(57)【要約】  照明システムは、反射結合器によってそれぞれの光ファイバに光学的に結合された個別の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。このとき、それぞれの光ファイバは、束ねられてもよい。ＬＥＤとその光ファイバとの間の結合効率を増大するように、反射結合器の形状を選択してもよい。反射結合器は、シートを通過するアパーチャとして、入力側で第１の形状を有し、第２の側で第１の形状とは異なる第２の形状を有するように形成されてもよい。反射結合器は、本体を通過するアパーチャとして形成されてもよく、アパーチャの内面の少なくとも第１の部分は２次元（２−Ｄ）面に従い、内面の第２の部分は３次元（３−Ｄ）面に従う。
2007513382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側から第２の側に通じるアパーチャを有する本体部を備えた反射結合器であって、前記アパーチャの内面は反射性であり、前記内面の第１の部分は２次元（２−Ｄ）面に従い、前記内部反射面の第２の部分は３次元（３−Ｄ）面に従い、前記２−Ｄ面は前記本体部の前記第１の側と前記第２の側との間で少なくとも部分的に延在する反射結合器。
【請求項２】
前記第１の部分は前記本体部の前記第１の側の付近に配置され、前記第２の部分は前記本体部の前記第２の側の付近に配置される、請求項１に記載の結合器。
【請求項３】
前記アパーチャは前記本体部の前記第１の側で第１のアパーチャ縁部を規定し、前記第１のアパーチャ縁部は矩形形状である、請求項１に記載の結合器。
【請求項４】
前記アパーチャは前記本体部の前記第２の側で第２のアパーチャ縁部を規定し、前記第２のアパーチャ縁部は円形形状である、請求項１に記載の結合器。
【請求項５】
前記２−Ｄ面は非球面状柱面である、請求項１に記載の結合器。
【請求項６】
前記第１のアパーチャ縁部の付近の前記反射面は、２つの交差する非球面状柱面に実質的に従う、請求項５に記載の結合器。
【請求項７】
反射体軸は前記第１の側と前記第２の側との間の前記アパーチャの中心に沿って長手方向に規定され、前記非球面状柱面は前記反射体軸を中心にして形成される、請求項６に記載の結合器。
【請求項８】
前記非球面状柱面は放物柱面である、請求項６に記載の結合器。
【請求項９】
反射体軸は前記第１の側と前記第２の側との間の前記アパーチャの中心に沿って長手方向に規定され、前記２−Ｄ面は２−Ｄ面軸に関して形成される面を備える面である、請求項１に記載の結合器。
【請求項１０】
前記２−Ｄ面軸は前記反射体軸と一致する、請求項９に記載の結合器。
【請求項１１】
前記２−Ｄ面軸は前記反射体軸と一致しない、請求項９に記載の結合器。
【請求項１２】
光を前記アパーチャに放出させるために前記本体部の前記第１の側に配置される発光ダイオードＬＥＤをさらに備え、前記ＬＥＤは前記反射体軸に対して垂直でない第１の発光面を有し、前記２−Ｄ面軸は前記第１の発光面を通過する、請求項１１に記載の結合器。
【請求項１３】
前記２−Ｄ面は前記２−Ｄ面軸上に焦点を規定し、前記焦点は前記第１の発光面に位置決めされる、請求項１２に記載の結合器。
【請求項１４】
前記アパーチャは前記本体部の前記第２の側で第２のアパーチャ縁部を規定し、前記第２のアパーチャ縁部は前記３−Ｄ面に実質的に従う、請求項１に記載の結合器。
【請求項１５】
前記３−Ｄ面は回転面である、請求項１に記載の結合器。
【請求項１６】
反射体軸は前記第１の側と前記第２の側との間の前記アパーチャの中心に沿って長手方向に規定され、前記回転面は前記反射体軸を中心とした回転面である、請求項１５に記載の結合器。
【請求項１７】
前記回転面は放物面である、請求項１５に記載の結合器。
【請求項１８】
前記第１の側の付近で前記反射面は４つの非球面状柱面に実質的に従い、前記第２の側の付近で前記反射面は回転面に実質的に従う、請求項１に記載の結合器。
【請求項１９】
前記２−Ｄ面および前記３−Ｄ面は交互に配置される、請求項１に記載の結合器。
【請求項２０】
略反射体軸に沿って配置され、第１の側から第２の側に通じるアパーチャを有する本体部から形成される第１の反射結合器であって、前記アパーチャの内面が反射性であり、前記内部反射面の少なくとも第１の部分は２次元（２−Ｄ）面に従い、前記内部反射面の少なくとも第２の部分は３次元（３−Ｄ）面に従い、前記２−Ｄ面は前記本体部の前記第１の側と前記第２の側との間で少なくとも部分的に延在する第１の反射結合器と、
光を前記アパーチャに放出させるために、前記本体部の前記第１の側の付近に配置される第１の光源と、
前記第１の光源から前記アパーチャを通る光を受容するために、前記本体部の前記第２の側の付近に配置される入射面を有する第１の光ファイバと、を備える光学系。
【請求項２１】
前記光源は発光ダイオードである、請求項２０に記載の系。
【請求項２２】
複数のそれぞれの反射結合器を用いて光を複数のそれぞれの光ファイバに向ける複数の光源をさらに備え、前記複数の光源は前記第１の光源を備え、前記複数の光ファイバは前記第１の光ファイバを備え、前記複数の反射結合器は前記第１の反射結合器を備える、請求項２０に記載の系。
【請求項２３】
前記光源はアレイに配置され、前記反射結合器および光ファイバは前記光源アレイに合致するそれぞれのアレイに配置される、請求項２２に記載の系。
【請求項２４】
前記反射結合器は材料のシートで形成され、前記シートの前記材料は前記本体部を構成する、請求項２２に記載の系。
【請求項２５】
前記複数のファイバの前記ファイバがまとめられ、照明装置で出力を有する、請求項２２に記載の系。
【請求項２６】
前記複数の光源に電力を供給するために結合された電源をさらに備える、請求項２２に記載の系。
【請求項２７】
シートの第１の面からシートの第２の面に通じるアパーチャを有する材料のシートを備えた反射結合器であって、前記シートの前記第１の面における第１のアパーチャ縁部は第１の数の辺を有する第１の周縁形状を規定し、前記シートの前記第２の面における第２のアパーチャ縁部は第２の数の辺を有する第２の周縁形状を規定し、前記第１の数の辺は前記第２の数の辺とは異なり、前記アパーチャは、前記第１のアパーチャ縁部と前記第２のアパーチャ縁部との間に延在する内部反射面を有する反射結合器。
【請求項２８】
前記第１の周縁形状は矩形であり、前記第２の周縁形状は円形である、請求項２７に記載の結合器。
【請求項２９】
前記内部反射面の第１の部分は２−Ｄ面に従い、前記内部反射面の第２の部分は３−Ｄ面に従う、請求項２７に記載の結合器。
