(57)【要約】  発光面を有するエミッタ（７２、７２’、７２”）とエミッタ上に発光面を覆って載置された角錐集光器（１２）とを含む光源モジュールが開示されている。また複数の光源モジュールを含み、各光源モジュールが発光面を有するエミッタとエミッタ上に発光面を覆って載置された角錐集光器とを備える照明システムが開示されている。照明システムは照明対象（１７）と、少なくとも１つの光源モジュールと照明対象との間に配置された光学素子（１４、１８、１６、１９）系とをさらに含む。
2007522674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有するエミッタと前記エミッタ上に前記発光面を覆って載置された角錐集光器とを備え、前記角錐集光器が前記発光面に面する近位端と前記発光面から離れる方向に面する遠位端とを有する、光源モジュール。
【請求項２】
前記角錐集光器の前記近位端が前記発光面と接している、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記角錐集光器の前記近位端が前記発光面の寸法および形状とほぼ同じ寸法および形状を有する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記近位端が概ね正方形の形状を有するとともに遠位端が概ね正方形の形状を有する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記近位端が概ね正方形の形状を有するとともに前記遠位端が概ね矩形状を有する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記角錐集光器の前記近位端が前記発光面の周囲に係合している、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項７】
前記角錐集光器の前記遠位端に隣接配置された直線状矩形パイプ部をさらに備える、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項８】
ドーム部をさらに備える、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項９】
前記ドーム部と前記角錐集光器との間に配置された直線状パイプ部をさらに備える、請求項８に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
前記ドーム部と前記角錐集光器との間に配置された概ね円盤状のフランジをさらに備える、請求項８に記載の光源モジュール。
【請求項１１】
前記角錐集光器の前記遠位端が概ね糸巻き形の構成を有する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１２】
前記角錐集光器が前記エミッタにより出射された光の少なくとも約７０パーセントを集光する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１３】
前記角錐集光器の前記近位端と前記遠位端との間の距離がその遠位端の最大対角線より約３〜５倍長い、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１４】
前記角錐集光器が前記遠位端から前記近位端へ約２〜約６度細くなる側面を有する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１５】
前記角錐集光器が前記遠位端から前記近位端へ約１０度以下細くなる側面を有する、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項１６】
複数の光源モジュールと、
照明対象と、
前記少なくとも１つの光源モジュールと前記照明対象との間に配置された光学素子系とを備え、
各光源モジュールが発光面を有するエミッタと前記エミッタ上に前記発光面を覆って載置された角錐集光器とを備え、各角錐集光器が前記発光面に面する近位端と前記発光面から離れる方向に面する遠位端とを有する、照明システム。
【請求項１７】
前記複数の光源モジュールが非放射対称開口内にアレイに配置されている、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記照明対象がある角度で照明されるように配置されるとともにピボット軸を中心に回転可能な複数のミラーを有する画像形成デバイスであるとともに、前記非放射対称開口が、長い寸法と短い寸法とを有するとともに、前記長い寸法が前記画像形成デバイスの前記ミラーのピボット軸と位置合わせされるように配向されている、請求項１７に記載の照明システム。
【請求項１９】
前記光源モジュールおよび前記光学素子系がほぼ前記照明対象に向く複数のチャネルを形成するように構成されている、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項２０】
前記光源モジュールが球面に対して接線方向に且つ沿って配置されている、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２１】
各角錐集光器の前記近位端が、前記角錐集光器が載置された前記エミッタの前記発光面と接している、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項２２】
各角錐集光器の近位端が、前記角錐集光器が載置された前記エミッタの前記発光面の寸法および形状とほぼ同じ寸法および形状を有する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項２３】
各角錐集光器の前記近位端が概ね正方形の形状を有するとともに遠位端が概ね正方形の形状を有する、請求項２１に記載の照明システム。
【請求項２４】
各角錐集光器の前記近位端が概ね正方形の形状を有するとともに前記遠位端が概ね矩形状を有する、請求項２１に記載の照明システム。
【請求項２５】
各角錐集光器の前記近位端が、前記角錐集光器が載置された前記光源モジュールの前記発光面の周囲に係合している、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項２６】
各光源モジュールが各角錐集光器の前記遠位端に隣接配置された直線状矩形パイプ部をさらに備える、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項２７】
各光源モジュールがドーム部をさらに備える、請求項１６記載の照明システム。
【請求項２８】
各光源モジュールが前記ドーム部と前記角錐集光器との間に配置された直線状パイプ部をさらに備える、請求項２７に記載の照明システム。
【請求項２９】
各光源モジュールが前記ドーム部と前記角錐集光器との間に配置された概ね円盤状のフランジをさらに備える、請求項２７に記載の照明システム。
【請求項３０】
各角錐集光器の前記遠位端が概ね糸巻き形の構成を有する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３１】
