JP2009523308A5

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Publication number: JP2009523308A5
Application number: JP2008550397A
Authority: JP
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2010-08-05

Description

発光ダイオード用光学マニホールド

関連出願の相互参照
本出願は、Chaves等の２００６年１月１１日付け出願の米国特許出願第１１／３２９，２９４号、「OPTICAL MANIFOLD FOR LIGHT-EMITTING DIODES（発光ダイオード用光学マニホールド）」の優先権を主張する。該文献は参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

出願第１１／３２９，２９４号は、Chaves等の２００５年４月２５日付け出願の米国特許出願第１１／１１５，０５５号、「OPTICAL MANIFOLD FOR LIGHT-EMITTING（発光ダイオード用光学マニホールド）」の一部継続出願である。該文献は参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

出願第１１／１１５，０５５号は、２００５年３月３日付け出願の米国仮特許出願第６０／６５８，７１３号、タイトル「OPTICAL MANIFOLDS FOR LIGHT-EMITTING DIODES（発光ダイオード用光学マニホールド）」の利益を主張する。該文献は参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

出願第１１／１１５，０５５号は、２００４年９月２９日付け出願の米国仮特許出願第６０／６１４，５６５号、タイトル「OPTICAL MANIFOLDS FOR LIGHT-EMITTING DIODES（発光ダイオード用光学マニホールド）」の利益を主張する。該文献は参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

出願第１１／１１５，０５５号は、２００４年９月２９日付け出願の米国仮特許出願第６０／６１４，５６５号、タイトル「OPTICAL MANIFOLDS FOR LIGHT- EMITTING DIODES（発光ダイオード用光学マニホールド）」に基づく優先権をここで主張する。これは、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

２００４年９月２２日付け出願の米国仮特許出願第６０／６１２，５５８号、タイトル「OPTICAL MANIFOLDS FOR LIGHT- EMITTING DIODES（発光ダイオード用光学マニホールド）」に基づく優先権をここで主張する。これは、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

２００４年４月２３日付け出願の米国仮特許出願第６０／５６４，８４７号、タイトル「OPTICAL MANIFOLDS FOR LIGHT- EMITTING DIODES（発光ダイオード用光学マニホールド）」に基づく優先権をここで主張する。これは、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。

連邦政府出資研究開発に関する声明
この出願は、全米エネルギー技術研究賞第ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２３４１によって一部支援される。米国学会政府機関は、この発明にある権利を有し得る。

１．発明の分野
本発明は、一般に、光源に関し、より詳しくは、一つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する光収集／分配システムに関する。

２．関連技術の説明
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、広く利用可能で、安価で、かつ効率的な光源である。キャンプ用ヘッドランプ等の低輝度の用途では、一つ又は二つのＬＥＤが十分な光を供給する。しかしながら、自動車のヘッドランプ等のより多くの光が必要な用途にＬＥＤを利用するためには、多数のＬＥＤの出力を結合する必要がある。ＬＥＤの先行技術は、複数のエミッター（発光体）チップの発光出力の結合に関して、満足できるとは言えない。物理的なチップの隣接は、実際、より大きい光源を作り出すことができるが、除熱制限が総輝度を下げる。また、隣接するエミッター間に照度の連続性がほとんどなく、個々のエミッター間に暗い領域を残す。ＬＥＤは、多様な供給業者から入手可能であり、市販入手できるＬＥＤにおいて、エミッター自体が輝度のはっきりと分かる変動（ばらつき）を有する。例えば、ある供給業者（例えば、カリフォルニア州サンノゼ所在のオスラム社（OSRAM Corporation）、及び、カリフォルニア州サンタバーバラ所在のクリー社（Cree Corporation））は、発光チップの上部からの光を遮るワイヤー及び結合（ボンディング）パッドを有する高出力ＬＥＤを製造する。対称的に、カリフォルニア州サンノゼ所在のLumileds Corporationから得られる高出力ＬＥＤはフリップチップを例示し、これは、前方の発光をそうでなければ妨げるであろうワイヤー及び結合部を有しない。しかしながら、これらでさえ、該エミッターにわたる大きい輝度変動を示す。例えば、Lumileds社によるLuxeon IＬＥＤ及びLuxeon IIIＬＥＤは、個々のチップ間で異なるランダムパターンで、中心から縁へと１０分の１だけ（１０倍）輝度が変化し得る。このような望ましくないパターニングは、フリップチップでもフロントワイヤードチップでも、コリメーティングレンズ又は集光レンズのビームに有害なアーティファクトをもたらし得る。そのようなレンズ上に拡散器が配置され得るが、拡散器は光の１５％を失い、ビームに不明瞭なエッジを与える。はっきりしたエッジを保つ、源均質化のより効率的な方法が、照明光学系での著しい前進であろう。慣用の基板上ＬＥＤに比べて、薄膜ＬＥＤは非常に改善した均一性を有するが、何故これらが常に不均一な照度を有するかについての根本的な理由が存在し、それは、活性発光層を下方へと通る本質的に不均一な電流分布のためである。より大きいはんだ付け電極の使用は、これら電極とＬＥＤとの接合部により無用な表面再結合をもたらし、そのため、電極は小さく保たれなければならない。対照的に、ここで記述する光学変圧器は、電流給電のためのコーナー位置を重要視し、不均一性を増幅する。ＬＥＤチップの未処理の鋸歯状（ギザギザ）の縁が表面再結合を引き起こすので、電流は、該縁に到達することを許容され得ず、そのため、ＬＥＤは、その縁までずっとは照らされ得ない。ＬＥＤに固有の輝度不均等性を緩和する光学変圧器を提供することが有利であろう。

単一源を均一にすることを越えて、ぎっしり詰まっている場合よりも冷却が容易な空間的に分かれたＬＥＤチップの出力を結合するためのより優れた光学的方法が必要である。このような光源結合手段は、はっきりしたエッジを有する均一な輝度を最適に作り出すであろう。より容易な温度管理の他、個々の変動又はどのＬＥＤの故障さえも目立たなくする光源結合が必要である。

ＬＥＤ先行技術はまた、例えば白色光を発生させるＬＥＤ等では、ＬＥＤの蛍光体利用の幾何学的配置（形状）に関して満足できるとは言えない。ブルーチップ上への直接の１／４ミリメートル（２５０ミクロン）又はそれ以上の蛍光体コーティングは、時には四つの要因により、必ず源面積を拡大し、従って輝度を低減する。そのような小さいチップに対する蛍光体の適用は、各チップにわたる色温度の変動を、並びにそれらチップ間における色温度の変動をも必然的にもたらす。また、蛍光体の多くは後方散乱を出力する。すなわち、後方チップ内へと無駄に光り、該チップは比較的吸収性がある。最後に、蛍光体は、チップの高動作温度に耐えなければならず、また、差動熱膨張は粘着問題を提起し、蛍光体がゆるむ場合、出力を大幅に低減する。より薄い蛍光体層は、より輝度が高いのみならず、応力の問題も少ないであろうが、例えば、一の製造業者、Lumileds Corporationのみが、その白色ＬＥＤの正角（等角）２５ミクロンコーティングのための高度な蛍光体堆積技術を有しており、これは、残りの業者のものよりも１０倍薄い。（他の会社からの実験室試料が提示されたが、そのプロセスが商業的に実現可能であることが現時点では判明していない。）これらの素子でさえ、それらの表面にわたって並びに個々のチップで色温度が変化する。

蛍光体をＬＥＤから離れて位置付けることができれば有利であろう。特に、ＬＥＤ素子の蛍光体層が、ＬＥＤ自体の温度変動に影響を受けない程離れて配置されるなら、有利であろう。このような蛍光体ターゲットは、その際、別個のＬＥＤチップの組合わ領域と同程度に小さくなり得、輝度を最大にする。慣用の白色ＬＥＤのアレイでは、色温度の変動に悩まされる。この問題を克服するため、製造業者は、高価なビン入れ（binning）手順を使用する。しかしながら、現在最新のＬＥＤでも、密なビンを用いてさえも依然としてかなりの色温度の変動が存在する。更に、実際にはぎっしりと詰められたＬＥＤのアレイは、チップ間に一般に一つ又は複数のチップ幅のスペースを持たなければならないので、アレイ全体に対する蛍光体の単純な適用は、希薄な、非常に不均一な輝度を結果としてもたらすであろう。

ＬＥＤから、均一性及びカラーコンシステンシー（色の一致）を有するより鮮やかな白色輝度を実現することは、ＬＥＤ市場が一般の照明用途へ参入するために重要であり、照明用途では、ＬＥＤのより低い消費電力及びより長い寿命がエネルギーの節約に大いに貢献することでができる。より広くより十分な蛍光体コーティングが、これらがそれらの青色光源から離れることができる場合、利用され得る。このような前進は、自動車のヘッドランプに特に役立ち得る。該ヘッドランプでは、現在の白色ＬＥＤは、輝度においてせいぜい最低限のものである。実際、ビームにわたる色温度変動は、過剰な青色光の原因となり得、これは眼科的に危険である。

いくつかの用途において、単一の大きい源からある数のより小型の源を作り出すことが有利である。これは、例えば、光学設計が、光学部品が厚（太）すぎる及び／又は大きすぎるとい理由で、成形し難い場合に有益である。もし、このような大きい単一源が同じ総面積のある数のより小さい寸法の源へと分けられるなら、そのような源それぞれに対し、同じレンズ設計が、成形可能な大きさへと単にスケールダウンして使用され得る。これらのより小型の源が大型の親源より均一であることも、又は、それら小型源が所定の輝度出力を有することも望ましいであろう。

他の用途において、単一源又は複数源の形状を別の形状に変えること、例えば正方形から実質的に面積が等しい長方形へ又はこの逆等、が有効であろう。これは、ＬＥＤヘッドランプ等の用途に有益である。該ヘッドランプでは、縦横比（縦対横）が２対１から６対１の長方形源をもたらすことが望ましい。このような方法は、もちろん、可能な限り源の輝度を保つ。

最後に、蛍光体を用いることなく、波長が異なる二以上のＬＥＤを単一の均一源へと組み合わせることにより、白色ＬＥＤ光源を作り出す高性能な手段を有することが望ましい。伝統的に、該アプローチは、白色を作るために、三つの異なる色のＬＥＤ、通常、赤色、緑色及び青色ＬＥＤを使用している。しかしながら、該伝統的光学アプローチは、そのようなＲＧＢ光源を用いた長方形又は正方形の均一な光源を作り出さない。四つ以上のＬＥＤ波長を組み合わせる光源を作り出す手段を有することが有益であろう。更に、光源の色度が調整可能なそのような光源を作り出す手段を有することが有利であろう。

光学マニホールドの実施形態がここに記述され、該光学マニホールドは、複数のＬＥＤ又は他の光源の出力を単一の出力に効率的に結合する機能を提供する。該単一の出力は、実質的に均質で、また、誘電体から成り得る小型で費用対効果のあるパッケージ内にある。光学マニホールドが記述され、これは、同色の複数のＬＥＤを高光束及び高強度出力ビームを供給するように組み合わせるために使用可能であるか、又は、多波長ビームを発生させるために使用可能である。例えば、赤色、緑色及び青色ＬＥＤは、「白色」出力を作るために組み合わされ得る。実施形態も開示され、これは、単一のＬＥＤ又は複数のＬＥＤと、後方散乱した光ルミネセンスが出力へとリサイクルされるように配置された遠隔蛍光体コーティングとを使用する。光学マニホールドは、非結像光学の原理を用い、また、ＬＥＤの発光面上の輝度変動を実質的に緩和して、実質的に均一な光源を与えるように設計される。更に、これらの光学マニホールドは、正方形のＬＥＤを用いて、長方形及び非対称の高光束光源を含む種々の非正方形の光源を作り出すために使用され得る。これらの高光束源は、固体照明自動車ヘッドランプ等の多くの用途にとって有益である。例えば、この自動車ヘッドランプの用途では、縦対横比４対１の均一な長方形ＬＥＤベースの光源を有することが望ましい。これは、ここに記述する光学マニホールドにより実現可能である。一般の固体照明、特に発光ダイオードは、ここに記述する光学変圧器の利益を通じて新規用途を見出す。例えば白色ＬＥＤを提供するため、光学システムが、一つ又は複数の青色チップの光を、空間的に分離した蛍光体へと送り出すために開示される。このような蛍光体ターゲットは、その際、上記分離チップの結合した面積と同程度に小さくなり得、輝度を最大にする。蛍光体層は、ＬＥＤ自体の温度変動によって影響を受けないように十分離れて配置される。

ここに記述した光学変圧器は、一般に、新型の光学マニホールドの創作により上述した照明工学のニーズを満たすための、非結像光学の原理の利用に関する。非結像光学のエッジ光線原理は、非結像光学の中心的な量である、源エテンデューの最小増の面を説明する。エテンデューは、源を囲む光媒体の屈折率ｎの２乗を掛けた、源面積Ａ_Sと該源の出力の投影立体角との積である。
Ｅ＝ｎ²Ａ_Ssin²θ
ここで、θは、立体円錐角のオフノーマル（off-normal）角度であり、これは源の放射パターンと等価である。２πステラジアンへの均等拡散放射は、θ＝９０°で表される。この拡散出力は、ＬＥＤチップ自体からの放射の特性である。

理想的な光学システムは、エテンデューを保ち、そのため、理想的なコリメーターの拡大した出力面積が、その有効に高い強度を狭いビーム角度内にもたらし、その一方、太陽集光器の小サイズの焦点は、その広いビーム角度から、有効に増やされた光束をもたらす。

ここに記述した光学変圧器は、新規な光学マニホールドを提供する。該光学マニホールドは、平行バックライト用のエテンデュー制限照明、複数の光源のエテンデュー制限結合、及びエテンデュー制限蛍光体利用を提供する。ここに記述した光学変圧器によるこれらの重要なタスクの有効な実現は、ＬＥＤの発展の新たな段階をはっきり示す。例えば、蛍光体以外の光輝性材料、例えば光輝性半導体ＡｌｌｎＧａＰ等が、直接ＬＥＤよりも簡単にここに記述した光学変圧器に使用可能である。

特に、ここに記述したいくつかの実施形態は、総内部反射のみを利用し、そのため、それらの表面に塗布されるべき金属反射板コーティングを必要としない。更なる実施形態は、より小型のいくつかのＬＥＤチップの放射から大きな「仮想チップ」を作り出すため、完全なマニホールドへと組み立てられる射出成形されたサブ区域を含む。該仮想チップは、実際のチップよりも優れた輝度及び色の均一性を有し、また、角出力が有効に制限されて構成され得る。また、このような角制限と共に制御された不均一性が設計され得、強度規定が、該マニホールド出力上に投射レンズの焦平面を置くことによって満たされることを可能にする。

光路の可逆性は、ここに開示した実施形態が、大きい源をいくつかのより小さい源へと変形させることにより大きい源を分散させて、自動車のダッシュボード上の多数の機器を照らす単一のＬＥＤと同様に、等しく申し分なく使用可能であることを要求する。ここに記述した光学変圧器により、バックアップＬＥＤを持つことが容易となるであろうし、また、ダッシュボード用の光学マニホールドも提供される。

［用語と頭字語の用語集］
以下の用語と頭字語が、詳細な説明の全体を通して使用される。
角度回転子：１平面から第１の面に対して傾斜した他の平面に輝度を届ける装置
ＣＥＣ：複合楕円集光器
ＣＰＣ：複合放物面集光器
クロスＣＰＣ：２つの直交方向に２次元のＣＰＣ外形を有する３次元（３−Ｄ）形態
ダイクロイック・フィルタ：２つの明確な伝達ピークを有するフィルタ
ＬＥＤのドーム：透明な誘電体材料で作られたほぼ球形のＬＥＤカバー
エッジ光線原理：開口部のエッジからの一連の光線が他の開口部のエッジに届くことを保証するが、第１の開口部は第２の開口部に投影されないことを定める、非結像光学の基本原理
エテンデュ：エントロピーの光学的表示であって、ソース領域Ａｓとソースの出力の投影された立体角の積に、ソースを囲む光媒体の屈折率の２乗を掛けたものとして定義される。
ＩＴＯ：酸化インジウムスズ
ＬＥＤ：発光ダイオードであって、低電圧直流の狭いスペクトル帯の光への直接変換器
照明装置：２０世紀の新語であって、光源と機能的に関連する光制御装置（例えば、反射器、又はシェード）を記述するために、１９世紀の用途「発光体」と入れ替わった
輝度シフタ：異なる横座標に輝度を届ける装置
蛍光体：外部励起に応答して光を放出する光輝性材料であって、励起が終わった後も継続することが多い。
ＰＭＭＡ：ポリメタクリル酸メチルであって、透明なアクリル合成樹脂の重合体成分である
ＲＩＩＲレンズ：屈折（Ｒ）面と内部反射（Ｉ）面を指定された注文に有するレンズ系
ＳＭＳ：２つの指定された入力波面を２つの指定された出力波面に変形させる２面光学装置を生成する光学設計の方法であって、例えば、米国特許出願第10/269/479号、第10/880,386号、及び米国特許第6,639,733号号、第6,867,929号に開示されている。
薄膜ＬＥＤ：非常に薄い層を含み、上面からの放射の１００％近くを放出するＬＥＤ
ＴＩＲ：全反射
波面：伝搬中の電磁場の位相が一定の面
［概略］

説明のために、「光学マニホールド」はエンジンの排気マニホールドに類似する。光学マニホールドでは、チャネルは、複数の光出力を単一の出力に合体させること、又は単一の出力を空間に分布させることを仮定される。この用語は、（例えば、 Simmons 他の米国特許第6,850,684号、第6,847,774号、第6,832,032号、第6,655,848号、第6,556,754号、及び第6,549,710号の）光ファイバのファンイン及びファンアウトのための装置を示す。この多入力、多出力機能は、照明の効率的分布とは異なる情報タスクである。光ファイバの業界用語では、その種の分布は「ファンイン」及び「ファンアウト」と呼ばれることがあり、複数の光路の１つの光路への結合を意味する。

可逆性が考慮されるとき、「ファンイン」と「ファンアウト」の区別は重要である。即ち、その種の光ファイバ装置の中には、機能的に交換可能であるものもある。何故ならば、逆の経路上の光の中には、散開して、内部で消失するものもあるからである。しかし、実施例が両方向で動作可能なように、可逆的に光を搬送するシステムを有することは有利である。従って、ここで記載される光学マニホールドの実施例は、両方の光分布、即ち、高出力ソースからアプリケーションの多くの点へ、及び入力ソースと同じ輝度で多くのソースを１つの大きな合成ソースに結合する光で動作する。

用語「光学マニホールド」は Campbell 他による米国特許第4,362,361号で使用されたが、そこでは、この用語は、複数のビームが１つのビームから作られるように、レーザ・ビームがスラブの内側を通り抜けるときに、レーザ・ビームの小部分が反射されないことを繰り返して可能にする部分的な反射コーティングを意味する。この用途は、今や「光学マニホールド」が多対１光路に分岐することを意味する点で、従来の用途と異なる。

米国特許第6,186,650号は、多くの実施例を用いて、分岐した導波管の「光学マニホールド」を開示する。しかし、米国特許第6,186,650号の図１９Ａ−図１９Ｂによって示されるように、これらの構造物の実際の光線トレースは、相当な漏れを示すことが考えられる。更に、この従来技術はエテンデュを保存せず、入力よりも遙かに弱い出力を与えると考えられる。これは、そこでは、ポートの四角に仕切られた終端が、誘導された光の多くを、後方へ反射させるからである。

エントロピーに類似したエテンデュは、光学的無秩序の尺度であり、基本的に空間的範囲と角度的範囲の積に基づく。光のエテンデュを増加させることは、仕事を廃熱に変えることと光学的等価物であると考えられ、光学的仕事は光放射の輝度であり、廃熱はこの光の無駄な発散である。「エテンデュが制限された」光学装置は、いったん不可避の反射と散乱が考慮されたら、元の輝度に近い光を届ける装置である。ここで記載される光学変圧器は、入力領域と角度の積が通過する光に対して維持される点で、エテンデュが制限される。ここで記載される光学変圧器の実施例の中には、複数のソースから光を受け取って、照明の分野で非常に有用であることを証明する大きくて高度に均一な合成ソースを生成するものもある。他の実施例は（自動車ダッシュボードの様な）分散点灯システムを形成し、光度とエテンデュの両方を維持し、照明タスクを遂行するのに更に少ないＬＥＤが必要とされるようにする。

エテンデュが制限された光学素子の１実施例は、複合放物面集光器（ＣＰＣ）であって、 Winston によって米国特許第4,002,499号で開示される。他の実施例は複合楕円集光器（ＣＥＣ）であって、 Winston によって米国特許第3,957,031号で開示される。これらの両方とも、ここで記載される光学変圧器の構成要素として利用できる。最近の例は Fein によって米国特許第6,819,687号で開示される角で曲がる素子であって、臨界角（ＮＡ＜１）より小さい角度に対してだけエテンデュが制限される。光ファイバ照明の角度制限を使用するために作られるので、この装置は、ここで記載される光学変圧器の外見は類似するが形状が異なる角度回転構成要素によって超えられる著しい制限を有する。 Fein の装置は、光ファイバ照明のＮＡ＝０．５の範囲を対象とするので、ＮＡ＝１の範囲の光（ここで記載される光学変圧器の光）は Fein の装置から漏れる。ここで記載される光学変圧器は、ＮＡ＝１の範囲を有する。何故ならば、これがＮＡ＝０．５のシステム（例えば、 Fein のシステム）の４倍の放射照度の搬送を可能にするからである。 Fein の装置の他の制限は、設計が許容するＮＡ＝１である。何故ならば、その主な用途が生物医学的設定での直角回転であり、それに対して２つの４５°回転がＮＡ＝０．５で利用されるからである。対照的に、ここで記載される光学変圧器の実施例の角度回転構成要素は、それが搬送するＮＡ＝１の光の任意の回転角において非常に僅かな漏れを有するので、ここで図示される９０°角度回転子は、螺旋形態に適した３６０°装置を含むように容易に拡張でき、新規な要求が発生する。この柔軟性は、ここで記載される光学変圧器の実施例が、最大光束、従来技術でまだ達成できるものを用いて、光結合と光分布の両方の用途の全範囲を扱うことを可能にする。更に、この柔軟性は、輝度シフタとして作用する２つの向かい合う角度回転子、分布照明の任意の分岐パターンを有するシステムの他の有用な構成要素を含む、ここで開示される光学マニホールドの実施例によって例示される。

ここで提供される他の改良は、光学変圧器の製造しやすさに関する。従来技術では、例えば、 Fein で例示されるように、全ての面は、その種の光学的角度回転装置で光学的に活性でなければならない。これは、光学的に活性な面に損失表面欠陥を導入することなく、一部分に対する射出のポイントを有することを困難にする。射出のポイントのために使用できる装置の長さに沿って不活性面を提供することによってこの問題を克服する光学変圧器が、ここに記載される。不活性面は装置を保持する手段として使用でき、装置の活性面の形状に影響を及ぼすことなく、広範囲の形状へ自由に変形できる。不活性面は角度回転子の内部の光線分布のパターンによって慎重に作り出され、光照射野と相互作用しないエンベロープを提供し、その内部で非損失取り付けが行われる。

ここで記載される光学変圧器の特徴と長所の更なる理解が、本発明の以下の詳細な記載と関連する図面を参照して得られ、本発明の原理が利用される実施例が示される。

複数の固体ソースからの光を受け取り、入力の和よりも少し大きなエテンデュを有する単一の仮想ソース出力に結合する光学マニホールドが、ここで記載される。ソースが異なる主波長を有するとき、出力光は測色混合物の色度を有する。光の可逆性のために、同じ形状のマニホールドが、複数の仮想ソースの間の単一の大きな固体ソースからの光を散乱させるために使用される。

特に、２つの固体光源が、ここで記載される光学変圧器、即ち、薄膜ＬＥＤ、及びドームに詰め込まれた高出力ＬＥＤに対して考慮される。それらの詰め込み形状は、ここで記載される光学変圧器のための異なる形態の射出手段を要求する。従来技術は、（ＣＰＣ、及び液浸系対物レンズを含む）複数の型の射出手段、及び従来のドーム型パッケージを包含する。

図１Ａは、発光層１１、反射手段１２、及び窓１３を含む薄膜ＬＥＤ１０を含む光学マニホールドの断面図である。ＬＥＤ１０は、保護透明エポキシ１４に埋め込まれる。外部ＣＰＣ反射器１５がＬＥＤ１０の上方で窓１３をちょうど跨ぐように、外部ＣＰＣ反射器１５はエポキシ１４の表面に正確に配置され、ＬＥＤ１０は一般に約１ミリメートルの直径である。ここで記載される光学マニホールドの１つの長所は、それが更に大きな（又は、複数の）ＬＥＤの更に効率的な冷却を可能にすることである。更に大きな（又は、複数の）チップを冷却することの困難さは、ここで記載される光学変圧器に対する動機付けの１つである（電的、及び熱除去手段は、図示されない）。

薄膜ＬＥＤ（例えば、図１Ａに示されるＬＥＤ１０）は、出力光束の１００％に近くを装置の上面から放出する。その種の装置は、実験室で製作され、例えば、 OSRAM Semiconductors of Regensburg （ドイツ）によって公開され、 OSRAM Semiconductors of Regensburg は2005年中頃までには赤色、黄色、及び緑色、青色でそれらの商業的製造を開始した。多様な薄膜放出技術がカリフォルニア州、サンノゼの OSRAM Corporation によって現在は提案され、インジウム・ガリウム・アルミニウム・リン化物（ＩＮＧａＡＩＰ）及びインジウム・ガリウム・窒化物（ＩｎＧａＮ）を含む。今日まで OSRAM Semiconductors によって示された全ての放出構造は、ワイヤー・ボンディングを上面で使用する。これらの装置での放出層の現在の厚さは０．１マイクロメートルのオーダであり、チップ全体の深さは２〜５マイクロメートルである。従って、これらの装置からの側面発光は非常に小さく、本発明の実施例の多くでの使用に理想的に適切である。

更に、図１Ａは、エッジ光線１６を放出するソースポイント１１ｓを示し、エッジ光線１６はＣＰＣ１５の上部エッジを明瞭にするだけである。水平に放出されるエッジ光線１７ｅも示され、それにより反射器１５のベースを遮り、反射器１５のベースからエッジ光線１７ｅは光線１７ｒに反射され、今度は光線１７ｒがＣＰＣ１５の上部エッジを明瞭にするだけである。４５°設計角度が示される。４５°設計角度は、直接光線１６と反射光線１７ｒの両方に適用される。双方向矢印１８は、ＣＰＣ１５によって生成された仮想ソースの幅を示す。その幅は発光層１１の幅の１／ｓｉｎ４５°倍であり、従って、エテンデュを維持する。

図１ＡはＣＰＣ１５を中空金属反射器として示したが、誘電体（例えば、キャスト・エポキシ）で充填しても良い。もし４５°設計角度が臨界角（４０°）まで僅かに減少したら、ＣＰＣは僅かに高くなり、エキストリーム光線１６，１７ｒが、ＣＰＣ１５の上面をまたぐ平面と空気の界面に対して水平に反射される。その種の充填ＣＰＣは、ＬＥＤを空気と透明な充填材料の屈折率に等しい横倍率で結びつける。（その領域は、因子ｎ²だけ増加する。）更に大きな倍率に対して、更に狭い設計角度が必要である。その角度が１０°に減少するとき、図２に示されるように全反射が満たされるので、反射器１５は不要に出来る。

Berg 及び Saul による米国特許第3,739,217号は、高屈折率の屈折体の内部からの光の抽出が、高屈折率層の前面又は背面の何れかを粗くすることによって増加できることを教示し、この粗くされた背面は反射層と連動する。しかし、米国特許第3,739,217号は反射器材料を特定せず、反射器が高屈折率体の全ての面と直接接触すべきか否かも示さない。米国特許第3,739,217号は、照射された本体と背面反射器の間にエアギャップが存在することを図２−図３で示す。

図１ＢはＬＥＤ１０の拡大図であって、中間に配置された薄い（約０．１マイクロメートル）活性層１１ａ、その上のＩｎＧａＮ層１１ｕ、及びその下の層１１ｂを含む発光層１１を示す。窓１３は、光が漏れることを防止する傾斜エッジ１３ｗを有するように見える。更に、図１Ｂは、上面発光ＬＥＤ（又は、殆ど上面発光のＬＥＤ）の発光抽出効率を向上させる方法を示し、導電性反射層１２もエピタキシ層１１にエネルギーを供給するために作用し、エピタキシ層１１とは直接接触する。粗くされた界面１１ｉは、接触面である。この粗面化は、化学エッチング（又は、他の周知の方法）によってエピタキシ層１１で達成できる。いったんエピタキシ層が粗くされたら、反射層１２は真空、スパッタリング、又は他の蒸着方法によってその上で蒸着される。

反射層１２の材料特性は、エピタキシ層の特性と合致するように正確に指定されなければならない。例えば、導電性反射層が必要な場合は、金属材料が最善であり、高い拡散反射率を達成するために反射率は適切な複素数値を有しなければならない。例えば、ＧａＩｎＮ又はＧａＮのエピタキシ層を使用する青色ＬＥＤに対して、ＧａＩｎＮ及びＧａＮの両方の可視波長屈折率は約２．５４である。その種の金属層の反射率を計算することは、候補材料の屈折率の実部と虚部の両方が重要であるように、フレネル反射方程式の複素屈折率を使用することを含む。０°入射角で当たる光線に対する反射率は、適切な材料の選択に対する測定基準を提供できる。その種の解析を実行するための適切な方程式は以下のようである。即ち、
Ｒ＝［（Ｎ_epi−Ｎ_s）²＋ｋ_s ²］／［（Ｎ_epi＋Ｎ_s）²＋ｋ_s ²］
ここで、
Ｒはエピタキシ層と金属層の界面における０°入射角での反射率、
Ｎ_epiはエピタキシの屈折率、
Ｎ_sは金属の屈折率の実部、及び
ｋ_sは金属の屈折率の虚部である。

エピタキシ層が屈折率２．５４を有すると仮定すると、金属は実部が低く虚部が高いことを必要とする。銀は、低い実部（０．１２）と非常に高い虚部を、４５０ｎｍ（ｋ＝２．４７）から７００ｎｍ（ｋ＝４．５２）までの波長にわたって有する。５５０ｎｍにおいて、銀の厚い層は、約０．１２の屈折率（実部）と３．３４の虚部を有する。これらの値を後述する方程式に代入すると、反射率０．９３を算出する。比較すると、実数値０．７６と虚数値５．３２を５５０ｎｍにおいて有するので、アルミニウムの層は非常に低い反射率をＧＡＩＮと接触して有する。この場合、２つの材料の界面における反射率は、０°入射角光線に対して、同じ方程式によって０．８０と計算できる。この層の反射率に非線形関係を有する装置の抽出効率について特に、これは非常に著しい差である。何故ならば、吸収されるか、又は層から抽出される前に、エピタキシの内部の光線は多くの境界反射を経るからである。従って、この底部界面層の反射率の小さな向上は、ＬＥＤの外部量子収量の大きな向上をもたらすことが出来る。

その種の反射層も多層方法を使用して誘電体材料で作られ（特に、ブラッグ反射器）、業界共通である。しかし、半導体に給電するために、バイアとして周知の電気導電経路は、他の絶縁層を通して何処かに導入されなければならない。しかし、誘電体層の使用は装置の内部抵抗を増加させ、従って、所定の適用電圧に対して発生する内部の熱を増加させる。更に、広範囲の波長と入射角に対して高い反射率を有するブラッグ反射器を設計することは非常に困難であることが知られている。特にこれは、チップ上の等角の蛍光体コーティングを利用するＬＥＤに対する問題である。従って、広範囲の入射角と波長にわたって良好に動作するので、銀は誘電体反射器についての優れた解決策とみなされる。

米国特許第6,784,462号は、銀の層の前の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の１／４波長層を組み合わせることによって、ＬＥＤに対して非常に高い反射率を有する「全方向性」背面反射器を如何にして作るかを教示する。しかし、米国特許第6,784,462号の薄膜法は、銀とＩＴＯの層が平滑であり、（「エピタキシャル層」として知られる）ＬＥＤ固有の底部の粗面化が起きないようにすることを仮定する。何故ならば、それが支持層の頂部に真空中の原子線によって作られるからである。高屈折率材料の立方体の内部での広範囲にわたる光トラップのために、最大抽出効率を達成する標準的なＬＥＤ形状は、反射器がエピタキシャル層と接触する界面に粗くされた面を有することを不可避にする。これは高い拡散反射率を達成するために必要であり、高い拡散反射率は、閉じ込められた光が漏れにおける他の機会に対して無作為に再配向されるようにする。更に、ＩＴＯは銀よりも非常に低いコンダクタンスを有し、それは設計に対して短所である。

