(57)【要約】  スポットライト及び物体を照明するための方法である。いくつかの実施形態は、異なる発光スペクトルを有する少なくとも２つの発光ダイオードをそれぞれが備えている複数個の発光ダイオードモジュールと、光混合部であって、各光混合部がその片側において該当のＬＥＤモジュールと協働するように配置され、各光混合部が該当のＬＥＤモジュールの前記少なくとも２つのＬＥＤの異なる発光スペクトルを混合して光ビームを形成するように構成され、該光混合部の他方の側に位置する出口面が、前記光ビームによって複合光ビームが形成されるように互いに隣接して行列に配置されている光混合部と、前記複合光ビームを集束させる集束光学系と、を備えるスポットライトを提示する。
2012516011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる発光スペクトル（Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂ）を有する少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）（４ａ、４ｂ）をそれぞれが備えている複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール（２ａ、２ｂ）と、
複数個の光混合部（６ａ、６ｂ）であって、各光混合部（６ａ、６ｂ）がその片側（５）において該当のＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）と協働するように配置され、かつ該当のＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）の前記少なくとも２つのＬＥＤ（４ａ、４ｂ）の異なる発光スペクトル（Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂ）を混合して光ビーム（８ａ、８ｂ）を形成するように構成され、これらの光混合部（６ａ、６ｂ）の前記光ビーム（８ａ、８ｂ）によって複合光ビーム（２０）が形成されるように、これらの光混合部（６ａ、６ｂ）の他方の側に位置する出口面（１０）が互いに隣接して行列に配置されている光混合部（６ａ、６ｂ）と、
前記複合光ビーム（２０）を集束させる集束光学系（１５）と
を備えているスポットライト（５０）。
【請求項２】
各ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）の前記少なくとも２つのＬＥＤ（４ａ、４ｂ）の異なる発光スペクトル（Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂ）を制御するように構成された電気制御回路（２５）をさらに備えており、
前記電気制御回路（２５）は、前記複合光ビーム（２０）が色と強さを別々に調節することができる光ビーム（２０ａ、２０ｂ）を含むように、各ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）の光ビーム（８ａ、８ｂ）の強さ及び／又は色を別々に変化させるように構成されている請求項１に記載のスポットライト。
【請求項３】
前記電気制御回路（２５）は、前記複合光ビーム（２０）が多色モードの第１の状態において第１の色を有し、第２の状態において第２の色を有するように、前記ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）の前記少なくとも２つのＬＥＤ（４ａ、４ｂ）の異なる発光スペクトル（Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂ）を制御するように構成されている請求項２に記載のスポットライト。
【請求項４】
前記電気制御回路（２５）は、色パッチモードにおいて第１のＬＥＤモジュール（２ａ）の第１の光ビーム（８ａ）が第１の色を有し、第２のＬＥＤモジュール（２ｂ）の第２の光ビーム（８ｂ）が第２の色を有し、かつ、第１の光ビーム（８ａ）及び第２の光ビーム（８ｂ）の強さ及び／又は色温度を調節することができるように、前記ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）の前記少なくとも２つのＬＥＤ（４ａ、４ｂ）の異なる発光スペクトル（Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｂ）を制御するように構成されている請求項２又は３に記載のスポットライト。
【請求項５】
前記光混合部（６ａ、６ｂ）の出口面（１０）は、前記光混合部（６ａ、６ｂ）の光ビーム（８ａ、８ｂ）が矩形の複合光ビーム（２０）を形成するように、矩形である請求項１から４のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項６】
４つの光混合部（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）の４つの光ビーム（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）によって矩形の複合光ビームが形成されるように、２×２の行列に配置された４つの光混合部（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を備えており、
光混合部（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）へと割り当てられた各ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が、赤色の発光スペクトル（Ｒ）、緑色の発光スペクトル（Ｇ）、青色の発光スペクトル（Ｂ）、及び白色（Ｗ）又は琥珀色（Ａ）の発光スペクトルを有する４つのＬＥＤ（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を備えている請求項５に記載のスポットライト。
【請求項７】
各ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）は矩形であり、該ＬＥＤモジュールの４つの側壁（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）のうちの１つに前記電気制御回路を該ＬＥＤモジュールに接続するための電気端子（１４）を備えており、
前記ＬＥＤモジュール（２ａ、２ｂ）は、複合の矩形（１８）が形成されるように互いに隣接して配置され、該複合の矩形（１８）の各々の側壁（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）に、電気端子（１４）が配されている請求項１から６のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項８】
前記光混合部（６ａ、６ｂ）の出口面（１０）の前方に配置された調節式の開口（２８）をさらに備えている請求項１から７のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項９】
前記集束光学系（１５）は前記複合光ビーム（２０）の光路（３２）に配置された少なくともズームレンズ（１５ａ）及び対物レンズ（１５ｂ）を備えており、
前記ズームレンズ（１５ａ）は前記光混合部（６ａ、６ｂ）の出口面（１０）と前記対物レンズ（１５ｂ）との間を移動可能である請求項１から８のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項１０】
前記複合光ビーム（２０）の光路（３２）に沿って前記光混合部（６ａ、６ｂ）の出口面（１０）と前記集束光学系（１５）の対物レンズ（１５ｂ）との間を移動可能（２９）であるビーム成形散光器（３５ａ）をさらに備えており、
前記ビーム成形散光器（３５ａ）は、前記光混合部（６ａ、６ｂ）の出口面（１０）と該ビーム成形散光器（３５ａ）との間の距離に応じて、前記複合光ビーム（２０）の幅に対する高さの比を連続的に変化させるように構成されている請求項１から９のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項１１】
前記複合光ビーム（２０）の光路（３２）に沿って前記集束光学系（１５）のズームレンズ（１５ａ）と対物レンズ（１５ｂ）との間を移動可能（２９）であるビーム成形散光器（３５ｂ）をさらに備えており、
前記ビーム成形散光器（３５ｂ）は、前記ズームレンズ（１５ａ）と該ビーム成形散光器（１５ｂ）との間の距離に応じて、前記複合光ビーム（２０）の幅を連続的に変化させるように構成されている請求項１から１０のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項１２】