各角錐集光器が、前記角錐集光器が載置された前記エミッタにより出射された光の少なくとも約７０パーセントを集光する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３２】
各角錐集光器の前記近位端と前記遠位端との間の距離がその角錐集光器の遠位端の最大対角線より約３〜５倍長い、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３３】
各角錐集光器がその角錐集光器の前記遠位端から前記近位端へ約２〜約６度細くなる側面を有する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３４】
各角錐集光器がその角錐集光器の前記遠位端から前記近位端へ約１０度以下細くなる側面を有する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３５】
各角錐集光器の前記近位端が概ね正方形の形状を有するとともに各角錐集光器の前記遠位端が概ね正方形の形状を有する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３６】
各角錐集光器の前記近位端が概ね正方形である形状を有するとともに各集光器の前記遠位端が概ね矩形状を有する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３７】
前記光学素子系が各角錐集光器の前記遠位端を前記照明対象上に結像するように構成されている、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項３８】
前記発光面の画像が実質的に重畳されて照明パッチを形成し、前記照明パッチが前記照明対象を実質的に満たす、請求項３７に記載の照明システム。
【請求項３９】
前記発光面の画像が稠密にされて照明パッチを形成し、前記照明パッチが前記照明対象を実質的に満たす、請求項３７に記載の照明システム。
【請求項４０】
前記発光面の画像が重複して照明パッチを形成し、前記照明パッチが前記照明対象を実質的に満たす、請求項３７に記載の照明システム。
【請求項４１】
前記角錐集光器の前記遠位端の少なくとも１つの形状が前記照明対象の形状に実質的に一致する、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項４２】
前記照明対象の形状が実質的に正方形である、請求項４１に記載の照明システム。
【請求項４３】
前記照明対象の形状が実質的に矩形である、請求項４１に記載の照明システム。
【請求項４４】
前記角錐集光器の少なくとも一部を取り囲む反射体をさらに備える、請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項４５】
前記反射体が前記発光面に近接配置されている、請求項４４に記載の光源モジュール。
【請求項４６】
前記反射体が反射コーティング、金属表面または成形片を備える、請求項４４に記載の光源モジュール。
【請求項４７】
各光源モジュールが各角錐集光器の少なくとも一部を取り囲む反射体をさらに備える、請求項１６に記載の照明システム。
【請求項４８】
各反射体が発光面に近接配置されている、請求項４７に記載の照明システム。
【請求項４９】
各反射体が反射コーティング、金属表面または成形片を備える、請求項４７に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は投射システム内で用い得る整形光源モジュールおよびそれを用いた照明システムに関する。特に本開示は角錐集光器を含む光源モジュールおよび少なくとも１つのそのような光源モジュールを用いた照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明システムは投射ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のバックライト等を始めとする多様な用途がある。投射システムは通常光源と、照明光学系と、画像形成デバイスと、投射光学系と投射スクリーンとを含む。照明光学系は光源からの光を集めてそれを所定の方法で１つまたは複数の画像形成デバイスに向ける。画像形成デバイスは電子的に条件付け且つ処理されたデジタルビデオ信号により制御され、そのビデオ信号に対応する画像を生成する。そして投射光学系はその画像を拡大してそれを投射スクリーン上に投射する。カラーホイールと連動してアークランプなどの白色光源が、投射ディスプレイシステム用の光源として主に用いられてきているとともになお用いられている。しかし近年発光ダイオード（ＬＥＤ）が代替物として導入された。ＬＥＤ光源の利点にはより長い寿命、より高い効率、および良好な熱特性がある。
【０００３】
デジタル光処理システムで頻繁に用いられる画像形成デバイスの一例はデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤの主たる特徴は回転可能なマイクロミラーの矩形アレイである。各ミラーの傾斜は各ミラーに関連するメモリセルに読み込まれたデータにより個々に制御され、反射光を導くとともにビデオデータのピクセルを投射スクリーン上のピクセルに空間的にマッピングする。オン状態のミラーにより反射された光は投射光学系を通過してスクリーン上に投射されて明視野を生成する。一方オフ状態のミラーにより反射された光は投射光学系に当たらず暗視野になる。またカラー画像はＤＭＤを用いて、例えばカラーシーケンシングを利用してまたは代替的には各原色に対して１つの３つのＤＭＤを用いて生成され得る。
【０００４】
画像形成デバイスの他の例には反射型液晶（ＬＣＯＳ）などの液晶パネルがあり、それは典型的には矩形である。液晶パネルにおいて液晶材料の位置合わせはビデオ信号に対応するデータによって増大制御（ピクセル毎に）される。液晶材料の位置合わせに応じて入射光の偏光は液晶構造によって変更され得る。従って偏光板または偏光ビームスプリッタの適切な使用により、入力ビデオデータに対応する明暗視野を生成し得る。ＤＭＤと同様の方法で液晶パネルを用いてカラー画像を形成してきた。
【０００５】
投射システムの照明光学系などの光学システムの性能は、多数のパラメータにより特徴付けられ得るが、そのうちの１つはエタンデュである。エタンデュεは以下の式を用いて算出し得る。
【数１】
2007522674.tif 000003
ここでΩは出射または受光の立体角（ステラジアン単位）、Ａはレシーバまたはエミッタの面積、θは出射または受光角度、およびＮＡは開口数である。
【０００６】
光学システムのある要素のエタンデュが上流光学素子のエタンデュより小さい場合には、そのミスマッチが光損失につながり光学システムの効率を低下させ得る。従って光学システムの性能は通常最も小さいエタンデュを有する要素によって限定される。光学システム内でエタンデュ悪化を低減するために通例採用される技術には、システムの有効性（ｌｍ／ｗ）を増加させること、光源サイズを減少させること、光線立体角を減少させること、および追加開口絞りの導入の回避をすることがある。
