有效光注入器的制作方法

专利名称：有效光注入器的制作方法
技术领域：
本发明涉及有效光注入器，并且特别涉及有效地透射来自朗伯光源的光的锥形固体光注入器。
背景技术：
固态光源(例如发光二极管(LED))由于其小尺寸、纯颜色以及长寿命往往是多种应用中的优选光源。然而，封装的LED往往没有被优化以用于任何特定的应用，并且设计者竭尽全力会聚并引导光输出以用于特定用途。未有效地利用的光实际上被浪费了。
光传输材料(如玻璃或聚合物)可以用作光导来传播光。光导通常包括至少一个适于从光源接收光的表面，以及用于反射穿过光导传播的光的光学平滑表面。光导的通用实例包括传统地用于数据通信行业中的光纤和新近用于照明目的的光导。例如，美国专利No. 5,432,876公开了一种采用光导的此类照明装置。在该装置中，光可以注入光导的至少一端，并且允许光在沿着光导长度的预定位置射出光导。光导上形成有光提取结构或凹口。该提取结构限定了第一和第二反射面，第一和第二反射面沿着径向方向反射穿过光导轴向传播的光的一部
分。根据全内反射的原理，该反射光以小于沿着光导持续传播所需临界角的角度进行导向。因此，从光导提取出该反射光。
会聚来自朗伯LED源的光并将该光耦合到光导中往往是困难的，因为这种光沿着所有方向从LED发射并且这种光必须被重新导向到光导的数值孔径的范围内，在这里其可以通过全内发射被有效地保持。当使用单反射器时，反射表面的不完美的镜面反射率意味着在每一次反射弹回时损失光的一部分。设计用于准直朗伯光源的反射器通常需要大的纵横比以实现理想的输出角。该纵横比也意味着横穿反射器的光的相对大量的弹回，并且更多弹回相当于更多的损失。

发明内容
本发明涉及有效地会聚和透射来自朗伯光源的光。具体地讲，本发明涉及采用镜面反射率和全内反射以最大化效率的小型反射式圆锥形集光器/光注入器。
在第一实施例中，光注入器包括锥形固体光导，锥形固体光导具有光输入端、相对的光输出端以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面。光输出端具有比光输入端更长的周长。光输入端包括延伸到锥形固体光导中的由孔表面限定的孔。镜面反射层或膜邻近全内反射表面设置。在镜面反射层或膜和全内反射表面之间的距离限定第一空气间隙。孔被构造用于接纳朗伯光源。
在另一个实施例中，光注入器组件包括具有第一端、相对的第二端和在它们之间的管身的细长管。细长管具有内表面和邻近内表面设置的镜面反射层或膜。第一端被构造用于接纳朗伯光源。锥形固体光导设置在细长管内。锥形固体光导具有光输入端、相对的光输出端以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面。第一空气间隙由在镜面反射层或膜和全内反射表面之间的距离限定。光输出端具有比光输入端更长的周长。光输入端包括延伸到锥形固体光导中的由孔表面限定的孔。孔被构造用于接纳朗伯光源。
在另外的实施例中，形成光注入器组件的方法包括提供细长管和锥形固体光导。细长管包括第一端、相对的第二端以及在它们之间的管身。细长管具有内表面和邻近内表面设置的镜面反射层或膜。朗伯光源邻近第一端设置。锥形固体光导包括光输入端、相对的光输出端以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面。光输出表面具有比光输入端更长的周长。光输入端包括延伸到锥形固体光导中的由孔表
7面限定的孔。方法还包括将锥形固体光导插入到细长管中使得朗伯光 源设置在孔内并且通过第一空气间隙与孔表面间隔开，并且全内反射 表面通过第二空气间隙与细长管内表面间隔开，以形成光导组件。
本发明还描述了照明组件，该照明组件包括本文所述的光注入器 和光注入器组件。这些组件包括细长的柱形光导，该细长柱形光导具 有光导光输入端，该光导光输入端布置用于接收从锥形固体光导的光 输出端发射的光。在一些实施例中，这些光注入器和细长柱形光导形 成一体元件。


