JP5540018B2 - 光混合光学装置および光混合系 - Google Patents
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Description
本出願は、2009年2月3日出願の米国仮特許出願第61/149,478号、「Light Mixing Lenses and Systems」の優先権の利益を主張する。上述の特許出願の教示は、その全体が参照により援用される。
線を実質的に互いに平行に屈折させるように、付形される。一部の実施形態では、入射面の各セグメントは、そこに入射する実質的に全ての光源光線を実質的に互いに平行であるが別のセグメントによって反射された光線とは異なる平均角度で屈折させるように、付形される。一部の実施形態では、方法は、出射面に小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、およびテクスチャー加工のいずれかを加えることをさらに含み得る。
の遠位端部にわたって延在する出射面を含むことができ、その出射面は、小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、および表面テクスチャー加工のいずれかを含む。
を単一光源と用いることができる。例えば、一部の実施形態では、例えば大型の単一光源を、本レンズおよび系と使用して、光源の各部分からくる光を混合する(例えば、場合によっては、光源のサイズは、点光源として扱うことができないことを意味するため)および/または光源像形成を低減することができる。さらに、一部の実施形態では、本発明の光学装置および系を、集合的に単一の大型光源を構成する、空間的に離れた個々の単一色光源によって生成された光を効果的に混合するために使用できる。
によって定義できる。
て)を、周囲後面110の遠位セクション124へと向きを変える(例えば、屈折する)ように適合され得る。表現「実質的に全ての」光は、レンズを用いる目的に対しては重要でないごくわずかな部分を除いて、全ての光がそのように通過すること、例えば、種々の実施形態では、中心後面108によってそのように通過した光の部分が、例えば、(入射光の)約97%以上、約98%以上、約99%以上、または約100%であることを示すことを意味する。
とし得る。
るが、他の実施形態では、反射円錐体は、光学的な頂点を有する直円錐台形状とし得る(例えば、延伸させると、頂点を形成するように交差する側面を有する直円錐台)。反射セクション1118は、正反射面を提供するように金属化し得る。
出射面1318に形成された、例えば、小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、表面テクスチャー加工または上述のものである。挿入体1308はまた、光軸1326に沿って近位に延在し、円錐状反射本体1312となる。一部の実施形態では、反射本体1312は、円錐状でなくてもよいが、その代わり、複数の反射平面で形成される(例えば、光学部品1300が回転対称でなく、矩形の反射本体である場合)。反射本体1312を、頂点1312aが光源1304、1306に面するまたはそれらに向くように配置し得る。この実施形態では、頂点1312aは光軸1326上に配置する。使用時、光源1304、1306から放射された光は円錐状反射本体1312に当たり、円錐状反射本体1312は、その光を反射本体1314の内部表面1314aの方へと向きを変える。多くの実施形態では、光源1304、1306から放射されかつ光学部品1300によって受光された光の約5〜約30%は、反射本体1312によって反射本体1314へ向きを変えられる。
囲んで、レンズ本体1602の周囲部を形成する。中心キャビティ1612の底部(または近位端部)の表面は、レンズ本体1602からキャビティ1612に延出する複数の突起1614を形成する。突起1614は、光源1610から受光した光が突起1614の表面で内部全反射され、それによりキャビティ1612の側壁1612aへ向きを変え、そこで光がレンズ本体1602に再び入射して、周囲面1606まで伝搬されるように付形される。光は、この経路を進むときに壁1612aで屈折され得る。例えば、この実施形態では、突起1614は、光源1610から伝搬する光に対して角度の付けられた表面を示して、光がそれらに臨界角超で当たり、内部全反射されるようにする。その結果、この実施形態では、突起1614は、キャビティ1612の底部に鋸歯状面を形成する。
された光線が、(例えば、光軸に実質的に平行な)その中心部分を直接通過しないようにし得る。一部の実施形態では、それらは、標的表面での光源の像形成を低減または阻止でき、光源の相対する角(angular subtense)を保持する、および/または遠視野に不均一な色を生成する。さらに、場合によっては、光に異なる組の制御面を使用することは(例えば、図1に示す近位セクション118および124は1組として働き、および/または遠位セクション120および122は別の組として働く)、各組の制御面によって光を個別に制御できる能力を提供することによって、設計の融通性が著しく向上し得る。本願明細書に記載する原理に従って作製された光学装置および照明系は、場合によっては、少なくとも約80%の効率を提供し得る(効率は、全光源光対出射面から出射する全光の比として測定される)。他の実施形態では、そのような光学系および/または照明系は、少なくとも約50%の効率、少なくとも約60%の効率、少なくとも約70%の効率、または少なくとも約75%の効率を示し得る。
