JP2010171024A - 光ビームの集束、分布およびズームのための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】LEDまたは白熱光源から放射された光を効率的にズーム焦点調節して、光のビームとして投射する。
【解決手段】LEDまたは白熱光源から周辺部前方立体角内に放射された光を反射鏡で反射して第一の指向ビームとし、LEDまたは白熱光源から中央部前方立体角内に放射された光をレンズで屈折して第二の指向ビームとし、第一の指向ビームと第二の指向ビームのエネルギ配分をズーム焦点調節により変化させる。その際、第一の指向ビーム内の光の方向は、影響を受けない。
【選択図】図5
【解決手段】LEDまたは白熱光源から周辺部前方立体角内に放射された光を反射鏡で反射して第一の指向ビームとし、LEDまたは白熱光源から中央部前方立体角内に放射された光をレンズで屈折して第二の指向ビームとし、第一の指向ビームと第二の指向ビームのエネルギ配分をズーム焦点調節により変化させる。その際、第一の指向ビーム内の光の方向は、影響を受けない。
【選択図】図5
Description
この発明は、発光ダイオード(LED)を用いた光源の分野に関し、特に、発光ダイオードから放射するエネルギを集める装置および方法に関する。該デバイスは、一般的なライティング、装飾用や建築用のライティング、携帯用や非携帯用のライティング、非常時用のライティング、光ファイバ照明その他の数多くの用途に使用可能である。
先行技術LED光源においては、典型的に、レンズか反射鏡を使用して、LEDから放射する光の2πステラジアンの前方立体角の光、すなわち前方半球波面の光の大部分を集光する。曲面Sを見る立体角Ωは、単位球面上への当該曲面の投影が覆う(占める)単位球面の表面積Ωとして定義されることを、思い起こされたい。これは、次の式[数1]によって表される。
ここに、n(「n」の文字の真上に符号「^」が付いた記号)は、原点からの単位ベクトル、daは、積分する曲面小片の面積の増分、rは、原点から曲面小片までの距離を示す。余緯度(極角)φと経度(方位角)θを用いた球座標で表すと、これは、次の式[数2]のようになる。
立体角は、ステラジアンで測られ、空間全体を見る立体角は、4πステラジアンである。
LEDからのエネルギが、第一レンズの反射鏡形状の内面と第一レンズの外側または内側の面に形成された第二レンズとの両方によって集められる場合、全内部反射(TIR)もまた用いられる。
典型的には、反射鏡のみを用いるデバイスは、二つの部分から成るビームを発し、そのビームの一つの部分は、反射鏡によって反射され制御され、そのビームの他の部分は、LEDからの直接放射であって、制御されない、すなわち、他の何らかの素子によって反射されたり屈折されたりしない。この二部分ビームが向けられる表面上では、直接光は、反射ビームの周りに大きな円光となって現れる。従来のLEDパッケージでは、ボールレンズが円柱棒の前に設置され、LEDからの側面放射エネルギは、チップ内の発光接合から外へ発せられるため、実質的に制御されず、すなわち実質的に全部が放射される。TIRシステムでは、LED接合から放射されたエネルギの一部は、パッケージの壁部を通って漏洩し、制御されないままである。加えて、バルク損失および形状損失も同じく存在する。LEDを凹面反射鏡の方に向けて後ろ向きにしたシステムにおいては、LEDからの中心部分エネルギが、LEDのパッケージ自体によって遮られ、そのエネルギは典型的に失われ、すなわち有益なビームに集められない。
必要なのは、LEDの放射エネルギのほぼ全部を効率的に集めることができて、実用的であるために必要な照明分布を有する指向ビームに投射することができる、何らかのタイプの設計である。
