(57)【要約】  光源と、前記光源を取り囲み、中心軸が延在する開口を有する放物面反射カラーとを有するランプシステム。前記開口は、前記軸に対して低角度で前記光源が発する光線を放物面反射カラーから発光させる一方、前記光源が高角度で発する該光線は再利用のため前記カラーで反射される。放物面反射カラーは、高角度光線が、対向する反射壁面部から二回反射され、元の点に戻るよう、配置される。この光源は異なる発光色とサイズを有する複数のＬＥＤのアレイであることが好ましい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源を取り囲み、中心軸が延在する開口を有する放物面反射カラーとを有するランプシステムであって、
前記開口は、前記軸に対して低角度で前記光源が発する光線を放物面反射カラーから発光させる一方、前記光源が高角度で発する光線は再利用のために反射され、
前記放物面反射カラーは、高角度光線が、対向する反射壁面部から二回反射され、元の点に戻るよう、配置されるランプシステム。
【請求項２】
前記光源は多色光源を有するアレイであり、前記放物面反射カラーは高角度光線を二回反射してそれぞれの色光源に戻す、請求項１に記載のランプシステム。
【請求項３】
前記光源は少なくとも１個のＬＥＤを含む、請求項１に記載のランプシステム。
【請求項４】
前記光源は異なる発光色の複数のＬＥＤを含む、請求項３に記載のランプシステム。
【請求項５】
前記ＬＥＤは互いにサイズが異なる、請求項４に記載のランプシステム。
【請求項６】
前記光源は単色ＬＥＤのマイクロ波プラズマ電球である、請求項１に記載のランプシステム。
【請求項７】
請求項４のランプシステムを有するスポットライト。
【請求項８】
請求項４のランプシステムの出力光を入力するプロジェクションエンジンを有するプロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年９月１８日出願の米国特許仮出願第６１／７０２，４５１号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
球状の反射鏡を有するランプとＬＥＤを用いて光を再利用し、出力光の輝度の向上が図られている。図１に示すように、ＬＥＤ１０はヒートシンク１２に載置することができ、反射面を有する半球状の光再利用カラー１６の曲面の中心１４に位置する。カラー１６は開口１８を形成する切り抜きを含む。中心軸２２に対して相対的に低角度（即ち、角度αより小）でＬＥＤ１０が発する光線２０がデバイスから発せられる一方、高角度（即ち、角度αより大）でＬＥＤ１０が発する光線２４はＬＥＤ１０に反射して返され再利用される。
【０００３】
カラー１６によって高い光再利用効率が得られる。光再利用の割合は開口１８の大きさによって決まる。開口が小さい程、再利用率は高くなり、システムの出力光の明るさが増す。
【０００４】
図１に示すように、ＬＥＤ１０の中心から発せられる高角度光線２４は、ＬＥＤ１０の中心に反射し返される。中心からずれた位置から発せられる光線２６は鏡像的に方向２６ａ（やはり中心からずれているが、ＬＥＤ表面の対向側）に反射し返される。
【０００５】
単一ＬＥＤ（又は他の光源）を有するランプの場合、図１に示すシステムにおいては全ての高角度光線２４がＬＥＤ１０に反射され再利用される。複数のＬＥＤ光源（例えば多色ＬＥＤ）を有するランプの場合、ＬＥＤがカラー１６の曲面の中心に位置するのであれば、高角度光線が同じＬＥＤ１０に反射される。図１の光源が単一のＬＥＤ１０ではなく複数ＬＥＤを構成するならば、１個のＬＥＤのみが曲面１４の中心に位置することができ、高角度光線が同一のＬＥＤに反射される。残る光源は中心からずれることになる。図１に示すよう、ＬＥＤ１０が中心１４の互いに対向する位置にある２個のＬＥＤで構成される場合、曲面中心の右側にずれた位置にあるＬＥＤが発する高角度光線２６は、裏面で方向２６ａに反射され中心１４に対して反対側に位置するＬＥＤに向かう。即ち、発光ＬＥＤ（又は他の光源）ではないＬＥＤに影響を及ぼす。この結果、中心に対して反対側に位置するＬＥＤが光線２６を発するＬＥＤと同色のＬＥＤでない場合、中心からずれる高角度光線２６は再利用されないことになる。
【発明の概要】
【発明が解決すべき課題】
【０００６】