【０００７】
照明システムで用いられる従来の光学系は様々な構成を含んでいたが、それらの軸外性能は狭く調整した範囲でのみ満足するものであった。加えて従来の照明システムの光学系は不十分な集光特性を示していた。具体的には光源の出力の大部分が光学軸から遠く離れた角度で出射する場合には、それは殆どのＬＥＤの場合であるが、従来の照明システムはこのような光の大部分を捕捉することができない。加えていくつかの従来の反射型コリメータ、例えば楕円および放物面反射体は容認可能な集光特性を有するが、このような反射体は通常回転対称バイアスにより特徴付けられる。このようなバイアスは一般に合成画像の丸めおよび光源上の点と対象面上の点との間の全体対応関係不足につながるため秩序の損失およびエタンデュの悪化を生じる。これらおよび他の短所は例えば複雑な非球面および多数の要素の複雑な組み合わせの利用を含む、光学素子およびシステムの複雑な設計を生じた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は発光面を有するエミッタとエミッタ上に発光面を覆って載置された角錐集光器とを含む光源モジュールに関する。角錐集光器の近位端は発光面に面する一方、角錐集光器の遠位端は発光面から離れる方向に面する。本開示の適切な例示的実施形態において角錐集光器の近位端は発光面と接している。角錐集光器の近位端の寸法および形状は発光面の寸法および形状とほぼ同じであり得る。例えば近位端および遠位端は両方とも概ね正方形の形状を有し得る、または近位端が概ね正方形の形状を有し得る一方で遠位端は概ね矩形状を有する。いくつかの例示的実施形態において角錐集光器の近位端が発光面の周囲に係合している。またいくつかの実施形態において角錐集光器の遠位端が概ね糸巻き形の構成を有する。
【０００９】
本開示によれば角錐集光器をエミッタにより出射された光の少なくとも約７０パーセントを集光するように構成し得る。本開示のいくつかの例示的実施形態により構成された角錐集光器の近位端と遠位端との間の距離はその集光器の遠位端の最大対角線より通例約３〜５倍長い。いくつかの例示的実施形態において角錐集光器は遠位端から近位端へ約２〜約６度細くなる側面を有する。いくつかの例示的実施形態において角錐集光器は遠位端から近位端へ約１０度以下細くなる側面を有する。
【００１０】
本開示により構成された例示的光源モジュールは角錐集光器の遠位端に隣接配置された直線状矩形パイプ部をさらに含み得る。直線状パイプ部およびドーム部を両方含む場合、直線状パイプ部をドーム部と角錐集光器との間に配置し得る。状況に応じて角錐集光器はドーム部と角錐集光器との間に配置された概ね円盤状のフランジを含む。
【００１１】
また本開示は２つ以上の光源モジュール、照明対象、及び少なくとも１つの光源モジュールと照明対象との間に配置された光学素子系を含む照明システムに関する。各光源モジュールは発光面を有するエミッタとエミッタ上に発光面を覆って載置された角錐集光器とを含む。各角錐集光器は発光面に面する近位端と発光面から離れる方向に面する遠位端とを有する。光源モジュールを非放射対称開口内にアレイに配置することができる。照明対象がある角度で照明されるように配置された画像形成デバイスであるとともにピボット軸を中心に回転可能な複数のミラーを有する場合、非放射対称開口は長い寸法と短い寸法とを有するとともに、長い寸法が画像形成デバイスのミラーのピボット軸と位置合わせされるように配向されている。状況に応じて光源モジュールおよび光学素子系をほぼ照明対象に向く複数のチャネルを形成するように構成することができる。そのような例示的照明システムにおいて光源モジュールを球面に対して接線方向に且つ沿って配置することができる。
【００１２】
本開示のいくつかの例示的実施形態によれば各角錐集光器の近位端および遠位端は両方とも概ね正方形の形状を有することが可能であり、または各角錐集光器の近位端は概ね正方形の形状を有することができる一方で各集光器の遠位端は概ね矩形状を有する。光学素子系を各角錐集光器の遠位端を照明対象上に結像するように構成してもよい。このような例示的照明システムにおいて発光面の画像を実質的に重畳して照明パッチを形成することが可能であり、照明パッチは照明対象を実質的に満たすまたはオーバーフィルし得る。代替的には発光面の画像を稠密にして、または重複してそのような照明パッチを形成し得る。角錐集光器の遠位端の少なくとも１つの形状が照明対象の形状に実質的に一致し得る。照明対象は例えば実質的に正方形または実質的に矩形であり得る。
【００１３】
主題発明の照明システムのこれらおよび他の態様は、当業者には図面とともに以下の詳細な説明から容易に明らかになろう。
【００１４】
主題発明が関連する当業者が主題発明の作製および使用方法をより容易に理解するために、その例示的実施形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ここで図を参照すると、同様な参照番号が同様な要素を示しており、図１は投射用途に用い得る本開示の照明システムの例示的実施形態を概略的に示す。図１に示す照明システム１０は、光源モジュール７２、７２’、７２”により図示される一組の光源モジュール１２と、光学素子系１５とを含む。１つまたは複数の光源モジュールはＬＥＤ光源を含み得る。当業者には効率および出力が向上したＬＥＤが開発且つ完成すると、高い最大出力を有するＬＥＤは通常好ましいため、そのようなＬＥＤは本開示の例示的実施形態において有利に用いられるがことが理解できよう。代替的には有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または他の適切な発光デバイスを用い得る。
【００１６】
一組の光源モジュール１２は線形、直交または六角形アレイなどのアレイとして構成し得る。７２、７２’、７２”などの光源モジュールを１つまたは複数の基板上に一緒にまたは個別に載置し得るため、光源モジュールにより生成された熱を基板の材料によりまたは他の手段により容易に放熱し得る。光源モジュールを載置するのに適した基板の例には、メタルコアプリント基板などのプリント基板、銅トレースを有するポリイミドフィルムなどのフレキシブル回路、セラミック基板等がある。当業者には一組の光源モジュール１２および７２、７２’、７２”などの個別光源モジュールの多くの構成が本開示の範囲内にあるということが理解できよう。加えて光源モジュールの数およびタイプは用途、所望のシステム構成、システムの寸法およびシステムの出力輝度に応じて変わり得る。
【００１７】
図１に図示した例示的実施形態において、光学素子系１５はレンズレット７４、７４’、７４”に代表される一組のレンズ１４と、集光器１８と、視野レンズ１６と、ＴＩＲプリズムなどの他の光学素子１９とを含む。光源モジュールの数と同様に、組１４内のレンズレットの数は用途、所望のシステム構成およびシステムの所望の寸法に応じて変わり得る。本開示の適切な実施形態において各光源モジュールは集光を容易にするとともに所望の結像特性を達成するために関連する光学素子を有する。光源モジュールと関連する光学系とは本明細書では一括して「チャネル」と称する。