この発明は、LED光源と、反射鏡によって画定される周辺部前方立体角内にLED光源から放射されたLED光源からの光を反射する位置に置かれた当該反射鏡と、レンズによって画定される中央部前方立体角内にLED光源から放射された光を所定のパターンに集光するようにLED光源の縦方向前方に配置された当該レンズとを備えてなり、それにより、中央部前方立体角内および周辺部前方立体角内に放射された光で構成された光ビームを投射する装置、と定義される。光源は、ここに具体的に詳解する実施形態では、LEDとして説明されているが、白熱灯その他の光源によって完全な等価性(=均等性)をもって代替可能であると、正にそのように理解されたい。したがって、この明細書において「光源」を用いているいかなる箇所においても、それには、LEDや白熱灯、アーク灯、蛍光灯、プラズマアークライト、またはいかなる同等の現在知られているかまたは後に案出される光源が、可視スペクトル内か否かを問わず、含まれる、と理解しなければならない。さらに、光源は、そのようなLEDや白熱灯、アーク灯、蛍光灯、プラズマ光源、または他の現在知られているかまたは後に案出される光源の複数個をアレイ状の編成に集めて構成してもよい。
中央部前方立体角と周辺部前方立体角は、光源の光軸を中心とするおおよそ半角45°の回転面(約0.6πステラジアンの立体角の所)で互いに区画されている。光源は、LED発光体と、中にLED発光体が配置されるパッケージとを備えて構成されている。パッケージは、LED発光体から放射された光がパッケージにより屈折されるのを最小限に抑えるためのパッケージレンズを備えて構成されている。レンズは、パッケージレンズの縦方向前方に配置される。
一つの実施態様では、レンズは、パッケージレンズの前にスパイダによって懸架されている。
レンズは、LED光源によって中央部前方立体角内に放射された光を概ね平行光線化し、反射鏡は、LED光源によって周辺部前方立体角内に放射された光を概ね平行光線化する。この発明の一つの実施態様では、二つの別々に形成されたビームがあたかも一つのビームであるかのように現れる。しかしながら、設計者は、個々のビームに対して制御し、ビーム出力を個々にまたは一緒に調整して所望の結果を得ることもできる。別の好適な実施態様では、一つのビームまたは複数のビームが可変であり、どちらか一方または両方を調整することによって、ズームや拡大といった所望のビーム効果が得られる。
別の実施態様では、レンズはパッケージレンズ上に配置される。そのレンズは、第一の曲率半径r1 を有する周辺環状部分と第二の曲率半径r2 を有する中心部分とで構成され、ここに、r1 >r2 である。周辺環状部分は、LED光源から放射された光を、起こったとしても、最小限度しか屈折させない。そして、中心部分は、LED光源から放射された光を屈折させて所定の光パターンを形成する。
反射鏡には焦点があり、反射鏡の焦点は、LED光源に中心合わせしてある。
具体的に詳解する実施態様では、レンズは、中央部前方立体角が光軸を中心としておおよそ半角45°の回転面(約0.6πステラジアンの立体角)まで広がるように、LED光源に対して取り合わせ配置構成されている。反射鏡は、周辺部前方立体角が光軸を中心としておおよそ半角45°の回転面(約0.6πステラジアンの立体角)からおおよそ半角90°の回転面(2πステラジアンの立体角)まで広がるように、LED光源に対して取り合わせ配置構成されている。より具体的には、反射鏡は、周辺部前方立体角が光軸を中心とするおおよそ0.6πステラジアンの立体角から、光軸を中心とするおおよそ2πステラジアンの立体角まで広がるように、LED光源に対して取り合わせ配置構成されている。
一つの実装された実施態様では、レンズは、中央部前方立体角が光軸を中心とした0.6πステラジアンを超える立体角まで広がるように、LED光源に対して取り合わせ配置構成されており、そして、反射鏡は、周辺部前方立体角が中央部前方立体角から光軸を中心とした2πステラジアンを超える立体角まで広がるように、LED光源に対して取り合わせ配置構成されている。
この発明は、LED光源から光を放射するステップと、LED光源から周辺部前方立体角内に放射された光を反射して第一の所定のビーム部分にするステップと、LED光源から中央部前方立体角内に放射された光を集光して第二の所定のビーム部分にするステップとを含んで構成される方法とも定義される。中央部前方立体角と周辺部前方立体角とは、光軸を中心としたおおよそ0.6πステラジアンの立体角の所で互いに区画されている。光源がLED発光体と中にLED発光体が配置されるパッケージとを備えて構成される場合、当該方法は、さらに、LED発光体からパッケージを通って周辺部前方立体角内に放射された光が屈折されるのを最小限に抑えるステップを含んで構成される。光を集光して第二の所定のビーム部分にするステップは、LED光源によって中央部前方立体角内に放射された光を概ね平行光線化するステップを含んで構成される。光を反射して第一の所定のビーム部分にするステップは、LED光源によって周辺部前方立体角内に放射された光を概ね平行光線化するステップを含んで構成される。
