專利名稱：改形光源組件以及使用該組件的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以用于投影系統(tǒng)中的改形光源組件以及使用該組件的照明系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及包括角錐體集光器的光源組件和使用至少一個這樣的光源組件的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
照明系統(tǒng)具有多種用途，包括投影顯示器、液晶顯示器(LCD)的背光等等。投影系統(tǒng)通常包括光源、照明光學(xué)器件、成像器件、投影光學(xué)器件和投影屏幕。照明光學(xué)器件收集來自光源的光并且按照預(yù)定的方式將光引導(dǎo)至一個或多個成像器件。經(jīng)過電子調(diào)節(jié)和處理的數(shù)字視頻信號控制該一個或多個成像器件，產(chǎn)生對應(yīng)于視頻信號的圖像。投影光學(xué)器件繼而放大該圖像，并且將其投影到投影屏幕上。已經(jīng)將與色輪結(jié)合的白光源諸如弧光燈等用作投影顯示系統(tǒng)的光源，并且其仍然占主導(dǎo)地位。然而，最近采用了發(fā)光二極管(LED)作為其替代產(chǎn)品。LED光源的一些優(yōu)點包括壽命更長、效率更高以及突出的熱特性。
經(jīng)常用于數(shù)字光處理系統(tǒng)中的成像器件的一個實例是數(shù)字微反射鏡器件(DMD)。DMD的主要特征是可旋轉(zhuǎn)微反射鏡的矩形陣列。每個反射鏡的傾斜由加載到與每個反射鏡相關(guān)聯(lián)的存儲器單元中的數(shù)據(jù)進行獨立控制，從而控制反射光并且將視頻數(shù)據(jù)的像素空間映射到投影屏幕上的像素。處于ON狀態(tài)的反射鏡反射的光穿過投影光學(xué)器件，并且投影到屏幕上，從而生成明亮區(qū)域。另一方面，處于OFF狀態(tài)的反射鏡反射的光未到達投影光學(xué)器件，從而產(chǎn)生黑暗區(qū)域。還可以利用DMD來生成彩色圖像，例如利用色彩排序，或者可選的是利用三個DMD，每種原色使用一個DMD。
成像器件的其它實例包括通常為矩形的液晶板，如硅基液晶器件(LCOS)。在液晶板中，根據(jù)對應(yīng)于視頻信號的數(shù)據(jù)遞增地(像素到像素)控制液晶材料的排列。根據(jù)液晶材料的排列，液晶結(jié)構(gòu)可以改變?nèi)肷涔獾钠?。因此，通過適當(dāng)利用偏振片或者偏振分光器，可以生成對應(yīng)于輸入視頻數(shù)據(jù)的黑暗區(qū)域和明亮區(qū)域。已經(jīng)按照類似于DMD的方式利用液晶板形成了彩色圖像。
諸如投影系統(tǒng)的照明光學(xué)器件等的光學(xué)系統(tǒng)的性能可以表征為多個參數(shù)，其中一個是聚光率?？梢岳孟旅娴墓絹碛嬎憔酃饴师纽牛紸*Ω≌π*A*sin2θ＝π*A*NA2其中Ω是發(fā)射或接收的立體角(單位球面度)；A是接收器或者發(fā)射器的面積，θ是發(fā)射角或接收角，NA是數(shù)值孔徑。
如果光學(xué)系統(tǒng)的某個元件的聚光率小于上游光學(xué)元件的聚光率，則這種失配會導(dǎo)致光損失，這將降低該光學(xué)系統(tǒng)的效率。因此，光學(xué)系統(tǒng)的性能通常受到具有最小聚光率的元件的限制。通常用于減小光學(xué)系統(tǒng)中聚光率降低的技術(shù)包括提高該系統(tǒng)的效能(lm/w)、減小光源尺寸、減小光束立體角，以及避免引入額外的孔徑光闌。
用于照明系統(tǒng)中的傳統(tǒng)光學(xué)器件包括各種構(gòu)造，但是其離軸性能僅僅在很窄的特定范圍內(nèi)才能令人滿意。此外，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中的光學(xué)器件已經(jīng)表現(xiàn)出不足的集光特性。具體地說，如果光源輸出的大部分以遠離光軸的角度發(fā)出(對于大多數(shù)LED是這種情況)，則傳統(tǒng)照明系統(tǒng)不能捕捉到這種光的絕大部分。此外，盡管一些傳統(tǒng)反射準(zhǔn)直器具有可接受的集光特性，例如橢圓和拋物面反射器，但是這些反射器通常具有旋轉(zhuǎn)對稱偏離的特點。這種偏離通常會導(dