JP5615355B2 - 発光ダイオード光エンジン - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、誘電非結像光学中に結合される高輝度発光ダイオード(LED)ダイまたはダイアレイから放出され、監視光ダイオードに向かって配向される、光の集光および監視に関する。用途は、内視鏡、ボロスコープ、または顕微鏡照明内等の光ファイバに結合する、高輝度照明が必要とされる商業用、軍事用、産業用照明、機械視覚のための均一照明、ダウンライト内におけるような一般照明、蛍光画像、およびUV硬化を含む、多くの市場を網羅する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
高輝度を産生する照明装置であって、該照明装置は、
高熱伝導性プリント回路基板と、
所定の立体角全体に1つ以上のスペクトル帯域の放射を発生させる、1つ以上のLED放出領域を備える少なくとも1つの露出LEDダイであって、熱伝導性接合層によって該高熱伝導性プリント回路基板に取着される少なくとも1つの露出LEDダイと、
該高熱伝導性プリント回路基板に取着されて、該LED放出領域の出射を制御する電子制御モジュールと、
フィードバック信号を該電子制御モジュールに提供して、該LED放出領域の出射を調整する光センサであって、該LEDダイに対して所定の離間した場所において該高熱伝導性プリント回路基板に取着される光センサと、
該高熱伝導性プリント回路基板に固定的に取着され、それと位置合わせされる少なくとも1つの非結像集光器であって、該非結像集光器は、入口開口および出口開口を有し、該非結像集光器の入口開口は、該LED放出領域からの放射を集光し、該LED放出領域と実質的に同一のエタンデュを有し、該非結像集光器の出口開口を通して、それを再放出するために、前記LED放出領域と光学的に整列させられ、前記出口開口近傍から放出される光を採光し、前記非結像集光器から出射する放射の強度を示す光学信号として、折り畳まれた光学路に沿って、それを前記光センサへと配向するために、前記出口開口近傍に配置される、プリズム光学素子を有する、非結像集光器と
を備える、照明装置。
(項目2)
前記非結像集光器は、それによって集光される放射の実質的にすべてを発散ビームとして再放出し、該発散ビームは、放射が前記LED放出領域の各々によって放出される前記所定の立体角より小さい立体角を有する、項目1に記載の照明装置。
(項目3)
側板をさらに含み、該側板は、前記非結像集光器から出現し得る迷光放射が、放射の強度が採光される、該非結像集光器の出口開口の近傍点と前記光センサとの間の前記折り畳まれた光学路に、および前記LED放出領域から該光センサに直接的に入射することを防止する、項目1に記載の照明装置。
(項目4)
前記高熱伝導性プリント回路基板に、他の構成要素が取着されている面と反対の面において熱的に接合された放熱器をさらに含み、それにより、電気エネルギーを光電力に変換して、前記照明装置の量子効率を向上させるプロセスにおいて発生される熱を選択的に発散させる、項目1に記載の照明装置。
(項目5)
前記高熱伝導性プリント回路基板上に搭載されたサーミスタをさらに含む項目1に記載の照明装置であって、それにより、温度を監視し、フィードバック信号を前記電子制御に提供して、該装置の動作温度および前記LED放出領域の出射を調整する補助をする、照明装置。
(項目6)
前記高熱伝導性プリント回路基板上に、ワイヤとともに搭載される電気プラグをさらに含み、該ワイヤは、該電気プラグから延設し、該高熱伝導性プリント回路基板に取着される種々の他の構成要素に接合されて、該高熱伝導性プリント回路基板に取着される該構成要素と電源との間の電気的な連絡を提供する、項目1に記載の照明装置。
(項目7)
前記少なくとも1つの露出LEDダイは、規則的に離間したLEDダイのアレイと、離間した非結像集光器のアレイとを備え、該個々の非結像集光器は、該規則的に離間したLEDダイと1対1に対応して光学的に結合される、項目1に記載の照明装置。
(項目8)
前記LED放出領域の前記スペクトル帯域は、紫外線から近中赤外に及ぶ、項目1に記載の照明装置。
(項目9)
前記非結像集光器は、複合放物線、複合楕円形、複合双曲線集光器、直線状テーパ、および高次多項式関数によって記述される曲率を有する集光器、またはそれらの組合せから構成される群から選択される断面形状を有する、項目1に記載の照明装置。
