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(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】6181326
(24)【登録日】2017年7月28日
(45)【発行日】2017年8月16日
(54)【発明の名称】光源および太陽光模倣照明システム
(51)【国際特許分類】
F21S 8/02 20060101AFI20170807BHJP
F21V 7/06 20060101ALI20170807BHJP
F21V 5/04 20060101ALI20170807BHJP
F21Y 101/00 20160101ALN20170807BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20170807BHJP
【ＦＩ】
F21S8/02 410
F21S8/02 100
F21V7/06 200
F21V5/04 250
F21V5/04 350
F21Y101:00 100
F21Y101:00 300
F21Y115:10
【請求項の数】37
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2016-567845(P2016-567845)
(86)(22)【出願日】2014年5月13日
(65)【公表番号】特表2017-519333(P2017-519333A)
(43)【公表日】2017年7月13日
(86)【国際出願番号】EP2014001293
(87)【国際公開番号】WO2015172794
(87)【国際公開日】20151119
【審査請求日】2017年5月12日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】316013194
【氏名又は名称】コエルクス・エッセ・エッレ・エッレ
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＥＬＵＸ Ｓ．Ｒ．Ｌ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001380
【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】パオロ・ディ・トラーパニ
(72)【発明者】
【氏名】デビッド・マガッティ
【審査官】
竹中 辰利
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／０２９４０４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０３０９６６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１０／００７５０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１４／００２９２３５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２１Ｓ ８／０２
Ｆ２１Ｖ ５／０４
Ｆ２１Ｖ ７／０６
Ｆ２１Ｙ １０１／００
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続的に発光する出力開口を提供するように、光を受け、コリメートするための光学システム（２Ａ）であって、
各パラボラ状境界面（２２０、２３０）が入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面（２２０、２３０）を備えるコリメート手段（２００）であって、少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記入口開口部（２１２）を介して入射する光を、前記出口開口部（２１４）を介して反射するとともに、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記光の角度広がりを、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成されたコリメート手段（２００）と、
前記コリメート手段（２００）から出てくる前記光を均質化するための均質化手段（３００）であって、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第１のレンズによって集められた前記出口開口部（２１４）からの光が、対応する前記第２のレンズを照明するように構成された均質化手段（３００）と、
を備え、
前記レンズアレイが、ｔａｎ（βＦＥＣ）＝ａ／２ｆによって定義される受光角（βＦＥＣ）に関連付けられ、ａは前記第１のレンズの全開口であり、ｆは前記第１のレンズの焦点距離であり、
前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記レンズアレイに関連付けられた前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる、
光学システム（２Ａ）。
各パラボラ状境界面（２２０、２３０）が入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面（２２０、２３０）を備えるコリメート手段（２００）であって、少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記入口開口部（２１２）を介して入射する光を、前記出口開口部（２１４）を介して反射するとともに、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記光の角度広がりを、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成されたコリメート手段（２００）と、
前記コリメート手段（２００）から出てくる前記光を均質化するための均質化手段（３００）であって、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第１のレンズによって集められた前記出口開口部（２１４）からの光が、対応する前記第２のレンズを照明するように構成された均質化手段（３００）と、
を備え、
前記レンズアレイが、ｔａｎ（βＦＥＣ）＝ａ／２ｆによって定義される受光角（βＦＥＣ）に関連付けられ、ａは前記第１のレンズの全開口であり、ｆは前記第１のレンズの焦点距離であり、
前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記レンズアレイに関連付けられた前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる、
光学システム（２Ａ）。
【請求項2】
前記コリメート手段（２００）の出口側が、出口開口部（２１４）間にある暗い領域（２６０）を備え、前記第１のレンズが、前記暗い領域（２６０）の横方向の延長ｐと、前記コリメート手段（２００）の受光角（θＣＰＣ）とに依存する距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）だけ前記出口開口部（２１４）に対して変位した、
請求項１記載の光学システム（２Ａ）。
請求項１記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項3】
最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎが、横方向の延長ｐを有する暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズの照明も提供するｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））であり、最小距離が方向によって異なる場合、大きい方の最小距離が最小距離として選択され、かつ、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最小値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの３〜５倍であり、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最大値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの２０〜５倍（１５〜１０倍など）である、
請求項２記載の光学システム（２Ａ）。
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最小値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの３〜５倍であり、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最大値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの２０〜５倍（１５〜１０倍など）である、
請求項２記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項4】
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）が、前記暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズがそれぞれのＣＰＣのニアフィールド内に本質的にあるように選択され、かつ、前記ニアフィールドビームの断面が、ビーム直径の１０％よりも広がらない、
請求項２または３に記載の光学システム（２Ａ）。
請求項２または３に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項5】
連続的に発光する出力開口を提供するように、光を受け、コリメートするための光学システム（２Ａ）であって、
各パラボラ状境界面（２２０、２３０）が入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面（２２０、２３０）を備えるコリメート手段（２００）であって、少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記入口開口部（２１２）を介して入射する光を、前記出口開口部（２１４）を介して反射し、この反射光の最小の発散によって最小の発散の方向が定義されるとともに、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記光の角度広がりを、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成されたコリメート手段（２００）と、
前記コリメート手段（２００）から出てくる前記光を均質化するための均質化手段（３００）であって、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第１のレンズによって集められた前記出口開口部（２１４）からの光が、対応する前記第２のレンズを照明するように構成された均質化手段（３００）と、
を備え、
前記コリメート手段（２００）の出口側が、出口開口部（２１４）間に前記最小の発散の方向に延長ｐを有する暗い領域（２６０）を有し、
前記暗い領域（２６０）の横方向の延長ｐと前記コリメート手段（２００）の受光角（θＣＰＣ）とに依存する距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）であって、その最小距離Ｄｍｉｎが、前記暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズの照明を提供するｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））である距離だけ、前記第１のレンズが前記出口開口部（２１４）に対して変位した、
光学システム（２Ａ）。
各パラボラ状境界面（２２０、２３０）が入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面（２２０、２３０）を備えるコリメート手段（２００）であって、少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記入口開口部（２１２）を介して入射する光を、前記出口開口部（２１４）を介して反射し、この反射光の最小の発散によって最小の発散の方向が定義されるとともに、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記光の角度広がりを、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成されたコリメート手段（２００）と、
前記コリメート手段（２００）から出てくる前記光を均質化するための均質化手段（３００）であって、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第１のレンズによって集められた前記出口開口部（２１４）からの光が、対応する前記第２のレンズを照明するように構成された均質化手段（３００）と、
を備え、
前記コリメート手段（２００）の出口側が、出口開口部（２１４）間に前記最小の発散の方向に延長ｐを有する暗い領域（２６０）を有し、
前記暗い領域（２６０）の横方向の延長ｐと前記コリメート手段（２００）の受光角（θＣＰＣ）とに依存する距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）であって、その最小距離Ｄｍｉｎが、前記暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズの照明を提供するｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））である距離だけ、前記第１のレンズが前記出口開口部（２１４）に対して変位した、
光学システム（２Ａ）。
【請求項6】
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）が、最小値が前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの３〜５倍であり、最大値が前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの２０〜５倍（１５〜１０倍など）である、
請求項５記載の光学システム（２Ａ）。
請求項５記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項7】
