JP4625837B2 - 均一な像を形成する懐中電灯 - Google Patents

Description

本発明は、懐中電灯に関し、懐中電灯について産業上有用性を有するものである。

懐中電灯は、金属管、電球、電池を世界初の懐中電灯に仕上げたコンラッド・ヒューバートにより１８９８年に発明された。それ以来、懐中電灯技術はほとんど変わっていない。今日の懐中電灯技術は、タングステンランプまたは電球を放物型反射板（parabolic reflector）の焦点に位置させ、単にフィラメントを目的の空間に結像するということに基づいている。反射板は、別の形状を有していたり、ファセット加工が施されていてもよいし、その他の変更があってもよい。フィラメントの粗い像が、いくぶん離れた壁（たとえば、３〜６フィート程の距離）に形成される。

（通常、円形状の）粗い像の光強度が大きく異なることが、現在の懐中電灯技術における重大な問題である。懐中電灯の中には、ユーザがパターンの大きさを変更したり調節したりできるものがあるが、一般的に、照らされている部分の光強度はかなり不均一である。別の問題として、照らしたい範囲以外の広い範囲に光が照らされてしまうことが挙げられる。

また、さらに別の問題は、従来の懐中電灯が投じる粗い像では、多くの状況において対象物をはっきり見ることができないことである。これは、照らしている部分における光強度のばらつきによって、対象物の特徴が覆われたり、隠されたりしてしまうためである。
さらに別の問題として、従来の懐中電灯によって照らされた部分は、見た目が悪く、目になじみのないものになりがちであることが挙げられる。人々が一般に日常生活で経験する照光は、ある程度均一で輝度も十分に高いため、目に負担をかけず容易に目的物を見ることができる。残念ながら、従来の懐中電灯では、そのような照光を提供することはできない。

本発明の第一の態様において、対象物を均一に照らす懐中電灯を提供する。この懐中電灯は、対象物を均一に照射する懐中電灯であって、光源と、前記光源からの光を取り込み、壁面において前記光源からの光を複数に反射させることによって前記光源からの光を重畳させ、均一な光の像を形成する光パイプ、または、各小型レンズが前記光源からの光を互いに重畳させ、均一な光の像を形成する小型レンズアレイのいずれかを含み、前記光源が光学的に結合される入力面と、出力面と、を有する光ホモジナイザと、前記光ホモジナイザの出力面に隣接し、前記懐中電灯の出力端に配置され、前記対象物に対して、均一な明るさで、縁が鮮明な光の像を形成する結像レンズと、を含む。この結像レンズは調節可能であるため、懐中電灯の端から選択可能な距離に、光を比較的均一に分布させることができる。

本発明の第二の態様において、懐中電灯の光線を形成する方法を提供する。この方法は、対象物を照射するための懐中電灯光線を形成する方法であって、光源から光を生成し、前記光源からの光を内部に取り込み、壁面において前記光源からの光を反射させ続けることで前記光源からの光を重畳させ、均一な光の像を形成する光パイプ、または、各小型レンズが前記光源からの光を互いに重畳させ、均一な光の像を形成する小型レンズアレイのどちらかの形態をとる光ホモジナイザの入力面に光を結合させ、前記均一な光の像を前記光ホモジナイザの出力面で出力し、前記光ホモジナイザから出力された、前記均一な光の像を結像レンズで集光し、前記結像レンズから出力された光を懐中電灯光線として向け、前記対象物に対して、均一な明るさで、縁が鮮明な像を形成することを備える。調節可能な結像レンズを調節することにより、懐中電灯の光線が均一な像を形成する距離を選択することができる。

説明のために、本発明の完全な理解を提供するための具体的な実施例を以下に示す。しかし、本開示を読んだ当業者であれば、これらの詳細がなくとも本発明が実施されうることが理解されるであろう。さらに、開示している光学系が不明瞭になるのを防ぐため、光学部品、電気回路部品及び接続を含むが、それらに限定されるものではない周知の素子や行程段階などは詳細に述べていない。また、「光源」という言葉は、１つの電球またはその他の発光体に限定されるものではなく、電球、ＬＥＤいずれの場合でも、１つまたは複数の発光体を含んで使用するものとする。

