JP2009540597A - Ｌｅｄ照明器具における正確な色制御、アウトカップリング、及びバックグラウンドリジェクションに関する角度選択的光センサ構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、光を測定する装置及び光を測定する装置を有する照明器具に関する。当該装置は、第１位置に配置される第１発光装置からの光を測定し、且つ、第１表面、第２表面及び第３表面の少なくとも３つの表面を有する光透過装置と、光センサと、を備える。第１表面は、第１位置からの入来する光のために構成され、第２表面は、光透過装置内において入射光を反射させるように構成され、第３表面は、出射光が前記光センサへ入射するように構成される。

Description

本発明は、光の測定に関し、より具体的には、光を測定する装置及び光を測定する装置を有する照明器具に関する。

白色光を得るために異なるスペクトル特性を有する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を組み合わせることは、照明の分野においてよく知られている。このことを実施化するための一般的な手法は、例えば、赤、青、及び緑のＬＥＤを組み合わせることである。

白色光を適切に維持するために、現在のＬＥＤのそれぞれの光学的特性は、不変であるべきである。しかし、ＬＥＤの光学的特性は、温度、順電流及び経年とともに変化する。

温度の上昇は、ＬＥＤのスペクトルをより長い波長へシフトさせ、このことは、ＬＥＤの色が変化することを意味する。追加的に、スペクトルの広がりが発生し、このことは、ＬＥＤの色が、低温におけるようには区別可能でなくなる。更に、ＬＥＤの光の強度は、温度上昇につれて減少する。

しかし、順電流の増加は、ＬＥＤのスペクトルをより短い波長へシフトさせ、このことは、色において逆の変化が生じ得ることを意味する。更に、光の強度は増加する。

ＬＥＤの経年変化により、光強度の減少及びスペクトル変化が発生し、更に、このことは、合成された白色光に影響を及ぼす。

別の点は、１つの処理毎の変動であり、例えば、このことは、製造環境が原因で、ピーク波長の広がり及び強度の広がりが変化し得ることを意味する。

したがって、異なるスペクトル特性を有する複数のＬＥＤを備える白色光照明器具からの適切な白色光を提供するために、ＬＥＤの温度、順電流及び経年変化の依存性が、考慮に入れられる必要がある。このことは、照明器具におけるフィードバックシステムを導入することによって行われ得る。

フィードバックシステムは、ＬＥＤのそれぞれの種類が、正常な手法で、合成される白色光へ寄与することを確かなものにするために、連続的にＬＥＤからの光の特性を決定する。

光の特性を決定するために、ＬＥＤのそれぞれの種類の特性を測定するように構成される光測定装置、又は好ましくは各個別のＬＥＤ、が使用される。測定を可能な限り正確にするために、周囲のＬＥＤの影響及び環境光は、可能な限り低くされるべきである。

このような解決策は、米国特許出願第2003/0030808号において提示され、赤、緑及び青のＬＥＤのアレイ、並びに所望な色バランスを維持するためのフィードバック装置を組み込むＬＥＤ照明器具が開示される。単体のフォトダイオード又はフォトダイオードのアレイは、ＬＥＤアレイの合成された出力の経路において配置される部分的に反射する要素からの反射光を傍受するように配置される。個々の色は、ＬＥＤ及びフォトダイオードをパルス処理することによって、又は色フィルタの使用によって順次的に測定される。

上記のことを鑑みて、本発明の目的は、他のＬＥＤ、他の照明器具及び環境光などの外部光源からあまり影響を受けないＬＥＤからの光出力を測定する装置を提供することである。

概略的には、ある視点から見ると、本発明は、個別のＬＥＤの光出力を測定する装置として説明され得、この場合、前記装置の特性は、パルス処理などの、ＬＥＤの通常でない動作を必要とすることなく、外部光の効果を低減する。

本発明の第１の態様は、第１位置に配置される第１発光装置からの光を測定する装置であって、第１表面、第２表面及び第３表面の少なくとも３つの表面を有する光透過装置と、光センサと、を備え、前記第１表面が、前記第１位置からの入来する光のために構成され、前記第２表面が、前記光透過装置内において入射光を反射させるように構成され、前記第３表面が、出射光が前記光センサへ入射するように構成される、装置である。

