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JP2003209288A - Ｌｅｄ照明システム - Google Patents

Ｌｅｄ照明システム

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JP2003209288A
JP2003209288A JP2002344159A JP2002344159A JP2003209288A JP 2003209288 A JP2003209288 A JP 2003209288A JP 2002344159 A JP2002344159 A JP 2002344159A JP 2002344159 A JP2002344159 A JP 2002344159A JP 2003209288 A JP2003209288 A JP 2003209288A
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led
lighting system
illumination
led lighting
semiconductor material
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Joachim Reill
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、照明される面を所定の照明
強度分布で、とりわけ均一な照明強度分布で照明するこ
とができ、単純な構造を有し、しかも安価な冒頭に述べ
た形式のＬＥＤ照明システムを提供することである。 【解決手段】 上記課題は、少なくとも１つのＬＥＤ素
子と照明されるべき面との間に、放射された光をＬＥＤ
素子の主放射方向に関して非対称に偏向する照明光学系
が配置されているＬＥＤ照明システムにより解決され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ素子の主放
射方向に関してとりわけ対称に光を放射する少なくとも
１つのＬＥＤ素子を有する、所定の照明強度分布で面を
照明するためのＬＥＤ照明システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１には、複数の光源と、放射さ
れた光をその長手方向に沿って導き、照明される物体へ
放射する１つの光導体とを有する照明装置が記載されて
いる。光導体の放射面はレンズの形態で実施されてお
り、そのため比較的強度の高い光は照明される物体の位
置に集束することができる。
【０００３】この種の照明装置は、多少なりとも広がり
をもった対象物の照明、例えば対象物のスキャン又は模
写のための照明に適している。したがって光は、要求さ
れた照明を最小の光量で供給できるように、対象物上で
できるだけ広く集束する。
【０００４】これに対して、広い面の照明に使用される
照明システムでは、異なることが要求される。この目的
のために、照明システムは、照明される面をある一定の
予め定められた照明強度分布で照射することができなく
てはならない。例えば、照明される面上のテクスト又は
色表現は、テクストの読み取りが過度に阻害されないよ
うに、又は実際には存在しない色の違いが色表現内に存
在するように見せるために、広範囲に亘って面が均一に
照明されることを必要とする。
【０００５】しかし、従来の照明システムは不満足な結
果をもたらすか、又はその構造にコストがかかり、高価
である。
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−１ ０１７ ２２２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、照明
される面を所定の照明強度分布で、とりわけ均一な照明
強度分布で照明することができ、しかも単純な構造を有
し、安価に製造され得る冒頭に述べた形式のＬＥＤ照明
システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、少なくとも
１つのＬＥＤ素子と照明されるべき面との間に、放射さ
れた光をＬＥＤ素子の主放射方向に関して非対称に偏向
する照明光学系が配置されているＬＥＤ照明システムに
より解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明によれば、ＬＥＤ照明シス
テムにおいて、少なくとも１つのＬＥＤ半導体本体と照
明される面との間に、放射された光をＬＥＤ半導体の主
放射方向に関して非対称に偏向する照明光学系が配置さ
れている。
【００１０】非対称的偏向は、面の形状とは無関係に、
目的に合った面の照明の調整を可能とする。それゆえ、
