(57)【要約】  単一焦点を有する光学系と組み合わされ、基板上の複数の発光ダイを有するＬＥＤランプを含む、ＬＥＤ照明モジュール。発光ダイは、光軸を中心とする単一の中央発光ダイと、中央ダイの周りに配置された周辺ダイとを含む。照明モジュールは単一焦点を有するビーム形成光学を含み、ビーム形成光学系は中央ダイの光軸上に焦点を有してＬＥＤランプの上方に配置されている。中央ダイから放出された光は、光学系によって実質的にコリメートされ、集束された「スポット」放出パターンになる。周辺ダイから放出された光は、より分散された又は発散された「フラッド」放出パターンになる。中央ダイと周辺ダイとは独立に制御され、ダイに供給される電力を独立に変化させて、同一の光学系を使用して様々な発光パターンを生成させることができる。【選択図】  図９
2020502744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に配置された複数の発光ダイと、焦点を有するビーム形成光学系とを備えるＬＥＤ光アセンブリであって、
前記複数の発光ダイの各々は、発光領域の中心に光軸を有し、
前記ビーム形成光学系は、前記複数の発光ダイのうちの第１の発光ダイの前記光軸が前記焦点を通過するように配置されており、それにより、前記第１の発光ダイから放出された光が、前記第１の発光ダイの前記光軸を基準とするビームにコリメートされ、
前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイは、少なくとも複数のリング内に配置されており、前記リングの各々は、前記光軸を中心に配置された複数の前記発光ダイを備え、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイから放出された光が、前記光軸を基準とする発散角範囲にわたって前記ビーム形成光学系から放出され、前記発散角範囲は第１の発散角よりも大きい、ＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の発光ダイと、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイとを独立して通電することができる、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項３】
前記ＬＥＤ光アセンブリが制御装置に接続されており、前記制御装置は、入力に従って、前記第１の発光ダイへの電力、及び少なくとも１つの前記リング内に配置された前記複数の発光ダイへの電力を変化させる、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項４】
前記入力が、光アセンブリの角度位置、ターゲットまでの距離、速度、高度、及びＧＰＳ位置からなる群から選択される、請求項３に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項５】
前記複数の発光ダイが共通の支持体上に配置されている、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項６】
前記複数の発光ダイの合成された出力が、略均一な輝度出力である、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項７】
前記第１の発光ダイが、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイから放出される光の色とは異なる第１の色の光を放出する、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項８】
前記第１の発光ダイが、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイよりも低い発光能力を有する、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項９】
前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイを、前記第１の発光ダイとは別個に通電することができ、前記複数の発光ダイの各々を、同一のリング内に配置された他の発光ダイと共に通電することができる、請求項１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１０】
ダイの前記リングの各々が総発光能力を有しており、前記リングの各々の総発光能力が、半径方向内側のリングの総発光能力よりも高い、請求項１記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１１】
支持体上に配置された複数の発光ダイと、焦点を有するビーム形成光学系とを備えるＬＥＤ光アセンブリであって、
前記複数の発光ダイの各々は、発光領域の中心に光軸を有し、
前記ビーム形成光学系は、前記複数の発光ダイのうちの第１の発光ダイの前記光軸が前記焦点を通過するように配置されており、それにより、前記第１の発光ダイから放出された光が、前記第１の発光ダイの前記光軸を基準とするビームにコリメートされ、
前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイは、第１の軸線に沿って前記第１の発光ダイの位置よりも前記ビーム形成光学系に隣接して配置され位置決めされており、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイから放出された光が、前記光軸を基準とする発散角範囲にわたって前記ビーム形成光学系から放出され、前記発散角範囲は第１の発散角よりも大きい、ＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の発光ダイと、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイとを独立して通電することができる、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１３】
前記ＬＥＤ光アセンブリが制御装置に接続されており、前記制御装置は、入力に従って、前記第１の発光ダイへの電力、及び少なくとも１つのリング内に配置された前記複数の発光ダイへの電力を変化させる、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１４】
前記入力が、光アセンブリの角度位置、ターゲットまでの距離、速度、高度、及びＧＰＳ位置からなる群から選択される、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１５】
前記複数の発光ダイが共通の支持体上に配置されている、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１６】
前記第１の発光ダイ以外の少なくとも複数の前記発光ダイが、前記光軸を中心とする少なくとも１つのリング内に配置されている、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１の発光ダイが、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイから放出される光の色とは異なる第１の色の光を放出する、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の発光ダイが、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイよりも大きい、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項１９】
