(57)【要約】  システムは、選択可能な分光特性（例えば、選択可能な色温度）を有する白色光を、異なるソースからの異なる波長のエネルギーを白色光と組み合わせる光学的統合キャビティを用いて、提供する。キャビティは、組み合わされた光の発光を可能にする拡散反射内面と、開口部と、を有する。ソースの発光の強度の制御が、ほぼ白色出力光に加えられるそれぞれの波長の原色光の量を設定し、これにより、開口部を通る白色光出力の分光特性を決定する。デフレクター、可変絞り、レンズ、可変集光レンズシステム、コリメータ、ホログラムディフューザーおよびその組み合わせなどの、種々の異なる要素が、組み合わされた光出力を光学的に処理することもできる。
2007535114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光の第１ソースと；
第２波長の光の第２ソースであって、第２波長は第１波長とは異なっている第２ソースと；
光の第３ソースであって、ほぼ白色光を生成する第３ソースと；
光のソースからの第１および第２波長の光およびほぼ白色光を受けるとともに組み合わせて所望の分光特性の白色光を形成する拡散反射内面を有するとともに、所望の分光特性の白色光の放出を可能にする開口部を有する光学的キャビティと；
を備える、照明装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、光学的キャビティの開口部に連結される光学的処理要素をさらに備える、装置。
【請求項３】
請求項２の装置であって、光学的処理要素は、組み合わされた光のうちの少なくともいくらかを偏向するよう開口部に連結される反射内面を有するデフレクターを備える、装置。
【請求項４】
請求項３の装置であって、デフレクターの反射内面の少なくとも本質的な部分は、組み合わされた光に対して拡散反射特性を呈する、装置。
【請求項５】
請求項３の装置であって、
デフレクターの反射内面の第１部分は拡散反射特性を呈し；
デフレクターの反射内面の第２部分は鏡面反射特性を呈する、装置。
【請求項６】
請求項１のいずれかの装置であって、光学的処理要素は、可変開口絞り、可変集光レンズシステム、光コリメータおよび透過ディフューザーからなる群から選択された少なくとも１つの要素を備える、装置。
【請求項７】
請求項１のいずれかの装置であって、光学的処理要素は、可変集光レンズシステムと、キャビティと可変集光レンズシステムとの間に配置される可変開口絞りと、を備える、装置。
【請求項８】
請求項１のいずれかの装置であって、光学的処理要素は、拡散レンズ、光学的キャビティの開口部にわたる曲面状透過カバーおよびホログラムディフューザーからなる群から選択される透過ディフューザーを備える、装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの装置であって、それぞれのソースからの光の強度を定めて、開口部を通って放出される白色光の分光特性を調整する、第１および第２ソースに連結される調整可能な制御回路をさらに備える、装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかの装置であって、
第１ソースは、第１可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備え；
第２ソースは、第２可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備えており、第２色は第１色とは異なる、装置。
【請求項１１】
請求項１０の装置であって、
１つ以上の第１色の発光ダイオードは、第１色の光を発光する初期アクティブ発光ダイオードと、必要に応じて第１色の光を発光する初期非アクティブ発光ダイオードと、を備え；
１つ以上の第２色の発光ダイオードは、第２色の光を発光する初期アクティブ発光ダイオードと、必要に応じて第２色の光を発光する初期非アクティブ発光ダイオードと、を備える、装置。
【請求項１２】
請求項１０のいずれかの装置であって、第３ソースは、１つ以上の白色発光ダイオードまたは白熱電球あるいは蛍光灯バルブを備える、装置。
【請求項１３】
請求項１乃至８のいずれかの装置であって、第１および第２波長の光とほぼ白色光とを組み合わせるために、第３波長の光を光学的キャビティに供給するための第４ソースをさらに備えており、第３波長は第１波長および第２波長とは異なっている、装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置であって、
第１ソースは、第１可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備え；
第２ソースは、第２可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備えており、第２色は第１色とは異なり；
第４ソースは、第３可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備えており、第３色は第１色および第２色とは異なる、装置。
【請求項１５】
請求項１４の装置であって、第１、第２および第３色は、それぞれ、赤、緑および青である、装置。
【請求項１６】
それぞれが請求項１に記載の複数の発光装置と；
装置によってすべての発光の共通制御を提供する、それぞれの装置を制御するよう接続されるマスター制御器と、
を備える、システム。
【請求項１７】
スタジオあるいは劇場用途のための可変白色照明を提供する照明システムであって、
第１波長の光の第１ソースと；
第２波長の光の第２ソースであって、第２波長は第１波長とは異なっている第２ソースと；
ほぼ白色光を提供する光の第３ソースと；
ソースからの第１および第２波長の光およびほぼ白色光を受けるとともに組み合わせて所望の分光特性の白色光を形成する拡散反射内面を有するとともに、所望の分光特性の白色光を放出を可能にする開口部を有する光学的キャビティと；
光学的キャビティの開口部に光学的に接続されて、照射される対象へ向かって放出される所望の分光特性の光の量を制御する可変開口絞りと；
少なくとも第１および第２ソースに連結されて第１および第２ソースからの光の強度を定め、これにより、スタジオあるいは劇場において照射される対象へ向かって方向付けられた光の所望の分光特性を設定する制御回路と、
を備える、照明システム。
【請求項１８】
請求項１７の照明システムは、絞りを通って放出される光を照射される対象へ向けて調整可能に集光する可変集光レンズシステムをさらに備える、照明システム。
【請求項１９】
請求項１７または１８の照明システムであって：  
第１ソースは、第１可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備え；
第２ソースは、第２可視色の光を放出する１つ以上の発光ダイオードを備えており、第２色は第１色とは異なる、照明システム。
【請求項２０】
請求項１９の照明システムであって、制御回路は、
組み合わされた光に対して応答可能な色センサと；
センサによって検出された色に応答して１つ以上の第１色発光ダイオードの出力強度および１つ以上の第２色発光ダイオードの強度を制御する論理回路と、
を備える、装置。
【請求項２１】
請求項１９の照明システムであって：
１つ以上の第１色の発光ダイオードは、第１色の光を発光する初期アクティブ発光ダイオードと、必要に応じて第１色の光を発光する初期非アクティブダイオードと、を備え；
１つ以上の第２色の発光ダイオードは、第２色の光を発光する初期アクティブ発光ダイオードと、必要に応じて第２色の光を発光する初期非アクティブダイオードと、を備える、照明システム。
【請求項２２】
請求項２１の照明システムであって、制御回路は、
組み合わされた光に対して応答可能な色センサと；
センサによって検出された色に応答して１つ以上の第１色の発光ダイオードの出力強度および１つ以上の第２色の発光ダイオードの強度を制御する論理回路と、
を備えており、
論理回路は、必要に応じて非アクティブ発光ダイオードを選択的に作動するよう検出された色に応答し、これにより、放出される光において所望の色分布を保持する、照明システム。
【請求項２３】
請求項２２の照明システムであって、第３ソースは、第１および第２波長の光との組み合わせのための光学的キャビティにほぼ白色光を提供する１つ以上の発光ダイオードを備える、照明システム。
【請求項２４】
請求項１７の照明システムであって、第３ソースは１つ以上の白熱電球あるいは蛍光灯バルブを備える、照明システム。
【請求項２５】
それぞれが請求項１７に記載の複数の照明システムと；
それぞれの照明システムの制御回路に通信でネットワーク状に接続されて、照明システムによるすべての発光の共通の制御を提供するマスター制御器と、
を備える、照明ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、ほぼ白色光を２つ以上の異なる波長（例えば、原色）の選択された量の光と組み合わせ、光学的キャビティを用いることにより、選択可能な分光特性（例えば選択可能な色温度）を有する白色光を提供する技術および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
増加する種々の照明用途は、正確に制御された光の分光特性を要求する。白く見える光の多くのバリエーションがある。日光は、例えば、蛍光器具からの白色光より暖かく見える。白熱電球バルブからの光は、色の点で多少赤みがかっているように見えることが多い。しかし、人間は、そのような電灯を「白」として知覚する。人間の目には「白」に見える光についてさえ、多くの用途では、白色光の異なる特性を要求する。一般的な白色光源ソースは一定性質の光を提供する。このため、それぞれの異なる用途毎に異なる照明デバイスを用いることが、多くの場合、必要である。
【０００３】
１つの色の光を他の色の光と組み合わせることによって第３の色を生じさせることは、古くから知られている。例えば、一般に使用されている、異なる量の原色、赤、緑および青を組み合わせることによって可視スペクトルにおけるほとんどの色を生成することができる。それぞれの原色の量の調整は、組み合わされた光の流れの分光特性の調整を可能にする。選択可能なカラーシステムの近年の開発では、発光ダイオードを異なる光の色のソースとして利用している。
【０００４】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、当初、可視の表示器および情報ディスプレイを提供するよう開発されていた。そのような輝度用途では、ＬＥＤは比較的低い出力を放出していた。しかしながら、近年、改良されたＬＥＤは、比較的高強度な出力光を生じるよう利用可能になっている。これらのより高出力なＬＥＤは例えば、交通信号灯のアレイに使用されるようになっている。今日、ＬＥＤは、色スペクトルにおけるほとんどの色に利用可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
異なる原色の少なくとも２つのＬＥＤから投射される制御された量の光を組み合わせるシステムが、知られている。例えば、米国特許６，４５９，９１９号、６，１６６，４９６号および６，１５０，７７４号を参照されたい。一般に、そのようなシステムは、ＬＥＤドライバ信号のパルス幅変調あるいは他の変調を用いることに基づいて、それぞれのＬＥＤ色出力の強度を調整する。変調は、実行のために複雑な回路を必要とする。また、そのような従来のシステムは、個々のソースＬＥＤからの直接放射あるいは照射に基づいている。ある用途においては、ＬＥＤは、もし直接見てしまうと、好ましくない輝度のソースに相当してしまうおそれがある。また、複数色の光を提供するＬＥＤからの直接照射は、照射範囲の全域にわたっては、最適の組み合わせを提供していない。あるシステムにおいては、ＬＥＤが半透明のディフューザーによってカバーされていても、観察者は、器具から近い距離にあってはＬＥＤからの別々の赤、緑および青色の光が見えることもある。目による色の統合は離れた距離のみで有効になる。
【０００６】
他の問題が、ＬＥＤタイプ光源ソースの長期使用から生じる。ＬＥＤが経年変化すると、ＬＥＤドライブ電流の規定の入力レベルに対する出力強度が減少する。その結果、所望の出力レベルを保持するよう、ＬＥＤへの電力を増加することが必要であることもある。このことは電力消費を増加する。ある場合には、回路が、所望の光出力レベルを保持するのに十分な光を提供することができないこともある。異なる色のＬＥＤの性能が、異なる経年に対して（例えば、使用量の差によって）異なって低下するとき、所望の相対的出力レベルを保持するのは難しいことがあり、そのため、組み合わされた出力の所望の分光特性を保持することが難しいことになる。周囲条件の差あるいは異なるＬＥＤの異なる動作上の発熱および／または冷却によって引き起こされることがある実際の温度（熱的な）に応じて、ＬＥＤの出力レベルは、また、変化する。温度によって引き起こされた性能上の変化は、光出力のスペクトルの変化を引き起こす。
【０００７】
既存の多色ＬＥＤシステムに関する他の問題が、全体システム出力強度の制御から生じる。既存のシステムにおいては、組み合わされた出力強度を調整するために、例えば、全体の明るさを低減あるいは増加するために、ユーザはＬＥＤ電力レベルを調整しなければならない。しかしながら、ＬＥＤ分光特性は電力レベルの変化とともに変化する。ＬＥＤによって生成された光の色が電力レベル調整に応じて変わる場合、同じ分光特性を達成するよう補償する変調を調整することが必要になる。
【０００８】
Ｒａｍｅｒらの米国特許６，００７，２２５号（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｌ．Ｌ．Ｃ．に譲渡）は、円錐形の光デフレクターを用いる配光照明装置を開示している。円錐形のデフレクターの内面の少なくとも一部が、鏡面反射性を有する。いくつかの開示された実施例において、ソースは光学的統合キャビティに連結され；出口開口部は、円錐形の光デフレクターの狭い端部に連結される。この特許された照明装置は、デフレクターの角度および遠端部によって規定された照明の範囲にわたって、比較的均一な光強度および効率的な分散を提供する。しかしながら、この特許は特定の色の組み合わせあるいは効果を説明しない。
【０００９】