レンズがLEDパッケージ上に配置される実施態様では、光を集光して第二の所定のビーム部分にするステップは、LED光源上に設けられたレンズを配置するステップと、LED光源から放射された光を第一の曲率半径r1 を有するレンズの周辺環状部分を通って周辺部前方立体角の中へと透過させるステップと、LED光源から放射された光を第二の曲率半径r2 を有するレンズの中心部分を通って中央部前方立体角の中へと透過させるステップとを含んで構成される。ここに、r1 >r2 である。LED光源から放射された光をレンズの周辺環状部分を通して出すステップは、LED光源から放射された光を、起こったとしても、最小限度しか屈折させない。LED光源から放射された光をレンズの中心部分を通して出すステップは、LED光源から放射された光を屈折させて所定の光パターンを形成する。
光を反射して第一の所定のビーム部分にするステップは、反射鏡の焦点をLED光源に中心合わせするステップを含んで構成される。光を集光して第二の所定のビーム部分にするステップは、中央部前方立体角を光源の光軸を中心としたおおよそ0.6πステラジアンの立体角まで広がるように形成するステップを含んで構成される。光を反射して第一の所定のビーム部分にするステップは、光軸を中心としたおおよそ2πステラジアンの立体角まで広がる周辺部前方立体角の中へと反射光を生じさせるステップを含んで構成され、より具体的には、光軸を中心としたおおよそ0.6πステラジアンの立体角から光軸を中心としたおおよそ2πステラジアンの立体角まで広がる周辺部前方立体角の中へとLED光源からの光を反射させるステップを含んで構成される。
一つの実施態様では、光を集光して第二の所定のビーム部分にするステップは、光軸を中心とした0.6πステラジアンを超える立体角まで広がる中央部前方立体角の中に集光ビーム部分を生じさせるステップを含んで構成され、そして、光を反射して第一の所定のビーム部分にするステップは、中央部前方立体角から光軸を中心とした2πステラジアンを超える立体角まで広がる周辺部前方立体角の中に反射ビーム部分を生じさせるステップを含んで構成される。
この発明の装置および方法は、文法的な流暢さのために作用面からの説明でもって記述してきたし、また記述していくが、各請求項は、米国特許法第112条でことさらに規程されていない限り、いかなる形でも「手段」または「ステップ」の限定解釈により必然的に限定して解釈されるべきでないこと、各請求項により規定される定義の意味および等価(=均等)の全範囲が司法上の均等論の下に与えられるべきであること、そして、各請求項が米国特許法第112条の下で明言的に規定されている場合は、米国特許法第112条の下で全法定等価物(=均等物)が与えられるべきであることを、正にその旨理解されたい。ここで、図面に移ることにより、この発明はよりよく思い描くことができ、そこでは同じ要素は同じ番号で参照されている。
第一の指向ビームと第二の指向ビームのエネルギ配分をズーム焦点調節によって、変化させることができる。その場合、第一の指向ビーム内の光の方向は、影響を受けない。
次に、請求の範囲に定義されるこの発明の具体的な詳解例として提示する好適な実施態様についての以下の詳細な説明に移ることにより、この発明およびその種々の実施態様をよりよく理解することができよう。請求の範囲により定義される発明は、以下に記述する具体的に詳解された実施態様よりも範囲が広くあり得ると、ここでは正にそのように理解されたい。
