照明装置
いくつかの実施の形態が、第１の照明領域を有する第１の光ビームを放射するように構成された第１の光源と、第２の照明領域を有する第２の光ビームを放射するように構成された第２の光源とを備えている照明装置を示している。第１の光源及び第２の光源は、互いに面するように配置されている。この照明装置は、２つの反射面を有する光学素子をさらに備えている。その光学素子は、第１の光源と第２の光源との間に配置され、２つの反射面は、第１の光ビームが第１の反射面において反射させられ、第２の光ビームが第２の反射面において反射させられ、第１の反射光ビーム及び第２の反射光ビームが隣り合わせに整列し、第１の照明領域及び第２の照明領域を隣り合わせに整列させて含んでいる結合照明領域を有する結合光ビームを形成するように、お互いに対して配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関し、特に特定の発光ダイオード（ＬＥＤ）スポットを形成する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの照明システムにおいては、いくつかの光源の別々の光ビームを、複数の単独の光ビームから共通の有用な光ビームが形成されるような方法で結合させることが、有用であると考えられる。そのような結合後の光ビームは、拡大された結合スポット又は照明領域(footprint)と、倍数の光エネルギーを有することができる。これは、結合後の照明領域の寸法を、スポット又は単独の光源の寸法に比べて大きくできることを意味する。
【０００３】
今までのところ、異なる光源の光ビームを１つの光ビームへと結合させて、この結合された光ビームの光強度を高めるように構成された幾つかの照明システム又はプロジェクターが存在している。例えば、米国特許第6,341,876 B1号が、空間光変調器を照明するための照明システムを記載している。その照明システムは、２つの別々の光源を備えており、これらの光源の光出力がインテグレーター棒によって結合させられる。このインテグレーター棒が、空間光変調器を照明するための一様なビームを生成するように構成されている。インテグレーター棒は、２つの別々の光源からの光を結合させて、このようなデジタルマイクロミラー装置に対応する充分に強力な光ビームをもたらすために有効である。これは、インテグレーター棒が、結合ビームの光強度を高めるために、別々の光源の光ビームを重ね合わせることを意味する。
【０００４】
米国特許第5,504,544号が、複数のランプの出力を効率的に結合させ、その像を共通の点へと集束させる投影システムを開示している。結果として、投影される画面の明るさが、同等の出力の従来からの単一ランプの明るさに比べて数倍になる。重ね合わせは、一連のフレネル集光及び集束レンズと、全反射を利用する線形ビーム結合プリズムフィルムとによって達成される。この投影システムは、複数のランプの光ビームを重ね合わせるために使用されている。
【０００５】
複数の光源と、光を所定の方向に反射させるための反射装置と、反射装置からの光を受け取って、実質的に平行な光を送り出す集光装置とをとりわけ備えている光照明装置が、米国特許第6,224,217 B1号に示されている。その記載によれば、２つの光源からの集束光ビームがプリズムにおいて反射させられ、反射後に、光源からの光が光照明装置の光軸の近くに集光され、合成される。これは、光源からの光が混合され、光ビームが重なり合っていることを意味する。合成された結合光ビームをほぼ平行な光へと整形するために、集光手段（例えば、集光レンズ）が使用される。
【０００６】
欧州特許第1 642 154 B1号が、同一線上になく、平行でもない光ビームを放射する少なくとも２つの光源と、これら２つの光ビームを結合させて一体にするための光学部品とを備えている照明システムを示している。この特許によれば、２つの別々の光源からの光ビームが、光ビームがこの光インテグレーターにおいて混合されるような方法で、やはり結合させられる。光インテグレーターの出力において、２つの混合された光ビームによるほぼ一様な照明ビームがもたらされる。
【０００７】
公知の照明又は投影システムにおいては、複数の光源の光ビームが、結合光ビームの光強度エネルギーを高めるために、光学素子によって集光され又は重ね合わせられる。そのようなシステムにおいては、光ビームの極大を重ね合わせ又は一点に集めることが、目標とされることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、光ビームを互いに隣り合わせに整列させて、照明領域又はスポットのサイズを大きくし、別々の光ビームの単独の照明領域と比べて結合された照明領域の寸法を変化させることにある。本発明の別の目的は、光路内の光学素子による光の損失を、光学素子を通過する光ビームの照明領域の寸法と光学素子の寸法とを互いに調節することによって、少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明が見出したことは、２つの光源のビームを隣り合わせに配置することによって幾何学的に足し合わせることである。本発明の実施の形態は、２つの光源の光ビームを２つの反射面を有する光学素子によって互いに隣り合わせに整列させるように構成された照明装置に関する。２つの光ビームの互いに隣り合わせの整列は、結合光ビーム(combined light beam)が形成されるように実行される。結合光ビームは、光源の光ビームの照明領域を互いに隣り合わせに整列させて含んでいる結合照明領域(combined footprint)を有している。さらに、本発明の他の実施の形態においては、光源の光ビームの照明領域が矩形であって、結合照明領域がより正方形に近い形状を有している照明装置を備える照明システムが説明される。いくつかの実施の形態においては、光ビームの照明領域が１６：９というアスペクト比を有しており、結合照明領域が１６：１８というアスペクト比を有している。１６：９の形式で光ビームを放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を組み合わせ、より正方形に近い１６：１８の形式の光ビームを形成することができる。そのような（高性能の）ＬＥＤを、例えばスポットライト、ステージ照明などに使用することができる。これらのＬＥＤを組み合わせ、円形のスポット又はステージ照明に一層良好に適合する寸法を有する一様な結合光ビームを形成することができる。
【００１０】
結合光ビームの光路において光強度に影響を及ぼすことのできる円形光学素子が、個々の照明領域の矩形の形状に比べてより正方形に近い形状に合わせられた寸法を有することができる。本発明の利点は、結合光ビーム及び光学素子の互いの適合の改善による光損失の低減である。さらに、いくつかの実施の形態においては、２つの光ビームの整列が、後続の投影光学系が結合光ビームを２つの光ビームのサイズを有する単一の光ビームとして画像化できるように、照明装置及び照明システムによって達成される。
【００１１】
添付の図１〜１１を参照し、照明装置及び照明システムの実施の形態をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態による照明装置の概略図を示している。
【図２】本発明の別の実施の形態によるＬＥＤを光源として備えている照明装置の別の実施の形態を示している。
【図３】１６：９の形式の矩形の照明領域及び１６：１８の形式のより正方形に近い形状の結合照明領域の概略の上面図を示している。
【図４】平面ガラスの２つのミラーを有している光学素子の概略の詳細図であり、本発明の実施の形態に従い、先端を形成している平面ガラスのミラーのエッジが正確に組み合わせられるように斜めにされている。
【図５】光ビームの整列がずれている照明装置の概略図を示しており、光ビームの整列ずれによって、重なり合った結合光ビームが形成されており、結合光ビームにすき間が生じている。
【図６】本発明の別の実施の形態による照明装置の別の概略図を示している。
【図７】先端に９０°よりも小さい角度を有しているプリズムを備えている照明装置の別の概略図を示している。
【図８】結合照明領域を形成している部分的に重なり合った第１及び第２の照明領域の概略の上面図を示している。
【図９】第１及び第２の光ビームの照明領域の概略の上面図を示しており、照明領域がすき間によって隔てられているために、結合照明領域が暗い影を含んでいる。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態による照明システムの概略図を示している。
【図１０Ｂ】結合照明領域及び結合照明領域の短辺の長さに合わせられた直径を有する円形光学素子の概略図を示している。
【図１１】光源の照明領域の形状が遮光板の円形の形状に比べて矩形であることに起因する光損失の概略図を示している。
【図１２】図１１の例に比べて結合照明領域の形状がより正方形に近い形状にされていることによる光損失の低減の概略図である。
【図１３】凹状の反射面を備える光学素子を有している本発明の実施の形態による照明装置の別の概略ｄを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態についての以下の説明に関し、簡単さの理由のために、説明の全体を通して、機能的に同一であるか、同様に機能するか、機能的に同等であるか又は均等である、ステップの構成要素については、異なる図においても同じ参照番号が使用される。
【００１４】
図１に本発明の実施の形態による照明装置の概略図が示されている。その照明装置は第１の光源５を備えており、第１の光源５は第１の光ビーム７を発するように構成されている。第１の光ビーム７は、この例では矩形の照明領域である第１の照明領域８を有している。照明領域又はスポットは別の形状を有してもよい。照明領域の実際のサイズは、像形成光学系、投影スクリーンまでの距離などに依存することがある。照明領域を、可能な限りシャープに画像化することができる。さらに、照明装置は、第２の照明領域１１を有する第２の光ビーム９を発するように構成された第２の光源１０を備えている。第１の光源５及び第２の光源１０は、互いに面するように配置されている。
【００１５】
この実施の形態において、第１の光源５及び第２の光源１０は、仮に光学素子１３が存在しないならば第１及び第２の光ビームがお互いを照らすように、正確に１８０°ずらされて配置されている。
【００１６】
他の実施の形態においては、両方の光源を互いに対向配置することができるが、正確な１８０°のずれによって定められる光軸に比べて傾けられていてもよい。光源を、例えばお互いに対して９０°〜２７０°ずらして配置することができる。これは、本発明のさらなる実施の形態において、第１及び第２の光源を、発せられる光ビームが対向する光源の方向にのみ発せられるように、互いに面するように配置できることを意味する。さらに、照明装置は、２つの反射面１３ａ、１３ｂを有する光学素子１３を備えており、光学素子１３は第１の光源５と第２の光源１０との間に配置されている。２つの反射面１３ａ、１３ｂは、第１の光ビーム７が第１の反射面１３ａにおいて反射され、第２の光ビーム９が第２の反射面１３ｂにおいて反射されるように、お互いに対して配置されている。第１の反射光ビーム９’及び第２の反射光ビーム７’が、隣り同士に整列させられ、第１の照明領域８及び第２の照明領域１１を隣り同士に並べて含んでいる結合照明領域２０を有している結合光ビーム１５が形成される。
【００１７】
第１の光ビーム７を端又はエッジの光線７ａ、７ｃ及び中央の光線７ｂによって図示することができる。これは、２つの端又はエッジの光線９ａ、９ｃと中央の光線９ｂとを有している第２の光ビームラインにも当てはまる。第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’も、同様にして、端の光線７ｃ’、７ａ’及び９ｃ’、９ａ’ならびに中央の光線７ｂ’及び９ｂ’によって描かれている。
【００１８】
第１の光源５は主平面２５ａを有することができ、第２の光源は、主平面２５ｂを有することができる。中央の光線９ｂ及び７ｂが、この実施の形態においては、光軸又は補助線２７を定めることができる。
【００１９】
この実施の形態によれば、この照明装置は、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の面積の合計の±１０％の範囲内の面積を有する交わり形状を備える１つの結合光ビーム１５が形成されるように、２つの光ビームを結合させるように構成される。したがって、結合照明領域２０の面積は、第１の照明領域７の面積と第２の照明領域１１の面積との合計の±１０％の範囲内とすることができる。これは、別々の照明領域の合計の偏差が、±１０％の範囲内とすることができることを意味している。他の実施の形態においては、結合照明領域の面積が、第１及び第２の照明領域の面積の合計の±２０％の範囲内とすることができる。いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域２０の面積が、正確に第１の照明領域８の面積及び第２の照明領域１１の面積の合計の±１％の範囲内とすることができる。
【００２０】
第１の光ビーム７は開口β１を有することができる。第２の光ビーム９は第２の開口β２を有することができる。角度β１及びβ２は等しくてよい。この照明装置は、第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’からなる結合光ビーム１５が、第１の開口β１及び第２の開口β２の合計に相当する開口γを有するように構成することができる。これは、結合光ビーム１５の開口ｙが、第１の開口β１及び第２の開口β２の合計（γ＝β１＋β２）とすることができることを意味する。一実施の形態においては、この式が、±３°の範囲内で有効とすることができる。
【００２１】
図２は、別の実施の形態による照明装置の概略図を示している。この実施の形態においては、第１の光源は基板３２に取り付けることができる発光ダイオード（ＬＥＤ１）である。ＬＥＤ１はヒートシンク１に熱的に接触させることができる。ヒートシンク１は、放射される第１の光ビーム７とは反対の側に配置することができる。ヒートシンク１は、動作時の発光ダイオードの熱又は消費エネルギーを吸収するように構成することができる。コリメーター１を、光学素子１３とＬＥＤ１との間の第１の光ビーム７の光路に配置することができる。コリメーター１は、ＬＥＤ１から発せられた光を集め、コリメーター１なしのＬＥＤ１から発せられる光ビームに比べて小さい開口を有するほぼ平行な第１の光ビームを形成するように構成することができる。第２の光源１０も基板２９上の発光ダイオード（ＬＥＤ２）とすることができ、別の第２のヒートシンク２が、第２のＬＥＤ２の動作時の熱又は消費エネルギーを吸収するために、ＬＥＤ２に熱的に接触している。コリメーター２が、ミラープリズム１３とＬＥＤ２との間の第２の光ビーム９の光路に配置され、ＬＥＤ２の発する光を集める。第２の光ビーム９は、コリメーターなしの構成と比べてより小さい開口を有することができる。
【００２２】
この実施の形態においては、光学素子１３は２つの反射面１３ａ及び１３ｂを有するプリズムであり、反射面１３ａ及び１３ｂがプリズムの辺(leg)を形成している。反射面１３ａ及び１３ｂは、第１及び第２の光ビームがほぼいかなる光の損失もなく反射させられるように、鏡面にすることができる。他の実施の形態によれば、その反射面は、反射を生じさせる複数の誘電体層によって形成でき、又は全反射光学素子によって形成することができる。光ビームをプリズムにおける内部反射によって反射させてもよい。反射された第１の光ビーム７’及び反射された第２の光ビーム９’が結合光ビーム１５を形成する。
【００２３】
