JP2010522414A - 効率的な光入射装置 - Google Patents

Abstract

光入射装置は、光入力端部と、対向する光出力端部と、これらの間の長手方向の外表面を画定する全反射面とを有する、先細の固体光導体を含む。光入力端部は、開口表面によって画定される先細の固体光導体内に広がる開口を含む。鏡面反射層又はフィルムは、全反射面に隣接して配置される。鏡面反射層又はフィルムと全反射面との間の距離は、第１の空隙を画定する。開口は、ランベルト光源を受け入れるよう構成される。

Description

本開示は、効率的な光入射装置に関し、詳細には、ランベルト光源からの光を効率的に伝送する先細の固体光入射装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体光源は、小型で、純粋色であり、耐用年数が長いことから、多数の用途において好ましい光源である場合が多い。しかしながら、パッケージ化されたＬＥＤは、いずれの特定用途にも最適化されないことが多く、設計者は、特定の使用のために光出力を収集し、伝送するために努力している。効率的に利用されない光は、事実上、無駄になる。

ガラスやポリマーなどの光透過性材料は、光を伝搬するための光導体として使用されることがある。光導体は、光源からの光を受容するよう適応された少なくとも１つの表面と、光導体により伝搬された光を反射するための光学的に平滑な表面とを備えることが多い。光導体の一般的な例には、従来よりデータ通信業界で使用されている光ファイバー、及びより最近では照明用途に使用される光導体が挙げられる。例えば、米国特許第５，４３２，８７６号は、光導体を使用するこのような照明装置の１つを開示している。この装置では、光が光導体の少なくとも１つの端部に入射し、光導体の長さに沿って所定の位置（１箇所又は複数箇所）で光導体を出射するようにできる。光導体には光抽出構造物又はノッチが形成される。光抽出構造物は、光導体を通って軸方向に伝搬される光の一部を半径方向に反射する、第１及び第２の反射面を画定する。反射光は、全内部反射の原理に従って光導体に沿った連続伝搬に必要な臨界角より小さい角度で伝送される。その結果、反射光は光導体から抽出される。

ランベルトＬＥＤ光源からの光を収集し、その光を光導体に連結することは、このような光はＬＥＤから全方向に放出され、また全内部反射によって効率的に保持され得る光導体の開口数にリダイレクトする必要があることから、難しい場合が多い。単一の反射体を使用する場合、反射面の鏡面反射率が不十分だと、光の一部が反射のはね返りごとに失われる。ランベルト光源の視準用に設計された反射体は、通常、所望の出射角を達成するよう縦横比が大きい必要がある。この縦横比は、反射体を横断する光のはね返り数が比較的多いことも意味し、はね返りが多いとその分、損失も多くなる。

本開示は、ランベルト光源からの光を効率的に収集及び伝送することに関する。詳細には、本開示は、効率を最大化するため鏡面反射性及び全内部反射の両方を使用する、小型の反射性円錐光コレクタ／入射装置を目的とする。

第１の実施形態では、光入射装置は、光入力端部と、対向する光出力端部と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全反射面とを有する、先細の固体光導体を含む。光出力端部は、光入力端部より大きい周囲を有する。光入力端部は、開口表面によって画定される先細の固体光導体内に広がる開口を含む。鏡面反射層又はフィルムは、全内部反射面に隣接して配置される。鏡面反射層又はフィルムと全内部反射面との間の距離は、第１の空隙を画定する。開口は、ランベルト光源を受け入れるよう構成される。

別の実施形態では、光入射装置アセンブリは、第１の端部と、対向する第２の端部と、それらの間でチューブ長とを有する、細長いチューブを含む。細長いチューブは、内表面と、内表面に隣接して配置される鏡面反射層又はフィルムとを有する。第１の端部は、ランベルト光源を受け入れるよう構成される。先細の固体光導体は、細長いチューブ内に配置される。先細の固体光導体は、光入力端部と、対向する光出力端部と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全内部反射面とを有する。第１の空隙は、鏡面反射層又はフィルムと全内部反射面との間の距離によって画定される。光出力端部は、光入力端部より大きい周囲を有する。光入力端部は、開口表面によって画定される先細の固体光導体内に広がる開口を含む。開口は、ランベルト光源を受け入れるよう構成される。

更に別の実施形態では、光入射装置アセンブリを形成する方法は、細長いチューブと先細の固体光導体とを提供する工程を含む。細長いチューブは、第１の端部と、対向する第２の端部と、それらの間でチューブ長とを含む。細長いチューブは、内表面と、内表面に隣接して配置される場合、鏡面反射層又はフィルムとを有する。ランベルト光源は、第１の端部に隣接して配置される。先細の固体光導体は、光入力端部と、対向する光出力端部と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全内部反射面とを含む。光出力表面は、光入力端部より大きい周囲を有する。光入力端部は、開口表面によって画定される先細の固体光導体内に広がる開口を含む。方法は、ランベルト光源が、第１の空隙によって開口表面から間隔を空けて開口内に配置され、全内部反射面が、第２の空隙によって細長いチューブの内表面から間隔を空けて配置されて、光導体アセンブリを形成するよう、先細の固体光導体を細長いチューブに挿入する工程を更に含む。

