６１、６２の約半分は、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４のスリットに当たり、スリット２１、２２、２３、２４で中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面に沿って反射されることになる（図１を参照）。同様に、光源５から来る光線５１、５２の約半分及び光源６から来る光線６１、６２の約半分は、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４のスリットに当たらず、したがって、中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面を横切ることになる（同様に図１を参照）。こうして光は混合される。最終的に、こうして混合された光は、レンズ１の第２の表面部分又はセグメント１１を通して放出される。レンズ１の第２の表面部分又はセグメント１１が拡散性又は散乱性である場合、光の更なる混合が得られることになる。
【００５５】
図４は、本発明によるレンズ１を含むコリメータ９を概略的に示す。本発明による任意のレンズがコリメータに用いられてもよい。レンズ１は、コリメータ９の中央に配置される。また、コリメータは、ＴＩＲ面９１を含む。それによって、光源５によって放出され、レンズ１を含むコリメータ９を通って伝搬する光は、コリメートも混合もされた光５１、５２として最終的に放出される。
【００５６】
次に図３に移って、本発明による照明デバイス２００の斜視図が示される。照明デバイス２００は、プリント回路基板などのベース２１０上に配置された４つの光源５、６、７、８を含む。光源のうちの２つ、すなわち、光源５及び７は、特定の１つの色、例えば、緑色の光を放出し、光源のうちの他の２つ、すなわち、光源６及び８は、別の特定の色、例えば、赤色の光を放出する。照明デバイス２００は、本発明によるレンズ１００の第２の実施形態を更に含む。
【００５７】
照明デバイス２００のレンズ１００は、図１及び図２に示され上述されたものとは、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４を更に含む点で異なる。
【００５８】
第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４は、全体がレンズの内部に延在する。第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４と同様に、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４は、中央に延在する軸Ａに垂直に延在する長さ、中央に延在する軸Ａに平行に延在する幅、及び長さと幅の両方に垂直に延在する厚さを含む。第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４のスリットは、相互に平行である。第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４は、図３に示される実施形態では、中央に延在する軸Ａと第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の長さ及び幅との両方が延在する平面の合計約５０％をカバーする。
【００５９】
第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４は、更に、概して第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４に対してゼロとは異なる角度に延在する。一実施形態では、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４及び第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４は、中央に延在する軸Ａに垂直な平面内で見られたとき、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４及び第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４が放射状に均一に分布されるような互いに対する角度で、延在する。図３に示される実施形態では、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４は、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４に対して９０度の角度で延在する。
【００６０】
第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の隣接するスリットは、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の隣接するスリット間の距離ｄに対応する距離で間隔を空けて配置される。あるいは、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の隣接するスリットは、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の隣接するスリット間の距離ｄとは異なる距離で間隔を空けて配置されてもよい。
【００６１】
更に、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４のスリットは、レンズ１００の外面１３から距離をおいて終端するように配置される。あるいは、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４のスリットは、レンズ１００の外面１３で終端するように配置されてもよい。
【００６２】
４つの光源５、６、７、８は、中央に延在する軸Ａに対して軸外に配置される。更にとりわけ、４つの光源５、６、７、８は、それぞれ、中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面の相互に反対側に、かつ平面から同じ距離に、並びに、中央に延在する軸Ａと第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の長さ及び幅との両方が延在する平面の相互に反対側に、かつ平面から同じ距離に、ペアで配置される。
【００６３】
