(57)【要約】  光源は、光軸に沿って同心状に並べられる多数の光学部品を有する。前記光学部品は、発光ダイオードのアレイと、前記ダイオードのアレイから放射された光の全内部反射を供給するよう構成される表面を持つ誘電性コリメータと、外面のプリズム構造による全内部反射も基にし得る、ビームを更にコリメートする第２段反射器とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿って同心状に並べられる多数の光学部品を有する照明システムであって、前記光学部品が、
−  少なくとも各々第１及び第２の色の光を放射する複数の光源と、
−  入射開口部及び出射開口部を持つ誘電性コリメータであって、前記入射開口部が、前記光源と光学的接触をし、前記コリメータが、前記光源から放射された光の全内部反射を供給し、それによって、前記出射開口部から出射する、色が均質化され、コリメートされた光を供給するよう構成されるファセット面を持つ誘電性コリメータと、
−  入射開口部及び出射開口部を持つ第２光学素子であって、前記コリメータから出射する光の更なる色の均質化及びコリメートをするよう構成される第２光学素子とを含む照明システム。
【請求項２】
前記コリメータの前記出射開口部が、前記光軸に対して垂直な向きの平面を有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記コリメータの前記出射開口部が、凸面を有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
前記コリメータの前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な断面の面積が、前記コリメータの前記入射開口部における前記光軸に対して垂直な断面の面積より大きい請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記コリメータが、前記光軸に対して垂直な多角形断面形状を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明システム。 
【請求項６】
前記コリメータの前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な面における前記コリメータの多角形断面形状の線分数が、前記コリメータの前記入射開口部におけるものより多い請求項５に記載の照明システム。
【請求項７】
前記コリメータが、前記コリメータの前記出射開口部において、前記光軸に対して垂直な、六角形、七角形、八角形及び九角形の断面形状うちのいずれか１つの形状を有する請求項５又は６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記第２光学素子が、ファセット面を持つ反射器である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項９】
前記第２光学素子の前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な断面の面積が、前記第２光学素子の前記入射開口部における前記光軸に対して垂直な断面の面積より大きい請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記第２光学素子が、前記光軸に対して垂直な多角形断面形状を有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記第２光学素子の前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な面における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、前記第２光学素子の前記入射開口部におけるものより多い請求項１０に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記第２光学素子の前記入射開口部における前記光軸に対して垂直な面における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、六角形、七角形、八角形及び九角形のうちのいずれか１つの形状に対応し、前記第２光学素子の前記出射開口部における多角形断面形状の線分数が、各々、１２、１４、１６又は１８である請求項１０又は１１に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記コリメータが、前記光源から放射された光の全内部反射を供給する複数の細長いプリズム構造を有する外面を持つ透明な誘電体で作成される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１４】
前記細長いプリズム構造が、前記コリメータの前記入射開口部から前記コリメータの前記出射開口部に向かう方向に延在する請求項１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
前記コリメータの少なくとも１つのファセットが、互いに対して平行な向きに置かれる細長いプリズム構造を有する請求項１４に記載の照明システム。
【請求項１６】