また、照明アセンブリについても記載され、照明アセンブリは、本明細書に記載の光入射装置及び光入射装置アセンブリを含む。これらのアセンブリは、先細の固体光導体の光出力端部から放出された光を受容するよう配置された光導体の光入力端部を有する細長い円筒形の光導体を含む。幾つかの実施形態では、これらの光入射装置及び細長い円筒形の光導体は、一体型の要素を形成する。

本発明の様々な実施形態についての以下の詳細な記述を添付の図面と結びつけて検討することで、本発明を更に完全に理解することができる。

例示的な照明アセンブリの概略断面図である。 例示的な光入射装置アセンブリの透視断面図である。これらの図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。ただし、ある図において、ある構成要素を参照するために数字を使用することにより、同一の数字で表示された別の図中の構成要素に限定することを意図しないことは理解されるであろう。

次の記述において、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、幾つかの特定の実施形態を例として示す。本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、その他の実施形態が考えられ、実施され得ることを理解すべきである。したがって、以下の「発明を実施するための形態」は、限定する意味で理解すべきではない。

本発明で使用する全ての科学用語及び専門用語は、特に指示がない限り、当該技術分野において一般的に使用される意味を有する。本明細書にて提供される定義は、本明細書でしばしば使用される特定の用語の理解を促進しようとするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。

他に指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される特徴サイズ、量、物理特性を表わす数字は全て、どの場合においても用語「約」によって修飾されるものとして理解されるべきである。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて、目標対象とする所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。

端点による数の範囲の列挙には、その範囲内に包含される全ての数（例えば、１から５には、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５）並びにその範囲内のいかなる範囲も含まれる。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「ある（a及びan）」及び「その（the）」は、その内容が特に明確に指示しない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。

本開示は、ランベルト光源からの光を効率的に収集及び伝送することに関する。詳細には、本開示は、ランベルト光源から放出された光の効率的な収集及び伝送を最大化するために鏡面反射性及び全内部反射（ＴＩＲ）の両方を使用する、小型の反射性円錐光コレクタ／入射装置を目的とする。本発明はそれだけには限定されないが、下記で提供する実施例の考察を通じて本発明の様々な態様の理解が得られるはずである。

小型の反射性円錐光入射装置／コレクタは、非常に効率的な鏡面反射体に囲まれた先細の光学素子である。円錐形の光学素子は、空隙によって反射体から隔てられる。ランベルト光源は、円錐形の光学素子の狭端部内の開口の中に配置される。幾つかの実施形態では、ランベルト光源は、空隙によって開口表面から隔てられる。この円錐形の光学素子の構成は、光が円錐形の光学素子を横断する際に、バウンス角を連続的に減少させる。その結果、収集された光は、円錐形光学素子の全内部反射の臨界角の要件に適合するであろう。光が一旦円錐形光学素子に連結されると、その後の反射のはね返りはＴＩＲによるものであると考えられ、損失が抑えられるであろう。

図１は、光入射装置１１０と細長い円筒形の光導体１０５とを含む照明アセンブリ１００を示す。光入射装置１１０は、光導体１０５に連結されている。多くの実施形態では、光入射装置１１０は、入射装置１１０と光導体１０５との境界面１０７で屈折率整合ゲル又は接着剤を使用して光導体１０５に連結される。幾つかの実施形態では、入射装置１１０は、一体型の要素又は本体を形成するために光導体１０５の端部に形成されてもよく、その結果、光学的な境界面がなくなり、入射装置を光導体に連結又は固着する必要もなくなる。

光入射装置１１０は、光入力端部１１４と、対向する光出力端部１１６と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全内部反射面１１８とを有する、先細の固体光導体１１２を含む。光出力端部１１６は、光入力端部１１４より大きい周囲を有する。光入力端部１１４は、先細の固体光導体１１２に伝送される光を増加する任意の形状を有し得る開口表面１１３によって画定された、先細の固体光導体１１２内に広がる開口１１１を含む。多くの実施形態では、開口表面１１３は、一巡した余弦曲線、半球形の開口表面などの、湾曲した開口表面１１３である。幾つかの実施形態では、開口表面１１３は、一般に、ランベルト光源１２０が開口表面１１３と嵌合し得るよう、ランベルト光源１２０の外面に合致する。

