JP2010538432A - 複数の制御可能な光照射ダイオードを備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の色、明度および放射特性が調節可能であり、小型構造であり、自律動作が可能であり、必要に応じて複数の同様の照明装置と組み合わされることにより、制御可能かつ実質的に均一な発光を生じる照明器具を構成する照明装置を提供する。
【解決手段】本発明の照明装置は、モジュール支持体２と、ＬＥＤ４を制御する自律式のモジュール用電子装置とを備える。モジュール支持体２には光源３が配置されており、そのボード３０に、異なる波長の光を放射する複数の制御可能な発光ダイオード４が接続されている。異なる波長の光を放射する複数のＬＥＤ４がボード３０において適宜選択、構成および配置され、かつ、モジュール電子装置が個々のＬＥＤ４を制御することにより、照明モジュール１から所定の混光を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の照明装置に関する。

発ダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）と呼ばれる発光体により、その表面全体で均一に発光する平坦なライト（照明器具）を製造できるようになった。構造の大きいものでは、「ソフトライト」や「フィルライト」と称される面状照明器具または光源（Aufheller）が、あらゆるプロフェッショナル照明の分野で使用されており、映画撮影用カメラまたはビデオカメラの直ぐ近傍で用いられるポートレイト撮影用照明装置として用いられたり、車両や階段の踊り場などの狭い場所で用いられたり、イベント照明や舞台照明でのライトウォール（光壁）の形成に用いられたりする。

特許文献１には、以下に示す支持体を備えた照明装置が開示されている。この支持体には、電子構成品を接触させるための接続点と、接続点同士を相互接続し、当該接続点を電源に接続する導体とが設けられている。また、この支持体には、発光ダイオード、制御電子装置、および発光ダイオードの電源をオン／オフするスイッチング装置が配置されている。詳細には、発光ダイオードは、白色光を発するものであり、前記接続点と電気的に接触するようにして支持体に機械的に取り付けられている。制御電子装置は、周辺の明るさを測定して発光ダイオードの明度を調節する光センサと、発光ダイオードの発光強度を制御するパルス幅変調回路とを含む。

このような照明装置を複数組み合わせる場合、これら照明装置全体としての特性を決定するにあたって、個々の照明装置の所定の放射特性および動作を考慮する必要がある。さらに、支持体には複数の制御電子装置が一体化されているため、当該知られた照明装置は相当のスペースを必要とする。例えば、複数の照明装置を組み合わせてライトを構成した場合、実際の用途では許容できないほどの大寸法となり、かつ、制御電子装置およびスイッチング手段とともに支持体に配置される個々の発光ダイオード間の離間距離が大きくなるので、ライトにしては発光体の数が少な過ぎる。したがって、当該知られた照明装置の用途は、車両、ライトスポット（Leuchtspot）、読書用ランプなどに限られてしまう。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えたスポットライトは、例えば、フィルム撮影用カメラやビデオ用カメラの付属ライトとして使用され、「昼白色」または「温白色」の色温度を有するが、温白色から昼白色への色温度の連続的または正確な点灯／切替が不可能であり、かつ、フィルム撮影またはビデオ撮影時の演色性に不満が残る。

フィルム撮影またはビデオ撮影の照明用ＬＥＤライトにおいて、非連続なスペクトル分布となる異なる色の複数のＬＥＤを用いた場合、これらＬＥＤは色温度および演色性に関しては必要な数値に達するが、それでも、フィルム撮影においては、白熱ライト、ＨＭＩライトや日光を用いた場合と比べて、色かぶりが大きくなる。これは、混光を行うのに十分に適切でない。

特許文献２には、以下の照明装置が開示されている。この照明装置は、異なる単色光を発する複数のＬＥＤチップを備えており、これらＬＥＤチップは、断面直方形状の３次元支持体における凹部に挿入され、導体に電気的に接続されて透明なプラスチック材料で密封されている。これらＬＥＤチップの発光方向には、光制御を行うマイクロレンズで構成された透明なプラスチック材料の拡散板が、前記３次元の支持体に接続されて設けられている。赤色、緑色、青色、黄色の単色光を発する複数のＬＥＤが支持体の凹部に配置されて、互いに異なる混色および光拡散を実現する複数のモジュールを、マトリクス状に組み合わせることにより、光色および光拡散が調節可能な照明装置を構成することができる。

マトリクス状構造のこの照明装置の場合も、発せられる光の総合的な特性は、３次元の支持体の凹部に配置された個々の光モジュールによって決まる。そのため、個々のモジュールを変更するたびに、照明装置の全体としての特性を新たに設定しなければならない。色特性および光拡散などの各特性は、照明装置の個々のモジュールごとに指定されているので、照明装置が発する光の総合的な特性は、モジュール単位で動作不良が生じた場合に著しく変化する可能性がある。

独国実用新案第２０２００４０１６６３７号明細書 欧州特許出願公開第０９２１５６８号明細書

本発明の目的は、光の色、明度および放射特性が調節可能であり、小型構造であり、自律動作が可能であり、必要に応じて複数の同様の照明装置と組み合わされることにより、制御可能かつ実質的に均一に発光する照明器具、特に、ライト、面状照明器具またはライトパネルを構成する照明装置を提供することを目的とする。

本発明において、上記目的は、請求項１に記載の構成によって達成される。

本発明に係る解決手段により、光の色、明度および放射特性が調節可能であり、小型構造であり、自律動作が可能であり、そのモジュール性に基づき必要に応じて複数の類似の照明装置と組み合わせることで、制御可能かつ実質的に均一な発光を生じる照明器具、特に、ライト（ヘッドライトやスポットライト）、面状照明器具またはライトパネルを構成することが可能な照明装置を提供できる。本発明の配置構成および作動に基づき、異なる波長の光を発するＬＥＤを適宜選択することにより、最適な色空間で調節可能な混光が得られ、白色光の場合には、最適な演色性が得られる。

上記照明装置は、実質的に照明モジュールから構成される。この照明モジュールでは、様々な波長の光を放射する複数のＬＥＤを備えた光源と、光源のＬＥＤを作動させるモジュール用電子装置とが一体化されており、これらモジュール用電子装置とＬＥＤは、当該照明モジュールのモジュール支持体に接続されている。照明モジュールに１つ以上の温度センサおよび／またはカラーセンサを設けることにより（これら１つ以上の温度センサおよび／またはカラーセンサは、ＬＥＤとともに、モジュール支持体に接続されたボード上にコンパクトに配置される）、マイクロコントローラを具備したモジュール用電子装置による、光源の自律的な電気駆動および自律制御が可能となる。

さらなる一構成では、混光および／またはビーム成形を行う光学要素が、照明モジュールに接続されてもよい。照明モジュールを複数並べて、これらのモジュール用電子装置を上位制御調節手段に接続することにより、照明器具用の制御可能かつ調節可能な光源を製作することができる。この光源は、ビーム成形を行うさらなる光学手段に接続されてもよい。

異なる波長の光を発するＬＥＤを適宜選択およびＬＥＤの編成を適宜変更し、光源のボード（基板）上における当該ＬＥＤの配置を変更し、モジュール用電子装置によって当該ＬＥＤを適宜動作させることにより、照明モジュールが発する光の明度のみならず、照明モジュールの混光のパラメータ、例えば、光色、色温度、クロミナンスなどを調節することができる。

演色性が最適化された動作モード、すなわち、極めて優れた演色性を具備した白色光が主に発光される、照明目的の動作モードと、明度が最適化された動作モード、すなわち、高い発光強度を具備した有色光が主に発光される、スタジオ、劇場および効果照明目的の動作モードとは、互いに大きく異なる。照明モジュールおよび上位制御調節手段、または照明モジュールおよび電子ソフトウェアモジュールを適宜プログラムすることにより、これら２つのオプションをユーザに提供することができる。

照明モジュールのモジュール構造および構成を利用することにより、様々な種類および寸法の照明器具、例えば、ライトや面状照明器具を形成することができる。

異なる波長の光を発する複数のＬＥＤをモジュール用電子装置によって別々に動作させることにより、または同一の波長の光を発するＬＥＤからなるＬＥＤグループをモジュール用電子装置によってグループ単位で動作させることにより、複数の異なる有色ＬＥＤが発する光で構成される混光を、温度に関係なく確実に調節することができる。

マイクロコントローラを具備したモジュール用電子装置により、ＬＥＤを動作させる制御プログラムを変更することができ、または上位の外部のコントローラ（すなわち、照明モジュールと別体のコントローラ）と照明モジュールとを接続することができる。このようにして、照明モジュールのモジュール用電子装置は、全体の制御を行うことができ、場合に応じて、自律式の照明モジュールの調節を行うこともできる。これにより、外部のコントローラの負担を軽減することができる。

好ましくは、モジュール用電子装置は、様々な波長の光を発するＬＥＤで構成される混光の明度、色およびクロミナンスが一定になるように、照明モジュールの温度および／または動作、および／または照明モジュールによって発せられる混光の明度および／または色に応じて、ＬＥＤを制御する。これにより、外部の制御調節手段を必要とせずに局所的な温度補償を行うことができ、自律式の照明モジュールを提供することができる。

本発明に係る解決手段のさらなる一構成において、照明モジュールによって発せられる混光の明度およびクロミナンスは、モジュール用電子装置によって調節可能であるか、またはモジュール用電子装置を介して較正可能である。

照明モジュールの精密な較正が可能であることにより、有利なことに、使用されるＬＥＤの誤差を補償でき、そのためＬＥＤ誤差の許容範囲が広がる。これにより、誤差の小さいＬＥＤを多数調達して在庫に蓄えておく必要なく、動作が同一である複数の照明モジュールを製作することができる。

ＬＥＤの波長および光を適宜選択し、光源のボード上におけるＬＥＤの配置構成のみを工夫することにより、様々な波長の光を発するＬＥＤの最適な混光を、照明モジュールから少し離れたところで達成することができる。これを実現するため、ＬＥＤは、光源のボードにおいて互いに小さい離間距離で配置され、かつ、当該ボードに設けられた導体および光源の電気端子を介して、モジュール用電子装置と接続される。

モジュール用電子装置を備えた光源は、必要に応じて様々な構成とすることができる。これを実現するため、光源とモジュール用電子装置との間のインターフェースは、使用されるＬＥＤの全ての端子を光源の外側に案内し、そこで当該端子をモジュール用電子装置のボードと接続するように構成されている。この接続は、一般的なグリッド状（直線状）に配置されたはんだ付け用のラグ端子、および／または多極型コネクタもしくは直接ワイヤボンド接続によって行われる。特に、直接ワイヤボンド接続を用いることにより、極めて小型かつ低コストで、高輝度の光源を得ることができる。

照明モジュールの光源とモジュール用電子装置とのインターフェースの上記のような構成により、様々な構成のＬＥＤを備えた光源を、ＬＥＤを動作させる一般的なモジュール用電子装置に接続することができ、これにより、照明装置が発する混光を調節することができる。このようにして、例えば、様々な色特性を具備した照明装置を得ることができる。

照明モジュールのモジュール構造および自律動作により、発光領域の特定の部分の完全なオン状態から完全なオフ状態までの範囲で色および明度の動的な変更、ならびに特殊効果が容易となる。例えば、ポートレイト照明では、発光領域の一部をオン状態とすることで発光方向を変化させることができ、またはカラーフリンジ（色ぶち）を選択的に生成することができる。

同一の照明モジュールを複数用いることにより、そのモジュールの多様性のおかげで、広い発光面を備えた面状照明器具、および束ねられた光または広げられた光を発光するライトのいずれも製作することができる。照明装置の特性は連続的に変化させることができ、すなわち、照明装置の中心部における数個のモジュールを高出力で動作させる「スポットライト」の場合と、多数のモジュールを低出力で動作させる「ソフトライト」の場合との間で照明装置の特性を連続的に変化させることができる。

