(57)【要約】  アクティブ光源（２）と光学システムとを有するＬＥＤ照明器具、特にＬＥＤヘッドライト。アクティブ光源（２）は、同一の色又は異なる色を有し、かつ、平坦な若しくは湾曲した表面（２０、２００）又は回路基板上に配置された複数のＬＥＤ（２１〜２６）からなる。光学システムは、個々のレンズがＬＥＤ（２１〜２６）の発光面の上部に少し離して配置され、かつＬＥＤにより放出された光（Ｌ１〜Ｌ４）を集光しフォーカスして表面上に向けるコリメーション光学ユニット（３）と、表面に向けられフォーカスされた光（Ｋ１、Ｋ２、Ｅ）を受光してそれを色及び／又は輝度においてミキシングするミキシング光学ユニット（４）と、ミキシング光学ユニット（４）により放出された光（Ｍ１、Ｍ２、又は、Ｎ１、Ｎ２）を受光してそれを予め定められた配光（Ｆ１〜Ｆ４）で遠視野に放出するフィールド光学ユニット（５）と、を備えている。
2013502679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の色又は異なる色を有し、かつ平坦な若しくは湾曲した表面（２０、２００）又はボード上に配置された複数のＬＥＤ（２１〜２６）のアクティブ光源（２）と、光学システムとを有するＬＥＤ照明器具、特にＬＥＤヘッドライトであって、
前記光学システムは、
コリメーション光学系（３）であって、その個々のレンズがＬＥＤ（２１〜２６）の発光表面の上部に少し離して配置され、かつＬＥＤにより放出された光（Ｌ１〜Ｌ４）を表面上に集光し、フォーカスし、及び向かわせるコリメーション光学系と、
ミキシング光学系（４）であって、表面に向けられフォーカスされた光（Ｋ１、Ｋ２、Ｅ）を受光して、前記光を色及び／又は輝度に関してミキシングするミキシング光学系と、
フィールド光学系（５）であって、ミキシング光学系（４）により放出された光（Ｍ１、Ｍ２、又は、Ｎ１、Ｎ２）を受光し、前記光を予め定められた配光（Ｆ１〜Ｆ４）で遠視野に放出するフィールド光学系と、
を有するＬＥＤ照明器具。
【請求項２】
ＬＥＤボード（２０）上で着色光を発光するＬＥＤ（２２〜２４）の数及び種類が、予め定められた一定の色温度、特に２８００°Ｋ〜６５００°Ｋの範囲の色温度となるように調節されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３】
ＬＥＤボード（２０）上で着色光を発光するＬＥＤ（２２〜２４）の数及び種類が、可変の色温度、特に２８００°Ｋ〜６５００°Ｋの範囲で調節可能な色温度となるように調節されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４】
短波光を発光するＬＥＤ（２１〜２３）が主に中央領域に配置され、長波光を発光するＬＥＤ（２４）が主にＬＥＤボード（２０）の外側領域に配置されることを特徴とする、請求項１から３の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項５】
ヘッドライトにより放出される光のスペクトルが予め定められた態様で変更されるように、ＬＥＤにより放出された光の少なくとも一部が、カラーフィルターを通して方向付けされることを特徴とする、請求項１から４の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項６】
ＬＥＤのスペクトル発光特性とカラーフィルター、特にカラーシートの分光透過特性との組み合わせが、ヘッドライトから放出される光を色において最適化し、その結果、最大輝度での所望の色配置及び／又は所望の色再生が最大輝度で達成されることを特徴とする、請求項５に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項７】
前記カラーシートが、特定の透過特性を得るように構造化され又は穿孔されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項８】
ＬＥＤボード（２０）が、ＬＥＤを冷却するための、放熱器又は冷却媒体、可動冷却媒体を有する冷却装置、特にファンに連結されていることを特徴とする、請求項１から７の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項９】
平面（２０）が平坦なボード、金属コアボード、エポキシ樹脂ボード、又はセラミックボードからなることを特徴とする、請求項１から８の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１０】
アクティブ光源（２）が、ハーフボールの一部、中空パラボラ、又は非球状中空表面からなる湾曲面（２００）の内側に配置された複数のＬＥＤ（２１〜２６）を有しており、前記ＬＥＤは湾曲面（２００）の曲率中心又は焦点に光を放出するものであり、同一のコリメーション光学系（３）がアクティブ光源（２）の複数の又は全てのＬＥＤ（２１〜２６）に対して備わっていることを特徴とする、請求項１から９の少なくとも１項に記載の光学システム。
【請求項１１】
コリメーション光学系（３）が、ＬＥＤ（２１〜２６）により放出された光ビーム（Ｌ１〜Ｌ４）を平行な又はわずかに収束したビーム経路（Ｋ１、Ｋ２）へと再成形し、このビーム経路がミキシング光学系（４）の光入射面をほぼ完全に光で満たすことを特徴とする、請求項１から１０の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１２】
コリメーション光学系（３）が、その光入射側に、ＬＥＤボード（２０）に対向しかつ個々のＬＥＤ（２１〜２６）に向けられた円錐形全反射レンズ（３７）を有するコリメータを備え、その光出射側に、フレネルレンズのタイプによるレベルレンズ構造（３０）を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の照明器具。
【請求項１３】
コリメーション光学系（３）が離間ホルダー（１６）を介してＬＥＤボード（２０）に連結されており、離間ホルダー（１６）の長さが、円錐形全反射レンズ（３７）がＬＥＤ（２１〜２６）の前の最適な距離において終端するように寸法付けされていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１４】
コリメーション光学系（３）が、ＬＥＤ（２２〜２６）により放出された光（Ｌ１〜Ｌ４）の発光方向（Ａ）において、ＬＥＤ（２１〜２６）の発光表面までの最適な距離に配置されたレンズシステムからなることを特徴とする、請求項１から１３の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１５】
コリメーション光学系（３）が異なる発光方向を有する別々の光学要素（３１〜３５）からなるか、又は平面（２０）上に配置されたＬＥＤ（２１〜２６）により同一の発光方向に放出された光（Ｌ１〜Ｌ４）を離れた領域にフォーカスする複数の光学要素（３１〜３５）から構成されることを特徴とする、請求項１１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１６】
コリメーション光学系（３）は光学ボードとして設計されており、この光学ボードには異なる発光方向を有する光学面が含まれることを特徴とする、請求項１１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１７】
コリメーション光学系（３）が、ＬＥＤ（２１〜２６）により放出された光（Ｌ１〜Ｌ４）をＬＥＤ照明器具の発光方向（Ａ）において予め定められた配光（Ｋ１、Ｋ２）で放出する、複数のコリメート若しくはフォーカスレンズ、又はレンズシステム、特にＴＩＲ（全内部反射) レンズからなることを特徴とする、請求項１１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１８】
コリメーション光学系（３）が光学プラスチックからなることを特徴とする、請求項１１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１９】
ミキシング光学系（４）が、異なる方向から進んでくる光をほぼ同じ角度で放出し、及び少なくとも１つの光学要素を含み、この光学要素がコリメーション光学系（３）により発光方向（Ａ）に放出された光（Ｋ１、Ｋ２、Ｅ）をミキシングし、したがって光出射側における二次的光源として有効であることを特徴とする、請求項１から１８の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２０】
ミキシング光学系（４）が、予め定められた拡散度を有するディスク又はボディとして形成されたディスク又はボディディフューザ（６０、６１）からなることを特徴とする、請求項１９に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２１】
ディフューザ（６０、６１）が、半透明ウィンドウペイン、拡散プラスチックペイン、又はプラスチックの拡散半球体からなることを特徴とする、請求項２０に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２２】
ディフューザ（６０、６１）が、光入射側及び／又は光出射側に、ハニカム、プリズム、又はマイクロレンズからなる構造を有することを特徴とする、請求項２０又は２１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２３】
ディフューザ（６０、６１）が、光出射側に、放出された光を増強するための装置、特に内側が狭くなったコム（６２）を有することを特徴とする、請求項２０から２２の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２４】
ミキシング光学系（４）が光ミキシングスティック又はテーパーからなることを特徴とする、請求項１９に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２５】
アクティブ光源（２）とミキシング光学系（４）との間に、予め定められた態様でミキシング光学系（４）に発光されるように光を偏光又は再成形する、レンズ、レンズシステム及び／又はリフレクタとして設計された光学要素（６）が配置されていることを特徴とする、請求項１から２４の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２６】
ＬＥＤ（２１〜２４）がコリメーション光学系（３１〜３４）とともにボード（２０）上に配置され、前記ボードがミキシング光学系（４）と同一平面上にあり、かつ中央領域においてミキシング光学系（４）を受容し又は取り囲んでおり、コリメーション光学系（３１〜３４）により放出される光ビーム（Ｋ１、Ｋ２）がリフレクタ（９１、９２）に向けられ、このリフレクタは光ビーム（Ｋ１、Ｋ２）をミキシング光学系（４）に反射し、このミキシング光学系はミキシング光（Ｍ１、Ｍ２）をＬＥＤ（２１〜２４）の発光方向と反対に放出することを特徴とする、請求項１から２５の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２７】