閉じ込められた光を吸収される前に散乱させることは、図１Ａの層１１ｕに組み込まれた底部拡散反射器、又は上部散乱層の何れかを有することを望ましくする。また、両方の方法が利用される組合せも、利用できる。しかし、上部散乱層と底部散乱層の両方が使用され、従って、装置の抽出効率を減少させるとき、過剰な散乱を装置に導入できる。層１１ｕに組み込まれた上部散乱なしで、（例えば、米国特許第6,784,462号に記載された）完全な反射器は機能しないことが示され、拡散銀反射器がここで記載される。更に、多くの場合、平滑な境界面を層１１ｕの上面に有することが望ましく、散乱（又は、拡散）層を境界面上に、又はトップエミッション型面より下に導入することは出来ない。これらの場合、背面拡散反射器が最も有益であることを示し、ここで記載してきて、１００％完全な鏡面反射器より性能が優れている。

更に、もし空気、又は腐食性材料から適切に保護されなければ（銀は、硫黄と非常に反応する）銀は反射能を失うので、適切な保護層によって封止されなければならない。一般に、もし銀がエピタキシャル層と適切な支持層（例えば、ゲルマニウム）に挟まれたら、密閉封止されるときにこの材料の顕著な劣化は起こらない。もしエッジ保護が必要なら、半導体設計の分野の当業者に既知の多くの適切な材料が存在する。

銀で作られた粗くされた背面反射器に関して、周知の Monte-Carlo 光線トレース技術を使用するコンピュータ・シミュレーションが、ここで記載される光学変圧器が、特に、蛍光体の発光をリサイクルする以下で開示される実施例を照射するＬＥＤでこれらの特徴を有することから大いに利益を得ることを示す。

勿論、ここで記載される光学変圧器と連動して使用されてもされなくても、この粗くされた銀反射器は薄膜ＬＥＤに非常に有益である。図１Ｂを再度参照すると、その種の他のＬＥＤの光学的向上は低いエピタキシ−層１１ｂの吸収率の低下であり、光度損失の大部分はエピタキシ層１１の内部で発生する。エピタキシとして、一般にこの層はサファイア結晶に蒸着される。薄膜ＬＥＤの製造では、エピタキシ・ウェハがサファイアから除去される。（ＩｎＧａＮウェハをサファイア支持層から除去するのに必要なプロセスの要約が、2004年10月のカリフォルニア州サンディエゴで開催された Intertech LEDs conference において OSRAM-Opto 社の Dr. K. Streubel によって記載された）。

更に低い層の吸収は、その機能に対して本質的ではなく、表面の原子結晶平面に限定されるようである（層全体の厚さ５，０００ｎｍの内の数十ｎｍ）。ウルム大学（ドイツ）の S. Schad と B. Neubert の研究によると、サファイア支持層（約６５ｎｍ）上で成長したＩｎＧａＮ型ＬＥＤの第１薄膜は、青色波長でＩｎＧａＮ型ＬＥＤの吸収率の大部分に寄与する。彼らは、支持層上で成長した残りの半導体材料は高度に透明であるという学説を立てた。これらの平面はサファイアに近いので、それらの結晶構造と吸収率が大きく増加する。実施例の中には、層１１ａも層１１ｕもこの吸収薄膜を有しないものもある。このサブひずみ層の正確な除去は磁性粘性研磨を用いて可能であり、吸収率を大きく減少させ、それによりＬＥＤの外部量子収量を向上させる。

その効率を向上させるための別の可能性は、その種の層に一般的な完全な透明性よりもバルク散乱特性を図１Ｂの表面層１１ｕが有するようにすることである。光線トレース・モデルを使用した研究は、層１１ｕへの１００／ｍｍの散乱係数の導入がＳＭＤ型ＬＥＤに対して約４０％の効率向上をもたらすことを示し、層１１ｕは測定可能な散乱を有さず、接触する蛍光体層を有さない。類似の改善が、ドーム型モノクロームＬＥＤに対しても見られる。もし散乱係数が２００／ｍｍまで増加したら、非常に僅かな改善が見られる。それに対して、このレベルより上では、性能が最大から低下する点に達する。一般に、既に議論された粗くされた背面反射器と連動して使用されるとき、表面層での散乱の手段の使用は、有益な効果を性能に対して持たない。もし粗くされた背面反射器が１０／ｍｍの散乱係数を有する層１１ｕと連動して使用されたら、非常に僅かな改善が抽出効率に対して存在する。このレベルより上の表面散乱では、性能が単一の何れかの方法よりも下になる。

ＬＥＤの抽出効率が高いとき、後方散乱した光を再捕獲するここで開示される光学マニホールドは著しく向上できる。特に、ここで記載される遠隔蛍光体の実施例は、外部量子収量（特に、等角の蛍光体ＬＥＤ）の点に関して従来技術より性能がすぐれていると信じられる。特に、適度な散乱を有する光反射背面層を利用する上面発光（又は、実質的には上面発光ＬＥＤ）と連動して使用されるとき、ここで開示される新規な光学系の性能が劇的に改善される。

図２Ａは、誘電体充填ＣＰＣの底部の断面図である。図１Ａのように、薄膜ＬＥＤ１０は透明な誘電体１４に埋められる。誘電体充填ＣＰＣ２０は透明な誘電体１４と光学的に連続で、ＣＰＣ面２１によって形成され、ＣＰＣ面２１は全反射によって単独で動作し、従って、反射コーティングを必要としない。実際には、ＣＰＣ２０は別に製造され、薄膜ＬＥＤ１０の丁度上で透明な誘電体１４と光学的に接着される。

図２Ｂは図２Ａの誘電体充填ＣＰＣの底部の断面図であり、ＣＰＣ２０の全体を示し、放物線状の外形２１が１０°出力角度に対して形成され、ＣＰＣに対して可能な最大幅は全反射だけを使用する。外形２１の上面エッジ２１ｔは、仮想ソース２２の外部エッジである。図５の更に大きなＣＰＣ５３と接続されるＣＰＣ５４によって例示されるように、ＣＰＣ２０の内部の誘電体媒体は、右方向に（図２では図示されない）他の実施例へと連なる。

実施例の中には、ＣＰＣ２０が、図１Ｂの透明な誘電体１４を含むエポキシ材料の屈折率より高い屈折率を有するものもある。例えば、宝石等級の立方体ジルコニアは、ダイヤモンドと類似した屈折率２．２を有する。たとえ現在はポリマー樹脂光学部品より高価でも、その種の高屈折率な透明材料は将来的は経済的に利用可能である。ここで記載される光学変圧器の実施例を形成する薄膜ＬＥＤへ光学的に接着されるＣＰＣを形成するために有利である。二酸化チタン膜の高い屈折率（約２．５）はＬＥＤ材料の屈折率と適合するが、薄膜の高い吸収率はＣＰＣの形成でそれを不適切にする。ワシントンＤ．Ｃ．の Naval Research Laboratory, Infrared Materials Group からのゾル−ゲル材料は、鋳造のために（又は、ボウル形状で）開発中であり、ＬＥＤ材料と屈折率が合致するのに充分な前例のない高い値２．４〜３において利用可能な屈折率を有する。更に、これらの高屈折率材料は、例えば、最高の光学等級ＰＭＭＡ材料に類似の可視波長で極めて低い吸収率係数を有するように設計され、製造できる。これは、現在のＬＥＤ改悪する光トラップと高フレネル反射率を除去する。図２Ｃは、この方法の変形を利用する代わりの光学マニホールドの断面図であり、ＣＰＣ２０を２つのＣＰＣと交換する。第１ＣＰＣ２００２はＬＥＤ２００１と接触し、半導体の屈折率と合致するゾル−ゲル材料で作られ、第２上部ＣＰＣ２００３は下部屈折材料（例えば、ＰＭＭＡ）で作られる。第１ＣＰＣ２００２は第２ＣＰＣ２００３を部分的にコリメートして完全に光らせるように設計され、第２ＣＰＣ２００３はコリメートを更に行う。図２Ｃに示されるこの装置は、チップからの光束の抽出全体を大幅に増加させる。このために、図１Ｂの発散反射鏡とは違って、ＬＥＤ２００１は鏡面反射層を底面に有する。（低屈折率１．４を有する）周囲のシリコン材料２００４はＣＰＣ２００２の鋳造のための最初の型であり、その後に構造的支持を小型のＣＰＣ２００２に提供し、上面ＬＥＤ２００１との接着へのストリームを緩和する。ＣＰＣ２００１は、この屈折率比２．５：１．４に対して設計され、全反射によって全体的に動作する。その射出面は、更に大きなＣＰＣ２００３を有する平面の境界面２００５である。エッジ光線２００６Ｒ，２００６ＬはＣＰＣ２００１の上面エッジによって反射されるように示され、次に境界面２００５によって７０°エッジ光線２００７Ｒ，２００７Ｌへ屈折される。それらは、ＣＰＣ２００３によって、最終的にコリメートされた光線２００８Ｒ，２００８Ｌへ内部で各々反射される。それらに隣接するのはエッジ光線２００８Ｅであり、光線２００６Ｒ，２００６Ｌを起源とし、境界面２００５を通して直接屈折され、ＣＰＣ２００３の壁部に反射して全体的に内部で屈折する。

図２Ｄは、図２Ｃで部分的に示されるＣＰＣ２００３全体を示す断面図であり、エッジ光線２００８Ｅの最後の位置を含む。

図２Ｃ−図２Ｄの装置の他の実施例は、薄い高適合屈折率層をＬＥＤ２００１とＣＰＣ２００２の間の界面に含む。この場合には、適合屈折率蛍光体層は、例えば、電気泳動蒸着（浸漬電極が通常供給する適用電界の影響下での溶液を通じての帯電コロイド粒子又は分子の移動（泳動））によってＬＥＤに蒸着される。１つの方法は、蛍光体とＬＥＤの上面の間に高い接触領域を提供する方法である。ＬＥＤ２００１、小型ＣＰＣ２００２、及び蛍光体の屈折率は、近接して（−０．１の範囲内が好ましい）適合するべきである。従って、（上面不活性面に屈折率２．５を有する）ＩｎＧａＮ・ＬＥＤに対して、蛍光体と小型ＣＰＣの材料は、２．４と２．５の間の屈折率を有するべきである。この装置に基づく実施例は、ＬＥＤから後方散乱した光を捕らえるために、図１０Ｂを参照して後述されるショートパス・フィルタ１０５等のショートパス・フィルタを使用しないか、又は必要としない。屈折率が適合する場合、光は蛍光体とＬＥＤバックミラーとの間にリサイクルされる。

図３Ａは、ドーム３０に埋め込まれた薄膜ＬＥＤ１０の断面図であり、商用パッケージの一般的形態である。ドーム３０は、可能な最小サイズで、エポキシ（ｎ＝１．５４）の屈折率に対して示され、ＬＥＤ１０から放出される全反射を免れた全ての光線と整合する。ＬＥＤ１０は正方形であり、断面で示される。ポイント１０ｄは、ＬＥＤ１０のコーナの半径を示す。それを超えたら、ドームを出ない光線もある。仮想の模範的な光線３１は、内部で反射される。何故ならば、その起源が半球３０の表面に近すぎるからである。

図３Ｂは、ボールレンズ３３に埋められたＬＥＤ１０の断面図である。水平に近いエッジ光線３４ｅは外部光線３４ｒへ反射され、３０°偏向を表す。この角度減少は、ビームに集中させる高速光学系に対して有用である。実際には、ボール３３は透明な支持層１４に付着する。その収差のために、その種のレンズはエテンデュをある程度増加させる。それは図３Ａの半球より大きいが、そのサイズは、ＬＥＤ１０のコーナによって放出される全ての光線が反射されないことから免れるようにするのと同様に決定される。

図３Ｃは、（エポキシ塊３８に埋められた）回路基板３７上の薄膜ＬＥＤ３６の断面図であり、その調製されていない形状は、単に大量生産に非常に便利なエポキシの特性の結果である。それは、いくらかの光を不利にトラップする。しかし、この形状は、大量生産と高度に整合するので、ここで記載される光学変圧器の他の構成要素がそれと接着するように成形される。

図４Ａは、プリズム材料の臨界角α_cに適合する内角を有するプリズム・カプラ４０の断面図である。薄膜ＬＥＤ４１はエアギャップ４１ａを横切ってランベルトの放出を送出し、それは上部エッジ光線４１ｅと下部エッジ光線４１Ｌの間に限定される。薄膜ＬＥＤ４２はエアギャップ４２ａを横切って放出し、プリズム４０に入り、そのランベルトの放出は上部エッジ光線４２ｅと下部エッジ光線４２Ｌの間で半角α_cに制限される。光線４１ｅがエアギャップ４２で内部に反射して、光線４２Ｌと合流するとき、内角４０Ａが２α_cである目的は明らかになる。従って、内部に反射された光は、入射光のエッジ光線の外側の角度空間を満たす。

図４Ｂは、図４Ａに示されるプリズム・カプラを利用する光学マニホールド４４の断面図である。光学マニホールド４４は、誘電体ＣＰＣ４４ｃ、及び結合したプリズム・ブロック４４ｂを含む。薄膜ＬＥＤ４５は誘電体ＣＰＣ４５ｃに埋められ、誘電体ＣＰＣ４５ｃはエアギャップ４５ａにおいて広く、エアギャップ４５ａを横切ってランベルト光をマニホールド４４に放出し、屈折がそれを臨界角α_cに制限する。類似の方法が、ＬＥＤ４６、ＣＰＣ４６ｃ、及びエアギャップ４６ａに使用される。次に、プリズム・カプラは、角度２α_cにわたる放射の２つの入力をエアギャップ４５ａ，４６ａを通して受け取り、プリズム・ブロック４４ｂにおいてそれらをランベルトのパターンへ完全に変換する（約±９０°全角度）。ＣＰＣ４４ｃは、プリズム・ブロック４４ｂにおいて、その幅からその射出面４４ａまで広がる。これは、全ての光がランベルトの放出４４ｅとして射出することを可能にし、「仮想チップ」を形成する。プリズム・ブロック４４ｂにおける射出面は、臨界角α_cを超える光をトラップするので、ＣＰＣ４４ｃを使用する。

図５は、出力のために単一の更に大きな矩形ＣＰＣ５３に入る小型ＣＰＣ５４，５５を各々が入力として有する２つのＬＥＤ５１，５２のための反射光学マニホールドの断面図である。これは、２つの発光ダイオードの出力を結合する単純な方法である。反射光学マニホールド５０は、第１ＬＥＤチップ５１と第２ＬＥＤチップ５２の光出力を受け取る。マニホールド５０は、上部複合放物面集光器（上部ＣＰＣ）５３、及び下部複合放物面集光器（下部ＣＰＣ）５４，５５を含み、チップ５１，５２の光を各々が受け取る。境界線５０ｄは、ＣＰＣ５３の入力平面とＣＰＣ５４，５５の出力平面を線引きする。出力開口部５６は、２つのＬＥＤを約±９０°に結合した出力を放出する。

ＣＰＣ５４の動作はエッジ光線５７によって示され、エッジ光線５７は、チップ５１からの殆ど水平な光線の垂直面５８による反射である。線５０ｄにおける反射の後、エッジ光線５７は出力開口部５６のエッジ（点線で示される）へ進み、直ぐに後方へ水平方向に反射されるが、残念なことに前記点線をある程度曖昧にする。

ここで記載される光学変圧器の他の実施例は、図５のクラスタリング原理を使用して可能であり、図１Ａの反射器に構築される。一連の図６Ａ−図６Ｉは、クラスタリングの他の実施例を示す。

図６Ａは、例えば、図２の誘電体ＣＰＣに基づく、光学マニホールド６１０の断面図である。マニホールド６１０は、入力ＣＰＣ６１１，６１２、及び出力ＣＰＣ６１３を含む。ＬＥＤは入口ポート６１１Ｌ，６１２Ｌに取り付けられ、それらの結合された出力は、出口ポート６１３Ｅに形成される。境界線６１０Ｄは、入力ＣＰＣと出力ＣＰＣの間の境界である。光の可逆性は、ポート６１３Ｅに光を放出する大きなＬＥＤが存在でき、ポート６１１Ｌ，６１２Ｌで光を放出させられることを示す。

図６Ｂは、入力誘電体ＣＰＣ６２１，６２２、及び更に大きな出力ＣＰＣ６２３を含む光学マニホールド６２０の断面図である。また、入力ＣＰＣ６２１も、誘導された光に対して可能な最小幅を有する（ソース６２１Ｌからちょうど内側の）混合ロッド６２１Ｍを含む。これはソース６２１Ｌの不均一性の解消を助け、出口ポート６２３Ｅに対する均一な輝度を保証する。

図６Ｃは、誘電体ＣＰＣ入力マニホールド６２１，６２２、及び適合されたミラー６２３を含み、出口６２３Ｅにおける空気中にエテンデュが制限された出力を生成するためにレンズ面６２０Ｓと連動して作用する光学マニホールド６２０の実施例の断面図である。

図６Ｄは、反射入力コーン６３１，６３２、出力コーン６３３、及びレンズ６３４を含む光学マニホールド６３０の他の実施例の断面図である。ＬＥＤ６３１Ｌ，６３２Ｌからの光は、出力ポート６３３Ｅで結合される。

図６Ｅは、反射入力ミラー６４１，６４２、出力ミラー６４３、及びフレネル・レンズ６４４を含む光学マニホールド６４０の他の実施例の断面図である。ＬＥＤ６４１Ｌ，６４２Ｌからの光は、出力ポート６４３Ｅで結合される。フレネル・レンズ６４４の厚さは理解しやすいように誇張されており、実際には更に薄くできる。

図６Ｆは、入力ＴＩＲレンズ６５１，６５２、及び出力ＴＩＲレンズ６５３を含む光学マニホールド６５０の更に他の実施例の断面図である。入力ＬＥＤ６５１Ｌ，６５２Ｌは、焦点領域６５３Ｅと結合する出力を有する。図６Ａ−図６Ｅの断面は、矩形対称、又は円形対称の何れかで実現できる。しかし、ＴＩＲレンズは本質的に回転対称であり、配列に加工するためにある程度のトリミングを必要とする。

図６Ａ−図６Ｆによって例示されるように、図６Ｇは、５５個の６角形にトリミングされた回転対称入力手段を含む立体視鏡レンズ６６０の平面図である。各レンズ６６１は、ＬＥＤ６６２に焦点を合わせる。

図６Ｈは、７つの円形ＴＩＲレンズ６７１を含む光学マニホールド６７０の入力側からの斜視図であり、各円形ＴＩＲレンズ６７１はＬＥＤ６７２の中心に配置され、光を受け取る。

図６Ｉは、他の側から見た図６Ｈの光学マニホールド６７０の斜視図であり、出力ＴＩＲレンズ６７３と出口領域６７３Ｅを示す。

いったん本発明の原理が理解されたら、後述する構成要素の他の多くの組み合わせが構築できる。例えば、図６Ａの大きな出力誘電体ＣＰＣ６１０は、図６Ｆの大きなトリミングされたＴＩＲレンズ６５３と交換できる。この場合には、出力像は空気中に形成される。この後者の形態は、光学系全体の長さが短くなり、場合によっては、ＴＩＲレンズが長いＣＰＣ（又は、クロスＣＰＣ）よりも成型が容易で安価であるという長所を有する。

上記の全ての形態では、部品は別々の部品として成型され、接着されるか、又は１つの部品として成型される。

これまでは、例示される光学マニホールドの実施例は一般にフラット（平坦）な薄膜ＬＥＤを入力ソースとして利用し、多くは、フラット発光チップに近接して光学マニホールドのフラット入力部を配置することに依存している。図４〜６に示す実施例では、例えば図３Ａに示すドーム型ＬＥＤが、図６Ｆ〜６ＩのＴＩＲレンズによってのみ入力部として使用され得る。いくつかの他のマニホールド構成では、輝度をドームから抽出して、それを空気中に投影することが必要である。勿論、屈折率ｎの中にチップが埋められる場合、寸法がｎ倍だけ大きく見える。

図７Ａは、ドーム型ＬＥＤから空気中の像への、エテンデュが制限された光束伝達の側面図である。図７Ａは、ベース７０１、発光チップ７０２、及び透明なドーム７０３を含む高出力ＬＥＤパッケージ７００を示す。固体−誘電体デュアル・レンズ７１０は、下部レンズ７１１、及び同一の上部レンズ７１２を含み、下部レンズ７１１、及び上部レンズ７１２は反対向きで、線７１０Ｄに沿って結合され、両方のレンズは軸７１０Ａについて回転対称である。下部レンズ７１１は、中心双曲線レンズ７１１ｈ、及び周囲を囲む一般化されたデカルトの卵形線反射器７１１ｔを含み、デカルトの卵形線反射器７１１ｔは、中心円筒７１１ｃを通って入ってくる光をコリメートする。双曲線レンズ７１１ｈは取入口として作用し、ＬＥＤチップ７０２の中心に焦点を合わせられる。上部レンズ７１２は、中心双曲線レンズ７１２ｈ、及び周囲を囲む全反射面７１２ｔを含む。光はチップ像７１０Ｅで±９０°の範囲に集まり、チップ像７１０Ｅから他の光学マニホールドが入力光を受け取る。模範的な主光線７１５は、チップ７０２からの極角β、及び像７１０Ｅにおける等しい極角β’を有する。その種のレンズが正確に作られて配置されるとき、像７１０Ｅのエテンデュはソースのエテンデュを超えて増加せず、ソース−輝度不均質性は取り除かれ、像の複数の点がソースの多くの点から受け取る。この非結像動作は外形７１１ｔ，７１２ｔのミラー反転動作によって為され、外形７１１ｔ，７１２ｔは、全反射する光を回転させて不鮮明にするダブプリズムのように作用する。

図７Ｂは、ドーム型ＬＥＤから空気中の像への、エテンデュが制限された他の光束伝達の側面図である。図７Ｂは、ＬＥＤパッケージ７００に取り付けられた、２切子面デュアルＴＩＲレンズ７２０の断面図を示す。下部ＴＩＲレンズ７２１はドーム７０３を囲み、チップ７０２の光をコリメートし、分割面７２０ｄを横切って上部ＴＩＲレンズ７２２へ光を送り、今度は上部ＴＩＲレンズ７２２が出口像７２０Ｅに光の焦点を合わせる。レンズ７２０は、ＬＥＤパッケージ７００の軸７２０Ａの周りで回転対称である。模範的な主光線７２５は、軸７２０Ａについて等しい角度βとβ’の範囲を定める。この好ましい実施例の製造の光学的正確性は、チップ７０２より少し大きなエテンデュを有するために、像７２０Ｅに対して高くなければならない。チップ２０２からの像７２０Ｅの領域で増加し、それはＬＥＤ７０２が埋め込まれるドーム７０３の材料の屈折率の２乗に比例する。

図７Ｃは、ＳＭＳ設計されたＲＩＩＲレンズ７３０の側面図であり、中心軸７３０ａの周りで回転対称であり、赤道面７３０ｄはＲＩＩＲレンズ７３０を下部レンズ７３１と上部レンズ７３２に分割する。中心レンズ７３１ｃは上向きに進行する光をＬＥＤチップ７０２から集め、それを中心レンズ７３２ｃへコリメートし、今度は中心レンズ７３２ｃが出口像７３０ｅに焦点を合わせる。中心レンズ７３１ｃを囲むのは、光をチップ７０２から全反射面７３２ｒにわたって分布させるように形成されたベル型面７３１ｅであり、ベル型面７３１ｅは光を下部全反射面７３１ｒにコリメートし、直ぐにベル型面７３２ｅへ集中させ、ベル型面７３２ｅは出口像７３０ｅに焦点を合わせる。模範的な主光線７２５は、チップ７０２の中心を極角βで出て、入口面７３１ｅで屈折され［Ｒ］、上部面７３２ｒで内部に反射され［Ｉ］、下部面７３１ｒで内部に反射され［Ｉ］、射出面７３２ｅを通して最後に屈折され［Ｒ］、レンズ７３０はＲＩＩＲレンズである。レンズ７３０の表面の連続性は、正方形ＬＥＤチップ７０２は正方形像を７３０Ｅに有し、非常に僅かなエテンデュが増加することを意味する。これは、ＲＩＩＲ光路（例えば、７２５，７２６）が等価な光路長を有するからであり、たとえ空気中で、従って、（チップを囲む屈折率を使用して）チップ７０２よりも寸法がｎ倍大きくても、像７３０ｅの境界を正確に定めることを保証するからである。レンズ７３０は非結像なので、チップ７０２の輝度不均質性はスミアリングする。また、このレンズは図７Ａ−図７Ｂのレンズよりもコンパクトであり、従って、図７Ｃに示される実施例は、図７Ａ−図７Ｂの実施例よりも、いくつかの目的に対してより好ましい。

追加の実施例が図７Ｄ−図７Ｅに示されるが、図１１を参照して以下で議論される特徴について、即ち、蛍光体発光をリサイクルするための青色透過ダイクロイック・フィルタが、赤道面７１０Ｄ，７２０ｄ，７３０ｄと適合して、図７Ａ−図７Ｃに各々が配置される。図７Ｄは、デュアル・レンズ系７４０を通した断面図である。ＬＥＤパッケージ７００は、ベース７０１、青色−発光チップ７０２（平面図で垂直に示される）、及びジェルを充填されたドーム７０３を含む。ドーム７０３と光学的に結合されるのは、屈折率約１．５のレンズ７４１である。次に、それと光学的に結合されるのは、屈折率１．３４のシリコンレンズ７４２である。レンズシステム７４０の赤道面は青色透過ダイクロイック・フィルタ７４３であり、そのリサイクル目的が図１１を参照して以下で議論される。その頂点はシリコンレンズ７４４であり、下部シリコンレンズ７４２の頂点と実質的には同一のものを形成する。一番上のレンズ７４５は、ドーム７４５ｄの付加を別にして下部レンズ７４１と形状が同一であり、遠隔蛍光体７４６（平面図で垂直に示される）がその内部に埋められる。シリコンレンズ７４２，７４４は、各々がレンズ７４１，７４５の内部で全反射によって光線７４７を配向するために一致して作用するように見える。光線７４８は角度βで中心線７４９から放出され、等しい角度β’で蛍光体７４６に入射する。

図７Ｅは、類似のＬＥＤを有する（図７Ｄと機能が類似する）デュアル・レンズ系７５０の側面図である。ジェルを充填されたドーム７０３は、下部レンズ７５１に光学的に接着され、下部レンズ７５１は内部に反射する外形７５１ｔ、内部コリメーティングレンズ７５１ｃ、及び光学的に不活性な円筒壁７５１ｗを含む。青色透過ダイクロイック・フィルタ７５３は、レンズ系７５０の赤道面である。反転した上部レンズ７５５は、ドーム７５５ｄの付加を別にして下部レンズ７５１と形状が同一であり、下部レンズ７５１の中には蛍光体７５６が埋められる。蛍光体７５６も、青色発光チップ７０２のように平面図で垂直に示される。光線７５８は中心対称軸７５９に関して角度βで放出され、等しい入射角β’で蛍光体７５６に入射する。

図７Ｆは、デュアル・レンズ系７６０の側面図であり、図７Ｅに示されるデュアル・レンズに類似する。この実施例では、ＬＥＤ７６６は装置軸７７７の側から離して配置され、ＬＥＤ７６６の１つのエッジは軸７７７上にある。蛍光体層７６５はレンズ７６０の焦点位置に配置されるが、ＬＥＤ７６６の焦点位置から装置軸７７７の反対側である。デュアル・レンズ７６４はＬＥＤ７６６を蛍光体層７６５上にはっきりと投影し、光線の中には固体誘電体光学素子７６２の内部に配向されるものもあり、他はフィルタ７６１に後方散乱される。フィルタ７６１は全ての後方散乱された光線を蛍光体層７６５と同じ高さの焦点位置に再配向して投影するが、装置の軸の反対側である。これらの光線は固体誘電体光学素子７６２の内部に配向され、直ぐに装置からパターンへ配向される。最終光学素子７６２は、７６５から出て来る青みがかった白色と黄色を混合して均一の白色にする。光線７６３は、この実施例に関する鍵となる原理を示す。デュアル・レンズ７６４は、ＳＭＳ設計方法の適用を通して設計される。ソースの仮想領域が更に大きいので、この装置は、理論的に、図７Ｅの実施例より低い電圧の輝度を有する。しかし、装置を出る前に後方散乱した光線の単一のリサイクルだけが存在する点で、図７Ｅで利用される方法を超える長所を有する。

図７Ｇは、図７Ｆに記載された光学系と類似の光学系である。この実施例では、単一のＬＥＤ、及び単一の蛍光体ターゲットが、三つのＬＥＤ７５５、及び三つの蛍光体ターゲット７７４と交換される。装置の原理と動作は、図７Ｆに示される装置に類似する。デュアル・レンズ７７３は、蛍光体ターゲット７７４上にＬＥＤ７７５の像をはっきりと作り、いくらかの光線は固体誘電体光学素子７７６内に向けられ、他の光線７７２はフィルタ７７１に後方散乱される。フィルタ７７１は後方散乱された光線を蛍光体ターゲット７７４とは反対側の空間上へと再配向して投影する。

図７Ｈは、僅かに異なる光学的構造を有する、図７Ｆ−図７Ｇに示される実施例と同じ原理の単一リサイクルを使用する実施例を示す。この方法では、フィルタ７８７は、光学素子７８２の下半分と上半分によって、その全体の面を埋められる。光学素子７８２の各半分は、外部固体誘電体ＴＩＲ素子７８５、及びそれらの間にエアギャップを有する屈折レンズ７８６，７８４の内部ペアを有する。これらの光学的特徴は、単一のＬＥＤ／蛍光体ペア、又はチップと蛍光体の配列のために、蛍光体にＬＥＤチップの制御されたオフセット投影を一緒に提供する。境界面７８３は、配向されリサイクルされた光線を抽出するために、それに取り付けられた第２誘電体光学素子（例えば、図７Ｆの７６２）を有することができる。

図７Ｉは、ＬＥＤチップ７９１、高屈折率複合楕円集光器（ＣＥＣ）７９２、及び高屈折率蛍光体層７９３を含む遠隔蛍光体システム７９０の断面図である。正方形（又は、矩形）のＬＥＤに対して、１実施例はクロスＣＥＣである。最新の高屈折率（２．４−２．８）蛍光体はセレン化亜鉛硫化物であり、セレン−硫黄比によって制御される屈折率を有する、高いパッキング密度が可能な電気泳動蒸着として、 Phosphor-Tech 社から購入できる。更に高屈折率のＣＰＣが、図２ＣのＣＰＣ２００２と同様に最上層７９３を機能させる。この実施例は、ＬＥＤ７９１の背面に鏡面反射器を含み、米国特許第6,784,462号（参照によりその全体がそのままここに組み込まれる）に記載された銀（又は、ハイブリッド銀／ＩＴＯ）全方向性反射器が好ましい。これは、蛍光体の後方への発光を良い効率で反射し、その正面輝度を倍近くにすることを助ける。

図１Ａ−図２Ｄは、ここで記載される光学変圧器のための光の収集に関する。それらは、図の平面の中を進行中の光線に作用する２次元の外形を示す。実際には、その平面に垂直にその種の外形を押し出すことにより、３次元システムが形成される。一般に、この押し出し距離の厚さは、正方形チップの幅と等しいか、又は僅かに大きい。これは、（押し出された外形の平面ではない）光線の押し出し方向での損失をもたらす。代わりに、直交方向に使用される同じ外形を用いて、２方向クロスＣＰＣが使用できる。これは、図８Ａ，図８Ｂ，図９Ａ，図１０Ａ，図１０Ｂに示される。高いシステム効率に絶対不可欠なのは、適当に低い吸収率を有する透明材料の使用である。何故ならば、これらの実施例の内部の光の通路の多重径路的性質のためである。例えば、射出成形プラスチックで日常的に利用されるポリカーボネートは、これらの実施例が深刻な損失を有する非常に大きな吸収を有するが、それに対して、アクリルは有さない。

図８Ａは光学マニホールド８０の斜視図であり、誘電体充填２＊２：１マルチＣＰＣの実施例である。４つの入力クロスＣＰＣ８１、及び出力クロスＣＰＣ８２を含み、境界線８０ｄで示されるように、断面が全て正方形である。これら４つのクロスＣＰＣ８１の各々の断面は、図２Ｂの断面と類似しており、埋められたＬＥＤ８３は全ての光を平面８０ｄを横切ってクロスＣＰＣ８２へ送る。