上述のライトの光放射面は、必ずしも直方形状や平面体形状でなくてもよく、例えば、ライトストリップ、バー形状、Ｌ字形状、リング形状など、主に四角形状の照明モジュールを用いることで実現可能な、様々な形状に形成可能である。複数の照明モジュールからなる湾曲した光放射面は、特定の効果を達成することができる。さらに、任意の幾何学形状、例えば、ジグザグ形状、円形状、楕円形状などになり得る可動性の連続体の形態の、いわゆる「ＬＥＤスネークライト」も形成可能である。

ＬＥＤとモジュール用電子装置との電気接続を保護する優れた絶縁特性と、ＬＥＤの能力を最適に利用するための最大限の熱伝導性との間で良好な折衷を達成するために、ＬＥＤを支持する光源のボードは、優れた熱伝導性を有する電気絶縁材料で構成される。好ましくは、その光源のボードは、窒化アルミニウム製のボードまたはメタルコア基板である。

例えば、光源をモジュール用電子装置に直接はんだ付けするか、または光源をモジュール用電子装置の開口部に差し込むことにより、光源とモジュール用電子装置とを互いに直接接続することができる。この場合、平坦かつ省スペースな構造を実現できる。照明モジュールは、その全体を、より大きいヒートシンクまたはライトハウジングに例えばねじで取り付けされることができる。光生成ユニットを、当該より大きいヒートシンクに直接接続することは、熱的に有利である。

したがって、モジュール支持体は、プレートとして形成されたボードおよび／またはモジュール用ヒートシンクのベース部を挿入するための開口部を有するプレート状に形成されてもよい。また、モジュール支持体は、ボードおよび／またはモジュール用ヒートシンクを締結するための取付孔、および当該モジュール支持体をマザーボードに接続するための接続要素を備えてもよい。

ＬＥＤの能力を、当該ＬＥＤの使用寿命を損なうことなく最適に利用できるように、光源のボードは、モジュール用ヒートシンクに、熱伝導性に優れた形態で接続され、好ましくは、モジュール用ヒートシンクの、当該モジュール用ヒートシンクの表面よりも盛り上がったベース部に配置される。これにより、ボードは、モジュール支持体の表面よりも高い位置に配置される。また、モジュール用ヒートシンクの、前記ベース部が組み込まれた表面は、当該モジュール用ヒートシンクをモジュール支持体と接続するための締結要素を備えている。

代替的な一実施形態として、光源とモジュール用電子装置とを、共通の支持体構成品、例えば、モジュール用ヒートシンクに取り付けてもよい。本実施形態では、前述の実施形態と同じく優れた放熱性が実現可能なだけではなく、有利なことに、照明モジュール全体とライトハウジングまたは冷却手段とを、ねじやピンなどの一般的な締結要素で単純かつ確実に機械的に接続でき、また、ボードまたはモジュール用電子装置のモジュール支持体が機械負荷に曝されない。好ましくは、モジュール用ヒートシンクは、銅やアルミニウムなど、極めて優れた熱伝導性を備えた材料で構成される。

好ましい一実施形態において、光生成ユニットは、モジュール用電子装置よりも高い位置に取り付けられる。これにより、ねじや溝付きピンなどの締結要素、および電子構成品を、ＬＥＤの光路を妨げることなく、モジュール用電子装置の上面に配置することができる。これにより、下流側の光学要素は、外方に向けて放射された全ての光ビームを集めることができる。すなわち、この下流側の光学要素を、極めて高効率なものとすることができる。

特に、モジュール支持体はプレート状であり、モジュール用電子装置のボードを構成している。好ましくは、モジュール支持体は、同様の構造の複数のモジュール支持体（したがって、同様の構造の複数の照明モジュール）をほぼ連続して並べることを可能にする輪郭を有しており、これにより、照明器具の発光面を形成することができる。

複数の照明モジュールのモジュール支持体を、外部のコントローラを具備したマザーボードにおける取付部に挿入することができる。これにより、照明器具用の、より大きい光源を形成することができる。

好ましい一実施形態において、モジュール用電子装置は、電源回路、マイクロコントローラを有するデジタル電子装置、および種々の色チャネル用の複数の同様の駆動回路で構成される。同様の構造の複数の駆動回路が、個々のＬＥＤを別々に駆動するか、または互いに同一の波長の光を発する複数のＬＥＤを同時に駆動することにより、モジュール用電子装置のモジュール構造が実現される。各駆動回路は、パルス幅変調制御信号を発するマイクロコントローラの出力に接続されており、また、供給電圧を供給される。

製造技術が異なるＬＥＤチップファミリーが使用される場合を考慮し、その際の照明モジュールの電力損失が最小限に抑えられるように、複数種類の供給電圧が、個々の駆動回路またはグループ毎のの駆動回路に供給される。つまり、本発明の他の構成において、モジュール用電子装置には、一種類以上の動作電圧が供給され、必要なＬＥＤ電流を生成、安定化および制限する。

駆動回路は、当該駆動回路に対する供給電圧に接続された、温度補償された定電流源を含み、かつ、各駆動回路によって駆動されるＬＥＤに一定の電流が供給されるように、当該ＬＥＤに直接接続された電子スイッチを動作させる。

マイクロコントローラとのデジタルシリアルインターフェースにより、色チャネルの駆動、較正、照明モジュールからの状態情報（例えば、ボード温度）の取出し、および動作プログラムの書き込み（Uberladen）（ダウンロード）が実質的に可能となる。好ましくは、照明モジュールのインターフェースはネットワーク対応であり、フィールドバスの形式で構成されている。これにより、多数の照明モジュールをバス上で動作させることができる。

詳細には、照明装置において同様の構造の複数の照明モジュールを互いに接続した場合、モジュール用電子装置は、シリアルインターフェースを介して外部のコントローラとデータを交換（やり取り）してＬＥＤを連続的に駆動させる。好ましくは、モジュール用電子装置は、パルス幅変調信号を用いて、ＬＥＤを連続的に駆動させる。

複数の照明モジュールを組み合わせて１つの大きいライトを形成したとき、ライトにおける互いに異なる部分が、それぞれ異なる加熱温度となる場合がある。これは、例えば、太陽による外部からの加熱、近傍に位置する別のライトによる加熱、温度の高い空気が上昇するライト内部の熱対流などで生じる。これらは、照明モジュール間の発光明度に差が生じることで発生する。これにより、ライトは、光放射面に沿って均一の明度が得られなくなり、また、最も温度の低い部分に向かって明度の勾配が生じる。しかしながら、マイクロコントローラおよびデジタルインターフェースを備えた照明モジュールは、ボード温度を測定し、これをバス参加装置である他の照明モジュールに送信する。中心的なマスタモジュールまたは外部のコントローラは、これらのデータを用いて、光放射面の明度が均一になるように照明モジュールを動作させる。これにより、上述のような影響が解消される。

同様の構造の複数の照明モジュールで構成される照明装置において、外部のコントローラは、全ての照明モジュールのボード温度を定期的にスキャンし、測定された最高温度を示す信号を、全ての照明モジュールに対して発行し、同期命令の後、この測定された最高温度を示す信号に基づいて明度追従（明度の切替）を実行する。

上述のような影響の補償は、照明モジュールに明度センサおよび／またはカラーセンサを設け、これらの信号を評価および送信することによっても実行できる。この場合、補正は、ボード温度ではなく、明度または色に基づいて直接行われる。

様々な波長の光を発する複数のＬＥＤからなる光生成ユニットの上記構成により、ハードウェアを変えることなく、モジュール用電子装置によってＬＥＤを単に動作させることにより、所望の混光が得られる。この混光は、任意で、明度センサおよび／またはカラーセンサを設けることにより、補償および／または自律調節することができる。

好ましくは、ＬＥＤは、チップオンボード技術、好ましくは、接着、フリップチップ、導電性接着によってボードの導体に電気的に接続されたＬＥＤチップとして構成される。

ＬＥＤがＬＥＤチップとして構成されていると（好ましくは、ＬＥＤチップは接着によってボードに接続される）、既に形成されている導体と光源のボードの縁部に設けられた端子とを単に接触させるだけで、照明モジュールへのＬＥＤの一体化を簡単に実行することができる。このようにして、様々な波長の光を発するＬＥＤの、光源のボードに対する自動的実装が可能となる。

最適の混光および混色を実現するための、各種明度、光特性および色空間を達成することが可能な、光源のボード上におけるＬＥＤの配置構成として、様々なものが考えられる。すなわち、
−ボードの中心部に、白色光を発する少なくとも１つのＬＥＤチップが配置され、ボードの当該中心部の周りにおいて、当該ＬＥＤチップの周りに同心円状かつ回転対称状に配置され互いに角度方向に等間隔で離間した複数のＬＥＤチップが設けられている、
−ｎ個のＬＥＤチップが設けられており、これらｎ個のＬＥＤチップのうち、ｎ／３個のＬＥＤが白色光または温白色光を発し、ｎ／６個のＬＥＤが赤色光、青色光、緑色光、および黄色光もしくは琥珀色光を発するものであり、詳細には、４つのＬＥＤチップが内側の四角形を形成し、さらなる８つのＬＥＤチップが、前記内側の四角形の中心部の周りにおいて、当該四角形と同心の円周に沿って配置されているか、または前記内側の四角形と同軸の外側の四角形の各辺において、対毎に配置されている、
−白色光または温白色光を発する４つのＬＥＤチップが内側の正方形を形成し、前記内側の正方形の中心部の周りにおいて、当該正方形と同心の円周に沿って、赤色光、青色光、緑色光、および黄色光もしくは琥珀色光をそれぞれ発する、互いに１８０°ずれた２つのＬＥＤチップからなる対が、隣り合うＬＥＤチップに対して４５°ずれて配置されている、
−有色光を発する４つのＬＥＤチップが前記内側の正方形を形成し、当該内側の正方形と同心の外側の正方形の各辺において、白色光または温白色光を発する１つのＬＥＤチップと有色光を発する１つのＬＥＤチップとからなる対が配置されている。

これら全ての変形例において、ボード上における照明モジュールのＬＥＤの近接配置構成が可能であり、よって、様々な有色ＬＥＤによる最適の混光を確保することができる。

本発明の照明装置のさらなる有利な構成は、ボードに配置された光源の少なくともＬＥＤが、透光性の密封材で被覆されていることを特徴とする。

透光性の密封材は、ＬＥＤおよび導体の、光源におけるグリッド状に配置された端子への接着についての機械的な保護と、光源の汚染に対する保護を行う。

さらなる一構成において、密封材は、光学的に活性なタイプである。例えば、発光方向の下流に配置された光学要素を良好に利用できるように、すなわち、光源が発する光ビームを、照明モジュールの下流側の光学要素に良好に結合できるように、密封材の屈折率が設定されている。このようにして、照明モジュールの小型構造を確保し、照明モジュールの製造コストを簡略化かつ低下させることができる。

光源のさらなる一構成は、リング（好ましくは、プラスチックで構成されている）が、ＬＥＤの周りに配置されており、最適の光反射を行えるように内側が白色または鏡面状であり、例えば接着剤によって、ボードの表面に連結されていることを特徴とし、詳細には、当該リングは、プラスチックで構成され、外側のＬＥＤから一定の距離のところに配置されて所定の高さを有している。

光源のＬＥＤの周りに配置されたリング（特に、プラスチックで構成されたリング）は、照明モジュールの下流側の光学要素を、フランジを介して取り付ける際の所定のスペーサの役割を果たす。この形態では、リングによって取り囲まれた内方空間が、透光性の密封材で充填される。このリングは当該密封材の制限境界となるので、当該密封材を光源のＬＥＤに適用する作業が簡略化される。

光源のさらなる一構成において、リングは円筒形状または楕円形状であり、その内側は、最適の反射特性を確保できるように白色または鏡面状になっている。

光学要素が、照明モジュール、または複数の照明モジュールを組み合わせた、照明モジュールのグループに接続されてもよい。

照明装置によって放射される光の効率を最適化し、光源のＬＥＤによって放射される光が最大の明度になるようにし、かつ、照明モジュールの放射光に対して光学的なさらなる影響を及ぼす放射光を生成するために、第１の実施形態の光源は、第１の光学要素に接続される。この第１の光学要素は、ＬＥＤが発する光を束ねるかまたは「集める」機能を果たす。第１の光学要素の少なくとも一部は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）で構成されている。この第１の光学要素は、光学的に活性な密封材に対する代替案として設けられてもよいし、またはその密封材の構成に追加されるかたちで設けられてもよい。