【００１８】
例えば図１に図示した例示的実施形態において、レンズレット７４は光源モジュール７２に関連し、レンズレット７４’は光源モジュール７２’に関連し、レンズレット７４”は光源モジュール７２”に関連する。組１４のレンズレットは平凸レンズであることが好ましく、収差を低減するとともに結果的光損失を防止するために凸面は非球面に作製され得る。それでも当業者にはレンズレットの全体形状およびサイズが特定の用途、システムの構成、システムのサイズおよびコスト問題に応じて変わり得るということは容易に理解できよう。レンズの材料はアクリル系であることが好ましいが、ポリカーボネート、ポリスチレン、ガラスまたは任意の他の適当な材料も用い得る。一般には高屈折率を有する材料が好ましいが最終的には、コスト、成形性、光学接着剤またはエポキシとの屈折率一致容易性等などの特定の用途に対して重要な要因に応じて選択を行い得る。本開示の適切な実施形態において一組のレンズ１４全体を光学素子系１５から省略し得るため、光源モジュールは同じ光学系を共有することになる。
【００１９】
いくつかの例示的実施形態において光学素子系は平凸レンズであるかまたはそれを含み得る集光器１８を含み得る。代替的には集光器は収差を低減するためにメニスカスレンズ、または出力光の所望の特性に応じて任意の他のタイプのレンズであるかまたはそれを含み得る。光学素子系１５は、特定の用途で有用であり得るように集光器１８に加えてまたは代わりに他の構成要素を含み得る。例えば異なる色の光線を分離または合成する二色性ミラー、または分離器または合成器を含み得る。
【００２０】
図１をさらに参照すると、照明対象１７の性質は特定の用途に応じて変わり得る。例えば照明対象１７は光トンネルへの入口であり得る。本開示の適切な例示的実施形態とともに用いるのに適した光トンネルは例えば米国特許第５，６２５，７３８号明細書および同第６，３３２，６８８号明細書に記載されており、本開示と矛盾しない限りその開示を本明細書に引用して援用する。光トンネルは７２、７２’、７２”などの発光モジュールの出力を均質化する役目をするとともに、ミラートンネル、通常中実または中空の矩形トンネル、もしくは全内部反射に依存してその内部で光を伝達する固体ガラス棒で構成された細長いトンネルであり得る。当業者には光トンネルの入力端および出力端に対して多数の形状組み合わせが可能であるということは理解できよう。他の例示的実施形態において照明対象１７は画像形成デバイス、例えばＤＭＤまたはＬＣＯＳであり得る。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｃは本開示の適切な実施形態において用いるのに適した光源モジュールの例示的構成を概略的に示す。具体的には図２Ａ〜２Ｃは光源モジュール１７２を示し、図２Ａは側面図、図２Ｂは正面図、および図２Ｃは平面図である。光源モジュール１７２は出射面７２４を備えるエミッタ７２２と、エミッタ上に出射面７２４を覆って載置された短角錐集光器７２７とを含む。短角錐集光器７２７は実質的に光学的に透明な物品、例えばアクリル、ポリカーボネートまたは他の適当な材料であることが好ましく、その側面は１つまたは複数の出射面から十分に大きい角度で放射する光に対して単純な反射体として動作して角錐集光器内でこのような光の全内部反射を生じる。当業者には高屈折率を有する材料で作製された角錐集光器の場合集光効率が向上するということは容易に理解できよう。
【００２２】
出射面７２４はＬＥＤの出射面、蛍光体層、または任意の他の電子放出物質であるかまたはそれを含み得る。当業者には用語「出射面」を用いて光源モジュールの任意の発光面、例えば発光半導体層または実質的に光学的に透明な材料内に封入されているチップの任意の表面部分に言及し得ることは理解できよう。出射面７２４がＬＥＤの出射面（数本の出射ストライプを含み得る）である場合には、角錐集光器７２７を出射面を覆って配置するとともに適当な実質的に光学的に透明な結合材料によってＬＥＤに取り付けるまたはその上に直接成形し、角錐集光器７２７が出射面全体またはＬＥＤの多数の出射面に接するとともに覆っていることが好ましい。ＬＥＤの出射面と角錐集光器との間の空隙の最小化または排除は通例集光効率を向上させる。結合材料の屈折率は角錐集光器の材料の屈折率に応じて選ばなければならない。結合材料の屈折率が角錐集光器の材料の屈折率より大きい場合には、発光の大部分はそれらの界面での反射により失われる場合がある。このため結合材料の屈折率は角錐集光器の屈折率とほぼ一致するかまたは若干低くして、より効率的な集光を容易にすることが好ましい。
【００２３】
図２Ａ〜２Ｃに示すように、この例示的実施形態の角錐集光器７２７は出射面７２４に面する概ね正方形の近位端７２５と、出射面７２４から離れる方向に面する概ね矩形の遠位端７２９とを有する。ＩｎＧａＮ  ＬＥＤの活性表面などの約１ｍｍの辺を有する概ね正方形の出射面の外形を有するエミッタの場合、角錐集光器７２７の好適寸法の一例は約１ｍｍの辺を有する概ね正方形の近位端７２５と、約４．３ｍｍ×約２．４ｍｍの概ね矩形の遠位端７２９と、約５〜約１５ｍｍの角錐集光器の高さ（近位端と遠位端との間の距離）とを含む。アスペクト比を始めとする遠位端の形状は図１に示した照明対象１７の形状と一致することが好ましい。
【００２４】
角錐集光器７２７の側面に入射した光の少なくとも一部は全内部反射されるか、角錐集光器７２７の側面に設けられた反射体７２３によって内部反射され得る。反射体７２３が角錐集光器７２７の少なくとも一部を取り囲んでいることが好ましい。反射体７２３は角錐集光器７２７の全長にわたっても延びていてもいなくてもよい。例えば反射体７２３は図２Ａ〜２Ｃに示すように、光が要素の作製に用いられた材料の臨界角より大きい角度で入射する可能性が高い出射面７２４に近接した面上に設けられていてもよい。このような例示的実施形態において角錐集光器７２７の側面は、光が臨界角より大きい角度で入射する可能性が低減し得るため、角錐集光器７２７の遠位端７２９に近接した全内部反射に依存し得る。反射体７２３は反射コーティングを利用するか、エミッタ７２２の適当な部分に載置し得る。いくつかの例示的実施形態において反射７２３は銀めっきまたはアルミめっきミラーであり得る。反射体７２３を成形片で形成し得るか、所望の形状に形成された薄い金属表面として作製し得る。
【００２５】
場合によっては光源モジュール１７２は角錐集光器７２７上に追加された直線状矩形パイプ部７３０を含み得る。パイプ部７３０はアクリル、ポリカーボネートまたは他の適当なプラスチック材料であることが好ましい。パイプ７３０の断面の寸法は角錐集光器７２７の遠位端７２９の寸法と実質的に一致することが好ましいが、パイプ部７３０の適当な長さは約１〜約２ｍｍであり、またはいくつかの例示的実施形態では光源モジュール１７２の全長の約半分に達する。概してパイプ部の長さは出力照明の所望の均質度、角錐集光器の寸法および光源モジュールの所望の全長などの他の要因に基づいて選択されることになる。例えばパイプ部７３０を含む一例示的実施形態において、角錐集光器７２７の概ね正方形の近位端７２５はサイズが約１．０×１．０ｍｍであり、同様な大きさに形成された出射面に一致するとともに、遠位端７２９は約４．３ｍｍ×２．５ｍｍのサイズの概ね矩形であり、角錐集光器７２７の近位端と遠位端との間の距離は約５ｍｍであり、矩形パイプ部７３０の長さは約２ｍｍである。