図８Ｂは光学マニホールド８０の他の斜視図であり、射出面８４も示し、射出面８４は類似の屈折率の他の装置へ接続されなければならず、集中した光のいくらかは、内部反射によって戻される。マニホールド８０を実施例のいつくかと結合させて、以下を示すことが可能である。

図９Ａは２＊４：１光学マニホールド９０の斜視図であり、対応する複数の埋められたＬＥＤ９２から光を受け取る複数の入力クロスＣＰＣ９１、複数のクロスＣＰＣ９１から光を受け取る矩形混合部分９３、及び矩形混合部分から光を受け取る矩形出力クロスＣＰＣ９４を含む。

図９Ｂは図９Ａに示されるマニホールド９０の他の斜視図であり、出力クロスＣＰＣ９４からのほぼ矩形の出力面９５も含む。混合部分９３の形状は図６８Ｂに詳しい。ほぼ一定の短い寸法９３ｗと僅かに拡大する長い寸法９３Ｌを有する矩形断面を有する。

ここで記載される光学変圧器のこれら及び他のマルチポート実施例に関して、図２Ｃの高屈折率ＣＰＣ装置は、複数のＬＥＤの上を通り過ぎる高屈折率ＣＰＣのための複数のモールドを形成する複数の凹みを含むように拡張されるシリコン層２００４を用いて実施できる。従って、高屈折率鋳造のゾル−ゲル・プロセスは、ここで記載される光学変圧器の多くの異なる実施例を受け入れることが出来る。

図１０Ａは４＊４：１光学マニホールド１００の斜視図であり、複数の（この実施例では、１６個の）正方形誘電体入力クロスＣＰＣ１０１、クロスＣＰＣに各々が接続された対応する複数の埋められたＬＥＤ１０２、及び各クロスＣＰＣからの光出力を一括して受け取るように結合されたほぼ正方形の出力誘電体クロスＣＰＣ１０３を含む。埋められた正方形フィルタ１０５も示され、青色ＬＥＤ１０２の場合に対して設置される。実施例の中には、正方形フィルタ１０５が出力ＣＰＣ１０３の入力面を横切って適用される青色透過反射器であるものもあり、入力クロスＣＰＣ１０１の配列に光学的に結合される。その種の青色透過反射器は、当業者に既知の複数の方法（例えば、適切な支持層への薄膜多層誘電体（又は、他の材料）の蒸着、及び単一層（又は、多層）反射、又は透過ホログラム・コーティングによって）で構築できる。1981年の出版物（Miles, Webb, 及び Griffith, “Hemispheric-field-of-view, nonimaging narrow-band spectral filter”, Optics Letters, Vol. 6 #12 pp. 616-618 （December1981）では、２つの中空反射ＣＰＣが、光を狭帯域スペクトル・フィルタにコリメートして、ろ波された光を集光するために対面して使用される。対照的に、ここで記載される光学変圧器の実施例は、中空ＣＰＣの代わりに誘電体ＣＰＣを使用する。他の違いは、（狭帯域フィルタではなく）短波長が送信されかつ長波長が遮断される短波長通過フィルタ又は帯域通過フィルタを使用することである。多くの用途では、周波数の動作範囲未満の下方遮断を伴う帯域通過フィルタが短波長通過フィルタに等価のものとして扱われ得る。図１０Ａの実施例は、単一のＣＰＣではなく複数の入力ＣＰＣを有する。図１０Ｃに示されるように、集光器ＣＰＣ１０３は、蛍光体ターゲット１０６を有する。集光器ＣＰＣ１０３は、１６個のＬＥＤからの入力を、蛍光体ターゲット１０６がある単一の射出面で結合して均質化する。また、図１０Ｄに示されるように、 Miles 他で開示されない図１０Ａの実施例の新規性も、蛍光体１０５の後方発光を反射するフィルタ１０５の機能である。これは、ここで記載される光学変圧器のある実施形態のリサイクル原理であり、新規であると信じられる。

図１０Ｂは図１０Ａに示される光学マニホールド１００の他の斜視図であり、ほぼ矩形の射出面１０４を更に含む。

図１０Ｃは射出面１０４における出口ＣＰＣ１０３の接近図であり、射出面１０４に設けられた実際の位置から離されて分解された薄膜蛍光体層１０６を示す。蛍光体層は、クロスＣＰＣ１０３の埋められたランベルトの光出力の全体を受け取る。青色ＬＥＤ１０２からの光の好都合に均一な総和は、何れか１つのＬＥＤの変動（又は、機能不全）のための均一な損失を被らない。好都合なことに、品質制御が複数のＬＥＤの平均中心波長を一定に維持するのに充分なように、個々のＬＥＤの波長ビニングは要求されない。

図１０Ａ−図１０Ｃに示される光学マニホールドは、図１０Ｃに示される蛍光体形態から起こる他の長所を有し、それは個々の青色チップに従来通り適用される蛍光体層を用いてでは可能でない。従来の白色ＬＥＤでは、青色チップが１滴の粉状の蛍光体のスラリを半流動体結合剤の形態で受け取る。製造中に青色チップに蒸着された後に、１滴は乾燥する（又は、紫外線硬化される）。従来の方法の短所は多い。第１に、蛍光体の薄い厚さ制御された等角層の蒸着は、１ｍｍの高出力ＬＥＤエミッタの表面に届くことが極めて困難であり、それはＬＥＤの大量生産で使用される材料の結果であると信じられ、蒸着面の小さなサイズ、及び放出面に一定の厚さの層を蒸着させるための多くの技術が、ＬＥＤを損傷し得る。第２に、蛍光体層は高熱状態になりやすい。何故ならば、それがＬＥＤに近いからであり、それはコーティングの熱劣化の加速、又は不適合性熱膨張から起こる力による蛍光体／ＬＥＤ境界面への物理的損傷の原因となり得る。（以下で図１１Ａ−図１１Ｃに関連して議論される）蛍光体スペクトル放出曲線は、温度が上昇するにつれて長い波長へシフトし、ＬＥＤの色に依存する望ましくない温度を招く。他の問題が当業者に既知のこの技術について存在し、上で議論した色温度の制御の困難さを含む。

代わりに、図１０Ｃは、ここで記載される光学変圧器が、セラミックの内部に戻された後に、均一な厚さ（例えば、２５−６０マイクロメートル）の大きな薄いシートとして蛍光体を如何にして直接利用するかを示す。好都合に大きい一片はレーザで刻まれるか、又は層１０６のサイズ（例えば、１側面で４−６ミリメートルの範囲）の一片に切断される。勿論、同じ厚さの蛍光体の更に大きな一片は、更に大きな光学マニホールドで、更に大きな白色光の光度のために使用できる。蛍光体の厚さの更に高度な制御のため、及び熱循環の欠如のために、この方法は高い均一性を輝度と色温度の両方に提供する。

図１０Ｄは図１０Ａ−図１０Ｃの光学マニホールド１００の内部の光線トレースであり、青色通過フィルタ層１０５の機能を図示し、青色通過フィルタ層１０５は出力クロスＣＰＣ１０３の入力面を横切って設置される。ＬＥＤ１０２からの青色光は、青色通過フィルタ層１０５を通過し、蛍光体層１０６に到達する。蛍光体層１０６は、黄色がかったランベルト分布した模範的な光線１１０ｒを放出する。光学素子の可逆性は、クロスＣＰＣ１０３が、蛍光体層１０６の内側の光線１１０ｒを表すランベルトの黄色がかった発光の全角度範囲を圧縮することを意味する。この黄色がかった発光が青色通過フィルタ１０５に反射するとき、その狭い角度が発光を蛍光体１０６に戻す。即ち、大きなＣＰＣ１０３は、全ての光線の軸外角度を１０°より小さくする。これらの戻された光線は蛍光体層１０６の内部で散乱されるが、吸収はされず、代わりに蛍光体層１０６の外側から漏れる５０％の確率を有する。この特徴は、青色ＬＥＤで直接コーティングされる蛍光体に基づく輝度よりも白色輝度を２倍近くにし得ると信じられる。大きなＣＰＣ１０３は、その非結像性のために優れた均一性を生成することができる。ここで記載される光学マニホールドのいくつかの実施例で可能な他の新規性は、蛍光体厚さの性格で均一な適用による色温度の正確な制御である。均一な青色照明と大きな光輝性層のこの組み合わせは、新規である。

青色光によって照射されるときに赤色光を発生するために光輝性半導体（例えば、ＡｌｌｎＧａＰのウェハからの薄片）を利用することが可能であると信じられる。この材料は透明なので、緑色蛍光体の上に被せることができ、黄色蛍光体の代わりに使用できる。緑色蛍光体を使用することは、半導体の量子収量が黄色蛍光体の量子収量より多いときに有利である。図１０Ｅはその種の形態の実施例を示し、射出面１０４を有する大きなＣＰＣ１０３を示す。緑色蛍光体１０６Ｐはその上に接着し、赤色半導体層１０６Ｓはその頂点に設置される。

緑色蛍光体を使用する他の方法は、赤色ＬＥＤ光源を用いる。図１０Ｆは、プレーナフィルタ１００５を通して大きなＣＰＣ１００３を送り出す１６個の小型ＣＰＣ１００１を含むマニホールド１０００の斜視図である。この実施例では、４つのＬＥＤ１００２Ｒが赤色であり、残り１２個のＬＥＤ１００２Ｂが青色である。図１０Ｇはマニホールド１０００の他の図であり、大きなＣＰＣ１００３の出口平面における緑色蛍光体１００６を示す。フィルタ１００５は、更に小さな赤色通過フィルタ１００５Ｒ、及びＬ字型青色通過フィルタ１００５Ｂを含むように示される。フィルタ１００５Ｒは４つの赤色ＬＥＤ１００２Ｒの上に被さり、一方、フィルタ１００５Ｂは１２個の青色ＬＥＤ１００２Ｂの上に被さる。図１０Ｄの光線１１０ｒによって示されるように、この複合フィルタはリサイクル動作を有する。

他の問題は、蛍光体材料の屈折率（いくつかの現在使用される蛍光体１０６では約１．８と考えられる）から起こる。これは、全反射のために光が蛍光体にトラップされるようにする。図１０Ｈは、蛍光体からの光取り出しを増加させる光学系の付加を別にして、図１０Ｃに類似の分解図である。図１０Ｈは、誘電体クロスＣＰＣ１０３、モノリシック・セラミック蛍光体１０６、及び誘電体半球１０８を示し、誘電体半球１０８は蛍光体の上にフィットする。

図１０Ｉはこのフィットの他の図であり、蛍光体１０６を収容して光学的に接着する正方形凹み１０９を含む、半球１０８の赤道面１０８’も示す。この装置は、蛍光体の拡大像を発生することにより光取り出しを増加させる。蛍光体散乱が高いとき、その種のドームは余り有効ではないと信じられる。その場合、平坦な蛍光体層によってトラップされた光は、抽出又は吸収されるまで、フィルタ１０５又は１００５（青色通過フィルタ又はショートパス（短波長通過）帯域フィルタであり得る）との相互作用を介して再散乱されてリサイクルされる。もしショートパス・フィルタが正しく設計されたら、反射率０．９９と無視してよい吸収率を有するべきである。光学素子のリサイクル部分に対して選択された材料も低い吸収率（例えば、ＰＭＭＡ）を有すると仮定したら、複数のバウンスで失われた光束の量は小さく、その種のシステムで抽出される光は大きい。これは輝度をドームの場合よりも実質的に高くするが、全ての光度でわずかな増加（５−１０％）である。一般に、適切な材料の平坦な保護カバーは、蛍光体層を保護するために設けられる。適切な材料は、例えば、エポキシ、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、及び蛍光体より低い屈折率を有する他の材料を含む。

図１１Ａは、分光測光器プロット１１０の中のフィルタ１０５の出力のグラフであり、可視スペクトル（４００−８００ナノメートル）の両端にわたる水平波長スケール１１１を含む。垂直スケール１１２は、相対輝度、又は透過率をプロットする。プロットライン１１３は、図１０Ａの青色通過フィルタ１０５として機能する短波長通過フィルタの例のスペクトル透過率を示す。上部ライン１１３ｈは、１００％に近い。何故ならば、一般に、フィルタ１０５は、射出成形可能なプラスチック（例えば、ポリカーボネート）の屈折率よりも僅かに低い屈折率を有するからである。例えば、その種のフィルタに対する１つの適切な材料は、ＰＹＰＥＸウェハである。

また、図１１Ａは、左４８５ｎｍと右４９５ｎｍの間の絶壁１１３ｃを示す透過率プロット１１３を図示する。透過率プロットと反射率プロットに急変を有するショートパス・フィルタは、広範囲の中心波長にわたって、カリフォルニア州サンタローザの例えば、 JDS Uniphase 社から購入できる。適切なショートパス・フィルタは、所定の波長より下では高い透過率（一般に、フレネル損失を含む空気中でさえ９０％より上）を有し、伝達遮断波長より僅か５ｎｍ上から始まる波長に対しては高い反射率（９９％より上）を有する。加えて、これらのフィルタは、１５０ｎｍまでは高い反射率帯域幅を維持できる。最後に、入射角１０°以下の光線に対して誘電体光学部品の間に挟まれるか、又は空気中にあるとき、これらのショートパス・フィルタはこれらの仕様を満たすことが出来る。中心波長自体は垂直入射において保証され、理論が述べるように、フィルタの内部の入射角の余弦に従って変化するように記載される。プロットライン１１４は、青色ＬＥＤに対する一般的な分光測光器プロットを描く。極めて小さな断片１１４ｆだけが、透過率曲線１１３の外側にある。しかし、その種のスペクトル・フィルタリングは、垂直入射から２７°ずれた全フィルタスペクトルにおける効果を示す波長シフト１１５に関して角度に依存する。これは、プロット１１４が、全ての青色光が反射されるようにするのに必要なだけシフトされることを示す。図１０Ａの入力ＣＰＣは１０°出口角度を有し、それは約４９５（１−ｃｏｓ１０°）＝７ｎｍ（絶壁１１３ｃの幅の半分）だけのシフトを起こす。この効果は、反射損失を約１％から２％増加させるだけである。

図１１Ｂは図１１Ａに類似のグラフであるが、異なるスペクトルプロット１１０Ｂを有し、フィルタ透過率プロット１１３の重要性を図示し、点線の蛍光体吸収曲線１１５と実線の蛍光体発光曲線１１６に並べられる。吸収曲線１１５は図１１Ａの青色ＬＥＤ放出曲線１１４とほぼ一致し、全体がプロット１１３の透過側にある。放出曲線１１６はほぼ全体がプロット１１３の反射側にあり、図１０Ｄの白色光線１１０ｒの戻りを起こすものであって、蛍光体１０６から内部へ放出された白色光のリサイクルを保証する。

図１１Ｃは図１１Ａ−図１１Ｂに類似のグラフを示すが、異なるスペクトルプロット１１１０を有し、図１０Ｇの複合フィルタ１００５のスペクトル作用を示す。図１０Ｇの青色通過フィルタ１００５Ｂは、図１１Ｃの透過曲線１１１３を有する。点線１１１５は緑色蛍光体の励起機能であり、実線１１１６はその発光機能である。図１０Ｇの赤色通過フィルタ１００５Ｒは、図１１Ｃの透過曲線１１１７を有する。図１０Ｆの赤色ＬＥＤ１００２Ｒは、図１１Ｃのスペクトル分布１１１８を有する。両方のフィルタは曲線１１１６の緑色蛍光体発光波長を反射して、蛍光体後方発光の大きなＣＰＣの内部でリサイクルを可能にする。

このアプリケーションのためのフィルタは、ＰＹＰＥＸウェハを支持層として使用し、この支持層の１側面に多くの薄膜材料を周知の蒸着プロセスを使用して蒸着して製造できる。適切なＰＹＰＥＸウェハは、厚さ約０．３ｍｍ、寸法公差±０．０５ｍｍで Corning 社から容易に購入できる。この材料は、可視範囲１．４７の平均屈折率を有する。蒸着プロセス、設計手順、及びその種の装置を作るのに必要な材料は、従来技術からよく確立される。例えば、後述するＰＹＰＥＸウェハ上の二酸化ケイ素と五酸化タンタルの４５交替薄膜を使用して、フィルタは波長４００−４９５ｎｍに対して８５％より上の最小透過率を達成するように設計でき、一方、約５１５ｎｍ−７００ｎｍの範囲の波長に対しては９８％より上の反射率を有する。その種の装置は大きなウェハに作ることができ、必要な形状はフィルタ１０５のサイズに合致する更に小さな切片に切断される。この方法は、フィルタのコストを明らかに下げることができる。他の更に効率的な設計は、工業的資源（例えば、カリフォルニア州サンタローザの JDS Uniphase 社からは装置を）から、多様な確立されたプロセス、材料、及び設計手順を使用して容易に購入できる。加えて、同じ結果を達成するためにホログラム技術を利用することが可能である。もし大量生産したらホログラムは非常に低価格な構成要素になるので、これは従来の方法を超えるいくつかの長所を有する。しかし、今回、その種の技術は利用可能であるとは報告されておらず、特別な研究及び開発を必要とする。

埋められたＬＥＤのランベルト分布が臨界角まで圧縮されることが望ましいが、エテンデュを維持する方法で領域を拡大させる。図１２は分布変換素子１２０を示し、広角（±９０°）ポート１２１が端点１２３，１２４によってマークされ、空間的に広い狭角ポート１２２が端点１２５，１２６によってマークされる。点１２７は、素子１２０の表面上における端点１２３と端点１２５との間の点であり、点１２７から光線が、素子１２０を含む透明な媒体の臨界角θにて素子１２０の反対側の端点１２６から出る。点１２８は点１２７と正反対である。点１２３から点１２７では、素子１２０の外形は、向かい合う点１２４，１２６における焦点について楕円である。端点１２５と端点１２７の間は点１２４における焦点について放物線であり、軸は点１２７から点１２６へ進行中の光線に平行である。反対側における端点１２４から点１２８、及び点１２８から端点１２６は対応した形状である。点１２７，１２８の左にはＣＥＣ（複合楕円集光器）があり、この右にはＣＰＣがある。分布変換素子１２０の出力の更に狭い角度は、他の実施例に対する適切な入力として役立つ。出口角度２θの単純なＣＰＣに対するこの素子の利点は、ＴＩＲが、底縁１２３及び１２４でより容易に成し遂げられることである。

ここで記載される光学変圧器の光学マニホールドの構成要素に対して等しく重要なのは、高いＮＡ（一般に、約１）で輝度を伝達し、一方で、高い均一性と一定の色を達成するために輝度を混合するエテンデュ維持方法である。ＮＡは、以下の方程式を使用して計算できる。
ＮＡ＝ｎｓｉｎ（π／２−θ_c）＝ｎ√（１−１／ｎ²）
ここで、θ_cは材料の臨界角であり、ｎは材料の屈折率である。この方程式はシステムのＮＡを決定するために有用であり、入力光線束は、既に誘電体媒体の内側である。この場合には、方程式の値ｎは、１．０より大きい。

照明の伝達に関する従来技術は、 Fein の米国特許第6,189,687号（特に、図１Ｆ）に示される。このコーナ・ターン形態は、従来の反射器についてだけ可能である。何故ならば、ＴＩＲは任意の光線を入射させないからである。全てのＴＩＲ動作に対して、米国特許第6,189,687号は、４５°曲がるための図３Ｂの装置を有する。類似の形状を有する光学素子は図１３Ａに図示され、ここで開示される角度回転子の鮮明度の識別、及び長所を促進する。

図１３Ａは Fein のコーナ・ターン１３５０の構造を示し、ポート１３５１，１３５２は共通の方向４５°横たわる。それは構造角θを使用し、構造角θは臨界角θ_c＝ｓｉｎ^-1（１／ｎ）の余角であり、ｎ＝１．４９５、θ＝４９°である。これは、誘導された光の最大角（又は、ほぼＮＡ＝１）に対応する。内壁１３５３はＴＩＲが動作可能な平坦なミラーであり、ポート１３５１の点Ｆ１からポート１３５２の点Ｆ２まで伸長する。外壁１３５４はポート１３５１の点Ｐ１から点Ｐ２まで伸長する放物線状の弧を含み、点Ｆ２に焦点を有し、軸が、入口孔１３５１に対する垂直に対して角度θを作り、線Ｆ２−Ｐ１に対しより一層垂直な方向（図１３Ａに示す時計回りの方向）において、楕円弧は点Ｐ２から点Ｐ３まで伸長し、焦点Ｆ１，Ｆ２を有し、放物線状の弧は点Ｐ３からポート１３５２の点Ｐ４まで伸長し、焦点を点Ｆ１に有し、その軸が射出孔１３５２に対する垂直に対して角度θを作る。構造線１３５５は、ほぼＮＡ＝１における光線の制限と同じ方法で、外壁１３５４に対して反射される。

これらの構造線は、ほぼＮＡ＝１に対するものであるが、 Fein の図３Ｂの装置は、その種の放射を全反射だけを介して実際に伝達できない。これは図１３Ｂに示され、コーナ・ターナ１３１０の光線トレースを描く。図１３Ｂのエッジ光線１３５７は入口孔に対する垂線に対して角度θを作り、それはこの装置の材料の臨界角の余角θ _cである。それらの中の１つだけ（光線１３５７ｅ）がＴＩＲによって反射される。残りの全ては、光線１３５７ｒを屈折により伝達し、漏れと部分的欠陥を構成する。更に完全な光線トレースは、１００％送達は、光線入射角が点Ｆ１，Ｐ４を結ぶ線と図１３Ａの入口孔に対する垂線の間の角度以下であるときだけ得られることを示す。図１３Ａの実施例では、この角度は約３°である。この装置に対して３°より大きい入射角を有する光線の中には、光学素子の外側に漏れるものもある。もし全ての光が全反射によって再配向されたら、（Fein の図３Ｂに示されるような） Fein に記載される装置は、高度にコリメートされる光源の回転にだけ適切なことが明らかになる。

光学マニホールドで使用される角度回転子は、可能な最高のＮＡまでの全ての光線に対する全反射を満たす。図１３Ｃは角度回転子１３０の断面図であり、第１ポート１３１と第２ポート１３２を有し、角度幅２θの光に対して完全に交換である。この角度は、回転子１３０の透明な材料に対する臨界角の余角の２倍である。第２ポート１３２はポート１３１の平面から角度βにあり、一般に便利な値約４５°において、２つの角度回転子が輝度を直角曲がりの周りで実質的には損失なしに伝達することを可能にし、従来技術の単純な丸い（又は、正方形の）断面に対する不可避の損失の原因となる状況を可能にする。

図１３Ｃでは、平坦な側壁１３３が楕円セグメント１３４の焦点Ｆ₁とＦ₂の間で伸長し、平坦な側壁１３５，１３６によって側面に配置される。側壁１３５は入口孔１３１に対して垂直に配向され、側壁１３６は射出孔１３２に対して垂直に配向される。光線１３７は焦点Ｆ₁から焦点Ｆ₂へ単一の全反射を介して進行し、光線1３８は単一の全反射を介して点Ｆ₁からのポート１３１の向かい合う側から点Ｆ₂からのポート１３２の向かい合う側へ進行する。これは、如何にして角度回転子１３０が、全ての光線を±θの範囲内で第１ポート１３１から第２ポート１３２へ、漏れ無しで伝達するかを示す。この非結像光学形態は、それが受け取る輝度不均一性をスミアリングする傾向がある。このスミアリングは、第２ポート１３２の各点が、光を全体ポート１３１から、及び角度回転子１３０の壁部からの反射から受け取るからである、像は、ちょうど他の型の輝度不均一性なので、これが、この及び他の実施例が「非結像」と呼ばれる理由である。

図１３Ｄは図１３Ｃの角度回転子に類似の角度回転子１３００の断面図であり、点Ｃに曲率中心を有する外部弧１３０１、及び点Ｃに曲率中心を有する内部弧１３０２を含む。適合された曲線１３０３は、弧１３０１に対して適合された曲線１３０４のように、弧１３０２の両端で終端する。曲線１３０３，１３０４は、終端ポート１３０５，１３０６を共同で定める。それらの２方向性は反対方向を向く光線１３０７，１３０８によって示され、外部入射角αと内部角度βで、各々が弧１３０１，１３０２に対して全反射する。図示されない終端ポートは、光線を屈折させる。何故ならば、それらは、例えば、ここで開示される他の光学マニホールドと結合することを期待されるからである。

図１３Ｅも角度回転子１３００を示すが、エッジ光線の平行径路の完全な組１３０９，１３１０を有し、それらは、回転子１３００が全反射を介する大きな弧を通して全ての光度を伝達する角度の制限を定める。

図１４は光学的シフタ１４０の断面図であり、第１角度回転子１４１、及び反対方向を向く第２角度回転子１４２を含む。組み合わせるために、両方の回転子は、図１３Ｃの平坦なセグメント１３５に類似のセグメントの除去によって変更されてきた。従って、インターフェースＦ₁−Ｆ₃は、入力光より広い。シフタ１４０の正味の効果は、この例では、入力輝度分布の１．５幅の横方向シフトであり、勿論、正味の効果はシフタ１４０を構成する透明な材料の臨界角に制限される。シフタ１４０の内部の複数の内部反射は、シフタ１４０に入射する輝度不均一性を取り除く傾向がある。

図１５Ａは光学的シフタ１５０の断面図であり、角度回転が無い横方向輝度シフトのためのものである。第１ポート１５１は、点Ｆ ₁ とＦ ₂ ’の間に及ぶ。第２ポート１５２は、点Ｆ ₁ ’とＦ ₂の間に及び、点線１５０Ｌによって示されるように、ポート１５１から半幅シフトする。何れかのポートが空気との境界であるとき、それに入射する光は透明な材料１５０の臨界角θの範囲内でなければならない。直線セグメントＦ₁’Ｐ₁はポート１５２に垂直であり、直線セグメントＦ _２ ’Ｐ _２はポート１５１に垂直である。放物線Ｆ₁Ｐ₁は焦点をＦ₂に有し、軸が光線ｒ_１と平行である。放物線Ｆ₂Ｐ₂は焦点をＦ₁に有し、軸が光線ｒ₂と平行であり、これは光線ｒ _１と平行である。図１３Ｃに関して以前に議論したように、非結像光学装置として、素子１５０はスミアリングする傾向があり、輝度分布の不均一性が素子１５０に入る。

図１５Ｂは、軸線１５５Ｌによって示されるように、その全幅だけの横方向輝度シフトに対する光学的シフタ１５５の断面図である。第１ポート１５６は、軸線１５５Ｌの一端の点１５ＢＰＴ１から点１５ＢＰＴ２に及ぶ。第２ポート１５７は、点１５ＢＰＴ３から軸線１５５Ｌの他端の点ＢＰＴ４に及ぶ。前記のように、光は、シフタ１５５を構成する透明な材料の臨界角１５ＢＡ１に制限される。これは、点１５ＢＰＴ３から１５ＢＰＴ７への光線によって定められた線と軸１５５Ｌの間に形成された鋭角として図１５Ｂに示される。シフタ１５５の周囲の大部分は、点１５ＢＰＴ２から点１５ＢＰＴ５、及び点１５ＢＰＴ３から点１５ＢＰＴ６の直線であり、これらはポート１５６及び１５７に垂直である。放物線状のセグメント１５８は点１５ＢＰＴ５から点１５ＢＰＴ４まで及び、その焦点を点１５ＢＰＴ１に有し、点１５ＢＰＴ７及び１５ＢＰＴ３によって定義される光線に平行な軸を有する。放物線状のセグメント１５９は点１５ＢＰＴ６から点１５ＢＰＴ１に及び、その焦点を点１５ＢＰＴ１に有し、点１５ＢＰＴ７及び１５ＢＰＴ３によって定義される光線に平行な軸を有する。
図１５Ｃは、図１５Ｂに示すものと同じ光学シフタ１５５の断面である。点１５ＢＰＴ１が常に左放物線１５９上にあり、かつ第１ポート１５６が位置ＢＰＴ１ ^* −ＢＰＴ２ ^* へと移動するように、該素子の右手側（セグメント１５ＢＰＴ１−１５ＢＰＴ２−１５ＢＰＴ４）を左手側（セグメント１５ＢＰＴ１−１５ＢＰＴ３−１５ＢＰＴ４）に対し移動させることにより、光の横方向シフティングは、その開口角を維持しながらいかなる値にも変更され得る。

図１５Ａ，１５Ｂは、輝度の横方向シフトの考えられる値の連続に沿った変形物を示す。更に大きなシフトは、図１５Ｂのシフタ１５５より更に長いシフタを必要とするだけである。

図１６は、第１矩形ポート１６１、及び第１矩形ポート１６１に垂直に向けられた第２ポート１６２を有する光学的ツイスタ１６０の斜視図である。螺旋曲線１６３は、光学的ツイスタ１６０のコーナを形成する４つの内の１つである。エアギャップ１６０ｇをまたいで配置されるランベルトのＬＥＤ１６５も示され、光学的ツイスタ１６０の内側の光はその材料の臨界角に制限され、面１６１から面１６２へ僅かな損失が伝達される。

図１７は、角度回転子を組み込んだ光学マニホールド１７０の断面図である。特に、図１７は、光学マニホールド１７０を作るために角度回転子が如何にして結合されるかを示す。ＬＥＤ１７１，１７２は、各エアギャップ１７１ｇ，１７２ｇを横切って、各角度回転子１７３，１７４の内部へ光を放出し、後者は直線部分１７５の長さに応じて配置される。出口ポート１７６の全体の幅が、両方のＬＥＤからの光を受け取る。

図１８は、３次元設計に取り入れられた光学マニホールド１７０の実施例の斜視図である。ランベルトのＬＥＤ１８１，１８２はマニホールド１８０の内部に光を放出し、それらの組み合わされた光は出口ポート１８３から出る。各ＬＥＤからの光は、出口ポート１８３の全体の幅へ実質的に分配される。図１８では、２次元の外形が、３次元固体へ直交する経路方向を使用して押し出される。或いは、射出成型からの部品の除去を容易にするために、押し出しは１°又は２°の抜き勾配で僅かに先細りできる。この方法では、開始外形、又は終端外形は他方より小さく、装置の性能の少しの低下を招くと信じられる。

図１９は、正方形入力ポート１９１を有する光学マニホールド１９０の斜視図である。一連の角度回転子１９２，１９３矩形出力ポート１９４を送り出す。直線の矩形部分１９５は一連の角度回転子１９６，１９７を送り出し、そこから矩形出力ポート１９８を送り出す。部分１９５の長さは、ポート１９８をポート１９４と同じ平面に配置するために適合される。

図２０Ａは光学マニホールド２００の斜視図であり、赤色ＬＥＤＲから光を受け取る横方向シフタ２０１、緑色ＬＥＤＧから光を受け取る混合ロッド２０２、及び青色ＬＥＤＢから光を受け取る横方向シフタ２０３を含む。ダクト２０４は、混合された光を受け取る。マニホールド２００の内部では、全ての光は臨界角θの範囲内に限られる。何故ならば、前記のように、ＬＥＤは小さなエアギャップ（例えば、図示されるエアギャップ２０１ｇ）を横切って発光するからである。

図２０Ｂは光学マニホールド２０５の斜視図であり、３つの分岐２０７−２０９によって送り出される入力ダクト２０６を有する点でマニホールド２００（図２０Ａ）と類似する。しかし、更に離れたソースに到達するために、マニホールド２０５は更に大きい。入力分岐２０７，２０８は、各々が反対方向を向く２つの角度回転子を含む。上部分岐２０７は、上向きに湾曲する第１角度回転子２０７ａ、及び下向きに湾曲する角度回転子２０７ｂを含むように示され、想像線２０７ｄがそれらを結合させる。上部分岐２０７は赤色ＬＥＤＲのためのものであり、下部分岐２０８は青色ＬＥＤＢのためのものであり、更に長い混合ロッド２０９は緑色ＬＥＤＧのためのものである。

図２１は４：１光学マニホールド２１０の断面図であり、コプレナ入力ポート２１１、角度回転子２１２、及び各入力ポートからの光を全範囲にわたって受け取る出力ポート２１３を有する。しかし、角度回転子２１２が光学マニホールド２１０のコンバイナに同化するスリット状の隙間２１４は、実際には僅かに丸みを付けられ、更に幅が広く丸みを付けられた先端部（大体、千分の数インチの幅）を有する長い隙間での置き換えとして定められる。

