特許 5920612 ２つ以上のマイクロ構造化されたフィルムを有する光学構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5920612

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】２つ以上のマイクロ構造化されたフィルムを有する光学構造

(51)【国際特許分類】

   F21V 5/02 20060101AFI20160428BHJP

   F21V 5/00 20150101ALI20160428BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20160428BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20160428BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20160428BHJP

【ＦＩ】

   F21V5/02

   F21V5/00 320

   F21V5/04 650

   F21S2/00 481

   F21Y101:02

【請求項の数】15

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-547093(P2015-547093)

(86)(22)【出願日】2014年10月13日

(65)【公表番号】特表2015-537360(P2015-537360A)

(43)【公表日】2015年12月24日

(86)【国際出願番号】EP2014071827

(87)【国際公開番号】WO2015058983

(87)【国際公開日】20150430

【審査請求日】2015年6月12日

(31)【優先権主張番号】13190012.8

(32)【優先日】2013年10月24日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516043960

【氏名又は名称】フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ

(74)【代理人】

【識別番号】110001690

【氏名又は名称】特許業務法人Ｍ＆Ｓパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ミシェルス ウィルヘルムス ペトルス アドリアヌス ヨハヌス

(72)【発明者】

【氏名】クライン マルセリヌス ペトルス カロルス ミカエル

(72)【発明者】

【氏名】セプハノフ ルスラン アフメドヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】マリヌス アントニウス アドリアヌス マリア

(72)【発明者】

【氏名】ゴマンス ヘンドリクス ヒュバータス ペトルス

【審査官】 米山 毅

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０５８４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０５４４４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１４１２４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１５３２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７９８５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００６１０９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５０３０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１８２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１０４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０３４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｓ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ｉ）対応する光源ユニット光を提供する複数の光源ユニットの配列と、
（ｉｉ）複数の透過性の第１のフォイル領域を含む第１のフォイルと、
（ｉｉｉ）複数の透過性の第２のフォイル領域を含む第２のフォイルと、
を含み、
各第１のフォイル領域は、各第１のフォイル領域の中心において、前記光源ユニット光に対し屈折機能を有する光学要素と、各第１のフォイル領域において前記中心から離れた周辺領域において、前記光源ユニット光に対し全反射機能を有する光学要素とを含む複数の光学要素を含み、
各第２のフォイル領域は、複数の光学要素を含み、各第２のフォイル領域は、前記第２のフォイル領域の中心において、前記光源ユニット光に対し屈折機能を有する光学要素と、前記中心から離れた周辺領域において、前記光源ユニット光に対し全反射機能を有する光学要素とを含み、
各光源ユニットは、前記光源ユニットの下流に構成される対応する第１のフォイル領域と、前記第１のフォイル領域の下流に構成される対応する第２のフォイル領域とを有する、照明ユニット。

【請求項2】

前記第１のフォイルの各第１のフォイル領域の前記中心と、対応する光源ユニットとは、前記複数の光源ユニットからなる前記配列に対し、各自の法線ベクトル上で位置合わせされている、請求項１に記載の照明ユニット。

【請求項3】

前記第１のフォイルの前記複数の光学要素は、前記第１のフォイルの上流側に設けられ、散乱要素は、上記上流側から下流に、好適には、前記第１のフォイルの下流側に設けられる、請求項１又は２に記載の照明ユニット。

【請求項4】

前記第１のフォイルの前記複数の光学要素は、上流側に設けられ、更なるコリメート要素は、前記第１のフォイルの下流側に設けられる、請求項１又は２に記載の照明ユニット。

【請求項5】

前記光源ユニットは、平均最短距離ｐを有し、前記光源ユニットは、前記第１のフォイルまでの最短距離ｄ１を有し、ｄ１／ｐ＜０．３である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明ユニット。

【請求項6】

前記複数の透過性の第１のフォイル領域は、前記光源ユニット光による前記複数の透過性の第２のフォイル領域の均一照明を向上させる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の照明ユニット。

【請求項7】

前記複数の透過性の第２のフォイル領域は、前記第１のフォイルから下流の前記光源ユニット光のコリメーションを向上させる、請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明ユニット。

【請求項8】

前記複数の光源ユニットから下流に構成される上流の第１のフォイルと、前記上流の第１のフォイルから下流に構成される下流の第１のフォイルと、を含み、前記上流の第１のフォイルは、前記光源ユニット光をプレコリメートし、前記下流の第１のフォイルは、前記上流の第１のフォイルから下流の前記光源ユニット光を更にコリメートする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明ユニット。

【請求項9】

前記第１のフォイル上の前記複数の光学要素は、前記第２のフォイルに実質的に集束されたビームを提供する集束要素である、請求項１、２、５乃至８の何れか一項に記載の照明ユニット。

【請求項10】

各第１のフォイル領域は、複数のビームを提供する、請求項１又は５に記載の照明ユニット。

【請求項11】

前記複数の透過性の第２のフォイル領域のそれぞれは、プリズム形状を有する複数の光学要素を含み、１つの第２のフォイル領域あたりプリズム形状を有する前記複数の光学要素の数は、前記複数のビームの数のｎ倍であり、ｎは、１以上の自然数である、請求項１０に記載の照明ユニット。

【請求項12】

前記複数の光源ユニットからなる前記第１の配列に垂直な方向において、（ｉ）前記複数の光源ユニットのうちの１つ以上、（ｉｉ）前記第１のフォイル、及び、（ｉｉｉ）前記第２のフォイルからなる群から選択される１つ以上が、移動動作において移動可能である、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の照明デバイス。

【請求項13】

前記複数の光源ユニットからなる前記第１の配列に平行な方向において、前記第２のフォイルと、前記複数の光源ユニットのうちの１つ以上の光源ユニット及び前記第１のフォイルの組み合わせとは、位置合わせの変化のために、移動動作において相互に移動可能である、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の照明デバイス。

【請求項14】

前記複数の光源ユニットのうちの１つ以上の光源ユニットは、少なくとも、第１の固体光源と第２の固体光源とを含み、前記第１の固体光源のサブセット及び前記第２の固体光源のサブセットは、個別に制御可能である、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の照明ユニット。

【請求項15】

複数の光源ユニットの配列の光源ユニット光からの光ビームの形状を制御するための請求項１乃至１４の何れか一項に記載の照明ユニットの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の光源ユニットの配列を含む照明ユニットと、その用途とに関する。

【背景技術】

【0002】

単一ＬＥＤ及びレンズアセンブリは、当技術分野において知られている。例えば米国特許第７，５８８，３５８号に、単一ＬＥＤ源からの光をレンズの中心又はその周りでは発散させ、中心領域の周りの同心領域では光を収束するレンズを介して、単一ＬＥＤ源からの光出力パターンを生成する装置及び方法が説明されている。アセンブリは、光出力パターンにおける強度の中心ホットスポットを回避でき、また、高い見掛け上の強度の１つ以上の同心リングを作成する。