前記コリメータの少なくとも１つのファセットが、細長いプリズム構造であって、前記コリメータの前記出射開口部における任意の２つのプリズム構造の間の距離が、前記コリメータの前記入射開口部における前記任意の２つのプリズム構造の間の距離より大きいような向きに置かれる細長いプリズム構造を有する請求項１４又は１５に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記誘電性コリメータの屈折率が、1.3より大きい請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記コリメータが、前記光源を収容する空洞を具備する誘電性材料で作成され、前記誘電性材料と、前記光源との間を透明又は半透明媒体で満たされる請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１９】
前記誘電性材料が、ガラス、ゾル・ゲル、セラミック、ポリマ及びシリコン樹脂を有するグループから選択される請求項１８に記載の照明システム。
【請求項２０】
前記第２光学素子が、前記光源から放射された光の全内部反射を供給する複数の細長いプリズム構造を有する外面を持つ透明な誘電体で作成される請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項２１】
前記細長いプリズム構造が、前記第２光学素子の前記入射開口部から前記第２光学素子の前記出射開口部に向かう方向に延在する請求項２０に記載の照明システム。
【請求項２２】
前記第２光学素子の少なくとも１つのファセットが、互いに対して平行な向きに置かれる細長いプリズム構造を有する請求項２１に記載の照明システム。
【請求項２３】
前記第２光学素子の少なくとも１つのファセットが、細長いプリズム構造であって、前記第２光学素子の前記出射開口部における任意の２つのプリズム構造の間の距離が、前記第２光学素子の前記入射開口部における前記任意の２つのプリズム構造の間の距離より大きいような向きに置かれる細長いプリズム構造を有する請求項２１又は２２に記載の照明システム。
【請求項２４】
前記第２光学素子の屈折率が、1.3より大きい請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項２５】
前記第２光学素子が、ガラス、ゾル・ゲル、セラミック、ポリマ及びシリコン樹脂を有するグループから選択される材料で作成される請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項２６】
前記光軸に対して垂直な各々の面において、
−  前記コリメータの前記入射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数が、４乃至９の間の第１整数であり、
−  前記コリメータの前記出射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数、及び前記第２光学素子の前記入射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、前記第１整数、及び前記第１整数の２倍である第２整数のうちのいずれか１つであり、
−  前記第２光学素子の前記出射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、前記第２整数、及び前記第２整数の２倍である第３整数のうちのいずれか１つである請求項５乃至２５のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項２７】
前記光軸に対して垂直な各々の面において、
−  前記コリメータの前記入射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数が、６であり、
−  前記コリメータの前記出射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数が、６であり、 
−  前記第２光学素子の前記入射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、６であり、
−  前記第２光学素子の前記出射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、１２である請求項２６に記載の照明システム。
【請求項２８】
前記光軸に対して垂直な各々の面において、  
−  前記コリメータの前記入射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数が、８であり、
−  前記コリメータの前記出射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数が、８であり、 
−  前記第２光学素子の前記入射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、８であり、
−  前記第２光学素子の前記出射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数が、１６である請求項２６に記載の照明システム。
【請求項２９】
前記光ビームを更に均質化する１つ以上の光拡散面を有する請求項１乃至２８のいずれか一項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、発光ダイオードと、反射光学部品とを有する光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