前記ビーム成形散光器（３５ｂ）及び前記ズームレンズが互いの距離（Ｄ１）を固定した状態で前記複合光ビーム（２０）の光路（３２）に沿って動かされる場合に、前記複合光ビーム（２０）の高さ及び幅を連続的に変化させることができるように、前記ズームレンズ（１５ａ）は前記光混合部（６ａ、６ｂ）の出口面（１０）と前記対物レンズ（１５ｂ）との間を前記複合光ビーム（２０）の光路（３２）に沿って移動可能である請求項１１に記載のスポットライト。
【請求項１３】
前記光路（２０）の前記ビーム成形散光器（３５ａ、３５ｂ）を移動（３８ｂ）させて除去するためのビーム成形散光器駆動部（３８）、及び／又は前記光路（３２）の前記ビーム成形散光器（３５ａ、３５ｂ）の回転（３８ａ）のためのビーム成形散光器回転駆動部（３８）をさらに備えている請求項１０から１２のいずれか一項に記載のスポットライト。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のスポットライトを複数備えており、
前記複数のスポットライト（５０ａ、５０ｎ、５０ｃ、５０ｄ）の複合光ビーム（２０）による複合の投影（７２）が、色及び強さを個別に制御することのできるスポット（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）を含んでおり、該個別に制御することのできるスポットの数は、前記複数のスポットライトのＬＥＤモジュールの数に依存して決まる照明システム（７５）。
【請求項１５】
異なる発光スペクトルを有する少なくとも２つの発光ダイオードをそれぞれが備えている複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールと、複数個の光混合部であって、各光混合部がその片側において該当のＬＥＤモジュールと協働するように配置され、かつ該当のＬＥＤモジュールの前記少なくとも２つのＬＥＤの異なる発光スペクトルを混合して光ビームを形成するように構成され、これらの光混合部の前記光ビームによって複合光ビームが形成されるように、これらの光混合部の他方の側に位置する出口面が互いに隣接して行列に配置されている光混合部と、前記複合光ビームを集束させる集束光学系と、を備えているスポットライトを用いて物体を照明する方法であって、
前記ＬＥＤモジュールの少なくとも２つのＬＥＤの異なる発光スペクトルを電気的に制御し、複合光ビームを形成するステップ（１００）と、
前記複合光ビームを集束させるステップ（１１０）と、
前記複合光ビームを物体へと案内して物体を照明するステップ（１２０）と
を含んでいる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スポットライトとそのようなスポットライトで物体を照明する方法に関する。本発明の技術分野は、光学分野全般に関し、特に、例えば物体、人間又は舞台装置を照明するために舞台照明として使用されるスポットライトに関する。そのようなスポットライトは、例えば、劇場又はダンスホールなどでの特定の催しにおいて、照明用に又は特別な光学的効果を生み出すために使用することができる。本発明のさらなる実施形態は、そのようなスポットライトの光ビームのサイズ、色、強さ及び組成の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、照明の目的全般に使用することができ、例えばスポットライト、舞台照明、交通照明及び信号、自動車の制動灯などにも使用することができる。種々のＬＥＤの放射スペクトルを重ね合わせ、観察者に知覚される色を変えることができる。種々のＬＥＤの放射スペクトルを混ぜ合わせることにより、可視のスペクトル範囲（７００ｎｍ〜４００ｎｍの波長）の各色を含む光ビームを生成することができる。可視のスペクトル範囲には、赤色、緑色及び青色の放射スペクトルの重ね合わせで得ることのできる白色スペクトルを含む。
【０００３】
舞台の照明又は他の催しのために、可能な光学的効果に関して柔軟かつ可変なスポットライトを有することが望ましい。このことは、例えば、スポットライトは、光ビームの色と強さだけでなく、スポットライトビームのサイズと形状も変化させることができなければならないことを意味する。さらに、スポットライトは、電力の消費に関して効率的でなければならず、制御が容易でなければならない。それ故、放射される光ビームの強さ、色、サイズ及び形状を別々に変化させるように構成されたスポットライトが必要とされている。
【０００４】
この技術的課題は、可変の複合（common）光ビームを発するように構成された請求項１に記載のスポットライトを提供する本発明の実施形態によって解決される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施形態によれば、本発明のスポットライトは、異なる発光スペクトルの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールを備えており、各ＬＥＤモジュールに割り当てられた光混合部がそれぞれのＬＥＤモジュールのＬＥＤの異なる発光スペクトルを混合して光ビームを形成するように構成され、それらの光混合部の別々の光ビームによってスポットライトの複合光ビームが形成される。さらに、本発明のいくつかの実施形態は、そのようなスポットライトで物体を照明する方法を記述している。
【０００６】
添付の図１から６を参照し、スポットライトについて実施形態と物体の照明方法についての実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態によるスポットライトの概略断面図を示している。
【図２】電気制御ユニットを備えた本発明の別の実施形態によるスポットライトの断面図を示している。
【図３Ａ】複合光ビームを形成する４つのＬＥＤモジュールを備えた一実施形態によるスポットライトの概略斜視図を示している。
【図３Ｂ】電気制御回路用の電気端子を各々が備えている一実施形態による４つのＬＥＤモジュールの概略図を示している。
【図３Ｃ】互いに隣接して配置された一実施形態による４つのＬＥＤモジュールの概略上面図を示している。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による光混合部の概略斜視図を示している。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による光混合部の寸法入りの概略側面図を示している。
【図４Ａ】複合光ビームの光路において移動可能である調節式の開口を備えているスポットライトの概略側面図を示している。
【図４Ｂ】対物レンズ及び移動可能なズームレンズを備えている本発明の一実施形態によるスポットライトの概略側面図を示している。
【図４Ｃ】複合光ビームの光路にビーム成形散光器を備えているスポットライトの概略側面図である。
【図４Ｄ】互いの距離を同一保って複合光ビームの光路方向に沿って動かされるズームレンズとビーム成形散光器を備えているスポットライトの概略側面図を示している。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態によるハウジング内のスポットライトの概略側面図を示している。
【図４Ｆ】光を出力するための本発明の別の実施形態による装置の概略側面図を示している。
【図５】個々のスポットライトの複合光ビームにもとづいて複合の投影７２を被投影領域へと投影するための複数のスポットライトを備えた照明システムの概略図を示している。
【図６】スポットライトによって物体を照明する本発明の一実施形態による方法のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態の以下の説明に関して、簡単化の理由のために、明細書の全体を通して、機能的に同一であり、類似の作用を有し、又は機能的に等しい等価な構成要素もしくは段階について、異なる図であっても同じ参照番号が使用されることに注意すべきである。
【０００９】
図１にスポットライト５０の概略が示されている。スポットライト５０は発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール２ａ、２ｂを備えており、各々のＬＥＤモジュールは異なる発光スペクトルＲ、Ｇ、Ｂを有する少なくとも２つの発光ダイオード４ａ、４ｂを備えている。スポットライトはハウジング（図１には示されていない）内に配置することができる。さらに、スポットライト５０は光混合部６ａ、６ｂを備えており、光混合部６ａ、６ｂの各々は光混合部６ａ、６ｂの片側５において該当のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂと協働するように構成されている。光混合部６ａ、６ｂの各々は、該当のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの少なくとも２つのＬＥＤ４ａ、４ｂの異なる発光スペクトルＲ、Ｇ、Ｂを混合して、光ビーム８ａ、８ｂを形成するように構成されており、光混合部６ａ、６ｂの反対側の出口面１０は、光混合部６ａ、６ｂの光ビーム８ａ、８ｂによって複合光ビーム２０が形成されるよう、互いに隣接して行列に配置されている。さらに、スポットライト５０は、複合光ビーム２０を集束させるための集束光学系１５を備えている。
