(57)【要約】  各々が発光面を有する複数の光源モジュールと、発光面を照明対象上に結像するように構成された光学素子系とを含む照明システムが開示されている。発光面の形状または光学素子系によって生成される発光面の像の形状が対象の形状に実質的に一致してもよい。加えて異なる色の発光面を有する複数の光源モジュールを用いる照明システムが開示されている。さらにまた本開示は半径方向に非対称な開口内にアレイ状に配置された複数の光源モジュールを含む照明システム、および光源モジュールおよび光学素子系が照明対象に対して実質的に内向する複数のチャネルを形成するように構成された照明システムを対象とする。
2007524976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が発光面を備える複数の光源モジュールと、
照明対象と、
前記複数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、
前記光学素子系が前記光源モジュールの発光面を前記照明対象上に結像して、前記発光面の複数の像を生成することを特徴とする、照明システム。
【請求項２】
前記発光面の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１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記照明パッチが前記照明対象をオーバーフィルする、請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記発光面の少なくとも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２に記載の照明システム。
【請求項５】
前記照明対象の形状が実質的に正方形である、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記照明対象がライトトンネルの入射口である、請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記照明対象の形状が実質的に矩形である、請求項４に記載の照明システム。
【請求項８】
前記照明対象が画像形成デバイスである、請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記発光面の少なくとも１つの形状が実質的に正方形であり、前記照明対象の形状が実質的に矩形であり、さらに前記照明パッチの形状が前記照明対象の形状に実質的に一致するように前記光学素子系が構成されている、請求項２に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記複数の光源モジュールが半径方向に非対称な開口内にアレイ状に配置されている、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記発光面の像が最密となっ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１に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記発光面の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１に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記照明対象が複数のピクセルを備えるＬＣＤである、請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記光源モジュールおよび前記光学素子系が前記照明対象に対して実質的に内向する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１に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記複数の光源モジュールが球面に対して接線方向に且つ該球面に沿って配置されている、請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記複数の光源モジュールが互いに実質的に同一平面に配置されているとともに、前記光学素子系が前記複数の光源モジュールのそれぞれからの光の少なくとも一部を実質的に前記照明対象に向ける手段を備える、請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記光学素子系が各光源モジュールに関連する一対のメニスカスレンズを備え、各対のメニスカスレンズが、第１のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するとともに第２のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するように構成され、さらに前記第２のメニスカスレンズの前記凹側面が前記第１のメニスカスレンズの前記凸側面に隣接するとともに前記第１のメニスカスレンズの前記凹側面が前記関連する光源モジュールの前記発光面に面するように配置されている、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記光学素子系が複数対のメニスカスレンズを備え、各対がそれぞれの光源モジュールに関連するとともに、第１のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するとともに第２のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するように構成され、さらに前記第２のメニスカスレンズの前記凹側面が前記第１のメニスカスレンズの前記凸側面に隣接するとともに前記第１のメニスカスレンズの前記凹側面が前記関連する光源モジュールの前記発光面に面するように配置され、さらに前記光学素子系が前記複数対のメニスカスレンズと前記照明対象との間に配置された集光器をさらに備える、請求項１に記載の照明システム。
【請求項１９】
各々が互いに隣接配置された異なる色の複数の出射面を備える複数の光源モジュールと、
照明対象と、
前記複数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、
前記光学素子系が前記複数の出射面を前記照明対象上に結像することを特徴とする、照明システム。
【請求項２０】
前記複数の光源モジュールのそれぞれが第１の色の第１の発光面と、第２の色の第２の発光面と、第３の色の第３の発光面とを備える、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記発光面の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２０に記載の照明システム。
【請求項２２】
前記照明パッチが前記照明対象をオーバーフィルする、請求項２１に記載の照明システム。
【請求項２３】
前記光学素子系がダイクロイックミラーを備える、請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２４】
前記照明対象が第１、第２および第３のカラーゾーンを備えるとともに、前記光学素子系が前記第１の発光面を前記第１のカラーゾーン上に結像し、前記第２の発光面を前記第２のカラーゾーン上に結像し、前記第３の発光面を前記第３のカラーゾーン上に結像する、請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２５】