前記レンズアレイが、ｔａｎ（βＦＥＣ）＝ａ／２ｆによって定義される受光角（βＦＥＣ）に関連付けられ、ａは前記レンズの全開口であり、ｆは前記レンズの焦点距離であり、
前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる、
請求項５または６に記載の光学システム（２Ａ）。
前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる、
請求項５または６に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項8】
前記レンズアレイの前記第１および第２のレンズの寸法および集光特性が、前記第１のレンズによって集められた前記光が前記第２のレンズの下流側の全表面にわたって本質的に分布されるように前記受光角（θＣＰＣ）に適合され、
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが、焦点距離ｆが同じであってもよいとともに、前記焦点距離ｆに等しい距離ｅ：ｅ＝ｆｎに配置された、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが、焦点距離ｆが同じであってもよいとともに、前記焦点距離ｆに等しい距離ｅ：ｅ＝ｆｎに配置された、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項9】
前記レンズアレイの前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記パラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．９０βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１０βＦＥＣ、またはβＦＥＣ＝θＣＰＣによって与えられる、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項10】
前記パラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた前記受光角（θＣＰＣ）が、前記低発散方向について３．５°〜１０°の範囲内であり、前記高発散方向について７．５°〜２５°の範囲内である、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項11】
前記コリメート手段（２００）が、互いに対向するパラボラ状境界面（２２０、２３０）をそれぞれの集光器が２対備える、複数の矩形の複合パラボラ状集光器（２１０）を備え、前記複数の矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の前記出口開口部（２１４）が、ファーフィールドにおいて矩形ビームに変換されるビームであってニアフィールドにおけるほぼ円形または楕円形ビームを、組合せにおいて発光するように配置され、
前記レンズの前記矩形形状の寸法は、
隣接する矩形複合パラボラ状集光器（２１０）どうしで、レンズと前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）との間の相対位置にずれが存在するように選択されてもよい、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
前記レンズの前記矩形形状の寸法は、
隣接する矩形複合パラボラ状集光器（２１０）どうしで、レンズと前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）との間の相対位置にずれが存在するように選択されてもよい、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項12】
前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）が、低発散方向と、それに直交する高発散方向とを提供し、前記レンズアレイの前記レンズの寸法および集光特性が、前記両方の方向において、前記レンズアレイの前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記パラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．９０βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１０βＦＥＣ、もしくはβＦＥＣ＝θＣＰＣなど、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられるように、矩形形状に適宜に適合され、
前記ＣＰＣ受光角および前記ＦＥＣ受光角のマッチングが、前記第２のレンズアレイの表面の少なくとも７０％、少なくとも９０％、少なくとも８５％、少なくとも９５％、または１００％が照明されるように選択された、
請求項１１記載の光学システム（２Ａ）。
前記ＣＰＣ受光角および前記ＦＥＣ受光角のマッチングが、前記第２のレンズアレイの表面の少なくとも７０％、少なくとも９０％、少なくとも８５％、少なくとも９５％、または１００％が照明されるように選択された、
請求項１１記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項13】
前記コリメート手段（２００）の断面の中央部分内に、矩形複合パラボラ状集光器（２１０）が、矩形複合パラボラ状集光器（２１０）と同じ数のラインに配列されることによって、長辺および短辺を有する矩形形状が画定され、
各長辺に隣接して、等脚台形状部分が配置され、前記等脚台形状部分は、各ラインの矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の数が１つ減少することにより各ラインに階段を備えるとともに、外側のラインが、前記中央部分の前記短辺とほぼ同じ長さに伸びる長さを有する、
請求項１１または１２に記載の光学システム（２Ａ）。
各長辺に隣接して、等脚台形状部分が配置され、前記等脚台形状部分は、各ラインの矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の数が１つ減少することにより各ラインに階段を備えるとともに、外側のラインが、前記中央部分の前記短辺とほぼ同じ長さに伸びる長さを有する、
請求項１１または１２に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項14】
前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）のラインが、中心対称軸に対して前記中央部分の長辺方向に対象に延び、
前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）が、前記等脚台形状部分内の１つのラインから次のラインへ、前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の長さの約半分だけシフトされた、
請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）が、前記等脚台形状部分内の１つのラインから次のラインへ、前記矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の長さの約半分だけシフトされた、
請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項15】
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）が、前記暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズがそれぞれのＣＰＣのニアフィールド内に本質的にあるように選択され、前記ニアフィールドビームの断面が、ビーム直径の１０％よりも広がらない、
請求項２ないし１４のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
請求項２ないし１４のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項16】
前記暗い領域が、中空複合パラボラ状集光器（２１０）の壁によって、もしくは、隣接する矩形複合パラボラ状集光器（２１０）間の隙間によって作成された、
請求項２ないし１５のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
請求項２ないし１５のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項17】
矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の角を遮ることによって前記出口開口の形状を円形もしくは楕円形に近似するように形成されたマスクをさらに備え、
前記マスクが、全体的な円形もしくは楕円形出口開口の周囲に配置された前記レンズアレイの部分から来る光を遮るのに適していてもよい、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
前記マスクが、全体的な円形もしくは楕円形出口開口の周囲に配置された前記レンズアレイの部分から来る光を遮るのに適していてもよい、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項18】
前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）、前記入口開口部（２１２）、および前記出口開口部（２１４）が、中空複合パラボラ状集光器（２１０）または全内部反射複合パラボラ状集光器の一部であり、
前記出口開口部（２１４）から出てくる光が、レンズなどの別の光学要素とさらに相互作用することなく、直接前記レンズアレイ上に落ちてもよい、
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
前記出口開口部（２１４）から出てくる光が、レンズなどの別の光学要素とさらに相互作用することなく、直接前記レンズアレイ上に落ちてもよい、
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項19】
前記コリメート手段（２００）が、複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の配置にあわせて調整された、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）を整列させるための少なくとも１つの取付けプレート、たとえば、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートをさらに備え、および／または、
前記コリメート手段（２００）が、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の各々のための取付け開口部を有する入口取付けプレートと、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートと、前記入口取付けプレートおよび前記出口取付けプレートをそれぞれの距離および相対向きで取り付けるための少なくとも１つの距離保持手段と、をさらに有し、
前記入口取付けプレートは、取り付けられた状態で入口側がそれぞれの取付け開口部に達する寸法を有し、前記出口取付けプレートは、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の配置にあわせて調整された、
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
前記コリメート手段（２００）が、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の各々のための取付け開口部を有する入口取付けプレートと、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートと、前記入口取付けプレートおよび前記出口取付けプレートをそれぞれの距離および相対向きで取り付けるための少なくとも１つの距離保持手段と、をさらに有し、
前記入口取付けプレートは、取り付けられた状態で入口側がそれぞれの取付け開口部に達する寸法を有し、前記出口取付けプレートは、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の配置にあわせて調整された、
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）。
【請求項20】
発光パターンを有する発光手段（１００）と、
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）と、
を備え、
前記発光パターンが、前記光学システム（２Ａ）の前記入口開口部に重なる、
光源（２）。
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の光学システム（２Ａ）と、
を備え、
前記発光パターンが、前記光学システム（２Ａ）の前記入口開口部に重なる、
光源（２）。
【請求項21】
前記発光手段（１００）が前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた発光領域（１１２）をさらに備え、前記発光領域（１１２）が、前記コリメート手段（２００）に関連付けられた対称軸（２４０）の方向に前記入口開口部（２１２）から距離（ｄＬＥＤ）の位置に配置された、
請求項２０に記載の光源（２）。
請求項２０に記載の光源（２）。
【請求項22】
前記発光手段（１００）が、ＬＥＤストリップを形成するように並んで配置され、ＬＥＤ発光領域間の暗い領域によって中断される矩形発光領域を形成する複数のＬＥＤ配置を備え、ＬＥＤストリップが、矩形複合パラボラ状集光器（２１０）に関連付けられ、
前記光源（２）が、複数の発光デバイス（１１０）および複数の複合パラボラ状集光器（２１０）によって形成されてもよく、各反射複合パラボラ状集光器（２１０）が、入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを有してもよく、前記入口開口部（２１２）の面積が、出口開口部（２１４）の面積よりも小さくかつ矩形として成形されてもよく、各発光デバイス（１１０）が、それぞれの複合パラボラ状集光器（２１０）の前記入口開口部（２１２）に光学的に結合されてもよい、
請求項２０または２１に記載の光源（２）。