【0003】

ビーム成形は、あらゆる照明アプリケーションにおいて絶対不可欠である。ビーム成形光学要素の１つのカテゴリは、大部分の照明器具に使用されるリフレクタ及びコリメータといった古典的な要素を含む。伝統的に、このカテゴリに属する要素は嵩張る一方で、第２のカテゴリの要素は、デザインが難しく、製造に費用がかかった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、本発明の一態様は、上記欠点の１つ以上を少なくとも部分的に取り除くことが好適である代替照明ユニットを提供することである。特に、本発明の一態様は、ビームを比較的大きい自由度で成形できる一方で、（光源及び光学系の必須要素の）構造が比較的薄い代替照明ユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

マイクロ光学構造体及び固体光源は、このような代替照明ユニットに使用できる優れた組み合わせを提供することがわかった。驚くべきことに、マイクロ光学構造体を有するフォイルの特定の多層系が選択されると、細くも太くも選択でき、方向付けることが可能なビームが生成されることがわかった。

【0006】

したがって、本発明の第１の態様では、（ｉ）対応する光源ユニット光を提供する複数の光源ユニットの配列と、（ｉｉ）複数の透過性の第１のフォイル領域（「第１のフォイル領域」）を含む第１のフォイルと、（ｉｉｉ）複数の透過性の第２のフォイル領域（「第２のフォイル領域」を含む第２のフォイルとを含み、各第１のフォイル領域は、各領域の中心において、光源ユニット光に対し屈折機能を有する光学要素と、各領域において中心から離れた周辺領域において、光源ユニット光に対し全反射機能を有する光学要素とを含む複数の光学要素を含み、各第２のフォイル領域は、複数の光学要素を含み、各第２のフォイル領域は、その中心において、光源ユニット光に対し屈折機能を有する光学要素と、中心から離れた周辺領域において、光源ユニット光に対し全反射機能を有する光学要素とを含み、各光源ユニットは、光源ユニットの下流に構成される対応する第１のフォイル領域と、第１のフォイル領域の下流に構成される対応する第２のフォイル領域とを有する、照明ユニットが提供される。

【0007】

特に、当該照明ユニットは、複数の光源ユニットの配列の光源ユニット光からの光ビームの形状を制御するように有益に使用される。例えば当該照明ユニットは、１５°未満といった２０°未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する光ビーム（即ち、（第２のフォイルの下流の）照明ユニットによって生成される光（ビーム））を提供するように使用され、更には１０°未満も可能である。これに代えて（又はこれに加えて）、照明ユニットは更に、光ビームの形状及び方向のうちの１つ以上を制御するように使用される。したがって、驚くほどに多用途の照明ユニットが、本明細書において提供される。特に、均一化するために第１のフォイルを、コリメートするために第２のフォイルを選択することによって、比較的細いビーム幅が得られる。また、シフト可能な（又は移動可能な（transportable））要素と組み合わせて、集束ビームを提供するように第１のフォイルを選択することによって、ビーム形状を、細くから太くまで調整できる。

【0008】

照明ユニットは、複数の光源ユニットの配列を含む。一実施形態では、第１のフォイルの各領域の中心と、対応する光源ユニットとは、複数の光源ユニットの配列に対し、各自の法線ベクトル上で位置合わせされる。この配列は、特に２Ｄ配列であり、また、特にこの配列は、立体配列又は六角形配列といった規則的配列である。しかし、当該配列は、不規則的であってもよい。光源ユニットの配列は、特に複数の第１のフォイル領域と（複数の）第２のフォイル領域の配列（以下も参照）が、特に各光源ユニットは対応する第１のフォイル領域と（その下流に）第２のフォイル領域とを有するようにする。光源ユニットが規則的に配列される場合、隣接する光源ユニット間の最短距離（光源ユニットの中心から測定される）は、ピッチとしても示される。一実施形態では、（２つの）異なる方向において（２つの）異なるピッチがある。配列は規則的若しくは不規則的であっても、又は、それらの組み合わせであってもよく、また、ピッチは、配列全体で一定であっても、（２つの）異なる方向において異なってもよいので、本明細書では、（光源ユニットの中心点から測定される）平均最短距離が規定される。各フォイルの領域について、「ピッチ」の同様の定義が当てはまる。領域とは、特定配列に相互に位置付けられた光学要素のグループである。当該特定配列は、（平均）周期で繰り返されるので、２つの隣接する領域間の最短領域距離、即ち、領域ピッチが規定される。領域の不規則的配列については、これは、領域の平均領域ピッチがもたらされる。光源ユニットと、第１のフォイルの領域とが相互に対応するためには、光源ユニット及び領域の両方の（不）規則的配列及び平均ピッチは同一であることが好適であり、これにより、第１のフォイルの各領域の中心と、対応する光源ユニットとが、複数の光源ユニットの配列に対し、各自の法線ベクトル上で位置合わせされる。任意選択的に、この構造関係は、光源ユニット及び第２のフォイルの領域にも当てはまる。

【0009】

平均最短距離は、一般に、少なくとも１ｍｍといったように０．５〜１００ｍｍの範囲内、特に５〜５０ｍｍの範囲内である。配列は、例えば少なくとも４、少なくとも１６、少なくとも２５、少なくとも４９、又は、更には少なくとも１００といった複数の光源ユニットを含む。しかし、これよりも大幅に大きい数も可能であることに留意されたい。

【0010】

特定の実施形態では、光源ユニットは、（ＬＥＤ又はレーザダイオードといった）固体光源を含む。更なる特定の実施形態では、複数の光源ユニットは、単独で制御可能な２つ以上のサブセットを含む。これに代えて又はこれに加えて、複数の光源ユニットは、異なる色を有する光源ユニット光を生成する２つ以上のサブセットを含む。上記されたように、また、以下に更に明らかにされるように、各光源ユニットは、特定の第１のフォイル領域に対処する。特定の実施形態では、光源ユニット自体が、ＬＥＤ又はレーザダイオードのような固体光源といった光源を１つ含む。このような実施形態では、光源ユニットは、実質的に光源から構成される。しかし、更に別の実施形態では、光源ユニットは、２つ以上の光源を含む。これらの光源も、任意選択的に、単独で制御可能である。したがって、特定の実施形態において、光源ユニットのうちの１つ以上、特に光源ユニットの総数の少なくとも８０％といった複数の光源ユニットが、少なくとも、第１の固体光源と第２の固体光源とを含み、第１の固体光源のサブセット及び第２の固体光源のサブセットは、個別に制御可能である。このために、照明ユニットは更に、照明ユニット、特に、第１の固体光源のサブセット及び第２の固体光源のサブセットを制御する制御ユニットを含む。当然ながら、２つより多くのサブセットがあってもよい。したがって、照明ユニットは、それぞれ、個別に制御可能な複数（即ち、＞２）のサブセットを含む。更なる実施形態では、例えばそれぞれ異なる色又は異なる色温度を有する３つ以上の異なる固体光源といった３つ以上の異なる光源を含む２つ以上の光源ユニットがあってもよい。