有利には、前記光透過装置の前記第２表面は、別の位置からの入射光を、前記光透過装置の外側において反射させるように構成され、これにより、前記別の位置からの前記光が前記光センサの外側へ入射するようにされ得る。

本発明のこの態様についての有利な点は、１つの方向、すなわち第１位置が位置される方向、からの光が、光センサへ送信されるが、他の方向からの入来する光は、光センサから離れるように反射される。このことは、環境光及び他の光源の影響が低減されることを意味する。

前記第１態様の１つの実施例において、前記光センサの長さが、前記第３表面の長さより短い。

これについての有利な点は、光があまり光センサへ直接入射しないこと、すなわち、言い換えると、光センサに影響する光が、光センサへ入射する前に光透過装置の第２表面へ、より高い程度に反射されることである。このことは、光センサへ影響する光がより高い程度に集められることを意味する。

別の有利な点は、第１表面を介して入来し、広い角度が原因で第３表面において反射され、その後、第２表面において下方向へ第３表面へ反射される環境光は、高い程度に低減される。

第１態様の別の実施例において、開口を有する光学的バリアが、前記光透過装置の前記第３表面と前記光センサとの間に配置され得る。

この実施例の有利な点は、前記第３表面の長さより短くあり得る光センサの長さを有することに関して同様である。

有利には、前記第２表面が、反射層を用いて被膜され得る。

このことの有利な点は、光が、高い程度に反射されることである。

更に、前記反射層が、例えばアルミニウム層などの金属層であり得る。

より更なる別の実施例において、前記装置が、更に、ある波長範囲内の光を選択する干渉フィルタ、を備え、前記干渉フィルタが、前記光透過装置の前記第３表面と前記光センサとの間に配置され得る。

本発明のこの態様についての有利な点は、第２表面において反射される光は、第３表面においてより集積されて入射することであり、このことは、干渉フィルタの角度依存性が低減されることを意味する。

有利には、前記干渉フィルタがファブリ・ペロー・フィルタである。

更に別の実施例において、前記装置は、更に、前記光透過装置内に配置される角度制限構造を有する。

このことについての有利な点は、光センサに入射する光がより高い程度に集められることである。

有利には、前記角度制限構造が、半球体型レンズ構造である。

ある実施例において、前記装置は、更に、前記角度制限構造に配置される角度制限構造干渉フィルタを有する。

有利には、前記光透過装置がアクリレート製である。

有利には、前記第２表面及び前記第３表面が角度を形成し、前記第１表面が前記角度と対向する。

本発明の第２の態様は、光源と、前記光源からの放射光を測定するための、上述の装置と、前記測定される光が所定の間隔内にあるかを決定する電気装置と、を備える照明器具である。

この態様についての有利な点は、光源における変化が検出され得ることである。このことは、光要件が非常に高い応用例、例えば、複数のＬＥＤからの光が白色光へ混合される状況において、非常に有利である。

ある実施例において、前記照明器具は、更に、前記電気装置から作成される前記決定に基づく前記光源の制御のための制御器を備える。

この実施例についての有利な点は、光の特性が、所定の要件を満たすために制御され得ることである。

本発明の他の目的、特徴、及び有利な点は、後述の詳細な開示から、添付の従属項から、及び図面から示される。

一般的に、請求項において使用される全ての用語は、本文書において別途明示的に規定されない限り、技術分野における通常の意味に従い解釈されるべきである。「要素、装置、コンポーネント、手段、及びステップなど」への参照符号の全ては、本文書において別途明示的に規定されない限り、前記要素、装置、コンポーネント、手段、及びステップなどの少なくとも１つの例として記しているように自由に解釈されるべきである。本文書において開示されるいずれの方法のステップも、明示的に記載されない場合、正確な開示される順序で実行される必要はない。

本発明のこれら及び追加的な目的は、同一の参照符号が類似の要素に関して使用される添付の図面を参照にして、本発明の好ましい実施例の後述の例示的且つ非制限的な詳細な説明からより理解され得る。

図１において、光を測定する装置１００の一般的な原理が例示される。ＬＥＤからの光を測定する装置１００は、光透過装置１０１及び光センサ１１２、並びに有利には干渉フィルタ１１０を含み得る。