ＬＥＤ１及びＬＥＤ２の照明領域は、例えば１６：９というアスペクト比を有する矩形の形状を有することができる。これは、短い方の辺に対する長い方の辺の長さの比が、１６：９であることを意味する。したがって、結合光ビーム１５の結合照明領域２０は、１６：１８のアスペクト比を有する２つの整列した照明領域８、１１に対応する１６：１８というアスペクト比のより正方形に近い形状を有することができる。
【００２４】
いくつかの実施の形態によれば、照明装置が、ミキサー段として構成される均質化段１３をさらに備えることができる。したがって、「ミキサー段」は、ビーム結合器（すなわち、光学素子１３）の後に導入することができる。ミキサー段は、結合照明領域が第１の照明領域８及び第２の照明領域１１の部分的な重なり合いを含んでいるか、又は第１の照明領域８及び第２の照明領域１１がすき間によって隔てられている場合に、一様にするように構成することができる。均質化された結合光ビーム１５’が、均質化段又はミキサー段によって形成される。
【００２５】
部分的に重なり合い、又は第１及び第２の照明領域の間にすき間を有している結合照明領域を有する結合光ビーム１５が、２つの別々のＬＥＤの光ビームとして、後続の投影光学系又は対物レンズによって画像化されると考えられる。これは、この構造における問題は、対物レンズが例えば２つの光源としての２つのＬＥＤを画像化することであることを意味する。これは、回避されなければならない。したがって、均質化段３０は、この問題を解決するために使用することができる。ミキサー段３０の後に、均質化された結合光ビーム１５’を、投影光学系３５によって画像化することができる。観察者は、そのような均質化された結合光ビームの結合照明領域を、単一の光源の照明領域と考えるであろう。
【００２６】
いくつかの実施の形態によれば、本明細書に記載の照明装置は、スポットライト又は背面投射型テレビにおいて使用可能であり、複数の光源又はＬＥＤを備えることができ、それら複数の光源の照明領域を含む大きな結合照明領域を生成することができる。
【００２７】
図２には、照明装置の基本原理が示されている。２つの光源５、１０（例えば、２つの高性能ＬＥＤ）が、さらなる光学素子が取り付けられていないならばお互いを照明すると考えられるように、お互いの方を向いている。両者の間にプリズムが配置され、２つの辺によって形成されるプリズムの面は、表面ミラーを備えているか、又は例えばアルミニウムもしくは銀で鏡面化されている。いくつかの実施の形態においては、おそらくは必要とされるであろう均質化段３０と、例えば対物レンズ３５などの画像化用対物レンズが後続している。ＬＥＤ１及びＬＥＤ２が、あたかもプリズムの反射面１３ａ及び１３ｂの中心へと光を放射するように描かれている。しかしながら、現実には、ビームは、光学素子１３の前端１３ｃにすき間が存在しないようにプリズムに入射しなければならない。前端１３ｃにすき間が存在すると、結合光ビーム１５が、反射された第１の光ビーム７’及び第２の光ビーム９’の間に望ましくないすき間又は重なり合いを有する可能性がある。
【００２８】
理想的には、このエッジにおいて、第１及び第２のＬＥＤの照明領域が、反射の際の拡散損失を少なくするために、可能なかぎりシャープな像を作らなければならない。それらの照明領域は、正方形の照明領域とすることができる。一般に、システムに進入する第１及び第２の光ビーム、すなわち２つの反射面１３ａ、１３ｂにおいて反射させられる第１及び第２の光ビームは、入射又は進入の角度が大きくなると反射又はダイクロイックコーティングの効率が低くなるため、可能なかぎり強く集束されなければならない。光学素子又はプリズムは、色フィルターとして機能するダイクロイックコーティングを備えることができる。幾何光学の法則に従い、入射の角度は反射の角度に等しい。可能なかぎり多くの光を捉えるために、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の集束を、この実施の形態においては、主として、ＬＥＤに直接配置された２つのコリメーター（コリメーター１、２）によって行うことができる。
【００２９】
図３に、「ビームの足し算」の結果が概略的に示されている。この実施の形態において、ＬＥＤ１の照明領域８及びＬＥＤ２の照明領域１１が、それぞれ１６：９のアスペクト比を有している。これは、ＬＥＤ１の照明領域８の長い方の辺の長さ８ａが、短い方の辺の長さ８ｂに比べて１６：１８というアスペクト比をもっていることを意味する。同じことが、ＬＥＤ２の照明領域１１の辺の長さ１１ａと１１ｂにも当てはまる。ＬＥＤ２の照明領域１１及びＬＥＤ１の照明領域８の絶対的なサイズは、投影光学系及び投影スクリーンまでの距離に依存することがある。対照的に、照明領域のアスペクト比は、例えば辺の長さの絶対的な長さが投影光学系から投影スクリーンまでの距離を変えることによって変更される場合でも一定である。光源（例えば、ＬＥＤチップ１０又は５）が集束される場合、１６：９という形式の照明領域を得てもよい、それが今やビデオの分野において一般的であるからである。照明領域は投影光学系によってはっきりと集束させることができる。
【００３０】
他の実施の形態によれば、光ビームの照明領域が、当然ながら、例えば４：３などの他のアスペクト比を有することができる。さらなる実施の形態によれば、照明領域の形状は、２つのＬＥＤ１０、５の光ビームを結合照明領域２０を有する結合光ビーム１５へと足し合わせた後で、矩形又は正方形とは異なるようにしてもよい。
【００３１】
結合照明領域２０は、図３に概略的に示されているように、隣り同士に整列させられた第１の照明領域１１及び第２の照明領域８を含むことができる。整列は、理想的な場合においては、ＬＥＤ２の第２の照明領域１１の長辺１１ａとＬＥＤ１の第１の照明領域８の長辺８ａとを、照明領域１１と８との間にすき間又は重なり合いが存在しないように組み合わせることによって行うことができる。アスペクト比１６：９を有する２つの照明領域１１及び８を足し合わせた後で、結合照明領域２０の辺の長さは、１６：１８というアスペクト比を有することができる。この実施の形態において、結合照明領域２０は、第１の辺の長さ２０ａ及び第２の辺の長さ２０ｂによる一層正方形に近い形状を有することができる。第２の辺の長さ２０ｂに対する第１の辺の長さ２０ａの比は、１６：１８とすることができる。上述のように、別のアスペクト比又は形状も、単独の照明領域１１及び８の形状及びアスペクト比に応じて実現可能である。
【００３２】
結合照明領域２０は、ＬＥＤ１及びＬＥＤ２の単独の照明領域１１又は８と比べて、より正方形に近い照明領域の形状を有することができる。より正方形に近い形状は、アスペクト比が１により近い場合にもたらされる。アスペクト比が１である場合、正方形の形状がもたらされ、すなわち、例えば第１の辺の長さ２０ａが第２の辺の長さ２０ｂに等しい。これによれば、アスペクト比１６：１８を有する結合照明領域は、１６：９というアスペクト比を有するＬＥＤ１及びＬＥＤ２の矩形の照明領域よりも正方形に近い形状を有している。本発明の一態様は、２つのＬＥＤのビームを長辺にて「疑似接線」の方法で隣り合わせに配置することによって幾何学的に足し合わせることである。実際、この用語は、両方の光ビームが曲線を形成しているわけではないので、ここでは正確ではないが、意図される内容をより明瞭に表わしている。
【００３３】
矩形の照明領域の場合には、２つの矩形の長辺（例えば、辺８ａ及び１１ａ）を、可能であれば、２つの異なる照明領域８、１１の間に重なり合いがないか、わずかな重なり合いしか存在しないか、又は小さなすき間しか存在しないように、隣り合わせに整列させることができる。結果として、後続の投影光学系又は対物レンズが、２つの照明領域を有する２つのＬＥＤを、より大きな照明領域サイズを有する単一のＬＥＤの単一の照明領域として画像化することができる。これは、結合照明領域の観察者が、結合照明領域が２つのＬＥＤの２つの整列した個別の照明領域の加算であることを、おそらくは知覚できないことを意味している。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態による光学素子１３の前端１３ｃの拡大の側面概略図を示している。この実施の形態においては、光学素子１３が、照明装置の２つの反射面１３ａ及び１３ｂを構成する平面ガラス１３ｄ及び１３ｅの２つのミラーを備えることができる。平面ガラス１３ｄ及び１３ｅの２つのミラーは、ミラーの三角形の前端１３ｃにおいてすき間又は整列ずれが生じないように組み合わせられる。これを実現するために、平面ガラス１３ｄ、１３ｅの２つのミラーのエッジ４１は、すき間又は整列ずれが存在しない完璧な前端１３ｃが形成されるように、斜めにすることができる。これは、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の入射の角度に応じて、反射後の端の光線７ｃ’及び９ｃ’が隣り合わせに整列するように、端の光線７ｃ及び９ｃが反射させられることを必要とするかもしれない。第１の反射光ビーム７’の反射後の端の光線７ｃ’及び第２の反射光ビーム９’の反射後の端の光線９ｃ’を、互いに平行に整列させることができる。いくつかの実施の形態においては、これら２つの端の光線７ｃ’及び９ｃ’は、±１°の範囲内又は±３°の範囲内において平行に配置することができる。第１の反射ビーム７’及び第２の反射ビーム９’の整列の質に応じて、結合照明領域２０は、重なり合いもしくはすき間をもたないか、又は小さな重なり合い又はすき間しかもたず、したがって結合照明領域２０が、第１及び第２の光ビーム７、９の２つの照明領域８、１１の足し合わせによって与えられるサイズ、面積、又はアスペクト比を有する形状を備えると考えられる。
【００３５】
平面ガラスのミラーのエッジ４１が斜めにされず、結果として光学素子１３の前端１３ｃにすき間が存在する場合には、平面ガラスのミラーは適していないと考えられる。この構造においては、ビームがいかなる「すき間」も存在させずに互いに当接することが、本質的に重要だからである。しかしながら、ミラーにおいて、ミラーの三角形の前端１３ｃは、材料の厚さゆえに鏡面でないと考えられ、したがって平面ガラス１３ｄ、１３ｅのミラーが前端１３ｃを形成するエッジ４１において斜めにされない場合、性能を大幅に低下させると考えられる。
【００３６】
図５に、２つの光源５、１０及び光学素子１３（例えば、プリズムとすることができる。）を備えた照明装置の概略図が示されている。この例において、結合光ビーム１５の整列ずれ又は誤差が、第１の反射ビーム７’及び第２の反射ビーム９’についてすき間又は特定の重なり合いが生じる程度にまで現れる可能性がある。プリズムの前端１３ｃの付近において、結合ビーム１５にすき間が生じる可能性がある。この例において、光源１及び光源２は、１８０°ずらされて配置された２つのＬＥＤとすることができ、光学素子１３は標準的な９０°のプリズムである。これは、プリズムの２つの辺の間の角度が９０°であることを意味する。第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９が、β１及びβ２という開口（同一であっても、異なっていてもよい）をそれぞれ有しているため、２つの反射面１３ａ、１３ｂにおける光ビーム９、７の反射が上述の反射光ビーム７’及び９’の重なり合いをもたらす可能性がある。ビーム７’、９’の間のすき間がプリズムの直後において生じる。このすき間がシャープに投影される場合、図９に関して説明される画像がもたらされる。後に、反射光ビーム７’、９’は、図８に関して概略的に説明されるような方法で重なり合う。結果として、対物レンズ又は投影光学系３５（図２を参照）が、２つのＬＥＤ又は２つのＬＥＤの照明領域を、２つの別々の照明領域を有する２つの光源として画像化する可能性がある。これは、望ましくないかも知れない。観察者又は各人が、結合光ビーム１５及び結合光ビーム１５の結合照明領域２０が２つ以上の別々の光源で構成されていることを認識できてしまう。
【００３７】
いくつかの実施の形態によれば、第１及び第２の光ビームの開口を小さくし、真っ直ぐな光ビームを形成するために、光源の前方にコリメーターを配置することができる（図２を参照）。真っ直ぐな第１及び第２の光ビーム７、９は、鏡面の標準プリズム（９０°）において、入射角度が４５°であるならば４５°の反射角度で反射させることができる。したがって、反射光ビーム７’、９’を、隣り合わせに完璧に整列させ、個別の照明領域のサイズの２倍を有する結合照明領域を形成することができる。例えば、照明領域が矩形である場合、結合照明領域は個別の照明領域のアスペクト比に依存して決まるアスペクト比を有すると考えられる。
【００３８】
図６に、さらなる実施の形態による照明装置の別の概略図が示されている。この実施の形態においても、光学素子１３は、光学素子１３の２つの反射面を形成する２つの鏡面辺１３ａ及び１３ｂを有する標準的な９０°のプリズムを備えている。第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の各々が、開口βを有することができる。第１の光源５及び第２の光源１０を、１８０°だけずらされた位置にある光源によって定められる主平面２５ａ及び２５ｂに対して、角度αだけ傾けることができる。これは、主平面２５ａ及び２５ｂが、光軸又は補助線２７に対して垂直であることを意味する。傾き角αは光ビーム７、９の開口βの半分とすることができる（α＝β／２）。ここで、第１の光ビーム７の端の光線７ｃ及び第２の光ビーム９の端の光線９ｃが、プリズム１３の先端１３ｃにおいて反射させられる場合、それぞれの反射後の端の光ビーム９ｃ’、７ｃ’を、互いに隣り合わせに完璧に、すなわちすき間又は重なり合いを存在させずに平行に、整列させることができる。結果として、図６に示されているように、結合光ビーム１５が開口γを有することができ、ここでプリズムがプリズム１３の２つの辺１３ａ及び１３ｂの間の角度が９０°である標準的なプリズムであるならば、γ＝２×βである。
【００３９】
いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域を形成する２つの照明領域の間の重なり合い又はすき間の発生は、光源を傾けることによって回避又は軽減することができる。１つの手法は、例えば、光源（例えば、ＬＥＤ光源）を、光ビーム７、９の開口の角度の半分だけ傾けることである。傾けられるＬＥＤ光源は、図２の文脈において説明したように、基板３２、２９と、それぞれのコリメーター１、２と、ヒートシンク１、２とを備えることができる。これにより、２つのビーム７、９の端の光線７ｃ’及び９ｃ’が、互いに当接する。２つのビームが、元のビームの開口の角度の２倍を有する共通の有用な光ビーム１５に広がる。このようにして、２つの光源が、対物レンズ又は投影光学系３５（図２を参照）にとって１つの大きな光源のように機能する。図２に示されているように、第１及び第２の光源は、例えば基板３２、２９のＬＥＤ１、２とは反対側の面に取り付けられるヒートシンク１、２をそれぞれ備えることができる。
【００４０】
ヒートシンクを単純な構成にする目的で、ＬＥＤの冷却面は、平行であるが１８０°回転させられていることが望ましいと考えられる。この構成は、本発明の実施の形態によれば、鏡面が９０°未満の角度に及んでいる特定のプリズム又は反射面１３ａ、１３ｂの配置によって可能であると考えられる。
【００４１】