本発明の照明モジュールでは、第１の光学要素を用いることにより、均一な光放射面を実現できる広角の「ソフトライト」、遠くの表面を均一に照明することができる狭角の「スポットライト」、およびこれら二種類のライトを組み合わせた照明方式を実現可能である。

第１の光学要素は、集光用の光学要素によって発せられる光ビームをさらに処理し、所望の光放射特性を得るための、混光および／または混色を行う光学アセンブリを備えていてもよい。好ましくは、このアセンブリは、いわゆるハニカム型の集光レンズで構成される。ハニカム型の集光レンズは、マイクロレンズの精密な配置構造により、第１の光学要素から到達した光ビームを混光し、これを再度放射する。

第１の光学要素の下流に位置する第２の光学要素は、さらなるビーム成形を行うものであるが、（追加の）混光および／または混色を行うために用いられてもよい。好ましくは、第２の光学要素は、レンズ、レンズアレイまたはマイクロレンズアレイで構成され、光路をさらに広げることにより、大きい散乱角および／または異なる照度分布が得られる。第１の光学要素（好ましくは、強固に取り付けられている）を、複数の様々な第２の光学要素と組み合わせることにより、複数種類の所望の光分布をユーザに提供可能なモジュールシステムを製作することができる。詳細には、第２の光学要素は、
−狭い散乱角を有する投射用光学要素として構成されてもよいし、
−均一な照明を達成し、狭い半値角を有する、高効率なスポットライト用光学要素を提供するものであってもよいし、または
−均一な照明を達成し、広い半値角を有する、高効率なソフトライト用光学要素で構成されるものであってもよい。

特定の一実施形態において、第２の光学要素は、２つのマクロレンズ板を有するズーム用光学要素（ズームレンズ）で構成される。これらマイクロレンズ板は、モータ、空気圧または液圧により、照明モジュールの発光方向に沿って互いの位置を調節することができる。これにより、ＬＥＤが発する光ビームをフォーカス（焦点調節）、すなわち、広げたり集めたりすることができる。このようにして、例えば、一般的なスタジオ用ライトやフィルム撮影用ライトに動作が匹敵する、動的に変更可能な半値角（約２０°から約６０°）を有する照明装置を製作することができる。

上記のような第１の光学要素および／または第２の光学要素を備えた照明モジュールの製造を簡略化するために、これら第１の光学要素および／または第２の光学要素を、光源のリングに、フランジを介して取り付けるようにしてもよい。

照明モジュールの放射特性、または複数の照明モジュールで構成されるライトの放射特性をさらに変化させたい場合（もしくは動的に変化させたい場合）、下流に、第３の光学要素、すなわち、さらなる光影響要素を設けてもよい。第３の光学要素は、市場で入手可能なアクセサリであって、実質上、散乱光を遮断したりソフトフォーカスを行ったりするために設けられ、例えば、拡散体、拡散スクリーン、バーンドア、エッグクレートやホログラム拡散シートである。

照明モジュール、または同様の構造の複数の照明モジュールで構成される照明装置を機能的に拡張させたい場合、光源および／または第１の光学要素および／または第２の光学要素を、光出力結合を行う手段、詳細には、ライトガイド、ミラーまたはプリズム系と接続するようにしてもよい。

支持部材に配置された少なくとも１つのセンサ、好ましくは、明度センサおよび／または温度センサおよび／またはカラーセンサと接続された自律式のモジュール用電子装置は、外部の制御を必要とすることなく、照明モジュール、または複数の照明モジュールで構成される照明装置の自動的動作を可能にする。これにより、照明モジュールおよび照明装置の指定および調節された光特性および色特性を、例えば温度に関係なく、一定に維持することができる。

光源とモジュール用電子装置とを一体化させたモジュール支持体を備える照明モジュールの概略分解図である。 それぞれ対応する第１の光学要素に接続され、かつ、全体として共通の第２の光学要素および第３の光学要素に接続された複数の照明モジュールを示す概略ブロック図である。 支持体プレートとモジュール用電子装置に対して光源を配置させてなる基礎的な照明モジュールを示す斜視図である。 １０個のＬＥＤ、温度センサ、および線状に配置された電気コンタクトを備える光源を示す平面図である。 図４の光源の回路図である。 図４の光源のレイアウトを示す平面図である。 同様の構造の駆動回路を備えたモジュール用電子装置を示す回路ブロック図である。 ＬＥＤの配置構成の一変形例を採用した光源の平面図である。 同様の照明モジュールを並べて配置する際の基礎的な照明モジュールを示す斜視図である。 温度センサが組み込まれた窒化アルミニウムのセラミック製ボード上に設けられる、光源のさらなる実施形態を示す斜視図である。 盛り上がったベース部を有するモジュール用ヒートシンク上に配置された図１０の光源を示す斜視図である。 図１０の光源を支持するモジュール用ヒートシンクのベース部を挿入するための開口部が設けられたボードの形態のモジュール支持体を備えた、照明モジュールの斜視図である。 図１２の照明モジュールの底面を示す斜視図である。 ＬＥＤ照明システム用のＬＥＤパネルのボードにおいて、ＬＥＤパネルの電子構成品および照明モジュールが取付けられていない状態を示す平面図である。 ８つの照明モジュールおよびＬＥＤパネルの電子構成品を備えた図１４のボードを上側からみた等角図である。 ８つの照明モジュールおよびその他のアセンブリが開口部に挿入された図１５のＬＥＤパネルのボードを下側からみた等角図である。 複数の照明モジュールのモジュール用電子装置と外部のコントローラとの接続を示す概略図である。 ８つの照明モジュールを備えたＬＥＤパネルにおいて、照明システム用の光学装置を装備していない状態を示した等角図である。 １つのＬＥＤパネルを備えた照明システムおよび複数のＬＥＤパネルを備えた照明システムを示す概要図である。

図示の複数の実施形態を参照しながら、本発明のさらなる特徴および利点を以下に説明する。

図１は、照明モジュール１の概略分解図である。照明モジュール１は、ライト（スポットライトやヘッドライトを含む）および面状照明器具などの照明装置において、単独で用いられるか、または同一もしくは同様の構造を有する複数の照明モジュールで用いられる。

照明モジュール１の基本形態は、モジュール支持体２および光源３で構成されている。モジュール支持体２は、モジュール用電子装置２０（図３）が配置された回路基板として形成されており、光源３は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）４が配置されたボード３０と、同じくボード３０に配置された温度センサ３４と、ボード３０の縁部にはんだ付け用のラグとして設けられた端子３１とで構成されている。なお、端子３１は、ＬＥＤ４およびモジュール用電子装置２０に接続されている。光源３の詳細な説明については、光源３を拡大して示した図３を参照しながら後述する。

前記複数のＬＥＤ４は、それぞれ異なる波長の光（すなわち、様々な色の光）を放射するＬＥＤからなる。これらＬＥＤ４のうちのいくつかを、互いに同一の波長の光（すなわち、同一の色の光）を放射するものとしてもよい。ＬＥＤ４はボード３０上で互いに近接して配置されるため、異なる色の混光が生じる。この混光は、ＬＥＤを適宜選択することで調整でき、さらには、光を束ねる（光集束）手段や追加の混光手段などによっていっそう最適化され、また、さらなる制御手段や調整手段により、例えば温度に依存することなく、一定に維持することができる。これにより、所望の光温度、明度などに調節することができる。

照明モジュール１の省スペース構造、および照明モジュール１のモジュール性の向上を達成するために、光源３は、モジュール支持体２の開口部２１（図１の実施形態では凹部２１）に挿入される。これにより、光源３とモジュール用電子装置２０とのインターフェースを対応して構成するならば、光源３の形状を、モジュール支持体２の形状またはモジュール用電子装置２０の形状に関係なく決定することができる。

代わりに、光源３つまりボード３０をヒートシンクのベース部に配置した状態で、これをモジュール支持体２の開口部２１（貫通孔２１）に挿入するようにしてもよい（図１０〜図１３の実施形態に相当）。

図１に概略的に示す照明モジュール１に関して、この照明モジュール１が発する光（照射光）を、図２の概略図に示す１種以上の光学要素を用いて最適化してもよい。

モジュール用電子装置２０を有するモジュール支持体２と光源３とで構成される照明モジュール１において、ＬＥＤ４を取り囲むリング５を、光源３のボード３０に連結してもよい。好ましくは、リング５には、ＬＥＤ４が発する光ビームを集める集光機能を有する密封材（埋め込み用樹脂）６が充填されている。代わりに、リング５でＬＥＤ４を取り囲むことをせずに、光源３のＬＥＤ４を密封材６で釣鐘状または円筒状に被覆してもよい。

図２は、複数の照明モジュール１．１，１．２〜１．Ｎ、これら照明モジュール１．１，１．２〜１．Ｎに結合される第１の光学要素７．１，７．２〜７．Ｎ、第１の光学要素７．１，７．２〜７．Ｎの全てに対応付けて設けられる第２の光学要素８、およびこの第２の光学要素８に結合される第３の光学要素９を示す概略図である。

第１の光学要素７は、実質的には、光線束化素子７１を用いて照明モジュール１の光源３から発せられる光を束ね、さらに／または、混光素子７２によって光源３のＬＥＤ４によって発せられる光の明度分布を均一にし、さらに／または、混色素子７３によって光源３のＬＥＤ４によって発せられる異なる波長（すなわち、異なる色）の光を混色する機能を有する。第１の光学要素７は、その少なくとも一部が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）で構成されている。

第１の光学要素７は、照明装置のモジュールである照明モジュール１において必須の構成要素である。一方、第２の光学要素８および第３の光学要素９は、モジュール式の照明装置の照明モジュールの特別な要件を満足するための任意および／または可動の構成要素である。

第２の光学要素８は、特に、ビーム成形を行うものであるが、追加の混光および／または混色を行うために用いられてもよい。特定の一実施形態において、第２の光学要素８は、２つのマクロレンズ板８１，８２を有するズーム光学素子から構成される。これらマイクロレンズ板８１，８２は、モータ、空気圧または液圧により、照明モジュール１の発光方向に沿って相対位置を調節することができる。これにより、ＬＥＤ４が発する光ビームをフォーカス（焦点調節）することができ、すなわち、広げたり集めたりすることができる。このようにして、一般的なスタジオ用ライトやフィルム撮影用ライトに匹敵する動作が可能な、動的に変更可能な半値角（約２０°から約６０°）を有するライトを製造することができる。代わりに、第２の光学要素８は、集光レンズ、特に、ハニカム型の集光レンズで構成されてもよい。

第２の光学要素８に結合される第３の光学要素９は実質的に、光放射角の変更として機能する。この第３の光学要素９は、例えば、
−照明装置から放射された光を横方向において制限するバーンドア９１の形態の絞り装置（ダイアフラム装置）、
−虹彩絞り、
−ビームを成形、すなわち、回折格子、拡散体（ディフューザ）９２、遮光板もしくはスクリム９３などの特別な効果を生成する要素、
−光出力結合もしくは光結合を行う、光ガイド、ミラーまたはプリズム系、
で構成される。