结合下面参照附图对本发明的各种实施例的详细描述，可以更全 面地理解本发明，其中
图1为示例性照明组件的示意性剖视图；并且 图2为示例性光注入器组件的透视剖视图。
这些图未必按比例绘制。图中所用相同的标号是指相同的元件。 然而应当理解，在给定图中使用标号来指代元件并非意图限制另一图 中标记为相同标号的元件。
具体实施例方式
在以下的说明中，参考构成本文一部分的附图，其中以举例说明 的方式示出了若干具体的实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围 或精神前提下，可以设想和构造其他实施例。因此，不应认为本发明 受限于以下具体实施方式
。
除非另外指明，否则本文所用的全部科学和技术术语具有本领域 中通常所用的含义。本文提供的定义是为了便于理解本文中很多情况 下所用到的某些术语，而不是为了限制本发明的范围。除非另外指明，否则在所有情况下，在说明书和权利要求书中使 用的表述部件尺寸、数量和物理特性的所有数字应被理解为在所有情 况下均由术语"约"来修饰。因此，除非有相反的指示，否则上述说 明书和所附权利要求书中提出的数值参数均为近似值，并且能够随本 领域技术人员利用本文所公开的教导内容得到的所需特性的不同而有 所不同。由端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数字(例如，1至5包括1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)以及该范围内的任何范 围。除非所述内容明确指出，否则本说明书和所附权利要求书中使用 的单数形式"一"、"一个"和"所述"涵盖了具有多个指代物的实 施例。本发明涉及有效地会聚和透射来自朗伯光源的光。具体地讲，本 发明涉及采用镜面反射率和全内反射(TIR)以最大化从朗伯光源发射 出的光的有效会聚和透射的小型反射式圆锥形集光器/光注入器然而本 发明不受此限制，本发明的各个方面的认识将通过下面提供的实例的 讨论来获得。小型反射式圆锥形集光器/光注入器为由高效镜面反射器包围的 锥形光学元件。锥形光学元件通过空气间隙与反射器分离。朗伯光源 设置在锥形光学元件的狭窄端中的孔内。在一些实施例中，朗伯光源 通过空气间隙与孔表面分离。当光横穿锥形光学元件时，这种锥形光 学元件构造引起反弹角的连续降低。因此，会聚的光将满足锥形光学 元件的全内反射的临界角需求。 一旦光耦合到锥形光学元件中，后续 的反射回弹将会归因于TIR并且将较少损失。图1示出包括光注入器110和细长柱形光导105的照明组件100。光注入器110连接到光导105。在多个实施例中，使用在注入器110和 光导105之间的界面107处的折射率匹配凝胶或粘合剂将光注入器110 耦合到光导105。在一些实施例中，注入器IIO可以形成到光导105的 端上以形成一体元件或主体，从而消除光学界面以及将注入器耦合或 粘合到光导上的需要。光注入器IIO包括锥形固体光导112，其具有光输入端114、相对 的光输出端116以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面118。 光输出端116具有比光输入端114更长的周长。光输入端114包括延 伸到锥形固体光导112中的由孔表面113限定的孔111，孔表面113可 以具有增加进入锥形固态光导112的透射光的任何形状。在多个实施 例中，孔表面113为弯曲孔表面113，例如余弦曲线的旋转、半球状孔 表面等等。在一些实施例中，孔表面113 —般对应于朗伯光源120的 外表面，使得朗伯光源120可以与孔表面113匹配。锥形固体光导112可以具有任何可用的形状。在多个实施例中， 锥形固体光导112可以具有锥形形状或长方锥形形状(如，具有在光 输出端116处的椭圆横截面以及在光输入端114处的椭圆或圆形横截 面)。