したがって、選択可能な特性の白色光を効率的に提供する技術には、ニーズがまだある。異なる波長の放射エネルギーのソースからのエネルギー出力の強度を制御する複雑な電子機器回路（例えば変調回路）を必要としないシステムには、関連するニーズがまだある。ＬＥＤ性能が経年変化とともに低下するとき、好ましくは過大な電力レベルを必要とすることなく、所望のエネルギー出力レベルおよび組み合わされた出力の所望の分光特性を有効に保持する技術には、また、ニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示する通り、光を放出する装置は、組み合わされた光の放出を可能にする拡散反射内面および開口部を有する光学的キャビティを備える。ソースはキャビティの内部に光を提供する。ソースの１つはほぼ白色光を提供し、そして、少なくとも２つの他のソースは異なる波長の放射エネルギーを放出する。キャビティは、ほぼ白色光を異なる波長の光と有効に組み合わせ、これにより、所望の分光特性、例えば色温度、の調整された白色光を提供し、キャビティの開口部から放出する。
【００１１】
装置は、光学的キャビティの開口部に連結される光学的処理要素を備えることができる。種々の異なる光学的処理要素が開示される。個々の例を選択でき、あるいは２つ以上のそのような要素を組み合わせて用いることができ、これにより、特定用途の装置の使用に役立てる。光学的処理要素の開示する例は、種々の形状および反射特性のデフレクター、コリメータ、種々のレンズ、集光システム、絞り、ディフューザー、ホログラムディフューザーなどを含む。
【００１２】
ここに開示される装置を用いるシステムは、典型的には、少なくとも、２つの特定の波長の光のソースに連結されて、それぞれのソースの光エネルギーの出力強度を定める制御回路を備えることができる。これらのソースの発光の強度の制御は、開口部を通って放出される組み合わされた白色光の分光特性を設定する。器具が可変絞りを備える場合、出力強度は、ソースの電力レベルを変更する必要なく、したがって出力の分光特性への影響なく、絞り開口部の調整によって、調整することができる。
【００１３】
例においては、特定の光波長のそれぞれのソースは、典型的には、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。所望の数のＬＥＤを実装することができる。したがって、ある例では、ソースは、第１色の光を発光する１つ以上のＬＥＤ、および第２色の光を発光する１つ以上のＬＥＤを備えることができ、第２色は第１色とは異なっている。同様に、装置は、第３色、第４色などの追加的なＬＥＤソースを備えることができる。最も高い演色評価数（ＣＲＩ）を達成するために、ＬＥＤアレイは、全可視スペクトルを有効にカバーする色のＬＥＤを含むことができる。ＬＥＤソースは、どのような色すなわち波長をも含むことができるが、典型的には、赤、緑および青を含む。
【００１４】
多くの異なる白色光源ソースが開示される。白色光源ソースは１つ以上の白色ＬＥＤとすることができる。あるいは、そのような器具は、白熱電球バルブあるいは蛍光灯バルブなど、他の光源ソースすなわちランプを用いることもできる。ソースからの白色光は、人間が恐らくそれを白と知覚するだろうという点で、ほぼ白いが、それは分光の意味において真の白である必要はない。一般に、特に、ソースが規定の電力レベルで動作するとき、入力白色光の分光特性は比較的一定である。しかしながら、ソースからの白色光は、必ずしも単独で所望の分光特性を提供するとは限らないであろう。有色のＬＥＤからの光は、装置の白色光出力に選択的な調整あるいは補正を提供する。
【００１５】
光学的キャビティの統合力すなわち混合力が、キャビティに連結された種々の色の光源ソースの強度の調整により、どのように調整された色特性の白色光をも投射するよう機能する。したがって、色温度あるいはバランスと同様に、演色評価数を制御することができる。システムは、白色光源ソースおよび一群のＬＥＤからの光出力の総量を処理する。しかしながら、総量に対するそれぞれの強度が寄与することを除いて、色調整すなわち可変性を提供するために、個々のＬＥＤの出力を制御することは必要ではない。例えば、ＬＥＤ出力を変調することは必要ではない。また、ＬＥＤの拡散パターンは重要ではない。ＬＥＤを、光学的キャビティ内の放射エネルギーを供給するようどのように配置してもよいが、典型的には、器具の外側からの直接視が回避される。
【００１６】
例示的なシステムは、例えば、光出力、色、色温度あるいは熱的温度を保持するよう、必要なときにだけ作動される「スリーパー」ＬＥＤを備える。したがって、第１色の光を発光する１つ以上の初期アクティブ発光ダイオードと、必要に応じて第１色の光を発光する１つ以上の初期非アクティブ発光ダイオードと、を備える第１色ＬＥＤが、例として開示される。同様に、第２色ＬＥＤは、第２色の光を発光する初期アクティブ発光ダイオードと、必要に応じて第２色の光を発光する初期非アクティブ発光ダイオードと、を備える。同様に、装置は、第３色、第４色などの追加的なアクティブおよび非アクティブＬＥＤソース、あるいは白色光のアクティブおよび非アクティブＬＥＤソースを備えることができる。
【００１７】
背景に記載したように、熱的温度におけるＬＥＤが経年変化するすなわち履歴が増加すると、それらは動作し続けるが、減少した出力レベルでである。スリーパーＬＥＤの使用は、器具の寿命を大幅に延ばす。スリーパー（以前には非アクティブな）ＬＥＤを作動させることは、例えば、初期からアクティブなＬＥＤの出力における減少に対する補償を行う。また、器具が提供できる強度の範囲に、より柔軟性がある。
【００１８】
制御回路の多くの異なる例が、以下に説明される。一例においては、制御回路は、組み合わされた放射エネルギーの色分布を検出するよう連結される色センサを備える。検出された色分布に応答する関連の論理回路は、種々のＬＥＤの出力強度を制御して、これにより、統合された放射エネルギーにおける所望の色分布を提供する。スリーパーＬＥＤを用いる例として、論理回路は、必要に応じて非アクティブ発光ダイオードを選択的に作動するよう検出された色分布に応答し、これにより、組み合わされた放射エネルギーにおいて所望の色分布を保持する。
【００１９】
多くの他の制御回路の特徴も開示される。例えば、制御回路は、また、温度センサを有することもできる。そのような例において、論理回路は、また、感知された温度に応答し、これにより、例えば、ソース出力の強度を低減して温度上昇を補償する。
【００２０】
制御回路は、所望の分光特性を手動で設定する適切なデバイス、例えば１つ以上の可変抵抗器あるいは１つ以上のディップスイッチを備えることができ、これにより、ユーザが所望の色分布を定義あるいは選択することを可能にする。
【００２１】
自動制御も想定される。例えば、制御回路は、所望の色分布を定義するデータを受信する、論理回路に連結されたデータインターフェースを備えることもできる。そのようなインターフェースは、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末などの、別のあるいは遠隔のデバイスからの制御データの入力を可能にできる。そのようなデータインターフェースを有する多くのデバイスを、共通な中央ロケーションあるいはデバイスから制御することができる。
【００２２】
制御は、多少スタティックとすることができ、例えば、所望の色基準指数あるいは所望の色温度および全体の強度を設定し、その方法で設定したデバイスを不定期間そのままにしておく。また、装置をダイナミックに制御することもでき、例えば、白色光出力の色を変えて、それにより、特殊効果照明を提供する。また、そのような光設定は、容易に、記録され、後にあるいは異なるシステムを用いる異なる場所で再利用される。
【００２３】
開示された装置は、種々の異なる構造あるいは配置を光学的統合キャビティに用いることもできる。内部キャビティ面は、関連する波長に対して非常に効率的な拡散反射特性、例えば、９０％を超える反射率を有することが好ましい。ある例においては、キャビティは、９８％の反射率および拡散反射特性を有するポリプロピレンなどの拡散反射プラスチック材料で形成される。適切な反射率を有する材料の他の例はスペクトラロン（ＳＰＥＣＴＲＡＬＯＮ）である。あるいは、光学的統合キャビティは、内面を有する剛性基板と、光学的統合キャビティの拡散反射内面を提供するように基板の内面に形成された拡散反射コーティング層と、を備えることもできる。
【００２４】
種々の異なる形状を、キャビティの内部反射面に用いることができる。ある例においては、三角形あるいは角錐の形状とすることもできるが、光学的統合キャビティの拡散反射内面が、球の本質的な部分に対応する形状（例えば、半球）あるいは円柱体（例えば、およそ半円柱体）を有する。他の例では、長方形の断面を有する拡張された体積を用いる。
【００２５】
また、装置からの特定の好ましい出力分布を提供するために、構造的閉塞を提供するようキャビティを構成することもできる。構造的閉塞タイプの変換器システムは、システムのアクティブエリアに光学的に連結される電気的／光学的変換器、典型的には、キャビティの開口部あるいはキャビティの反射によって形成される実効的な開口部を用いる。システムは拡散的反射面を用い、これにより、アクティブエリアはほぼランバーティアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）特性を呈する。マスクは、システムのアクティブエリアの部分を、例においては、キャビティの開口部あるいはキャビティ反射によって形成される実効的な開口部を、システムの所望の応答性あるいは出力特性を達成するような方法で、閉塞する。構造的な閉塞を用いる本装置の例においては、光学的統合キャビティは、ベースと、マスクと、ベースあるいはマスクに形成されたキャビティと、を備えることができる。マスクは拡散的反射面を有することができる。マスクは、システムのアクティブエリアに対して、構造的にアクティブエリアを閉塞するような大きさにされ配置される。
【００２６】
構造的な閉塞を用いる本装置の一例においては、デバイスは、ベースに形成された光学的統合キャビティの外側にマスクを、さらに備えることができる。マスクは、キャビティの開口部に面する拡散的反射面を有することができる。マスクは、開口部に対して、構造的に開口部を閉塞するような大きさにされ配置される。他の構造的閉塞例においては、アクティブエリアとして機能する開口部は、実際に、キャビティの曲面状内部を形成するドームの内面の反射像である。その反射像は、ドームのキャビティに対向するベース面上に形成される。キャビティの内部は拡散的反射性である。この後者の配置において、ドームは、また、構造的閉塞マスクとしても機能する。
【００２７】
発明のデバイスは多数の用途を有しており、そして、出力強度および分光特性を特定の用途に都合がよいように適応および／または調整することができる。例えば、開口部を通って放出される統合された光の強度は、ルミネーション用途で使用されるレベル、あるいはタスク照明用途に十分なレベルとすることができる。劇場あるいはスタジオ照明および製品ディスプレイ照明の例も、また、開示される。
【００２８】
スタジオあるいは劇場用途のための可変あるいは選択可能な白色照明を提供する照明システムは、第１および第２波長の光の第１および第２ソースを備える。第３ソースは、ほぼ白色光を供給する。拡散反射内面を有する光学的キャビティは、２つの波長の光を受け、ほぼ白色光と組み合わせて、これにより、選択された分光特性の白色光を生成する。キャビティは、また、その結果として生じる白色光の放出を可能にする開口部を有する。照明システムは、また、光学的キャビティの開口部に光学的に接続されて、照射される対象へ向かって方向付けられた開口部から放出される光の量を制御する可変開口絞りを備える。少なくとも第１および第２ソースに連結される制御回路は、ソースからの光の強度を定め、これにより、スタジオあるいは劇場において照射される対象へ向かって方向付けられた組み合わされた白色光の分光特性を設定する。
【００２９】
このタイプの劇場あるいはスタジオの照明システムにおいて、ソースの制御は、放出された白色光の分光特性を制御する。開示する通り、絞りを通る開口の大きさの調整が、その結果として、システムの全体の白色光出力の強度を制御する。そのようなシステムの開示される例は、対象に照射されるスポットの大きさを制御する可変集光レンズシステムなどの１つ以上の追加的な光学的処理要素を備える。
【００３０】
例の追加的な目的、利点および新規な特徴は、以下の説明においてある程度記載され、以下の考察および添付の図面の分野における当業者にある程度明らかになる、あるいは例の製造または動作によってわかるであろう。本主題の目的および利点は、添付された特許請求の範囲に特に示された方法、手段および組み合わせによって実現され達成されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、添付図面に示し後述する例について詳細に説明する。図１は、放射エネルギー分散装置、すなわちシステム１０の断面の例示である。タスク照明用途については、装置は可視スペクトルで光を発光するが、システム１０は、ルミネーション用途に、および／または放射エネルギースペクトルの赤外および／または紫外の部分におけるあるいは延びる発光で、用いることもできる。
【００３２】
図示したシステム１０は、拡散反射内面を有する光学的キャビティ１１を備えており、これにより、異なる色／波長の放射エネルギーを受けて組み合わせる。キャビティ１１は種々の形状を有することができる。キャビティが半球状である場合、あるいはキャビティが長手方向軸に垂直な断面を有する半円柱状である場合、図示された断面はほぼ同じとなろう。後述する例における光学的キャビティは、典型的には、光学的統合キャビティである。
【００３３】
開示する装置は、後で例を説明する、種々の異なる構造あるいは配置を光学的統合キャビティに用いることもできる。キャビティの内面の少なくとも本質的な部分が、拡散反射性を呈する。キャビティ面は、関連する波長に対して非常に効率的な拡散反射特性、例えば、９０％以上の反射率を有することが好ましい。図１の例において、面は、可視波長、近赤外波長および紫外波長におけるエネルギーに対して非常に拡散的反射性である。
【００３４】
