JP5396278B2 - 一様な投影照明を供給するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、広くは、投影照明器具及び方法であって、光源及び光学構造部を、このような器具内に、ほぼ一様な投影照明を供給するよう配設するための投影照明器具及び方法に関する。

投影照明器具は、特定の方向に光を集中させる。これらの器具は、様々な劇場、テレビ、建築及び一般の照明アプリケーション（例えば、オーバーヘッドプロジェクション、スポットライト照明、半導体組立て、医療／科学的な計測、空港滑走路及び高層建築物の照明など）において長年の間用いられている。一般に、これらの器具は、凹面反射器に隣接して取り付けられる白熱又はガス放電ランプを含み、前記凹面反射器は、対象物体の方へかなりの距離にわたって細い光のビームを投影するよう、レンズ組立体を介して光を反射する。

近年、幾つかのタイプの投影照明器具においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）も用いられている。とりわけ、（タイトなフォーカシング／低い幾何学的拡散の照明を供給するために）細いビームと組み合わさった高い輝度の光の生成を必要とするアプリケーション用の、単一又は多数のＬＥＤの表面実装又はチップオンボードの組立体が、当業界で注目されている。「チップオンボード」（ＣＯＢ）のＬＥＤの組立体は、一般に、１つ以上のＬＥＤ接合部が作られる１つ以上の半導体チップ（又はダイ）であって、前記チップが、プリント回路基板（ＰＣＢ）に直接取り付けられる（例えば、付着される）１つ以上の半導体チップ（又はダイ）を指す。次いで、チップは、ＰＣＢにワイヤ接合され、その後、エポキシ又はプラスチックの小滴が、チップ及びワイヤ接続部を覆うために用いられ得る。１つ以上のこのようなＬＥＤ組立体、すなわち「ＬＥＤパッケージ」が、照明器具の共通の取付用ボード又は基板に取り付けられ得る。

ＬＥＤチップ又はダイを含む幾つかの細いビームのアプリケーションの場合、ＬＥＤのチップオンボードの組立体と共に、光学素子が、コリメート光の細いビームを作成するために、生成される光のフォーカシングを容易にするために用いられ得る。コリメート光は、光線が平行である光であり、したがって、平面波面を持つ。たいてい「コリメータレンズ」又は「コリメータ」と呼ばれる、可視光をコリメートするための光学構造部は、当業界で既知である。これらの構造部は、光の指向性を改善するために、光源によって放射される光を捕え、向け直す。１つのこのようなコリメータは、全内部反射（「ＴＩＲ」）コリメータである。ＴＩＲコリメータは、コリメータによって範囲を定められる光源によって放射される光の多くを捕えるよう配置される反射内面を含む。従来のＴＩＲコリメータの反射面は、一般に、円錐形であり、すなわち、放物線、楕円形又は双曲線の曲線から得られる。

図１を参照すると、従来のＴＩＲコリメータ１００は、（１つ以上のＬＥＤ接合部を含むＬＥＤのチップオンボードの組立体、すなわち「ＬＥＤパッケージ」を含み得る）ＬＥＤ光源１１２によって放射される光を集め、光が上部部分１１３においてコリメータを出るように光を向ける。光の一部は、光源１１２から一次光学部品１１４を通って第１キャビティ１１６内へ進み、中央に位置するレンズ１１８を通り、第２キャビティ１２０を介して外へ進む。光の残りは、ホルダ（図示せず）においてコリメータ１００を保持するために用いられるフランジ１２４又は透明な面１２２を介して出る。中央のレンズを通過しない光は、内部側壁部１２６に入射し、第１キャビティ内の空気からコリメータのプラスチック材料内へ進むように屈折させられる。それは、その後、内側反射面１２９において反射される。反射された光は、透明な面１２２において、コリメータのプラスチックボディから周囲空気へ進むように、再び屈折させられる。反射面は、円錐形である。故に、図１に示されているように、コリメータの断面輪郭は、反射面において放物線状である。

図１に示されているコリメータにおいては、反射面１２９における反射は、全内部反射によって行われ、反射面の断面輪郭の全体的な形状及び曲率に制約を設ける。コリメータ１００の屈折率と、周囲空気の屈折率との間の違いのため、スネルの法則が、適用され、入射光線によって、反射面に対する垂線に対して作成される入射角の臨界角を規定する。すなわち、入射角が臨界角を上回る場合は、光の全てが、反射され、決して、反射面１２９を介して又は表面１２９に沿って透過されず、それによって、全内部反射を供給する。（屈折率が約1.59である）プラスチック―（屈折率が１である）空気の界面の場合は、臨界角は約３９度である。したがって、反射面１２９は、光の大部分に約３９度より大きい入射角を供給するよう傾斜させられる。

理論的には、従来のコリメータは、焦点における理想的な点光源から完全にコリメートされた光を生成することができる。しかしながら、これらのコリメータが、かなりの表面積の（ＬＥＤ光源などの）光源を備える実際のアプリケーションにおいて用いられる場合、光は、完全にはコリメートされず、むしろ、円錐形発散ビームになるように方向づけられる。例えば、従来のＬＥＤ光源（例えば、ＣＯＢのＬＥＤの組立体）からの光出力は、ほぼ１１０度（すなわち、光の伝搬方向の中心軸のいずれの側にもほぼ５５度）のビーム広がりを持つ円錐形に放射されるかもしれず、図１に示されているものと同様のコリメータは、生成された光を、ほぼ１０度（すなわち、中心軸のいずれの側にもほぼ５度）の広がりを持つより細い円錐形ビームになるように向け直し得る。

