JP5974242B2 - 一様な投影照明を供給するための方法及び装置 - Google Patents

一様な投影照明を供給するための方法及び装置 Download PDF

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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Rmax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Rmax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Rmax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Rmax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Rmax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Rmax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、Rmax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 (11)

  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、
    前記取付用ボードの前記第1面上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取付用ボードの前記第1面内の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、
    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、
    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. 照明装置であり、
    基本的に平面を有する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、
    前記取付用ボードの前記平面上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、各光源が、前記取付用ボードの前記平面内の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、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、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、
    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、
    照明装置。
  5. 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、Rmax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=Rmax/Mであり、nが、1から(M−1)までの整数である請求項1乃至4の何れか一項に記載の装置。
  6. maxが360度に等しい請求項5に記載の装置。
  7. maxが90度に等しい請求項5に記載の装置。
  8. 複数のLEDベースの光源と、
    前記複数のLEDベースの光源が配置される取付用ボードと、
    を有し、
    前記取付用ボードによって規定される面に含まれる第1基準軸と、前記面内の前記複数のLEDベースの光源の各々の向きを示す各第2基準軸とによって規定される、前記複数のLEDベースの光源の各々の向きがそれぞれ異なる、照明装置。
  9. 前記複数のLEDベースの光源の各々が、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パッケージを有し、
    前記面内の各第2基準軸は、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、前記複数のLEDベースの光源の各々の向きを示している、請求項8記載の照明装置。
  10. 複数のLEDベースの光源と、
    前記複数のLEDベースの光源が配置される取付用ボードと、
    を有し、
    前記取付用ボードによって規定される面に含まれる第1基準軸と前記取付用ボードの前記面内の前記複数のLEDベースの光源の各々の向きを示す各第2基準軸とによって規定される、前記複数のLEDベースの光源の各々の角度がそれぞれ異なる、照明装置。
  11. 前記複数のLEDベースの光源の各々が、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パッケージを有し、
    前記の各第2基準軸は、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、前記複数のLEDベースの光源の各々の角度を示している、請求項10記載の照明装置。
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