光線トレースは、その種の実際の理想からの逸脱が数％の小さな損失、及び射出面全体の均一性からのほんの小さなズレの原因となることを示してきた。その種の設計変更は、これらの図面の描画スケールで容易に見るには余りに小さ過ぎ、それらの性能コストは小さい。部分的に、これはここで記載される光学変圧器の統合された大きな電力のためであり、入力光の大きな空間的変化は、出力均一性からの非常に小さな逸脱をもたらす。例えば、ＬＥＤ上の暗いボンディング・パッドは、均一性からのたった５％逸脱をもたらし、商用ディスプレイの非公式の５０％制限よりも小さい。

図２２は４：１光学マニホールド２２０を示し、コプレナＬＥＤ２２１、デュアル角度回転子２２２、及び出口ポート２２３を有する。図２２では、コプレナＬＥＤ２２１は、図２１のそれらよりも更に間隔を空けられる。

マニホールドの内部では、光が臨界角に制限されるように、図２１−図２２のＬＥＤは、ランベルト光をエアギャップを横切って射出する。図２３は４：１光学マニホールド２３０を示し、コプレナＬＥＤ２３１は、図１２と同一の角度変圧器２３２に埋められる。それらからの光は、角度回転子２３３から出口ポート２３４まで進行する。ここで教示される原理によると、入力ポートの間の距離は所望する距離に対して調節可能であり、ポートが共通の面に存在することを可能にする。良い熱管理に必要なＬＥＤ間の距離が容易に適応されるので、共通の回路基板上にある複数のＬＥＤに対して特定のマニホールド・コンバイナを設計するとき、この機能は特に有用である。

図２４はアーチ形の４：１光学マニホールド２４０を示し、入力ポート２４１、角度回転子２４２、及び出口ポート２４３を有する。外壁２４４，２４５，２４６、及び内壁２４７は、点Ｃと中心を共有する円弧である。半径Ｒは、これらのアーチ形の壁部からの漏れを防ぐのに充分なだけ大きくなければならない。出来る限り、本発明の事実上全ての実施例では、伝達効率、又は出力均一性に測定可能な効果を与えることなく、この装置の形状ひだは、ひだを面取り、又は拈りすることの何れか、若しくは両方の組み合わせによって変形できる。

図２５はアーチ形の４：１光学マニホールド２５０の斜視図であり、各々が小さな角度回転子２５２を有する４つの入力ポート２５１、及び共通の出力ポート２５３を含む。小さな角度回転子２５４、媒体サイズの角度回転子２５５、及び大きな角度回転子２５６は、マニホールド２５０が、小さな半径２５７から媒体半径２５８を通して大きな曲率半径２５９まで変化する曲率半径を有することを可能にする。これらの半径、及び分岐間の間隔は、特定のマニホールドを含む種々の角度回転子の回転角と相対的な大きさによって制御される。

図２６Ａは２＊２：１光学マニホールド２６０の斜視図であり、各々が小さな角度回転子２６２を有するノンコプレナ正方形入力ポート２６１を有する。回転子２６２の各ペアは、矩形分布を大きな角度回転子２６３に送り出す。図２６Ａでは、４つのポート２６１の各々は任意の異なる平面に配置されていたが、同じ平面にすることも容易である。

図２６Ｂは図２６Ａの２＊２：１光学マニホールド２６０の斜視図であり、矩形角度回転子２６３によって送り出される正方形出口ポート２６４も示し、今度は矩形角度回転子２６３が平面に作用する角度回転子２６２によって送り出され、回転子２６３の平面に直交する。

図２６Ｃは４：１マニホールド２６５０の斜視図であり、２つの角度回転子２６５２によって送り出される出力ポート２６５１を含み、角度回転子２６５２の各々は直交面内の１組の角度回転子２６５３によって送り出される。これら４つの回転子の各々は、更に２つの回転子に至り、４つの脚部２６５５の１つを形成する。

図２６Ｄは９：１マニホールド２６６０の斜視図であり、図２６Ｃの脚部２６５５と同じコーナ脚部２６６５を有するが、更に大きな出力ポート２６６１を有する。コーナ脚部２６６５の間は中心脚部２６６６と側面脚部２６６７であり、側面脚部２６６７は、上部角度回転子２６６７Ａと下部角度回転子２６６７Ｂを含み、ライトパイプ２６６７Ｐによって接続される。中心ライトパイプ２６６８は、この３＊３配列の光学的導管のまさに真ん中にある。

図２７Ａは１６個のコプレナ入力ポート２７１を有する更に手の込んだ４＊４：１光学マニホールド２７０の斜視図であり、コプレナ入力ポート２７１の各々はデュアル角度回転子２７２を有する。４つのデュアル角度回転子の各列は、大きなデュアル角度回転子２７３を送り出す。

図２７Ｂは他の角度から見た図２７Ａの４＊４：１光学マニホールド２７０の斜視図であり、正方形出力ポート２７４を示す。

図２８Ａは４＊４：１光学マニホールド２８０の斜視図であり、該光学マニホールド２８０は１６個のコプレナ入力ポート２８１を含み、コプレナ入力ポート２８１の各々は、第２角度回転子２８３を送り出すデュアル角度回転子２８２を有し、第２角度回転子２８３はデュアル角度回転子２８２の面に対し９０°曲がった面にある。これらデュアル角度回転子の４つの列は４つのツイスタ２８４に入り、大きな角度回転子２８５が続く。

図２８Ｂは他の角度から見た図２８Ａのマニホールド２８０の斜視図であり、正方形出口ポート２８６を示す。

ここで記載される光学マニホールドの汎用性を示すために、図２９は光学マニホールド２９０の斜視図であり、自動車ダッシュボードの計器を照らすために利用されるものに類似する。信頼性のために、デュアル入力ＬＥＤ２９１はマニホールド２９０の内部に入り、第１照明器具として動作する可能性、及びバックアップ（又は、日中の）照明器具として動作する可能性を有する。或いは、２つのＬＥＤは、異なる全部の状態を合図するための異なる色を有する。入力光は混合ロッド２９２の中で分かれ、約半分は４＊４出力配列２９３へ行き、他の半分は分かれて矩形出力ポート２９４を送り出す。

ここで記載される種々の光学マニホールドの他の長所は、該マニホールドに対する入射光の制限角だけでなく、入射輝度の空間形状も（特に、正方形から矩形へ）変える機能である。図１５Ａ−図１５Ｂの輝度シフタはこの目的のために利用でき、細長い輝度分布が生成されることを可能にする。

図３０は、ｗ／２の直交スイープによって（ポート３０２における）幅ｗの外形３０１から形成される輝度シフタ３００の斜視図であり、第１ポート３０２は２：１矩形である。第２ポート３０３は、図１５Ａで示されるｗ／２ではなく、ｗ／４だけシフトされる。

図３１Ａは、他の実施例の分解図である。上部１／２幅シフタ３００Ｕは線３００Ｕｄをまたがって直交シフタ３０５Ｕと隣接し、幅ｗ／２の直交シフタ３０５Ｕはｗ／４の横方向シフト、及びｗ／２の下方向シフトを有する。殆ど同一であるが反転した下部シフタ３００Ｌはシフタ３０５Ｌと隣接し、ｗ／２の横方向シフト及び上方向シフトｗ／２を提供する。

図３１Ｂは、図３１Ａの分解図に示されるモノリシック・エテンデュ・スクイーザ３１０の斜視図である。図３１Ｂでは、正方形入力面３１１が上部ダクト３１１Ｕと下部ダクト３１１Ｌに分割され、また分岐して４：１矩形出力面（図示されない）を形成する。前記のように、この装置は、透明な材料の臨界角の範囲内の光で動作する。

図３１Ｃは、図３１Ｂに示されるエテンデュ・スクイーザ３１０の他の斜視図であり、４：１矩形出力面３１２を示し、その幅２ｗと高さｗ／２も示す。

図３２は、モノリシック９：１エテンデュ・スクイーザ３２０の斜視図であり、上−左光ダクト３２１、中心矩形ダクト３２２、及び下−右光ダクト３２３を含む。これら光ダクトは、正方形面ポート３２４を３つの部分に分割し、各々は３：１の比を有し、それらは移動され９：１細長い矩形ダクト３２５として再結合される。矩形３２５の形状は、９個の小さな光ダクト、又は特に、蛍光体コーティングされたときの照明装置のための統合光源のためのファンアウトとして、両方に有用である。

ここで記載される光学マニホールドの多くの実施例についての実際の問題は、マニホールドを適切な位置に取り付けるための取り付け点を何処にするかである。表面が光学的に活性なとき、取付具をその上に配置することは、所期の行き先からの光の発散による光学的損失を招く。従って、光学不活面のいくつかをマニホールドの一部として配置することが必要である。

図３３Ａにおいて、各要素に対する命名は、まず、図番号（３３Ａ）で始まり、コードが続く。コードは、対象のタイプを特定し（ポイント（点）に対しＰＴ、放物線に対しＰ、楕円に対しＥ、平坦ミラーに対してＦＭ、光線に対しＲ）、次いで、各要素を別個に特定する番号が続く。残りの要素は、対象のタイプを特定するいかなるコードも有さず、図番号（３３Ａ）と番号のみを有する。図３３Ａは、入力ポート３３Ａ１及び出力ポート３３Ａ２を有する光ダクト３３０の断面図であり、入力ポート３３Ａ１及び出力ポート３３Ａ２の両方に対し限定的な入射角θがある。ダクト３３０の側部は、ポイント３３ＡＰＴ１２に焦点が合う放射線弧３３ＡＰ１と光線３３ＡＲ１に平行な軸線を含み、ポイント３３ＡＰＴ１からポイント３３ＡＰＴ２へと延びる。ポイント３３ＡＰＴ２は、入口開口３３Ａ１の垂線に対する角度θによって定義される方向でポイント３３ＡＰＴ１５を通過する直線上にある。側壁は、焦点３３ＡＰＴ１５及び３３ＡＰＴ１２を持つ楕円弧３３ＡＥ１と共に延び、該楕円弧３３ＡＥ１は、ポイント３３ＡＰＴ２からポイント３３ＡＰＴ３へと延びる。放物線弧３３ＡＰ２は、ポイント３３ＡＰＴ３からポイント３３ＡＰＴ５へと延び、ポイント３３ＡＰＴ１２に合う焦点と、光線３３ＡＲ２に平行な軸線を有する。楕円弧３３ＡＥ２は、焦点３３ＡＰＴ１３及び３３ＡＰＴ１２を有し、ポイント３３ＡＰ６からポイント３３ＡＰＴ６へと延びる。楕円弧３３ＡＥ３は、焦点３３ＡＰＴ１３及び３３ＡＰＴ１６を有し、ポイント３３ＡＰＴ６からポイント３３ＡＰＴ８へと延びる。平坦ミラー３３ＡＦＭ１は、光ガイドの左側を完成させ、ポイント３３ＡＰＴ８からポイント３３ＡＰＴ９へと延びる。ポイント３３ＡＰＴ８は、出口ポート３３Ａ２に垂直でポイント３３ＡＰＴ９を通る直線と、ポイント３３ＡＰＴ１を通る別の直線とを交差させることによって得られ、これは、出口ポート３３Ａ２の垂線に対して角度θを成す。ポイント３３ＡＰＴ１６は、ポイント３３ＡＰＴ８と３３ＡＰＴ１０を連結する直線上にある。右手側において、光ガイドは、焦点３３ＡＰＴ１６及び光線３３ＡＲ４に平行な軸線を持つ物線弧３３ＡＰ３で始まり、ポイント３３ＡＰＴ１０から３３ＡＰＴ１２へと延びる。該側面（プロファイル）は、非光学活性曲線３３Ａ３を持って連続する。非光学活性曲線３３Ａ３は、ポイント３３ＡＰＴ１２及び３３ＡＰＴ１３を連結する直線と交差しない限り、どのような形状も与えられ得る。ポイント３３ＡＰＴ１に焦点がありかつ光線３３ＡＲ３に平行な軸線を有する放物線弧３３ＡＰ４は、ポイント３３ＡＰＴ１３からポイント３３ＡＰＴ１４へと延びる。平坦ミラー３３ＡＦＭ２は、該設計を仕上げ、ポイント３３ＡＰＴ１４からポイント３３ＡＰＴ１５へと延びる。

図３３Ｂは、角度３３Ｂ１によって示される完全９０度光回転を有する角度回転輝度ダクト３３００の断面図であり、図１３Ｄの断面図に類似する。受入れ及び出口角度３３Ｂ４の両方は同じ値である。この図の命名法において、ＭＰはマクロ焦点放物線（１９６５年１月、米国光学学会の定期刊行物第５５巻第１号第５〜１１頁、D. Spencerの論文「反射板輪郭としてのマクロ焦点コニー」において定義される）を表し、またＣは円を表す。側壁は、ポイント３３ＢＰＴ１からポイント３３ＢＰＴ２へと延びるマクロ焦点放射線３３ＢＭＰ１で始まる。これは、円形火線３３Ｂ２の接線の光線３３ＢＲ２に平行な光を反射する。円形火線３３Ｂ２は中心３３ＢＰＴ８と、ポイント３３ＢＰＴ８から３３ＢＰＴ３までの距離に等しい半径とを有する。光ガイドは円形ミラー３３ＢＣ１に続き、円形ミラー３３ＢＣ１は、中心３３ＢＰＴ８を有し、ポイント３３ＢＰＴ２からポイント３３ＢＰＴ７へと延びる。内壁は、ポイント３３ＢＰＴ５からポイント３３ＢＰＴ４へと延びる平坦ミラー３３ＢＦＭ１から構成される。このミラーは、出口開口に垂直である。マクロ焦点放物線３３ＢＭＰ２は、ポイント３３ＢＰＴ４からポイント３３ＢＰＴ３へと延び、光線３３ＢＲ１に平行な光線を、まるでこれらが円３３Ｂ３の接線であるかのように反射する。円３３Ｂ３は火線３３Ｂ２の外延である。このミラーの挙動は、反射後に円３３Ｂ３に対する接線ポイント３３ＢＰＴ６から来るように見える光線３３ＢＲ１によって実証される。該輪郭（プロファイルもしくは断面）は非光学活性面３３Ｂ６で終わる。非光学活性面３３Ｂ６は、これが、中心３３ＢＰＴ８を有しポイント３３ＢＰＴ３から３３ＢＰＴ９へと至る円形火線３３Ｂ２と交差しない限り、どのような形状であってもよい。該光学部品は、垂直線３３Ｂ５に対し対称である。ミラー３３ＢＣ１が円形ミラーであり、３３Ｂ２が円形火線であり、両方が同じ中心を有するので、該光学部品が提供する回転は、角度３３Ｂ１（３３ＢＣ１及び３３Ｂ２に対する弧長と側部ミラーの回転の対応する減少を伴う）を変更しつつ、残りの幾何学的配置を変えないことにより、容易に変更され得る。

図３４は光ダクト３４０の断面図であり、光ダクト３４０は、対称的に配置されたポート３４１及び３４２を有する。その下方輪郭は、左側において放物線ミラー３４Ｐ１を含み、放物線ミラー３４Ｐ１はポイント３４ＰＴ１から３４ＰＴ２に延び、かつ焦点３４ＰＴ３を有し、その軸線は３４Ｒ１に平行である。上方輪郭は、左側において平坦ミラーセグメント３４ＦＭ１を含み、平坦ミラーセグメント３４ＦＭ１はポート３４１に垂直であり、ポイント３４ＰＴ６からポイント３４ＰＴ５まで及ぶ。それは、次いで、ポイント３４ＰＴ５からポイント３４ＰＴ４までの放物線ミラー３４Ｐ２に続き、放物線ミラー３４Ｐ２は焦点３４ＰＴ１を有し、その軸線は光線３４Ｒ１に平行である。該輪郭は非光学活性曲線３４３で終わり、非光学活性曲線３４３は、これがポイント３４ＰＴ４及び３４ＰＴ３を連結する直線と交差しない限り、どのような形状であってもよい。受入れ角度は出口角度と等しく、また、光線３４Ｒ１と、ポイント３４ＰＴ１及び３４ＰＴ５を連結する線との間の角度によって定義される。設計は、垂直線３４４に対し対称である。

図３５は光ダクト３５０の断面図であり、光ダクト３５０は、複数の入力ポート３５１及び出口ポート３５２を有する。入力ポート３５１は、平坦ミラー３５ＦＭ３及び３５ＦＭ１に垂直である。該素子の受入れ角度は、ポイント３５ＰＴ２からポイント３５ＰＴ１２までの線と光線３５Ｒ１との間の角度によって定義される。両方は、平坦ミラー３５ＦＭ３及び３５ＦＭ１に対し同じ角度を成す。出口角度は、ポイント３５ＰＴ８及び３５ＰＴ１０を連結する線と、３５ＰＴ９及び３５ＰＴ７を含む線との間の角度によって定義される。平坦ミラー３５ＦＭ１は、ポイント３５ＰＴ１からポイント３５ＰＴ２へと延びる。光ガイド輪郭（プロファイルもしくは断面）は、ポイント３５ＰＴ２からポイント３５ＰＴ３へと延びる放物線弧３５Ｐ１に続き、放物線弧３５Ｐ１は、３５ＰＴ１１に焦点を有し、また光線３５Ｒ１に平行な軸線を有する。楕円弧３５Ｅ１は、ポイント３５ＰＴ３から３５ＰＴ４まで延び、焦点３５ＰＴ１２及び３５ＰＴ１１を有する。放物線弧３５Ｐ２は、ポイント３５ＰＴ４からポイント３５ＰＴ６へと延び、３５ＰＴ１２に焦点を有し、また光線３５Ｒ２に平行な軸線を有する。楕円弧３５Ｅ２は、３５ＰＴ６と３５ＰＴ７間に延び、３５ＰＴ１２及び３５ＰＴ９に焦点を有する。放物線３５Ｐ３は、ポイント３５ＰＴ７からポイント３５ＰＴ８まで延び、３５ＰＴ１２に焦点を有し、また、ポイント３５ＰＴ７からポイント３５ＰＴ９への光線に平行な軸線を有する。反対側では、光ガイド輪郭は、ポイント３５ＰＴ９からポイント３５ＰＴ１０へと延びる平坦ミラー３５ＦＭ２で始まる。放物線弧３５Ｐ４は、ポイント３５ＰＴ１０からポイント３５ＰＴ１１へと延び、ポイント３５ＰＴ８に焦点を有し、また線３５Ｒ２に平行な軸線を有する。該設計は、ポイント３５ＰＴ１１からポイント３５ＰＴ１２へと延びる非光学活性面３５３によって終わる。非光学活性面３５３は、ポイント３５ＰＴ１１と３５ＰＴ１２とを連結する直線に交差しない限り、どのような形状であってもよい。

図３６は輝度ダクト３６０の断面図である。輝度ダクト３６０は、ポイント３６ＰＴ１からポイント３６ＰＴ２までの点線周りに左右対称な形状を有し、またポート３６３を有する。両光学部品３６１及び３６２は、平坦ミラー３５ＦＭ１及び３５ＦＭ３とポート３５１が取り去られた光学部品３５０と同一である。図３６におけるポイント３６ＰＴ１から３６ＰＴ２への線は、図３５におけるポイント３５ＰＴ２から３５ＰＴ１２への線と同じである。

図３７Ａ、図３５の系３５０、及び４つのＬＥＤ３７２によって送り出される４ポートマニホールド３７１を含む拡張光学マニホールドの断面図である。光学マニホールド３７１は、図３４の４つの部分３４０、角度回転子３７４、及び角度変圧器３７５を含み、それらはダクト３５０に結合し、矢印３７６によって示される。光学不活面３７３は、取り付け、及び射出成型での射出ゲートと突出しピンの配置のために利用可能である。

図３７Ｂは、光学マニホールドの他の実施例の斜視図である。図３７Ｂの光学マニホールド３７００は、前記の図の構成要素を組み合わせる。図３７Ｂでは、光学マニホールド３７００は、（各々がＣＰＣ３７０３を有する）４つの入力ポート３７０１、及びそれらの組み合わされたエテンデュだけを有する単一の出力３７０２を含み、入力ポートに入射する全ての光は、出口ポートへ搬送される。各入力ポート３７０１は、（図３３Ａの実施例の外形と同一である）角度回転子３７０４の１つを送り出す。回転子は（図３７のそれと同一の）コンバイナ３７０５を送り出し、次にコンバイナ３７０５は大きな回転子３７０６と接続する。構造的ビーム３７０７は回転子３７０４の光学的に不活性なフランジと接続し、フランジ３７０８のそれとは異なる平面での安全な取り付けを提供する。

図３７Ｃは更に他の組み合わせの断面図であり、図７Ｅのそれと同一の遠隔蛍光体３７５０を各々が有する２つのデュアル・レンズＬＥＤを示し、青色透過ダイクロイック・フィルタ３７５５を含み、蛍光体後方発光の光線３７５６をリサイクルするように見える。各蛍光体は角度回転子３７７０を送り出し、それらの光度は出力ポート３７８０で結合される。ブラケット３７７５は頑丈な支持を提供し、蛍光体３７６０は構造的負荷を受けない。

図３８ＡはソースＳ１を有する誘電体ＣＰＣの断面図であり、エッジ光線３８３を放出して、受信器Ｒ１を有する誘電体ＣＰＣ３８２を照射する。Ｓ１全体の不均一性は取り除かれ、均一な分布をＲ１において与える。湾曲した正面は、この実施例が平坦面ＣＰＣよりも短くなることを可能にする。

図３８Ｂは、他の形態の誘電体ＣＰＣの断面図である。エッジ光線の自由空間伝搬は位置誤差を容認しないので、図３８Ｂは光送達を保証する他の形態を示す。ソースＳ２を有する平坦面誘電体ＣＰＣ３８５は誘電体ブロック３８７を照射し、今度は誘電体ブロック３８７が受信器Ｒ２を有するＣＰＣ３８６を照射する。このＣＰＣ形態が使用される光学部品において、エアギャップ３８８がいくつかの実施形態で必要である。反射防止コーティングはエアギャップに最も近いブロック３８７の面に適用でき、フレネル反射による損失を最小化する。

図３９Ａ−図３９Ｂは、二つのＣＰＣを含む代替装置の断面図である。９０°回転が望ましいとき、図３９Ａの形態は、フラックスを伝達するために何故その種のプリズム・カプラが有用であり得るかを示す。ＣＰＣ３９Ａ３は、源３９Ａ１から光を集め、それを対角線ミラー３９Ａ５上へと視準する（平行にする）。対角線ミラー３９Ａ５は、該光をＣＰＣ３９Ａ４に向けて反射し、ＣＰＣ３９Ａ４はそれを受信器３９Ａ２上に集中させる。しかしながら、この形態は、完全ではなく、上記源を出た光３９ＡＲ３の一部は、例えば、光線３９ＡＲ１及び３９ＡＲ２の場合の例のように、該光学部品の側壁を通って逃げる。図３９Ｂの光学部品は、図３９Ａの実施形態と類似するが、その改良である。この実施形態において、ＣＰＣ３９Ｂ３は、源３９Ｂ１からの光を集め、エアギャップ３９Ｂ６を通じて視準する。対角線ミラー３９Ｂ５は、この光をエアギャップ３９Ｂ７を通じてＣＰＣ３９Ｂ４へと反射する。ＣＰＣ３９Ｂ４は、次いで、該光を受信器３９Ｂ２上に集中させる。該光学部品内部の光線の通路は、光線３９ＢＲ１によって例示される。エアギャップ３９Ｂ７は、ＣＰＣ３９Ｂ３から出てくる放射線の流れ線の方向にあり、エアギャップ３９Ｂ６は、ミラー３９Ｂ５によって反射された光の流れ線及びＣＰＣ３９Ｂ４の流れ線の方向にある。この構成は、源３９Ｂ１から受信器３９Ｂ２への光の完全な幾何学的伝達が成し遂げられ得ることを許容する。エアギャップにおいてフレネル損失によるいくらかの光学的損失がある。そのため、反射防止コーティングが、それら損失を無視できるレベルまで低減するために用いられ得る。

図４０は、光学マニホールドの他の形態の断面図である。図１０Ｄのリサイクル蛍光体後方発光を参照して示され議論される方法は、この後方放出を蛍光体へ戻す青色通過フィルタを利用する。この方法は、蛍光体の低吸収を利用する。図４０の形態は、それ自体の発光波長の著しい吸収を有さない蛍光体に対して利用できる。誘電体ＣＰＣ４０１は、それに結合された青色ＬＥＤ４０２を有し、その配向された出力がエッジ光線４０３として示される。この青色光は、対角線青色通過フィルタ４０４を妨げられずに通過し、誘電体ＣＰＣ４０５の内部へ進み、蛍光体パッチ４０６を照らす。蛍光体後方発光はフィルタ４０４まで進み、第３誘電体ＣＰＣ４０７の内部へ反射され、第３誘電体ＣＰＣ４０７は射出面４０８を有する。平坦部分４０７ｆは、入射角を、ＣＰＣ４０７を含む誘電体材料の屈折率ｎに対してα_c＝ｓｉｎ^-1（１／ｎ）で与えられる臨界角α_cより小さく制限するように作用する。

図４１は、光学マニホールドの他の形態の断面図である。図４１は図４０に類似の形態を示し、そこへ結合される青色ＬＥＤ４１２を有する誘電体ＣＰＣ４１１を含む。ＣＰＣ４１１は、その上にコーティングされた青色通過フィルタを有する対角線射出面４１３を有する。対角線プリズム４１４は、面４１３へ光学結合される。誘電体ＣＰＣ４１５はプリズム４１４に隣接し、蛍光体パッチ４１６をその射出面に有する。蛍光体後方発光はプリズム４１４を通して進行し、対角線射出面４１３に反射して誘電体ＣＰＣ４１７へ入射する。この反射された後方放出は、仮想ソース４１８をＣＰＣ４１７の射出面に形成する。拡大図は、如何にして平坦部４１７ｆが、面４１８への入射角を臨界角α_cに制限するように作用するかを示す。

図４２は、光学マニホールドの他の形態の断面図である。図４２は、図４１に類似の形態を描く。誘電体ＣＰＣ４２１は青色ＬＥＤ４２２に結合され、その上にコーティングされた青色透過ミラーを有する対角線射出面４２３を有し、プリズム４２４へ光学結合される。誘電体ＣＰＣ４２５は青色光をＬＥＤ４２２から受け取り、それを蛍光体４２６に集中する。蛍光体後方発光はプリズム４２４を通して反射され、対角線プリズム４２７へ入射する。第３誘電体ＣＰＣ４２８は後方発光をプリズム４２７から受け取り、それを射出面４２９を通して集中する。

図４３は、図４２の自由空間バージョンの断面図である。湾曲した上部誘電体ＣＰＣ４３１は青色ＬＥＤ４３２へ結合され、その光を青色通過フィルタ４３３を通して第２誘電体ＣＰＣ４３４に送り、蛍光体パッチ４３５をその射出面に有する。蛍光体後方発光は、フィルタ４３３によってミラー４３６へ反射され、そこから第３ＣＰＣ４３７へ入射し、そこで射出面４３８を通して集中される。

図４４は、図４３に類似の光学マニホールドの他の形態の断面図である。図４４は、ＣＰＣ４４１、青色ＬＥＤ４４２、青色通過フィルタ４４３、第２ＣＰＣ４４４、蛍光体パッチ４４５、対角線ミラー４４６、及び第３ＣＰＣ４４７を含む。Ｙ字型コンバイナ４４８は、蛍光体パッチ４４５の２倍の領域を有する出力面４４９を有する。

図４５は、多波長光出力を提供するために異なる色の複数のＬＥＤを組み合わせるのに使用できる光学マニホールドの断面図である。異なる色の複数のＬＥＤを白色結果に組み合わせるとき、もし出力領域が任意の１色の入力領域とほぼ同じなら、それらの和よりも有利である。何故ならば、これは輝度を、例えば、約３の因子だけ増加させるからである。（厳密に言うと、もしＬＥＤが固体誘電体に埋め込まれたら、出力領域から空気中へ順番に出る全ての光に対して、出力領域のサイズが入力領域よりも誘電体材料の屈折率の２乗に等しい因子だけ大きくなければならないことを銘記すべきである。）図４５は、これを遂行する１つの方法を示す。３つの湾曲面誘電体ＣＰＣが示され、赤色ＣＰＣ４５１、緑色ＣＰＣ４５２、及び青色ＣＰＣ４５３を含む。対応するＬＥＤソースＲ，Ｇ，Ｂは、各ＣＰＣと光学的に接触する。即ち、エアギャップが無い。対角線フィルタ４５４は、赤色光だけを反射する。第２対角線フィルタ４５３’は、青色光だけを反射する。３色全てがそれにより重ねられ、第４ＣＰＣ４５５へ送られ、第４ＣＰＣ４５５はそれらの光を出口面４５６で白色結果に組み合わせる。該出口面４５６は、４つのＣＰＣ４５１，４５２，４５３，４５６を含む誘電体材料の屈折率ｎに少なくとも等しい因子だけ面Ｒ，Ｇ，Ｂよりも実際に大きい。（この因子は、２次元の場合に対してのみ適用できる。３次元では、射出面の領域は、因子ｎ²によって更に大きい。）しかし、第４ＣＰＣ４５５も異なる。何故ならば、それのみも基底線形部分を含み、該基底線形部分は、面４５６への入射角を臨界角α_cの最大値に制限するために作用するからである。そのチップ（先端）の形態は、図４０のクローズアップ４０７ｆに示す形態に類似する。面４５６を出る屈折された光線は、９０°までの範囲内である。

図４６は、多波長光出力を提供するために複数の異なる色のＬＥＤを組み合わせるのに使用できる光学マニホールドの他の形態の断面図である。図４６は、赤色誘電体ＣＰＣ４６１、緑色ＣＰＣ４６２、及び青色ＣＰＣ４６３を示す。第１対角線フィルタ４６４は赤色光だけを反射し、第２対角線フィルタ４６５は青色光だけを反射する。プリズム・ブロック４６６は、これらフィルタ・コーティングをその上に有する４つの小さなプリズムから組み立てられる。第４誘電体ＣＰＣ４６７は、３つの重ね合わされた放射入力を受け取り、射出面４６８で単一の白色出力に組み合わせ、射出面４６８のエッジは、３つの着色されたＣＰＣのエッジの１つのｎ倍のサイズである。直線部分４６７ｆは、入射光を臨界角α_cに制限する。

図４７は、図４６に類似の光学マニホールドの他の形態の断面図である。白色結果が狭い角度であると所望されるとき、第４ＣＰＣは省くことが出来る。また、エアギャップは、プリズム・ブロックと緑色ＣＰＣの間に厳密には必要でない。図４７は結果を赤色誘電体ＣＰＣ４７１、及び青色誘電体ＣＰＣ４７３を用いて前のように示すが、緑色ＣＰＣ４７２はデュアル対角線射出面を有する。赤色反射器４７４と青色反射器４７５は、対角線サブプリズム４７６，４７７，４７８の面に適用される。組み合わされた白色出力４７９は、３つのＣＰＣの内角θの Snellian 結果であるビーム幅αを有する。

図４８は、多波長光出力を提供するために複数の異なる色のＬＥＤを組み合わせるのに使用できる光学マニホールドの他の形態の断面図である。いくつかのケースでは、もしＬＥＤが同じ平面ならば、更に好都合である。従って、図４８は、赤色ＣＰＣ４８１、緑色ＣＰＣ４８２、及び青色ＣＰＣ４８３を含む複数の平行誘電体ＣＰＣを示す。第１対角線ミラー−プリズム４８４と第２対角線ミラー−プリズム４８５も示される。前のように、サブプリズム４８６，４８７，４８８は、白色出力４８９を提供している。

図４９は、多波長光出力を提供するために複数の異なる色のＬＥＤを組み合わせるのに使用できる光学マニホールドの他の形態の断面図である。コプレナ・ソースの自由空間バージョンも可能である。図４９は、混合ロッド４９１ｍと射出器４９１ｉを有する赤色ＣＰＣ４９１、緑色の湾曲した上部ＣＰＣ４９２、及びＣＰＣ４９１と同一の形態を有する青色ＣＰＣ４９３を示す。側部ＣＰＣ４９１及び４９３は、ＬＥＤから出てきてかつこれらＣＰＣの誘電（絶縁）材料へと屈折される光の方向によって定義される臨界角度に制限される放射線を受け入れるように設計される。該光学部品に光学的に連結される（にかわもしくはゲルを用いて）ＬＥＤでは、混合ロッド４９１ｍ及び４９３ｍの上方チップは、小さいＣＰＣにＬＥＤのランベルトの放出（放射）を変換させることを要求し、これにより、該放射が該混合ロッドの臨界角度に制限され、これにより、該放射が側部損失を伴うことなく混合ロッドの下方に移送され得る。この場合、側部ＣＰＣ４９１及び４９３は、臨界角度に制限された光を受け入れるように設計されるが、中間ＣＰＣ４９２は、中央ＬＥＤによって発せられた十分なランベルトの放出を受け入れるように設計される。対角線ミラー４９４は赤色光を赤色反射器４９６にそらし、ミラー４９５は青色光を青色反射器４９７にそらす。第４ＣＰＣ４９８はこれらビームを出口面４９９で白色出力に組み合わせ、平坦部４９８ｆは入射角を面４９９で臨界角α_cに制限する。