この実施の形態が図７に概略的に示されている。光学素子１３（例えば、プリズムの反射面１３ａ、１３ｂ又は平面ガラスの２つのミラー）は、プリズムの先端１３ｃの角度又は平面ガラスのミラーの間の角度が９０°未満であるように、お互いに対して相対的に配置されている。先端１３ｃが、三次元の光学素子又はプリズム１３のエッジであってよいことに、注意すべきである。本発明の他の実施の形態においては、２つの反射面１３ａ、１３ｂを、１００°〜３０°の間（例えば、９５°〜５０°の間）の範囲の角度を有するように、お互いに対して配置することができる。そのような場合には、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９は、やはり第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’が隣り同士に整列させられるように、反射させることができる。それらの反射させられた光ビームは、第１の照明領域及び第２の照明領域を隣り合わせに整列させてなる結合照明領域２０を有する結合光ビーム１５を形成する。第１及び第２の光ビーム７、９は、反射させられた光ビーム７’及び９’が隣り合わせに平行に整列させられるように、光学素子又はプリズム１３の前端又はエッジ１３ｃの近くへ向けることができる。換言すると、個々のビーム７、９が前縁１３ｃの充分に近くに向けられた場合、結合光ビーム１５を形成する第１及び第２の反射光ビーム７’、９’のすき間又は重なり合いが存在しない。
【００４２】
しかしながら、場合によっては、理想的な画像又は理想的な結合照明領域を受け取ることが難しいこともありうる。むしろ、結合照明領域に図８及び９のように見えるばらつきが存在しうる。
【００４３】
図９に、第１及び第２の光ビームの２つの単独の照明領域８及び１１の結合照明領域２０が概略的に示されている。この例において、２つの単独の照明領域８、９が部分的に重なり合い、結果的に結合照明領域２０が、ビーム１及びビーム２の重なり合いの部分に過剰な明るさを含む可能性がある。この重なり領域において、光の強度が、光ビームの重ね合わせによって与えられる可能性がある。
【００４４】
上述のように、別の「整列ずれ」、すなわち結合照明領域２０における暗い影に似る「すき間」が、図９に概略的に示されているように生じる可能性がある。その結果、結合照明領域２０は、第１及び第２の光ビーム７、９の単独の照明領域又はスポット８、１１の面積を足し合わせることによってもたらされると考えられるサイズ、面積又はアスペクト比と比べ、より大きなサイズもしくは面積、より小さいサイズもしくは面積、又は異なるアスペクト比を有する可能性がある。いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域の面積は、第１の照明領域の面積及び第２の照明領域の面積の合計の±１０％の範囲内とすることができる。これは、個々の照明領域の面積と比べ、結合照明領域の面積に関するずれを１０％以下とすることができることを意味する。換言すると、結合照明領域の面積が、第１及び第２の照明領域の面積の合計よりも１０％以下だけ大きくてよく、あるいは１０％以下だけ小さくてよい。同じことが、個々の反射光ビーム７’、９’の面積と比べた結合光ビーム１５の最大の重なり合いに関してもいえる。
【００４５】
第１及び第２の光ビームの照明領域が矩形である場合、同じことが、個々の照明領域及び結合照明領域２０のアスペクト比に関しても当てはまるであろう。例えば、第１及び第２の照明領域の各々がＸ：Ｙというアスペクト比を有する場合、結合照明領域は、（Ｘ：２Ｙ）±１０％というアスペクト比を有することができる。個々の光ビームの照明領域は、好ましい例としては、上述のとおり１６：９とすることができ、したがって結合照明領域は、（（１６：１８）±１０％）の形式を有することができる。これは、結合照明領域２０のアスペクト比が、正確に組み合わせられた第１及び第２の照明領域の理想的なアスペクト比と比べて、±１０％のずれを有してもよいことを意味している。
【００４６】
図１３は、照明装置の別の実施の形態を示している。第１の光源５及び第２の光源１０は、やはりＬＥＤ（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）とすることができる。各々のＬＥＤは、例えば大型チップＬＥＤモジュールなど、ＬＥＤモジュールとすることができる。ＬＥＤ１の照明領域及びＬＥＤ２の照明領域は正方形とすることができ、すなわち１：１のアスペクト比を有することができる。ＬＥＤ２から放射される第１の光ビーム７は、ＬＥＤ２からの放射光を集めてより平行な第１の光ビーム７を形成するように構成されたコリメーター１を通過することができる。ＬＥＤ２から放射される第２の光ビーム９も、そのようなコリメーター２を通過している。
【００４７】
この実施の形態において、２つの反射面１３ａ及び１３ｂは、或る曲率を有することができる。第１及び第２の反射面１３ａ及び１３ｂは、例えば凹面に形成することができ、その曲率を、第１及び第２の反射ビーム７’及び９’が入射光ビーム７、９の開口の半分を有するように寸法付けることができる。第１及び第２の光ビーム７及び９は、凹状の反射面において、第１及び第２の反射ビーム７’、９’が焦点を有することがないように反射させることができる。凹状又は湾曲した反射面１３ａ、１３ｂにおける反射により、反射光ビーム７’及び９’の照明領域は、図１３に概略的に示されるように、変形後の照明領域８、１１’が実現されるように変化させることができる。ＬＥＤ１の変形後の照明領域８’は今や１：２というアスペクト比を有することができ、ＬＥＤ２の変形後の照明領域１１’も１：２というアスペクト比を有することができる。
【００４８】
第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’は、結合光ビーム１５が形成されるように、やはり互いに隣り合わせに整列させられる。結合光ビーム１５は、今や隣り合わせに整列させられたＬＥＤ１の変形後の照明領域８’及びＬＥＤ２の変形後の照明領域１１’による結合照明領域を有することができる。ＬＥＤ１の変形後の照明領域８’がＬＥＤ１の照明領域８を含むことができ、ＬＥＤ２の変形後の照明領域１１’がＬＥＤ２の照明領域１１を含むことができることに、注意すべきである。
【００４９】
この実施の形態によれば、結合照明領域２０及び結合光ビーム１５は、１：１のアスペクト比を有する正方形の形状を有している。さらに、結合照明領域及び結合光ビームは、単独のＬＥＤ１又はＬＥＤ２の光強度の明るさよりも高い明るさ又は光強度を有することができる。結合光ビーム１５及び結合照明領域２０は、単独のＬＥＤ１又はＬＥＤ２の光強度又は明るさよりも２倍高い明るさ又は光強度を有することができる。光学素子１３はプリズムとすることができ、例えば凹状の反射面１３ａ、１３ｂ（反射面の一方向が凹状の形状１３ｆを有しており、他方の方向が直線１３ｇである）を有する「中空プリズム」とすることができる。そのようなプリズムの三次元の図面８０も図１３に示されている。
【００５０】
他の実施の形態によれば、反射面は、例えば凸状の湾曲、又は反射面１３ａ、１３ｂの一部分が湾曲しており、反射面の他の部分が真っ直ぐなものなど、別の湾曲を有することができる。一般に、反射面は、入射光ビーム７、９のアスペクト比を変更でき、変更後の照明領域８、１１’を含む結合照明領域を有する結合光ビーム１５を形成すべく、反射光ビーム７’、９’を±３％の範囲内で平行に整列させることができるように、特定の曲がりを有することができる。さらに、他の実施の形態において、光学素子１３は、平面ガラスのミラー又は上述のような湾曲を有する２つの反射面１３ａ、１３ｂを備えている他の反射要素で構成できることに、注意すべきである。
【００５１】
本発明の照明装置は、少なくとも１つの反射面１３ａ、１３ｂが凸状又は凹状である光学素子１３を備えることができ、その結果、凸状又は凹状の反射面１３ａ、１３ｂによって反射させられた反射光ビーム７’、９’が、凸状又は凹状の反射面１３ａ、１３ｂに入射する該当の光ビーム７、９のアスペクト比とは異なるアスペクト比を有する。これは、衝突又は入射する光ビームのアスペクト比を、湾曲した反射面によって変化させることができることを意味している。これらの反射面は、例えば凸状又は凹状とすることができ、全体的に湾曲していても、部分的に湾曲していてもよい。
【００５２】
照明装置の別の実施の形態によれば、反射面１３ａ、１３ｂに衝突する光ビーム７、９のアスペクト比が、Ａ：Ｂであり、ＡはＢに等しく、又はＢの１０％未満だけＢから異なっている。これは、アスペクト比が、例えば±１０％の範囲内で上述のように１：１とできることを意味する。この実施の形態において、少なくとも１つの反射面１３ａ、１３ｂが、該当の反射光ビーム７’、９’のアスペクト比がＡ：（Ｂ／Ｘ）（ここでＸは、１．５〜２．５の間である。）であるように凹状である。したがって、２つのそのような反射光ビームを足し合わせることで、やはり±１０％の範囲内で１：１のアスペクト比を有している正方形の形状の結合光ビーム１５及び結合照明領域２０をもたらすことができる。
【００５３】
照明装置は、上述のような特別なプリズムを備えることができ、基本的な考え方は、１：１という正方形のアスペクト比を有する２つのビームを組み合わせることである。現在のＬＥＤメーカーは、汎用の照明目的の一連の効率的なＬＥＤを使用しており、そのような効率的なＬＥＤの光ビームは正方形のアスペクト比を有することが多い。２つのそのようなＬＥＤの光ビームを単純に足し合わせると、１：２というアスペクト比がもたらされると考えられる。そのようなＬＥＤの光ビームの足し合わせの後で、より正方形に近い形状（アスペクト比が１：１）の結合光ビーム及び結合照明領域を受け取るために、図１３の文脈において説明されたような照明装置を使用することができる。
【００５４】
そのような照明装置の光学素子１３は、１つの面１３ｆにおいて凹状に湾曲し、他方の面１３ｇは平坦であるように形成されたプリズムとすることができる。このプリズムは、１つの空間面において「通常」のミラーのように振る舞う一方で、もう１つの空間面においては光ビームの特定の集光を達成する。結果として、例えば１：１という正方形のアスペクト比を有する光ビームのアスペクト比が変更され、反射光ビームが１：２という変更後の矩形のアスペクト比及びそのように変更された照明領域を有する。
【００５５】
プリズムの曲率を、反射光ビーム７’、９’が入射又は衝突する光ビーム７、９の開口の半分に相当する±５°の範囲内の開口を有するように、寸法付けることができる。プリズムの反射面の曲率を、焦点が形成されないように構成することができる。第１及び第２の光ビーム７、９が、反射面１３ａ、１３ｂを平らに照明することができ、あるいは二次元的に照明することができる。
【００５６】
プリズムがビーム７、９の１：１のアスペクト比を１：２のアスペクト比へ変化させるように構成される場合、２つの反射光ビーム７’、９’を、やはり互いに隣り合わせて平行に整列させることができ、正方形の結合光ビーム１５（アスペクト比が１：１）を実現することができる。
【００５７】
本発明の他の実施の形態によれば、このシステム又は照明装置を、４つの別々に制御することができるセグメント又は四象限によって正方形のビームを得ることができるように、上述のような２つの照明装置がさらに大きなプリズムを再び照明する場合に、縦列接続することが可能である。そのようなシステムは、異なるスペクトル範囲の光を放射することができる４つのＬＥＤを備えることができ、４つの別々に制御することができる四象限の各々を、異なる色又は放射光の組み合わせによって照明することができる。一実施の形態によれば、第１のＬＥＤが赤色の放射スペクトルを有することができ、第２のＬＥＤが青色の放射スペクトルを有することができ、第３のＬＥＤが緑色の放射スペクトルを有することができ、第４のＬＥＤが白色又は琥珀色の放射スペクトルを有することができる。別個独立に制御可能な４つの四象限を有する結合光ビーム１５を形成する別々に制御することができる光ビームは、観察者にとって特定の特別な光学的効果を実現できるように制御することができる。
【００５８】
結合照明領域について、図３に示されているような理想的な像を受け取ることが場合によっては困難であり、したがって図８及び９の文脈において説明したように見えるばらつきが存在する可能性があるため、均質化段３０又は「ミキサー段」を照明装置に導入することができる。図２において、均質化段３０を、ビーム結合器１３の後ろに配置することができる。この均質化段又はミキサー段は、結合照明領域２０における重なり合い及びすき間の暗い影の影響を一様化するように構成することができる。そのようなミキサー段３０は、例えばビデオプロジェクターにおいて使用されているように、２つのマイクロレンズアレイからなる構成又は内側が鏡面にされている中空の光ロッドである「光トンネル」のいずれかとすることができる。光トンネルは、結合照明領域の直径に相当する直径を有することができる。光トンネルは、中空光トンネルにおいては正方形の直径を有することができ、大規模な「光パイプ」においては六角形とすることができる。六角形の形状は、入射する結合光ビーム１５のより良好な混合をもたらし、丸い遮光板７５（図１０Ｂ）をより良好に利用する。次いで、均質化された結合光ビーム１５’は、図２に示されているように、投影光学系３５によって投影スクリーンなどに画像化することができる。
【００５９】
図１０Ａ及び１０Ｂに、照明システム２００が概略的に示されている。照明システム２００は、第１の矩形の照明領域８を有する第１の光ビーム７を発するように構成された第１の光源５と、第２の矩形の照明領域１１を有する第２の光ビーム９を発するように構成された第２の光源１０とを備えている。第１の光源５及び第２の光源１０は、互いに面するように配置されている。さらに、照明システム２００は、２つの反射面１３ａ及び１３ｂを有する光学素子１３を、第１の光源５と第２の光源１０との間に配置して備えている。２つの反射面は、第１の光ビームが第１の反射面１３ａにおいて反射され、第２の光ビーム９が第２の反射面１３ｂにおいて反射されるように、お互いに対して配置されている。第１及び第２の反射光ビーム７’、９’が、隣り同士に整列させられ、個別の第１及び第２の矩形の照明領域と比べてより正方形に近い形状を備えている結合照明領域２０を有する結合光ビーム１５が形成される。さらに照明システム２００は、結合光ビーム１５の光路に、円形光学素子７５を備えており、円形光学素子７５又は円形光学素子の一部分７５ａは、透明もしくは半透明であるか、又は通過する結合光ビーム１５の色を変化させることができる。円形光学素子の直径Ｄは、いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域の正方形の形状に合わせることができる（図１０Ｂ）。これは、一実施の形態によれば、円形光学素子７５の直径Ｄが、結合照明領域２０の短辺の長さ２０ｂに等しいか、又は少なくとも±１０％の範囲内で同一であることを意味している。別の実施の形態によれば、結合照明領域２０は、厳密には正方形の形状を有していないが、単独の照明領域８、１１に比べてより正方形に近い形状を備えることができる。この場合、円形光学素子７５の直径Ｄは、より正方形に近い形状の結合照明領域２０の小さい方又は短い方の辺の長さ２０ｂに合わせることができる。
【００６０】