前記光学素子系が前記複数の光源モジュールと前記照明対象との間に配置されたレンチキュラアレイを備える、請求項２４に記載の照明システム。
【請求項２６】
前記第１、第２および第３の色が原色である、請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２７】
前記光学素子系が前記複数の光源モジュールのそれぞれに関連するメニスカスレンズ対を備え、該メニスカスレンズ対のそれぞれが、第１のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するとともに第２のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するように構成され、さらに前記第２のメニスカスレンズの前記凹側面が前記第１のメニスカスレンズの前記凸側面に隣接するとともに前記第１のメニスカスレンズの前記凹側面が前記関連する光源モジュールの前記出射面に面するように配置されている、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２８】
前記光学素子系が複数のメニスカスレンズ対を備え、各対がそれぞれの光源モジュールに関連するとともに、第１のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するとともに第２のメニスカスレンズが凸側面と凹側面とを有するように構成され、さらに前記第２のメニスカスレンズの前記凹側面が前記第１のメニスカスレンズの前記凸側面に隣接するとともに前記第１のメニスカスレンズの前記凹側面が前記関連する光源モジュールの前記出射面に面するように配置され、さらに前記光学素子系が前記複数のメニスカスレンズ対と前記照明対象との間に配置された集光器をさらに備える、請求項１９に記載の照明システム。
【請求項２９】
半径方向に非対称な開口内にアレイ状に配置された複数の光源モジュールと、
照明対象と、
前記複数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ることを特徴とする、照明システム。
【請求項３０】
前記照明対象が回転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り、前記半径方向に非対称な開口が、長手寸法と短手寸法とを有するとともに、前記長手寸法が前記画像形成デバイスの前記ミラーの前記回転軸と位置合わせされるように配向されている、請求項２９に記載の照明システム。
【請求項３１】
各々が発光面を備える複数の光源モジュールと、
照明対象と、
前記複数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、
前記光源モジュールおよび前記光学素子系が前記照明対象に対して実質的に内向する複数のチャネルを形成するように構成されていることを特徴とする、照明システム。
【請求項３２】
前記複数の光源モジュールが球面に対して接線方向に且つ該球面に沿って配置されている、請求項３１に記載の照明システム。
【請求項３３】
前記複数の光源モジュールが互いに実質的に同一平面に配置されているとともに、前記光学素子系が前記複数の光源モジュールのそれぞれからの光の少なくとも一部を実質的に前記照明対象に向ける手段を備える、請求項３１に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は例えば投影およびバックライティングシステムで用いられる照明システムに関する。より具体的には、本開示は複数の光源モジュールと光学素子系とを含む照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明システムは投影ディスプレイ、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。投影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、投影光学系と投影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。そして投影光学系はその画像を拡大してそれを投影スクリーン上に投影する。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、投影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影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影光学系を透過してスクリーン上に投影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影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つずつ、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を液晶構造によって変更することができる。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】
ＬＣＤバックライトは従来冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）などの１つまたは複数の光源を含んでいた。典型的な直接照明バックライトは通常ＬＣＤの背後に配置された光源のアレイまたは単一の拡張光源を含む。バックライトにより生成された光は通常拡散されて均一性を増すとともに、カラー画像が望ましい場合にはＬＣＤの赤色、緑色および青色ピクセルに対応する赤色、緑色および青色フィルタのアレイに向けられる。赤色、緑色および青色ピクセルは伝達された赤色、緑色および青色成分を入力画像データに従って変調する。
【０００６】
投影およびバックライティングシステムなどの光学系の性能は、多数のパラメータにより特徴付けられ、そのうちの１つはエタンデュ（ｅｔｅｎｄｕｅ）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】
2007524976.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は受光または照射の面積、θは出射または受光角度、およびＮＡは開口数である。光学系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系の効率を低下させ得る。従って光学系の性能は通常最も小さいエタンデュを有する素子によって限定される。光学系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、光学系の有効性（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。このおよび他の短所は例えば複雑な非球面および多数の素子の複雑な組み合わせの利用を含む、光学素子および光学系の複雑な設計を生んだ。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。
【０００８】
さらに従来の照明システムは通常例えば収差のために結像特性が比較的劣る。具体的にはこれはいくつかの異なる波長の光源を組み合わせる投影およびバックライティング用途で用いられる殆どの従来の反射体および／または集光器の場合である。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許容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って特徴付けられる。このようなバイアスは一般に結果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。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は発光面を有する光源モジュール、照明対象、及び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を対象とする。いくつかの例示的実施形態では、光学素子系は光源モジュールの発光面を照明対象上に結像する。発光面の少なくとも１つの形状は照明対象の形状に実質的に一致し、照明対象の形状は例えばライトトンネルの略正方形の入射口または略矩形の画像形成デバイスであってもよい。
【００１０】
他の例示的実施形態において、発光面の形状が実質的に正方形であってもよく、照明対象の形状が実質的に矩形であってもよく、さらに光学素子系が照明パッチの形状が照明対象の形状に実質的に一致するように構成されていてもよい。本開示のいくつかの例示的実施形態において、発光面の実質的に重畳された像が照明対象を実質的に満たすまたはオーバーフィルする照明パッチを形成する。代替的には発光面の像が照明パッチを形成するように最密であるか、または発光面の像が照明パッチを形成するように重複してもよい。
【００１１】
また本開示は、各々が互いに隣接配置された異なる色の出射面を有する光源モジュール、照明対象、及び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を対象とする。いくつかの例示的実施形態において光学素子系が出射面を照明対象上に結像する。適切な実施形態において、各光源モジュールが第１の色の第１の発光面と、第２の色の第２の発光面と、第３の色の第３の発光面とを含む。このような実施形態において照明対象が第１、第２および第３のカラーゾーンを含むとともに、光学素子系が第１の発光面を第１のカラーゾーン上に結像し、第２の発光面を第２のカラーゾーン上に結像し、第３の発光面を第３のカラーゾーン上に結像してもよい。第１、第２および第３の色が原色であってもよい。状況に応じて光学素子系がレンチキュラアレイ及びダイクロイックミラーなどの他の素子を含んでもよい。
【００１２】
また本開示は光源モジュールが半径方向に非対称な開口内にアレイ状に配置された照明システムを対象とする。また照明システムは回転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などの照明対象を含む。後者の場合、半径方向に非対称な開口が、長手寸法と短手寸法とを有するとともに、長手寸法が画像形成デバイスのミラーの回転軸と位置合わせされるように配向されている。
【００１３】
加えて本開示は発光面を有する複数の光源モジュール、照明対象、及び複数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を対象とする。光源モジュールおよび光学素子系は照明対象に対して実質的に内向する複数のチャネルを形成するように構成されている。光源モジュールを球面に対して接線方向に且つ球面に沿って配置することができる。代替的には光源モジュールを互いに実質的に同一平面に配置することができる一方で、光学素子系を用いて各光源モジュールからの光の少なくとも一部を実質的に照明対象に向けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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は投影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”により図示される光源モジュールセット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現在市販されているＬＥＤ光源などのＬＥＤ光源を含んでもよい。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）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）または他の適切な発光デバイスを用いてもよい。
【００１７】
光源モジュールセット１２はアレイとして構成し得るとともに、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。当業者には光源モジュールセット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更することができる。
【００１８】
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”などの第１のレンズセット１４と、レンズレット７６、７６’、７６”などの第２のレンズセット１６と、集光器１８とを含む。光源モジュールの数と同様に、セット１４および１６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更することができる。集光器１８は平凸レンズであるかまたは平凸レンズを含んでもよい。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であるか、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らを含んでもよい。光学素子系１５は、特定の用途で有用となるように集光器１８に加えてまたは代わりに他の構成要素を含んでもよい。例えば異なる色の光線を分離または合成するダイクロイックミラーを含んでもよい。さらに図４Ａ〜４Ｄに図示するとともに以下に説明する実施形態などのいくつかの例示的実施形態において集光器１８をシステムから省略してもよい。
【００１９】
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の関連する光学素子を有する。例えば図１に図示した例示的実施形態において一対のレンズレット（セット１４から１つとセット１６から１つ）はセット１２からの各光源モジュールに関連している。具体的には図１は光源モジュール７２に関連するレンズレット７４および７６と、光源モジュール７２’に関連するレンズレット７４’および７６’と、光源モジュール７２”に関連するレンズレット７４”および７６”とを示す。レンズセット１４および１６を、光源モジュールセット１２の構成がレンズセット１４および１６の構成を実質的に追従する、図２Ｂに示したアレイまたは他の適当な構成などの二層六方最密アレイとして構成してもよい。
【００２０】