複数の光源が利用でき、同時に光アレイの中心及び中心１４が発する高角度光線２４、２６の効率的再利用を提供できるランプを提供することが望ましい。また、中心に対して対向する位置にあるＬＥＤの発光色が異なることがあっても、高角度光線２６が再利用されるシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のランプシステムは光源と、前記光源を取り囲み、中心軸が延在する開口を有する放物面反射カラーとを有する。前記開口は、前記軸に対して低角度で前記光源が発する光線を放物面反射カラーから発光させる一方、前記光源が高角度で発する該光線は再利用のため前記カラーで反射される。
【０００８】
前記放物面反射カラーは、焦点を通り準線と平行な軸周りに放物線を回転させることにより形成される。得られる反射鏡は放物面を有し、丸みを帯びる。焦点に位置するＬＥＤが発する光は、放物面の一面で反射され、平行ビームとなり、対向する放物面に入射し、再度該ＬＥＤに集光される。この放物面光再利用カラーと図１に示す球状光再利用カラーの大きな違いは、焦点と焦点に近い点からの発光が放物面反射鏡で二回反射され、同一の発光点に返されることにある。この性質によれば、複数のＬＥＤと複数のカラーを有するパッケージを用いる場合、各ＬＥＤが独立してそれ自身の光再利用を行うことができ、各発光色のＬＥＤは他のＬＥＤやカラーと独立して輝度向上を達成することができる。
【０００９】
放物面反射カラーは、高角度光線が、対向する反射壁面部から二回反射され、元の点に戻るよう、配置される。この光源は異なる発光色とサイズを有する複数のＬＥＤのアレイであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半球状の光再利用カラーを有する従来技術のランプの概略図。
【図２】本発明のランプシステムの概略図。
【図３】２個の緑色ＬＥＤ、１個の赤色ＬＥＤ及び１個の青色ＬＥＤからなる光源アレイを概略的に示す。
【図４】図３と同様の光源アレイであるが、ＬＥＤのサイズが互いに異なる光源アレイを概略的に示す。
【図５】図２と同様のランプシステムであるが、図３の光源アレイを利用したランプシステムの概略図。
【図６】市販の多色ＬＥＤアレイの斜視図。
【図７】図５のランプシステムを利用したスポットライトの概略図。
【図８】図２と同様のランプシステムであるが、マイクロ波プラズマ電球を光源として利用したランプシステムの概略図。
【図９】図５のランプシステムを利用したプロジェクションシステムの概略図。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
図２を参照すると、本発明に係るランプシステム３０は光源、例えばＬＥＤ１０を含む。この光源は反射面とランプの軸３６を中心とする開口３４とを有するカラー３２に囲まれる。図１のように、開口３４は、軸３６に対して所定の角度を下回る発光角を有する光線をランプシステムから発光させると同時に、このような所定の角度より大きい発光角を有する光線をカラー３２の表面で反射させる。
【００１２】
本発明によれば、断面（図２に示す）において、このカラーは両側が放物線形状をしており、発光方向に収束している。この光源（例えばＬＥＤ１０）は放物面カラー３２の中心に位置する。カラー３２は光源１０に対しスペースを有して向けられている、軸３６に対して相対的に低角度で発せられる光線２０が開口３４を通って発光させられるように、また、ＬＥＤの中心点３８から高角度で発せられる光線４０が、放物面カラー３２で軸３６に垂直な方向に反射されるように。反射光線４０ａは、カラー３２の対向する壁に向けられ、ＬＥＤ１０に向かって反射される。この二度反射された光線４０ｂは、光線４０の角度の鏡像である角度にてＬＥＤ１０に向けられる（光線４０と４０ｂとは９０°離れる）。
【００１３】
図２は、ＬＥＤ１０の中心からずれた位置から発せられた高角度光線５０が、第一の放物表面にて軸３６に垂直でない方向、即ち、光線５０の反射角が光線４０の反射より大きいような方向に反射される様子を示している。反射光線５０ａは、対向する放物面の点５２に衝突し、元の点５４の反射し返される。このように、第一回反射光線５０ａは、第二の放物面にて光線４０ａの反射角より小さい角度で反射される。
【００１４】