図１および図２の概略図は、モジュール式の照明システムにおける本発明の照明モジュール１の構成品となり得る全ての構成要素を示している。しかし、図１に示す照明モジュール１において、リング５および密封材６を含む個々または全ての構成品５〜９は省かれてもよく、さらに、第２の光学要素８および第３の光学要素９については、各々の照明モジュール１に一つずつ設けてもよく、またはモジュールである複数の照明モジュール１における共通の構成要素として設けてもよい（各照明モジュール１は、モジュール用電子装置２０、光源３、任意のリング５および密封材６、ならびに第１の光学要素７を備えている）。例えば、ライトまたは面状照明器具は、
−複数の照明モジュール１であって、各モジュール１は、第１の光学要素７をそれぞれ備え、第２の光学要素８および／または第３の光学要素９を共通の構成要素としてさらに備えている、複数の照明モジュール１、
−複数の照明モジュール１であって、共通の第１の光学要素７を備えた、複数の照明モジュール１、
−複数の照明モジュール１であって、共通の第１の光学要素７および／または共通の第２の光学要素８および／または共通の第３の光学要素９を備えた、複数の照明モジュール１、
のいずれから構成されてもよい。

図１および図２に示すように、照明モジュール１の基本形態は、モジュール用電子装置が配置されたモジュール支持体２、およびボード３０に配置された光源３で構成されている。これにより、ＬＥＤ（発光ダイオード）４を備えてマイクロプロセッサで制御される、小型かつ汎用な照明装置であって、極めて優れた演色性および調節可能な色空間を有する照明装置を提供することができる。

リング５が、光源３のＬＥＤ４を収容するボード３０において、そのＬＥＤ４を取り囲むようにして接着剤で連結してもよい。好ましくは、リング５は円筒状または楕円状である。また、好ましくは、リング５はプラスチック製であり、ＬＥＤ４に対向する内側が白色または鏡面状となっている。これにより、特定の高さを有するリング５が、外側に配置されているＬＥＤに対して一定の距離のところに配置され、光ビームを反射する。

透明な密封材６は、ボード３０に実装されたＬＥＤ４に対する保護、およびはんだ付け用の端子として形成されて格子状（ボード３０の各辺に沿って直線状）に配置された端子３１とＬＥＤ４との間を接続する導体３５（図６）に対する保護を行うのに加えて、ＬＥＤ４が放射する光の混光、光線束化、光拡散などを行う光学機能的要素としての役割も果たす。

好ましい一実施形態において、密封材６は、光源３のボード３０にリング５を連結した後に、円筒状のリング５の内側に形成された空間に導入され、当該空間を充填する。充填された密封材６は、リング５の上縁部と同一平面で終端していてもよいし、または光学機能を行う目的で凸状もしくは凹状に形成されてもよい。

図３に示すように、光源３のボード３０は、モジュール支持体２の開口部（本実施形態では凹部）２１に挿入され、当該ボード３０の角部に設けられた孔３２，３３に接続ねじを挿入することにより、ヒートシンクに接続される。このヒートシンクは、ＬＥＤの所定の動作または所望の動作に応じて、様々な冷却方法を用いる。例えば、このヒートシンクは、冷却フィンなどを有する空冷型ヒートシンク、ヒートパイプ、または液冷型ヒートシンクとして構成される。光源３とモジュール用電子装置２０（図３において、開口部２１の周りに破線枠で概略的に示されている）との接続は、ボード３０の縁部にはんだ付け用の端子として構成された端子３１をモジュール支持体２の導体にはんだ付けすることで行われる。

ヒートシンクと光源３のボード３０とを別体にして熱的に互いに接続する構成に対する第１の変形例として、モジュール支持体２が、冷却フィンを有する空冷型ヒートシンク、ヒートパイプ、または液冷型ヒートシンクを構成してもよい。

第２の変形例として、図１０〜図１３に示す実施形態を参照にして後述するが、光源３すなわちボード３０を、ヒートシンクのベース部に配置し、これをモジュール支持体２の開口部２１に挿入してもよい。

さらに、温度センサ３４が、ボード３０に配置されている。この温度センサ３４は、ボード３０のボード温度、つまり好ましくは、ボード３０に接着されたＬＥＤ４の温度を検出し、モジュール用電子装置２０に温度信号を発行する。

光源３の第１の実施形態（図４の平面図、図５の回路図、および回路接続のレイアウトを表した図６に示されている）は、１２個のＬＥＤ４０１〜４４２を備えている。好ましくは、ＬＥＤ４０１〜４４２は、ある色グループの１ｍｍ^２のパワーチップ（Powerchip）で構成され、かつ、セラミック製ボードであるボード３０にチップオンボード技術で配置される。１２個のＬＥＤ４０１〜４４２は、
−主波長３２００°Ｋの白色光を放射し、チップコーティングが設けられ、直接接続された一対のＬＥＤが光源３の中心部で組み合わされている、４つのＬＥＤ４０１，４０２，４０３，４０４、および
−白色光を放射する前記ＬＥＤ４０１〜４０４の周りに同心かつ回転対称状に配置された有色ＬＥＤ４１１,４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２、
から構成される。有色ＬＥＤ４１１〜４４２は、ボード３０上で互いに１８０°ずれて配置された２個ずつが、同一色の光を放射する同一型であり、すなわち、赤色光を放射するＬＥＤ４１１，４１２、緑色光を放射するＬＥＤ４２１，４２２、青色光を放射するＬＥＤ４３１，４３２、黄色光または琥珀色光を放射するＬＥＤ４４１，４４２で構成されている。

ＬＥＤ４０１〜４４２は、利用可能な明度（brightness）のうち上位１／３の高明度範囲から選択され、これらが支持体プレート３０上で近接して組み合わされる。これにより、最適な混光を提供することができる。

光源３のＬＥＤ４０１〜４４２は、５つまたは可能であれば６つの色グループを別々に制御することで可変の混光が得られるように、配置され、かつ、異なる放射波長の光が選択される。これにより、定格ＬＥＤ電流３５０ｍＡで消費電力が１３．９Ｗであって、かつ、定格電力に達し接合温度Ｔ_Ｊが１００℃である際の光束を３２０ルーメン（ｌｍ）とした場合に、２０００°Ｋから２５０００°Ｋの色温度を実現し、色温度２２００°Ｋから１２０００°Ｋの範囲で演色評価数ＣＲＩ＞９０または色温度３２００°Ｋから６５００°Ｋの範囲でＣＲＩ＞９４を達成することができる。

光源３は、ボード３０にチップオンボード技術で実装または接着されたＬＥＤ４０１〜４４２の他にも、ボード３０に少なくとも部分的に接着またははんだ付けされた以下の要素を備える。
−温度測定用のＮＴＣ（負温度係数）抵抗を構成する温度センサ３４、
−電子モジュール装置２０に接続される１．２７ｍｍピッチのはんだ付け用ラグ（リードフレーム）を構成する電気端子３１、および
−ＬＥＤ４０１〜４４２から電気コンタクト４０１．１〜４４２．２（４０１．１,４０１．２,４２２．１,４２２．２,４３１．１，４３１．２，４４２．１，４４２．２）に延びる導体３５（図６）。
また、任意の機能構成品として以下の要素を備える。
−ＬＥＤ４０１〜４４２の周りに配置され、特に、光学的フランジ（例えば、内径８ｍｍ、外径９ｍｍおよび高さ０．７ｍｍ）として機能するリング５、および
−ＬＥＤ４０１〜４４２を保護し（場合によっては、導体３５も保護する）、かつ、光学的な機能も有する密封材６。

図５に示す光源３の回路図は、白色光を発するＬＥＤ４０１〜４０４と、この白色光を発するＬＥＤ４０１〜４０４の周りにおいて、２個ずつの互いに１８０°ずれた複数の対を構成するようにして回転対称状に配置された有色ＬＥＤ４１１〜４４２と、当該光源３の端子３１の格子状配置の電気コンタクト３４．１，３４．２（図６）に接続されたＮＴＣ抵抗を有する温度センサ３４とを表している。

図６は、ボード３０の縁部（外周部）にグリッド状（直線状）に配置された端子３１と光源３のＬＥＤ４０１〜４４２との間の、導体３５による接続のレイアウト（配線）と、温度センサ３４の、図４及び図５に対応するレイアウトと、電気を通す導体３５（最適な混光を達成するためのＬＥＤ４０１〜４４２の近接配置にもかかわらず、容易に敷設できる）と、光源３の円筒状のリング５の輪郭と、光源３のボード３０をモジュール支持体２またはヒートシンクに接続するための、対角線上に対向する位置に設けられた孔３２，３３とを示している。

図５に示す回路図および図６に示すレイアウトに関して、白色光を放射する２つのＬＥＤ４０１，４０２は直列でコンタクト面４０１．１，４０２．２に接続され、同じく白色光を放射する２つのＬＥＤ４０３，４０４は直列でコンタクト面４０３．１，４０４．２に接続されている。さらに、これらコンタクト面４０１．１，４０２．２，４０３．１，４０４．２は、光源３のボード３０の縁部に設けられた対応する端子３１に接続されている。同様に、赤色光を放射するＬＥＤ４１１，４１２は、それぞれコンタクト面４１１．１，４１１．２、コンタクト面４１２．１，４１２．２に接続され、緑色光を放射するＬＥＤ４２１，４２２は、それぞれコンタクト面４２１．１，４２１．２、コンタクト面４２２．１，４２２．２に接続され、青色光を放射するＬＥＤ４３１，４３２は、それぞれコンタクト面４３１．１，４３１．２、コンタクト面４３２．１，４３２．２に接続され、黄色光または琥珀色光を放射するＬＥＤ４４１，４４２は、それぞれコンタクト面４４１．１，４４１．２、コンタクト面４４２．１，４４２．２に接続されている。

モジュール支持体２上のモジュール用電子装置２０（図３に鎖線で概略的に示されている）は、当該モジュール支持体２の両主面に配置された回路基板の形態のマイクロプロセッサ回路を具備する回路基板として形成される。このマイクロプロセッサ回路は、例えば、光源３またはモジュール用ヒートシンク１６のベース部１６１（図１１）を収容する開口部２１の周りに配置され、シリアルインターフェースで受け取った命令を処理し、ＬＥＤ４０１〜４４２を動作させる制御信号を生成して、これを、グリッド状に配置された端子３１および導体４０１．１〜４４２．２を介して、直列接続された個々のＬＥＤ４０１〜４４２に伝達させる。好ましくは、このＬＥＤ４０１〜４４２の作動は、精密なパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号によって行われ、そのパルス幅は、０％から１００％までＬＥＤの無段階調光で調節される。

図３〜図６に示す実施形態において、モジュール用電子装置２０は、光源３のＬＥＤ４０１〜４４２を作動させる６つのパルス幅変調制御信号を生成する。各色チャネルでは、次のような信号または数値が処理される：
−シリアルインターフェースからの所望の電流値Ｉ_ＤＥＳを指定することによる、ＬＥＤ４０１〜４４２が放射する白色光または有色光の明度、
−定格条件下の色チャネルの補正されていない明度を表す基本明度、
−光源３の温度センサ３４が発行する温度信号Ｔ_{Ｂｏａｒｄ}による温度、
−明度の温度補償を行うための係数Ａ，Ｂ，Ｃに基づく、二次の特性曲線（Ｉ＝Ａ×Ｔ_{Ｂｏａｒｄ} ^２＋Ｂ×Ｔ_{Ｂｏａｒｄ}＋Ｃ）を用いた特性曲線制御、
−熱対流に起因する明度の差を補償するために用いる、照明装置または照明モジュール１のシステム温度、すなわち、最高温度Ｔ_Ｍａｘ。

銅で被覆されＳＭＤ（表面実装部品）技術で両主面の実装が行われたモジュール支持体２は、例えば、外形寸法が３６×３６ｍｍ、光源３を収容する開口部が１４×１４ｍｍであり、外部端子として少なくとも１つのコンタクト片２３を有し、内部端子として光源３の端子３１へのはんだ付け面を有する。

モジュール用電子装置２０を備える個々の照明モジュール１は、バススレーブとして動作し、自発的に通信を開始しない。複数の照明モジュール１が相互接続されてモジュール式照明装置の総合システムを形成する場合、個々の照明モジュール１のモジュール用電子装置２０にシリアルインターフェースを介して接続された外部コントローラが、その総合システムの照明モジュール１の全てのボード温度についてのスキャンを定期的に行う。次に、外部コントローラは、このようにして測定された個々の照明モジュール１の最高温度を、総合システムの照明モジュール１の個々のモジュール用電子装置２０に送信する。同期命令の後、全ての照明モジュール１が、当該照明モジュール１から送信した前記最高温度値に基づいて、明度調節を行う。これにより、熱対流に起因する、個々の照明モジュール１同士の明度差を補償することができる。