また光源モジュールセットの例示的構成が図２Ａに図示されており、図２Ａは照明システムの理論的円形入射瞳２と、光源モジュールセット１２’を適切に位置決めすることにより形成される半径方向に非対称な入射瞳４とを示している。この構成および同様の構成は、所定角度で照明され且つライトトンネル（以下に説明）を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を用いる投影システムにおいて特に好ましい。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およびオフ状態のミラーの下からの反射による投影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、投影光学系の開口数がそれに応じて増加しない場合には投影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。しかし投影光学系の開口を大きくして口径食を防止する場合には、より多くのフラットな状態の（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可能性があるため、コントラストを改善する初期目的が失敗するおそれがある。
【００２１】
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遮断用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投影系のコントラストは非対称開口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、長手および短手寸法を有し、長手寸法がミラーの回転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。
【００２２】
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半径方向に非対称な開口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、光源モジュールセット１２’の構成を選択することができる。光源モジュールに関連する光学素子セット１３の構成をそれに従って選択できるとともに、光源モジュールセット１２’の構成を好適に追従するため、後者も図２Ａに図示するような半径方向に非対称な開口に実質的に近似する全体形状を有することになる。
【００２３】
光源モジュールセットおよび光学素子セット、例えば図１に示したレンズセット１４および１６の他の構成、特定の用途および照明対象物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、略矩形または正方形状を有するアレイなども本開示の範囲内にある。さらにレンズセット１４または１６の一セットのみを本開示の範囲から逸脱することなく用い得る。
【００２４】
図２Ｂはレンズセット１４および１６の例示的構成５８の正面図を表わす。構成５８において、７４、７４’、７４”などのレンズセット１４のレンズレットは、例えば約１８ｍｍの実質的に円形外径を有する実質的に同一形状およびサイズとすることができる。７６、７６’、７６”などのレンズセット１６のレンズレットも実質的に同一形状およびサイズ、例えば短手対角線が約２０ｍｍおよび長手対角線が約２３ｍｍの実質的に六角形状を有することができる。セット１４のレンズレットの外側寸法は光源モジュールセット１２から光の所望量を収集するのに十分大きくなければならず、さらにセット１６のレンズレットの外側寸法はセット１４を出射する光の所望量を捕捉するのに十分大きくなければならない。いくつかの例示的実施形態ではセット１４および１６の個々のレンズレットは、格子間面積を最小限に抑えるために第２のアレイを好適に加工しなければならないため、エッジ細部以外は同一の全体形状および構成を有してもよい。
【００２５】
レンズレット７４、７４’、７４”および７６、７６’、７６”などのセット１４および１６のレンズレットは実質的に図３に示したレンズレット７４および７６として構成されたメニスカスレンズであることが好ましい。図３は光源モジュール７２も示し、本例示的実施形態では光源モジュール７２は基部７２２と出射面７２４と、実質的に光学的に透明なドーム７２６とを含む。市販のＬＥＤ光源モジュールを本開示の適切な実施において用い得ることで、このような照明システムを比較的安価、小型および使い勝手を良くする。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りまたはそれらを含んでもよい。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が理解できよう。
【００２６】
一例としてレンズレット７４および７６の寸法は、約８．８ｍｍの中心厚さと、約−５５ｍｍの凹面の半径と、約−１０ｍｍの半径と約−０．５５の円錐係数とを有する非球面凸面（一般的非球面式により規定される）とを含む。凸面は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非球面に作製される。状況に応じて凹面も非球面に作製してもよい。しかしこのようなレンズの性能は凸面の形状により強く影響を受ける。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、システムの構成およびシステムのサイズに応じて変更可能であるということが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を用いてもよい。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などの特定の用途に対して重要な要因に応じて選択される。
【００２７】
本開示の適切な実施において凹側面７４ａと凸側面７４ｂとを有するレンズレット７４は光源モジュール７２の前に配置されているため、凹側面７４ａは一般に出射面７２４に面している。凹側面７６ａと凸側面７６ｂとを有するレンズレット７６は、凹側面７６ａが凸側面７４ｂに隣接するように配置されている。レンズレット７６の凹側面７６ａは集光効率を最大にするためにレンズレット７４の凸側面７４ｂに直接接していることが好ましいが、いくつかの実施形態においてレンズレットを約４ｍｍまでの距離分離してなお容認可能な集光特性を有し得る。より大きな間隔も本開示の範囲内にあるが、そのような構成はレンズレット７６の外形寸法が増大せずに間隔が増大する場合には集光効率が低下しやすい。当業者にはレンズレット７４および７６を互いに近接配置するとともにレンズレット７６の直径を増加することが通常より広い範囲の角度内の集光またはその逆を可能にすることは理解できよう。レンズレットはレンズレットの材料と実質的に係数が一致する適当な光学接着剤またはエポキシにより接合することができる。
【００２８】
さらに図１および図３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は光源モジュールの出射面の１つまたは複数、例えば光源モジュール７２の出射面７２４を照明対象１７上に結像する。照明対象１７の性質は特定の用途に応じて変更される。例えば図１において照明対象１７は単に図示の目的で、ライトトンネル１９への入口として示されている。
【００２９】
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ライト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。ライトトンネルは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ため、出射面の厳密な結像はライトトンネルを用いる例示的実施形態において必要なくなる。ライトトンネル１９はミラートンネル、例えば中実または中空の矩形トンネル、もしくは内部全反射に頼っ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とすることができる。当業者にはライトトンネルの入射端及び出射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。
【００３０】
他の例示的実施形態において照明対象１７は結像デバイス、例えばＤＭＤ、液晶パネルもしくは液晶ディスプレイの１つまたは複数のピクセルまたはカラーゾーンとすることができる。このような実施形態において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、１つまたは複数のＤＭＤを用いた投影システムで用いられる場合には、光源モジュールを図２Ａ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が有効である。
【００３１】
光源モジュール７２、７２’、７２”などの光源モジュールの出射面に特定の形状を与えて、照明システム１０の性能を改善することができる。例えば出射面の１つまたは複数を対象１７の形状に実質的に一致するような形状に形成することができる。具体的には対象１７がライトトンネル１９への正方形入射口である場合には、光源モジュールの出射面の１つまたは複数も略正方形状に形成することができる。一方対象１７が約１６：９のアスペクト比（通常ハイビジョンテレビの場合）を有する矩形画像形成デバイスである場合には、光源モジュールの出射面の１つまたは複数も略矩形として、好適にはほぼ同一のアスペクト比を有するように形成することができる。代替的には略正方形出射面の像を密集して矩形の照明対象を実質的に満たしてもよい。当業者には出射面および照明対象の他の一般的な形状が本開示の範囲内にあるということは容易に理解できよう。
【００３２】
さらに図１を参照すると、光学素子系１５を出射面の像を適正に拡大するように設計且つ構成してもよい。典型的な投影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が有効となるか、または場合によっては必要とし、これらの例示的実施形態ではこれは発光モジュールの１つまたは複数の出射面の重畳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２２．０×１３．２ｍｍとすることができる。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。このような場合光源モジュールの出射面の１つまたは複数を照明対象とはアスペクト比が若干異なるように作製して、所望の形状の像を作製するようにしてもよい。代替的には光学素子系はシリンドリカルレンズまたは、出射面の像を所望の全体形状またはアスペクト比に変換することもできる他の非円形対称光学系を含んでもよい。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の出射面の像を、図示のおよび以下に説明するようなダイクロイック合成ミラーで合成または重畳し得る。
【００３３】
本開示の照明システムの例示的実施形態の他の群が図４Ａ〜４Ｄ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４Ａ〜４Ｄ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放射光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、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。
【００３４】
例えば図４Ａは、光源モジュール７２、７２’、７２”などの光源モジュールセット２２ａと光学素子系２５ａとを含む例示的照明システム２０ａの概略図である。光源モジュールセット２２ａ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。これは例えば図４Ｂに示すように、７２、７２’、７２”などの光源モジュールセット２２を半径Ｒを有するとともにＯ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。
【００３５】
図４Ａに図示した例示的実施形態において光学素子系２５ａはレンズレット６４、６４’、６４”を含む第１のレンズセット２４ａと、レンズレット６６、６６’、６６”を含む第２のレンズセット２６ａとを含む。この例示的実施形態においてセット２４ａのレンズレットが光源モジュールから概して離れる方向に向いている球面を有する平凸レンズであることが好ましいとともに、セット２６ａのレンズレットが光源モジュールから離れる方向に向いている非球面を有する平凸レンズであることが好ましい。各内向チャネルは関連するレンズを有する光源モジュールによって形成される。例えば関連するレンズ６４および６６を有する光源モジュール７２は１つのそのような内向チャネルを形成する。図４Ｂに示す例示的照明システムにおいて光学素子系２５は、光源モジュールに面する凹面を有する５４、５４’、５４”などの一層のメニスカスレンズを用いる。その例示的実施形態において、光源モジュールおよび関連するメニスカスレンズ、例えば光源モジュール７２およびレンズ５４はそれぞれ内向チャネルを形成する。
【００３６】
図４Ｃは光源モジュール７２、７２’、７２”などの光源モジュールセット２２ｂと、光学素子系２５ｂとを含む例示的照明システム２０ｂの概略図である。光源モジュールセット２２ｂは、光源モジュールが互いに実質的に同一平面に配置されて配線および組み付けを容易にするように構成されている。一例としてこの実施形態は７個の光源モジュールの六角形状アレイを用いる。各光源モジュールの放射光は、本例示的実施形態では５６、５６’、５６”などの両凸レンズを含む光学素子系２５ｂを適切に構成することにより概ね照明対象２７に向けられる。例えば中心光学素子、例えばレンズ５６’を周囲のレンズより短い焦点距離を有するように選択することにより個々のチャネルの内向を達成することができるため、レンズ５６’により焦点合わせされる光源モジュール７２’の出力の少なくとも一部を、レンズ５６および５６”により焦点合わせされる光源モジュール７２および７２”の出力の少なくとも一部と照明対象上で重畳させることができる。
【００３７】
図４Ｄは、光源モジュール７２、７２’、７２”などの光源モジュールセット２２ｃと、光学素子系２５ｃとを含む例示的照明システム２０ｃの概略図である。光源モジュールセット２２ｃも、光源モジュールが互いに実質的に同一平面に配置されて配線および組み付けを容易にするように構成されている。各光源モジュールの放射光は、光学素子系２５ｃを適切に構成することにより概ね照明対象２７に向けられる。本例示的実施形態では光学素子系２５ｃはレンズレット９４、９４’、９４”を含む第１のレンズセット２４ｃと、レンズ９６、９６’、９６”を含む第２のレンズセット２６ｃとを含む。セット２４ｃのレンズは互いに実質的に同一平面に配置されている一方、セット２６ｃのレンズのいくつかは例えば図４Ｄのレンズ９６および９６”に対して示すようにシステムの光学軸に対して傾斜されることにより、照明対象２７上での異なる光源モジュールからの発光の重畳を達成する。
【００３８】
