JP4264849B2 - 開口数変更テーパを有する硬質導光エレメント - Google Patents
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Description
開口数を呈することは関連分野の当業者には周知である。ここで、n1はコア材の屈折率を表し、n2はクラッド材の屈折率を表す。基礎的な光導管の中間部分は加熱されて延伸され、よって上記中間部分は、上記基礎的な導管が技術上「砂時計」形と呼ばれるものを想定するように徐々に狭窄され、延伸された中間部分(即ち、移行域)内の導管の長さに沿って部分毎に変わる直径及び断面積を呈する。基礎的な導管が、例えば移行域の真ん中で切断されると、テーパ状にされた導管の各々がテーパ状のセグメントと直径及び断面積が比較的一定であるセグメントとを含む2つのテーパ状導管が形成される。所望されれば、その全長に渡って変わる直径及び断面積を呈するテーパを移行域から、またはテーパ状導管のテーパ状セグメントから切断してもよいことは認識されるであろう。上述の方法または何らかの代替方法によって製造されるクラッディングされたコア・テーパは、対向する大小端を含む。テーパの小さい端は、それからテーパが製造されている基礎的な光導管の開口数に対応する開口数を呈するが、これは、上記小さい端が切断される移行域に沿った場所に関わらず、概して真の現象である。しかしながら、大きい方の端は、テーパの小さい端の開口数より小さい異なる開口数を呈する。大きい端における開口数の値は、そこからテーパが製造された基礎的な光導管の開口数で乗算されるテーパの倍率の逆数に等しい。従って、小さい端から大きい端へ進むにつれて、テーパの開口数は低減される。
するコア46と、コア46の周りに配置されかつ上記第1の屈折率n1より低い第2の屈
折率n2を呈するクラッディング48とが延設されている。上述のように形成される非テ
ーパ状の内部反射光導管が数式(NA=(n12−n22)1/2)で表される開口数を呈する
ことは、関連当業者には周知である。ここで、n1はコア材の屈折率を表し、n2はクラッド材の屈折率を表す。コアの周りに配置されるクラッディング48が非限定的な例として空気等のガスまたはガス状混合物であるバージョンは、本明細書及び添付のクレームに記載されている本発明の範囲及び意図に含まれる。照明アセンブリ20の代替バージョンは、小さい端及び大きい端62及び64と、上記小さい端及び大きい端62及び64間に延設されかつ変更テーパ60を介する内部全反射を容易にする相対屈折率(例えば、n1及
びn2)を有するコア部分66及びクラッド部分68と、を有する開口数変更テーパ60
を構成するテーパ状セグメント60を有する導光エレメント40を含む。図1に示す例示的なバージョンでは、導光エレメント40は、導光エレメント40の比較的テーパ状でないセグメント80と一体式に形成されかつ上記非テーパ状セグメント80に対して変更テーパ60の小さい端62が細長い導光エレメント40の入射端42に一致する(例えば入射端42として機能する)ように配向される変更テーパ60を含む。
口数NASEを呈する。さらに、要約に提示された理由により、そうでなければ例えば光ファイバの製造分野における一般的な熟練者には周知の理由により、小さい端の開口数NASEは、大きい端の開口数NALEが呈示するもの、及び導光エレメント40の放射端44において画定される放射開口数NAeが呈するものより大きい。
80゜を有する「放射円錐体」上へ放射すれば、様々な態様の集光効率は、例えば少なくとも80゜の半角の「受光円錐体」を示す入射開口数NAiを有する導光エレメント40
を選択することによって最大化される。
を呈する。光源開口数NALSと入射開口数NAiとの上述の関係に類似する方法で、光の
収集及び透過効率の最大化は、導光エレメント40の放射端44が呈する放射開口数NAeと少なくとも同じ大きさである光再配向光学エレメント200の受光開口数NAaを選択することによって促進される。
口数NAiを有する。