【００１０】
ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂには保護用及び取り付け用のケーシングつきのＬＥＤ４ａ、４ｂが取りつけられている。ＬＥＤモジュールのＬＥＤは、可視のスペクトル範囲（波長：７５０ｎｍ〜３５０ｎｍ）の種々の発光スペクトルを有することができる。第１のＬＥＤモジュール２ａの第１のＬＥＤ４ａは、例えば、赤色Ｒ又は赤色光を意味する赤色の発光スペクトルを放射することができる。第１のＬＥＤモジュール２ａの第２のＬＥＤ４ｂは、例えば緑色の発光スペクトル、すなわち緑色Ｇ又は緑色光を放射することができる。第２のＬＥＤモジュール２ｂの第１のＬＥＤ４ａは例えば青色の光又は発光スペクトルＢを放射することができ、第２のＬＥＤモジュール２ｂの第２のＬＥＤ４ｂは例えば再び赤色光Ｒを放射することができる。
【００１１】
本発明の他の実施形態においては、ＬＥＤは動作時に他の発光スペクトル、例えば白色の放射スペクトル又は琥珀色のスペクトルなど、を有していてもよい。一般に、可視のスペクトル範囲に放射スペクトルを有するＬＥＤの任意の組み合わせを使用することができる。ＬＥＤモジュールは複数のＬＥＤを備えることができる。ＬＥＤは、１ワットを超える出力、例えば１ワット〜１０ワットの間の出力、の連続使用が可能な高出力の発光ダイオードとすることができる。そのような高出力ＬＥＤの動作時の電流の消費は、例えば０．５Ａ〜２５Ａの間、例えば１Ａ〜５Ａの間とすることができる。
【００１２】
光混合部６ａ、６ｂは片側５において該当のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂと協働するように配置されている。ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤモジュールの動作時にＬＥＤから発せられる光の多くの部分が該当の光混合部に集められるように、光混合部の片側５に近接して配置されている。本発明のいくつかの実施形態によれば、集められる光の割合（放射される光子に対する集められる光子の割合）が最大９８％にのぼることができる。他の実施形態においては、この割合は７５％〜９５％の間とすることができる。高い集光効率を達成するために、ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂは、例えば接着層によって光混合部６ａ、６ｂへ取り付けることができ、又は該当の光混合部６ａ、６ｂの片側５から例えば３ｍｍ未満もしくは１ｍｍ未満の距離に配置することができる。
【００１３】
光混合部６ａ、６ｂは、該当のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂのＬＥＤ４ａ、４ｂの異なる発光スペクトルＲ、Ｇ、Ｂを混合して光ビーム８ａ、８ｂを形成するように構成されている。放射スペクトルの混合は加法的な方法で実行することができる。光ビーム８ａは、例えば、第１のＬＥＤモジュール２ａのＬＥＤ４ａの赤色の放射スペクトルとＬＥＤ４ｂの緑色の放射スペクトルとの重ね合わせである黄色の放射スペクトルを有することができる。この実施形態において、第２の光ビーム８ｂは、例えば、第２のＬＥＤモジュール２ｂの第１のＬＥＤ４ａの青色の放射スペクトルと第２のＬＥＤ４ｂの赤色の放射スペクトルとの重ね合わせにもとづくマゼンタ色の放射スペクトルを有する。
【００１４】
光混合部６ａ、６ｂは、それぞれの光混合部に割り当てられたＬＥＤモジュールの個々のＬＥＤ４ａ、４ｂの発光スペクトルを混合するように構成されている。ＬＥＤによって発せられる光の混合は、光混合部６ａ、６ｂにおけるＬＥＤ４ａ、４ｂの放射スペクトルの光学的な重ね合わせによって達成される。光混合部６ａ、６ｂのＬＥＤモジュール２ａ、２ｂまでの距離、ならびにＬＥＤ４ａ、４ｂのお互いに対するサイズ及び相対距離に応じて、混合後の光ビームの混合の程度が変化する。１００％の混合度は完全に混合された光に相当する。完全に混合された光は、例えば、赤色及び琥珀色のＬＥＤ放射スペクトルによって生成される一様なオレンジ色の光ビームの知覚を意味する。放射される光の混合の程度は、スポットライト動作の際にそれぞれのＬＥＤへ加えられる電圧によって制御することができる。例えば、第１のモジュール２ａのＬＥＤ４ａがオフにされ、第２のＬＥＤ４ｂだけがオンにされて緑色の放射スペクトルを発する場合、光ビーム８ａはＬＥＤ４ｂの緑色の放射スペクトルだけを含む。例えば、ＬＥＤ４ａへ加えられる電圧がＬＥＤのしきい値電圧よりも高くなると赤色光が放射され、その結果、重ね合わせられた光ビーム８ａがＬＥＤ４ａの赤色の放射スペクトル部分を含むことになる。観察者が、赤色スペクトルの強さに応じて、光ビーム８ａを黄色のような色として知覚することができる。
【００１５】
光混合部６ａ、６ｂを±５°の範囲内で平行に配置し、光混合部６ａ、６ｂの出口面１０を互いに隣接させて行列、列又はアレイに配置することができ、その構成で光混合部６ａ、６ｂの光ビーム８ａ、８ｂが複合光ビーム２０を形成する。
【００１６】
光混合部６ａ、６ｂは、光混合部６ａ、６ｂの片側５から光混合部６ａ、６ｂの反対側の出口面１０へと断面積が増加する構造体として形成することができる、いわゆる光パイプ又は光ガイドとすることができる。光混合部は、例えば円錐形、放物線状、双曲線状、ピラミッド状又は増加する断面積を有する何らかの他の幾何学的な形態など、テーパ状の形態をもつことができる。他の実施形態によれば、光混合部はテーパ状でない形態をもつことができる。
【００１７】
光混合部の断面は、例えば正方形などの矩形又は円形とすることができる。光混合部６ａ、６ｂの内側部分は中空とすることができ、その場合、光混合部６ａ、６ｂの壁は、壁による光の吸収を防止し、ビームの成形及び色の混合をよくするために、高反射性とすることができる。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、光混合部６ａ、６ｂの壁を反射層で覆うことができ、又は鏡面にすることができる。光混合部を、ＬＥＤからの入射光を加法的に混合するように構成するとともに、放射された光子を集め、かつ光混合部の壁における全反射によって放射された光子が逃げ出さないようにすることで、放射された光の損失を最小限にするように構成することができる。
【００１９】
別の実施形態によれば、光混合部の壁又は壁の一部を、例えばリン光体のコーティングによって光学的に活性にすることができる。反射コーティング又は鏡面にされた内面は、光混合部の所望のレベルの反射率をもたらすことができる。反射コーティングは、例えば保護用のアルミニウム又は保護用の銀など、高反射材料で製作することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、光混合部６ａ、６ｂの壁は、空気の屈折率よりも高い屈折率、すなわち１よりも大きい屈折率を有する材料で製作される。これにより、光ビームを入射角に応じて光混合部において全反射させることができ、したがってスポットライトの効率を高めることができる。光混合部は中実又は中空の材料で製作することができる。光混合部６ａ、６ｂの形成に使用される材料としては、例えば、紫外線透過（ＵＶＴ）アクリル又はアクリル（ＰＭＭＡ）、ガラス、ポリカーボネート、パースペックス（Perspex）、又は他の任意のプラスチック材料を挙げることができる。空気の屈折率に関し、光混合部の屈折率が高くなるように、光混合部を加圧ガスで満たしてもよい。
【００２１】
個々の光ビーム８ａ、８ｂによって形成された複合光ビーム２０は、投影スクリーン又は物体へ投影される前に集束光学系１５を通過する。集束光学系は、少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムを備えることができる。レンズ又はレンズシステムは、凹面、凸面、対物レンズ、ズームレンズ、又は複合光ビームの操作に適した他の光学素子を備えることができる。集束光学系１５は、動作時に光混合部の光出力を投影スクリーン又は物体上に結像させるように、構成することができる。レンズ又はレンズシステムは、複合光ビームについて発散性又は集光性を有することができる。複合光ビームを集束光学系１５によって屈折させてもよく、又は回折させてもよい。