一実施形態において、個々の照明モジュール１のＬＥＤ４に発行される色信号は、最大電圧が９Ｖ、最大電流が３５０ｍＡである。パルス幅変調は、１２ビット（ｂｉｔ）の分解能および周波数ｆ≧２５ｋＨｚで行われる。最大電流値Ｉ_ＭＡＸを±１０％の範囲で調整し、および／またはパルス幅変調のパルス幅を調整することにより、誤差ΔＩ_ＥＦＦ≦±１％の実効値電流制御を行うことができる。

図７に、モジュール用電子装置２０の機能回路図を示す。モジュール用電子装置２０は、６つのＬＥＤペア４０１，４０２；４０３，４０４；４１１，４１２；４２１，４２２；４３１，４３２；４４１，４４２（各ＬＥＤペアは、互いに直列接続され同一波長で発光する２個のＬＥＤからなる）を作動させ、パルス幅変調された制御電圧を給電し、前記ＬＥＤペアに給電する対温度安定化された電源（温度が変化しても安定な動作を維持できる電源）を駆動することにより、各ＬＥＤペアの明度を調節し、ＬＥＤからの混光を制御する。

モジュール用電子装置２０はマイクロコントローラ６０を備えている。このマイクロコントローラ６０は、パルス幅変調された制御電圧ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６を、同一構造の６つの定電流源６１〜６６にそれぞれ送信する。マイクロコントローラ６０は、シリアルインターフェースＳＥＲ Ａ，ＳＥＲ Ｂを介して外部のコントローラに接続されており、また、入力ＡＩＮ１，ＡＩＮ２を有する。入力ＡＩＮ１は、増幅器３７を介して温度センサ３４に接続されており、入力ＡＩＮ２は、増幅器３８を介して照明モジュールの明度センサつまりカラーセンサ３６に接続されている。

同一構造の電源６１〜６６は極めて良好に対温度安定化（温度が変化しても安定な動作を維持できる）されており、それぞれ、対温度安定化された定電流源６７を含む。電源６１〜６６は、さらに、抵抗６９を介して供給電圧Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６にそれぞれ接続されている。各定電流源６７は、それぞれ、パルス幅変調された制御電圧を生成するマイクロコントローラ６０の出力ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６のうちの１つに接続される。対温度安定化された定電流源６７の出力は、同一波長で発光するＬＥＤペアの直列接続されたＬＥＤのアノードと、電子スイッチ６８の制御端子とに接続される。この電子スイッチ６８は、その一方が、直接接続されたＬＥＤのカソードに接続され、他方が、接地電位ＧＮＤに接続されている。

対温度安定化された定電流源６７は、２０〜４０ｋＨｚのスイッチング周波数による高速で低ノイズのスイッチングが特徴である。製造技術が異なるＬＥＤチップが使用される場合、照明モジュールの電力損失を最小限に抑えるために、これらＬＥＤには最大で６種類の異なる供給電圧Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６が供給される。

照明モジュールのモジュール支持体における、対温度安定化された電源６１〜６６の上記のような構成により、システムのモジュール性が向上し、かつ、電圧供給を簡略化することができる。前記異なる電圧供給Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６の種類を減らして、電源６１〜６６への電圧供給に２種類の異なる電圧のみを用いた場合（例えば、赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤに一種類の電圧を使用し、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび白色ＬＥＤに他種類の電圧を使用した場合）、照明モジュールに必要なインターフェースの数は５つのみになる。つまり、照明モジュールの接続は５つのライン、すなわち、２種類の供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１，Ｖ_ＬＥＤ２、接地電位ＧＮＤ、およびシリアルインターフェースＳＥＲ Ａ，ＳＥＲ Ｂを介して行われる。シリアルインターフェースＳＥＲ Ａ，ＳＥＲ Ｂは、互いに同様の構造を有する複数の照明モジュールの上位制御および上位調節を行う外部のコントローラ１０（図１７）に接続される。

図３〜図６に示す光源３のＬＥＤ４の配置構成、すなわち、直列接続された２個のＬＥＤからなる対を構成するように光源３の中心部で組み合わされた４つのＬＥＤと、これら白色光を放射する４つのＬＥＤの周りに同心かつ回転対称状に配置された有色ＬＥＤとによる配置構成は、光源３のボード３０上におけるＬＥＤ４の、最適な混光を得るための近接配置（隣接するＬＥＤの間隔が小さい配置）を維持することを前提とした上で、対応する目的に応じて変更してもよい。

図８は、ＬＥＤの配置構成の一変形例を採用した光源３’の平面図であり、様々な光色を放射する１１個のＬＥＤ４０５〜４４３（４０５，４０６，４０７，４０８，４０９，４１０，４１３，４２３，４３３，４３４，４４３）がボード３０に配置されている。ＬＥＤ４０５〜４４３は、中心と、この中心の周りの同心の２つの円周とに沿って配置され、当該２つの円周では、ＬＥＤは角度方向に等間隔で離間配置されている。これにより、ボード３０上におけるＬＥＤ４０５〜４４３の近接配置を達成しながら、光学要素を光源３’にフランジで取り付けるのに最適な外側の円周状境界を設けることができる。

図８におけるＬＥＤの配置構成の中心には、白色光、特に、色温度３２００°Ｋの温白色光を放射するＬＥＤチップ４０５が設けられている。前記２つの円周のうちの外側の円周には、白色光、特に、温白色光を放射する５つのＬＥＤチップ４０６〜４１０が配置されており、一方、前記２つの円周のうちの内側の円周には、第１のＬＥＤチップであって、青色光を発するＬＥＤチップ４３３および黄色光または琥珀色光を放射するＬＥＤチップ４４３、ならびに、第２のＬＥＤチップであって、青色光を放射する第２のＬＥＤチップ４３４、赤色光を放射するＬＥＤチップ４１３、および緑色光を放射するＬＥＤチップ４２３が配置されている。前記２つの円周のうちの内側の円周に沿って配置されたＬＥＤチップ４１３，４２３，４３３，４４３，４３４、および外側の円周に沿って配置されたＬＥＤチップ４０６，４０７，４０８，４０９，４１０は、それぞれの円周において７２°の等間隔で離間配置されている。そして、前記２つの円周のうちの内側の円周に沿って配置されたＬＥＤチップ４１３，４２３，４３３，４４３，４３４は、外側の円周に沿って配置されたＬＥＤチップ４０６，４０７，４０８，４０９，４１０に対して３６°ずれて配置されている。

図９に、例示的な一実施形態として、同様の照明モジュールを並べて配置する際に基部（ベース）となる、代表的な照明モジュール１の斜視図を示す。この照明モジュール１は、回路基板としての四角形状のモジュール支持体２、対ごとに様々な波長（すなわち、様々な色）を放射する複数（本実施形態では１２個）のＬＥＤ４を備えた光源３，３’、リング５、および端子片２３で構成されている。端子片２３が設けられた辺に隣合う２つの辺、および端子片２３が設けられた辺に対向する１つの辺には、半円形状の取付孔２４，２５，２６がそれぞれ設けられている。これらの取付孔は、同じく半円形状の取付孔２４，２５，２６を備えた同様の構成の四角形状の別のモジュール支持体２を取り付ける際に、締結要素を受け入れる閉じた円形状の取付孔を形成する。このようにして連結された複数の照明モジュールにより、モジュール式の照明装置、例えば、ライトや面状照明器具が得られる。

代わりに、照明装置は、三角形状のモジュール支持体２を備えた複数の照明モジュールで構成されてもよい。この三角形状のモジュール支持体２は、図９を用いて上述した照明モジュールと同様に半円形状の取付孔を有しており、当該半円形状の取付孔は、同様の構成の三角形状のさらなる支持体プレートを並べる際に、締結要素を受け入れる閉じた円形状となる。

さらに、三角形状の支持体プレートを有する照明モジュールと四角形状の支持体プレートを有する照明モジュールとを並べて、さらに場合によっては個々の照明モジュールを左右に回転させることにより、任意の幾何学形状を有する照明装置（例えば、ライト（ヘッドライトやスポットライト）やライトパネル）を製作することができる。例えば、カメラレンズ用のリングライト、チェーンライト、ＬＥＤスネークライト、ジグザグ状に接続されたパネルを備えるＬＥＤチェーンなどが挙げられる。

図１０〜図１３に、照明モジュール１のさらなる実施形態の組立状態を詳細に示す。この実施形態は、最適な放熱性に加えて、照明モジュール１とライトのハウジングまたは冷却手段との間の簡易かつ確実な機械接続を特徴とする。この実施形態では、モジュール支持体２が機械的負荷に曝されない。また、光源３は、そのＬＥＤ４の光路がモジュール支持体２における締結要素、または平行六面体形状（特に直方体形状）のメタルコア基板３００として形成されてモジュール支持体２に配置されたモジュール用電子装置２０の電子構成品によって妨げられないようにして配置されている。これにより、光源３の発光方向の下流に配置される光学要素は、ＬＥＤ４が放射する光ビームを極めて効率的に集めて成形することができる。

図１０の概略斜視図に示す光源３は、１２個のＬＥＤ４０１，４０２，４０３，４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２、および温度センサ３４から構成されており、これらは、導体３５とともにメタルコア基板３００に配置されている。導体３５は、ＬＥＤ４０１，４０２，４０３，４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２と温度センサ３４を直方体形状のメタルコア基板３００の縁部にまで案内し、この縁部において、直接ワイヤまたはボンド接続でモジュール用電子装置と接続されている。この構成により、極めて小さく、高輝度で安価な光源を得ることができる。

照明モジュールの動作時において光源３の放熱を最適に行うために、図１１に示ように、メタルコア基板３００は、モジュール用ヒートシンク１６のベース部１６１の表面に連結されている。このヒートシンク１６は、平行六面体形状（直方体形状）または立方体形状であり、銅やアルミニウムなどの極めて高い熱伝導率を有する材料で構成され、また、図１３に示すように、底面にねじ孔１６２を有する。このねじ孔１６２に対してねじやピンなどの一般的な締結要素を使用することにより、照明モジュール全体とライトのハウジングまたは冷却手段との間で簡易かつ確実な機械接続を行うことができる。

モジュール用ヒートシンク１６は、冷媒導管を介して熱交換器と接続されてもよい。モジュール用ヒートシンク１６の液体冷却、すなわち、照明モジュールの液体冷却は、発熱している照明モジュールのみを冷却することができるので、例えば、スタジオの天井にはめ込み式または天井から垂下されて設けられた照明器具の場合などに好適であり、効率的な冷却を行うことができる。他の可能性として、モジュール用ヒートシンク１６または照明器具を、冷却回路を介して外部の制御冷却装置に接続してもよく、またはカメラ用ライト、もしくは個々のスポットとして構成された小アレイを、ヒートパイプおよびファン型のヒートシンクに接続してもよい。

モジュール用ヒートシンク１６の表面から突出するベース部１６１は、メタルコア基板３００の表面にほぼ合致する表面を有する。ベース部１６１の側方には、ねじ１７１や溝付きピン１７２などの締結要素を受け入れる孔が、モジュール用ヒートシンク１６の表面に設けられている。これにより、中心に開口部（本実施形態では貫通孔）２１を有する回路基板として形成されたモジュール支持体２に、図１２および図１３に示すようにモジュール用ヒートシンク１６のベース部１６１を挿入して、モジュール用ヒートシンク１６とモジュール支持体２とを確実に接続することができる。このようにして、ＬＥＤ４が配置された光源３の表面は、ＬＥＤ４の光路が妨げられないように、締結要素１７１，１７２およびモジュール支持体２の上面に設けられたモジュール用電子装置２０の図示しない電子構成品と少なくとも同一の高さに配置され、好ましくは、これら締結要素１７１，１７２およびモジュール支持体２の上面に設けられたモジュール用電子装置２０の図示しない電子構成品よりも上方に配置される。