前記光源（２）が、複数の発光デバイス（１１０）および複数の複合パラボラ状集光器（２１０）によって形成されてもよく、各反射複合パラボラ状集光器（２１０）が、入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを有してもよく、前記入口開口部（２１２）の面積が、出口開口部（２１４）の面積よりも小さくかつ矩形として成形されてもよく、各発光デバイス（１１０）が、それぞれの複合パラボラ状集光器（２１０）の前記入口開口部（２１２）に光学的に結合されてもよい、
請求項２０または２１に記載の光源（２）。
【請求項23】
主光ビーム方向（４）に沿って第１の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビーム（３）を提供するための請求項２０ないし２２のいずれか１項に記載の光源（２）と、
前記第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度で拡散光を生成するための照明システム出口窓または拡散光生成器（２０）などの窓状ユニット（６）と、
を備え、
前記窓状ユニットが、前記光ビーム（３）のファーフィールド内に位置し、前記窓状ユニットのサイズが、前記光ビーム（３）のファーフィールドのサイズに適合された、
照明システム（１）。
前記第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度で拡散光を生成するための照明システム出口窓または拡散光生成器（２０）などの窓状ユニット（６）と、
を備え、
前記窓状ユニットが、前記光ビーム（３）のファーフィールド内に位置し、前記窓状ユニットのサイズが、前記光ビーム（３）のファーフィールドのサイズに適合された、
照明システム（１）。
【請求項24】
前記窓状ユニット（６）上に前記光ビーム（３）を向ける折り返し光学素子を有する伝播システム（５００）をさらに備え、
前記折り返し光学素子が、前記レンズアレイから少なくとも０．４ｍまたは少なくとも１ｍの最小距離に配置された、
請求項２３に記載の照明システム（１）。
前記折り返し光学素子が、前記レンズアレイから少なくとも０．４ｍまたは少なくとも１ｍの最小距離に配置された、
請求項２３に記載の照明システム（１）。
【請求項25】
前記拡散光生成器（２０）が、可視範囲の光を実質的に透過させるとともに、前記光ビームの長波長成分よりも短波長成分をより効率的に散乱させるように構成され、
前記拡散光生成器（２０）が、第２の材料の第１の粒子が分散された第１の材料のマトリクスを備えてもよく、前記第１および第２の材料が、それぞれ、第１および第２の屈折率を有し、前記第１の粒子が、直径と前記第１の屈折率との積が５ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲内になるような直径を有する、
請求項２３または２４に記載の照明システム。
前記拡散光生成器（２０）が、第２の材料の第１の粒子が分散された第１の材料のマトリクスを備えてもよく、前記第１および第２の材料が、それぞれ、第１および第２の屈折率を有し、前記第１の粒子が、直径と前記第１の屈折率との積が５ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲内になるような直径を有する、
請求項２３または２４に記載の照明システム。
【請求項26】
前記光源（２）は、
５°〜５０°の範囲内の発散角を有する光源であって、１０°などの５°〜１５°の１つの方向における発散角と、３０°などの２０°〜４０°の前記１つの方向に対して直交方向における発散角とを有してもよい、
請求項２３記載の照明システム。
５°〜５０°の範囲内の発散角を有する光源であって、１０°などの５°〜１５°の１つの方向における発散角と、３０°などの２０°〜４０°の前記１つの方向に対して直交方向における発散角とを有してもよい、
請求項２３記載の照明システム。
【請求項27】
前記光源（２）、および前記拡散光生成器（２０）を横切る前記粒子分布の密度が、前記密度と前記照明システム（１）の動作中に前記光源（２）によって提供される照度との積が、前記拡散光生成器（２０）上で実質的に一定であるように選択され、
前記拡散光生成器（２０）が、前記光ビーム（３）の発散と、任意の折り返し光学素子とに適合されたパネル形状を有してもよい、
請求項２３ないし２６のいずれか１項に記載の照明システム。
前記拡散光生成器（２０）が、前記光ビーム（３）の発散と、任意の折り返し光学素子とに適合されたパネル形状を有してもよい、
請求項２３ないし２６のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項28】
前記窓状ユニット（６）が、有機ＬＥＤ層または側面照明構成などの第２の光源から散乱される光を受ける、
請求項２３ないし２７のいずれか１項に記載の照明システム。
請求項２３ないし２７のいずれか１項に記載の照明システム。
【請求項29】
連続的に発光する出力開口を提供するための照明システム（１）であって、
主光ビーム方向（４）に沿って第１の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビーム（３）を提供するための光源（２）を備え、
前記光源（２）は、
平面状ＬＥＤのランバーシアン発光パターンまたは準ランバーシアン発光パターンを有する発光手段（１００）と、
光を受け、コリメートするための光学システム（２Ａ）と、
を有し、
前記光学システム（２Ａ）は、
入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを画定する少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）を備えるコリメート手段（２００）であって、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記入口開口部（２１２）を介して入射する光を、前記出口開口部（２１４）を介して反射するとともに、前記光の角度広がりを、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成されたコリメート手段（２００）と、
前記コリメート手段（２００）から出てくる前記光を均質化するための均質化手段（３００）であって、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第１のレンズによって集められた前記出口開口部（２１４）からの光が、連続的に発光する出力開口を提供するように、対応する前記第２のレンズを照明するように構成された均質化手段（３００）と、
を有し、
前記発光パターンは、前記光学システム（２Ａ）の前記入口開口部に重なり、
さらに、
前記第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度で拡散光を生成するための拡散光生成器（２０）として構成された窓状ユニット（６）、
を備え、
前記窓状ユニットが、前記光ビーム（３）のファーフィールド内に位置し、前記窓状要素のサイズが、前記光ビーム（３）のファーフィールドのサイズに適合され、
前記拡散光生成器（２０）が、可視範囲の光を実質的に透過させるとともに、前記光ビームの長波長成分よりも短波長成分をより効率的に散乱させるように構成された、
照明システム（１）。
主光ビーム方向（４）に沿って第１の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビーム（３）を提供するための光源（２）を備え、
前記光源（２）は、
平面状ＬＥＤのランバーシアン発光パターンまたは準ランバーシアン発光パターンを有する発光手段（１００）と、
光を受け、コリメートするための光学システム（２Ａ）と、
を有し、
前記光学システム（２Ａ）は、
入口開口部（２１２）と出口開口部（２１４）とを画定する少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）を備えるコリメート手段（２００）であって、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）が、前記入口開口部（２１２）を介して入射する光を、前記出口開口部（２１４）を介して反射するとともに、前記光の角度広がりを、前記少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成されたコリメート手段（２００）と、
前記コリメート手段（２００）から出てくる前記光を均質化するための均質化手段（３００）であって、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、前記レンズアレイが、前記第１のレンズによって集められた前記出口開口部（２１４）からの光が、連続的に発光する出力開口を提供するように、対応する前記第２のレンズを照明するように構成された均質化手段（３００）と、
を有し、
前記発光パターンは、前記光学システム（２Ａ）の前記入口開口部に重なり、
さらに、
前記第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度で拡散光を生成するための拡散光生成器（２０）として構成された窓状ユニット（６）、
を備え、
前記窓状ユニットが、前記光ビーム（３）のファーフィールド内に位置し、前記窓状要素のサイズが、前記光ビーム（３）のファーフィールドのサイズに適合され、
前記拡散光生成器（２０）が、可視範囲の光を実質的に透過させるとともに、前記光ビームの長波長成分よりも短波長成分をより効率的に散乱させるように構成された、
照明システム（１）。
【請求項30】
前記レンズアレイの前記第１および第２のレンズの寸法および／もしくは集光特性が、前記第１のレンズによって集められた前記光が前記第２のレンズの下流側の全表面にわたって本質的に分布されるように前記受光角（θＣＰＣ）に適合された、
請求項２９記載の照明システム（１）。
請求項２９記載の照明システム（１）。
【請求項31】
前記レンズアレイが、ｔａｎ（βＦＥＣ）＝ａ／２ｆによって定義される受光角（βＦＥＣ）に関連付けられ、ａは前記レンズの全開口であり、ｆは前記レンズの焦点距離であり、
前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる、
請求項２９または３０に記載の照明システム（１）。
前記受光角（βＦＥＣ）に対する前記受光角（θＣＰＣ）の関係が、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる、
請求項２９または３０に記載の照明システム（１）。
【請求項32】
前記コリメート手段（２００）が、互いに対向するパラボラ状境界面（２２０、２３０）をそれぞれの集光器が２対備える複数の矩形複合パラボラ状集光器（２１０）を備え、前記複数の矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の前記出口開口部（２１４）が、ファーフィールドにおいて矩形ビームに変換されるビームであってニアフィールドにおけるほぼ円形または楕円形ビームを、組合せにおいて発光するように配置された、
請求項２９ないし３１のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
請求項２９ないし３１のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
【請求項33】
前記コリメート手段（２００）の断面の中央部分内に、矩形複合パラボラ状集光器（２１０）が、矩形複合パラボラ状集光器（２１０）と同じ数のラインに配列されることによって、長辺および短辺を有する矩形形状が画定され、
各長辺に隣接して、等脚台形状部分が配置され、前記等脚台形状部分は、各ラインの矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の数が１つ減少することにより各ラインに階段を備えるとともに、外側のラインが、前記中央部分の前記短辺とほぼ同じ長さに伸びる長さを有する、
請求項２９ないし３２のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
各長辺に隣接して、等脚台形状部分が配置され、前記等脚台形状部分は、各ラインの矩形複合パラボラ状集光器（２１０）の数が１つ減少することにより各ラインに階段を備えるとともに、外側のラインが、前記中央部分の前記短辺とほぼ同じ長さに伸びる長さを有する、
請求項２９ないし３２のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
【請求項34】
前記コリメート手段（２００）の出口側が、出口開口部（２１４）間にある暗い領域（２６０）を備え、前記第１のレンズが、前記暗い領域（２６０）の横方向の延長ｐと、前記コリメート手段（２００）の受光角（θＣＰＣ）とに依存する距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）だけ前記出口開口部（２１４）に対して変位しており、
最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎが、横方向の延長ｐを有する暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズの照明も提供するｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））であり、最小距離が方向によって異なる場合、大きい方の最小距離が最小距離として選択され、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最小値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの３〜５倍であり、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最大値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの２０〜５倍（１５〜１０倍など）である、
請求項２９ないし３３のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎが、横方向の延長ｐを有する暗い領域（２６０）に対向する前記第１のレンズの照明も提供するｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））であり、最小距離が方向によって異なる場合、大きい方の最小距離が最小距離として選択され、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最小値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの３〜５倍であり、