ＬＥＤパッケージ（例えば、１つ以上の接合部を含むＣＯＢのＬＥＤの組立体）と、対応するコリメータとを含む幾つかの細いビームのアプリケーションにおいては、チップ又はダイの結像の現象が、問題になるかもしれない。とりわけ、ＬＥＤパッケージと共に相対的に小さいコリメータが用いられる場合は、ＬＥＤパッケージ（すなわち、パッケージ中の１つ以上のチップの配列）の発光部の一般に正方形又は矩形の形状が、コリメータから投影される光の遠視野放射照度分布パターンにおいて同様の正方形又は矩形の形状をもたらし得る。このように、ＬＥＤパッケージの発光部の正方形又は矩形の形状は、コリメーションにより遠視野において「結像」され得る。このことは、状況によっては望ましくない照射の非一様性をもたらし得る。さらに、各々の異なる波長の光を生成する多数の接合部を含むＬＥＤパッケージ（ＲＧＧＢ、ＢＧＧＡ及びＲＧＢＷなどの「マルチカラーパッケージ」）では、パッケージ内の色の不一致のため、細いビームの光学設計における問題は、より一層大きくなる。

本発明の様々な実施例は、広くは、ＬＥＤベースの投影照明器具と、光源及び光学部品を、このような器具内に、目標照明領域の一様な照明を容易にするように配設するための方法とを目的とする。

或る例示的実施例においては、投影照明器具は、共通の取付用ボード又は基板に配置される多数のＬＥＤパッケージ（例えば、各々が１つ以上のＬＥＤ接合部を含むチップオンボード又は表面実装のＬＥＤの組立体）を含み、各パッケージは、対応するコリメート光学系（「コリメータ」）と関連づけられる。或る態様においては、前記多数のＬＥＤパッケージが配置される前記共通の取付用ボードは、前記ボードの面に基準軸（例えば、前記ボードの縦又は横軸）を含む。前記ＬＥＤパッケージの１つ以上は、前記ボードに、前記基準軸に対して時計回りに又は反時計回りに回転されるように配置され、故に、前記ＬＥＤパッケージのうちの少なくとも２つは、異なる回転を持つ。前記多数のＬＥＤパッケージと関連づけられる各々の前記コリメータから投影される光は、目標照明領域において少なくとも部分的に重なり合い、前記ＬＥＤパッケージのうちの少なくとも２つの前記異なる回転は、前記目標照明領域のほぼ一様な照明を容易にする。

以下に詳述するように、本発明の或る実施例は、基本的に平らな取付用ボードであって、前記取付用ボードによって規定される第１面に第１基準軸を持つ取付用ボードと、前記取付用ボードに配置される複数のＬＥＤベースの光源とを有する照明装置を目的とする。各光源は、前記光源の向きを示す第２基準軸を持ち、各光源のための前記第２基準軸は、前記複数の光源の全ての光源に対して同様に指定される。前記複数のＬＥＤベースの光源は、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する、前記複数の光源の第１光源の第１の向きが、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する、前記複数の光源の少なくとも１つの他の光源の少なくとも１つの他の向きと異なるように、前記取付用ボードに配置される。

本発明の別の実施例は、一様な投影照明を供給する方法を目的とし、前記方法は、複数のＬＥＤベースの光源を基本的に平らな取付用ボードに、前記複数のＬＥＤベースの光源の少なくとも２つのＬＥＤベースの光源が共通の前記取付用ボードにおいて異なる向きを持つように配設するステップを有する。前記複数のＬＥＤベースの光源は、通電される場合、目標照明領域の方へ対応する複数のコリメート光ビームを投影し、前記ビームは、前記目標照明領域において少なくとも部分的に重なり合う。

本発明の別の実施例は、基本的に平らな取付用ボードであって、前記取付用ボードによって規定される第１面に第１基準軸を持つ取付用ボードと、前記取付用ボードに配置される複数のＬＥＤパッケージとを有する投影照明器具を目的とする。各ＬＥＤパッケージは、多数のＬＥＤチップのチップオンボードの組立体と、前記チップオンボードの組立体に結合されるコリメータとを有する。各ＬＥＤパッケージは、前記パッケージの向きを示す第２基準軸を持ち、各パッケージの前記第２基準軸は、前記複数のパッケージの全てのパッケージに対して同様に指定される。前記複数のＬＥＤパッケージは、各パッケージが、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対してユニークな向きを持つように、前記取付用ボードに配置される。

本開示の目的のために本願明細書で用いられている「ＬＥＤ」という用語が、あらゆる電子発光ダイオード、又は電気信号に応じて放射線を生成することができる他のタイプのキャリア注入／接合ベースのシステムを含むことは理解されるであろう。したがって、ＬＥＤという用語は、電流に応じて光を放射する様々な半導体ベースの構成、発光ポリマ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電子発光ストリップなどを含むが、これらに限定されない。

詳細には、ＬＥＤという用語は、赤外スペクトル、紫外スペクトル及び（一般に、ほぼ４００ナノメートルからほぼ７００ナノメートルまでの放射線波長を含む）可視スペクトルの様々な部分の１つ以上の放射線を生成するよう構成され得る（半導体及び有機発光ダイオードを含む）全てのタイプの発光ダイオードを指す。ＬＥＤの幾つかの例は、様々なタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、アンバーＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤ及び（以下で更に述べる）白色ＬＥＤを含むが、これらに限定されない。ＬＥＤは、所与のスペクトル（例えば、狭帯域幅、広帯域幅）のための様々な帯域幅（例えば、半値全幅、すなわちＦＷＨＭ）、及び所与の一般的な色分類内の様々な主波長を持つ放射線を生成するよう構成及び／又は制御され得ることも分かるであろう。