図１に、本発明懐中電灯１００の好適な実施例を示す。懐中電灯１００は、以下に説明する各懐中電灯を構成する各種部材を収納及び／または支持、かつ保護する収納部Ｈを含む。２つの通常の懐中電灯電池１が図１の懐中電灯１００中に示されているが、電池の数（つまり１以上）及び電池の種類は問わず、また、従来または通常の光源２（例えば、懐中電灯電球）の電源として、任意の適用可能な電源が使用されうる。図示したとおり、光源２は、通常楕円反射板３の１つの焦点１０に位置している。従来の懐中電灯（図示せず）は、楕円反射板から目的物または壁６まで光を直接反射させ、楕円反射板からの全ての光が、光軸と実質的に平行な経路に沿って放たれるが、それに代え、本実施例における懐中電灯１００は、例えば、同じ光源（例えば、フィラメント２ａを備えた電球）を使用するものの、楕円反射板３からの光をテーパー状の光パイプ４の入力開口、つまり入力面４ａに再結像する。

楕円反射板３上で反射を行う特定の位置によるが、このような入力面４ａへの方向付けを達成するために、反射光はすべて入力面４ａで光パイプ４に入るように反射板３に反射する光を様々な角度で光軸８に反射させる。そして、外円錐角θ（outer cone angle）は、縁部３ａから入力面４ａへ反射する光によって定められる。光パイプ４に入った後、光は、出力開口、つまり出力面４ｂを通り抜けて光パイプ４を出るまで、光パイプ４の壁部に反射し続ける。そして、光パイプからの出力は、結像レンズ５により再結像され、懐中電灯光線Ｂを形成し、光線Ｂは、結像レンズにより、懐中電灯前方の距離Ｄの位置の対象平面または表面６上に向けられる（すなわち集束される）。結像レンズ５が適度な品質であれば、光パイプ４の出力像は、光パイプ４の縁の鮮明で明確な像となる。結像レンズ５の焦点、つまり、光軸８上でのレンズ５の位置を調節することで、光パイプ４の出力像を所望の距離に変化させることが可能となる。

光パイプ４の周知の特性として、光パイプ４が長さＬにおいて十分である場合、パイプの出力面４ｂから出る光の輝度は非常に均一であることが挙げられる。この均一な輝度は、光パイプ内での複数の反射の結果得られる混合または均質化によるものである。小さい正方形の入力面４ａから、より大きい正方形の出力面４ｂへテーパー形状を有する光パイプ４の別の特性として、出力面４ｂが入力面４ａより大きくなるにつれ（図示の通り）、円錐の内角（included angle）が角度θから角度βに減少するよう、出力面４ｂにおいて、光の入射の円錐角θが変換されることである。またはその逆もあり得る。この変換の間、エタンデュー（etendue）は保たれる。ここで、入力面４ａへの光入射の光円錐の高い開口数（つまり、大きな円錐角θを意味する）は、出力面４ｂにおいて円錐角が角度βまで減少し、それはパイプ４の出力面４ｂにおける面積の増加に連動する。この変換は、入口側、出口側であるかを問わず、光パイプ面積と光円錐の立体角との積が一定であるという関係を満たす。テーパー形状でない光パイプ（図示せず）においては、ある角度で入ってきた光が同じ角度で光パイプを出るよう、光パイプに入る開口数はパイプの出口面で保たれる。

異なる形状や大きさのマスク７は、光パイプ４の出力面または表面４ｂに位置させ、対象物６に対する光のパターンの形状を所望に画定することができる。したがって、マスク７には、円形、楕円形、星形、その他の所望の形状を持たせることができる。このように、光のパターンを変更することができ、つまり、光の均一な特性に影響を与えることなく、パターンを大きくしたり、小さくしたり、形状を変えたりすることができる。また例えば、フィルムやスライド上のイメージや絵などの別の光変更部材や面をパイプ４の出力面４ｂに位置させることも可能であり、それが対象物６上に投影される。

本発明の独自性は、単純な反射板３と組み合わせて、非常に低コストの懐中電灯電球などの従来技術の光源２を採用でき、かつ、対象物６に対し非常に不均一でぼやけた光斑しか提供できない従来の懐中電灯に代わり、均一度及び輝度の高い光のパターンや円盤状の光を作り出すことができる点にある。換言すると、本発明は、標準的な懐中電灯電球などの既存技術による光源２を使用して、よりレベルの高い光または光量子効率を提供する。上述の点が懐中電灯の長年における一般的な問題であったが、本発明によりこの問題が解決される。