モジュール支持体２とモジュール用ヒートシンク１６とを締結要素１７１，１７２で接続することにより、モジュール支持体２は機械的負荷に曝されず、かつ、モジュール支持体２がモジュール用ヒートシンク１６のベース部１６１に外嵌されるので、平坦かつ省スペースな構成を確実に達成できる。また、モジュール用ヒートシンク１６の底部に設けられたねじ孔１６２およびこのねじ孔１６２に螺合される締結要素により、照明モジュール全体を、より大きいヒートシンクまたはライトのハウジングに取り付けることができる。ここで、光源３がモジュール用ヒートシンク１６に直接連結されているため、放熱の観点からみて有利である。

図１２に示すように、モジュール用電子装置と外部のコントローラとの接続（図１５）は、モジュール支持体２の底面に配設された端子プラグ２２によって行われる。コンタクトプラグ２２は、２種類の異なる供給電圧を有するモジュール用電子装置の電圧供給の場合、図１３に示すように５つの端子を備える。この場合、端子プラグ２２０と接続可能な端子ソケットは対応する５つのソケットを有し、これら５つのソケットは、それぞれ、２つの電圧源、接地電位、および外部のコントローラとのシリアルインターフェース用の２つの端子に接続されている。

図１０〜図１３に示す照明モジュールは、ＬＥＤパネルのボード（マザーボードまたはバックプレーン）に複数の類似の照明モジュールを極めて簡単に配置することを可能にし、さらに平坦かつ省スペースな構成を実現できる。このＬＥＤパネルのボードは、例えば、ライト（ヘッドライトやスポットライト）などの照明器具に接続される。

マザーボードとして構成されるこのようなボード１８の一実施形態を図１４〜図１６に示す。このボード１８には、特に、外部のコントローラ１０、さらには、ＬＥＤ照明システム用のＬＥＤパネルのメモリ、制御部およびインターフェース要素が組み込まれている。

図１４は、ＬＥＤパネルのボード１８を示す平面図である。ボード１８は、特に、外部のコントローラ、ならびにさらなるメモリ、制御部およびインターフェース要素が組み込まれたボードである。直方形状のボード１８には、照明モジュール２のモジュール用ヒートシンク２５を挿入するための８つの開口１８１および個々の照明モジュール２のコンタクトプラグ２３を受け入れる８つのソケット１８２が設けられており、開口１８１とソケット１８２とからなる８つの対は、異なる向きとなっている。分かり易いように、図１４の平面図では、ボード１８の両側部に設けられるメモリおよび制御要素の電子構成品を省略している。ボード１８は、その両短辺において、当該ボード１８の平面に対して垂直に延在する入力コネクタ１１５および出力コネクタ１１６をそれぞれ備えており、これら入力コネクタ１１５および出力コネクタ１１６は、それぞれ、図１８に示すＬＥＤパネルの入力部および出力部を構成している。ボード１８の中心部には、光学装置（第１の光学要素および第２の光学要素）を取り付けるための複数の取付マグネットが、互いに離間して設けられている。

図１５および図１６は、それぞれ、ボード１８の上面、ボード１８の底面を示す等角図である。これら図１５および図１６には、モジュール支持体２、光源３およびＬＥＤ４を備えた照明モジュール１と、ボード１８の開口１８１に挿入されたモジュール用ヒートシンク１６と、ソケット１８２に挿入された端子プラグ２３と、取付マグネット１９の配置構成と、ＬＥＤパネルのメモリおよび制御要素の図示しない電子構成品と、複数の入力コネクタおよび出力コネクタ１１５，１１６，１１７とが示されている。

一般的に、図１〜図１３を参照しながら上述した照明モジュールは、有利なことに、複数のＬＥＤを備えてマイクロプロセッサ回路が一体化された、調節可能で精密な光源を提供することができる。この光源は、最大１２ＷのＬＥＤ出力で、極めて広い色空間、例えば２０００°Ｋから２５０００°Ｋまでの範囲の色温度であり、色温度２２００°Ｋから１２０００°Ｋの範囲ではＣＲＩ＞９０、さらに色温度３２００°Ｋから６５００°Ｋの範囲ではＣＲＩ＞９５の極めて優れた演色評価数を達成できる。接合温度が１００℃での「白」設定では、最大３００ルーメン（ｌｍ）の光束が得られる。

この照明モジュールは、赤色、緑色、白色および琥珀色の標準装備で最大６種類の独立した色チャネルを提供することができ、また、円状の配置構成（例えば、径５．６ｍｍで１２個のＬＥＤチップの円周状の配置構成）による極めて高い輝度（luminance）を実現することができる。

照明モジュールの用途の範囲は、光学要素を取り付けることによって拡張される。その他にも、散乱角を抑え、発散が生じないように拡張される。照明ユニットのモジュール構造により、同様の動作をする複数の照明モジュールを並べて配置し、統括的な制御を外部のコントローラによって行うことができる。この外部のコントローラは、動作プログラムおよびパラメータのダウンロード機能を有し、また、シリアルインターフェースを介してデータ交換を行う。

さらに、光源３によって放射される混光は、個々の照明モジュール１、または１つの照明装置として組み合わされた複数の照明モジュール１全体で処理つまり制御される。例えば、Ｎ個の照明モジュール１からなり、ＬＥＤパネル、ライト（スポットライトやヘッドライト）、チェーンライトなどとして構成される照明装置用の総合システムを構成し、これらＮ個の照明モジュール１のうちの１つを、照明装置の特性および較正データを含むマスタモジュールとし、その他の照明モジュールをスレーブモジュールとすることも可能である。このような構成では、総合システムの全ての照明モジュール１が外部の制御ユニットまたはコントローラと通信する。Ｎ個の照明モジュール１を組み合わせて総合システムとする構成については、図１７および図１８に示すＬＥＤ照明装置を参照しながら後述する。

図１７は、Ｎ個の照明モジュール１．１〜１．Ｎの相互接続の回路を示す概略図である。これらＮ個の照明モジュール１．１〜１．Ｎは、外部のコントローラ１０によって制御される照明装置を構成している。

これまでの説明に対応して、照明モジュール１．１〜１．Ｎは、それぞれ、照明モジュール３．１〜３．Ｎ、モジュール用電子装置２０．１〜２０．Ｎ、および光学要素（本実施形態では、第１の光学要素７．１〜７．Ｎ）を備えている。各照明モジュール１．１〜１．Ｎのモジュール用電子装置２０．１〜２０．Ｎは、シリアルインターフェース１４を介して外部のコントローラ１０と接続されており、このコントローラ１０により、Ｎ個の照明モジュール１．１〜１．Ｎが作動および自動制御される。コントローラ１０は、複数のアナログ入出力部、デジタル入出力部、マイクロプロセッサ１１および不揮発性メモリ１２を有する。

外部のコントローラ１０は、制御ライン１５を介してデータおよび制御命令を受信し、これに応じて、照明モジュール１．１〜１．Ｎに色制御信号を発行する。不揮発性メモリ１２に記憶された特性曲線によって自動的な温度補償が行われ、これにより、照明モジュール１．１〜１．Ｎの色および明度が一定に維持される。これを達成するために、光源３．１〜３．Ｎに配置された温度センサによって発行される温度値が、外部のコントローラ１０に読み込まれて処理される。長期にわたる影響を監視し、場合によってはこの影響を補償するために、さらにフォトセンサ１３を外部のコントローラ１０に組み込んでもよい。

図１８は、直方形状のハウジングフレーム１１を具備したＬＥＤパネルを示す等角図である。このハウジングフレーム１１には、照明モジュール１を収容するボード１８（図１４〜図１６）が挿入されている。当該ハウジングフレーム１１は、閉じた底面を有しており、この底面は、冷却フィン１１３を備えたヒートシンク面１１０を形成している。当該ＬＥＤパネルは、その両短辺において、入力コネクタ１１５および出力コネクタ１１６をそれぞれ備えており、これら入力コネクタ１１５および出力コネクタ１１６は、電源、および外部のコントローラを含む制御手段に接続されるか、さらに、または代わりに、各ＬＥＤパネルに対応する分散制御要素および／またはＬＥＤパネルの自立エネルギ供給用のバッテリに接続される。

ボード１８には、同一構成の８つの照明モジュール１が挿入され、当該ボード１８と機械的かつ電気的に接続されている。２行４列に並べられた照明モジュール１同士の間には、３つの取付マグネット１９が設けられている。これら取付マグネット１９は、光学装置を取り付けるために用いられ、例えば、ソフトライト用光学要素（ソフトレンズ）やスポットライト用光学要素（スポットレンズ）をハウジングフレーム１１に取り付けるために用いられる。

ハウジングフレーム１１の底面を形成するヒートシンク面１１０には、３つの取付部１１１，１１２，１１４が一体化されている。これら取付部１１１，１１２，１１４に接続要素が挿入されることにより、当該接続要素をＬＥＤパネルと形状係合（嵌合）させることができる。接続要素として、特に、スタンド、リグ（カメラ用の取付マウント）またはその他の支持部材に接続されているかまたはこれと接続可能な接続ピンが用いられる。取付部１１１，１１２，１１４は、箱状部分と溝とを備えたＴ字形状であり、任意で追加の溝が設けられていてもよい。一方、接続ピンはこれに対応する断面形状であり、ハウジングフレーム１１の長辺側から接続ピンを取付部に差し込むことにより、接続ピンが取付部１１１，１１２，１１４に挿入され、凹部と形状係合する。

モジュール用電子装置の自律構成、つまり、照明モジュールの自律構成（他の照明モジュールに影響を受けずに動作する構成）により、照明モジュールを別々に作動させることができる。特に、
−モジュール毎の発光領域における色を、動的かつ経時的に変化させることができ、および／または
−発光領域の特定の明度を、完全なオン状態から完全なオフ状態までの範囲で動的に変化させることができる。

これにより、以下の効果を達成することができる：
−発光領域の特定の部分をオン状態にすることにより、発光方向を変化させることができ、例えば、肖像照明の場合に有効である。
−照明装置のモジュール、例えば、照明装置の中心部における数個のモジュールを高出力で動作させる（スポットライト）か、または多数のモジュールを低出力で動作させる（ソフトライト）ことにより、照明装置の特性を「スポットライト」と「ソフトライト」との間で無段階的に変更させることができる。このようにして、電気および熱の全体の出力に応じて、数多くの照明の可能性が存在する。
−カラーフリンジ（色ぶち）を選択的に生成することができる。
−散乱角が小さい第２の光学要素を用いることで、パターンを表面上に投影し、当該パターンの色および明度を動的に変化させることができる。

照明モジュール１．１〜１．Ｎの可動部に接続される第１の光学要素７．１〜７．Ｎは、ライトカップリング（光結合器）として構成されてもよい。この場合、当該ライトカップリングは、光出力結合を行うライトガイド、ミラーまたはプリズム系で構成される。この構成の代わりにまたはこの構成に加えて、各第１の光学要素７．１〜７．Ｎに対してそれぞれ接続された個々の第２の光学要素、または第１の光学要素７．１〜７．Ｎの全てに共通する第２の光学要素を、ビーム成形用に設けてもよい。第２の光学要素は、場合によっては、モータ、空気圧または液圧によってフォーカス可能（焦点調節可能）なものとしてもよい。

使用用途に応じて、様々な第１の光学要素および／または第２の光学要素を用いてもよい。すなわち、以下の構成要素である。
−広い散乱角を有し、高効率かつ均一な発光領域を実現する、ホワイトボックス、光波ガイド（光導波路）、またはフルライトガイドボックス（Volllichtleiterbox）、
−狭い散乱角を有する投射用光学要素、
−均一な照明を達成し、狭い半値角を有する、高効率なスポットライト用光学要素、または
−均一な照明を達成し、広い半値角を有する、高効率なスポットライト用光学要素。