【請求項３０】
前記第１の周縁形状は直線状の辺を含み、前記第１のアパーチャ縁部の付近の前記内部反射面は２−Ｄ面に従い、各２−Ｄ面は前記第１の周縁縁のそれぞれの直線状の辺で終端している、請求項２９に記載の結合器。
【請求項３１】
前記２−Ｄ面は、非球面状柱面に適合する少なくとも１対の対向する２−Ｄ面を備える、請求項３０に記載の結合器。
【請求項３２】
前記非球面状柱面は放物柱面である、請求項３１に記載の結合器。
【請求項３３】
反射体軸は、前記アパーチャの中心に沿って、前記柱面の前記第１の側と前記第２の側との間で規定され、前記２−Ｄ面の少なくとも１つが２−Ｄ面軸に関して形成される、請求項２９に記載の結合器。
【請求項３４】
前記２−Ｄ面軸は、前記反射体軸と一致する、請求項３３に記載の結合器。
【請求項３５】
前記２−Ｄ面軸は、前記反射体軸と一致しない、請求項３３に記載の結合器。
【請求項３６】
前記第２の周縁形状は円形であり、前記第２のアパーチャ縁部の付近の前記内部反射面は回転面に実質的に従う、請求項２９に記載の結合器。
【請求項３７】
前記回転面は放物面である、請求項３６に記載の結合器。
【請求項３８】
前記２−Ｄ面および前記３−Ｄ面は交互に配置される、請求項２９に記載の結合器。
【請求項３９】
略反射体軸に沿って配置され、シートの第１の面からシートの第２の面に通じるアパーチャを有する材料のシートから形成される第１の反射結合器であって、前記シートの前記第１の面における第１のアパーチャ縁部は第１の数の辺を有する第１の周縁形状を規定し、前記シートの前記第２の面における第２のアパーチャ縁部は第２の数の辺を有する第２の周縁形状を規定し、前記第１の数の辺は前記第２の数の辺とは異なり、前記アパーチャは前記第１のアパーチャ縁部と前記第２のアパーチャ縁部との間に延在する内部反射面を有する第１の反射結合器と、
前記第１のアパーチャ縁部の付近に配置された第１の光源と、
前記第２のアパーチャ縁部の付近に配置された入射面を有する第１の光ファイバと、を備える光学系。
【請求項４０】
前記光源は発光ダイオードである、請求項３９に記載の系。
【請求項４１】
複数のそれぞれの反射結合器を用いて光を複数のそれぞれの光ファイバに向ける複数の光源をさらに備え、前記複数の光源は前記第１の光源を備え、前記複数の光ファイバは前記第１の光ファイバを備え、前記複数の反射結合器は前記第１の反射結合器を備える、請求項３９に記載の系。
【請求項４２】
前記光源はアレイに配置され、前記反射結合器および光ファイバは前記光源アレイに合致するそれぞれのアレイに配置される、請求項４１に記載の系。
【請求項４３】
前記複数のファイバの前記ファイバがまとめられ、照明装置で出力を有する、請求項４１に記載の系。
【請求項４４】
前記複数の光源に電力を供給するために結合された電源をさらに備える、請求項４１に記載の系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に関し、さらに詳細には広範囲に発する光源からの光を光ファイバなどの対象物に結合するための結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明システムは、種々の用途に用いられる。住宅および工業の用途では、光を利用することが必要な場合が多い。同様に、航空機、船舶および自動車の用途では、照明用に高強度の光ビームを必要とすることが多い。従来のライティングシステムは、電気によって出力されるフィラメントまたはアーク灯を用いてきた。これらの照明システムは、発せられた光を集光して、所期の対象物に光ビームとして向けるために、合焦レンズおよび／または反射面を備えることがある。
【０００３】
しかし、一定の用途において、物理的な衝撃または損傷を受けやすい電気的接触が望ましくない環境または空間が制限される環境から光源を除去することが好都合である場合がある。そのような必要性に対して、光導波路を用いて光源からの光を所望の照射点まで案内する照明システムが開発されている。１つの現行の手法は、１つの明るい光源または一連の光源を用いて、大口径プラスチックファイバなどの光導波路の入力端を照明することである。別の手法では、単一ファイバをファイバ束に置き換えてもよい。これらの方法は一般に、場合によっては生成された光の約７０％が失われるため、非効率的である。多重ファイバシステムでは、損失の一部は、ファイバ間の暗い空間に起因している。単一光導波路手法では、明るい照明用途に必要な光の量を捕捉するほど十分に大きな直径を有する光導波路は重くなることから、自由度に欠ける。
【０００４】
一部の照明システムは、光源としてレーザを用い、光導波路に可干渉光出力および高結合効率を活かしている。しかし、レーザ光源は、高価であり、通常は単一波長で光を生成することから、必要条件が広帯域の照明向けである場合には、あまり有用ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、遠隔光源を用いて、妥当なコストで高強度照明を効率的に供給することができる照明システムに対する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
高強度照明システムを構築するための１つの具体的な手法は、個別の発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光をそれぞれの光ファイバに結合することである。そのとき、それぞれの光ファイバは、遠隔照明出力を形成するために束ねられてもよい。各ＬＥＤとそのそれぞれの光ファイバとの間の反射結合器は、きわめて効率的な光結合を提供する。ＬＥＤとその光ファイバとの間で高い結合効率を維持するために、反射結合器の形状が重要である。
【０００７】