锥形形状可以用于将光注入到细长柱形光导中。长方锥形形状 可以用于将光注入到具有椭圆或矩形横截面的光导中。可以选择从光 输入端114到光输出端116的渐縮程度以实现来自光输出端116的特 定光输出束形状。在一些实施例中，锥形固体光导112被构造为用由朗伯光源120 发射的光基本(即，95%或更大程度地)填充光输出端116的数值孔径。 在一些实施例中，这可以通过选择在20至50度或20至35度范围内 的锥形角(由锥形固体光导112的全内反射表面118和纵向轴线形成) 而实现。这些锥形固体光导112可以用于需要分散光束的应用中，例 如，在光导显示器或照明应用中。在一些实施例中，锥形固体光导112被构造为基本(即，95%或 更大程度地)准直由朗伯光源120发射的来自光输出端116的光。在 一些实施例中，这可以通过选择在10至20度范围内的锥形角(上面 所述)而实现。这些锥形固体光导112可以用于需要准直光束的应用 中，例如，光投影应用中。在一些实施例中，锥形固体光导112被构造为基本(即，95%或 更大程度地)准直由朗伯光源120从光输出端116发射的沿着第一轴 线的光，并且基本准直由朗伯光源120从光输出端116发射的沿着正 交于第一轴线的第二轴线的光。在一些实施例中，这可以通过选择在 光输出端116处形成长方形、椭圆形或矩形横截面的锥形角(上面所 述)而实现。这些锥形固体光导112可以用于需要沿着一个轴线的分 散光束以及沿着正交轴线的准直光束的应用中，例如，光导显示器或 照明应用中。镜面反射层或膜115邻近全内反射表面118设置，但与全内反射 表面间隔开。在镜面反射层或膜115和全内反射表面118之间的距离 限定第一空气间隙117。在多个实施例中，空气间隙117完全包围全内 反射表面118。朗伯光源120设置在孔111中。在多个实施例中，在孔表面113 和朗伯光源120之间的距离限定第二空气间隙119。在一些实施例中， 空气间隙119完全包围朗伯光源120。在其他实施例中，在孔表面113 和朗伯光源120之间的距离为用折射率匹配凝胶或粘合剂填充的间隙 119，从而光学耦合孔表面113和朗伯光源120。在一些实施例中，孔111的表面113 —般对应于朗伯光源120的 外表面，使得朗伯光源120与孔111的表面113匹配。在一些实施例 中，锥形固体光导112可以与朗伯光源120 —起模制或形成，使得孔 111的表面113可以在朗伯光源120上形成，以得到总体对应于朗伯光源120的外表面的互补的孔111的表面113。
光导105和锥形固体光导112可以为任何可用的互补形状。在多 个实施例中，锥形固体光导112为锥形形状并且光导105为细长圆柱 体形状。
光导105和锥形固体光导112可以独立地由任何可用的透光材料 (例如玻璃、石英和/或聚合物材料)形成。可用的聚合物材料包括聚 酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚甲基苯乙烯、硅树脂(例 如GE的Invisisil可液态注塑成型的材料)等。光导105和锥形固体光 导112不管是单独件还是组合件都可以通过注塑成型、浇注、挤出或 通过加工固体材料或任何其他合适的方法制造。在多个实施例中，光 导105和锥形固体光导112由折射率为1.4或更大，或1.5或更大或1.4 至1.7范围内的材料形成。
本文所述的光注入器110包括邻近全内反射表面118设置但不与 其紧密或光学接触的镜面反射层115。由于镜面反射层不与全内反射表 面118紧密接触，因此光主要通过直接发射或通过全内反射(TIR)移 出光注入器110。通过全内反射表面118逸出的光通过镜面反射层115 发生镜面反射。已发现这种构造可以提高光注入器110的效率。镜面 反射层115可以为任何可用的镜面反射层，例如，金属或电介质材料。 示例性的镜面反射金属层或膜包括镀银的反射镜、抛光的金属或金属 化的表面。