ビーム成形を行う第２の光学要素は、第１の光学要素７．１〜７．Ｎおよび光源３．１〜３．Ｎの各組合せによって発せられる光を可変に拡大することにより、より大きい半値角またはより小さい半値角を達成することができる。第１の光学要素７．１〜７．Ｎおよび光源３．１〜３．Ｎの各組合せが発する光を、対応するレンズ構成により、所望の大きさに広げたり狭めたりしてもよい。これにより、それら各光の焦点をそれぞれ調節することができる。

最後に、光放射角を変更させる（例えば、互いに移動可能なレンズ板によって変更させる）第３の光学要素の形態の光学アクセサリが、第２の光学要素の下流に設けられてもよい。このような光学アクセサリは、照明装置から放射さられた光を横方向において制限するバーンドアの形態の絞り装置、または虹彩絞り、スクリム、遮光板などである。

照明装置のモジュール構造のおかげで、照明モジュール同士の様々な組合せが可能である。これら組合せは、第１の光学要素と組み合わせた基本的な照明モジュールとして構成されてもよい。この場合、第１の光学要素が組み合わされた特定の数の基本的な照明モジュールにより、照明装置が構成される。この照明装置には、任意で、ライトカップリング、第２の光学要素または光学アクセサリが追加で設けられてもよい。例えば、複数の照明装置を組み合わせてライト（スポットライトやヘッドライト）または面状照明器具を形成し、これら複数のライトまたは面状照明器具をクイックコネクタによって機械的および電気的に互いに接続することにより、当該ライトまたは面状照明器具の発光面を、所望の構成、例えば、円形状、四角形状、楕円形状の光放射面にすることができる。

本発明のモジュール式の照明装置のさらなる構成として、特定の箇所でそれぞれ接合され一列に並べられた照明モジュールが挙げられる。この構成により、円形状、四角形状もしくは直方形状に形成されるか、または照明ストリップ（帯状の照明装置）として形成される、任意の幾何学形状の発光面を備えた小型パネルを提供することができる。この小型パネルでは、複数の照明モジュールが一列に直接接続される。

図１９は、ＬＥＤパネル５０を備えるモジュール式の照明システムにおける個々の機能構成要素を示す概観図である。各ＬＥＤパネル５０には、光源をそれぞれ備えた８つの照明モジュール１が設けられている。各照明モジュール１の光源は、様々な波長の光、すなわち、様々な色の光を発する複数のＬＥＤで構成されている。ＬＥＤパネル５０は発光体を構成しており、当該ＬＥＤパネル５０の上面に、ソフトライト用光学要素５１またはスポットライト用光学要素５２を追加で設けてもよい。ソフトライト用光学要素５１またはスポットライト用光学要素５２は、様々な波長の光、すなわち、様々な色の光を放射するＬＥＤについて、さらなる混光および所望のビーム成形を行う。ＬＥＤパネル５０は、側方に電気機械コネクタを備えており、この電気機械コネクタを介して複数のＬＥＤパネル５０を電気的および機械的に接続することにより、ＬＥＤパネルの列を形成できるようになっている。ＬＥＤパネルの複数の列は、追加のクロスコネクタ（横方向コネクタ）５７によって互いに接続されることにより、マトリクス状の構造を有するＬＥＤパネルグループ５０’を形成することができる。

各ＬＥＤパネル５０またはＬＥＤパネルグループ５０’に制御要素５５を接続することにより、個々のＬＥＤパネル５０またはＬＥＤパネルグループ５０’の分散駆動（ローカル作動）を行うことができ、また、個々のＬＥＤパネル５０またはＬＥＤパネルグループ５０’の照明モジュールにおける個々の光パラメータの操作または調節が可能になる。制御要素５５は、データ入力またはパラメータ設定を行った後、ＬＥＤパネル５０から取り外されてもよい。

個々のＬＥＤパネル５０、または複数のＬＥＤパネル５０が互いに電気的および機械的に接続されたＬＥＤパネルグループ５０’は、自立電源として、バッテリ５８に接続されてもよい。好ましくは、バッテリ５８は、ＬＥＤパネル５０に直接接続されるか、または接続要素を介してＬＥＤパネル５０に接続される。

中央出力制御ユニット５３，５４は、ＬＥＤパネル５０またはＬＥＤパネルグループ５０’に給電し、また、個々のＬＥＤパネル５０の照明モジュール１を作動させるための設定値を入力する。中央出力制御ユニット５３，５４は、電源・ドッキングステーション５３とコントローラ５４とで構成される。コントローラ５４は、電源・ドッキングステーション５３に接続（連結）可能であるか、または電源・ドッキングステーション５から離れた位置から、無線もしくは配線接続を介して動作可能である。電源・ドッキングステーション５３は、複数のソケットを有しており、接続ケーブル５６を介して、ＬＥＤパネル５０またはＬＥＤパネルグループ５０’の給電および作動を行うための電気接続を確立することができる。

１ 照明モジュール
１．１〜１．Ｎ 照明モジュール
２ モジュール支持体
３，３’ 光源
３．１〜３．Ｎ 光源
４ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５ リング
６ 密封材
７ 第１の光学要素
７．１〜７．Ｎ 第１の光学要素
８ 第２の光学要素
９ 第３の光学要素
１０ 外部のコントローラ
１１ ハウジングフレーム
１２ メモリ
１３ フォトセンサ
１４ シリアルインターフェース
１５ 制御ライン
１６ モジュール用ヒートシンク
１８ ボード（マザーボード、バックプレーン）
１９ 取付マグネット
２０ モジュール用電子装置
２０．１〜２０．Ｎ モジュール用電子装置
２１ 開口部
２２ 端子プラグ
２３ 端子片
２４〜２６ 取付孔
３０ ボード
３１ 端子（はんだ付け用のラグ端子）
３２，３３ 孔
３４ 温度センサ
３４．１，３４．２ コンタクト
３５ 導体
３６ 明度センサおよび／またはカラーセンサ
３７，３８ 増幅器
５０ ＬＥＤパネル
５１ ソフトライト用光学要素
５２ スポットライト用光学要素
５３ 電源ドッキングステーション
５４ コントローラ
５５ 制御要素
５６ 接続ケーブル
５７ クロスコネクタ
５８ バッテリ
６８ 電子スイッチ
６９ 抵抗
７１ 光線束化素子
７２ 混光素子
７３ 混色素子
８１，８２ マイクロレンズ板
９１ バーンドア
９２ 拡散体
９３ スクリム
１１０ ヒートシンク面
１１１，１１２，１１４ 取付部
１１５，１１６，１１７ 入力コネクタおよび出力コネクタ
１６１ ベース部
１６２ ねじ孔
１７１ ねじ
１７２ 溝付きピン
１８１ 開口
１８２ ソケット
２０１〜２０６ 駆動ステージ
２２０ 端子
３００ メタルコア基板
４０１〜４０４ 白色ＬＥＤ
４０５〜４１０ 温白色ＬＥＤ
４１１〜４１３ 赤色ＬＥＤ
４２１〜４２３ 緑色ＬＥＤ
４３１〜４３４ 青色ＬＥＤ
４４１〜４４３ 黄色ＬＥＤまたは琥珀色ＬＥＤ
４０１．１〜４４２．２ 電気コンタクト（コンタクト面）
ＡＩＮ１，２ マイクロコントローラ入力
ＧＮＤ 接地電位
ＳＥＲ Ａ／Ｂ シリアルインターフェース
Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６ 供給電圧
Ｖ_ＬＥＤ１，Ｖ_ＬＥＤ２ 供給電圧
ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６ プロセッサ出力

Claims (57)