先細の固体光導体１１２は、任意の有用な形状を有することができる。多くの実施形態では、先細の固体光導体１１２は、円錐形又は楕円錐形を有していてもよい（例えば、光出力端部１１６では、楕円形の横断面を有し、光入力端部１１４では、楕円形又は円形の横断面を有する）。円錐形は、細長い円筒形の光導体に光を入射するのに有用であり得る。楕円錐形は、楕円形又は矩形の横断面を有する光導体に光を入射するのに有用であり得る。光入力端部１１４から光出力端部１１６までの先細の程度は、光出力端部１１６からの光出力光線の特定の形状を実現するよう選択され得る。

幾つかの実施形態では、先細の固体光導体１１２は、光出力端部１１６の開口数をランベルト光源１２０により放出された光で実質的に（すなわち、９５％以上）満たすよう構成される。これは、幾つかの実施形態では、先細角度（全内部反射面１１８と先細の固体光導体１１２の長手方向軸線により形成される）を２０°〜５０°又は２０°〜３５°の範囲に選択することにより達成され得る。これらの先細の固体光導体１１２は、光導体ディスプレイ又は照明用途などの分散光線を必要とする用途で有用であり得る。

幾つかの実施形態では、先細の固体光導体１１２は、光出力端部１１６からランベルト光源１２０により放出された光を実質的に（すなわち、９５％以上）平行にするよう構成される。これは、幾つかの実施形態では、先細角度（上述）を１０〜２０°の範囲に選択することにより達成され得る。これらの先細の固体光導体１１２は、光投影用途などの平行光線を必要とする用途で有用であり得る。

幾つかの実施形態では、先細の固体光導体１１２は、第１の軸線に沿って光出力端部１１６からランベルト光源１２０により放出された光を実質的に（すなわち、９５％以上）平行にし、また第１の軸線と直交する第２の軸線に沿って光出力端部１１６からランベルト光源１２０により放出された光を実質的に平行にするよう構成される。これは、幾つかの実施形態では、光出力端部１１６で楕円形、卵形、又は矩形の横断面を形成する先細角度（上述）を選択することにより達成され得る。これらの先細の固体光導体１１２は、光導体ディスプレイ又は照明用途などの、１つの軸線に沿った分散光線と、直交する軸線に沿った平行光線とを必要とする用途で有用であり得る。

鏡面反射層又はフィルム１１５は、全内部反射面１１８に隣接しているが、間隔を空けて配置される。鏡面反射層又はフィルム１１５と全反射面１１８との間の距離は、第１の空隙１１７を画定する。多くの実施形態では、空隙１１７は、全内部反射面１１８を完全に包囲している。

ランベルト光源１２０は、開口１１１内に配置される。多くの実施形態では、開口表面１１３とランベルト光源１２０との間の距離は、第２の空隙１１９を画定する。幾つかの実施形態では、空隙１１９は、ランベルト光源１２０を完全に包囲している。別の実施形態では、開口表面１１３とランベルト光源１２０との間の距離は、屈折率整合ゲル又は接着剤で満たされた間隙１１９であり、したがって、開口表面１１３とランベルト光源１２０は光学的に連結されている。

幾つかの実施形態では、開口１１１の表面１１３は、一般に、ランベルト光源１２０が開口１１１の表面１１３と嵌合するよう、ランベルト光源１２０の外面に合致する。幾つかの実施形態では、先細の固体光導体１１２は、ランベルト光源１２０と共に鋳造又は形成されてもよく、したがって、開口１１１の表面１１３は、一般にランベルト光源１２０の外面に合致する相補的な開口１１１の表面１１３を実現するために、ランベルト光源１２０上に形成されてもよい。

光導体１０５及び先細の固体光導体１１２は、任意の有用な相補的形状であってもよい。多くの実施形態では、先細の固体光導体１１２は円錐形であり、光導体１０５は細長い円筒形である。

光導体１０５及び先細の固体光導体１１２は、ガラス、石英、及び／又は高分子材料などの、任意の有用な光透過性材料から独立して形成されてもよい。有用な高分子材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリメチルスチレン、ＧＥのインビジシル（Invisisil）液体射出成形性材料などが挙げられる。光導体１０５と先細の固体光導体１１２は、別個の要素であるか一体的な要素であるかに関わらず、射出成形、キャスティング、押し出し成形によって、又は固形物を機械加工することによって、又はその他の任意の適切なプロセスによって製造できる。多くの実施形態では、光導体１０５及び先細の固体光導体１１２は、屈折率が１．４以上、又は１．５以上、又は１．４〜１．７の範囲の材料から形成される。