例えば、基本的に白色の光を生成するよう構成されるＬＥＤの或る実施態様（例えば、白色ＬＥＤ）は、一緒に、基本的に白色の光を形成するよう混ざり合う異なるスペクトルのエレクトロルミネッセンスを各々放射する多くのダイを含み得る。別の実施態様においては、白色光ＬＥＤは、第１スペクトルを持つエレクトロルミネッセンスを、異なる第２スペクトルに変換する蛍光体材料と関連づけられ得る。この実施態様の或る例においては、相対的に短い波長及び狭い帯域幅のスペクトルを持つエレクトロルミネッセンスが、前記蛍光体材料を、「励起」し、前記蛍光体材料が、幾分より広いスペクトルを持つ、より長い波長の放射線を放射する。

ＬＥＤという用語は、ＬＥＤの物理的な及び／又は電気的なパッケージのタイプを限定しないことも、理解されるであろう。例えば、上記のように、ＬＥＤは、（例えば、個々に制御可能であってもよく、又は制御可能でなくてもよい）異なるスペクトルの放射線を各々放射するよう構成される多数のダイを持つ単一の発光装置を指してもよい。また、ＬＥＤは、前記ＬＥＤ（例えば、幾つかのタイプの白色ＬＥＤ）の一体部分とみなされる蛍光体と関連づけられてもよい。広くは、ＬＥＤという用語は、パッケージ化されたＬＥＤ、パッケージ化されていないＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、Ｔ−パッケージマウントＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、幾つかのタイプの容器及び／又は光学素子（例えば、拡散レンズ）を含むＬＥＤなどを指してもよい。

「光源」という用語が、（１つ以上の上記のようなＬＥＤを含む）ＬＥＤベースの光源、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光光源、リン光性光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気及びメタルハライドランプ）、レーザ、他のタイプの電子発光源、火発光源（例えば、炎）、キャンドル発光源（例えば、ガスマントル、炭素アーク放射線源）、フォトルミネッセンス光源（例えば、ガス放電光源）、電子飽和を用いる陰極発光源、直流電流発光源、結晶発光源、キネスコープ発光源、熱発光源、摩擦発光源、音響発光源、ラジオ発光源及び発光ポリマを含むが、これらに限定されない様々な放射線源の任意の１つ以上を指すことは理解されるであろう。

所与の光源は、可視スペクトルの範囲内の、可視スペクトルの範囲外の、又は両方の組み合わせの、電磁放射線を生成するよう構成され得る。それ故、「光」という用語及び「放射線」という用語は、本願明細書では置き換え可能に用いられている。さらに、光源は、一体化している構成要素として、１つ以上のフィルタ（例えば、カラーフィルタ）、レンズ又は他の光学部品を含んでもよい。また、光源が、指示、表示及び／又は照明を含むが、これらに限定されない様々なアプリケーション用に構成され得ることは理解されるであろう。「照明光源」は、とりわけ、内部又は外部空間を効果的に照明するために十分な強度を持つ放射線を生成するよう構成される光源である。この文脈において、「十分な強度」は、周囲照明（すなわち、間接的に知覚されてもよく、例えば、全体的にあるいは部分的に知覚される前に、様々な介在面の１つ以上で反射されてもよい光）を供給するために空間又は環境において生成される可視スペクトルの十分な放射力を指す（放射力又は「光束」に関して、光源からの全方向の全光出力を表すためには、「ルーメン」という単位がしばしば用いられる）。

「スペクトル」という用語が、１つ以上の光源によって生成される放射線の任意の１つ以上の周波数（又は波長）を指すことは理解されるであろう。したがって、「スペクトル」という用語は、可視域の周波数（又は波長）だけでなく、赤外線、紫外線及び電磁スペクトル全体の他の領域の周波数（又は波長）も指す。また、所与のスペクトルは、相対的に狭い帯域幅（例えば、基本的に少ない周波数又は波長成分しか持たないＦＷＨＭ）を持っていてもよく、又は相対的に広い帯域幅（様々な相対強度を持つ幾つか周波数又は波長成分）を持っていてもよい。所与のスペクトルが、２つ以上の異なるスペクトルの混合（例えば、多数の光源から各々放射される放射線の混合）の結果であってもよいことも分かるであろう。

本開示の目的のため、「色」という用語は、「スペクトル」という用語と置き換え可能に用いられている。しかしながら、一般に、「色」という用語は、主に、観察者によって知覚できる放射線の特性を指すのに用いられる（但し、この用い方は、この用語の範囲を限定することを意図しない）。したがって、「様々な色」という用語は、暗に、様々な波長成分及び／又は帯域幅を持つ多数のスペクトルを指す。「色」という用語は、白色光と、非白色光との両方に関連して用いられ得ることも分かるであろう。

「色温度」という用語は、本願明細書においては、一般に、白色光に関連して用いられているが、この用い方は、この用語の範囲を限定することを意図しない。色温度は、基本的に、特定の色内容又は白色光の色合い（例えば、赤みがかった、青みがかった）を指す。所与の放射線サンプルの色温度は、従来は、問題の放射線サンプルと基本的に同じスペクトルを放射する黒体放射体のケルビン（Ｋ）温度に従って特徴づけられる。黒体放射体の色温度は、一般に、（一般に、最初に、人間の目に見えるとみなされる）ほぼ700Kから10,000K以上までの範囲内にあり、白色光は、一般に、1500乃至2000Kより上の色温度で知覚される。