略々全ての色を持つ光を作成するために、様々な方法で発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。混合された色の光のビームを得る１つの方法は、各ビームが単一の波長のＬＥＤから放射された光から成る、複数の別個の光のビームの向きを、ターゲットに合わせ、それによって、ターゲットにおいて、混合された光が得られるようにするものである。ＬＥＤを用いて混合された光を得る別の方法は、異なる波長特性を持つＬＥＤを同じ位置に配置し、拡散器によってＬＥＤからの光を混合するものである。 
【０００３】
ＬＥＤを用いて混合された光を得る更に別の方法は、米国特許出願公開第2002/0080622A1号において開示されているように透明な誘電体を介してＬＥＤと接触するコリメート反射器(collimating reflector)を設けるものである。その方法では、誘電性充填剤内に埋め込まれているＬＥＤアレイを含む光源が、多角形の断面形状を持つ管状反射器を介して白色光を作成する。
【０００４】
しかしながら、米国特許出願公開第2002/0080622A1号の装置は、装置からの白色光出力とＬＥＤに対する入力電力との比率の点で高い効率を持たない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、あらゆる色の光ビームを作成することが出来るＬＥＤ光源の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の照明システムによって達成される。
【０００７】
本発明による照明システムは、光軸に沿って同心状に(concentrically)並べられる多数の光学部品を有する。前記光学部品は、少なくとも各々第１及び第２の色の光を放射する、好ましい実施例においてはＬＥＤ光源の形である、複数の光源と、入射開口部及び出射開口部を持つ誘電性コリメータとを含む。前記入射開口部は、前記光源と光学的接触をし、前記コリメータは、前記光源から放射された光の全内部反射を供給して、前記出射開口部から出射する、色が均質化され、コリメートされた光を供給するよう構成されるファセット面(facetted surface)を持つ。前記システムは、入射開口部及び出射開口部を持つ第２光学素子も有する。前記第２光学素子は、前記コリメータから出射する光の更なる色の均質化及びコリメートをするよう構成される。
【０００８】
好ましい実施例においては、前記コリメータの前記出射開口部は、前記光軸に対して垂直な向きの平面及び凸面を有し得る。
【０００９】
更に、前記コリメータの前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な断面の面積は、好ましくは、前記コリメータの前記入射開口部における断面の面積より大きい。
【００１０】
前記コリメータは、好ましくは多角形である、前記光軸に対して垂直な断面形状を有し、好ましい実施例においては、前記コリメータの前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な面における前記コリメータの多角形断面形状の線分(segment)数は、前記コリメータの前記入射開口部におけるものより多い。更に、好ましい実施例においては、前記コリメータは、前記コリメータの前記出射開口部において、前記光軸に対して垂直な、六角形、七角形、八角形及び九角形のうちのいずれか１つの形状を有する。
【００１１】
更に、本発明の好ましい実施例においては、前記第２光学素子は、ファセット面を持つ反射器の形態であり得る。
【００１２】
好ましくは、前記第２光学素子の前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な断面の面積は、前記第２光学素子の前記入射開口部における断面の面積より大きい。前記入射開口部は、表面の領域であって、前記表面の領域を通して前記光学素子内へ光が入れられる表面の領域全体として規定されており、前記出射開口部は、前記光学素子の領域であって、前記領域から前記光が放射される前記光学素子の領域全体として規定されている。
【００１３】
他の実施例においては、前記第２光学素子も、前記光軸に対して垂直な多角形断面形状を有し、前記第２光学素子の前記出射開口部における前記光軸に対して垂直な面における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は、前記第２光学素子の前記入射開口部におけるものより多い。
【００１４】
更に他の実施例においては、前記第２光学素子の前記入射開口部における前記光軸に対して垂直な面における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は、六角形、七角形、八角形及び九角形のうちのいずれか１つの形状に対応し、前記第２光学素子の前記出射開口部における多角形断面形状の線分数は、各々、１２、１４、１６又は１８である。有利なことには、これらの線分の構成は、依然として大体円形に整形されたビームを供給することが可能である一方で、均質化に関して最も良く機能するであろう。
【００１５】
他の好ましい実施例は、前記コリメータのみ、前記第２光学素子のみ、又は前記コリメータと、前記第２光学素子との両方が、前記光源から放射された光の全内部反射を供給する複数の細長いプリズム構造を有する外面を持つ透明な誘電体で作成される実施例を含む。
【００１６】
このような実施例においては、前記細長いプリズム構造は、好ましくは、前記コリメータ及び／又は前記第２光学素子の前記入射開口部から前記出射開口部に向かう方向に延在する。 
【００１７】