別の実施例において、光パイプ４に光源２（例えば、電球フィラメント２ａ）を結像する際に使用される反射板は、楕円形以外の形状である。また、反射板はファセット加工やその他の表面加工が施されていてもよい。
本発明において、光パイプはテーパー形状である必要はなく、特定の実施例において、入力面と出力面は同じ大きさで同じ面積であってもよい。さらに、光パイプは、例えば円形、三角形、長方形など、好適な実施例の正方形以外の形状を採用してもよい。

本発明の別の実施例において、光パイプの入口面から電球フィラメントの像の焦点をぼかす。さらに、ディフューザ８１が光パイプの入口面に位置している。なお、ディフューザ８１は、ホログラフィックタイプであってもよい。集束したフィラメント像でディフューザが無い場合に比べ、フィラメントの焦点がぼかされた像と光パイプの入口面のディフューザとが組み合わさることで、明るい光の面積や光斑が大きくなる。全体的な結果として、集束したフィラメント像の場合より、「万華鏡のような」光のパターンでより満たされ、光パイプの出力面における均一性が向上する。さらに、光パイプの出力を取り、ガラスの円形ロッドを置き、それが固い円形の光パイプの役割を果たし、その出力が対象物に結像されるようにすることも可能である。

本発明の別の実施例は、入力開口または面が楕円の焦点に位置する「複合放物型集光器（Compound Parabolic Concentrator）」、いわゆるＣＰＣを使用する。ＣＰＣの出力は、円錐角が明確で、対象物上に非常に容易に結像されうる円盤状の光である。この実施例では、テーパ形状の状光パイプをＣＰＣに取り換えている。
上述の通り、光源２がフィラメントランプや電球である必要はない。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態であってもよいし、光錐に変換される、または光パイプの入力部に結像される必要があるレーザ光源も考えられる。また光源は、キセノンランプなどのアークランプや、その他の光源であってもよい。

さらに、図２に示す通り、光の均一なパターン、つまり均質化は、不均一な光分布をより均一なパターンまたは像に変えるレンズアレイを使うことで達成することもできる。この技術を懐中電灯に典型的に見られる不均一な出力と併せて使用し、均一な像を作り出してもよい。また、適切に設計されたレンズアレイを後付けして、より均一な光のパターンを得ることも考えられる。標準の結像レンズ５と違い、レンズアレイ１４及び１６は、１つの光学媒体１４に、１つ以上のレンズ、つまり小型レンズ１４ａ〜１４ｃを含む。しかし、これらの小型レンズが同一の光学媒体１４に存在する必要はなく、光源から延びる光路上に位置しているだけでよい。

一般的にレンズアレイは、レンズアレイが含む小型レンズの数で表される。例えば、４×４アレイとは、１つの光学媒体に縦横それぞれ４個、計１６個の小型レンズを有するものをいう。レンズアレイには、以下いずれかの設計が採用されうる。
・１組のレンズアレイ１４
・一対のレンズアレイ１４及び１６
・任意の数のレンズアレイ
複数組のレンズアレイ、例えば、レンズアレイ１４及び１６が使用される場合、最初のレンズアレイ１４は、光源からの不均一な出力をサンプリングまたは受光するために使われる。

第１アレイの小型レンズ１４ａ〜１４ｃそれぞれは、小型レンズ１６ａ〜１６ｃの第２アレイの開口に向けて、一部の光線の焦点をあてる。第２アレイの素子は、離れた平面６上に、第１アレイの素子の開口を均一なパターンに結像し、２つ以上のアレイ１４及び１６が使用される場合、最後の組のレンズアレイ１６は、通常の結像レンズ５が再結像された光を対象物６上に集束する前に、最終の結像を行う。

使用するアレイの数に関わらず、特定の平面または対象物６上に得られる像は、複数の像が重畳された結果である。レンズアレイ１４及び１６を使用し、レンズアレイ１４及び１６を互いに相対的に移動させることにより、離れた平面６の大きさをズームすることが可能となる。このように複数のレンズアレイを相対的に移動させることで、像の大きさを少なくとも３倍まで拡大することができると考えられる。

［実施例−ＬＥＤアレイ］
図３は、図１と同様であるが、光パイプ入力面４ａに隣接したところに配置されたＬＥＤアレイ２００を光源として有する、懐中電灯１００の実施例を示す断面概略図である。図４は、ＬＥＤアレイ及び光パイプ４の拡大斜視図である。ＬＥＤアレイは、１つ以上のＬＥＤ２０２を含み、それぞれが光２０３を発する。一実施例において、ＬＥＤアレイ２００は、２×２、４×４などにＬＥＤが配列された正方形アレイである。別の実施例において、ＬＥＤアレイ２００は、１つのＬＥＤ２０２からなる。また別の実施例において、ＬＥＤアレイ２００は、長方形または多角形に配置された複数のＬＥＤを含む。本発明に適するＬＥＤは、カリフォルニア州カマリロのアドバンスド・フォトニックス社（Advanced Photonics, Inc.）や、カリフォルニア州サンノゼのルミレッズ・ライティング社（Lumileds Lighting, LLC）などのメーカから得ることができる。

ＬＥＤアレイ２００は、電気的接続部２０４を介して操作が可能になるように電池１に接続されている。電池１は、ＬＥＤを作動し（スイッチを入れる）、ＬＥＤに電力を与えるのに必要なエネルギーを供給する。また電池１は、通常、いかなる種類の適した電源をも意味する。ＬＥＤは、ＬＥＤが発する光２０３が光パイプ４に結合されるよう、光パイプ入力面４ａに対して配置されている。一実施例において、ＬＥＤアレイは、入力面４ａに光学的に接合されているか、直接接着されている。

また一実施例において、ＬＥＤ２０２はパッケージングされている（つまり、プラスチックレンズを有するプラスチック収納部に封入されている）のではなく、ダイレベルである。本発明でパッケージングされたＬＥＤを使用することもできるが、光パイプとパッケージングされたＬＥＤとの光学的結合は、ダイレベルのＬＥＤに比べ効率は落ちる。
アレイ２００中のＬＥＤ２０２の数が増えれば、像６の輝度及び均一性は高まる。（ＬＥＤアレイの幾何学的形状に左右されるが）全てまたは１つを除いて全てのＬＥＤ２０２が、光軸８に対して軸外のため、ＬＥＤからの光２０３は、各ＬＥＤからの光が回転し光パイプ出力面４ｂで重畳する万華鏡効果を起こす。光パイプ出力面が結像レンズ５で結像された場合、回転と重畳とにより、像６の均一性はさらに増す。

［実施例−カラーＬＥＤ］
引き続き図３及び４を参照する。一実施例において、ＬＥＤアレイ２００のＬＥＤ２０２は異なった「色」であり、つまり、違った光の波長を出力する。より詳細な実施例において、ＬＥＤの色は赤、緑、青である。例示のため、ＬＥＤアレイは、３×３とし、３つの青色ＬＥＤ、２つの緑色ＬＥＤ、４つの赤色ＬＥＤを有するものとすることができる。適切な数の赤色、緑色及び／または青色ＬＥＤを使用または作動させることで、懐中電灯１００は、光線Ｂを事実上いかなる色にすることもできる。

この目的のため、一実施例において、懐中電灯１００は、懐中電灯のユーザ（図示せず）が接触可能なスイッチ２２０を含む。例えば、図示した通り、スイッチは懐中電灯収納部Ｈ上に位置させることが可能である。スイッチ２２０は、ＬＥＤアレイに操作可能に結合しており、ＬＥＤアレイは、スイッチからの入力信号を受け、選択的に一部分、もしくは全てのＬＥＤを作動させ、選択した色と輝度の光線を作り出す。一実施例において、スイッチ２２０は、電気スイッチング回路２２２に電気的に接続しており、電気スイッチング回路２２２は、ＬＥＤアレイ２００に電気的に接続している。スイッチ２２０を介して、ＬＥＤ２０２を選択的に作動させ（つまり、１つ以上のＬＥＤをオン／オフに切り替えることで、ＬＥＤアレイの状態を変える）所望の光線Ｂを作り出す（または全く光線を作り出さない）ことにより、特定の色の光線Ｂを得るためのフィルタを懐中電灯に取り付ける必要がなくなる。

例えば、夜間に書類（例えば、地図）を読む必要がある懐中電灯のユーザは、スイッチ２２０から赤色ＬＥＤもしくは赤色ＬＥＤの一部を作動させる設定を選択し、一方で、結像レンズ５を調節し、読もうとしている地図などの書類の位置に対応する距離Ｄに、像６を形成させることができる。こうすることで、ユーザは書類を読み、その一方で夜間の視界を維持し、その他の用事をすることができる。また、その後ユーザには、ＬＥＤの一部分または全てを作動させ白色光線を作り出し（そのような光線が所望される場合）、かつ結像レンズ５を再調節して、例えば、ユーザから数十フィート離れた所に位置する家の住居番号（図示せず）を読みとるために、像６を別の距離Ｄに形成する、という選択肢もある。

