(57)【要約】  照明システムが、複数の発光体、及び当該照明システムの長手方向軸に沿って配設される、前記発光体により発せられる光をコリメートするための少なくとも１つの光コリメートセクションを有する。前記少なくとも１つの光コリメートセクションは、前記発光体から遠いほうの側において光混合セクションにマージする。前記光混合セクションは、前記長手方光軸に平行な複数の側面を持つ。前記光混合セクションの前記発光体から遠いほうの面に光成形ディフューザが設けられている。好ましくは、前記光成形ディフューザは、ホログラフィックディフューザである。好ましくは、当該照明システムは、複数の光コリメートセクションを有し、これら光コリメートセクションはそれぞれ、少なくとも１つの発光体に対応付けられる。当該照明システムは、発光体によって発せられる光の改善された空間及び角度空間混合を提供する。
2008515139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光体、及び
前記発光体により発せられる光をコリメートするための少なくとも１つの光コリメートセクションを有する照明システムであって、
前記少なくとも１つの光コリメートセクションは、当該照明システムの長手方光軸に沿って配設され、
前記少なくとも１つの光コリメートセクションは、前記発光体から遠いほうの側において光混合セクションにマージし、
前記光混合セクションは、前記長手方光軸に平行な複数の側面を持ち、
前記光混合セクションの前記発光体から遠いほうの面に光成形ディフューザが設けられていることを特徴とする照明システム。
【請求項２】
当該照明システムは、該照明システムの前記長手方向軸に沿って互いに実質的に平行に配設される複数の光コリメートセクションを有し、これら光コリメートセクションはそれぞれ、少なくとも１つの発光体に対応付けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記光コリメートセクションにおける光伝搬は、内部全反射または前記光コリメートセクションの反射面における反射に基づくことを特徴とする請求項２に記載の照明システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光コリメートセクションは、気体を含まない誘電体の光コリメートセクション、または気体を含まない誘電体で満たされた光コリメートセクションを有し、前記少なくとも１つの光コリメートセクションの前記長手方向軸に平行な長さｌｃ及び前記少なくとも１つの光コリメートセクションの径ｄｃの比が、
2008515139.tif 000009
の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項５】
前記光混合セクションにおける光伝搬は、内部全反射または前記光混合セクションの反射面における反射に基づくことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項６】
前記光コリメートセクション及び前記光混合セクションは一体部分を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の照明システム。
【請求項７】
前記光コリメートセクション及び前記光混合セクションは、１．３以上の屈折率を持つ誘電体材料からなることを特徴とする請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記光混合セクションは、気体を含まない誘電体の光混合セクション、または気体を含まない誘電体で満たされた光混合セクションを有し、前記光混合セクションの前記長手方向軸に平行な長さｌｍｓ及び前記光混合セクションの径ｄｍｓの比が、
2008515139.tif 000010
の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項９】
前記光混合セクションは、空気で満たされた光混合セクションを有し、前記光混合セクションの前記長手方向軸に平行な長さｌｍｓ及び前記光混合セクションの径ｄｍｓの比が、
2008515139.tif 000011