図1〜図4において、この発明を組み入れたデバイスが全体的に参照番号24により示されている。LED光源1が、従来のパッケージ内に収容されて示されており、それは、中に発光接合が画成されて、発光接合またはチップを覆う前部半球形前部ドームまたはレンズを提供する透明なエポキシまたはプラスチック製容器に収容された基板で構成されている。多数の異なるタイプや形状のパッケージがLED製造業者によって採用可能で、それら全てのタイプおよび形状のものは、この発明の範囲に含まれる。以降、この明細書では、「LED光源1」および別の実施態様では「LED光源18」とする用語は、中に発光接合またはチップが収容されたパシベーションパッケージを含むと理解されたい。図1は、この発明の好適な実施態様を示し、反射鏡3内の切込み26に取り付けたアーム9によってLED光源1の上方に第二レンズ2が懸架されている。レンズ2は、複合レンズや光学的レンズ組立体などの複数のレンズをも含む意味であるので、正にそのように理解されたい。反射鏡3の表面は、特別な処理を施されて、LED光源1から放出される光の波長に対して高度な鏡面または反射面とすることができる。具体的に詳解する実施態様において、レンズ2は、図1〜図4では半球形の前面20を有して示されており、そして、図1および図2の実施態様では平面状背面22を有し、図3および図4の実施態様では曲面状背面23を有して示されている。さらにまた、レンズ2は、半球形の前面20を有するものに限定される必要はなく、種々の配置構造の多レンズの組合せで置換してもよいと、正にそのように理解されたい。反射鏡3は、外装容器28を含むか、または、外装容器28に接続されていてもよく、外装容器28は、中にデバイス24が搭載される装置(図示されていない)への支持および接続を提供する。LED光源1は、LED光源1、反射鏡3およびレンズ2の共通の光軸上で、外装容器28その他の手段(図示されていない)によって反射鏡3の中心に配置されている。レンズ2は、反射鏡3から放射されまたは反射鏡3へ放射される光を可能な限り遮らない要領で、スパイダ9によって反射鏡3およびLED光源1の上方に懸架されている。図1および図2の実施態様は、三脚のスパイダ9を示しているが、多くの他の手段を全く等価(=均等)であるとして採用することができる。
図2において、LED光源1は、凹面反射鏡3のほぼ焦点に配置されていて、LED光源1の中心線または光軸上のおおよそ前方0.6πステラジアンの立体角(側面断面図では半角45°)と中心線または光軸上のおおよそ前方2.2πステラジアンの立体角(側面断面図では半角95°)の間の領域の中に放射されたLED光源1からのエネルギの本質的に全部を集めるようになっている。この領域内のエネルギは、図2の光線追跡図に光線7で代表されているが、光線5で図解するように反射される。中心線または光軸からおおよそ45°離れたところの光線4で図解されているLED光源1から直接放射した光は、反射鏡3によって反射されるかレンズ2によって集光されるかして、図2で光線4を辿る線分で記述されるように引き続き外へ出ることはない。
LED光源1から放射される光の内で、光線8で図解されるように、中心光軸から半角約45°と0°の角度内に含まれる光線は、図2に光線6で図解されているように、レンズ2によって集められ、レンズ2の光学特性によって制御される。レンズ2をLED光源1の上方に懸架するために、アーム9は、図1および図2に示すようであってもよいし、他の多数の配置構成で設けてもよい。アーム9に対する唯一の制約は、光の伝播への干渉を最小限に抑えながら、この発明の教示に合致する所望の縦方向位置で光軸上にレンズ2を支持することである。この発明の目的に合致する如何なるアーム9の配置構成も、この発明の意図の範囲内であるというつもりである。
したがって、この発明は、ビームのズームまたは可変焦点式に適用されることが理解できよう。例えば、図2の実施態様において、図7に分かりやすく描写されているように、電動式手段30、31をスパイダ9に結合し、したがって、レンズ2に結合して、レンズ2を反射鏡3の光軸に沿って縦方向に移動してズームを行ったり、生成されるビームの発散や収束を加減したりする。図7は、モータ30を歯車列31に結合して、ズーム制御のための原動力を提供するものを示す。