円形光学素子７５は、遮光板又はマスクとすることができ、金属で製作されてパターンとして機能することができ、又は透明、半透明もしくは色フィルターを有するガラスで製作することができる。色フィルターは、円形光学素子７５を通過する結合光ビームの色を変えるために使用することができる。照明システム２００が、１６：９というアスペクト比の第１の矩形の照明領域及び第２の矩形の照明領域を有する第１のＬＥＤ５及び第２のＬＥＤ１０を備える場合、結合照明領域は１６：１８というアスペクト比を有することができる。照明システムが、２つのＬＥＤのビームを長辺にて「疑似接線」の方法で隣り合わせに配置することによって幾何学的に足し合わせ、１６：１８のアスペクト比を有する結合光ビームがもたらされると考えられる。これは、エネルギーが２倍になるほかに、別の利点を有すると考えられる。透過照明される遮光板は、通常は円形である。遮光板７５は、投射光のパターンを生成するために使用される円形の版へと切り込まれたテンプレート又はパターンである。遮光板は、ビームが投影光学系に達する前にビームの一部を遮り、着色し又は拡散させることによって、光を制御することができる。光が集光前に整形されるため、ハードエッジの画像を、短い距離を超えて投影することができる。したがって、照明システムは、シャープな集光又はソフトな集光を可能にするための可動のレンズを有することができる投影光学系を備えることもできる。遮光板は、設計の複雑さに応じて、例えば金属薄板又はガラスのいずれかから製作することができる。ガラス製の遮光板は、ダイクロイックガラスの複数の層で製作され、各色につき１つの層がアルミニウム又はクロムめっきされた白黒の遮光板に貼り付けられている着色領域を含むことができる。新規な技術がカラー写真をガラス製の遮光板へと変えることを可能にしている。また、遮光板は、溶けてしまうことがないように特殊な冷却素子を備えているプラスチック製の遮光板であってもよい。遮光板は、結合光ビームの焦点面に配置することができる。遮光板は、さまざまな光効果をもたらすことができる。それらは、きめ(texture)、雰囲気又は特別な効果を生み出すために、ステージ照明、テレビ及び映画の制作に一般的に使用される。
【００６１】
ここで、円形の遮光板が１６：９のビームで照らされる場合、ビームの四角形の短辺が、遮光板の直径を完全に覆わなければならない。これが、図１１に概略的に示されている。照明領域（例えば、第１の照明領域８）が、１６：９のアスペクト比を有することができる。その場合、光学素子（例えば、円形の有効領域を有する遮光板７５）において、形状による光損失が生じる。図１１に示されている事例では、矩形の照明領域の形状の相違によって、遮光板における光損失は約５６％である。これは、矩形の光ビームの５６％が、円形の遮光板によって遮られる可能性があることを意味している。遮光板の有効面が円形であり、１６：９というアスペクト比を有する矩形の光ビームに合わせられなければならない。結果として、３０％〜７０％という巨大な光損失が生じうる。ここで、結果として、光エネルギーの約５６％が、もはや遮光板を通って向けられることがない。
【００６２】
照明システム２００の実施の形態によれば、結合光ビーム１５が、１６：１８という形式の結合照明領域を有することができる。結果として、図１２に概略的に示されているように、遮光板における光損失は、約３０％へと減らされる。これは、遮光板の有効面７５の直径Ｄが、より正方形に近い形状の結合照明領域２０に適合するため、一実施の形態によって光損失又はエネルギー損失の低減が達成できることを意味している。光学素子の結合光ビームへの適合に応じて、光学素子における結合光ビームの光損失を最大５０％も減らすことができる。
【００６３】
別の実施の形態においては、照明システムは、結合光ビームの光路に配置された均質化段３０をさらに備えることができる。均質化段３０は、結合光ビーム１５を混合し、混合結合光ビーム１５’を形成するように構成されている。照明システムは、混合結合光ビーム１５’の光路に配置され、混合結合光ビーム１５’を画像化するように構成された投影光学系３５をさらに備えている。円形光学素子７５が、均質化段３０と投影光学系３５の間の混合結合光ビーム１５’の光路に配置されている。
【００６４】
均質化段３０は、ビデオプロジェクターにおいて使用されているような光トンネルとすることができる。光トンネルは、中空光トンネルにおいては正方形の直径を有することができ、大規模な光パイプ又は光トンネルにおいては六角形とすることができる。六角形の形状は、より良好な混合をもたらし、丸い遮光板をより良好に利用する。しかしながら、バルク材における減衰が、少し大きくなる可能性がある。
【００６５】
いくつかの実施の形態によれば、本発明は、ＬＥＤのスポット又は照明領域に関する。そのようなシステム、照明装置又は照明システムを照明するために適するだろうと考えられるいくつかのＬＥＤ光源が存在する。しかしながら、課題は、複数の光源ではなくて１つの光源が、画像化システムを意味するスポットの変形のために必要とされる可能性があるという点にあるかもしれない。さまざまな出力のガラスをもつさまざまな装置を製作するために、いくつかの実施の形態に従って適切なＬＥＤ光源が必要とされる可能性がある。開発のための経済的な努力が、莫大になると考えられる。
【００６６】
背面投射型テレビにおいて使用されているような高性能のＬＥＤが、いくつかの実施の形態によるシステムの土台である。そのような高性能ＬＥＤは、高い輝度を有することができ、例えば可視のスペクトル範囲（７５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）の光を発することができる。そのような高性能ＬＥＤチップの電力消費は、最大１００ワットである可能性があり、すなわち例えば８０ワットであるかもしれない。したがって、充分な冷却が保証されなければならない。したがって、光源（例えば、高性能のＬＥＤ）を、個々の光源が互いに面するように反対側に別々に配置できる点が、上述した本発明のさらなる利点である。結果として、各々の光源（例えば、各々の高性能ＬＥＤ）が、本発明の実施の形態において説明したように、自身の専用のヒートシンクを備えることができる。したがって、動作時の高性能ＬＥＤの効果的な冷却を保証することができる。高性能ＬＥＤは、ランバートエミッター（Lambert emitter）として光のエネルギーを放射することができ、すなわち、視認の角度にかかわらず同じ輝度を有することができる。
【００６７】
実施の形態によれば、光源は、集光されて１６：９の形式の照明領域又はスポット形状を有するＬＥＤチップであってよい。これは、映像の分野において今や一般的な形式である。これを実現するために、ＬＥＤは、やはり１６：９のアスペクト比を有する有効発光領域を備えることができる。
【００６８】
本発明を、いくつかの実施の形態に関して説明したが、本発明の技術的範囲に包含される変更物、置換物及び均等物が存在する。また、本明細書に記載した照明装置及び照明システムを実践する多数の代替の方法が存在することにも、注意すべきである。したがって、以下の特許請求の範囲は、本発明の２つの技術的思想及び技術的範囲に包含されるそのような変更物、置換物及び均等物のすべてを含むものとして解釈されなければならない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関し、特に特定の発光ダイオード（ＬＥＤ）スポットを形成する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの照明システムにおいては、いくつかの光源の別々の光ビームを、複数の単独の光ビームから共通の有用な光ビームが形成されるような方法で結合させることが、有用であると考えられる。そのような結合後の光ビームは、拡大された結合スポット又は照明領域(footprint)と、倍数の光エネルギーを有することができる。これは、結合後の照明領域の寸法を、スポット又は単独の光源の寸法に比べて大きくできることを意味する。
【０００３】
今までのところ、異なる光源の光ビームを１つの光ビームへと結合させて、この結合された光ビームの光強度を高めるように構成された幾つかの照明システム又はプロジェクターが存在している。例えば、米国特許第6,341,876 B1号が、空間光変調器を照明するための照明システムを記載している。その照明システムは、２つの別々の光源を備えており、これらの光源の光出力がインテグレーター棒によって結合させられる。このインテグレーター棒が、空間光変調器を照明するための一様なビームを生成するように構成されている。インテグレーター棒は、２つの別々の光源からの光を結合させて、このようなデジタルマイクロミラー装置に対応する充分に強力な光ビームをもたらすために有効である。これは、インテグレーター棒が、結合ビームの光強度を高めるために、別々の光源の光ビームを重ね合わせることを意味する。
【０００４】
米国特許第5,504,544号が、複数のランプの出力を効率的に結合させ、その像を共通の点へと集束させる投影システムを開示している。結果として、投影される画面の明るさが、同等の出力の従来からの単一ランプの明るさに比べて数倍になる。重ね合わせは、一連のフレネル集光及び集束レンズと、全反射を利用する線形ビーム結合プリズムフィルムとによって達成される。この投影システムは、複数のランプの光ビームを重ね合わせるために使用されている。
【０００５】
複数の光源と、光を所定の方向に反射させるための反射装置と、反射装置からの光を受け取って、実質的に平行な光を送り出す集光装置とをとりわけ備えている光照明装置が、米国特許第6,224,217 B1号に示されている。その記載によれば、２つの光源からの集束光ビームがプリズムにおいて反射させられ、反射後に、光源からの光が光照明装置の光軸の近くに集光され、合成される。これは、光源からの光が混合され、光ビームが重なり合っていることを意味する。合成された結合光ビームをほぼ平行な光へと整形するために、集光手段（例えば、集光レンズ）が使用される。
【０００６】
欧州特許第1 642 154 B1号が、同一線上になく、平行でもない光ビームを放射する少なくとも２つの光源と、これら２つの光ビームを結合させて一体にするための光学部品とを備えている照明システムを示している。この特許によれば、２つの別々の光源からの光ビームが、光ビームがこの光インテグレーターにおいて混合されるような方法で、やはり結合させられる。光インテグレーターの出力において、２つの混合された光ビームによるほぼ一様な照明ビームがもたらされる。
【０００７】
公知の照明又は投影システムにおいては、複数の光源の光ビームが、結合光ビームの光強度エネルギーを高めるために、光学素子によって集光され又は重ね合わせられる。そのようなシステムにおいては、光ビームの極大を重ね合わせ又は一点に集めることが、目標とされることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、光ビームを互いに隣り合わせに整列させて、照明領域又はスポットのサイズを大きくし、別々の光ビームの単独の照明領域と比べて結合された照明領域の寸法を変化させることにある。本発明の別の目的は、光路内の光学素子による光の損失を、光学素子を通過する光ビームの照明領域の寸法と光学素子の寸法とを互いに調節することによって、少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明が見出したことは、２つの光源のビームを隣り合わせに配置することによって幾何学的に足し合わせることである。本発明の実施の形態は、２つの光源の光ビームを２つの反射面を有する光学素子によって互いに隣り合わせに整列させるように構成された照明装置に関する。２つの光ビームの互いに隣り合わせの整列は、結合光ビーム(combined light beam)が形成されるように実行される。結合光ビームは、光源の光ビームの照明領域を互いに隣り合わせに整列させて含んでいる結合照明領域(combined footprint)を有している。さらに、本発明の他の実施の形態においては、光源の光ビームの照明領域が矩形であって、結合照明領域がより正方形に近い形状を有している照明装置を備える照明システムが説明される。いくつかの実施の形態においては、光ビームの照明領域が１６：９というアスペクト比を有しており、結合照明領域が１６：１８というアスペクト比を有している。１６：９の形式で光ビームを放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を組み合わせ、より正方形に近い１６：１８の形式の光ビームを形成することができる。そのような（高性能の）ＬＥＤを、例えばスポットライト、ステージ照明などに使用することができる。これらのＬＥＤを組み合わせ、円形のスポット又はステージ照明に一層良好に適合する寸法を有する一様な結合光ビームを形成することができる。
【００１０】
結合光ビームの光路において光強度に影響を及ぼすことのできる円形光学素子が、個々の照明領域の矩形の形状に比べてより正方形に近い形状に合わせられた寸法を有することができる。本発明の利点は、結合光ビーム及び光学素子の互いの適合の改善による光損失の低減である。さらに、いくつかの実施の形態においては、２つの光ビームの整列が、後続の投影光学系が結合光ビームを２つの光ビームのサイズを有する単一の光ビームとして画像化できるように、照明装置及び照明システムによって達成される。
【００１１】
添付の図１〜１１を参照し、照明装置及び照明システムの実施の形態をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態による照明装置の概略図を示している。
【図２】本発明の別の実施の形態によるＬＥＤを光源として備えている照明装置の別の実施の形態を示している。
【図３】１６：９の形式の矩形の照明領域及び１６：１８の形式のより正方形に近い形状の結合照明領域の概略の上面図を示している。
【図４】平面ガラスの２つのミラーを有している光学素子の概略の詳細図であり、本発明の実施の形態に従い、先端を形成している平面ガラスのミラーのエッジが正確に組み合わせられるように斜めにされている。
【図５】光ビームの整列がずれている照明装置の概略図を示しており、光ビームの整列ずれによって、重なり合った結合光ビームが形成されており、結合光ビームにすき間が生じている。
【図６】本発明の別の実施の形態による照明装置の別の概略図を示している。
【図７】先端に９０°よりも小さい角度を有しているプリズムを備えている照明装置の別の概略図を示している。
【図８】結合照明領域を形成している部分的に重なり合った第１及び第２の照明領域の概略の上面図を示している。
【図９】第１及び第２の光ビームの照明領域の概略の上面図を示しており、照明領域がすき間によって隔てられているために、結合照明領域が暗い影を含んでいる。
【図１０Ａ】本発明の実施の形態による照明システムの概略図を示している。
【図１０Ｂ】結合照明領域及び結合照明領域の短辺の長さに合わせられた直径を有する円形光学素子の概略図を示している。
【図１１】光源の照明領域の形状が遮光板の円形の形状に比べて矩形であることに起因する光損失の概略図を示している。
【図１２】図１１の例に比べて結合照明領域の形状がより正方形に近い形状にされていることによる光損失の低減の概略図である。
【図１３】凹状の反射面を備える光学素子を有している本発明の実施の形態による照明装置の別の概略ｄを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態についての以下の説明に関し、簡単さの理由のために、説明の全体を通して、機能的に同一であるか、同様に機能するか、機能的に同等であるか又は均等である、ステップの構成要素については、異なる図においても同じ参照番号が使用される。
【００１４】
図１に本発明の実施の形態による照明装置の概略図が示されている。その照明装置は第１の光源５を備えており、第１の光源５は第１の光ビーム７を発するように構成されている。第１の光ビーム７は、この例では矩形の照明領域である第１の照明領域８を有している。照明領域又はスポットは別の形状を有してもよい。照明領域の実際のサイズは、像形成光学系、投影スクリーンまでの距離などに依存することがある。照明領域を、可能な限りシャープに画像化することができる。さらに、照明装置は、第２の照明領域１１を有する第２の光ビーム９を発するように構成された第２の光源１０を備えている。第１の光源５及び第２の光源１０は、互いに面するように配置されている。
【００１５】
この実施の形態において、第１の光源５及び第２の光源１０は、仮に光学素子１３が存在しないならば第１及び第２の光ビームがお互いを照らすように、正確に１８０°ずらされて配置されている。