本発明の一実施形態は、第１の側から第２の側に通じるアパーチャを有する本体部を備える反射結合器に関する。アパーチャの内面は、反射性である。内部反射面の第１の部分は２次元（２−Ｄ）面に従い、内部反射面の第２の部分は３次元（３−Ｄ）面に従う。２−Ｄ面は、本体の第１の側と第２の側との間で少なくとも部分的に延在する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、略反射体軸に沿って配置される第１の反射結合器を備える光学系に関する。第１の光源は、光をアパーチャに発するために、本体の第１の側の付近に配置される。第１の光ファイバは、第１の光源からアパーチャを通る光を受容するために、本体部の第２の側の付近に配置される入射面を有する。反射結合器は、第１の側から第２の側に通じるアパーチャを有する本体部から形成される。アパーチャの内面は、反射性である。内部反射面の第１の部分は２次元（２−Ｄ）面に従い、内部反射面の第２の部分は３次元（３−Ｄ）面に従う。２−Ｄ面は、本体の第１の側と第２の側との間で少なくとも部分的に延在している。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、材料のシートを備え、当該シートの第１の面からシートの第２の面に通じるアパーチャを有する反射結合器に関する。シートの第１の面における第１のアパーチャ縁部は、第１の数の辺を有する第１の周縁形状を有し、シートの第２の面における第２のアパーチャ縁部は、第１の数の辺とは異なる第２の数の辺を有する第２の周縁部を有する。アパーチャは、第１のアパーチャ縁部と第２のアパーチャ縁部との間に延在する内部反射面を有する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、略反射体軸に沿って配置される第１の反射結合器を備える光学系に関する。反射結合器は、シートの第１の面からシートの第２の面に通じるアパーチャを有する材料のシートから形成される。シートの第１の面における第１のアパーチャ縁部は、第１の数の辺を有する第１の周縁形状を有し、シートの第２の面における第２のアパーチャ縁部は、第１の数の辺とは異なる第２の数の辺を有する第２の周縁形状を有する。アパーチャは、第１のアパーチャ縁部と第２のアパーチャ縁部との間に延在する内部反射面を有する。第１の光源は、第１のアパーチャ縁部の付近に配置される。入射面を有する第１の光ファイバは、第２のアパーチャ縁部の付近に配置される。
【００１１】
本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの示された実施形態またはすべての実装例を説明することを目的としていない。図面および以下の詳細な説明は、これらの実施形態をさらに詳細に具体化している。
【００１２】
本発明は、添付図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を検討すれば、より完全に理解されるであろう。
【００１３】
本発明は種々の変更および代替形態に適用可能であるが、その詳細が図に一例として示され、詳細に説明される。しかし、記載された特定の実施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、添付の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の精神および範囲に包含されるすべての変更、代替および変形を包含するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、光学系に適用可能であり、さらに詳細には１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光によって対象物を照射するために有用な集光および管理システムに適用可能である。
【００１５】
より高い出力パワーを有するＬＥＤがさらに容易に利用可能となりつつあり、白色光によるＬＥＤ照明用の新たな用途を開拓している。高パワーＬＥＤを用いて対応しうる用途の中には、投影およびディスプレイシステム、マシンビジョンシステムおよびカメラ／ビデオ用途およびさらに自動車の前照灯など遠距離照明システムが挙げられる。
【００１６】
ＬＥＤは一般に、広範囲の角度にわたって光を発することから、光学設計者にとっての課題の一つは、ＬＥＤによって生成された光の効率的な集光および選択した対象領域への集光の方向にある。一部の用途では、対象領域は光ファイバなどの光導波路への入力であるため、光を遠隔照明に用いてもよい。たとえば、一部の光源としては、光をそれぞれの多モード光ファイバに発する１つ以上のＬＥＤが挙げられる。
【００１７】
そのような光照明システム１００の実施例が、図１に示される分解立体図に概略的に示される。システムは、整合アレイ中のそれぞれの反射結合器１０４によってそれぞれの光ファイバ１０６に光学的に結合される複数のＬＥＤ１０２を備える。ＬＥＤ１０２は、基板１０３上に配置されてもよい。ファイバ１０６は集めて、光を１つ以上の照射装置１１０に搬送する１つ以上の束１０８にまとめられてもよい。ファイバ１０６は、多モード光ファイバであってもよい。ＬＥＤ１０２および反射結合器１０４はハウジング１１２に収容されてもよく、ファイバ１０６はファイバ実装板１１４を用いてそれぞれの結合器１０４およびＬＥＤ１０２に近い空間アレイに保持されてもよい。システム１００は、ＬＥＤ１０２に電力を供給するために連結される電源１１６を備えていてもよい。
【００１８】
組み立てられた光源２００の実施形態の部分断面が、図２に概略的に示されている。光源２００は、ヒートシンクとして用いられてもよい基部２０２を備える。熱伝導層２０４を用いて、ＬＥＤ２０６のアレイと基部２０２との間の熱結合を形成してもよい。板２０８は、ＬＥＤ２０６からそれぞれの光ファイバ２１４のアレイに光２１２を結合する反射結合器２１０のアレイを収容する。ＬＥＤ２０６は、それぞれの反射結合器２１０によってそれぞれのファイバ２１４に光学的に結合される。反射結合器２１０は、空気で満たされてもよく、またはＬＥＤ２０６の半導体材料との界面における屈折率の変化を抑え、したがって反射損失を低減するために、光学エポキシなどの空気より屈折率の高い光透過性材料を含んでもよい。光透過性材料は、反射体２１０を部分的に満たしてもよく、またはＬＥＤ２０６からファイバ２１４まで反射結合器２１０を完全に満たしてもよい。ファイバ２１４は、ファイバ板２１６によって反射結合器２１０のアレイに対して、所定の位置に保持されてもよい。ファイバの出力端をまとめて、照明用の光源として用いてもよい。
【００１９】
板２０８は、反射結合器２１０を形成するために、中を通るアパーチャを備えるように成形されてもよい。反射結合器の反射面は、異なる手法を用いて、たとえば、金属被覆または誘電薄膜塗装によって形成されてもよい。
【００２０】