なされる。さらに、いずれかの例示的な実施形態に関連して図示したまたは説明した特徴は、任意の他の実施形態の特徴を組み合わせ得ることを理解されたい。そのような修正および変形は、本特許出願の範囲内にあると意図される。
Claims (30)
- 光軸の周りに配置され、かつ出射面、入射面、および前記入射面と前記出射面との間に延在する周囲面によって特徴付けられるレンズ本体、
を含む光混合レンズであって、
前記入射面は、少なくとも1つの光源からの光を受光するためのキャビティを形成し、
前記入射面は、前記少なくとも1つの光源からの、前記入射面で受光した前記光の実質的に全てを、前記光軸から離れて前記周囲面の方へ屈折させるように付形されており、
前記周囲面は、前記キャビティからそこに伝搬する光が、前記出射面の方へ内部全反射されて前記レンズ本体から出射するように構成されており、
前記キャビティが、前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凹面となるように構成された近位セクションと前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凸面となるように構成された遠位セクションを有する、
光混合レンズ。 - 前記入射面が、前記光軸上のまたはその付近の点に向けて先細になっている、請求項1に記載のレンズ。
- 前記出射面が、小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、および表面テクスチャー加工のいずれかを含む、請求項1に記載のレンズ。
- 前記入射面が、前記少なくとも1つの光源からの受光した前記光の少なくとも約97%を、前記光軸から離れて前記周囲面の方へ屈折させる、請求項1に記載のレンズ。
- 前記入射面が、前記少なくとも1つの光源からの受光した前記光の少なくとも約99%を前記光軸から離れて前記周囲面の方へ屈折させる、請求項1に記載のレンズ。
- 前記入射面が、入射光の、前記周囲面への伝搬を最大にするように付形されている、請求項1に記載のレンズ。
- 前記少なくとも1つの光源が2つ以上の光源を有し、そして、前記キャビティの近位セクションが、複数の光源の各々からの光を前記周囲面の実質的に同様の領域(「第1の領域」)に向け、および前記キャビティの遠位セクションが、2つ以上の光源の各々からの光を、前記第1の領域とは異なる実質的に同様の領域(「第2の領域」)に向ける、請求項1に記載のレンズ。
- 前記入射面が、前記少なくとも1つの光源から受光した前記光の実質的に全てを、前記光軸から離れるように屈折させ、光が前記光軸に対して約25度以上の角度で伝搬するようにさせる、請求項1に記載のレンズ。
- 前記レンズが、前記少なくとも1つの光源によって生成された光を、前記入射面から前記出射面へ、約70%以上の効率で結合させて、前記少なくとも1つの光源からの前記光を混合する、請求項1に記載のレンズ。
- 前記少なくとも1つの光源が発光ダイオードを含む、請求項9に記載のレンズ。
- 前記少なくとも1つの光源が複数の光源を含む、請求項1に記載のレンズ。
- 請求項1に記載のレンズであって、該レンズには表面テクスチャー加工が形成されている、該レンズ。
- 光混合レンズであって、
光軸の周りに配置され、かつ前面および後面によって特徴付けられるレンズ本体と、
少なくとも1つの光源からの光を受光するための、中心キャビティを形成する前記後面の中心部分(「中心後面」)であって、
前記中心キャビティは、前記光軸上のまたはその付近の点に向けて先細になっていて、前記中心キャビティは、前記少なくとも1つの光源から前記中心キャビティに受光される前記光の少なくとも80%を、前記光軸から離れて前記後面の周囲部分へ屈折させるように付形されている、中心部分と、
前記中心キャビティから伝搬して入射した光を前記レンズ本体の前記前面へ内部全反射させ、前記前面で光が前記レンズ本体から出射するように構成された前記後面の周囲部分とを含み、
前記中心キャビティが、前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凹面となるように構成された近位セクションと前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凸面となるように構成された遠位セクションを有する、
光混合レンズ。 - 前記前面に形成された、光を拡散させるための、小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、およびテクスチャー加工表面のいずれかをさらに含む、請求項13に記載のレンズ。
- 前記中心後面が、前記少なくとも1つの光源からの、前記中心キャビティに受光された前記光の少なくとも約90%を、前記光軸から離れて前記後面の前記周囲部分へ屈折させる、請求項13に記載のレンズ。
- 前記中心後面が、前記少なくとも1つの光源からの、前記中心キャビティに受光された前記光の少なくとも約95%を、前記光軸から離れて前記後面の前記周囲部分へ屈折させる、請求項13に記載のレンズ。
- 前記少なくとも1つの光源が発光ダイオードを含む、請求項13に記載のレンズ。
- 前記少なくとも1つの光源が複数の光源を含む、請求項13に記載のレンズ。
- 請求項13に記載のレンズであって、該レンズには表面テクスチャー加工が形成されている、該レンズ。