より低い色温度は、一般に、より著しい赤色成分又は「より暖かい感じ」を有する白色光を示す一方、より高い色温度は、一般に、より著しい青色成分又は「より冷たい感じ」を有する白色光を示す。例えば、火は、ほぼ1,800Kの色温度を有し、従来の白熱電球は、ほぼ2848Kの色温度を有し、早朝の日光は、ほぼ3,000Kの色温度を有し、曇りの昼の空は、ほぼ10,000Kの色温度を有する。ほぼ3,000Kの色温度を有する白色光の下で見られるカラー画像には、相対的に赤みがかった色合いがあるが、ほぼ10,000Kの色温度を有する白色光の下で見られる同じカラー画像には、相対的に青みがかった色合いがある。

「照明器具」という用語は、本願明細書においては、特定のフォームファクタ、組立体又はパッケージ内の１つ以上の照明ユニットの実施態様又は構成を指すのに用いられる。「照明ユニット」という用語は、本願明細書においては、同じタイプ又は異なるタイプの１つ以上の光源を含む装置を指すのに用いられる。所与の照明ユニットは、様々な、光源のための取付け構成、エンクロージャ／ハウジングの構成及び形状、並びに／又は電気的及び機械的接続構成のうちのいずれか１つを持ち得る。さらに、所与の照明ユニットは、オプションとして、光源の動作に関連する様々な他の素子（例えば、制御回路）と関連づけられてもよい（例えば、含んでもよく、結合されてもよく、且つ／又は共にひとまとめにされてもよい）。「ＬＥＤベースの照明ユニット」は、上記のような１つ以上のＬＥＤ光源だけを含む、又は上記のような１つ以上のＬＥＤ光源を、他のＬＥＤではない光源と共に含む照明ユニットを指す。

前述の概念と、以下で更に詳細に述べる付加的な概念との全ての組み合わせが、本願明細書において開示される発明の要旨の一部であると考えられることは分かるであろう。とりわけ、この開示の最後に記載されている請求項記載の内容の全ての組み合わせは、本願明細書において開示される発明の要旨の一部であると考えられる。参照により盛り込まれるいずれかの開示に現れてもよい、本願明細書において明示的に用いられる用語には、本願明細書において開示される特定の概念と最も一致した意味を与えられられなければならないことも分かるであろう。

図面において、同様の参照符号は、一般に、様々な図全体を通じて同じパーツを指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、概して、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。

図１は、従来のＬＥＤコリメータの断面図である。 本発明の一実施例による例示的な投影照明器具の簡略上面斜視図を図示する。 本発明の一実施例による照明器具によって照明される目標領域を示す、図２の照明器具の概略側面図を図示する。 チップ又はダイの結像の現象を示すための投影照明器具の遠視野放射照度分布パターンの誇張されている図である。 本発明の別の実施例によるマルチカラーＬＥＤパッケージを用いる投影照明器具を図示する。 本発明の別の実施例による同色ＬＥＤパッケージを用いる投影照明器具を図示する。

下記は、一様な投影照明を供給するための本開示による方法及び装置に関する様々な概念、並びに前記方法及び装置の発明の実施例のより詳細な説明である。上で紹介されており、以下でさらに詳細に述べられる内容の様々な態様は、数多くの方法のいずれかで実施されることができ、故に、前記内容は、いかなる特定の実施の仕方にも限定されないことは分かるであろう。特定の実施態様及びアプリケーションの例は、主に説明の目的のために示されている。

図２は、本発明の一実施例による例示的な投影照明器具３００の簡略上面斜視図を図示している。照明器具３００は、共通の取付用ボード３０２に配置される複数の光源３０１を含む。この実施例の一態様においては、光源３０１の各々が、「ＬＥＤパッケージ」、例えば、１つ以上のＬＥＤ接合部が作られる１つ以上の半導体チップ（又はダイ）であって、前記チップが、プリント回路基板（ＰＣＢ）に直接取り付けられる（例えば、付着される）１つ以上の半導体チップ（又はダイ）を含むチップオンボードのＬＥＤの組立体を有してもよい。図２の例示的な器具においては、説明の目的のために、光源３０１の各々が、対応する六角形の形をしたＰＣＢ３０７に配置される１つ以上の基本的に矩形のＬＥＤチップ３０３を含むように示されている。チップ３０３及びＰＣＢ３０７を有する各光源３０１は、共通の取付用ボード３０２に配置される。

様々な態様において、図２に示されている照明器具３００の所与の光源３０１は、同じＰＣＢ３０７に配置される、単一のチップ３０３に形成される単一のＬＥＤ接合部、又は多数のチップ３０３に形成される多数のＬＥＤ接合部を含み得る。例えば、或る態様においては、１つ以上のＬＥＤ接合部を含む所与の光源３０１は、通電される場合、基本的に単一のスペクトルの放射線を生成する。他の実施態様においては、所与の光源３０１は、「マルチカラーＬＥＤパッケージ」であってもよく、通電される場合、多数の異なるスペクトルの放射線を生成する多数のＬＥＤ接合部（例えば、多数のチップ３０３）を含んでもよい。したがって、本発明による所与の照明器具３００が、（各光源３０１が基本的に同じスペクトルの放射線を生成する）基本的に単一のスペクトルの放射線を生成するよう構成されてもよく、又は（光源３０１の一部又は全部がマルチカラーＬＥＤパッケージである）多数のスペクトルの放射線を生成するよう構成されてもよいことは分かるであろう。或る例示的な実施態様においては、器具３００の１つ以上の光源３０１は、単一のスペクトルの放射線を生成する（ノースカロライナ州ダーラムのCree社から入手可能な）Cree（登録商標）XLamp（登録商標）XR-EのＬＥＤパッケージであってもよい。別の例示的な実施態様においては、器具３００の１つ以上の光源３０１は、アンバー、緑色及び青色を生成するよう構成される４つの接合部のパッケージである（オスラム・オプトセミコンダクターズ社から入手可能な）OSTAR-Projection LE ATB A2AのＬＥＤパッケージであってもよい。さらに、図２は、共通の取付用ボード３０２に配置される１０個の光源３０１を図示しているが、本発明の様々な実施例による照明器具は、この点で限定されず、故に、異なる数の光源が、共通の取付用ボード３０２に配置及び配列されてもよく、照明器具３００に含まれてもよいことは分かるであろう。