光透過装置１０１は、回路ボード１０２に配置され、クサビの形状を有し、したがって、第１、第２、及び第３表面を有する。光透過装置１０１の第３表面は、回路ボードへ向けられ、第１表面は、第１ＬＥＤ１０４へ向けられ、第２表面は第１及び第３表面を接続する。

第１ＬＥＤ１０４は、第１位置に配置され、更に、測定されるべき光源である。第１ＬＥＤ１０４から放射される光は、光透過装置１０１へ入射し、光ビームＡによって例示される。

第１位置は、第１ＬＥＤ１０４から放射される光が、装置１００へ容易に入射されるようにされ、このことは、第１位置が、光透過装置１０１の第１表面の前にあることを意味する。

第２ＬＥＤ１０６は、第２位置に配置される。第２ＬＥＤ１０６から放射される光は、光ビームＢによって例示される。

第２位置は、第２ＬＥＤ１０６から放射される光が光透過装置１０１の第２表面へ入射し、これにより装置１００から離れるように反射されように、構成される。

環境光又は迷光は、他の光源から発生し得、光ビームＣによって例示される。例示される場合において、光ビームは、第２表面へ入射し、装置１００から離れるように反射される。

第２表面の反射率を向上させるために、表面は、金属層１０８を用いて被膜され得る。この金属層は、例えば、アルミニウム層であり得る。

第２表面は、光ビームＢとして例示される第２ＬＥＤ１０６からの光及び光ビームＣとして例示される環境光などの外側の光だけでなく、光ビームＡとして例示される第１ＬＥＤ１０４からの光などの光透過装置１０１内における光も反射させる。

光ビームＡとして例示される第１ＬＥＤ１０４からの光が第２表面において反射されたあとに、この光は、干渉フィルタ１１０へ入射し得る。干渉フィルタの目的は、例えば第１ＬＥＤ１０４が波長520nmを有する緑ＬＥＤである場合520nmなど特定の波長を持つ光をフィルタ処理することである。干渉フィルタは、例えば、ファブリ・ペロー干渉計であり得る。

干渉フィルタへ入射する光が第１表面を介して光透過装置１０１へ入来し、第２表面において反射されたので、干渉フィルタへ入射する光に関する入射にする間隔は、より狭くなっている。このことは、図２に関連させて更に説明される。

より狭い間隔の入射の角度を有する光を有することによって、干渉フィルタ１１０のフィルタ応答の角度依存性が緩和される。

光は、干渉フィルタ１１０を通じて伝達された後に、光の量を記録する光センサ１１２へ入射する。

図２において、装置２００の光透過装置２０１、及び第１ＬＥＤ２０４が、より詳細に示される。

第１ＬＥＤ２０４から生じて装置２００の第１表面へ入射する光は、２つの異なる光ビームＡ１・Ａ２によって例示される。光ビームＡ１は、第１表面へ直接入射し、角度β_１で第２表面に当たる光を表し、Ａ２は、第１表面の端部近くに入射し、角度β_２で第２表面に当たる光を表す。

この図においてαとして記される第１及び第３表面の間の角度を選択することによって、aと記されるクサビの長さ、hと記されるクサビの高さ、及びxと記される装置の第２表面及び第１ＬＥＤの間の距離、並びに干渉フィルタへの入射の角度に関する間隔が、調整され得る。

ＬＥＤが本質的にそうであるように第１ＬＥＤ２０４が点光源であると仮定され、第１ＬＥＤが更にクサビの高さの中点において配置されると仮定される場合、干渉フィルタ２１０へ当たる入射の極端な角度は、

によって与えられる。

クサビの長さを10μm（a=10μm）に、第１及び第２表面間の角度を44°（α=44°）に、第１表面及び第１ＬＥＤ間の距離を138μm（x=138μm）に選択することによって、入射の角度の変動は4°より少なくなる。

図３において、本発明の第１の実施例が例示される。

本発明の代替的な実施例において、光センサ３１２は、光透過装置３０１の第３表面の長さの一部のみを覆う。第３表面の長さの一部のみを覆うことによって、第１ＬＥＤから光があまり光センサ３１２へ直接入射しなくなり、少しの光のみが、第３表面において最初に、その後、第２表面において反射し、そして最後に光センサ３１２へ入射する。