前記距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）の最大値が、前記最小距離ｄＣＰＣ−ＦＥＣ，ｍｉｎの２０〜５倍（１５〜１０倍など）である、
請求項２９ないし３３のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
【請求項35】
前記コリメート手段（２００）が、複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の配置にあわせて調整された、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）を整列させるための少なくとも１つの取付けプレート、たとえば、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートをさらに備え、および／または、
前記コリメート手段（２００）が、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の各々のための取付け開口部を有する入口取付けプレートと、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートと、前記入口取付けプレートおよび前記出口取付けプレートをそれぞれの距離および相対向きで取り付けるための少なくとも１つの距離保持手段と、をさらに有し、
前記入口取付けプレートは、取り付けられた状態で入口側がそれぞれの取付け開口部に達する寸法を有し、前記出口取付けプレートは、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の配置にあわせて調整された、
請求項２９ないし３４のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
前記コリメート手段（２００）が、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の各々のための取付け開口部を有する入口取付けプレートと、単一の取付け開口部を有する出口取付けプレートと、前記入口取付けプレートおよび前記出口取付けプレートをそれぞれの距離および相対向きで取り付けるための少なくとも１つの距離保持手段と、をさらに有し、
前記入口取付けプレートは、取り付けられた状態で入口側がそれぞれの取付け開口部に達する寸法を有し、前記出口取付けプレートは、前記複数の複合パラボラ状集光器（２１０）の配置にあわせて調整された、
請求項２９ないし３４のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
【請求項36】
前記窓状ユニット（６）上に前記光ビーム（３）を向ける折り返し光学素子を有する伝播システム（５００）をさらに備え、
前記折り返し光学素子が、前記レンズアレイから少なくとも０．４ｍもしくは少なくとも１ｍの最小距離に配置された、
請求項２９ないし３５のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
前記折り返し光学素子が、前記レンズアレイから少なくとも０．４ｍもしくは少なくとも１ｍの最小距離に配置された、
請求項２９ないし３５のいずれか１項に記載の照明システム（１）。
【請求項37】
前記拡散光生成器（２０）が、第２の材料の第１の粒子が分散された第１の材料のマトリクスを備え、前記第１および第２の材料が、それぞれ、第１および第２の屈折率を有し、前記第１の粒子が、直径と前記第１の屈折率との積が５ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲内になるような直径を有する、
請求項２９ないし３６のいずれか１項に記載の照明システム。
請求項２９ないし３６のいずれか１項に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、照明システムに関し、詳細には、たとえば、自然の太陽光照明を模倣するために意図された照明システムのための光源に関する。さらに、本開示は、高輝度な領域であって領域にわたる輝度の均一性を有する領域からの光ビームを生成することに関する。
【背景技術】
【0002】
閉じられた環境のための人工照明システムには、ユーザが経験する視覚的快適性を改善することを目標とするものがある。この種の照明システムとして、たとえば高い相関色温度（ＣＣＴ：Correlated color temperature）と大きい演色評価数（ＣＲＩ：Color rendering index）とを有する光を使用して、自然照明を、特に太陽光照明を模倣する照明システムが知られている。模倣対象となる屋外照明の特性は、太陽光と地球大気との相互作用に依存し、その陰の特性は特別なものとなる。
【0003】
すべて同じ出願人によって出願された、２０１３年１１月１４日に出願された欧州特許出願公開第２３０４４７８号明細書、欧州特許出願公開第２３０４４８０号明細書、国際公開第２０１５／０７６６５６号、ならびに、２０１４年３月２７日に出願された国際公開第２０１５／１３５５６０号は、可視光を生成する光源と、ナノ粒子を含むパネルとを有する照明システムを開示している。照明システムの動作中、パネルは、光源からの光を受け、いわゆるレイリー散乱器として作用し、晴天状況における地球大気と同様に光線を拡散する。具体的には、この概念においては指向性の光とＣＣＴがより高い拡散光を使用する。指向性の光は太陽光に対応しており、照らされる物体の存在の下で影を生じ、ＣＣＴがより高い拡散光は青空の光に対応する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】欧州特許出願公開第２３０４４７８号明細書
【特許文献2】欧州特許出願公開第２３０４４８０号明細書
【特許文献3】国際公開第２０１５／０７６６５６号
【特許文献4】国際公開第２０１５／１３５５６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
冷白色光ならびに温白色光を提供するために、たとえば、蛍光体変換白色ＬＥＤおよび／または様々なカラーＬＥＤの組合せに基づくＬＥＤベースの光源が使用され得る。ＬＥＤから発光される光の光学特性は、ビーム整形用光学要素を要する。この種の光学部品としては、通常はレンズおよび／またはミラー系などのコリメート光学素子が用いられる。本開示は、少なくとも部分的に、従来のシステムの１つまたは複数の態様を改善または克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１の態様では、本開示は、連続的に発光する出力開口を提供するように、光を受け、コリメートするための光学システムに向けられ、光学システムは、コリメート手段と、コリメート手段から出てくる光を均質化するための均質化手段とを備える。コリメート手段は、各パラボラ状境界面が入口開口部と出口開口部とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面（parabolic interface）を備え、少なくとも１つのパラボラ状境界面は、入口開口部を介して入射する光を、出口開口部を介して反射するとともに、少なくとも１つのパラボラ状境界面が、光の角度広がりを、少なくとも１つのパラボラ状境界面に関連付けられた受光角に制限するように構成される。均質化手段は、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、レンズアレイは、第１のレンズによって集められた出口開口部からの光が、対応する第２のレンズを照明するように構成される。レンズアレイは、ｔａｎ（βＦＥＣ）＝ａ／２ｆによって定義される受光角（βＦＥＣ）に関連付けられる。ここで、ａは第１のレンズの全開口であり、ｆは第１のレンズの焦点距離である。また、少なくとも１つのパラボラ状境界面（２２０、２３０）に関連付けられた受光角（βＦＥＣ）に対する、レンズアレイに関連付けられた受光角（θＣＰＣ）の関係は、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣによって与えられる。
【0007】
第２の態様では、本開示は、連続的に発光する出力開口を提供するように、光を受け、コリメートするための光学システムに向けられ、光学システムは、コリメート手段と、コリメート手段から出てくる光を均質化するための均質化手段とを備える。コリメート手段は、各パラボラ状境界面が入口開口部と出口開口部とを画定する、アレイをなす複数のパラボラ状境界面を備え、少なくとも１つのパラボラ状境界面は、入口開口部を介して入射する光を、出口開口部を介して反射し、この反射光の最小の発散によって最小の発散の方向が定義されるとともに、少なくとも１つのパラボラ状境界面が、光の角度広がりを、少なくとも１つのパラボラ状境界面に関連付けられた受光角に制限するように構成される。均質化手段は、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、レンズアレイは、第１のレンズによって集められた出口開口部からの光が、対応する第２のレンズを照明するように構成される。コリメート手段の出口側は、出口開口部間に最小の発散の方向に延長ｐを有する暗い領域を有する。第１のレンズは、暗い領域の横方向の延長ｐとコリメート手段の受光角（θＣＰＣ）とに依存する距離（ｄＣＰＣ−ＦＥＣ）であって、その最小距離Ｄｍｉｎが、暗い領域に対向する第１のレンズの照明を提供するｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））である距離だけ、出口開口部に対して変位する。別の態様では、光源は、平面ＬＥＤのランバーシアンまたは準ランバーシアン発光パターンなどの発光パターンを有する発光手段と、上記で説明した光学システムとを備え、発光パターンは、光学システムの入口開口部と重なる。別の態様では、光源は、発光パターンを有する発光手段と、上記で説明した光学システムとを備え、発光パターンは、光学システムの入口開口部と重なる。別の態様では、照明システムは、主光ビーム方向に沿って第１の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビームを提供するための上記で説明したような光源と、第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度における拡散光を生成するための照明システム出射窓または拡散光生成器などの窓状ユニットとを備える。窓状ユニットは、光ビームのファーフィールド（far field）内に配置され、窓状ユニットのサイズは、光ビームのファーフィールドのサイズに適合される。
【0008】
第３の態様では、本開示は、連続的に発光する出力開口を提供するための照明システムに向けられ、照明システムは、主光ビーム方向に沿って第１の相関色温度を有する指向性非拡散光の光ビームを提供するための光源と、第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度で拡散光を生成するための拡散光生成器（２０）として構成された窓状ユニットとを備える。光源は、平面状ＬＥＤのランバーシアン発光パターンまたは準ランバーシアン発光パターンを有する発光手段と、光を受け、コリメートするための光学システムとを有する。光学システムは、コリメート手段と、コリメート手段から出てくる光を均質化するための均質化手段とを備える。コリメート手段は、入口開口部と出口開口部とを画定する少なくとも１つのパラボラ状境界面を備え、少なくとも１つのパラボラ状境界面は、入口開口部を介して入射する光を、出口開口部を介して反射するとともに、光の角度広がりを、少なくとも１つのパラボラ状境界面に関連付けられた受光角（θＣＰＣ）に制限するように構成される。均質化手段は、第１のレンズおよび第２のレンズの対を有するレンズアレイを備え、レンズアレイは、第１のレンズによって集められた出口開口部からの光が、連続的に発光する出力開口を提供するように、対応する第２のレンズを照明するように構成される。発光手段の平面状ＬＥＤのランバーシアン発光パターンまたは準ランバーシアン発光パターンは、光学システムの入口開口部に重なる。窓状ユニットは、光ビームのファーフィールド内に位置し、窓状ユニットのサイズは、光ビームのファーフィールドのサイズに適合される。拡散光生成器は、可視範囲の光を実質的に透過させるとともに、光ビームの長波長成分よりも短波長成分をより効率的に散乱させるように構成される。
【0009】
さらなる実施形態は、たとえば、従属請求項において与えられ、それらは、参照により本明細書に組み込まれる。
【0010】
本開示の他の特徴および態様は、以下の説明および添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】部屋を照明する例示的な照明システムの概略断面図。
【図2】ビームを横切る伝播の不均一な方向を有する光ビームの概略図。
【図3】例示的な光源の概略的な光ビーム経路の図。
【図4】ＬＥＤベースの発光手段の概略図。
【図5】複合パラボラ状集光器ベースのコリメート手段の概略図。
【図6】円形複合パラボラ状集光器配置の概略図。
【図7】フライアイ集光器（fly's eye condenser）と相互作用する光線の概略図。
【図8】複合パラボラ状集光器の下流に配置されたフライアイ集光器の概略図。
【図9】収集ユニットと均質化手段とを備える搭載光学システムの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下は、本開示の例示的な実施形態の詳細な説明である。そこに記載され、図面に示されている例示的な実施形態は、本開示の原理を教示し、当業者が本開示を多くの異なる環境において多くの異なる用途のために実施し利用することを可能にすることを意図している。したがって、例示的な実施形態は、特許の保護の範囲の制限的な説明であることを意図しておらず、そのようなものとしてみなされるべきではない。むしろ、特許の保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるべきである。
【0013】
本開示は、太陽光照明を模倣する照明システムが、観察者が光源すなわち太陽の模倣の不自然さに気がつくことを回避する特性を有する光を提供することを必要とする、との認識に部分的に基づく。たとえば、照明状況は、青い天窓光（blue skylight）成分と、均質な輝度を有する光源に由来する指向性の非拡散白色光（directed non-diffuse while light）成分とを含むことができる。
【0014】