前記コリメータ及び／又は前記第２光学素子の少なくとも１つのファセットは、互いに対して平行な向きに置かれる細長いプリズム構造を有する。他の好ましい実施例においては、前記コリメータ及び／又は前記第２光学素子の少なくとも１つのファセットは、細長いプリズム構造であって、前記出射開口部における任意の２つのプリズム構造の間の距離が、前記入射開口部における前記任意の２つのプリズム構造の間の距離より大きいような向きに置かれる細長いプリズム構造を有する。
【００１８】
好ましくは、前記誘電性コリメータ及び前記第２光学素子のいずれの屈折率も、1.3より大きく、材料は、例えば、ガラス、セラミック、ポリメチルメタクリレート若しくはポリカーボネートのようなポリマ、シリコン樹脂、又はそれらの組み合わせであり得る。 
【００１９】
好ましい実施例においては、前記コリメータは、前記光源を収容する空洞を具備し、前記誘電性材料と、前記光源との間を透明又は半透明媒体で満たされる。
【００２０】
好ましくは、前記コリメータの前記入射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数は、４から９までであり、前記コリメータの前記出射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数、及び前記第２光学素子の前記入射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は、前記コリメータの前記入射開口部における線分数と同じ、又は前記コリメータの前記入射開口部における線分数に対して２倍であり、前記第２光学素子の前記出射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は、前記第２光学素子の前記入射開口部における線分数と同じ、又は前記第２光学素子の前記入射開口部における線分数に対して２倍である。
【００２１】
例えば、好ましい実施例においては、前記照明システムは、前記光軸に対して垂直な各々の面において、前記コリメータの前記入射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数は８であり、前記コリメータの前記出射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数は８であり、前記第２光学素子の前記入射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は８であり、前記第２光学素子の前記出射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は１６であるように構成され得る。
【００２２】
別の例においては、前記照明システムは、前記光軸に対して垂直な各々の面において、前記コリメータの前記入射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数は６であり、前記コリメータの前記出射開口部における前記コリメータの多角形断面形状の線分数は６であり、前記第２光学素子の前記入射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は６であり、前記第２光学素子の前記出射開口部における前記第２光学素子の多角形断面形状の線分数は１２であるように構成され得る
【００２３】
多角形断面形状の前記コリメータ及び／又は前記第２光学素子の使用により、出力光の色の均質性が高められるという他の利点が得られる。実際、前記多角形断面が、５つから９つまでの線分を持つ場合に、最適な色の均質性が得られる。例えば八角形の光ビームの形態においては、このような少ない線分、即ち、８つの線分を用いる場合、照明パターンの幾らかの劣化が認められ得るが、これは、前記入射開口部から前記出射開口部に向けて線分数を変えることによって、ほとんど色の均質性の低下という犠牲を払わずに、最小限にされ得る。 
【００２４】
前記効率を都合よく更に高めるために、前記コリメータだけでなく、前記第２光学素子も、全内部反射を用いる透明な誘電体で作成され得る。後者の場合には、これは、前記第２光学素子の外面に配置されるプリズム構造によって実現される。前記コリメータは、全内部反射を用いる平坦なファセットで構成され得るが、前記コリメータの外面は、全内部反射を用いるプリズム構造も具備することができ、前記コリメータの別の形状を可能にする。
【００２５】
別の利点は、全内部反射を利用することによって、前記コリメータ及び第２光学素子上に反射層が必要とされず、例えば射出整形によって、前記コリメータ及び前記第２光学素子を１つのピースで製造することが可能であることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１ａに関しては、本発明の好ましい実施例による照明システム１００は、口金(base)１０３上に配設され、光軸１１５のまわりに同心状に配設される発光ダイオード（ＬＥＤ）１０１のアレイの形態の光源を有する。電力及び制御信号をＬＥＤに供給する手段が必要とされる。更に、ドライバ及び／又は制御電子部品にフィードバック信号を供給するために、光センサ及び／又は温度センサが利用され得る。しかしながら、当業者には分かるであろうから、分かりやすくするために、図１ａにはこれらは示されていない。保護側壁１０５は、伝熱にも寄与する口金１０３に取り付けられるよう構成される。
【００２７】