【００２６】
図３Ａ〜３Ｃは本開示の適切な実施形態での使用に適した他の例示的光源モジュール構成を概略的に示す。光源モジュール２７２は出射面７２４を有するエミッタ７２２と、エミッタ７２２上に出射面７２４を覆って載置された角錐集光器７２７とを含む。出射面７２４がＬＥＤの出射面（数本の出射ストライプを含み得る）である場合には、角錐集光器７２７を出射面を覆って配置するとともに適当な実質的に光学的に透明な結合材料によってエミッタ７２２に取り付けるまたはその上に直接成形し、角錐集光器７２７が出射面７２４全体またはエミッタ７２２の多数の出射面を覆っていることが好ましい。
【００２７】
図２Ａ〜２Ｃに示す光源モジュール１７２と同様に、この例示的光源モジュールの角錐集光器７２７は出射面７２４に面する概ね正方形の近位端７２５と、出射面７２４から離れる方向に面する概ね矩形の遠位端７２９とを有する。場合によっては光源モジュール２７２も角錐集光器７２７上に追加された直線状矩形パイプ部７３０を含み得る。光源モジュール２７２の寸法は通例図２Ａ〜２Ｃを参照して説明した光源モジュールの例示的寸法とほぼ同一である。いくつかの例示的実施形態において角錐集光器７２７は図２Ａ〜２Ｃを参照して説明したような反射体７２３を含み得る。
【００２８】
加えて図３Ａ〜３Ｃに示した例示的光源モジュールはドーム部７５０を含み、その凸面は例えば約４〜約５ｍｍの曲率半径を有する概ね球面である。ドーム部７５０は前述の構造の出力をより狭い角度範囲に圧縮するのを助ける。光源モジュールが角錐集光器７２７の後に矩形パイプ部７３０を含むか否かによって、ドーム部７５０を角錐集光器７２７の遠位端７２９または矩形パイプ部７３０に取り付け得る。ドーム部を先端を切断してそれを取り付ける要素の寸法に実質的に近似させてもよく、または余分な材料を集光路を超えて残すことにより載置縁部７５２を形成してもよい。ドームを有する角錐集光器などの光源モジュールの受動素子、直線パイプとドームとを有する角錐集光器、または直線パイプを有する角錐集光器を一体として成形するか、別々に作製して順次組み付けし得る。
【００２９】
図４は図３Ａ〜３Ｃに示し且つ参照して説明したものと同様な光源モジュール内の集光を概略的に図示する光線トレースを表わす。ここで光は概ね正方形の出射面を有するＩｎＧａＮ  ＬＥＤから集光される。概して本開示の適切な例示的実施形態において、ＬＥＤのほぼ均等拡散出射面からの集光効率は比較的高くなるが、これは光の大部分が全内部反射により反射されるとともに角錐集光器内に保持されるためである。しかし光軸にほぼ直交する光線および反射してエミッタに戻るいくらかの光線を始めとするわずかな光は集光から逃れる。その結果約７０％もの、またはいくつかの実施形態では約８２％以上のエミッタの出力が角錐集光器７２７ならびにパイプ部７３０およびドーム部７５０などの関連する要素に集光されて、その結果比較的狭い角度範囲と比較的高い集光効率とを有する、実質的に均一なほぼ矩形形状断面を有する照明になる。
【００３０】
図５は光源モジュール７２を出射する照明の形状を決定するためのコンピュータのシミュレーションによる試験的構成を表わす。試験的構成は光源７２を出射する照明の焦点を照明対象面に配置されたアレイ検出器８４上に合わせる結像光学系１６を含む。図６は検出器８４により生成されたシミュレーションされた出力を表わし、図５のシステムを用いて試験されたときの光源モジュール２７２の出力放射度を示す。光源モジュールを組み合わせてそれらの出力を重畳することにより角度範囲の相応の増加とともに出力輝度を増加することができる。
【００３１】
図２Ａ〜２Ｃおよび図３Ａ〜３Ｃを参照して説明した例示的構成は殆どの用途に効果があるとともにいくつかの実施形態のコスト低減などの様々な観点で好ましいが、図６から光源モジュール２７２の出力のシミュレーション画像は概ね矩形に見えるが、結像光学系１６は幾分樽形歪曲を有する画像を中継しているということが分かる。このような歪曲は矩形照明対象の角部の充填不足の照明パッチを生じ得る。
【００３２】
樽形歪曲を防止するためには、角錐集光器１７２または２７２（図２Ａ〜３Ｃ）などの概して平坦な壁を有する角錐集光器を図７に示した形状などの糸巻き形（ｐｉｎｃｕｓｈｉｏｎｅｄ  ｓｈａｐｅ）になるように整形すればよい。図７は概ね正方形の近位端７３５と糸巻き形遠位端７３９とを有する角錐集光器７３７を概略的に図示する。角錐集光器７３７の側面７３７ａ、７３７ｂ、７３７ｃおよび７３７ｄを円柱、楕円または概ね円錐面として形成する。角錐集光器７３７をアクリル、ポリカーボネートまたは任意の他の適当な材料で図７に示した形状に成形し得る。代替的には適正に形成された切り欠きを、当初直線壁で作製された角錐集光器内に作製してもよい。
【００３３】
角錐集光器７３７の遠位端７３９は例えば約１６：９のアスペクト比を有する。角錐集光器の他の例示的寸法は約１．０×１．０ｍｍの正方形の近位端と、約４．３×２．４ｍｍの遠位端と、約４ｍｍの近位端と遠位端との間の距離を含む。実質的に円筒面の例示的パラメータは長辺側の半径が約３ｍｍ、短辺側の半径が約１．１ｍｍである。ほぼ同一の半径を有する実質的に円錐面も用いることができる。角錐集光器７３７はエミッタ上にその出射面を覆って載置される。例えば角錐集光器をＬＥＤの出射面を覆って成形または光学的に透明な接着剤、エポキシまたは適当に選択された屈折率を有する他の適当な材料によって接合し得る。
【００３４】
図８に概略的に示すように、エミッタ７２２から集光する糸巻き形角錐集光器７３７を始めとする例示的光源モジュール３７２もドーム部７６０を含み、その凸面は例えば約５ｍｍの半径を有する概ね球面である。ドーム部は前述の構造の出力をより狭い角度範囲に圧縮するのを助ける。ドーム部７６０を角錐集光器７３７の遠位端７３９に取り付けるまたは一体に成形することができるとともに、ドーム部を先端を切断して取り付ける要素の寸法に実質的に近似させてもよい。代替的には余分な材料を集光路を超えて残すことにより載置縁部７６２を形成してもよい。ドームを有する角錐集光器などの光源モジュールの受動素子を一体として成形して光学的結合の必要性を回避することが好ましい。
【００３５】
また図８は図３Ａ〜３Ｃおよび７に示し且つ参照して説明したものと同様な光源モジュール内の集光を概略的に図示する光線トレースを表わす。ここで光は概して正方形の出射面を有するＩｎＧａＮ  ＬＥＤから集光される。上記したように本開示の適切な例示的実施形態において、ＬＥＤのほぼ均等拡散出射面からの集光効率は比較的高くなるが、これはエミッタにより出射される光の大部分が全内部反射により反射されるとともに角錐集光器内に保持されるためである。光軸にほぼ直交する光線および反射してエミッタに戻るいくらかの光線を始めとするわずかな光は集光から逃れる。その結果約７８％ものエミッタの出力が角錐集光器７３７およびドーム７６０内に集光されるとともに特定の区域に中継される。