図５０は、多波長光出力を提供するために複数の異なる色のＬＥＤを組み合わせるのに使用できる光学マニホールドの他の形態の断面図である。図５０では、光学マニホールドは、対角線射出面を有する赤色ＣＰＣ５０１、緑色ＣＰＣ５０２、及び青色ＣＰＣ５０３を有する。プリズム５０４は、赤色透過−緑色反射器をその対角線面に有する。過渡プリズム５０５は組み合わされた赤色光と緑色光を受け取り、プリズム５０６へ光学的に結合され、プリズム５０６は青色反射器をその対角線に有し、白色出力５０７がプリズム５０６を出る。

図５１Ａは、コプレナ・ソースを利用する光学マニホールドの他の形態の断面図である。図５１Ａの実施例は、赤色誘電体ＣＰＣ５１１、緑色誘電体ＣＰＣ５１２、及び青色誘電体ＣＰＣ５１３を含む。対角線ミラープリズム５１４は、赤色光を下向きに過渡プリズム５１５を通して反射する。その対角線に緑色反射器コーティングを有する対角線プリズム５１６はプリズム５１５と光学的に結合され、対角線は緑色光を下に過渡プリズム５１７を通して送る。その対角線に青色反射器コーティングを有する対角線プリズム５１８は、プリズム５１７に光学的に結合される。白色出力５１９は、ビーム幅αを有するプリズム５１９の底部を出る。該ＬＥＤ間の間隔は、光ガイド５１５及び／又は５１７を別々に延ばすことにより、容易に変更され得る。

図５１Ｂを参照する。実施例の中には、ここで記載される光学変圧器の青色励起実施例で２つの異なる蛍光体を利用することが不可能なものもある。良い量子収量を有する緑色蛍光体は、その青色−励起ＬＥＤと同じ発光出力の緑色ＬＥＤとほぼ同じ光度を生成するが、更に広い範囲の波長が演色のためには更に良い。第２蛍光体は白色ＬＥＤで今使用されているような従来の黄色蛍光体であるが、その発光の赤色部分を減少させるために注入される。これは、光ルミネセンスによって生成されるときに、赤色波長が大きな Stokes 損失を有する点で長所である。代わりに、赤色ＬＥＤは、優れた白色ソースを生成するために２つの蛍光体と混合できる。図５１Ｂは、多波長光出力を生成する光学マニホールドの形態の断面図である。特に、図５１Ｂの光学系は、白色光を作り出す白色ＬＥＤマニホールド５１００を含み、２つの青色ＬＥＤ５１０１と赤色ＬＥＤ５１０２を発光入力として含む。青色ＬＥＤ５１０１はＣＰＣ５１０３を送り出し、ＣＰＣ５１０３は光を青色透過ダイクロイック・フィルタ５１０４にコリメートし、今度は青色透過ダイクロイック・フィルタ５１０４がＣＰＣ５１０５の頂点にある。緑色蛍光体５１０６と黄色蛍光体５１０７はフィルタ５１０４によってリサイクルされた後方放出を有し、増大した前方発光は小型ＣＰＣ５１０８によって集められ、今度は小型ＣＰＣ５１０８が角度回転子５１０９のペアを送り出す。各角度回転子５１０９のペアの第２回転子が、均一な輝度と均一な白色クロミナンスを出口ポート５１１１に届ける出力混合ロッド５１１０を送り出す。

図５１Ｃは、多波長光出力を生成する光学マニホールドの他の形態の断面図である。図５１Ｃの実施例は、緑色蛍光体のみを有する。図５１Ｃの光学系は、ＣＰＣ５１５２を送り出す入力青色ＬＥＤ５１５１を有するマニホールド５１５０を含み、ＣＰＣ５１５２は青色通過フィルタ５１５３と接触する。ＣＰＣ５１５４は、緑色蛍光体５１５５を小さな端部に有する。蛍光体５１５５はＣＰＣ５１５６を送り出し、ＣＰＣ５１５６は蛍光体の光を対角線赤色反射フィルタ５１５７にコリメートする。青色ＬＥＤ５１５８はＣＰＣ５１５９を送り出し、ＣＰＣ５１５９はコリメートされた青色光をフィルタ５１５７を通して送る。赤色ＬＥＤ５１５０はＣＰＣ５１６１を送り出し、ＣＰＣ５１６１はコリメートされた光をフィルタ５１５７へ送り、今度はフィルタ５１５７がこの光９０°を大きなＣＰＣ５１６２に沿って反射する。大きなＣＰＣ５１６２は小型ＣＰＣ５１５６，５１５９，５１６１からの光を混合し、それらを角度変圧器５１６３へ搬送し、角度変圧器５１６３は射出面５１６４からの屈折に対する角度を狭くする。

複数のＬＥＤソースを統合するここで記載される光学変圧器の機能は、３より大きい波長が使用され組み合わされることを可能にする。肉眼の色収差はＲＧＢビデオの赤色イメージと青色イメージを分ける傾向があるので、琥珀色とシアンが付加でき、その種の効果を減少させる。例えば、図５１Ａのスタックされた形態が、琥珀色ソースとシアン・ソースに対して２以上のＣＰＣとフィルタを増大できる。

図５２を参照すると、光学マニホールドの他の形態の断面図である。輝度シフタの主題、及び図１５Ａの半値幅横方向シフタ１５０、及び図１５Ｂの全幅シフタ１５５の連続を続けることに戻ると、図５２の実施例は、矢印２ｗで示されるような、ダブル幅横方向シフトが可能な輝度シフタ５２０を含む。図示されるように、光は出口ポート５２１に引かれた軸５２０ａからの角度θに制限される。入力ポート５２２はより小さい幅を有し、ポート５２１に対して横方向にシフトされる。入力ポートと出力ポートとの大きさの違いの理由は、入力ポート５２２がＬＥＤからの十分なランベルト光を受け入れるのに対し、出力ポート５２１は角度θに制限される光を発するからである。左の外形（輪郭）は、点Ｆ４から点Ｐ１に延びる平坦ミラー５２３と、点Ｐ１と点Ｐ２の間で延び焦点をＦ３に有し軸線が線ｒ１と平行な放物線弧５２４と、点Ｐ２から焦点Ｆ１へ延び焦点をＦ２とＦ３に有する楕円弧５２５とを含む。右の外形は、点Ｆ２から点Ｆ３に延びる放物線弧５２６を含み、放物線弧５２６は焦点をＦ１に有し、その軸線は線ｒ１と平行である。

図５３Ａは、トリプレックス光学マニホールド５３０の平面図であり、図５２（左に投影される）の左輝度シフタ５３１、中間輝度ダクト５３２、及び図５２の右輝度シフタ５３３を含み、３つ全てが入力ポート５３１ｉ，５３２ｉ，５３３ｉを有し、この実施例では各幅が約１．２ｍｍである。２つのシフタは、これら２つのシフタの直線部分の長さ（図５２の５２３）に沿う中間ダクト５３２と一致する。該中間ダクトは、その入口ポートにＣＰＣ輪郭５３２ｃを有し、ＣＰＣ輪郭５３２ｃは高さが約３．１２ｍｍであり、かつ角度５３４へと光を視準する。この角度は、角度θにより図５２に示すように、両側部シフタの角度に一致する。ＣＰＣ５３２ｃを出る光は、光パイプ５３２ｆにいおって上方に移送される。この結果として、この実施例では、約７．２ｍｍの幅の組み合わされた出口面５３０ｅを有する光学系をもたらす。

図５３Ｂは、図５３Ａに示されるトリプレックス光学マニホールド５３０の側面図であり、この実施例では、その幅が約２．３３ｍｍであることを示す。図５３Ａの３つ全てのマニホールドは、図５３Ａの外形に対する直行方向に、ＣＰＣ外形５３０ｃを有する。このＣＰＣ外形（輪郭）の高さは、約２．２８ｍｍであり、出口角度５３６を有する。従って、中間ダクト５３２ｆの入り口部分は、誘電体クロスＣＰＣを利用して、垂直方向と水平方向の出口角度を、望ましい仕様に対して調整する。垂直方向と水平方向の３つのマニホールドに対する出力角度（角度５３４及び５３６）が、互いに独立して設定できる。

図５４Ａは、図５３Ａ−図５３Ｂのマニホールドから放出された遠距離電界強度の輪郭ダイヤグラム５４０を示すグラフであり、水平方向の角度スケール５４１は５０°左（５０Ｌ）から５０°右（５０Ｒ）へ伸び、垂直スケール５４２は５０°上（５０Ｕ）から５０°下（５０Ｄ）へ伸びる。輪郭線５４０ｃは、最大３．２５ワット／ステラジアンの輝度レベルを示す。輪郭線は、水平方向の境界線を約±３０°に有する。輪郭線の垂直方向の境界線は大きくなく、約±４０°まで広がる。

図５４Ｂは、図５３Ａ及び図５３Ｂのマニホールドから放出された実線で示される５４６で示される水平方向の輝度外形と点線５４７で示される垂直方向の輝度外形とを示すグラフである。両方の外形は、明確な境界線と急な周辺部を有する。マニホールドを送り出すＬＥＤの個々の違いにも拘わらず、それら全体の形は完全に再現可能である。

図５５は、空間輝度マップ５５０を示すグラフであり、ミリメートルのスケールであり、実施例のマニホールドの出力面５３０ｅが図５３Ａ，５３Ｂに示される。図５３ＡのＬＥＤ５３１ｉ、５３２ｉ、５３３ｉが、中心ダークゾーンについてモデル化され、入力不均一性が強く形成される。それにも拘わらず、マップ５５０は、マニホールドを送り出すＬＥＤと比較して際立った均一性を有し、シャープで明確なエッジを有する。この分布は、ＬＥＤの通常の位置的誤差、又は輝度における個々の差による影響を殆ど受けない。その均一性と明確さも、他の高輝度光源（例えば、白熱灯フィラメント、又はアーク）よりも優れている。輪郭はエッジにおいて１５，０００Ｗ／ｍ²でラベル付けされ、中心において６０，０００を超える。この高出力輝度は、入力の単一の発光電力に由来する。

図５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃは、トリプレックス光学マニホールドの他の形態を示す。図５６Ａはトリプレックス光学マニホールド５６０の斜視図であり、３つの入力ＬＥＤ５６１，５６２，５６３を有し、全て回路基板５６４上である。

図５６Ｂは、図５６Ａと同じトリプレックス光学マニホールド５６０の斜視図であり、マニホールド５６０の発光出力を形成する球根状の自由な形式のレンズ５６５も示す。

図５６Ｃは、図５６Ａと同じ光学マニホールド５６０の斜視図であり、レンズ５６５の発光出力５６７からのコリメートされたビーム５６８を形成するために作用する、湾曲した矩形ミラー５６６も示す。ビーム５６８は、ヘッドランプのための自動車点灯法規、又は他の規定を満たす。

図５７は、４つの照明装置５７０のバンクの斜視図であり（図３２、及び関連する議論を参照）、光学的に完全な自動車ランプを形成する。

図５８Ａ−図５８Ｂは、自動車点灯（特に、自動車ヘッドランプ）のようなその種のアプリケーションのための非対称ビーム・パターンを生成するための他の方法を示す。図５８Ａは、図５３Ａのトリプレックス・マニホールド５３０の形状を有する非対称マニホールド５８０の外側斜視図を示し、第１ダクト５８２と一致する第２ダクト５８１も含む。図５８Ｂは、他の斜視図である。ダクト５８２断面形状を射出面５８３に有し、その外部境界は遠距離自動車ヘッドランプ・ビーム照度（又は、輝度パターン）の形状とほぼ一致する。ダクト５８２は、１又は複数の方向へ長さに沿ってテーパでき、射出面５８３上の種々の点における輝度を調節する。垂直方向と水平方向の非対称マニホールド５８０の角度出力も、トリプレックス・マニホールド５８０ｍの設計によって調節できる。出口面５８３からの出力は、結像原理、又は非結像原理の何れかを利用する第２光学部品によって更に調節できる。

ここの記載は、個々光学素子、及びそれらを構成要素として組み合わせる複数の実施例の両方を記載する。これら素子、及びそれらの組み合わせの１つの共通テーマは、非結像光学の原理の新規適用による、エテンデュの保持を通したソース輝度の保持である。

ここで記載される光学変圧器を実施する最良の態様の記載は限定のためのものではなく、本発明の一般的原理を単に説明するためのものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲により決定される。

これら教示の観点から、本発明の精神、又は範囲から逸脱することなく他の実施例が実施できることは、当業者には明らかである。本発明は以下の請求項によってのみ限定され、本願明細書、及び図面と関連して見たとき、請求項は全ての実施例、及び変形を含む。

図１０Ａ及び１０Ｂの構成に戻り、小さな誘電体クロスＣＰＣ１０１及び大きな誘電体クロスＣＰＣ１０３の両方は、図１Ａ、２Ｂ及び２Ｃに示されるもののように、ベーシックなＣＰＣプロフィルの双方向（二方向）スイープ（掃引）である。図５９は、二つのトラフ、すなわち、同一平面断面５９３の相互に垂直な線形（直線状）スイープＣＰＣ５９１及び５９２の固体交差部としてのクロスＣＰＣの幾何学的配置を示す。各トラフが一定の断面５９３を有するので、トラフが図５９に示されるものよりも更に長いならば、孔５９４から発せられるいかなる光も、トラフ５９２をその受入れ角度内において発つ。なされるべき点は、トラフが光学的に理想的なものであるにもかかわらず、それらの交差部５９０は理想的なものではないということである。５９３のような浅い断面の場合、完璧からの発射は小さいが、より深い構成は別の問題である。

図６０Ａは、タンデムクロスＣＰＣ６０を示し、これは左側のクロスＣＰＣ６１と右側のクロスＣＰＣ６２とから成る。これらは、大きい端と大きい端とが付けて配向され、正面６０ｍにおいて結合する。光は、ここでは入射ポートとしても知られる面６０ｓにて入り、ここでは出口ポートとしても知られる反対側の６０ｒにて受けられる。光線追跡シミュレーションは、６０ｓでの光の入射が、ＣＰＣの常識から予期されるように、ほぼ１００％の幾何学的効率で結合面６０ｍに送られることを示す。しかしながら、そのような光がそれにより右側ＣＰＣ６２に入ると、ロスは深刻になる。これは、結果としては非結像光学の文献において従来報告されておらず、次に述べるいくつかの好ましい実施形態に対する動機付けとなる。

図６０Ｂは、同じタンデムクロスＣＰＣ６０を示すが、光線６３で満たされ、図６０Ａの源６０ｓから右方へ発射される。右側において漏れ光線６４Ａから１０％ロスが、また、左側において漏れ光線６４Ｂから更に５％ロスが顕著に目に見える。漏れ光線６４Ａは、図６０Ａの右側クロスＣＰＣ６２の壁を多様に交差させた光線のＴＩＲ障害のために喪失される。漏れ光線６４Ｂは、最初に、右側クロスＣＰＣ６２によって逆反射され、これにより、左側クロスＣＰＣ６１に入り、最後に図示のように放出される。この１５％ロスは、従来のリン（蛍光体）−変換ＬＥＤを改良しようと努めている照明システムでは受け入れられない。

クロスＣＰＣの構成の関連した非効率性は、図１０Ｄに示すリサイクリング機能（関数）にある。しかしながら、実際上の光線追跡は、このプロセスの効率がわずか８９％であることを示す。これは、リサイクリング全体にとってよい前兆ではない。その理由は、該プロセスが、図１０Ｄに示すプロセスの多数の繰り返しに依存し、各繰り返しがリサイクル（再循環）光の強度の１１％を失わせるからである。

これらの関連した非効率性はクロスＣＰＣに固有である。これらは、いずれかのＣＰＣトラフ（図５９における）の２Ｄ受入れ角度内にある光線から生じるが、３Ｄ内のものはその範囲外である。これは、図６１で見ることができ、該図は、クロスＣＰＣの大きな端を出る光を表す光線方向スポット６１０１を表示するための角度−空間グラフ６１００を示す。該光線は、いずれかの軸線の１０°内の方向に制限されて見ることができる。しかしながら、円６１１０はまた、半径１０°を有するが、グラフ６１００のコーナーにおいて、多数の光線がその外側において見ることができる。これらの光線は、これらの多くが失われることになるので上述した非効率性の原因である。３Ｄ幾何学的形態の図６０Ａを参照して、ＣＰＣ６１及び６２は、正方向断面を有し、正方向平坦領域６０ｍで出会う。正方形平坦領域６０ｍのコーナーにおけるＣＰＣ６１の流れラインは、６０ｍに対し垂直ではない。同じことがＣＰＣ６２の流れラインにも起こり、これは、ＣＰＣ６１の流れラインに対して対称である。従って、これらの流れラインは合致しない。また、両ＣＰＣによって６０ｍの地点に定義されるエッジ光線の円錐は、異なる方向にあり、これは、ＣＰＣ６１によってＣＰＣ６２内へ投入されるある光のＣＰＣ６２による拒絶を引き起こす。第１ＣＰＣが発して第２ＣＰＣが受ける光の位相空間における交差部のみが送り出される。

この継続の更なる改良点を開示する前に、上述した非効率性の完全にマイナスな影響が数学的に説明される。図６２Ａは、遠隔蛍光体（燐光体）システム（遠隔蛍光体系）６２００を図式的に表し、該システムは、光源としての青色ＬＥＤ６２０１と、第１ＣＰＣ６２０２と、中線二色フィルタ６２０３と、第２ＣＰＣ６２０４と、遠隔蛍光体パッチ６２０５とを備える。一般に、そのような蛍光体パッチは比較的薄く、二つの表面、すなわち、ＣＰＣからの光を受ける一つの面（以下、内側面という）と、反対側の面（以下、外側面という）とを有する。フラックス（束）ダイアグラム６２１０も示され、破線６２１１はＬＥＤ６２０１を示し、破線６２１２はフィルタ６２０３を示し、破線６２１３は蛍光体パッチ６２０５を示す。ダイアグラム６２１０は、以下の数学的記号を用いる。

Ｌ＝青色ＬＥＤ６２０１からＣＰＣ６２０２に入る光束。

Ｔ＝光学部品６２０２及び６２０４でのＬＥＤ６２０１から蛍光体パッチ６２０５への青色光透過率（フィルタ６２０３に関連するロスを含まない）。

Ｒ＝再循環因子（係数）、すなわち、ＣＰＣ６２０４によってリサイクルされ、蛍光体パッチ６２０５へと戻された後方散乱光の割合クロスＣＰＣは、８９％値を有する。

ρ_L＝ＬＥＤ６２０１の積分反射率。７０％の値が高品質のＬＥＤを表す。

ρ_y＝蛍光体放射波長に対してのフィルタ６２０３の積分反射率。

τ_b＝ＬＥＤ青色波長に対してのフィルタ６２０３の透過率。

Ｐ_B＝散乱され第２ＣＰＣ６２０４に戻される割合。

Ｐ_T＝蛍光体パッチ６２０５に打ち当たる光（該光は蛍光体の前面外へと更に送り出される）の割合。後方散乱に対するロスに加えて、この変数は、青色対黄色変換のロスとフレネル反射とを含む（蛍光体パッチ６２０５を覆うカバーがある場合、これに関連するロスを含む）。本発明者の著書の引用先行技術（B. Parkyn、J. Chaves、W. Falicoffの「Remote phosphor with recycling blue-pass mirror」Proc. SPIE第５９４２巻、Nonimaging Optics and Efficient Illumination Systems II、米国カリフォルニア州サンディエゴ、２００５年８月、及び、W. Falicoff、J. Chaves、B. Parkynの「PC-LED luminance enhancement due to phosphor scattering」Proc. SPIE 第５９４２巻、Nonimaging Optics and Efficient Illumination Systems II、米国カリフォルニア州サンディエゴ、２００５年８月。これらは、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。）に関し、該文献には同じ記号が用いられ、Ｐ_Tは、唯一の後方散乱要因とみなされ、蛍光体変換ロス（変換喪失）を含んでいない。

ｘ＝蛍光体変換後に残る総エネルギーの割合。これは、ｘ＝ｂ＋ｙＱＳ_eになる。ここで、ｂは変換されずに残った青色光の割合であり、ｙは変換された黄色光の割合であり、Ｑは蛍光体の量子効率であり、Ｓ_eはストークス効率の割合である。

発明者の上述した引用先行技術において、それらは、フィルタの積分反射率であると述べられている変数ρ_Ｆを用いて方程式を作り出した。ρ_Ｆは非常に波長に依存し、黄色光では１に非常に近付き、青色光では０に非常に近付くので、パラメータρ_yを用いることが黄色光のための再循環システム（系）をより正確に表すということは明らかだった。この単一のパラメータは、再循環される黄色光の量が再循環される青色光のよりも格段に多いので、実際上のシステム性能をより正確に操作する。例えば、黄：青のバランスが２：１だと仮定すると、この場合、黄色は完全に反射され、ρ_Ｆはわずか０．６５であるのに対し、ρ_yはこの条件下で１．０となるであろう。

レンスレアー工科大学のあるグループによって行われた研究（Narendran等の「Extracting phosphor photons to improve white LED efficiency」Rapid Research Letters、２００５年、www.pss-rapid.com、これは、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる）によれば、ＹＡＧ蛍光体層からの反射青色光は、全蛍光体の厚さ及び密度に対しほぼ１２％でほとんど一定である。発明者の一人であるNarendran教授との私的通信において、彼は、この値は、彼らの論文において、試験のために蛍光体層が置かれた基体（二つの表面）からのフレネル反射を含んでいたと述べている。彼は、白色光を作り出すのに適しているＹＡＧ蛍光体層からの青色反射（独力での）は、５〜７％であると見積もった。この場合、黄色対青色のバランスは１０：１に近付く。そのため、フィルタρ_Ｆの積分反射率に対する現実的な青色は９０％である。しかしながら、これは、発明者が実演したフィルタ６２０３における黄色光に対しての反射率値、ほぼ９９％を依然としてかなり下回っている。

ここに記述する簡易化した分析において、フィルタを通過する反射されない黄色光は、フィルタを通って送出（伝送／透過）されない青色光と共に喪失されると想定される。これらの想定は、フィルタによって反射されない黄色光の場合のように（そのほんの少しがＬＥＤ反射率によりリサイクルされる）、予測モデルをわずかに悲観的にする。

色バランスは、青色光の約２／３から３／４が吸収されることを必要とする。良好な蛍光体は、この吸収された光の９０〜９５％を黄色放射に変換する。しかしながら、この放射のより低い光子エネルギーのため、より明るい黄色光だけが放射分析フラックスの８０〜８５％を有する（該黄色光は、単に、蛍光体が吸収した同じ青色波長にあるなら、放射分析フラックスの８０〜８５％を有するであろう）。従って、たとえすべての青色及び黄色光が表面から外に出て、後方散乱が全く無くても、Ｐ_Tの最大値は、０．３３＋０．６７＊０．９＊０．８５=０．８４となるであろう。一般に、Ｐ_Bは、黄色蛍光体放射では５０〜６０％であり、そのため、Ｐ_Tは一般に０．５をかなり下回る。

小さい５〜１０ミクロンサイズの典型的な蛍光体粉末懸濁液は、約１００／ｍｍの散乱係数を与える。このような散乱強度は、余分な蛍光体厚さがより低い色温度に加えられるので、後方散乱割合Ｐ_Bが約５５％以上になるようにする。従って、Ｐ_Bが５５％で、色バランスが２／３の黄色で、かつ、蛍光体量子及びストークス効率がそれぞれ９０％及び８０％である場合、Ｐ_Tは２６．３％である。

シミュレーションは、蛍光体厚さが増長するにつれ変数Ｐ_Tが減少することを示し、数値は１５〜８０％となるが、後者の値（８０％）は、非現実的に薄い蛍光体に対するものである。低めの数値は、色温度の十分な低下並びに照明効率の両方に対して、黄色光の圧倒的な優勢が望まれる場合に生じる。

図６２Ａのダイアグラム６２１０は、システム６２００に入る初期フラックスＬを示し、これは透過率Ｔを有する。これは、フィルタにおけるロスを含まず、光学要素におけるロスのみを含む。フィルタ通過時の青色光に対するロスをも考慮に入れれば、蛍光体パッチ６２０５をインターセプトする上記フラックスは、ＬＴτ_bのより低いフラックスレベルにある。このシステム透過率Ｔは、クロスＣＰＣタイプに対して８９％である。（次に、異なる好ましい実施形態が９９％にて提示される。）蛍光体を通る該形態の通路において、青色光のいくらかは、黄色に変換されるが、いくらかのエネルギーロスを伴う。そのため、ごく少量が残り、これがパラメータｘである。一般に、量子効率η_Q（約９０％）及びストークス効率（約８０％）では、青色光の２／３の変換は、ｘ＝１／３＋０．７２（２／３）＝０．８１となる。青色光及び黄色光フラックスの両方は、多様に散乱させられ、そのため、変数Ｐ_Tは、この第１の通過に対するそれらの結合された出力フラックスを計測する。パラメータｘもまた、Ｐ_TとＰ_Bの総計に等しくなければならないことは自明であり、かつ注目すべき重要な点である。従って、第１の通過における源から出現して空中へと向かうフラックスの量は、ＬＴτ_BＰ_Tである。この条件は、遠隔蛍光体システム（系）６２００からフラックスの総量を求めるため、他の構成要素にも付加される。

リターン矢印ＬＴτ_bＰ_B６２２０は、ＣＰＣ６２０４に再び入り、フィルタ６２０３へと左方へと流れるフラックスを示す。このフラックスのわずかな部分Ｉ_Yは黄色光であり、別のわずかな部分ｌ_bは青色光であり、ここで、ｌ_b＝１−ｌ_ｙである。

フラックスの黄色部分は、反射白色光に対する反射率ρ_yで反射される。これは、反射したフラックス矢印ＬＴＰ_Bτ_bｌ_yρ_y６２２１を作り出す。ＣＰＣ６２０４は再循環因子Ｒを有し、該因子はＣＰＣ６２０４に対して作用して、受けた黄色リターンフラックス矢印ＬＴτ_bＰ_Bｌ_Yρ_yＲ６２２４を与える。しかしながら、この黄色光は、蛍光体層を通過する際、蛍光体変換に関連するエネルギーを失わない。そのため、この黄色光に関連した各通過に対するＰ_Tの値は、パラメータｘ及びＰ_Tに関連した因子によって増長される必要がある。Ｐ_Tに対するこの増大調整因子は、｛１＋（１−ｘ）／Ｐ_T｝に等しい。Ｐ_Tにこの因子を乗じることにより、Ｐ_Tは、１−Ｐ_Bと等しくされる。そのため、この第１のリサイクリング黄色通路では、システムからのフラックス量は、フラックス矢印６２２６が表すようにＬＴτ_bＰ_Bｌ_Yρ_yＲ（１−Ｐ_B）である。その後の各通路において、抽出される量は、先の通路の値のＰ_BＲρ_y倍となる。そのため、この黄色リサイクリングと関連したフラックスは、次の形式の無限吸収の総計として扱われ得る。

フィルタ６２０３が青色光に対して透過率τ_bを有する場合、フィルタ６２０３を通過した後のリターンニング（戻り）フラックスの青色部分は、フラックス矢印６２２２が示すようにＬＴτ_bＰ_Bτ_bｌ_bであり、これは、ＬＥＤ６２０１に達し、そのフラックスは、その最初の通過における透過率と同じ透過率Ｔによって低減される。割合ρ_LはＬＥＤ５２０１によって反射され、フラックス矢印ＬＴ²τ_bＰ_Bｌ_Bτ_bρ_L６２２３が示すようにその右方へのリターンを開始する。この青色フラックスは再び、透過率Ｔによって低減され、リターン青色フラックス矢印ＬＴτ_bＰ_Bｌ_Bτ_b ²ρ_LＴ²６２２５をもたらす。この場合、蛍光体を通過するフラックスの割合を求めるために、値にＰ_Tを乗じなければならない。そのため、蛍光体を通って送られるこの通路に対するフラックスは、フラックス矢印６２２７に見られるようにＬＴτ_bＰ_Bｌ_Bτ_b ²ρ_LＴ²Ｐ_Tである。その後の各通過において、抽出される量は、先の通過の値のＰ_BＴ²ρ_Lτ_b ²倍となる。そのため、この青色リサイクリングと関連したフラックスも次の形式の無限級数の総計として扱われ得る。

総光出力Ｌ_Oは、第１通過構成要素品と、黄色リサイクリング構成要素と、青色リサイクリング構成要素との合計である。数式は次のようになる。

該値を、残りのシステム値（Ｐ_B＝５５％、Ｐ_T＝２６．３％、ｌ_Y＝２／３、τ_b＝１、ρ_y＝１、ρ_L＝０．７、Ｑ＝Ｏ．９０、Ｓ_e＝Ｏ．８５）と共に大きなクロスＣＰＣ（Ｔ＝８５％、Ｒ＝８９％）に代入すると、システム効率η_E＝Ｌ_O／Ｌは、わずか５３％であり、従来の高性能コンフォーマル蛍光体ＬＥＤよりもそれほど良くはなく、また、クロスＣＰＣの非効率性が主な原因である。

徹底的なモデル化に資するべく、種々のケースを扱うためにこの一般式が容易に修正され得る。ＬＥＤとＣＰＣ光学部品のインタフェースに連結ロスが存在するケースであって、順方向及び逆方向におけるこれらのわずかな連結ロスをＦ_coupling及びＢ_couplingと呼ぶケースでは、これが式を次のように変える。

すべての光が黄色（ｌ_Y＝１）でかつρ_y＝１である特定のケースでは、ＬＥＤには全く光りは戻らなず、そのため、ｌ_B＝０であり、連結ロスも全くない。

遠隔蛍光体システム（遠隔蛍光体系）が、ＬＥＤに取り付けられた光学部品が蛍光体に取り付けられた光学部品と異なっているという意味で非対称性である場合、蛍光体からＬＥＤへの透過率Ｔ_PLとは異なる、青色チップから蛍光体への光透過率Ｔ_LPが存在する。この場合、Ｌ_Oに対する数式は次のようになる。

Ｌ_Oの最大化は、放射測定単位又は測光測定単位のいずれかで計算され得る。放射測定において、青色から黄色への変換ロスは、単に減少とみなすが、これらのロスは、青色光に対する黄色光の効率が著しく低減する前に薄くなる。更に、光変換が更なるルーメン及びより低い色温度ををもたらす。これは、蛍光体を厚くすることによって行われ、これは、従来のコンフォーマル蛍光体ＬＥＤに不利である。何故なら、蛍光体からＬＥＤへと戻る後方散乱を増加させるからである。本発明は、ユニークな黄色リサイクリングにより、これらの後方散乱ロスを伴うことなく、より厚い蛍光体が利用されることを可能にする。

図６２Ａに基づく上述した数学的取扱いは、ある一定の青色入力に対する結合黄色・青色出力を表すために単一の確率Ｐ_Tを用いた。更に詳述すれば、図６２Ｂは、蛍光体パッチ６２３５を図式的に示し、蛍光体モデリングに対するよりスペクトル的な詳細アプローチを表し、これは、ロータス１２３又はマイクロソフトエクセル等のようなスプレッドシートプログラムに適し、これにより、各列は、単一の波長域（１ナノメートル（ｎｍ）が十分に狭かった）を表すであろう。一般に４００〜５００ナノメートルである各青色波長λ_bでは、初期フラックスＦ（λ_b）が存在し、これが図６２Ａの蛍光体パッチ６２０５の後面（背面）に入るように示される。これは、ＬＥＤ源の青色波長のスペクトラム（分光）分布を表し、十分な均等拡散角分布で後面Ｒ全体にわたって空間的に均一に広がる。この作用（関数）は、図１１Ａの曲線１１４に対応する。