在多个实施例中，本文所述的光注入器利用具有独特和有利特性 的多层光学膜作为镜面反射层115。这些膜的优点、特性和制备在 U.S.5，882，774中有所描述，其以引用的方式并入本文。例如，多层光 学膜可以用作高效的光谱镜。下面提供了多层光学膜的特性和性质的 相对简单描述。在多个实施例中，多层聚合物反射镜膜为Vikuiti ESR 膜，其可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司。这种多层聚合物反射镜膜在多层聚合物膜上将大于95%的入射光以任意角度反射。
结合本发明使用的多层光学反射镜膜表现出对入射光相对低的吸 收率，以及对于偏轴和法向光线的高反射率。多层光学膜的独特性质 和优点提供了设计高效光注入器的机会，当与已知的光注入器系统相 比时，这种高效光注入器表现出低的吸收损失。示例性的多层光学反
射镜膜在U.S.6,924,014中有所描述，其以引用的方式并入本文(见实 例1禾口实例2)。
示例性的多层光学反射镜膜包括具有至少两种材料的交替层的多 层叠堆。材料中的至少一个具有应力引发的双折射性能，使得材料的 折射率(n)被拉伸处理所影响。在层间的每一个边界处的折射率差值将 使得部分光线被反射。通过在单轴向双轴取向范围内拉伸多层叠堆， 生成对于不同取向的平面偏振入射光具有一系列反射率的膜。因此可 以制备多层叠堆用作反射镜。因此构造的多层光学膜呈现非常大或不 存在的布鲁斯特角(对于在层界面的任何地方的入射光在该角度处反 射率为零)。因此，这些聚合物多层叠堆在宽的带宽上并且在宽的角 度范围内对于s和p偏振光具有高反射率，可以实现反射。
多层聚合物反射镜膜可以包括数十、数百或数千层，并且每一层 可以由多种不同材料中的任意材料制成。决定具体叠堆所用材料的选 择的特性取决于叠堆的所需光学性能。叠堆可以包含与叠堆中的层同 样多的材料。为了易于制造，优选的光学薄膜叠堆仅包含几种不同的 材料。多种材料、或者具有不同物理性质而化学上相同的材料之间的 边界可为突变或渐变的。除了采用解析解法的一些简单情况外，对于 具有连续变化折射率的渐变类型的成层介质的分析通常被处理为数量 极多的均匀薄层，并且所述均匀薄层具有突变的边界但相邻层的性质 之间仅具有微小的变化。在多个实施例中，多层聚合物反射镜膜包括 低/高折射率的膜层对(pairs of film layers)，其中每对低/高折射率的 层的组合光学厚度为其被设计以反射的带的1/2中心波长。
13对于多层聚合物反射镜膜，对于每个偏振和入射平面的光的理想 平均透射率一般取决于反射镜膜的预期用途。 一种生成多层反射镜膜 的方式为双轴拉伸多层叠堆，多层叠堆包含双折射材料作为低/高折射
率对的高折射率层。对于高效反射膜而言，在可见光谱(400-700nm) 上的垂直入射处沿着每个拉伸方向的平均透射率期望地小于10% (反 射率大于90%)、或小于5% (反射率大于95%)、或小于2% (反射 率大于98%)、或小于1% (反射率大于99%)。从400-700nm在偏离 法线60度角处的平均透射率期望地小于20% (反射率大于80%)，或 小于10% (反射率大于90%)，或小于5% (反射率大于95%)，或小 于2% (反射率大于98%)，或小于1% (反射率大于99%)。
采用在上述提及的U.S. 5，882，774中描述的设计考虑，普通技术人 员将容易地认识到，当在一定条件下加工时可以使用宽范围的材料来 形成多层聚合物反射镜膜，其中选择所述的条件以得到理想的折射率 关系。可以以多种方式实现理想的折射率关系，这些方式包括在膜形 成期间或之后拉伸(如，就有机聚合物而言)、挤出(如，就液晶材 料而言)或涂布。另外，优选的是两种材料具有相似的流变性(如， 熔体粘度)，使得它们可以被共挤出。