【００２２】
図２は、図１に関連して説明したとおりのスポットライト５０の概略断面図を示している。スポットライト５０は発光ダイオードモジュール２ａ、２ｂを備えており、各々のＬＥＤモジュールは２つの発光ダイオード４ａ、４ｂを備えている。光混合部６ａ、６ｂは平行に配置されており、光混合部６ａ、６ｂの出口面１０は互いに隣接してアレイ又は行列に配置されている。その結果、それぞれの混合されたＬＥＤスペクトルの光ビーム８ａ、８ｂが一緒になり、複合光ビーム２０を形成する。光ビームの出口面１０は、互いに触れてもよく、又は互いに離れて配置されていてもよい。出口面の縁の間の距離は０ｍｍ〜３ｍｍの間とすることができる。光混合部の出口面の少なくとも一辺を他の光混合部の出口面に接続するために、接着層又は接着剤を使用することができる。
【００２３】
図２に示した実施形態において、スポットライト５０は、各々のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの各々のＬＥＤ４ａ、４ｂに電気的に接続された電気制御回路２５を備えることができる。電気制御回路２５は、各々のＬＥＤモジュールの少なくとも２つのＬＥＤ４ａ、４ｂの異なる発光スペクトルＲ、Ｇ、Ｒ、Ｂを制御するように構成されている。電気制御回路２５は、複合光ビーム２０が色と強さに関して別々に調節することができる光ビーム２０ａ、２０ｂを含むように、各々のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの光ビーム８ａ、８ｂの強さ及び／又は色を別々に変化させるように構成することができる。
【００２４】
電気制御回路２５は、各々のＬＥＤの電流−電圧曲線を制御するように構成されている。すなわち、例えば第一のＬＥＤ４ａへ加えられる電圧が高いほど、赤色の放射スペクトルＲの強さが第２のＬＥＤ４ｂの緑色の放射スペクトルＧの強さと比べて強くなり、結果として、混合後の光ビーム８ａは第１のＬＥＤ４ａの赤色の放射スペクトルをより高い割合で含むことができる。
【００２５】
複合光ビーム２０は、第１の混合部６ａの第１のＬＥＤ４ａ及び第２のＬＥＤ４ｂの発光スペクトルの重ね合わせによって決定される色で構成される第１の部分２０ａを含むことができる。さらに、複合光ビーム２０は、第２のモジュール２ｂの第１のＬＥＤ４ａ及び第２のＬＥＤ４ｂの発光スペクトルの重ね合わせによって決定される色を含む第２の部分２０ｂを含むことができる。
【００２６】
電気制御回路２５はスポットライトに一体化させることができ、又は他の実施形態によれば、電気制御回路を外部に配置し、ＬＥＤモジュール２ａの電気端子１４及びＬＥＤモジュール２ｂの電気端子１４へ接続してもよい。
【００２７】
電気制御回路２５は、複合光ビーム２０が多色モードの第１の状態において第１の色を含み、第２の状態において第２の色を含むように、ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの少なくとも２つのＬＥＤ４ａ、４ｂの異なる発光スペクトルを制御するように構成することができる。
【００２８】
多色モード(multi-color mode)において、電気制御回路は、光ビーム８ａ及び８ｂが同じ色又は放射スペクトルを有し、したがって複合光ビーム２０が第１の色に光る一様な色のビームであるように、スポットライトを制御することができる。別の状態においては、複合光ビームのこの色を変更することができる。例えば、多色モードの第１の状態において複合光ビーム２０が赤色を有することができ、多色モードの第２の状態において複合光ビーム２０が青色を有することができる。電気制御回路は、該当の光ビーム８ａと８ｂが同じ混合後の発光スペクトルを有し、したがって複合光ビーム２０も同じ一様な発光スペクトルを有するように、各々のＬＥＤモジュールの各々のＬＥＤを制御するように構成することができる。
【００２９】
他の実施形態によれば、電気制御回路２５は、色パッチモード(color patch mode)において第１のＬＥＤモジュール２ａの第１の光ビーム８ａが第１の色を含み、第２のＬＥＤモジュール２ｂの第２の光ビーム８ｂが第２の色を含むように、ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの少なくとも２つのＬＥＤ４ａ、４ｂの異なる発光スペクトルを制御するように構成される。その結果、複合光ビーム２０は、第１の色の第１の部分２０ａと、第２の色の第２の部分２０ｂとを含む。複合光ビーム２０の第１の部分２０ａ及び第２の部分２０ａの強さ及び／又は色温度は、電気制御回路によって別々に調節可能である。
【００３０】
カラーパッチモードにおいては、複合光ビーム２０を、一体となって複合光ビーム２０を形成する別々の光ビーム８ａ、８ｂで構成することができる。その場合、光ビーム８ａと８ｂは異なる色で光る。これは、それらが異なる放射スペクトルを有することを意味し、正確な放射スペクトルはそれぞれのＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの該当するＬＥＤ４ａ、４ｂの電流−電圧制御に応じて決まる。
【００３１】
図３Ａは、４つのＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄを備え、各々のＬＥＤモジュールが４つのＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えているスポットライト５０の概略斜視図を示している。各ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄに光混合部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄがそれぞれ割り当てられており、光混合部の出口面１０は、該当の光ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄが例えば正方形などの矩形の形状を有するように、例えば正方形などの矩形である。結果として、複合光ビーム２０も、例えば正方形などの矩形の形状を有する。光混合部の出口面１０が矩形であるために、光ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄは矩形の複合光ビーム２０を形成する。
【００３２】
光混合部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは２×２の行列に配置されており、矩形の複合光ビーム２０は４つの光混合部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄの４つの光ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄによって形成され、光混合部へ割り当てられた各ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄは４つのＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えている。一般に、スポットライトは、ＬＥＤモジュールが割り当てられた光混合部のｎ×ｍの行列を備えることができる。ここでｎ＝２、３、４、・・・であり、ｍ＝１、２、３、・・・である。
【００３３】
動作の際に、第１のＬＥＤ４ａが赤色の発光スペクトルＲを有することができ、第２のＬＥＤ４ｂが緑色の発光スペクトルＧを有することができる。動作の際に、第３のＬＥＤ４ｃが青色の発光スペクトルＢを有することができ、第４のＬＥＤ４ｄが白色の発光スペクトルＷ又は琥珀色の発光スペクトルＡを有することができる。ここで、電気制御回路（図３Ａには示されていない）は、ＬＥＤモジュールの各々のＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを制御し、該当の光混合部によってＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄの個々の放射スペクトルの加法混色又は重ね合わせによって可視のスペクトル範囲の各色を生成するように使用することができる。
【００３４】
光混合部６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄの出口面１０が矩形であるため、光ビーム２０が矩形の形状を有することができ、矩形の複合光ビーム２０の投影スクリーンへの投影もやはり矩形の形状を有することができ、すなわち複合光ビームが矩形のスポットを有する。
【００３５】
いくつかの実施形態によれば、電気制御回路２５は、多色モードの第１の状態において放射される各々の光ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄが同じ色を有し、すなわち同じ混合放射スペクトルを有するように、異なるＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄの異なるＬＥＤを制御するように構成することができる。したがって、複合光ビーム２０及びその投影スクリーンへの投影は矩形の一様な色のスポットである。第２の状態においては、電気制御回路は、複合光ビーム２０及び複合光ビームの投影スポットが別の第２の色で光るように複合光ビームの色を変更することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態によれば、電気制御回路は、各光ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄが該当のＬＥＤの発光スペクトルの混合にもとづいて異なる色を有することができるように、個々の各ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄのＬＥＤを制御するように構成することもできる。その結果として、複合光ビーム２０は、異なる色、強さ、及び／又は色温度を有する異なる光ビーム又は部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄで構成することができる。その結果として、そのような複合光ビーム２０のそれぞれの光スポットは、異なる別々の色を有するであろう。
【００３７】
色パッチモードにおいて、複合光ビーム２０は、例えば白色の第１の部分２０ａ、オレンジ色の第２の部分２０ｂ、緑色の第３の部分２０ｃ、及び紫色の第４の部分２０ｄを含むことができる。複合光ビーム２０の各部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの強さ、色及び色温度は電気制御回路によって個別に制御することができる。複合光ビーム２０が例えば矩形の形状を有する場合、個別の調節可能な色及び明るさを複合光ビームの各々の４分の一部分に割り当てることができる。
【００３８】
図３Ｂは、４つのＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄの詳細な概念図を示している。各ＬＥＤモジュールは矩形であり、４つの側壁３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄのうちの１つに、電気制御回路２５（図３Ｂには示されていない）をＬＥＤモジュールへ接続するための電気端子１４を備えている。ＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２、及び２ｄは互いに隣接して配置され、組み合わせによる矩形１８（図３Ｃを参照）を形成している。ＬＥＤモジュールの側壁の間の距離Ｄは３ｍｍ未満又は１ｍｍ未満とすることができる。ＬＥＤモジュールは互いに接触していてもよい。いくつかの実施形態によれば、各ＬＥＤモジュールの２つの側壁が他の２つのＬＥＤモジュールの側壁に接触している。
【００３９】
図３Ｃに、４つの正方形のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄの概略上面図が示されている。各ＬＥＤモジュールは４つのＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えることができる。ＬＥＤモジュールは互いに隣接して配置され、組み合わせによる矩形１８を形成している。各ＬＥＤモジュールは電気制御回路２５へ接続できるように電気端子１４を備えている。４つのＬＥＤモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄの配置は、組み合わせによる矩形の各辺１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄに４つのＬＥＤモジュールのそれぞれの電気端子１４が配置されるようになされている。この配置により、各ＬＥＤモジュールを電気制御回路へ容易に接続することができる。各ＬＥＤモジュールは電気プラグ及び電気ケーブルによって外部の電気制御回路へ接続することができる。
【００４０】
図３Ｄに光混合部６の斜視図が示されている。この実施形態によれば、光混合部は、光混合部６の一端５から出発して出口面１０まで増加する断面積を有しているテーパ状の形態を備えている。この実施形態においては、光混合部６はピラミッド状の形態を備えており、光混合部を行列状（図３Ａを参照）に互いに容易に取り付けることができるように、出口面１０は直線部分１０ａを備えている。光混合部６は、光混合部６の出口面１０を通過する光を混合するように構成された混合構造２６として機能することができる小型レンズ(lenslet)２６をさらに備えることができる。小型レンズは、光混合部６の出口面１０を通過する光を混合するために使用される複数のレンズ造作(lens features)を有する散光器(diffuser)として形成することができる。
【００４１】
図３Ｅに光混合部６の側面図が示されている。この実施形態によれば、光混合部は出口面１０の直線部分１０ａを含んで１３５ｍｍの長さを有している。光混合部６のテーパ状部の長さは、この実施形態においては１２５ｍｍである。光混合部の一端５の幅は、９．５ｍｍである。他の実施形態によれば、この寸法は、当然ながら、さまざまであってよい。例えば、光混合部の長さは、１０ｍｍ〜５００ｍｍの間とすることができる。ＬＥＤモジュールに取り付けられ、又はＬＥＤモジュールに近接する光混合部６の端部５の幅は、２ｍｍ〜３０ｍｍの間とすることができる。出口面１０の幅は３３ｍｍであってよいが、他の実施形態によれば、出口面１０の幅は５ｍｍ〜１００ｍｍの間とすることができる。混合構造２６は、結合材料（例えば、シリコン−エラストマなどの接着剤）によって光混合部へ取り付けることができる。
【００４２】
図４Ａに、少なくとも２つのＬＥＤ４ａ及び４ｂを有するＬＥＤモジュール２ａ及び２ｂを備えているスポットライト５０の概略断面図が示されている。光混合部６ａ及び６ｂの前方に、調節式のレンズ開口２８が配置されている。開口２８は、開口駆動部３０によって複合光ビーム２０の光路３２の外へ移動することができる。開口駆動部３０は、開口２８を回転３０ｂさせて光路３２に出し入れするように、構成することができる。開口２８の焦点開口は拡大化又は最小化の方向に連続的に変化することができる。
【００４３】
別の実施形態によれば、開口駆動部３０は、開口２８を光混合部６ａ、６ｂの出口面１０の前方に直線的に出し入れ３０ａするように、構成することができる。調節式のレンズ開口２８は、例えば、光ビームの断面を調節できるように焦点開口を手動又は自動で変更することができる絞り調節式のレンズとすることができる。例えば、光混合部の出口面１０が矩形であり、したがって複合光ビーム２０も矩形である場合、複合光ビーム２０の矩形の形状を円形の形状に変更するために、円形の開口２８を使用することができる。円形の複合光ビーム２０において、その断面は絞り開口によって連続的に変更することができる。
【００４４】
矩形の複合光ビーム２０の形状は、観察者にとって、集束させられた状態において矩形又は正方形であることができ、集束させられていない状態においてより円形であることができる。なぜならば、集束していないビームは縁の方が光が弱くなるからである。集束させられた円形の複合光ビームは、光パイプ又は光混合部６の出口面１０の背後に大きな絞り開口を直接取り付けることにより得ることができる。この絞り開口は、穴の直径が光混合部の行列の正方形の長さに相当するように開くことができる。円形の複合光ビームを形成するために開口を使用することで、光の損失につながる可能性があるが、利点として、光の出力の全体を正方形の光ビームへ利用することができる。集束光学系１５は、スポットライト５０の光軸３２に対して配置することができる。
【００４５】
図４Ｂに、スポットライトの集束光学系１５を形成するズームレンズ１５ａ及び対物レンズ１５ｂを有しているスポットライト５０の概略側面図が示されている。ズームレンズ１５ａ及び対物レンズ１５ｂは、中心がスポットライト５０の光軸３２上にくるように配置されている。ズームレンズ１５ａは、光混合部６ａ、６ｂの出口面１０と対物レンズ１５ｂとの間を移動２９することができる。スポットライト５０は、ズームレンズを出口面１０とスポットライトの対物レンズ１５ｂとの間で直線的に移動させるように構成されたレンズ駆動部４０を備えることができる。スポットライトは、ズームレンズを回転４０ａさせるように構成され、又はズームレンズ１５ａをスポットライト５０の光路３２に直線的に出し入れ４０ｂするように構成されたズームレンズ駆動部４０を備えることができる。ズームレンズ１５ａは、複合光ビーム２０を投影スクリーン（図４Ｂには示されていない）上に集束させ、又は集束させないように構成することができる。出口面１０と対物レンズ１５ｂとの間の距離に応じて、スポットライト５０の焦点を変化させることができる。ズームレンズ１５ａの移動は、手動で実行することができ、又は例えば電気モータによって自動的な方法で行うことができる。ズームレンズは、両凸、平凸又は凹凸レンズとすることができる。