前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイを、前記第１の発光ダイとは別個に通電することができ、前記複数の発光ダイの各々を、同一のリング内の他の発光ダイと共に通電することができる、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【請求項２０】
前記第１の発光ダイと、前記第１の発光ダイ以外の前記複数の発光ダイの各々とを独立して通電することができる、請求項１１に記載のＬＥＤ光アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固定光学系及び可変放出パターンを有するＬＥＤ照明モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0001]発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）は、現在、多種多様な照明、警告、及び信号伝達のための標準的な光源である。ＬＥＤは、電力によって通電されたときに所定の波長（色）の光を放出する半導体ダイ（又はダイ）を含む。発光ダイは、典型的には、ダイを電気回路に接続するための導電性接点を備える熱伝導性支持体上に配置され、一次光学系を含むことができる。発光ダイ、熱伝導性支持体、電気的接続部及び一次光学系（存在する場合）のアセンブリは、ＬＥＤランプと呼ばれることがある。様々な色及び光発生機能のＬＥＤランプが一般に利用可能である。場合によっては、いくつかの発光ダイが共通の熱伝導性支持体上に配置される。複数の発光ダイは、同じ色であってもよく、又は異なる色であってもよい。いくつかのＬＥＤランプは、各色に関する発光ダイを共通の支持体上に有して、カラーディスプレイに必要な原色の混合を提供している。
【０００３】
[0002]光は、熱伝導性支持体から離れるようにＬＥＤのダイから放射され、発光ダイの中心を通る光軸を取り囲む発散パターンの中に放出される。ＬＥＤのダイからの発光は、ダイを通る平面から離れるように放出されると説明することもでき、光軸は平面に対して垂直である。ＬＥＤランプは１つ又は複数のダイから放出される光のパターンを修正する一次光学系を含んでもよいが、全てのＬＥＤランプは、光が熱伝導性支持体から離れる方向に放出されるという点で「指向性」光源である。ＬＥＤランプを使用する照明装置は、照明装置の目的に適した様々な発光パターンを生成するように設計されている。光整形構成要素（レンズ及び／又は反射体）の構成は、部分的にはランプの発光パターンによって、部分的には照明装置の所望の放出パターンによって決定される。一般的な照明装置の発光パターンは、コリメートされたビーム（スポット）、及び均一分布（フラッド）パターンを含む。部分的にコリメートされたビーム及び整形された発光パターンも特定の目的のために使用される。照明装置は、１つ又は複数のＬＥＤランプの発光パターンを修正して所望の発光パターンを生成するための、レンズ及び／又は反射体の光学アセンブリを含む。光学アセンブリは一般に、焦点及び／又は焦点軸の周りに構築され、焦点又は焦点軸から放出された光は光学アセンブリによって正確に処理される。アセンブリの焦点又は焦点軸からずれた位置で放出された光は、設計された放出パターンとは異なる放出パターンでアセンブリから放出される。ＬＥＤから正確な放出パターンを生成するための光学アセンブリの能力は、各発光ダイには領域があり、ダイの中心から離れたダイの領域から放出される光は光学アセンブリの光学焦点又は焦点軸からずれるという事実によってある程度は損なわれる。大きな発光ダイ及び複数のダイを有する大きな基板では、この効果が誇張されることがあり、それにより、一般に、放出パターンがぼやける結果となる。
【０００４】
[0003]いくつかの照明装置は、２つ以上の発光パターンを生成するように構成されている。例えば、フラッシュライトは、集束ビーム（スポット）及び拡散（フラッド）発光パターンの両方を放出するように設計することができる。これは典型的には、光学アセンブリを単一の光源に対して動かすことによって実現され、それにより放出される光のパターンは変化する。他の照明装置は、それ自身の専用の光学アセンブリを各々が有する複数の光源を含み、様々な光源を動作させて特定の発光パターンを生成することができる。複数の光学アセンブリは製造するにはコストが高い可能性があり、特定の照明装置構成に適用可能な制約内では不可能な場合がある。
【０００５】
[0004]単一の焦点を有する同一の静止光学アセンブリを利用して様々な発光パターンを生成することができる照明装置が、当該技術分野において求められている。
【０００６】
[0005]可動部分を持たず、可変発散発光パターンを生成できる固体照明装置が、当該技術分野において求められている。
【発明の概要】
【０００７】
[0006]本開示によるＬＥＤ照明モジュールの一実施形態は、ダイのうちの１つから放射された光の発散を低減させるように構成された光学アセンブリと組み合わせた、複数の発光ダイを基板上に有するＬＥＤランプを含む。発光ダイは、単一の中央発光ダイ、又は光軸を中心とする発光ダイの中央グループを含んでもよい。光軸は光学アセンブリの軸線と一致していてもよい。基板上の発光ダイはまた、中央ダイ又はダイグループの周りに配置された１つ又は複数の周辺ダイを含む。周辺ダイは、中央ダイ又はダイグループの周りに対称に又は非対称に配置することができる。開示された照明モジュールは、単一焦点を有するビーム形成光学系を含んでもよい。光学系はＬＥＤランプ上の固定位置に支持される。光学系の焦点は、中央ダイ又は中央ダイグループの光軸上にあってもよく、焦点は中央ダイ又は中央ダイグループが存在する平面内にあってもよい。中央ダイ又はダイグループから放出された光は、光学系によって実質的にコリメートされていてもよく、集束された「スポット」放出パターンで放出される。ＬＥＤランプから放出された光の発散を低減させて、広角の「フラッド」から集束された「スポット」までの放出パターンにし、及びスポットとフラッドとの間で発散が変化するビームにするように構成された光学アセンブリを用いて、他の放出パターンを選択することができる。１つ又は複数の周辺ダイから放出された光は、光学系の焦点から離れた領域から放出され、より分散し発散した「フラッド」放出パターンとして放出される。中央ダイ又はダイグループと、１つ又は複数の周辺ダイとは独立に制御されるので、中央ダイ（複数可）と周辺ダイ（複数可）との間を切り替えることによって、スポット又はフラッド放出パターンを、同一の光学系から生成することができる。代替として、可動部分を持たず単一の焦点を有し得る同一の光学系を使用して、中央ダイ（複数可）及び周辺ダイ（複数可）に供給される電力をそれぞれ独立に変更して、スポット（中央ダイ（複数可）のみがオン）から、スポット／フラッド（全てのダイ（複数可）がオン）、フラッド（周辺ダイ（複数可）のみがオン）に至る発光パターンを生成させることができる。
【０００８】
[0007]周辺ダイは、対称又は非対称構成で中央ダイを取り囲む単一のエピタキシャルダイであってもよい。代替として、開示されたＬＥＤ照明モジュールは、基板の中心にグループを形成する複数のダイと、中央グループの周りに配置された複数のダイとを使用して構築することができる。周辺ダイのサブセットが、エネルギーを一緒に受け取るように構成されていてもよく、又は全ての周辺ダイが同時にエネルギーを受け取ってもよい。周辺ダイからの光は、発光パターンの直径方向の反対側に向かう軌跡で光学アセンブリから放出されるので、周辺ダイ又は周辺ダイのグループを順次通電することにより、対称な光学アセンブリの軸線を中心とする、移動する発光パターンを生成することができる。ＬＥＤ照明モジュールの列からの色付きの発光は、各色の１つのダイを光学系の焦点に配置し、その周辺位置の各々に同数のその色のダイを確実に置くことにより均衡をとることができる。