一般的に、照明状況を評価する観察者の能力は、焦点合わせ、両眼輻輳、両眼視差、運動視差、輝度、サイズ、コントラスト、空気遠近法などに関係する複数の生理的および心理的メカニズムに基づく。いくつかのメカニズムは、観察条件（たとえば、観察者が移動しているかまたは静止しているか、片目または両目で見ているか、など）と、既知のサイズ、距離、または輝度を有する物体が観察されているかどうかなどの照明状況の特性と、の両方に応じて、他のメカニズムとよりも重要性が高まることがある。
【0015】
人工太陽としての光源を使用する太陽光模倣照明デバイスについて、光源を無限遠の太陽であると知覚する効果は、光源が観察者の視野内にあるときはいつも、人工光源の印象を回避することに関係する。
【0016】
本発明者らは、これが、特に、光源の均一な輝度を含むことに気づいた。さらに、人工太陽は、丸い外観を有することを必要とする。光源がレイリー散乱パネルを照明するために使用されるいくつかの実施形態では、光源によりレイリー散乱パネルの十分かつ均一に照明することがさらに望まれる。
【0017】
目の感度は、照明の非常に初期の段階の輝度変調である太陽の模倣用の輝度変調およびレイリー散乱パネルの輝度変調を識別する。そのような変調は、発光が減少するまたは発光に寄与すらしないニアフィールド内の（暗い）領域によってもたらされる可能性があり、そのような変調の結果、ファーフィールド内のビームの領域の輝度が低下する。
【0018】
加えて、光源の明るさは、光源を覗き込むことを可能にしない、または光源に焦点を合わせることを可能にしない可能性があるが、後に網膜上に生成される画像は、人工太陽を（一時的に）見るときは気づかなかった強度変動を示す可能性がある。
【0019】
完全を期すためにいうと、輝度も、光源によって作成される影に影響を与える。具体的には、人工太陽が輝度の変調を有するとき、半影もまた、目が認識しうる変調を示す可能性がある。
【0020】
同様の考察は、色スペクトルの空間分布およびその変調に適用される。
【0021】
本発明者らは、ファーフィールド内の画像に集中するプロジェクタ光源とは対照的に、太陽光模倣照明デバイスの光源は、観察者によって見られたとき、太陽の外観を模倣する特定のニアフィールドも必要とすることに気づいた。本明細書では、できる限り光源の輝度とエタンデュ（etendue）の維持とに寄与しうる様々な態様むけて特別に設計された光学素子のシステムについて説明する。
【0022】
以下では、太陽光模倣照明デバイスの例示的な構成が、図１および図２に関連して説明される。光ビーム経路の例示的な概要は、図３に関連して説明される。光ビーム経路に寄与する光学ユニットの様々な例示的な構成は、次いで、図４（ＬＥＤベースの発光手段）、図５および図６（複合パラボラ状集光器（ＣＰＣ：Compound Parabolic Concentrator）ベースのコリメータユニット）、図７および図８（フライアイ集光器（ＦＥＣ：Fly's Eye Condenser）ベースの均質化手段）、ならびに図９（搭載光学システム）に関連して開示される。
【0023】
図１を参照すると、照明システム１は、断面図において概略的に示されている。
【0024】
詳細には、照明システム１は、主光ビーム方向４に沿って伝播する光ビーム３を形成するように発光立体角において光を発光するように構成された光源２を備える。一般的に、光源２は、たとえば、冷白色光源であり得る。光源の例示的な実施形態は、ＬＥＤベースの発光体、または放電ランプベースの発光体、またはＨＭＩランプ（Hydrargyrum Medium-arc Iodide lamp）ベースの発光体、またはハロゲンランプベースの発光体と、それぞれの発光体の下流のそれぞれの光学システムとを備えてもよい。
【0025】
照明システム１の寸法を減少させるために、それぞれの発光体の下流の光学システムは、反射系（折り返し光学素子など、ミラー５は、図１中に破線によって例示的に示されている）を含み得る。光ビーム３が通過する反射系の具体的な例は、上記の特許出願、たとえば、特許文献３に示されている。
【0026】
反射系について、外部の照明システムに由来する光線が、その後、照明システム１を再び離れるように反射系によって反射される可能性がないことを要求する、反射された光線における幾何学的な条件が存在し得る。
【0027】
照明システム１は、さらに、明るくされるべき領域７、たとえば、建物の内部の部屋３０に光源２に由来する光に結合する窓状ユニット６を含む。
【0028】
図１の照明システム１の例示的な実施形態では、窓状ユニット６は、底部ユニット１２とスクリーン構造１４とを備えるランプシェード状構造１０を含む。底部ユニット１２は、部屋から見たとき、それがランプシェード状構造の底部にあることから底部ユニットと呼ばれる。しかしながら、ランプシステムは、ランプシェード状構造なしで、または壁に設けられなくてもよく、したがって、底部ユニット１２は、ランプシェード状構造の下端にある必要はないことに留意されたい。スクリーン構造１４についての詳細な開示については、上述の特許出願、たとえば、特許文献４を参照する。
【0029】
窓状ユニット６のいくつかの実施形態では、底部ユニット１２は、壁／天井に直接、すなわち、スクリーン構造１４なしで一体化され得る。たとえば、底部ユニットは、図１に示す天井面から取り外される代わりに、天井面の一部として形成され得る。
【0030】
窓状ユニット６は、（平面）矩形、正方形、または円形などの任意の形状であり得る。窓状ユニット６は、光源２の光を少なくとも部分的に透過させる。窓状ユニット６は、拡散光生成器２０を備えてもよく、図１では、具体的には、底部ユニット１２が拡散光生成器２０を備える。拡散光生成器２０は、レイリー散乱器として動作し、レイリー散乱は、可視範囲の光を実質的に吸収せず、入射光の長波長成分に対して短波長をより効率的に拡散させる。レイリー散乱器の光学特性および微視的特性は、上述の特許出願、たとえば、特許文献１において詳細に説明される。
【0031】
照明システム１は、さらに、光源２を取り囲み、一体化されたその壁の１つに窓状ユニット６を有する暗箱１６を含んでもよい。一般的に、箱１６は、光源２の周囲に延在し、窓状ユニット６に接し、（少なくとも、潜在的に光が入射することができる）暗い光吸収内面を有する壁を提供する。
【0032】
図１の実施形態では、光源２は、暗箱１６内に設けられ、それによって、光源２に由来しない光が暗箱１６内から底部ユニット１２に入るのを防ぐ。
【0033】
いくつかの実施形態では、窓状ユニットは、光源２の光を拡散させる拡散光生成器２０を提供する。たとえば、以前の実施形態で、光ビーム３が拡散光生成器２０のすべてまたは少なくとも大部分を照明するために十分に広がっていると仮定すると、拡散光生成器２０は、光ビーム３を４つの成分に分離する。４つの成分は、詳細には：拡散光生成器２０を通過し、顕著な偏向を経験しない、たとえば、０．１°未満の偏向を経験する光線によって形成された透過（指向性非拡散）成分であり、その光束は、拡散光生成器２０に入射する全光束のかなりの部分である、透過成分と；
拡散光生成器２０を出て（その光ビーム方向と、０．１°未満の角度だけその光ビーム方向と異なる方向とを除く）光路４６に入る散乱光によって形成された前方拡散成分であり、その光束は、拡散光生成器２０に入射する全光束から生成される青い天窓分に対応する、前方拡散成分と；
拡散光生成器２０を出て箱１６に入る散乱光によって形成された後方拡散成分であり、その光束は、一般的には、青い天窓分の範囲内であり、好ましくは青い天窓分未満の範囲内である、後方拡散成分と；
反射光によって形成され、ミラー角度の方向に沿って箱１６内に伝播する反射成分であり、反射成分の光束は、たとえば、拡散光生成器２０上への光ビームの入射角に依存する、反射成分と、
である。
【0034】
言い換えれば、拡散光生成器２０の光学特性は：青い天窓分が、５〜５０％の範囲内であり、たとえば７％〜４０％の範囲内、または１０％〜３０％の範囲内、または１５％〜２０％の範囲内であり；
前方拡散成分の平均ＣＣＴが、透過成分の平均相関色温度ＣＣＴよりも著しく高く、たとえば、１．２倍、または１．３倍、または１．５倍、またはそれ以上であり；、
拡散光生成器２０が、入射光を著しくは吸収せず、すなわち、４つの成分の合計が、少なくとも、８０％、または９０％、または９５％、または９７％、またはそれ以上に等しく；
拡散光生成器２０が、大部分を前方に散乱し、すなわち、後方に散乱されるよりも１．１倍、または１．３倍、または１．５倍、または２倍、を前方に散乱し；
拡散光生成器２０が、低い反射率を有し、すなわち、入射光の９％、または６％、または３％未満、または２％の部分が反射される、
ようなものである。
【0035】
拡散光生成器２０を備える窓状ユニット６の実施形態では、光源２が観察者の視界に入るとき、拡散光生成器２０は、光源２からの距離が、太陽のような印象を与えるのに十分ではない位置にある可能性がある。しかしながら、いくつかの実施形態では、スクリーン構造１４は、光源２上の任意の視界を遮る可能性がある。したがって、観察者の予測される位置と光源２との間の距離は、より小さくてもよい。
【0036】
他の実施形態では、拡散光生成器は、拡散成分の主成分としての光を提供するように適合された別個の光源によって少なくとも部分的に照明されてもよい。
【0037】
図１の実施形態では、光源２は、窓状ユニット６の中心に対して垂直および水平にずらされている。たとえば、光源２は、たとえば、約４５°または約６０°の角度で拡散光生成器２０の上面全体を照明する。いくつかの実施形態では、光源２は、たとえば、拡散光生成器２０が部屋の天井の平面に対して傾けられているとき、たとえば、拡散光生成器２０の中心の垂直方向上方に配置され得る。
【0038】
図１の照明システム１の例示的な設置では、光源２は、窓状ユニット６を介して建物内の部屋３０に光学的に結合される。部屋３０は、たとえば、平行６面体として形作られ得、側壁、床、および天井６０によって区切られ得る。
【0039】
一般的に、窓状ユニット６は、図２に示し、以下に説明するように、光ビームと相互作用するように光源２のファーフィールド内にある。それによって、光源２は、太陽のような印象を提供することができる。
【0040】
部屋３０の高さに応じて、光源２と窓状ユニット６との間の距離は、０．１５ｍの出口開口を有する光源について１．５ｍ〜７ｍの範囲内にある。そのような状況について、光源と観察者との間の距離は、たとえば、少なくとも２．５ｍ〜９ｍの範囲内にある。
【0041】
図２は、窓状ユニット６を照明するために使用される、ファーフィールド内の発散光ビーム８３を示す。ファーフィールドは、光源２によって発生されるニアフィールドに依存し、主光ビーム方向８４によって特徴付けられる。発散光ビーム８３を横切る局所的伝播方向、すなわち、指向性非拡散光の伝播方向は、発散光ビーム８３の断面内の位置に応じて変更される。具体的には、中心伝播方向８５は、発散光ビーム８３の内側領域内の主光ビーム方向８４と基本的に平行である。しかしながら、伝播方向８７は、内側領域からの距離が増加するにつれて、主光ビーム方向８４に対してますます傾斜する。例示的に、外へ最も遠い光ビームについて５°の最大角度が図２に示されており、これは、発散光ビーム８３の２×５°＝１０°のビーム発散（本明細書では、ファーフィールドにおける全角度広がりとも呼ばれる）に対応する。
【0042】
以下では、そのような発散光ビームを生成するための照明システムの例示的な光学構成が開示される。最初に、例示的な概略的な光ビーム経路について図３に関連して説明し、様々なユニットの一般的な機能性について説明する。次いで、様々な特定の光学ユニットについて、（図３に加えて）さらにそれぞれの特定の図を参照してより詳細に説明する。
【0043】
一般的に、光源２は、発光手段１００と、コリメート手段２００と、均質化手段３００とを含み、これらは、光学ニアフィールド４００を画定する光学ユニットである。ここで、コリメート手段２００および均質化手段３００の組合せは、光学システム２Ａと呼ばれ、光学システム２Ａは、発光手段１００から１つまたは複数の開口部を介して光を受け、出口開口を介して光を発光し、出口開口は、好ましくは完全に照射され、均一な輝度と、発光手段１００の元のエタンデュの多くを維持するエタンデュとを有する発光面を表す。
【0044】
光源２は、発光手段１００で発生する一次光生成プロセスの動作に電子的バックグラウンドを提供するための電子制御ユニット（図示せず）をさらに含んでもよい。同様に、光源２は、光学ユニットのための支持を提供し、それらを互いに対して固定された方法で配置するために、ハウジングなどの構造コンポーネントを含んでもよい。
【0045】
光源２の下流には、伝播システム５００が概略的に示されており、伝播システム５００内には、光ビームの延長部分が、光学ファーフィールド６００内に広がっている。ファーフィールド６００において、光ビームは、次いで、窓状ユニット６上に落ちる。いくつかの実施形態では、伝播システム５００は、図２に示すように、ビームを折りたたむために、および／または、すでにそのファーフィールド特性を有するとき、ビームをコリメートするために、反射素子を備える。
【0046】
一般的に、発光手段１００の機能は、コリメート手段２００への良好な結合に適合した方法で光を提供することである。さらに、光は、照明の態様に適合される。具体的には、光は、たとえば、前方拡散成分の所望の色を提供するために、窓状ユニット６との相互作用に適合される。適合は、特に、発光方向分布、カラースペクトル、および強度分布に関連する。
【0047】
たとえば、光源２は、１００ｎｍよりも大きい、たとえば、１７０ｎｍよりも大きいスペクトル幅を有する、４００ｎｍと７００ｎｍとの間の波長を有する光スペクトルの可視領域の光を提供する。いくつかの実施形態では、発光手段１００は、単一の発光体、または、単独でもしくは組み合わせてそれぞれのスペクトルを提供する複数の発光体を含む。
【0048】
一般的に、コリメート手段２００の機能は、入射光の光方向の角度広がりを集中させることである。それによって、その出力側での発光の領域は、エタンデュ要件を満たすために増加される。加えて、発光手段１００の輝度は、できる限り維持されるべきである。言い換えれば、コリメート手段２００の機能は、発光を収集し、発光を所定の投影立体角に均一に投影することである。
【0049】
上記で開示した照明システムについて、ファーフィールドにおける必要な全角度広がりは、照明されるべき物体、この場合には窓状ユニット６までの距離と、その物体のサイズとに依存する。４５°未満で照明されている１ｍ×２ｍのサイズを有する矩形物体（窓状ユニット６）について、それぞれ１０°および３０°の直交する全角度広がりは、光源２と窓状ユニット６との間の許容可能な距離を提供する。当業者には明らかであるように、５°〜１０°の範囲内または５°〜５０°の範囲内の全角度広がりは、開示された概念から逸脱することなく、本明細書に記載の照明システムに、または、本明細書で開示する光源の他の用途に適用可能である。同様に、直交方向における同じまたは異なるサイズの全角度広がり、ならびに回転対称の全角度広がりは、それぞれの用途において当業者には明らかであろう。