の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記光混合セクションに４つ又は６つの側面が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記光成形ディフューザはホログラフィックディフューザであることを特徴とする請求項１に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記発光体から遠いほうの側において前記光混合セクションにさらなる光コリメートセクションが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記さらなる光コリメートセクションは、実質的に複合パラボラ集光器に準じて成形されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記発光体は、第１の原色の第１の発光ダイオード、第２の原色の第２の発光ダイオード、及び第３の原色の第３の発光ダイオードを少なくとも有し、これら３つの原色は互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記発光ダイオードはそれぞれ、室温における前記発光ダイオードの光発生接合で公称電力における駆動時少なくとも２５ｍＷの放射強度出力を持つことを特徴とする請求項１４に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光コリメート(light-collimating)セクション、及び光混合(light-mixing)セクションを有する照明システムに関する。 
【背景技術】
【０００２】
このような照明システム自体は知られている。それらシステムは、とりわけ、例えばテレビジョン受信機及びモニタのための（画像）表示装置のバックライティングとして用いられる。このような照明システムは、（携帯型）コンピュータまたは（コードレス）電話において用いられる、LCDパネルとも称される液晶表示装置等の非放射性ディスプレイ(non-emissive display)のためのバックライトとして特に適切に用いられることができる。本発明による照明システムの他のアプリケーション領域は、像を投影するまたはテレビジョン番組、映画、ビデオプログラムもしくはDVD等を表示するためのデジタルプロジェクタ、すなわち、いわゆるビーマの照明光源としての使用である。さらに、このような照明システムは、スポットライト、アクセント照明、投光照明等の全般照明目的のために、並びに例えば看板(signage)、輪郭照明(contour lighting)及び広告掲示板(billboard)等に適用される大面積直視型発光パネルのために用いられる。他のアプリケーションでは、このような照明システムによって発せられる光が、光導波路、光ファイバまたは他のビーム成形光学部品に供給される。
【０００３】
一般に、このような照明システムは、多数の発光体、例えば、発光ダイオード（LED）を有する。LEDは、例えばよく知られた赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）または青色（Ｂ）発光体等の別個の原色の光源とすることができる。さらに、発光体は、例えば、原色としてアンバー、マジェンタまたはシアンを有することができる。これらの原色は、発光ダイオードチップによって直接生成されてもよく、または発光ダイオードチップからの光による放射を受けた蛍光体によって生成されてもよい。後者の場合、原色の１つとして混合色または白色光も可能である。一般に、発光体によって発せられる光は、光の一様な分布を得る一方、照明システムによって発せられる光の特定の発光体との相関を取り除くために透明部品において混合される。さらに、高い色精度及び／又は光束精度を得るためにセンサ及びなんらかのフィードバックアルゴリズムを有するコントローラを用いることが知られている。
【０００４】
日本特許出願公開第JP-A 2002-133932号の英訳が、異なる原色の３つの発光ダイオード（LED）を有する導光部材を有する照明システムを述べている。既知の照明システムにおいては、該照明システムによって発せられる光が実質的に白色になるよう光が混合される。導光部材は、対応するLEDのハウジングを収容するための３つの凹部を有する。既知の照明システムにおいては、導光部材の側面が曲面で形成され、該導光部材には、LEDによって発せられた光が発せられる出射面がLEDから遠い方の側に設けられている。導光部材の出射面において、該導光部材には、該出射面から出る光を拡散するための拡散層が設けられている。既知の照明システムは、３つのLEDのいずれかで光放射の不具合が発生した場合、白色光を放射する作用を回復するため当該LEDが交換され得るように構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既知の照明システムの不利な点は、照明システムによって発せられる光が十分に一様でないということである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した不利な点を完全にまたは部分的に取り除くことを目的とする。
【０００７】
本発明によれば、この目的が、
複数の発光体、及び
前記発光体により発せられる光をコリメートするための少なくとも１つの光コリメートセクションを有する照明システムであって、