さらに、懐中電灯１００の使用に関する別の実施例において、ユーザはスイッチ２２０を操作して、１つの軸外のＬＥＤ、例えば、アレイ２００の角にあるＬＥＤを除く全てのＬＥＤ２０２を消すことも可能である。光パイプ４の入力面４ａの角に位置するこの１つのＬＥＤは、上述の万華鏡効果により、なお光パイプ出力面４ｂに均一な光を作り出す。
本発明の一実施例において、ＬＥＤの作動／非作動（オン／オフ）がいかなる分布をしていても、非常に均一で明るい光斑（分布）が光パイプ出力面４ｂに、同様に非常に均一で明るい像６が距離Ｄに作られる。像６の均一度は、アレイ２００中のＬＥＤの数とともに、光パイプ中のＬＥＤからの光の「はね返り」の数によって決まる。また、懐中電灯１００が形成する像６の輝度は、アレイ２００中に存在するＬＥＤの数（詳細には、作動しているＬＥＤの数）が直接影響する。

一実施例において、ユーザがスイッチ２２０を介して適切な信号を開始した場合に、スイッチング回路２２０は１つ以上のＬＥＤ２０２を光らせるよう構成されている。例えば、緊急時に特定のＬＥＤ２０２（例えば、赤色）を点滅させるよう、ＬＥＤアレイ２００を構成することができる。
つまり、懐中電灯１００の本実施例において、異なるタイプの光線Ｂ（例えば、異なる色、輝度、点滅パターン等）を形成することができ、そのような各光線Ｂは、結像レンズ５を調節することで選択される距離Ｄの位置に、均一で明るい像６を形成する。

［実施例−ＬＥＤ埋め込み］
ＬＥＤアレイ２００によって作られる光２０３が効率的に光パイプ４に結合されることが望ましい。ＬＥＤダイは、２πステラジアンにわたり効率的に光を放つことが知られている。よって、出来る限り多く集光するため、ＬＥＤを出来る限り光パイプ入力面４ａ近くに配置することが有利である。

図５Ａ及び図５Ｂは、光パイプ４の一実施例を示す拡大側面図であり、入力面４ａは、凹部２４２の列２４０を含み、それぞれの凹部はＬＥＤ２０２がちょうど入る大きさにされている。説明を容易にするため、凹部に隣接した状態のＬＥＤを図５Ａに示す。図５Ｂは、凹部内、つまり光パイプの入力面４ａに埋め込まれたＬＥＤを示している。好適な実施例において、ＬＥＤ２０２はダイである。効率は落ちるが、パッケージングされたＬＥＤも使用できる。

図５Ｂに図示する通り、各ＬＥＤの少なくとも一部は光パイプ中にある（つまり、少なくとも部分的に埋め込まれている）ため、ＬＥＤが光パイプの外部にある場合より、各ＬＥＤが発する光がより多く捕捉され、出力面４ｂに渡される。よって、出力面４ｂ、そして像６に、輝度及び均一度の高い光の分布を得ることができる。
図６は、別の実施例における光パイプ４の断面図である。説明のため、特にこの実施例において、光パイプの２つの側面４Ｓをそれぞれ４Ｓａ及び４Ｓｂとする。一例において、側面４Ｓａは、光パイプの側面に取り付けられた、または、光パイプと一体に形成されたプリズムのような突出部（プリズム）２７０を含む。プリズム２７０は、ＬＥＤ２０２が結合されている（例えば、接着または光学的に接合された）面２７２を有する。これにより、入力面４ａからでもなく、別途光を入力面４ａに入力することもなく、光を側面４Ｓａから光パイプ４に入射させることができる。

また、図６は、光パイプ４が側面４Ｓｂの内側に形成された凹部２８２を含み、凹部は、ＬＥＤが光パイプに埋め込まれるよう、それぞれのＬＥＤ２０２を収納できる大きさにされている一実施例を示している。このようにすることで、ＬＥＤからの光２０３は、入力面４ａ及び／または側面２６０ａに光を入力することなく、またはそれと併せて、側面４Ｓｂから光パイプ４に結合される。

図３に関連して上述した通り、一実施例において、図６のＬＥＤ２０２も電気スイッチング回路２２２に接続されており、そして電気スイッチング回路２２２は、スイッチ２２０に接続されており、ＬＥＤを選択的に作動、非作動できるようになっている。同様に、図６のＬＥＤ２０２は、全てを同一色にすることも、異なる色にすることも可能である。