【０００９】
[0008]開示されたＬＥＤランプの一実施形態は、周辺ダイの複数のリング（ring）によって取り囲まれた中央ダイであって、そのリングは中央ダイの中心を通るエミッタの光軸と同軸である、中央ダイを含む。各リング内の周辺ダイは、グループとして通電されるように接続されていてもよい。ＬＥＤランプのこの実施形態がビーム形成光学アセンブリの背後に位置決めされた場合、周辺ダイの各リングを通電することにより、中央ダイによって形成されたビームを取り囲むパターンで光を追加することになる。リングが光軸から遠ざかるにつれて、各リングからの光は、中央ダイからの光の半径方向外側の放出パターン及び半径方向内側の隣り合うリングの放出パターンに、光を寄与させる。中央ダイ及びＬＥＤダイのリングに印加される電力を変化させることにより、放出パターンをスポットビームからフラッドパターンに調整することができる。
【００１０】
[0009]本出願で使用される「リング（ring）」という用語は、中央ダイの周りに位置決めされたダイの配列であって、中央ダイ及び他の周辺「リング」のダイとは独立に、そのダイ配置に電力を印加することができる、ダイの配列を含む。各リングは、環状又は円形であってもよく、アセンブリの光軸と同軸であってもよい。リングはまた、正方形配置のダイなどの、非円形であってもよい。各リングは、中心軸の周りに対称な均一パターンで配置されたダイ配置から構成されていてもよい。本開示によるダイのリングはまた、不均一であって、かつアセンブリの焦点軸に関して非対称であり得るダイの配置を含んでいてもよい。例えば、ダイはリングのいくつかの場所でクラスタ化され、他の場所ではダイの数が少ない場合がある。円形ビーム形成光学系が開示されているが、他の形状のビーム形成光学系が開示された照明モジュールと互換性がある。非円形ビーム形成光学系の場合、周辺ダイのリングは、ビーム形成光学系の反射面及び屈折面上に比較的均一な光強度をもたらすように構成することができ、その結果、アセンブリの光軸を基準として非均一なダイ配置のパターンになり得る。
【００１１】
[0010]開示されたＬＥＤ照明モジュールは、様々なビーム放出パターンを有する照明器が必要とされる所にはどこにでも使用され得る。用途には、自動車の内部及び外部照明、非常用照明、自動車及び船舶用スポットライト、建築物用の屋内及び屋外照明、作業用照明、航空用の内部及び外部照明、オートバイ及び自転車用照明、カメラ用照明、舞台／劇場用照明、フラッシュライト、サーチライト、武器用照準照明器、遠隔操作サーチライト、並びにドローン搭載照明を含む捜索及び救助、検査等のロボット搭載照明器を含む。開示されたＬＥＤ照明モジュールは、可動部分を持たない単一の光学構造から可変発光パターンを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の態様によるＬＥＤ照明モジュールの一実施形態の断面図である。
【図１Ａ】図１のＬＥＤ照明モジュールの発光ダイによって生成された発光パターンのグラフ表示である。
【図２】本開示の態様による図１のＬＥＤ照明モジュールと互換性のあるＬＥＤランプの一実施形態の上面図である。
【図３】本開示による、開示されたＬＥＤ照明モジュールと互換性のある代替のＬＥＤランプである。
【図４Ａ】本開示の態様によるＬＥＤ照明モジュールの代替的実施形態の正面の図形表示である。
【図４Ｂ】本開示の態様によるＬＥＤ照明モジュールのさらなる代替的実施形態の正面の図形表示である。
【図５】本開示の態様によるＬＥＤ照明モジュールの列の正面の概略図である。
【図６】本開示の態様による、開示されたＬＥＤ照明モジュールと互換性のある代替のＬＥＤランプの上方平面図である。
【図７】本開示の態様による例示的なＬＥＤエミッタの写真である。
【図８】図７のＬＥＤエミッタの概略回路図である。
【図９】図７及び図８のＬＥＤエミッタを組み込んだ照明モジュールの一実施形態の断面図である。
【図１０】図９の照明モジュールからの発光のグラフ表示であり、エミッタ上のダイのグループに印加された様々な電力パターンによって生成された放出パターンを示す。
【図ＴＡＢＬＥ１】図１０に示す発光パターンを生成した図９の照明モジュール内のＬＥＤエミッタ上のＬＥＤダイの各グループに対する「オン」時間を示す。
【図１１】図９の照明モジュール内のＬＥＤエミッタ上のＬＥＤダイのグループに供給される電力の変動に概ね対応する、表１（ＴＡＢＬＥ１）に示されるＰＷＭパーセンテージのグラフ表示である。
【図１２】照明モジュールから代表ターゲットまでの距離に応じてビーム形状が調整される距離測定機能を有する照明モジュールを図で示す。
【図１３】本開示の態様によるＬＥＤ照明モジュールの代替的実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0027]図１は、本開示の態様を組み込んだＬＥＤ照明モジュール１０の第１の実施形態の断面図である。ＬＥＤランプ１１は、複数の発光ダイ１４、１６を支持するように構成された熱伝導性セラミック基板１２を含む。基板１２の底部にある導電性パッド１３が、発光ダイ１２、１４をプリント回路基板（図示せず）上の電気回路に接続する。図１の実施形態では、単一の比較的大きな中央ダイ１４がセラミック基板１２の中心に位置決めされている。この実施形態における中央ダイ１４は、１ｍｍの辺を有する正方形のダイである。中央ダイ１４は、一辺が約０．２ｍｍの多数の小さな正方形の周辺ダイ１６によって囲まれている。各ダイ１４、１６の形状は開示された正方形とは異なる場合があり、中央ダイ１４と周辺ダイ１６との間の相対的なサイズ差は開示された関係とは異なる場合がある。ダイ１４、１６は、任意の規則的な又は不規則的な閉じた多角形であってもよい。ＹＡＧ蛍光体を使用して、発光ダイ１４、１６から放射された短波長（青色、紫色）の光を琥珀色、赤色、及び白色の光に変換してもよい。図１に示すように、ＹＡＧ蛍光体をエポキシ樹脂１８又は他の担体中に分散させて、発光ダイ１４、１６の間及び上方の領域を充填してもよい。ダイ１４、１６及び蛍光体／エポキシ１８は、保護のために光学的に透明なシリコーン封止剤２０で覆われていてもよい。
【００１４】
[0028]例示的な内部反射光学系２２は、中央発光ダイ１４及び周辺発光ダイ１６によって生成された実質的に全ての光を集める位置においてＬＥＤランプ１１の上方で支持されている。光学系２２は、軸線Ａの周りに回転対称であり、単一の焦点２４を有し、焦点２４で発生した光を光学系２２の中央において軸線Ａと平行な方向にコリメートするように構成されている。図１では、軸線Ａは、ＬＥＤランプ１１の光軸ＡＯと一致しており、中央ダイ１４の中央を通り、ＬＥＤランプ１１を支持している平面に垂直である。光学系２２は「ビーム形成」光学構造の一例であり、他の非円形ビーム形成光学系は開示された照明モジュールと互換性がある。ＴＩＲ光学系の周辺の内部反射面は、この面を通る光の漏れを減らすために反射材料で被覆してもよい。
【００１５】