【００１６】
他の実施の形態においては、両方の光源を互いに対向配置することができるが、正確な１８０°のずれによって定められる光軸に比べて傾けられていてもよい。光源を、例えばお互いに対して９０°〜２７０°ずらして配置することができる。これは、本発明のさらなる実施の形態において、第１及び第２の光源を、発せられる光ビームが対向する光源の方向にのみ発せられるように、互いに面するように配置できることを意味する。さらに、照明装置は、２つの反射面１３ａ、１３ｂを有する光学素子１３を備えており、光学素子１３は第１の光源５と第２の光源１０との間に配置されている。２つの反射面１３ａ、１３ｂは、第１の光ビーム７が第１の反射面１３ａにおいて反射され、第２の光ビーム９が第２の反射面１３ｂにおいて反射されるように、お互いに対して配置されている。第１の反射光ビーム９’及び第２の反射光ビーム７’が、隣り同士に整列させられ、第１の照明領域８及び第２の照明領域１１を隣り同士に並べて含んでいる結合照明領域２０を有している結合光ビーム１５が形成される。
【００１７】
第１の光ビーム７を端又はエッジの光線７ａ、７ｃ及び中央の光線７ｂによって図示することができる。これは、２つの端又はエッジの光線９ａ、９ｃと中央の光線９ｂとを有している第２の光ビームラインにも当てはまる。第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’も、同様にして、端の光線７ｃ’、７ａ’及び９ｃ’、９ａ’ならびに中央の光線７ｂ’及び９ｂ’によって描かれている。
【００１８】
第１の光源５は主平面２５ａを有することができ、第２の光源は、主平面２５ｂを有することができる。中央の光線９ｂ及び７ｂが、この実施の形態においては、光軸又は補助線２７を定めることができる。
【００１９】
この実施の形態によれば、この照明装置は、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の面積の合計の±１０％の範囲内の面積を有する交わり形状を備える１つの結合光ビーム１５が形成されるように、２つの光ビームを結合させるように構成される。したがって、結合照明領域２０の面積は、第１の照明領域７の面積と第２の照明領域１１の面積との合計の±１０％の範囲内とすることができる。これは、別々の照明領域の合計の偏差が、±１０％の範囲内とすることができることを意味している。他の実施の形態においては、結合照明領域の面積が、第１及び第２の照明領域の面積の合計の±２０％の範囲内とすることができる。いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域２０の面積が、正確に第１の照明領域８の面積及び第２の照明領域１１の面積の合計の±１％の範囲内とすることができる。
【００２０】
第１の光ビーム７は開口β１を有することができる。第２の光ビーム９は第２の開口β２を有することができる。角度β１及びβ２は等しくてよい。この照明装置は、第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’からなる結合光ビーム１５が、第１の開口β１及び第２の開口β２の合計に相当する開口γを有するように構成することができる。これは、結合光ビーム１５の開口ｙが、第１の開口β１及び第２の開口β２の合計（γ＝β１＋β２）とすることができることを意味する。一実施の形態においては、この式が、±３°の範囲内で有効とすることができる。
【００２１】
図２は、別の実施の形態による照明装置の概略図を示している。この実施の形態においては、第１の光源は基板３２に取り付けることができる発光ダイオード（ＬＥＤ１）である。ＬＥＤ１はヒートシンク１に熱的に接触させることができる。ヒートシンク１は、放射される第１の光ビーム７とは反対の側に配置することができる。ヒートシンク１は、動作時の発光ダイオードの熱又は消費エネルギーを吸収するように構成することができる。コリメーター１を、光学素子１３とＬＥＤ１との間の第１の光ビーム７の光路に配置することができる。コリメーター１は、ＬＥＤ１から発せられた光を集め、コリメーター１なしのＬＥＤ１から発せられる光ビームに比べて小さい開口を有するほぼ平行な第１の光ビームを形成するように構成することができる。第２の光源１０も基板２９上の発光ダイオード（ＬＥＤ２）とすることができ、別の第２のヒートシンク２が、第２のＬＥＤ２の動作時の熱又は消費エネルギーを吸収するために、ＬＥＤ２に熱的に接触している。コリメーター２が、ミラープリズム１３とＬＥＤ２との間の第２の光ビーム９の光路に配置され、ＬＥＤ２の発する光を集める。第２の光ビーム９は、コリメーターなしの構成と比べてより小さい開口を有することができる。
【００２２】
この実施の形態においては、光学素子１３は２つの反射面１３ａ及び１３ｂを有するプリズムであり、反射面１３ａ及び１３ｂがプリズムの辺(leg)を形成している。反射面１３ａ及び１３ｂは、第１及び第２の光ビームがほぼいかなる光の損失もなく反射させられるように、鏡面にすることができる。他の実施の形態によれば、その反射面は、反射を生じさせる複数の誘電体層によって形成でき、又は全反射光学素子によって形成することができる。光ビームをプリズムにおける内部反射によって反射させてもよい。反射された第１の光ビーム７’及び反射された第２の光ビーム９’が結合光ビーム１５を形成する。
【００２３】
ＬＥＤ１及びＬＥＤ２の照明領域は、例えば１６：９というアスペクト比を有する矩形の形状を有することができる。これは、短い方の辺に対する長い方の辺の長さの比が、１６：９であることを意味する。したがって、結合光ビーム１５の結合照明領域２０は、１６：１８のアスペクト比を有する２つの整列した照明領域８、１１に対応する１６：１８というアスペクト比のより正方形に近い形状を有することができる。
【００２４】
いくつかの実施の形態によれば、照明装置が、ミキサー段として構成される均質化段１３をさらに備えることができる。したがって、「ミキサー段」は、ビーム結合器（すなわち、光学素子１３）の後に導入することができる。ミキサー段は、結合照明領域が第１の照明領域８及び第２の照明領域１１の部分的な重なり合いを含んでいるか、又は第１の照明領域８及び第２の照明領域１１がすき間によって隔てられている場合に、一様にするように構成することができる。均質化された結合光ビーム１５’が、均質化段又はミキサー段によって形成される。
【００２５】
部分的に重なり合い、又は第１及び第２の照明領域の間にすき間を有している結合照明領域を有する結合光ビーム１５が、２つの別々のＬＥＤの光ビームとして、後続の投影光学系又は対物レンズによって画像化されると考えられる。これは、この構造における問題は、対物レンズが例えば２つの光源としての２つのＬＥＤを画像化することであることを意味する。これは、回避されなければならない。したがって、均質化段３０は、この問題を解決するために使用することができる。ミキサー段３０の後に、均質化された結合光ビーム１５’を、投影光学系３５によって画像化することができる。観察者は、そのような均質化された結合光ビームの結合照明領域を、単一の光源の照明領域と考えるであろう。
【００２６】
いくつかの実施の形態によれば、本明細書に記載の照明装置は、スポットライト又は背面投射型テレビにおいて使用可能であり、複数の光源又はＬＥＤを備えることができ、それら複数の光源の照明領域を含む大きな結合照明領域を生成することができる。
【００２７】
図２には、照明装置の基本原理が示されている。２つの光源５、１０（例えば、２つの高性能ＬＥＤ）が、さらなる光学素子が取り付けられていないならばお互いを照明すると考えられるように、お互いの方を向いている。両者の間にプリズムが配置され、２つの辺によって形成されるプリズムの面は、表面ミラーを備えているか、又は例えばアルミニウムもしくは銀で鏡面化されている。いくつかの実施の形態においては、おそらくは必要とされるであろう均質化段３０と、例えば対物レンズ３５などの画像化用対物レンズが後続している。ＬＥＤ１及びＬＥＤ２が、あたかもプリズムの反射面１３ａ及び１３ｂの中心へと光を放射するように描かれている。しかしながら、現実には、ビームは、光学素子１３の前端１３ｃにすき間が存在しないようにプリズムに入射しなければならない。前端１３ｃにすき間が存在すると、結合光ビーム１５が、反射された第１の光ビーム７’及び第２の光ビーム９’の間に望ましくないすき間又は重なり合いを有する可能性がある。
【００２８】
理想的には、このエッジにおいて、第１及び第２のＬＥＤの照明領域が、反射の際の拡散損失を少なくするために、可能なかぎりシャープな像を作らなければならない。それらの照明領域は、正方形の照明領域とすることができる。一般に、システムに進入する第１及び第２の光ビーム、すなわち２つの反射面１３ａ、１３ｂにおいて反射させられる第１及び第２の光ビームは、入射又は進入の角度が大きくなると反射又はダイクロイックコーティングの効率が低くなるため、可能なかぎり強く集束されなければならない。光学素子又はプリズムは、色フィルターとして機能するダイクロイックコーティングを備えることができる。幾何光学の法則に従い、入射の角度は反射の角度に等しい。可能なかぎり多くの光を捉えるために、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の集束を、この実施の形態においては、主として、ＬＥＤに直接配置された２つのコリメーター（コリメーター１、２）によって行うことができる。
【００２９】
図３に、「ビームの足し算」の結果が概略的に示されている。この実施の形態において、ＬＥＤ１の照明領域８及びＬＥＤ２の照明領域１１が、それぞれ１６：９のアスペクト比を有している。これは、ＬＥＤ１の照明領域８の長い方の辺の長さ８ａが、短い方の辺の長さ８ｂに比べて１６：１８というアスペクト比をもっていることを意味する。同じことが、ＬＥＤ２の照明領域１１の辺の長さ１１ａと１１ｂにも当てはまる。ＬＥＤ２の照明領域１１及びＬＥＤ１の照明領域８の絶対的なサイズは、投影光学系及び投影スクリーンまでの距離に依存することがある。対照的に、照明領域のアスペクト比は、例えば辺の長さの絶対的な長さが投影光学系から投影スクリーンまでの距離を変えることによって変更される場合でも一定である。光源（例えば、ＬＥＤチップ１０又は５）が集束される場合、１６：９という形式の照明領域を得てもよい、それが今やビデオの分野において一般的であるからである。照明領域は投影光学系によってはっきりと集束させることができる。
【００３０】
他の実施の形態によれば、光ビームの照明領域が、当然ながら、例えば４：３などの他のアスペクト比を有することができる。さらなる実施の形態によれば、照明領域の形状は、２つのＬＥＤ１０、５の光ビームを結合照明領域２０を有する結合光ビーム１５へと足し合わせた後で、矩形又は正方形とは異なるようにしてもよい。
【００３１】
結合照明領域２０は、図３に概略的に示されているように、隣り同士に整列させられた第１の照明領域１１及び第２の照明領域８を含むことができる。整列は、理想的な場合においては、ＬＥＤ２の第２の照明領域１１の長辺１１ａとＬＥＤ１の第１の照明領域８の長辺８ａとを、照明領域１１と８との間にすき間又は重なり合いが存在しないように組み合わせることによって行うことができる。アスペクト比１６：９を有する２つの照明領域１１及び８を足し合わせた後で、結合照明領域２０の辺の長さは、１６：１８というアスペクト比を有することができる。この実施の形態において、結合照明領域２０は、第１の辺の長さ２０ａ及び第２の辺の長さ２０ｂによる一層正方形に近い形状を有することができる。第２の辺の長さ２０ｂに対する第１の辺の長さ２０ａの比は、１６：１８とすることができる。上述のように、別のアスペクト比又は形状も、単独の照明領域１１及び８の形状及びアスペクト比に応じて実現可能である。
【００３２】
結合照明領域２０は、ＬＥＤ１及びＬＥＤ２の単独の照明領域１１又は８と比べて、より正方形に近い照明領域の形状を有することができる。より正方形に近い形状は、アスペクト比が１により近い場合にもたらされる。アスペクト比が１である場合、正方形の形状がもたらされ、すなわち、例えば第１の辺の長さ２０ａが第２の辺の長さ２０ｂに等しい。これによれば、アスペクト比１６：１８を有する結合照明領域は、１６：９というアスペクト比を有するＬＥＤ１及びＬＥＤ２の矩形の照明領域よりも正方形に近い形状を有している。本発明の一態様は、２つのＬＥＤのビームを長辺にて「疑似接線」の方法で隣り合わせに配置することによって幾何学的に足し合わせることである。実際、この用語は、両方の光ビームが曲線を形成しているわけではないので、ここでは正確ではないが、意図される内容をより明瞭に表わしている。
【００３３】
矩形の照明領域の場合には、２つの矩形の長辺（例えば、辺８ａ及び１１ａ）を、可能であれば、２つの異なる照明領域８、１１の間に重なり合いがないか、わずかな重なり合いしか存在しないか、又は小さなすき間しか存在しないように、隣り合わせに整列させることができる。結果として、後続の投影光学系又は対物レンズが、２つの照明領域を有する２つのＬＥＤを、より大きな照明領域サイズを有する単一のＬＥＤの単一の照明領域として画像化することができる。これは、結合照明領域の観察者が、結合照明領域が２つのＬＥＤの２つの整列した個別の照明領域の加算であることを、おそらくは知覚できないことを意味している。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態による光学素子１３の前端１３ｃの拡大の側面概略図を示している。この実施の形態においては、光学素子１３が、照明装置の２つの反射面１３ａ及び１３ｂを構成する平面ガラス１３ｄ及び１３ｅの２つのミラーを備えることができる。平面ガラス１３ｄ及び１３ｅの２つのミラーは、ミラーの三角形の前端１３ｃにおいてすき間又は整列ずれが生じないように組み合わせられる。これを実現するために、平面ガラス１３ｄ、１３ｅの２つのミラーのエッジ４１は、すき間又は整列ずれが存在しない完璧な前端１３ｃが形成されるように、斜めにすることができる。これは、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の入射の角度に応じて、反射後の端の光線７ｃ’及び９ｃ’が隣り合わせに整列するように、端の光線７ｃ及び９ｃが反射させられることを必要とするかもしれない。第１の反射光ビーム７’の反射後の端の光線７ｃ’及び第２の反射光ビーム９’の反射後の端の光線９ｃ’を、互いに平行に整列させることができる。いくつかの実施の形態においては、これら２つの端の光線７ｃ’及び９ｃ’は、±１°の範囲内又は±３°の範囲内において平行に配置することができる。第１の反射ビーム７’及び第２の反射ビーム９’の整列の質に応じて、結合照明領域２０は、重なり合いもしくはすき間をもたないか、又は小さな重なり合い又はすき間しかもたず、したがって結合照明領域２０が、第１及び第２の光ビーム７、９の２つの照明領域８、１１の足し合わせによって与えられるサイズ、面積、又はアスペクト比を有する形状を備えると考えられる。
【００３５】
平面ガラスのミラーのエッジ４１が斜めにされず、結果として光学素子１３の前端１３ｃにすき間が存在する場合には、平面ガラスのミラーは適していないと考えられる。この構造においては、ビームがいかなる「すき間」も存在させずに互いに当接することが、本質的に重要だからである。しかしながら、ミラーにおいて、ミラーの三角形の前端１３ｃは、材料の厚さゆえに鏡面でないと考えられ、したがって平面ガラス１３ｄ、１３ｅのミラーが前端１３ｃを形成するエッジ４１において斜めにされない場合、性能を大幅に低下させると考えられる。
【００３６】