【0050】
コリメート手段２００は、パラボラ状境界面での反射によって光の入射方向の角度広がりを光の出力方向の角度広がりに変換するパラボラ状集光器の概念に基づく。
【0051】
発光手段１００およびコリメート手段２００の相互作用は、光生成のタイプおよびサイズ（たとえば、単一のＬＥＤまたはＬＥＤのアレイ）ならびにファーフィールドの必要な形状に応じた様々な構成を可能にする。たとえば、コリメート手段２００は、いわゆる複合パラボラ状集光器（ＣＰＣ）２１０の単一のものまたはアレイに基づき得る。
【0052】
図３に概略的に示すように、ＣＰＣ２１０は、全体として、入口開口部２１２と出口開口部２１４とを有する。ＣＰＣの例は、中空集光器と、全反射（ＴＩＲ：Total Internal Reflector）集光器（誘電体ＣＰＣとも呼ばれる）とを含む。中空パラボラ状集光器は、パラボラの形状において高反射率の表面を提供するが、ＴＩＲ集光器は、全内部反射をもたらすパラボラの形状における屈折率遷移を提供する。ＴＩＲ集光器は、たとえば、回転パラボラの形状のポリマー系（シリコーン系など）材料であり得る。
【0053】
再び図３を参照すると、ＣＰＣ２１０の基本形状は、異なる焦点２２２、２３２を有する対向するパラボラ状セグメント２２０、２３０を備える。したがって、パラボラ状境界面（すなわち、中空ＣＰＣの反射面または反射率遷移の境界面）は、入口開口部２１２と出口開口部２１４を接続する。パラボラ状セグメント２２０によって画定されるパラボラの焦点２２２は、パラボラ状セグメント２３０によって画定されるパラボラ上に位置し、パラボラ状セグメント２３０によって画定されるパラボラの焦点２３２は、パラボラ状セグメント２２０によって画定されるパラボラ上に位置する。２つのパラボラ状セグメント２２０、２３０は、ＣＰＣ２１０の軸２４０を通る反射に関して対称である。軸２４０は、ＣＰＣ２１０を通る光透過の方向に、コリメート手段に沿って延びる。
【0054】
定義によって、パラボラ状セグメント２２０によって画定されるパラボラの軸２２４は、焦点２２２を通過し、パラボラ状セグメント２３０によって画定されるパラボラの軸２３４は、同様に焦点２３２を通過する。パラボラ２２０の軸２２４およびパラボラ２３０の軸２３４がＣＰＣ２１０の軸となす角度は、ＣＰＣ２１０の（出力）全角度広がりを画定する。
【0055】
全角度広がりは、ＣＰＣが対称であるとき、受光角θＣＰＣの２倍として定義され、その言葉は、逆方向の光を収集するためのＣＰＣの使用に由来する。その場合、受光角よりも小さい軸２４０に対する入射角で出口開口部２１４に入る光は、入力開口部を介して反射され、受光角よりも大きい入射角を有する光は、入口開口部に反射されない。本明細書では、ＣＰＣ２１０が軸２４０に対して受光角θＣＰＣまでの角度を有する光を受け入れないが提供するという事実にも関わらず、角度広がりの半分を、ＣＰＣ２１０の受光角θＣＰＣとも呼ぶ。
【0056】
言い換えれば、コリメーションのためのＣＰＣ２１０を使用するとき、入口開口部２１２に入る光は、出口開口部２１４における一連の開口角度の例示２５０によって示されているように、多くて受光角θＣＰＣである伝播の方向で出口開口部を出ることになる。現実の世界の実施形態では、いくらかの損失が生じ、したがって、より大きい角度の小さい集団も存在し得るが、原理的には、ＣＰＣ２１０は、本質的には、その出口開口部２１４において、２θＣＰＣの全角度広がりを有するコリメートされた光ビームを提供することは、当業者には明らかであろう。太陽光の模倣の用途では、受光角θＣＰＣは、純粋なパラボラ構成でのみ明確に定義されるので、パラボラ形状にできる限り近づけたままにすることは、ビームのレイトレーシング特性を向上させる（全角度広がりの外側の光線の割合を減らす）ことになる。したがって、この点について、レイトレーシング特性は、効率より好ましい可能性がある。
【0057】
たとえば、様々な色の局所的なＬＥＤを使用するとき、強度および色に関してＣＰＣ２１０に入る光の局在化を考慮して、ＣＰＣ２１０を出る光も、強度および色において、出口開口部２１４を横切るいくらかの不均質性を有する可能性がある。さらに、ＣＰＣ２１０のアレイの場合には、反射ＣＰＣ２１０の壁２２６、２３６の厚さは、隣接するＣＰＣ２１０間に暗い領域２６０をもたらすことになる。したがって、出口開口部２１４を見るとき、観察者は、ＣＰＣ２１０ならびにボイド領域２６０に入る光の局在化に起因する構造などの、いくらかの不均質性を見る可能性がある。
【0058】
一般的に、均質化手段３００の機能は、コリメート手段２００から出てくる光をさらに均質化し、コリメート手段２００によって生成されたものと同様であるが、輝度と（場合によると）色の両方においてはるかにより均質的（ファーフィールドにおける矩形の平坦面）な投影を生成することである。
【0059】
均質化手段３００は、ニアフィールド４００を形成する最後の光学素子を表し、したがって、光源２を見るとき、観察者による太陽の模倣の印象を決定する光学素子である。その意味では、均質化手段３００の出力側の発光部分は、光源２の出口開口部３２０と呼ばれる。（ほぼ）円形出口開口の直径は、太陽光模倣照明に必要な発散および距離に依存する。直径は、５°〜５０°の範囲内のビーム発散および観察者と光源２との間のそれぞれの距離について、８０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲内（たとえば１００ｍｍ、または１５０ｍｍ、または４００ｍｍよりも大きいなど）であり得る。
【0060】
均質化手段３００の目的は、ニアフィールド内のビームを横切るほぼ一定の輝度を提供することであり、したがって、ビームのファーフィールド内の様々な観察角度に対して一定の強度を提供することである。本明細書に記載のように、タンデムダブルレンズアレイなどの１対のレンズ構成は、均質化手段３００において光学素子として使用され得る。
【0061】
タンデムダブルレンズアレイの例は、フライアイ集光器（ＦＥＣ）３１０または、空気によって分離された２つのレンズのアレイを含む。一般的に、レンズは、球面収差を低減するために楕円体であり得る。しかしながら、角度分布を維持するために、通常は、２つの対向するレンズは、同一の焦点距離ｆを有し、等しい距離ｅ＝ｆｎに配置され、ｎは、レンズの間の（平均化された）屈折率である。ＦＥＣ３１０は、たとえば、マイクロレンズアレイとして対向面に形成されたマイクロレンズを有するプラスチックのバルク要素であり得る（「マイクロ」レンズは、数ミリメートル以下の範囲内の直径を有するレンズを指し、そのサイズは、たとえば、０．１〜０．２ｍｍの範囲内の出口開口に有用であり、より大きい出口開口はまた、原理的にはより大きいレンズを使用し得る）。
【0062】
均質化手段３００は、受光角θＣＰＣに適合され、コリメート手段２００から発光された光を小さい領域内でリミックスする。均質化手段３００それ自体は、コリメート手段２００の受光角、たとえば、ＣＰＣ２１０のθＣＰＣを考慮して選択された受光角によって特徴付けられ得る。さらに、あらゆるパターンの繰り返しを避けるために、コリメート手段２００のＣＰＣアレイ構成などの特定の構成を考慮して、レンズ対の横方向の広がりおよび位置決めが選択され得る。
【0063】
たとえば、数メートルにわたる、伝播システム５００内の光ビームの伝播中、ファーフィールド６００は、ニアフィールド４００から発達する。いくつかの実施形態では、伝播システム５００のサイズを低減するために、折り返しミラーが存在し、および／または、光ビームのサイズを窓状ユニット６に適合させるために、いくつかのグローバルリフォーカシング光学素子が伝播システム５００内に設けられる。
【0064】
以下では、光学ユニットの例示的な実施形態が特定の構成について開示され、ここで、太陽の模倣は、円形のニアフィールド（円形の出口開口３２０）を必要とするが、そのファーフィールドは、窓状ユニットの矩形の幾何学的形状に適合される。
【0065】
図３では、発光手段１００は、単一のＣＰＣ２１０の入口開口部２１２に面する発光領域１１２を有するＬＥＤ１１０の断面として例示的に示されている。発光領域１１２は、大きい角度分布範囲において、たとえば、平面ＬＥＤについてはランバーシアン発光パターンにおいて発光する。
【0066】
図３に示す反射中空ＣＰＣは、直接取り付けられたとき、ＬＥＤ１１０を損傷する可能性があるので、図３に示すように、ＣＰＣ２１０は、ＬＥＤ１１０の表面からいくらかの距離ｄＬＥＤ（軸２４０の方向に計測する）において取り付けられる。距離ｄＬＥＤに基づいて、ＬＥＤ１１０とＣＰＣ２１０との間のギャップ内に発光され、したがって、ＣＰＣ２１０によってコリメートされない光について、その光のいくらかの損失が生じる。原理的には、シリコーンなどの「柔らかい」材料を想定して、発光領域１１２に接触していることが可能な誘電体ＣＰＣを使用するとき、これらの損失は、原理的には減少する可能性がある。
【0067】
図３にさらに示すように、パラボラ２２０およびパラボラ２３０の各々は、発光領域１１２のそれぞれの側端部を通って延び、それによって、ＣＰＣ２１０の集光領域内に光源を配置することによって効率的なコリメーションを可能にする。言い換えれば、発光領域１１２の位置は、焦点２２２、２３２、またはその上流にあり、それによって、コリメートされるパラボラ状部分内に発光領域を配置する。
【0068】
図３では、例示を単純化するために、単一の発光領域１１２を有する単一のＬＥＤ１１０のみが示されているが、原理的には、複数のＬＥＤおよび／または複数の発光領域を有するＬＥＤが、単一のＣＰＣ２１０内に発光するために使用され得る。たとえば、複数のＬＥＤは、１または２次元アレイに配置され得、アレイは、その後、必要な幾何学的形状の単一のＣＰＣの対象となる。しかしながら、発光領域間の任意の空間は、エタンデュに寄与せず、したがって、エタンデュを制限せず、加えて、ＣＰＣの出力の均質性に影響を及ぼさない（後者は、均質化手段３００によって少なくとも部分的に解消され得る）。
【0069】
正方形の発光領域１１２について、４つの同一のパラボラ形状を有する２次ＣＰＣが使用されてもよく、それは、同一のパラボラ形状を仮定して、直交方向に同一の発散角を有する２次ニアフィールドおよび２次ファーフィールドをもたらすことになる。同様に、円形の発光領域１１２は、円形ＣＰＣを用いて収集され得、それは、ＦＥＣなしで軸対称の角発散を有する円形ニアフィールドおよび円形ファーフィールドをもたらす。矩形のファーフィールドビームについて、以下で説明するように、矩形の発光領域１１２が、矩形ＣＰＣと組み合わせて使用され得る。
【0070】
円形ニアフィールドについて、一般的には、マスク構成が適用され得る。しかしながら、すべてのマスクは、光を遮り、したがって、効率を低下させる。対照的に、複数のＣＰＣの配置は、以下で説明するように、円形形状を近似することができる。具体的には、これを、矩形ファーフィールドを提供するために矩形ＣＰＣを用いて行うことができ、または、円形ファーフィールドを提供するために円形ＣＰＣを用いて行うことができる。
【0071】
図４には、矩形ＣＰＣ内に効率的に発光することを可能にし、加えて、光学システム２Ａの出口開口の円形形状を支持するＬＥＤの例示的な配置が示されている。さらに、単一のＣＰＣからのスペクトルは、様々なタイプのＬＥＤを混合することによって調整され得る。ＣＰＣごとの複数のＬＥＤの配置は、ＣＰＣレベルで調整可能な光源の柔軟性を提供する。
【0072】
一例として、図４は、６つのＬＥＤのＬＥＤフレーム４１０内の冷白色、温白色、緑色（シアン）、および青色のＬＥＤ（それぞれ、Ｃ、Ｗ、Ｇ、およびＢと呼ばれる）の配置を示す。すべてのＣＰＣにわたってそれらの色が均一に分配されるようにＬＥＤを配置する（コリメート手段２００レベルで見たとき、外観上色の変調がない）以外に、様々な色のタイプのＬＥＤはまた、ＬＥＤフレームの各位置がファーフィールド内の各位置にすべての色を均一に入れるように、ＬＥＤフレーム４１０内のそれらの位置に分配され得る。
【0073】
図４では、１ｍｍ×１ｍｍの発光領域サイズの６つのＬＥＤと、２つの隣接するＬＥＤ間の０．５ｍｍの空間（図示せず）とを有する１つのＬＥＤフレーム４１０は、１つのＣＰＣのための発光体に対応する。その構成では、ＬＥＤフレーム４１０の短端部を画定する矩形ＣＰＣのパラボラは、ＬＥＤフレーム４１０内の最初と最後のＬＥＤの発光領域のそれぞれの側端部を通って延びることができる。
【0074】
さらに、図４の配置は、円形ニアフィールドを支持する。具体的には、発光手段１００は、矩形形状の中央部分４２０（各々が４つのＬＥＤフレーム４１０を有する６ラインのマトリクスとして例示的に示す）と、２つの等脚台形状部分４３０とを備える。等脚台形状部分４３０は、中央部分４２０の長辺４２２、４２４の隣にそれぞれ配置される。各等脚台形状部分４３０において、等脚台形状部分４３０が円の部分の形状を近似するように、中央部分４２０がその短辺４２６、４２８の方向に延びる限り、外側のラインの長さがほぼ延びるまで、各ライン内のＬＥＤフレームの数は、１ずつ段階的に減少される。
【0075】
図４の実施形態は、最密充填で配置された正方形ＬＥＤに基づいて、矩形（非対称）のファーフィールド投影に向けられた矩形の連続的な発光体を近似する発光手段１００のサンプルを表す。
【0076】
加えて、発光手段１００は、コリメート手段２００を、たとえば、ＬＥＤ配置上に正確に取り付け、特にＬＥＤフレーム４１０の平面の方向における適切な整列を容易にするために、取付け構造（ネジ穴４４０など）を含んでもよい。
【0077】
さらに、発光手段１００は、ＬＥＤフレーム４１０に電力を供給する制御部４５０を含んでもよい。
【0078】
たとえばＬＥＤ１１０に直接取り付けられたドームレンズまたは任意の他の光学素子によって角度発光を制限しないことは、コリメート手段２００に大きい角度入力を供給することと、光伝播方向の全角度範囲または少なくとも大きい角度範囲をコリメート手段２００に入れることとを可能にする。言い換えれば、ＣＰＣの入口における平面ＬＥＤ配置は、ＣＰＣの入口においてほぼ完全に光る表面を設けるように構成され、それは、個々のＬＥＤの光をすでにコリメートしているドームでは不可能である。
【0079】
ＬＥＤ以外の発光デバイスは、たとえば、ＣＰＣ入口開口部に特に適合された開口部を有するカバーを有する光源を設けることによって使用され得る。
【0081】