したがって、４つの光源５、６、７、８によって放出された光は、第１の表面セグメント１２でレンズ１００内に結合される。４つの光源５、６、７、８によって放出された光がレンズ１００を通って伝搬するとき、４つの光源５、６、７、８のそれぞれから来る光線の約半分は、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４又は第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４のスリットに当たり、スリットで関連する平面に沿って反射されることになる（図３を参照）。更に、４つの光源５、６、７、８のそれぞれから来る光線の約四分の一は、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４のスリットに当たらず、したがって、中央に延在する軸Ａと第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の長さｌ及び幅ｗとの両方が延在する平面を横切ることになる（同様に図３を参照）。同様に、４つの光源５、６、７、８のそれぞれから来る光線の約四分の一は、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４のスリットに当たらず、したがって、中央に延在する軸Ａと第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の長さ及び幅との両方が延在する平面を横切ることになる（同様に図３を参照）。こうして光は混合される。最終的に、こうして混合された光は、レンズ１００の第２の表面部分又はセグメント１１を通して放出される。レンズ１００の第２の表面部分又はセグメント１１が拡散性又は散乱性である場合、光の更なる混合が得られることになる。
【００６４】
上述されたような照明デバイス２００内のレンズ１００の光混合効果は、図５Ａ〜図５Ｄにより示される。照明デバイス２００は、赤色光を放出する２つの光源、及び緑色光を放出する２つの光源を含む。図５Ａ〜図５Ｄでは、照明デバイス２００によって放出される光は、灰色が赤色光に対応し、白色が緑色光に対応し、黒色が混合された光に対応するように、グレースケール階調によって表現される。
【００６５】
図５Ａ及び図５Ｂは、図３に示されるタイプであるが、スリットを有さず、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部がそれぞれ１度のガウス散乱（図５Ａ）及び１０度のガウス散乱（図５Ｂ）であるレンズを含む、照明デバイスの強度分布のプロットを示す。図５Ａから見られるように、スリットを有さないレンズを用いて行われた色強度分布プロットは、実質的に混合されていない色の４つのエリア、すなわち、２つの灰色エリア及び２つの白色エリアを明確に示す。図５Ｂは、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が散乱性である場合でも、混合されていない色を有するエリアが消滅しないことを示す。
【００６６】
図５Ｃ及び図５Ｄは、レンズ１００が第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４及び第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４を含み、光源５、６、７、８から受光された光を放出するように適合されたレンズ１００の表面１３の一部１１がそれぞれ１度のガウス散乱（図５Ｃ）及び１０度のガウス散乱（図５Ｄ）である、図３による照明デバイスの強度分布のプロットを示す。図５Ｃは、スリットを有するレンズ１００を用いる場合、色は良好に混合されるが、図５Ｃで灰色の点状の影として示されるいくつかのアーチファクトが分布プロットの外周に沿って現れることを示す。図５Ｄは、光源５、６、７、８から受光された光を放出するように適合されたレンズ１００の表面１３の一部１１が散乱性である場合、アーチファクトが容易に平滑化され得、混色が更に改善されることを示す。
【００６７】
ここで図６に移って、本発明による別の照明デバイス２０１の斜視図が示される。照明デバイス２０１は、プリント回路基板などのベース２１０上に配置された３つの光源５、６、７を含む。３つの光源は、相互に異なる色の光を放出する。例えば、光源のうちの第１のものは、緑色光を放出し、第２のものは、赤色光を放出し、第３のものは、青色光を放出する。照明デバイス２００は、本発明によるレンズ１０１の第３の実施形態を更に含む。
【００６８】
照明デバイス２０１のレンズ１０１は、図３に示され上述されたものとは、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４を更に含む点で異なる。
【００６９】
第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４は、全体がレンズの内部に延在する。第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４と同様に、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４は、中央に延在する軸Ａに垂直に延在する長さ、中央に延在する軸Ａに平行に延在する幅、及び長さと幅の両方に垂直に延在する厚さを含む。第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４のスリットは、相互に平行である。第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４は、図６に示される実施形態では、中央に延在する軸Ａと第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４の長さ及び幅との両方が延在する平面の合計約５０％をカバーする。
【００７０】
第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４は、更に、概して第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４と第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の両方に対してゼロとは異なる角度に延在する。一実施形態では、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４、及び第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４は、中央に延在する軸Ａに垂直な平面内で見られたとき、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４、及び第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４が放射状に均一に分布されるような互いに対する角度で、延在する。図６に示される実施形態では、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４は、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４と第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の両方に対して６０度の角度で延在する。
【００７１】