図６２Ｂにおいて、更なるエントリーは次のようになる。

Ｐ_A（λ_b）は、波長λ_bの青色光が蛍光体に吸収される確率である。この作用（機能）は、励起スペクトルとしても知られている。

Ｐ_bＦ（λ_b）は、波長λ_bの青色光が蛍光体パッチ６２３５に入り、前面Ｆへと進み、層を抜け出す確率である。この光は、上述した量Ｐ_Tに考慮される。

Ｐ_bR（λ_b）は、波長λ_bの青色光が後面Ｒを脱出する確率である。

ρ_R（λ_b）は、波長λ_bの青色光をリサイクリングする効率である。リサイクル光は元のフラックスＦ（λ_b）と結合する。

η_Qは蛍光体の量子効率であり、吸収された青色光の割合が放射を生じさせる。

λ_b／λ_yは、青色対放射黄色波長それぞれの比である。これは、ストークス比と呼ばれる。吸収及び放射（放出）が個別的な光子量にて起こるので、刺激青色のより高いエネルギーｈｃ／λ_bと放射黄色光のより低いエネルギーｈｃ／λ_yとの間の差は、熱として失われる。

Ｆ_y（λ_b）は、波長λ_bの吸収青色光によって発生した黄色光の総フラックスである。

Ｐ_yF（λ_b）は、波長λ_bの青色光が発生させる黄色フラックスが前面Ｆを即座に脱出する確率である。この確率は、波長に依存する。その理由は、青色光の異なる波長における青色光の異なる吸収量が、黄色放射点の異なる空間分布を引き起こし、従って、異なる脱出確率をもたらすためである。強力に吸収された波長は、放射が後面Ｒ付近となるようにし、前面Ｆから脱出するこの可能性を低減する。

Ｐ_yR（λ_b）は、波長λ_bの青色光が発生させる黄色フラックスが後面Ｒを即座に脱出する確率である。

Σ_bは、後面Ｒ外の総黄色フラックスを与えるための、すべての青色波長に対する合計を意味する。

ρ_R（λ_y）は、黄色光のリサイクリングの効率である。遠隔蛍光体における波長依存フィルタのため、これは、青色光に対するリサイクリング効率ρ_R（λ_b）よりも高い。

Ｆ（λ_y）は、すべてのリサイクル黄色光の総フラックスである。黄色光の吸収が全くないので、次の二つの可能性は波長には依存しない。

Ｐ_Fyは、後面Ｒに入る黄色光が前面Ｆを脱出する確率である。

Ｐ_Ryは、後面Ｒに入る黄色光が後面Ｒを脱出する確率である。この光のリサイクリングは、図６２Ａで既に記述したので、図示されない。

これらの確率は、蛍光体材料が示す散乱の程度と、その励起スペクトとに依存する。これらは、モンテカルロコンピュータルーチンにおける光子移動の周知の方法によって計算され得る。先の色に依存しない確率Ｐ_Tは、全青色波長λ_bに対して合計される、青色光項（ターム）Ｐ_bF（λ_b）と黄色光項Ｐ_yF（λ_b）の総計である。

比色分析の周知の方法は、Wyszecki & Stiles、Wileyによる「Color Science」１９８２年、第１６２頁（参照により、この文献のすべてがそっくりそのままここに組み込まれる）に詳述されるように、どのように蛍光体からの青色及び黄色出力フラックスが、計算できる色度の単一の白色へと条件等色結合するかを示し、相関性がある色温度が上記文献の第２２４頁に議論される。蛍光体の化学組成がその発光スペクトルを決定すると共に、結果として生じる、そのフラックスと吸収されていない青色光との比を決定する。そのようなスペクトルは、その外観により、ほぼ黄色としてここに記述される。

図６２ｃは、一つのそのようなコンピュータシミュレーションの結果を示す。グラフ６２５０は、Ｐ_Tの値が列挙される横軸６２５１と、色に依存しない抽出効率η_Ｅ＝Ｌ_O／Ｌの値が列挙される縦軸６２５２とを有する。曲線６２５３は、１００／ｍｍの蛍光体散乱係数を呈する、Ｐ_Tの特定値に対する抽出効率の値を与える。点Ａは、コンフォーマル蛍光体及びフラットウィンドウを有する従来の白色ＬＥＤに対するものである。点Ｂは、同じものであるがドーム付きのものに対している。点Ｃは、フラットウィンドウを有する遠隔蛍光体に対するもので、また、点Ｄは、同じものであるがドーム付きのものに対している。これは、本発明の遠隔蛍光体アプローチの利点を示す。

上述したように、正方形ＣＰＣは、蛍光体へと送られる青色フラックスに関してのみならず、蛍光体の後方放出のリサイクリングに関して不十分である。これらの分析は、本発明の遠隔蛍光体実施形態の光学縦列全体にわたって極端に高い光学的効率が非常に望まれることを強調する。そのため、図６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、及び６Ｈに示す実施形態の大きな円形で対称な光学部品によって例示されるように、遠隔蛍光体を有する大きな構成要素に対して、効率を劇的に改善するため、円形で対称なＣＰＣもしくは他の光学部品が利用され得る。図６３Ａ及び図６３Ｂは遠隔蛍光体システムを示し、該システムは、青色ＬＥＤ６３０１と、小さい矩形のＣＰＣ６３０２と、大きい円形で対称なＣＰＣ６３０３とを備える。正方形６３０４は、小ＣＰＣ６３０２の上端部によって形成され、そこには青色パス（通過／透過）フィルタ（見えない）が配置される。ミラーコーティング６３０６は、すべての光すなわち青色又は黄色を反射して遠隔蛍光体６３０５に戻す。成形を考慮して、フィレット６３０２ｆは共通のより低い面を形成し、該面はＣＰＣ６３０２の外側面を接続する。発明者による光線追跡シミュレーションは、６３０２の四つのＣＰＣのうちの二つが、隣り合うＣＰＣの二つの共通面間に小フィレット（０．２５ｍｍ半径のオーダー）を有する場合、該システムの性能は影響を受けないことを示している。

図６１で論じた考慮によれば、円形で対称なＣＰＣ６３０３は、小ＣＰＣからのすべての光が受けられるように受光角１５°を有する。１０°円６１１０の代わりに、１５°円がスポット６１０１によって表される全方向を含むであろう。これは、図１０Ａにおける正方形ＣＰＣシステム（系）の８９％ではなく、９９．５％の送出という結果をもたらす。しかしながら、遠隔蛍光体パッチ６３０６は円形であり、かつ、ＬＥＤ６３０１の結合面積（領域）よりも数倍大きい。従って、このより効率的な形態は、蛍光体パッチ面積が元の四つのＬＥＤの面積よりも大きいので、輝度を低減させた。

大きいリサイクリング光学部品の受光角をそれを供給するより小さい光学部品よりも大きくすることには別の利点がある。そのようなフィルタの透過率波長がより短波に向かってシフトし、入射角を増長させることはよく知られている。すなわち、反射率が作用し始める波長もまた、より短波に向かってシフトする。リサイクリング光学部品の受光角がＣＰＣもしくは他の光学部品の受光角よりも大きい場合、リサイクリング光学部品を介して遠隔蛍光体からフィルタへと戻る放射は、より大きい平均入射角でフィルタに当たる。これは、青色ＬＥＤ射出及び蛍光体射出を重ね合わせている放射を捕らえるためには非常に有益である。１０°光学部品から１５°光学部品への進行は、逆方向においてフィルタの実効反射率を５〜１０ｎｍだけ青色に向けて高め得る。

この例では、受光角１５°のＣＰＣ６３０３は、クロスＣＰＣに対してわずか８５％であるに比べて９７．５の理論上の再循環因子（係数）Ｒを有する。全クロスＣＰＣシステムの上記例において、その効率（蛍光体変換ロス）は、５３％と見積もられた。Ｔ＝９９％及びＲ＝９７．５％以外は式に前述したものと同じ値を用いると、遠隔蛍光体システム６３００の見積もり効率は６９％になる。蛍光体変換ロスはかなり大きい（１６％）である点を考慮すると、遠隔蛍光体６３００の理論的なシステム効率は０．６９を０．８４で除した数、すなわち８２％となる。発明者による遠隔蛍光体６３００のモンテカルロ光線追跡モデリングは、市販の光線追跡パッケージＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓを用いることにより、より一層優れた効率（ほぼ９０％）を示し、これも、単一の集中数字ではなく波長ごとの効率を考慮する。これは、プログラムにもかかわらず、誘電体材料内における吸収の有害な影響を更に含むと共に、フィルタ透過率及び反射率に対して完全ではない曲線を含む。明らかに、円形ＣＰＣアプローチは、クロスＣＰＣを上回る優れた性能と、蛍光体変白色ＬＥＤの先行技術を超える優れた改善とを提供する。

図６３Ａに示す４×４構成の実施形態において、大誘電体ＣＰＣは、サイズ的にも重さ的にも嵩張り、扱い難くなるであろう。そのような場合、図６Ｃの円錐レンズ形態が、図６３Ａのシステムを含む実施形態のための、図７２Ａに例示されるような代わりの実施形態となるであろう。

図６４Ａ及び図６４Ｂは、遠隔蛍光体６４００の断面図及び斜視図である。該蛍光体６４００は、蛍光体パッチ６４０１と、正方形切除部６４０２ｃを有する不透明拡散反射面層６４０２と、透明基体（基板）６４０３とを備え、基体６４０３は、図６３Ｂの大ＣＰＣ６３０３の傾斜に合致するはす縁６４０３ｅを有する。これは、もちろん、総光出力を低減する。何故なら、より多い量の光は、あるロスを伴ってリサイクルされなければならないが、増加した輝度は、犠牲に値し得るからである。また、切除部６４０２ｃは、不規則な形状、すなわち例えば英数文字等の単純な凸曲面もしくは多角形以外の形状を含む任意形状であり得る。蛍光体パッチ６４０１は、発光正方形６４０２ｃの内側で通常の厚さ（約５０マイクロメートル）を有し、また、拡散反射面６４０２下でより厚い厚さを有する。これは、その上におけるほとんどの青色光が黄色光へと変換されるようにし、この黄色光は、元の青色光よりも効率的にリサイクルされる。しかしながら、拡散反射面６４０２下の層を、発光正方形内側の蛍光体と同じ厚さか又はそれより薄くすることも可能である。それは、ディフューザ（拡散器）下の有効蛍光体通路長が二倍になるからである。図６４Ａにおいて、透明基体６４０３は、蛍光体パッチ６４０１の中央厚さを支持する中央正方形リッジ６４０３ｒを有する。そのような形態はまた、透明蛍光体に適しており、該蛍光体からの光抽出は、そのより高い反射率（約１．８対ＣＰＣの１．５）のため、別の方法では難しいであろう。しかしながら、不均一な蛍光体厚さは、他の手段、例えば、ディフューザ領域下の蛍光体の内側境界の周囲に巻き付くリップを有する拡散反射面６４０２等によって吸収され得る。このアプローチにおいて、下向きリップは、放射蛍光体層の小さい外側境界域上で終わるであろう。これは、透明基体６４０３の底部が平坦に作られることを許容する。このアプローチはまた、厚い蛍光体層の側部放射の一部が反射されそれ自体に戻るという利点を有し、ことによると、蛍光体の外部放射部分の均一性を改善する。他のアプローチは、本発明に関連する当業者が一度基礎発明を理解すれば、容易に考えられる。

文字に加え、車両ランプ放射パターン等の他の不規則形状もしくは任意の形状が遠視野（遠方界）へのイメージングのために示され得、これは、空間的に可変の輝度を作り出すための不均一蛍光体厚さのオプションを伴う。

図６３Ａ、６３Ｂ、６４Ａ及び６４Ｂの形態の別の実施形態として、青色パス（通過）フィルタが蛍光体パッチ６４０１の真下に置かれ得る。蛍光体パッチ６４０１は、次いで、切除部６４０２ｃによって形成された出力ポートを除き、黄色光に対して反射性を有する材料から成る箱内に密閉される。出力ポート６４０２ｃを通る黄色光の放射は極めて高い。蛍光体パッチ６４０１によって吸収されず、かつ出力ポート６４０２ｃを通って放射もされない青色光は反射され、拡散反射面層６４０２から離れるように戻される。この層は、例えば、９９％より高い反射率を伴う二酸化チタン粉末であり得る。図６４Ａから理解され得るように、反射板層６４０２は、外側面のみならず蛍光体層６４０１の薄い縁も覆い、そのため、反射板層６４０２と青色パスフィルタとの間に間隙を残す必要はない。入射角度に対するショートパスフィルタの感度のため、約４０°又は４５°を上回る、フィルタ上への青色光入射は、反射され、蛍光体パッチ６４０１内へと戻される。約１５°未満の入射角度の青色光は、ＣＰＣ６３０３に受け入れられ、コリメータとして作動し、ＬＥＤ６３０１へと戻され、これは、該光の約７５％を反射して、該システム中へと戻す。入射角度１５°〜約３０°の青色光は、光学システム内で反射され、結局、ほとんどが蛍光体パッチ６４０１へと戻される。従って、蛍光体６４０１を２度通過し、かつ約３０°〜４０°の入射角度へと反射板６４０２によって散乱されたほとんど青色のみの光と、同じ角度範囲の蛍光体自体が散乱し戻した小量の光とは、該システムから喪失され、高効率が実現し得る。

図６４Ａ及び６４Ｂの構成は概念の例であり、これは、モノリシック部分から蛍光体形状がカットされ、透明基体に結合される蛍光体に係る本発明の種々の実施形態で使用される。あるいは、蛍光体パッチは、複合材料として形成され得、この場合、蛍光体層が適切な透明基体、例えば、大量生産プロセスのシートもしくはフィルム上に堆積（付着）される。そのような複合蛍光体は、大きいシートとして構成され、次いで、工業的に知られている方法を用いて部分へと切断され得る。該部分は、次に、リサイクリング光学部品の端部に結合される。この種の複合蛍光体アプローチは、該明細書中に記載した実施形態もしくはそれから導き出される形態のいずれとも組み合わせることができる。最終的に、蛍光体層６４０１は、インクジェット印刷、又は、米国ジョージア州Lithia Springs所在のPhosphorTech社によって開発され使用されている電気泳動析出法等の当業者には既知の他のアプローチ等の手段によって透明基体６４０３の表面上に直接付着され得る。

図６４Ａ及び６４Ｂの拡散カバーの利点を例示する図６２Ｃに戻り、抽出効率が著しく落ちることなく、源面積（源領域）を減らすことにより、より高い輝度源を作り出す手段を有することが望ましいであろう。これは、抽出効率の低下が面積（領域）の縮小よりも小さい場合は可能である。この面積縮小は、Ｐ_Tの低下をもたらし、これは曲線６２５３に従って作用する。コンフォーマル蛍光体源を有するＬＥＤでは、曲線６２５３の微分（導関数）が１未満の場合、輝度は、いくらかのルーメンロスにもかかわらず高める。例えば、図６２Ｃにモデル化された遠隔蛍光体システムの効率曲線の勾配を見ると、これが当てはまる曲線の区分が存在する。曲線において点ＤからＰ_Tの値を半分だけ下げると、Ｐ_Tは、ほぼ０．２２からほぼ０．１１へと低下する。しかしながら、効率は、単に０．６６から０．５８へと低下する。そのため、Ｐ_Tが５０％低減する場合に、効率が１２％だけ低下する。この例において、出力の８％ロスで輝度が７６％増加する。

当然のことながら、完全拡散カバーを用いて蛍光体放射面積の大きさを１／２に縮小した場合、これは、カバーされていない放射蛍光体システムに対するＰ_Tの値をこれも半分だけ実質上低下させる。そのような完全システムにおいて、Ｐ_Tの値は、Ｐ_T1の初期値の、カバーされた蛍光体とカバーされない蛍光体の総面積に対する放射蛍光体の面積の割合倍に等しい。拡散カバーが完全反射板ではない場合、もちろん、該システムに余分なロスが生じる。しかしながら、拡散反射率９９％にて利用可能な材料、例えば米国デラウェア州所在のW.L Gore & Associates社が製造する材料等が存在する。また、セラミックもしくは他の充填材（二酸化チタン等）と共に利用可能な射出成形されたプラスチック材料が存在し、これは、ゴア材料と同様に可視波長における拡散反射率を有する。これらの混成プラスチック材料の利点は、これらが、低コストで非常に正確な部品を作るために使用できることである。そのような材料は、バックライトに用いられる混合室を作るために現在使用さている。上述した材料と同様の反射率数を有する高反射率鏡面ミラーも利用可能であり、カバーとしても使用することができる。米国ミネソタ州３Ｍ社は、彼らのVikuiti生産ラインでこの用途に適しているフィルムを製造している。また、高反射率全方向性鏡面反射板が、多くの光学製造業者からの種々の基体上において利用可能である。そのような反射板を製造する会社の一つは、米国カリフォルニア州所在のJDS Uniphase社である。

輝度の増長へのこの新規なアプローチはまた、蛍光体を伴うもの及び蛍光体を伴わないものを含む非常に高性能のＬＥＤ（近い将来市販されると見込まれる）に対して、これらのデバイスの内部ロスが非常に小さい場合、役立ち得る。既に、ＬＥＤは、該デバイスの後部に向かう光放射を高反射ミラーで前部へと折り返すことにより、活性層（これは、一般に等方的に放射する）の輝度を二倍近くにしている。完全ＬＥＤ（ロスの全く無い機構を有する）において、鏡面ミラー又は拡散ミラー等の前面上の開口絞りは、そのようなデバイスの輝度を高める。また、コンフォーマル蛍光体を有するＰＣ−ＬＥＤの場合、該デバイスがすべての波長を等しく十分に反射するので、蛍光体層が拡散カバー下に配置される必要はない。更には、このアプローチは、特定の色又は波長のＬＥＤに限定されない。

この時点で、本発明の遠隔蛍光体実施形態は、本明細書中で述べた輝度増加の使用に関して、現在市販されているＰＣ−ＬＥＤを上回る利点を有することは明白である。図６２Ｃの二つの点Ａ及びＢは、それぞれフラット及びドームカバーを有する高性能ＰＣ−ＬＥＤに対するＰ_Tの関数としての効率を表す。これらは、ＰＣ−ＬＥＤにおける最新技術を表す。そのようなＬＥＤをＰ_Tの関数としてモデル化すると、それらの効率曲線（これらは同じ曲線上にある）は、Ｐ_Tの有効な値において非常に急勾配であることが理解され得る。これらのＬＥＤに対する放射面積の低減は、実際上、輝度を減少させ、抽出効率を著しく低下させる。

蛍光体パッチ６４０１の一部を覆う拡散反射面６４０２は、蛍光体パッチの完全なエンクロージャ内へと変化され、実際上、図６４Ｂに示す正方向切除部を除去すると推定され得る。対照的に、図６５Ａは、遠隔蛍光体システム６５００の破断斜視図であり、該システムは、第１コリメータ６５０２（ここでは丸いＣＰＣとして示される）内へと放射する青色ＬＥＤ６５０１を備える。第１コリメータ６５０２は、出力上面６５０２ｔにてその光を平行にする（視準する）。ロングパス二色性反射板６５０３は、コリメータ６５０２に対して４５度にて置かれ、青色光のすべての短波長を第２ＣＰＣ６５０４内へと下方に反射させる。第２ＣＰＣ６５０４も丸く、同じ１０°の受光角である。この「最も青い」光は、白色反射板６５０５によって囲まれる厚い蛍光体パッチ（図示せず）に当たり、そのため、実際上、すべてのこの青色光は、有効性が拡大に高い黄色光へと完全に変換される。光輝性の黄色光はＣＰＣ６５０４内に向かって放射され、また、慣用の全波長対角線反射板６５０６上へと平行にされ（視準され）、その後、黄色出力ビーム６５０７を形成する。フィルタ６５０３を通過するより長い青色波長は、青色出力ビーム６５０８を形成する。これらの青色及び黄色ビームは、図４０〜図５０の多波長方法のいずれかによって再係合され得る。それらの分離の有用性は、再結合されたビームを色のイメージ（像）によりパターン化（模造）するため、分離空間変調の実現性にあり得る。液晶ディスプレイ等の空間変調は、結像の業界の当業者には周知である。

図６５Ａの拡張シリンダ６５０９は、そのようなデバイスの実際の外側面に特有であり、そこでは、フィルタ６５０３が、透明誘導体の分離スライスド（複数）シリンダと、固体誘電体三角プリズム６５０６ｐとの間に挟まれ、これは、ＣＰＣ６５０２及び６５０４からの平行（視準）光が（フィルタ６５０３の表面での屈折により）偏向されるのを防止する。固体誘電体三角プリズム６５０６ｐはまた、反射板６５０６を支持することができる。実施形態６５００は、開放型反射板によって構成され得、この場合、固体誘電体三角プリズム６５０６ｐはもはや必要ではない。

図６５Ａの白色反射板６５０５はまた、その内部に、蛍光体変換プロセスで生じた熱を管理するための装置を組み込んでいてもよい。受動的又は能動的な冷却原理を介して動作することができるそのような装置の多くのバリエーションは、熱工学の技術の当業者には周知である。従来のコンフォーマル蛍光体を上回る熱的利点は、熱源からの遠隔蛍光体の隔離のため、遠隔蛍光体に生じる。更なる熱的利点は、上記源にも生じる。これは、黄色が少ない蛍光体光が、部分吸収及び結果として生じる熱のため、源に戻されるためである。また、蛍光体自体の熱の発生は、源の熱には付加されない。この熱は、３００ｍＷの青色光と７００ｍＷの熱を作り出す１ワットＬＥＤを用いて例示され得る。この青色光の２／３すなわち２００ｍＷが吸収されると、その１０％が蛍光体において熱になり、１８０ｍＷの励起を残す。黄色光のより長い波長は、この励起の８５％（１５３ｍＷ）だけが光エネルギーになり、残りの１５％（２７ｍＷ）は、４７ｍＷの総熱負荷に対する熱であることを意味する。コンフォーマル蛍光体において、黄色光の少なくとも１／３がダイに吸収され、総計１００ｍＷの余分な熱となり、チップ単体の熱を超えて１４％増加する。遠隔蛍光体において、４７ｍＷ／ｍｍ²の熱流束は５０サンに等しく、また余分の冷却手段を必要とする。これは、空気の自由対流では、蛍光体パッチをそれ自体の表面領域を通って単独で冷却するには、とても弱すぎる（３０℃デルタ温度で１−サン熱除去）ためである。図６３Ａ及び６３Ｂの丸いＣＰＣ６３０３における蛍光体パッチ面積の、そのＬＥＤのそれを上回る５倍増は、熱負荷を１０サンまで低減する。それにもかかわらず、この点を無視することは蛍光体過熱状態をもたらし得、これは、余分の熱を除去するある手段を伴うことなく、射出成形プラスチックから成る誘電体ＣＰＣの構造的一体性を危険にさらし得る。あるいは、誘電体光学部品６３０３は、高動作温度材料、すなわち、光学構成要素に用いられる一般のプラスチックよりも高い伝導率及び熱拡散率を有する材料から成り得る。例えば、石英は、アクリルに対して３Ｗ／ｍ°Ｋ対０．１８Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率を有する。また、ガラスの熱拡散率は、プラスチックよりも格段に高く、石英は１０倍大きい。誘電体ベースの遠隔蛍光体実施形態のための遠隔蛍光体から熱を除去するため、他の手段が使用可能である。図６４Ａ及び６４Ｂに戻り、カバー６４０２は、高熱伝導率セラミック材料から成る内側反射層、及び、環境から適切に保護される、銅もしくは他の高伝導材料から成る外側層を有する多層であり得る。該セラミック及び／又は銅層は、開口よりも格段に幅広に延び得、フィン等の熱交換機能さえも含み得る。ほとんどのパーソナルコンピュータで見られるような高信頼小型ファンによる強制空気ブローイング等のアクティブ冷却も使用することができる。

再度図６５Ａを参照して、蛍光体パッチの外側面を拡散白色反射板６５０５により完全に閉じる更なる利点は、散乱がほとんどない単結晶を用いて形成された透明蛍光体の場合にある。この材料の高い指数（屈折率）（１．８）は、広範な光トラッピングを引き起こし、光が該材料を通って進む際、該材料の有用性を散乱蛍光体よりも下げる。しかし、透明蛍光体と接触した拡散反射面を用いることで、反射板の散乱により光トラッピングが除去される。従って、蛍光体の周りの拡散反射面のこのアイデアは、透明蛍光体の利用にとって先行技術を超えて、特に有利である。該透明蛍光体は、ノースカロライナ州シャーロット所在のBaikowski International社から市販されている。これは重要である。何故なら、そのような蛍光体は、従来の散乱蛍光体よりも高い量子効率を有するからである（９５％対９０％）。また、透明蛍光体は、粉末形態の慣用の蛍光体とは異なり、非常に硬くて強い。そのため、射出成形金型内に入れられ得、良好な光学接触のために反射白色カバーがその上に成形され得る。

図６５Ａの二色性反射板６５０３は、グラフ６６００を示す図６６Ａによって記述され、グラフ６６００において、横軸６６０１は波長（ナノメートル）に対し、左方の縦軸６６０２Ｒは反射率及び相対強度に対し、右方の６６０２Ｔは透過率に対し、これは、これらのような非吸収フィルタにおいて反射率１となる。ロングパスフィルタ６５０３の波長特性を記述するフィルタ反射率関数（機能）６６０３は、完全反射部分６６０３ｈを備え、４６５ｎｍまで延びる。この波長は、青色ＬＥＤスペクトル６６０４の４５８ｎｍのピークよりもほんのわずかだけ長い。フィルタ関数６６０３の断崖部分６６０３ｃは、４７５ｎｍのそばでほぼゼロへと低下する。６６０３ｃの右側にある青色スペクトル６６０４の一部は、図６５Ａの出力ビーム６５０８の一部になる。この光は、図６５Ａの青色ＬＥＤ６５０１からの全青色波長のうちの最高の発光効率を有する。しかしながら、すぐに色演が乏しくなる。すなわち、（図１１Ｂにおけるフィルタの５００ｎｍではなく）４７０ｎｍを過ぎた青色光だけの使用が、良好な色度の色域と良好な色演の両方を保つ。青色光が蛍光体パッチを通って輝く（光る）際、吸収されていない青色の約半分は非常に短く、４７０ｎｍ過ぎの青色波長と比べて有効性が１０倍低いほぼすみれ色（青みがかった紫色）に見える波長である。従って、送出のためにいくつかの波長のすべてを用いると共に、発光のために残りのすべてを用いると、全青色波長の同様の使用を上回る優れた有効性が得られ、これは、それらの非常に大きい効能差を顧みない。

図６５Ｂは、更なる遠隔蛍光体システム６５１０の側面図である。青色ＬＥＤ６５１１は、第１コリメータ６５１２内へと発光し、青色ビームｂを形成する。傾斜ミラー６５１３は、長波に対し透過性を有し、青色波長に対し一部反射性を有する。傾斜ミラー６５１３は、図６５Ａのフィルタ６５０３と同様に、青色光の短波長を反射する。この短波長光はビームｓとして示される。ビームｓは、第２コンセントレータ６５１４（この図ではＣＰＣとして示す）に入り、蛍光体パッチ６５１５に集光され、該パッチの底部は白色反射板（図示せず）によって囲まれ、そのため、その黄色光のすべては下方へと向かい、ＣＰＣ６５１４によて黄色ビームｙへと平行にされる。対角線黄色反射板６５１６は、黄色ビームｙを長波の青色出力ビームｂＬと同時に送り出し、この二つは、均一な輝度及びクロナンスを有する、狭い角度（±１０°）の白色出力ビームを含む。補助ミラー６５１７は、吸収されていない短波青色光をリサイクルしてＣＰＣ６５１４へと戻す。正方形形状のＬＥＤ６５１１及びそれに続くＣＰＣ６５１２の不完全な充填は、この好ましい実施形態によって被る輝度の減少だけである。ＬＥＤ６５１１のための大きい熱交換器６５１８及び蛍光体パッチ６５１５のための小さい熱交換器６５１８も図示される。破線６５１０ｇは、図３９Ｂの間隙３９８及び３９９に類似するとても小さい空隙を表し、間隙３９８及び３９９は、シリコン等の低屈折率材料で充填され得、それは、これらの機能（関数）が単に視射光線を偏向させるだけのためである。空隙の代わりにそのような材料を使用することは、垂直入射でそれらを横切るいかなる光線のフレネル反射率をも著しく低下させる。例えば、ＣＰＣ６５０２及びＣＰＣ６５０４の材料の屈折率がほぼ１．４９であるなら、シリコン流体又はゲルはほぼ１．４３の屈折率を有するはずである。

フィルタ６５１３は、代わりにロングパスフィルタであり得、これは、青色波長のいくつか又はすべてに対し部分反射率を有する。図６６Ｂは、グラフ６６１０を示し、その横軸６６１１は波長（ナノメートル）に対し、左方の縦軸６６１２Ｒは反射率（％）に対し、右方の６６１２Ｔは透過率（％）に対する。反射率関数６６１３は水平区分６６１３を含み、該区分は、フィルタ６５１３がどのようにより長い波長において透過性であるか及び青色ＬＥＤ６５１１の波長に対して７０％反射性であるかを示し、そのため、青色光の３０％がフィルタ６５１３を通って送られ、該デバイスを直接出る。残りの７０％の青色光はフィルタ６５１３によって反射され、最終的に蛍光体パッチ６５１５に突き当たる。青色ショートパスフィルタであるフィルタ６５１６へと戻されるやいなや蛍光体からの変換黄色光は、フィルタ６５１６によって反射され、該デバイスを出る。ミラー６５１７は、可能性のある変換のため、該ミラーに突き当たるいかなる青色光をもリサイクルし、蛍光体パッチ６５１５へと戻す。

図６５Ｃは、同一面に蛍光体パッチ及びＬＥＤを有する更なる遠隔蛍光体システムを示す。遠隔蛍光体システム６５２０は、青色ＬＥＤ６５２１と、この図にＣＰＣ６５２２として示す円形で対称な光学部品と、対角線全波長ミラー６５２３と、対角線シアン（青緑色）反射帯域パスフィルタ６５２４と、この図で、対角線全波長ミラー６５２５付きＣＰＣ６５２６として示す第２円形対称光学部品と、対角線黄色反射板６５２８とを備える。

図６５Ｃのシアン反射板６５２４は、図６６Ａのフィルタ反射率曲線６６０５を有し、これは、蛍光体を励起する短波長青色光とそれにより発せられる黄色光の両方を送出するようにされ、これは、曲線６６０６によってグラフ化される分光分布を有する。反射板６５２４は、単に、長波長青色光を、それによって形成される白色出力ビームと、ミラー６５２８によって上方に反射される黄色光へと反射する。図６５Ｃのフィアットミラー６５２９は、フィルタ６５２４によって該ミラーへと下方に送られたいかなる光をもリサイクルし、フィルタ６５２４へと送り戻し、フィルタ６５２４は次いで、それを方向転換してミラー６５２５へと戻す。該光は、最終的に蛍光体パッチ６５１５にて終端し、ここで変換されるための別の機会を持つ。

図６５Ｃのフィルタ６５２４は、代わりに、図６６Ｃに示すロングパスフィルタであってもよく、図６６Ｃは、グラフ６６３０を表し、その横軸６６３１は波長（ナノメートル）に対し、縦軸６６３２は％反射率に対する。フィルタ関数６６３３は、水平区分６６３３ｈと、急勾配カットオフ断崖６６３３ｃとを含み、水平区分６６３３ｈは、上述したように、青色波長の部分的範囲又は全範囲に対する３０％の部分反射率を表す。破線６６３６は、蛍光体のスペクトル関数のために図６５Ｃの黄色フィルタ６５２８の反射率をグラフ化する。

図６５Ｃのフィルタ６５２８、６５２４及びミラー６５２９を備える組立体は、ミラー６５２３及び６５２５の中心を接続する線によって定義される軸線の周りに回転され得る。この組立体がこの軸線周りに９０°回転すると、遠隔蛍光体システム６５２０を出る光は元の方向に垂直な方向となる。これは、建築上のアルコーブ用途に時々必要とされるように遠隔蛍光体システム６５２０の高さを最小とすることが望まれる場合、非常に有益な形態である。また、この組立体の回転位置を許容するため、機械的スイベルが６５２０に組み込まれ得、そのため、出力ビームの方向は軸線の周りで調整可能である。