［実施例−光パイプ組立体］
本発明の一実施例において、２つ以上の光パイプがそれぞれに結合または多重化され、光の均一性と輝度を高める。またこれは、一実施例において、光の最大立体角をそれぞれの光パイプに入射しエタンデューを維持することにより達成される。

図７Ａは、ＬＥＤからの光を効率的に結合させる光パイプ組立体４００の一実施例を示す側面図である。光パイプ組立体４００は、主または「第１」光パイプ４０４を含む。主光パイプ４０４は、様々な形状（たとえば、テーバー状や真直な壁、長方形、正方形またはその他の多角形、または円形断面等）を有していてもよく、一実施例では基本的に光パイプ４（図３）と同一である。主光パイプ４０４は、入力端４０４ａ及び出力端４０４ｂを有している。

図７Ａに示す一実施例において、光パイプ組立体４００は、それぞれが第１光パイプより小さく、かつ入力端４０６ａ及び出力端４０６ｂを有する１つ以上の副光パイプ４０６の列を含んでいる。説明のため、図７Ａでは、４つの光パイプ４０６の列を示している。副光パイプ４０６は、副光パイプの出力端４０６ｂが第１光パイプの入力端４０４ａと接合するように、第１光パイプ４０４に結合されるか、一体に形成されている。この意味で、副光パイプは第１（主）光パイプに多重化されている。

一実施例において、出力端４０６ｂが入力端４０６ａより大きくなるよう、副光パイプ４０６はテーバー状になっている。副光パイプが第１光パイプと一体に形成されている場合、副光パイプの出力端４０６ｂ及び第１光パイプの入力端４０４ａは、光が副光パイプを出て、主光パイプに入る部分を示す仮想面４０９（点線）で画定される。
引き続き図７Ａを参照する。各副光パイプ４０６は、その入力端４０６ａに結合された（例えば、接着もしくは光学的に接合された）１つ以上のＬＥＤを含む。したがって、入力端４０６ａ全体が光パイプ４の入力面４ａ（図３）と同一の目的を果たし、これに対応する。

作動中、各ＬＥＤ２０２からの光２０３は、各副光パイプ４０６内でスクランブルされ、出力面４０６ｂにおいて比較的均一な光分布を形成する。そして、均一化された光は主光パイプ４０４へ進行する。各出力端４０６ｂは、均一化された光源として作用し、その光源は主光パイプ４０４の万華鏡効果でさらに均一化される。この結果、主光パイプ出力端４０４ｂにおいて均一度が非常に高くなる。

一実施例における光パイプ組立体４００において、ＬＥＤ２０２は互いに離れており、これはパッケージング及びＬＥＤの熱出力を管理する上で有利である（技術進歩が進みＬＥＤの出力パワーが増すにつれて、ＬＥＤの熱量を小型の光学系で管理することはさらに難しくなるであろう）。また、ＬＥＤの列を１つの大きな光パイプに整列させるより、個々のＬＥＤを小さな光パイプ４０６の入力面に配置する方が容易なため、その意味で光パイプ組立体４０４は有利である。

図３に関連して上述した通り、一実施例において、図７ＡのＬＥＤ２０２もまた電気スイッチング回路２２２に電気的に接続されており、電気スイッチング回路２２２は、スイッチ２２０に接続され、ＬＥＤを選択的に作動、非作動できる。同様に、図７ＡのＬＥＤ２０２は、全てを同一色にすることもできるし、１つ以上の異なる色にすることもできる。

図７Ｂは、主光パイプ４０４の入力面４０４ａに結合された副光パイプ４０６の列（図中では２つが図示されている）を含む光パイプ組立体４００の一実施例を示す側面図である。図７Ｂにおいて、各副光パイプ４０４は、複数のＬＥＤ２０２（図中では２つ）のそれぞれの入力面に結合している。図７Ｂに示している主光パイプ４０４は、テーパー状ではないことに留意されたい。しかし、別の実施例において、主光パイプは、出力面４０４ｂが入力面４０４ａより小さくなるようテーパー状になっていてもよいし、またその逆でもよい。

図７Ｃは、１つの副光パイプ４０６の列が主光パイプ４０４に結合され、ＬＥＤアレイ２００が副光パイプの入力端４０４ａに結合されている光パイプ組立体４００の一実施例を示す側面図である。図７Ｃに示す実施例において、入力端４０４ａが出力端４０４ｂより小さく、入力面４０６ａが出力面４０６ｂより大きいような光パイプ組立体４００が示されている。別の実施例において、副光パイプ４０６または主光パイプ４０４はテーパー形状ではなく、また別の実施例において、入力端４０４ａが出力端４０６ａより大きく、入力面４０６ａが出力面４０６ｂより小さく、入力端４０６ｂと入力面４０４ｂが同じ大きさである。

