JP5306347B2 - コリメート装置及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、コリメートモジュールに関する。本発明は、第１コリメータ、散乱コンポーネント及びこのようなコリメートモジュールを含む、オーバーフィルを低減するコリメート装置にも関する。

コリメートコンポーネントは、様々な照明応用例において広く使用されている。このようなコンポーネントは、例えば、内部全反射又は反射被膜を用いた反射の何れかに基づく複合放物線集光器等であり得る。

デジタルカメラに関する照明システムは、遠くの又は近くの目的物を照らすために、小さい角度と広い角度との間におけるビームの制御を必要とし得る。このことを実行する一つの方法は、散乱装置を使用することである。小さい角度に関しては、光源から発される光は、コリメートコンポーネントによってコリメートされる。コリメートされた光は、小さい角度の表示領域を照らす。広い角度に関しては、光源から発される光は、コリメートコンポーネントによってコリメートされ、コリメートされた光は散乱装置によって散乱される。この場合、散乱された光は、広い角度の表示領域を照らしている。小さい角度に関して及び広い角度に関して、光の一部は、表示領域の外側の範囲を照らしている。オーバーフィル光（過剰充填光「overfill light」）として知られるこのような光は、表示領域への光の量を低減させ、照明システムを効率が低いものにする。

本発明の目的は、上述の技術及び従来技術の改良を提供することである。より具体的には、本発明の目的は、オーバーフィル光を低減するコリメートコンポーネントを提供することである。

上述の目的は、本発明の第１の態様に従い、光入口側面及び光出口側面、を有し、前記光入口側面が曲線状(rounded)であり、前記光出口側面が長方形である、コリメートモジュールによって、提供される。このことは、長方形表示領域に関してオーバーフィルを低減することにおいて有利である。

当該コリメートモジュールの前記光入口側面は、円状であり得、このことは、コリメートモジュールの寸法が低減されることにおいて有利である。

コリメートモジュールは、更に、反射性表面を含み得、このことは、コリメートモジュールの寸法が低減されることにおいて有利である。

コリメートモジュールは、更に、屈折性部分を含み得、このことは、コリメートモジュールの寸法が低減され得ることにおいて有利である。

上述の目的は、本発明の第２の態様に従い、光入口側面及び光出口側面を有する第１コリメータと、前記光出口側面に隣接して配置される光入口表面、及び光出力表面、を有する散乱コンポーネントと、を含む、コリメート装置によって提供される。当該コリメート装置は、更に、前記光出力表面に隣接して配置される光入口側面、及び長方形光出口側面、を有するコリメートモジュールを含む。コリメート装置は、オーバーフィルを低減することにおいて有利である。

前記散乱コンポーネントが液晶散乱器であり得、このことは、コリメートビーム幅が制御され得ることにおいて有利である。

第１コリメータの出口側面及びコリメートモジュールの入力側面は長方形であり得、このことは、コリメート装置が、遠隔角度においても長方形表示領域に関してオーバーフィルを低減することにおいて有利である。

第１コリメータの出口側面及びコリメートモジュールの入力側面は曲線状であり得、このことは、コリメート装置の寸法が低減され得ることにおいて有利である。

第１コリメータの出口側面は円状であり得、このことは、第１コリメータの寸法、そしてしたがってコリメート装置の寸法も低減され得ることにおいて有利である。

上述の目的は、本発明の第３の態様に従い、コリメートされた光を提供する方法によって提供される。当該方法は、光源からコリメート装置の第１コリメータへ光を発するステップと、発された前記光を、前記第１コリメータを用いてコリメートするステップと、コリメートされた前記光を、前記コリメート装置の散乱コンポーネントを用いて散乱させるステップと、散乱された前記光を、前記コリメート装置のコリメートモジュールを用いてコリメートするステップであって、これにより、長方形ビームプロファイルを形成させる、ステップと、を有する。本発明の第２の態様の有利な点は、本発明のこの第３の態様に関しても適用可能である。