図５に、２つの光源５、１０及び光学素子１３（例えば、プリズムとすることができる。）を備えた照明装置の概略図が示されている。この例において、結合光ビーム１５の整列ずれ又は誤差が、第１の反射ビーム７’及び第２の反射ビーム９’についてすき間又は特定の重なり合いが生じる程度にまで現れる可能性がある。プリズムの前端１３ｃの付近において、結合ビーム１５にすき間が生じる可能性がある。この例において、光源１及び光源２は、１８０°ずらされて配置された２つのＬＥＤとすることができ、光学素子１３は標準的な９０°のプリズムである。これは、プリズムの２つの辺の間の角度が９０°であることを意味する。第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９が、β１及びβ２という開口（同一であっても、異なっていてもよい）をそれぞれ有しているため、２つの反射面１３ａ、１３ｂにおける光ビーム９、７の反射が上述の反射光ビーム７’及び９’の重なり合いをもたらす可能性がある。ビーム７’、９’の間のすき間がプリズムの直後において生じる。このすき間がシャープに投影される場合、図９に関して説明される画像がもたらされる。後に、反射光ビーム７’、９’は、図８に関して概略的に説明されるような方法で重なり合う。結果として、対物レンズ又は投影光学系３５（図２を参照）が、２つのＬＥＤ又は２つのＬＥＤの照明領域を、２つの別々の照明領域を有する２つの光源として画像化する可能性がある。これは、望ましくないかも知れない。観察者又は各人が、結合光ビーム１５及び結合光ビーム１５の結合照明領域２０が２つ以上の別々の光源で構成されていることを認識できてしまう。
【００３７】
いくつかの実施の形態によれば、第１及び第２の光ビームの開口を小さくし、真っ直ぐな光ビームを形成するために、光源の前方にコリメーターを配置することができる（図２を参照）。真っ直ぐな第１及び第２の光ビーム７、９は、鏡面の標準プリズム（９０°）において、入射角度が４５°であるならば４５°の反射角度で反射させることができる。したがって、反射光ビーム７’、９’を、隣り合わせに完璧に整列させ、個別の照明領域のサイズの２倍を有する結合照明領域を形成することができる。例えば、照明領域が矩形である場合、結合照明領域は個別の照明領域のアスペクト比に依存して決まるアスペクト比を有すると考えられる。
【００３８】
図６に、さらなる実施の形態による照明装置の別の概略図が示されている。この実施の形態においても、光学素子１３は、光学素子１３の２つの反射面を形成する２つの鏡面辺１３ａ及び１３ｂを有する標準的な９０°のプリズムを備えている。第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９の各々が、開口βを有することができる。第１の光源５及び第２の光源１０を、１８０°だけずらされた位置にある光源によって定められる主平面２５ａ及び２５ｂに対して、角度αだけ傾けることができる。これは、主平面２５ａ及び２５ｂが、光軸又は補助線２７に対して垂直であることを意味する。傾き角αは光ビーム７、９の開口βの半分とすることができる（α＝β／２）。ここで、第１の光ビーム７の端の光線７ｃ及び第２の光ビーム９の端の光線９ｃが、プリズム１３の先端１３ｃにおいて反射させられる場合、それぞれの反射後の端の光ビーム９ｃ’、７ｃ’を、互いに隣り合わせに完璧に、すなわちすき間又は重なり合いを存在させずに平行に、整列させることができる。結果として、図６に示されているように、結合光ビーム１５が開口γを有することができ、ここでプリズムがプリズム１３の２つの辺１３ａ及び１３ｂの間の角度が９０°である標準的なプリズムであるならば、γ＝２×βである。
【００３９】
いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域を形成する２つの照明領域の間の重なり合い又はすき間の発生は、光源を傾けることによって回避又は軽減することができる。１つの手法は、例えば、光源（例えば、ＬＥＤ光源）を、光ビーム７、９の開口の角度の半分だけ傾けることである。傾けられるＬＥＤ光源は、図２の文脈において説明したように、基板３２、２９と、それぞれのコリメーター１、２と、ヒートシンク１、２とを備えることができる。これにより、２つのビーム７、９の端の光線７ｃ’及び９ｃ’が、互いに当接する。２つのビームが、元のビームの開口の角度の２倍を有する共通の有用な光ビーム１５に広がる。このようにして、２つの光源が、対物レンズ又は投影光学系３５（図２を参照）にとって１つの大きな光源のように機能する。図２に示されているように、第１及び第２の光源は、例えば基板３２、２９のＬＥＤ１、２とは反対側の面に取り付けられるヒートシンク１、２をそれぞれ備えることができる。
【００４０】
ヒートシンクを単純な構成にする目的で、ＬＥＤの冷却面は、平行であるが１８０°回転させられていることが望ましいと考えられる。この構成は、本発明の実施の形態によれば、鏡面が９０°未満の角度に及んでいる特定のプリズム又は反射面１３ａ、１３ｂの配置によって可能であると考えられる。
【００４１】
この実施の形態が図７に概略的に示されている。光学素子１３（例えば、プリズムの反射面１３ａ、１３ｂ又は平面ガラスの２つのミラー）は、プリズムの先端１３ｃの角度又は平面ガラスのミラーの間の角度が９０°未満であるように、お互いに対して相対的に配置されている。先端１３ｃが、三次元の光学素子又はプリズム１３のエッジであってよいことに、注意すべきである。本発明の他の実施の形態においては、２つの反射面１３ａ、１３ｂを、１００°〜３０°の間（例えば、９５°〜５０°の間）の範囲の角度を有するように、お互いに対して配置することができる。そのような場合には、第１の光ビーム７及び第２の光ビーム９は、やはり第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’が隣り同士に整列させられるように、反射させることができる。それらの反射させられた光ビームは、第１の照明領域及び第２の照明領域を隣り合わせに整列させてなる結合照明領域２０を有する結合光ビーム１５を形成する。第１及び第２の光ビーム７、９は、反射させられた光ビーム７’及び９’が隣り合わせに平行に整列させられるように、光学素子又はプリズム１３の前端又はエッジ１３ｃの近くへ向けることができる。換言すると、個々のビーム７、９が前縁１３ｃの充分に近くに向けられた場合、結合光ビーム１５を形成する第１及び第２の反射光ビーム７’、９’のすき間又は重なり合いが存在しない。
【００４２】
しかしながら、場合によっては、理想的な画像又は理想的な結合照明領域を受け取ることが難しいこともありうる。むしろ、結合照明領域に図８及び９のように見えるばらつきが存在しうる。
【００４３】
図９に、第１及び第２の光ビームの２つの単独の照明領域８及び１１の結合照明領域２０が概略的に示されている。この例において、２つの単独の照明領域８、９が部分的に重なり合い、結果的に結合照明領域２０が、ビーム１及びビーム２の重なり合いの部分に過剰な明るさを含む可能性がある。この重なり領域において、光の強度が、光ビームの重ね合わせによって与えられる可能性がある。
【００４４】
上述のように、別の「整列ずれ」、すなわち結合照明領域２０における暗い影に似る「すき間」が、図９に概略的に示されているように生じる可能性がある。その結果、結合照明領域２０は、第１及び第２の光ビーム７、９の単独の照明領域又はスポット８、１１の面積を足し合わせることによってもたらされると考えられるサイズ、面積又はアスペクト比と比べ、より大きなサイズもしくは面積、より小さいサイズもしくは面積、又は異なるアスペクト比を有する可能性がある。いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域の面積は、第１の照明領域の面積及び第２の照明領域の面積の合計の±１０％の範囲内とすることができる。これは、個々の照明領域の面積と比べ、結合照明領域の面積に関するずれを１０％以下とすることができることを意味する。換言すると、結合照明領域の面積が、第１及び第２の照明領域の面積の合計よりも１０％以下だけ大きくてよく、あるいは１０％以下だけ小さくてよい。同じことが、個々の反射光ビーム７’、９’の面積と比べた結合光ビーム１５の最大の重なり合いに関してもいえる。
【００４５】
第１及び第２の光ビームの照明領域が矩形である場合、同じことが、個々の照明領域及び結合照明領域２０のアスペクト比に関しても当てはまるであろう。例えば、第１及び第２の照明領域の各々がＸ：Ｙというアスペクト比を有する場合、結合照明領域は、（Ｘ：２Ｙ）±１０％というアスペクト比を有することができる。個々の光ビームの照明領域は、好ましい例としては、上述のとおり１６：９とすることができ、したがって結合照明領域は、（（１６：１８）±１０％）の形式を有することができる。これは、結合照明領域２０のアスペクト比が、正確に組み合わせられた第１及び第２の照明領域の理想的なアスペクト比と比べて、±１０％のずれを有してもよいことを意味している。
【００４６】
図１３は、照明装置の別の実施の形態を示している。第１の光源５及び第２の光源１０は、やはりＬＥＤ（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）とすることができる。各々のＬＥＤは、例えば大型チップＬＥＤモジュールなど、ＬＥＤモジュールとすることができる。ＬＥＤ１の照明領域及びＬＥＤ２の照明領域は正方形とすることができ、すなわち１：１のアスペクト比を有することができる。ＬＥＤ２から放射される第１の光ビーム７は、ＬＥＤ２からの放射光を集めてより平行な第１の光ビーム７を形成するように構成されたコリメーター１を通過することができる。ＬＥＤ２から放射される第２の光ビーム９も、そのようなコリメーター２を通過している。
【００４７】
この実施の形態において、２つの反射面１３ａ及び１３ｂは、或る曲率を有することができる。第１及び第２の反射面１３ａ及び１３ｂは、例えば凹面に形成することができ、その曲率を、第１及び第２の反射ビーム７’及び９’が入射光ビーム７、９の開口の半分を有するように寸法付けることができる。第１及び第２の光ビーム７及び９は、凹状の反射面において、第１及び第２の反射ビーム７’、９’が焦点を有することがないように反射させることができる。凹状又は湾曲した反射面１３ａ、１３ｂにおける反射により、反射光ビーム７’及び９’の照明領域は、図１３に概略的に示されるように、変形後の照明領域８、１１’が実現されるように変化させることができる。ＬＥＤ１の変形後の照明領域８’は今や１：２というアスペクト比を有することができ、ＬＥＤ２の変形後の照明領域１１’も１：２というアスペクト比を有することができる。
【００４８】
第１の反射光ビーム７’及び第２の反射光ビーム９’は、結合光ビーム１５が形成されるように、やはり互いに隣り合わせに整列させられる。結合光ビーム１５は、今や隣り合わせに整列させられたＬＥＤ１の変形後の照明領域８’及びＬＥＤ２の変形後の照明領域１１’による結合照明領域を有することができる。ＬＥＤ１の変形後の照明領域８’がＬＥＤ１の照明領域８を含むことができ、ＬＥＤ２の変形後の照明領域１１’がＬＥＤ２の照明領域１１を含むことができることに、注意すべきである。
【００４９】
この実施の形態によれば、結合照明領域２０及び結合光ビーム１５は、１：１のアスペクト比を有する正方形の形状を有している。さらに、結合照明領域及び結合光ビームは、単独のＬＥＤ１又はＬＥＤ２の光強度の明るさよりも高い明るさ又は光強度を有することができる。結合光ビーム１５及び結合照明領域２０は、単独のＬＥＤ１又はＬＥＤ２の光強度又は明るさよりも２倍高い明るさ又は光強度を有することができる。光学素子１３はプリズムとすることができ、例えば凹状の反射面１３ａ、１３ｂ（反射面の一方向が凹状の形状１３ｆを有しており、他方の方向が直線１３ｇである）を有する「中空プリズム」とすることができる。そのようなプリズムの三次元の図面８０も図１３に示されている。
【００５０】
他の実施の形態によれば、反射面は、例えば凸状の湾曲、又は反射面１３ａ、１３ｂの一部分が湾曲しており、反射面の他の部分が真っ直ぐなものなど、別の湾曲を有することができる。一般に、反射面は、入射光ビーム７、９のアスペクト比を変更でき、変更後の照明領域８、１１’を含む結合照明領域を有する結合光ビーム１５を形成すべく、反射光ビーム７’、９’を±３％の範囲内で平行に整列させることができるように、特定の曲がりを有することができる。さらに、他の実施の形態において、光学素子１３は、平面ガラスのミラー又は上述のような湾曲を有する２つの反射面１３ａ、１３ｂを備えている他の反射要素で構成できることに、注意すべきである。
【００５１】
本発明の照明装置は、少なくとも１つの反射面１３ａ、１３ｂが凸状又は凹状である光学素子１３を備えることができ、その結果、凸状又は凹状の反射面１３ａ、１３ｂによって反射させられた反射光ビーム７’、９’が、凸状又は凹状の反射面１３ａ、１３ｂに入射する該当の光ビーム７、９のアスペクト比とは異なるアスペクト比を有する。これは、衝突又は入射する光ビームのアスペクト比を、湾曲した反射面によって変化させることができることを意味している。これらの反射面は、例えば凸状又は凹状とすることができ、全体的に湾曲していても、部分的に湾曲していてもよい。
【００５２】
照明装置の別の実施の形態によれば、反射面１３ａ、１３ｂに衝突する光ビーム７、９のアスペクト比が、Ａ：Ｂであり、ＡはＢに等しく、又はＢの１０％未満だけＢから異なっている。これは、アスペクト比が、例えば±１０％の範囲内で上述のように１：１とできることを意味する。この実施の形態において、少なくとも１つの反射面１３ａ、１３ｂが、該当の反射光ビーム７’、９’のアスペクト比がＡ：（Ｂ／Ｘ）（ここでＸは、１．５〜２．５の間である。）であるように凹状である。したがって、２つのそのような反射光ビームを足し合わせることで、やはり±１０％の範囲内で１：１のアスペクト比を有している正方形の形状の結合光ビーム１５及び結合照明領域２０をもたらすことができる。
【００５３】
照明装置は、上述のような特別なプリズムを備えることができ、基本的な考え方は、１：１という正方形のアスペクト比を有する２つのビームを組み合わせることである。現在のＬＥＤメーカーは、汎用の照明目的の一連の効率的なＬＥＤを使用しており、そのような効率的なＬＥＤの光ビームは正方形のアスペクト比を有することが多い。２つのそのようなＬＥＤの光ビームを単純に足し合わせると、１：２というアスペクト比がもたらされると考えられる。そのようなＬＥＤの光ビームの足し合わせの後で、より正方形に近い形状（アスペクト比が１：１）の結合光ビーム及び結合照明領域を受け取るために、図１３の文脈において説明されたような照明装置を使用することができる。
【００５４】
そのような照明装置の光学素子１３は、１つの面１３ｆにおいて凹状に湾曲し、他方の面１３ｇは平坦であるように形成されたプリズムとすることができる。このプリズムは、１つの空間面において「通常」のミラーのように振る舞う一方で、もう１つの空間面においては光ビームの特定の集光を達成する。結果として、例えば１：１という正方形のアスペクト比を有する光ビームのアスペクト比が変更され、反射光ビームが１：２という変更後の矩形のアスペクト比及びそのように変更された照明領域を有する。
【００５５】
プリズムの曲率を、反射光ビーム７’、９’が入射又は衝突する光ビーム７、９の開口の半分に相当する±５°の範囲内の開口を有するように、寸法付けることができる。プリズムの反射面の曲率を、焦点が形成されないように構成することができる。第１及び第２の光ビーム７、９が、反射面１３ａ、１３ｂを平らに照明することができ、あるいは二次元的に照明することができる。
【００５６】