さらに図４Ａ〜４Ｄを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、光学素子系を発光モジュールの出射面の１つまたは複数を照明対象２７上に結像するように構成することができる。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もシステムの用途、所望のシステム構成およびシステムの寸法に応じても変化し得るということも容易に理解できよう。
【００３９】
個々のチャネルを対象に内向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、用いる部品を減らし、より低いコストで、より効率的で、且ついくつかの実施形態では共有された集光器を用いる典型的な実施形態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、後側焦点距離および倍率を調整できるため柔軟性を増すことができる。さらに図４Ａおよび４Ｂ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に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、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かまたは傾斜させると、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。
【００４０】
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好ましい。例えば光源モジュールの前に配置された光学素子が光源モジュールの前面部分を「包み込む」凹面を有してより大きい角度から集光する場合、より高い集光効率を達成しやすい。光源モジュールに面する平面も同程度の集光効率を達成する働きをするが、このような光学素子は成形しにくい。また照明システム性能は通常光源モジュールの数の増加、および共有集光器を用いる例示的実施形態に比べて「内向き」構成の利用により若干改善される。
【００４１】
本開示の照明システムの他の例示的実施形態が図５に図示されている。このような例示的実施形態をＬＣＤの直接バックライティングあるいは他の透過ディスプレイに用いることができる。具体的には図５に示す照明システム３０を用いてＬＣＤ８５を照明し得る。照明システム３０は、ＬＥＤ光源モジュールとすることが可能な光源モジュール７２、７２’、７２”などの光源モジュールセット３２と、光学素子系３５とを含む。このような例示的実施形態において所望のサイズ、輝度および品質の合成像を得るために、７２、７２’、７２”などの十分な量の光源モジュールを用いて、ＬＣＤ８５の表面の十分な部分を覆う照明パッチを生成しなければならない。このような例示的実施形態において光学素子系３５は、レンズレット７４、７４’、７４”を含む第１のレンズセット３４と、レンズレット７６、７６’、７６”を含む第２のレンズセット３６とを含むとともに、フレスネルレンズ、屈折率分布レンズ等（図示せず）などのコリメート光学系を任意で含んでもよい。当業者には光学素子系３５は特定の用途の要望に応じて他の追加構成要素を含み得るということは理解できよう。
【００４２】
さらに図５を参照すると適切な実施形態において一対のレンズレット、セット３４からの１つとセット３６からの１つ、例えばレンズレット７４と７６とは各光源モジュール、例えば７２に関連し得る。レンズセット３４および３６を図２Ｂに示したアレイと同様に二層最密アレイとして構成することができる。このアレイにおいて構成５８の数および全体構造は所望の数の光源モジュール７２、７２’、７２”等および通常矩形または正方形であるＬＣＤディスプレイ８５などの被照明表面の形状と適合するように変更されている。セット３４および３６のレンズレットの全体形状およびそれぞれの位置決め、ならびに光源モジュールの全体形状および位置決めは実質的に図１〜３、４Ａ〜４Ｄに図示した実施形態に関して説明したものと実質的に同一であってもよく、または他の適当な構成としてもよい。
【００４３】
光学素子系３５はセット３２の光源モジュールの出射面の１つまたは複数を、これらの例示的実施形態において照明対象（図１を参照、要素１７）を構成するＬＣＤ８５の８５０、８５０’、８５０”などの１つまたは複数のピクセル上に結像するように構成することができる。いくつかの例示的実施形態において、実質的に連続照明パッチを生成するように隣接の像の少なくともある程度重畳して出射面をＬＣＤ８５上に結像することが好ましい。従ってこのような実施形態では出射面の像は重複または少なくとも部分的に重複して多数のエミッタから実質的に均一のパターンを構成するが、個々の要素は非均一形状を有する場合がある。さらに直接視認バックライティングに適した例示的実施形態において、像はちょうど照明される区域を実質的に満たすように部分的にのみ重複するようにしてもよい。ここで多くの投影用途の場合のように像の実質的重畳は必要ない。代替的には個々の出射面を個別ピクセルまたはある数のピクセル上に結像してもよい。最終的には照明システム３０において光源モジュールの輝度とそれらのサイズとチャネル数（ここでは関連する光学系を有する個々に調整された光源の数）との間でトレードオフとなり得る。
【００４４】
本開示の図示のシステムの他の例示的実施形態が図６に図示されている。このような照明システム４０を投影システム１５０で用いることができる。投影スクリーン１５４を照明するために用いられる照明システム４０は、光源モジュール７２、７２’、７２”（図１〜５と同様）などの光源モジュールセット４２と、光学素子系４５とを含む。図６に図示した例示的実施形態において光学素子系４５は、図１〜５に示すとともに関して説明したものと同様なレンズレットを有する第１のレンズセット４４と、図１〜５に示すとともに関連して説明したものと同様なレンズレットを有する第２のレンズセット４６とを含む。照明システム４０にはＬＣＤ透過型デバイスなどの結像デバイス１４１、およびフレスネルレンズなどの視野レンズ１４３が続く。普通の表面鏡とすることができる折返しミラー１４５、１４９および１５２を用いて投影システム１５０の光路を折り返し、そのためそのコンパクト性を増加することができる。投影システムはさらに結像デバイス１４１により生成された像をスクリーン１５４上に投影するための投影光学系１４７を含んでもよい。
【００４５】
さらに図６を参照すると一対のレンズレット、セット４４からの１つとセット４６からの１つ、例えば図３に示したレンズレット７４および７６は各光源モジュール、例えば図３に示した７２に関連し得る。レンズセット４４および４６を図２Ｂに示したアレイと同様に二層最密アレイとして構成することができる。このアレイにおいて構成５８の数および全体構造は、スクリーン１５４上に形成される合成像の所望の輝度、解像度およびサイズを達成するように変更することができる。好適にはセット４４および４６のレンズレットの全体形状およびサイズならびにセット４２の光源モジュールの全体形状およびサイズは図１〜５に図示した実施形態に関して説明したものと実質的に同じである。図６に図示した例示的実施形態はキャビネットのサイズを低減するとともに使用する構成要素を減らすことを可能にするため、大型のＬＣＤパネル投影用途に特に有用である。
【００４６】