一般来讲，可以通过选择结晶或半结晶的材料(优选地聚合物) 作为第一材料实现合适的组合。继而，第二材料可以为结晶的、半结 晶的或非晶态的。第二材料可以具有相对于第一材料的双折射。或者， 第二材料可以不具有双折射，或小于第一材料的双折射。适合材料的 具体实例包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其异构体(如，2,6-、 1，4-、 1,5-、 2，7-和2,3-PEN)、聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯(如，聚对苯二甲 酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚对苯二甲酸-l，4-环己胺二亚 甲基二醇酯)、聚酰亚胺(如，聚丙烯酰亚胺)、聚醚酰亚胺、无规 聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯(如，聚甲基丙烯酸异丁酯、 聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸酯(如，聚丙烯酸丁酯和聚丙烯酸甲酯)、间规立构聚苯乙烯(sPS)、 间规立构聚-a-甲基苯乙烯、间规立构聚二氯苯乙烯、任何这些聚苯乙 烯的共聚物和共混物、纤维素衍生物(例如乙基纤维素、乙酸纤维素、 丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和硝酸纤维素)、聚亚烷基聚合物(例 如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯和聚(4-甲基)戊烯)、氟化的聚 合物(如，全氟烷氧基树脂、聚四氟乙烯、氟化的乙烯-丙烯共聚物、 聚偏二氟乙烯和聚三氟氯乙烯)、氯化的聚合物(如，聚偏二氯乙烯 和聚氯乙烯)、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、有机硅树脂、环 氧树脂、聚乙酸乙烯、聚醚-酰胺、离聚物树脂、人造橡胶(如聚丁二 烯、聚异戊二烯和氯丁橡胶)以及聚氨酯。另外合适的为共聚物，如 PEN共聚物(例如，2,6-、 1，4-、 1,5-、 2，7-和/或2，3-萘二甲酸或它们的
酯与下列物质的共聚物(a)对苯二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯； (C)邻苯二甲酸或其酯；(d)垸烃二醇；(e)环垸烃二醇(如环己垸二甲垸)； (f)烷基二甲酸；和/或(g)环烷烃二甲酸(如环己垸二羧酸))，聚对苯 二甲酸亚烷基二醇酯共聚物(例如对苯二甲酸或其酯与下列物质的共 聚物，所述物质为(a)萘二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(C)邻 苯二甲酸或其酯；(d)烷烃二醇；(e)环烷烃二醇(如环己垸二甲烷)；
(f)垸基二甲酸；禾n/或(g)环垸烃二甲酸(例如环烷烃二甲酸))，以及
苯乙烯共聚物(例如苯乙烯-丁二烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物)， 4,4'-联苯甲酸和乙二醇的共聚物。此外，每个单独的层还可包含两种或 更多种上述聚合物或共聚物的共混物(例如sPS与无规聚苯乙烯的共 混物)。所描述的coPEN还可以为颗粒的共混物，其中至少一种组分 为基于萘二甲酸的聚合物，而其它组分为其它聚酯或聚碳酸酯，例如 PET、 PEN或coPEN。
在多个实施例中，多层聚合物反射镜膜交替层包括PET/Ecdel、 PEN/Ecdel、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/co-PET和PET/sPS，其中"co-PET" 是指基于对苯二甲酸的共聚物或共混物。Ecdel为可从Eastman化学有 限公司商购的热塑性聚酯，并且THV为可从明尼苏达州圣保罗市的3M 公司商购的含氟聚合物。由于膜厚度、柔性和经济上的原因，选择膜中的层数使得用最少
