專利名稱：用于白光led照明器的集光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及白光照明源，尤其涉及用于白光LED照明器的集光器。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是產(chǎn)生白光照明所期望的，因為與可比較的光源相比，其消耗的能量相當少。但是，使用LED也具有使其不被期望作為光纖照明器(諸如，眼內(nèi)照明器)中光源的缺點。一個最顯著的缺點是寬范圍的發(fā)射角。白光LED通常包括將藍光轉(zhuǎn)換成白光的黃磷，并且在大部分情況下，還包括校準由LED發(fā)射的白光的圓頂透鏡。由于LED的大面積，其用作延展的光源，從而光校準度受限，并且在大的立體角范圍上發(fā)射光。這使得難以將來自LED的光耦合入光纖或其他光導(dǎo)。典型地，能耦合入光導(dǎo)的光不夠亮而難以提供充足的照明。因此，仍然需要一種在耦合入光纖的同時仍能提供LED光源的能量效率特性的光源。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明某些實施例中，白光源包括被配置為以一定角分布發(fā)射白光的發(fā)光二極管(LED)。白光源還包括光導(dǎo)和被配置為收集角分布上的光的集光器。由集光器收集的光對耦合入光導(dǎo)的白光的總光通量做出貢獻。在本發(fā)明的特定實施例中，集光器包括中央準直器、外拋物面反射器以及將來自中央準直器的經(jīng)準直的光聚焦到光導(dǎo)上的聚光透鏡。在本發(fā)明的特定實施例中，集光器包括跨所述角分布的第一部分延伸的中央準直器，在角分布的第一部分之外的第二部分內(nèi)反射光的環(huán)形球面鏡，以及將來自中央準直透鏡的經(jīng)準直的光聚焦入光導(dǎo)的聚光透鏡。在本發(fā)明的特定實施例中，光導(dǎo)是遠端光導(dǎo)，而集光器包括近端光導(dǎo)。近端光導(dǎo)具有鄰接LED的近端，并且還在遠端包括反射材料，以將來自第二光導(dǎo)的光反射回LED。參考附圖以及如下對附圖的描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1例示了根據(jù)本發(fā)明特定實施例的包括集光器的白光源；圖2例示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的包括集光器的白光源；以及圖3例示了根據(jù)本發(fā)明再一實施例的包括近端光導(dǎo)和遠端光導(dǎo)的白光源。
具體實施例方式圖1例示了根據(jù)本發(fā)明特定實施例的白光源100。出于本說明書的目的，“白光”指的是通過組合可見光譜的主要范圍上的波長，或者由光波長的連續(xù)光譜或者通過組合特定波長(包括但不局限于紅、綠和藍波長)而產(chǎn)生的任意光。白光源100包括被配置為發(fā)射白光的發(fā)光二極管(LED)102。LED 102可以是當由電源供電時發(fā)射經(jīng)組合以形成白光的多個波長的二極管材料。作為替換，LED 102可以是由一個或多個磷光材料包圍的發(fā)射特定波長的二極管，從而磷光材料和/或LED發(fā)射組合成白光的多個波長。LED 102在發(fā)射側(cè)由集光器104圍繞。在所描繪的實施例中，集光器104包括中央準直透鏡106和外拋物面反射器108。由于LED 102發(fā)射跨寬角分布的白光，中央準直透鏡106準直在該角分布中心區(qū)域內(nèi)發(fā)射的光，同時拋物面反射器108反射回在中心區(qū)域之外發(fā)射的光線，以形成圍繞中央準直光束的平行光束路徑。來自中央準直透鏡106的經(jīng)準直的光束以及來自拋物面反射鏡108的平行光線隨后行進至聚光透鏡110，后者將光聚焦至光導(dǎo)112上。由此，LED 102在寬角分布上發(fā)射的白光被收集并被有效耦合入光導(dǎo)112，從而耦合入光纖的白光的光通量足夠高以提供有效的照明。圖2例示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的白光源200。在所描繪的實施例中，白光源LED 202在發(fā)射側(cè)由集光器204圍繞，該集光器204包括中央準直透鏡206和曲面鏡208。曲面鏡208被配置為對由中央準直透鏡206覆蓋的角范圍之外的光進行重定向，允許由LED202重復(fù)利用光能，而這相對于允許光散漏而言，又產(chǎn)生了通過中央準直透鏡206的光通量的總體增加。有利地，可以選擇鏡208的曲率使得對返回LED 202的光的最大部分進行重定向，諸如通過將鏡208制成球面。同樣地，鏡208可以是分色鏡，以最大化反射光的強度，并且減少歸因于吸收和干涉的光損失。聚光透鏡210將中央準直透鏡206所發(fā)射的經(jīng)準直的光聚焦至光導(dǎo)212上。圖3例示了根據(jù)本發(fā)明再一實施例的白光源300。在所描繪的實施例中，白光LED302是LED半導(dǎo)體芯片。該LED半導(dǎo)體芯片可以例如是覆蓋有黃磷層的發(fā)射藍光的半導(dǎo)體結(jié)，使得由半導(dǎo)體結(jié)發(fā)射的藍光與來自磷的黃光組合以呈現(xiàn)白色。