［電池の配置］
図８は、３つの電池１が光パイプの側面４Ｓを部分的に取り囲むよう配置された配置を示す光パイプ４の斜視図である。この配置によって、収納部Ｈ内の空間を有効に利用することができ、懐中電灯１００を小型化することができる。

光パイプを有する本発明の懐中電灯の一実施例及び光源から最終像までの光路を示す断面概略図。 ２組のレンズアレイを含む本発明の一実施例における懐中電灯の側面、及び光がレンズアレイを通過して最終像まで到達する時の光路を示す拡大概略図。 図１と同様であるが、配列されたＬＥＤを光源として有する懐中電灯の一実施例を示す断面概略図。 図３における実施例の光パイプの入力面を手前にした、光パイプ入力面におけるＬＥＤの配置例を示す拡大斜視図。 入力面がＬＥＤアレイにＬＥＤを収納できる大きさ凹部の配列を含む、本発明の光パイプの一実施例を示す拡大側面部分分解図。 図５Ａと同様であるが、ＬＥＤがそれぞれの凹部に配置され、光パイプの入力面に埋め込まれていることを示す拡大側面図。 光パイプの一側面にプリズム、別の側面に凹部が形成され、プリズムはＬＥＤと接合するよう構成され、凹部とプリズムは、ＬＥＤからの光を光パイプに向けて結合させることを促進するよう構成された、本発明の光パイプの一実施例を示す拡大断面図。 主光パイプの入力面に結合された副光パイプの配列を含む、光パイプ組立体の一実施例を示す側面図。 主光パイプの入力面に結合された副光パイプの配列を含み、各副光パイプが複数のＬＥＤとそれぞれの入力端で結合されている、光パイプ組立体の一実施例を示す側面図。 １つの副光パイプが主光パイプに結合された光パイプ組立体の一実施例を示す側面図。 電池が光パイプの側面を少なくとも部分的に覆うよう配置されている一実施例を示す、光パイプの入力面までの斜視図。

Claims (26)