- 複数のレンズからの光を受光しかつ拡散させるための、複数のレンズに光学的に結合された拡散プレートであって、前記複数のレンズからの光を受光するための入射面と、小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、および表面テクスチャー加工のいずれかが形成されている出射面とを含む拡散プレート;
を含む光学系であって、前記複数のレンズの1つ以上が:
光軸の周りに配置され、かつ出射面、入射面、および前記入射面と前記出射面との間に延在する周囲面によって特徴付けられるレンズ本体
を含み、
前記入射面が、少なくとも1つの光源からの光を受光するためのキャビティを形成し、前記入射面が、前記光軸上のまたはその付近の点に向けて先細になっていて、かつ前記少なくとも1つの光源からの、前記入射面で受光した前記光の少なくとも約80%を、前記光軸から離れて前記周囲面へ屈折させるように付形され、
前記周囲面が、前記キャビティからそこへ伝搬される光を前記出射面へ内部全反射させて、前記レンズ本体から出射させるように構成されており、
前記中心キャビティが、前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凹面となるように構成された近位セクションと前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凸面となるように構成された遠位セクションを有する、
該光学系。 - 複数のレンズからの光を受光しかつ拡散させるための、複数のレンズに光学的に結合された拡散プレートであって、前記複数のレンズからの光を受光する入射面と、小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、および表面テクスチャー加工のいずれかが形成されている出射面とを含む拡散プレート;
を含む光学系であって、前記複数のレンズの1つ以上が:
光軸の周りに配置され、かつ出射面、入射面、および前記入射面と前記出射面との間に延在する周囲面によって特徴付けられる、レンズ本体
を含み、
前記入射面は、少なくとも1つの光源からの光を受光するキャビティを形成し、前記入射面は、前記少なくとも1つの光源からの、前記入射面で受光した前記光の実質的に全てを、前記光軸から離れて前記周囲面の方に屈折させるように付形され、
前記周囲面が、前記キャビティからそこへ伝搬される光を前記出射面へ内部全反射させて、前記レンズ本体から出射させるように構成されており、
前記中心キャビティが、前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凹面となるように構成された近位セクションと前記少なくとも1つの光源から受光した光に対して凸面となるように構成された遠位セクションを有する、
該光学系。 - 少なくとも1つの光源から光を受光する光混合レンズを設計する方法であって、
入射面、出射面、および前記入射面と前記出射面との間に延在する周囲面を有するレンズ本体を有するレンズを画成すること;
前記入射面を、少なくとも1つの光源からの光を受光するように前記レンズ本体にキャビティを形成するように構成すること;
近位のセグメントが光源から受光した光に対して凹面を呈し、及び、遠位のセグメントが光源から受光した光に対して凸面を呈するように、前記入射面を近位及び遠位の屈折セグメントにセグメント化すること;
前記少なくとも1つの光源から放射されかつ前記入射面に入射する前記光の少なくとも80%を前記周囲面の方へと向きを変えるように前記屈折セグメントを付形すること;
前記向きを変えられた光が前記周囲面で内部全反射し、かつ前記出射面の方へ向けられて前記レンズ本体から出射するように、前記屈折セグメントおよび前記周囲面を付形すること
を含む方法。 - 前記入射面を、前記少なくとも1つの光源を収容するように前記レンズ本体にキャビティを形成するように構成することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記入射面の各セグメントが、そこに入射する光源光線の実質的に全てを、実質的に互いに平行に屈折させるように付形されている、請求項22に記載の方法。
- 前記周囲面が連続面である、請求項24に記載の方法。
- 前記入射面の各セグメントが、そこに入射する光源光線の実質的に全てを実質的に互いに平行であるが別のセグメントによって反射された光線とは異なる平均角度で屈折させるように付形されている、請求項25に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光源から放射され前記入射面に入射する前記光の少なくとも約97%を前記周囲面の方へと向きを変えるように前記屈折セグメントを付形することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光源から前記レンズ本体へ放射された前記光の少なくとも約99%を前記周囲面の方へと向きを変えるように、前記屈折セグメントを付形することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記出射面に小型レンズ、マイクロレンズ、マイクロプリズム、マイクロシリンダ、およびテクスチャー加工のいずれかを加えることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの光源が複数の光源を含む、請求項22に記載の方法。
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