【0011】

上記されたように、照明ユニットは、少なくとも２つのフォイルを含むが、３つ以上のフォイルが利用可能であってもよい。ここでは、本発明は、２フォイルについて主に説明され、幾つかの実施形態では、３フォイルに関連して説明される。フォイルは、特に互いと平行に、また、複数の光源の配列と平行に配置される。一般に、光源ユニットと第１のフォイルとの間（以下も参照）、また、第１のフォイルと第２のフォイルとの間には、非ゼロの距離がある。各フォイルの総厚は、光学要素を含めて、０．２〜２０ｍｍ、特に０．２〜５ｍｍの範囲内にある。フォイルは、４ｍｍ^２〜５０ｍｍ^２の範囲内の断面積を有するが、より大きい断面積も可能である。また、互いに隣接して配置されるフォイルのタイルが適用されてもよい。フォイルは透過性である、即ち、光の少なくとも一部、特に、フォイルの片面（即ち、特に上流側）を照射する可視光の少なくとも一部がフォイルを通過し、下流側においてフォイルから発散する。これは、最終的には、照明ユニット光をもたらす。特に、フォイルは、ポリマー材料、特にＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＡ（ポリメタクリレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）（プレキシグラス又はパースペクス）、ＣＡＢ（酢酸酪酸セルロース）、シリコーン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＴＧ（ポリエチレンテレフタレート共重合体）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）及びＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）からなる群から選択される１つ以上の材料を含むか、又は、更には、特に当該材料から実質的に構成される。しかし、他の（コ）ポリマーも可能である。したがって、各フォイルのフォイル領域も、光源の光の少なくとも一部に対し透過性である。

【0012】

第１のフォイルは、光源ユニットの下流に配置され、第２のフォイルは、第１のフォイルの下流に配置される。したがって、第１のフォイルは、第２のフォイルの上流に配置されている。「上流」及び「下流」との用語は、光生成手段（ここでは、具体的には光源ユニット）からの光の伝播に対するアイテム又は特徴の配置に関連する。光生成手段からの光ビーム内の第１の位置に対し、光生成手段により近い当該光ビーム内の第２の位置は、「上流」であり、光生成手段からより遠い当該光ビーム内の第３の位置は、「下流」である。

【0013】

各フォイルは、複数のフォイル領域を含み、それぞれ、（透過性の）第１のフォイル領域と（透過性の）第２のフォイル領域として示される。光源ユニットの数は、大体、第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域の数に一致する。いずれにせよ、原則的に、任意の第１のフォイル領域は、単一の対応する光源ユニットと、単一の対応する第２のフォイル領域とを持つ。これらの表現における「対応する」との用語は、特に光源ユニットが、実質的に、単一の（対応する）第１のフォイル領域のみを照射することを示す。例えば光源ユニットのスペクトルパワー（ワット）の少なくとも８５％、特に少なくとも９５％が、対応する第１のフォイル領域を照射する。光源ユニットとその対応する第１のフォイル領域とは、実質的に、単一の（対応する）第２のフォイル領域のみを照射する。例えば第１のフォイル領域から下流の光のスペクトルパワー（ワット）の少なくとも８５％、特に少なくとも９５％が、対応する第２のフォイル領域を照射する。なお、光源ユニットが、複数の光源を含む場合、これらのデータは、（動作中の）単一の光源に適用される。特に第１のフォイルの上流側の８５％以上、更には特に９０％以上が、（照明ユニットの動作中に）複数の光源ユニットによって照射される。したがって、第１のフォイルの大部分が、第１のフォイル領域を提供する。「上流側」におけるような「側」という用語の代わりに、「面」との用語が使用されてもよい。

【0014】

各フォイル領域は、複数の光学要素を含む。これらの光学要素は、特にプリズム要素、レンズ、全反射（ＴＩＲ）要素、屈折要素、ファセット要素のうちの１つ以上を含む。任意選択的に、要素のサブセットが、半透明であっても散乱性であってもよい（以下も参照）。通常、光学要素の少なくともサブセット又はすべてが透明である。光学要素は、フォイルに埋め込まれていても、特に下流側、上流側、又は、下流側及び上流側の両方といったフォイル側（又は面）の一部であってもよい。ここでは、光学要素は、特にフレネル又は屈折機能を有する光学要素と、全反射機能を有する光学要素とに関連して更に説明される。各光学要素は、１つ以上のファセットを含む。

【0015】

ファセットは、フォイル（第１及び／又は第２のフォイル等）の上流側、下流側、又は、下流側及び上流側の両方において配置される。特にＴＩＲ要素は、フォイル（第１及び／又は第２のフォイル）の上流側において特に利用可能である一方で、フレネルレンズといった屈折要素は、フォイル（第１及び／又は第２のフォイル）の上流及び／又は下流側に配置される。（これらの要素の）、特にＴＩＲ要素のファセットの高さ、幅、長さ等のような寸法は、実施形態では、５ｍｍ以下、特に１．５ｍｍ未満のように２ｍｍ未満といった０．０１〜５ｍｍの範囲内、特に０．０１〜１ｍｍの範囲内である。屈折フレネルレンズの直径は、実施形態では、１〜３０ｍｍのように０．５〜４０ｍｍといった０．０２〜５０ｍｍの範囲内であるが、０．１〜５ｍｍといった５ｍｍ以下のように３０ｍｍ未満も（したがって）可能である。これらのファセットの高さも、実施形態では、１．５ｍｍ未満のように２ｍｍ未満といった５ｍｍ未満であり、特に０．０１〜１ｍｍの範囲内である。ここでは、特にＴＩＲ実施形態における「ファセット」との用語は、（実質的に）平らな（小さい）面を指し、特にフレネル実施形態における「ファセット」との用語は、湾曲面を指す。したがって、湾曲は、特にフォイルの平面内にあるが、フォイル（「レンズ」）の平面に垂直でもよい。フレネルレンズは、必ずしも丸くなく、変形の円形であっても他の形状であってもよい。

【0016】

一実施形態では、第１のフォイル領域の総数の少なくとも８５％、更には特に９０％以上は、同一である（即ち、具体的には、第１のフォイル領域の規則的構造体又は規則的格子を形成する）。同様に、これは、第２のフォイルについても言える。即ち、一実施形態では、第２のフォイル領域の総数の少なくとも８５％、更には特に９０％以上は、同一である（即ち、具体的には、第１のフォイル領域の規則的構造体又は規則的格子を形成する）。更なる特定の実施形態では、光源ユニット、第１のフォイル及び第２のフォイルの各組み合わせは、形状及び光学系に関して（実質的に）同一である。