キャビティ１１は、９７％の反射率および拡散反射特性を有するポリプロピレンなどの拡散反射プラスチック材料で形成することができる。そのような高反射ポリプロピレンは、インディアナ州エバンズビルのＦｅｒｒｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  -  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｇｒｏｕｐ，  Ｆｉｌｌｅｄ  ａｎｄ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能である。適切な反射率を有する材料の他の例はスペクトラロン（ＳＰＥＣＴＲＡＬＯＮ）である。あるいは、光学的統合キャビティは、内面を有する剛性基板と、光学的統合キャビティの拡散反射内面を提供するように基板の内面に形成された拡散反射コーティング層と、を備えることもできる。コーティング層は、例えば、フラットな白いペイントあるいは白い粉末コートの態様をとることもできる。適切なペイントは、焼成されていない酸化亜鉛から基本的に構成され、好ましくは少量の分散剤を含んでいる酸化亜鉛ベースの顔料を有する。顔料は、好ましくはケイ酸カリウムであるアルカリ金属ケイ酸塩ビヒクルバインダーに混合され、これにより、コーティング材料を形成する。例示的なペイントに関するより詳細な情報については、Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｂｒｏｗｎによって２００１年５月２９日に出願され、米国特許６，７００，１１２号として２００４年３月２日に発行された米国特許出願シリアル番号０９／８６６，５１６を参照されたい。
【００３５】
説明の目的のために、装置１０におけるキャビティ１１は半球であると仮定する。例において、半球状ドーム１３およびほぼフラットなカバープレート１５は、光学的キャビティ１１を形成する。少なくともドーム１３およびカバープレート１５の内部に面する面は非常に拡散的に反射し、これにより、その結果として生じるキャビティ１１は、デバイス１０によって生成された放射エネルギースペクトルに対して、非常に拡散的反射性である。その結果、キャビティ１１は統合タイプ光学的キャビティとなる。別の要素として示したが、ドームとプレートは、一体的なユニットとして形成することができる。
【００３６】
光学的統合キャビティ１１は、組み合わされた光エネルギーの放出を可能にする開口部１７を有する。例において、開口部１７はカバープレート１５のおよそ中心を通る通路であるが、開口部はプレート１５あるいはドーム１３の他の都合のよいどのような位置にあってもよい。キャビティ１１内の拡散反射性のために、キャビティ内の光は開口部１７から通過の前に統合される。例において、装置１０は、都合上、開口部１７を通って下向きの組み合わされた光を放出するように示されている。しかしながら、装置１０は、所望の用途機能を実行するよう、例えば、可視発光を人に器具に対して特定の方向あるいは位置で提供するよう、また、壁、床あるいはテーブルトップなどの異なる面を照射するよう、所望のどのような方向にも向けることができる。また、光学的統合キャビティ１１は、例えば、２つ以上の異なる方向あるいは領域における統合された光の放出を可能にするよう向けられた、１つより多い開口部１７を有することもできる。
【００３７】
装置１０は、また、光のソースを備える。ほぼ白色入力光のソース２０に加えて、装置は、異なる波長の光の２つ以上のソース１９を備える。第１の例において、ソースはＬＥＤ１９であり、それらの２つが図示した断面に見える状態にある。ＬＥＤ１９は光学的統合キャビティ１１の内部に光を供給する。図示する通り、光学的統合キャビティ１１の内部へのＬＥＤからの発光のポイントは、開口部１７を通しては直接見えない。少なくとも２つの図示したＬＥＤは、異なる波長、例えば、赤（Ｒ）および緑（Ｇ）の放射エネルギーを放出する。同じあるいは異なる色の追加的なＬＥＤを配置することもできる。キャビティ１１は、有効に異なる光波長のエネルギーをソース２０からのほぼ白色光と統合し、これにより、開口部１７を通って統合されたすなわち組み合わされた光エネルギーは、キャビティ１１への入力の相対強度にほぼ対応する相対量の種々の波長のすべての放射エネルギーを含む。
【００３８】
ソースＬＥＤ１９は、どのような色すなわち波長のＬＥＤをも含むことができる。典型的には、可視光線用途のＬＥＤアレイは、少なくとも赤、緑および青色のＬＥＤを含む。キャビティ１１の統合すなわち混合力は、キャビティに連結された種々のソースの強度の調整により、白色光を含むどのような色の光をも投射するよう機能する。したがって、色温度と同様に、演色評価数（ＣＲＩ）を制御することができる。システム１０は、一群のＬＥＤ１９からの光出力の総量を処理し、これにより、白色光出力の分光特性を調整する。しかしながら、総量に対するそれらが寄与することを除いて、白色光に対する色調整すなわち可変性を提供するために、個々のＬＥＤ１９あるいはソース２０の出力を制御することは必要ではない。例えば、ソース出力を変調することは必要ではない。また、キャビティへの個々のＬＥＤ拡散パターンおよびそれらの発光ポイントは重要ではない。ＬＥＤ１９を、キャビティ内の放射エネルギーを供給するようどのように配置してもよいが、器具の外側からのＬＥＤの直接視が最小限にされるあるいは回避されることが好ましい。
【００３９】
この例においては、ＬＥＤソース１９の光出力は、キャビティ１１の内部上のポイントの開口部に直接連結されて、光学的統合キャビティの内部に放射エネルギーを直接放出する。ＬＥＤを要素１３の内壁上のポイントで発光するよう配置できるが、それでも、そのようなポイントは、好ましくは、開口部１７を通る視界の直接の線の外側の領域にある。しかしながら、構成の容易さのため、ＬＥＤ１９の開口部はカバープレート１５を貫通して形成される。開口部／ＬＥＤは、プレート１５上のどのような都合のよい位置にあってもよい。
【００４０】
ほぼ白い入力光のソース２０は、カバープレート１５上に、あるいはドーム１３のどのようなポイントに装着されたＬＥＤの１つとすることもできる。しかしながら、白色光源ソースは、ＬＥＤ１９からの原色による調整あるいは補正のほぼ白色光を生成する他のどのようなタイプのデバイスとすることもできる。他の適切な白色光源ソース２０の例は、白熱電球バルブ、蛍光灯バルブ、同じくハロゲンおよびハロゲンランプをも含む。もちろん、装置は、統合キャビティ１１に光を供給するよう接続される、同じかあるいは異なるタイプの多くの白色光源ソース２０を備えることができる。
【００４１】
白色光源ソース２０からのエネルギーの強度は、例えば、一定の電源ソースと接続によって、一定であってもよい。あるいは、ソース２３および制御回路２１によって１つ以上のＬＥＤ１９に供給するのと同様にあるいは同じく、白色光源ソース２０への電力を、可変制御によって制御することができる。
【００４２】
装置１０は、また、ＬＥＤ１９に連結されそれぞれのＬＥＤソースの放射エネルギーの出力強度を定める制御回路２１を備える。制御回路２１は、典型的には、ＡＣ電源ソース２３として示したソースに連結された電源ソース回路を備える。制御回路２１は、また、適切な数のＬＥＤドライバ回路を備えており、それぞれの個々のＬＥＤ１９に印加される電力を制御し、これにより、それぞれの異なる波長のキャビティ１１に供給される放射エネルギーの強度を制御する。ソースの発光の強度の制御は、光学的統合キャビティの開口部１７を通って放出される組み合わされた白色光の分光特性を設定する。制御回路２１は、多くの異なる制御入力信号、例えば、図１に矢印によって示されるよう１つ以上のユーザ入力に応答可能とすることもできる。この簡略的な例においては図示されないが、フィードバックもまた出力できる。制御回路の特定の例は、後でより詳細に説明される。
【００４３】
開口部１７は、照射される所望のエリアすなわち領域に統合された色の光を方向付けるシステム出力として機能することができる。この例においては図示していないが、開口部１７は、格子、レンズあるいはディフューザー（例えばホログラム部材）を備えることができ、これにより、出力光の分散を助け、および／またはごみの侵入に対して開口部を塞ぐことができる。いくつかの用途では、システム１０は、追加的なデフレクターを備えており、これにより、照明の所望の範囲に光出力を分散および／または制限する。後の実施の形態は、例えば、コリミネータを用いる。
【００４４】
色統合エネルギー分散装置は、また、反射内面を有する１つ以上の円錐形のデフレクターを用いることができ、これにより、光源ソースから出てくるほとんどの光を比較的狭い視野に効率的に方向付ける。このため、図１に示す例示的な装置は、また、円錐形のデフレクター２５を備える。デフレクターの近接端部の小さい開口部は、光学的統合キャビティ１１の開口部１７に連結される。デフレクター２５は、その遠端部により大きな開口部２７を有する。円錐形のデフレクター２５の角度および遠端開口部が、装置１０からの光放出の角度の範囲を限定する。図示しないが、デフレクターの大きな開口部は、透明なプレートあるいはレンズによりカバーされ、あるいは格子によりカバーされることができ、これにより、円錐部を通ってシステム内への砂埃や岩屑の侵入を防止し、および／または出力放射エネルギーをさらに処理する。
【００４５】
円錐形のデフレクター２５は、特定の照明用途に応じて、種々の異なる形状を有することもできる。例において、キャビティ１１が半球状である場合、円錐形のデフレクターの断面は、典型的には、円形である。しかしながら、デフレクターは、形状的に、多少楕円形であってもよい。半円柱状のキャビティを用いる用途においては、デフレクターを、断面において、延長するか、あるいは長方形とすることさえできる。開口部１７の形状も、また、変化できるが、典型的には、デフレクター２５の小さい端部開口部の形状と一致することになる。従って、例においては、開口部１７は円形となる。しかしながら、半円柱状のキャビティおよび長方形の断面を有するデフレクターを備えるデバイスでは、開口部は長方形であってもよい。
【００４６】
デフレクター２５は、遠端部と近接端部との間に反射内面２９を備える。いくつかの例においては、円錐形のデフレクターの反射内面２９の少なくとも本質的な部分が、統合された放射エネルギーに対して鏡面反射性を呈する。米国特許６，００７，２２５号において説明した通り、いくつかの用途については、少なくとも内面２９のある部分が拡散反射性を呈するか、異なる程度の鏡面反射性（例えば、準セキュラー）を呈するようデフレクター２５を構成することは好ましいこともあり、これにより、特定用途にデフレクター２５の性能を適応させる。他の用途では、また、デフレクター２５の全内面２９が拡散反射特性を有することが好ましいこともある。そのような場合、デフレクター２５は、光学的統合キャビティ１１の構成のために教示された材料と同様の材料を用いて構成することができる。
【００４７】
図示した例において、デフレクター２５の大きな遠端開口部２７はキャビティ１１と概ね同じ大きさである。いくつかの用途においては、この大きさの関係は構成目的には都合がよいかもしれない。しかしながら、デフレクターの遠端部とキャビティとの大きさの直接的関係は必要ではない。デフレクターの大きい端部は、キャビティ構造より大きくもでき、また小さくもできる。実際問題として、キャビティの大きさは、所望の数のＬＥＤソース１９および白色光源ソース２０から光の色の統合すなわち組み合わせを提供するよう最適化される。デフレクターの大きさ、角度および形状が、開口部１７を介してキャビティ１１から放出され組み合わされたすなわち統合された光によって照射されることになるエリアを決定する。
【００４８】
例においては、特定の波長の放射エネルギーのそれぞれのソースは、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。チャンバ内では、どんな好ましい数のそのようなＬＥＤから受ける光をも処理することができる。したがって、ある例では、ソースは、第１色の光を発光する１つ以上のＬＥＤ、および第２色の光を発光する１つ以上のＬＥＤを備えることができ、第２色は第１色とは異なっている。同様に、装置は、第３色、第４色などのＬＥＤを有する追加的なソースを備えることができる。最も高い演色評価数（ＣＲＩ）を達成するために、ＬＥＤアレイは、全可視スペクトルを実質的にカバーする種々の波長のＬＥＤを含むことができる。
【００４９】
図２および３は、放射エネルギー分散装置、すなわちシステムの他の例を示す。図２は、器具と制御回路とを備える全体のシステム３０を示す。器具は断面で示されている。図４は、器具の底面図である。システム３０は、システム１０と概ね同様である。例えば、先の例のように、システム３０は同じタイプの制御回路２１および電源ソース２３を基本的に用いることができる。しかしながら、光学的統合キャビティの形状およびデフレクターは多少異なる。
【００５０】
光学的統合キャビティ３１は、拡散反射内面を有する。この例において、キャビティ３１は、円柱の本質的な部分に相当する形状を有する。図２の断面図において（キャビティの長手方向軸に交差している）、キャビティ３１は、ほとんど円形の形状を有するように見えている。この例においては、キャビティ３１は円柱状の要素３３によって形成される。少なくとも要素３３の内面は非常に拡散的に反射し、これにより、その結果として生じる光学的キャビティ３１は、システム３０によって生成された放射エネルギースペクトルに対して、非常に拡散的に反射し、統合キャビティとして機能する。
【００５１】
光学的統合キャビティ３１は、組み合わされた放射エネルギーの放出を可能にする開口部３５を有する。この例においては、開口部３５は、円柱状の要素３３の壁を通る長方形の通路である。キャビティ３１内の拡散反射性のために、キャビティ内の光は開口部３５から通過の前に統合される。
【００５２】
装置３０は、また、異なる波長の光エネルギーおよびほぼ白色光のソースを備える。この例において、ソースはＬＥＤ３７，３９を備える。ＬＥＤは、円柱状の要素３３の壁を貫通する開口部に装着され、基本的に、開口部３５の対向する側にＬＥＤの２つの列を形成する。これらの開口部の位置、したがってＬＥＤ３７，３９の位置は、典型的には、ＬＥＤ出力が開口部３５を通して直接見えないようにされ、他の点では、場所は任意の選択の問題である。
【００５３】