【００３６】
得られた照明は比較的狭い角度範囲と比較的高い集光効率とを有する実質的に均一でほぼ矩形状断面である。図９は光源モジュール３７２が図５のシミュレーションされた試験的構成を用いて試験されたときの検出器８４により生成されたシミュレーション出力画像を表わす。光源モジュールを組み合わせてそれらの出力を重畳することにより角度範囲の相応の増加とともに出力輝度を増加することができる。例えば光源モジュール７３７などの５〜１０個の光源モジュールを組み合わせて、典型的マイクロディスプレイ投射システムに対する許容エタンデュをオーバーフィルすることができる。
【００３７】
図１０Ａ〜１０Ｃは本開示の適切な実施形態での使用に適した光源モジュールの他の例示的構成を概略的に示す。具体的には図１０Ａ〜１０Ｃは光源モジュール１８２を示し、図１０Ａは側面図、図１０Ｂは正面図、および図１０Ｃは平面図を示している。光源モジュール１８２は出射面８２４を有するエミッタ８２２と、エミッタ８２２上に出射面８２４を覆って載置された角錐集光器８２７とを含む。短角錐集光器８２７は実質的に光学的に透明な物品、例えばアクリル、ポリカーボネート、ガラスまたは他の適当な材料であることが好ましく、その側面は１つまたは複数の出射面から十分に大きい角度で放射する光に対して単純な反射体として動作して角錐集光器内でこのような光の全内部反射を生じる。
【００３８】
本開示の他の例示的実施形態と同様に、出射面８２４はＬＥＤの出射面、蛍光体層、または任意の他の電子放出物質であるかまたは含み得る。出射面８２４がＬＥＤの出射面（数本の出射ストライプを含み得る）である場合には、角錐集光器８２７を出射面を覆って配置するとともに適当な結合材料によってエミッタ８２２に取り付けるまたはその上に直接成形し、角錐集光器８２７が出射面８２４全体またはエミッタ８２２の多数の出射面を覆っていることが好ましい。上記したように結合材料の屈折率は角錐集光器の材料の屈折率に応じて選ばなければならない。
【００３９】
図１０Ａ〜１０Ｃに示すように、この例示的実施形態の角錐集光器８２７は出射面８２４に面する概ね正方形の近位端８２５と、出射面８２４から離れる方向に面する概ね矩形の遠位端８２９とを有する。ＩｎＧａＮ  ＬＥＤの活性表面などの約１ｍｍの辺を有する概ね正方形の出射面の外形を有するエミッタの場合、角錐集光器８２７の好適寸法は約１ｍｍの辺を有する概ね正方形の近位端８２５と、約３．４ｍｍ×約２ｍｍの概ね矩形遠位端８２９と、約１２ｍｍの角錐集光器の高さ（近位端と遠位端との間の距離）とを含む。アスペクト比を始めとする遠位端の形状は図１に示した照明対象１７の形状またはアスペクト比と一致することが好ましい。
【００４０】
場合によっては光源モジュール１８２は角錐集光器８２７上に追加された円盤状フランジ８３０を含み得る。フランジ８３０はアクリル、ポリカーボネートまたは他の光学用プラスチック材料で成形し得る。フランジ８３０を含むいくつかの例示的実施形態において、フランジの外径は約１２ｍｍであるとともにその厚さは約１．５ｍｍである。加えて例示的光源モジュール１８２はドーム部８５０を含み、その凸面は例えば約５ｍｍの半径と約１０ｍｍの外径とを有する球面である。光源モジュールがフランジ８３０を含むか否かによって、ドーム部８５０を角錐集光器８２７の遠位端８２９またはフランジ８３０に取り付け得る。ドーム部の先端を切断して取り付ける要素の寸法に実質的に近似させてもよく、または余分な材料を集光路を超えて残すことにより載置縁部８５２を形成してもよい。ドームを有する角錐集光器またはフランジとドームとを有する角錐集光器などの光源モジュールの受動素子を一体として成形されているため、光学的結合の必要性はない。
【００４１】
図１１は図１０Ａ〜１０Ｃに示し且つ参照して説明したものと同様な光源モジュール内の集光を概略的に図示する光線トレースを表わす。ここで光は概ね正方形の出射面を有するＩｎＧａＮ  ＬＥＤから集光される。上記したように本開示の適切な例示的実施形態において、ＬＥＤのほぼ均等拡散出射面からの集光効率は比較的高くなるが、これは光の大部分が全内部反射により反射されるとともに角錐集光器内に保持されるためである。光軸にほぼ直交する光線および反射してエミッタに戻るいくらかの光線を始めとするわずかな光は集光から逃れる。その結果エミッタの約８０％もの出力が角錐集光器８２７内に集光される。
【００４２】
得られた照明は比較的狭い角度範囲と比較的高い集光効率とを有する実質的に均一でほぼ矩形状断面を有する。図１２は光源モジュール１８２が集束レンズ２６を用いて図１１のシミュレーションされた試験的構成を用いて試験されたとき検出器９４（図１１）により生成されたシミュレーション出力画像を表わす。集束レンズ２６は光源モジュール１８２から出射する光を照明対象面上に配置された検出器９４上に中継する。
【００４３】
本開示のいくつかの実施形態において近位端、例えば７２５、７３５または８２５の外形寸法および形状は、エミッタの寸法および形状に実質的に一致するとともにエミッタの出射面の周囲に実質的に係合していることが好ましい。しかしいくつかの実施形態において本開示による角錐集光器の近位端の寸法は出射面より大きく且つ異なる形状を有し得る。例えば近位端は概ね矩形の出射面の周囲に実質的に係合する概して円形状を有することができる。７２９、７３９または８２９などの遠位端は例えば約１６：９のアスペクト比（ＨＤＴＶ用途に特に有用である）、４：３または他のアスペクト比を有するより大きい矩形であることが好ましい。代替的には遠位端は概ね正方形の形状を有し得る。他の例示的実施形態において遠位端は概して楕円形状を有し得る。
【００４４】
本開示が意図する殆どの用途の場合、本開示により構成された角錐集光器の近位端と遠位端との間の距離はその遠位端のより長い対角線より約３〜５倍長くなるとともに、角錐集光器の側面は遠位端から近位端へ約１０度以下、最も一般的には約２〜約６度細くなる。より大きい角度も本開示の範囲内であるが、そのようなより大きい角度は通例、集光器の全長に対する角錐集光器内の所望の光混合度のより慎重な釣り合いを必要とする。当業者には出射面の寸法、形状および均一性、集光系の寸法および形状ならびに他の関連システムパラメータに応じて角錐集光器の様々な他の適当な寸法および構成が本開示の範囲内にあるということが容易に理解できよう。例えばいくつかの実施形態において集光器の所望の全長、集光器内の光混合度、集光効率および他の関連要因に応じてテーパ角度を選択することができる。
【００４５】
角錐集光器７２７、７３７または８２７などの角錐集光器の利用は、出射面が十分に均一ではないような場合および／または矩形照明対象に一致するように正方形出射面を整形する必要がないＬＥＤの出射面である場合特に有利である。加えて本開示の角錐集光器はエミッタの出力の比較的大きな部分を集めるとともに、その光を再方向付けして光軸に対して小さな角度範囲で角錐集光器を出るため下流の光学素子により集光しやすくするようにできる。さらにまた角錐集光器を含む例示的光源モジュールの遠視野出力は、他と稠密な（必要に応じて幾分重複する）パターンを形成して投射およびバックライティング用途に特に有用である合成照明パッチを形成することができる。このため本開示の例示的実施形態を用いる利点には、エタンデュの悪化なしに出力角度範囲を減少させるとともに比較的高い集光効率を維持しつつ、出力照明の均一性の向上、出射面を任意の形状または形状の集合から所望形状へ整形する能力がある。