本明細書に記載の光入射装置１１０は、全内部反射面１１８と隣接するが、密着又は光学的に接触せずに、配置された鏡面反射層１１５を含む。鏡面反射層は全内部反射面１１８と密着していないため、光は主に直接放射又は全内部反射（ＴＩＲ）によって光入射装置１１０から出射する。全内部反射面１１８から漏れる光は、鏡面反射層１１５によって鏡面反射される。この構成は、光入射装置１１０の効率を向上させることが判明している。鏡面反射層は、１１５例えば、金属又は誘電体物質などの任意の有用な反射層であることができる。例示的な鏡面反射金属層又はフィルムとしては、銀被覆鏡面、研磨金属若しくは金属化表面が挙げられる。

多くの実施形態では、本明細書に記載の光入射装置は、鏡面反射層１１５として多層光学フィルムに特有で有利な特性を利用する。このようなフィルムの利点、特徴、及び製造については、米国特許第５，８８２，７７４号に記載されており、この特許は参照することにより本明細書に組み込まれる。多層光学フィルムは、例えば高効率分光鏡として有用である。多層光学フィルムの特性及び特徴の比較的簡単な説明を、以下に記載する。多くの実施形態では、多層ポリマーミラーフィルムは、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社（3M Company）から入手可能なビキュイティ（Vikuiti）（登録商標）ＥＳＲフィルムである。この多層ポリマーミラーフィルムは、多層ポリマーフィルムに対する任意の角度での入射光線の９５％超を反射する。

多層光学ミラーフィルムは、本発明と併せて用いると、比較的低い入射光吸収率と、軸外及び通常光線に対する高い反射率を示す。多層光学フィルムの独自の特性と利点は、既知の光入射装置システムと比べて低い吸収損失を示す高効率の光入射装置を設計する機会をもたらす。代表的な多層光学ミラーフィルムは、米国特許第６，９２４，０１４号に記載されており、この特許は参照することにより本明細書に組み込まれる（実施例１及び実施例２を参照のこと）。

代表的な多層光学ミラーフィルムとしては、少なくとも２種類の材料が互い違いに重なる層を有する多層スタックが挙げられる。これらの材料の少なくとも１つに、応力誘起複屈折の特性を持たせて、その材料の屈折率（ｎ）が延伸プロセスの影響を受けるようにする。層間の各境界での屈折率差は、光線の一部を反射させることになる。多層スタックを一軸から二軸配向の範囲にわたって延伸することにより、フィルムには異なって配向された平面偏光入射光線の反射率の範囲がもたらされる。つまり、多層スタックは、鏡として有用なものにすることができる。その結果構築された多層光学フィルムは、非常に大きいか又はゼロに等しいブルースター角（任意の層境界面のいずれにおいても入射する光の反射率がゼロになる角度）を示す。その結果、これらの高分子多層積み重ね体は、広帯域幅にわたって及び広い範囲の角度にわたってｓとｐの両方の偏光の高い反射率を有し、反射を実現することができる。

多層ポリマーミラーフィルムには、数十、数百、又は数千の層を搭載することができ、各層は、どのような数の異なる物質からも作製することができる。特定のスタック用の材料の選択を左右する特徴は、そのスタックの所望の光学性能によって決まる。スタックには、スタック内に存在する層と同数の材料を含めることができる。製造しやすさの点から、好ましい光学薄フィルムスタックには、ほんの数種類の材料しか含まれていない。材料間、又は、異なる物理特性を有する化学上同質の材料間の境界は、急激又は段階的に変化する境界にすることができる。解析解を持つ幾つかの単純なケースを除けば、連続的に指数が変化する後者のタイプの層状媒質の分析は、通常、急激な境界を持ちつつ近接する層の間での性質の変化がわずかである、かなり大きな数のより薄い均一層として扱われる。多くの実施形態では、多層ポリマーミラーフィルムは、複数の低／高屈折率フィルム層対を備えており、この低／高屈折率層それぞれの光学的総厚は、その層対が反射させるよう設計されているバンドの中心波長の１／２である。

多層高分子鏡面フィルムの場合、各偏光及び入射平面の所望の平均光透過は一般的に、反射鏡面フィルムの意図された用途に依存する。多層ミラーフィルムを作製するための１つの方法は、低／高屈折率対の高屈折率層として複屈折物質を含有する多層スタックを二軸延伸させることである。高効率反射フィルムの場合、可視スペクトル（４００〜７００ｎｍ）における垂直入射時の各延伸方向沿いの平均透過率は、望ましくは１０％未満（反射率は９０％超）、又は５％未満（反射率は９５％超）、又は２％未満（反射率９８％超）、又は１％未満（反射率９９％超）である。垂線から６０°の位置での４００〜７００ｎｍにおける平均透過率は、望ましくは２０％未満（反射率は８０％超）、又は１０％未満（反射率は９０％超）、又は５％未満（反射率は９５％超）、又は２％未満（反射率は９８％超）、又は１％未満（反射率は９９％超）である。