このように、開口部３５を通して直接見えない光学的統合キャビティの内面のポイントの貫通開口部にある、ＬＥＤ３７，３９は、光学的統合キャビティ３１の内部に放射エネルギーを供給する。多くのＬＥＤは、異なる波長の放射エネルギーを放出する。また、ＬＥＤの少なくとも１つはほぼ白色光を放出する。例えば、任意の対のＬＥＤ３７，３９は、３つの異なる色の光、例えば原色としての赤、緑および青を放出することもできる。１つ以上の白色光源ソース、例えば白色ＬＥＤが、また、ほぼ白色入力光を供給するよう配置される。
【００５４】
あるいは、多くのＬＥＤは初期アクティブＬＥＤとでき、それに対して、他のものは初期非アクティブスリーパーＬＥＤである。例えば、初期アクティブＬＥＤには、２つの白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを含むことができ；そして、スリーパーＬＥＤには、１つの赤色ＬＥＤ、１つの緑色ＬＥＤおよび１つの青色ＬＥＤを含むことができる。図示しないが、追加的な白色ＬＥＤを、また、スリーパーとして配置することもできよう。
【００５５】
制御回路２１は、ＬＥＤ３７，３９のそれぞれに供給される電力を制御する。キャビティ３１は、種々のＬＥＤ３７，３９からの、ほぼ白色入力光および異なる波長のエネルギーを有効に統合し、これにより、開口部３５を通って放出される統合された光エネルギーは、すべての種々の波長の放射エネルギーを含む。制御回路２１によるソースの発光の強度の制御は、開口部３５を通って放出される組み合わされた光エネルギーの分光特性を設定する。スリーパーＬＥＤが配置される場合、上乗せ白色出力あるいは特定の波長すなわち色の上乗せ出力が必要とされるとき、「必要に応じて」、制御は、また、１つ以上の休眠中のＬＥＤを作動する。
【００５６】
色統合エネルギー分散装置３０は、また、鏡面反射内面４３を有するデフレクター４１を備えることができ、これにより、開口部から出てくるほとんどの光を比較的狭い視野に効率的に方向付ける。デフレクター４１は、開口部３５に連結される、その小さい端部から外側へ広がる。デフレクター４１は、その遠端部により大きな開口部４５を有する。デフレクターの側壁の角度およびデフレクター４１の遠端開口部４５の形状が、装置３０からの放射エネルギー放出の角度範囲を規定する。
【００５７】
上述の通り、デフレクターは、特定の照明用途に応じて、種々の異なる形状を有することもできる。例において、キャビティ３１がほぼ円柱状であり、かつ、開口部が長方形である場合、デフレクター４１の断面（図３において長手方向軸に交差して見て）は、典型的には円錐形に見える。デフレクターが、開口部３５から離れて延びるにつれ、外側に広がっているからである。しかしながら、直立で見たとき（底面図−図４）、開口部はほぼ長方形であるが、それらは多少丸みのあるコーナを有することもできる。あるいは、デフレクター４１は、形状的に、多少楕円形であってもよい。キャビティおよび開口部の形状は、例えば、丸みのある端部を有するよう、変化してもよく、また、デフレクターは開口部と一致するよう輪郭付けられてもよい。
【００５８】
デフレクター４１は、遠端部と近接端部との間に反射内面４３を備える。いくつかの例においては、円錐形のデフレクターの反射内面４３の少なくとも本質的な部分が、組み合わせられた放射エネルギーに対して鏡面反射性を呈するが、図１の説明で述べた通り、異なる反射性を提供することもできる。
【００５９】
「スリーパー」ＬＥＤが配置されている場合、「スリーパー」ＬＥＤは、光出力、色、色温度および／または熱的温度を保持するよう、必要なときにだけ作動されることになる。例示的な制御回路に関して後述する通り、システム３０は、制御回路２１へフィードバックを行なうよう連結された色センサを有することもできる。センサは、キャビティあるいはデフレクター内に、または器具からの統合された光によって照射される外部のポイントに、存在させることができる。
【００６０】
ＬＥＤが経年変化すると、それらは動作し続けるが、減少した出力レベルでとなる。スリーパーＬＥＤの使用は、器具の寿命を大幅に延ばす。スリーパー（以前には非アクティブな）ＬＥＤを作動させることは、例えば、初期からアクティブなＬＥＤの出力における減少に対する補償を行う。また、器具が提供できる強度の範囲に、より柔軟性がある。
【００６１】
図１乃至３に関して上述した例においては、ＬＥＤソースは、キャビティの内部上のポイントの開口部に直接連結されて、光学的統合キャビティの内部に放射エネルギーを直接放出した。また、ソースをキャビティから多少離すことができることも考えられ、その場合には、デバイスは、ソースと光学的統合キャビティとの間に連結される光ファイバあるいは光ガイドの他の態様を備えることができ、これにより、ソースから発光ポイントへの放射エネルギーをキャビティの内部に提供する。図４は、光ファイバを用いるそのようなシステム５０を示す。
【００６２】
システム５０は、光学的統合キャビティ５１と、開口部５３と、先の実施の形態のものと同様な反射内面５５を有するデフレクターと、を備える。光学的統合キャビティ５１の内面は、非常に拡散的に反射し、それに対して、デフレクター面５５は鏡面反射性を呈する。
【００６３】
先の実施の形態のように、システム５０は、制御回路２１と、電源ソース２３と、を備えている。システム５０において、放射エネルギーソースは、例えば、赤色、緑色、青色の光をそれぞれ提供する、３つの異なる波長のＬＥＤ５９を備える。そのソースは、また、白色ＬＥＤを含む、場合によっては異なる追加的な色の、あるいは図２および３の例と同様に「スリーパー」としてのＬＥＤを含む、１つ以上の追加的なＬＥＤ６１を備えている。この例（図６）において、キャビティ５１のカバープレート６３は、光ファイバ６５の光放出遠端部が嵌合される開口部を有する。ファイバー６５の近接受光端部は、ＬＥＤ５９（配置されている場合は、および６１）によって放出された光を受けるよう接続される。この方法で、ＬＥＤソース５９、６１は、例えば、ＬＥＤからの熱のより容易でより効果的な放散を可能にするよう、チャンバ５１から分離することができる。ファイバー６５は、ＬＥＤソース５９，６１からキャビティ５１へ光を搬送する。キャビティ５１は、先の例のように、ＬＥＤからの光の異なる色を統合し、そして組み合わされた光、つまり、選択された分光特性の白色光を、開口部５３を通して外へ、提供する。デフレクターは、その結果として、所望の範囲へ組み合わされた光を方向付ける。また、回路２１による強度調整は、ＬＥＤソースによって提供されたそれぞれのタイプの光の量すなわち強度を調整し、これにより、組み合わされた白色光出力の分光特性を制御する。
【００６４】
制御回路の多くの異なる例が、以下に説明される。一例においては、制御回路は、統合された放射エネルギーの色分布を検出するよう連結される色センサを備える。検出された色分布に応答する関連の論理回路は、種々のＬＥＤの出力強度を制御して、これにより、統合された放射エネルギーにおける所望の色分布を提供する。スリーパーＬＥＤを用いる例として、論理回路は、必要に応じて非アクティブ発光ダイオードを選択的に作動するよう検出された色分布に応答し、これにより、統合された白色光エネルギーにおいて所望の色分布を保持する。
【００６５】
また、装置からの均一な出力分布を提供するために、構造的閉塞を提供するよう光学的キャビティを構成することもできる。構造的閉塞タイプの変換器システムは、システムのアクティブエリアに光学的に連結される電気的／光学的変換器、典型的には、キャビティの開口部あるいはキャビティの反射によって形成される実効的な開口部を用いる。システムは拡散的反射面を用い、これにより、アクティブエリアはほぼランバーティアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）特性を呈する。マスクは、システムのアクティブエリアの部分を、例においては、キャビティの開口部あるいはキャビティ反射によって形成される実効的な開口部を、システムの所望の応答性あるいは出力性能特性を達成するような方法で、閉塞する。構造的な閉塞を用いる本システムの例においては、光学的統合キャビティは、ベースと、マスクと、ベースあるいはマスクの一方内のキャビティと、を備える。マスクは、開口部に面する拡散的反射面を有することができる。マスクは、アクティブエリアに対して、構造的にアクティブエリアを閉塞するような大きさにされ配置される。構造的な閉塞を用いる２つの例を考慮することは有用であろう。
【００６６】
図５および６は、適応された強度分布を有する統合された多重波長光を投射する、構造的な閉塞の方式を用いる、光分散装置あるいはシステム７０の第１の、単純な実施の形態を示す。断面の図示においては、システム７０は下方への照明を提供するよう向けられている。そのようなシステムは、天井あるいはひさしなどに装着、あるいは吊り下げることができる。設計者が他の照明用途にシステムを適応させるために異なる方向にシステム７０を向けるよう選択できることは、当業者にはわかるであろう。
【００６７】
照明システム７０は、先の例において統合キャビティを形成する要素と同様な方法で構成される、キャビティ７５を有するかあるいは形成するベース７３と、隣接する肩部７７，７９と、を備える。詳細には、キャビティ７５の内部は拡散的に反射し、また、肩部７７，７９の下方に面する面は反射性であってもよい。肩部面が反射性である場合、それらは鏡面あるいは拡散反射性とすることができる。マスク８１は、キャビティ開口部８５と照射される範囲との間に配置される。この対称型の実施の形態において、半円柱状のベース７３の内壁はキャビティを形成しており；したがって、開口部８５は長方形である。開口部８５の側部に沿って形成された肩部７７は、長方形である。半球状のキャビティを有するベースが円形である場合、肩部は、典型的には、部分的にあるいは完全に開口部を囲むことができるリングを形成することになろう。
【００６８】
多くの構造的な閉塞の実施の形態において、キャビティ７５は、球の本質的な部分を有する。例えば、キャビティは、先の例のように、ほぼ半球とすることができる。しかしながら、キャビティの形状は決定的には重要ではない。種々の他の形状が用いられてもよい。図示された例において、半円柱状のキャビティ７５は、長方形の開口部を有し、そして、長手方向に延びている場合、長方形の開口部はほとんど線状の開口部（スリット）に近づくことになる。実際には、どのようなキャビティ形状も、それが拡散反射内面を有する限り、効果的である。半球あるいは図示された半円柱の形状は、意図した照明の範囲への光出力の設計の容易さ、および製造に付随する容易さのために好ましい。また、とがったコーナは、ある反射されたエネルギーをトラッピングし、出力効率を低減する傾向がある。
【００６９】
構造的な閉塞の目的のために、ベース７３は、好ましくはほぼランバーティアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）エネルギー分布を呈する、アクティブ光学的エリアを有するよう、考慮することもできる。例えば、キャビティがベースに形成される場合、キャビティ７５のリムあるいは周囲によって平面の開口部８５は、開口部から出てくるエネルギーのランバーティアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）分布を有するアクティブ面を形成する。後の実施の形態に示されるように、キャビティは、マスクの、その面する面に形成することもできる。そのようなシステムにおいて、ベースの面は、拡散反射面とでき、したがって、ベース上のアクティブエリアは、基本的に、ベース面上のキャビティ開口部、つまり、マスクにおけるキャビティの物理的な開口部から出て来るエネルギーを反射するエリアの鏡像になることになろう。
【００７０】
マスク８１は、構造的に、意図した照明の範囲に対して、ベースの光学的にアクティブなエリアの一部分を閉塞する。図５の例において、光学的にアクティブなエリアはキャビティ７５の開口部８５であり；したがって、マスク８１は、開口部８５の本質的な部分−マスクの軸上におよび回りの開口部のその部分およびキャビティシステムを含んでいる−を閉塞する。開口部８５に向かって面するマスク８１の面は、反射性である。それは鏡面状であってもよいが、典型的には、この面は拡散反射性である。
【００７１】
マスク８１と開口部８５との相対的な寸法、例えば、開口部８５から離れたマスク８１の距離と同様に相対的な幅も（あるいはより多くの円形のシステムにおける直径あるいは半径）、照明システム７０の構造的な閉塞性能特性を制御する。これらのパラメータのある一定の組み合わせは、主に構造的な閉塞によってカバーされた、システム軸（図５において垂直下方）の回りの視野の広範な部分にわたって、放出の角度に対して比較的均一な発光強度を生成する。大きさと高さとの他の組み合わせは、アクティブエリアからの一定の距離でシステム軸に対して垂直な広い平面に対して均一であるシステム性能をもたらす。
【００７２】
肩部７７，７９は、また、反射性であり、したがって、少なくともいくらかの光を下方へ偏向する。肩部（およびマスクの側面）は、キャビティからの組み合わされた光の追加的な光学的処理を提供する。肩部の角度、および構造的な閉塞によって照射される領域に向いているその面の反射性は、また、その領域にわたる強度分布に寄与する。図示された例において、反射性の肩部は水平であるが、それらは開口部の平面から多少下方へ角度を付けることもできる。
【００７３】
システムによって処理された波長の光エネルギーに対して、キャビティ７５とマスク８１のその面する面との間に形成された内部空間は、基本的に、前の実施の形態における統合キャビティと同じ方法で、光学的統合キャビティとして機能する。また、ＬＥＤ８７は、多くの異なる色の光を提供し、これにより、異なる波長の光を提供する。ＬＥＤの少なくとも１つは、また、ほぼ白色光を提供する。光学的キャビティは、ＬＥＤ８７から供給された複数の色の光を組み合わせる。制御回路２１は、チャンバ供給された光のそれぞれの色の量を制御し、これにより、組み合わされた出力光に含まれるその比率を制御する。構造的な閉塞は、その光を、所望の方法で、システム７０が照射するように意図される範囲すなわちエリアにわたって、適応された強度分布で、分散する。
【００７４】