[0029]本出願では、用語「コリメート」は、基準線又は基準面を基準として「実質的に平行にする」ことを意味するために使用される。光学素子の許容誤差及び発光ダイが真の点光源ではないという事実は、コリメート光学系を介してＬＥＤ光源から放出された光は、実質的にはコリメートされ、一部の光が基準線又は基準平面とは正確には平行ではない放出軌跡を有することになることを意味することを当業者は理解するであろう。開示された光学系２２は、全内部反射（ＴＩＲ）タイプの円形光学系であり、これは、以下でより詳細に説明するように、内部反射面３０と協働させて、屈折光入射面２６と発光面２８との組み合わせを使用して、ＬＥＤランプ１１の（「エミッタ」と呼ばれることもある）発光ダイ１４、１６から放射された光の軌跡を、所定の発光パターンをもたらす複数の軌跡に変化させる。代替の光学系は、レンズと組み合わせて金属化反射面を使用して、発光ダイ１４、１６から放射された光をリダイレクトして同様の発光パターンを生成させてもよい。
【００１６】
[0030]一般的に、コリメート光学系は、発光ダイから放射された光の発散を、発光ダイの中心を通る軸線又は平面を基準として減少させる。光を（典型的には軸線と呼ばれる）線を基準としてコリメートする光学系は、線から２０°未満の発散、好ましくは約１０°の発散を有する「スポット」光ビーム形態の放出を形成する。２０°又は１０°の発散はビームの一方の側からもう他方の側へと測定され、すなわち、１０°のビームは、軸線Ａから軸線Ａのいずれの側にも約５°発散することを意味する。平面を基準として光をコリメートする光学系は、放射された光の平面を基準とする発散を減少させるが、平面と平行な方向への発散は許容し、その結果、平面内又は平面近傍の視点の範囲にわたって見えるビームが得られる。この放出パターンは、「広角」ビームと呼ばれることがあり、「部分的にコリメートされる」と説明されることがある。
【００１７】
[0031]図１及び図２のＬＥＤランプ１１では、中央発光ダイ１４は１ｍｍ平方であり、ダイの中央を通る光軸ＡＯを有する。中央ダイ１４は、中央ダイ１４の光軸ＡＯが光学系２２の焦点２４を通るように位置決めされている。光は、中央ダイ１４から放射され、放射された軌跡の範囲にわたって半球状の光を形成し、これは「ランバート」放射パターンと呼ばれることがある。中央ダイ１４の物理的サイズは、光軸ＡＯ及び光学系２２の焦点２４から離れた位置から、光の一部が放出されることを意味する。中央ダイ１４から放出された実質的に全ての光は光学系の屈折面２６を通過し、シリコーン、ポリカーボネート、アクリル又はガラスなどの材料で構築され得る、光学系２２の光透過性材料の中に受け入れられる。いったん光学系２２の内部に入ると、光はスネルの法則などのよく知られた原理に従って移動する。臨界角よりも大きい角度で、光学系２２の周囲における内部反射面３０に入射した光は、その光の方向及び内部反射面３０への入射角に応じて反射されて軌跡になる。図１の開示された実施形態では、それぞれ光学系２２の底部及び上部にある屈折光入射面２６及び発光面２８は、光学系２２の周辺部にある内部反射面３０と協働して、中央ダイ１４からの光の放射軌跡を、中央ダイ１４の光軸ＡＯ（図１の軸線Ａと一致する）と実質的に整列した放出軌跡に変更する。内部反射面３０は、この面を通る光の漏れを減らすために金属被覆されていてもよい。
【００１８】
[0032]図１Ａは、中央ダイ１４及びＴＩＲ光学系２２からの発光のパターンを示す。このグラフは、０°が軸線Ａと一致する中心線を基準としてほぼ１０°のコリメートされた「スポット」ビームに対応する放出パターンを示す。換言すると、コリメート光学系２２を通る中央ダイ１４からの放出パターンはビームを生じ、実質的に全ての光が軸線Ａのいずれの側にも５°以下の角度で放出される。中央ダイ１４によって生成されるビームの最大強度は放出パターンの中心にあり、図示すると軸線Ａを中心とする比較的鋭く狭いスパイクに似ている。図１Ａはまた、コリメート光学系２２を介した周辺ダイ１６からの放出パターンを示す。周辺ダイ１６は、光学系２２の中心軸Ａを基準として「軸外」の光を生成する。周辺ダイ１６によって生成された光は光学系２２によってコリメートされず、中央ダイ１４によって生成されたスポットビームを取り囲むパターンで放出される。周辺ダイ１６に供給される電力と比較して、中央ダイ１４への電力を変更することにより、光学系２２の軸線Ａを基準とするその発散が変化する放出パターンを生成されることが理解されるであろう。中央ダイ１４と周辺ダイ１６の両方に電力が印加されると、中央ダイ１４からの発光が、周辺ダイ１６からの放出パターンの中心を満たして、広角のフラッド放出パターンが照明モジュール１０から供給される。
【００１９】
[0033]ビーム形成光学系２２は中央ダイ１４からの光を非常に効率的に処理し、このことは比較的少量の光束が明確なスポットビームをもたらすことを意味する。中央ダイ１４によって生成された光は効率的に処理され、小さな領域の中に集束されるので、スポットビームもまた高い光度を有する。周辺ダイ１６は、光学系２２によって比較的非効率に処理される光を生成し、これは、一部の光が光学系内で失われ、一部の光が意図したフラッド放出パターンに寄与しない軌跡で放出されることを意味する。さらに、周辺ダイ１６によって満たされる発光量は、中央ダイ１４によって満たされる量よりもはるかに大きい。これら要因の結果として、周辺ダイ１６の総発光能力は、中央ダイ１４の総発光能力よりも高い。周辺ダイ１６の各々が中央ダイ１４よりも小さいかも知れないが、周辺ダイ１６によって生成され得る総ルーメンは中央ダイ１４のルーメンよりも大きい。加えて、より大きい光束を生成する場合に周辺ダイ１６によって消費される電力は、中央ダイ１４によって消費される電力よりも大きい。
【００２０】
[0034]図２は、図１のＬＥＤランプ１１の上面図であり、本開示の態様による、中央ダイ１４及び多数のはるかに小さい周辺発光ダイ１６を含む、発光ダイ用のセラミック支持体１２を示す。比較的大きい中央ダイ１４及びそれより小さい周辺ダイが示されているが、ダイ１４、１６の相対的サイズはそれほど限定されない。開示されたＬＥＤランプ１１では、中央ダイ１４を周辺ダイ１６とは別々に通電できるように、中央ダイ１４及び周辺ダイ１６が接続されている。周辺ダイ１６は、１つのグループとして、又は別々に通電され得る複数のサブセットとして、一緒に通電されるように接続されていてもよい。周辺ダイ１６は、中央ダイの光軸ＡＯから、さらに光学系２２の焦点２４からも横方向に間隔を空けている。これは、周辺ダイ１６から放射された光がコリメートビームとしてではなく、図１Ａに示すように、より発散したビームとして光学系２２から放出されることを意味する。図示すると、周辺ダイ１６によって形成されたビームは軸線Ａに沿ってはるかに低い強度を有し、光の大部分は、軸線Ａを基準として最大約４５°まで広がる角度範囲にわたって放出されている。周辺ダイ１６からの放出パターンは、「フラッド」発光パターンとして説明できるが、とりわけ軸線Ａに沿った強度を欠いている。図１及び図２の照明モジュール１０では、周辺ダイ１６からの放出パターンのピーク強度は、図１Ａに示すように軸線Ａから約２０°ずれており、これは、周辺ダイ１６からの光のピーク強度が軸線Ａから約２０°発散していることを意味する。
【００２１】
[0035]図１のＬＥＤ照明モジュール１０は、中央ダイ１４及び周辺ダイ１６を一緒に又は別々に通電できるように構成されている。さらに、中央ダイ１４及び周辺ダイ１６からの発光強度を変調して、集束スポットから広角フラッドまでの発光パターンを生成できる。例えば、周辺ダイ１６によって生成されたフラッド放出パターンの中心を満たすために、中央ダイ１４を必要に応じて低いレベルで通電してもよい。一般に、スポット発光パターンは、遠方の対象物を照らすために、又は灯台におけるように極めて遠い距離からでも見える警告光信号を生成するために使用される。フラッド発光パターンは、建設作業エリア、交通事故の現場などを照らすために使用され得る。図１のＬＥＤ照明モジュール１０は、スポット、フラッド又はこれら２つを混ぜ合わせた様々な放出パターンを、単一の焦点２４を有することがあり可動部分を使用しない、単一の光学系２２から供給することができる。