在所例示的實施例中，用近端鄰接LED 302的近端光導(dǎo)304用作集光器。所述近端可被固定至LED302，例如使用光學粘合劑和/或機械引導(dǎo)裝置。將來自近端光導(dǎo)304的光耦合入遠端光導(dǎo)306，后者用于將光從白光源300運送至要被照明的區(qū)域。近端光導(dǎo)304可以包括反射材料308，其捕獲LED302在近端光導(dǎo)304與除空氣之外的材料接觸部分處發(fā)射的光。這可防止光導(dǎo)304邊界處的光損失，在光導(dǎo)304邊界處，光沒有被包括在總內(nèi)反射之中，從而允許由LED 302重復(fù)利用所反射的光。優(yōu)選地，反射材料能夠具有至少97%的反射率，以允許收集來自LED 302的基本上所有的白光。例如，反射材料308可以是聞度拋光的銀。近端光導(dǎo)304可以有利地被配置為相比于耦合至遠端光導(dǎo)306，LED 302更容易耦合至近端光導(dǎo)304。在所描繪的實施例中，近端光導(dǎo)304和遠端光導(dǎo)306之間的光耦合界面310，在不同尺寸的光導(dǎo)304和306之間過渡。在特定實施例中，該區(qū)域還可以被反射材料包圍，諸如在近端光導(dǎo)304的近端處使用的反射材料308，從而允許沒有進入光導(dǎo)306的光通過近端光導(dǎo)304返回，以供LED 302重復(fù)利用。在這類實施例中，反射材料還可以沿著近端光導(dǎo)304的整個長度延伸，從而例如近端光導(dǎo)304可以是內(nèi)側(cè)涂銀的中空玻璃光導(dǎo)線。為了進一步提高白光源300的效率，還可將具有中心孔徑的鏡310置于LED 302之上，使得未被發(fā)射入近端光導(dǎo)304的光被反射回LED 302上，由此本將散漏的光能由LED 302重復(fù)利用。本文通過實例闡述了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以進行各種修改。雖然詳細描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當理解，可以對其進行各種改變、替換和更改，而不脫離本發(fā)明所聲明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種白光源，包括: 發(fā)光二極管(LED),被配置為以一角分布發(fā)射白光； 光導(dǎo)；以及 集光器，被配置為在該角分布上收集光，使得由集光器收集的光對耦合入光導(dǎo)的白光的總光通量做出貢獻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光源，其中集光器包括中央準直器、外拋物面反射器、以及將來自中央準直器的經(jīng)準直的光聚焦至光導(dǎo)上的聚光透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光源，其中集光器包括跨角分布的第一部分延伸的中央準直器、在第一部分之外的角分布的第二部分內(nèi)反射光的環(huán)形球面鏡、以及將來自中央準直透鏡的經(jīng)準直的光聚焦入光導(dǎo)的聚光透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光源，其中光導(dǎo)是遠端光導(dǎo)，而集光器包括近端光導(dǎo)，該近端光導(dǎo)具有鄰接LED的近端并且還在遠端包括反射材料，以將來自第二光導(dǎo)的光反射回LED。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白光源,其中LED包括矩形LED芯片,第一光導(dǎo)包括光纖,而第二光導(dǎo)包括矩形光導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白光源，其中反射材料具有至少97%的反射系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要 求4所述的白光源，其中反射材料是銀。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白光源，其中使用光學粘合劑將第二光導(dǎo)的近端耦合至LED。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白光源，其中第二光導(dǎo)的近端包括具有中央孔徑的鏡，所述中央孔徑接納角分布的第一部分內(nèi)的光，而所述鏡則反射LED在角分布的第一部分之外的第二部分內(nèi)發(fā)射的白光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種白光源，包括被配置為以一角分布發(fā)射白光的發(fā)光二極管(LED)。該白光源還包括光導(dǎo)，以及被配置為收集該角分布上的光的集光器。由集光器收集的光對耦合入光導(dǎo)的白光的總光通量做出貢獻。
文檔編號F21V7/04GK103080643SQ201080058398
公開日2013年5月1日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者A·N·阿爾茨約科維奇, M·伯克尼, R·T·史密斯, C·霍維瑟 申請人:愛爾康研究有限公司