ボード（２０）は、ミキシング光学系（４）を受容するための中央開口を有し、かつＬＥＤ（２１〜２６）は、ミキシング光学系（４）の周りに円形に配置されていることを特徴とする、請求項２６に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２８】
リフレクタは、ボード（２０）から離間された均一なミラー（９１）であってボード（２０）の半分の直径を有するミラーからなることを特徴とする、請求項２６又は２７に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項２９】
リフレクタは、ボード（２０）から離間された、凹面湾曲した又は円錐状の好ましくは切子面にカットされたミラー（９２）からなることを特徴とする、請求項２６又は２７に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３０】
角度をそらして直線的に発光するコリメーション光学系（３１〜３４）であって、その光ビームは、該光ビームをミキシング光学系（４）に反射する平坦な又は湾曲した鏡面を有するリフレクタ（９３、９４）に向けられるコリメーション光学系を特徴とする、請求項２６から２９の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３１】
凹面湾曲した又は円錐状の好ましくは切子面にカットされたリフレクタ（９３、９４）、ＬＥＤ照明器具の光学主軸（ＨＡ）の周囲のリング、複数のリング、又は多角形の外カバー内に配置されたＬＥＤ（２１〜２６）及びコリメーション光学系（３１〜３６）を特徴とする、請求項１から３０の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３２】
ＬＥＤ照明器具の光学主軸（ＨＡ）の周囲のリング、複数のリング、又は多角形の外カバー内に、並びに、ミキシング光学系（４）と同一平面内にあり中央領域においてミキシング光学系（４）を受容又は包囲するボード（２０）上に配置されたＬＥＤ（２１〜２６）と、コリメーション光学系（３１〜３６）とを特徴とし、及び反射コリメーション光学系（３１〜３６）を使用する場合には平坦リフレクタを特徴とし、直線発光コリメーション光学系（３１〜３６）の場合には凹面リフレクタ（９４）を特徴とする、請求項１から３１の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３３】
請求項１から３２の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具であって、フィールド光学系（５）が、
収束レンズ、特に凸レンズ、平凸レンズ、若しくは非球体収束レンズであって、その入射側及び出射側が好ましくは、構造、特にハニカム、プリズム、若しくはマイクロレンズ構造を含む収束レンズ、又は、
フレネルレンズ、特に散乱構造が組み込まれたフレネルレンズ（ＮＯＦＳレンズ）、又は、
好ましくは、主として画像化特性を有するズーム又は投影光学系であって、ミキシング光学系（４）の出射表面又は正面に位置する平面を遠く離れて位置する平面中に正確に画像化するズーム又は投影光学系として設計されたレンズシステム、
からなることを特徴とする、ＬＥＤ照明装置。
【請求項３４】
フィールドレンズ又はフィールド光学系は、光入射側にビーム拡張構造を、及び光出射側にフォーカス構造、特にフレネル構造を有することを特徴とする、請求項３３に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３５】
フレネルレンズ（５）の構造化が、らせん状に配置された五角形の光学要素（５３、５３’）からなることを特徴とする、請求項３３又は３４に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３６】
レンズ、レンズシステム及び／又はリフレクタとして設計された光学要素（６）がミキシング光学系（４）とフィールド光学系（５）との間に配置されており、前記光学要素は、遠視野に予め定められた配光が形成されるように光を反射又は再成形することを特徴とする、請求項１から３５の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３７】
切頂円錐状リフレクタ（１１）であって、そのマントル領域（１１０）は内部がミラー加工され、その開いた基部領域（１１１）はコリメーション光学系（３）に隣接し、及びその開いたデッキ領域はミキシング光学系（４）を受容し又はそれに隣接している、切頂円錐状リフレクタを特徴とする、請求項１から３６の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３８】
切頂円錐状リフレクタ（１１）の開いた基部領域（１１１）が、コリメーション光学系（３）を包囲し内側がミラー加工された中空シリンダー状リフレクタ部（１１３）に移行することを特徴とする、請求項３７に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３９】
ミキシング光学系（４）がリングフランジ（１０３）の開口（１０４）内に配置され、その外径がＬＥＤボード（２０）及び／又はＬＥＤボード（２０）に連結された円形ディスク状プレート（１０１）の外径に等しくなっており、及び一方ではリングフランジ（１０３）が、そして他方ではＬＥＤボード（２０）及び／又は円形ディスク状プレート（１０１）が、中空円筒カートリッジ（１０）の正面を形成し、その円筒マントル（１０１）はリングフランジ（１０３）と、ＬＥＤボード（２０）及び／又は円形ディスク状プレート（１０１）とに連結されていることを特徴とする、請求項１から３８の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４０】
リングフランジ（１０３）は制御電子機器ボード（７２）にスタッド（７３）を介して連結されており、前記ボードは、ＬＥＤ（２１〜２６）を制御し調整するための制御電子機器（７）を有し、前記電子機器は、リフレクタ（１１）に対向するリングフランジ（１０３）の内側に位置することを特徴とする、請求項３９に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４１】
カートリッジ（１０）は密閉されており、特に水密なハウジングを有することを特徴とする、請求項３９又は４０に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４２】
電力供給ケーブル及び制御ケーブル（７０）が、カートリッジ（１０）の円筒マントル（１０１）を貫通して案内され、ＬＥＤ（２１〜２６）及び／又はＬＥＤ（２１〜２６）を制御し調整するための制御電子機器（７）に接続されることを特徴とする、請求項３９〜４１の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４３】
ＬＥＤボード（２０）が、所定数のＬＥＤ（２１〜２６）と、異なる温度帯域においてＬＥＤボード（２０）上の温度を記録する複数の分配された熱センサー（２７）とを有することを特徴とする、請求項１から４２の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４４】
ＬＥＤ（２１〜２６）により放出されている光の輝度及び／又は色を予め定められた値になるように調整するために、記録された温度の値が入力信号として制御電子機器（７）に伝達されることを特徴とする、請求項１から４３の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４５】
ＬＥＤ（２１〜２６）により放出された光のビーム経路内に配置された光学センサー、特に光ダイオード、色センサー、又は小型分光計であって、その出力信号が、ＬＥＤ（２１〜２６）により放出された光の輝度及び／又は色を予め定められた値となるように調整するための制御電子機器（７）に入力信号として伝達されることを特徴とする、請求項１から４４の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４６】
ミキシング光学系（４）の前のカートリッジ（１０）の発光方向において、レンズ（５）は、ＬＥＤ照明器具の光軸（ＨＡ）に沿って調節可能に配置されており、ミキシング光学系（４）から放出された光を受光してその光を、フレネルレンズ（５）のミキシング光学系（４）からの距離によって調節可能な配光（フラッド、スポット）により遠視野に放出することを特徴とする、請求項３９から４５の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４７】
カートリッジ（１０）及びフレネルレンズ（５）は、照明器具又はヘッドライトハウジングの鏡筒（１）内に配置されることを特徴とする、請求項３９から４６の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４８】
フレネルレンズ（５）は、鏡筒（１）内で、ＬＥＤ照明器具の光軸（ＨＡ）の方向に調節可能であることを特徴とする、請求項４７に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４９】
フレネルレンズ（５）及び鏡筒（１）は、カートリッジ（１０）と対面するＬＥＤ照明器具の光軸（ＨＡ）の方向において調節可能であることを特徴とする、請求項４７に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項５０】
フレネルレンズ（５）は鏡筒（１）に連結され、カートリッジ（１０）はＬＥＤ照明器具の光軸（ＨＡ）に沿って鏡筒（１）に対して調節可能であることを特徴とする、請求項４７に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項５１】
カートリッジ（１０）と鏡筒（１）との間に、鏡筒（１）内でのカートリッジ（１０）長手方向の調節のために手動で又は電気的に作動可能である調節機構が配置されることを特徴とする、請求項３９から５０の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項５２】
照明器具又はヘッドライトハウジング（８）は、シリンダー状鏡筒（１）を有しており、その鏡筒内で、光発生ユニット（９）のカートリッジ（１０）及びＬＥＤ照明器具又はＬＥＤヘッドライトの光出射側のフレネルレンズ（５）が互いに対して相対移動可能に配置されていることを特徴とする、請求項１から５１の少なくとも１項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項５３】