(項目10)
前記非結像集光器は、前記入口開口の前方に位置する均質化区画をさらに含み、それにより、前記装置の出射口において、均一な色および強度分布を促進する、項目9に記載の照明装置。
(項目11)
前記非結像集光器は、断面が矩形であることにより、前記光学軸に相互に垂直である垂直平面および水平平面において前記発散ビームの発散を制御する、項目5に記載の照明装置。
(項目12)
前記非結像集光器は、光学プラスチック、形成ガラス、およびシリコーンから成る群から選択される材料から加工される、項目1に記載の照明装置。
(項目13)
鏡面をさらに含み、該鏡面は、前記出口開口の周縁を囲み、前記高熱伝導性プリント回路基板に対向し、それにより、前記LED放出領域から該出口開口を直接通過しない放射を遮断し、該LED放出領域に向かってそれを戻すように配向して、そこから反射させて該出口開口を通し、該鏡面を使用せずに達成されるであろう以上に、該出口開口から外への結合された光を増加させる、項目1に記載の照明装置。
(項目14)
前記非結像集光器は、第1の円錐区画を含み、該第1の円錐区画は、前記LED放出領域に屈折率不整合である入射側を有し、放物線断面である第2の区画が続き、該第1の円錐区画と該第2の区画とは、ともにθ in ×θ out 複合放物線集光器を含み、該第1の円錐区画の出射面と接続し、それにより、それらの界面において、それらは共通接線を共有し、該第2の放物線区画に結合される第3の円錐区画を備える、項目1に記載の照明装置。
(項目15)
前記非結像集光器は、正方形と円形との間を遷移する断面形状を有する統合区画と、第2の円錐区画と、それに続く放物線断面である第3の区画とを備え、該第2の円錐区画と第3の放物線区画とは、ともにθ in ×θ out 複合放物線集光器を備え、該第2の円錐区画の出射面と接続し、それにより、それらの界面において、それらが共通接線を共有し、該第3の放物線区画に結合される第4の円錐区画を備える、項目1に記載の照明装置。
(項目16)
前記非結像集光器は、正方形均質化区画と、それに続くロフト化区画とを備え、該ロフト化区画は、該正方形均質化区画に結合される正方形入射を有し、該正方形均質化区画は、次に、円唇出口開口に遷移する、項目1に記載の照明装置。
(項目17)
前記非結像集光器は、矩形の入射開口と円形の出射開口との間を遷移する断面形状を有する、項目1に記載の照明装置。
(項目18)
前記非結像集光器は、矩形の断面形状を有する、項目1に記載の照明装置。
(項目19)
前記非結像集光器は、一体的に形成される筐体区画と光学区画とを備え、該筐体区画は、前記高熱伝導性プリント回路基板内の相補的に構成された孔に嵌合する位置決めピンを有することにより、該非結像集光器を該高熱伝導性プリント回路基板に対して位置決めする、項目1に記載の照明装置。
(項目20)
前記筐体区画と前記光学区画とは、別個の部品であって、該光学区画をその出射端の近傍に保持する中間区画をさらに含むことにより、該筐体区画に対してそれを配置する、項目19に記載の照明装置。
(項目21)
前記筐体区画は、光ファイバを前記非結像集光器の出射に対して配置し、保持するためのフェルールである、項目20に記載の照明装置。
(項目22)
光ファイバとともに使用する照明装置であって、該照明装置は、
高熱伝導性プリント回路基板と、
所定の立体角全体に1つ以上のスペクトル帯域の放射を発生させる1つ以上のLED放出領域を備える少なくとも1つの露出LEDダイであって、熱伝導性接合層によって該高熱伝導性プリント回路基板に取着される少なくとも1つの露出LEDダイと、
該高熱伝導性プリント回路基板に取着されて、該LED放出領域の出射を制御する電子制御モジュールと、
該高熱伝導性プリント回路基板に固定的に取着され、それと位置合わせされる少なくとも1つの非結像集光器であって、該非結像集光器は、入口開口および出口開口を有し、該非結像集光器の入口開口は、該LED放出領域からの放射を集光し、所定のエタンデュを有する該非結像集光器の出口開口を通して、それを再放出するために、該LED放出領域と光学的に整合される、非結像集光器と、