図２にも示されているように、各光源３０１は、反射器３０５及びレンズ３０９を含む、図１に示されているものと同様の、コリメート光学系、すなわち「コリメータ」３１５と関連づけられてもよい。或る態様においては、レンズ３０９は、投影レンズ系、例えば、光を捕え、望ましい方向に向けるのに適している凸レンズを含んでもよい。別の態様においては、コリメータ３１５は、上で、図１に関連して述べたように、ＴＩＲの原理に基づいてもよい。図２の図面においては、斜視図の図示のため、コリメータは、対応する光源に対してわずかに中心を外れて示されている。図３は、４つの光源３０１及びそれらの対応するコリメータ３１５を示す、照明器具３００の概略側面図を図示している。図３に、或る実施例に従って示されているように、光源及びコリメータは、照明器具３００が、目標照明領域３１０に当たる放射線の高い強度の細いビーム３２０を生成し、各コリメータ／光源の対から投影される各々の放射線ビーム３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ及び３２０Ｄが、細いビーム３２０を形成するよう目標照明領域において実質的に重なり合うように配設される。

ＬＥＤパッケージ（例えば、１つ以上の接合部を含むＣＯＢのＬＥＤの組立体）及び対応するコリメータを含む幾つかの細いビームのアプリケーションにおいては、チップ又はダイの結像の現象は、問題になり得る。とりわけ、ＬＥＤパッケージと共に相対的に小さいコリメータが用いられる場合は、ＬＥＤパッケージ（例えば、１つ以上のチップ）自体の発光部の全体の幾何学的形状が、コリメータから投影される放射線の遠視野放射照度分布パターンにおいて同様の輪郭をもたらし得る。図４は、この現象の誇張されている説明図を示している。例示的な照明器具３００は、共通の取付用ボード３０２に取り付けられる６つの六角形の光源３０１を含む。以下の説明の目的のため、各光源の実際の発光部は、形状が六角形であり、（図４には示されていない）対応するコリメータに結合されると仮定されており、光源は、各々の放射線のビーム（例えば、ビーム３２０Ａ、３２０Ｂ及び３２０Ｃ）を目標照明領域３１０の方へ投影すると仮定されている（実際には、上記のように、１つ以上のチップを含むＬＥＤパッケージの発光部は、一般に、正方形又は矩形である）。各光源／コリメータの対から投影されるビームは、目標照明領域３１０に当たる放射線の細いビーム３２０を形成するよう少なくとも部分的に重なり合う。目標照明領域３１０に当たる細い放射線ビーム３２０の遠視野放射照度分布パターンは、場合によっては、図４に示されているように、光源のチップの全体形状に似た全体形状を持ち得る。このように、ＬＥＤパッケージの発光部は、コリメーションのため、遠い領域において「結像」されるかもしれず、状況によっては、望ましくない照射の非一様性にもたらし得る。さらに、各々の異なる波長の光を生成する多数の接合部を含むＬＥＤパッケージ（ＲＧＧＢ、ＢＧＧＡ及びＲＧＢＷなどの「マルチカラーパッケージ」）の場合は、スペクトルの非一様性は、マルチカラーパッケージの各々の異なる光源のスペクトルが、（目標照明領域の全体にわたって混合される／混ぜ合わされる代わりに）目標照明領域の異なる領域に集束させられる目標照明領域３１０にもたらし得る。

本発明の或る実施例によれば、目標照明領域３１０における望ましくない放射照度及び／又はスペクトルの非一様性を著しく低減させ、場合によってはなくすために、共通の取付用ボード３０２における個々の光源の互いに対する向きは、目標照明領域において少なくとも部分的に重なり合うそれらの各々の光投影が、目標照明領域においてほぼ一様な照明をもたらすように選択される。

再び図２を参照すると、或る実施例においては、照明器具の共通の取付用ボード３０２のために第１基準軸が選ばれる。例えば、共通の取付用ボードが、図２に示されているように形状が矩形である場合には、共通の取付用ボードの或る側部に対して平行なあらゆる線が、第１基準軸として選択され得る。図２においては、第１基準軸５１０は、矩形の共通の取付用ボード３０２の縦の側部に対して平行な「縦」軸として選択されているが、他の例においては、矩形の共通の取付用ボードの横の側部のうちの１つに対して平行な横軸が、基準軸としての役割を果たしてもよいことは分かるであろう。さらに一般的にいえば、共通の取付用ボード３０２の面内のほとんど全ての線が、取付用ボードのための基準軸としての役割を果たし得る。