【００２２】
[0036]周辺ダイの配置は、中央ダイと同じ形状に限定されない。例えば、図２の周辺ダイ１６は、正方形の中央ダイ１４の周りに正方形の形に配置されている。図２において、これらのダイにわたって「ｘ」で示すように、３つのダイが周辺ダイ１６の配置の隅から除去されてもよい。支持体の隅において３つの周辺ダイ１６を除去する結果、光学系２２から、より丸みのある発光パターンが得られる。図２における周辺ダイ１６の配置は、本開示による周辺ダイ１６の「リング」の一例である。
【００２３】
[0037]図３は、「中心」発光ダイ３２が９個のより小さいダイ３４から構成されている、発光ダイの代替パターンを示すセラミック支持体１２の上面図である。この実施形態では、支持体の中心を直に取り囲んでいる９個のダイ３４のグループは、中央グループ３２として一緒に通電されるように構成されており、この中央グループを取り囲む周辺ダイ３６は一緒に又はサブセット３８で通電されるように構成されている。図３では、交差する線が９個の周辺ダイ３６のグループを接続してサブセット３８としており、サブセット３８は一緒に通電されるように接続されている。サブセットは、図３に示すように等しい数のダイを含んでもよく、又は等しくない数のダイを含んでもよい。支持体１２及び発光ダイ３４、３６は、図１及び図２の実施形態に関して上述したように機能することになり、中央グループ３２としての中央ダイの構造及び周辺ダイ３６のグループ分けに関してのみ異なる。
【００２４】
[0038]図４Ａは、発光ダイの代替のグループ分けを示し、８個の周辺ダイ１６が中央ダイ１４を取り囲んでいる。ＴＩＲ光学系２２がダイ１４、１６の前方に概略的に示されている。中央ダイ１４と周辺ダイ１６は別々に通電されるように構成されている。いくつかの実施形態では、ダイ１４、１６の各々を別々に動作させることができ、各ダイに印加されるエネルギーを変えて様々な発光パターンを生成させてもよい。周辺ダイ１６の各々から放射された光は、通電された周辺ダイ１６からの直径方向にわたる放出パターンを強化する軌跡に沿って、光学系２２から放出される。例えば、図４Ａの基板１２の左上隅にある周辺ダイ１６からの光は、フラッド発光パターンの右下部分に寄与する。上部中央の周辺ダイ１６からの光はフラッド発光パターンの底部中央でのフラッド発光に寄与する。８個の周辺ダイ１６の各々を順番に回転させて通電すると、渦巻き状の放出パターンが生成されることに留意されたい。左右又は上下のパターンで周辺ダイ１６を通電すると、対応する反対方向に移動する発光パターンが光学系２２から生成される。
【００２５】
[0039]図４Ｂは、ＴＩＲ光学系２２の背後に近接してグループ化された３個のＬＥＤランプ４４、４６、４８を示す。当業者は、発光ダイが、図１、図２及び図３に示すように共通の基板上に、又は図４Ｂに示すように別々の基板上に配置され得ることを理解するであろう。本開示及び添付の特許請求の範囲において言及する場合、「発光ダイ」への言及は、共通の支持体上のダイ又は別々の支持体上のダイを指し得る。各ＬＥＤランプ４４、４６、４８は、それ自体の基板、電気接続部、発光ダイ、及び（存在する場合）一次光学系を含む。中央ＬＥＤランプ４４の光軸は光学系２２の回転軸と一致し、中央ＬＥＤランプ４４のＬＥＤダイはＴＩＲ光学系２２の焦点にあり、そのため中央ＬＥＤランプ４４から放射された光は、上述したようにダイのサイズ及び光学系２２の精度の影響を受けた、コリメートされたビームに集束される。１個の周辺ＬＥＤランプ４６が中央ＬＥＤランプ４４の左側に位置決めされ、１個の周辺ＬＥＤランプ４８が中央ＬＥＤランプ４４の右側に位置決めされている。この配置では、左側の周辺ＬＥＤランプ４６から放射された光がフラッド発光パターンの右側に寄与し、右側の周辺ＬＥＤランプ４８から放射された光がフラッド発光パターンの左側に寄与する。この実施形態におけるＬＥＤランプ４４、４６、４８の３個全てを通電することで、フラッド放出を左右の側面に伴うスポットビームが生成され、３個のＬＥＤランプ４４、４６、４８を通る水平面の上下への放出は比較的少なくなる。
【００２６】
[0040]図５は、本開示の態様による一列のＬＥＤ照明モジュール５０を示し、各ＬＥＤ照明モジュール５０は、図４Ｂに示すものと同様に、ＴＩＲ光学系２２の背後に一列に配置された３個のＬＥＤランプ５２、５４、５６を有する。ＬＥＤランプ５２、５４、５６の列は、共通軸線Ｂに沿って整列されており、一緒に取り付け可能な３個（又はそれ以上）のＬＥＤ照明モジュール５０のグループが、信号伝達デバイスとして使用可能な発光バー（図示せず）を形成している。この実施形態では、各ＬＥＤランプ５２、５４、５６は異なる色（波長）の光を放出する。例として、３つのＬＥＤランプの各セットにおいて、１つのランプは琥珀色５２であり、１つのランプは青色５４であり、１つのランプは赤色５６である。上述したように、中央ランプのみが光学系２２の軸線と整列した集束ビームを生成し、他のランプは放出パターンを直径方向にわたって、集束性の低い放出を捕足している。３色を生成するように設計された照明システムでは、３つの全てのＴＩＲ光学系２２の中心にいずれかの１色を置くことは、他の２色が常に焦点から外れており、異なる色の発光パターンが不均衡になることを意味する。図５の実施形態では、各色の１つのダイが各ＴＩＲ光学系の焦点に配置されている。ある色が中心位置にない２つのＴＩＲ光学系では、その色は左位置に１回、右位置に１回ある。３色の発光ランプ（又は共通の基板上のダイ）のこのパターンは、１つのダイが中央位置にあり、１つのダイが右位置にあり、１つのダイが左位置にある状態で各色が通電された場合に、均衡のとれた放出パターンを生成する。
【００２７】
[0041]図６は、本開示の態様によるＬＥＤランプ６０を示す。支持体６２の中心にある発光ダイ６４は、単一のエピタキシャル発光ダイの形態の周辺ダイ６６によって取り囲まれている。この構成では、中央ダイ６４と周辺ダイ６６は別々に制御される。中央ダイ６４及び周辺ダイ６６に供給されるエネルギーを変更して、スポットビームからフラッド発光パターンまでの発光パターンを生成させることができ、それぞれの放出パターンの特性は光を処理する光学系に依存する。この実施形態では、可動部分を持たず、単一の焦点を有し得る単一の光学系を介して、スポット、フラッド、スポット／フラッドの組み合わせ、又はそれらの間の変形を生成することができる。周辺ダイ６６は、本開示の態様による、中央ダイ６４を取り囲む「リング」の別の例である。
【００２８】
[0042]図７は、本開示の態様による例示的なＬＥＤエミッタ１００の上面図である。酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の基板１１２が複数のＬＥＤダイを支持しており、１つのＬＥＤダイ１１４が中央に配置されている。基板１１２は、代替のセラミック材料を含む他の材料で構築されていてもよい。この実施形態では、周辺ＬＥＤダイ１１６は、中央ＬＥＤダイ１１４を取り囲む円形リング状に配置されている。図８に概略的に表すように、周辺ＬＥＤダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの各リングは、中央ダイ１１４と別々に、及び互いに別々に通電されるように接続されている。各リング１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを構成するＬＥＤダイは互いに電気的に接続されているので、電力はリング内の全てのダイに同時に印加される。図８に示すように、中央ダイ１１４はそれ自身のアノード１２０及びカソード１２２を有し、一方、周辺ダイ１１６は共通のアノード１２０を共有し、周辺ダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの各リングはそれぞれ、別々のカソード１２２ａ、１１２ｂ、１２２ｃを有する。制御装置１２８が、ＬＥＤダイ１１４、１１６の各ストリングのカソード１２２、１２２ａ、１１２ｂ、１２２ｃに接続されて、上述のように各ストリングに選択的に印加される電力を制御する。図７の例示的なエミッタ１００は、内側リング内に９個の周辺ダイ１１６ａを有し、中間リング及び外側リング内にそれぞれ１２個の周辺ダイ１１６ｂ、１１６ｃを有する。周辺ダイ１１６の数、形状及び幾何学的配置は、この例とは異なり得る。