きい端62及び64は、異なる小さい端及び大きい端の開口数NASE及びNALEを呈する。変更テーパ60の大きい端64とクラッド・ロッド・セグメント80の第1の端82との接合は、変更テーパ60が大きい端の開口数NALEを提示しかつクラッド・ロッド・セグメント80が第1の端の開口数NA1eを提示する光インタフェースILE→1eをもたらす。導光エレメント40を介する透過効率の最適化は、変更テーパ60の大きい端64を出てクラッド・ロッド・セグメント80の第1の端82内へ導入される光の量が最大化されるように適合する大きい端及び第1の端の開口数NALE及びNA1eを選択することによって促進される。様々なバージョンにおいて、前述のインタフェースILE→1eにおける光転送効率は、第1の端82に提示される大きい端の開口数NALEと少なくとも同じ大きさである第1の端の開口数NA1eを呈するクラッド・ロッド・セグメント80を選択することによって促進される。図2に示すように、接合されるテーパ状のサブエレメント60及び比較的テーパ状でないサブエレメント80は、変更テーパ60の小さい端62が入射端42として機能しかつクラッド・ロッド・セグメント80の第2の端84が放射端44として機能する導光エレメント40を形成すべく結合される。他の物質に関しては、図2に示すバージョンは図1のものに類似し、よって、双方の図における類似のエレメントは類似する参照符号で同定されている。
のクラッド・ロッド・セグメント70は、第2のクラッド・ロッド・セグメント80より断面が小さく、第2のクラッド・ロッド・セグメント80より発光エレメント25に近接している。図2Aに示す配置では、第1のクラッド・ロッド・セグメント70の一時的な端72は導光エレメント40の入射端42に一致し、第2のクラッド・ロッド・セグメント80の第2の端84は導光エレメント40の放射端44に対応する。導光エレメント40の長さに沿って、第1のクラッド・ロッド・セグメント70の第2の端74が変更テーパ60の小さい端62と接合する第1の光インタフェースI2nd→seが存在し、かつ変更
テーパ60の大きい端64が第2のクラッド・ロッド・セグメント80の第1の端82と接合する第2の光インタフェースILE→1eが存在する。様々なバージョンにおいて、小さい端の開口数NASEは、第1のクラッド・ロッド・セグメント70の第2の端74において二次的な端の開口数NA2ndより少なくならないように選択される。同様に、様々な実施形態において、大きい端の開口数NALEは、第2のクラッド・ロッド・セグメント80の第1の端の開口数NA1eより少ないように選択される。他の物質に関しては、図2Aに示すバージョンは図1Aのものに類似し、よって、双方の図における類似のエレメントは類似する参照符号で同定されている。
る光学コア126を備える。バンドル100自体は、各々構成エレメント120の第1及び第2の端122及び124に一致する第1及び第2の端102及び104を有する。このような導光バンドル100は「集合的」または「効果的」な開口数を呈することとなる可能性があり、一方の端で反対端から集められる光を、例示としては比較的テーパ状でないクラッド・ロッド・セグメント70及び80等の類似する大きさであるクラッドされた単一コアのライトパイプの反対の両端で光が集められかつ上記両端から放射される、先に述べた方法に極めて近い方法で放射することは、関連分野の一般的な当業者には周知である。例えば、導光構成エレメント120の数が膨大になり、各々の断面積が微小になるにつれて、束ねられた構成エレメント120は、曲線下の連続する面積が多数の小面積の長方形によって極めて正確に近似され得る方法に概念的には類似する方法で単一コアのクラッド・ロッドに近づく。この概念的類似を拡大して、単一コアのクラッド・ロッドは、多くの重要な観点で、少なくとも開口数に関して無数の極小導光構成エレメント120のように動作する。図3、3A及び3Bに示す例示的な照明アセンブリの導光エレメント40は、類似により、各々図2、2A及び2Bに示す導光エレメント40に一致する。各ケースにおける相違点は、図2、2A及び2Bにおける比較的テーパ状でないクラッド・ロッド・セグメント70及び80が、図3、3A及び3Bの個々のバージョンでは、適用可能であればバンドル100または第1及び第2のバンドル100A及び100Bに代わっていることである。従って、例えば、図3、3A及び3Bにおけるバージョンに関連づけられる付番されたエレメント、インタフェース及び開口数が各々図2、2A及び2Bのバージョンにおける付番されたエレメント、インタフェース及び開口数に類似する限りにおいて、類似の参照符号が使用されている。さらに、図2と3、2Aと3A及び2Bと3Bの各バージョン間に十分な類似性が存在し、かつ図3、3A及び3Bの態様に関連する明示的な記述言語が欠けている限りにおいては、図2、2A及び2Bの類似する態様の詳細な説明は、図3、3A及び3Bにおけるこのような態様を説明するものと見なされる。