図４において、本発明の第２の実施例が例示される。

この実施例は、光センサ４１２を覆う干渉フィルタ４１０以外は第１実施例と同一である。

干渉フィルタ４１０を有することによって、所定の波長を有する光のみが光センサ４１２へ伝達される。

図５において、本発明の第３の実施例が例示される。

この実施例において、光センサ５１２の一部分が光学的バリア５１４によって覆われる。このことは、第２実施例に対する代替態様であり、図４に示される第２実施例と同一の有利な点を有する。

図６において、本発明の第４の実施例が例示される。

この実施例は、光センサ６１２を覆う干渉フィルタ６１０以外は第３実施例と同一である。

干渉フィルタ６１０を有することによって、所定の波長を有する光のみが光センサ６１２へ伝達される。

図７において、半球体型レンズの形態の角度制限構造７００が例示される。

光透過装置がクサビ型として形成される理由の１つは、光センサへ当たる光に関する入射の角度の間隔がより狭くなるからである。このことの効果は、干渉フィルタの角度依存性が低減されることである。角度制限構造７００を導入することによって、角度依存性はさらに低減される。

半球体型レンズの球状表面において、球体型レンズが配置され、半球体型レンズの平面表面においてレンズの中央部に配置される。この設計により、半球体型レンズの球体型表面に対して小さい角度で当たる光のみが光センサ７１２へ達する。好ましくは、センサの長さは、半球体型レンズの直径より小さい。

４つの例示的な光ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が例示される。

Ｄ１は、0°の入射の角度を有し、半球体型レンズの中心線から距離x₁で半球体型レンズへ当たる。光ビームＤ１は、半球体型レンズへ入るときに屈折し、光センサ７１２の１つの端部において入射する。

Ｄ２は、0°の入射の角度を有し、半球体型レンズの中心線で半球体型レンズへ当たる。光ビームは、屈折することなく半球体型レンズへ延続し、光センサ７１２の中央において入射する。

Ｄ３は、30°の入射の角度を有し、半球体型レンズの中心線から距離x₃で半球体型レンズへ当たる。入射の角度が入射の位置における半球体型レンズの角度に対応するので、光ビームは、屈折することなく半球体型レンズへ延続し、光センサ７１２の１つの端部において入射する。

Ｄ４は、30°の入射の角度を有し、半球体型レンズの中心線から距離x₄で半球体型レンズへ当たる。入射の角度が現在の位置における半球体型レンズの角度に対応しないので、光ビームは、光センサ７１２へ入射する前に屈折される。

図８において、本発明の第５の実施例が例示される。

この実施例は、ここでは半球体型レンズとして例示される角度制限構造８１６が光透過装置８０１内部に存在すること以外は、図５に示される第３実施例と同一である。角度制限構造８１６を存在させることによって、光センサ８１２へ当てられる光の入射の角度がより更に狭くなる。

図９において、本発明の第６の実施例が例示される。

この実施例は、角度制限構造干渉フィルタ９１８が、光透過装置９０１の第２表面へ向かって配置される角度制限構造９１６の表面に配置されること以外は、図８に示される第５実施例と同一である。角度制限構造９１６が半球体型レンズである場合、この表面は、半球体型レンズの球状表面である。

角度制限構造干渉フィルタ９１８を有することによって、干渉フィルタに対応する所定の波長を有する光のみが角度制限構造９１６へ伝達され、このことは、測定されるべき光源と同一の波長を有さない光は、高い程度に、干渉フィルタ９１６を通過するのを妨げられ得ることを意味する。

図１０において、本発明の第７の実施例が例示される。

この実施例は、干渉フィルタ１０１０が、角度制限構造１０１６及び光センサ１０１２の間に配置されること以外は、図８に示される第５実施例と同一である。

干渉フィルタ１０１０を角度制限構造１０１６及び光センサ１０１２の間に有することによって、干渉フィルタ１０１０に対応する所定の波長範囲を有する光のみが光センサ１０１２へ伝達され得、このことは、測定されるべき光源と同一の波長を有さない光は、高い程度に、伝達するのを妨げられ得ることを意味する。