【0017】

特定の実施形態では、各第１のフォイル領域は、光源ユニット光に対し屈折機能を有する光学要素と、光源ユニット光に対し全反射（ＴＩＲ）機能を有する光学要素とを含み、及び（／又は）、更に特に、各第２のフォイル領域は、光源ユニット光に対し屈折機能を有する光学要素と、光源ユニット光に対し全反射（ＴＩＲ）機能を有する光学要素とを含む。特に、この構造によって、細い（コリメートされた）ビームが生成される。更に、第１のフォイルまでの距離と、光源ユニット間の相互距離とを制御することが有利であると思われる。したがって、特定の実施形態では、光源ユニットは、平均最短距離（ｐ）を有し、また、光源ユニットは、第１のフォイルまでの最短距離（ｄ１）を有し、ｄ１／ｐ＜０．３である。六角形配列又は立体配列といった規則的配列では、平均最短距離はピッチである。

【0018】

既に上記されたように、特に第１のフォイル領域は、光源ユニット光による第２のフォイル領域の均一照明を向上させる。第１のフォイルがなければ、第２のフォイルの照明は、実質的にスポット状であるが、第１のフォイルがあれば、より均一な照明が実現される。これは、第１のフォイルの光学要素を上流側に設け、また、散乱要素を第１のフォイルの上流側から下流に、好適には、第１のフォイルの下流側に設けることによって、更に向上される。更に別の実施形態では、第１のフォイル領域は、これに代えて又はこれに加えて、光源ユニット光のコリメーションを向上させる。

【0019】

第２のフォイルの実質的な均一な照明は、例えば、屈折及びＴＩＲ光学要素を選択することによって、具体的には、第１のフォイル領域の中心に、フレネルレンズ状の光学要素といった屈折特性を有する要素を、中心からより離れて（また、第１のフォイル領域の境界により近くに）、ＴＩＲ光学要素を選択することによって実現される。このような実施形態では、第２のフォイルもコリメーションを促進する。したがって、更なる実施形態において、第２のフォイル領域は、第１のフォイルから下流の光源ユニット光のコリメーションを向上させる（即ち、特にコリメートする）。このようにして、１０°未満のＦＷＨＭを有する細いビーム幅が得られる。したがって、これらの実施形態では、第２のフォイルは、コリメーション機能を有する。更に、ここでは、特に、第２のフォイル領域の中心において、屈折特性を有する要素が見出され、中心からより離れて（第１のフォイル領域の境界により近くでは）、ＴＩＲ光学要素が見出される。上記されたように、これらの光学要素は、第１のフォイルの上流側に配置され、任意選択的に、散乱要素は下流側に配置される。

【0020】

上記された実施形態では、第２のフォイル（領域）の相対的均一照明が実現される。したがって、実施形態では、第１のフォイルは、特に第２のフォイルの均一照明を促進する。なお、特に固体光源ベースの光源ユニットは、不均一な照明を提供する実質的に点の光源である。幾つかの実施形態では、これは、望ましくない。

【0021】

任意選択的に、第１のコリメーションは、２つ以上のフォイルに亘って分割される。したがって、一実施形態では、照明ユニットは、複数の光源の下流に構成される上流の第１のフォイルと、上流の第１のフォイルの下流に構成される下流の第１のフォイルとを含み、上流の第１のフォイルは、光源ユニット光をプレコリメートし、下流の第１のフォイルは、上流の第１のフォイルから下流の光源ユニット光を更にコリメートする。このような実施形態では、コリメーションは、単一の第１のフォイルを用いた場合よりも高い。上流の第１のフォイル及び下流の第１のフォイルは、幅、光学要素の種類及び光学要素の位置に関して、実質的に同一である。（上流の）第１のフォイル領域の数と（下流の）第１のフォイル領域の数とは、通常、同じであり、また、更には、光源ユニットの数とも同じである（以下も参照）。

【0022】

上記された実施形態のうちの幾つかとは異なる更に別の実施形態では、各第１のフォイル領域は、複数のビーム（Ｂ）を提供する。これは、複数のビームが生成されるので、均一性は増加させないが、その一方で、特に、照明ユニットの要素が（アクチュエータによって）移動可能である場合に、ビーム特性の調整を可能にする（以下も参照）。更なる特定の実施形態では、各第１のフォイル領域は、フレネル機能を有する複数の光学要素を含む。フレネル機能を有する光学要素は、フレネルレンズであってよいが、任意選択的に、例えば（第１のフォイル）領域の（ある場合には）対称性に少なくとも部分的に対応するために、変形フレネルレンズであってもよい。したがって、実施形態では、第１のフォイルは、第２のフォイル上に合焦させる、特に複数のビームを提供する機能を有し、第２のフォイルは、幾つかのビームスポットを形成する機能を有する。更に別の実施形態では、第２のフォイル領域のそれぞれは、プリズム形状を有する複数の光学要素を含み、１つの第２のフォイル領域あたりプリズム形状を有する光学要素の数は、複数のビームが生成される実施形態における複数のビーム（Ｂ）の数のｎ倍であり、ｎは、１以上の自然数である。したがって、当該実施形態では、各ビームが、対向する光学要素のセットに対処する。例えば第１のフォイル領域は、５つのビームを生成し、第２のフォイル領域は、５つの光学要素（当該光学要素を有する副領域）、即ち、５ｎ個の光学要素を含む。例えば各対応する副領域は、複数の（実質的に同一の）光学要素、特に、上記のプリズム光学要素を含む。プリズム形状又は要素は、互いに対しある角度下で配置された、特に（フォイルを通る平面に対し＞０°及び＜９０°）の角度下で配置される２つの（実質的に平らな）ファセットを基本的に含む。

【0023】

第１のフォイル及び第２のフォイルに応じて、より細い又はより太いビームが生成される。特定の特徴は、照明ユニットの要素が、（照明ユニットの他のアイテムに対し）１００μｍ〜５ｍｍのように＞１００μｍといったように（少し）移動され、これにより、例えばビームの幅が調整される点である。移動は、例えば並進又は回転を含む。したがって、更なる特定の実施形態では、光源ユニットの第１の配列（及び第２のフォイル）に平行又は垂直な方向において、（ｉ）光源ユニットのうちの１つ以上、（ｉｉ）第１のフォイル、及び、（ｉｉｉ）第２のフォイルからなる群から選択される１つ以上が、移動動作において移動可能である。このために、照明ユニットは更に、移動動作を実行するアクチュエータを含む。このようなアクチュエータは、例えば、特に並進を誘導する圧電要素を含む。

【0024】

照明デバイスは、例えばオフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店内照明システム、自宅照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、シアター照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、プロジェクションシステム、自己点灯式ディスプレイシステム、ピクセルディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医用照明アプリケーションシステム、インジケータサインシステム、修飾照明システム、ポータブルシステム、自動車アプリケーション、グリーンハウス照明システム、園芸照明、又は、ＬＣＤバックライティングの一部であるか又はこれらにおいて適用される。