さらに、各光源３０１のための第２基準軸が、指定／選択される。全ての光源基準軸が同じ方向に揃えられる場合、全ての光源が共通の取付用ボードの第１基準軸に対して同じ向きを持つように、各光源のための光源基準軸が、所与の照明器具において用いられる全ての光源に対して同様に指定される限り、各光源のための第２基準軸は、様々な基準のいずれかに従って選択され得る。図２においては、光源３０１としての役割を果たすＬＥＤパッケージの各々のチップ領域は、基本的に正方形又は矩形の形状を持ち、説明の目的のために、チップ領域の中心を通る、矩形のより長い側部に対して平行な光源軸が選ばれている。また、器具のあらゆる所与の光源の向きを示すように基準軸を選択するために他の基準が用いられてもよい。図２に示されているように、光源３０１Ａは、対応する第２基準軸５１２Ａを持ち、光源３０１Ｂは、対応する第２基準軸５１２Ｂを持ち、光源３０１Ｃは、対応する第２基準軸５１２Ｃを持つ。

或る実施例によれば、共通の取付用ボード３０２の第１基準軸５１０に対して平行なあらゆる線が、器具のあらゆる光源の回転のための基準としての役割を果たし得る。共通の取付用ボード３０２のための第１基準軸が選択されると、光源３０１としての役割を果たすＬＥＤパッケージは、少なくとも２つの光源の、第１基準軸に対する向きが異なるように、共通の取付用ボード３０２に配置される。より具体的には、図２の例に示されているように、光源３０１Ａは、その軸５１２Ａが、第１基準軸５１０に対して平行である線５１０Ａに対して角度５１４Ａを形成するように、回転させられる。同様に、光源３０１Ｂは、その軸５１２Ｂが、第１基準軸５１０に対して平行である線５１０Ｂに対して角度５１４Ｂを形成するように、回転させられ、光源３０１Ｃは、その軸５１２Ｃが、第１基準軸５１０に対して平行である線５１０Ｃに対して角度５１４Ｃを形成するように、回転させられる。一般的にいえば、光源３０１のいずれか１つ以上は、光源のうちの少なくとも２つが、異なる回転／向きを持つ（例えば、或る光源は、回転させられなくてもよい、すなわち、０度回転であってもよい一方、少なくとも１つの他の光源は、非ゼロ回転を持つ、又は少なくとも２つの光源は、各々の異なる非ゼロ回転を持ってもよい、など）ように、共通の取付用ボード３０２の面に対して平行な面内で、第１基準軸５１０に対して平行な線に対して、時計回り又は反時計回りのように、回転させられ得る。所与の光源の、第１基準軸５１０に対する回転が、測定されてもよく、又は異なる光源間の回転が、測定されてもよいことは分かるであろう。例えば、図２の図においては、光源３０１Ａと光源３０１Ｂとの間の総回転角度は、角度５１４Ａから角度５１４Ｂを減算することによって決定され、光源３０１Ｂと光源３０１Ｃとの間の総回転角度は、角度５１４Ｂから角度５１４Ｃを減算することによって決定される。

或る実施例においては、光源３０１としての役割を果たす各ＬＥＤパッケージが、照明器具３００の共通の取付用ボード３０２においてユニークな向き／回転を持つ。例えば、照明器具３００内の所与の数ＭのＬＥＤパッケージについては、任意の２つのＬＥＤパッケージが、それらの各々の軸の間にｎＡの総回転角度を持つようにして配置され得る。ここで、ｎは、１からＭ−１までの整数であり、Ａは、所望の最大回転範囲Ｒ_ｍａｘをＭで割ることによって決定される角度である（各光源の、第２基準軸５１０に対する回転角度は、同じ方向において、すなわち、時計回り又は反時計回りに、測定される）。

更に下で述べるように、マルチカラーＬＥＤパッケージを含む或る例示的な実施態様においては、所望の最大回転範囲Ｒ_ｍａｘは３６０度とされる。別の言い方をすれば、所与の照明器具の合計Ｍ個のパッケージは、３６０度の最大回転範囲をカバーするよう、３６０／Ｍによって決定される一様な又はほぼ一様なきざみ幅で回転させられる。単色ＬＥＤパッケージを含む別の例示的な実施態様においては、所望の最大回転範囲Ｒ_ｍａｘは９０度とされる（すなわち、Ｍ個のパッケージは、９０度の最大回転範囲をカバーするよう、９０／Ｍによって決定される一様な又はほぼ一様なきざみ幅で回転させられる。さらに一般的にいえば、所望の最大回転範囲Ｒ_ｍａｘは、少なくとも部分的には、所与の器具の問題のＬＥＤパッケージの回転対称性に基づいて、選ばれ得る。例えば、基本的に正方形の発光領域を形成する４つの異なる色のチップを含むマルチカラーＬＥＤパッケージを考える。このようなパッケージの回転対称性は、３６０度である。すなわち、前記パッケージは、面において３６０度回転させられる場合に、同じものに見える（それ故、このようなパッケージの適切なＲ_ｍａｘは３６０度である）。別の例においては、単色ＬＥＤパッケージが、基本的に正方形の発光領域を形成する４つの同じ色のチップを含み得る。この例においては、回転対称性は９０度である（すなわち、前記パッケージは、９０度回転させられる場合に、同じものに見える）。したがって、適切なＲ_ｍａｘは９０度である。ユニークな向きのＬＥＤパッケージは、それらの投影が図３及び４に示されているように目標照明領域３１０において少なくとも部分的に重なり合いさえすれば、様々なパターンで、共通の取付用ボードに配置され得る。