ＬＥＤ２０６によって生成される光２１２の少なくとも一部の色は、可視スペクトルのより広帯域に及ぶように、１つ以上の異なる色に変換されてもよい。たとえば、ＬＥＤ２０６が青色光またはＵＶ光を生成する場合には、蛍光体を用いて、スペクトルの可視領域の他の色帯、たとえば緑色、黄色および／または赤色の光を生成してもよい。蛍光体は、ＬＥＤ２０６の上部に含まれてもよく、ファイバへの入射部に設けられてもよく、または他の場所に設けられてもよい。色変換の効率を向上させるために、１つ以上の波長選択反射体を用いてもよい。ＬＥＤ２０６によって発せられる光２１２の色を変換するための蛍光体の利用については、それぞれ２００３年１月２７日に出願された米国特許仮出願第６０／４４３，２３５号明細書、第６０／４４３，２７４号明細書および第６０／４４３，２３２号明細書、２００３年１２月２日に出願された以下の特許、「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｂａｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｌｏｎｇ  Ｐａｓｓ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」という名称の米国特許出願第１０／７２６，９９７号明細書および「Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｂａｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｎｏｎ−Ｐｌａｎａｒ  Ｌｏｎｇ  Ｐａｓｓ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」という名称の米国特許出願第１０／７２７，０７２号明細書にさらに記載されている。
【００２１】
ＬＥＤからファイバに光を結合するための反射結合器は、複合放物面集光器（ＣＰＣ）の形状を用いてもよい。この種の反射体は、たとえば、ウェルフォード（Ｗｅｌｆｏｒｄ）およびウインストン（Ｗｉｎｓｔｏｎ）著、「Ｈｉｇｈ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃｓ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，１９８９に記載したように、当初は太陽放射線を集光するために開発された。ＣＰＣは、可能な集光比、すなわち出力領域に対する入力領域の比が最大にきわめて近い効率的な反射集光器であることが知られている。
【００２２】
しかし、ＬＥＤに基づく照明システムにおける反射結合器としてＣＰＣを用いることには複数の欠点がある。たとえば、ＣＰＣは、光源の形状とは異なる形状の対象物に光を効率的に結合することができる性能に若干制限される。多くのＬＥＤは正方形または矩形の発光領域を有し、光ファイバは一般に円形断面を有することから、これは問題である。源および対象物の範囲が同じである場合であっても、正方形の光源から円形のファイバ対象物に結合するときには、ＣＰＣは非効率的である。単純な物理的制約から、ＣＰＣによる効率的な結合には正方形または矩形の光源の範囲がファイバの範囲より相当小さい必要があることが分かる。ＣＰＣの輪郭はＣＰＣの中央部分の直径が両端の直径より大きいようにしてもよいことから、不可能でないにしても、成形技術を用いた反射体の大量生産を困難にするという別の問題がある。
【００２３】
さらに、高い集光比は、必ずしもＬＥＤからＬＥＤの発光アパーチャより大きいアパーチャを有するファイバに光を結合することになっている反射体の有用な性能係数ではない。さらに重要なことは、光の大部分を光ファイバの有用なモードに結合する性能である。したがって、ＬＥＤから光ファイバ対象物に光を結合する際のＣＰＣの有用性が制限される。
【００２４】
均等拡散反射面発光体は、光をすべての角度に等しく発する発光体である。正確に均等拡散反射面でないが、ＬＥＤは本質的に略均等拡散反射面であり、光が発せられる少なくとも半球であることから、光をファイバに結合するための結合器の設計に照らして、均等拡散反射面光源を検討することは好都合である。ここで、光を光ファイバに結合するために光学結合器の設計の一態様について、図３を参照して検討する。均等拡散反射面光源３０２は、辺の長さａを有することから光源３０２の対角線の長さがａ√２である正方形の形状の発光領域を有する。ファイバ３０４は、直径ｄの円形の入射アパーチャ３０６を有する。光源３０２および入射アパーチャ３０６は、軸３０８上にある。入射アパーチャ３０６に直接入射する光は、ファイバの開口数（ＮＡ）によって定義されるファイバの受光角θの中に入射されるものとする。空気では、ＮＡは受光角の正弦である。この制約の下で、光源とファイバとの間の最小距離Ｌminは、以下の式によって与えられる。
Ｌmin＝（ａ√２＋ｄ）／（２ｔａｎθ）      （１）
【００２５】
ａ、ｄおよびθに関する一例の値は、ａ＝３００μｍ、ｄ＝６００μｍであり、ＮＡ（空気中）＝ｓｉｎ  θ＝０．４８であり、この実施例ではＬminは約９３６μｍである。入射アパーチャ３０６に直接入射しない光は、別の面、すなわち反射結合器の面によって反射されてもよい。さらに、ファイバに効率的に結合される光の量を増大するために、反射面は、反射体軸に対する反射光の角度を小さくするように向けられることから、より多くの光がファイバの受光錐の中に収まる。これは、比較的鋭角が望ましいことを意味する。したがって、ＬＥＤと光ファイバとの間で高い結合効率を維持するために、反射結合器の形状は重要である。ＬＥＤから光ファイバに光を反射によって結合するための反射面の一実施例は、２００３年１２月２日に出願された「ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴ  ＳＯＵＲＣＥＳ」という名称の米国特許出願第１０／７２６，２２２号明細書（米国特許公開第２００４−０１４９９９８−Ａ１号明細書）に記載されている。その詳細において、反射結合器の輪郭は放物面形状に近いと計算され、４次式によって正確に表される。
【００２６】
反射結合器の以下の説明において用いられる異なる面の形状を記載するために、いくつかの用語を定義することが有用である。「２次元面」または「２−Ｄ面」なる語は、面が多くとも１つの平面のみ、たとえばｘ−ｚ平面またはｙ−ｚ平面に曲率半径を有し、その軸に垂直な断面の形状またはサイズを変えることなく、１つの軸に沿って延ばすことができることを意味する。２−Ｄ面の例としては、平面（曲率半径は無限）、円柱面および非球面状柱面などが挙げられる。図４Ａは、円柱面４０２を示す。非球面状柱面としては、放物柱面、楕円柱面および双曲柱面が挙げられる。放物柱面４０４が図４Ｂに概略的に示され、楕円柱面４０６は図４Ｃに概略的に示される。図４Ａ〜図４Ｃに示される実施例のそれぞれにおいて、面４０２〜４０６は、ｘ軸に平行な軸を中心とした柱面である。また、面４０２〜４０６は、それぞれの円、放物線または楕円の形状またはサイズを変えることなく、ｘ軸に沿って延ばすことができる。