【００２９】
[0043]さらに、内側、中間及び外側リングの各々の幅は、より多くの又はより少ない周辺ダイ１１６ａ、１６６ｂ、１１６ｃ、又は周辺ダイ１１６の配置を可能にし、ダイの各々が周辺ダイ１１６の各リング（又はグループ）に関して所望の合成最大光束を提供するように選択された光束を生成できるように、各々を設計できる。基板１１２は、周辺ダイ１１６が発生した熱を散逸させるように構成されている。図７は、各リング内のダイ１１６の半径方向間隔及び半径方向寸法がほぼ等しいエミッタ１００を示す。ダイ１１６は矩形として図示されており、矩形の狭い寸法がエミッタ１００の半径に対して垂直である。しかし、外側リングの各々を、より広い半径方向寸法で設計して、より多数の周辺ダイ１１６ｃ、又はより大きなサイズのダイ、又は図示した円周方向ではなくダイの半径方向の配置、を可能にすることができる。代替として、周辺リング内のダイ１１６に、より大きな電力が印加されてもよく、その結果、より大きな光束がフラッド発光パターンの周辺を満たすようになる。
【００３０】
[0044]図７のエミッタでは、ＬＥＤダイ１１４、１１６は閉じた正多角形として構成され、スペクトルの青色部分で発光するＩｎＧａＮ半導体を、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体（セリウムでドープされた）と組み合わせて使用する。ＬＥＤの青色の光子の大部分は蛍光体に吸収され、スペクトルの黄色部分に再放出される。残りの青色の光子と黄色の照明の組み合わせは、見掛け上、白色光の良好な近似をもたらす。蛍光体は、ＬＥＤダイ１１４、１１６を覆い保護するエポキシ層１１８内に分散されている。この構成は、各ダイからの光が他の隣り合うダイからの光と組み合わされて光の「パッチ」が生成されることを意味する。開示されたエミッタ１００では、この構成は、ダイの各リングが通電されるにつれて拡大する発光領域をもたらす。白色以外の色を生成するために、他のダイ材料及び／又は他の蛍光体材料を選択してもよい。異なるダイ材料及び異なる蛍光体材料を選択して、可動部分なしで、色とビーム形状が同時に変化する光を作り出すことも可能である。
【００３１】
[0045]各ＬＥＤダイ１１４、１１６は電圧に印加によって順方向にバイアスされなければならず、これはＬＥＤの種類に応じて変わる。いくつかのＬＥＤダイを直列に接続することは、直列に接続されたＬＥＤダイを同時にオン及びオフにすることを可能にするが、各ダイを順方向にバイアスするのに十分な電圧をＬＥＤダイの直列ストリングに印加することも必要である。必要な電圧は、直列に接続されている全てのＬＥＤダイの順方向バイアス電圧の合計である。個々のＬＥＤダイをオンにするのに必要な電圧は３．５Ｖであり得るので、これらＬＥＤダイが１０個直列の場合、３５Ｖを超える電圧源を必要とすることになる。自動車内の電気システムは典型的には直流１２Ｖ又は直流２４Ｖシステムである。ＬＥＤダイのストリングをオンにするのに必要な電圧が利用可能な電圧を超えた場合、利用可能な直流１２Ｖ又は直流２４Ｖを必要な電圧に変換できるスイッチング式電源を使用する必要がある。代替として、ストリング内のＬＥＤダイの順方向電圧の合計が利用可能な電圧を超えない場合は、ＬＥＤダイを接続して短い直列ストリングとすることができる。図８は、３つのダイが直列に配置され、直列ストリングが並列に接続された、周辺ダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを示す。３．５Ｖの順方向電圧を必要とするＬＥＤダイの場合、直列に接続された３つのＬＥＤダイを、スイッチング式電源なしで直流１２Ｖの自動車電気システムで動作させることができる。中央ダイについては、比較的低い順方向バイアス電圧を、車両内で利用可能な直流１２又は２４Ｖに効率的に整合させるために、スイッチング式電源を使用することが好ましい場合がある。
【００３２】
[0046]図７は、エポキシに埋め込まれ、アノード及びカソードの電気接続部に接続された導体１２４をさらに示す。図８に示すように、ワイヤボンド１２６が各周辺ダイ１１６を別のダイに直列接続しており、ダイ１１６の各列は、一方の端部でアノード電極に接続され、他方の端部でカソード電極に接続されている。導体１２４及びワイヤボンド１２６は、ワイヤなどの金属導体であってもよく、又は基板１１２上に堆積された導電性材料（図示せず）で構築されていてもよい。導電性材料は、物理蒸着、又は当該技術分野において既知の他の技法によって基板上に堆積させてもよい。
【００３３】
[0047]図９は、図７及び図８のエミッタ１００を組み込んだ照明モジュール２００の代替的実施形態の断面図である。エミッタ１００から放射された光は、反射体２１２及びレンズ２１４によってリダイレクトされる。この開示された実施形態では、反射体２１２及びレンズ２１４は、エミッタ１００の中央ダイ１１４を中心とする光軸ＡＯと一致する軸線Ａの周りに回転対称である。反射体２１２及びレンズ２１４は、中央ダイ１１４から放出された光を実質的にコリメートしてビームにするように構成されている。光は、ある範囲の軌跡にわたってエミッタ１００の中央ダイ１１４から放射され、その一部は反射体２１２に入射し（広角光）、その一部はレンズ２１４に入射する（狭角光）。レンズ２１４は直径を有し、反射体内に位置決めされているので、中央ダイ１１４のエミッタ１００から放射された光の大部分が、レンズ２１４を通過するか又は反射体２１２によってリダイレクトされるかのいずれかである。図９の照明モジュール２００は、期せずして、エミッタ１００の中央ダイ１１４によって生成された光からスポットビーム放出パターンを生成するように構成されている。スポットビームは、モジュール２００の使用目的に依存して、５°〜１５°の間の発散を有し得る。反射体２１２及びレンズ２１４の光学システムは、中央ダイの光軸を基準として大きな角度で中央ダイ１１４から放射された光を、光軸ＡＯを基準としてはるかに小さな角度で反射軌跡又は屈折軌跡にリダイレクトするように構成されている。本開示では、この放出パターンを「コリメートされたビーム」と呼ぶが、コリメーションの程度は、特定の目的に適するように技術者の選好に従って選択される。ほとんどの場合、中央ダイ１１４の放射パターンは、軸線Ａを基準とする中央ダイからの光の発散を減少させることによって「整形」される。
【００３４】
[0048]前述のように、周辺ダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃから放出された光は、中央ダイの光軸ＡＯから半径方向にずれており、各リングは漸進的に大きくなる半径方向のずれを有している。光がエミッタ１００から放射される位置が、反射体２１２及び／又はレンズ２１４を通る光の経路を決定する。一般に、エミッタ１００から放射される光が光軸ＡＯから離れるほど、反射体２１２及び／又はレンズ２１４を通過した後の光軸ＡＯからの発散角は大きくなる。ＬＥＤダイのリングを中央から外側に向かって順番に通電すると、モジュール２００から漸進的に広がる「フラッド」発光パターンが生成される。