前述の米国特許第５，８８２，７７４号に記載されている設計について考察すれば、当業者は、所望の屈折率関係を実現させるために選択した条件の下で加工する場合、広範な材料を用いて多層ポリマー反射ミラーフィルムを形成できることを容易に察するであろう。所望の屈折率関係は、フィルム形成中又は形成後の延伸（例えば有機ポリマーの場合）、押し出し加工（例えば液晶物質の場合）、又はコーティングなどの様々な方法で実現できる。更に、２つの材料は、それらが共押出できるように同じレオロジー特性（例えば、融解粘度）を有することが好ましい。

広くは、第１材料として結晶性又は半結晶性材料、好ましくはポリマーを選択することにより適切な組み合わせが達成されてもよい。順次、第２材料は、結晶性、半結晶性又は非晶質であってもよい。第２材料は、第１材料とは逆の複屈折を有してもよい。あるいは、第２材料は、複屈折がない又は第１材料よりも少なく複屈折を有してもよい。適切な材料の具体例としては、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びその異性体類（例えば、２，６−、１，４−、１，５−、２，７−、及び２，３−ＰＥＮ）、ポリアルキレンテレフタレート類（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリ−１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）、ポリイミド類（例えば、ポリアクリルイミド類）、ポリエーテルイミド類、アタクチックポリスチレン、ポリカーボネート類、ポリメタクリレート類（例えば、ポリイソブチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、及びポリメチルメタクリレート）、ポリアクリレート類（例えば、ポリブチルアクリレート及びポリメチルアクリレート）、シンジオタクチックポリスチレン（ｓＰＳ）、シンジオタクチックポリ−α−メチルスチレン、シンジオタクチックポリジクロロスチレン、これらのポリスチレン類のうち任意のもののコポリマー類及び混合物類、セルロース誘導体類（例えば、エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、及びセルロースニトレート）、ポリアルキレンポリマー類（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、及びポリ（４−メチル）ペンテン）、フッ素化ポリマー類（例えば、ペルフルオロアルコキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー類、ポリビニリデンフルオライド、及びポリクロロトリフルオロエチレン）、塩素化ポリマー類（例えば、ポリビニリデンクロライド及びポリビニルクロライド）、ポリサルフォン類、ポリエーテルスルホン類、ポリアクリロニトリル、ポリアミド類、シリコーン樹脂類、エポキシ樹脂類、ポリビニルアセテート、ポリエーテルアミド類、アイオノマー樹脂類、エラストマー類（例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、及びネオプレン）、並びにポリウレタン類が挙げられる。コポリマー、例えば、ＰＥＮのコポリマー（例えば、２，６−、１，４−、１，５−、２，７−及び／又は２，３−ナフタレンジカルボン酸又はこれらのエステルと（ａ）テレフタル酸又はそのエステル、（ｂ）イソフタル酸又はそのエステル、（ｃ）フタル酸又はそのエステル、（ｄ）アルカングリコール、（ｅ）シクロアルカングリコール（例えば、シクロヘキサンジメタンジオール）、（ｆ）アルカンジカルボン酸、及び／又は（ｇ）シクロアルカンジカルボン酸（例えば、シクロヘキサンジカルボン酸）とのコポリマー）、ポリアルキレンテレフタレートのコポリマー（例えば、テレフタル酸又はそのエステルと（ａ）ナフタレンジカルボン酸又はそのエステル、（ｂ）イソフタル酸又はそのエステル、（ｃ）フタル酸又はそのエステル、（ｄ）アルカングリコール、（ｅ）シクロアルカングリコール（例えば、シクロヘキサンジメタンジオール）、（ｆ）アルカンジカルボン酸、及び／又は（ｇ）シクロアルカンジカルボン酸（例えば、シクロヘキサンジカルボン酸）とのコポリマー）、スチレンコポリマー（例えば、スチレン−ブタジエンコポリマー及びスチレン−アクリロニトリルコポリマー）、４，４’−ビ安息香酸並びにエチレングリコールも好適である。加えて、各個別の層は、２種類又はそれ以上の上記ポリマー類又はコポリマー類のブレンド（例えば、ｓＰＳ及びアタクチックポリスチレンのブレンド）を包含してよい。前述のｃｏＰＥＮは、少なくとも１つの構成成分がナフタレンジカルボン酸系ポリマーであると共にその他の構成成分がその他のポリエステル又はポリカーボネート（ＰＥＴ、ＰＥＮ、又はｃｏＰＥＮなど）であるペレットの混合物でもよい。