本開示の他の態様により、図７は多色の出射面を有する光源モジュールを図示する。例えば図７において光源モジュール１７２は互いに隣接配置された３つの出射面１９４Ｒ、１９４Ｇおよび１９４Ｂ（それぞれ赤色、緑色および青色または他の適当な原色）を含む。このような発光モジュールは３チップＬＥＤモジュールとすることができ、出射面の任意の１つまたは複数はＬＥＤ出射面、蛍光体層、または任意の他の電子放出物質とするか、またはそれらを含むことができる。コリメータ光学系１７４および１７６は図１〜６に図示した実施形態に関して示し且つ説明したものと同様のレンズレットまたは任意の他の適当な光学素子を含むことができる。好適には各レンズレットは３つの出射面１９４Ｒ、１９４Ｇおよび１９４Ｂのすべてから光を受け取る。従って多数の光源は同じ光学系を共有するため照明システムのコストおよびサイズを低減することができる。これを達成するために出射面１９４Ｒ、１９４Ｇおよび１９４Ｂは典型的には十分に近接して配置される。加えて効率的な集光を確実にするために出射面をレンズレットに十分に近接して配置しなければならない。
【００４７】
光源モジュール１７２およびコリメート光学系１７４、１７６は、照明が特定の色に対して「索引を付けられる」方法で、出射面１９４Ｒ、１９４Ｇおよび１９４Ｂに対してコリメーションを達成するように構成されている。これは出射面１９４Ｒ、１９４Ｇおよび１９４Ｂをコリメート光学系の焦点面付近に配置することにより達成可能であり、異なる色のエミッタの空間分離が異なる色を有する光線の角度の分離に変換される。例えば図７に示した配置の場合、緑色光は光学軸に対して約０度でコリメート光学系を出射する一方で、赤色光は光学軸に対して約＋２度でコリメート光学系を出射するとともに、青色光は光学軸に対して約−２度でコリメート光学系を出射する。
【００４８】
図８は本開示の照明システムの他の例示的実施形態を概略的に示す。図８に示した照明システム１００は、各々が複数の出射面１９４Ｒ、１９４Ｇ、１９４Ｂ、１９４Ｒ’、１９４Ｇ’、１９４Ｂ’および１９４Ｒ”、１９４Ｇ”、１９４Ｂ”をそれぞれ有する光源モジュール１７２、１７２’および１７２”などの光源モジュールセット１１２と、光学素子系１１５とを含む。図８に図示した例示的実施形態において光学素子系１１５は、レンズレット１７４、１７４’、１７４”を含む第１のレンズセット１１４と、レンズレット１７６、１７６’、１７６”を含む第２のレンズセット１１６と、ダイクロイックミラー１２０Ｒ、１２０Ｂおよび１２０Ｇと、集光器１１８とを含む。集光器１１８は、好適には非球面凸面を有する平凸レンズ、メニスカスレンズまたは屈折率分布レンズであるかまたはそれらを含んでもよい。光学素子系１１５は特定の用途で所望され得るように図示の要素に加えてまたは代わりに他の構成要素を含んでもよい。
【００４９】
本開示の適切な実施形態においてレンズレット１７４、１７４’、１７４”を含むレンズセット１１４およびレンズレット１７６、１７６’、１７６”を含むレンズセット１１６は、本開示の他の例示的実施形態に関して説明した各組のレンズと同様の構成を有するか、または特定の用途に適切な他の適当な構成を有してもよい。例えば一対のレンズレット、セット１１４からの１つおよびセット１１６からの１つは各光源モジュールと関連し得る。例えば図８においてレンズレット１７４および１７６は光源モジュール１７２と関連し、レンズレット１７４’および１７６’は光源モジュール１７２’と関連し、レンズレット１７４”および１７６”は光源モジュール１７２”と関連している。図７に関連して説明したように、出射面１９４Ｒ、１９４Ｇ、１９４Ｂ、１９４Ｒ’、１９４Ｇ’、１９４Ｂ’および１９４Ｒ”、１９４Ｇ”、１９４Ｂ”のいずれかまたはすべては赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）ＬＥＤモジュールの出射面、蛍光体層、任意の他の電子放出物質またはそれらの任意の数のまたは組み合わせとすることができる。
【００５０】
さらに図８を参照すると、光学素子系１１５は光源モジュール例えば１７２、１７２’、１７２”の出射面の１つまたは複数を照明対象１１７上に結像するように構成してもよい。他の例示的実施形態に関して説明したように照明対象１１７の性質は特定の用途に応じて変わる。例えば照明対象１１７はライトトンネル、結像デバイス、ＬＣＤもしくはＬＣＤの特定のカラーゾーンまたはピクセルへの入射口とすることができる。重畳するまたは少なくとも部分的に重複するカラー照明パッチが望ましい場合、ダイクロイックミラー１２０Ｒ、１２０Ｂおよび１２０Ｇを用いて異なる色の出射面の像を照明対象１１７上に合成することができる。
【００５１】
本明細書に説明した他の例示的実施形態と同様に、光源モジュール１７２、１７２’、１７２”等の出射面１９４Ｒ、１９４Ｇ、１９４Ｂ、１９４Ｒ’、１９４Ｇ’、１９４Ｂ’および１９４Ｒ”、１９４Ｇ”、１９４Ｂ”等の１つまたは複数に特定の形状を付与して照明システム１００の性能を向上することができる。例えば出射面の１つまたは複数を照明対象１１７の全体形状に実質的に一致するような形状に形成し得る。具体的には対象１１７が光トンネルの正方形入射口である場合には、１７２、１７２’、１７２”などの光源モジュールの出射面の１つまたは複数も概して正方形として形成することができる。一方対象１１７が矩形画像形成デバイスもしくはＬＣＤの矩形カラーゾーンまたはピクセルである場合には、光源モジュールの出射面の１つまたは複数も略矩形として形成してもよい。当業者には出射面および照明対象の他の形状が本開示の範囲内にあるということは容易に理解できよう。
【００５２】
本開示の照明システムの他の例示的実施形態が図９に図示されている。このような例示的実施形態をバックライティングＬＣＤあるいは他の透過ディスプレイに用いることができる。照明システム２００は、３チップＬＥＤモジュールとすることができる光源モジュール２７２および２７２’に代表される１つまたは複数の光源モジュールと、２１１および２１１’に代表されるコリメートレンズセットなどの光学素子系とを含み、コリメートレンズの各々は光源モジュールの少なくとも１つに関連する。照明システム２００を用いて結像デバイス１８５を照明することができる。このような例示的実施形態において、２９４Ｒ、２９４Ｇ、２９４Ｂおよび２９４’Ｒ、２９４’Ｇ、２９４’Ｂに代表される異なる色の出射面を有する２７２および２７２’に代表される十分な量の光源モジュールを用いて、ＬＣＤディスプレイとすることができる結像デバイス１８５の表面の十分な部分を覆うことにより所望のサイズおよび品質の合成像を得る。結像デバイスはピクセル３８５Ｒ、３８５Ｇ、３８５Ｂ、３８５’Ｒ、３８５’Ｇ、３８５’Ｂ、および３８５”Ｒ、３８５”Ｇ、３８５”Ｂにより代表されるカラーゾーンまたはピクセルのアレイを有してもよい。
【００５３】
結像デバイス１８５に近接配置し得る３６５、３６５’３６５”などの個々のレンチキュラを含むレンチキュラアレイ１６５を用いて２９４Ｒ、２９４Ｇ、２９４Ｂおよび２９４Ｒ’、２９４Ｇ’、２９４Ｂ’などの出射面の１つまたは複数を、３８５Ｒ、３８５Ｇ、３８５Ｂ、３８５’Ｒ、３８５’Ｇ、３８５’Ｂおよび３８５”Ｒ、３８５”Ｇ、３８５”Ｂなどの対応するカラーゾーンまたはピクセル上に結像することができる。レンチキュラは両凸または平凸レンズとしてもよい。いくつかの例示的実施形態において出射面の１つまたは複数をフィルタストライプ上に結像することができる。この場合、個々のレンチキュラのそれぞれは、異なるエミッタから発した異なる色に対応する光線の焦点を、結像デバイス１８５上の異なる場所に、例えば異なるカラーゾーンまたはピクセル上に合わせる。具体的にはレンチキュラ３６５”は出射面２９４Ｒ、２９４Ｇおよび２９４Ｂから発した赤色、緑色および青色光に対応する光線の焦点を結像デバイス１８５のカラーゾーンまたはピクセル３８５Ｒ”、３８５Ｇ”および３８５Ｂ”上に合わせる。さらに他の例示的実施形態に関して説明したように、出射面の形状をカラーゾーンまたはピクセルの形状に一致させることができる。このため各光源モジュールは多数のカラーゾーンまたはピクセルを含む結像デバイスの所定の区域を照明することができるため、その有効表面が実質的に照らされる。すべての発光モジュールとそれらの構成多色エミッタとを適正な出力レベルに較正することにより均一性が達成される。