【００３５】
[0049]図１０は、表１（ＴＡＢＬＥ１）及び図１１に示すパターンに従って中央ダイ１１４及び周辺ダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃのリングに印加された異なる電力パターンよってモジュール２００から放出された光のグラフ表示である。中央ダイ１１４及び周辺ダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃのリングの各々を個別に通電することができ、ＬＥＤダイの各グループに印加される有効電力量は、当該技術分野において既知の通りに、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御することができる。表１及び図１１は、モジュール２００から可変発散発光パターンを生成する電力供給パターンの代表的な一例を示す。図１０は、表１及び図１１のパターンに従ってＬＥＤダイに電気エネルギーを印加した場合に、モジュール２００から放出された光ビームのグラフ表示である。発光パターンは、中心軸Ａのいずれの側にも５°未満の発散を有する狭くコリメートされたビームから、中心軸から約７．５°の角度で発散するフラッド放出パターンまで、明らかに進行している。発散の少ない（スポット）ビーム形状から発散の多い（フラッド）ビーム形状への変化は、４つのグループのＬＥＤダイに供給される電力を変更することによって行われた。ＬＥＤのグループに印加される電力の変化は線形ではないことに留意されたい。ダイ１１４、１１６の形状及び位置、並びに周辺ダイ１１６からの光で満たされる大面積の放出パターンは、中央ダイ１１４から放出された光と比較して、周辺ダイ１１６から放出された光は、強度がはるかに低く見えることを意味し、従って、図１１及び表１に示すように、中央ダイ１１４への電力は、周辺ダイ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃのリングへの電力を増やす速度よりも、さらに急速に減少させている。
【００３６】
[0050]中央ダイの周りに配置されたダイの各リングは、ダイに供給される電流に比例して光束を発生する。各リングは、最大持続可能電流で駆動されたときに、各ダイによって生成される光束によって決定される最大光束を有する。最大持続可能電流は、ダイを接続する導体の能力、及びダイから熱を除去するためのエミッタ基板の熱容量によって制限される。リングが（中央ダイの中心を通過する）光軸から離れるにつれて、各リングの発光能力が増加するように、エミッタを構築することができる。リング間の発光能力の関係は、指数関数又は対数などの非線形であり得る。フラッド照明パターンの広い周辺領域を満たすのに必要な光束を生成するために、外側リングは内側リングよりもはるかに明るくてもよい。リングが、内側リングから外側リングへ非線形に増加する発光能力を有するように構成されている場合、各リングに印加される電力を各リング内上のダイの電力処理範囲内で増加させてもよい。スポット照明パターンからフラッド照明パターンへの移行中にダイのリングに印加される電力の均衡をとることにより、照明モジュールの光軸に沿って明確に定義されたピーク輝度を有する照明パターンが生成される。図１０に示すように、スポットからフラッドへの移行の最初の１１ステップの各々についての照度曲線は、光軸に沿って単一の明確に定義されたピークを有し、軸外の二次ピークはない。スポットからフラッドへの大部分の移行に対して、この基本的なビームプロファイルを維持することにより、シーンの視覚処理と干渉し得る輝点のない照明パターンが提供される。
【００３７】
[0051]図７のエミッタでは、ＬＥＤの内側と中央のリングは最大出力で駆動されることは決してない。このことは、これらのリングが決して使われない発光能力を有して構成されていることを意味する。別の例示的な実施形態では、フラッドビームの周辺領域を所望の強度で満たすのに必要な光束を提供するように外側リングを構成し、次いで、各リングがその電力処理能力で又はその近くで駆動される場合に、ビームプロファイルを満たすのに必要な光束を提供するために、中央ダイと外側リングとの間の各リングを構成することがより効率的であり得る。
【００３８】
[0052]スポットビームは一般に、遠方の照明に、又は狭い場所での細かい作業のために小さい領域を明るく照らすために、より有用である。フラッド発光パターンは一般に、広い範囲を照らすために、又は近距離で広角を見るために、より有用である。図１２は、本開示の態様による照明モジュール２００を組み込んだ光源３００を示す。光源３００から第１の距離Ｄ１にあるターゲット３０２は、集束ビームで完全に照らすことができる。光源３００により近い距離Ｄ２にある第２のターゲット３０３は、それと同じビーム形状によって部分的にしか照らされない。第２のターゲット３０３は、より大きい発散角を有するビームによって完全に照らすことができる。そのようなターゲットの一例は、犯罪現場での容疑者であり得る。警察官が、その人物の腕及び手を見て、その人物によって提示された脅威の種類を判断できると有用であろう。集束ビームは人物全体を照らさない場合があるので、腕及び手が見えない場合がある。ビームの形状を変更することで、警察官は状況を正確に判断することができる。ビーム形状は、ダイヤル又はスライドなどの手動入力を用いて変更できる。制御回路は、入力におけるユーザ操作に従ってＬＥＤダイに印加される電力を調整するように構成することができる。この種の照明器は警察及び捜索車両で使用されて、可変スポット照明、及び可変ビーム形状を有するテイクダウンライト又は投光器を提供して、車両から様々な距離にあるターゲット又は現場の視認性を向上させることができる。
【００３９】
[0053]一代替的実施形態では、図１２の光源３００は距離計３２０を備えて、ターゲットまでの距離を測定し、その距離に応じてビーム形状を調整することができる。距離計は、レーザ距離計、又は超音波距離計などの当該技術分野において既知の他の非接触距離測定方法であり得る。距離に応じてビーム形状を制御することは、物体からの距離によってビーム幅を変化させるフラッシュライト用又は他の携帯型照明器用を含む、多くの用途を有し得る。一例は、建設区域の警告用の照明であり、そこでは、遠方にある交通に注意を促すために長距離にわたって見える集束ビームが使用され得るが、車両が接近するにつれて、運転者の目をくらませずに現場を良好に照らすようにビームは徐々に集束性が低くなる。武器又はカメラ用の照準システムが別の可能な用途であり、それでは、ビームが、照明モジュールからの距離に応じて目標を照らすように構成されている。ターゲットが武器又は撮像システムに対して移動するにつれて、距離測定を使用してビーム形状を連続的に変化させることができる。
【００４０】