以下のように配設される多数の光学部品は、光軸１１５と同心である。円筒状管１０７は、ＬＥＤアレイから放射された光の全内部反射（ＴＩＲ）を達成する表面を持つ誘電性コリメータ１０９を囲むよう構成される。コリメータは、好ましくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）製の透明な誘電体で作成され、ＬＥＤ１０１から放射される光のための入射開口部１０８及びコリメートされた光のための出射開口部１１０を規定するような形にされる。入射開口部１０８は、出射開口部１１０より小さい。
【００２８】
中間ユニット(intermediate unit)１１１は、コリメータ１０９と、反射器の形の第２光学素子１１３との間に配置される。中間ユニット１１１は、反射器１１３に対するインターフェースを供給するよう、コリメータ１０９を適所に保持する機能を果たす。反射器１１３は、光軸１１５に対して垂直な多角形断面形状を持つ。好ましくは、反射器１１３は、その外面におけるＴＩＲによってコリメータ１０９から出射する光の反射を供給するが、他の実施例においては、その代わりに反射器１１３の内面をアルミニウムなどの反射材料でコーティングすることが可能である。ここでは、反射器１１３の断面は八角形であるが、下記でより詳細に示すように、他の形状も可能である。
【００２９】
図１ｂには、例えば、ＬＥＤ１０１の選択、及び／又はＬＥＤによって放射される様々な色の光のために独立して調節され得るＬＥＤ駆動電流に依存する任意の所望の色混合を持つ光１２０を放射する組立て時の照明システム１００が示されている。
【００３０】
光線追跡シミュレーションに基づく効率計算は、コリメータ１０９がＴＩＲを供給する場合、誘電体で満たされている（８５％の反射率の）アルミニウムコーティング反射器を持つ基準装置(reference device)と比較して、約１０％の効率の向上が得られ得ることを示した。シミュレーションは、典型的な８５％の反射率を持つアルミニウムコーティング反射器又はアルミニウムと比較して、ＴＩＲに基づく反射器１１３を用いることによって、約１０％の更なる効率の向上が得られ得ることも示した。
【００３１】
図２ａ及び２ｂにおいては、コリメータ２０９及び反射器２１３を有する照明システム２００の好ましい実施例が、図２ａでは断面図の形態で、図２ｂでは上面図の形態で図示されている。図１ａ及び１ｂに図示されているシステム１００の実施例と同様に、コリメータ２０９と、反射器２１３との両方とも、光軸２１５に対して同心に配設される。 
【００３２】
好ましくは、ファセット面２２２を持つポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の中実ブロック(solid block)によって形成されるコリメータ２０９は、複数の発光体、例えば発光ダイオードを有する光源２０１が配置される入射開口部２０８と、平面出射開口部２１０とを持つ。反射器２１３は、外面２１５及び内面２１６を備える円筒壁部２１４を持つ中空のテーパー付き円筒の形をしている。反射器の外面に、ＴＩＲを供給するプリズム構造が用いられる場合には、好ましくは、反射器２１３も、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）によって形成される。反射器２１３においてＴＩＲが用いられない場合には、例えば反射コーティングを施すことによって実現され得る反射型の内面２１６が必要とされる。コリメータ２０９の出射開口部２１０は、反射器２１３の入射開口部も規定し、反射器２１３は、参照符号２４０によって示されている出射開口部を持つ。 
【００３３】
光は、光源２０１から出て、入射開口部２０８を介してコリメータ２０９に入射する。次いで、光は、コリメータ２０９内で全内部反射（ＴＩＲ）を受け、コリメータの出射開口部２１０を介して反射器２１３内へ出射する。反射器２１３において、光は、反射器２１３の外面２１５において再度ＴＩＲを受け、最後に、反射器２１３の出射開口部２４０を介して出射する。アルミニウム被覆反射面を持つ参照システムを使用する場合、コリメータ２０９に入る光出力に対する、反射器２１３から出る光出力の比率に関して、約２０％の効率の向上がシミュレートされた。
【００３４】
コリメータ２０９及び反射器２１３は、コリメータ２０９の入射開口部２０８に位置する第１ファセットレベルからカウントして、第５ファセットレベルに位置するファセット２３０によって例示されているように、５つのファセットレベルにファセットされる。好ましい実施例においては、図２ｂに示すように、各ファセットレベルが、光軸２１５に対して垂直な八角形断面形状を持つ。コリメータ及び反射器の両方のファセットレベルの形状は、更に、光軸２１５から対応ファセットレベルの底面(bottom-side)の中央までの距離である半径Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、及び角度Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５によって規定され、ここで、Ｒ０は、光源の半径より大きい。半径及び角度の数値は、次の表に示されている。
【表１】
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【００３５】
図２ａ及び２ｂには示されていないが、別の実施例においては、コリメータ２０９のファセット面２２２及び反射器２１３のファセット面は、入射開口部２０８から出射開口部２１０まで延在する複数のプリズム構造を具備し得る。それは、図４ａ及び４ｂに関連して以下に記載されている反射器４１３のプリズム構造４７０に対応するプリズム構造である。