前記少なくとも１つの光コリメートセクションは、当該照明システムの長手方光軸に沿って配設され、
前記少なくとも１つの光コリメートセクションは、前記発光体から遠いほうの側において光混合セクションにマージし、
前記光混合セクションは、前記長手方光軸に平行な複数の側面を持ち、
前記光混合セクションの前記発光体から遠いほうの面に光成形ディフューザが設けられている
照明システムにより達成される。
【０００８】
本発明によれば、照明システムが、光コリメートセクション、光混合セクション及び光成形ディフューザを有する。照明システムのこれら３つの構成要素の組み合わせは、本発明による照明システムにより発せられる光の実質的に一様な分布を提供する。照明システムの寸法に依存して、照明システムにより発せられる光は、空間的且つ角度的に実質的に混合されている。さらに、照明システムにより発せられる光は、実質的にコリメートされている（平行である）。
【０００９】
好ましくは、前記光成形ディフューザはホログラフィックディフューザである。光成形ディフューザの好ましい実施例は、ランダム化ホログラフィックディフューザである。ホログラフィックディフューザの本質的な作用は、空間的及び角度的に一様な光分布及び色分布が得られることである。ホログラフィックディフューザの性質により、ホログラフィックディフューザ、すなわちビームシェイパ(beam shaper)の寸法は、細部がターゲットに投影されないような小ささであり、ゆえに、空間的及び／又は角度的に滑らかに変化する均質なビームパターンがもたらされる。ホログラフィックディフューザの二次的な作用は、照明システムより発せられる光ビームの形状に変化をもたらすことである。好ましくは、ディフューザは、光混合セクションの誘電体と一体化され、光混合セクションの出射窓に位置付けられる。
【００１０】
当該照明システムの光学部(optics)は、前記発光体により発せられる光をコリメートするための少なくとも１つの光コリメートセクション、前記少なくとも１つの光コリメートセクションにより発せられる光を混合するための光混合セクション、及び光成形ディフューザを有する。好ましくは、当該照明システムは、該照明システムの前記長手方向軸に沿って互いに実質的に平行に配設される複数の光コリメートセクションを有し、これら光コリメートセクションはそれぞれ、少なくとも１つの発光体に対応付けられる。これら光コリメートセクションはそれぞれ、単一の発光体に対応付けられるか、発光体群に対応付けられる。発光体群は、同じ原色を持つ発光体のグループか、原色を混合する発光体のグループである。
【００１１】
さらに、前記光混合セクションに前記長手方向軸に平行に（実質的に平坦な）複数の側面を設けることにより、前記発光体により発せられる光の空間混合(spatial mixing)が促される。光混合セクションに実質的に円形の外面が設けられる場合、発光体により発せられる光の空間混合に好ましくないであろう。好ましくは、前記光混合セクションには、４つ又は６つの側面が設けられる。このような好ましい側面の数は、発光体により発せられる光の空間及び角度空間混合(spatial and spatio-angular mixing)を促すことが分かった。
【００１２】
光コリメートセクションにおける光は種々のようにして伝搬し得る。ある好ましい実施例では、前記光コリメートセクションにおける光伝搬は、内部全反射(total internal reflection: TIR)に基づく。発光体により発せられる光の伝搬の基礎を内部全反射(TIR)に置くことにより、光コリメートセクションにおける光の損失がかなり回避される。このような実施例においては、光コリメートセクションが、１．３以上の屈折率を持つ、気体を含まない光学的に透明な誘電体材料からなることが好ましい。他の実施例においては、光コリメートセクションの（内）面に反射材料が設けられる。このような実施例においては、光コリメートセクションが空気で満たされることが好ましい。
【００１３】
本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記少なくとも１つの光コリメートセクションが、気体を含まない誘電体の光コリメートセクション、または気体を含まない誘電体で満たされた光コリメートセクションを有し、前記少なくとも１つの光コリメートセクション の前記長手方向軸に平行な長さｌｃ及び前記少なくとも１つの光コリメートセクションの径ｄｃの比が、
2008515139.tif 000003
の範囲内であることを特徴とする。２よりも大きなｌｃ／ｄｃの値も実現可能であるが、光コリメートセクションの寸法が実用的でなくなるか、光混合セクションにおける空間及び／又は角度混合(spatial and/or angular mixing)が非効率になるであろう。また、０．３５よりも小さなｌｃ／ｄｃの値も実現可能であるが、当該システムの効率はかなり低いであろう。