【００４６】
本開示の他の態様によれば一組の光源モジュールの例示的構成が図１３に図示されており、照明システムの理論的円形入射瞳２と、一組の光源モジュール１２’を適切に位置決めすることにより形成される入射瞳を表わす非放射対称開口４とを示している。このおよび同様の構成は、ある角度で照明され且つ光トンネル（以下に説明）が光源と画像形成デバイスとの間に介在しない１つまたは複数のＤＭＤを用いる投射システムにおいて特に有利である。一般にはこのようなシステムにおいて照明角度と、ミラーフレームから、オフ状態のＤＭＤミラーの下から、およびフラットまたは過渡状態のミラーからの反射による投射瞳内への光散乱量との間に強い依存性がある。照明角度の増大がコントラストを増加させるが、投射光学系の開口数がそれに応じて増加しない場合には投射瞳に対する照明瞳のオフセットも引き起こし口径食を生じる。しかし投射光学系の開口を増加して口径食を防止する場合には、より多くのフラットなまたは過渡（オンでもオフでもない）反射およびＤＭＤ周辺からの迷光を収集してそれをスクリーンに伝播することができるため、コントラストを改善する初期目的が失敗する恐れがある。
【００４７】
アークランプを用いる従来の照明システムにおいて、この問題には照明瞳内に短縮型開口絞りを配置してオン状態反射と重なるフラット状態反射の少なくとも一部を遮断することにより対処していた。しかし最近ＤＭＤ投射システムのコントラストは非対称開口絞りで増強できるということが分かってきた。米国特許第５，４４２，４１４号明細書は、本開示と矛盾しない限りその開示を本明細書に引用して援用するが、長いおよび短い寸法を有し、長い寸法がミラーのピボット軸と位置合わせされているコントラスト増強非対称開口を記載している。
【００４８】
従って本開示の適切な例示的実施形態において、個々の光源モジュールが非放射対称開口４として図示されるような最高のコントラストを有する瞳の区域内にほぼ配置されて照明エネルギーを節約するとともに用いられる光源モジュールの数を減少させるように、一組の光源モジュール１２’の構成を選択し得る。光源モジュールに関連する一組の光学素子１３の構成をそれに従って選択し得るとともに、一組の光源モジュール１２’の構成を好適に追跡するため、後者も図１３に図示するような非放射対称開口にほぼ近似する全体形状を有することになる。一組の光源モジュールおよび一組の光学素子、例えば図１に示す一組のレンズ１４の他の構成、例えば特定の用途およびシステムの形状およびサイズならびにコストなどの他の事由に応じて、概ね矩形または正方形の形状を有するアレイなども本開示の範囲内にある。
【００４９】
さらに図１、２Ａ〜２Ｃ、３Ａ〜３Ｃおよび１０Ａ〜１０Ｃを参照すると、本開示のいくつかの実施形態において光学素子系１５は角錐集光器の遠位端の１つまたは複数、例えば遠位端７２９、７３９または８２９を照明対象１７上に結像する。このような結像手法は光源モジュールから照明対象へのエネルギー伝達の改善を提供する。角錐集光器の遠位端を結像することにより出射面は正方形または典型的な市販のＬＥＤ用のストライプの集合などのその元の形状を維持することができる。角錐集光器は矩形パターンの光を効果的に生成し、その光はその後追加光学系により均質化および整形する必要なく矩形照明対象上に結像され得る。加えてこの構成はエタンデュを維持するのを助けるが、それは照明角度が角錐集光器の近位端から遠位端への面積の増加に比例して減少するからである。
【００５０】
出射面が光トンネルの入口上に結像された場合には、厳密な結像は必要ない。一方光トンネルを用いない実施形態ではより厳密な結像が望ましい場合がある。加えてこのような実施形態は、例えば１つまたは複数のＤＭＤを用いた投射システムで用いられる場合には、光源モジュールを図１３に図示したコントラスト増強非対称開口の形状に実質的に近似して配列することにより恩恵を蒙る。
【００５１】
さらに図１を参照すると光学素子系１５は角錐集光器の遠位端の画像を適正に拡大するように設計且つ構成され得る。典型的な投射ディスプレイの性能は、照明パッチによる照明対象のある量のオーバーフィルの恩恵を蒙るまたは場合によっては必要とし、これはこれらの例示的実施形態では１つまたは複数の角錐集光器の遠位端の重畳画像により形成される。例えば約２０．０×１２．０ｍｍの結像デバイスの場合、照明パッチは各軸で約１０％大きく、すなわち約２２．０×１３．４ｍｍであり得る。いくつかの例示的実施形態ではオーバーフィル量を全辺でほぼ同一にして例えば機械的位置ずれに対応することが望ましい。このような場合１つまたは複数の角錐集光器の遠位端を照明対象とはアスペクト比を若干異ならせて、所望形状の画像を生成する。また必要に応じて赤色、緑色および青色または他の原色などの異なる色を有するエミッタからの照明を当業者に既知の二色性コンバイナで合成または重畳し得る。
【００５２】
本開示の照明システムの例示的実施形態の他の群が図１４に図示されている。このような例示的実施形態において光学素子系の構成は図１に図示した実施形態で用いられる集光器１８を省略し得るようになっている。その代わりに図１４に示した実施形態は１つまたは複数の個別に焦点合わせするとともに内向（ａｉｍｅｄ−ｉｎ）チャネルを用い、このチャネルは１つまたは複数のレンズなどの各光源モジュールに関連する１つまたは複数の光学素子を含み、１つまたは複数の光源モジュールの出射の少なくとも一部を照明対象上に向けるとともに焦点を合わせて好適には照明対象上で重畳されて照明パッチを形成するようになっている。例えば図１４は光源モジュール７２、７２’、７２”などの一組の光源モジュール２２と光学素子系２５とを含む照明システム２０の概略図である。一組の光源モジュール２２は各光源モジュールの出射の少なくとも一部がほぼ照明対象２７に向けられるように構成されている。これは例えば７２、７２’、７２”などの一組の光源モジュール２２を、照明対象を中心とする球面に接線方向に且つ沿って配置することにより達成し得る。
【００５３】
図１４をさらに参照すると、本開示のいくつかの例示的実施形態においてレンズレット７５、７５”、７５”等により代表される光学素子系２５は角錐集光器の１つまたは複数の遠位端を照明対象２７上に結像するように構成し得る。上述したように照明対象２７の性質は特定の用途に応じて変わる。当業者には光源モジュールおよび各光源モジュールに関連し、ひいては個々の内向チャネルを形成する光学素子の数およびタイプが用途、所望のシステム構成およびシステムの寸法に応じて変化し得るということも容易に理解できよう。
【００５４】