図３、５を参照する。図３に、２個の緑色ＬＥＤ、１個の赤色ＬＥＤ及び１個の青色ＬＥＤが同一のヒートシンク５７に集積したＲＧＧＢ・ＬＥＤアレイ５６の形態である多色光源アレイの例を示す（図５参照）。図５に、図３のＲＧＧＢアレイ５６と図２の光再利用カラー３２を利用したランプシステム５９を示す。ＲＧＧＢアレイ５６が中心軸３６の中心方向に位置していれば、赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤが発する光は互いに軸に対してずれて発せられる。しかし、二重放物面カラー３２が存在するため、緑色ＬＥＤ（Ｒ）が発する高角度光線６０は、反射光線６０ａ、６０ｂとして同緑色ＬＥＤに反射され、赤色ＬＥＤ（Ｒ）が発する高角度光線６２は、反射光線６２ａ、６２ｂとして同赤色ＬＥＤに反射される。
【００１５】
図４は、赤色ＬＥＤ（Ｒ）、緑色ＬＥＤ（Ｇ）、青色ＬＥＤ（Ｂ）及び白色ＬＥＤ（Ｗ）からなる多色光源６４の他の例を示す。この４色のＬＥＤは同一のヒートシンクに載置される（図示せず）。図４に示すように、放物面カラー３２が高角度光線６０、６２を反射して発光したＬＥＤ状の同じ点に戻すため、これら複数のＬＥＤのサイズは異なっていてもよい。
【００１６】
図６に市販のＬＥＤアレイのスケッチを示す。このＬＥＤアレイは図４に相当し、ルミナスデバイス社（ビレリカ、マサチューセッツ州）の商品である。この種のＬＥＤアレイは、スポットライトやステージ照明等、通常多色光が必要とされる多くの応用分野で用いられる。
【００１７】
図７に、図５のランプシステム５９を利用したスポットライトの一例を示す。開口３４から発せられる光線２０は、レンズシステム７０により所望の発散度を有する出力ビーム２０に形成される。出力光の色は、アレイ５６中のＬＥＤを適切な電力で駆動することにより調節することができる。
【００１８】
図８に図７と同様のスポットライトの他の実施形態を示すが、ランプシステム５９ａの光源が単色のマイクロ波プラズマ電球７２である点が異なる。この実施形態では、二重放物面光再利用カラー３２の撮像特性により、中心からの光源のいかなるも光源７２にイメージバックされる限りにおいて、システムの大きな許容誤差が許容される。
【００１９】
図９に、図５のランプシステム５９を利用したプロジェクションシステム７６の一例を示す。図７のシステム同様、開口３４を通って発せられる光線２０はレンズシステム７８に向けられる。続いて、このビームは光トンネル８０に向かった後、プロジェクションエンジン８２の入力光となる。これらレンズシステム、光トンネル及びプロジェクションエンジンについてはよく知られているので、更なる説明は不要であろう。
【００２０】
上述の各実施形態において、高角度光線４０、５０、６０及び６２を発光点に反射し戻すように再利用すると、ランプシステム３０、５９及び５９ａの明るさが向上し、該ランプシステムのエタンデュが減少する。
【００２１】
放物面光再利用カラー３２は金属、ガラス又はプラスチックからなることができる。反射コーティングは、アルミニウム、銀、又は特定の波長に対応する複数層誘電体コーティングとすることができる。
【００２２】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載してきたが、当業者にとって種々の変形例も明らかであろう。このような変形例や改変例の全てが、添付の請求の範囲に定義される発明の範囲に包含されると解釈されたい。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ＬＥＤ
１２、５７  ヒートシンク
１４  中心
１６  カラー
１８、３４  開口
２０、２４、２６、４０、５０、６０、６２  光線
２２  中心軸
２６ａ、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂ  反射光線
３０、５９、５９ａ  ランプシステム
３２  放物面反射カラー
３６  軸
３８  中心点
５２、５４  点
５６  ＲＧＧＢ・ＬＥＤアレイ
６４  多色光源
７０  レンジシステム
７２  マイクロ波プラズマ電球
７６  プロジェクションシステム
７８  レンズシステム
８０  光トンネル
８２  プロジェクションエンジン
【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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【国際調査報告】
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