ＬＥＤ８７は、キャビティ７５の面のどのような位置あるいは部分からでも配置することができよう（あるいは光を放出するよう光ファイバによって接続することができよう）。好ましくは、ＬＥＤ出力は、開口部８５の非閉塞部分（マスクとキャビティの端との間）を通して直接見えない状態である。図５および６に示すタイプの例において、ＬＥＤ出力をそのように配置する最も容易な方法は、光をチャンバへマスク８１を貫通する開口部を通して供給するよう、ＬＥＤ８７を装着する（あるいはファイバーなどを配置する）ことである。
【００７５】
図６は、また、種々の色のアクティブおよび非アクティブ（スリーパー）のＬＥＤがある場合の、ＬＥＤの配置の例を提供する。図示する通り、ＬＥＤ８７のアレイのアクティブ部分は、２つの赤色ＬＥＤ（Ｒ）と、１つの緑色ＬＥＤ（Ｇ）と、１つの青色ＬＥＤ（Ｂ）と、含む。ＬＥＤ８７のアレイの初期アクティブ部分は、２つの赤色スリーパーＬＥＤ（ＲＳ）と、１つの緑色スリーパーＬＥＤ（ＧＳ）と、１つの青色スリーパーＬＥＤ（ＢＳ）と、含む。システムは、アクティブ白色ＬＥＤ（Ｗ）と、必要に応じてほぼ白色入力光を提供するたスリーパーＬＥＤ（ＷＳ）と、を備える。他の波長あるいは白色光源ソースが所望とされる場合、装置は、他の色のスリーパーＬＥＤと同様に、他の色のアクティブＬＥＤを備えることもできる。厳密な、ＬＥＤと、マスク８１を貫通する関連するポートと、の数、タイプ、配置および装着方法は、重要ではない。ＬＥＤの数は、例えば、規定の用途のために、所望のレベルの出力エネルギー（強度）を提供するよう、選択される。
【００７６】
システム７０は、制御回路２１と、電源ソース２３と、を備えている。これらの要素は、それぞれのＬＥＤ８７の動作および出力強度を制御する。個々の強度は、統合され分散される出力に含まれるそれぞれの色光の量を決定する。制御回路２１は、基本的に、他の例と同じ方法で、機能する。
【００７７】
図７および８は、第２の構造的な閉塞例を示す。この例において、物理的なキャビティは、マスクに実際に形成され、そして、ベースのアクティブエリアはベースのフラットな反射性パネルである。
【００７８】
図示したシステム９０は、フラットなベースパネル９１と、マスク９３と、ＬＥＤ光源ソース９５と、円錐形のデフレクター９７と、を備える。システム９０は垂直軸の回りで環状に対称であるが、長方形あるいは他の形状を有することもできる。ベース９１は、デフレクター９７の壁の間のフラットな中央領域９９を有する。領域９９は、反射性であり、システム９０によって照射される領域すなわちエリアに向かって面しているベース上のアクティブな光学的エリアを形成、あるいは包含している。
【００７９】
マスク９３は、ベース９１と構造的な閉塞によって照射される領域との間に配置される。例えば、図示した方向において、マスク９３が、ベース９１のアクティブな光学的エリア９９の上方、にあり、例えば、間接照明のために光を天井へ向かって方向付ける。もちろん、マスクおよびキャビティシステムは、タスク照明用途のためにダウンライトとして機能するよう反転することもでき、あるいは、マスクおよびキャビティシステムは、他の用途に適切な方向に光を放出するよう向けることもできる。
【００８０】
この例において、マスク９３は、先の例における統合キャビティと同様な方法で構成される、拡散反射キャビティ１０１を包含している。キャビティ１０１の物理的な開口部１０３、およびその開口部を囲むことができるマスク９３のいずれかの拡散反射面が、マスク９３上にアクティブな光学的エリアを形成する。マスク上のそのようなアクティブエリアは、照射される領域から離れる向きに、ベース９１上のアクティブ面９９へ向かって、向いている。面９９は反射性であり、好ましくは、拡散特性を有する反射性である。ベース９１の面９９は、基本的に、ベースエリア９９に投射される、キャビティ１０１を有するマスク９３の拡散された鏡像を生成するよう、作用する。器具を、意図した照明のエリアの観点から考慮すると、ベースのアクティブエリアによって形成される反射は、光学的統合キャビティ（マスクとベースとの間の）の実効的な開口部になる。その面エリア９９は、マスク９３におけるキャビティ１０１の開口部１０３から出て来るエネルギーを反射する。マスク９３は、その結果として、システム９０によって照射される領域に対して、アクティブベース面９９から拡散される光を構造的に閉塞する。マスクおよびベース上のアクティブ領域の寸法および相対位置は、基本的に、図６および７のマスクおよびキャビティシステムと同じ方法で、システムの性能を制御する。
【００８１】
システム９０は、制御回路２１と、制御された電力をＬＥＤソース９５に供給する関連する電源ソース２３と、を備えている。この例において、ＬＥＤは、ベース９１を貫通する開口部を通して、好ましくは、システムの外側から直接見えないポイントで、光を放出する。ＬＥＤ９５は、原色光の種々の波長と同様に、ほぼ白色光を提供し、そして、回路２１は、他の例に関係して上に説明した通り、それぞれのＬＥＤの電力を制御して、これにより、組み合わされた出力におけるそれぞれの色の光の量を制御する。
【００８２】
ベース９１は、反射面を有するフラットなリング状の肩部を有することができる。この例においては、しかしながら、肩部は、照明の所望の範囲に向かって角度が付けられており、円錐形のデフレクター９７を形成する。先の例のように、デフレクター９７の内面は反射性である。
【００８３】
デフレクター９７は、この例においては円形横方向断面を有する、切頭円錐の形状を有する。円錐は２つの円形の開口部を有する。円錐は、大きな端部開口部から、ベース９１のアクティブエリア９９に連結される狭い端部開口部に向かって、次第に細くなる。デフレクター円錐の狭い端部は、面９９からの光を受け、これにより、ベースとマスクとの間の拡散反射を受ける。
【００８４】
円錐９７の内面の全エリアは反射性である。先の例のデフレクターのように、反射性内面の少なくとも一部は鏡面反射性である。円錐形のデフレクター９７の壁の角度は、システム９０のために意図した照明の所望の視野の角度にほぼ相当する。円錐９７の壁の反射性のために、その内面によって反射された、すべてではなくとも、ほとんどの光は、視野内に光を維持する角度を少なくとも達成することになろう。
【００８５】
ＬＥＤ光源ソース９５のいくつかは、マスクキャビティ１０１に光の複数の波長を放出し、そして、少なくとも１つのＬＥＤはほぼ白色光を放出する。光源ソース９５は、いくらかの光をデフレクター９７の内面へ向かって方向付けることもできる。拡散反射面に当たった光線、特に、キャビティ１０１の内面およびベース９１のその面する面９９に当たったそれらは、１回以上システムの範囲内で反射し、散乱され、そして、ベースのアクティブエリア９９の周辺とマスク９３の外側の端部との間のギャップを通って出て来る。マスクキャビティ１０１およびベース面９９は、種々の波長の光およびほぼ白色光に対して、光学的統合キャビティとして機能し、そして、ギャップは、選択された分光特性の調整された白色光が出て来る、実際の統合キャビティ開口部になる。基本的に、先の例のように、ギャップを通って放出され、および／またはデフレクター９７の内面の面から反射された白色光は、所望の強度分布で、かつ所望の分光特性で、領域（図示した方向において上向き）を照射する。
【００８６】
放射エネルギーを生成し分散するための構造的な閉塞に基づいたシステムに関する追加的な情報は、共通に譲渡されている米国特許６，３４２，６９５号、６，３３４，７００号、６，２８６，９７９号、６，２６６，１３６号および６，２３８，０７７号において見つけることができる。ここに説明した色統合方式は、それらの特許で説明された構造的な閉塞デバイスのいずれにも適用できよう。
【００８７】
発明のデバイスは多数の用途を有しており、そして、出力強度および分光特性を特定の用途に都合がよいように適応および／または調整することができる。例えば、開口部を通って放出される統合された白色光の強度は、ルミネーション用途で使用されるレベル、あるいはタスク照明用途に十分なレベルとすることができる。多くの他の制御回路の特徴も実施できる。例えば、制御は、色センサからのフィードバックに応じて、設定された色特性を保持することもできる。制御回路は、また、温度センサを有することもできる。そのような例において、論理回路は、また、感知された温度に応答し、これにより、例えば、ソース出力の強度を低減して温度上昇を補償する。制御回路は、所望の分光特性を手動で設定する適切なデバイス、例えば１つ以上の可変抵抗器あるいは１つ以上のディップスイッチを備えることができ、これにより、ユーザが所望の色分布を定義あるいは選択することを可能にする。
【００８８】
自動制御も想定される。例えば、制御回路は、所望の色分布を定義するデータを受信する、論理回路に連結されたデータインターフェースを備えることもできる。そのようなインターフェースは、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末などの、別のあるいは遠隔のデバイスからの制御データの入力を可能にできる。そのようなデータインターフェースを有する多くのデバイスを、共通な中央ロケーションあるいはデバイスから制御することができる。
【００８９】
制御は、多少スタティックとすることができ、例えば、所望の色基準指数あるいは所望の色温度および全体の強度を設定し、その方法で設定したデバイスを不定期間そのままにしておく。装置は、また、例えば、特殊効果照明を提供するよう、ダイナミックに制御することもできる。また、そのような光設定は、容易に、記録され、後にあるいは異なるシステムを用いる異なる場所で再利用される。
【００９０】
上に概説した制御回路の特徴および例を評価するために、適切な図を参照して特定の例を考慮することが役立つ。
【００９１】
図９は、上述したタイプの光統合器具とともに用いられるデジタルプログラマブル制御を提供するソースの例示的な回路および関連する制御回路のブロック図である。この回路例においては、種々のタイプの放射エネルギーのソースは、ＬＥＤアレイ１１１の態様をとる。アレイ１１１は、ＬＥＤブロック１１３、１１５および１１７によって表わされる、赤、緑および青の、それぞれの三原色の２つ以上のＬＥＤを備える。例えば、アレイは、６つの赤色ＬＥＤ１１３、３つの緑色ＬＥＤ１１５および３つの青色ＬＥＤ１１７を備えることができる。
【００９２】
この例におけるＬＥＤアレイは、また、多数の付加的なすなわち「他の」ＬＥＤ１１９を備える。追加的なＬＥＤは、ほぼ白色入力光のソースとして、１つ以上の「白色」ＬＥＤを含む。原色ＬＥＤは、選択可能な色調整および／または補正のための光を提供する。
【００９３】
本説明において関心があろういくつかの他のタイプの追加のＬＥＤがある。１つのタイプの追加的なＬＥＤは、チャンバ内の統合のための放射エネルギーの１つ以上の追加的な波長を提供する。追加的な波長は、光スペクトルの可視部分にあることができ、これにより、より大きな度合いの色調整を可能する。あるいは、追加的な波長ＬＥＤは、可視スペクトルの外側の波長、例えば赤外範囲あるいは紫外範囲の１つ以上のエネルギーを提供することができる。
【００９４】
システムに含めることができる追加的なＬＥＤの第２タイプはスリーパーＬＥＤである。上述の通り、いくつかのＬＥＤはアクティブであり、スリーパーは、少なくとも初期動作では、非アクティブとできる。例として図１０の回路を用いる場合、赤色ＬＥＤ１１３、緑色ＬＥＤ１１５および青色ＬＥＤ１１７は、通常、アクティブにできる。ＬＥＤ１１９の１つ以上は、典型的には、特定のシステムに用いられるそれぞれの色の１つ以上のＬＥＤおよび、場合によっては１つ以上の白色ＬＥＤを含むスリーパーＬＥＤであってもよい。
【００９５】
図１０に示す電気部品は、また、ＬＥＤ制御システム１２０を備える。システム１２０は、種々のＬＥＤのドライバ回路と、マイクロコントローラと、を備える。ドライバ回路は、電流をそれぞれのＬＥＤ１１３〜１１９に供給し、これにより、ＬＥＤを発光させる。ドライバ回路１２１は赤色ＬＥＤ１１３を駆動し、ドライバ回路１２３は緑色ＬＥＤ１１５を駆動し、そして、ドライバ回路１２５は青色ＬＥＤ１１７を駆動する。同様な方法で、アクティブなとき、電流をドライバ回路１２７は他のＬＥＤ１１９に供給する。他のＬＥＤが他の色の光を提供し、直列に接続される場合、単一のドライバ回路１２７とすることができる。ＬＥＤがスリーパーである場合、それぞれのＬＥＤ１１９の別のドライバ回路１２７を配置することが好ましいこともある。規定のＬＥＤの発光の強度は、それぞれのドライバ回路によって供給された電流のレベルに比例する。
【００９６】
それぞれのドライバ回路の電流出力は、システムのより高いレベルのロジックによって制御される。このデジタル制御例においては、ロジックはプログラマブルマイクロコントローラ１２９によって実行されるが、離散的な論理部品、特定用途向け集積回路など（ＡＳＩＣ）など他の態様をとることができることは当業者にはわかるであろう。
【００９７】
ＬＥＤドライバ回路およびマイクロコントローラ１２９は、適切な電源ソース（別途図示せず）に接続される電源ソース１３１から電力を受ける。ほとんどのタスク照明用途では、電源ソースはＡＣライン電流源ソースとできるが、ある用途はバッテリーなどからのＤＣ電力を用いることもできる。電源ソース１２９は、ドライバ回路１２１〜１２７およびマイクロコントローラ１２９によって、ソースからの電圧および電流を必要とされるレベルに変換する。
【００９８】
プログラマブルマイクロコントローラは、典型的には、データを記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および制御プログラミングおよびあらかじめ定められた光「配合表」などの事前定義動作パラメータを記憶する読出し専用メモリ（ＲＯＭ）および／または電気消去可能な読出し専用メモリ（ＥＥＲＯＭ）を備える、すなわち接続されている。マイクロコントローラ１２９は、それ自体が、中央処理装置（ＣＰＵ）および場合によっては関連する演算論理ユニットを構築するレジスターおよび他の部品を備える。ＣＰＵは、所望の方法でデータを処理し、これにより、所望の制御出力を生成するプログラムを実行する。
【００９９】
マイクロコントローラ１２９は、所望のレベルにＬＥＤの個々の出力強度を設定するようＬＥＤドライバ回路１２１〜１２７を制御するようにプログラムされており、これにより、キャビティの開口部から放出される組み合わされた白色光は所望の分光特性および所望の全体の強度を有する。マイクロコントローラ１２９は、特定のシステムに使用されるＬＥＤによって提供される利用可能な波長の所望の「配合表」すなわち混合を、基本的に、定めて保持するすなわちプリセットするようにプログラムすることができる。以下に説明される通り、マイクロコントローラ１２９は、特定の「配合表」すなわち混合を指定する制御入力を受け取る。所望の混合が保持されることを確実にするために、マイクロコントローラは適切な色センサから色フィードバック信号を受け取る。マイクロコントローラは、また、例えば光学的統合キャビティ中の、あるいは近傍の温度センサからのフィードバック信号に応答可能とすることもできる。