【００２７】
３次元面または３−Ｄ面は、回転面または２つ以上の平面に曲率半径を有する面であり、たとえば、ｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面の両方に曲率半径を有する。回転面のいくつかの例としては、円錐、放物面、楕円面および双曲面である。２つ以上の平面に曲率半径を有する面の例としては、球面およびトロイダル面が挙げられる。以下の説明において反射面が特定の２−Ｄ面または３−Ｄ面に従うと表示されている場合には、反射面は特定の２−Ｄ面または３−Ｄ面の一部に従いさえすればよいと理解されたい。
【００２８】
ここで、反射結合器を設計するための１つの手法が、図５Ａ〜図５Ｋを参照して記載される。図５Ａは、ＬＥＤの発光領域などの正方形の光源に対応する入力アパーチャ縁部５０２を概略的に示す。出力アパーチャ縁部５０４は、光ファイバの入射アパーチャに対応する。アパーチャ縁部５０２および５０４は、反射結合器への入力および反射結合器からの出力の基本的な形状を形成する。軸５０６は、反射体軸と呼ばれ、入力アパーチャ縁部５０２の中心と出力アパーチャ縁部５０４の中心との間を通る。反射体軸５０６は、ｚ軸に平行である。
【００２９】
反射結合器への入力の形状は、出力の形状に対して異なる数の辺を有する。先に示した実施例において、入力アパーチャ縁部５０２の周縁形状は正方形であり、４つの辺を有し、辺は直線部分として規定される。出力アパーチャ縁部５０４の周縁形状は、円形である。円は、無限数の辺を有すると一般に理解されている。したがって、入力アパーチャ縁部５０２は、出力アパーチャ縁部５０４の辺の数とは異なる複数の辺を有する周縁形状を規定する。
【００３０】
１つ以上の２−Ｄ面は、図５Ｂおよび図５Ｃに示されているように、入力アパーチャ縁部５０２に対して構成される。この特定の実施例において、２−Ｄ面は、放物柱面に適合する。放物線５０８はｙ−ｚ平面に描かれ、入力アパーチャ縁部５０２の上側および下側と、出力アパーチャ縁部５０４の上側および下側と交差する。放物線５０８の実線部分は、図５Ｃを参照して以下に記載されるように、ｘ軸と一直線を成す非球面状柱面の一部を含む。放物線５０８の破線部分は先端が切り取られており、この実施例の場合には１つの放物線が用いられることを示すためにのみ図示されている。
【００３１】
図５Ｃは、放物柱面５１０ａおよび５１０ｂを形成するために、＋ｘ方向および−ｘ方向に延ばした後の図５Ｂの放物線５０８を示す。面５１０ａおよび５１０ｂは、１つのみの方向にパワー（曲率）を有する対向する非球面である。すなわち、面５１０ａおよび５１０ｂの曲率半径は、ｙ−ｚ平面にある。
【００３２】
ここで、図５Ｄおよび図５Ｅを参照して別の２−Ｄ面の構成について述べる。図５Ｄにおいて、放物線５１２は、ｘ−ｚ平面に描かれ、入力アパーチャ縁部５０２の右側および左側の中心と、出力アパーチャ縁部５０４の右側および左側と交差する。放物線５１２の実線部分は、図５Ｅに示される非球面状柱面の一部に対応し、放物線５１２の破線部分は１つの放物線が用いられることを示すために図示されている。放物線５１２の実線部分は、＋ｙ方向および−ｙ方向に延ばされ、１対の対向する非球面５１４ａおよび５１４ｂを形成する。
【００３３】
図５Ｆは、互いに交互に配置される２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂを概略的に示し、図５Ｇは、交差点から離れた部分を取り除いた図５Ｆの２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂを概略的に示す。面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂは、正方形の光源に対応する所望の入力アパーチャ縁部５０２に正確に適応する。しかし、対向する端部で、正方形の出力５１６は、円形の出力縁５０４にぴったり合致しない。反射結合器が２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂのみから形成されることになっているのであれば、円形出力縁５０４が２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂの正方形の出力５１６に合致しない領域５１８で相当量の光が失われることになる。
【００３４】
したがって、２−Ｄ面のみを用いることにより、その入力縁が直線状の辺を有する形状に合致し、出力縁が円形形状を有する形状に合致する反射面になるわけではない。
【００３５】
代わりに、出力縁５０４の円形アパーチャに合致する別の面を考える。この面は３−Ｄ面であり、具体的には、図５Ｈおよび図５Ｉを参照してここで記載されるように、反射体軸５０６を中心とする回転面である。示された実施形態において、放物線５２０は、円形の出力アパーチャ縁部５０４に合致し、軸５０６から最も遠い入力アパーチャ縁部５０２の部分、すなわち入力アパーチャ縁部５０２の隅に合致する。軸５０６を中心とした放物線の回転により、回転面５２２を形成する。面５２２は、入力アパーチャ縁部５０２によって描かれる領域の内部に当たるわけではない。
【００３６】
ＬＥＤとファイバとの間を結合するために、反射結合器用の反射面として２−Ｄ面のみの集合または３−Ｄ面のみの集合のいずれかを用いることには、欠点がある。図５Ｇに関して上述したように、２−Ｄ面の使用はファイバに結合しない部分５１８を生じることから、光が失われる。したがって、２−Ｄ面のみの使用は、ファイバへの結合を減少させる結果となる。
【００３７】
回転面のみの使用もまた、ここで図６を参照して説明する理由から、ファイバへの光の結合を減少させる結果となる。反射面６２６および６２８による光６０４の反射に関する以下の比較を考える。一方の反射面６２６は、放物面５２２上の線５２６に対応し、放物面状の反射面５２２を表す。他方の反射面６２８は、出力アパーチャ縁部５０４から正方形の入力アパーチャ縁部５０２の上縁の中央まで延びる曲線５２８に対応する。この反射面は、面５１０ａなどの放物柱面に対応する。
【００３８】