【００１４】
光混合セクションにおける光は種々のようにして伝搬し得る。ある好ましい実施例では、前記光混合セクションにおける光伝搬は、内部全反射に基づく。このような実施例においては、光混合セクションが、１．３以上の屈折率を持つ、気体を含まない光学的に透明な誘電体材料からなることが好ましい。他の実施例においては、光混合セクションの（内）面に反射材料が設けられる。このような実施例においては、光混合セクションが空気で満たされることが好ましい。
【００１５】
本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記光コリメートセクション及び前記光混合セクションが一体部分を形成することを特徴とする。光コリメートセクション及び光混合セクション間の界面をなくすことにより、本発明による照明システムにおける光伝搬効率が高められる。さらに、光コリメートセクション及び光混合セクションを単一の誘電体部に形成することにより、界面におけるいわゆるフレネル反射損が回避される。
【００１６】
照明システムにより発せられる光の一様さは、光混合セクションを好ましい形で寸法付けることによりさらに改善される。このため、本発明による照明システムの好ましい実施例は、気体を含まない誘電体で満たされた光混合セクションの前記長手方向軸に平行な長さｌｍｓ及びこの光混合セクションの径ｄｍｓの比が、
2008515139.tif 000004
の範囲内であることを特徴とする。１０よりも大きなｌｍｓ／ｄｍｓの値も実現可能であるが、光混合セクションの寸法が実用的でなくなるであろう。また、３．５よりも小さなｌｍｓ／ｄｍｓの値も実現可能であるが、照明システムにより発せられる光の空間及び／又は角度混合が、斯かる低い値においてかなり制限される。
【００１７】
本発明による照明システムの他の好ましい実施例は、空気で満たされた光混合セクションの前記長手方向軸に平行な長さｌｍｓ及びこの光混合セクションの径ｄｍｓの比が、
2008515139.tif 000005
の範囲内であることを特徴とする。７よりも大きなｌｍｓ／ｄｍｓの値も実現可能であるが、光混合セクションの寸法が実用的でなくなるか、反射損が許容できなくなる。また、２よりも小さなｌｍｓ／ｄｍｓの値も実現可能であるが、照明システムにより発せられる光の空間及び／又は角度混合が、斯かる低い値においてかなり制限される。
【００１８】
照明システムにより発せられる光のコリメーションは、発光体により発せられる光をコリメートするための付加的な手段を設けることによりさらに改善される。このため、本発明による照明システムの好ましい実施例は、前記発光体から遠いほうの側において前記光混合セクションにさらなる光コリメートセクションが設けられていることを特徴とする。このさらなる光コリメートセクションは、光混合セクションにより発せられる光ビームをさらにコリメートする。
【００１９】
前記さらなる光コリメートセクションを実現する種々の方法がある。第１の実施例においては、前記さらなる光コリメートセクションは、光混合セクションから拡がる円錐形状を有する。他の実施例においては、前記さらなる光コリメートセクションは、照明システムにより発せられる光ビームの均質化をさらに高めるためにファセットが形成される。さらなる実施例においては、前記さらなる光コリメートセクションは、実質的に複合パラボラ集光器(compound parabolic concentrator: CPC)に準じて成形される。前記さらなる光コリメートセクションのこれら実施例の組み合わせも可能である。
【００２０】
本発明のこれらの及びその他の態様は、以下に述べる実施例を参照して明らかになり、また詳述されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図面は単に概略的なものであり、縮尺通りには描かれていない。特に、明白さを目的としてある寸法は大きく誇張されて示されている。図面における同様の構成部品は、可能な限り同じ参照数字で示されている。
【００２２】