手段30および31は、現在知られまたは今後案出される如何なるタイプの原動機構にしてもよく、例えば、回転可能なリング(図示せず)上に設けた複数の傾斜カムまたは傾斜路を備えて構成してもよく、そのカムは、一つの向きに回転させたとき、ばねで付勢されたスパイダ9を縦軸に沿って前向きに駆り立て、そして、リングを反対の向きに回転させたとき、ばねで付勢されたスパイダ8を縦軸に沿ってばね(図示せず)によって引き戻させる。リングは、手動で回転させることができるし、または、好ましくは、電気モータもしくはソレノイドで回転させことができる。それは、懐中電灯本体に取り付けられたスイッチ(図示せず)で制御されて、懐中電灯を把持する同じ手でのズーム焦点調節の片手操作を可能にする。手動で制御される手動式または電動式ズームが図解されているが、光学回路または無線周波回路がモータ30に結合されて遠隔操作を可能にした場合も、この発明の範囲に含まれる。
ズーム焦点調節の可変は、レンズ2、反射鏡3および/またはLED光源1のいずれかの組合せでの相対的な動きによって実現可能である。ここでは、レンズ2および反射鏡3を一つのユニットとして、固定のLED光源1に対して縦方向に変位させることができる。または、その逆に、つまりレンズ2および反射鏡3を一つのユニットとして固定して、LED光源1を移動させる。同様に、上述したように一つのユニットとした固定されたLED光源1および反射鏡3に対して、レンズ2を縦方向に変位させることもできる。または、その逆に、つまりレンズ2を固定しておいて、LED光源1および反射鏡3を一つのユニットとして移動させる。さらにまた、レンズ2、反射鏡3およびLED光源1の移動を各々段階的にかつ独立して行わせることができる場合も、この発明の範囲に入る。そのようなこれら要素の相対的移動を可能とし、この発明の趣旨内で動かすための原動力を提供する手段は、従来の設計原理を応用することによって得られる。
図5において、光線5は、反射鏡3から反射されてレンズ2には当たらない光線と定義される。図5の広角ビームの場合、光線5は、図6の狭角ビーム配置構成の場合の光線29が取る第一の位置に示されている。図6では、光線5は、半径方向外側へ移動する。これにより、エネルギは、図6のビームの反射され平行化された狭い部分から取り出されて、図5の広角ビーム配置構成におけるビームの発散する屈折された部分へ入れられる。この手段によって、広角ビームの強度は、それぞれ図6と図5との間の狭角ビーム配置構成から広角ビーム配置構成へとズーム移行する間にエネルギシフトが発生しない場合に比べて、より一層均一に保たれる。
図4は、この発明のさらなる実施態様の斜視図である。LED光源18および第二レンズ10(LED光源18上に接して設けられている)は、図3の側面断面図に分かりやすく示された凹面反射鏡17の内部に位置している。図3の実施態様では、レンズ10は、LED光源18自体とは別の素子である。図3の実施態様では、レンズ10は、LED光源18のパッケージの前面に合致する背面23を有するとして示されている。レンズ10の前面は、二つの部分25および27で形成された複合曲面となっていて、表面27が発光体12を概ね中心とした第一の曲率半径r1 を有する球面の周辺リングまたは方位角リングと、第二の小さい曲率半径r2 の面を有し表面27から突き出た中央半球面部25とで構成されている。ここに、r2 <r1 である。レンズ10は、これに代わって、LED光源18のパッケージの中に内蔵させることもできる。
LEDチップによって吸収されないLED発光体12から放射された光エネルギの本質的に全部が、図3の光線図において光線11、16または14で代表されている。光線16で代表されるLED発光体12から放射する光エネルギは、LED光源18の中心軸または光軸からおおよそ45°離れて、すなわち、前方0.6πステラジアンの立体角内に示されている。光線14は、光線16によって区画された前方0.6πステラジアンの立体角の外側に、中心軸または光軸から90°を超えて離れて、すなわち、前方2πステラジアンの立体角の外側に放射する複数の光線を代表している。中を光線14が通過するレンズ10の部分は、如何なる有意な程度にも光線14の方向に影響を与えたり屈折させたりしないように、LED発光体12を中心として本質的に球形である。光線15は、反射鏡17から反射された複数の光線を代表している。