具体的には、コリメート手段１２００は、矩形ＣＰＣ１２１０の２次元アレイである。特に、矩形ＣＰＣ１２１４は、互いに隣接して配置され、緊密に詰められている。すべての矩形ＣＰＣ１２１４は、等しく、それらの入口開口部１２１２が同じ入力平面内にあり、それらの出口開口部１２１４が同じ出力平面内にあるように配置される。すべての出口開口部１２１４の配置は、円形表面を近似するＣＰＣ出口開口を構成する。同様に、すべての入口開口部は、発光手段１００のＬＥＤフレーム４１０によって提供されるような円形領域から発光される光を受けるように配置される。
【0082】
ＣＰＣ出口開口の円形形状を近似するために、コリメート手段１２００は、矩形形状の中央部分を形成する矩形ＣＰＣ１２１４（図５では、例示的に、各４つのＣＰＣの６つのラインのマトリクスが示されている）と、２つの等脚台形状部分とを備える。等脚台形状部分は、中央部分の長辺の隣にそれぞれ配置される。各等脚台形状部分において、円の部分の形状が近似されるように、中央部分がその短辺の方向に延びる限り、外側のラインの長さがほぼ延びるまで、各ライン内のＣＰＣの数は、１ずつ段階的に減少される。図５の例では、各等脚台形状部分の内側のライン１２７０は、３つの矩形ＣＰＣ１２１４を備え、外側のライン１２７２は、２つの矩形ＣＰＣ１２１４を備える。
【0083】
同様に、構成された表面が楕円形状を近似する実施形態も可能である。
【0084】
単一の矩形ＣＰＣ１２１４は、たとえば、１ｍｍ×１ｍｍのＬＥＤ発光領域よりもわずかに大きい１．２ｍｍの幅（それによって、単一の２次ＬＥＤに正確に適合する）と、単一の矩形ＬＥＤフレーム４１０よりもわずかに大きい約９．０ｍｍの長さとを有する矩形入口開口部１２１２を有する。さらに、単独の矩形ＣＰＣ１２１４は、約１２ｍｍの幅と約３２ｍｍの長さとを有する出口開口部１２１４を有する。図５中の中空ＣＰＣについて、壁厚は、０．４ｍｍなどの０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。したがって、隣接するＣＰＣの変位ピッチ１２１６、１２１８は、ＣＰＣの物理的延長に対応する、出口開口部の長さ／幅に壁厚の２倍を加えたものである。
【0085】
矩形ＣＰＣ１２１４は、漏斗状の形状を有し、各々が図３に従って一次元的に湾曲している４つのパラボラ状反射面によって形成される。内面は、たとえば、金属アルミニウムシートなどの鏡面であり、高反射性である。対向する内面は、出口開口部１２１４において、たとえば、（その長さにわたって）３０°の全角度広がりと、（その幅にわたって）１０°の全角度広がりとを提供するように、同一のパラボラ形状で形成される。
【0086】
図５は、組合せでＣＰＣ１２１０の適切な整列を容易にする、第１の取付けプレート１２８０と、第２の取付けプレート１２８２と、距離保持バー１２８４とを有する取付け構成をさらに示す。具体的には、第１の取付けプレート１２８０は、形状において出口側のＣＰＣ配置の円周線に対応する位置決め開口部１２８６を備える。第２の取付けプレート１２８２は、各ＣＰＣについて、形状においてその入口開口部までのいくらかの距離において単一のＣＰＣ１２１０の円周線に対応する個々の位置決め開口部１２８８を備える。
【0087】
互いに対する第１の取付けプレート１２６０および第２の取付けプレート１２６２の正確な整列は、距離保持バー１２８４を介して達成される。具体的には、複数の同一のＣＰＣ１２１０は、まず、第１の取付けプレート１２８０の位置決め開口部１２８６内に配置される（そして、たとえば、そこに接着される）。次いで、個々の位置決め開口部１２８８を有する第２の取付けプレート１２８２は、ＣＰＣ１２１０の上に置かれる（そして、たとえば、そこに接着される）。最後に、取付けプレートは、距離保持バー１２８４を介して、一定の角度および距離において互いに取り付けられる。
【0088】
いくつかの実施形態では、ＣＰＣは、第１の取付けプレート１２６０に対して整列され、次いで、たとえば接着剤によって、互いにおよび第１の取付けプレート１２６０に取り付けられる。したがって、第２の取付けプレート１２６２は、必要とされなくてもよい。
【0089】
コリメート手段１２００は、ビームがコリメート手段１２００を出るときに、光ビーム特性、具体的には、その断面の形状およびその発散を、ビームの形状から切り離すことを可能にする。
【0090】
この場合には、ＣＰＣ１２１０は、ＣＰＣのサイズだけ互いに対して変位した矩形断面を有する同一の「単位光ビーム」を生成する。この変位は、すべてのビームが矩形のファーフィールド照明を形成するために本質的に互いに重なるように、ファーフィールド内のビームと比較して小さい。実際には、単位光ビームは、単一の単位光ビームと同じ矩形断面および同じ発散角を有する１つの複合光ビームに溶け込む。したがって、図４および図５に示す実施形態は、複合ビームが生成されるのを可能にし、複合ビームは、複合ビーム自体の軸に対して垂直な平面内で光源２から所望の距離に、所望の面積および形状の矩形である部分を有する。
【0091】
さらに、図４および図５の実施形態は、任意の形状、たとえば、円形または楕円形であり得る発光表面を有する光源を作成することを可能にする。出口開口部のサイズは、階段状に変更された円周を決定する。これらの依然として存在する円周線の階段を除去するためになんらかのマスクが使用され得るが、ビームの高輝度を考慮して、観察者は、コリメート手段１２００を見たとき、マスクが必ずしも必要とされなくてもよく、ビームを遮ることによる損失が導入される必要がなくてもよいように、通常はこれらの階段に気づかないであろう。
【0092】
他の形状およびタイプの反射型集光器が使用されてもよい。一般的に、ＣＰＣは、上記で論じたように、中空ＣＰＣならびにＴＩＲＣＰＣであってもよい。
【0093】
いくつかの実施形態では、正方形発光領域は、正方形入力開口および正方形出力開口を特徴とする正方形タイプの対応するＣＰＣと組み合わされる。そのようにして、各発光デバイスは、２つの直交方向において同じ発散角を有する正方形ビームを生成する。
【0094】
いくつかの実施形態では、円形発光領域は、円形入力開口および円形出力開口を特徴とする円形タイプの対応するＣＰＣと組み合わされる。この場合、ＣＰＣは、円対称のビームを生成する。
【0095】
図６は、隣接する円形ＣＰＣ１２９０間に距離１２９２を有する円形ＣＰＣ１２９０の配置を示す。円形の幾何学的形状により、（３つの）ＣＰＣ１２９０間の暗い領域１２６０の延長は、壁厚の２倍よりも大きく、これは、以下で明らかになるように、均質化手段３００の位置決めに影響を及ぼすことになる。さらに、緊密に詰められた矩形ＣＰＣと比較して、出力開口が非発光の暗い領域の（より大きい）部分を有するので、全体的なエタンデュは、低減することになる。
【0096】
さらに、反射系が円形パラボラの形状を有するミラーを備える場合、円形ビーム源の使用が有利である。この場合、光源２は、円形ＬＥＤアセンブリに結合された単一の円形ＣＰＣから製作され得、この解決策は、円形のニアフィールドを得ることを可能にする。
【0097】
上記で論じたように、開示された実施形態は、とりわけ、光源２の出口開口の円形の外観、すなわち円形のニアフィールドにもかかわらず、ファーフィールドにおける矩形の投影を可能にする。さらに、ＣＰＣは、コリメーション後のＬＥＤ光の輝度の（ほぼ）最大の維持を可能にする。
【0098】
加えて、ファーフィールド内の投影された平坦な上部スポットの（輝度およびいくつかの場合には色の）高い均質性が望まれる。ＣＰＣ配置は、しかしながら、観察者が輝度／色の対応する不均質性を見る可能性があるように、別個のＬＥＤ光源を透過させる。たとえば、側面からＣＰＣ構造を見るとき、ＣＰＣの片面を常に見ることになる。ＬＥＤフレームのため、間により照明されない領域を有するＬＥＤフレームによる側面の直接照射のため、輝度（外観）のストライプ状の構造／変調を見ることになる。これは、ＣＰＣの出力開口上にグリッド状構造をもたらす。さらに、特に中空ＣＰＣについて、図３に示すように、暗い領域２６０をもたらす最小の壁厚が必要とされる。暗い領域は、さらに、グリッド状構造を強調する。
【0099】
したがって、均質化手段３００なしの出口開口における均質性は、依然として改善され得る。高輝度プロジェクタについて、ファーフィールドの投影光のみが観察されるので、光源の視覚的外観は、あまり／まったく重要ではない。したがって、太陽の模倣として均一で完全に光るディスクの知覚は、太陽光模倣照明システムの特定の態様である。均質化手段３００は、出力開口を横切る欠乏および輝度の変調を除去するか、または少なくとも低減するように構成される。
【0101】
ＦＥＣ３１０は、互いに対して焦点距離において配置された（中間の内側）１対のレンズアレイ１３１２、１３１４からなる光学システムである。ここで、１対の第１のアレイ１３１２の第１のレンズ１３２２および第２のアレイ１３１４の第２のレンズ１３２４は、レンズレット１３２０と呼ばれる。
【0102】
図７は、一連の５つのレンズレット１３２０を示す。各レンズレットの第１のレンズは、各平面波成分を第２のレンズの表面に集束させる。具体的には、光は、平面波伝播方向に固有の横方向（ｘｙ）位置において集束される。これを、３つの例示的な平面波伝播方向について図３ならびに図７に示す。図３では、０°に沿った伝播方向ならびに±θに沿った伝播方向が示されているが、図７は、０°ならびに、±θよりも「小さい」２つの入射角を示す。
【0103】
図７に示すように、０°に沿って伝播するビーム部分に対応する平面波１３４０は、第２のレンズ（焦点１３４２）上に中心的に集束されることになる。左から来る平面波１３６０は、右側（焦点１３６２）において集束することになり、右から来る平面波１３５０は、左側（焦点１３５２）において集束することになる。ニアフィールドにおいて、たとえば、ＦＥＣが光源のニアフィールド内に（しかし近すぎずに）配置されたとき、すべてのレンズレット１３２０は、ＣＰＣの全角度広がりの範囲内（｜伝播角度｜＜θＣＰＣ）のすべての伝播方向によって照射される。
【0104】
第２のレンズは、第１のレンズが（ほぼ）均一に照明されたとき、ファーフィールド内に第１のレンズの像（たとえば、矩形レンズ開口の矩形）を生成する。言い換えれば、すべてのレンズレットは、第１のレンズ内のある点がファーフィールド内の特定の位置に結像される（マッピングされる）ように、その上に入る光を再混合する。言い換えれば、ファーフィールド内のすべての点は、第１のレンズ上のすべての照明された点からの寄与を受ける。これは、図７中の各焦点から出てくる光線の束１３４４、１３５４、１３６４によって示される。
【0105】
ＦＥＣ３１０のレンズレット１３２０は、レンズの焦点距離とレンズの開口とによって決定される受光角に関連付けられる。２つのレンズの焦点距離が同一であり、レンズが等しい距離ｅ＝ｆｎにおいて配置されている場合、ＦＥＣ３１０の出力発散（受光角とも呼ばれる）は、焦点距離ｆで割った単一のレンズの開口ａに比例する。
【0106】
言い換えれば、ＦＥＣの受光角βは、（半）出力角に対応し、β〜ａ／（２ｆ）によってマイクロレンズアレイの幾何学的形状にリンクされ、図３に示すように、ａは、レンズの（全）開口（長さ寸法）であり、ｆは、焦点距離（空気中、層の厚さは、ｎｆであり、ｎは、レンズレットの平均屈折率）である。この式は、小さい角度について有効であるが、半受光角＞５°〜１０°については、高次補正が必要とされる。
【0107】
ＦＥＣ３１０の外観に関連して、出力開口を見たとき、ＣＰＣ２１０の受光角θＣＰＣとＦＥＣ３１０の受光角βＦＥＣとの間の一致がある。
【0108】
第１のアレイに入射するビームの（入力）開口角θＣＰＣがレンズレットの受光角βＦＥＣよりもはるかに小さい場合、第２のアレイの中央部分のみが、光を受け、光を広げることになる。したがって、ＦＥＣを見るとき、これらのスポットに対応する明るい小さい領域のグリッドが可視になる（光は、これらのスポットのみによって第２のアレイから発光される）。
【0109】
しかしながら、（入力）受光角θＣＰＣが受光角βＦＥＣと一致する（または少なくとも近い）とき、第２のアレイレンズ全体は、第１のアレイから光を受ける。次いで、ＦＥＣを見るとき、完全に光を当てられた物体が知覚される。いくつかの実施形態では、ＣＰＣおよびＦＥＣの角度は、正確に一致し、それによって、ＦＥＣにＦＥＣ自体の受光角を与える。
【0110】
一般的に、物体の外観は、（入力）受光角θＣＰＣが受光角βＦＥＣと一致する限り、第１のアレイのレベルにおける照度プロファイルのみに依存する。
【0111】
具体的には、ＬＥＤアレイの離散化およびトリミングされたＣＰＣの幾何学的構造（すなわち、ＣＰＣは、ＬＥＤ光源に直接接触していない）に起因する任意の構造は、ＦＥＣ３１０を介する再混合によって除去され得る（または少なくとも低減する）。
【0112】
完全を期すために追記すると、受光角βＦＥＣよりも大きい角度で第１のレンズ上に入射する光線は、（レンズレットの対応するレンズではない）第２の層の隣接するレンズに向けられ、それによって、ファーフィールドにおいて異なる次数（すなわち、レンズの像のクローン）を生成する。この効果は、ＦＥＣレンズレット間のクロストークと呼ばれ、暗箱内に背景照明をもたらす可能性がある。
【0113】
図８は、ＦＥＣ１３１０とＣＰＣ１２１０との組合せを示す。ＣＰＣ１２１０は、それぞれ、ｘ方向およびｙ方向における１０°および３０°のビーム発散を提供する。ｘ方向およびｙ方向において完全に発光する照明を提供するために、ＦＥＣ１３１０は、出て行くＣＰＣビームのそれぞれの到来する全角度広がりにサイズが適合された矩形レンズレット１３６０を備える。具体的には、１０°および３０°の出力発散は、たとえば、約ｅ＝５ｍｍの厚さにおけるａｘ＝０．７ｍｍおよびａｙ＝２ｍｍのレンズレットの矩形形状を規定する。
【0114】
上記で説明したように、光源２の連続的に照射される出力開口を提供する目標は、ＣＰＣ２１０に一致したＦＥＣ３１０の発散によってサポートされる。しかしながら、照明されないレンズレット１３６０は、いかなる光も発光しないので、ＦＥＣ２１０の連続照明が必要とされる。
【0115】
その目的のため、均質化手段３００、および、特にＦＥＣ３１０は、コリメート手段２００の出口開口部２１４の背後にいくらかの距離ＤＣＰＣ−ＦＥＣにおいて配置される。それによって、個々のＣＰＣビームの発散のため、ＣＰＣ２１０の壁によって作成される暗い領域２６０は、深さが減少した（コントラストが減少した）影状領域をもたらし、本質的には、もはや、ビームを横切って、したがって、ＦＥＣ３１０のレンズレット上に影状領域として存在しない。本発明者らは、出口開口部２１４とＦＥＣ３１０との間の最小距離が、ＦＥＣ３１０の高度に均質に照明された出力開口を達成するために必要とされることに気づいた。ビーム発散がより小さくなると、より大きい距離ＤＣＰＣ−ＦＥＣが必要とされる。ＦＥＣの受光角にも同じことが当てはまり、この場合、ＦＥＣの受光角は、ＣＰＣ（半角）からのビーム発散に本質的に対応する。したがって、追加の距離が、ビームが広がるにつれて輝度を低下させるにも関わらず、輝度の均質性は、向上する。