1. 対象物を均一に照射する懐中電灯であって、
   光源と、
   前記光源からの光を取り込み、壁面において前記光源からの光を複数に反射させることによって前記光源からの光を重畳させ、均一な光の像を形成する光パイプ、または、各小型レンズが前記光源からの光を互いに重畳させ、均一な光の像を形成する小型レンズアレイのいずれかを含み、前記光源が光学的に結合される入力面と、出力面と、を有する光ホモジナイザと、
   前記光ホモジナイザの出力面に隣接し、前記懐中電灯の出力端に配置され、前記対象物に対して、均一な明るさで、縁が鮮明な光の像を形成する結像レンズと、
   を備える懐中電灯。
2. 前記光源は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）又は１つ以上の電球を含む、請求項１に記載の懐中電灯。
3. 操作が可能になるように前記光源に接続された１つ以上の電池をさらに含む、請求項１に記載の懐中電灯。
4. 前記光パイプは側面を有し、前記１つ以上の電池は、前記側面のそれぞれの面に近接して配置される、請求項１に記載の懐中電灯。
5. 前記ＬＥＤのアレイは、異なる色を有する少なくとも２つのＬＥＤを含む、請求項２に記載の懐中電灯。
6. 前記ＬＥＤアレイは、少なくとも１つの赤色ＬＥＤ、１つの緑色ＬＥＤ及び１つの青色ＬＥＤを含む、請求項２に記載の懐中電灯。
7. 前記光ホモジナイザは光パイプであり、前記光パイプの前記入力面には、１つ以上の光源をそれぞれ収納できる大きさにされた１つ以上の凹部が形成されている、請求項１に記載の懐中電灯。
8. 前記１つ以上のＬＥＤは、ダイであるか、あるいは、パッケージングされている、請求項２に記載の懐中電灯。
9. 前記光源に電気的に接続された電気スイッチング回路と、
   操作が可能になるように前記スイッチング回路に接続され、前記光源の状態を変化させるために前記スイッチング回路を作動させるスイッチと、
   をさらに含む、請求項１に記載の懐中電灯。
10. 前記光ホモジナイザは、光パイプ組立体の形態をとる光パイプである、請求項１に記載の懐中電灯であり、
    第１入力端及び第１出力端を有する第１光パイプと、
    それぞれが第２入力端及び第２出力端を有し、主光パイプに結合された１つ以上の副光パイプと、を備え、
    前記１つ以上の副光パイプは、それぞれの第２出力端が前記主光パイプの前記第１入力端に接合するように前記主光パイプに結合、または、前記主光パイプと一体に形成され、前記１つ以上の第２入力端は、前記入力面を構成する、請求項１に記載の懐中電灯。
11. 前記主光パイプの前記第１入力面は、前記第１出力面の面積より大きな第１面積を有し、
    前記１つ以上の副光パイプの前記第２入力端は、前記第２出力端よりも小さな第２面積を有する、請求項１０に記載の懐中電灯。
12. 対象物を均一に照射する懐中電灯であって、
    入力面、出力面及び複数の側面を有する光パイプと、
    前記光パイプの前記入力面に光学的に結合された１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
    前記光パイプの出力面に隣接し、前記懐中電灯の出力端に配置される結像レンズと、
    を備え、
    前記光パイプは、前記発光ダイオードからの光を取り込み、前記光パイプの壁面において前記発光ダイオードからの光を複数に反射させることによって、前記発光ダイオードからの光を重畳させ、前記光パイプの前記出力面において均一な光の像を形成し、
    前記結像レンズは、前記対象物に対して、均一な明るさで、縁が鮮明な像を形成する、懐中電灯。
13. 前記ＬＥＤは、前記複数の側面の少なくとも１つに光学的に結合されている、請求項１２に記載の懐中電灯。
14. 前記ＬＥＤは、前記入力面に光学的に結合されている、請求項１２に記載の懐中電灯。
15. 前記ＬＥＤは、前記入力面に埋め込まれている、請求項１４に記載の懐中電灯。
16. 前記ＬＥＤは、前記複数の側面の少なくとも１つに埋め込まれている、請求項１２に記載の懐中電灯。
17. 前記複数の側面の少なくとも１つは、１つ以上のプリズムを含み、前記１つ以上のＬＥＤは、それぞれ前記１つ以上のプリズムに結合している、請求項１２に記載の懐中電灯。
18. 前記結像レンズの焦点は調節可能である、請求項１又は１２に記載の懐中電灯。
19. 対象物を照射するための懐中電灯光線を形成する方法であって、
    光源から光を生成し、
    前記光源からの光を内部に取り込み、壁面において前記光源からの光を反射させ続けることで前記光源からの光を重畳させ、均一な光の像を形成する光パイプ、または、各小型レンズが前記光源からの光を互いに重畳させ、均一な光の像を形成する小型レンズアレイのどちらかの形態をとる光ホモジナイザの入力面に光を結合させ、
    前記均一な光の像を前記光ホモジナイザの出力面で出力し、
    前記光ホモジナイザから出力された、前記均一な光の像を結像レンズで集光し、
    前記結像レンズから出力された光を懐中電灯光線として向け、前記対象物に対して、均一な明るさで、縁が鮮明な像を形成することを備える、
    懐中電灯光線を形成する方法。
20. 前記懐中電灯光線の焦点を対象物に合わせ、前記対象物を均一に照射することを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記懐中電灯光線が均一な像を形成する、前記結像レンズに対する距離を選択するため、前記結像レンズを調整することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. １つ以上の前記１つ以上の光源を、選択的に作動及び／または非作動させることを含む、請求項１９に記載の方法。
23. 光を生成することは、前記光ホモジナイザに光学的に結合された１つ以上の電球、又は、１つ以上のＬＥＤから光を生成することを含む、請求項１９に記載の方法。
24. 前記光ホモジナイザは光パイプであり、前記光を結合させることは、前記光を少なくとも１つの複数の光パイプの側面に結合させることを含む、請求項１９に記載の方法。
25. 前記光ホモジナイザは光パイプであり、前記光を結合させることは、前記１つ以上のＬＥＤの少なくとも１つを、前記光パイプの入力面、あるいは、前記光パイプの側面に埋め込むことを含む、請求項２３に記載の方法。
26. 前記光ホモジナイザは光パイプである、請求項２０に記載の方法であって、
    第１光パイプ及び前記第１光パイプに結合された、または、前記第１光パイプと一体に形成された１つ以上の副光パイプから前記光パイプを形成することを含み、
    前記光を前記光パイプに結合させることは、前記１つ以上の副光パイプに、その後前記第１光パイプに、光を結合させることを含む、請求項１９に記載の方法。