【００３６】
図３には、反射器３１３及びファセット面３２２を持つコリメータ３０９の別の実施例が示されている。図２ａ及び２ｂに図示されている実施例と同様に、コリメータ３０９は、入射開口部３０８に配置される光源３０１を持つ。図２ａの実施例とは対照的に、コリメータ３０９は、凸面形状の出射開口部３１０を持ち、凸面形状の出射開口部３１０は、反射器３１３の入射開口部も規定する反射器の出射開口部は、参照符号３４０によって示されている。
【００３７】
出射開口部３１０は、凸面形状を持つことによって、平坦な出射開口部の場合より直径を小さくし、発光体３０８のより近くに位置することができ、それによって、コリメータの体積及び照明システムの全体的な大きさを減らすことが出来る。
【００３８】
ここで、図４ａ及び４ｂを参照して、反射器４１３の別の好ましい実施例について述べる。図４ａは、反射器４１３の側面図であり、図４ｂは、反射器４１３の上面図である。先の実施例と同様に、反射器４１３は、入射開口部４１０及び出射開口部４４０を持つ。反射器４１３は、ファセット４３０によって図示されているようにファセットされ、光軸４１５に対して垂直な断面の形状は、図４ｂにおいてはっきりと見ることが出来るように、先の実施例と同様に、八角形である。
【００３９】
しかしながら、この実施例における反射器４１３は、先の実施例とは対照的に、その外面に、互いに対して平行な向きに置かれる細長いプリズム構造４７０を有する。これらのプリズム構造は、反射器４１３内に入射する光のＴＩＲを供給する。このようなプリズム構造４７０を持つ反射器の使用によって、光スループット(light throughput)の効率の約１０％の更なる向上が得られ得ることが算出された。
【００４０】
他の好ましい実施例においては、コリメータのファセットもまた、ＴＩＲを供給する細長いプリズム構造を有し得る。更に、プリズム構造は、出射開口部における任意の２つのプリズム構造の間の距離が、入射開口部における前記任意の２つのプリズム構造の間の距離より大きいような向きにされ得る。
【００４１】
本発明による反射器５１３の更に別の実施例は、図５ａ及び５ｂに図示されている。反射器５１３は、先の実施例と同様に、ファセット５３０によって例示されているようにファセットされ、入射開口部５５０及び出射開口部５６０を持つ。しかしながら、反射器５１３は、先の実施例と対比して、わずかに異なるファセット構造で構成されている。即ち、入射開口部５５０においてファセット数は８であり、出射開口部５６０においてファセット数は１６である。更に、この実施例においては、反射器５１３は、入射開口部５５０に入射する光を出射開口部５６０から外へ反射する反射層をその内面に具備する。
【００４２】
本発明によるシステムの他の実施例もまた、図５ａ及び５ｂの反射器５１３のファセット構造と同様のファセット構造を持つコリメータを含み得る。
【００４３】
ここで、図６及び７を参照して、光線追跡方法を用いた多くのシミュレーションからの結果を示す。図６及び７に示されている結果は、２つの線分レベルを持つコリメータと、３つのファセットレベルを持ち、ファセットの数及び／又は構成は様々である反射器を備えるシステムを用いて得られた。
【００４４】
図６は、例えば、図１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ及び３に関して記載されている実施例のような、コリメータ及び反射器の構成に用いられるファセットの線分の数の関数として、相対的な色の均質性を示している図である。この図において、色の均質性は、１９６０年にＣＩＥ（the Commission Internationale de l'Eclairage）によって定められたＵＣＳ(the Uniform Chromaticity Scale)のuv色座標(color coordinate)によって表わされている。放射光ビームの光角度分布(angular light distribution)における色度(color point)の偏差、即ち、放射光の方向の関数としての色度偏差は、
【数１】
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と規定されるΔuvとして示され得る。ここで、Δu=u-uref且つΔv=v-vrefであり、u及びvは、光ビームの角度依存色座標であり、uref及びvrefは、基準の色座標であり、この場合における基準は、光ビームの平均色度である。図６及び７においては、基準色度に関して、或る偏差レベルより低い色偏差を示す光ビームのパーセント値が、反射器のセグメンテーションの関数として示されている。ここで、偏差レベルは、パラメータであり、幾つかの偏差レベルが、図のレジェンダ(legenda)において示されている。図６の図表に示すように、両方ともが八角形のファセット構造を持つコリメータ及び反射器を持つことによって、少なくとも８０％の相対的な色の均質性が得られ得る。最も良好な色混合特性を備えるタイプのビーム整形器(beam shaper)を選択するために、様々な色の最大偏差を用いた計算が用いられている。ΔUV=0.002より小さい色偏差は、一般に、目に見えない。ΔUVが0.005より小さいような小さな偏差は、アプリケーションによっては許容範囲内であり得る。
【００４５】
図６から、色偏差ΔUV<0.002である光ビームの立体角の最も高いパーセント値は、線分数が７乃至９である場合に得られることが分かる。これは、発光体の構成によって多少異なり得る。図から導き出されるように、より大きな偏差が許容される場合には、より広範囲の数の線分が適用され得る。