図５は、本発明の或る実施例による、マルチカラーＬＥＤパッケージを用いる投影照明器具４００を図示している。各々のマルチカラー光源の回転に関して上記の概念を説明する目的のために、４つのマルチカラー光源４０１Ａ、４０１Ｂ、４０１Ｃ及び４０１Ｄしか含まない簡略化された実施態様が図５に示される。図５に関連して後述する概念は、事実上いかなる数のマルチカラー光源を含む本発明による投影照明器具にも広げられ得ることは分かるであろう。

図５を参照すると、照明器具４００の４つのマルチカラー光源４０１Ａ、４０１Ｂ、４０１Ｃ及び４０１Ｄが、共通の取付用ボード４０２に配置されている。ボード４０２の基準軸は、軸５１０と示されている。この実施例の或る態様においては、光源は、マルチカラーＬＥＤパッケージであり、各ＬＥＤパッケージは、４つの異なるスペクトル（例えば、ＲＧＢＷ）の放射線を生成するよう構成される少なくとも４つのＬＥＤ接合部を含むＣＯＢのＬＥＤの組立体を含み得る。別の態様においては、各ＬＥＤパッケージは、各光源のためのＣＯＢのＬＥＤの組立体の発光部が正方形の形状を持つような、４つのダイ又はチップ、異なるスペクトルごとに１つのダイ又はチップを含んでもよい。上記のように、照明器具の１つ以上の光源の１つ以上の他の光源に対する適切な回転が全くないときは、照明器具から投影される細いビームの遠視野放射照度分布の輪郭は、光源（チップ又はダイ）結像現象により、「ほぼ四角の」外観を持ち得る。さらに、場合によってはより著しくは、光源の回転が全くないときは、各マルチカラーＬＥＤパッケージの同じ色が互いに対して同じ向きにある場合に、目標照明領域は、スペクトルの非一様性を欠点として持ち得る。とりわけ、全てのパッケージが基本的に同じ向きを持つ場合には、マルチカラーパッケージの各々の異なる光源のスペクトルは、（目標照明領域の全体にわたって混合される／混ぜ合わされる代わりに）目標照明領域の異なる領域に集束させられ得る。

図５の４つのマルチカラーＬＥＤパッケージの３６０度の回転対称性のため、各パッケージは、隣接するパッケージに対して９０度の角度（３６０／４）で配置される。より具体的には、パッケージ４０１Ａは、共通の取付用ボード４０２の基準軸５１０に対して０度の角度５１４Ａだけ回転させられている基準軸５１２Ａを持ち、同様に、パッケージ４０１Ｂは、基準軸５１０に対して９０度の角度５１４Ｂだけ回転させられている基準軸５１２Ｂを持ち、パッケージ４０１Ｃは、基準軸５１０に対して１８０度の角度５１４Ｃだけ回転させられている基準軸５１２Ｃを持ち、パッケージ４０１Ｄは、基準軸５１０に対して角度５１４Ｄだけ回転させられている基準軸５１２Ｄを持つ。各々の光源４０１Ａ、４０１Ｂ、４０１Ｃ及び４０１Ｄの像は、目標照明領域４１０に投影されるときに、異なるスペクトルＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）及びＷ（白色）が、照明領域の各四半分に投影され、混ぜ合わされるように重なり合い、目標照明領域４１０のスペクトルの一様性を改善する。この例示的な実施例においては、光源の結像の現象は、ビームパターンに、ほぼ四角の可能性がある外観を依然としてもたらすかもしれないが、スペクトルの一様性は、大幅に改善される。各々の回転が９０度未満となるように、より多くの光源を用いることによって、スペクトル一様性の向上に加えて、光源の結像の現象が、著しく低減され得る。

上で、図２乃至５に関連して記載した本発明の概念は、単色のマルチＬＥＤパッケージにも完全に適用できる。例えば、図６は、同じ色のＬＥＤパッケージを用いる本発明の別の実施例による投影照明器具６００を図示している。或る態様においては、器具６００は、多数の光源６０１が配置される基本的に円形の共通の取付用ボード６０２を収容するよう形成されるハウジング６７０を含む。別の態様においては、器具におけるボード６０２の向きを決定し、共通の取付用ボード６０２の基準軸５１０を決めるために、ハウジング６７０は、キー６６０を含み、共通の取付用ボード６０２は、ノッチ６５０を含む。或る例示的な実施態様においては、光源６０１の各々は、対応するコリメータ６１５を含み、パッケージの基本的に正方形の発光部を持つ（ノースカロライナ州ダーラムのCree社から入手可能な）Cree（登録商標）XLamp（登録商標）XR-EのＬＥＤパッケージなどの単色のＬＥＤパッケージを有してもよい。正方形の幾何学的形状及び単色のため、このようなパッケージの回転対称性は９０度である。それ故、図６に図示されている例示的な実施例においては、Ｒ_ｍａｘは９０度とされてもよく、器具において９つの光源が用いられると仮定すると、角度Ａは１０度であり、任意の２つのＬＥＤパッケージが、それらの各々の軸の間にｎＡの総回転角度を持つようにして配置される。ここで、ｎは、１から８までの整数である。

このように幾つかの実施例を記載したが、様々な変更、修正及び改善が、当業者には容易に行われるであろうことは分かるであろう。このような変更、修正及び改善は、この開示の一部であるよう意図されており、その精神及び範囲内であるよう意図している。本願明細書において示されている幾つかの例は、機能又は構造素子の特定の組み合わせを含んでいるが、それらの機能及び素子は、同じ又は異なる目的を達成するために本開示による他の方法で組み合わされ得ることは分かるであろう。詳細には、或る実施例に関連して記述されている動作、要素及び特徴は、他の実施例における同様の又は他の役割から排除されるよう意図されてはいない。したがって、前述の説明及び添付図面は、一例でしかなく、限定するよう意図されてはいない。