図１は、本発明による照明システムの第１実施例の断面図を非常に概略的に示している。当該照明システムは、複数の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂ、例えば、複数の発光ダイオード(LED)を有している。LEDは、図１の例におけるよく知られた赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）または青色（Ｂ）発光体等の別個の原色の発光体とすることができる。代替的には、発光体は、原色として、例えば、アンバー、マゼンタまたはシアンを持つことができる。原色は、発光ダイオードチップにより直接生成されてもよく、または発光ダイオードチップからの光による放射を受けた蛍光体により生成されてもよい。後者の場合、原色の１つとして混合色または白色光も可能である。図１の例において、発光ダイオードＲ、Ｇ、Ｂは、（メタルコア）プリント回路基板５上に載置されている。一般に、LEDは、かなり高い放射源輝度を持つ。好ましくは、各LEDは、光を発生するLED接合の室温及び公称電力における駆動時少なくとも２５ｍＷの放射強度出力(radiant power output)を持つ。このような高出力を持つLEDは、LEDパワーパッケージとも呼ばれる。このような高効率で高出力のLEDの使用は、所望の比較的高い光出力において、LEDの数が比較的少なくてもよいという特有の利点がある。これは、製造されるべき照明システムの小型化及び効率にプラスの影響を与える。LEDパワーパッケージがこのような（メタルコア）プリント回路基板５上に載置される場合、LEDにより発生する熱が該プリント回路基板を介した熱伝導により容易に放散され得る。照明システムの好ましい実施例においては、（メタルコア）プリント回路基板５が、熱伝導接続を介して照明システムのハウジング（図１に図示せず）と接触する。好ましくは、いわゆるむき出しのパワーLEDチップ(naked-power LED chip)が、絶縁金属基板、シリコン基板、セラミック基板または複合基板等の基板上に載置される。基板は、チップへの電気的接続を備えると共に、熱を熱交換器に伝達する良好な熱輸送セクションとして作用する。
【００２３】
図１に示される照明システムの実施例は、複数の光コリメートセクション１２、１２'、１２"、光混合セクション３、及び光成形ディフューザ１７を有する。光コリメートセクション１２、１２'、１２"は、照明システムの長手方向軸２５に沿って互いに実質的に平行に配設される。より正確には、これらセクションは各々、回転対称軸を持ち、これら回転対称軸が、互いに且つ長手方向軸２５に実質的に平行に配設される。光コリメートセクション１２、１２'、１２"は各々、少なくとも１つの発光体Ｒ、Ｇ、Ｂに対応付けられる。図１の例では、１つのLEDが、それぞれ対応する光コリメートセクションに対応付けられている。代替的な実施例では、より多くのLEDが、それぞれ対応する光コリメートセクションに対応付けられる。これは、同じ原色を持つ複数のLEDであってもよく、または２つ以上の原色を持つ複数のLEDであってもよい。
【００２４】
図１の例では、光コリメートセクション１２、１２'、１２"は空気で満たされている。光コリメートセクション１２、１２'、１２"における光伝搬は、光コリメートセクション１２、１２'、１２"の側壁の反射面２２における反射に基づく。光コリメートセクション１２、１２'、１２"は、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの側における出射面において光混合セクション３にマージしている。図１の例では、光混合セクション３は空気で満たされている。光混合セクション３における光伝搬は、光混合セクション３の側壁の（鏡面）反射面３３、３３'における反射に基づく。光混合セクション３の側壁は、それ自体が反射性であってもよく、または、好ましくは該側壁の内面に塗布される反射コーティングが設けられてもよい。さらに、光混合セクション３の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの面に、光成形ディフューザ１７、図１の例ではホログラフィックディフューザが設けられている。ホログラフィックディフューザの本質的な作用は、照明システムにより発せられる光の色分布及び光分布の空間及び角度混合を促進することである。
【００２５】
本発明による照明システムにおける複数の光コリメートセクション１２、１２'、１２"、光混合セクション３及び光成形ディフューザ１７の組み合わせは、該照明システムにより発せられる光の実質的に一様な分布を提供する。照明システムの寸法に依存して、照明システムにより発せられる光は、空間的且つ角度的に実質的に混合されている。さらに、照明システムにより発せられる光は、実質的にコリメートされている、すなわち、照明システムにより発せられる光は、実質的に平行である（図１の太い矢印参照）。
【００２６】