1. 異なる波長の光を放射する複数の制御可能な発光ダイオードを備えた照明装置において、
   照明モジュール（１）を備え、この照明モジュール（１）において、
   モジュール支持体（２）に配置され、異なる波長の光を放射する複数のＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を有する光源（３，３’）と、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を駆動するモジュール用電子装置（２０）とが、一体化されて前記モジュール支持体（２）に接続されていることを特徴とする、照明装置。
2. 請求項１において、前記異なる波長の光を放射するＬＥＤ（４；４０１〜４４３）が前記光源（３，３’）のボード（３０）上で選択、構成および配置され、前記照明モジュール（１）が調整可能な混光を放射するように前記モジュール用電子装置（２０）が前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を駆動することを特徴とする、照明装置。
3. 請求項２において、前記モジュール用電子装置（２０）が、互いに異なる波長の光を放射する前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を別々に駆動することを特徴とする、照明装置。
4. 請求項２において、前記モジュール用電子装置（２０）が、同一の波長の光を放射するＬＥＤからなるＬＥＤグループの単位で前記ＬＥＤを駆動することを特徴とする、照明装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項において、異なる波長の光を放射する前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）で構成される混光の明度、色およびクロミナンスが一定になるように、
   前記モジュール用電子装置（２０）が、前記照明モジュール（１）の温度および／もしくは動作、ならびに／または前記照明モジュール（１）によって放射される混光の明度および／もしくは色に応じて、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を駆動することを特徴とする、照明装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項において、前記照明モジュール（１）によって放射さられる混光の明度およびクロミナンスが調節可能および／または較正可能であることを特徴とする、照明装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項において、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）が、前記光源（３，３’）のボード（３０）上において互いに小さい離間距離で配置されており、かつ、当該ボード（３０）上に配置された導体（３５）を介して前記モジュール用電子装置（２０）と接続されていることを特徴とする、照明装置。
8. 請求項７において、前記導体（３５）が、前記ボード（３０）の縁部にまで案内され、端子（３１）を介して前記モジュール用電子装置（２０）と接続されていることを特徴とする、照明装置。
9. 請求項８において、前記光源（３，３’）の前記端子（３１）がグリッド状に配置されていることを特徴とする、照明装置。
10. 請求項１から９いずれか一項において、前記光源（３，３’）のボード（３０）が、良好な熱伝導性を有する電気絶縁材料で構成された回路基板、好ましくは、窒化アルミニウム製の回路基板またはメタルコア基板（３００）で構成されていることを特徴とする、照明装置。
11. 請求項１０において、前記光源（３）の前記ボード（３０）が、モジュール用ヒートシンク（１６）に、熱伝導性に優れた形態で接続されていることを特徴とする、照明装置。
12. 請求項１１において、前記光源（３，３’）の前記ボード（３０）が前記モジュール用ヒートシンク（１６）のベース部（１６１）上に配置されており、このベース部（１６１）は前記モジュール用ヒートシンク（１６）の表面よりも盛り上がっており、このベース部（１６１）を有する前記モジュール用ヒートシンク（１６）の前記表面が、当該モジュール用ヒートシンク（１６）を前記モジュール支持体（２）に接続する締結要素（１７１，１７２）を有することを特徴とする、照明装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項において、前記モジュール支持体（２）が、プレート状であり、かつ、回路基板として形成されたボード（３０）またはモジュール用ヒートシンク（１６）のベース部（１６１）を挿入するための開口部を有することを特徴とする、照明装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項において、前記モジュール支持体（２）が、前記ボード（３０）用の取付孔および／またはモジュール用ヒートシンク（１６）の取付孔を有し、さらに、前記モジュール支持体２をマザーボード（１８）に接続するための接続要素を備えていることを特徴とする、照明装置。
15. 請求項１から１４のいずれか一項において、前記光源（３，３’）のボード（３０）が、前記モジュール支持体（２）の表面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする、照明装置。
16. 請求項１から１５のいずれか一項において、前記モジュール支持体（２）が、高い熱伝導性を有する材料で構成されていることを特徴とする、照明装置。
17. 請求項１から１６のいずれか一項において、前記モジュール支持体（２）が、同じような構造の複数の照明モジュール（１）をほぼ連続して並べることを可能にする外形を有しており、これにより、照明器具の発光面を形成できることを特徴とする、照明装置。
18. 請求項１７において、前記モジュール支持体（２．１〜２．Ｎ）、または複数の照明モジュール（１．１〜１．Ｎ）における前記モジュール支持体（２．１〜２．Ｎ）に接続される部分（１６，２２）が、外部のコントローラ（１０）が設けられたマザーボード（１８）における開口（１８１，１８２）に挿入可能であることを特徴とする、照明装置。
19. 請求項１から１８のいずれか一項において、前記モジュール用電子装置（２０）が、シリアルインターフェース（ＳＥＲ Ａ，ＳＥＲ Ｂ）を介して外部のコントローラ（１０）に接続されており、かつ、少なくとも１つの給電ラインを介して電圧源（Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６）に接続されていることを特徴とする、照明装置。
20. 請求項１から１９のいずれか一項において、前記モジュール用電子装置（２０）が、異なる波長の光を放射する前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）の給電および／または出力制限および／または出力制御を行う回路（６７，６８，６９）を有することを特徴とする、照明装置。
21. 請求項１から２０のいずれか一項において、前記モジュール用電子装置（２０）が、局所的かつ自律的な信号処理を行うマイクロコントローラ（６０）を含むデジタル回路を有することを特徴とする、照明装置。
22. 請求項１から２１のいずれか一項において、前記モジュール用電子装置（２０）が、前記モジュール支持体（２）に設けられた少なくとも１つのセンサ（３６）、好ましくは、明度センサおよび／または温度センサおよび／またはカラーセンサに接続されていることを特徴とする、照明装置。
23. 請求項１から２２のいずれか一項において、前記モジュール用電子装置（２０）が、それぞれ個々のＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を駆動するか、または同一の波長の光を放射する複数のＬＥＤ（４；４０１〜４４３）を同時に駆動する複数の駆動回路（６１〜６６）であって、同じような構造を有する複数の駆動回路（６１〜６６）を含むことを特徴とする、照明装置。
24. 請求項２５において、前記駆動回路（６１〜６６）が、それぞれ、パルス幅変調制御信号を出力するマイクロコントローラ（６）の出力（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６）にそれぞれ接続されており、前記駆動回路（６１〜６６）に供給電圧（Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６）が供給されることを特徴とする、照明装置。
25. 請求項２５または２６において、１つまたは複数の駆動回路（６１〜６６）に対して、Ｎ種類の異なる供給電圧（Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６）が供給されることを特徴とする、照明装置。
26. 請求項２５から２７のいずれか一項において、前記駆動回路（６１〜６６）が、当該駆動回路（６１〜６６）に対する供給電圧（Ｕ_ＬＥＤ１〜Ｕ_ＬＥＤ６）に接続され、温度補償された定電流源（６７）を含み、
    各駆動回路（６１〜６６）によって駆動される前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）に一定の電流（Ｉ_{Peak, const}）が供給されるように、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）に直列接続された電子スイッチ（６８）を作動することを特徴とする、照明装置。
27. 請求項１から２６のいずれか一項において、前記モジュール支持体（２）が、端子プラグ（２２）または端子片（２３）を有し、当該端子プラグ（２２）または端子片（２３）における、前記モジュール用電子装置（２０）に接続された端子が、少なくとも１つの照明モジュール（１）を収容するマザーボード（１８）に設けられた端子ソケットの端子と接続可能であることを特徴とする、照明装置。
28. 請求項２７において、前記モジュール支持体（２）に連結された前記端子プラグ（２２）が５つの端子（２２０）を有し、これら５つの端子（２２０）が、
    −前記モジュール用電子装置（２０）の外部のコントローラ（１０）へのシリアルインターフェースを構成する２つの端子（ＳＥＲ Ａ， ＳＥＲ Ｂ）、
    −異なる電圧を供給する２つの電圧源（Ｖ_ＬＥＤ１，Ｖ_ＬＥＤ２）に接続された２つの端子、および
    −接地電位（ＧＮＤ）に接続された１つの端子
    であることを特徴とする、照明装置。
29. 請求項１から２８のいずれか一項において、外部のコントローラ（１０）が、前記照明モジュール（１）の全てのボード温度を定期的にスキャンし、測定された最高温度を示す信号を、全ての照明モジュール（１）に対して発行し、同期命令の後、前記測定された最高温度を示す信号に基づいて明度調節を実行することを特徴とする、照明装置。
30. 請求項１から２９のいずれか一項において、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）が、チップオンボード技術、好ましくは、接着、フリップチップ接触または導電性接着によってボード（３０）の導体（３５）に電気的に接続されたＬＥＤチップを形成していることを特徴とする、照明装置。
31. 請求項３０において、前記ボード（３０）の中心部に、白色光を放射する少なくとも１つのＬＥＤチップ（４０１〜４０４）が配置され、前記ＬＥＤチップ（４０１〜４０４）の周りにおいて、前記ボード（３０）の中心に対して同心円状かつ回転対称状に配置され互いに角度方向に等間隔で離間した複数のＬＥＤチップ（４１１，４１２；４２１，４２２；４３１，４３２；４４１，４４２）が設けられていることを特徴とする、照明装置。
32. 請求項３１において、前記ボード（３０）の中心に、白色光、特に温白色光のＬＥＤチップ（４０５）が配置され、当該中心の周りの外側の円周に沿って、白色光、特に温白色光の５つのＬＥＤチップ（４０６〜４１０）がさらに配置され、前記外側の円周と同心の円周であって、前記中心と前記外側の円周との間に位置する円周に沿って、青色光を放射する２つのＬＥＤチップ、赤色光を放射する１つのＬＥＤチップ、緑色光を放射する１つのＬＥＤチップおよび琥珀色光を放射する１つのＬＥＤチップが、互いに７２°の角度で離間し、かつ、前記外側のＬＥＤチップ（４０６〜４１０）に対して３６°の角度でずれて配置されていることを特徴とする、照明装置。
33. 請求項３０において、ｎ個のＬＥＤチップ（４０１〜４０４）が設けられており、これらｎ個のＬＥＤチップ（４０１〜４０４）のうち、ｎ／３個のＬＥＤが白色光または温白色光を放射し、ｎ／６個のＬＥＤが赤色光、青色光、緑色光、および黄色光もしくは琥珀色光を放射することを特徴とする、照明装置。
34. 請求項３３において、４つのＬＥＤチップ（４０１〜４０４）が内側の正方形を形成し、さらなる８つのＬＥＤチップ（４１１，４１２；４２１，４２２；４３１，４３２；４４１，４４２）が、前記内側の正方形の中心の周りにおいて、前記正方形と同心の円周に沿って配置されているか、または前記内側の正方形と同心の外側の正方形の各辺において、対を構成して配置されていることを特徴とする、照明装置。
35. 請求項３４において、白色光または温白色光を放射する４つのＬＥＤチップ（４０１〜４０４）が前記内側の正方形を構成し、前記内側の正方形の前記中心の周りにおける円周に沿って、赤色光、青色光、緑色光、および黄色光もしくは琥珀色光をそれぞれ放射する、互いに１８０°ずれた２つのＬＥＤチップ（４１１，４１２；４２１，４２２；４３１，４３２；４４１，４４２）からなる対が、隣合うＬＥＤチップ（４１１，４１２；４２１，４２２；４３１，４３２；４４１，４４２）に対して４５°ずれて配置されていることを特徴とする、照明装置。
36. 請求項３４において、有色光を放射する４つのＬＥＤチップ（４０１〜４０４）が前記内側の正方形を形成し、前記内側の正方形と同心の外側の正方形の各辺において、白色光または温白色光を放射する１つのＬＥＤチップと有色光を放射する１つのＬＥＤチップ（４１１，４１２；４２１，４２２；４３１，４３２；４４１，４４２）とからなる対が配置されていることを特徴とする、照明装置。
37. 請求項１から３６のいずれか一項において、ボード（３０）に配置された前記光源（３）の少なくとも前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）が、透光性の密封材（６）、好ましくは、光学的に活性な透光性の密封材（６）で被覆されていることを特徴とする、照明装置。
38. 請求項１から３７のいずれか一項において、円筒状または楕円状のリング（５）が、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）の周りに配置され、好ましくは、接着剤によってボード（３０）の表面に連結されていることを特徴とする、照明装置。
39. 請求項３８において、前記リング（５）が、プラスチックで作製されており、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）に対向する内側が白色または鏡面状であり、外側のＬＥＤ（４；４０１〜４４３）に対して一定の距離で特定の高さを有することを特徴とする、照明装置。
40. 請求項３８または３９において、前記リング（５）によって取り囲まれた内方空間が、透光性の密封材（６）で充填されていることを特徴とする、照明装置。
41. 請求項１から４０のいずれか一項において、前記照明モジュール（１）、および／または照明モジュールのグループに組み合わされた複数の照明モジュール（１．１〜１．Ｎ）に結合された光学要素を備えることを特徴とする、照明装置。
42. 請求項４１において、前記光源（３）が、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）によって放射される光ビームを集める第１の光学要素（７）に接続されていることを特徴とする、照明装置。
43. 請求項４２において、前記第１の光学要素の少なくとも一部が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）から作製されていることを特徴とする、照明装置。
44. 請求項４２または４３において、前記第１の光学要素（７）が、混光および／または混色および／またはビーム成形を行う１つ以上の光学素子を含むことを特徴とする、照明装置。
45. 請求項４２または４３において、前記第１の光学要素（７）が、光線束化を行うＴＩＲレンズを含むことを特徴とする、照明装置。
46. 請求項４２または４３において、前記第１の光学要素（７）が、ハニカム型の集光レンズを含むことを特徴とする、照明装置。
47. 請求項４１において、前記第１の光学要素（７）が、ビーム成形を行う第２の光学要素（８）に接続されていることを特徴とする、照明装置。
48. 請求項４７において、前記第２の光学要素（８）が、前記ＬＥＤ（４；４０１〜４４３）によって放射される光ビームを広げまたは集める、互いに調節可能な２つのマイクロレンズ板（８１，８２）を含むことを特徴とする、照明装置。
49. 請求項４７または４８において、前記第２の光学要素（８）が、広い半値角および均一な発光領域を生成することを特徴とする、照明装置。
50. 請求項４７から４９のいずれか一項において、前記第２の光学要素（８）が、均一な照明、大きい半値角およびを高効率のソフトライト用光学要素から構成されることを特徴とする、照明装置。
51. 請求項４７から４９のいずれか一項において、前記第２の光学要素（８）が、狭い半値角を有する投射用光学要素から構成されることを特徴とする、照明装置。
52. 請求項４７から４９のいずれか一項において、前記第２の光学要素（８）が、均一な照明、狭い半値角および高効率のスポットライト用光学要素から構成されることを特徴とする、照明装置。
53. 請求項４７から４９のいずれか一項において、前記光源（３）によって放射される光ビームを集束し、かつその半値角を変更するために、特に、前記照明モジュール（１）の光軸の方向に当該光ビームを集束し、かつその半値角を変更するために、前記第２の光学要素（８）が、モータ、空気圧または液圧によって調節可能であることを特徴とする、照明装置。
54. 請求項３８から５０のいずれか一項において、前記第１の光学要素（７）および／または前記第２の光学要素（８）が、前記円筒状のリング（５）にフランジ取付けされていることを特徴とする、照明装置。
55. 請求項１から５４のいずれか一項において、前記光源（３，３’）および／または前記第１の光学要素（７）および／または前記第２の光学要素（８）が、光を出力結合する手段、特に、ライトガイド、ミラーまたはプリズム系に接続されていることを特徴とする、照明装置。
56. 請求項１から５５のいずれか一項において、前記第１の光学要素（７）および／または前記第２の光学要素（８）および／または光を出力結合する前記手段が、第３の光学要素（９）に接続されており、この第３の光学要素（９）は、光放射角を変更するか、さらに／または、光の特殊効果を生成することを特徴とする、照明装置。
57. 請求項５３または５４において、前記第３の光学要素（９）が、光学アクセサリ、特に、互いに可動なレンズ板（９１）、バーンドア（９２）、回折格子、拡散体（９３）、スクリム（９４）、遮光板、ホログラム拡散シートなどで構成されていることを特徴とする、照明装置。

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