図６５Ｄは、図６５Ａとは別の遠隔蛍光体実施形態を示し、ここでは、蛍光体パッチ及びＬＥＤは、ほぼ同じ面上にある。図６５Ｄは、遠隔蛍光体システム６５３０を表し、システム６５３０は、熱管理装置６５３１を有する青色ＬＥＤ６５３２を備える。ＬＥＤ６５３２からの青色光は、第１コリメータ６５３３（この図ではＣＰＣとして示す）へと向けられ、これは、その光を、図６６Ａで述べたように図６５Ａのフィルタ６５０３と同じ特性を有する傾斜ロングパス二色性フィルタ６５３４上へと平行にする。二色性フィルタ６５３４は、コリメータ６５３３（この図ではＣＰＣとして示す）に対し４５度にあり、青色光の全短波長を反射し、傾斜ロング青色パス二色性フィルタ６５３６（図示せず）内へと左方に向ける。フィルタ６５３６は、フィルタ６５３４と同じ波長特性を有する。フィルタ６５３６は、短青色波長光を下方の光学部品６５３７へと方向転換し、この部品は、次いで、光を厚い蛍光体パッチ６５３８上に集め、該パッチは白色反射板６５３９によって囲まれ、そのため、この青色光のほぼすべてが格段に高い有効性を有する黄色光へと変換される。白色反射板６５３９は、フィン付きの熱交換器等の熱管理要素を組み込む。黄色変換光は、上方の光学部品６５３７へと放射され、傾斜ロング青色パスフィルタ６５３６へと平行にされ、その後、黄色出力ビーム６５４０を形成する。フィルタ６５３４を通過するより長い青色波長は、青色出力ビーム６５４１を形成する。青色及び黄色ビームは、図４０〜図５０の多波長方法のいずれによっても再結合され得る。また、側部６５３５を有する固体誘電体三角プリズム６５４２が示される。プリズム６５４２は、コリメータ６５３３及び６５３７からの平行光が、フィルタ６５３４及び６５３６の正面で偏向されることを防ぐ。あるいは、実施形態６５３０は、プリズム６５４２がもはや必要ない開放型反射板を有して構成され得る。

図６５Ｅは、図６５Ｂに示す実施形態の別の構成であるが、ここでは、ＬＥＤと蛍光体パッチが同一面にある。図６５Ｅは遠隔蛍光体システム６５４５を示し、該システムは、熱管理機器６５６１付きの青色ＬＥＤ６５５０を備える。ＬＥＤ６５５０からの青色光は、第１円形対称コリメータ６５５１（この場合、ＣＰＣとして示される）へと向けられる。コリメータ６５５１は、光を、青色ＬＥＤ６５５０からの青色波長のいくつか又はすべてに対し部分反射率を有するロングパスフィルタ６５５５内へと平行にする。フィルタ６５５５は、青色光の所定の割合を通過させ、青色光の残部を全波長反射板６５５６へと反射する。フィルタ６５５５によって反射されない青色光は、平行青色ビームｂ６５５７として出る。全波長反射板６５５６に突き当たる光は、下方の円形対称コンセントレータ６５５９（これは、この場合ＣＰＣとして示される）へと９０度回転され、そこで、光は、白色反射板（図示せず）で底部が囲まれている厚い蛍光体パッチ６５６０に当たり、そのため、その全黄色光は上方に進み、６５５９によって平行にされる。全波長ミラー６５５６は、この平行光を青色ショートパスフィルタ６５５３（これは、それに対して４５度の角度にある）へと方向転換し、蛍光体パッチによって発せられるすべての黄色及びより長い波長を該デバイス外へと平行黄色ビームｙ６５５８として反射する。青色ビームｂ６５５７及び黄色ビームｙ６５５８は結合して白色光を作り出す。ミラー６５５４は、全波長反射板６５５６及び光学部品６５５９による可能性のある変換のため、フィルタ６５５３によっては外に反射されない青色光をリサイクルし、蛍光体パッチ６５６０へと戻す。破線６５６２は、種々の構成要素間に必要な空隙が存在する箇所を表し、これは、図３９Ｂの間隙３９８及び３９９に類似する。

図６６Ｄはグラフ６６４０を表し、その横軸６６４１は波長（ナノメートル）に対し、縦軸６６４２は％反射率に対する。図６５Ｅのフィルタ６５５５に対応するフィルタ関数６６４３は、水平区分６６４３ｈと急勾配カットアウト断崖６６４３ｃを含み、該区分は、青色波長の全範囲の一部に対して７０％の部分反射率を表す。破線６６４６は、図６５Ｅのフィルタ６５５３の反射率関数であり、蛍光体スペクトル６６４５に適合する形状とされる。

熱管理装置６５６１が青色ＬＥＤ６５５０及び蛍光体パッチ６５６０に共通なものとして示される。しかしながら、実際には、蛍光体パッチがＬＥＤから又はＬＥＤが蛍光体パッチからかなりの量の熱を受け取らないように、この装置において熱的破壊があり得る。

遠隔蛍光体システムの効率は、その二色性フィルタの有効性に依存する。現実のフィルタの一例の性能を例示するため、実際のスペクトル透過率測定データは、その製造業者である米国カリフォルニア州所在のJDS Uniphase社によって利用可能とされている。このフィルタに関する性能及び他の仕様は、図６３Ａ及び６４Ｂに示す実施形態において発明者が設計した実際の遠隔蛍光体システムに組み込むために発明者により上記会社に提供された。図６７はグラフ６７００を示し、その横軸６７０１は波長に対し、縦軸６７０２はパーセンテージ透過率に対する。理論上の性能は、実線６７０３で表され、実測性能は破線６７０４で示される。また、本発明と同様、ｎ＝１．５の誘電体内における入射角１０°での実測性能を表す破線６７０５も示される。送出スペクトル領域Ｔは、９９．３〜９９．９％の値を含む。反射スペクトル領域Ｒは、測定できない小さい吸収と共に９９．９％の反射率を含む。

丸いＣＰＣの優れた効率にもかかわらず、図４８の形態の波長可変フィルタを用いて非循環設計の正方形ＣＰＣを利用することができる。正方形と円形の不整合を回避するため、図６０Ａの構成を変更することが可能であると共に、大ＣＰＣ６２がより大きい受光角、例えば１４°もしくは１５°等を有するようにして、その結果、それぞれ９８％及び９９％の移送効率（１０°では８５％に対し）をもたらすことが可能である。図６８Ａは遠隔蛍光体システム６８０の斜視図であり、該システムは、青色ＬＥＤ６８１と、１０°誘電体クロスＣＰＣ６８２と、青色パスフィルタ６８３と、１５°誘電体クロスＣＰＣ６８４と、蛍光体パッチ６８５とを備え、蛍光体パッチ６８５はＬＥＤ６８１よりも５０％大きい。あいにく、ＣＰＣ６８３は、蛍光体パッチ６８５から光を再循環させるためにわずか９０％の効率Ｒを有する。従って、次のより実際的な非リサイクリング設計が１０°及び１５°正方形ＣＰＣに対して提供される。これらは、単一のＬＥＤ及び蛍光体パッチ付きで示されるが、多数の青色ＬＥＤが図１０Ａと同様に示され得る。

図６８Ｂは、矩形断面ＣＰＣ６８１０の図である。縁部６８１２及び６８１７間に延びる面と縁部６８１４と６８１６との間に延びる反対側の面は、直線押出ＣＰＣプロフィルとして形付けられる。また、縁部６８１３と直線６８１９との間に延びる面と、縁部６８１１と直線６８２０との間に延びる反対側の面は、直線押出ＣＰＣプロフィルとして形付けられる。直線６８１９と縁部６８１５間の面と、直線６８２０と縁部６８１８間の反対側の面は、平坦である。

図６９Ａは、遠隔蛍光体システム６９０の側面図である。青色ＬＥＤ６９１は、ＣＰＣ６９２へと輝き、これは、その光を発散±α（ここでは１０°）の青色ビームｂへと平行にする。対角線ミラー６９３は、これらの光線を上方対角線青色反射ミラー６９５及び対角線青色反射ミラー６９４内へと横方向に送り、ミラー６９５は青色光の一部を外側へと反射し、また、ミラー６９４は、光をより小さい第２ＣＰＣ６９７へと下方に方向転換する。第２ＣＰＣ６９７は、図６８Ｂに記載のものと類似の矩形断面ＣＰＣである。蛍光体パッチ６９８は、対角線青色反射ミラー６９４によって反射された青色光を受け取り、これを黄色光へと変換し、これをＣＰＣ６９７が黄色出力ビームｙ（大きい発散±βを有し、ここでは１５°）へと平行にする。この黄色出力ビームｙは、ミラー６９４及び６９５を通過する。大熱交換器６９９Ｌは青色ＬＥＤ６９１を冷却する一方、小熱交換器６９９Ｓは蛍光体パッチ６９８を冷却する。破線は、図３９Ｂの間隙３９８及び３９９に類似の非常に小さい空隙を表す。この構成は、黄色及び青色出力ビームがこれらの異なる発散α及びβのために適切に結合しないという光学的障害を有する。より小さい寸法の上方青色反射ミラー６９５は、ビームが空間的に均一でないことをも意味する。

図６９Ｂは、同じシステムを示すが、ホログラフィック拡散器６９０ｄが追加されている。拡散器６９０ｄは、ＣＰＣ６９２からの±１０°青色光を、その発散角がＣＰＣ６９７から±１５°と等しくなるように広くする。青色反射ミラー６９５は、すべての青色光を出口ポートに向けて反射するのに十分長くなければならない。今度は、二つのビームは遠視野において結合し、白色光を作る。しかしながら、近視野において、該二つのビームは一致しない。

図６９Ｃは、同じシステムを示すが、二つのより小さいミラー６９５ｓへと分割して示される上方青色ミラーを有する。更に、識別するには小さすぎるそのようなミラーへの分割は、空間的に均一な白色出力を与えるであろう。

図７０は遠隔蛍光体システム７０００を示す。大熱交換器７０１１で冷却された青色ＬＥＤ７０１０は第１ＣＰＣ７０２０内へと輝き、第１ＣＰＣ７０２０は、その光を±１０°発散の光線ｂへと平行にする。対角線ミラー７０３０は、この光の一部を送出し、その後、これは拡散器７０４０によって±１５°発散へと広げられる。次に、これは、黄色反射対角線ミラー７０５０を通過して出る。対角線ミラー７０３０はまた、光線ｂの一部を青色反射対角線ミラー７０７０へと横方向に反射する。該ミラーは、それらを下方の第２ＣＰＣ７０８０へと反射し、第２ＣＰＣ７０８０は、次いで、それらを、（熱交換器７０９１により冷却された）蛍光体パッチ７０９０に集める（集束させる）。対角線ミラー７０３０は、慣用のビームスプリッター（約２／３の反射率、１／３の透過率を有する）、あるいは、図６６Ｄに記載されるようなビーム分割青色ミラーであり得る。ビーム分割青色ミラーは、部分反射（短波長における）ロングパスフィルタである。第２ＣＰＣ７０８０が第１ＣＰＣ７０２０に等しい開口を有するが大受光角であるので、蛍光体パッチ７０９０も同様に比例して大きくなる。ロッド７０８１は、第１ＣＰＣ７０２０に比べてより低い第２ＣＰＣ７０９０の高さを補う。破線は、図３９Ｂの間隙３９８及び３９９に類似する非常に小さい空隙を表す。蛍光体パッチ７０９０によって作り出された光輝性黄色光はＣＰＣ７０８０内へと輝き、ＣＰＣ７０８０はこれらを±１５°発散の光線ｙにし、これは、青色反射対角線ミラー７０７０を通過して、対角線折り畳みミラー７０６０に突き当たり、黄色反射対角線ミラー７０５０へと横方向に反射され、ミラー７０５０は、それらを上方に反射し、これらは青色出力と結合して空間的に及び角度的に均一な白色出力となる。破線は、シリコン等の低屈折率材料が充填された間隙を表す。これらの臨界角７４°は、視射光線を反射するのに十分である。

図７１は、図７０の実施形態に基づく遠隔蛍光体システム７１００の斜視図であり、多数の青色ＬＥＤ及び多数の蛍光体パッチの出力を非常に均一で狭い角度の単一の白色ビームへと統合する。そのようなシステムは、例えば自動車のヘッドライトに有利に適用可能である。青色ＬＥＤ７１１０は、４ｘ４に配置され、それぞれ小クロスＣＰＣ７１２０に連結され、次いで、すべてが矩形混合ダクト７１３０に接合される。その上に対角線部分青色ミラー７１４０があり、いくらかの青色光を対角線青色ミラー７１５０へと横方向に反射し、そこから大ＣＰＣ７１６０へと下方へ進み、これが青色光を蛍光体パッチ７１７０に集める。これらの黄色光は、大ＣＰＣ７１６０によって平行にされ、対角線青色ミラー７１５０を通過し、対角線折り畳みミラー７１８０に突き当たり、これにより横方向内側に反射される。対角線青色通過黄色ミラー７１９０は、青色光（拡散器７１９５によって広げられている）と一致させて黄色光を送り出し、白色出力ビームを形成する。すべてのＬＥＤ及び蛍光体パッチは、好都合なことに同一面にある。

図６３Ａ及び図６３Ｂでは、より多数の青色ＬＥＤによる更に高いパワーへのスケール変更において、誘電体ＣＰＣは、非常に嵩張り、高価すぎることが判明した。その代わり、図６Ｃの円錐及びレンズ配置構成が利用可能である。従って、図７２Ａは、３２の青色ＬＥＤ７２０１を有する遠隔蛍光体システム７２００を示し、各ＬＥＤ７２０１は、それ自体のクロス誘電体ＣＰＣ７２０２を有し、クロス誘電体ＣＰＣ７２０２は、フィルタ及びミラー面７２０３上において不完全な正方向に配列される。この構成は、完全正方形の６４％とは異なり、この面の７７％がカバーされることを可能にする。正方形中央開口７２０７を有する蛍光体パッチ７２０６が見えるように大反射円錐（コーン／円錐部）７２０５は破断して示される。正方形中央開口７２０７は、３２のＬＥＤ７２０１と同じ面積を有する。円錐（コーン／円錐部）７２０５は、ラジアル熱交換器フィン７２１０に連結された金属製裏当てを有する。円錐７２０５は、ミラーフォイルの使用により要求される円錐断面には限定されないが、射出成形で形成されるであろうように、調整された断面も有し得る。そのような調整された形状は、非結像光学の分野の当業者には知られており、図７２Ｂに示すレンズ７２０４と共に一般に設計される。そのようなレンズ／反射板光学部品の組合せは、理論的限界付近で実行可能である。そのような高性能を達成するため、屈折レンズは、十分にマルチコーティングされるべきであり、また、反射板は、必要な波長に対して１００％近い反射率を有する。マルチコートされた高透過率レンズは多数の源から市販されている。非可展面上の非常に高い反射率コーティングは工業源から利用可能である。また、いくつかの高反射率フィルム、例えば米国ミネソタ州所在の３Ｍ社から市販されるもの等は、非可展形状へと首尾良く成形された。そのようなフィルムはまた、円錐７２０５等の円錐反射板を形成するために使用され得る。何故なら、円錐が平坦フィルムから形成可能な可展面であるからである。

図７２Ｂは、遠隔蛍光体システム７２００の別の斜視図であり、小クロス誘電体ＣＰＣ７２０２と、反射板円錐７２０５と、屈折レンズ７２０４と、熱交換器フィン７２１０とを示す。中央蛍光体開口７２０７も示され、これは、拡散反射面７２０６で囲まれ、また、蛍光体パッチ７２０６からの５ワットの廃熱の導電除去のため、フィン７２１０に接続した高導電性材料によって裏当てされる。このシステムは、アークランプによってのみ超えられる、４０カンデラ／ｍｍ²の輝度で約４０００ルーメンを作り出すことができるはずである。

図７３Ａは、別個の短波及び長波出力ポートを有する側部放射遠隔蛍光体システムの好ましい実施形態を示す。図７３Ａの遠隔蛍光体システム７３００は、第２光学部品の受光角が青色ＬＥＤに連結される光学部品よりも大きい図６８Ａの原理を使用する。この実施形態において、第２光学部品は矩形断面を有し、他方、第１光学部品は正方形断面を有する。遠隔蛍光体システム７３００は、青色ＬＥＤ７３０１を備え、青色ＬＥＤ７３０１は、受光角７３０２を有する第１クロスＣＰＣ７３１３（又は他の正方形断面を有するコリメータ）へと放射し、これは、光を青色ＬＥＤ７３０１から傾斜ミラー７３０５、及び受光角７３０８を有する光学縦列へと平行にし、これは、該光を、高反射カバー及び熱交換器（両方図示せず）を有する遠隔蛍光体パッチ７３０９に集める。傾斜ミラー７３０５に突き当たる上記青色光の部分は反射され、短波長出力ポートへと方向転換される。該ポートのビーム出力は、矢印７３１１によって表される。ミラー７３０５に当たらない青色光部分は、傾斜ショートパスフィルタ７３０６（図１１Ａによって示される）と、ここではＣＰＣとして断面にて示される矩形クロスＣＰＣ７３１４（又は他の矩形断面を有するコンセントレータ）とから成る上記光学縦列へと送られる。ＣＰＣ７３１４は、上記受光角７３０２を有するクロスＣＰＣ７３１３よりも大きい上記受光角７３０８を有する。蛍光体パッチ７３０９から出る光は、矩形クロスＣＰＣ７３１４によって傾斜ショートパスフィルタ７３０６に向けて平行にされる。該フィルタは、黄色及びより長い波長を長波長出力ポートへと反射し、該ポートのビーム出力は矢印７３１２で示される。矩形断面ＣＰＣ７３１４は、上方直線区域７３１０ｕ及び下方直線区域７３１０ｌを有し、また、直交方向において、図６８Ｂの形態のような拡張区域（図示せず）を有する。矢印７３１１によって示される短波青色光のビーム角は、長波長出力ポートからの光に対するビーム角に合わせるために随意的に拡散され得る。これらの青色及び黄色ビームは、図４０〜５０の多波長方法のいずれによっても再結合され得る。実施形態７３００の一つの利点は、該デバイス（装置／機器）がいかなる空隙も必要とせず、単一部品として製造可能である点である。ＬＥＤ７３０１及び蛍光体パッチ７３０９は、遠隔蛍光体システム７３００が縦方向に薄く、この特性を必要とする用途にシステム７３００を適するようにするため、ほぼ共通軸線上にある。あるいは、該デバイスは、いくつかの空隙を有し、かつすべての光学表面が十分にマルチコーティングされるように構成され得る。

図７３Ｂは、隣接する別個の青色及び黄色出力ポートを有する遠隔蛍光体システムの好ましい実施形態を示す。図７３Ｂの遠隔蛍光体システム７３２０は、第２光学部品の受光角が青色ＬＥＤに連結される光学部品よりも大きい図６８Ａの原理を用いる。この実施形態において、第２光学部品は矩形断面を有し、他方、第１光学部品は正方形断面を有する。遠隔蛍光体システム７３２０は青色ＬＥＤ７３２１を備え、青色ＬＥＤ７３２１は、第１クロスＣＰＣ７３２９（又は各端部に正方形断面を有する他のコリメータ）へと放射し、ＣＰＣ７３２９は、青色ＬＥＤ７３２１からの光を傾斜ミラー７３２３及び拡散器７３２４へと平行にする。拡散器７３２４（太線）に当たる青色光の部分は広げられ、ビーム出力７３２６として短波長出力ポートを出る。ミラー７３２３によって反射された青色光部分は再び、傾斜黄色パスフィルタ７３２５によって反射され、底部と上部の直線区域とにおいてＣＰＣとして断面にて示される矩形断面コンセントレータ７３３０に向けられる。コンセントレータ７３３０は、クロスＣＰＣ７３２９の出力角と等しいか又はそれより大きい受光角を有する。クロスＣＰＣ７３３０は、青色光を、高反射カバー（図示せず）及び熱交換器７３２８を有する遠隔蛍光体パッチ７３２２に集める。蛍光体パッチ７３２２から上方に発せられる光は、傾斜ロングパスフィルタ７３２５、及び平坦出力ポート７３３１に向けて矩形クロスＣＰＣ７３３０によって平行にされ、フィルタ７３２５は、黄色及びより長い波長を送出し、出力ポート７３３１は黄色ビーム７３２７を形成する。対角線プリズム７３３２は、黄色ビーム７３２７がフィルタ７３２５の傾斜面を出る際に偏向されないように、随意的にフィルタ７３２５に連結される。その代わり、それは垂直入射でブロックを出て、従って偏向されない。矩形断面ＣＰＣ７３３０は、６８Ｂに示すものと同様の配置構成を有する。拡散器７３２４は、青色光のビームの開口角がコリメータ７３３０から出てくる黄色光の開口角と一致するように、青色ビームを拡張させる。

図７３Ｃは、一つの共通出力ポートを有する遠隔蛍光体システムの図７３Ａの側部放射実施形態の別の構成を示す。図７３Ｃの遠隔蛍光体システム７３４０は、第２光学部品の受光角が青色ＬＥＤに連結される光学部品よりも大きい図６８Ａの原理を使用する。この実施形態において、第２光学部品は矩形断面を有し、他方、第１光学部品が正方向断面を有する。遠隔蛍光体システム７３４０は、青色ＬＥＤ７３４１を備え、ＬＥＤ７３４１は、受光角７３４２を有する第１クロスＣＰＣ７３４７（又は各端部に正方形断面を有する他のコリメータ）へと放射し、第１クロスＣＰＣ７３４７は、青色ＬＥＤ７３４１からの光を傾斜ミラー７３４４及び受光角７３４３の光学縦列へと平行にする。光学縦列は、該光を、高反射カバー及び熱交換器（両方とも図示せず）を有する遠隔蛍光体パッチ７３４２に集める。ミラー７３４４は、ミラー７３４４に反射される青色光の開口角が７３４２から７３４３へと増長するような方法で、二重に曲げられるか及び／又は部分的に拡散性を有し得る。傾斜ミラー７３４４に当たる上記青色光の部分は、出力ポートへと方向転換される。該ポートのビーム出力は、矢印７３４５によって示される。ミラー７３４４に当たらない青色光部分は、傾斜ショートパスフィルタ７３４８と、ＣＰＣとしてここでは断面で示される矩形クロスＣＰＣ７３４６（又は各端部で矩形断面を有する他のコンセントレータ）とから成る上記光学縦列へと送られる。ＣＰＣ７３４６は、上記受光角７３４２のクロスＣＰＣ７３４７よりも大きい上記受光角７３４３を有する。蛍光体パッチ７３４２から出る光は、矩形クロスＣＰＣ７３４６によって傾斜ショートパスフィルタ７３４８に向けて平行にされる。傾斜ショートパスフィルタ７３４８は、黄色及びより長い波長を上記出力ポートへと反射し、該出力ポートのビーム出力は矢印７３４５で示される。実施形態７３４０の一つの利点は、該装置がいかなる間隙をも必要とせず、単一部品として製造され得ることである。あるいは、該装置は、ＣＰＣ７３４７の幅広端部及びＣＰＣ７３４６の幅広端部に間隙を持って構成され得る。該間隙のすべての光学面は、十分にマルチコーティングされるか（空隙の場合）、又はシリコン等の低屈折率材料が充填される。この変更は、最小寸法の上記出力ポートを形成するであろう。

上述した遠隔蛍光体システムの色温度は、種々のフィルタによってどの程度青色光が外に出されたかの結果である。フィルタは不変のスペクトル反射率機能を有するので、この色温度は容易に調整できない。従って、以下の五つの好ましい実施形態は、第１青色ＬＥＤからのすべての光が蛍光体に完全に吸収されるように、第２青色ＬＥＤを付加する手段を有する。その際、色温度は、第２ＬＥＤからの出力の増加、又は蛍光体に電力を供給する第１ＬＥＤの出力の低下と共に上昇する。

図７４は遠隔蛍光体システム７４００を示し、該システムは、第１青色ＬＥＤ７４０１と、該ＬＥＤに光学的に接続される１０°集光を有する第１コリメータ７４０２（ＣＰＣとして示す）と、第２青色ＬＥＤ７４０３と、該ＬＥＤに光学的に接続され、１５°集光を有し、かつ第１コリメータ７４０２に対し垂直に向けられる第２コリメータ７４０４（ＣＰＣとして示す）と、傾斜ショートパスフィルタ７４０５（図１１Ａにより記載される）と、第１コリメータ７４０２から光線ｂ１を受け、これらを蛍光体パッチ７４０７に集め、かつ高反射カバー及び熱交換器（両方とも図示せず）を有するコンセントレータ７４０６（ＣＰＣとして示す）とを備える。光線ｂ１のphotostimulation下で、蛍光体７４０７は黄色光を放射し、これはコンセントレータ７４０６（逆方向の光線に対してコリメータとしての機能を果たす）によってビームｙへと平行にされる。傾斜ショートパスフィルタ７４０５は、第２コリメータ７４０４から直接来る光線ｂ２と一致する上記黄色光を反射する。第１コリメータ７４０１の出力に対する第２青色ＬＥＤ７４０３の出力の変化は、一致する（同時に発生する）出力ビームｙ及びｂ２の白色出力の色温度の付随する変化をもたらす。

図７５は、都合良く同一面に二つのＬＥＤ及び蛍光体パッチを有する同様のシステムを示す。遠隔蛍光体システム７５００は、第１コリメータ７５０２（ＣＰＣとして示される）に光学的に接続された第１青色ＬＥＤ７５０１を備え、これは、該ＬＥＤの光を１０°へと平行にする（視準する）。システム７５００はまた、傾斜ロングパスフィルタ７５０３と、傾斜全波長ミラー７５０４と、１５°受光角のコンセントレータ７５０５（クロスＣＰＣとして示す）と、高反射カバー及び熱交換器（両方とも図示せず）を有する遠隔蛍光体パッチ７５０６と、第２ＬＥＤ７５０７と、その光を１５°へと平行にするコリメータ７５０８と、エキスパンダー−ミキサー区域７５０９と、傾斜ショートパスフィルタ７５１０と、好ましくは低屈折率シリコンで埋められる狭い間隙７５１２を有する五つの対角線プリズムブロック７５１１とを備える。平行白色出力ビーム７５２０は、二つの一致する（同時に発生する）ビーム、すなわち、蛍光体からの黄色及び青色ＬＥＤ７５０７からの青色から成る。その色温度は、該二つの青色ＬＥＤの相対出力によって制御される。

図７６は、図７５の実施形態に対する別の実施形態を示し、ここでは、該二つのＬＥＤ及び蛍光体パッチは同じ面内にあるが、中心出力ビーム位置を有する。遠隔蛍光体システム７６００は、第１コリメータ７６１０（クロスＣＰＣとして示す）に光学的に接続された第１青色ＬＥＤを備える。第１コリメータ７６１０は、該ＬＥＤの光を１０°へと平行にする。システム７６００はまた、傾斜全波長ミラー７６０５及び７６０６と、１５°受光角のコンセントレータ７６０９（クロスＣＰＣとして示す）と、高反射カバー及び熱交換器（両方とも図示せず）を有する遠隔蛍光体パッチ７６０３と、第２ＬＥＤ７６０２と、該ＬＥＤの光を１５°へと平行にするコリメータ７６１２と、エキスパンダー−ミキサー区域７６０４と、傾斜ショートパスフィルタ７６０７と、好ましくは低屈折率シリコンで埋められる狭い間隙７６１１を有する五つの対角線プリズムブロック７６１３とを備える。平行白色出力ビーム７６０８は、二つの一致ビーム、すなわち、蛍光体からの黄色及び第２青色ＬＥＤからの青色から成る。その色温度は、該二つの青色ＬＥＤの相対出力によって制御される。

図７１の実施形態は、図７０の実施形態で教示された原理の理論的延長によって、ＬＥＤの配列（アレイ）及び蛍光体パッチの配列がどのように単一出力デバイスへと組み合わされ得るかを例示する。そのような論理的延長は、別々の短波及び長波出力ポートを有する図６５Ａ及び図６５Ｂ等の実施形態を除き、当該明細書に教示された遠隔蛍光体システムのすべての実施形態に適用され得る。これらの例において、ＬＥＤの配列及び蛍光体パッチの配列は収容（吸収）され得るが、少なくとも二つの出力ポートが存在するという要求を伴う。

単一出力ポートを有する遠隔蛍光体実施形態が、構成要素の配列を含むようにどのように理論的に延長され得るかを更に例示するため、我々は、図７７に示す実施形態をそれに応じて提供する。この実施形態は図７５に教示される原理に基づく。図７７は、同一面に慣用に設置された八つのＬＥＤ及び四つの蛍光体パッチを有するシステムを示す。遠隔蛍光体システム７７００は、光を１０°へと平行にする四つのコリメータ７７０６（クロスＣＰＣとして示す）の第１アレイ（配列）に光学的に接続される青色ＬＥＤ７７０２の第１アレイ（配列）と、傾斜ロングパスフィルタ７７０９と、傾斜全波長ミラー７７０８と、１５°受光角の四つのコンセントレータ７７０７（クロスＣＰＣとして示す）のアレイと、それぞれ高反射カバー及び熱交換器（両方とも図示せず）を有する四つの遠隔蛍光体パッチ７７０１のアレイと、四つのＬＥＤ７７０３の第２アレイと、光を１５°へと平行にする四つのコリメータ７７０４のアレイと、エキスパンダー−ミキサー区域７７０５と、傾斜ショートパスフィルタ７７１０と、好ましくはシリコン等の低屈折率材料で埋められる狭い間隙７７１３を有する五つの対角線プリズムブロック７７１１とを備える。単一出力ポートからの平行白色出力ビーム７７１２は、二つの一致ビーム、すなわち、蛍光体からの黄色及び青色ＬＥＤ７７０３の第２アレイからの青色から成る。その色温度は、青色ＬＥＤの二つのアレイの相対出力によって制御される。

図７７の実施形態では他の混成形態も可能である。例えば、四つの遠隔蛍光体パッチ７７０１は、四つのコンセントレータ７７０７のアレイを単一のコリメータへと変換することにより、一つの蛍光体パッチへと結合され得る。この原理は、二つの大ＣＰＣ７１６０各々が青色ＬＥＤからの光を受け入れる大ＣＰＣ７１６０によって図７１に例示される。

その白色光の色温度が種々の範囲を含むように容易に調整可能である遠隔蛍光体システムを有することは有益であろう。そのような遠隔蛍光体システムは、それらの色温度が製造プロセス中又は後の現場での仕様に適合するように調整されることを可能にする。また、これらのシステムには、該装置の現在の色温度を測定するフィードバックループを組み込むことができ、また、所望値へ又は値範囲内へこの色温度を調整する電子手段を有して構成され得る。これは、青色ＬＥＤがそれらの耐用年数にわたってそれらの特性を変えることができるため、有利である。図７８、７９及び８０の実施形態は、この目的を実現するいくつかの方法を例示する。図７８は、これが、図７３Ｃに類似の非サイクリング遠隔蛍光体システムを用いてどのように成し遂げられるを示す。これに対し、図７９及び８０の実施形態は、黄色光の部分的リサイクリング及び部分的非リサイクリングの新規な原理を用いる。そのようなシステムは、非常に高い輝度を達成するように構成され得る。

図７８は遠隔蛍光体システム７８００を示し、該システム７８００は、二つの青色ＬＥＤのフラックス出力の比を調整することにより、その発っせられた白色光の色温度が調整可能となることを可能にする。この実施形態は、図７３Ｃに教示される原理に基づく。この実施形態において、青色ＬＥＤ７３４１、コリメータ７３４７、及び傾斜ショートパスフィルタ７３４８が、ＬＥＤ７８０１及び７８０２、コリメータ７８０８及び７８０７、及び傾斜ショートパスフィルタ７８０３によって取って代わられる。青色ＬＥＤ７８０１が発した青色光は、ミラー／拡散器７８０５によって部分的に反射され、これは、この光を、コリメータ７８１０から出てくる黄色光の開口角に適合するように拡散する。また、コリメータ７８１０から受けた光を均質化するため、オプションのミキシング区域７８０９も示される。黄色蛍光体７８０４は、青色ＬＥＤ７８０２及び７８０１の両方から光を受け、そのため、放射白色光の黄色成分は青色ＬＥＤの両方の出力に依存する。しかしながら、放射白色光の青色成分は、ミラー／拡散器７８０５における、青色ＬＥＤ７８０１からの青色光の反射からのみもたらされる。青色ＬＥＤ７８０２の出力に対する青色ＬＥＤ７８０１の出力の変化は、放射白色光７８０６の色温度に対するかなりの制御を可能にする。