的层数来实现理想的光学特性。层数可以小于10,000，或小于5,000， 或小亍2，000。选择预拉伸温度、拉伸温度、拉伸速率、拉伸率、热定 形温度、热定形时间、热定形弛豫以及交叉拉伸弛豫，以得到具有理 想的折射率关系的多层膜。这些变量彼此相关；因此，例如，如果与
(例如)相对低的拉伸温度相结合，则可以使用相对低的拉伸速率。 如何选择这些变量的合适组合以实现理想的多层膜对于普通技术人员 将显而易见。然而， 一般来讲，在拉伸方向上拉伸率的范围为1:2至 1:10(或1:3至1:7)，在与拉伸方向正交的方向上拉伸率的范围为1:0.2 至1:10 (或1:0.3至1:7)为优选的。
本文所述的光注入器110提供非常有效的集光器/光注入器。将朗 伯发射光耦合到锥形固体光导(其中在朗伯光源和锥形固体光导之间 存在空气间隙)中正常情况下导致至少4%的光损失。本文所述的光注 入器可以提供97%或更大、或98%或更大的集光器/光注入器效率，如 通过已知来自朗伯光源的光输出和光注入器的光输出所测量的。
在一个示例性实例中，由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制造的小 型反射式圆锥形光导并将其抛光成光学成品。圆锥形光导具有6毫米 直径的基部或光输入端、12毫米直径的光输出端和48毫米的高度。在 光输入端形成半球状孔。半球状孔的周长为5.35毫米，半径为2.67毫 米。将多层聚合物反射镜膜(￥1101^@￡8尺膜，得自明尼苏达州圣保罗 市的3M公司)绕着小型反射式圆锥形光导缠绕，在多层聚合物反射镜 膜和反射圆锥形光导之间留有小的空气间隙。
将朗伯Luxeon V型白光LED(得自加利福尼亚州圣何塞(San Jose, CA)的Phillips Lumileds公司)安装到散热器上并在39" Optronic Labs
积分球中通电，允许工作约10分钟以达到稳态。 一旦到达稳态，就使 用积分球进行光输出测量。朗伯Luxeon V型白光LED具有122.4流明的光输出。
然后将ESR膜缠绕的小型反射式圆锥形光导安装到半球状孔内的 朗伯Luxeon V型白光LED上，使得空气间隙围绕LED。给LED通电 并且在稳态下使用积分球测量从ESR膜缠绕的小型反射式圆锥形光导 的光输出端发射的光。ESR膜缠绕的小型反射式圆锥形光导具有120.3 流明的光输出。这样，ESR膜缠绕的小型反射式圆锥形光导具有98.3。/。 的光会聚/注入效率。
图2为示例性光注入器组件210的透视剖视图。光注入器组件210 包括细长管230以及设置在细长管230内的锥形固体光导212(如上所述)。
如上所述，照明组件可以包括光注入器组件210和细长柱形光导 (未示出)。锥形固体光导212耦合到光导。在多个实施例中，锥形 固体光导212用在锥形固体光导212和光导之间的界面处的折射率匹 配凝胶或粘合剂耦合到光导。在一些实施例中，锥形固体光导212可 以形成在光导的端上以形成一体元件或主体，从而消除光学界面和将 注入器耦合或粘合到光导的需要。
光导和锥形固体光导212可以为任何可用的互补形状。在多个实 施例中，锥形固体光导212为锥形并且光导为细长柱形。
在多个实施例中，锥形固体光导212耦合到细长管230上。在多 个实施例中，锥形固体光导212插入到细长管230中以形成光注入器 组件210。细长管230可以由任何可用的材料(例如聚合物材料)形成。 在一些实施例中，细长管230通过模制或挤出工艺形成。