【０１００】
電気システムは、また、所望の動作セッティングに関してマイクロコントローラ１２９に指示する情報を入力する１つ以上の制御入力１３３を有する。多くの異なるタイプの入力を用いることができる。都合上、いくつかの選択的な方法を図示する。規定の設備は、選択された１つ以上の図示された制御入力機構を備えることができる。
【０１０１】
一例として、ユーザ入力は、多くのポテンシオメーター１３５の態様をとることができる。その数は、典型的には、特定のＬＥＤアレイ１１１によって提供される異なる光波長の数に対応することになる。ポテンシオメータ１３５は、典型的には、マイクロコントローラ１２９によって（あるいは関連する回路において）提供される１つ以上のアナログ／デジタル変換インターフェースを介して接続する。統合された光出力のパラメータを設定するために、ユーザは、ポテンシオメータ１３５を調整し、これにより、それぞれの色の強度を設定する。マイクロコントローラ１２９は、入力セッティングを検出し、ＬＥＤドライバ回路を制御し、それに応じて、種々の波長の光を提供するＬＥＤの対応する強度レベルを設定する。
【０１０２】
他のユーザ入力実施では、１つ以上のディップスイッチ１３７を用いることができる。例えば、多くの配合表の１つに対応するコードを入力する一連のそのようなスイッチであってもよい。マイクロコントローラ１２９によって用いられるメモリは、それぞれの配合表のアレイ１１１における異なる色のＬＥＤの必要な強度レベルを記憶することになる。入力コードに基づいて、マイクロコントローラ１２９はメモリから適切な配合表を検索する。そして、マイクロコントローラ１２９は、ＬＥＤドライバ回路１２１〜１２７を制御し、それに応じて、種々の波長の光を提供するＬＥＤ１１３〜１１９の対応する強度レベルを設定する。
【０１０３】
選択的な方法として、あるいは、ポテンシオメータ１３５あるいはディップスイッチ１３７の態様のユーザ入力に加えて、マイクロコントローラ１２９は、別のソースあるいは遠隔のソースから供給された制御データに応答可能とできる。その目的のために、いくつかのバージョンのシステムは、１つ以上の通信用インターフェースを備えることになる。そのようなインターフェースの一般的なクラスの一例は、有線インターフェース１３９である。１つのタイプの有線インターフェースは、典型的には器具が動作する構内のパーソナルコンピュータなどへの、および／またはからの通信を、典型的には、可能にする。そのようなローカルの有線インターフェースの例は、ＵＳＢ、ＲＳ−２３２および有線タイプのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）インターフェースを含む。適切なモデムなど他の有線インターフェースは、典型的には構外の遠隔のコンピュータとのケーブルあるいは電話回線の通信を可能にすることもできる。図においてインターフェース１４１によって表わされるように、データインターフェースの他の例は無線通信を提供する。無線インターフェースは、例えば、無線周波数（ＲＦ）あるいは赤外線（ＩＲ）リンクを用いる。無線通信は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と類似のローカルの構内通信とすることができる。あるいは、無線通信は、広域ネットワークとの無線通信リンクを用いる構外の遠隔のデバイスとの通信を可能にすることができる。
【０１０４】
上述の通り、電気部品は、また、制御ロジックへフィードバック信号としてシステム性能測定を提供する、この例においてマイクロコントローラ１２９によって実施される、１つ以上のフィードバックセンサ１４３を備えることができる。種々の異なるセンサを、異なる用途に、単独であるいは組み合わせて用いることができる。図示された例において、フィードバックセンサのセット１４３は、色センサ１４５および温度センサ１４７を備える。図示しないが、全体の強度センサなど他のセンサを用いることもできる。適切な物理的な条件、例えば温度、色、強度など、を測定するよう、センサは、システム内あるいは周囲に配置される。
【０１０５】
色センサ１４５は、例えば、統合された放射エネルギーの色分布を検出するよう接続される。色センサは、光学的統合キャビティ内、デフレクター内（配置されている場合）、あるいは特定のシステムによって照射された範囲におけるポイントで、エネルギーを検出するよう接続することができる。適切な色センサの種々の例が知られている。例えば、色センサはＴＡＯＳ株式会社によって販売されているタイプの、デジタルコンパチブルセンサとすることができる。他の適切なセンサは米国特許５，８７７，４９０号において開示された、種々の光検出器要素に適切な色分解を有する四分円光検出器を用いることができる（色分析の説明については米国特許５，９１４，４８７号参照）。
【０１０６】
検出された色分布に応答する関連の論理回路は、種々のＬＥＤの出力強度を制御して、これにより、適切なセッティングと一致する、統合された白色光エネルギーにおける所望の色分布を提供する。スリーパーＬＥＤを用いる例として、論理回路は、必要に応じて非アクティブ発光ダイオードを選択的に作動するよう検出された色分布に応答し、これにより、統合された光エネルギーにおいて所望の色分布を保持する。色センサは、システムによって生成された統合された白色光エネルギーの色を測定し、マイクロコントローラ１２９に色測定信号を出力する。ＴＡＯＳ株式会社の色センサを用いる場合、例えば、信号は色から周波数変換へと導出されたデジタル信号である。
【０１０７】
温度センサ１４７は、関連するアナログ／デジタル変換器を有する簡単な温度−電気変換器とすることができ、あるいは、種々の他の温度検出器を用いることもできる。温度センサは、器具上あるいは内部に、典型的には、ＬＥＤあるいはほとんどのシステム熱を生成する他のソースの近傍のポイントに、配置される。温度センサ１４７は、マイクロコントローラ１２９に、測定された温度を表わす信号を出力する。ここではマイクロコントローラ１２９によって実行されるシステムロジックは、例えば、検出された温度に応じてＬＥＤの１つ以上の強度を調整することができ、これにより、温度上昇を補償するようソース出力の強度を低減する。しかしながら、マイクロコントローラ１２９のプログラムは、典型的には、システムに用いられる光の種々の波長間の所望のカラーバランスを保持するよう種々のＬＥＤの強度を処理することになるが、温度に応じて全体の強度を変えることもできる。例えば、温度がアクティブＬＥＤ（経年変化あるいは熱が増加している）への増加したドライブ電流のために上昇している場合、制御装置はそれらのＬＥＤの１つ以上を非作動状態にし、対応する数のスリーパーを作動することもできる。理由は、新しく起動されるスリーパーはより低い電流において同様な出力を提供し、これにより少ない熱しか発生しないからである。
【０１０８】
図９の上記説明は、制御ロジックのプログラムされたデジタル実行と関係していた。当業者には、制御を、アナログ回路を用いても、実行できることがわかるであろう。図１０は、赤、緑および青色ＬＥＤを用いる照明装置（例えば図１において１９で示されるタイプ）の簡単なアナログ制御の回路図である。別の一定あるいは可変ソース（図示せず）が電力を白色光源ソースとして機能する光バルブに供給すると、この説明のために仮定する。ユーザは、対応する１つのポテンシオメータを操作することによって、それぞれのタイプのＬＥＤ発光（赤、緑あるいは青）の強度のレベルを定める。回路は、２あるいは３セットのＬＥＤ（赤、緑および青）に調整可能な電力を供給するドライバ回路と、対応するポテンシオメータのセッティングと一致するそれぞれのドライバ回路の出力を調整するアナログ論理回路と、を基本的に備える。ＬＥＤの追加の色のためには、追加的なポテンシオメータおよび関連する回路が配置されることになろう。当業者は、さらなる説明をせずとも、図示した図１０のアナログドライバおよび制御ロジックを実現できるであろう。
【０１０９】
上述したシステムは、照明器具によって提供された色を設定するあるいは調整することが望まれる広範囲の用途を有する。これらは、タスク照明用途、信号灯用途、同じく、物体あるいは人を照射するための用途を含む。いくつかの照明用途は、多くのシステムの共通の全体制御ストラテジーを含む。図９の説明で述べた通り、制御回路は、マイクロコントローラ１２９が他の処理システムと通信可能とする通信用インターフェース１３９または１４１を備えることができる。図１１は、光統合および拡散タイプ器具を備える多くの放射エネルギー生成システムの制御回路２１が通信ネットワーク１５３を介してマスター制御ユニット１５１と通信する例を示す。マスター制御ユニット１５１は、典型的には、パーソナルコンピュータなど適切なユーザインターフェースを有するプログラマブルコンピュータである。通信ネットワーク１５３は、どのような所望のタイプのＬＡＮあるいは広域ネットワークとすることができる。通信は、オペレータがすべてのリンクされたシステムの色および出力強度を制御すること、例えば、組み合わされた照明効果を提供することを可能にする。
【０１１０】
共通に制御される照明システムは、システムの意図した使用に応じて、種々の異なる方法で、配置するとこができる。図１３は、例えば、多少不規則な配置の照明システムを示す。円は、システムデフレクターの大きな開口部など、それらのシステムの出力開口部を表わしている。点線は、放出された放射エネルギーの範囲を表わしている。照明システムのそのような配置は、所望の照明を壁あるいは他の物体に投射するよう用いることができ、そして、ユーザが異なる時に特殊照明効果を生成することを可能にすることができる。他の用途は、例えば、ニュース番組、パネルディスカッションあるいはトークショーのテレビ番組中に、異なる話し手に対して異なる色照明を提供することを含むことができる。
【０１１１】
上記の例においては、デフレクター、マスクあるいは肩部は、器具の開口部から出てくる統合された白色光の光学処理をさらに提供するよう用いられていた。種々の他の光学処理デバイスは、それらの光学処理要素のいずれかの代わりに、あるいは組み合わせて用いられることができる。例は、種々のタイプのディフューザーと、コリメータと、可変集光機構と、絞りすなわち開口部サイズコントロール機構と、を備える。これらの例のいくつかが、図１５乃至１６に示される。
【０１１２】
図１３Ａ乃至１３Ｃは、開口部を通って放出された統合されたエネルギーを処理する第２の光学的処理要素の種々の態様を有する、光学的キャビティＬＥＤ器具の、いくつかの例の断面図である。同様の器具は、他の放射エネルギースペクトルを処理し放出することができるが、説明のために、ここでは、我々は、これらの「照明」器具がスペクトルの可視部分における白色光を処理し放出すると仮定することにする。これらの初めの３つの例は互いに同様であり、共通の面を、まず、説明する。それぞれの器具２５０（図１３Ａ〜１３Ｃにおける２５０ｃ〜２５０ａのそれぞれ）は、図１の例におけるものと同様の、光学的統合キャビティ１１と、少なくとも１つの白色光のソース２０と、ＬＥＤ１９と、を備える。先の例に用いられるものと同様の電源ソースおよび制御回路は、ＬＥＤのドライブ電流を供給する。類似性を考慮して、図示の簡略化のために、電源ソースおよび制御回路はこれらの図から省略されている。
【０１１３】
図１３Ａ〜１３Ｃの例において、それぞれの照明器具２５０ａ〜２５０ｃは、ドーム１１およびカバープレート１５によって形成される、光学的統合キャビティ１１を備える。キャビティ１１の内面を形成するドーム１３およびカバープレート１５の面は、拡散的反射性である。１つ以上の開口部１７が、プレート１５を貫通して形成されるこれらの例においては、キャビティ１１から外部へ反射され統合された白色光の透過のための光通路を提供する。要素１１〜１７の材料、位置、方向および可能な形状は、上に説明した。
【０１１４】
先の例のように、それぞれの器具２５０ａ〜２５０ｃは、図１の例でような、キャビティ１１に異なる波長の光を放出する多くのＬＥＤ１９を備える。多くのＬＥＤは、初期のスタートアップから、アクティブになる。それに対して、また、上述の通り、他のものは初期非アクティブ「スリーパー」とできる。ＬＥＤ１９の可能な組み合わせおよび位置は、先の例に関して、上に詳細に説明した。また、ＬＥＤ１９は光学的統合キャビティの内部に複数色の光を放出する。ＬＥＤ１９に印加されるドライブ電流の大きさの制御は、キャビティ１１に供給されるそれぞれの光の色の量を制御する。他のＬＥＤあるいは適切なランプあるいはバルブなどの、ソース２０は、キャビティ１１にほぼ白色光を提供する。キャビティ１１は、異なるソースからの種々の量の光を、開口部１７を通して放出するための選択された分光特性の、組み合わされた白色光に、統合する。
【０１１５】
３つの例（図１３Ａ〜１３Ｃ）は、開口部１７から出て来る選択された白色光出力を処理する、開口部１７に連結される、処理要素に関して異なっている。図１３Ａの例において、図１のようなデフレクターの代わりに、器具２５０ａは、レンズ２５１ａを、開口部１７内にあるいはカバーするように、備える。器具２５０ａの特定の用途に対して所望とされる場合、レンズは、放出された組み合わされた光を集中させるあるいは拡散する、どのような都合のよい態様をもとることもできる。レンズ２５１ａは、クリアあるいは半透明とすることができる。
【０１１６】
図１３Ｂの例において、器具２５０ｂは、開口部１７をカバーする曲面状透過ディフューザー２５１ａを備える。ディフューザーは、どのような都合のよい態様、例えば、プラスチックあるいはガラスの白色かクリアなドームを、とることができる。あるいは、ドームは、プリズム材料から形成することもできる。器具２５０ｂの特定の用途に対して所望とされる場合、開口部をカバーすることに加えて、要素２５１ｂは放出された白色光を拡散する。ドーム形状のディフューザーは、２５１ｂで示すように、単に、開口部をカバーすることもでき、あるいは、ＬＥＤ１９の背部を、同様に、カバーすることもできる。
【０１１７】
図１３Ｃの例において、ホログラム回析プレートすなわちグレーディング２５１ｃは、器具２５０ｃにおける光学的出力処理要素として機能する。ホログラム格子はディフューザーの他の態様である。ホログラムディフューザー２５１ｃは、開口部１７内に配置されるか、あるいは開口部１７をカバーするようプレート１５に取付けられる。ホログラムディフューザーは、照明の拡散エリアにわたる厳密な制御を提供し、透過効率を増加する。ホログラムディフューザーおよび／またはホログラムフィルムは、ニュージャージー州バリントンのＥｄｍｕｎｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｏｐｔｉｃｓを含む多くの製造業者から入手可能である。
【０１１８】
さらに他の光処理要素を、出力レンズ２５１ａ、ディフューザー２５１ｂおよびホログラムディフューザー２５１ｃの代わりに、統合された光出力を処理するあるいはガイドするよう、使用できることは、当業者にはわかるであろう。例えば、光ファイバーの束を、光を所望のポイントおよび／または所望の方向に導くよう使用することができる。
【０１１９】
ここに説明した例示的なシステムは、どのような特定の用途に対しても、好ましいどのような大きさをも有することができる。システムは、部屋を照らすあるいはスポットあるいはフロア照明を提供するよう比較的大きくすることもできる。システムは、また、例えば、インディケータ用などの、小さなピンポイントの光を提供するよう比較的小さくすることもできる。システム２５０ａは、レンズを有していてもあるいは有していなくても、小型化に、特に、適している。例えば、ＬＥＤを支持するプレートの代わりに、単一チップにＬＥＤを製造することもできる。チップ貫通する開口部を配置することが不都合である場合、開口部を反射ドームを貫通して形成することもできる。
【０１２０】
図１４は、組み合わされた色の光出力を光学的に処理するさらに他の要素を有する、光学的統合キャビティＬＥＤ照明器具を有する「照明」システム２６０の他の例を示す。システム２６０は、図１および図１３Ａ乃至１３Ｃの例におけるものと同様な光学的統合キャビティを備えており、同じ参照符号を対応する部品を示すために用いる。
【０１２１】
図１６の例において、照明器具は、ドーム１１およびカバープレート１５によって形成される、光学的統合キャビティ１１を備える。キャビティ１１の内面を形成するドーム１３およびカバープレート１５の面は、拡散的反射性である。１つ以上の開口部１７が、プレート１５を貫通して形成されるこの例においては、キャビティ１１から外部へ反射され統合された白色光の透過のための光通路を提供する。要素１１〜１７の材料、位置および方向は、上に説明した。先の例のように、システム２６０は、異なる波長の光をキャビティ１１に放出する多くのＬＥＤ１９を備える。ＬＥＤ１９の可能な組み合わせおよび位置は、先の例に関して、上に詳細に説明した。
【０１２２】
ＬＥＤ１９は光学的統合キャビティ１１の内部に複数色の光を放出する。この例において、光の色は、放射エネルギースペクトルの可視部分にある。ＬＥＤ１９に印加されるドライブ電流の大きさの制御は、キャビティ１１に供給されるそれぞれの光の色の量を制御する。他のＬＥＤあるいは適切なランプあるいはバルブなどの、ソース２０は、キャビティ１１にほぼ白色光を提供する。多くのＬＥＤは、初期のスタートアップから、アクティブになる。それに対して、上述の通り、他のものは初期非アクティブ「スリーパー」とできる。キャビティ１１は、種々の量の異なる色の光をほぼ白色入力光と統合し、これにより、開口部１７を通して放出するための選択された色バランスあるいは温度の組み合わされた白色光を生じる。
【０１２３】
システム２６０は、また、ＬＥＤ１９に連結されそれぞれのＬＥＤソースの放射エネルギーの出力強度を定める制御回路２６２を備える。制御回路２６２は、典型的には、ＡＣ電源ソース２６４として示さしたソースに連結された電源回路を備えるが、電源ソース２６４はＤＣ電源ソースであってもよい。。いずれの場合も、回路２６２は、ＬＥＤ１９（および、場合によっては、ソース２０）に必要なドライブ電流を生成するよう、利用可能なソースからの電圧を処理するように適応することができる。図９および１０に関係して上に説明した通り、制御回路２６２は、適切な数のＬＥＤドライバ回路を備えており、それぞれの個々のＬＥＤ１９に印加される電力を制御し、これにより、それぞれの異なるタイプ／色のキャビティ１１に供給される放射エネルギーの強度を制御する。それぞれのＬＥＤソースの発光の強度の制御は、光学的統合キャビティ１１の開口部１７を通って放出される組み合わされた白色光エネルギーの分光特性、この場合、可視白色光出力の色特性を設定する。
【０１２４】
制御回路２６２は、多くの異なる制御入力信号、例えば、図１４に矢印によって示されるよう１つ以上のユーザ入力に応答可能とすることもできる。フィードバックを、また、温度センサ（この例においては図示せず）あるいは１つ以上の色センサ２６６によって出力することができる。色センサ２６６は、キャビティに、あるいは、開口部１７を通って放出された光を処理する要素に配置することもできる。しかしながら、多くの場合において、プレート１５および／またはドーム１３は、キャビティからの統合された光のうちのいくらかを通すことができ、その場合においては、キャビティを形成する外側の壁のどのようなそうした透過可能なポイントに隣接する色光センサ２６６を配置すれば、実際には、十分である。例において、センサ２６６は、プレート１５に取付けられて示されている。制御フィードバックの詳細は、図９における回路に関して、先に説明した。
【０１２５】
図１４の例は、開口部１７を通ってキャビティ１１からの放出後の白色光を方向付けて、処理するための異なる配置を用いる。このシステム２６０は、コリメータ２５３と、調整可能な絞り２５５と、調整可能な集光レンズ系２５９と、を用いる。
【０１２６】
コリメータ２５３は、所望の用途および開口部１７の付随する形状に応じて、種々の異なる形状を有することができる。説明の容易さのため、ここでは、示された要素が、開口部１７を有する、円形であると仮定する。したがって、例において、コリメータ２５３は、光学的統合キャビティ１１の開口部１７に連結される近接端部で円形状の開口部を有する、ほぼ円柱状のチューブを備える。システム２６０は、選択された所望の分光特性の白色光を、照明の所望の範囲へ向かって、コリメータ２５３の遠端部で円形状の開口部を介して、放出する。
【０１２７】
コリメータ２５３の内面は反射性である。反射内面は、拡散的反射性あるいは準鏡面状とすることができる。典型的には、この実施の形態において、デフレクター／コリメータ要素２５３の内面は鏡面状である。コリメータ２５３を形成するチューブは、また、平行にされ統合された光を光学的に処理する一連の要素を支持する。当業者は、用いることができる処理要素のタイプに通じているであろうが、理解の目的のために、２つの特定のタイプのそのような要素を考慮することは有用であろう。
【０１２８】
まず、コリメータ２５３を形成するチューブは、可変絞りを支持する。絞り２５７は、出力開口部を有効に制限し、これにより、システム２６０によって出力できる白色光の強度を制限する、第２の開口部を表わす。絞りは、コリメータチューブに示したが、開口部１７に装着すること、あるいは開口部１７として機能することもできる。回路２５７は、絞り２５５の開口部の大きさあるいは調整を制御する。実際には、ユーザは、ＬＥＤ制御回路（例えば、図１における２１を参照）を作動して、これにより、出力光の色バランスあるいは温度を設定する、つまり、その結果として、システム２６０が所望のカラーバリエーションの白色光を出力する。そして、出力光の全体の強度は、回路２５７および絞り２５５を通じて制御される。絞り２５５を広く開口することにより、より高い出力強度を提供し、それに対して、絞り開口の大きさを減少することにより、光出力の強度を減少させる。
【０１２９】
システム２６０において、コリメータ２５３を形成するチューブは、例示の目的で２つのレンズ２６１，２６３として示した、調整可能な集光システム２５９の１つ以上のレンズ要素を支持する。レンズ間の間隔、および／またはレンズ系２５９の他のパラメータが、集光制御回路２６７からの信号に応じて、機構２６５によって調整される。制御信号あるいはデジタル制御情報などに応じて、放出された光を可変に集光するよう用いることができる要素の広いクラスを表わすために、システム２５９の要素２６１〜２６７を、ここに例示の目的で示す。システム２６０がスポットライトとして機能する場合、レンズ系２５９の調整が、システムが照射するターゲット物あるいは対象上のスポットの大きさを有効に制御する。照明スポットの形状を制御するマスクあるいはビーム形成のための種々のシャッター配置などの、他の光学的処理要素を配置できることは、当業者には、わかるであろう。
【０１３０】
別の制御回路２５７，２６７として示したが、これらの回路の機能をともに互いに統合するか、あるいはＬＥＤ１９の動作を制御する回路２６２に統合することもできる。例えば、システムは、ＬＥＤドライブ電流、絞り制御および集光制御の制御プログラムを実行することができる単一のマイクロプロセッサあるいは同様のプログラマブルマイクロコントローラを用いることもできる。
【０１３１】
光学的統合キャビティ１１およびＬＥＤ１９は、正確に制御された合成カラーバランスあるいは温度の白色光を生成する。既に述べた通り、ＬＥＤ電流の制御は、白色出力に統合された光のそれぞれの色の量を制御する。そして、絞り２５５によって提供された開口の制御は、システム２６０の統合された光出力の強度を制御する。システム２５９による集光の制御は、光放出の幅の制御を可能にし、これにより、システム２６０によって照射されるエリアすなわち領域の広がりの制御を可能にする。他の要素をビーム形状を制御するために配置することもできる。そのようなシステムの専門の演出照明用途には、劇場あるいはスタジオ照明を含む、例えば、その場合、スポットライトビームの色（温度あるいはバランス）、強度および大きさを制御することが好ましい。ＬＥＤ制御回路２５７、絞り制御回路２５７および集光制御回路２６７を図１１におけるものと同様のネットワークに接続することによって、白色光の色特性、多くの灯の強度およびスポットサイズを、遠隔のネットワークターミナルから、例えばスタジオあるいは劇場内のエンジニアステーションにて、制御することが可能になる。
【０１３２】
上記の例の説明では、例えば、部屋を照らすあるいは劇場あるいはスタジオのスポット照明を提供する、照度タイプ照明用途を主に参考にした。他の用途に関しては、簡単な説明のみをこれまで行った。しかしながら、ここに説明された方式が、また、他の用途、特に信号照明の種々の種類など、発光用途において広汎な使用を見出すことが、当業者にはわかるであろう。
【０１３３】
図１５は、ウォールウォッシャータイプの照明器具３５０の例の断面図である。先の例のように、器具３５０は拡散的反射内面を有する光学的統合キャビティ３５１を備える。この器具においては、キャビティ３５１はほぼ長方形の断面を有する。図示する通り、器具３５０は、白色ＬＥＤ３５５によって表わされる少なくとも１つの白色光源ソースを有する。器具は、また、種々の原色、一般に赤（Ｒ）緑（Ｇ）および青（Ｂ、この断面図においては見えない状態にある）の、いくつかのＬＥＤ３５９を備える。ＬＥＤ３５９は初期アクティブＬＥＤとスリーパーＬＥＤの両方を含み、そして、ＬＥＤ３５９は先の例におけるものと同様である。また、ＬＥＤは、長方形部材３５３の内面によって形成された光学的統合キャビティ３５１に、制御された量の複数の色の光を放出する。先の例に用いられるものと同様の電源ソースおよび制御回路は、ＬＥＤ３５９のドライブ電流を供給する。この例においては、同じ回路が、白色ＬＥＤ３５５に印加されるドライブ電流を制御する。類似性を考慮して、図示の簡略化のために、電源ソースおよび制御回路は図１５から省略されている。
【０１３４】
特定の照明用途に役立つ所望の形状の、１つ以上の開口部３５７は、反射され統合される白色光のキャビティ３５１から外側への通過の光通路を提供する。先の例のように、開口部を横方向中心に配置されることができる；しかしながら、この例においては、開口部は左（図示した方向において）への光通過を促進するよう中心から外れている。用いることができる、キャビティおよびＬＥＤのタイプは、先の例に関係して説明したものと同様である。
【０１３５】
ここでは、器具３５０が、例えば、壁あるいは製品を照射するよう、器具の左へ多少上方へ主に白色光を提供するように意図されると仮定されている。白色光源ソース３５５の存在は、器具が出力する白色光の強度を増加する。原色ＬＥＤ３５９の出力の制御は、オペレータが、ソース３５５からの白色光の、通常白色光からのどのような変化に対しても補正を行うこと、および／または光出力のカラーバランス／温度を調整することを可能にする。例えば、白色光源ソース３５５が図示したようなＬＥＤである場合、それが提供する白色光はやや青い傾向がある。ＬＥＤ３５９からの光出力の強度は、所望の通りあるいは所望とされるとき、この青さを補償するよう、例えば、日光あるいは一般的な白熱ソースからの光に近い光出力を提供するよう、調整することができる。
【０１３６】
動作の他の例として、器具３５０（あるいは先の器具のいずれか）を、例えば、店などに展示される、製品を照射するよう用いることができるが、そのような使用では回転あるいは反転させることもできる。異なるバランスを有する白色光によって照射されれば、異なる製品がよりよい印象を与えることもある。例えば、より黄色いトーンの光によって照射されると、新鮮なバナナが来店客に対してより魅力的となることもある。しかしながら、赤い缶で販売されているソーダは、より赤いトーンの光によって照射されると、来店客に対してより魅力的となるかもしれない。それぞれの製品に対して、ユーザは、ＬＥＤ３５９および／または３５５からの光出力の強度を調整することができ、これにより、もし人間／顧客によって直接観察されればほぼ白色に見えるが、所望の強調トーンを提供し、それによって、展示されている特定の製品の照明を最適化する光を生成することができる。
【０１３７】