プリズムがビーム７、９の１：１のアスペクト比を１：２のアスペクト比へ変化させるように構成される場合、２つの反射光ビーム７’、９’を、やはり互いに隣り合わせて平行に整列させることができ、正方形の結合光ビーム１５（アスペクト比が１：１）を実現することができる。
【００５７】
本発明の他の実施の形態によれば、このシステム又は照明装置を、４つの別々に制御することができるセグメント又は四象限によって正方形のビームを得ることができるように、上述のような２つの照明装置がさらに大きなプリズムを再び照明する場合に、縦列接続することが可能である。そのようなシステムは、異なるスペクトル範囲の光を放射することができる４つのＬＥＤを備えることができ、４つの別々に制御することができる四象限の各々を、異なる色又は放射光の組み合わせによって照明することができる。一実施の形態によれば、第１のＬＥＤが赤色の放射スペクトルを有することができ、第２のＬＥＤが青色の放射スペクトルを有することができ、第３のＬＥＤが緑色の放射スペクトルを有することができ、第４のＬＥＤが白色又は琥珀色の放射スペクトルを有することができる。別個独立に制御可能な４つの四象限を有する結合光ビーム１５を形成する別々に制御することができる光ビームは、観察者にとって特定の特別な光学的効果を実現できるように制御することができる。
【００５８】
結合照明領域について、図３に示されているような理想的な像を受け取ることが場合によっては困難であり、したがって図８及び９の文脈において説明したように見えるばらつきが存在する可能性があるため、均質化段３０又は「ミキサー段」を照明装置に導入することができる。図２において、均質化段３０を、ビーム結合器１３の後ろに配置することができる。この均質化段又はミキサー段は、結合照明領域２０における重なり合い及びすき間の暗い影の影響を一様化するように構成することができる。そのようなミキサー段３０は、例えばビデオプロジェクターにおいて使用されているように、２つのマイクロレンズアレイからなる構成又は内側が鏡面にされている中空の光ロッドである「光トンネル」のいずれかとすることができる。光トンネルは、結合照明領域の直径に相当する直径を有することができる。光トンネルは、中空光トンネルにおいては正方形の直径を有することができ、大規模な「光パイプ」においては六角形とすることができる。六角形の形状は、入射する結合光ビーム１５のより良好な混合をもたらし、丸い遮光板７５（図１０Ｂ）をより良好に利用する。次いで、均質化された結合光ビーム１５’は、図２に示されているように、投影光学系３５によって投影スクリーンなどに画像化することができる。
【００５９】
図１０Ａ及び１０Ｂに、照明システム２００が概略的に示されている。照明システム２００は、第１の矩形の照明領域８を有する第１の光ビーム７を発するように構成された第１の光源５と、第２の矩形の照明領域１１を有する第２の光ビーム９を発するように構成された第２の光源１０とを備えている。第１の光源５及び第２の光源１０は、互いに面するように配置されている。さらに、照明システム２００は、２つの反射面１３ａ及び１３ｂを有する光学素子１３を、第１の光源５と第２の光源１０との間に配置して備えている。２つの反射面は、第１の光ビームが第１の反射面１３ａにおいて反射され、第２の光ビーム９が第２の反射面１３ｂにおいて反射されるように、お互いに対して配置されている。第１及び第２の反射光ビーム７’、９’が、隣り同士に整列させられ、個別の第１及び第２の矩形の照明領域と比べてより正方形に近い形状を備えている結合照明領域２０を有する結合光ビーム１５が形成される。さらに照明システム２００は、結合光ビーム１５の光路に、円形光学素子７５を備えており、円形光学素子７５又は円形光学素子の一部分７５ａは、透明もしくは半透明であるか、又は通過する結合光ビーム１５の色を変化させることができる。円形光学素子の直径Ｄは、いくつかの実施の形態によれば、結合照明領域の正方形の形状に合わせることができる（図１０Ｂ）。これは、一実施の形態によれば、円形光学素子７５の直径Ｄが、結合照明領域２０の短辺の長さ２０ｂに等しいか、又は少なくとも±１０％の範囲内で同一であることを意味している。別の実施の形態によれば、結合照明領域２０は、厳密には正方形の形状を有していないが、単独の照明領域８、１１に比べてより正方形に近い形状を備えることができる。この場合、円形光学素子７５の直径Ｄは、より正方形に近い形状の結合照明領域２０の小さい方又は短い方の辺の長さ２０ｂに合わせることができる。
【００６０】
円形光学素子７５は、遮光板又はマスクとすることができ、金属で製作されてパターンとして機能することができ、又は透明、半透明もしくは色フィルターを有するガラスで製作することができる。色フィルターは、円形光学素子７５を通過する結合光ビームの色を変えるために使用することができる。照明システム２００が、１６：９というアスペクト比の第１の矩形の照明領域及び第２の矩形の照明領域を有する第１のＬＥＤ５及び第２のＬＥＤ１０を備える場合、結合照明領域は１６：１８というアスペクト比を有することができる。照明システムが、２つのＬＥＤのビームを長辺にて「疑似接線」の方法で隣り合わせに配置することによって幾何学的に足し合わせ、１６：１８のアスペクト比を有する結合光ビームがもたらされると考えられる。これは、エネルギーが２倍になるほかに、別の利点を有すると考えられる。透過照明される遮光板は、通常は円形である。遮光板７５は、投射光のパターンを生成するために使用される円形の版へと切り込まれたテンプレート又はパターンである。遮光板は、ビームが投影光学系に達する前にビームの一部を遮り、着色し又は拡散させることによって、光を制御することができる。光が集光前に整形されるため、ハードエッジの画像を、短い距離を超えて投影することができる。したがって、照明システムは、シャープな集光又はソフトな集光を可能にするための可動のレンズを有することができる投影光学系を備えることもできる。遮光板は、設計の複雑さに応じて、例えば金属薄板又はガラスのいずれかから製作することができる。ガラス製の遮光板は、ダイクロイックガラスの複数の層で製作され、各色につき１つの層がアルミニウム又はクロムめっきされた白黒の遮光板に貼り付けられている着色領域を含むことができる。新規な技術がカラー写真をガラス製の遮光板へと変えることを可能にしている。また、遮光板は、溶けてしまうことがないように特殊な冷却素子を備えているプラスチック製の遮光板であってもよい。遮光板は、結合光ビームの焦点面に配置することができる。遮光板は、さまざまな光効果をもたらすことができる。それらは、きめ(texture)、雰囲気又は特別な効果を生み出すために、ステージ照明、テレビ及び映画の制作に一般的に使用される。
【００６１】
ここで、円形の遮光板が１６：９のビームで照らされる場合、ビームの四角形の短辺が、遮光板の直径を完全に覆わなければならない。これが、図１１に概略的に示されている。照明領域（例えば、第１の照明領域８）が、１６：９のアスペクト比を有することができる。その場合、光学素子（例えば、円形の有効領域を有する遮光板７５）において、形状による光損失が生じる。図１１に示されている事例では、矩形の照明領域の形状の相違によって、遮光板における光損失は約５６％である。これは、矩形の光ビームの５６％が、円形の遮光板によって遮られる可能性があることを意味している。遮光板の有効面が円形であり、１６：９というアスペクト比を有する矩形の光ビームに合わせられなければならない。結果として、３０％〜７０％という巨大な光損失が生じうる。ここで、結果として、光エネルギーの約５６％が、もはや遮光板を通って向けられることがない。
【００６２】
照明システム２００の実施の形態によれば、結合光ビーム１５が、１６：１８という形式の結合照明領域を有することができる。結果として、図１２に概略的に示されているように、遮光板における光損失は、約３０％へと減らされる。これは、遮光板の有効面７５の直径Ｄが、より正方形に近い形状の結合照明領域２０に適合するため、一実施の形態によって光損失又はエネルギー損失の低減が達成できることを意味している。光学素子の結合光ビームへの適合に応じて、光学素子における結合光ビームの光損失を最大５０％も減らすことができる。
【００６３】
別の実施の形態においては、照明システムは、結合光ビームの光路に配置された均質化段３０をさらに備えることができる。均質化段３０は、結合光ビーム１５を混合し、混合結合光ビーム１５’を形成するように構成されている。照明システムは、混合結合光ビーム１５’の光路に配置され、混合結合光ビーム１５’を画像化するように構成された投影光学系３５をさらに備えている。円形光学素子７５が、均質化段３０と投影光学系３５の間の混合結合光ビーム１５’の光路に配置されている。
【００６４】
均質化段３０は、ビデオプロジェクターにおいて使用されているような光トンネルとすることができる。光トンネルは、中空光トンネルにおいては正方形の直径を有することができ、大規模な光パイプ又は光トンネルにおいては六角形とすることができる。六角形の形状は、より良好な混合をもたらし、丸い遮光板をより良好に利用する。しかしながら、バルク材における減衰が、少し大きくなる可能性がある。
【００６５】
いくつかの実施の形態によれば、本発明は、ＬＥＤのスポット又は照明領域に関する。そのようなシステム、照明装置又は照明システムを照明するために適するだろうと考えられるいくつかのＬＥＤ光源が存在する。しかしながら、課題は、複数の光源ではなくて１つの光源が、画像化システムを意味するスポットの変形のために必要とされる可能性があるという点にあるかもしれない。さまざまな出力のガラスをもつさまざまな装置を製作するために、いくつかの実施の形態に従って適切なＬＥＤ光源が必要とされる可能性がある。開発のための経済的な努力が、莫大になると考えられる。
【００６６】
背面投射型テレビにおいて使用されているような高性能のＬＥＤが、いくつかの実施の形態によるシステムの土台である。そのような高性能ＬＥＤは、高い輝度を有することができ、例えば可視のスペクトル範囲（７５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）の光を発することができる。そのような高性能ＬＥＤチップの電力消費は、最大１００ワットである可能性があり、すなわち例えば８０ワットであるかもしれない。したがって、充分な冷却が保証されなければならない。したがって、光源（例えば、高性能のＬＥＤ）を、個々の光源が互いに面するように反対側に別々に配置できる点が、上述した本発明のさらなる利点である。結果として、各々の光源（例えば、各々の高性能ＬＥＤ）が、本発明の実施の形態において説明したように、自身の専用のヒートシンクを備えることができる。したがって、動作時の高性能ＬＥＤの効果的な冷却を保証することができる。高性能ＬＥＤは、ランバートエミッター（Lambert emitter）として光のエネルギーを放射することができ、すなわち、視認の角度にかかわらず同じ輝度を有することができる。
【００６７】
実施の形態によれば、光源は、集光されて１６：９の形式の照明領域又はスポット形状を有するＬＥＤチップであってよい。これは、映像の分野において今や一般的な形式である。これを実現するために、ＬＥＤは、やはり１６：９のアスペクト比を有する有効発光領域を備えることができる。
【００６８】
本発明を、いくつかの実施の形態に関して説明したが、本発明の技術的範囲に包含される変更物、置換物及び均等物が存在する。また、本明細書に記載した照明装置及び照明システムを実践する多数の代替の方法が存在することにも、注意すべきである。したがって、以下の特許請求の範囲は、本発明の２つの技術的思想及び技術的範囲に包含されるそのような変更物、置換物及び均等物のすべてを含むものとして解釈されなければならない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の照明領域（８）を有する第１の光ビーム（７）を放射するように構成された第１の光源（５）と、
第２の照明領域（１１）を有する第２の光ビーム（９）を放射するように構成された第２の光源（１０）と、
２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）を有する光学素子（１３）と、
を備えており、
前記第１の光源（５）及び前記第２の光源（１０）は互いに面するように配置されており、
前記光学素子（１３）は前記第１の光源（５）と前記第２の光源（１０）との間に配置され、前記２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）は、前記第１の光ビーム（７）が前記第１の反射面（１３ａ）において反射させられ、前記第２の光ビーム（９）が前記第２の反射面（１３ｂ）において反射させられ、前記反射させられた第１の光ビーム（７’）及び前記反射させられた第２の光ビーム（９’）が隣り合わせに整列し、前記第１の照明領域（８）及び前記第２の照明領域（１１）を隣り合わせに整列させて含んでいる結合照明領域（２０）を有する結合光ビーム（１５）を形成するように、お互いに対して配置されている照明装置。
【請求項２】
前記第１の光源（５）及び前記第２の光源（１０）は発光ダイオード（ＬＥＤ）である請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１の照明領域（８）、前記第２の照明領域（１１）及び前記結合照明領域（２０）は矩形の形状を有している請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１の照明領域（８）の矩形の形状及び前記第２の照明領域（１１）の矩形の形状が１６：９のアスペクト比を有しており、前記結合照明領域（２０）の矩形の形状が１６：１８のアスペクト比を有している請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１の照明領域（８）の矩形の形状及び前記第２の照明領域（１１）の矩形の形状がＸ：Ｙのアスペクト比を有しており、前記結合照明領域（２０）が（（Ｘ：２×Ｙ）±１０％）のアスペクト比を有している請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１の反射面（１３ａ）及び前記第２の反射面（１３ｂ）は、共通の先端（１３ｃ）に１００°〜３０°の範囲の角度が形成されるように、お互いに対して配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光学素子（１３）はプリズムであり、該プリズムの辺を形成している前記２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）が鏡面にされている請求項１から６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１の反射面（１３ａ）及び前記第２の反射面（１３ｂ）が平面ガラスのミラーであり、該平面ガラスのミラーのエッジ（４１）が斜めにされ、正確に組み合わせられる共通の先端（１３ｃ）を形成している請求項６に記載の照明装置。
【請求項９】