光線11は、LED光源18の中心光軸から光線16までの間のLED発光体12を中心とする円錐体の中、すなわち、前方0.6πステラジアンの立体角の中に存在する複数の光線を代表している。光線13は、レンズ10の表面25により屈折させられた複数の光線を代表している。中を光線13が通過するレンズ10の部分25は、光線13の方向を屈折させまたは変更する。図3に示す光線16および図2に示す光線4は、それぞれ光源1または光源18から直接放射されるように図示されているが、実際には、光線4および光線16は、それぞれ反射されて光線5および光線15となるか、または、屈折させられてそれぞれ光線6および光線13となるかのいずれかになるように、幾何学的構造が選択されている。
この発明は、LED光源1または18から照明のために放射された光エネルギをほぼ完全な、すなわち、100%の集光効率を提供し、集光したエネルギの制御された画定可能なビームパターンへの分配を提供する。LEDは、チップまたは基板の表面上に実装された発光領域である点に留意されたい。発光接合からの光は、主にチップの表面から前方へ向けられ、極僅かな量がチップの横方向および基板面より僅かに下方へ向けられる。接合から基板の中へ放射した光は、一部は反射され、一部は屈折され、一部は熱として吸収される。この発明は、LED光源1または18から放射された光すなわちエネルギで、それが取り付いている基板に吸収されないものをほぼ全部集光し、そして以下に述べるように、二つの別個の光ビームに向け直す。設計により、これらのビームは、主に単一の方向へ向けることができるが、異なる分布が望まれる用途においては、この限りではない。
この発明は、二つの領域または二つのビームにおけるLEDエネルギの全部を集める。第一の領域は、おおよそ前方0.6πステラジアンの立体角(側面断面図における45°半角)であり、第二の領域は、例えば、おおよそ前方0.64πステラジアンと2.17πステラジアンの間の立体角(それぞれ、側面断面図における47°半角と95°半角の間)にLED光源1または18から放射されたエネルギである。二つのビームの間の正確な角度分割線は、当面の用途によって変わる。このように、この発明は、LED光源1または18から放射するエネルギのほぼ全部を、表面の僅かの形状損失および半球形ボールレンズ2のための懸架手段9による損失のみで、制御する。形状損失(figure losses)は、光学系のある観点での不完全さによる光損失であり、これには、光路中の継ぎ目(seams)、辺縁(edges)、平縁(fillets)その他の機械的欠陥(disruptions)が数学的な鋭さで完璧に定義されないで、波長程度またはそれより大きい顕微鏡的凹凸または物理的公差を有する三次元物質から出来ているという事実から生じる不完全さによる光損失がある。無限に鋭くはないフレネルレンズの辺縁、すなわち、光の波長より大きい規模で少なくとも部分的に鋭さの欠損を少なくとも有するフレネルレンズの辺縁に起因する損失が、そのような形状損失の一例である。
例えば、図1および図2の実施態様では、第一の領域のエネルギは、LED1の上方に懸架されたレンズ2を介して集められる。第二の領域のエネルギは、反射鏡3を介して集められる。集光角が僅かに重なっているのは、LED発光体が点光源より大きことにより、発光体からのエネルギが2つの領域の間から漏れ出ないようにするためである。主要素子であるレンズ2および反射鏡3のいずれか一方または両方を変更することによって、システムの諸要件を満たすように最終ビームを設計することができる。この発明によれば、表面20および22のいずれかを変更して最終ビームを制御することができる。
反射鏡3は、平行進行するビーム、収束するビーム、または発散するビームを提供するように設計することができる。反射鏡3は、一般的な円錐形をしていてもよいし、していなくてもよく、また、所望のビームパターンを提供するように、切子面が刻まれたり小さな窪みが作られたり、その他の変更を加えてもよい。採用随意であるが、該デバイス24は、反射鏡3およびレンズ2から放射する光をさらに制御しまたは変更する少なくとも一つの追加のレンズおよび/またはLEDパッケージの一部としての追加の表面を有していてもよい。