【0025】

本明細書における「白色光」との用語は、当業者には知られている。当該用語は、特に、約２０００乃至２００００Ｋ、特に２７００〜２００００Ｋの範囲の相関色温度（ＣＣＴ）を有し、一般照明には、特に約２７００Ｋ乃至６５００Ｋの範囲内、バックライティング目的には、特に約７０００Ｋ乃至２００００Ｋの範囲内、また、特にＢＢＬ（黒体軌跡）から約１５ＳＤＣＭ（カラーマッチングの標準偏差）内、特にＢＢＬから約１０ＳＤＣＭ内、更には特にＢＢＬから約５ＳＤＣＭ内の光に関する。

【0026】

「実質的にすべての光」又は「実質的に〜からなる」といった本明細書における「実質的に」との用語は、当業者によって理解されよう。「実質的に」との用語は、「全体的に」、「完全に」、「すべて」等を有する実施形態も含む。したがって、実施形態では、実質的にとの形容詞は、除外されてもよい。必要に応じて、「実質的に」との用語は、９５％以上、特に９９％以上、更には１００％を含む９９．５％以上といった９０％以上にも関連する。「含む」との用語は、「含む」との用語が、「〜からなる」を意味する実施形態も含む。「及び／又は」との用語は、特に「及び／又は」の前後に言及されたアイテムの１つ以上に関する。例えば、「アイテム１及び／又はアイテム２」との表現及び同様の表現は、アイテム１及びアイテム２の１つ以上に関する。「含む」との用語は、ある実施形態では、「〜からなる」を意味する場合もあれば、別の実施形態では、「少なくとも定義された種と、任意選択的に１つ以上の他の種とを含有する」を意味する場合もある。

【0027】

更に、以下の説明及び請求項における「第１の」、「第２の」、「第３の」等との用語は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的な順番又は経時的な順番を説明するために使用されるものではない。当然ながら、このように使用される用語は、適切な状況下では置換可能であり、本明細書において説明される本発明の実施形態は、本明細書において説明されたものとは違う順序で動作することが可能である。

【0028】

本明細書におけるデバイスは、動作時に説明される他のデバイスに共通している。当業者には明らかなように、本発明は、動作の方法又は動作時のデバイスに限定されない。

【0029】

なお、上記実施形態は、本発明を説明するものであって制限するものではなく、また、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態をデザイン可能であることに留意されたい。請求項において、括弧内の任意の参照符号は、当該請求項を限定するものと解釈されるべきではない。「含む」との動詞とその活用形の使用は、請求項に記載される要素又はステップ以外の要素又はステップを排除するものではない。冠詞「ａ」又は「ａｎ」で示される要素は、当該要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を含むハードウェアによって、また、適切にプログラムされたコンピュータによって実現される。幾つかの手段が列挙される装置クレームにおいて、これらの手段のうちの幾つかは、同一のハードウェアアイテムによって具現化されてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

【0030】

本発明は更に、以下の説明に説明された及び／又は添付図面に示された特徴のうちの１つ以上を含むデバイスにも適用される。本発明は更に、以下の説明に説明された及び／又は添付図面に示された特徴のうちの１つ以上を含む方法又は処理にも関連する。

【0031】

本特許出願において説明された様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わされてもよい。また、幾つかの特徴は、１つ以上の分割出願のための基礎を形成する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

本発明の実施形態は、添付図面を参照して、ほんの一例として説明される。図面中、対応する参照符号は対応する部分を示す。

【0033】

【図1a】図１ａは、本発明の基本的な態様を概略的に示す。

【図1b】図１ｂは、本発明の基本的な態様を概略的に示す。

【図2a】図２ａは、本発明の一実施形態を概略的に示す。

【図2b】図２ｂは、本発明の一実施形態を概略的に示す。

【図2c】図２ｃは、本発明の一実施形態を概略的に示す。

【図2d】図２ｄは、本発明の一実施形態を概略的に示す。

【図2e】図２ｅは、本発明の一実施形態を概略的に示す。

【図2f】図２ｆは、本発明の一実施形態を概略的に示す。

【図3a】図３ａは、本発明の一実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図3b】図３ｂは、本発明の一実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図3c】図３ｃは、本発明の一実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図3d】図３ｄは、本発明の一実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図3e】図３ｅは、本発明の一実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図3f】図３ｆは、本発明の一実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図4a】図４ａは、本発明の更なる実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図4b】図４ｂは、本発明の更なる実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【図4c】図４ｃは、本発明の更なる実施形態（及びその変形態様）を（概略的に）示す。

【0034】

図面は必ずしも縮尺通りではない。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１ａは、対応する光源ユニット光１０１を提供する複数の光源ユニット１００の（ｉ）配列１１１を含む照明ユニット１０の一実施形態を概略的に示す。ここでは、一例として、４つの光源ユニット１００が、参照符号１００Ａ〜１００Ｄと共に概略的に示されている。照明ユニット１０は、更に、（ｉｉ）複数の透過性の第１のフォイル領域２１１を含む第１のフォイル２１０を含む。各第１のフォイル領域２１１は、複数の光学要素２１２を含む。ここでは、複数の光源ユニット１００は、対応する数の第１のフォイル領域２１１（参照符号２１１Ａ〜２１１Ｄで示される）を有する。照明ユニット１０は更に、（ｉｉｉ）複数の透過性の第２のフォイル領域２２１を含む第２のフォイル２２０を含む。各第２のフォイル領域２２１は、複数の光学要素２２２を含む。ここでも、複数の光源ユニット１００は、対応する数の第２のフォイル領域２２１（参照符号２２１Ａ〜２２１Ｄで示される）を有する。したがって、各光源ユニット１００は、当該光源ユニット１００の下流に構成された対応する第１のフォイル領域２１１と、当該第１のフォイル領域２１１の下流に構成された対応する第２のフォイル領域２２１とを有する。これは、ここでは、セルとも示される（図１ａでは４つのセル）。第１のフォイルの各領域と第２のフォイルの対応する領域とは、対応する光源ユニットと、各自の法線ベクトルＮ（参照符号Ｎａ〜Ｎｄで示される）上で位置合わせされ、複数の光源ユニットの配列が形成される。

【0036】

第１のフォイルの下流の、光源ユニット１００からの光は、参照符号１０１’で示され、第２のフォイル２２０から下流の光は、照明ユニット光１１として示される。光源ユニット１００は、（光源ユニットの中心点から測定される）平均最短距離（ここではピッチ）（Ｐで示される）と、第１のフォイルまでの最短距離とを有する。即ち、光源ユニットの下流の第１のフォイルまでの距離は、参照符号ｄ１で示される。領域は、参照符号Ｌで示される（最大）長さ及び（最大）幅を有し、当該長さ及び幅は平均最短距離Ｐの範囲内にある。光源ユニットと第２のフォイル２２０との間の最短距離は、参照符号ｄ２で示される。第１のフォイルと第２のフォイルとの間の距離は、参照符号ｄ３で示される。特性寸法は、次の通りである。