[0054]図１３は、エミッタ４０２を組み込んだ照明モジュール４００の代替的実施形態の断面図である。エミッタ４０２から放射された光は、反射体４１２及びレンズ４１４によってリダイレクトされる。この開示された実施形態では、反射体４１２及びレンズ４１４は、エミッタ４０２の中央ダイ４１４を中心とする光軸ＡＯと一致する軸線Ａの周りに回転対称である。反射体４１２及びレンズ４１４は、中央ダイ４１４から放出された光を実質的にコリメートしてビームにするように構成されている。光は、ある範囲の軌跡にわたってエミッタ４０２の中央ダイ４１４から放射され、その一部は反射体４１２に入射し（広角光）、その一部はレンズ４１４に入射する（狭角光）。レンズ４１４は直径を有し、反射体内に位置決めされているので、中央ダイ４１４のエミッタ４０２から放射された光の大部分が、レンズ４１４を通過するか又は反射体４１２によってリダイレクトされるかのいずれかである。図１３の照明モジュール４００は、期せずして、エミッタ４０２の中央ダイ４１４によって生成された光からスポットビーム放出パターンを生成するように構成されている。スポットビームは、モジュール４００の使用目的に依存して、５°〜１５°の間の発散を有し得る。反射体４１２及びレンズ４１４の光学システムは、中央ダイの光軸を基準として大きな角度で中央ダイ４１４から放射された光を、光軸ＡＯを基準としてはるかに小さな角度で反射軌跡又は屈折軌跡にリダイレクトするように構成されている。ほとんどの場合、中央ダイ４１４の放射出パターンは、軸線Ａを基準とする中央ダイからの光の発散を減少させることによって「整形」される。
【００４１】
[0055]前述のように、周辺ダイ４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃから放出された光は、中央ダイの光軸ＡＯから半径方向にずれており、各リングは中央ダイ４１４及びそれぞれの内側リングに対して高い位置にある。光がエミッタ４０２から放射される位置が、反射体４１２及び／又はレンズ４１４を通る光の経路を決定する。一般に、エミッタ４０２から放射される光が光軸ＡＯから離れるほど、反射体４１２及び／又はレンズ４１４を通過した後の光軸ＡＯからの発散角は大きくなる。また、各リングの上昇位置は、対応する周辺ダイ４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃを反射体４１２に接近させ、それにより、これらのダイが光を光軸ＡＯからさらに離して投射することが可能なる。周辺ダイ４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃのそれぞれの高い位置は、エミッタ４０２の必要な直径を増加させないことが有利な一方で、より広いフラッド放出パターンをさらに可能にする。周辺ダイ４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃの高い位置の付加的な利点により、エミッタ４０２の基板において熱除去を強化する機会がより増大する。周辺ダイ４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ、及び中央ダイ４１４の下のエミッタ４０２の領域に、高熱伝導性材料を充填するか、又は入り組んだ表面領域（図示せず）を設けて、エミッタ４０２の入り組んだ表面において冷却流体（空気又は液体）を循環させる配置で放熱させることができる。ＬＥＤダイのリングを中央から外側に向かって順番に通電すると、モジュール４００から漸進的に広がる「フラッド」発光パターンが生成される。
【００４２】
[0056]開示された照明モジュールは、赤外（ＩＲ）光などの、人間の目に見えない光を生成するように構成されていてもよい。可変形状を有するＩＲ光のビームは暗視装置に有用な場合があり、これは、サーチライトで使用される可視光、及び暗視装置と組み合わせて使用される夜間使用のための他の形態の照明と同じ理由である。
【００４３】
[0057]自動車用ヘッドライトシステムは、典型的には、少なくとも２つの照明器を使用しており、１つは遠方視認性のためのハイビーム用であり、別の１つは対向する交通に対して走行するときのロービーム用である。１つの照明器がビーム形状を変更してハイビームとロービームの両方の放出パターンを生成できるように、本開示による照明モジュールを使用することが可能であり得る。
【００４４】
[0058]航空機は典型的には、遠距離用のコリメートされたビームを生成する着陸灯と、さらには広いフラッドパターンを有する地上走行灯とを使用している。本開示による照明モジュールを使用して、着陸機能と地上走行機能の両方の役割を果たすことができる単一の航空灯を作製し、以て別々のライトを使用する場合の重量及び費用をなくすことが可能であり得る。着陸灯及び地上走行灯を組み合わせたものは速度センサを含んでもよく、それにより航空機の速度から航空機が地上にあることが示された場合にのみ地上走行用のビーム形状を利用可能にしてもよい。
【００４５】
[0059]ＬＥＤベースのグローライトも、放出パターンの自動変更から恩恵を受ける場合がある。苗に焦点を合わせたビームを制御して、成長する植物の範囲を包含するように拡大させることができる。ビーム形状は、植物の頂部までの測定距離に応じて、又は経過時間若しくは昼夜サイクルに応じて変更することができる。複数の周辺ダイ及び／又は１つの周辺ダイに、中央ダイとは異なる光の波長を放出する蛍光体の組み合わせを設けることにより、グローライトから放出される光の波長をビーム形状に合わせて変更することも可能であり得る。グローライト中の光の波長又は色を変化させて、季節の変化をシミュレートすること、又はその成長若しくは成熟サイクルの様々な段階において植物の必要性に合わせてグローライトの色を調整することができる。
【００４６】
[0060]本開示の態様によると、開示された照明器からのビームの形状は、速度、高度、距離、ＧＰＳ位置、車両システムからの入力、又は照明器の角度の向きを含むがこれらに限定されない変数に応じて変更することができる。一例は、着用者が自分の前の地面を見下ろしていることを角度位置が示している場合のフラッドから、着用者が顔を上げていて遠方を見る必要がある場合のビームに、ビーム形状を変更するヘッドランプであろう。システムは、開示された照明モジュールによって照らされたターゲットから反射された光を測定するように装備されていてもよい。反射光が最大になり、ビーム形状がターゲットのサイズ及び距離に一致することが示されるまで、反射光を使用してビームの形状を変えることができる。ビームの形状を変更するための制御入力を提供するために、加速度計、ＧＰＳセンサ、高度計、及び他の機器を使用することができる。
【００４７】
[0061]開示された照明器は、スポットとフラッドとの間を行き来する連続的又は断続的に変化可能な放出パターンを生成するために制御することができる。そのような可変パターンは、注意喚起警告灯信号として使用することができ、或いは個人又は人間若しくは動物の集団の方向感覚を失わせるか又は一時的に目をくらませるために使用することができる。特定の可変ビームパターンが、鳥の衝突を回避するために航空機で有用な場合がある。
【００４８】
[0062]ビーム形状の制御は、手動入力、自動制御、或いはネットワーク、又はブルートゥース（商標）若しくはＷｉＦｉ（商標）などのローカル無線信号を介した、遠隔／無線信号によって実現することができる。本開示による照明モジュールは、携帯電話、タブレット、又は照明モジュールと通信するように装備された他の装置にインストールされたアプリケーションプログラム（アプリ）によって制御することができる。照明モジュールは、例えば、ブルートゥース送受信機を装備し、ブルートゥースを介して電話又はタブレットと通信することができる。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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ＴＡＢＬＥ１】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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