【0116】
言い換えれば、マイクロレンズアレイの各入口マイクロレンズは、ビームのニアフィールドの一部を受け（すなわち、入口レンズの照明）、出口マイクロレンズでそれを結像することによって、それをファーフィールド内に投影する。ＣＰＣの角度広がりとマイクロレンズアレイの角度広がりとの間の一致は、マイクロレンズアレイの視覚的外観における欠乏を低減する。ＣＰＣの開口角がマイクロレンズアレイの開口角よりも小さい場合、出口開口は、完全には照明されないように見え、輝度の欠乏が、マイクロレンズ上に現れる。変調は、その後、グリッド、太陽の外観を損なう構造、および、照明された物体の半影内の複数の影をもたらすことになる。本明細書に開示された光学システムを使用して、入口の箔のホットスポットおよびＣＰＣ（入口開口部）の入口における色変調は、平均化され得る。
【0117】
完全に照明された出力開口を提供するために、ＣＰＣ受光角とＦＥＣ受光角とのマッチングは、第２のレンズアレイの表面の少なくとも７０％、少なくとも９０％、少なくとも８５％、少なくとも９５％、または１００％が照明されるように選択される。同様に、隣接するマイクロレンズの１０％までまたは５％までが、出力開口の許容可能な均質さの外観を依然として有して照明され得る。
【0118】
暗い領域を少しも持たないＣＰＣ配置について、最小距離に関する上記の要件は、与えられなくてもよい。しかしながら、上記で説明したように、マイクロレンズアレイとＣＰＣ出口開口部との間に最小距離を導入することは、さらに、暗い領域によって導入される構造を低減もしくは解消することになり、または、たとえば、ＬＥＤ離散化による（色と輝度の両方の）伝播残留ニアフィールド構造によって塗りつぶすことになる。
【0119】
開口角のマッチングに関して、０．９０βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１０βＦＥＣを選択することが提案される。これは、たとえば、１０°および３０°の発散に適用される。いくつかの実施形態では、以下の比、θＣＰＣ（３０°）／βＦＥＣ（３０°）＝１．０５およびθＣＰＣ（１０°）／βＦＥＣ（１０°）＝０．９０が許容可能であった。いくつかの実施形態では、０．８５βＦＥＣ≦θＣＰＣ≦１．１５βＦＥＣなどのより大きいミスマッチが、原理的には作動することができる。
【0120】
ＣＰＣおよびＦＥＣのための代替的な発散は、たとえば、より小さい角度について７°〜２０°の範囲内であり、より大きい角度について１５°〜５０°の範囲内である。
【0121】
（中空ＣＰＣの代わりに）誘電体ＣＰＣについて、少なくとも原理的には、多くの単一の誘電体ＣＰＣを生成し、それらを分離壁なしでアレイ内に組み立てることができる。したがって、最小距離は、必要でなくてもよく、または、遷移領域内に製造プロセスによって引き起こされる非理想特性から生じる可能性がある。
【0122】
上述のように、いくらかの距離がＣＰＣとＦＥＣとの間に導入されるが、レンズは、ビームに影響を及ぼす追加の表面を挿入しないように、ＣＰＣのすぐ下流では使用されない。したがって、最終的な平均輝度をわずかに減少させるが、ＦＥＣのためのより良好な入力を得る。
【0123】
最小距離に関して、θＣＰＣと暗い領域の延長とに基づいて、隣接するＣＰＣからのビームレットの重なりを保証するために、最小距離Ｄｍｉｎがｐ／（２ｔａｎ（θＣＰＣ））であることが推定されており、ｐは、暗い領域からの影響を支配する、通常は最小の発散の方向における暗い領域の延長である。より大きい距離について、ＦＥＣは、原理的には、強く暗いグリッドなしで、または、大幅にかつ徐々に減少される強く暗いグリッドありで、照明を受ける。
【0124】
（０．４ｍｍの反射性アルミニウム２重箔の壁厚に対応する）約０．８ｍｍの（ＣＰＣの出口側における）暗い領域と、１０°の最小発散とを有する中空矩形ＣＰＣについて、黒線（壁のグリッド状の「影」）の出現は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内の距離において消滅すると評価された。理論上の最小推定値である１０ｍｍは、２つの隣接するビーム間の重なりが始まる場所を示す。知覚される暗いグリッドの良好な削除のために、たとえば、その最小距離の少なくとも２倍、たとえば、少なくとも２５ｍｍまたは少なくとも３０ｍｍの最小距離が適用されるべきである。しかしながら、選択された距離がより長くなると、輝度の低下がより大きくなることになる。
【0125】
円形ＣＰＣを有する実施形態について、６角形に整形されたレンズレットを有するＦＥＣ構成は、６角形のファーフィールド、本質的には、近似された円形ファーフィールドを提供することができる。
【0126】
図９は、取り付けられた状態の図５のコリメート手段１２００と、それに取り付けられたＦＥＣ１４１０とを備える光学システム２Ａを示す。ＦＥＣ１４１０は、フレームブラケット１４２０およびセパレータ１４３０を介してコリメート手段１２００のＣＰＣの出口開口部から（最小距離Ｄｍｉｎよりも大きい）予め選択された距離において取り付けられる。ＦＥＣ１４１０は、円形領域内にマイクロレンズ構造を強制するモールドから作られ得る。
【0127】
出口開口内の反復構造をさらに回避するために、レンズレットの寸法および出口開口部の寸法は、隣接するＣＰＣ間に位置ずれが存在するように選択され、たとえば、レンズレットの長さは、（壁厚を含む）ＣＰＣの長さと同一ではない。
【0128】
図１を参照すると、窓状ユニット６は、たとえば、出口開口と窓状ユニット６との間にせいぜい折り返しミラー系を有して、光源２によって照明される。照明システムに関して上記で論じたように、拡散光生成器２０は、たとえば、平行６面体パネルなどのパネルとして成形される。具体的には、パネルは、２つの平行面によって区切られてもよく、表面に垂直な方向に沿って測定して、表面の面積の５％よりも大きくない、たとえば、１％よりも大きくない２乗値を有する厚さを有する薄さであってもよい。
【0129】
窓状ユニット６は、可視範囲内の光を実質的に吸収せず、赤色波長範囲内の光（約６５０ｎｍ）よりも、少なくとも１．２倍、たとえば、少なくとも１．４倍、少なくとも１．６倍など、効率的に青色波長範囲（約４５０ｎｍ）内の光を拡散するレイリーパネルであってもよく、拡散効率は、衝突光の発光パワーと拡散光の発光パワーとの間の比によって与えられる。
【0130】
いくつかの実施形態では、拡散光生成器２０は、第１の材料（たとえば、優れた光透過性を有する樹脂またはプラスチック）の固体マトリックスを備え、固体マトリックス内には、第２の材料（ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの無機酸化物）のナノ粒子が分散されている。第２の材料は、第１の材料の屈折率とは異なる屈折率を有する。好ましくは、第１および第２の材料は、基本的に、可視波長範囲の電磁発光を吸収しない。
【0131】
さらに、拡散光生成器２０は、拡散光生成器２０の任意の点が与えられると、その点における拡散光生成器２０の物理特性がその点の位置に依存しないという意味で、均一であり得る。さらに、拡散光生成器２０は、モノリシックであり得る。
【0132】
いくつかの実施形態では、球形または他の形状のナノ粒子は、単分散であってもよく、および／または、［１０ｎｍ〜２５０ｎｍ］、もしくは［４０ｎｍ〜１８０ｎｍ］、もしくは［６０ｎｍ〜１５０ｎｍ］などの、［５ｎｍ〜３５０ｎｍ］の範囲内の有効直径Ｄを有してもよく、有効直径Ｄは、ナノ粒子の直径に第１の材料の屈折率を乗じたものによって与えられる。
【0133】
さらに、ナノ粒子は、それらの面密度、すなわち、１平方メートルあたりのナノ粒子の数Ｎ、すなわち、１ｍ２の面積を有する拡散光生成器２０の表面の一部によって画定された体積要素内のナノ粒子の数が条件Ｎ≧Ｎｍｉｎを満たすように拡散光生成器２０内に分散され、ここで、
【0134】
【数1】
【0135】
であり、ここで、ｖは、１メートルの６乗に等しい次元定数であり、Ｎｍｉｎは、数／メートルの２乗によって表され、有効直径Ｄは、メートルで表され、ここで、ｍは、第１の材料の屈折率に対する第２の材料の屈折率の比に等しい。
【0136】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、少なくとも面密度に関する限り、均一に分布し、すなわち、面密度は、拡散光生成器２０上で実質的に均一であるが、ナノ粒子分布は、拡散光生成器２０にわたって変化する可能性がある。面密度は、たとえば、平均面密度の５％未満変化する。面密度は、ここでは、０．２５ｍｍ２よりも大きい面積にわたって定義された量として意図される。
【0137】
いくつかの実施形態では、面密度は、光源２によって照らされるように、拡散光生成器２０全体にわたる照度差を補償するように変化する。たとえば、点（ｘ，ｙ）における面密度Ｎ（ｘ，ｙ）は、式Ｎ（ｘ，ｙ）＝Ｎａｖ×ｌａｖ／ｌ（ｘ，ｙ）±５％によって、点（ｘ，ｙ）において光源２によって生成された照度ｌ（ｘ，ｙ）に関係し得、ここで、Ｎａｖおよびｌａｖは、平均照度および平均面密度であり、これらの後者の量は、拡散光生成器２０の表面にわたって平均化される。この場合、拡散光生成器２０の照度は、拡散光生成器２０上の光源２の照度プロファイルの非均一性にもかかわらず、等化され得る。これに関連して、標準ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｅ２８４−０９ａに一例として報告されているように、輝度は、所与の方向から見た表面の投影面積の単位あたり、および、立体角の単位あたりの、所与の方向において表面から発する（または、表面に落ちる）ビームの光束である。
【0138】
小さいＤおよび小さい体積分率（すなわち、厚いパネル）の制限において、面密度Ｎ≒Ｎｍｉｎは、約５％の散乱効率をもたらすと予想される。単位面積あたりのナノ粒子の数が多くなるにつれて、色の品質を損なう可能性がある複数の散乱または干渉（高い体積分率の場合）が生じるまで、散乱効率は、Ｎに比例して増加すると予想される。ナノ粒子の数の選択は、したがって、特許文献１に詳細に記載されているように、散乱効率と所望の色との間の妥協点の探索によってバイアスされる。さらに、ナノ粒子のサイズが大きくなるにつれて、後方光束に対する前方光束の比が増加し、そのような比は、レイリー限界における１に等しい。さらに、比がより大きくなるにつれて、前方散乱円錐は、より小さくなる。したがって、比の選択は、大きい角度で散乱された光を有することと、後方散乱光のフラックスを最小にすることとの間の妥協点の探索によってバイアスされる。しかしながら、それ自体公知の方法では、反射を最小にする目的で、拡散光生成器２０上に反射防止層（図示せず）が配置されてもよく、そうすることによって、照明システム１の発光効率は、高められ、部屋３０の中の観察者からの（物理的要素としての）拡散光生成器２０の可視性は、低下する。
【0139】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、球形形状を持たなくてもよく、そのような場合には、有効直径Ｄは、同等の球形粒子の有効直径、すなわち、上述したナノ粒子と同じ体積を有する球形粒子の有効直径として定義することができる。
【0140】
さらに、いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、多分散であり、すなわち、それらの有効直径は、分布Ｎ（Ｄ）によって特徴付けられる。そのような分布は、表面単位あたりのナノ粒子の数と、有効直径Ｄの近傍における有効直径の単位区間とを記述する（すなわち、Ｄ１とＤ２との間の有効直径を有する表面単位あたり粒子の数は、【数2】
【0141】
【数3】
【0142】
ここで、
【0143】
【数4】
【0144】
Ｄ’ｅｆｆは、［５ｎｍ〜３５０ｎｍ］、好ましくは［１０ｎｍ〜２５０ｎｍ］、より好ましくは［４０ｎｍ〜１８０ｎｍ］、さらにより好ましくは［６０ｎｍ〜１５０ｎｍ］の範囲内にあるように選択され得る。
【0145】
いくつかの実施形態では、窓状ユニット６は、光源２によって照明される着色ミラーを含んでもよい。したがって、光ビーム３の反射は、散乱効果と組み合わされる。着色ミラーは、ミラーリング表面と、ミラーリング表面の前面の拡散層とを備えてもよい。拡散層は、透過構成について上記で説明したレイリー散乱器として動作してもよい。たとえば、拡散層は、好ましくは、衝突光の長波長成分に対して衝突光の短波長成分を優先的に散乱させる。たとえば、着色ミラーは、ガラスミラー、プラスチックミラー、または金属ミラーを基礎とすることができる。
【0146】
いくつかの実施形態では、光源２の最大輝度が０．１×１０６ｃｄ／ｍ２よりも高く、たとえば、少なくとも１×１０６ｃｄ／ｍ２、または少なくとも５×１０６ｃｄ／ｍ２以上であるときはいつも、光の自然らしさが向上する。これらの値について、実際のところ、光源２は、光源自体が見ることが困難になるのに十分なグレアを生成し、それによって、観察者が目の焦点合わせの機構によって光源の距離を評価することを防止する。これらの輝度値は、無限のブレークスルー効果を得るのに寄与する。さらに、グレアは、光源２の輝度プロファイル内の潜在的な不均一性を検出することを困難にし、したがって、光源２の像と実際の太陽の像との間の差異を検出することを困難にする。
【0147】
いくつかの実施形態では、出口開口は、円を近似し、光学システムは、像をねじらないので、観察者によって知覚される第１の光源２の像は、依然として円形に形作られる。いくつかの実施形態では、窓状ユニットは、たとえば円形発散を有する光ビームにより照射された楕円形状を有する。しかしながら、他の形状、たとえば、細長い形状も可能である。いくつかの実施形態では、折り返しミラーは、円筒対称性を有するパラボラの一部として成形され得る。
【0148】
反射系が少なくとも１つの円筒対称性を有するパラボラを含むときはいつも、直交軸にそって導入される異なる倍率が補償されるように、出口開口は、楕円形状を近似してもよく、したがって、観察者の網膜上の円形状の光スポットの作成を可能にする。
【0149】
本明細書では、屋内照明の分野における高品質高輝度光源の用途が説明されている。しかしながら、外部照明も光源を用いて実行され得ることが当業者には明らかであろう。同様に、光源は、たとえば、アートワークおよび絵画などの矩形の目標の均一な照明のために構成された、特に高輝度のものが対象の投影システムにも適用され得る。
【0150】
本発明の好ましい実施形態が本明細書で説明されているが、改良および修正は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、組み込まれてもよい。