図２Ａは、本発明による照明システムの第２実施例の断面図を非常に概略的に示している。当該照明システムは、複数の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂを有し、これら発光体は、（メタルコア）プリント回路基板５上に載置されている。図２Ａの例では、光コリメートセクション１２、１２'、１２"及び光混合セクション３が、気体を含まない光学的に透明な誘電体材料からなる。誘電体材料は、１．３以上の屈折率を持つことが好ましい。図２Ａに示される照明システムの実施例では、複数の光コリメートセクション１２、１２'、１２"及び光混合セクション３が、単一の一体部分を形成している。このため、光コリメートセクション１２、１２'、１２"は、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの側で光混合セクション３にマージしている。光コリメートセクション１２、１２'、１２"及び光混合セクション３間の界面をなくすことにより、本発明による照明システムにおける光伝搬効率はかなり高められる。光コリメートセクション１２、１２'、１２"及び光混合セクション３を単体の誘電体材料に形成することにより、界面におけるいわゆるフレネル反射損がかなり回避される。
【００２７】
図２Ａに示される照明システムの光混合セクション３における光伝搬は、内部全反射(TIR)に基づく。これにより、光混合セクション３における光の損失がかなり回避される。さらに、光混合セクション３は、長手方向軸２５に平行に複数の側面を有し、これにより、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂにより発せられる光の空間及び角度混合が促される。光混合セクション３に実質的に円形の外面が設けられる場合、発光体により発せられる光の空間混合が十分に促されないであろう。好ましくは、光混合セクション３には、光軸に平行に４つまたは６つの側面が設けられる。このような側面の数は、発光体により発せられる光の優れた空間及び角度空間混合をもたらす。
【００２８】
好ましくは、光コリメートセクション１２、１２'、１２"及び光混合セクション３は、単体のアクリル材料またはガラスからなる。好ましくは、光コリメートセクション１２、１２'、１２"は、発光体上及び周りに直にモールドされる、または、カプセル材料が、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂ及び対応する光コリメートセクション１２、１２'、１２"間に設けられる。図２Ａに示される照明システムの実施例は、光コリメートセクション及び光混合セクションにおける実質的に損失のない内部全反射に起因して改善されたシステム効率を持つ。さらに、光コリメートセクション１２、１２'、１２"及び光混合セクション３が単一の誘電体として形成されることに起因して、照明システムの望ましくない光の損失及び効率の低下を招くことになる界面が減少される。光学部品の数を減らすことにより、及び光学素子全体が単一の射出成形部品として作られるので、図２Ａに示される照明システムの実施例による照明システムは、費用効率が高い。
【００２９】
光コリメートセクション１２、１２'、１２"の外面の一部は反射性にされてもよく、または反射層（図２Ａに図示せず）が設けられてもよい。この反射層は、光コリメートセクション１２、１２'、１２"の誘電体と直に接触する、または光の第１部分が内部全反射により反射され、光混合セクションにより伝送される第２部分が外部反射器により反射されるように光コリメートセクション１２、１２'、１２"と直に接触しない別体の部品として設けられる。図２Ａにおいて、光コリメートセクション１２、１２'、１２"における光伝搬は、光コリメートセクション１２、１２'、１２"における光伝搬の基礎を内部全反射(TIR)に置くことにより促進される。これは、反射に起因するいかなる損失も回避し、光コリメートセクション及び光混合セクションを介した伝搬中に光を反射させるための好ましい機構である。しかしながら、各光コリメートセクションの一部に反射層を設けることは、光コリメートセクション間のより小さなピッチを可能にする、すなわち、光源のより高密度のパッキングを可能にし、かくしてシステム全体のサイズを著しく小さくする。このような実施例においては、光コリメートセクションが少なくとも一部、いわゆる複合パラボラ集光器(CPC)として設計されることが好ましい。好ましくは、光コリメートセクションにおける光のコリメーションは、これらの光線が光混合セクションの側壁と相互作用する際に内部全反射の体制(regime)内に収まるような光軸に対する伝搬角度に制限される。このようにして、ある程度の均質化のために必要な光混合セクションの長さが最小限に抑えられ、これにより、システム全体の大きさを最小限にすることができる。代替的な実施例においては、光コリメートセクションの形状は、複合パラボラ集光器の形状と厳密ではないが同様である。
【００３０】