出力面155を形成するように、隣接して溶融されるか、他の方法により接触した関係で固定される(例えば、エポキシまたは他の選択的に硬化可能な接着剤で結合される)。さらに、もしくは代替として、様々な導光分岐エレメント40は、プラスチックまたは他の高分子材料が射出され、または他の方法で導入されて導光アセンブリ150内の分岐エレメント40間の隙間が充填される射出成形プロセスにより、相互に固定された空間的関係性で保持される。図4Cはこのような導光アセンブリを例示するものであり、20個(即ち、4×5アレイ)の分岐エレメント40が射出成形されたハウジング160によって保持されている。このようなハウジング160の優位点としては、(i)分岐エレメント40の機械的損傷からの保護、(ii)発光エレメント25の固定された相補アレイへの単純化されたカップリング、及び(iii)導光アセンブリ150のモジュール性、がある。
出力開口数NAOより低くない類のものである。
Claims (15)
- 照明アセンブリであって、
少なくとも1つの発光エレメントと、
共通の出力端及び複数の導光分岐エレメントを含む導光アセンブリと、を備え、前記導光分岐エレメントの各々は入射端と放射端とを含み、上記入射端と上記放射端との間で全長にわたって硬質であり、
(a)各入射端は、前記少なくとも1つの発光エレメントのうちの少なくとも1つに対する入射面を呈し、前記放射端は前記導光アセンブリの共通の出力端に一致する放射面を含み、(b)前記少なくとも2つの硬質の導光分岐エレメントのうちの少なくとも1つは、その一部に沿って、各々小端の開口数及び前記小端の開口数より小さい大端の開口数を呈する対向する大小端を有する開口数変更テーパを含み、(c)前記変更テーパは、前記小端の方が前記大端より前記導光エレメントの入射端へ近接するように方向づけられ、(d)前記硬質の導光分岐エレメントは、
(i)前記導光エレメントの入射端が集光アレイ密度を呈する所定の集光アレイフォーマットに従って一定の空間的関係で保持され、
(ii)前記導光エレメントの放射端が前記集光アレイ密度より高密度の出力アレイ密度を呈する所定出力アレイフォーマットに従って保持されるように、相互に固定された状態で取り付けられている照明アセンブリ。 - (i)少なくとも1つの発光エレメントは、所定の照明アレイフォーマットに従って一定の離れた状態で配置されている複数の発光エレメントを備え、
(ii)上記導光アセンブリは、各発光エレメントに対応する導光分岐エレメントを含み、
(iii)上記導光分岐エレメントの入射端は、複数の発光エレメントの前記一定の離れた配置に対応する所定の集光アレイフォーマットに従って離れた状態で保持される、請求項1記載の照明アセンブリ。 - 導光分岐エレメントの放射端は、放射端が集合的に複数の発光エレメントから集められる光を集合的な出力開口数上へ放射する連続の出力面を形成するように、接触する状態で固定される、請求項2記載の照明アセンブリ。
- 集合的な放射端により形成される連続の出力面は(i)平面または(ii)湾曲している、請求項3記載の照明アセンブリ。
- 発光エレメントのうちの少なくとも1つは発光ダイオードである、請求項3記載の照明アセンブリ。
- (i)導光分岐エレメントの放射端は、放射端が集合的に複数の発光エレメントから集められる光を集合的な出力開口数上へ放射する連続の出力面を形成するように、接触する状態で固定され、(ii)集合的な放射端により形成される連続の出力面は(a)平面または(b)湾曲している、請求項1記載の照明アセンブリ。
- (i)少なくとも1つの発光エレメントは、所定の照明アレイフォーマットに従って一定の離れた状態で配置されている複数の発光エレメントを備え、
(ii)導光アセンブリは、各発光エレメントに対応する導光分岐エレメントを含み、
(iii)導光分岐エレメントの入射端は、複数の発光エレメントの前記一定の離れた配置に対応する所定の集光アレイフォーマットに従って離れた状態で保持され、
(iv)集光アレイ密度は出力アレイ密度より低い、請求項6記載の照明アセンブリ。 - 発光エレメントのうちの少なくとも1つは発光ダイオードである、請求項7記載の照明アセンブリ。