鏡筒（１）は、ＬＥＤ照明器具又はＬＥＤヘッドライトの光出射側に、互いに対して調節可能なレンズプレート、リーフバンドア、グリッド、ディフューザ、スクリム、ゴーボー、ホログラフィック拡散フィルムなどのヘッドライトアクセサリのためのレセプタクル（１９）を備えていることを特徴とする、請求項５２に記載のＬＥＤ照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ照明器具に関し、特に、請求項１のプリアンブルに記載のＬＥＤヘッドライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイライト効果及び均一な配光を得るために、湾曲したリフレクタ、その湾曲リフレクタの空洞内に配置されたランプ、リフレクタの正面に発光方向に配置された収束レンズ、及びリフレクタと収束レンズとの間に配置された発散レンズを有するヘッドライトが、ドイツ特許出願公開第１００６３１３４号（ＤＥ１００６３１３４Ａ１）により既知である。ヘッドライトから放出される光をフォーカスするために、ランプを有するリフレクタ又は発散レンズは、ヘッドライトの光学主軸の方向において移動可能である。
【０００３】
フレネルレンズヘッドライトのための光学システムが、欧州特許第１２４１３９９号（ＥＰ１２４１３９９Ｂ１）により既知であり、これは、光照射野における照明の均一性を保持することによって、配光のスポット位置においても、またフラッド位置においても光効率を改善するために、楕円状リフレクタ、ランプ、及び少なくとも１つのフレネルレンズを有しており、その表面又はリフレクタの光反射面は構造化されている。調節すべきヘッドライトを出る光束の開口角に応じて、ランプ及びフレネルレンズのリフレクタに対する距離が恒久的に連動されて調節可能である。
【０００４】
光発生ユニット、即ち、複数の発光ダイオードつまりＬＥＤの「光エンジン」を備えたＬＥＤヘッドライトが、国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６０８９２号により既知であり、この「光エンジン」は、熱伝導性が良好で放熱器に連結されたボード上に配置される。光成形装置が光発生ユニットに連結されており、この光成形装置は、光発生装置により放出された光ビームの光ミキシング及び／又はビーム成形のためのレンズ又はレンズシステムを有する光学系を含み、光ビームをフォーカスするため、又はＬＥＤヘッドライトの光軸の方向における半散乱角を変更するために調節可能である。光成形装置は、発光角を変更するため及び／又は特殊な光効果を生ずるためにヘッドライトアクセサリに連結されることができ、このヘッドライトアクセサリは、互いに調節可能なレンズプレート、リーフバンドア、グリッド、若しくはディフューザからなるか、又は、スクリム、ゴーボー、若しくはホログラフィック散乱フィルムなどからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１００６３１３４号明細書
【特許文献２】欧州特許第１２４１３９９号明細書
【特許文献３】国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６０８９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、半散乱角の広い調節範囲を可能にし、均質で弱いフェードアウト光照射野を保証し、フラッド設定においてはハードな光源を提供するとともに、スポット設定においてはソフトな光源を提供する、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源を有するＬＥＤ照明器具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明により、請求項１の特徴に記載の、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源を有するＬＥＤ照明器具によって解決される。
【０００８】
本発明による解決法は、半散乱角の広い調節範囲を可能にし、均質でソフトなフェードアウト光領域を保証し、フラッド設定においては、光源がフィールド光学系に近接してフィールド光学系上に唯一の小さな光スポットを生ずるため、ハードな光源を提供し、一方スポット設定では光源がフィールド光学系から遠く離れており、その結果フィールド光学系の直径にわたり光が充満するため、この設定においてはソフトな光源を提供する、複数のＬＥＤからなる光源を有するＬＥＤ照明器具を提供する。
【０００９】
アクティブ光源のＬＥＤによって放出された光を集光し、その光を表面に向かわせ及びプールするコリメーション光学系の配置により、後順位のミキシング光学系は、完全な入光表面にわたり照明され、及び異なる方向から進んでくる、表面に向けられかつ束ねられた光を最適にミキシングすることができ、そして、それを同じ角度でフィールド光学系に放出することができ、フィールド光学系はミキシング光学系から放出された光を受光してそれを予め定められた配光で遠く離れた照射野へと放出する。
【００１０】
長波長光は短波長光よりも強く反射されるので、アクティブ光源の後順位に位置する光学要素の、波長に依存する反射を計算に入れるために、短波長光を発光するＬＥＤが主に中央領域に配置され、そして長波長光を発光するＬＥＤは主にＬＥＤボードの外側領域に配置される。
【００１１】
比較的広く分布されたＬＥＤの配置の更なる利点は、それが、コリメーションレンズのためのスペースを提供することであり、このことは、ＬＥＤの周りの有効スペースが大きくなるほど、より効果的でかつより注目されるものと思われる。
【００１２】
ＬＥＤボード上の着色光を発光するＬＥＤの数及び種類は、予め定められた色温度、特に２８００°Ｋから６５００°Ｋまでの色温度となるように調節されるのが好ましい。
【００１３】
あるいは、ＬＥＤボード上の着色光を発光するＬＥＤの数及び種類は、可変の色温度、特に２８００°Ｋから６５００°Ｋまでの調節可能な色温度範囲となるように調節されることができる。
【００１４】
ＬＥＤにより放出される光の少なくとも一部は、ヘッドライトにより放出される光のスペクトルが予め定められた態様で変更されるようにカラーフィルターを通して方向付けされる。
【００１５】
ＬＥＤのスペクトル発光特性とカラーフィルター、特にカラーシートの分光透過率とを組み合わせることによって、ヘッドライトにより放出される光は、所望の色配置及び／又は所望の色再現が最大輝度で達成されるように、色において最適化される。
【００１６】
好ましい実施形態では、カラーシートは特定の透過特性が得られるように構造化又は穿孔される。
【００１７】
ＬＥＤにより放出される光の完全な又は部分的なフィルタリングのために、色再現性には劣るが高効率の白色ＬＥＤを使用することができる。ＬＥＤにより放出されたスペクトルは、カラーフィルターの助けにより色再現が最適化されるように変更される。この場合その効率は、好適なＬＥＤが用いられた場合のように、なおもより高いものであり得る。色配置及び色温度もカラーフィルター、特にカラーフィルターシートの助けにより変えることができる。
【００１８】
光発生の間に生成される熱を放出するために、ＬＥＤボードは、ＬＥＤを冷却するための、放熱器、又は可動冷却媒体を有する冷却装置、特にファンに連結される。
【００１９】
ＬＥＤの寸法に比較して大きな領域にＬＥＤが配置されているため、ごく低減された電力密度が得られる。したがって、損失熱の散逸は、この構成原理を用いて容易に可能であり、単純なパッシブ放熱器でも数百ワットの性能まで達成できる。これに対して、大きな電力密度を有する照明領域を有する場合には、大抵、ファンに接続されたヒートパイプを用いた熱の散逸が必要となる。
【００２０】
コリメーション光学系は好ましくは、ＬＥＤにより放出された光ビームを、平行な又はやや収束したビーム経路へと再成形し、このビーム経路はミキシング光学系の入光面を実質的に完全に光で満たす。
【００２１】
一次的な又はアクティブな光源は、同じ又は異なる色を有する複数のＬＥＤからなり、これには、特にメーカーによって既に導入されている場合には、既に一次的な光学系が設けられていてもよい。
【００２２】
アクティブ光源のＬＥＤは、平面上に、あるいは、湾曲面の内側に配置されることができる。ＬＥＤを平面上に、例えば平坦なパネル、金属コアボード、エポキシ樹脂ボード、又はセラミックボード上に配置する場合には、ＬＥＤは光を同一の初期方向に放出し、その場合コリメーション光学系は異なる初期方向を有する複数の個別の光学要素からなり、これによりＬＥＤにより放出された光は点又は平面へとフォーカスされる。
【００２３】
平面上のＬＥＤのこのような配置の利点は、ＬＥＤが機械によって、及び場合によっては他の構成要素とともに、該平坦パネル、金属コアボード、エポキシ樹脂ボード、又はセラミックボード上に搭載され得、かつそれらが電気的に接続され得ることである。欠点は、各ＬＥＤが後順位のミキシング光学系に対して異なる角度で光を放出するため、コリメーション光学系の各光学要素が別々に設計されることである。
【００２４】
湾曲面、例えば、トールパイプ若しくはハーフボール、中空パラボラ又は非球面状中空表面の内側における、アクティブ光源のＬＥＤの別の構成では、ＬＥＤは曲率中心又は湾曲面の焦点に向けて発光し、そのためアクティブ光源の複数の又は全てのＬＥＤに対して同一のコリメーション光学系を提供できる。
【００２５】
この構成の利点は、ＬＥＤが既に所望の発光方向を有しているため、複数の又は全てのＬＥＤに対して同様のコリメーション光学系を利用できるということである。欠点は、ＬＥＤが湾曲面に位置していることによりＬＥＤのアセンブリ及び電気接続がより複雑となること、及びＬＥＤ及びコリメーション光学系の高さに依存して、ＬＥＤ同士のより長い距離が必要となるということである。
【００２６】
コリメーション光学系は、ＬＥＤにより放出された光の発光方向においてＬＥＤに連結されたレンズシステムであり、スポット又は平面に光をコリメートし又はフォーカスする。個々のＬＥＤの光の重ね合わせによって色ミキシングが既に行われている。コリメーション光学系としては、好ましくは光学プラスチックで作製されたコリメート若しくはフォーカスレンズ又はレンズシステムが使用でき、これらは、ＬＥＤにより放出された輻射の所定の光割合を捕捉してＬＥＤ照明器具の発光方向に所望の配光で発光する。効率を最適化するために、好ましくはＴＩＲレンズ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：全内部反射）が使用される。
【００２７】
アクティブ光源のＬＥＤを平面上に配置する場合、コリメーション光学系は異なる発光方向を有する光学要素からなるか、又は異なる発光方向を有する光学面が導入された光学ボードからなる。
【００２８】
アクティブ光源のＬＥＤを湾曲面上に配置する場合には、対照的に、コリメーション光学系として、ＬＥＤの上部にセットすることができる、同様の個別の光学要素が用いられる。これらの光学要素はまた、共通の光学部品群に組み込むこともできる。