光６０４は、各反射面６２６および６２８に入射する。面６２８によって反射された光は、光６３８として光軸５０６に対して角度θ１で伝搬する。面６２６によって反射された光は、光６３６として光軸５０６に対して角度θ２で伝搬する。面６２８の方がさらに鋭い角度θ１＜θ２であるため、光６３８の方が光６３６よりファイバの受光角以内でファイバに入射する確率が高い。したがって、反射面６２８によって形成されるさらに鋭い角度は、ファイバへの結合をより大きくすることから、反射結合器の入力に少なくとも近い位置における２−Ｄ面の使用により、ファイバに結合される光の量を増大する。
【００３９】
ＬＥＤからファイバに光を結合する際に高い効率を確保するための１つの手法は、２−Ｄ面および３−Ｄ面の両方を組み合わせた反射面を用いることである。これについて、図５Ｊおよび図５Ｋを参照して説明する。図５Ｊは、入力アパーチャ縁部５０２と出力アパーチャ縁部５０４との間で広がるすべての面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａ、５１４ｂおよび５２２を備えた複合物を示す。光が光軸５０６に対して大きな角度で光源から発せられるとき、光は回転面に対してより鋭い角度を形成する２−Ｄ面に優先的に当たることから、反射光のさらに大部分がファイバのＮＡに収まる。反射結合器の出力により近い点では、２−Ｄ面からファイバの形状に合致する３−Ｄ面への移行部分がある。図５Ｋは、図５Ｊに示された反射結合器の「切り落とされた」バージョンを概略的に示す。切り落とされたバージョンは、３−Ｄ面５２２より光軸５０６に近い２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂの部分と、２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂより光軸５０６に近い３−Ｄ面５２２の部分のみを含む。
【００４０】
反射面の形状を理解するのに役立つように、反射結合器の断面図が、図７Ａ〜図７Ｄに提供される。図７Ａ〜図７Ｃは、軸５０６に沿って見た反射結合器内部の断面図を示す。したがって、図７Ａ〜図７Ｃに示された部分の平面は、ｘ−ｙ平面に平行である。図７Ａは、反射結合器の入力アパーチャ縁部５０２における断面を示す。入力アパーチャ縁部では、２−Ｄ面はすべて回転面５２２より光軸５０６に近いため、断面の形状は２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂに合致する。図７Ｂは、入力アパーチャ縁部５０２と出力アパーチャ縁部５０４との間の約半分にある点における反射結合器の断面を示す。この点では３−Ｄ面５２２は、２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂの間の交差点より軸５０６に近いことから、反射結合器は「隅」では３−Ｄ面５２２に適合する。２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂの中央の平たい部分は、＋ｘ方向、−ｘ方向、＋ｙ方向および−ｙ方向では軸５０６により近いままである。図７Ｃは、出力アパーチャ縁部５０４に近い反射結合器の断面を示す。平たい部分５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂの幅が減少し、３−Ｄ面５２２の範囲が増大している。出力アパーチャ縁部では、反射結合器の断面は、３−Ｄ面５２２のみを含む。
【００４１】
２−Ｄ面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂは、３−Ｄ面５２２と「交互に配置される」と表現してもよい。「交互に配置される」なる語は、反射体軸に対して垂直にとった反射結合器の少なくとも１つの断面に関して、断面の少なくとも１つの部分が２−Ｄ面に従い、断面の少なくとも別の部分が３−Ｄ面に従うことを意味する。図７Ｂおよび図７Ｃに示された断面は、断面が２−Ｄ面および３−Ｄ面の両方に従っている部分を示していることから交互に配置されていることを示している。
【００４２】
軸５０６に対して垂直方向の反射結合器７００の断面図が、図７Ｄに概略的に示されている。この図はまた、入力アパーチャ縁部５０２がＬＥＤ発光体７０２に合致し、出力アパーチャ縁部５０４が光ファイバ７０４に合致している場合には、反射結合器７００が本体７１０を通るアパーチャ７０８として形成されてもよいことを示している。光ファイバ７０４は、クラッディング７０５を有する。本体７１０は中を通るアパーチャ７０８を１つだけ有してもよく、シートのようにｘ方向およびｙ方向に延在してもよい。本体７１０は、一方の側から他方の側まで延在するアパーチャ７０８のような複数のアパーチャを有してもよい。
【００４３】
反射結合器７００の反射面は、上述した２−Ｄ面および３−Ｄ面に適合する異なる部分を有する。２−Ｄ面５１０ａおよび５１０ｂは、それぞれ反射結合器７００の上部および下部にあり、この図では２−Ｄ面５１４ｂはアパーチャの後方にあることが分かる。線７２０は、２−Ｄ面５１４ｂと３−Ｄ面５２２との間の境界を示す。反射面は、出力アパーチャ縁部５０４に向かって次第に３−Ｄ面５２２によって特徴付けられる。
【００４４】
反射結合器７００は、その入力部および出力部で異なる形状を有し、複数の２−Ｄ面と組み合わせた回転面などの３−Ｄ面から形成される。図５Ａ〜図５Ｋに関して記載された実施例では、２−Ｄ面は放物柱面であり、３−Ｄ面は放物回転面であると仮定された。本発明はこれらの形状に適合する面のみを用いることに制限されるわけではなく、他のタイプの面を用いてもよい。たとえば、２−Ｄ面は平面であってもよく、または円柱または楕円柱であってもよく、または何か他の２−Ｄ形状を帯びてもよい。また、３−Ｄ面は円錐であってもよく、または楕円であってもよく、または何か他の３−Ｄ形状を帯びてもよい。
【００４５】
さらに、上述した実施例では入力アパーチャ縁部が正方形と記載されたが、本発明は正方形の入力アパーチャ縁部に限定する意図はないことは十分に認識されよう。他の４つの辺がある入力アパーチャ縁部を用いてもよく、たとえば、入力アパーチャ縁部は矩形であってもよく、または何か他の四辺形の形状を採用してもよい。入力アパーチャ縁部は、入力部用の所望の形状に基づいて設定される。この説明のために、矩形なる語は、正方形である形状を包含するものとする。入力アパーチャ縁部はまた、直線状の辺を有する異なる形状を帯びてもよい。たとえば、入力アパーチャ縁部は、三角形、五角形、六角形などであってもよい。２−Ｄ面は、入力アパーチャ縁部の直線状の辺のそれぞれに合致するように形成されてもよい。たとえば、入力アパーチャ縁部が三角形である場合には、３−Ｄ面は３つの２−Ｄ面を組み合わせてもよい。