【００４６】
いくつかの実施形態によれば、集束光学系１５は複数のレンズを備えることができ、それらのレンズを、複合光ビームを集束させ又は集束させないように、出口面１０と対物レンズ１５ｂとの間で移動させることができる。光学レンズシステム１５は、例えば両凹、平凹又は凸凹レンズなどの発散レンズを備えてもよい。
【００４７】
図４Ｃに、スポットライト５０の別の概略側面図が示されている。この実施形態においては、スポットライト５０は、光混合部６ａ、６ｂの出口面１０と集束光学系１５の対物レンズ１５ｂとの間を複合光ビーム２０の光路方向２９に沿って移動可能なビーム成形散光器(beam shaping diffuser)３５ａをさらに備えている。
【００４８】
ビーム成形散光器は、Luminit社のビーム成形散光器ホイル(foil)とすることができる。そのようなビーム成形散光器ホイルは、入射光の波長に依存する高い透過率を有している。透過率は９８％まで可能であり、例えば８０％〜９５％の間とすることができる。ビーム成形散光器３５ａは後方散乱を少なくすることができ、通常であればフレネル損失によって無駄になる光を利用することができる。ビーム成形散光器は、入射光を好ましい方向に屈折させ、垂直な方向又は平面の屈折をより小さくするように、特定の構造をもった小型レンズを表面に備えることができる。
【００４９】
別の実施形態によれば、ビーム成形散光器３５ｂが、集束光学系１５のズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間に配置される。ビーム成形散光器３０ｂは、ズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間で移動可能である。ビーム成形散光器３５ａ、３５ｂは、複数の小さなレンズのように機能する凹凸を片面に備えることができる。ビーム成形散光器３５ａ、３５ｂは、一方の面に凹凸を有し、他方の面が平滑になっているホイルとすることができる。凹凸が特定の形状をもつ場合、通過する光ビームの方向を屈折により光学的な好ましい方向に定めることができる。
【００５０】
ビーム成形散光器は、光ビームの形状を精密に制御し、光を分布させるように構成することができる。さらに、ビーム成形散光器３５ａは、光ビームを垂直方向の角度と水平方向の角度に別々に成形するように構成することができる。そのようなビーム成形散光器としては、楕円形又は円形のビーム成形散光器を用いることができ、屈折させられた光の水平方向の角度を０．１°〜９５°の間で変え、垂直方向の角度を０．１°〜９５°の間で変えることができる。ここで、例えば１°×６０°の固定の楕円形の垂直及び水平方向の散乱角を有するそのようなビーム成形ホイルが、出口面１０から光路３２に沿って対物レンズ１５ｂの方向に動かされる場合、複合光ビーム２０を最大９５°の角度まで可変にひずませることができる。これは、ビーム成形散光器３５ａが、光路３２において出口面１０から対物レンズ５０ｂへと動かされるときに、複合光ビームを出口面とビーム成形散光器３５ａとの間の距離に応じて大きな範囲の角度に屈折させることができることを意味している。
【００５１】
光混合部６ａ、６ｂの出口面１０と対物レンズ１５ｂとの間を移動可能なビーム成形散光器３５ａは、光混合部６ａ、６ｂの出口面１０とビーム成形散光器３５ａとの間の距離に応じて複合光ビーム２０の幅に対する高さの比を連続的に変化させるように構成されている。ビーム成形散光器は、入射光ビームを１つの好ましい平面又は方向に、この平面又は方向に垂直な方向と比べてより強く屈折させるように構成することができる。その結果として、円形の光ビームの形状を、細長いより楕円形の光ビームにすることができる。そのようなビーム成形素子は、片面において平滑であり、他方の面に半円柱レンズの領域を備えているさざ波ガラス(riffle glass)とすることができる。半円柱レンズは、入射光ビームを一方向に好ましく屈折させる一方で、垂直方向には屈折効果をほとんど有さない。いくつかの実施形態によれば、ビーム成形散光器は、光路３２において回転させることができ、スポットライト５０の光軸３２を中心にして回転させることが可能であってよい。ビーム成形散光器によって、細長い物体をより良好に照明することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態によれば、光ビームの高さと幅の間の比を、出口面１０とビーム成形散光器３５ａとの間の距離に応じて、無限に可変に調節することができる。これは、光ビームの高さと幅との間の係数又は比を固定することなく、複合光ビーム２０を連続的に変形させることができることを意味する。したがって、たとえ照明すべき物体の高さと幅との間の比が、固定の変形係数に対応しなくても、本明細書に記載のとおりのビーム成形散光器を使用することができる。それは、複合光ビームの高さと幅との間の比を連続的に変化させることができるからである。いくつかの実施形態においては、複合光ビームの幅に対する高さの比を制御するためにはただ１つのビーム成形散光器で充分である。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、ズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間の光路３２にビーム成形散光器３５ｂを取り付けることができる。ビーム成形散光器３５ｂはズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間を移動可能である。複合光ビームの長さの広がり又は幅を、ズームレンズ１５ａとビーム成形散光器３５ｂとの間の距離を変えることによって調節することができる。換言すると、複合光ビームの長さの広がりは、ビーム成形散光器をズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間で移動させることによって調節することができる。
【００５４】
この実施形態によれば、スポットライト５０は複合光ビーム２０の光路方向２９に沿って集束光学系１５のズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間を移動可能であるビーム成形散光器３５ｂを備えることができ、ビーム成形散光器３５ｂは複合光ビーム２０の幅をズームレンズとビーム成形散光器３５ｂとの間の距離に応じて連続的に変化させるように構成されている。
【００５５】
円形の複合光ビーム２０の形状を、ビーム成形散光器３５ａ、３５ｂによって、丸い光ビームの形状から極端に細長い光ビームへと無限に可変に調節することができる。例えば、いわゆるウォッシュライトにおいて使用することができるビーム成形散光器を、複合光ビーム２０の光路に旋回可能に取りつけ(swiveled)、光軸３２を中心にして回転させることができる。ビーム成形散光器を光軸に沿って移動させることにより、複合光ビームをその作用の強さに関して連続的に変化させることができる。さらに、ズームレンズ及びビーム成形散光器の組み合わせによって、達成できる光学的効果に関してさらなる自由度を得ることができる。複合光ビームの高さと幅との間の比だけでなく、複合光ビームのサイズを無限に可変に調節することができる。
【００５６】
図４Ｄに、別の実施形態によるスポットライト５０の概略側面図が示されている。この実施形態においては、スポットライトはズームレンズ１５ａ及び対物レンズ１５ｂを光路３２に備えている。両者の間にビーム成形散光器３５ｂが配置され、ビーム成形散光器及びズームレンズの両者が、出口面と対物レンズ５０ｂとの間を光路３２の方向２９に沿って移動可能になっている。ズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂの各々が、２つのレンズの各々を別々に移動又は回転させて光路３２に出し入れするように構成されたレンズ駆動部４０を備えることができる。
【００５７】
さらに、ビーム成形散光器が、複合光ビーム２０の光路３２においてビーム成形散光器３５ｂを移動３８ｂさせるとともに、取り除き又は回転３８ａさせるように構成されたビーム成形散光器駆動部３８を備えることができる。ビーム成形散光器又はフィルタは高い光学的効率を有することができる。
【００５８】