- 開口数変更テーパを含む導光分岐エレメントのうちの少なくとも1つはさらに、その一部に沿って、変更テーパに対して非テーパ状の第1端及び第2端を有する導光セグメントを含み、(i)前記第1及び第2端の一方は変更テーパの前記小端及び大端の一方へ連接され、上記第1及び第2端の他方は上記導光分岐エレメントの入射端及び放射端の一方に一致し、(ii)前記非テーパ状のセグメントは、(a)それを介して光が内部全反射で伝搬するクラッド・ロッド・セグメント、及び(b)その構成エレメントの各々を介して光が内部全反射で伝搬する少なくとも2つの隣接する導光構成エレメントより成る導光バンドル、のうちの一方を備える、請求項1記載の照明アセンブリ。
- 共通の出力端及び複数の導光分岐エレメントを備える導光アセンブリであって、前記導光分岐エレメントの各々は入射端と放射端とを含み、
(a)それぞれの上記導光分岐エレメントは前記入射端と上記放射端との間で全長にわたって硬質であり、(b)各入射端は集光入射面を含み、上記放射端は前記導光アセンブリの共通の出力端に一致する放射面を含み、(c)前記導光分岐エレメントのうちの少なくとも1つは、その一部に沿って、各々小端の開口数及び小端の開口数より小さい大端の開口数を呈する対向する大小端を有する開口数変更テーパを含み、(d)変更テーパを含んだ各導光分岐エレメントの前記変更テーパは、前記小端の方が前記大端より前記導光分岐エレメントの入射端へ近接するように方向づけられ、(e)前記導光分岐エレメントは、
(i)前記導光分岐エレメントの入射端が集光アレイ密度を呈する所定の集光アレイフォーマットに従って一定の空間関係で保持され、
(ii)前記導光分岐エレメントの放射端が前記集光アレイ密度より高密度の出力アレイ密度を呈する所定の出力アレイフォーマットに従って保持されるように、相互に固定された関係で取り付けられる導光アセンブリ。 - (i)所定の集光アレイフォーマットは、導光分岐エレメントの入射端が離れた関係で保持され、
(ii)前記導光分岐エレメントの放射端は、該放射端が集合的に(a)平面または(b)湾曲している、連続出力面を形成するように接触する状態で固定される、
の少なくとも一方である請求項10記載の導光アセンブリ。 - (i)複数の導光分岐エレメントの入射端は、複数の発光エレメントがそれに従って離れた状態で保持される所定の照明アレイフォーマットに対応する集光アレイフォーマットに従って保持され、
(ii)導光アセンブリは各発光エレメントに対応する導光分岐エレメントを含む、請求項11記載の導光アセンブリ。 - 共通の出力端及び少なくとも2つである複数の導光分岐エレメントとを含む導光アセンブリであって、上記導光分岐エレメントの各々は入射端と放射端とを含み、
(a)各導光分岐エレメントは上記入射端と上記放射端との間で全長にわたって硬質であり、(b)各入射端は集光入射面を含み、各放射端は上記導光アセンブリの上記共通出力端に一致する放射面を含み、(c)上記硬質の導光分岐エレメントは、その長さの一部に沿って、各々小さい端の開口数及び上記小さい端の開口数より小さい大きい端の開口数を呈する対向する大小端を有する開口数変更テーパを含み、(d)各導光分岐エレメントの上記変更テーパは、上記小さい端の方が上記大きい端より上記導光分岐エレメントの入射端へ近接するように方向づけられ、(e)上記硬質の導光分岐エレメントは、
(i)上記導光分岐エレメントの入射端が集光アレイ密度を呈する予め決められた集光アレイ・フォーマットに従って一定の空間的関係性で保持されるように、かつ、
(ii)上記導光分岐エレメントの放射端が上記集光アレイ密度より高密度の出力アレイ密度を呈する予め決められた出力アレイ・フォーマットに従って保持されるように、相互に固定された関係で取り付けられる導光アセンブリ。 - (i)予め決められた集光アレイ・フォーマットは、入射端が導光分岐エレメントを空間的に離れた関係で維持するように提供されているか、あるいは、
(ii)上記導光分岐エレメントの放射端は、上記放射端が(i)平坦面あるいは(ii)湾曲面である連続的出力面を集合的に形成するように接触関係で固定されている、
請求項13記載の導光アセンブリ。 - (i)複数の導光分岐エレメントの入射端は、複数の発光エレメントを固定された相互空間的関係でアレンジする予め決められた照明アレイ・フォーマットに対応した集光フォーマットに従って維持され、
(ii)導光アセンブリは各発光エレメントに対応する導光分岐エレメントを含む、
請求項14記載の導光アセンブリ。
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