該高熱伝導性プリント回路基板に搭載されるホルダであって、該ホルダは、光ファイバを該非結像集光器の出口開口に対して配置するためのフェルールを受容する第1のボアと、該非結像集光器の出口開口を筐体に対して配置するリテーナを受容する第2のボアとを有し、該リテーナは、該非結像集光器からの出射を向上させる該出口開口を通した後方反射のために、該出口開口から直接出射しない、そこからの光を該LED放出領域に後方に配向するための該LED放出領域に対向する鏡面化表面を有する、ホルダと
を備える、照明装置。
Claims (21)
- 高輝度を産生する照明装置であって、該照明装置は、
高熱伝導性プリント回路基板と、
所定の立体角全体に1つ以上のスペクトル帯域の放射を発生させる、1つ以上のLED放出領域を備える少なくとも1つの露出LEDダイであって、熱伝導性接合層によって該高熱伝導性プリント回路基板に取着される少なくとも1つの露出LEDダイと、
該高熱伝導性プリント回路基板に取着されて、該LED放出領域の出射を制御する電子制御モジュールと、
フィードバック信号を該電子制御モジュールに提供して、該LED放出領域の出射を調整する光センサであって、該LEDダイに対して所定の離間した場所において該高熱伝導性プリント回路基板に取着される光センサと、
該高熱伝導性プリント回路基板に固定的に取着され、それと位置合わせされる少なくとも1つの非結像集光器であって、該非結像集光器は、入口開口および出口開口を有し、該非結像集光器の入口開口は、該LED放出領域からの放射を集光し、該LED放出領域と実質的に同一のエタンデュを有し、該非結像集光器の出口開口を通して、それを再放出するために、前記LED放出領域と光学的に整列させられ、前記出口開口近傍から放出される光を採光し、前記非結像集光器から出射する放射の強度を示す光学信号として、折り畳まれた光学路に沿って、それを前記光センサへと配向するために、前記出口開口近傍に配置される、プリズム光学素子を有する、非結像集光器と
を備える、照明装置。 - 前記非結像集光器は、それによって集光される放射の実質的にすべてを発散ビームとして再放出し、該発散ビームは、放射が前記LED放出領域の各々によって放出される前記所定の立体角より小さい立体角を有する、請求項1に記載の照明装置。
- 側板をさらに含み、該側板は、前記LED放出領域から放出された放射が前記光センサに直接到達することを遮断する、請求項1に記載の照明装置。
- 前記高熱伝導性プリント回路基板に、他の構成要素が取着されている面と反対の面において熱的に接合された放熱器をさらに含み、それにより、電気エネルギーを光電力に変換して、前記照明装置の量子効率を向上させるプロセスにおいて発生される熱を選択的に発散させる、請求項1に記載の照明装置。
- 前記高熱伝導性プリント回路基板上に搭載されたサーミスタをさらに含む請求項1に記載の照明装置であって、それにより、温度を監視し、フィードバック信号を前記電子制御モジュールに提供して、該装置の動作温度および前記LED放出領域の出射を調整する補助をする、照明装置。
- 前記高熱伝導性プリント回路基板に、ワイヤとともに取着される電気プラグをさらに含み、該ワイヤは、該電気プラグから延在し、前記少なくとも1つの露出LEDダイに接合されて、該少なくとも1つの露出LEDダイと電源との間の電気的な連絡を提供する、請求項1に記載の照明装置。
- 前記少なくとも1つの露出LEDダイは、規則的に離間したLEDダイのアレイと、離間した非結像集光器のアレイとを備え、該個々の非結像集光器は、該規則的に離間したLEDダイと1対1に対応して光学的に結合される、請求項1に記載の照明装置。
- 前記LED放出領域の前記スペクトル帯域は、紫外線から近中赤外に及ぶ、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、複合放物線、複合楕円形、複合双曲線集光器、直線状テーパ、および高次多項式関数によって記述される曲率を有する集光器、またはそれらの組合せから構成される群から選択される断面形状を有する、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、前記入口開口の前方に位置する均質化区画をさらに含み、それにより、前記装置の出射口において、均一な色および強度分布を促進する、請求項9に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、光学プラスチック、形成ガラス、およびシリコーンから成る群から選択される材料から加工される、請求項1に記載の照明装置。