したがって、発光体12に対する縦方向の位置決めを含むレンズ2および10の光学的設計は、この発明の目的を達成するために、この発明の教示に従って変更することが可能であることが理解できるであろう。例えば、二つの部分から成るビームの中央部立体角内における照明の特性を、レンズ2および10の光学的設計、例えば平行光線化の程度によって操作することができる。さらに、ビームの二つの部分、すなわちビームの中央部立体角と周辺部立体角の間の区分線および遷移部は、発光体12に対するレンズ2およびレンズ10の縦方向位置および半径の大きさ、つまり広がりによって操作することができる。
多数のデバイス24を配列したアレイを複数設けて追加の機能性を持たせてもよい。これらの配列には、この発明を二つ以上の実現形態で含ませて、個々にレンズ2および反射鏡3の各独特な組を備えることにより最適化することもできる。例えば、上述したデバイスのアレイを使用すれば、単一のセルまたはユニットよりも多くの光を提供することができる。そのようなアレイにおけるこの発明に従った種々の光源を、選択された方向に向けることができ、それは、当面の照明用途に応じた各光学素子それぞれの設計によって異なる。それらの素子は、個々にフォーカスまたはビームパターンを異ならせてもよいし、または、クラスごとに異なるフォーカスまたはビームパターンを有する少なくとも二以上のクラスの素子で構成してもよい。例えば、この発明を街灯に適用した場合、街灯をアレイ状に設計して、ランプアレイの直下には広がったビームを投射し、照明パターンの周縁へはより絞ったまたはより特定にフォーカスしたスポットまたはリングで光を投射するようにしてもよい。
多くの変更や修正が、この発明の精神および範囲から逸脱することなしに、当業者によってなし得るであろう。例えば、具体的に詳解したこの発明の実施態様は、携帯型の懐中電灯について説明してきたが、潜在的な応用範囲はもっと広く、具体的には、ヘッドライト、バイク灯、戦術用閃光灯、医科用ヘッドライト、車両用前照灯または尾灯、オートバイ用照明、飛行機用照明、海上および潜水船舶用照明、非携帯型ランプなど、これらに限定されないが、LED光源が望まれる他のいかなる用途にも応用できる、と理解されなければならない。
さらに、この発明が懐中電灯として実現された場合、スイッチやフォーカスのオプションや組合せを複数用意することができる。例えば、テールキャップスイッチを、懐中電灯頭部または他の部分をねじることによって手動で操作されるフォーカスやズームの手段と組み合わせてもよい。テールキャップスイッチは、ねじり式オンオフスイッチ、摺動式スイッチ、揺動式スイッチまたは押ボタン式スイッチとして実現することができ、フォーカス用の電子スイッチと組み合わせれることができる。スイッチの性質、形態および位置ならびにその操作制御は、現在知られまたは今後案出されるいかなる形態をも取ることができ、また、手動、電動または自動のフォーカス手段および現在知られまたは今後案出されるいかなる形態をとることもできるフォーカス手段と組み合わせることもできる。
したがって、ここに具体的に詳解した実施態様は、単に例示の目的で記載されたものであり、前掲の特許請求の範囲により定義される発明を制限するものと受け取ってはいけないと理解されなければならない。例えば、ある請求項の複数要素が一つの特定の組合せで記載されているという事実に拘わらず、この発明は、より少ない要素、より多い要素、または異なる要素での他の組合せをも、たとえそのような組合せが当初請求されていなくても、ここに開示されているものは含むものであると、正に理解しなければならない。
この発明およびその各種実施態様を記述するためにこの明細書で使用された用語は、その一般的に定義された意味においてだけでなく、この明細書における特別の定義により、その一般的に定義されている意味の範囲を超えた構造、材料または働きを含むと理解すべきである。したがって、一つの要素がこの明細書の文脈の中で二つ以上の意味を包含すると理解できる場合には、特許請求の範囲でのその使用は、この明細書およびその用語自体により裏付けられる全ての可能な意味について包括的であると理解しなければならない。