本発明による照明システムの好ましい実施例は、少なくとも１つの光コリメートセクション１２、１２'、１２"が、気体を含まない誘電体の光コリメートセクション１２、１２'、１２"、または気体を含まない誘電体で満たされた光コリメートセクション１２、１２'、１２"を有し、少なくとも１つの光コリメートセクション１２、１２'、１２" の長手方向軸に平行な長さｌｃ及び少なくとも１つの光コリメートセクション１２、１２'、１２"の径ｄｃの比が、
2008515139.tif 000006
の範囲内であることを特徴とする。
【００３１】
光混合セクション３における光の混合は、光混合セクション３の寸法が適切に選ばれる場合に促進される。好ましくは、気体を含まない誘電体で満たされた光混合セクション３の長手方向軸２５に平行に測定された長さｌｍｓ、及び光混合セクション３の径ｄｍｓとして対処される、光混合セクション３の厚さの特性寸法(characteristic dimension)の比が、
2008515139.tif 000007
の範囲内である。気体を含まない誘電体で満たされた光混合セクション３の比ｌｍｓ／ｄｍｓの非常に適当な値は、略々５である。
【００３２】
本発明による照明システムの他の好ましい実施例は、空気で満たされた光混合セクション３の前記長手方向軸に平行な長さｌｍｓ及びこの光混合セクション３の径ｄｍｓの比が、
2008515139.tif 000008
の範囲内である。空気で満たされた光混合セクション３の比ｌｍｓ／ｄｍｓの非常に適当な値は、略々３．３である。
【００３３】
図２Ｂ及び２Ｃは、図２Ａに示される照明システムの光コリメートセクション及び光混合セクションの２つの代替的な実施例の斜視図である。図２Ｂは、光混合セクション３が４つの側面を有する、光コリメートセクション１２及び光混合セクション３の実施例を示している。図２Ｃは、光混合セクション３が６つの側面を有する、光コリメートセクション１２及び光混合セクション３の実施例を示している。図２Ｂ及び２Ｃにおいて、光コリメートセクション１２及び光混合セクション３は単体の誘電体材料からなる。発光体Ｒ、Ｇ、Ｂは、図２Ｂ及び２Ｃにおいて非常に概略的に示されている。さらに、図２Ｂ及び２Ｃにおける光混合セクション３の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの面に、光成形ディフューザ１７、図２Ｂ及び２Ｃの例ではホログラフィックディフューザが設けられている。
【００３４】
図３は、本発明による照明システムの第３実施例の断面図を非常に概略的に示している。当該照明システムは、複数の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂが設けられた単一の光コリメートセクション１２を有し、これら発光体は、（メタルコア）プリント回路基板５上に載置されている。図３の例において、光混合セクション３は、気体を含まない光学的に透明な誘電体材料からなる。光混合セクション３は、長手方向軸２５に平行に複数の側面を有し、これは、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂ（図２Ｂ及び２Ｃ参照）により発せられる光の空間及び角度空間混合を促進する。
【００３５】
図４は、本発明による照明システムの第４実施例の断面図を非常に概略的に示している。当該照明システムは、複数の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂを有し、これら発光体は、（メタルコア）プリント回路基板５上に載置されている。図４の例において、光コリメートセクション１２、１２'、１２"は空気で満たされている。光コリメートセクション１２、１２'、１２"における光伝搬は、光コリメートセクション１２、１２'、１２"の側壁の反射面２２における反射に基づく。光コリメートセクション１２、１２'、１２"は、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの側における出射面において光混合セクション３にマージしている。図４の例において、光混合セクション３は、気体を含まない光学的に透明な誘電体材料からなる。誘電体材料は、１．３以上の屈折率を持つことが好ましい。図４に示される照明システムの実施例では、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの側において光混合セクション３に、発光体Ｒ、Ｇ、Ｂにより発せられる光をコリメートするためのさらなる光コリメートセクション１５が設けられている。さらなる光コリメートセクション１５を設けることにより、照明システムにより発せられる光のコリメーションがさらに改善される。さらに、さらなる光コリメートセクション１５は、付加的な光学系の所望の開口数に対して照明システムにより発せられる光ビームをさらに効果的にコリメートする（図４の太い矢印参照）。図４の例において、さらなる光コリメートセクション１５は、光混合セクション３から拡がる円錐形状を有する。さらに又は代替的に、さらなる光コリメートセクション１５は、ファセットが形成される及び／又は実質的に複合パラボラ集光器に準じて成形される。光混合セクションの発光体から遠いほうの側に位置する光成形ディフューザに加えて又は代替的に、光成形ディフューザが、照明システムのさらなる光コリメートセクション１５の出射窓に設けられる。この光成形ディフューザは、ホログラフィックディフューザであることが好ましい。