【００２９】
ミキシング光学系は、コリメーション光学系により放出される光を色においてミキシングする１つ又は複数の光学要素からなる。ミキシング光学系の出射側は、それにより二次的な又はパッシブな光源として働く。
【００３０】
ミキシング光学系は異なる方向から進んでくる光をほぼ同じ角度で放出し、コリメーション光学系により発光方向に放出される光をミキシングする少なくとも１つの光学要素を含んでおり、このため光の出射側において二次的光源として有効である。
【００３１】
ミキシング光学系の可能な実施形態は、
−強弱の散乱を伴う拡散ディスク又は拡散体であって、例えば乳白ガラスペイン、拡散プラスチックペイン、又はプラスチックの拡散ハーフボールの形態のものであって、この実施形態の利点は、高散乱での最適な色ミキシングにあり、欠点は、高散乱での低透過率、及びそのための低効率であるもの、
−入射側及び／又は出射側に、例えば、ハニカム、プリズム、マイクロレンズなどの形態の構造を有する、任意に完全透過性でもある、ディフューザ、
−いわゆるホログラフィックディフューザであって、マスターホログラムから成形することによって得られ、従来の吸収ディフューザよりも高い効率ととともに規定の散乱を有するもの、
−光出射側に錐体からなる増強器（インテンシファイア）を有するディフューザであって、内側が鏡面張りされ、それにより改善された効率を有するもの、
−透過性が高いという利点と、特定の光到来角及び光発射角が超えられないために光学システム又はヘッドライトの全長を長くする必要があるという欠点とを有する、ハニカムコンデンサ、
−光ミキシングスティック又はテーパーであって、透過性が高いという利点と、全深が長くなること及び良好な色ミキシングにおいては透過性が低下するという欠点とを有するもの、
である。
【００３２】
フィールドレンズとして設計されるのが好ましいフィールド光学系は、光入射側においてはビーム拡大構造、光出射側においては集光構造、特に、フレネル構造を有する。
【００３３】
フィールド光学系は、ミキシング光学系又は二次的若しくはパッシブ光源の出射面を遠視野に表示し、可変の発光角を達成するためにミキシング光学系までの異なる距離を有する単一の収束レンズとして設計されることができ、又はミキシング光学系の出射面又はその正面にある平面を遠く離れた位置にある平面に正確に表示する表示性を主に有するレンズシステムとして設計される。
【００３４】
収束レンズとしては、凸面レンズ、平凸レンズ、非球面収束レンズ、フレネルレンズ、又は拡散構造を取り入れたフレネルレンズ（ＮＯＦＳレンズ）を使用することができる。収束レンズの入射及び出射側には、例えば、ハニカム、プリズム、マイクロレンズ、又は規則的若しくは不規則なディフューザ構造などの構造が設けられていてもよく、又は、改善された色ミキシングを得るため及び／又は光照射野のソフトな連続性を得るためにホログラフィック散乱構造が設けられていてもよい。
【００３５】
主に表示性を有するレンズシステムとして、ズーム光学系又は投影光学系を使用することができる。
【００３６】
アクティブ光源により放出された光が所望の態様でミキシング光学系に到達するということを達成するために、アクティブ光源とミキシング光学系との間に、必要に応じて、アクティブ光源により放出される光を適切な態様で偏光又は再成形するレンズ又はリフレクタなどの更なる光学要素を配置してもよい。このような光学要素の例には、平坦な若しくは湾曲したミラー、収束レンズ、光ファイバー、又は光ミキシングスティックがある。
【００３７】
特にスペースを節約する一実施形態では、ＬＥＤ及びコリメーション光学系はミキシング光学系の平面内にあるボード上に配置され、この場合にはＬＥＤはミキシング光学系とは反対方向に発光する。ボード自体がその中央にミキシング光学系のための開口を有し、ＬＥＤがミキシング光学系の周囲に円状に配置されるようになされている。ＬＥＤボードの直径のほぼ半分の平坦なミラーがＬＥＤの発光方向にあって光を反射してミキシング光学系に戻す。このようにすれば、ＬＥＤとミキシング光学系の間に必要な距離が、構成距離の半分で済む。
【００３８】
更なる実施形態では、円錐状に凹面湾曲し、好ましくは切子面にカットされたミラーが、上述したミラーの位置に配置され、前記ミラーもＬＥＤの光を放出してミキシング光学系に戻す。この構成の特に有利な点は、個々のＬＥＤの全てのコリメーション光学系が光をまっすぐ後方に放出し、このため、その後再び完全に同じように設計することができるということである。
【００３９】
２つの前述した実施形態の組み合わせにおいて、所定の角度に偏光するコリメーション光学系を直線的に発光するコリメーション光学系とともに使用することができ、そのビームは、平坦又は湾曲した鏡面によってミキシング光学系へとミラー反射される。一方では多数の異なるコリメーション物体を回避しなければならず、また他方ではミキシング光学系での特定の入射角を超えてはならない場合に、この実施形態は有利である。
【００４０】
更なる実施形態においては、ミラー要素は、円錐状に凸面湾曲し、好ましくは切子面にカットされたリフレクタからなり、ＬＥＤはコリメーション光学系と共に、ヘッドライトの光学軸の周りの１つ又は複数のリング内に配置される。この構成はまた、リングごとに一種類の同様なコリメーション光学系を適用することを可能にし、ＬＥＤからの最適な熱の散逸を可能にし、ＬＥＤをＬＥＤ照明器具の外側に接続することが可能となる。この構成の欠点は、この場合もまた、ＬＥＤを複雑な態様で組み立てなければならず、電気接続しなければならないことである。
【００４１】
これを回避するために、多角形の外カバーを使用することでき、この場合には、光を最大２つの異なる方向に偏光するコリメーション光学系を使用する必要がある。
【００４２】
ＬＥＤ及びコリメーション光学系の円形又は多角形状の構成は、より高い電力密度を得るための、ミキシング光学系と同じ高さにあり、後方に発光する更なるＬＥＤ及びコリメーション光学系によって完成され得る。この場合、偏光コリメーション光学系を使用する場合には平坦なリフレクタが必要とされ、直線的に発光するコリメーション光学系を使用する場合には凹面リフレクタが必要とされる。別々に配向されたＬＥＤと、光を別々に偏光し別々に配置されたコリメーション光学系と、湾曲鏡面との更なるミキシング系が考えられる。同様に、遠視野において所望の配光を得るために、上記で示したような、ミキシング光学系又はミキシング光学系の光出射位置におけるパッシブ光源によって放出される光を偏光又は再成形する更なる光学要素を、ミキシング光学系とフィールド光学系との間に配置することができる。
【００４３】
アクティブ光源、コリメーション光学系、及びミキシング光学系を組み合わせて、特にＬＥＤヘッドライト用の、１つの光発生ユニットとすることができる。その光発生ユニットは切頂円錐状リフレクタを含み、そのマントル面は内側をミラー加工されており、その開いた基部領域はコリメーション光学系に隣接し、その開いたデッキ領域はミキシング光学系に隣接しており、その結果、ＬＥＤにより放出されコリメーション光学系により集光された光がミキシング光学系に向けられるだけでなく、出現する散乱光がコリメーション光学系からミキシング光学系までのビーム経路内に反射され、そしてこのため、効率が向上する。切頂円錐状リフレクタの開いた基部領域は、コリメーション光学系を取り囲むリフレクタ部に融合され、このリフレクタ部は中空円筒状で内側をミラー加工されており、ＬＥＤにより外側に放出される光の割合がこれによりミラー反射されてコリメーション光学系に戻される。
【００４４】
このような光発生ユニットの場合には、ミキシング光学系はリングフランジの開口内に配置されるのが好ましく、そのリングフランジの外径はＬＥＤボード及び／又はＬＥＤボードに連結された円形ディスク状ボードの外径に等しく、この場合、一方ではリングフランジが、他方ではＬＥＤボード及び／又は円形ディスク状ボードが、中空円筒形カートリッジの正面を形成し、そのカートリッジの円筒状マントルがリングフランジ及びＬＥＤボード及び／又は円形ディスク状ボードに連結される。
【００４５】
それにより、光発生ユニットを受容するカートリッジは密閉された水密性のハウジングを有するコンパクトなユニットとして設計されることができ、そのハウジングからは電力供給装置及び制御ケーブルのみが開口を通じて外に導かれ、前記ケーブルはＬＥＤ及びＬＥＤ用の制御電子機器へと接続される。さらに、カートリッジは、前記カートリッジをヘッドライトハウジングの鏡筒に挿入することにより、及び前記カートリッジを前記鏡筒に堅固に連結することにより、又は前記カートリッジを鏡筒内に長手方向において移動可能なように配置することにより、様々なＬＥＤヘッドライトにおいて使用されることができ、これにより、異なるヘッドライトタイプのＬＥＤヘッドライトの製造が容易となる。
【００４６】
リングフランジは、最適な構成スペースの利用のためにスペーサとして機能するスタッドを介して制御電子機器ボードに接続され、前記ボードはリフレクタに対向するリングフランジの内側に、ＬＥＤを制御及び調整するための制御電子機器を含む。切頂円錐状リフレクタの外面、カートリッジの円筒状マントルの外面、及びリングフランジの内側は、制御電子機器及び、その制御電子機器の部品により消散される熱輻射を受容するためのかなり大きな空間を囲んでいる。
【００４７】
コリメーション光学系は、その光入射側に、ＬＥＤボードに面し個々のＬＥＤに向けられた円錐形全反射レンズを有するコリメータを含み、またその光出射側にフレネルレンズのタイプによる精巧なレンズ構造を含み、この場合コリメーション光学系はスペーサを介してＬＥＤボードに連結され、そのスペーサの長さは円錐形全反射レンズがＬＥＤまでの最適な距離に終端するような寸法となされている。それにより、円錐形全反射レンズがＬＥＤボード上に配置されたＬＥＤにより放出された光を、広範囲に渡り最大空間角で集光する。
【００４８】
ＬＥＤボードは所定数のＬＥＤ及び複数の分散配置された熱センサーを有し、これらは異なる温度帯域においてＬＥＤボード上の温度を検出し、これにより温度の閾値が超過された場合には制御電子機器がＬＥＤの電力消費を低下させ、又は、ＬＥＤへの電力供給を遮断して、それによりＬＥＤボード上のいずれかの地点において許容できない高温が発生しないようにすることができる。
【００４９】
温度測定は、さらに、制御電子機器のための入力信号としても機能し、制御電子機器はこれを用いて放出された光の輝度及び色を意図される値に調整することができる。同様に、例えば光ダイオード、色センサー、又は小型分光計としてビーム経路内に導入された光学センサーも、色及び輝度の値を調整するために制御電子機器のための入力信号を提供することができる。
【００５０】
ＬＥＤ照明器具の光学軸に沿って調節可能なフレネルレンズが、カートリッジの発光方向においてミキシング光学系の正面に配置され、ミキシング光学系により放出される光を受光し、その光を、フレネルレンズのミキシング光学系からの距離によって調節可能な配光（フラッド、スポット）で、遠視野へと放出する。