この実施形態によれば、複合光ビームのサイズ、したがって投影スクリーン上の複合光ビームのスポットサイズも、ズームレンズ１５ａ及びビーム成形散光器３５ｂが固定の互いの距離Ｄ１にて出口面１０と対物レンズ１５ｂとの間を一緒に動かされる場合に、連続的に変化させることができる。換言すると、破線によるズームレンズ１５ａと破線によるビーム成形散光器３５ｂによって概略的に示されているように、ズームレンズ及びビーム成形散光器が、両者の間の距離Ｄ１を変化させることなく同時に移動させられる場合、複合光ビーム２０のスポットサイズを連続的に変化させることができる。
【００５９】
この実施形態によれば、スポットライト５０は、光路方向２９又は複合光ビーム２０の光軸３２に沿って集束光学系１５のズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間を移動可能なビーム成形散光器３５ｂを備えることができ、ビーム成形散光器３５ｂはズームレンズ１５ａとビーム成形散光器３５ｂとの間の距離Ｄ１に応じて複合光ビームの幅を連続的に変化させるように構成され、ズームレンズ１５ａはビーム成形散光器及びズームレンズが固定の互いの距離にて複合光ビームの光路に沿って動かされる場合に複合光ビームの高さ及び幅を連続的に変化させることができるように、光混合部６ａ、６ｂの出口面１０と対物レンズ５０ｂとの間を複合光ビーム２０の光路３２に沿って移動可能２９である。
【００６０】
本発明の種々の実施形態を応用する際に、本明細書に開示されている幅広い考え方から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができることを理解すべきである。
【００６１】
図４Ｅに、別の実施形態によるスポットライト５０が示されており、そのスポットライトは本明細書の種々の実施形態及び図面に示して説明した光学要素の組み合わせを備えている。
【００６２】
スポットライト５０は、本明細書に開示の構成要素が取り付けられるハウジング４５を備えることができる。発光ダイオードモジュール２ａ、２ｂは異なる発光スペクトルを有する少なくとも２つの発光ダイオード４ａ、４ｂを備えることができる。さらに、スポットライト５０は光混合部６ａ、６ｂを備えることができ、光混合部６ａ、６ｂの各々は片側５において該当のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂと協働するように配置され、光混合部６ａ、６ｂの各々は該当のＬＥＤモジュール２ａ、２ｂの少なくとも２つのＬＥＤ４ａ、４ｂの異なる発光スペクトルを混合して別々の光ビーム８ａ、８ｂを形成するように構成されている。光混合部の他方の側に位置する出口面１０は、光混合部６ａ、６ｂの光ビーム８ａ、８ｂによって複合光ビーム２０が形成されるように、互いに隣り合わせて行列、アレイ又は列に配置され、集束光学系１５は少なくともズームレンズ１５ａ及び対物レンズ１５ｂを備えている。さらに、スポットライト５０は、例えば矩形の複合光ビームをはっきりとした縁を有する円形のビームに変化させるように構成されたレンズ開口２８を光混合部の前方に備えることができる。
【００６３】
さらに、スポットライト５０は、開口２８とズームレンズ１５ａとの間に配置された第１のビーム成形散光器３５ａと、ズームレンズ１５ａと対物レンズ１５ｂとの間に配置された第２のビーム成形散光器３５ｂとを備えることができる。開口２８、第１のビーム成形散光器３５ａ及び第２のビーム成形散光器３５ｂ、ならびにレンズ１５ａ、１５ｂは、複合光ビーム２０の光路３２における移動又は複合光ビーム２０の光路３２への出し入れのための手段を備えることができる。これらの光学要素は、出口面と対物レンズとの間を光路に沿って移動可能とすることができる。さらに、スポットライト５０は、各々のＬＥＤモジュールの各々のＬＥＤの発光を制御するように構成された電気制御回路２５を備えることができる。電気制御回路２５はスポットライト５０と一体とすることができ、又は外部の電気制御ユニット２５（図４Ｅの破線）であってもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態によれば、電気制御回路は、複合光ビームが１つの色で光り、又は複合光ビームを異なる色及び強さをそれぞれ有することのできる異なる部分に分割できるように、複合光ビームを多色モード又は色パッチモードにて制御するように構成することができる。
【００６５】
ビーム成形散光器３５ａ、３５ｂ及びズームレンズ１５ａによって、複合光ビームの任意のスポット形状を得ることができる。これは、投影スクリーン上の任意の矩形又は円形領域をスポットライト５０によって照明できることを意味する。複合スポットライトの色を分け強さも分けることができるという事実によって、特殊な光学的効果及び印象を観察者に対して実現することができる。
【００６６】
スポットライトは、複数の発光体、すなわち色と光の強さを調節できる複数のＬＥＤモジュールを備えることができ、それらの複数の発光体が共同して色と明るさに関して分割可能な１つの複合光ビームを形成する。ＬＥＤ発光体４ａ、４ｂをパルス幅変調又は順電流の調節によって制御することができる。発光体４ａ、４ｂによって放射される光の減光又は色混合の程度を制御するために、電力を周期的に加えることができる。制御は電気制御回路によって行うことができる。チップ又はＬＥＤモジュール２ａ、２ｂのＬＥＤは、約１０００Ｈｚよりも高い変調速度を有することができる。観察者の眼が平均電流の光レベルよりもむしろピーク電流の光レベルを知覚する傾向にあるため、デューティサイクルは例えば１５％〜２０％より大きければよい。ＬＥＤ発光体４ａ、４ｂは、１ワットを超える出力の連続使用が可能な高出力のＬＥＤとすることができる。各々のチップ又はＬＥＤモジュール２ａ、２ｂは、例えば４つのＬＥＤ発光体を一体化させることができ、各々のＬＥＤ発光体が、色ごとに約５Ａ以上の電流を使用して、結果としてモジュールごとの全電流を約２０Ａとすることができる。チップ２ａ、２ｂは、高い実装密度で配置された発光体２ａ、２ｂのアレイを備えることができる。発光体４ａ、４ｂの小さい開口において高い平均輝度をもたらすために、ＬＥＤダイを基板上に密集させて取り付けることができる。
【００６７】
別の実施形態（図４Ｆ）によれば、装置５０（例えば、スポットライト）を、複合光ビーム２０を出力するように構成することができる。装置５０は、本明細書に記載の複数の光混合部６ａ、６ｂ、６ｃを上述の混合構造２６に組み合わせて備えることができる。光混合部６ａ、６ｂ、６ｃは、例えば赤色光Ｒ及び緑色光Ｇなど、複数の発光体４ａ、４ｂから受け取る複数の光ビームを集めるために使用されている。複数の光混合部６ａ、６ｂ、６ｃから受光する光を集めるためにただ１つのレンズ１５が使用されている。レンズ１５はレンズホルダ６３に取り付けられてハウジング４５に接続されている。レンズ１５は、電動のレンズ駆動部４０を備えることができ、したがって電気端子６７を備えることができる。レンズ駆動部４０も電気制御回路２５によって制御することができ、又は別の制御ユニット（図４Ｆには示されていない）によって制御することができる。
【００６８】
この実施形態において、混合されて投影される有色の光ビーム２０の強さがＬＥＤモジュールを１つだけ備えたスポットライトの強さよりも強くなるように、発光体（例えば、ＬＥＤ４ａ、４ｂ）の複数のアレイ２ａ、２ｂ、２ｃの光が集められ集束させられる。ただ１つのレンズ１５に代えて、ドームレンズ、フレネルレンズもしくはレンズアレイ、流体レンズもしくはレンズアレイ、ホログラフィックレンズもしくはレンズアレイ、又は所望のビーム形成もしくは平行化の特性を有している任意の他のパターン化もしくは構造化された光学材料を使用することができる。
【００６９】
一実施形態においては、光混合部６ａ、６ｂ、６ｃ及び発光体４ａ、４ｂのアレイ２ａ、２ｂ、２ｃは、製造プロセスを容易にするために同じ種類である。光混合部６ａ、６ｂ、６ｃはその形態によって、アレイ化を容易に実現することができる。光混合部は、矩形、円形、六角形、八角形又は任意の他の規則的もしくは不規則な構造に配置することができる。広い角度の光の混合が望まれる場合に、レンズホルダ６３を、レンズ１５もしくはレンズアレイを異なる光混合部６ａ、６ｂ、６ｃの範囲内において複合光ビーム２０の内部で横方向２９に移動させ、又は複合光ビーム２０の外側へと移動させるために使用することができる。ハウジングのベース板６８は、共通の電源コネクタ、共通のＬＥＤ光制御信号生成部、及び共通のヒートシンクを備えることができる。
【００７０】
光混合部６ａ、６ｂ、６ｃは、受光端５から光出力端１０へと断面積が増加する構造体として形成できる光パイプ又は光ガイドとすることができる。光パイプ６ａ、６ｂ、６ｃは、例えば円錐形、放物線状、双曲線状、ピラミッド状、又は増加する断面積を有する何らかの他の幾何学的な形態など、テーパ状の形態を有することができる。