【００３６】
通常、LEDは、完全な半球またはそれ以上の球体に準じて放射する。このようにかなり小さな発光体からの光をコリメートするためにレンズを用いることは、生成される光のかなり小さな部分しか効果的に用いられないことを意味する。略々完璧な効率のよいコリメータは、いわゆる複合パラボラ集光器(CPC)またはそれに極めて似通ったコリメータである。LEDの表面は一般に一様に放射しないので、及び異なる色のLEDが用いられ得るので、追加の均質化工程が必要である。光コリメートセクション頂部上の（時にはインテグレーティングロッド(integrating rod)とも呼ばれる）光混合セクションが、空間混合に対する均質化を達成するためのオプションの１つである。CPC及び光混合セクションは、１つの（プラスチック）部品に組み合わされることができる。光がさらにコリメートされるべき場合１つのCPCと比較して２つのCPCを用いることが有利である。このような構成においては、光混合セクションがこれらCPCの間に置かれる。光が、小さな光混合セクション内で正に効率のよい均質化のために十分にコリメートされるので、装置は著しく小さくなる。好ましくは、第２のCPCは、後続する光学系の所望の開口数に対してビームをコリメートする。しかしながら、光の小さな角度の混合(small-angle mixing)を行うディフューザを発光システムに適用することにより角度及び／又は角度空間混合がさらに改善される。光がすでに空間的によく混合されている位置、例えば、光混合セクションの出射窓又はさらなる光混合セクションの出射窓にこのディフューザを位置付けることが特に好ましい。
【００３７】
図４における光混合セクション３の発光体Ｒ、Ｇ、Ｂから遠いほうの面に、光成形ディフューザ１７、図４の例ではホログラフィックディフューザが設けられている。代替的な実施例では、光成形ディフューザはさらなる光コリメートセクション１５の出射窓に設けられる。
【００３８】
上述した実施例は本発明を制限するというよりは解説するものであり、当業者であれば添付請求項の範囲から逸脱することなく多くの他の実施例を設計できるであろうことに留意されたい。各請求項において、括弧内に置かれた如何なる参照符号も当該請求項を限定するものとみなしてはならない。"有する"なる用語は、請求項に記載されたもの以外の要素及びステップの存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別素子を有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータにより実現することができる。幾つかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかはハードウェアの同一アイテムにより具現化することができる。或る手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという事実のみでは、これらの手段の組合せが有利に使用できないということを示すことにはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図1は、本発明による照明システムの第１実施例の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明による照明システムの第２実施例の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示される照明システムの光コリメートセクション及び光混合セクションの代替的な実施例の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａに示される照明システムの光コリメートセクション及び光混合セクションの代替的な実施例の斜視図である。
【図３】図３は、本発明による照明システムの第３実施例の断面図である。
【図４】図４は、本発明による照明システムの第４実施例の断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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