【００５１】
フレネルレンズはその光入射側に、らせん状に配置された五角形の光学要素からなる構造を含む。
【００５２】
フレネルレンズの光入射側が平坦な場合、ミキシング光学系のコンデンサ（集光レンズ）の光出射側の局部的な光分布が角度分布に反映されることがあり、この場合多色ＬＥＤにより放出される色が、その作用原理に起因しコンデンサ後に完全に均質に分配されず、結果として色効果が表れる恐れがあるため、フレネルレンズの光入射側の特殊な構造化によって、ミキシング光学系の光ミキシング特性にかかわらず、なおも存在するビームの色効果を除去し、異なる着色ＬＥＤのミキシング光が遠視野に均質に表示され得るようにする。
【００５３】
カートリッジ及びフレネルレンズは、照明器具又はヘッドライトハウジングの鏡筒内に配置されて、配光を容易に設定及び調節できるようになされており、この場合、
フレネルレンズが、固定の鏡筒に連結されている光発生ユニットのカートリッジに対して光軸の方向に調節可能であるか、
鏡筒が、フレネルレンズとともに、光発生ユニットの固定カートリッジに対して光軸の方向に調節可能であるか、又は
光発生ユニットのカートリッジが、鏡筒に連結された固定フレネルレンズに対して光軸に沿って調節可能である。
【００５４】
光発生ユニットがカートリッジに組み合わされて照明器具の鏡筒又はヘッドライトハウジング内に配置され得ることから、設定及び調節のこれらの様々な可能性が提供される。
【００５５】
カートリッジと、照明器具又はヘッドライトハウジングとの間に、照明器具又はヘッドライトハウジング内のカートリッジの長手方向の調節のために手動で又は電子的に作動され得る調節装置が配置されるのが好ましい。
【００５６】
光発生ユニットと光成形装置の光学系との間の距離は、ＬＥＤヘッドライトをフォーカスするため、又はＬＥＤヘッドライトにより放出された光の反射角度を変化させるために、変化させる必要があり、この反射角度はフラッド位置においては大きな散乱角度を含み、そしてスポット位置においては小さな散乱角度を含む。
【００５７】
したがってフレネルレンズヘッドライトの反射特性を達成するためには、フラッド位置における大きな散乱角及びハードなシャドウ形成を有する反射を達成するように、光学系を動かして光発生ユニットの光出射開口に近づけるのが合理的である。光発生ユニットの光出射開口から離間されたレンズ又はレンズシステムの位置においては、今度はＬＥＤヘッドライトのスポット位置における小さな散乱角度及びソフトなシャドウ形成を有する反射が生成される。
【００５８】
ＬＥＤヘッドライトの反射角を変更するために、発光方向において後部であり光発生ユニットの光出射開口に隣接する、大きな散乱角を得るためのフラッド位置と、発光方向において前部であり光発生ユニットの光出射開口まで離間されており、小さな散乱角とソフトなシャドウ形成を得るためのスポット位置との間で、レンズ又はレンズシステムを調節する場合、後部のフラッド位置におけるレンズ又はレンズシステムが、こうした大きな散乱角を含むため、ヘッドライトハウジングが、非常に大きな直径の鏡筒を必要とする（発光特性を変化させるためにレンズ又はレンズシステムがこの鏡筒内で前後に動かされるため）という問題が生ずる。
【００５９】
別法として、レンズ又はレンズシステムは、そのレンズ又はレンズシステムの正面に配置されたヘッドライト備品と一緒に調節されてもよいが、この場合もまた、特にＬＥＤヘッドライトが水平方向から下側又は上側へ傾いていて調節経路が長い場合、又は、例えば電動式バンドアのような重い備品の場合には、問題がある。
【００６０】
さらに、レンズ又はレンズシステムを、ヘッドライト備品と一緒にＬＥＤヘッドライトの光学軸に厳密に沿って調節するには、問題がある。更なる問題点は、ＬＥＤヘッドライトの光出射領域からＬＥＤヘッドライトにより照明される物体までの距離が変動されることであり、このことはＬＥＤヘッドライトにより照明される物体の面積を変化させることにつながる。
【００６１】
したがって更なる目的は、大きな散乱角を有するフラッド位置と小さな散乱角を有するスポット位置との間でのＬＥＤヘッドライトの照明特性を、簡単な操作で変更でき、かつ、ＬＥＤヘッドライトの構造変化及びＬＥＤヘッドライトの光出射領域の物体までの距離の変動を伴わずに、反射角を厳密に変更できるようにすることである。
【００６２】
照明器具又はヘッドライトハウジング内に、シリンダー状鏡筒、及び、この鏡筒内で互いに対して相対的に移動可能である、光発生ユニットを収容するカートリッジとＬＥＤ照明器具の出射領域のフィールドレンズとを配置することによって、必要とされる制御要素が固定の照明器具又はヘッドライトハウジング上に更に配置され、そして光発生ユニットを受容するカートリッジ又はフィールドレンズの光軸に沿った案内位置が維持され得るため、簡単な操作と反射角の厳密な変更とが保証される。ＬＥＤヘッドライトの光出射開口はフールドレンズ又はフィールド光学システムよりもわずかに大きいだけでよいので、ＬＥＤヘッドライトの構成の変更は必要ない。光出射領域がＬＥＤヘッドライトの固定部分に配置されるので、ＬＥＤヘッドライトの光出射領域の照明される物体までの距離にも変動は生じない。
【００６３】
さらに、照明器具又はヘッドライトハウジングに固定された光成形装置を、レンズボード（互いに移動可能なもの）、リーフバンドア、グリッド、ディフューザ、スクリム、ゴーボー、ホログラフィック散乱シートなどのヘッドライト備品に連結することによって、ＬＥＤヘッドライトの反射角を変化させる場合に電動リーフバンドアのような重い備品を動かす必要がなく、ＬＥＤヘッドライトの取り扱いが更に簡素化されて大きな調節力に耐える複雑な案内装置が必要ないということも保証される。
【００６４】
光発生ユニットを有するカートリッジは、ＬＥＤヘッドライトの光軸に沿ってフィールドレンズに対して調節可能であることが好ましく、これにより照明器具又はヘッドライトハウジングが光成形装置に堅固に結合された装置が形成され、このことは、製造、取り扱い時において、並びに、ＬＥＤヘッドライトの光軸に沿ったレンズ又はレンズシステム及びヘッドライト備品の調節に関しての、ＬＥＤヘッドライトの光出射領域の物体までの距離だけでなくその案内の正確さにおいても、大きな利点を提供する。
【００６５】
ＬＥＤヘッドライトの光軸に沿った光発生ユニットの正確な調節及び配光（フラッド、スポット）の簡単な調節が保証されるように、光発生ユニットを有するカートリッジは、照明器具又はヘッドライトハウジング内で手動により又は電気的に、長手方向に調節可能に案内されるのが好ましい。
【００６６】
ＬＥＤヘッドライトの半散乱角の調節を簡単かつ正確にするために、カートリッジの長手方向の調節のための調節装置を、照明器具又はヘッドライトハウジングと鏡筒との間に設けることができ、この調節装置は、手動調節装置として、基部ハウジングの外方に案内された調節レバー、若しくは調節ホイールに連結されるか、又は電子的調節装置として、電動式スピンドル若しくはラックギアを含む。
【００６７】
照明器具又はヘッドライトハウジング上に更に配置されたピボットジョイントを結合することができ、これは保持ブラケット又は三脚に連結される。
【００６８】
光発生ユニットのカートリッジは、ＬＥＤヘッドライトの光出射開口の反対側であるその後部側が半球体として形成されており、その半球状背面に冷却リブを含み、この冷却リブを介して冷却装置から受け取られ光発生ユニットによって消散される熱が外に放出される。
【００６９】
本発明の根拠を形成する発想を、図面に示した実施形態によって説明し、更なる実施形態について記載する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ＬＥＤ照明器具、特にＬＥＤヘッドライトのための、本発明による光学システムの概略的ブロック図である。
【図２】平坦なプレート又はボード上に配置され、同一方向に発光しているＬＥＤを有するアクティブ光源の概略図である。
【図３】湾曲領域の内側に配置され、曲率中心又は湾曲領域の焦点に向けて発光しているＬＥＤを有するアクティブ光源の概略図である。
【図４】ボード上に配置されたＬＥＤを有するアクティブ光源及びコリメーション光学系、ボード内に挿入されたミキシング光学系、並びにアクティブ光源の光をミキシング光学系に反射する平坦なリフレクタの概略的断面図である。
【図５】凹面湾曲した又は円錐状のリフレクタを有する、図４と同様の概略的断面図である。
【図６】ＬＥＤ照明器具の光学主軸の周囲の１つ又は複数のリング内に配置されたＬＥＤを有するアクティブ光源及びコリメーション光学系、並びに凸面湾曲した又は円錐状の、好ましくは切子面にカットされたリフレクタの概略断面図である。
【図７】図４〜６による配置から組み合わされたＬＥＤの配置、及びコリメーション光学系（５）、ミキシング光学系、並びに凹面湾曲リフレクタの概略的断面図である。
【図８】ディフューザディスクとして又は光入射側構造及び／若しくは光出射側構造を有するディフューザとして設計されたミキシング光学系の概略的断面図である。
【図９】光出射側増強器（インテンシファイア）を有するディフューザとして設計されたミキシング光学系の概略的断面図である。
【図１０】ＬＥＤヘッドライトのフラッド位置における、ハニカムコンデンサを有するＬＥＤヘッドライトの光学システムの概略図である。
【図１１】ＬＥＤヘッドライトのスポット位置における、図１０と同様の概略図である。
【図１２】カートリッジ内に配置された光発生ユニットとフレネルレンズとして設計されたフィールド光学系とを有するＬＥＤヘッドライトの概略的斜視図である。
【図１３】光発生ユニットの交差部分の概略図である。
【図１４】ＬＥＤ及びＮＴＣレジスタを搭載したＬＥＤボードの概略図である。
【図１５】図１４によるＬＥＤボード上に配置されたカラーＬＥＤの色分布の概略図である。
【図１６】ＬＥＤヘッドライトの光学ビーム経路の概略である。
【図１７】アクティブ光源、コリメーション光学系及びミキシング光学系、並びに切頂円錐状リフレクタの斜視図である。
【図１８】ミキシング光学系の周囲に配置されたリングフランジ上に配置された、制御電子機器を示した、図１７による構成の斜視図である。
【図１９】コリメーション光学系の光入射側の上面図である。
【図２０】図１９によるコリメーション光学系の側面図である。
【図２１】図１９の線Ａ―Ａに沿ったコリメーション光学系の断面図である。
【図２２】コリメーション光学系の光出射側の上面図である。
【図２３】コリメーション光学系の斜視図である。
【図２４】ミキシング光学系として使用されるコンデンサの光入射側の上面図である。
【図２５】図２４によるコンデンサの光出射側の上面図である。
【図２６】図２４によるコンデンサの側面図である。
【図２７】図２４の線Ａ―Ａに沿ったコンデンサの断面図である。
【図２８】フィールド光学系として使用されたフレネルレンズの光出射側の上面図である。
【図２９】図２８の線Ａ―Ａに沿ったフレネルレンズの断面図である。