図１１において、本発明の第８の実施例が例示される。

この実施例は、第６実施例の角度制限構造干渉フィルタ１１１８と、第７実施例の干渉フィルタ１１１０の両方が存在するような、第６及び第７実施例の組み合わせである。

２つのフィルタ、１つを光が角度制限構造１１１８に入る前に、１つを光が角度制限構造１１１８を離れた後に有することによって、光源と同一の波長を有さない光が光センサへ当たることを、高い程度に妨げられ得る。

図１２において、光源１２００、光源１２００からの光を測定するための、上述の実施例に記載の装置１２０２と、測定された光が所定の間隔内にあるかを決定する電気装置１２０４と、を備える照明器具が例示される。

更に、照明器具は、電気装置１２０４の決定に基づく光源１２００の制御のための制御器１２０６も有し得る。

本発明は、主にいくつかの実施例を参照して上述のように説明されてきた。しかし、当業者によってただちに理解されるように、上述される実施例以外の実施例も、添付の特許請求項によって規定されるように、本発明の範囲内において等しく可能である。

図１は、ある数のＬＥＤ及び光を測定する装置を備える照明機器の一般的な原理を概略的に例示する。 図２は、光を測定する装置をより詳細に、及び前記装置の光透過装置を通じて伝達される光の光学的経路、を概略的に例示する。 図３は、本発明の第１の実施例を概略的に例示する。 図４は、本発明の第２の実施例を概略的に例示する。 図５は、本発明の第３の実施例を概略的に例示する。 図６は、本発明の第４の実施例を概略的に例示する。 図７は、半球体型レンズの形態の角度制限構造を概略的に例示する。 図８は、本発明の第５の実施例を概略的に例示する。 図９は、本発明の第６の実施例を概略的に例示する。 図１０は、本発明の第７の実施例を概略的に例示する。 図１１は、本発明の第８の実施例を概略的に例示する。 図１２は、光を測定する装置を含む照明器具を概略的に例示する。

Claims (16)

1. 第１位置に配置される第１発光装置からの光を測定する装置であって、
   少なくとも３つの表面、すなわち第１表面、第２表面及び第３表面を有する光透過装置と、
   光センサと、
   を備え、
   前記第１表面が、前記第１位置からの入来する光のために構成され、
   前記第２表面が、前記光透過装置内において入射光を反射させるように構成され、
   前記第３表面が、出射する光が前記光センサへ入射するように構成される、
   装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記第２表面は、別の位置からの入射光を、前記光透過装置の外側において反射させるように構成され、これにより、前記別の位置からの前記光が前記光センサの外側へ入射するようにされる、装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置であって、前記光センサの長さが、前記第３表面の長さより短い、装置。
4. 請求項１又は２に記載の装置であって、開口を有する光学的バリアが、前記光透過装置の前記第３表面と前記光センサとの間に配置される、装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置であって、前記第２表面が、反射層を用いて被膜される、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、前記反射層が金属層である、装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、前記金属層がアルミニウム層である、装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置であって、更に、
   ある波長範囲内の光を選択する干渉フィルタ、
   を備え、前記干渉フィルタが、前記光透過装置の前記第３表面と前記光センサとの間に配置される、装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記干渉フィルタがファブリ・ペロー・フィルタである、装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置であって、更に、
    前記光透過装置内に配置される角度制限構造、
    を有する、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記角度制限構造が半球体型レンズ構造である、装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の装置であって、更に、
    前記角度制限構造に配置される角度制限構造干渉フィルタ、
    を有する、装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の装置であって、前記光透過装置がアクリレート製である、装置。
14. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の装置であって、前記第２表面及び前記第３表面が角度を形成し、前記第１表面が前記角度と対向する、装置。
15. 光源と、
    前記光源からの放射光を測定するための、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の装置と、
    前記測定される光が所定の間隔内にあるかを決定する電気装置と、
    を備える照明器具。
16. 請求項１５に記載の照明器具であって、更に、
    前記電気装置の前記決定に基づく前記光源の制御のための制御器、
    を備える、照明器具。

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