细长管230具有第一端232、相对的第二端234以及在它们之间的 管身。第一端232被构造用于接纳朗伯光源220。细长管230具有内表面231以及邻近内表面231设置的镜面反射层或膜215 (如上所述)。 在一些实施例中，使用例如粘合剂将镜面反射层或膜215固定或粘附 到细长管230的内表面231。
在一些实施例中，细长管的内表面231形成平行的圆柱体壁。在 其他实施例中，细长管的内表面231形成锥形的圆柱体壁。锥形的圆 柱体壁可以具有与锥形固体光导212相似或相同的锥形角，从而锥形 的圆柱体壁可以平行于限定锥形固体光导212的纵向外表面。
朗伯光源220邻近第一端232设置。在多个实施例中，细长管230 包括安装凸缘233。安装凸缘233可以设置在细长管230的第一端232 处或安装凸缘233可以设置在细长管230的第二端234 (未示出)处。
锥形固体光导212具有光输入端214、相对的光输出端216以及限 定它们之间的纵向外表面的全内反射表面218。第一空气间隙217由镜 面反射层或膜215和全内反射表面218之间的距离限定。光输出端216 具有比光输入端214更长的周长。
光输入端214包括延伸到锥形固体光导212中的由孔表面213(如 上所述)限定的孔211。朗伯光源220设置在孔211内。在多个实施例 中，孔表面213和朗伯光源220之间的距离限定第二空气间隙219。在 一些实施例中，空气间隙219完全包围朗伯光源220。在其他实施例中， 在孔表面213和朗伯光源220之间的距离为间隙219，间隙219被折射 率匹配凝胶或粘合剂填充，从而光学耦合孔表面213和朗伯光源220。
因此，本发明公开了有效光注入器的实施例。本领域中的技术人 员将会知道，除这些已公开的实施例之外，也可以设想出其他实施例。 提供本发明所公开的实施例用于举例说明而非限制性目的，并且本发 明应仅受下列权利要求书及其等同物的限制。
权利要求
1.一种光注入器，包括锥形固体光导，所述锥形固体光导具有光输入端、相对的光输出端以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面，所述光输出端具有比所述光输入端更长的周长，并且所述光输入端包括延伸到所述锥形固体光导中的由孔表面限定的孔；以及镜面反射层或膜，所述镜面反射层或膜邻近所述全内反射表面设置，其中在所述镜面反射层或膜和所述全内反射表面之间的距离限定第一空气间隙，其中所述孔被构造用于接纳朗伯光源。
2. 根据权利要求l所述的光注入器，其中由所述朗伯光源发射的 97%或更多的光从所述光输出端发射。
3. 根据权利要求l所述的光注入器，还包括设置在所述孔内的朗 伯光源。
4. 根据权利要求3所述的光注入器，其中使用折射率匹配凝胶或 粘合剂将所述朗伯光源光学耦合到所述锥形固体光导。
5. 根据权利要求3所述的光注入器，其中在所述孔表面和所述朗 伯光源之间的距离限定第二空气间隙。
6. 根据权利要求l所述的光注入器，其中所述锥形固体光导为圆 锥形固体光导。
7. 根据权利要求1所述的光注入器，其中所述镜面反射层为多层 聚合物反射镜膜，在所述多层聚合物膜上将大于95%的入射光以任意 角度反射。
8. 根据权利要求l所述的光注入器，其中所述第一空气间隙包围 所述全内反射表面。
9. 根据权利要求l所述的光注入器，其中所述孔表面由弯曲的孔 表面限定。
10. 根据权利要求1所述的光注入器，其中所述锥形固体光导被构造为用由所述朗伯光源发射的光基本填充所述光输出端的数值孔 径。
11. 根据权利要求1所述的光注入器，其中所述锥形固体光导被 构造为基本准直从所述光输出端发射的光。
12. 根据权利要求1所述的光注入器，其中所述锥形固体光导被 构造为基本准直由所述朗伯光源从所述光输出端发射的沿着第一轴线 的光，并且基本准直从所述光输出端发射的沿着正交于所述第一轴线 的第二轴线的光。