【００４６】
複数の２−Ｄ面および回転面などの３−Ｄ面に従う面を有する反射結合器は、本願明細書では２Ｄ−３Ｄ複合反射体と呼ぶ。
【００４７】
異なる形状を有する反射結合器の性能が、計算された。いずれの場合にも、光源は、ファイバの入射面から９３６μｍに配置された３００μｍの正方形の均等拡散反射面発光体であると仮定された。ファイバコアの直径は６００μｍであり、そのＮＡは０．４８であると仮定された。反射体の内部反射面は銀で覆われていると仮定され、ファイバの近い方の縁および遠い方の縁ではフレネル反射が考えられた。計算された結合効率の結果が、表Ｉに示されている。光源の範囲はファイバの範囲より大きいため、このモデルを用いて１００％の結合効率を達成することは可能ではなかった。
【００４８】
【表１】
2007513382.tif 000003
【００４９】
最初の２つの幾何構成、すなわちａ）単純な円錐およびｂ）放物面は、３−Ｄ面のみを用いて形成される反射体を表した。単純な円錐は、円形の入力アパーチャおよび出力アパーチャを備えた円錐であった。出力アパーチャはファイバの直径に合致し、入力アパーチャは光源の対角線に等しい直径を備えていた。放物面反射体は、放物回転面を備え、円形の入力アパーチャおよび出力アパーチャを備えていた。出力アパーチャはファイバの直径に合致し、入力アパーチャは光源の対角線に等しい直径を備えていた。
【００５０】
ｃ）交差した放物柱面を用いて形成される反射体は、２−Ｄ面のみから形成される反射体、たとえば図５Ｇに示されているように、面５１０ａ、５１０ｂ、５１４ａおよび５１４ｂに適合する反射体を表す。
【００５１】
最後の２つの幾何構成ｄ）およびｅ）は、２Ｄ−３Ｄ複合反射体の実施例である。実施例ｄ）は、３−Ｄ面としての単純な円錐と交互に配置される角錐台形状を形成する４つの平面の２−Ｄ面を用いて形成されると仮定された。実施例ｅ）は、たとえば図５Ｋに示されているように、２−Ｄ面が放物柱面であり、回転面が放物面であると仮定された。計算結果から分かるように、２Ｄ−３Ｄ複合反射体に関する結合効率は、単純な３−Ｄ反射体（反射体ａ）およびｂ））の結合効率より著しく高く、合成２−Ｄ反射体（反射体ｃ））の結合効率よりも高い。
【００５２】
説明はここまでは光源が平面状の均等拡散反射面発光体であると仮定されていた。しかし、これは必ずしも当てはまる必要はなく、光源は単純な平面より複雑な形状を有してもよい。たとえば、ノースカロライナ（Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）州のクリー・インコーポレィテッド（Ｃｒｅｅ  Ｉｎｃ．）によって製造される炭化ケイ素（ＳｉＣ）ＬＥＤの「エックスブライト（ＸＢｒｉｇｈｔ）（登録商標）」シリーズなどのある種の高パワーのＬＥＤは、図８に概略的に示されているようなファセット形状を有する。ＬＥＤ８００は上面８０２および斜面８０４を有し、それらの面はすべて光を発しうる。電気接続を容易にするために、接合パッド８０６を上面８０２上に位置決めしてもよい。ＬＥＤ８００からの光出力の大部分は斜面８０４から発せられ、一部の光は上面８０２からも発せられる。ＬＥＤ軸８０８も示されている。
【００５３】
図８に示されるような複雑なＬＥＤ幾何構成は、異なる形状を有する対象物、たとえばファイバに発せられた光を伝搬する効率のための反射体の設計に厄介な問題をもたらす。斜面は、ＬＥＤ軸から遠い辺により多くの光を投じやすい。さらに考慮すべきことは、ＬＥＤ本体が一般に、屈折率の比較的高い半導体材料から構成されることである。たとえば、ＳｉＣは２．６〜２．７の範囲の屈折率を有し、窒化ガリウム（ＧａＮ）は約２．４の屈折率を有する。これらの比較的高い値の屈折率は、ＬＥＤ自体の内面に入射する光の大部分を反射させ、続いて散乱、吸収またはそうでなくても失う原因となる。この影響は、空気より高い屈折率を有する材料、たとえば屈折率が約１．６の光学エポキシの中にＬＥＤを封入することによって、部分的に緩和されてもよい。半導体ＬＥＤダイの面における屈折率の変化が結果として低減されることにより、フレネル反射損失を低減し、したがって、ＬＥＤの半導体ダイからＬＥＤ内部に生成される光のより高い抽出を可能にする。
【００５４】
封入材料がファイバの入力端面まで延在する場合には、ファイバへの結合を可能にするファイバ端面における入射角は、比例して小さくなる。たとえば、空気中のファイバのＮＡが０．４８であり、ＬＥＤとファイバとの間の領域がｎ＝１．５６のエポキシで満たされる場合には、ファイバ端面における許容可能な入射角は２８．７°から１７．９°に小さくなる。したがって、１７．９°より大きな角度でファイバに結合される光は、ファイバの中に案内されず、ファイバクラッディングで失われる。したがって、この小さくなった円錐角の中で可能な限り多くの光をファイバに向けるように反射結合器を整形することは重要である。
【００５５】
上述の２Ｄ−３Ｄ複合反射体の実施例において、図５Ｋに示される面５１０ａおよび５１０ｂなどの対向する２−Ｄ面は、その軸が反射体軸５０６と一致する放物柱面に適合した。これは必ずしも当てはまる必要はなく、放物柱面の軸は反射体軸と一致しなくてもよく、反射体軸に対して平行である必要もない。さらに、対向する２−Ｄ面は、異なる軸を有する面に適合してもよい。たとえば、面５１０ａは第１の軸に関して形成され、面５１０ｂ第２の軸に関して形成されてもよい。これは図９に示され、図８のＬＥＤのような形状を有するＬＥＤ９３０から光ファイバのコア９３２に光を結合するための反射結合器９００を概略的に示す。ファイバのコア９３２は、クラッディング９３４によって包囲されていてもよい。
【００５６】
反射結合器９００は、本体部９０３を通るアパーチャ９０１として形成されてもよい。アパーチャ９０１は、面９１０ａ、９１０ｂおよび９１４ｂを備える複数の２−Ｄ面および回転面９２２に従う反射壁を有する。面９１０ａおよび９１０ｂは、図７の面５１０ａおよび５１０ｂと同様の態様で、図の平面に入って出るように延在する。線９２０は、２−Ｄ面９１４ｂと３−Ｄ面９２２との間の境界を示す。面９１０ａ、９１０ｂおよび９１４ｂを備える２−Ｄ面は、ＬＥＤ９３０の形にぴったり従う入射アパーチャ縁部９０２を形成する。この特定の実施形態において、２−Ｄ面はそれぞれ、反射体軸９０６からずれているそれぞれの２−Ｄ面軸を中心として形成される放物反射面に従う。たとえば、２−Ｄ面９１０ａは、２−Ｄ面軸９１６ａを中心として形成される放物２−Ｄ面に従う。同様に、２−Ｄ面９１０ｂは、２−Ｄ面軸９１６ｂを中心として形成される２−Ｄ面に従う。２−Ｄ面９１４ｂおよび既存の任意の他の２−Ｄ面はまた、それぞれの２−Ｄ面軸（図示せず）を中心として形成されてもよいことは十分に認識されよう。
【００５７】
２−Ｄ面軸９１６ａおよび９１６ｂは、反射体軸９０６と一致する必要はなく、反射体軸９０６に対してずれていてもよい。２−Ｄ面軸９１６ａおよび９１６ｂは、反射体軸９０６に対して平行であってもよいが、平行でなくてもよい。２−Ｄ面軸９１６ａおよび９１６ｂは、たとえば、ＬＥＤ９３０の斜面９３８の中心を通過するように位置決めされてもよい。斜面９３８がＬＥＤ９３０からの光出力の大部分を発する場合には、そのような配置は特に有用である場合がある。さらに、２−Ｄ面が焦点を有する場合には、焦点は斜面９３８の中心またはその付近に配置されてもよい。焦点を有する２−Ｄ面の例としては、放物面および楕円面が挙げられる。大部分の光を発する面の中心付近に焦点を配置することは、反射体軸９０６に略平行な方向において、ファイバのコア９３２に向ける発せられた光の部分が増大するのに好都合である。
【００５８】
ファイバのコア９３２の端部に直接入射しない方向に斜面のファセット９３８から発せられる光の場合には、２−Ｄ反射体９１０ａ、９１０ｂおよび任意の他の２−Ｄ面は、反射し、ファイバのコア９３２に向かって光を部分的に平行化するため、ファイバのＮＡの中でファイバのコア９３２に入射する発せられた光の部分が増大する。光はまた、ＬＥＤ９３０の平面端部９４０からも発せられる。この光の一部はファイバ９３２への入力部に直接入射し、一部は反射体９００から反射された後、ファイバの入力部に入射する。
【００５９】
図８に示されているように整形されたダイを有するＬＥＤからの光の結合効率が、異なる幾何構成を有する反射結合器の場合と比較された。特に、反射結合器の軸に沿って端部と端部を接合した２つの円錐反射体に適合する先細りの円錐反射体の結合効率が、ずれた２−Ｄ放物面および放物３−Ｄ面を有する図９に示されたような２Ｄ−３Ｄ複合反射体の結合効率と比較された。いずれの場合にも、反射結合器は、エポキシ（ｎ〜１．５６）で満たされ、ファイバに屈折率整合されると仮定された。先細りの円錐反射結合器を用いてＬＥＤからファイバに結合された光の量が、１に正規化された。相対的に、２Ｄ−３Ｄ複合反射体９００を用いてファイバに結合された光の正規化された量は、約１．７であると計算された。言い換えれば、２Ｄ−３Ｄ複合反射結合器９００は、ファイバに光を結合する際に、先細りの円錐反射体より７０％効率がよかった。
【００６０】
本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものと考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲に完全に記載されているように、本発明のすべての態様を包含するものと考えるべきである。本発明を適用可能であると考えられる種々の変更、等価な方法、ならびに種々の構造は、本願明細書を検討すれば、本発明に関係する当業者には容易に明白となるであろう。特許請求の範囲は、そのような変更および装置を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の原理による照射システムの実施形態の分解立体図を示す。
【図２】本発明の原理による図１に示される照射システムを組み立てたものの断面を概略的に示す。
【図３】均等拡散反射面光源から光ファイバに光を結合するためのモデルの素子を概略的に示す。
【図４Ａ】さまざまな２次元（２−Ｄ）面を概略的に示す。
【図４Ｂ】さまざまな２次元（２−Ｄ）面を概略的に示す。
【図４Ｃ】さまざまな２次元（２−Ｄ）面を概略的に示す。
【図５Ａ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｂ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｃ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｄ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｅ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｆ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｇ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｈ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｉ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｊ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図５Ｋ】本発明の原理による２−Ｄ面を３次元（３−Ｄ）面と組み合わせる反射結合器の実施形態の構成を概略的に示す。
【図６】２つの異なる面から反射結合器内部への反射を概略的に示す。
【図７Ａ】図５Ｋに示された反射結合器のさまざまな断面を概略的に示す。
【図７Ｂ】図５Ｋに示された反射結合器のさまざまな断面を概略的に示す。
【図７Ｃ】図５Ｋに示された反射結合器のさまざまな断面を概略的に示す。
【図７Ｄ】図５Ｋに示された反射結合器のさまざまな断面を概略的に示す。
【図８】複雑な形状のダイを有するＬＥＤを概略的に示す。
【図９】本発明の原理による２−Ｄ面を３−Ｄ面と組み合わせる反射結合器の別の実施形態を概略的に示す。
【図１】
2007513382.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
2007513382.tif 000015
【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
2007513382.tif 000020
【図６】
2007513382.tif 000021
【図７Ａ】
2007513382.tif 000022
【図７Ｂ】
2007513382.tif 000023
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2007513382.tif 000028
2007513382.tif 000029