光を散乱させるステップは、液晶散乱器を用いて実行され得る。

前記光源から発される前記光を前記第１コリメータを用いてコリメートするステップは、更に、曲線状ビームプロファイルを形成するステップを含み得る。

前記光源から発される前記光を前記第１コリメータを用いてコリメートするステップは、更に、円状ビームプロファイルを形成するステップを含み得る。

本発明の第４の態様に従うと、光源及び本発明の第２の態様に従うコリメート装置を含む発光装置が提供される。本発明の第２の態様の有利な点は、本発明のこの第４の態様に関しても適用可能である。

本発明の他の目的、特徴及び有利な点は、添付の従属項、図面から、及び以下の詳細な開示から明らかになる。

「曲線状（rounded）」という用語は、この場合、いずれかの二次元閉曲線の形状が単純（すなわちそれ自体交差せず）で、微分可能で（すなわち、鋭角な角が無く）、凸状であることを参照する。曲線状形状は、必ずしも対称的である必要はない。

本発明の実施例は、添付の概略図を参照にして、以下に例として、説明される。

図１は、従来技術に従うコリメートコンポーネントを示す。 図２は、従来技術に従う第２のコリメートコンポーネントを示す。 図３は、コリメートモジュールの第１の実施例を示す。 図４は、コリメートモジュールの第２の実施例の断面図を示す。 図５は、コリメート装置の第１の実施例を示す。 図６は、コリメート装置の第２の実施例を示す。 図７は、本発明に従うコリメート装置を有する発光装置を示す。

図１において、コリメートコンポーネント１が示される。コリメートコンポーネント１は、円状入口側面３及び円状出口側面５を有する。コリメートコンポーネント１は、中空である又は中身の詰まっているのいずれかである、複合放物線型集光器であり得る。また、コリメートコンポーネント１は、コリメートコンポーネント１の内部表面における反射被膜によって、又は、内部全反射（ＴＩＲ）を用いて、のいずれかにより、光を反射し得る。入口側面３は、光源(図示されず)に隣接して位置され、これにより、光源から発される発散光は入口側面３へ入射する。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの、いずれかの本質的に知られている種類のものであり得る。入射光は、コリメートコンポーネントを介して伝播し、コリメートされた光は、出口側面５から抽出される。

図２において、長方形入口側面２０３及び長方形出口側面２０５を有する別のコリメートコンポーネント２０１が示される。

図３において、円状入口側面３０３及び長方形出口側面３０５を有するコリメートモジュール３０１の一つの実施例が示され、これにより、コリメートされる光の長方形ビームプロファイルが抽出されるようにされる。

コリメートモジュール３０１の他の実施例において、光入力側面３０３は、曲線状、すなわち、円状及び長方形状の間のいずれかであり得る。このような形状は、例えば、曲線状長方形、すなわち直線部分により接続される２つの半円、等を含み得る。光入口側面３０３の他の形状は、例えば、曲線状角又は楕円を有する長方形を含み得る。

コリメートコンポーネントは、様々なデザインであり得る。コリメートコンポーネントの寸法が重要であるような応用例において、コリメートコンポーネントの寸法は、例えば図４に描画されるように、外側反射性部分４０７及び内部屈折性部分４０９を有するコリメートモジュール４０１を用いることにより低減され得る。内部屈折性部分４０９は、レンズ又はレンズ対であり得る。外側反射性部分４０７は、内部全反射（ＴＩＲ）を用いて、又は、反射被膜を用いてのいずれかにより、光を反射する。