【００５４】
さらに図９を参照すると、いくつかの例示的実施形態においてレンチキュラアレイ１６５および３８５Ｒ、３８５Ｇ、３８５Ｂ、３８５’Ｒ、３８５’Ｇ、３８５’Ｂ、３８５”Ｒ、３８５”Ｇ、３８５”Ｂなどのピクセルまたはカラーゾーンは約０．２ｍｍのピッチを有する。２９４Ｂ、２９４Ｇ、２９４Ｒなどの発光面は発光ストライプ、例えば約０．４ｍｍの中心間距離を有するＬＥＤストライプであってもよい。２１１および２１１’などのコリメートレンズを注意深く継ぎ合わせて均一な照明光線を生成することができるため、結像デバイス１８５が実質的に途切れることなく照らされる。代替的に、例えば、発光面間の空間が約０．６ｍｍであり、レンチキュラ間のピッチが約０．３ｍｍおよび結像デバイス１８５のカラーゾーンまたはピクセル間が約０．１ｍｍであってもよい。２１１、２１１’などのコリメートレンズおよび２７２および２７２’などの関連する光源モジュールは特定の用途の要求に応じて六角形に密集またはデカルト格子に密集され得るかまたは他の構成に提供させてもよい。
【００５５】
さらに図９を参照すると照明システム２００は色に応じて角度分離される光線を生じる。その結果赤色光は結像デバイスの赤色カラーゾーン内を伝えられ、同様に青色および緑色光はそれぞれ青色および緑色カラーゾーン内を伝えられる。チャネリングの純度に応じて本開示のこのような実施形態と共にフィルタを用いても用いなくてもよい。特定の色が特定のピクセルに伝えられるため、例えば赤色光のみが赤色ゾーンを通過するため、純粋なチャネリングまたは実質的にクロストークのないチャネリングを本開示のいくつかの実施形態で達成することができる。さらに本開示によりＬＥＤモジュールなどの光源モジュールの利用が可能になり最良の照明の遠視野分布が得られる。
【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、光学系および結像デバイス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などの均等拡散タイプのエミッタからの光を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できるため全体的な効率をより良好にする。加えて本開示の例示的実施形態はより良好な結像特性を有することができる。さらにまた本開示は使用する構成要素を減らし、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更および変形をなし得るということは容易に理解できよう。例えば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、特定の用途ならび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「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、および「整形光源モジュールとそれを用いた照明システム（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ａｎｄ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ）」と題された代理人整理番号第５９５２６ＵＳ００２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、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内に含むことを検討している。
【００５８】
さらに当業者には本開示の実施形態を、白色ＬＥＤ、カラーＬＥＤ（例えば赤色、青色緑色または他の色）およびＲＧＢ  ＬＥＤモジュールなどマルチチップＬＥＤモジュールを始めとする様々な光源と一緒に用いることができるということは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は多くの用途にふさわしい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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】非対称コントラスト増強開口の形状を実質的に近似するように配置された、関連する光学素子を有する光源モジュールのアレイの概略的正面図である。
【図２Ｂ】本開示の適切な例示的実施形態に含まれ得るレンズの六方最密アレイの拡大正面図である。
【図３】光源モジュールと関連するレンズレットとを示す、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一部の拡大断面図である。
【図４Ａ】個別焦点合わせ且つ内向チャネルを有する、本開示の例示的実施形態により構成された他のタイプの照明システムの概略断面図である。
【図４Ｂ】個別焦点合わせ且つ内向チャネルを有する、本開示の例示的実施形態により構成された他のタイプの照明システムの概略断面図である。
【図４Ｃ】個別焦点合わせ且つ内向チャネルを有する、本開示の例示的実施形態により構成された他のタイプの照明システムの概略断面図である。
【図４Ｄ】個別焦点合わせ且つ内向チャネルを有する、本開示の例示的実施形態により構成された他のタイプの照明システムの概略断面図である。
【図５】バックライティング用途に特に有用である、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６】投影用途に特に有用である、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７】異なる色の出射面を有する光源モジュールの使用を図示する、本開示の例示的実施形態の一部の概略図である。
【図８】異なる色の出射面を有する光源モジュールを用いた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９】異なる色の出射面を有する光源モジュールを用いた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】
2007524976.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2007524976.tif 000006
【図３】
2007524976.tif 000007
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2007524976.tif 000010
【図４Ｄ】
2007524976.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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