多くの実施形態では、多層ポリマー反射ミラーフィルムの交代層は、ＰＥＴ／Ｅｃｄｅｌ、ＰＥＮ／Ｅｃｄｅｌ、ＰＥＮ／ｓＰＳ、ＰＥＮ／ＴＨＶ、ＰＥＮ／ｃｏ−ＰＥＴ、及びＰＥＴ／ｓＰＳを含み、ここでの「ｃｏ−ＰＥＮ」はテレフタル酸系コポリマー又はブレンドを意味する。Ｅｃｄｅｌは、イーストマン・ケミカル社（Eastman Chemical Co.）から市販されている熱可塑性ポリエステルであり、ＴＨＶは、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社（3M Company）から市販されているフルオロポリマーである。

フィルム中の層の数は、フィルム厚、可撓性、及び経済上の理由により、最小限の数の層を用いて所望の光学特性を実現させるように選択する。層の数は、１０，０００未満、又は５，０００未満、又は２，０００未満であってもよい。延伸前の温度、延伸温度、延伸率、延伸比、ヒートセット温度、ヒートセット時間、ヒートセット弛緩、及び交差延伸弛緩（cross-stretch relaxation）は、所望の屈折率の関係を有する多層フィルムを得るよう選択される。したがって、例えば、比較的低い延伸温度で連結される場合、比較的低い延伸率が使用可能である。所望の多層膜フィルムを得るためにこれら変数の適切な組み合わせをどのように選択するかは、当業者には明らかであろう。しかし、広くは延伸方向に１：２〜１：１０（又は１：３〜１：７）及び延伸方向と直交する１：０．２〜１：１０（又は１：０．３〜１：７）の範囲の延伸比が好ましい。

本明細書に記載の光入射装置１１０は、非常に効率的な光コレクタ／入射装置を提供する。ランベルト光源と先細の固体光導体をこれらの間に空隙が存在するよう連結すると、通常は少なくとも４％の光損失が生じる。本明細書に記載の光入射装置は、ランベルト光源からの光出力と光入射装置の光出力を調べることにより測定した場合、９７％以上又は９８％以上のコレクタ／入射装置効率をもたらすことができる。

例示的な一実施例では、小型の反射性円錐光導体は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から作製され、研磨して光学仕上げされている。円錐光導体は、基部又は光入力端部の直径が６ミリメートル、光出力端部の直径が１２ミリメートル、高さが４８ミリメートルであった。半球形の開口が光入力端部に形成された。半球形の開口は、周囲が５．３５ミリメートル、半径が２．６７ミリメートルであった。多層ポリマーミラーフィルム（ミネソタ州セントポールの３Ｍ社（3M Company）から入手可能なビキュイティ（Vikuiti）（登録商標）ＥＳＲフィルム）が、多層ポリマーミラーフィルムと小型の反射性円錐光導体との間にわずかに空隙を残しながら反射性円錐光導体の周りに巻き付けられた。

ランベルト・ルクセオン（Luxeon）Ｖ白色ＬＥＤ（カリフォルニア州サンノゼのフィリップス・ルミレッズ（Phillips Lumileds）から入手可能）が、ヒートシンク及び電源が投入されている９９．１ｃｍ（３９インチ）のオプトロニック・ラボ（Optronic Labs）積分球に取り付けられ、定常状態に達するまで約１０分間作動された。定常状態になったら、積分球を使用して光出力測定値が測定された。ランベルト・ルクセオン（Luxeon）Ｖ白色ＬＥＤは、光出力が１２２．４ルーメンであった。

次に、ＥＳＲフィルムを巻き付けた小型の反射性円錐光導体が、半球形の開口内でランベルト・ルクセオン（Luxeon）Ｖ白色ＬＥＤの周囲に空隙を持たせてＬＥＤ上に取り付けられた。ＬＥＤの電源が投入され、ＥＳＲフィルムを巻き付けた小型の反射性円錐光導体の光出力端部から放出された光が、定常状態の積分球を使用して測定された。ＥＳＲフィルムを巻き付けた小型の反射性円錐光導体は、光出力が１２０．３ルーメンであった。したがって、ＥＳＲフィルムを巻き付けた小型の反射性円錐光導体は、光収集／入射効率が９８．３％であった。

図２は、例示的な光入射装置アセンブリ２１０の透視断面図である。光入射装置アセンブリ２１０は、細長いチューブ２３０と、細長いチューブ２３０内に配置された先細の固体光導体２１２（上述）とを含む。

上述したように、照明アセンブリは、光入射装置アセンブリ２１０と細長い円筒形の光導体（図示せず）とを含むことができる。先細の固体光導体２１２は、光導体に連結される。多くの実施形態では、先細の固体光導体２１２は、先細の固体光導体２１２と光導体との境界面で屈折率整合ゲル又は接着剤を使用して光導体に連結される。幾つかの実施形態では、先細の固体光導体２１２は、一体型の要素又は本体を形成するように光導体の端部に形成されてもよく、その結果、光学的な境界面がなくなり、入射装置を光導体に連結又は固着する必要もなくなる。