第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４の隣接するスリットは、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の隣接するスリット間の距離ｄに対応する距離で間隔を空けて配置される。あるいは、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４の隣接するスリットは、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の隣接するスリット間の距離ｄとは異なる、及び／又は第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の隣接するスリット間の距離とは異なる距離で間隔を空けて配置されてもよい。
【００７２】
更に、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４のスリットは、レンズ１０１の外面１３から距離をおいて終端するように配置される。あるいは、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４のスリットは、レンズ１０１の外面１３で終端するように配置されてもよい。
【００７３】
３つの光源５、６、７は、中央に延在する軸Ａに対して軸外に配置される。更にとりわけ、３つの光源５、６、７は、垂直に延在する中央のレンズ軸Ａの周囲に均一に分布されて配置される。更にとりわけ、かつ示される実施形態では、光源５は、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４の直下に配置され、光源６は、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４の直下に配置され、光源７は、第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４の直下に配置される。
【００７４】
したがって、３つの光源５、６、７によって放出された光は、第１の表面セグメント１２でレンズ１０１内に結合される。光がレンズ１０１を通って伝搬するとき、３つの光源５、６、７のそれぞれから来る光線の約半分は、それぞれの複数のスリットが隣接する２つの光源によって放出される光の実質上のオーバラップを引き起こすように、第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４、及び第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４のスリットに当たることになる（図６を参照）。こうして光は混合される。最終的に、こうして混合された光は、レンズ１０１の第２の表面部分又はセグメント１１を通して放出される。レンズ１０１の第２の表面部分又はセグメント１１が拡散性又は散乱性である場合、光の更なる混合が得られることになる。
【００７５】
上述されたような照明デバイス２０１内のレンズ１０１の光混合効果は、図７Ａ〜図７Ｄにより示される。照明デバイス２０１は、１つが赤色光を放出し、１つが緑色光を放出し、１つが青色光を放出する、３つの光源を含む。図７Ａ〜図７Ｄでは、照明デバイス２０１によって放出される光は、白色が赤色光に対応し、薄い灰色が青色光に対応し、濃い灰色が緑色光に対応し、黒色が混合された光に対応するように、グレースケール階調によって表現される。
【００７６】
図７Ａ及び図７Ｂは、図６によるが、スリットを有さず、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部がそれぞれ１度のガウス散乱（図７Ａ）及び１０度のガウス散乱（図７Ｂ）であるレンズを含む、照明デバイスの強度分布のプロットを示す。図７Ａから見られるように、スリットを有さないレンズを用いて行われた色強度分布プロットは、実質的に混合されない色のエリア、すなわち、薄い灰色、濃い灰色、及び白色のエリアを明確に示す。図７Ｂは、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズの表面の一部が散乱性である場合でも、混合されていない色を有するエリアが消滅しないことを示す。
【００７７】
図７Ｃ及び図７Ｄは、レンズ１０１が第１の複数のスリット２１、２２、２３、２４、第２の複数のスリット３１、３２、３３、３４、及び第３の複数のスリット４１、４２、４３、４４を含み、光源から受光された光を放出するように適合されたレンズ１０１の表面１３の一部１１がそれぞれ１度のガウス散乱（図７Ｃ）及び１０度のガウス散乱（図７Ｄ）である、図６による照明デバイス２０１の強度分布のプロットを示す。図７Ｃは、スリットを有するレンズ１０１を用いる場合、色は良好に混合されるが、いくつかの別個の混合されないエリアが残ることを示す。図７Ｄは、光源５、６、７、８から受光された光を放出するように適合されたレンズ１００の表面１３の一部１１が散乱性である場合、残っている別個の混合されないエリアが平滑化され得、混色が更に改善されることを示す。
【００７８】
最後に、本発明によるレンズは製造することが簡単であることに留意されたい。例えば、第１の実施形態による、かつ図１及び図２に示されるようなレンズ１は、２つの半分のレンズを組み合わせることにより作製されてもよい。そのような２つの半分のレンズの第１の実施例は、突出部を有する１つの半分及び平面を有する１つの部品であり、突出部及び平面は、一体に接合、例えば、接着される。そのような２つの半分のレンズの第２の実施例は、ともに平面を有する２つの部品であり、平面は、多層又は穴のあいたホイルを間に有して一体に接合、例えば、接着される。そのような２つの半分のレンズの第３の実施例は、ともに平面を有する２つの部品であり、２つの平面は、厚い接着剤ドットで一体に接着される。それぞれ第２及び第３の実施形態によるレンズ１００及び１０１は、それぞれ４つのレンズ部品又は６つのレンズ部品を接合することにより、類似のやり方で製造されてもよい。
【００７９】
また、更に多くの異なる色の光を放出することもある更に多数の光源からの光の混合を可能にするように、本発明によるレンズに３つより多くの複数のスリットを設けることも実現可能である。
【００８０】
当業者は、本発明が、上述の好ましい実施形態に決して限定されるものではないことを、理解するものである。むしろ、多くの修正形態及び変形形態が、添付の請求項の範囲内で可能である。
【００８１】
更には、図面、本開示、及び添付の請求項を検討することにより、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に遂行され得る。請求項では、単語「含む、備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものでない。特定の手段が、相互いに異なる従属請求項内に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利には使用され得ないことを示すものではない。
【図１】
2019512855.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【国際調査報告】
2019512855.tif 000016
2019512855.tif 000017