したがって、前掲の特許請求の範囲の用語および要素の定義は、この明細書において、文言どおりに記載された要素の組合せだけでなく、実質的に同一の要領で実質的に同一の作用をして実質的に同一の結果を得る全ての等価な(=均等な)構造、材料または働きを包含するものとして、定義されている。したがって、この意味で、前掲の特許請求の範囲におけるどの一つの要素を二つ以上の要素で等価的に(=均等的に)置換してもよいこと、または、特許請求の範囲における二つ以上の要素を単一の要素で置き換えてもよいことを、筆者は意図している。複数の要素が特定の組合せで働くように上述され、そのように当初請求されているかも知れないが、請求された組合せからの一つまたは複数の要素は、場合によっては、その組合せから外すことができ、また請求項された組合せは部分的組合せにまたは部分的組合せの変形に向けられてもよいことを、篤と理解されたい。
当業者から見て、請求された主題からの非実質的な変更は、現在知られているものでも今後案出されるものでも、特許請求の範囲の等価物(=均等物)であると意識的に意図している。したがって、当業者にとって現在知られており今後知られる自明な置換は、定義された要素の範囲内であるものと定義されている。
したがって、特許請求の範囲は、上記に具体的に図解および記述されたもの、概念的に等価な(=均等な)もの、自明に置き換えできるもの、およびこの発明の必須の思想を本質的に取り込んでいるものを包含していると理解されるべきである。
1、18 … 光源
2、10 … レンズ
3 … 反射鏡
30 … モータ
31 … 歯車列
2、10 … レンズ
3 … 反射鏡
30 … モータ
31 … 歯車列
Claims (3)
- 光源と、
前記光源から周辺部前方立体角内に放射された光を反射して第一の方向付けられたビームとする反射鏡と、
前記光源から中央部前方立体角内に放射された光を方向付けて第二の方向付けられたビームとするレンズと、
ズーム焦点調節のときに、前記第一の方向付けられたビームから前記第二の方向付けられたビームへまたは前記第二の方向付けられたビームから前記第一の方向付けられたビームへと光をシフトし、その場合、前記第一の方向付けられたビームと前記第二の方向付けられたビームとの間で光をシフトした後も、常に前記第一の方向付けられたビーム内にある光の方向は、影響を受けないように構成されたシフト手段と
を備えてなる装置。 - 光源と、
前記光源から周辺部前方立体角内に放射された光を反射して第一の方向付けられたビームとする反射鏡と、
前記光源から中央部前方立体角内に放射された光を方向付けて第二の方向付けられたビームとするレンズとを備えてなり、
前記レンズと前記光源との間には、他の光学素子は配置されておらず、
前記光源、反射鏡およびレンズは、ズーム焦点調節のときに、前記反射鏡および前記光源の一緒に対する前記レンズの相対移動または前記レンズに対する前記反射鏡および前記光源の一緒の相対移動が、前記第一の方向付けられたビームから前記第二の方向付けられたビームへまたは前記第二の方向付けられたビームから前記第一の方向付けられたビームへと光をシフトし、その場合、前記第一の方向付けられたビームと前記第二の方向付けられたビームとの間でエネルギをシフトした後も、常に前記第一の方向付けられたビーム内にある光の方向は、影響を受けないように取り合わされ配置構成されている
ことを特徴とする装置。 - 光源から光を放射するステップと、
前記光源から周辺部前方立体角内に放射された光を反射して第一の方向付けられたビームとするステップと、
前記光源から中央部前方立体角内に放射された光を方向付けて第二の方向付けられたビームとするステップと、
ズーム焦点調節のときに、前記第一の方向付けられたビームから前記第二の方向付けられたビームへまたは前記第二の方向付けられたビームから前記第一の方向付けられたビームへと光をシフトし、その場合、前記第一の方向付けられたビームと前記第二の方向付けられたビームとの間でエネルギをシフトした後も、常に前記第一の方向付けられたビーム内にある光の方向は、影響を受けないようにしてあるステップと
を含んでなる方法。
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