光導体及び先細の固体光導体２１２は、任意の有用な相補的形状であってもよい。多くの実施形態では、先細の固体光導体２１２は円錐形であり、光導体は細長い円筒形である。

多くの実施形態では、先細の固体光導体２１２は、細長いチューブ２３０に連結される。多くの実施形態では、先細の固体光導体２１２は、光入射装置アセンブリ２１０を形成するよう細長いチューブ２３０に挿入される。細長いチューブ２３０は、高分子材料などの任意の有用な材料から形成されてもよい。幾つかの実施形態では、細長いチューブ２３０は、鋳造又は押出成形プロセスにより形成される。

細長いチューブ２３０は、第１の端部２３２と、対向する第２の端部２３４と、そららの間でチューブ長とを有する。第１の端部２３２は、ランベルト光源２２０を受け入れるよう構成される。細長いチューブ２３０は、内表面２３１と、内表面２３１に隣接して配置される鏡面反射層又はフィルム２１５（上述）とを有する。幾つかの実施形態では、鏡面反射層又はフィルム２１５は、接着剤などで細長いチューブ２３０の内表面２３１に固定又は接着される。

幾つかの実施形態では、細長いチューブの内表面２３１は、平行の円筒壁を形成する。別の実施形態では、細長いチューブの内表面２３１は、先細の円筒壁を形成する。先細の円筒壁は、先細の固体光導体２１２と類似又は同一の円錐角を有していてもよく、その結果、先細の円筒壁は、先細の固体光導体２１２を画定する長手方向の外表面と平行になり得る。

ランベルト光源２２０は、第１の端部２３２に隣接して配置される。多くの実施形態では、細長いチューブ２３０は、固定フランジ２３３を含む。固定フランジ２３３は、細長いチューブ２３０の第１の端部２３２に配置されてもよく、あるいは固定フランジ２３３は、細長いチューブ２３０の第２の端部２３４（図示せず）に配置されてもよい。

先細の固体光導体２１２は、光入力端部２１４と、対向するの光出力端部２１６と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全内部反射面２１８とを有する。第１の空隙２１７は、鏡面反射層又はフィルム２１５と全内部反射面２１８との間の距離によって画定される。光出力端部２１６は、光入力端部２１４より大きい周囲を有する。

光入力端部２１４は、開口表面２１３（上述）によって画定される、先細の固体光導体２１２内に広がる開口２１１を含む。ランベルト光源２２０は、開口２１１内に配置される。多くの実施形態では、開口表面２１３とランベルト光源２２０との間の距離は、第２の空隙２１９を画定する。幾つかの実施形態では、空隙２１９は、ランベルト光源２２０を完全に包囲している。別の実施形態では、開口表面２１３とランベルト光源２２０との間の距離は、屈折率整合ゲル又は接着剤で満たされた間隙２１９であり、したがって、開口表面２１３とランベルト光源２２０とは、光学的に連結されている。

このようにして、効率的な光入射装置の実施形態が開示される。当業者は、それら開示されたもの以外の実施形態が、想定されていることを理解するであろう。開示された実施形態は、例示の目的で制限の意図なく提供されるものであり、本発明は、以下の請求項及びその等価形態によってのみ限定されるべきである。

Claims (27)