Claims (14)

1. 照明装置であり、
   基本的に平らな取付用ボードであって、前記取付用ボードによって規定される第１面に第１基準軸を持つ取付用ボードと、
   前記取付用ボードに配置される複数のＬＥＤベースの光源であって、各ＬＥＤベースの光源が、幾何学的形状を持つ発光領域を形成するよう配設される多数のＬＥＤチップのチップオンボードの組立体を含むＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージに結合されるコリメータとを有し、且つ少なくとも部分的には、前記幾何学的形状の回転対称性に基づいて、前記光源の向きを示す第２基準軸を持ち、各光源のための前記第２基準軸が、前記複数の光源の全ての光源に対して同様に指定される複数のＬＥＤベースの光源と、を有する照明装置であって、
   前記複数のＬＥＤベースの光源が、前記複数の光源の第１光源の、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記第１光源の前記第２基準軸によって規定されるような、第１の向きが、前記複数の光源の少なくとも１つの他の光源の、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記少なくとも１つの他の光源の前記第２基準軸によって規定されるような、少なくとも１つの他の向きと、異なるように、前記取付用ボードに配置される照明装置。
2. 各ＬＥＤベースの光源の前記多数のＬＥＤチップが、異なる色の光を生成する請求項１に記載の装置。
3. 各ＬＥＤベースの光源の前記第２基準軸が、少なくとも部分的には、前記多数のＬＥＤチップによって生成される光の少なくとも１つの色の回転対称性に基づく請求項２に記載の装置。
4. 前記複数の光源の各光源の、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記各光源の前記第２基準軸によって規定されるような、向きが、ユニークである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 一様な投影照明を供給する方法であり、複数のＬＥＤベースの光源を、基本的に平らな取付用ボードに、前記複数のＬＥＤベースの光源の少なくとも２つのＬＥＤベースの光源が、共通の前記取付用ボードにおいて異なる向きを持つように、配設するステップを有する方法であり、前記複数のＬＥＤベースの光源が、通電される場合、目標照明領域の方へ対応する複数のコリメート光ビームを投影し、前記ビームが、前記目標照明領域において少なくとも部分的に重なり合う方法であって、
   前記基本的に平らな取付用ボードが、前記取付用ボードによって規定される第１面に第１基準軸を持ち、
   各ＬＥＤベースの光源が、幾何学的形状を持つ発光領域を形成するよう配設される多数のＬＥＤチップのチップオンボードの組立体を含むＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージに結合されるコリメータとを有し、且つ少なくとも部分的には、前記幾何学的形状の回転対称性に基づいて、前記光源の向きを示す第２基準軸を持ち、各光源のための前記第２基準軸が、前記複数の光源の全ての光源に対して同様に指定され、
   前記複数のＬＥＤベースの光源が、前記複数の光源の第１光源の、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記第１光源の前記第２基準軸によって規定されるような、第１の向きが、前記複数の光源の少なくとも１つの他の光源の、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記少なくとも１つの他の光源の前記第２基準軸によって規定されるような、少なくとも１つの他の向きと、異なるように、前記取付用ボードに配置される方法。
6. 各ＬＥＤベースの光源の前記多数のＬＥＤチップが、異なる色の光を生成する請求項５に記載の方法。
7. 各ＬＥＤベースの光源の前記第２基準軸が、少なくとも部分的には、前記多数のＬＥＤチップによって生成される光の少なくとも１つの色の回転対称性に基づく請求項６に記載の方法。
8. 前記複数の光源の各光源の、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記各光源の前記第２基準軸によって規定されるような、向きが、ユニークである請求項５乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 投影照明装置であり、
   基本的に平らな取付用ボードであって、前記取付用ボードによって規定される第１面に第１基準軸を持つ取付用ボードと、
   前記取付用ボードに配置される複数のＬＥＤパッケージであって、各ＬＥＤパッケージが、幾何学的形状を持つ発光領域を形成するよう配設される多数のＬＥＤチップのチップオンボードの組立体と、前記チップオンボードの組立体に結合されるコリメータとを有し、各ＬＥＤパッケージが、少なくとも部分的には、前記幾何学的形状の回転対称性に基づいて、前記パッケージの向きを示す第２基準軸を持ち、各パッケージの前記第２基準軸が、前記複数のパッケージの全てのパッケージに対して同様に指定される複数のＬＥＤパッケージと、を有する投影照明装置であって、
   前記複数のＬＥＤパッケージが、各パッケージの、前記取付用ボードの前記第１基準軸に対する前記各パッケージの前記第２基準軸によって規定されるような、向きが、ユニークであるように、前記取付用ボードに配置される投影照明装置。
10. 各パッケージの前記多数のＬＥＤチップが、異なる色の光を生成する請求項９に記載の装置。
11. 各パッケージの前記第２基準軸が、少なくとも部分的には、前記多数のＬＥＤチップによって生成される光の少なくとも１つの色の回転対称性に基づく請求項１０に記載の装置。
12. 前記取付用ボードに配置される前記複数のＬＥＤパッケージの総数が、Ｍであり、各ＬＥＤパッケージの回転対称性が、Ｒ_ｍａｘであり、前記複数のパッケージの任意の２つのパッケージの間の回転角度が、ｎＡであり、Ａ＝Ｒ_ｍａｘ／Ｍであり、ｎが、１から（Ｍ−１）までの整数である請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. Ｒ_ｍａｘが３６０度に等しい請求項１２に記載の装置。
14. Ｒ_ｍａｘが９０度に等しい請求項１２に記載の装置。

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