図５において、コリメート装置１００の第１の実施例が示される。コリメート装置１００は、第１コリメータ２０１及びコリメートモジュール１０を有する。第１コリメータ２０１及びコリメートモジュール１０の間において、散乱コンポーネント２０が配置され、これにより、第１コリメータ２０１の出口側面２０５はコリメートモジュールの入力側面３０へ接続される。第１コリメータ２０１及びコリメートモジュール１０の入口側面２０３・３０及び出口側面２０５・５０は長方形である。ＬＥＤ（図示されず）は、第１コリメータ２０１の入口側面２０３に隣接して位置され、これにより、発散光が入口側面２０３に入射するようにされる。光は、第１コリメータ２０１を通じて伝播し、これにより、光の角度分布が変更されるようにされる。第１コリメータ２０１の長方形出口側面２０５から抽出される光の角度分布は、照らされるべき領域又は対象物に対応する13°×10°のアスペクト比を有し得る。正方形出口側面２０５に関しては、光の角度分布は、例えば、10°×10°などであり得る。コリメート光の長方形ビームプロファイルは、遠距離角度における照明に関して使用される。散乱コンポーネント２０は、第１コリメータ２０１の出口側面２０５に隣接して位置される。一つの実施例において、散乱コンポーネント２０は、液晶散乱器であり得る。散乱コンポーネント２０は、ランバート散乱プロファイル、フォワード散乱プロファイル、又はフォワード散乱プロファイル及びランバート散乱プロファイルの組み合わせ、を有し得る。散乱コンポーネント２０は、ガウス又は等方性などの散乱プロファイルも提供し得る。

一つの実施例において、コリメート装置１００は、以下のように動作する。発散光は、光源（図示されず）から、第１コリメータ２０１の光入口側面２０３へ発される。第１コリメータ２０１は、光の角度分布を、約10°×10°へ狭める。遠距離照明が所望である場合、散乱コンポーネント２０は、オフにされ、光は、コリメートモジュール１０を通じて伝播する。コリメートモジュール１０のコリメート角は第１コリメータ２０１のコリメート角より大きいので（例えば、10°×10°に対して30°×30°など）、コリメートモジュール１０は、光の角度分布に影響を与え得ない。したがって、コリメート装置１００は、約10°×10°の光の角度分布を有する光を提供し得る。広い角度照明に関しては、散乱コンポーネント２０はオンにされる。第１コリメータ２０１から入来する光は、例えば、90°×90°までなどに、散乱され、コリメートモジュール１０に入射する。この場合、コリメートモジュール１０は、光の角度分布に影響を与え、広い角度照明に関して適切である約30°×30°へまで光を狭める。

コリメート装置１００の第１コリメータ２０１は、中身の詰まっている又は中空の何れかであり得る。第１コリメータ２０１が複合放物線型集光器である場合、コリメータの寸法は、かなり大きい。上述の実施例の場合のように、第１コリメータ２０１が円状光入口側面２０３及び長方形光出口側面２０５並びに図４に示される反射性及び屈折性部分を有し、且つ、コリメートモジュール１０が中身の詰まっているものであり、長方形光入口側面３０及び長方形光出口側面５０を有する場合、コリメート装置の全長は22mmである。第１コリメータ２０１が円状光入口側面２０３及び長方形光出口側面２０５並びに図４に示される反射性及び屈折性部分を有し、且つ、コリメートモジュール１０が中空であり、長方形光入口側面３０及び長方形光出口側面５０を有する場合、コリメート装置の全長は14mmである。

別の実施例において、第１コリメータ２０１及びコリメートモジュール１０のコリメート角度は調整される。遠距離角度における照明応用例に関しては、約10°のコリメート角度を有することがしばしば望ましい。第１コリメータ２０１は、この場合、約15°のコリメート角度を有し得、コリメートモジュールは、約10°のコリメート角度を有する。コリメートモジュール１０は、第１コリメータ２０１から入来する光の角度を受け取り、散乱コンポーネントがオフにされている場合、例えば10°へ再形成する。広い角度の照明に関して、液晶散乱器２０はオンにされ、第１コリメータ２０１から入来する光の角度分布を広げる。コリメートモジュール１０は、光の角度分布を例えば30°へ狭めるために、液晶散乱器２０へ隣接して配置される。このことは、散乱コンポーネント２０の散乱プロファイルが主なフォワード散乱プロファイルを有する場合に行われ得る。このような場合、光は、例えばランバート散乱プロファイルなどに関して、0角度周辺においてより高い強度を有する45°×45°などのより狭い範囲で散乱される。したがって、広い角度の照明が達成され、照明効率は向上される。図５に示されるコリメート装置１００を用いることによって、オーバーフィル光は、遠距離及び広い角度の両方において低減される。