【００４６】
図７は、例えば、図５ａ及び５ｂに関して記載されている実施例のような、コリメータ及び反射器の構成に用いられるファセットの線分の数の関数として、相対的な色の均質性を示している図である。 
【００４７】
ビーム整形器のタイプＡとして示されている第１のプロット結果は、両方が八角形のファセット構造を持ち、合計５つのファセットレベルを持つ、即ち、図６に結果が示されているシステムと同様の、コリメータ及び反射器に対応する。ビーム整形器のタイプＢで示されている第２のプロット結果は、ファセットの第１及び第２レベル、即ち、コリメータの２つのファセットレベルが八角形断面形状を持ち、残り３つのレベルのファセット数が１６であるシステムの結果を示している。ビーム整形器のタイプＢは、図５ａにも示されている。ここでは、第３レベルが、入射開口部５５０における８つの線分の多角形断面形状で始まり、第４レベルの入射開口部における１６個の線分で終わっていることが分かる。図５ａに示されているように、十六角形(hexadecagonal)断面形状の線分の長さは、反射器の入射開口部からの距離が増大するにつれて段々互いに近づき、反射器５１３の出射開口部５６０における断面形状は、長さの等しい線分を持つ十六角形である。同様に、ビーム整形器のタイプＣで示されている第３のプロット点は、ファセットの第１レベルが、八角形の断面形状を持ち、残りの４つのレベルのファセット数が１６であるシステムの結果を示している。同様に、ビーム整形器のタイプＤで示されている第４のプロット点は、コリメータの入射開口部は八角形の断面形状を持つが、全てのファセットレベルのファセット数が１６であるシステムの結果を示している。最後に、ビーム整形器のタイプＥで示されているプロット点は、両方が、１６個の長さの等しい線分を備える多角形断面形状を持つファセット構造を持つコリメータ及び反射器を有するシステムの結果を示している。
【００４８】
図７においては、ビーム整形器のタイプＢが、反射器の十六角形の出射開口部を備えるシステムの、最も良好な色の均質性を与えることが示されている。ビーム整形器のタイプＡは、ビーム整形器のタイプＢよりわずかに良好な色の均質性をもたらすが、より円形のビーム整形のために、ビーム整形器Ｂの方が好ましい。
【００４９】
図６及び７の図表に示されている結果は、八角形のファセット構造が、最も良好な色の均質性を与える構成であることを示している。しかしながら、コリメータ及び反射器の八角形の形状のために、システムから出射する光のビームの外観は、見る人には八角形をしているように見え得る。線分数を増やすことによって、この外観は、より「丸く」なるであろう。これは、多くの場合好ましい。しかしながら、システムにおいてファセット数を増やすことによって、色の均質性は損なわれるであろう。そこで、図７が示すように、光源の近くのファセット数が、システムの出射開口部の近くのファセット数より少ないシステムを供給することによって、外観と、色の均質性との間の妥協点が得られ得る。
【００５０】
最後に、図１乃至５に関する上記の全ての実施例に関して、コリメータによって反射されない光源によって放射される光の混合及びコリメーションを供給するために、第１のコリメータの近くの、外側に、同心状に、付加的な反射器が取り付けられ得ることに留意されたい。更に、反射器によって反射されないコリメータから放射される光の更なるコリメーション及び混合を供給するために、反射器の近くの、外側に、同心状に、付加的な反射器も取り付けられ得る。システムから出射する光ビームを更に均質化するために、照明システム内には１つ以上の光拡散面も配設され得る。
【００５１】
従って、要約すると、光源は、光軸に沿って同心状に並べられる多数の光学部品を有する。光学部品は、発光ダイオードのアレイと、ダイオードのアレイから放射された光の全内部反射を供給するよう構成される表面を持つ誘電性コリメータと、外面のプリズム構造による全内部反射も基にし得る、ビームを更にコリメートする第２段反射器とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】本発明の好ましい実施例による光源に含まれる個々のパーツの分解組立図である。
【図１ｂ】本発明の好ましい実施例による組み立てられた光源を示す。
【図２ａ】本発明の好ましい実施例による照明システムの概略的に描かれた断面図である。
【図２ｂ】図２ａに図示されている本発明の好ましい実施例による照明システムの概略的に描かれた上面図である。
【図３】本発明の好ましい実施例による照明システムの概略的に描かれた断面図である。
【図４ａ】本発明の好ましい実施例による照明システムの反射器の概略的に描かれた側面図である。
【図４ｂ】図４ａに図示されている本発明の好ましい実施例による照明システムの反射器の概略的に描かれた上面図である。
【図５ａ】本発明の好ましい実施例による照明システムの反射器の概略的に描かれた上面図である。
【図５ｂ】図５ａに図示されている本発明の好ましい実施例による照明システムの反射器の概略的に描かれた斜視図である。
【図６】本発明の様々な実施例の色の均質性のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の様々な実施例の色の均質性の他のシミュレーション結果を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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