- 鏡面をさらに含み、該鏡面は、前記出口開口の周縁を囲み、前記高熱伝導性プリント回路基板に対向し、それにより、前記LED放出領域から該出口開口を直接通過しない放射を遮断し、該LED放出領域に向かってそれを戻すように配向して、そこから反射させて該出口開口を通し、該鏡面を使用せずに達成されるであろう以上に、該出口開口から外への結合された光を増加させる、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、第1の円錐区画を含み、該第1の円錐区画は、前記LED放出領域に屈折率不整合である入射側を有し、放物線断面である第2の区画が続き、該第1の円錐区画と該第2の区画とは、ともにθin×θout複合放物線集光器を含み、該第1の円錐区画の出射面と接続し、それにより、それらの界面において、それらは共通接線を共有し、該第2の放物線区画に結合される第3の円錐区画を備える、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、正方形と円形との間を遷移する断面形状を有する統合区画と、第2の円錐区画と、それに続く放物線断面である第3の区画とを備え、該第2の円錐区画と第3の放物線区画とは、ともにθin×θout複合放物線集光器を備え、該第2の円錐区画の出射面と接続し、それにより、それらの界面において、それらが共通接線を共有し、該第3の放物線区画に結合される第4の円錐区画を備える、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、正方形均質化区画と、それに続くロフト化区画とを備え、該ロフト化区画は、該正方形均質化区画に結合される正方形入射を有し、該正方形均質化区画は、次に、円唇出口開口に遷移する、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、矩形の入射開口と円形の出射開口との間を遷移する断面形状を有する、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、矩形の断面形状を有する、請求項1に記載の照明装置。
- 前記非結像集光器は、一体的に形成される筐体区画と光学区画とを備え、該筐体区画は、前記高熱伝導性プリント回路基板内の相補的に構成された孔に嵌合する位置決めピンを有することにより、該非結像集光器を該高熱伝導性プリント回路基板に対して位置決めする、請求項1に記載の照明装置。
- 前記筐体区画と前記光学区画とは、別個の部品であって、該光学区画をその出射端の近傍に保持する中間区画をさらに含むことにより、該筐体区画に対してそれを配置する、請求項18に記載の照明装置。
- 前記筐体区画は、光ファイバを前記非結像集光器の出射に対して配置し、保持するためのフェルールである、請求項19に記載の照明装置。
- 光ファイバとともに使用する照明装置であって、該照明装置は、
高熱伝導性プリント回路基板と、
所定の立体角全体に1つ以上のスペクトル帯域の放射を発生させる1つ以上のLED放出領域を備える少なくとも1つの露出LEDダイであって、熱伝導性接合層によって該高熱伝導性プリント回路基板に取着される少なくとも1つの露出LEDダイと、
該高熱伝導性プリント回路基板に取着されて、該LED放出領域の出射を制御する電子制御モジュールと、
該高熱伝導性プリント回路基板に固定的に取着され、それと位置合わせされる少なくとも1つの非結像集光器であって、該非結像集光器は、入口開口および出口開口を有し、該非結像集光器の入口開口は、該LED放出領域からの放射を集光し、所定のエタンデュを有する該非結像集光器の出口開口を通して、それを再放出するために、該LED放出領域と光学的に整合される、非結像集光器と、
該高熱伝導性プリント回路基板に搭載されるホルダであって、該ホルダは、光ファイバを該非結像集光器の出口開口に対して配置するためのフェルールを受容する第1のボアと、該非結像集光器の出口開口を筐体に対して配置するリテーナを受容する第2のボアとを有し、該リテーナは、該非結像集光器からの出射を向上させる該出口開口を通した後方反射のために、該出口開口から直接出射しない、そこからの光を該LED放出領域に後方に配向するための該LED放出領域に対向する鏡面化表面を有する、ホルダと
を備える、照明装置。
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