【図３０】図２８及び図２９によるフレネルレンズの光入射側の中央部の斜視図である。
【図３１】図２８及び図２９によるフレネルレンズの光入射側の縁部の斜視図である。
【図３２】図１２〜図３１によるＬＥＤヘッドライトの概略的長手方向断面図である。
【図３３】ＬＥＤヘッドライトのフラッド及びスポット位置における発光の様々な概略図である。
【図３４】ＬＥＤヘッドライトのフラッド及びスポット位置における発光の様々な概略図である。
【図３５】ＬＥＤヘッドライトのフラッド及びスポット位置における発光の様々な概略図である。
【図３６】ＬＥＤヘッドライトのフラッド及びスポット位置における発光の様々な概略図である。
【図３７】基部ハウジングと、光発生ハウジングを有する調節ハウジングとを有し、調節ハウジングがＬＥＤヘッドライトの光学軸に沿って基部ハウジングに対して調節可能である、ＬＥＤヘッドライトの等尺図である。
【図３８】大きな拡散角度を有する光発生ユニットのフラッド位置における、図１によるＬＥＤヘッドライトの側面図である。
【図３９】小さな拡散角度を有する光発生ユニットのスポット位置における、前記ＬＥＤヘッドライトの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
図１は、通常は中空の円筒状ハウジング１内に配置されている、ＬＥＤ照明器具からの光学システムの主要部品のブロック図を示している。アクティブ光源２（光エンジン）は、平面に、あるいは湾曲面上に配置され、任意にＬＥＤメーカーにより導入された一次光学系が設けられた複数の同一の又は異なる着色ＬＥＤからなる。アクティブ光源２のＬＥＤにより放出された光は、ＬＥＤ照明器具を貫通する発光方向Ａに案内され、そして後続の構成部品により反射又は再成形されて、光ビームが所望の態様でそれぞれその後続の構成部品へと放出されるか、又はＬＥＤ照明器具の光出射側において遠視野へと放出される。
【００７２】
アクティブ光源２の２つの別の実施形態が図２及び図３に示されている。
【００７３】
図２は、平坦領域２０上のＬＥＤ２１、２２、２３の配置を示しており、これらは発光方向Ａにおいて光ビームＬ１、Ｌ１’、Ｌ１’’を放出する。平坦領域としては、金属コアボード、エポキシ樹脂ボード、又はセラミックボードの形態のプレート又はボードを使用できる。この構成は、ＬＥＤ２１、２２、２３を有する平坦プレート又はボードの自動ローディングの利点を有し、これらのＬＥＤは任意で他の構成部品と共に搭載しそれらと電気接続し得る。欠点は、各ＬＥＤ２１、２２、２３が後順位のミキシング光学系４に対して異なる角度で発光するため、個々のＬＥＤ２１、２２、２３に割り当てられた後順位のコリメーション光学系３の各要素が、別々に設計されることである。
【００７４】
図３は、中空球体、中空パラボラ、又は非球面の中空領域として形成された湾曲領域２００の内側におけるアクティブ光源２のＬＥＤ２１、２２、２３のこの配置を概略図で示している。ＬＥＤ２１、２２、２３は光Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を湾曲領域２００の曲率中心又は焦点に向けて放出する。このことによる利点は、ＬＥＤ２１、２２、２３は既に光を所望の発光方向に放出しているため、複数の又は全てのＬＥＤ２１、２２、２３のために同様のコリメーション光学系を使用できるということである。欠点は、湾曲領域２００のＬＥＤ２１、２２、２３のアセンブリが複雑化し電気接続が複雑化するとともに、ＬＥＤ２１、２２、２３及びＬＥＤ２１、２２、２３に割り当てられたコリメーション光学系の高さに依存して、ＬＥＤ２１、２２、２３の互いに対する距離がより長くなるということである。
【００７５】
アクティブ光源２により放出された光は、コリメーション光学系３において点又は平面にコリメートされ又はフォーカスされ、コリメーション光学系は、個々のＬＥＤへと重ね合わされるか若しくはメーカーによって一次光学系としてＬＥＤに連結された個々のレンズからなり、又はＬＥＤのグループ若しくは全てのＬＥＤに割り当てられるレンズシステムからなる。コリメーション光学系３としてコリメート又はフォーカスレンズ又はレンズシステムが使用され、好ましくは、アクティブ光源２のＬＥＤにより放出された光ビームの可能な限り多くの量を捕捉する光学プラスチックで製造され、所望の配光で発光方向に発光する。ＬＥＤ照明器具の効率を最適化するために、ＴＩＲレンズ（Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：全内部反射）を使用するのが好ましい。
【００７６】
前述したように、コリメーション光学系３は、平坦領域２０又は湾曲領域２００上のアクティブ光源２のＬＥＤ２１、２２、２３の配置に応じて、ＬＥＤ２１、２２、２３上に重ね合わされた同様の個別の光学要素からなるか、又は異なる発光方向を有する個別の光学要素からなることができ、或いは光学領域が挿入された完全な光学ボードとして提供され得る。
【００７７】
コリメーション光学系３により放出された光ビームＫ１、Ｋ２は、任意に、コリメーション光学系により放出された光Ｋ１、Ｋ２を反射又は再成形するレンズ又はリフレクタのような光学要素を含む光学装置６を通して案内され、光ビームＥとして所望の態様で後順位のミキシング光学系４に受け渡されるようになされる。
【００７８】
図４〜７に、ＬＥＤを有するアクティブ光源及びＬＥＤに連結されたコリメーション光学系、ミキシング光学系、並びにリフレクタの異なるスペース節約構成が示されている。
【００７９】
図４は、コリメーション光学系３１〜３４が重ねられた、平坦なボード２０上に配置されたＬＥＤ２１〜２４を有する構成を示している。ボード２０は、ミキシング光学系４と同一平面にあり、ＬＥＤ照明器具の光学主軸ＨＡ中のミキシング光学系４を受け入れるための中央開口を有して、ＬＥＤ２１〜２４が、その上にコリメーション光学系３１〜３４が配置された状態でミキシング光学系４の周囲にリング状に配置されるようになされている。平坦なミラーとして設計されたリフレクタ９１が、ボード２０に対して所定の距離に配置され、前記リフレクタは、ミキシング光学系４の反対方向に放出されたコリメーション光学系３１〜３４の光ビームＫ１、Ｋ２をミキシング光学系４へと反射し、このミキシング光学系がその光出射領域を介して、エッジビームＭ１及びＭ２により特徴付けられるミキシング光を放出する。
【００８０】
この構成により、ミキシング光学系４の光入射領域の完全照明を可能にするために必要な長さは、ＬＥＤ２１〜２４又はコリメーション光学系３１〜３４とミキシング光学系４との間の長さの半分ですむ。
【００８１】
図５は、図４による構成の変形形態である、湾曲した又は円錐形の、及び好ましくは切子面にカットされたミラーとして設計されたリフレクタの配置を示しており、このリフレクタはＬＥＤ２１〜２４によりコリメーション光学系３１〜３４を介して放出された光Ｋ１、Ｋ２を反射し、ＬＥＤ照明器具の光学主軸ＨＡ中に配置されたミキシング光学系４に戻す。リフレクタ９２として凹面湾曲又は円錐形の、及び好ましくは切子面にカットされたミラーを配置することにより、直線的に発光し、そのため完全に同様に実現されるコリメーション光学系３１〜３４の使用が可能である。
【００８２】
図６は、円錐状に凸面湾曲し好ましくは切子面にカットされたリフレクタ９３、及びＬＥＤ照明器具の光学主軸ＨＡの周囲のリング又は複数のリング中に配置され、コリメーション光学系３１〜３４が上に配置されたＬＥＤ２１〜２４を有する実施形態を示している。円錐状に凸面湾曲し好ましくは切子面にカットされたリフレクタ９３は、ＬＥＤ２１〜２４により放出された光Ｋ１、Ｋ２をコリメーション光学系３１〜３４を介して放出し、ＬＥＤ照明器具の光学主軸ＨＡ中に配置されたミキシング光学系４に戻し、ミキシング光学系４はエッジビームＭ１、Ｍ２を有する光を後順位の光学装置に放出する。
【００８３】
この実施形態でもまた、各リングに対して同様のコリメーション光学系３１、３３又は３２、３４を使用することができ、ＬＥＤ２１〜２４の円筒形状の配置により、ＬＥＤ照明器具の中空円筒状ハウジングを介した最適な熱散逸が保証される。
【００８４】
別法として、ＬＥＤ２１〜２４により放出される光を２つの異なる方向に反射するコリメーション光学系３１〜３４を同時に使用する場合には、ＬＥＤ２１〜２４のアセンブリ及び電気接続を簡素化するために、ＬＥＤ２１〜２４を受容するために多角形の外カバーを使用することができ、又は多角形ハウジング形態のＬＥＤ照明器具を使用することができる。
【００８５】
図７の実施形態では、高い電力密度を得るために、コリメーション光学系３１〜３４が割り当てられたＬＥＤ２１〜２４のリング状の又は多角形の配置が、平坦領域上に配置されコリメーション光学系３５、３６を割り当てられたＬＥＤ２５、２６と組み合わされ、ＬＥＤ２５、２６を有する平面はミキシング光学系４と同一平面上にあり、例えば、ミキシング光学系４を受け入れるための中央開口を有するボードとして設計される。この構成では、ＬＥＤ２５、２６又は割り当てられたコリメーション光学系３５、３６により放出される光ビームを反射するための平坦領域を含み、かつ円形又は多角形に構成されたＬＥＤ２１〜２４により放出された、及びコリメーション光学系３１〜３４により放出された光ビームのための凹面弓状領域を含む、複合リフレクタ９４が設けられている。
【００８６】
ミキシング光学系は、発生する光ビームの色をミキシングする１つ又は複数の光学要素からなる。ミキシング光学系４は、その出射側において光ビームＭ１、Ｍ２を放出する二次的な又はパッシブな光源として機能する。
【００８７】
ミキシング光学系４の２つの実施形態が図８及び９に示されている。
【００８８】
図８において断面図として図示されているミキシング光学系は、発生する光ビームＥを異なる方向に放出される多数のビームＭ１へと散乱させる、強弱の散乱を伴うディフューザディスク又はディフューザ体６０からなる。ディフューザディスク又はディフューザ体としては、乳白ガラスペイン、拡散プラスチック平面、又はプラスチックの拡散半球体が特に有用である。ディフューザディスク又はディフューザ体の代わりに、光入射側及び／又は光出射側に、例えばハニカム、プリズム、マイクロレンズなどの構造が設けられていてもよい半透明のディフューザ６１もまた任意で使用され得る。
【００８９】
図９の実施形態においては、ミキシング光学系は、光出射側に、例えば内側をミラー加工された錐体６２の形態の増強器（インテンシファイア）を有するディフューザからなり、この増強器（インテンシファイア）は、前記錐体に当たる光ビームＭ１を光ビームＭ２として錐体内部に反射し、テーパーと同様に反射角を減少させる働きをする。
【００９０】
ミキシング光学系４により放出されるビームＭ１、Ｍ２は、必要に応じて光学要素７を通して案内され、光学要素７において、ミキシング光学系４によりエッジ光ビームＮ１、Ｎ２で放出される光が反射され又は再成形され、更なる光学要素７により放出されるエッジ光ビームＭ１、Ｍ２が後順位のフィールド光学系５に当たり、遠視野に所望の配光が提供されるようになされる。更なる光学要素は、平坦な又は湾曲したミラー、収束レンズ、発散レンズ、ファイバー又は光ミキシングロッドとすることができる。