種々の先の例に関して上に説明した通り、器具３５０はどのような所望の出力処理要素を備えることができる。図示するウォールウォッシャーの実施の形態（図１５）における器具３５０は、光学的統合キャビティ３５１の開口部３５７から放出された光をさらに処理し方向付ける、この場合、壁あるいは製品へ向かって多少器具３５０の左の上方へ方向付ける、デフレクターを備える。デフレクターは、反射内面３６５ａ，３６５ｂを有する２つの対向したパネル３６５ａ，３６５ｂによって形成される。他の形状を所望のエリアすなわち領域に光出力を方向付けるよう用いることができるが、図示では、図示した方向において左へ延びる多少異なる角度に設定された比較的フラットなパネルとしてのパネル３６５ａ，３６５ｂを示している。もちろん、すべての例では、器具は、どのような所望の角度すなわち方向にでも回転でき、これにより、規定の用途において、特定の領域あるいは対象に、光を方向付ける。
【０１３８】
述べた通り、それぞれのパネル３６５ａ，３６５ｂは反射内面３６９ａ，３６９ｂを有する。先の例のように、デフレクター面のすべてあるいは部分が、拡散的反射性、準鏡面状、あるいは鏡面状であってもよい。ウォールウォッシャーの例においては、デフレクターパネル面３６９ｂは拡散的に反射し、そして、デフレクターパネル面３６９ａは鏡面反射性を有し、これにより、器具３５０によって照射される壁の所望のエリアにわたって放出される光の拡散を最適化する。デフレクター３６５の出力開口部は、格子、プレートあるいはレンズによってカバーすることができるが、図示したウォールウォッシャーの例においてはそのような要素は省略されている。
【０１３９】
図１６は、光学的統合キャビティタイプのＬＥＤ照明器具３７０の他の例の断面図である。この例は、光出力を光学的に処理するためにデフレクターおよびレンズを用い、そして、図２３の例と同様に、器具３７０は、白色光源ソースと組み合わせて光の種々の色を生成するためにＬＥＤを備える。器具３７０は、ドームとカバープレートによって形成される、光学的統合キャビティ３７１を備えるが、他の構造はキャビティを形成するよう用いることもできる。キャビティ３７１の内面を形成するドームおよびカバープレートの面は、拡散的反射性である。１つ以上の開口部３７７が、カバープレートを貫通して形成されるこの例においては、キャビティ３７１から外部へ反射され統合された光の透過のための光通路を提供する。キャビティを形成する要素の材料、大きさ、方向、配置および可能な形状と、ＬＥＤのタイプ／数は、上に説明した。
【０１４０】
図示する通り、器具３７０は、少なくとも１つの白色光源ソースを有する。いくつかの前の例のように、白色光源ソースは１つ以上のＬＥＤを備えることができたが、この実施の形態において、白色光源ソースはランプ３７５を備える。ランプは、白熱電球あるいは蛍光灯バルブなど光バルブのどのような都合のよい態様とすることができ；そして、所望の量の白色光を出力するために１つ、２つあるいはそれ以上のバルブがあってもよい。ランプ３７５の好ましい例は、クオーツハロゲン電球バルブである。器具は、また、種々の原色、一般に赤（Ｒ）緑（Ｇ）および青（Ｂ、この断面図においては見えない状態にある）の、いくつかのＬＥＤ３７９を備えるが、追加的な色を提供することができ、あるいは他の色のＬＥＤでＲＧＢのＬＥＤを置き換えることもできる。いくつかのＬＥＤは初期動作から作動状態にあることになる。他のＬＥＤは、逆に、スリーパーとして保持されることができる。ＬＥＤ３７９は、先の例におけるものと同様であり、光学的統合キャビティ３７１に制御された量の複数の色の光を放出する。
【０１４１】
先の例において用いられるものと同様の電源ソースおよび制御回路が、ＬＥＤ３５９のドライブ電流を供給する。類似性を考慮して、図示の簡略化のために、ＬＥＤの電源ソースおよび制御回路は図１６から省略されている。ランプ３７５を、同じあるいは同様の回路によって制御することができ、あるいは、ランプは一定の電源ソースを有することもできる。
【０１４２】
白色光源ソース３７５は、ＬＥＤ３７９の位置と同様に、開口部３７７を通って直接見えないポイントに配置することができる。しかしながら、比較的高い白色光出力強度を必要とするいくつかの用途では、白色光源ソース３７５を、この特定の例のような、開口部３７７を直接通ってその光出力の本質的な部分を放出するよう配置することが好ましいこともある。
【０１４３】
器具３７０は、上述のさらなる光学的処理要素のいずれかを組み込むこともできる。例えば、図１４の実施の形態のように、器具は、可変絞りと、可変集光システムと、を備えることもできる。図示したバージョンにおいては、しかしながら、器具３７０は、デフレクター３８５を備えており、これにより、光学的統合キャビティ３７１の開口部３７７から放出された光をさらに処理しかつ方向付ける。デフレクター３８５は、反射内面３８９を有しており、キャビティから離れて照射される領域方向へ延びるにつれて、開口部から横方向外側へ延びる。円形の実施において、デフレクター３８５は円錐形となろう。もちろん、他の器具形状を用いる用途では、デフレクターを所望の大きさおよび形状の、２つ以上のパネルによって形成することができる。デフレクター３８５の内面３８９は反射性である。先の例のように、反射性デフレクター面のすべてあるいは部分が、拡散的反射性、準鏡面状、鏡面状あるいはそれらの組み合わせであってもよい。
【０１４４】
図１６に示す通り、デフレクター３８５の近接端部の小さい開口部は、光学的統合キャビティ３１１の開口部３７７に連結される。デフレクター３８５は、その遠端部により大きな開口部を有する。デフレクター３８５の内面３８９の角度および遠端開口部の大きさが、装置３７０からの放射エネルギー放出の角度範囲を規定する。
【０１４５】
デフレクター３８５の大きな開口部は、格子、プレートあるいは例示的なレンズ３８７によってカバーされる。レンズ３８７は、クリアあるいは半透明とでき、これにより、大きな開口部から通過する光の拡散伝播処理を提供する。また、マイクロプリズムプラスチックあるいはガラスのシートなどのプリズム材料を用いることもできる。人が照射される領域から器具３７０を直接見る用途においては、直接ランプ３７５を見ることから観察者を保護するために半透明材料をレンズ３８７に用いることが好ましい。
【０１４６】
器具３７０は、このように、開口部３７７を介してキャビティ３７１から出てくる統合された光の光学的処理のためのデフレクター３８５およびレンズ３８７を備える。もちろん、図１５Ａ〜１５Ｃおよび１６に関係して上に説明したものなどの、他の光学処理要素を、デフレクター３８５およびレンズ３８７の代わりに、あるいは組み合わせて用いることができる。
【０１４７】
図１７の器具においては、ランプ３７５は、比較的高い強度のほぼ白色の光を提供する。キャビティ３７５のＬＥＤ３７９からの光の統合が追加的な色のランプ３７５からの光を追加し、そして、ＬＥＤからの異なる色の光の量を正確に制御することができる。上述した通り、ＬＥＤ３７９から追加された光の制御は色補正および／または調整を提供することができる。
【０１４８】
上の説明によって示した通り、複数の色ソースと、ソースからのエネルギー組み合わせる光学的キャビティと、を有するそれぞれの種々の照明システムは、１つ以上の器具によって生成された白色光の分光特性を制御する非常に効果的な手段を提供する。出力分光特性は、単に、チャンバへの放射エネルギーを供給するそれぞれの色のソースの強度を制御することにより制御される。
【０１４９】
好ましい色のためのセッティングは容易に再利用され、あるいは、あるシステム／器具から他のシステムへ転送される。特定のセッティングによって提供された色／温度／バランスが、例えば、展示の特定の製品を照らす、スタジオあるいは劇場において特定の人を照らすために、好ましいとわかった場合、それらのセッティングを記録し、後で適用するという簡単な事項となる。同様に、例えば、その製品が他の場所に展示されている場合、あるいはその人が異なるスタジオあるいは劇場に登場している場合、そのようなセッティングを、他のシステムあるいは器具に直ちに適用することもできる。製品および人の照明の例を多少より詳細に考慮することは有用であろう。
【０１５０】
製品については、会社が相当な量の赤色の製品マークを有する缶に新しい清涼飲料を提供すると仮定する。その会社は、ここに説明されるような１つ以上の器具を用いる照明の下の製品をテストすることができ、これにより、所望の鮮やかなディスプレイを達成するよう最適の色を決定する。典型的な場合において、光は、観察者には概ね白色であろう。赤色の製品容器の場合には、白色光は、製品が普段通りの観察者／顧客によって見られたとき赤色のマークが輝いて見えるよう、比較的高いレベルの赤を有することになる。会社が新製品のための適切なセッティングを決定するとき、その製品を展示して販売する店へそれらのセッティングを配布することができる。店は、ここに開示したどのようなタイプの他の器具をも用いることができる。店の器具は、会社が製品テストに用いた正確に同じタイプである必要はない。それぞれの店は、会社から受け取られたセッティングを用い、我々の例においては、これにより、店の器具によって製品に適用された照明の分光特性を定める。こうして、それぞれの製品ディスプレイが、会社の新しい清涼飲料製品の所望の鮮やかな赤色の照明を提供する。
【０１５１】
次に、俳優あるいはニュースキャスタに対するスタジオ照明例を考慮する。その人は、ここに説明されるような１つ以上の器具を用いる照明の下でテストされ、これにより、個人のビデオあるいはフィルム写真における所望の容姿を達成するよう最適の色を決定する。また、光は、観察者には概ね白色であろう。しかし、それぞれの人は、多少異なる温度あるいはカラーバランスレベルで、よりよく見えることになる。ある人は、より暖かい光の下で、より健康で、より自然に見えることがあり、それに対して、また他の人は、より青色い／より寒い白色光の下でよりよく見えることもある。その人の最良の光の色のセッティングを決定するようテストした後に、そのセッティングが記録される。その人が、同じあるいは異なるスタジオにおける、ここに開示したシステムを用いるどのような照明の下に登場する毎に、照明を操作する専門家は、照明を制御し、その人を正確に同じ分光特性の光で照らすよう、同じセッティングを用いることができる。同様のプロセスを、例えば、異なる雰囲気あるいは個々の演技の異なる目的のための照明用の、俳優あるいはニュースキャスタのための複数の好ましい照明条件を規定するよう用いることもできる。
【０１５２】
設定条件、例えば、製品照明あるいは人物照明、を規定するおよび転送する方法には、セッティングのマニュアル記録、および異なる照明システムへのそのセッティングの入力を用いることができる。しかしながら、図１０および１２に関係して上述したようなシステムにおいては、デジタル制御を用いることが好ましい。規定の照明システムに入力されると、製品あるいは個人のパラメータの特定のセットが、その特定の製品あるいは人が照射される都度、迅速かつ容易に再び呼び出して、そして使用できる、デジタルメモリに記憶された他の「プレセット」照明配合表になる。
【０１５３】
前述のものはベストモードおよび／または他の例であると考えられるものを説明したが、種々の変形を行うことができること、ここに開示された主題が種々の態様および例において実現できること、および、それらが、いくらかだけがここに説明された、多数の用途に適用できること、は理解されよう。以下の特許請求の範囲によって、本概念の真の範囲内にあるどのような、すべての変形および変更をクレームすることが意図される。
【０１５４】
描かれた図面は、本概念に適う１つ以上の具体化を表しており、例示のためであって、限定のためではない。図において、同じ参照符号は同じあるいは同様の部材を指す。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】特定の要素が断面で示されている、放射エネルギー放出システムの例を示す。
【図２】特定の要素が断面で示されている、放射エネルギー放出システムの他の例を示す。
【図３】図２のシステムにおける器具の底面図である。
【図４】ＬＥＤから光学的統合キャビティへ光ファイバーリンクを用いる、放射エネルギー放出システムの他の例を示す。
【図５】構造的な閉塞の方式を用いる、放射エネルギー放出システムの他の例を示す。
【図６】図５のシステムにおける器具の底面図である。
【図７】構造的な閉塞の方式を用いる、放射エネルギー放出システムの代替例を示す。
【図８】図７のシステムにおける器具の上面図である。
【図９】プログラマブルデジタル制御論理回路を用いる、放射エネルギー放出システムの１つの、電気部品の機能的ブロック図である。
【図１０】組み合わされた白色光出力の分光特性の調整のためにＬＥＤソースを制御するアナログ制御回路を用いる、放射エネルギーを放出するシステムの１つの、電気部品を示す回路図である。
【図１１】マスター制御ユニットから共通な制御機構を有する多くの放射エネルギー放出システムを示す図である。
【図１２】図１１のシステムの多くの器具の配置について説明するのに役立つ、レイアウト図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）：キャビティから出てくる組み合わされた光を処理するいくつかの他の要素を有する、光学的キャビティＬＥＤ照明器具の、追加的な例の断面図である。
【図１４】組み合わされた光出力を処理する、コリメータ、絞りおよび調整可能な集光システムを用いる、光学的キャビティＬＥＤ照明器具の他の例の断面図である。
【図１５】白色光源ソースおよび複数の原色光源ソースの組み合わせを用いる、「ウォールウォッシャー」用途に用いることができる、光学的キャビティＬＥＤ照明器具の他の例の断面図である。
【図１６】デフレクターと白色光源ソースおよび複数の原色光源ソースの組み合わせとを用いる場合における、光学的キャビティＬＥＤ照明器具の他の例の断面図である。
【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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【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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【国際調査報告】
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