【表1】

【0037】

図３ａ〜図３ｆに、第１のビーム成形実施形態の変形態様が特に説明され、図４ａ〜図４ｂに、第２のビーム成形実施形態の変形態様が特に説明される。

【0038】

図１ａでは、光源ユニット、第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域の４つの（同一の）組み合わせ（即ち、「セル」）（参照符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示される）が概略的に示される。

【0039】

図１ｂは、３つのフォイルが適用される（４つ以上のフォイルが適用されてもよい）一実施形態を概略的に示す。ここでは、照明ユニット１０は、複数の光源１００の下流に構成される上流の第１のフォイル２１０Ａと、上流の第１のフォイル２１０Ａから下流に構成される下流の第１のフォイル２１０Ｂとを含む。特に上流の第１のフォイル２１０Ａは、光源ユニット光１０１をプレコリメート（precollimate）し、下流の第１のフォイル２１０Ｂは、上流の第１のフォイル２１０Ａから下流の光源ユニット光１０１を更にコリメートする。上流の第１のフォイル及び下流の第１のフォイルの特性寸法は、第１のフォイルについて上記された通りである。

【0040】

下流の第１のフォイル２１０Ｂの下流の光は、参照符号１０１’’で示される。領域は、上流の第１のフォイル２１０Ａについては、領域２１０ＡＡ〜２１０ＡＤで対応して示され、下流の第１のフォイル２１０Ｂについては、領域２１０ＢＡ〜２１０ＢＤで対応して示される。光源ユニットから上流の第１のフォイル２１０Ａまでの距離は、参照符号ｄ１Ａで示され、下流の第１のフォイル２１０Ｂまでの距離は、参照符号ｄ１Ｂで示される。これらの２つのフォイル間の距離は、参照符号ｄ４で示され、２フォイル系（図１ａ）のほぼｄ３程度である。

【0041】

（第１）のビーム成形実施形態では、最初の２つのフォイルが、可能な限り平行のビームと、均一な空間的及び角度的光分布とを実現する。ビーム成形は、新しく追加された第３のフォイルにおいて行われる。第３のフォイルは、ＬＥＤの位置、ＬＥＤの数、及び、フォイル間の距離とは無関係であることが利点である。この利点は、柔軟性と後の段階でのコンフィギュアビリティとを向上させる。しかし、この場合、光学効率は下がる。

【0042】

図１ａ及び図１ｂでは、各フォイルの下流側において、光学要素２１２、２２２が概略的に示される。しかし、光学要素は、これに代えて又は追加して、各フォイルの上流側において利用可能であってもよい。

【0043】

図２ａは、六角形配列、即ち、規則的配列にある複数の光源ユニット１００（ここでは、実際には固体光源）の配列１１１を概略的に示す。図２ｂは、（ボロノイ図のように）あまり規則的ではない、又は、更には非規則的配列を概略的に示す。したがって、この配列は、複数の光源ユニットの配列に適用されるが、付随する複数の透過性の第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域にも適用される。これは、照明ユニットが、複数の単セルを含むからである。各単セルは、光源ユニットと、対応する第１のフォイル領域と、対応する第２のフォイル領域とを含む。

【0044】

例えば屈折を利用して光を方向転換するマイクロ構造体と、ＴＩＲを利用して光を方向転換するマイクロ構造体とが、光学要素として適用される。屈折要素は、通常、フォイルの主法線に対し小さい角度でフォイルに入射する光に使用され、ＴＩＲ要素は、大きい角度でフォイルに入射する光に使用される。屈折要素の一例は、ファセットアレイである。図２ｃ及び図２ｄは、それぞれ、ファセットアレイを２Ｄ及び３Ｄで示す。光学要素の頂点は、参照符号Ｔで示される。頂点間の距離（又はピッチ）は、参照符号ＴＤで示される。参照符号Ｆ１及びＦ２は、面、即ち、ファセットを示す。参照符号γは、ファセット又はフレネルレンズ角度（フレネルレンズを想定した場合）を示す。特にＴＩＲ要素の特性寸法は、次の通りである。

【表2】

【0045】

図２ｅは、ＴＩＲ要素を２Ｄで示す。図２ｅでは、光は、屈折によって左側の表面に入射する。次に、光は、第２の表面において、ＴＩＲによって反射する。この２Ｄモデルから３Ｄモデルを得るために、非限定的な実施形態において、２Ｄモデルを垂直軸の周りでスイープする。これにより、図２ｆにも示される回転対称の構造体が与えられる。参照符号θ_ｉｎは、要素への光線（矢印）の入射角を示し、参照符号θ_ｍは、媒体内の屈折角を示し、参照符号θ_ｏｕｔは、媒体から出射する際の屈折を示す。参照符号αは、参照符号Ｆ１で示されるファセットのフォイルの平面に対する角度を示し、参照符号βは、参照符号Ｆ２で示される（別の）ファセットのフォイルの平面に対する角度を示す。したがって、ＴＩＲ要素は、特に少なくとも約３０°程度の角度α及びβによって示される。γの値は、特に最大で５５°の範囲内にあり、これは、ファセットＦ１のフォイルの平面に対する角度である。ファセットＦ２のフォイルの平面に対する角度は、ＴＩＲ屈折要素の場合、特に垂直に近く、例えば＞８０°である。なお、フレネルレンズの場合、ファセットＦ１は、湾曲しており、示される角度γが、特に最大角である。

【0046】

薄い照明器具、高光学効率、制御されたビーム成形、減少されたグレア、及び、個々のＬＥＤのぎらつきが見えることなく全角度に亘って（ほぼ）均一な外観を実現するために、本発明は、次の光学構造を使用する。ＬＥＤ源は、例えば図２ａに示される六角形グリッド又は矩形グリッドである、ある種の２Ｄグリッドに位置付けられる。任意の他のレイアウトも可能である。このレイアウトは、規則的である必要はない（図２ｂも参照）。次に、マイクロ構造体を有する２つのプレート又はフォイルが追加される。第１のフォイル（即ち、ＬＥＤに最も近いフォイル）は、第２のフォイルにおいてほぼ均一な空間的光分布が得られるようにする。つまり、第１のフォイルは、第２のフォイルの任意の場所において、単位面積あたりにほぼ同量のルーメンが得られるようにする。第２のフォイルは、ビーム成形を実現する。当該光学構造は、図３ａに示され、光ビームは、細いスポットに成形される。

【0047】

図３ａ〜図３ｆは、特定の実施形態及び変形形態の幾つかの態様を概略的に示す。

【0048】

上記２つのフォイルについてより詳細に説明する。説明されたように、第１のフォイルは、第１のビーム成形実施形態では、第２のフォイルにおいてほぼ均一な照明を実現する（図３ａを参照）。均一性の度合いは、例えば、次式によって表される。