1. 光入力端部と、対向する光出力端部と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全内部反射面とを有する先細の固体光導体であって、前記光出力端部が、前記光入力端部より大きい周囲を有し、前記光入力端部が、開口表面によって画定される前記先細の固体光導体内に広がる開口を含む、先細の固体光導体と、
   前記全内部反射面に隣接して配置される鏡面反射層又はフィルムであって、前記鏡面反射層又はフィルムと前記全内部反射面との間の距離が第１の空隙を画定する、鏡面反射層又はフィルムと、
   を含み、前記開口がランベルト光源を受け入れるよう構成される、光入射装置。
2. 前記ランベルト光源によって放出された光の９７％以上が、前記光出力端部から放出される、請求項１に記載の光入射装置。
3. 前記開口内に配置されたランベルト光源を更に含む、請求項１に記載の光入射装置。
4. 前記ランベルト光源が、前記先細の固体光導体に屈折率整合ゲル又は接着剤で光学的に連結されている、請求項３に記載の光入射装置。
5. 前記開口表面と前記ランベルト光源との間の距離が、第２の空隙を画定する、請求項３に記載の光入射装置。
6. 前記先細の固体光導体が、円錘形の固体光導体である、請求項１に記載の光入射装置。
7. 前記鏡面反射層が、多層ポリマーミラーフィルムであって、前記多層ポリマーミラーフィルムに対する任意の角度での入射光線の９５％超を反射する、請求項１に記載の光入射装置。
8. 前記第１の空隙が、前記全内部反射面を包囲している、請求項１に記載の光入射装置。
9. 前記開口表面が、湾曲した開口表面によって画定される、請求項１に記載の光入射装置。
10. 前記先細の固体光導体が、前記光出力端部の開口数を前記ランベルト光源により放出された光で実質的に満たすよう構成される、請求項１に記載の光入射装置。
11. 前記先細の固体光導体が、前記光出力端部から放出される光を実質的に平行にするよう構成される、請求項１に記載の光入射装置。
12. 前記先細の固体光導体が、第１の軸線に沿って前記光出力端部から前記ランベルト光源により放出された光を実質的に平行にし、前記第１の軸線と直交する第２の軸線に沿って前記光出力端部から放出される光を実質的に平行するよう構成される、請求項１に記載の光入射装置。
13. 第１の端部と、対向する第２の端部と、それらの間のチューブ長とを含む細長いチューブであって、前記細長いチューブが、内表面と、前記内表面に隣接して配置される鏡面反射層又はフィルムとを有し、前記第１の端部がランベルト光源を受け入れるよう構成される、細長いチューブと、
    前記細長いチューブ内に配置される先細の固体光導体であって、前記先細の固体光導体が、光入力端部と、対向する光出力端部と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全反射面とを有し、第１の空隙が、前記鏡面反射層又はフィルムと前記全内部反射面との間の距離によって画定され、前記光出力端部が、前記光入力端部より大きい周囲を有し、前記光入力端部が、開口表面によって画定される前記先細の固体光導体内に広がる開口を含み、前記開口がランベルト光源を受け入れるよう構成される、先細の固体光導体と、
    を含む、光入射装置アセンブリ。
14. 前記ランベルト光源により放出された光の９７％以上が、前記光出力面から放出される、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
15. 前記開口表面が、湾曲した開口表面によって画定される、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
16. 前記先細の固体光導体が、円錘形の固体光導体である、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
17. 前記細長いチューブの第１の端部にランベルト光源を更に含み、前記ランベルト光源が、前記先細の固体光導体に屈折率整合ゲル又は接着剤で光学的に連結されている、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
18. 前記細長いチューブの第１の端部にランベルト光源を更に含み、前記開口表面と前記ランベルト光源との間の距離が、第２の空隙を画定する、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
19. 前記鏡面反射層が、多層ポリマーミラーフィルムであって、前記多層ポリマーミラーフィルムに対する任意の角度での入射光線の９５％超を反射する、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
20. 前記細長いチューブが、固定フランジを更に含む、請求項１３に記載の光入射装置アセンブリ。
21. 第１の端部と、対向する第２の端部と、それらの間のチューブ長とを含む細長いチューブを提供する工程であって、前記細長いチューブが、内表面と、前記内表面に隣接して配置される鏡面反射層又はフィルムとを有し、ランベルト光源が前記第１の端部に隣接して配置される、細長いチューブを提供する工程と、
    先細の固体光導体を提供する工程であって、前記先細の固体光導体が、光入力端部と、対向する光出力端部と、それらの間で長手方向の外表面を画定する全内部反射面とを有し、前記光出力表面が、前記光入力端部より大きい周囲を有し、前記光入力端部が、開口表面によって画定される前記先細の固体光導体内に広がる開口を含む、先細の固体光導体を提供する工程と、
    前記先細の固体光導体を前記細長いチューブに挿入する工程であって、その結果、前記ランベルト光源が、第１の空隙によって前記開口表面から間隔を空けて前記開口内に配置され、前記全内部反射面が、第２の空隙によって前記細長いチューブの内表面から間隔を空けて配置されて、光導体アセンブリが形成される、前記先細の固体光導体を前記細長いチューブに挿入する工程と、
    を含む、光入射アセンブリを形成する方法。
22. 前記挿入工程が、前記先細の固体光導体を前記細長いチューブに連結することを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記細長いチューブを固定基材に取り付ける工程を更に含む、請求項２１に記載の方法。
24. 請求項１に記載の光入射装置と、前記先細の固体光導体の光出力端部から放出された光を受容するよう配置された光導体の光入力端部を有する細長い円筒形の光導体と、を含む、照明アセンブリ。
25. 前記細長い円筒形の光導体と前記先細の固体光導体が、一体型の要素を形成する、請求項２４に記載の照明アセンブリ。
26. 請求項１０に記載の光入射装置アセンブリと、前記先細の固体光導体の光出力端部から放出された光を受容するよう配置された光導体の光入力端部を有する細長い円筒形の光導体と、を含む、照明アセンブリ。
27. 前記細長い円筒形の光導体と前記先細の固体光導体が、一体型の要素を形成する、請求項２６に記載の照明アセンブリ。

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