【００９１】
図８及び９により記載されたミキシング光学系４の実施形態の他に、ハニカムコンデンサ又は光ミキシングロッド又テーパーもまた別法として使用できる。
【００９２】
主に表示性を有する単一の収束レンズ又はレンズシステムを、フィールド光学系５として使用することができる。フィールド光学系５が単一の収束レンズとして設計されている場合には、ミキシング光学系４又は二次的若しくはパッシブ光源の出射領域が遠視野に表示され、そして可変の反射角を得るために、収束レンズはミキシング光学系４までの異なる距離を有する。
【００９３】
凸レンズ、平凸レンズ、非球状収束レンズ、フレネルレンズ、又は散乱構造を組み込まれたフレネルレンズ（ＮＯＦＳレンズ）を、収束レンズとして使用することができる。 収束レンズの入射及び出射側には、より良好な色ミキシングを得るため及び／又は光照射野のソフトな連続性を得るために、例えば、ハニカム、プリズム、マイクロレンズ、又は規則的な若しくは不規則のディフューザ構造などの構造を設けることができる。
【００９４】
主に表示性を有するレンズシステムとして設計されたフィールド光学系５は、ミキシング光学系４の光出射領域又はその正面の平面を正確に遠く離れた平面に表示する。
【００９５】
主に表示性を有するレンズシステムとして、ズーム光学系又は投影光学系を使用することができる。
【００９６】
概略的長手方向断面図におけるＬＥＤ照明器具の具体的な実施形態が図１０及び１１に示されている。
【００９７】
アクティブ光源２は、放熱器２６に連結された平坦ボード２０上に配置された複数のＬＥＤ２１、２２、２３、２４、２５を含み、個々のＬＥＤ２１、２２、２３、２４、２５に割り当てられたコリメーション光学系３１、３２、３３、３４、３５が各ＬＥＤ上に重ね合わされており、 これらはＬＥＤ２１〜２５により放出された光をミキシング光学系４への入光ビームＫ１、Ｋ２に応じてコリメートし又はフォーカスする。例えばハニカムコンデンサとして設計されたミキシング光学系４によって、色についてミキシングされた光は、エッジ光ビームＭ１、Ｍ２で、ミキシング光学系４に近接した、例えば散乱構造（ＮＯＦＳレンズ）を組み込まれたフラネルレンズの形態のフィールド光学系５に放出され 、このフィールド光学系５が、ＬＥＤ照明器具のこのフラッド位置における発散エッジ光ビームＦ１、Ｆ２を遠視野に放出する。
【００９８】
これに対する別法として、フィールド光学系５は、図１１の概略的断面図に従ってミキシング光学系４から離間された位置にあり、それによりエッジ光ビームＭ１、Ｍ２は、ＬＥＤ照明器具のスポット位置における収束エッジ光ビームＦ３、Ｆ４として、遠視野に放出される。
【００９９】
ミキシング光学系４とＬＥＤ照明器具のハウジング１との間に利用可能な半径方向のスペースがあるため、ＬＥＤ照明器具の電子機器を、ＬＥＤ照明器具の内側の斜線で示した領域８内に配置することができる。アクティブ光源２のＬＥＤ２１〜２５により発せられる熱は、放熱器２６を介して外部に放出され得るので、電子機器のために利用可能なスペース８は、比較的低い温度を有する。
【０１００】
図１２〜３９には、異なるＬＥＤヘッドライト及びそれらの要素が、図１〜１１に示され前述されたＬＥＤ照明器具の変形の実施形態として示されている。
【０１０１】
図１２は、光発生ユニット９及び光発生ユニット９のビーム経路中に配置されフレネルレンズとして設計された、ＬＥＤヘッドライトのフィールド光学系５を概略的斜視図で示している。光発生ユニット９は、中空の円筒カートリッジ１０内に配置され、このカートリッジは円筒マントル面１０１を有し、その正面は、熱インターフェース１２を有する円形ディスクフランジ１０２及び／又は円形ディスク型ＬＥＤボード２０とリングフランジ１０３とによって閉じられている。図２４〜２７によって後述されるように、カートリッジのリングフランジ１０３の円形開口部１０４中に、コンデンサとして設計されたミキシング光学系４が配置されている。
【０１０２】
ＬＥＤボード２０は、カートリッジ１０の内側スペースを向いたそれの表面に複数のＬＥＤを有し、前記ＬＥＤの配置及び分布は、図１５の図示から推定することができ、詳細については下記で説明する。
【０１０３】
ＬＥＤボード２０及び／又はカートリッジ１０の円形リング状フランジ１０２は外側に向けられたその外部表面に熱インターフェースを形成し、前記インターフェースは、ＬＥＤを冷却するために、放熱器又は冷却媒体、可動な冷却媒体を有する冷却装置、特にはファンに連結されている。
【０１０４】
ＬＥＤボード２０は、ＬＥＤの発光方向において、図１９〜２３に例示されたコリメーション光学系３にスペーサ１６を介して連結されており、前記コリメーション光学系は個々のＬＥＤによりミキシング光学系４に放出された光を束ね、そして図１９の上面図、図２０の側面図、及び図２１に示された図１９の線Ａ−Ａに沿った断面図、及び図２３の完全斜視図に従い、その光入射側に、アクティブ光源２の個々のＬＥＤに向けられた円錐形全反射レンズ３７を有し円形ディスク状ＬＥＤボード２０に対向するコリメータを含み、その光出射側に、フレネルレンズのタイプによる高さを揃えたレンズ構造を有する。円錐形全反射レンズは、ＬＥＤボード２０上に配置されたＬＥＤにより放出された光を広い幅に渡って最大空間角度で集光し、又はそれらの光入射側がＬＥＤの直ぐ正面に来るように配置される。スペーサ１６の長さは、この目的のための寸法となされ、円錐形全反射レンズがＬＥＤボード２０上に配置されたＬＥＤのすぐ前の最適な距離で終端するようになされている。
【０１０５】
ミキシング光学系４は、本実施形態では、図２４に光入射側の上面図で、図２５に光出射側の上面図で、図２６に側面図で、そして図２７にＡ−Ａに沿った断面図で示されたハニカムコンデンサからなり、このハニカムコンデンサは、コリメーション光学系３の反射角に対応する、例えば２５°の入光及び出光角、及び光学的に有効な領域４０、並びに取り付けエッジ４１を含んでいる。
【０１０６】
金属表面１１０を有する切頂円錐状リフレクタは、内側をミラー加工されその開いた基部領域１１１でコリメーション光学系３に隣接し、その開いたデッキ領域１１２でミキシング光学系４に隣接している。それにより、切頂円錐状リフレクタ１１の開いた基部領域１１１は、中空円筒状リフレクタ部１１３に移行し、このリフレクタ部は内側をミラー加工され、コリメーション光学系３を包囲し、ＬＥＤにより外側に放出された光経路がミラー反射されてコリメーション光学系３へと戻されるようになされている。
【０１０７】
光発生ユニット９を受容するカートリッジ１０は、密封水密ハウジングを有するコンパクトなユニットとして設計され、そこから電気的な制御ケーブル７０が開口部１０６を通って外側に貫通しており、前記ケーブルがＬＥＤ及びＬＥＤのための制御電子機器に接続されている。下記で図３０〜３９により詳細に説明するように、光発生ユニット９を収容するカートリッジ１０は、ヘッドライトハウジングの鏡筒１に挿入されることができ、そして前記鏡筒に堅固に連結されるか、又は鏡筒内で長手方向に可動に配置され得る。
【０１０８】
光学主軸ＨＡに沿って調節可能なフィールド光学系は、光発生ユニット９の発光方向においてコンデンサとして設計されたミキシング光学系４の正面に挿入可能であり、前記フィールド光学系は、図２８〜３１に示されたフレネルレンズ５からなり、ミキシング光学系４により放出された光を受光し、その光をフラッド又はスポットライトとしての配光で遠視野に発光し、その配光はフィールド光学系５のミキシング光学系４からの距離によって調節可能である。
【０１０９】
図１３は、光発生ユニット９のアクティブ光源２との交差部分の概略図であり、ＬＥＤボード２０上に配置されたＬＥＤ２１〜２６、並びに好ましくはＮＴＣレジスタとして設計され異なる温度帯域においてＬＥＤボード２０の温度を検出する複数の分散配置された熱センサー２７を含む。ＬＥＤボード２０上に、異なる色の、例えば８５個のＬＥＤ２１〜２７が存在し、これらは複数のカラーチャンネルと組み合わされており、さらにＮＴＣレジスタとして設計された５つの熱センサー２７が異なる温度帯域において温度を検出するために配置されている。ＬＥＤボード２０は、熱インターフェース１２を介して冷却媒体、例えば放熱器に連結されている。ＬＥＤボードは光学インターフェース１３を介して前述したコリメーション光学系に連結され、そのビーム経路については本明細書の下記で説明する。
【０１１０】
ＬＥＤボード２０はインターフェース１８１及び内部導体１８を介して制御及び電力供給装置側の制御電子機器７のインターフェース１８２に接続されており、これが出射側で電子的インターフェース７１を介して特に外部制御装置及び電圧源に接続されている。制御電子機器７は、光発生ユニット９の完全な信号処理、温度安定化、及び測色を引き受け、同じく密閉カートリッジ１０内に配置されている。
【０１１１】
図１４は、ＬＥＤボード２０上に配置されたＬＥＤ２１〜２６、異なる温度帯域においてＬＥＤボード２０上の温度を検出するための分散配置されたＮＴＣレジスタ２７、並びにセパレータ１６を有するＬＥＤボード２０の光出射側の図を斜視図で示しており、このセパレータを介してコリメーション光学系３がアクティブ光源２のＬＥＤボード２０に連結される。
【０１１２】
図１５は、所定数のＬＥＤの配置を有するＬＥＤボード２０の上面図を示しており、それらのＬＥＤのうち、斜線なしで示されたＬＥＤ２１は暖かい白色光を発光し、交差斜線で示されたＬＥＤ２２は赤色光を発光し、左斜線のＬＥＤ２３は緑色光を発光し、右斜線のＬＥＤ２４は青色光を発光する。図１５によるＬＥＤ色配置の概略図から推論されるように、後順位の光学要素の波長依存性の反射に起因して、例えば赤色光ビームは青色光ビームよりも強く反射されるので、短波光を発光する青色ＬＥＤ２４は、中央領域に配置され、長波光を発光するＬＥＤ２１〜２３はＬＥＤボード２０の外側領域に配置されている。ＬＥＤボード２０上の着色光を発光するＬＥＤ２２〜２４の数及び厳密な種類は、予め定められた一定の色温度、例えば、２８００°Ｋ〜６５００°Ｋの色温度、又はこの範囲で変動可能な色温度に合わせるが好ましい。
【０１１３】
ＬＥＤボード２０は、平坦な円形ディスク領域として設計され、特に金属コアボード、エポキシ樹脂ボード、又はセラミックボードからなる。
【０１１４】
図１６は、図１３による光学インターフェース１３の後方のＬＥＤヘッドライトのビーム経路を概略図で示している。
【０１１５】
図１７は、内側をミラー加工された金属表面１１０と、コリメーション光学系３に隣接する開いた基部領域１１１と、カートリッジ１０の円形リング状フランジ１０３の開口部１０４に対応する、ミキシング光学系４を受容する開いたデッキ領域１１２とを有する切頂円錐状リフレクタ１１を斜視図で示している。
【０１１６】