【数1】

ここで、Ｉ_ｍａｘ及びＩ_ｍｉｎは、それぞれ、第２のフォイルにおける最大及び最小照度である。値は、０と１との間に制限される。値が大きいほど、照度はより均一である。したがって、本発明において、均一性の或る最小の度合いを求めると、当該式は、少なくともある定数Ｃであることを求めている。Ｃの可能な値は、１／１０である。第２のフォイルの機能は、ビーム成形を適用することである。ビーム成形は、第２のフォイルの任意の小さい領域がほぼ同じビームを生成するように行われる。これらの領域が十分に小さい（例えば１ｍｍ^２）場合、ほぼ均一の角光分布が実現される。本発明（即ち、２フォイル構造及び２フォイルの機能）の上記された基本的な説明に基づいて、本発明の幾つかの態様について説明する。

【0049】

本発明の第１の態様は、ＬＥＤピッチＰと第１のフォイルまでの距離ｄ_１との比である。第１のフォイルにおいて光を成形する能力は、任意の場所においてフォイルに入射する光のビーム幅に依存する。入射光のビーム幅が小さいほど、光をより正確に第２のフォイルの特定の位置に向けて方向転換できる。当然ながら、当該場所における入射光に寄与するＬＥＤが多いほど、ビーム幅は大きくなる。したがって、小さいビーム幅を得るためには、所与の場所に入射する光の量が非常に少なくてはならないか、又は、光は単一のＬＥＤから主に来るものでなければならない。これは、ｄ_１／Ｐの比を十分に小さくすることによって実現される。例えば０．２５未満、より好適には０．１５にする。

【0050】

本発明の別の態様は、次の通りである。第１のフォイルに関して、これは、第２のフォイルについても言えることであるが、ビーム成形を行うためには、所与の場所に入射する光が、（幾つかの小さい遷移領域を除き）単一のＬＥＤから主に来ることが重要である。このために、第１のフォイルは、第２のフォイルを均一に照らすだけでなく、当該均一照射を上記特性が満足されるように行うようにデザインされる。より正確には、ｎ個の光源がある場合、第２のフォイルは、光源と当該光源が照射するセルとの間に１対１のマッピングがあるように、ｎ個のセルに分割される。最も明快な分割は、光源のセットを生成器として有するボロノイ図によって提供される。光源によって照射されるセルは、当該光源のすぐ上方の第２のフォイルのセルである。図２ｂを参照されたい。本発明の第３の態様は、第１のフォイルにおけるマイクロ構造体のタイプである。通常、マイクロ構造体は、屈折要素とＴＩＲ要素との組み合わせ（上記も参照）である。

【0051】

本発明の一実施形態として、均一に照射される射出窓を有する薄型スポットライトを構築するために、どのように本発明が利用されるのかを説明する。９個のＬＥＤのアレイで開始する。これらのＬＥＤは、六角形グリッド状に位置付けられ、六角形の辺は、１２．５ｍｍである。つまり、ＬＥＤを有するＰＣＢを、縁の長さが１２．５ｍｍである９個の等しいサイズの六角形に（実質的に）分割し、ＬＥＤを六角形の中心に位置付ける。これは、図２ａに見て取れる。なお、平面の六角形分割は、ＬＥＤを生成器とみなした場合に得られるボロノイ図に対応する。

【0052】

ＬＥＤのこの配置において、２つの連続する列は、六角形の半分の相互変位量を有し、一列内のＬＥＤのピッチは、２１．６５ｍｍである。ＬＥＤからｄ_１＝３ｍｍのところに、第１のマクロ構造化されたフォイルが配置される。この場合、ピッチＰとして、同じ列に置かれた２つのＬＥＤを使用する場合は、ｄ_１／Ｐ＝３／２１．６５＝０．１４となる。第２のマイクロ構造化されたフォイルは、ＬＥＤから１０ｍｍのところに配置される。本発明によって説明されるように、第１のフォイルによって、第２のフォイルは均一に照射される。第２のフォイルは、可能な限り、光が平行ビームとなるように方向転換する。更に、マイクロ構造体は、次のことが成立するようにデザインされる。第１及び第２のフォイルを、ＰＣＢを分割するのと同様に、９個の六角形セルに分割する場合、フォイルにおける六角形セルは、そのすぐ下にあるＬＥＤによって主に照射され、他のＬＥＤからは少しだけ照射される。これは、図３ｂに示される。図３ｂは、フォイルの側面からの眺めを示す。ここでは、光源ユニット、第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域からなる３つの（同一の）組み合わせ（又は「セル」）（参照符号Ａ、Ｂ、Ｃで示される）が概略的に示される。垂直線は、六角形セル間の境界を示す。図３ｃは、２つのフォイルが、屈折とＴＩＲとの組み合わせによって実現されることを示す。フォイルのそれぞれについて、各領域２１１、２２１が示され、各領域は相互に対応し、各自の光源ユニット１００に対応し、また、各自の法線ベクトルＮ上で位置合わせされている。各法線ベクトルＮは、光源ユニットと、対応する中心（即ち、第１のフォイルの対応する領域のＲＦ１で示される屈折エリアと第２のフォイルの対応する領域のＲＦ２で示される屈折エリア）とを通り延在する。各領域は更に、中心から離れて、各自の周辺エリア、即ち、それぞれ、ＴＩＲ１及びＴＩＲ２で示される全反射エリアを含む。図３ｄ及び図３ｅは、それぞれ、遠視野強度分布と、第２のフォイルの照度とを示す。図３ｄ（スポットの遠視野分布）は、わずか７°のＦＷＨＭを有するスポットライトが得られたことを示す。矩形領域における照度均一性

【数2】

は、０．５である。図３ｅは、第２のフォイルの照度を示す。矩形領域における照度均一性は、０．５である。なお、図３ａ及び図３ｂでは、光源ユニット、第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域からなる各組み合わせは、形状及び光学系に関して（実質的に）同一である。これは、図３ｅに示されるようなパターンにつながる。任意選択的に、（第１の）ビーム成形実施形態では、第１のフォイルの下流側に、更に、拡散器（拡散器機能を有する光学要素を含む）を含む。図３ｆは、図３ｃに示される第１のフォイル又は第２のフォイルの上流側の面の３Ｄ図を概略的に示す。これは概略図であり、配列の種類に応じて、ファセットは、変形されていても、及び／又は、領域の残りの空間が更なるファセットで埋められていてもよい。

【0053】

図４ａ及び図４ｂ（及び特定の変形形態である図４ｃ）は、不均一性がそこまで問題とならないが、ビーム成形及び／又は方向転換可能性（directionability）が関連する別の態様に関する。本実施形態は、本明細書では、第２のビーム成形実施形態として示される。第１のビーム成形実施形態は、特に、図３ａ、図３ｂ及び図３ｄに示される。その他の図面（図４ａ、図４ｂも除く）は、一般に、両方の実施形態、即ち、第１のコリメート実施形態と第２のスポット形成実施形態とに適応される。当業者には明らかなように、光学要素（及びその形状）は、実質的に均一な照明、コリメーション又はビームスポット形成を提供するように選択される。