個々のチャネルを対象に向けさせることにより光源モジュールの１つまたは複数からの光を同一照明対象上に焦点合わせする本開示の例示的実施形態は、共有集光器を用いる典型的な実施形態より少ない部品を用い、より低いコストを有し、より効率的に、且ついくつかの実施形態ではより明るい出力を生じることができる。しかし集光器を用いる例示的実施形態は、集光器を用いて出力光束の角度、背面焦点距離および倍率を調整し得るため柔軟性を増すことができる。さらに図１４に図示した例示的実施形態において光源モジュールは同一平面ではなくプリント基板実装に不利である。一方光源モジュールが同一プリント基板などの同一基板上に載置されている場合には、例えば本明細書と同時に出願された「照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された代理人整理番号第５９３７３ＵＳ００２号の米国特許出願に記載されているように、システム周縁の周囲に配置された関連する光学素子を内向させるまたは傾斜させることができるが、これらの開示を本開示と矛盾しない限り本明細書に引用して援用する。光学素子を傾斜させると、例えば光源モジュールが球体の中心に向くとともにそれに対して接線方向に載置されているシステムと比べて輝度の低下につながることがある。
【００５５】
本明細書に説明する例示的実施形態の各々は特定の用途に特に有利であり得る。明るさ、製造容易性および低コスト（成形プラスチック構成要素）、既存および所望の出射面均一度、出力角度の低下量、およびモジュールの重畳従順性などの光学性能に基づいて特定の実施形態を特定の用途用に選択し得る。また照明システム性能も光源モジュールの数を増すことにより、さらに「内向」構成を用いることにより共有集光器を用いる例示的実施形態に比べて若干改善する。
【００５６】
本開示の手法は多様な特定の用途用の照明システムの設計を単純化するとともに、光源モジュール、結像光学系および照明対象の多数の異なる構成を可能にする。本開示の例示的実施形態はＬＥＤなどの均等拡散面タイプのエミッタからの光を、エタンデュを保持しつつ従来のシステムより効率的に集光することが可能である。従ってより多くの光を照明対象に伝達し得るためより良好な全体効率につながる。さらにまた本開示はより少ない構成要素を用いた、小型で多目的で製造が容易且つ安価な照明システムの作製を可能にする。
【００５７】
特定の例示的実施形態を参照して本開示の照明システムを説明したが、当業者には本発明の要旨と範囲とから逸脱することなく変形および変更をなし得るということは容易に理解できよう。例えば光源モジュールの形状および寸法は変更可能である。具体的には例示的光源モジュールは、特定の用途または搭載利便性に望ましように追加部分を内部に有し得る。
【００５８】
一方本開示の様々な実施形態で用いられる光学素子系の寸法および構成は特定の用途さらに照明対象の性質および寸法に応じて変更可能である。加えて本開示の例示的実施形態は、本明細書と同時に出願された「照明システム（Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された代理人整理番号第５９３７３ＵＳ００２号の米国特許出願、およびに「集光照明システム（Ｌｉｇｈｔ−Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された代理人整理番号第５９５１６ＵＳ００２号の米国特許出願に記載された光学素子、構成要素およびシステムを組み込み得るが、これらの開示を本開示と矛盾しない限り本明細書に引用して援用する。さらに本開示は当業者には既知であるように、他の追加の光学素子を本開示により構成された照明システムの例示的実施形態に含むことを検討している。
【００５９】
当業者には本開示の実施形態を、白色ＬＥＤおよびカラーＬＥＤ（例えば赤色、青色、緑色または他の色）を始めとする様々な光源と一緒に用い得るということも容易に理解できよう。ＲＧＢ  ＬＥＤは通例最高の色性能の達成を可能にするが、白色ＬＥＤは多くの用途に受け入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本開示の例示的実施形態により構成された照明システムの概略断面図である。
【図２Ａ】本開示の例示的実施形態により構成された光源モジュールの概略側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した例示的光源モジュールの概略正面図である。
【図２Ｃ】図２Ａおよび２Ｂに示した例示的光源モジュールの概略平面図である。
【図３Ａ】本開示の他の例示的実施形態により構成された光源モジュールの概略側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した例示的光源モジュールの概略正面図である。
【図３Ｃ】図３Ａおよび３Ｂに示した例示的光源モジュールの概略平面図である。
【図４】図３Ａ〜３Ｃに示し且つ参照して説明した例示的光源モジュールと同様な光源モジュール内の集光を概略的に図示する光線トレースを表わす。
【図５】本開示の例示的実施形態により構成された光源モジュールを出射する照明の形状を決定するための試験的構成の概略図である。
【図６】図５のシステムを用いて試験したときの図３Ａ〜３Ｃに示し且つ参照して説明した光源モジュールの出力放射度を表わす。
【図７】糸巻き形構成を図示する、本開示の他の例示的実施形態により構成された光源モジュールの概略図である。
【図８】図３Ａ〜３Ｃおよび７に示し且つ参照して説明した例示的光源モジュールと同様な光源モジュール内の集光を概略的に図示する光線トレースを表わす。
【図９】図５のシステムを用いて試験したときの図３Ａ〜３Ｃおよび７に示し且つ参照して説明した光源モジュールの出力放射度を表わす。
【図１０Ａ】本開示の他の例示的実施形態により構成された光源モジュールの概略側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示した例示的光源モジュールの概略正面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａおよび１０Ｂに示した例示的光源モジュールの概略平面図である。
【図１１】試験的構成および図１０Ａ〜１０Ｃに示し且つ参照して説明したものと同様な光源モジュール内の集光を概略的に示す光線トレースを表わす。
【図１２】図１１のシステムを用いて試験したときの図１０Ａ〜１０Ｃに示し且つ参照して説明した光源モジュールの出力放射度を表わす。
【図１３】一組の光源モジュールの非放射対称開口を実質的に近似する位置決めを図示する、本開示の例示的実施形態により構成された一組の光源モジュールの例示的構成の概略図である。
【図１４】本開示の他の例示的実施形態により構成された照明システムの概略断面図である。
【図１】
2007522674.tif 000004
【図２Ａ】
2007522674.tif 000005
【図２Ｂ】
2007522674.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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