図７９は遠隔蛍光体システム７９００を示し、該システム７９００は、調整可能な色温度を有し、部分リサイクリング及び部分非リサイクリングを有する混成システムを使用する。遠隔蛍光体システム７９００は、三つの青色ＬＥＤ７９０３及び二つの蛍光体パッチ７９０１及び７９０２を備え、五つのこれらすべては、同一平面上にある。青色ＬＥＤ７９０３から青色光を受けるコリメータ７９１７は、その受光角がコンセントレータ７９１４及び７９１２の受光角に等しくなるように構成される。この実施形態において、この受光角は、１５°に設定され、また、７９１７、７９１４及び７９１２のプロフィルがＣＰＣとして示される。実施形態７９００は、直角三角形ショートパスフィルタ７９０８と、全波長折り畳みミラー７９０４及び７９０５と、傾斜ロングパスフィルタ７９０６及び７９０７と、十分にマルチコーティングされるか（空隙の場合）又は低屈折率材料によって埋められる間隙７９１０と、出力ポート７９１１とを更に備える。中心ＬＥＤ７９０３からの青色光は、コリメータ７９１７によって平行にされ、これは、それをミキサー区域７９１６へと向かわせ、これはまた、図７５の区域７５０９に類似のエキスパンダー−ミキサー区域として構成され得る。ミキサー区域７９１６からの青色光は、低屈折率間隙（破線で示す）及び三角形ショートパスフィルタ７９０８を通って送られ、次いで、これは出力ポート７９１１を出る。左右の青色ＬＥＤ７９０３からの光は、コリメータ７９１３及び７９１５及びロングパスフィルタ７９０７及び７９０６によってそれぞれ平行にされ、次いで、各青色ビームは、全波長折り畳みミラー７９０５及び７９０４によって光学縦列へと向けられる。該光学縦列は、遠隔蛍光体パッチを持つ出口ポートを有する。各蛍光体パッチは、高反射板カバー及び典型的な熱管理手段（両方とも図示せず）を有するであろう。７９００の各半分は、図７５の実施形態と同様に動作し、すなわち、蛍光体変換光は平行にされ、全波長折り畳みミラー７９０５又は７９０４のいずれかへと方向転換され、これが次いで水平方向に反射する。図７５の実施形態において、この水平光のすべては出力ポートへと向けられる。システム７９００において、三角形ショートパスフィルタ７９０８に当たる光線のみが出力ポートを出る。出ない水平に向けられた光は、上記装置の反対側の半分へと進行し、ここで、それは全波長ミラーによって反射され、最終的に対向する（反対側）蛍光体パッチに集められる。蛍光体パッチ７９０１及び７９０２に当たるこの黄色及びより長い波長光は、散乱され、平行にされ、また、三角形ショートパスフィルタ７９０８へと方向転換されて戻され、その後、その一部が出力ポートから出るか又は再度リサイクルされる。

三角形ショートパスフィルタ７９０８によって遮られる光の割合は、コリメータ７９１７及びエキスパンダー−ミキサー７９１６に対する適切な形状及び受光角を選ぶことによって調整可能である。例えば、コリメータ７９１７及びミキサー７９１６がコリメータ７５０８及びエキスパンダー−ミキサー７５０９と置き換えられるなら、ショートパスフィルタ７９０８により各通過中に遮られる光の割合は５０％となるであろう。システム７９００の色温度は、蛍光体変換のために指定される二つの青色ＬＥＤのフラクスに対する中心青色ＬＥＤ７９０３のフラックス出力を変えることにより、調整され得る。

システム７９００に対する最大効率を達成するため、各構成要素の光学的伝達関数が高いことが、特にリサイクリングモードにおいて重要である。これは、一般に一定の屈折率を有する材料から成るクロスＣＰＣよりも理想的な光学部品を用いることにより、正方形断面コリメータ／コンセントレータにおいて達成され得る。この基準を満たす非結像光学技術の当業者に知られているいくつかのアプローチが存在する。一つのアプローチは、クロスＣＰＣの壁にリップルを作り出すことであり、最適化アルゴリズムを用いてこれらのリップルの形状を変えることにより、一つ又は複数の解（解決）に到達する。別のアプローチは、光学部品を、これが一定の屈折率を有していないと仮定して設計することである。種々の屈折率解が、２００５年Elsevier社によって出版された書籍、R. Winston, J. C. Minano及びP. BenitezによるNonimaging Optics（非結像光学）の第６章に与えれている。これは、参照によりそっくりそのままここに組み込まれる。これら両方のアプローチにおいて、光学部品の各端部は正方形であり、他方、中間区域は正方形であるかもしれないが正方形でないかもしれな。非結像光学技術の当業者に既知のこれら及び他のアプローチに基づく光学コリメータ及びコンセントレータも、ここに記述される実施形態のいずれかのために使用可能である。

図８０は遠隔システム８０００を示し、これは、全波長折り畳みミラー７９０４及び７９０５が必要ない図７９の実施形態の別の実施形態である。この実施形態は、図７９の実施形態を上回る更なる利点、すなわち、構成要素の数がより少なくなり得る利点を有する。遠隔蛍光体システム８０００は、青色ＬＥＤ８０１２と、左方に両方ある正方形区域コリメータ８０１０と、コリメータ８００４付きの調整可能な青色ＬＥＤ８００１と、蛍光体パッチ８００３（図示しない高反射カバー及びヒートシンクを有する）及び付随する正方形区域コンセントレータ８００５と、光学ミキシングチャンバ８００６と、全波長ミラー８００８と、傾斜ショートパスフィルタ８００２と、出力ポート８００７及び間隙（破線で示す）とを備える。出力ポート８００７のフレックスは、フレックス矢印８０１１によって表され、これは、調整可能な青色ＬＥＤ８００１とショートパスフィルタ８００２からの反射黄色及びより長い波長との結合出力である。出力ポート８００７を出ずにショートパスフィルタ８００２から反射した光は、全波長ミラー８００８で反射され、ショートパスフィルタ８００２に戻る。このフィルタ８００２は、次いで、それを、光学ミキシングチャンバ及びコンセントレータ８００５の光学縦列へと反射し、最終的に蛍光体パッチ８００３へと戻す。蛍光体パッチ８００３は、このポートから出ない光を受けて、これを散乱してリサイクリングする。

図８０の実施形態は、二つの青色ＬＥＤ８０１２を有して構成されるが、これは、より多くの一対の要素８０１０及び８００５を垂直スタックに加えることにより、容易に拡張され得る。また、青色ＬＥＤ８００１は、図７７の原理を適用して、より多くのＬＥＤ及びコリメータ８００４を付加することにより、ＬＥＤのより大きいアレイとして構成され得る。

図７７は、多数のＬＥＤ及び蛍光体パッチを有する好ましい実施形態を示し、この数は、更に多くのＬＥＤ及び蛍光体パッチ（図７２Ａに示すように、明確に示すことは困難である）を有する好ましい実施形態を容易に予想するのに十分なものである。これらの蛍光体パッチは、慣用の黄色タイプの代わりに緑色放射であること、また、図１０Ｅに関して述べたように、いくつかの赤色ＬＥＤが付加されることが可能である。いくつかの青色ＬＥＤが緑色蛍光体を励起しつつ、他の青色ＬＥＤが出力ビームに直接貢献することも可能である。赤色ＬＥＤは、図７７のＬＥＤ７７０３の第２アレイにも設置され得、この場合、赤色光が、緑色蛍光体の波長に反射性を有しながら送出されることを可能にするため、赤色ＬＥＤの真上のショートパスフィルタ７７１０は、ロングパスフィルタに変更されなければならない。あるいは、赤色ＬＥＤＤは、ＬＥＤ７７０１の第１アレイ内に配置され得る。この後者のアプローチは、該システムに対するフィルタの変更を必要としない。

緑色蛍光体は、例えば図４０〜図５１の好ましい実施形態で用いられる緑色ＬＥＤを上回る利点があり、その理由は、その優れた有効性（緑色ＬＥＤは、現在、青色ＬＥＤよりも格段に低い外部量子効率を有し、従って、緑色蛍光体の変換ロスは非常に少ない）の点と、それがより広い波長範囲を有する点の両方である。これは、目の縦方向色収差によってより優れた演色及びより低い色分解をもたらし、これは、プロジェクションテレビ及びバックライトのような結像用途に対し、慣用の狭帯域ＲＧＢＬＥＤにおいて顕著なアーティファクトをもたらす傾向がある。このような波長の広がりは、４５０ｎｍ及び４７２ｎｍの両方の青色ＬＥＤと、６１０、６２５及び６４０ｎｍ等の利用可能な多くの赤色波長のうちのいくつかとを用いることにより、そのようなアプローチにおいて青色及び赤色ＬＥＤにもあり得る。このようなマルチ波長光源は、ＬＣＤ等のモノクロム空間光変調器を照明するため、それぞれテレビジョンフレーム時間の１／３を別個に出力する赤色、緑色及び青色出力の色順次モードで動作可能である。これらは、入力白色光のほとんどを浪費する非効率なカラーフィルタを有する慣用の白色光色ＬＣＤ（３〜５％）よりも格段に高いスループットを有する（３０〜５０％）。

輝度を高めるため、単一のＬＥＤのみを示す図７９及び図８０のリサイクリング構成に図７７のマルチＬＥＤアプローチが適用可能である。ＬＥＤの積極的な冷却は、該ＬＥＤが最大光度のために過度に駆動されることを可能にし、その一方、高効率リサイクリングは、光度全体の過度の犠牲を伴うことなく、図７９のものよりも更に小さい開口が使用されることを可能にする。このアプローチは、アーク灯の輝度レベル（３００ｃｄ／ｍｍ²平均値）が、それらのコスト、嵩、脆性、高温及び短単寿命を伴うことなく実現することを可能にする。アーク灯はまた、格段に低い送出可能輝度に至るそれらの不均一な輝度及びはっきりした境界の欠如を克服するため、（せいぜい平凡な光学効率の）ミキシング光学部品及び集光光学部品を必要とする。しかしながら、本発明は、アーク灯と同様の光学的効率を有すると共に、高い空間均一性及び非常にはっきりした境界を有する狭角（±１５°）ビームにおいて最大輝度を送出する。更には、そのような固体の照明装置は、先行技術のＲＧＢＬＥＤシステムの不利な狭帯スペクトルを伴うことなく、一般的な照明に対する調整可能な出力色度と、プロジェクションテレビに対する色順次照明の両方を提供する。

ここでの説明は、個々の光学要素及びこれら光学要素を組み合わせるいくつかの実施形態の両方を、構成単位として記述する。これら構成要素及びこれらの組合せの多くの一つの共通テーマは、非結像光学系の原理の新規な応用を用いての、エタンデュ（etendue）保存を通じての源輝度の保存である。

ここに記述した光学変圧器の実施の現在企図される最良の形態についての以上の説明は、限定的な意味に解釈されるべきではなく、単に本発明の一般的原理を記述する目的のものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照することにより決定されるべきである。

これらの教示に鑑み、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、別の実施形態が実施され得ることを当業者は認識するであろう。本発明は、特許請求の範囲のみにより限定されるべきであり、特許請求の範囲は、上記明細書及び添付図面と共に見た場合、そのようなすべての実施形態及び変更を含む。

隣接する複合放物面集光器（ＣＰＣ）反射を有する薄膜ＬＥＤの断面図である。活性エピタキシ層と接触する拡散反射器を有するＬＥＤを示す、図１Ａの部分拡大断面図である。１０°誘電体充填ＣＰＣとのオプティカル・コンタクト（光学的に接触した）して（光学的に接触して）浸漬された薄膜ＬＥＤの断面図である。１０°誘電体ＣＰＣ全体を示す、図２Ａの誘電体充填ＣＰＣの底部の断面図である。高効率光取り出しのための高屈折率ＣＰＣとコリメートのための低屈折率ＣＰＣを含む、図２Ａ−図２Ｂに示される断面を組み込む光学マニホールドの断面図である。図２Ｃで部分的に示されるＣＰＣ２００３の全体を示す断面図である。小半球に埋められた薄膜ＬＥＤの断面図である。最小のボールレンズに埋められた薄膜ＬＥＤの断面図である。チップ・オン・ボードＬＥＤに一般的な全体的形状に埋められた薄膜ＬＥＤの断面図である。２つの薄膜ＬＥＤと１個のプリズム・カプラの断面図である。図４Ａに示されるプリズム・カプラを利用する光学マニホールド４４の断面図であって、最小のＣＰＣに埋められた２つの薄膜ＬＥＤを含み、各々がプリズム・カプラと大きなＣＰＣを有する。２つのＬＥＤのための反射光学マニホールド反射器の断面図であって、各々が単一の更に大きな矩形ＣＰＣの内部に入るＣＰＣを有し、ＣＰＣが出力を提供する。２：１誘電体光学カプラの断面図である。図６Ａに類似の誘電体カプラの断面図であって、混合ロッドも含む。ＣＰＣ入力と空気中に角度を制限された出力を有するコーンを有するハイブリッド光学マニホールドの断面図である。コーン、又は適合されたミラー、及び立体視鏡レンズを含む光学マニホールドの断面図である。図６Ｄに類似するが、立体視鏡フレネル・レンズを利用する形状の断面図である。立体視鏡ＴＩＲレンズを含む光学カプラの断面図である。複数（例えば、５５）の回転対称レンズを利用した６角形のタイルを貼られた光学マニホールドの正面図であって、回転対称レンズは、例えば、図６Ａ−図６Ｆに示される任意のレンズを用いて実施できる。立体視鏡ＴＩＲレンズの入力側の斜視図である。図６Ｈの立体視鏡ＴＩＲレンズの出力側の斜視図である。ドーム型ＬＥＤから空気中の像への、エテンデュが制限された光束伝達の側面図である。ドーム型ＬＥＤから空気中の像への、エテンデュが制限された他の光束伝達の側面図である。ドーム型ＬＥＤから空気中の像への、エテンデュが制限された他の光束伝達の側面図である。ダイクロイック・フィルタを有するデュアル・コリメーティングレンズの側面図であって、蛍光体被覆表面も含む。ダイクロイック・フィルタを有する他のデュアル・コリメーティングレンズの側面図であって、蛍光体被覆表面も含む。ダイクロイック・フィルタを有する他のデュアル・コリメーティングレンズの側面図であって、軸外ＬＥＤと軸外蛍光体システムを含む。ダイクロイック・フィルタを有する他のデュアル・コリメーティングレンズの側面図であって、軸外ＬＥＤトライアッド・アレイと軸外蛍光体トライアッド・アレイ・システムを含む。軸外ＬＥＤ、及び蛍光体システムと一緒に使用するための他のデュアル・コリメーティングレンズの側面図である。遠隔蛍光体を有するクロスＣＥＣの断面図である。２＊２：１形態で配置された複数の正方形ＣＰＣを含む光学マニホールドの側面図である。２＊２：１形態の正方形ＣＰＣを含む光学マニホールドの端面図である。８個のＬＥＤと２：１矩形出力のための２＊４：１光学マニホールドの側面図であって、混合ロッドも含む。８個のＬＥＤと２：１矩形出力のための２＊４：１光学マニホールドの他の側面図であって、混合ロッドも含む。１６個の青色ＬＥＤの出力を青色通過フィルタを通して供給する４＊４光学マニホールドの入力側からの斜視図である。図１０Ａのマニホールドの出力側からの斜視図であって、青色通過光は高度に均一な蛍光体のパッチに集められる。ＣＰＣへ光学的に接着された蛍光体、モノリシック・セラミックの接近分解図である。図１０Ａの光学マニホールドの斜視図の光線トレースであって、如何にして蛍光体の光出力がフィルタによって戻され、蛍光体の効率と輝度を大幅に増加させるかを示す。図１０Ａの光学マニホールドの中の緑色蛍光体の頂上に設置された赤色半導体の分解図である。赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの両方によって供給されるマニホールドを示し、蛍光体被覆表面も含む。赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの両方によって供給されるマニホールドの蛍光体端部の他の図である。モノリシック・セラミックが埋められた誘電体ドームの接近分解図であって、蛍光体被覆表面も含む。蛍光体を収容するドームの凹みを示す他の視角からの接近分解図である。青色ＬＥＤからの光出力のスペクトルのグラフであって、透過曲線も含む。黄色蛍光体の吸収スペクトルと放出スペクトルのグラフであって、青色通過フィルタの透過曲線も含む。緑色蛍光体の吸収スペクトルと放出スペクトルのグラフであって、赤色通過フィルタの透過曲線も含む。角度コンプレッサの断面図である。従来技術の図であって、コーナ・ターナを含む。図１３Ａに示される従来技術の光線トレースである。光学マニホールドの角度回転子の断面図である。図１３Ｃの角度回転子に類似の角度回転子の他の実施例である。図１３Ｄに示されるような角度回転子の光線トレースである。２つの変形された角度回転子を含むソース・シフタの断面図である。半値幅ソース・シフタの断面図である。全幅ソース・シフタの断面図である。異なる光の横方向シフトを許容するためにどのように光シフターが変更され得るかを示す。ソース・ツイスタの断面図である。２：１光学マニホールドの断面図である。図１７に類似の外形を有する矩形２：１光学マニホールドの斜視図である。図１７に類似の外形を有する正方形１：２光学マニホールドの斜視図である。異なる入力色を有する３：１光学マニホールドの断面図である。図２０Ａの３：１光学マニホールドの他の実施例であって、ＬＥＤの間に更に広い間隔を有する。各々が１個の角度回転子を有するコプレナ入力を有する４：１光学マニホールドの断面図である。各々が２つの角度回転子を有するコプレナ入力を有する他の４：１光学マニホールドの断面図である。埋められた入力に対する角度コンプレッサを有する４：１光学マニホールドの他の実施例の断面図である。ほぼ円弧に配置された光学マニホールドの断面図である。半径が減少する円弧上の光学マニホールドの断面図である。中間角度回転子を有する２＊２：１光学マニホールドの斜視図である。図２６Ａに示される中間角度回転子を有する２＊２：１光学マニホールドの斜視図である。更に顕わに分岐した２＊２：１マニホールドの図である。３＊３：１マニホールドの図である。４＊４：１分岐した光学マニホールドの斜視図である。図２７Ａに示される４＊４：１分岐した光学マニホールドの他の角度から見た斜視図である。４＊４：１ねじれ分岐した光学マニホールドの斜視図である。図２８Ｂで示された４＊４：１ねじれ分岐した光学マニホールドの他の角度から見た斜視図である。任意の分岐した光学マニホールドの他の実施例の斜視図である。輝度シフタの斜視図である。モノリシック・エテンデュ・スクイーザを定める光学マニホールドの他の実施例の分解図である。図３１Ａの分解図に示されるモノリシック・エテンデュ・スクイーザの斜視図である。図３１Ａ−図３１Ｂに示されるモノリシック・エテンデュ・スクイーザの他の斜視図である。モノリシック９：１エテンデュ・スクイーザの斜視図である。光学不活面を有する輝度伝達ダクトの断面図である。図３３Ａの実施例に類似の角度回転輝度ダクトの断面図である。対称的に配置されたポートを有する角度回転輝度ダクトの断面図である。不活性面を有する４：１ダクトの断面図である。２つの不活性面を有する左右対称のダクトの断面図である。図３５の形態を有する４つの結合されたダクトを含む複合システムの断面図である。他の複合システムの中の光学マニホールドの他の実施例の断面図である。複合システムの中の光学マニホールドの他の実施例の断面図であって、蛍光体被覆表面も含む。他のＣＰＣを照らす誘電体ＣＰＣの断面図である。図３８Ａの他の形態の断面図である。誘電体ＣＰＣを含む代わりの光学マニホールドの断面図であって、２つのＣＰＣを９０°で結合する欠点を示す。図３９Ａの様な２つの誘電体ＣＰＣを含む代わりの光学マニホールドの断面図であって、如何にしてエアギャップは光線が漏れないようにするかを示す。蛍光体後方発光を利用するための他の形態の断面図である。図４０の様な他の代わりの形態の断面図であって、蛍光体被覆表面も含む。図４１の他の代わりの形態の断面図であって、蛍光体被覆表面も含む。図４２の自由空間バージョンの断面図であって、蛍光体被覆表面も含む。図４３にコンバイナを加える他の形態の断面図であって、蛍光体被覆表面も含む。多波長出力を提供する（３つ全部ではない）１つのソースの屈折された出力領域を有する直交３色自由空間コンバイナを含む他の形態の断面図である。多波長出力を提供するための図４５の様な直交コンバイナを含む他の形態の断面図であって、４つのプリズム・フィルタ装置を有する。狭角度出力を有する直交プリズム・コンバイナを含む多波長出力を提供するための他の形態の断面図である。狭角度出力を有する平行３色コンバイナを示す他の形態の断面図である。１入力のｎ倍の出力領域を有する自由空間平行コンバイナを含む他の形態の断面図である。多波長光出力を提供するために異なる色の複数のＬＥＤを結合するために使用できる他の形態の断面図であって、２つの横方向ＣＰＣを有するプリズム・コンバイナを含む。光を結合して多波長光出力を提供するために平行に配置された３つの横方向ＣＰＣを有するプリズム・コンバイナを含む他の形態の断面図である。異なる色のＬＥＤ、及び蛍光体被覆表面を使用して多波長出力を生成するマニホールドの断面図である。異なる色のＬＥＤ、及び蛍光体被覆表面を使用して多波長出力を生成するマニホールドの他の形態の断面図である。ダブル幅輝度シフタを含む光学マニホールドの他の形態の断面図である。トリプレックス光学マニホールドの平面図である。図５３Ａのトリプレックス光学マニホールドの側面図である。図５３Ａ−図５３Ｂのマニホールドから放出された遠距離電界強度の輪郭グラフである。図５３Ａ−図５３Ｂのマニホールドから放出された遠距離電界強度パターンの中心の水平方向外形と垂直方向外形を示す。図５３Ａ−図５３Ｂのマニホールドの出力面からの空間出力の輪郭グラフである。回路基板上の（３つの入力ＬＥＤに加えた）トリプレックス光学マニホールドの他の実施例の斜視図である。図５６Ａの光学マニホールドの斜視図であって、自由な形式のビーム形成レンズも含む。図５６Ｂの光学マニホールドとビーム形成レンズの斜視図、及びビーム形成反射器上で輝く出力の光線トレースである。図５６Ｃの様な４つの形態を含む斜視図であって、（例えば、法規を満たす）自動車ランプを形成する。自動車ヘッドランプ点灯規定のそれとほぼ合致するビーム照度パターンの形状の射出孔を生成するための非対称マニホールドの斜視図である。図５８Ａの非対称マニホールドの他の斜視図である。クロスＣＰＣの構成を示す。クロスＣＰＣ遠隔蛍光体システムの側面図である。クロスＣＰＣ遠隔蛍光体システムから脱出する光を示す。どのようにコーナー光線が受光円を超えるかを示す方向−空間ダイアグラムである。エネルギー流計算のダイアグラムである。エネルギー流計算の波長構成を示す。遠隔蛍光体性能曲線である。丸いＣＰＣを有する４：１遠隔蛍光体システムを示す。丸いＣＰＣを有する４：１遠隔蛍光体システムの別の図である。輝度が増長した白色マスク遠隔蛍光体の断面図である。輝度が増長した白色マスク遠隔蛍光体の斜視図である。別々の青色及び黄色出力を有する遠隔蛍光体である。白色出力を有する遠隔蛍光体の変形である。同一平面ＬＥＤ及び蛍光体を有する遠隔蛍光体の変形である。同一平面ＬＥＤと、別々の青色及び黄色出力を有する蛍光体とを有する遠隔蛍光体の変形である。同一平面ＬＥＤと、白色出力を有する蛍光体ピッチとを有する遠隔蛍光体の変形である。図６５Ａ、Ｂ及びＤのスペクトルフィルタ特性を示す。図６５Ａ、Ｂ及びＤに対する別のペクトルフィルタ特性を示す。図６５Ｃに対するスペクトルフィルタ特性を示す。図６５Ｅに対するスペクトルフィルタ特性を示す。実際のフィルタのスペクトル透過率のグラフである。１５°正方形ＣＰＣを供給する１０°正方形ＣＰＣの図である。矩形クロスＣＰＣの図である。冷却された同一平面ＬＥＤ及び蛍光体パッチと、同時であるが一致しない青色及び黄色出力を示す。補償拡散器を有する冷却された同一平面ＬＥＤ及び蛍光体パッチを示す。より小型の出力ミラーを有する冷却された同一平面ＬＥＤ及び蛍光体パッチを示す。空間的及び角度的に一致する青色及び黄色出力を有する非リサイクリング遠隔蛍光体システムを示す。空間的及び角度的に均一な集合白色出力ビームを発生させる、すべて同一平面上にある十六の青色ＬＥＤと四つの蛍光体を有する遠隔蛍光体の斜視図である。大誘電性ＣＰＣではなく円錐及びレンズを有する遠隔蛍光体の斜視図である。大誘電性ＣＰＣではなく円錐及びレンズを有する遠隔蛍光体の斜視図である。ＬＥＤ及び蛍光体パッチがほぼ同一軸線上にある、側部発光遠隔蛍光体システムの断面図である。空間的に別個の隣接した短波及び長波出力ポートを有する遠隔蛍光体システムの断面図である。図７３Ａの側部発光遠隔蛍光体システムの別の実施形態である。その白色出力の色温度が制御可能なＴ字形遠隔蛍光体システムを示す。同一平面内にＬＥＤ及び蛍光体パッチを有する同様のシステムを示す。二つのＬＥＤ及び蛍光体パッチが同一平面にある、図７５の別の実施形態を示す。図７５に教示される原理を用い、八つの青色ＬＥＤ及び四つの蛍光体パッチを有する遠隔蛍光体システムの斜視図である。二つの青色ＬＥＤを用いる、調整可能な色温度を有する遠隔蛍光体システムの断面図である。黄色光の再循環部分を用いる、調整可能な色温度を有する遠隔蛍光体システムの断面図である。調整可能な色温度を有する遠隔蛍光体システムの変形の断面図である。

Claims

多波長光源であって、
主波長にて光を発する源と、
前記源に連結され、その光を視準すなわち平行にする入力光学系と、
中間光学系にして、第１端部を有すると共に、反対側の端部に出口ポートを有する集光器として構成される中間光学系と、
一つ又は複数の出力ポートと、
前記入力光学系からの平行光の第１部分を、前記一つ又は複数の出力ポートの少なくとも一つへと向けると共に、前記入力光学系からの平行光の第２部分を、前記第１端部及び前記中間光学系へと向ける一つ又は複数のミラーと、
前記出口ポートに形成される蛍光体パッチにして、該蛍光体パッチの材料が、前記源が発生する光からの励起に応答して発光する組成を有し、該蛍光体パッチが発した光が、前記中間光学系を通りかつ該中間光学系から出て、前記一つ又は複数の出力ポートの少なくとも一つへと戻される蛍光体パッチとを備える多波長光源。
前記蛍光体パッチは、薄い縁と、二つの面すなわち前記中間光学系から光を受ける内側面及び反対側の外側面を有し、
前記蛍光体パッチは、前記源からの光を送出でき、
高反射面が、前記蛍光体パッチの外側面を覆い、該蛍光体パッチの外側面が発したであろう光が、その代わりに、前記内側面が発した光と共に、前記中間光学系を通りかつ該中間光学系を出て、戻されるようにする請求項１の多波長光源。
前記一つ又は複数の出力ポートは、少なくとも二つの出力ポートを含み、光出力は、異なる該出力ポートからの異なるスペクトル組成の二つ又はそれ以上の空間的に分離したビームである請求項１又は２の多波長光源。
前記源及び蛍光体パッチは、ほぼ同じ面上にある請求項１〜３のいずれか一つの多波長光源。
前記出力ポートは軸線の周りに回転され得る請求項１〜４のいずれか一つの多波長光源。
部分的リサイクリング及び部分的非リサイクリングのために構成される請求項１〜５のいずれか一つの多波長光源。
前記一つ又は複数のミラーは、前記平行光の一部を反射し、該平行光の別の一部が外されるように配置されるミラーを含む請求項１〜６のいずれか一つの多波長光源。
主波長にて光を発する第２源と、
前記第２源からの光を方向付け、該光を平行にして前記一つ又は複数のミラーに通す第２入力光学系とを更に備え、
前記一つ又は複数のミラーは、前記第２源からの平行光を前記中間光学系へと送出する請求項１〜７のいずれか一つの多波長光源。
前記一つ又は複数のミラーは、所定の波長よりも短い波長の前記平行光を記出力ポートへと送出する一つ又は複数の傾斜ショートパス光学フィルタを備え、該所定の波長は、第１の前記源のスペクトル内にあり、
前記一つ又は複数の傾斜ショートパス光学フィルタは、所定の波長より短い波長の前記第２源からの平行光を前記中間光学系へと送出し、
前記中間光学系は、前記蛍光体パッチが発した光を前記一つ又は複数の傾斜ショートパスフィルタの少なくとも一つへと戻し、該少なくとも一つの傾斜フィルタは、該発せられた光を前記出力ポートへと反射する請求項８の多波長光源。
前記一つ又は複数のミラーは、前記入力光学系からの所定波長よりも短い波長の平行光を反射すると共に、より長い波長を出力ポートへと送出する一つ又は複数の傾斜光学フィルタを備え、該所定の波長は、該フィルタがスペクトルビームスプリッターとしての機能を果たすように前記源のスペクトル内にあり、
前記中間光学系は、該発せられた光を前記一つ又は複数の光学フィルタへと戻し、
前記一つ又は複数の光学フィルタから受けた発光を前記出力ポートへと反射する一つ又は複数の全波長ミラーを更に備える請求項１〜８のいずれか一つの多波長光源。
前記ミラーは、所定の波長よりも短い波長の光を前記出力ポートへと部分的に送出すると共に、より短い波長を部分的に反射しかつより長い波長を送出する一つ又は複数の傾斜光学フィルタを備え、該部分的送出及び反射の波長は、該フィルタがスペクトルビームスプリッターとしての機能を果たすように前記源のスペクトル内にあり、
一つ又は複数の傾斜光学ショートパスフィルタは、所定の波長よりも短い波長の光を送出すると共に、より長い波長の光を反射し、
前記発せられた光は、一つ又は複数の前記傾斜ショートパスフィルタへと戻され、該フィルタは、該発せられた光を前記出力ポートへと反射する請求項１〜８のいずれか一つの多波長光源。
前記中間光学系はまた、前記ショートパスフィルタが反射しない短波長光を方向転換して前記蛍光体パッチへと戻すための、折り畳みミラー及び一つ又は複数のミラーのうちの少なくとも一方を備える請求項１１の多波長光源。
前記一つ又は複数のミラーは、所定の波長よりも短い光を部分的に送出すると共に部分的に反射する少なくとも一つの傾斜光学フィルタを備え、
前記所定の波長は、該フィルタがスペクトルビームスプリッターとしての機能を果たすように前記源のスペクトル内にあり、
前記フィルタは、前記所定の波長よりも長い波長を送出できると共に、前記部分的に送出された光が短波長の前記出力ポートへと向けられることを許容し、
前記中間光学系は、一つ又は複数の傾斜ロングパスフィルタを備え、
前記発せられた光は、前記ロングパスフィルタへと向けられ、
前記ロングパスフィルタは、前記発せられた光を送出でき、該光を長波長の出力ポートへと向ける請求項１〜８のいずれか一つの多波長光源。
前記一つ又は複数のミラーは、前記光の一部を一つ又は複数のロングパスフィルタへと反射する一つ又は複数の傾斜光学ミラーを備え、
前記ロングパスフィルタは、所定の波長よりも短い光を前記出力ポートへと反射し、
前記所定の波長は、前記源のスペクトル内にあり、前記フィルタは、該所定の波長よりも長い波長を送出でき、
前記中間光学系は、前記傾斜光学ミラーから反射される光の残部を受けるように連結され、
前記中間光学系は、前記傾斜ミラーからの光の前記前部を前記出口ポートへと反射する一つ又は複数のロングパスフィルタを備え、
前記蛍光体パッチが発した光は、前記ロングパスフィルタへと戻され、
前記ロングパスフィルタは、前記発せられた光を送出でき、該発せられた光を前記出力ポートへと向ける請求項１〜８のいずれか一つの多波長光源。
前記一つ又は複数のミラーは、前記平行光の一部を前記出力ポートへと方向転換する一つ又は複数の光学ミラーを備え、
前記中間光学系は、一つ又は複数の傾斜ショートパスフィルタを備え、
前記蛍光体パッチは、前記源からの光を送出でき、
前記蛍光体パッチが発した光は、前記ショートパスフィルタへと戻され、
前記ショートパスフィルタは、前記発せられた光を反射でき、該光を前記出力ポートへと向ける請求項１〜８のいずれか一つの多波長光源。