【0054】

現在では、各ビーム形状は、その独自のビーム成形光学系を必要とする。本発明は、単一の光学要素を使用して、様々な異なるビーム形状を形成する。本発明のこれらの実施形態に関連する特徴は、２つ以上のビーム形状デザインを、マイクロレベルにおいて、マイクロ光学系（以下、マイクロファセットと呼ぶ）の交互パターンで組み合わせる射出窓のデザインであって、隣接するマイクロファセットは、異なるビーム形状に対処する。マイクロファセットによって対処される小さいエタンデュは、射出窓上のマイクロファセットのサブセットに向けて方向転換される高度にコリメートされたビームレットを可能にする。射出窓上のマイクロファセットのサイズは、典型的なビューイング距離（例えば１メートル）から見たときに、人間の目の分解能を下回るように選択される。つまり、ユーザは、通常の動作下では、射出窓上の個々のマイクロファセットを特定することはできない。したがって、ビーム形状間の移行は、シームレスに取り扱われる。ビーム形状デザインは、射出窓を、システムの光学部の他の要素に対し横方向にずらすことによって、２つ以上の形状デザインから、選択される。

【0055】

図４ａは、射出窓上の２つの異なる光学要素を介して方向転換されたコリメートビームレットを示す光線追跡シミュレーションを示す。第１の（下部）フォイルは、ビームレットを、第２の（上部）フォイル上の光学要素のサブセットに向けて方向転換する。２つのパネル（左右）は、２つの異なるビーム形状を明示する。本実施形態では、２フォイルアプローチが好適である。第１のフォイルは、第２のフォイルにおいて、ほぼ集中した照明を実現する。第２の（上部）フォイルの機能は、ビーム成形を適用することである。第２のフォイルが均一に照射される上記（第１の）ビーム成形実施形態とは対照的に、ここでは、第２のフォイルの非均一照射が行われる。第２のフォイルは、チェッカーボードといった交互パターンで照射される（図４ａの光線追跡シミュレーションを参照）。第２のフォイルのより疎らな照射を適用することもできる。

【0056】

図４ａは、ほんの一例として、光源ユニット１００、第１のフォイル２１０及び第２のフォイル２２０の１つの組み合わせを有する小さいフォイル２１０を示す。しかし、これは、複数のそのような組み合わせを有する大型の構造体の一部である（例えば図１ａ、図１ｂ、図２ａ〜図２ｆを参照）。したがって、これは、複数の領域と複数の光源ユニットとを伴って拡大される。ここでは、ほんの一例として、単一の光源ユニットと、その対応する第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域とが示される。図４ａの左側部及び（したがって）右側部は、したがって、図３ａ及び図３ｂにおいても示されるように、照明ユニットにおいて、特に複数の光源ユニット、第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域からなる（２Ｄ）アレイを構成する。ここでも、実施形態において、光源ユニット、第１のフォイル領域及び第２のフォイル領域からなる各組み合わせは、形状及び光学系に関して（実質的に）同一である。例えば第２のフォイルの位置が、対応する法線ベクトルＮに沿っての位置合わせに対してずらされる（図４ａにおける左から右への変化を参照）と、ビーム（方向）が変化する。第１のフォイルは、一般に、第２のフォイルにおいて合焦する。

【0057】

第２のフォイルの位置合わせを第１のフォイルに対して変化させることによって、第２のフォイル上の違うファセットがアドレスされる。第１のフォイル及びＬＥＤの組み合わせに対する第２のフォイルの横（任意選択的に垂直）変位が回転を介して生じるように、ネジ式のデザインを使用する正確な位置合わせを想到できる。このようにすると、様々な位置合わせ位置が得られる。横変位に代えて又は更にはそれに加えて、垂直変位も可能である。例えば、光源ユニット、第１のフォイル及び第２のフォイルのうちの１つ以上を、光路に沿って（即ち、第１のフォイル及び／又は第２のフォイルに垂直に）移動させてもよい。

【0058】

第２のフォイル上にあるファセットのサイズは、約０．０１〜５０ｍｍの程度（例えば０．１〜５ｍｍ）（直径）にあるので、ファセット位置を切り替えるために必要な調節は最小限である。本実施形態及び関連の実施形態では、第２のフォイル上の光学要素のサイズは、通常、第１のフォイル上の光学要素のサイズよりも１．５〜１００倍大きい。図面では、第２のフォイル上の光学要素のサイズは、第１のフォイル上の光学要素のサイズよりも約３倍大きい。第２のフォイルのサイズが大きいほど、第１のフォイルからの光を方向転換するためのビーム成形構造体の１つあたりにより多くの空間が利用可能であり、また、ビームスポット鮮明度がより正確となる。スポットライト又はダウンライトの射出窓は、通常、２ｃｍの直径（の射出窓）が使用される（第１の）ビーム成形実施形態（図３ａ〜図３ｆ）に示される典型的な構造を超える約数センチメートル程度である。したがって、通常は、複数のビーム形状パターンを適用するのに十分な空間がある。更なる実施形態では、位置合わせは、圧電アクチュエータを使用して、動作中に調節される。これは、隣接するファセットが０．１ｍｍまでの近さで離間されることが可能であるので実現できる。本明細書に説明される実施形態は、例えばスポットライト又はダウンライトにおける単一の光学要素を使用するビーム成形に使用される。

【0059】

図４ｂは、透過領域１２２２Ａ及び散乱領域１２２２Ｂを使用して、第２のフォイルでビーム成形を行う方法を概略的に示す。各ビームは、領域又は副領域を形成する透過領域１２２２Ａ及び散乱領域１２２２Ｂに向けられる。並進又は回転によるシフトは、第２のフォイル、第１のフォイル又は光源ユニットのうちの１つ以上の移動によって行われる。アクチュエータ２０（図４ｃを参照）が、これらのうちの１つ以上を移動されてもよい。例えば第２のフォイルが（マイクロ）レンズを含む実施形態において、ビーム拡がり（コリメーションの度合い）は、第１のフォイルと第２のフォイルとの間の距離を（少し）変化させるときに制御できる。

【0060】

しかし、光源ユニット１００が、２つ（以上）の光源を含むことも可能である。これは、図４ｃでは、第１の光源１１０Ａ及び第２の光源１１０Ｂとして示され、これにより、複数の光源からなるサブセットが複数形成される。制御ユニット３０が、光源（のサブセット）を制御してもよい。制御ユニット３０は更に、（照明ユニット要素が互いに対し移動可能である実施形態について）上記移動可能な要素のうちの１つ以上の要素の移動を制御してもよい。当業者には明らかであるように、アクチュエータ及び／又は制御ユニット３０、特に制御ユニット３０は、本明細書に説明されたどの実施形態でも使用されてもよい。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図2c-2d】

【図2e-2f】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図3e】

【図3f】

【図4a】

【図4b】

【図4c】