【００７１】
軸方向断面の外形は、正方形、六角形又は八角形の断面を有し、光出力端１０に向かってテーパ状に広がる形状とすることができる。軸方向断面の外形は放物線状、楕円形又は双曲線状の湾曲をもったものであってもよい。あるいは、軸方向断面の外形は、さまざまな直線部分又は／及びさまざまな湾曲部分を備えていてもよい。増加する断面積は、光パイプ６ａ、６ｂ及び６ｃを通過する光Ｒ、Ｇを集めるために使用される。集められた光は、光パイプ６ａ、６ｂ、６ｃの光出力端１０に配置された出口へと集光される。光パイプ６ａ、６ｂ、６ｃを通過する光は、失われるエネルギーがほぼゼロであり、又はきわめてわずかであるように、光パイプ６ａ、６ｂ、６ｃの壁によって反射されるようにすることができる。
【００７２】
しかしながら、光パイプ６ａ、６ｂ、６ｃは、受光端５から光出力端１０までの範囲にわたって、例えば平行又はほぼ平行（±５°）な側壁など、テーパ状でない形態を有してもよい。端部１０は、例えば正方形、矩形、円形、六角形又は八角形とすることができる。光パイプ６ａ、６ｂ、６ｃの壁は、壁による光の吸収を防止し、ビームの成形及び色の混合を助けるために、高度に反射性である。壁の表面又は壁の表面の一部は、例えばリン光体のコーティングによって光学的に活性であってもよい。反射コーティング又は鏡面にされた内面が、所望のレベルの反射率をもたらすことができる。反射コーティングは、例えば保護用のアルミニウム又は保護用の銀など、高反射材料で製作することができる。
【００７３】
光混合部６ａ、６ｂ、６ｃ又は光パイプは、空気の屈折率よりも高い屈折率、すなわち１よりも大きい屈折率を有する材料で製作されている。光混合部６ａ、６ｂ、６ｃは、例えば、内側での全反射又はほぼ全反射にもとづいて光を反射させるためのガラス又はプラスチック（例えば、ポリカーボネート又は丈夫なアクリル）で製造された壁を備えることができ、光混合部６ａ、６ｂ、６ｃを気体で満たしてもよい。その気体を、空気の屈折率に比べて高い混合部６ａ、６ｂ、６ｃの屈折率が達成されるように加圧してもよい。混合部６ａ、６ｂ、６ｃの高い屈折率を実現するために、光混合部６ａ、６ｂ及び６ｃの壁を、例えば空気に面する外側において、高屈折率のコーティング材料で覆ってもよい。
【００７４】
光パイプ又は光ガイドを、中実又は中空の材料で製作することができる。光混合部６ａ、６ｂ、６ｃは、光混合部６ａ、６ｂ、６ｃを通過する際の光の反射の回数が最小限（反射のたびに光の強さが減るため）であるように、しかしながら依然として光が高い混合度で混合されるように設計されている。
【００７５】
図５に概略的に示されている別の実施形態によれば、照明システム７５は複数のスポットライト５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄを備えることができ、これらのスポットライトをスポットライト駆動部６０によってあらゆる空間的方向に動かすことができる。この実施形態によれば、各々のスポットライトは４つのＬＥＤモジュールを備えることができ、したがって、各々のスポットライト５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄの複合スポットライト２０が、電気制御回路２５によって別々に制御することができる４つの部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを含むことができる。電気制御回路２５を、複数のスポットライトの投影７２が、色と強さを別々に制御することができる個々のスポットライトの複数の部分又は「画素」を含むことができるように、各々のスポットライト５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄの各々のＬＥＤモジュールのＬＥＤを制御するように構成することができる。スポットライトの複合光ビームの各画素又は各部分の色及び／又は強さを、投影スクリーンへの投影７２が例えば記号、文字又は符号を含むことができるように、別々に変化させることができる。照明システムの解像度は、スポットライトごとのＬＥＤモジュールの数に依存する。この例では、４×４の解像度を達成することができる。これは、ＬＥＤモジュールの数及びスポットライトの数を増やすことで、解像度の改善が可能であることを意味する。これは、照明システム７５によって、例えば１０×１０、５０×５０又はそれ以上など、より高い画素解像度で絵を描くことさえ可能であることを意味する。この実施形態によれば、照明システム７５は投影スクリーン上に複数のスポットライトを投影でき、各々のスポットライトの投影がより大きな投影７２の一部分であることができ、すなわち個々の複合光ビームからなる行列を形成することができる。
【００７６】
照明システム７５は、本明細書に記載のとおりの複数のスポットライトを備えることができ、複数のスポットライト５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄの複合光ビーム２０の投影７２は、色と強さを個別に制御することのできるスポット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄ又は画素を含んでいる。個別に制御することのできるスポットの数は、それらの複数のスポットライトのＬＥＤモジュールの数に依存する。
【００７７】
物体の照明方法の本発明の一実施形態はスポットライトに関連づけることができる。スポットライトは複数個の発光ダイオードモジュール備えることができる。各ＬＥＤモジュールは異なる発光スペクトルを有する少なくとも２つの発光ダイオードと光混合部とを備えている。各光混合部はその片側において該当のＬＥＤモジュールと協働するように配置され、該当のＬＥＤモジュールの少なくとも２つの発光ダイオードの異なる発光スペクトルを混合して光ビームを形成するように構成されている。光混合部の他方の側に位置する出口面が、光混合部の光ビームによって複合光ビームが形成されるように、行列にて隣り合わせに配置されている。このようなスポットライトは、複合光ビームを集束させるための集束光学系をさらに備えている。一実施形態によれば、本発明方法は、複合光ビームを形成するためにＬＥＤモジュールの少なくとも２つのＬＥＤの異なる発光スペクトルを電気的に制御するステップ１００と、複合光ビームを集光するステップ１１０と、複合光ビームを物体へ案内するステップ１２０とを備えて、物体を照明することができる。電気的な制御ステップ１００、集光ステップ１１０及び案内ステップ１２０の順序は変更することができ、これらのステップを互いに入れ換えることができる。
【００７８】
電気的な制御は、複合光ビームを形成する光ビームの強さ及び／又は色を別々に制御できるように、電気制御回路によって実行することができる。さらに、本発明方法は、スポットライトの複合光ビームの高さと幅について、それらのサイズ及び／又は比を連続的に変化させるステップを含むことができ、これはビーム成形散光器によって行うことができる。本発明の別の態様によれば、本発明に係る物体の照明方法は、矩形の複合光ビームの形状を開口によって異なる直径を有する円形の複合光ビームの形状へと変化させるステップを含むことができる。
【００７９】
本発明をいくつかの実施形態に関して説明したが、本発明の範囲に包含される変形物、置換物及び均等物が存在する。また、本発明の方法及び構成を実施する方法に多数の選択肢が存在することにも注意すべきである。したがって、以下の特許請求の範囲は、そのような変形物、置換物及び均等物を、本発明の真の技術的思想及び技術的範囲に包含されるものとして含むと解釈される。
【図１】
2012516011.tif 000003
【図２】
2012516011.tif 000004
【図３Ａ】
2012516011.tif 000005
【図３Ｂ】
2012516011.tif 000006
【図３Ｃ】
2012516011.tif 000007
【図３Ｄ】
2012516011.tif 000008
【図３Ｅ】
2012516011.tif 000009
【図４Ａ】
2012516011.tif 000010
【図４Ｂ】
2012516011.tif 000011
【図４Ｃ】
2012516011.tif 000012
【図４Ｄ】
2012516011.tif 000013
【図４Ｅ】
2012516011.tif 000014
【図４Ｆ】
2012516011.tif 000015
【図５】
2012516011.tif 000016
【図６】
2012516011.tif 000017
【国際調査報告】
2012516011.tif 000018
2012516011.tif 000019