図１８は、切頂円錐状リフレクタ１１１をカートリッジ１０の円形リング状フランジとは反対の方向から見た斜視図で示しており、ミキシング光学系４が切頂円錐状リフレクタ１１の開いたデッキ領域１１２に対応する前記リフレクタの開口部１０４に挿入され、前記ミキシング光学系は取り付け縁部４１を有する円形リング状フランジ１０３に連結されており、前記フランジは穴を有する円周状取り付け縁部１０５を含み、カートリッジ１０の円筒マントル１０１は、前記穴、及びＬＥＤボード２０又はカートリッジ１０の円形ディスク状正面１０２の穴に固定されている。
【０１１７】
円形ディスク状フランジは、ＬＥＤボード２０上に配置されたＬＥＤの制御及び電力供給のための制御電子機器７を受容する働きをする。制御電子機器７は円形リングボード７１上に配置され、このボードは、図３２に従いスタッド７２によって円形リング状フランジ１０３に連結されている。切頂円錐状リフレクタ１１の外側面、カートリッジ１０の円筒マントル１０１、及びリングフランジ１０３の内側が、制御電子機器７及び制御電子機器７の部品により放出される熱を受容するための十分広い空間を包囲する。
【０１１８】
フレネルレンズとして設計されたフィールド光学系５が、図２８に光出射側の上面図で、図２９には図２８の線Ａ−Ａに沿った断面図で示されており、図３０及び３１にはフレネルレンズの光入射側の中央部及び光出射側の縁部の斜視図として示されている。フレネルレンズ５は、ミキシング光学系４に対向する光入射側に構造化５１を有し、及び光出射側にフレネル構造５２を有している。図３０及び３１の例示から推論できるように、フレネルレンズ５の構造化５１は、らせん状に配置された五角形の光学要素を有するハニカム構造からなり、この光学要素は、フレネルレンズ５の光出射側の中央では図３０に従い強く構造化されており、一方フレネルレンズ５の光出射側の縁部では図３１による弱い構造のみを形成する。
【０１１９】
フレネルレンズ５の光入射側のこの特殊な構造化により、ミキシング光学系４の光ミキシング性に関わらず、なおも存在する色効果が除去され、その結果異なるカラーＬＥＤによるミキシング光が遠視野に均質に放出される。フレネルレンズ５の光入射側が平坦な場合には、ミキシング光学系４のコンデンサの光出射における局在的な光分布が、角度分布に反映されることがあり、この場合、多色ＬＥＤにより発光される色が、その作用原理に起因してコンデンサ後に完全に均質には分配されず、その結果、色効果が生じる恐れがある。
【０１２０】
図３２は、図１２〜３１により前述し以下に示すＬＥＤヘッドライトの部品を有する、ＬＥＤヘッドライトの長手方向断面を概略図で示している：
−  ヘッドライトハウジングの鏡筒１、
−  鏡筒１内に堅固に固定されているか、又は鏡筒１内に双方向矢印Ａの方向において長手方向に調節可能に配置されているカートリッジ１０を有する光発生ユニット９であって、前記カートリッジ中に、
ＬＥＤボード２０とＬＥＤ２１〜２６とを有するアクティブ光源２、
コリメーション光学系３、
内部をミラー加工された切頂円錐状リフレクタ１１、
コンデンサとして設計されたミキシング光学系４、及び
制御電子機器７、
が配置される、光発生ユニット９、及び
−  フレネルレンズとして設計されたフィールド光学系５であって、所望の配光（フラッド、スポット）を調節するために、ヘッドライトハウジング１内に双方向矢印Ｂに沿って移動可能に配置されているフィールド光学系５。
【０１２１】
図３２もまた、ＬＥＤヘッドライトの配光のための異なる調節又は設定の可能性を示している。双方向矢印Ａは、ヘッドライトの鏡筒１内でのカートリッジ１０の、及びしたがって光発生ユニット９の長手方向の変位を示しており、双方向矢印Ｂは、フィールド光学系又はフレネルレンズ５の鏡筒１内での長手方向の調節を示しており、双方向矢印Ｃは、鏡筒１の長手方向の決定を示しており、双方向矢印Ｄは、鏡筒１の直径の決定を示している。配光のためのこれらの調節及び設定の可能性を明白にするために、ＬＥＤヘッドライトのスポット及びフラッド設定に対応するＬＥＤヘッドライトの各構成部品の調節による配光の例が、図３３〜３６に図示されている。
【０１２２】
図３３は、スポット調節において、ミキシング光学系４とフィールド光学系５との間のエッジビームＭ１及びＭ２による配光、並びにフィールド光学系５の遠視野へのエッジビームＦ３及びＦ４による発光を示しており、スポット調節のためにフィールド光学系５は鏡筒１内で前面の位置になされている。図３３の概略図は、フィールド光学系５を長さＬ１の鏡筒１内で調節すると、スポット調節における遮断されないビーム経路が提供されるということを示している。
【０１２３】
図３４に示されているヘッドライトのフラッド調節の場合には、フィールド光学系５が長さＬ１を有する鏡筒１内で移動されてミキシング光学系４に接近しており、鏡筒１の長さＬ１が変化しない場合には、フィールド光学系５によって放出される外側の光ビームＦ１及びＦ２が鏡筒１に当たるためビーム経路が遮られ、その結果、配光が切断され完全な出射を有さない。
【０１２４】
図３５により鏡筒１を長さＬ２へと短くすることによって、或いは鏡筒１の直径Ｄを広げることによって、エッジビームＦ１及びＦ２を有する遮断されないビーム経路及びフィールド光学系５がミキシング光学系４に近接して配置されるＬＥＤヘッドライトのフラッド調節は再び保証される。
【０１２５】
あるいは、図３６によれば、図３２〜３４の実施形態に対して、カートリッジ１０を長さＬ１が不変である鏡筒１内にて変位させることにより、光発生ユニット９は、鏡筒１の長さ又は直径を変化させることなしにエッジビームＦ１及びＦ２の遮断されないビームを有するフラッド調節を提供できる。
【０１２６】
図３７は、２つの平行な側面８１、部分円筒形の上側部８３、及び部分円筒形の下側部８２を有するヘッドライトハウジング８を有するＬＥＤヘッドライトの非対称図を示している。円筒形の鏡筒１がヘッドライトハウジング８内に配置され、出光体としてヘッドライトハウジング８の前側部８４からＬＥＤヘッドライトの発光方向に突出している。
【０１２７】
ピボットジョイント１５がヘッドライトハウジング８の側面８１に取り付けられ、ＬＥＤヘッドライトを懸下するためのチーム（team）用の保持ブラケットのアームに連結されている。あるいはピボットジョイント１５は、ＬＥＤヘッドライトの立位配置の場合には、三脚に連結されてもよい。互いに交換可能なレンズプレート、リーフバンドア、グリッド、ディフューザ、スクリム、ゴーボー、ホログラフィック散乱シートなどのヘッドライト備品のためのレセプタクル１９が、鏡筒１の外側面に配置され、周囲に沿って分配され、一方、フィールドレンズ５は鏡筒１内に挿入されている。
【０１２８】
鏡筒１中には、光発生ユニット９を収容する円筒形カートリッジ１０及びフィールドレンズ５の形態の光成形装置が配置されており、それらは互いに対して相対的に移動可能であり、これはつまり、固定のフィールドレンズ５の場合にはカートリッジ１０が鏡筒１の長手方向に移動可能であり、又は固定のカートリッジ１０の場合にはフィールドレンズ５が鏡筒１内で長手方向に移動可能に配置されているということを意味している。複数の分配配置された冷却リブを有する半球形状体１２が、光発生ユニット９のカートリッジ１０の後部側に隣接しており、これが熱インターフェースを形成し、ＬＥＤヘッドライトの発光方向から見て外方に向いている。
【０１２９】
ヘッドライトハウジング８の変形形態においては、フィールドレンズ５及びヘッドライト備品のためのレセプタクル１９が固定ユニットを形成し、一方、光発生ユニット９を有するカートリッジ１０は、光発生ユニット９がフィールドレンズ５を有するＬＥＤヘッドライトの光出射開口に近接して配置される、大きな散乱角とハードなシャドウ形成を有する光を放出のためのフラッド位置と、光出射開口（すなわちフィールドレンズ５）から離れた位置において小さな散乱角とソフトなシャドウ形成を有する発光のためのスポット位置との間で、鏡筒１内で光学軸ＨＡに沿ってＬＥＤヘッドライトの反射角を変更するように調節され得る。
【０１３０】
図３８は、光発生ユニット９のフラッド位置における図１のＬＥＤヘッドライトを側面図で示しており、光発生ユニット３のカートリッジ１０は、ほぼ完全に鏡筒１内に挿入されている。
【０１３１】
図３９は、スポット位置における光発生ユニット９を示しており、光発生ユニット９のカートリッジ１０は、ほぼ完全に鏡筒１から引き出され、光発生ユニット９がＬＥＤヘッドライトの光出射開口、及びしたがってフィールドレンズ５から離れた位置になされている。
【符号の説明】
【０１３２】
１  鏡筒
２  アクティブ光源（光エンジン）
３  コリメーション光学系
４  ミキシング光学系（コンデンサ）
５  フィールド光学系（フレネルレンズ）
６  光学要素
７  制御電子機器
８  ヘッドライトハウジング
９  光発生ユニット
１０  カートリッジ
１１  切頂円錐状リフレクタ
１２  熱インターフェース（放熱器）
１３  光学インターフェース
１４  保持ブラケット
１５  ピボットジョイント
１６  スペーサ
１８  制御及び電力供給ケーブル
１９  ヘッドライト備品のためのレセプタクル
２０  平坦領域（ボード）
２１−２６  ＬＥＤ
２７  熱センサー（ＮＴＣレジスタ）
３０  ステップレンズ構造（フレネル構造）
３１−３６  コリメーション光学系
３７  円錐形全反射レンズ
４０  光学領域
４１  取り付け縁部
５１  フレネルレンズの光入射側（らせん状ハニカム構造）
５２  フレネルレンズの光出射側（フレネル構造）
５３、５３’  五角形光学要素
６０  ディフューザディスク又は ディフューザ体
６１  完全半透明ディフューザ
６２  ミラー加工円錐
７０  電力供給又は制御ケーブル
７１  電子インターフェース
７２  制御電子機器ボード
７３  スタッド
８１  ヘッドライトハウジングの側面
８２  ヘッドライトハウジングの部分円筒形下側部
８３  ヘッドライトハウジングの部分円筒形上側部
８４  ヘッドライトハウジングの前側部
９１  平坦ミラー
９２  凹面湾曲ミラー
９３  凸面湾曲ミラー
９４  複合リフレクタ
１０１  円筒マントル
１０２  円形ディスク状正面
１０３  リングフランジ
１０４  開口部
１０５  取り付け縁部
１０６  密閉開口
１１０  マントル面
１１１  基部領域
１１２  デッキ領域
１１３  リフレクタ部内側鏡面
１８１  光源インターフェース
１８２  制御電子機器インターフェース
２００  湾曲領域
Ａ  発光方向
Ｅ  ミキシング光学系の光入射側の光ビーム
Ｆ１−Ｆ４  フィールド光学系の光出射側のエッジ光ビーム
ＨＡ  光学主軸
Ｌ１−Ｌ４  ＬＥＤ光ビーム
Ｍ１、Ｍ２  ミキシング光学系の光出射側のエッジ光ビーム
Ｎ１、Ｎ２  光学要素の光出射側のエッジ光ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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