任意の形状の面において、対称に放射された光の非対称
的偏向により、光源から表面上の点までの可変の距離及
び光線が面に当たるときの可変の角度を配慮することが
可能である。
【００１１】１つの実施形態では、照明システムは面の
均一な照明に適応するよう定められている。特に、照明
システムを、曲面の均一な照明に、とりわけ凸面又は凹
面の均一な照明に適応させてもよい。
【００１２】しかしながら、照明システムを目的に合わ
せて面の非均一な照明に使用することも可能である。例
えば、所定の面領域を光学的に強調又は目立たなくさせ
るために使用することも可能である。
【００１３】有利な実施形態では、照明光学系は１つ又
は複数のレンズ素子により形成されている。照明される
面が例えばレンズ素子の側から見て凹ならば、レンズ素
子は例えばＬＥＤの方向には凹面を有し、照明される面
の方向には凸面を有する。
【００１４】しかし、有利には、相応の照明光学系は１
つ又は複数のフレネルレンズにより形成されていてもよ
い。
【００１５】有利な実施形態では、照明システムは、様
々なスペクトル領域で放射する複数のＬＥＤ半導体本体
を有する。
【００１６】これに関して次のような実施形態が特に実
用的である。すなわち、様々なスペクトル領域で放射さ
れるＬＥＤ半導体本体の光が補完し合って白色光となる
ような実施形態、例えば３つのＬＥＤ半導体本体が設け
られており、これらのＬＥＤ半導体本体から赤、緑及び
青の光が放出される実施形態が特に実用的である。
【００１７】有利には、１つ又は複数のＬＥＤ半導体本
体は、ＧａＮ半導体材料，ＩｎＧａＮ半導体材料，Ａｌ
ＧａＮ半導体材料，ＩｎＡｌＧａＮ半導体材料，ＺｎＳ
半導体材料，ＺｎＳｅ半導体材料，ＣｄＺｎＳ半導体材
料又はＣｄＺｎＳｅ半導体材料を含んでおり、目的に合
わせて可視光、赤外電磁放射線又は紫外電磁放射線を放
射する。
【００１８】代替案においては、照明システム内で白色
光を発生させるために、放射方向で見て半導体本体に後
置され、かつ有利には半導体本体とレンズとの間に配置
された１つ又は複数のルミネセンス変換素子が使用され
る。これには、例えば青色光を放射する半導体本体の場
合、青色光の一部を黄色光又は緑色光又は赤色光に変換
し、半導体本体の青色光と混合するルミネセンス変換素
子が適している。
【００１９】１つの実施形態では、ＬＥＤ半導体本体と
照明光学系は照明モジュールを形成しており、共通のモ
ジュールハウジング内に配置されている。
【００２０】モジュールハウジングの壁は、照明光学系
の構成部材であるフレネルレンズで形成してもよい。も
ちろん、このフレネルレンズが照明光学系に必要な唯一
のレンズであってもよい。その場合、特に単純でコンパ
クトな照明システムの構造が得られる。
【００２１】本発明の別の有利な実施形態、特徴及び詳
細は、従属請求項、実施例の説明及び図面から明らかと
なる。
【００２２】以下、本発明を実施例に基づいて図面と関
連させてより詳細に説明する。そのつど、本発明の理解
にとって重要な要素だけが図示される。
【００２３】
【実施例】図１に断面で概略的に示されている実施例に
よるＬＥＤ照明システム１は、例えば、曲面５の広範囲
に亘る均一な照明のためのものである。なお、曲面５は
例えばグラフである。
【００２４】支持体上に取り付けられたＬＥＤ素子２は
作動時に照明に必要な光を放射する。放射された光を補
正しないと、専門家にとっては直ちに明らかであるよう
に、複数の理由から、曲面５の均一な照明は得られな
い。
【００２５】第１に、ＬＥＤ素子２の放射特性は、曲面
５の占める立体角Ωの全体に亘って一定なのではなく、
主放射方向９回りの角度領域内に最大の強度を有してい
る。第２に、ＬＥＤ素子２から曲面５までの距離は可変
であり、第３に、長手方向の広がりに沿った面５の曲率
とともに、面に当たる光線の入射角も変化する。
【００２６】それでも曲面５の広範囲に亘る均一な照明
を達成するために、この曲面５とＬＥＤ素子２との間
に、照明光学系として、放射光をＬＥＤ素子２の主放射
方向９に関して相応に非対称的に偏向するレンズ４が配
置されている。
【００２７】図１において矢印による幾何学的光線６と
して表されたＬＥＤ素子２からの放射光の強度分布は、
主放射方向９に関して少なくとも近似的に対称である。
照明光学系４は光線６を偏向し、光線６が非対称的に分
布した光線８として曲面５に当たるようにする。このた
めに、照明光学系４は非対称的な形のレンズ４であり、
ＬＥＤ素子２の方を向いた面４１は凹であり、曲面５の
方を向いた面４２は凸、例えば放物線状に凸である。
【００２８】偏向の程度は、ちょうど、曲面５の不均一
な照明をもたらす上記の効果及び場合によっては別の効
果が補償されるように決められており、その結果、曲面
５の表面には均一な照明強度が生じる。この補償は、例
えばそれ自体従来技術において公知であるように、外側
レンズ面４２及び内側レンズ面４１の曲率を選択するこ
とにより行われる。
【００２９】ＬＥＤ素子２及び照明光学系４の全体構成
は、有利には共通のモジュールハウジング内に収納され
ている。
【００３０】図１の実施例は簡略化のために１つのＬＥ
Ｄ素子２しか有していないように描かれているが、専門
家にとっては、ただ１つのＬＥＤ素子の代わりに、複数
のＬＥＤ素子が照明システム内に設けられてもよいこと
は明らかである。とりわけ、ＬＥＤ素子は、放射される
面５に所望の色の印象を得るために、様々なスペクトル
の色を発するようにすることができる。
【００３１】これは、本発明の別の実施例を示す図２の
照明システム１１において実現されている。３つのＬＥ
Ｄ素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、全体として白色光が
放射されるように、赤（６５０ｎｍ）、緑（５３０ｎ
ｍ）ないし青（４７０ｎｍ）のスペクトル領域で放射す
る。代替的には、白色光の放射のために、青色発光ダイ
オードを、青色光をより長い波長の放射線に変換する変
換物質とともに使用してもよい。
【００３２】３つのＬＥＤ素子１２ａ〜ｃは支持体３上
に取り付けられており、照明システム１と同様に、図２
には示されていない面を照明するよう定められている。
【００３３】照明されるべき面に所望の照明強度を生じ
させる照明光学系は、この実施形態では、フレネルレン
ズ１４により形成されている。フレネルレンズ１４をほ
ぼ同じ最大厚の放射状ゾーンに分割することにより、非
常に平らなレンズが実現される。
【００３４】これにより、フレネルレンズ１４はモジュ
ールハウジング１７の壁を形成することができ、コンパ
クトで独立した照明システムの実施が可能になる。ま
た、フレネルレンズ１４は、照明強度の他の分布パター
ンが望まれるときには、相応に適合されたフレネルレン
ズにより単純に交換可能である。
【００３５】上記実施例及び本発明全般にとって有利な
ＬＥＤ素子２，１２ａ〜１２ｂとして、市販の表面取付
可能なＬＥＤ素子が使用されている。図３にはこのよう
なＬＥＤ素子が概略的に示されている。この図では、Ｌ
ＥＤプラスチックハウジング２１内にそれぞれ少なくと
も１つのＬＥＤ半導体本体２０が配置されている。有利
には、ＬＥＤ半導体本体２０はＬＥＤプラスチックハウ
ジング２１の反射装置２２内にある。なお、反射装置２
２は、有利には、ＬＥＤ半導体本体２０から放射された
光を集束させるものである。反射装置２２に代わって又
は付加的に、ＬＥＤ半導体本体２０から放射された光を
集束させるために、集束レンズ２３をＬＥＤ半導体本体
２０に後置してもよい。集束レンズ２３は、有利にはＬ
ＥＤプラスチックハウジング２１に固定されている。
【００３６】これに代わって、照明モジュール内におい
て、ＬＥＤ素子として、ハウジングを備えていない１つ
又は複数のＬＥＤ半導体チップをチップ支持体３上に取
り付けてもよい。しかし、モジュールハウジング７は、
例えば密度に関して、例えば上で図３に関連して説明し
たようなハウジングを備えたＬＥＤ素子を使用した場合
よりも、高い要求を満たさなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるＬＥＤ照明システ
ムの断面を概略的に示す。
【図２】本発明の第２の実施例によるＬＥＤ照明システ
ムの断面を概略的に示す。
【図３】照明システムでの使用に有利なＬＥＤ素子の断
面を概略的に示す。
【符号の説明】
１ ＬＥＤ照明システム ２ ＬＥＤ素子 ３ 支持体 ４ 照明光学系 ５ 照明される面 ６ 光線 ７ モジュールハウジング ８ 光線 ９ 主放射方向 １１ 照明システム １２ａ〜１２ｃ ＬＥＤ素子 １４ 照明光学系 １７ モジュールハウジング ２０ ＬＥＤ半導体本体 ２１ ＬＥＤプラスチックハウジング ２２ 反射装置 ２３ 集束レンズ ４１ ＬＥＤ素子の方を向いたレンズ素子の面 ４２ 曲面の方を向いたレンズ素子の面 Ω 曲面の占める立体角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｓ 1/02 Ｇ (72)発明者 ヨアヒム ライル ドイツ連邦共和国 ツァイトラルン ハウ プトシュトラーセ 40 Ｆターム(参考） 5F041 AA14 CA34 CA40 CA41 CA42 CA43 DB09 EE11 EE25 FF11

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の照明強度分布で面（５）を照明す
    るためのＬＥＤ照明システムであって、 ＬＥＤ素子（２；１２ａ〜ｃ）の主放射方向（９）に関
    して例えば対称に光を放射する少なくとも１つのＬＥＤ