前記結合照明領域（２０）の面積が、前記第１の照明領域（８）の面積及び前記第２の照明領域（１１）の面積の合計の±１０％の範囲内にある請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第１の光ビーム（７）の光路に位置する第１のコリメーター（コリメーター１）及び前記第２の光ビーム（９）の光路に位置する第２のコリメーター（コリメーター２）をさらに備えている請求項１から９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１の光ビーム（７）が第１の開口β１を有しており、前記第２の光ビーム（９）が、第２の開口β２を有しており、前記結合光ビームの開口γが前記第１の開口及び前記第２の開口の合計の±３％の範囲内（γ＝（β１＋β２）±３％）である請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記第１の光源（５）及び前記第２の光源（１０）は、光軸（２７）が前記第１の光ビーム（７）及び前記第２の光ビーム（９）の中央の光線（７ｂ、９ｂ）によって定められるように、１８０°ずらされて互いに面するように配置されており、前記第１の光源（５）の主平面（２５ａ）が前記第１の光ビーム（７）の第１の開口β１の半分だけ前記光軸（２７）に対して傾けられ、前記第２の光源（１０）の主平面（２５ｂ）が前記第２の光ビーム（９）の第２の開口β２の半分だけ前記光軸（２７）に対して傾けられており、前記第１の反射ビーム（７’）の端のビーム（７ｃ’）と前記第２の反射ビーム（９’）の端のビーム（９ｃ’）とが、±２°の角度の範囲内で平行である請求項１から１１のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記結合光ビーム（１５）を混合するように構成された均質化段（３０）をさらに備えている請求項１から１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記結合光ビーム（１５）を画像化するように構成された投影光学系（３５）をさらに備えている請求項１から１３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第１のＬＥＤ（５）が第１のヒートシンク（ヒートシンク１）を備えており、前記第２のＬＥＤ（１０）が第２のヒートシンク（ヒートシンク２）を備えている請求項２から１４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの反射面（１３ａ、１３ｂ）が凸状又は凹状であり、該凸状又は凹状の反射面によって反射させられた反射ビーム（７’、９’）が、該凸状又は凹状の反射面に衝突する該当の光ビーム（７、９）のアスペクト比とは異なるアスペクト比を有している請求項１から１５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記反射面（１３ａ、１３ｂ）に衝突する前記光ビーム（７、９）のアスペクト比が、Ａ：Ｂであり、ＡはＢに等しく、又はＢの１０％未満だけＢから異なっており、前記少なくとも１つの反射面（１３ａ、１３ｂ）は、該当する反射光ビーム（７’、９’）のアスペクト比がＡ：（Ｂ／Ｘ）（Ｘは１．５〜２．５の間である。）となるような凹状であって、請求項１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
第１の矩形の照明領域（８）を有する第１の光ビーム（７）を放射するように構成された第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）（５）と、
第２の矩形の照明領域（１１）を有する第２の光ビーム（９）を放射するように構成された第２の発光ダイオード（ＬＥＤ）（１０）と、
２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）を有する光学素子（１３）と、
を備えており、
前記第１のＬＥＤ（５）及び前記第２のＬＥＤ（１０）が、互いに面するように配置されており、
前記光学素子（１３）が前記第１のＬＥＤ（５）と前記第２のＬＥＤ（１０）との間に配置され、前記２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）が、前記第１の光ビーム（７）が前記第１の反射面（１３ａ）において反射させられ、前記第２の光ビーム（９）が前記第２の反射面（１３ｂ）において反射させられ、第１の反射光ビーム（７’）及び第２の反射光ビーム（９’）が隣り合わせに整列して、前記個々の第１及び第２の矩形の照明領域（８、１１）と比べてより正方形に近い形状を有する結合照明領域（２０）を有する結合光ビーム（１５）を形成するように、お互いに対して配置されている照明システム（２００）であって、
前記結合光ビームの光路に位置する円形光学素子（７５）をさらに備えており、該円形光学素子が、前記結合光ビーム（１５）にとって透明又は半透明であり、あるいは前記結合光ビーム（１５）の色を変えることができ、該円形光学素子（７５）の直径（Ｄ）が、前記第１及び第２の矩形の照明領域（８、１１）によって形成される前記結合照明領域（２０）の正方形に近い形状に合わせられている照明システム（２００）。
【請求項１９】
前記結合光ビーム（１５）の光路に配置され、前記結合光ビーム（１５）を混合して混合結合光ビーム（１５’）を形成するように構成された均質化段（３０）と、前記混合結合光ビーム（１５’）の光路に配置され、前記混合結合光ビーム（１５’）を画像化するように構成された投影光学系（３５）と、をさらに備えており、前記円形光学素子（７５）が、前記均質化段（３０）と前記投影光学系（３５）との間の前記混合結合光ビーム（１５’）の光路に配置されている請求項１８に記載の照明システム。
【請求項２０】
前記円形光学素子（７５）が、遮光板である請求項１８又は１９に記載の照明システム。
【請求項１】
第１の照明領域（８）を有する第１の光ビーム（７）を放射するように構成された第１の光源（５）と、
第２の照明領域（１１）を有する第２の光ビーム（９）を放射するように構成された第２の光源（１０）と、
２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）を有する光学素子（１３）と、
を備えており、
前記第１の光源（５）及び前記第２の光源（１０）は互いに面するように配置されており、
前記光学素子（１３）は前記第１の光源（５）と前記第２の光源（１０）との間に配置され、前記２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）は、前記第１の光ビーム（７）が前記第１の反射面（１３ａ）において反射させられ、前記第２の光ビーム（９）が前記第２の反射面（１３ｂ）において反射させられ、前記反射させられた第１の光ビーム（７’）及び前記反射させられた第２の光ビーム（９’）が隣り合わせに整列し、前記第１の照明領域（８）及び前記第２の照明領域（１１）を隣り合わせに整列させて含んでいる結合照明領域（２０）を有する結合光ビーム（１５）を形成するように、お互いに対して配置されている照明装置。
【請求項２】
前記第１の光源（５）及び前記第２の光源（１０）は発光ダイオード（ＬＥＤ）である請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１の照明領域（８）、前記第２の照明領域（１１）及び前記結合照明領域（２０）は矩形の形状を有している請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１の照明領域（８）の矩形の形状及び前記第２の照明領域（１１）の矩形の形状が１６：９のアスペクト比を有しており、前記結合照明領域（２０）の矩形の形状が１６：１８のアスペクト比を有している請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第１の照明領域（８）の矩形の形状及び前記第２の照明領域（１１）の矩形の形状がＸ：Ｙのアスペクト比を有しており、前記結合照明領域（２０）が（（Ｘ：２×Ｙ）±１０％）のアスペクト比を有している請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第１の反射面（１３ａ）及び前記第２の反射面（１３ｂ）は、共通の先端（１３ｃ）に１００°〜３０°の範囲の角度が形成されるように、お互いに対して配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光学素子（１３）はプリズムであり、該プリズムの辺を形成している前記２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）が鏡面にされている請求項１から６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１の反射面（１３ａ）及び前記第２の反射面（１３ｂ）が平面ガラスのミラーであり、該平面ガラスのミラーのエッジ（４１）が斜めにされ、正確に組み合わせられる共通の先端（１３ｃ）を形成している請求項６に記載の照明装置。
【請求項９】
前記結合照明領域（２０）の面積が、前記第１の照明領域（８）の面積及び前記第２の照明領域（１１）の面積の合計の±１０％の範囲内にある請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記第１の光ビーム（７）の光路に位置する第１のコリメーター（コリメーター１）及び前記第２の光ビーム（９）の光路に位置する第２のコリメーター（コリメーター２）をさらに備えている請求項１から９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１の光ビーム（７）が第１の開口β１を有しており、前記第２の光ビーム（９）が、第２の開口β２を有しており、前記結合光ビームの開口γが前記第１の開口及び前記第２の開口の合計の±３％の範囲内（γ＝（β１＋β２）±３％）である請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記第１の光源（５）及び前記第２の光源（１０）は、光軸（２７）が前記第１の光ビーム（７）及び前記第２の光ビーム（９）の中央の光線（７ｂ、９ｂ）によって定められるように、１８０°ずらされて互いに面するように配置されており、前記第１の光源（５）の主平面（２５ａ）が前記第１の光ビーム（７）の第１の開口β１の半分だけ前記光軸（２７）に対して傾けられ、前記第２の光源（１０）の主平面（２５ｂ）が前記第２の光ビーム（９）の第２の開口β２の半分だけ前記光軸（２７）に対して傾けられており、前記第１の反射ビーム（７’）の端のビーム（７ｃ’）と前記第２の反射ビーム（９’）の端のビーム（９ｃ’）とが、±２°の角度の範囲内で平行である請求項１から１１のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記結合光ビーム（１５）を混合するように構成された均質化段（３０）をさらに備えている請求項１から１２のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記結合光ビーム（１５）を画像化するように構成された投影光学系（３５）をさらに備えている請求項１から１３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第１のＬＥＤ（５）が第１のヒートシンク（ヒートシンク１）を備えており、前記第２のＬＥＤ（１０）が第２のヒートシンク（ヒートシンク２）を備えている請求項２から１４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの反射面（１３ａ、１３ｂ）が凸状又は凹状であり、該凸状又は凹状の反射面によって反射させられた反射ビーム（７’、９’）が、該凸状又は凹状の反射面に衝突する該当の光ビーム（７、９）のアスペクト比とは異なるアスペクト比を有している請求項１から１５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記反射面（１３ａ、１３ｂ）に衝突する前記光ビーム（７、９）のアスペクト比が、Ａ：Ｂであり、ＡはＢに等しく、又はＢの１０％未満だけＢから異なっており、前記少なくとも１つの反射面（１３ａ、１３ｂ）は、該当する反射光ビーム（７’、９’）のアスペクト比がＡ：（Ｂ／Ｘ）（Ｘは１．５〜２．５の間である。）となるような凹状であって、請求項１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
第１の矩形の照明領域（８）を有する第１の光ビーム（７）を放射するように構成された第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）（５）と、
第２の矩形の照明領域（１１）を有する第２の光ビーム（９）を放射するように構成された第２の発光ダイオード（ＬＥＤ）（１０）と、
２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）を有する光学素子（１３）と、
を備えており、
前記第１のＬＥＤ（５）及び前記第２のＬＥＤ（１０）が、互いに面するように配置されており、
前記光学素子（１３）が前記第１のＬＥＤ（５）と前記第２のＬＥＤ（１０）との間に配置され、前記２つの反射面（１３ａ、１３ｂ）が、前記第１の光ビーム（７）が前記第１の反射面（１３ａ）において反射させられ、前記第２の光ビーム（９）が前記第２の反射面（１３ｂ）において反射させられ、第１の反射光ビーム（７’）及び第２の反射光ビーム（９’）が隣り合わせに整列して、前記個々の第１及び第２の矩形の照明領域（８、１１）と比べてより正方形に近い形状を有する結合照明領域（２０）を有する結合光ビーム（１５）を形成するように、お互いに対して配置されている照明システム（２００）であって、
前記結合光ビームの光路に位置する円形光学素子（７５）をさらに備えており、該円形光学素子が、前記結合光ビーム（１５）にとって透明又は半透明であり、あるいは前記結合光ビーム（１５）の色を変えることができ、該円形光学素子（７５）の直径（Ｄ）が、前記第１及び第２の矩形の照明領域（８、１１）によって形成される前記結合照明領域（２０）の正方形に近い形状に合わせられている照明システム（２００）。
【請求項１９】
前記結合光ビーム（１５）の光路に配置され、前記結合光ビーム（１５）を混合して混合結合光ビーム（１５’）を形成するように構成された均質化段（３０）と、前記混合結合光ビーム（１５’）の光路に配置され、前記混合結合光ビーム（１５’）を画像化するように構成された投影光学系（３５）と、をさらに備えており、前記円形光学素子（７５）が、前記均質化段（３０）と前記投影光学系（３５）との間の前記混合結合光ビーム（１５’）の光路に配置されている請求項１８に記載の照明システム。
【請求項２０】
前記円形光学素子（７５）が、遮光板である請求項１８又は１９に記載の照明システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１１−５２３４９７（Ｐ２０１１−５２３４９７Ａ）
【公表日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０８８３７（Ｐ２０１１−５０８８３７）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００３４１５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３８２２８
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５１０３００４５２）ジーエルピー・ジャーマン・ライト・プロダクツ・ゲーエムベーハー (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００３４１５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３８２２８
【国際公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（５１０３００４５２）ジーエルピー・ジャーマン・ライト・プロダクツ・ゲーエムベーハー (3)
【Ｆターム（参考）】
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