図６は、コリメート装置１００の第２の実施例を示す。コリメート装置１００は第１コリメータ１及びコリメートモジュール１０を有する。第１コリメータ１とコリメートモジュール１０との間において、散乱コンポーネント２０が配置され、これにより、第１コリメータ１の出口側面５がコリメートモジュール位入口側面３０へ接続される。第１コリメータ１の入口側面３及び出口側面５は円状である。コリメートモジュール１０の入口側面３０も円状である一方で、コリメートモジュール１０の出口側面５０は長方形である。ＬＥＤ（図示されず）は第１コリメータ１の入口側面３に隣接して位置され、これにより、発散光は入口側面３に入射する。光は、第１コリメータ１を通じて伝播し、これにより、光の角度分布は、変更されるようにされる。散乱コンポーネント２０は、第１コリメータ１の出口側面５に隣接して位置される。

遠距離照明に関しては、液晶散乱器２０は非有効化され、照明プロファイルは円状である。広い角度の照明に関しては、液晶散乱器２０は有効化され、散乱光はコリメートモジュール１０に入射する。コリメートモジュール１０は、広い角度の照明に関して、光の角度分布を約30°へまで狭めるために、液晶散乱器２０に隣接して配置される。図６に示されるコリメート装置１００を用いることによって、オーバーフィル光は広い角度においてかなり低減され、コリメート装置の寸法は低減される。第１コリメータ１が円状光入口側面３及び円状光出口側面５、並びに図４に示される反射性及び屈折部分を有する場合であり、且つ、コリメート装置１０が中空であり、円状光入口側面３０及び長方形光出口側面５０を有する場合、コリメート装置の全長は8.5mmである。

コリメート装置の他の実施例において、第１コリメータは、曲線状光入口側面及び曲線状光出口側面を有する。コリメートモジュールは、長方形光入口側面及び長方形光出口側面を有する。更に、コリメートモジュールは、長方形パイプ、長方形複合放物線型集光器などとして設計され得る。

図７において、発光装置９０が示される。発光装置９０は、ＬＥＤ光源９２を有し、ＬＥＤ光源９２は、ＬＥＤ光源９２へ電力を供給する制御ユニット９４へ接続される。発光装置は、ＬＥＤ光源９２から発される光をコリメートするコリメート装置１００も有する。

本発明は、主に、いくつかの実施例を参照にして、以上において説明されてきた。しかし、当業者によって直ちに理解されるように、上述の実施例以外の他の実施例は、添付の請求項によって規定される、本発明の範囲内において等しく可能である。

Claims (6)

1. オーバーフィルを低減させるコリメート装置であって、
   光入口側面及び光出口側面を有する第１コリメータと、
   前記光出口側面に隣接して配置される光入口表面、及び、光出力表面、を有し、オフ状態、及び、入射光を散乱させるオン状態、を有する散乱コンポーネントと、
   前記光出力表面に隣接して配置される光入口側面、及び、長方形光出口側面、を有するコリメートモジュールとを有し、
   前記コリメートモジュールは、前記第１コリメータのコリメート角よりも大きいコリメート角を有する、
   コリメート装置。
2. 請求項１に記載のコリメート装置であって、前記散乱コンポーネントが液晶散乱器である、コリメート装置。
3. 請求項１又は２に記載のコリメート装置であって、前記第１コリメータの前記光出口側面及び前記コリメートモジュールの前記光入口側面が長方形である、コリメート装置。
4. 請求項１又は２に記載のコリメート装置であって、前記第１コリメータの前記光出口側面及び前記コリメートモジュールの前記光入口側面が曲線状である、コリメート装置。
5. 請求項４に記載のコリメート装置であって、前記第１コリメータの前記光出口側面及び前記コリメートモジュールの前記光入口側面が円状である、コリメート装置。
6. 光源及び請求項１乃至５の何れか一項に記載のコリメート装置を含む発光装置。

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