    素子（２；１２ａ〜ｃ）を有する形式のＬＥＤ照明シス
    テムにおいて、 前記少なくとも１つのＬＥＤ素子（２；１２ａ〜ｃ）と
    前記照明されるべき面（５）との間に、放射された光
    （６）を前記ＬＥＤ素子（２；１２ａ〜ｃ）の主放射方
    向（９）に関して非対称に偏向する照明光学系（４；１
    ４）が配置されていることを特徴とする、ＬＥＤ照明シ
    ステム。
  2. 【請求項２】 前記システムは前記面（５）を均一に照
    明するよう調整及び決定されている、請求項１記載のＬ
    ＥＤ照明システム。
  3. 【請求項３】 前記システムは曲面（５）、例えば凸面
    又は凹面を均一に照明するよう調整及び決定されてい
    る、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明システム。
  4. 【請求項４】 前記照明光学系はレンズ素子（４；１
    ４）により形成されている、請求項１から３のいずれか
    １項に記載のＬＥＤ照明システム。
  5. 【請求項５】 前記ＬＥＤ素子（２）の方を向いた前記
    レンズ素子の面（４１）は凹であり、曲面（５）の方を
    向いた前記レンズ素子の面（４２）は凸、例えば放物線
    状に凸である、請求項４記載のＬＥＤ照明システム。
  6. 【請求項６】 前記照明光学系は１つ又は複数のフレネ
    ルレンズ（１４）により形成されている、請求項１から
    ５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明システム。
  7. 【請求項７】 前記ＬＥＤ素子（２；１２ａ〜ｃ）のう
    ちの１つは、ＧａＮ半導体材料，ＩｎＧａＮ半導体材
    料，ＡｌＧａＮ半導体材料，ＩｎＡｌＧａＮ半導体材
    料，ＺｎＳ半導体材料，ＺｎＳｅ半導体材料，ＣｄＺｎ
    Ｓ半導体材料又はＣｄＺｎＳｅ半導体材料を含んでい
    る、請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明
    システム。
  8. 【請求項８】 前記ＬＥＤ素子（２；１２ａ〜ｃ）のう
    ちの１つは、作動時に可視光、赤外電磁放射線又は紫外
    電磁放射線を放射する、請求項１から７のいずれか１項
    に記載のＬＥＤ照明システム。
  9. 【請求項９】 前記システムは、様々なスペクトル領域
    で放射する複数のＬＥＤ素子（１２ａ〜ｃ）を有する、
    請求項１から８のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明シス
    テム。
  10. 【請求項１０】 前記ＬＥＤ素子（１２ａ〜ｃ）の放射
    光は白色光へ補完される、請求項９記載のＬＥＤ照明シ
    ステム。
  11. 【請求項１１】 前記ＬＥＤ素子（２；１２ａ〜ｃ）の
    少なくとも１つと前記照明光学系は、照明モジュールを
    形成しており、共通のモジュールハウジング（７；１
    ７）内に配置されている、請求項１から１０のいずれか
    １項に記載のＬＥＤ照明システム。
  12. 【請求項１２】 前記照明光学系は、前記モジュールハ
    ウジング（１７）を形成するフレネルレンズ（１４）を
    有する、請求項１１記載のＬＥＤ照明システム。
  13. 【請求項１３】 前記ＬＥＤ素子は、ＬＥＤプラスチッ
    クハウジングを備えた表面取付可能なＬＥＤ素子であ
    る、請求項１から１２のいずれか１項に記載のＬＥＤ照
    明システム。
  14. 【請求項１４】 前記ＬＥＤプラスチックハウジング
    は、ＬＥＤ半導体本体内にある反射装置を有する、請求
    項１３記載のＬＥＤ照明システム。
  15. 【請求項１５】 前記ＬＥＤプラスチックハウジング
    は、放射方向において前記ＬＥＤ半導体本体に後置され
    た例えば前記ＬＥＤプラスチックハウジング上に取り付
    けられた集束レンズを有する、請求項１３又は１４に記
    載のＬＥＤ照明システム。
JP2002344159A 2001-11-28 2002-11-27 Ｌｅｄ照明システム Expired - Fee Related JP4285981B2 (ja)

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DE10158395.8 2001-11-28
DE10158395A DE10158395B4 (de) 2001-11-28 2001-11-28 LED-Beleuchtungssystem

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