13. —种光注入器组件，包括细长管，所述细长管包括第一端、相对的第二端以及在它们之间 的管身，所述细长管具有内表面和邻近所述内表面设置的镜面反射层或膜，所述第一端被构造用于接纳朗伯光源；以及锥形固体光导，所述锥形固体光导设置在所述细长管内，所述锥 形固体光导具有光输入端、相对的光输出端以及限定它们之间的纵向 外表面的全内反射表面，并且第一空气间隙由在所述镜面反射层或膜 和所述全内反射表面之间的距离限定，所述光输出端具有比所述光输 入端更长的周长，并且所述光输入端包括延伸到所述锥形固体光导中 的由孔表面限定的孔，其中所述孔被构造用于接纳朗伯光源。
14. 根据权利要求13所述的光注入器组件，其中由所述朗伯光源 发射的97%或更多的光从所述光输出面发射。
15. 根据权利要求13所述的光注入器组件，其中所述孔表面由弯 曲的孔表面限定。
16. 根据权利要求13所述的光注入器组件，其中所述锥形固体光 导为圆锥形固体光导。
17. 根据权利要求13所述的光注入器组件，还包括在所述细长管 的所述第一端处的朗伯光源，并且使用折射率匹配凝胶或粘合剂将所 述朗伯光源光学耦合到所述锥形固体光导。
18. 根据权利要求13所述的光注入器组件，还包括在所述细长管 的所述第一端处的朗伯光源，并且在所述孔表面和所述朗伯光源之间 的距离限定第二空气间隙。
19. 根据权利要求13所述的光注入器组件，其中所述镜面反射层 为多层聚合物反射镜膜，在所述多层聚合物膜上将大于95%的入射光 以任意角度反射。
20. 根据权利要求13所述的光注入器组件，其中所述细长管还包 括安装凸缘。
21. —种形成光注入器组件的方法，包括提供细长管和朗伯光源，所述细长管包括第一端、相对的第二端 以及在它们之间的管身，所述细长管具有内表面和邻近所述内表面设 置的镜面反射层或膜，所述朗伯光源邻近所述第一端设置；提供锥形固体光导，所述锥形固体光导具有光输入端、相对的光 输出端以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面，所述光输出表面具有比所述光输入端更长的周长，并且所述光输入端包括延伸到所述锥形固体光导中的由孔表面限定的孔；并且将所述锥形固体光导插入到所述细长管中，使得所述朗伯光源设置在所述孔内并且通过第一空气间隙与所述孔表面间隔开，所述全内反射表面通过第二空气间隙与所述细长管的内表面间隔开，以形成光导组件。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述插入步骤包括将所述锥形固体光导耦合到所述细长管。 '
23. 根据权利要求21所述的方法，还包括将所述细长管安装到安装基板。
24. —种照明组件，包括根据权利要求1的光注入器以及细长柱形光导，所述细长柱形光导具有光导光输入端，所述光导光输入端被布置用于接收从所述锥形固体光导的所述光输出端发射的光。
25. 根据权利要求24所述的照明组件，其中所述细长柱形光导和所述锥形固体光导形成一体元件。
26. —种照明组件，包括根据权利要求10的光注入器组件以及细长柱形光导，所述细长柱形光导具有光导光输入端，所述光导光输入端被布置用于接收从所述锥形固体光导的所述光输出端发射的光。
27. 根据权利要求26所述的照明组件，其中所述细长柱形光导和所述锥形固体光导形成一体元件。
全文摘要
一种光注入器包括锥形固体光导，所述锥形固体光导具有光输入端、相对的光输出端以及限定它们之间的纵向外表面的全内反射表面。所述光输入端包括延伸到所述锥形固体光导中的由孔表面限定的孔。镜面反射层或膜邻近所述全内反射表面设置。在所述镜面反射层或膜和所述全内反射表面之间的距离限定第一空气间隙。所述孔被构造用于接纳朗伯光源。
文档编号G02B6/42GK101636678SQ200880008915
公开日2010年1月27日 申请日期2008年1月28日 优先权日2007年3月19日
发明者大卫·J·伦丁, 斯科特·D·格利克斯, 查尔斯·D·霍伊尔, 迈克尔·A·梅斯 申请人:3M创新有限公司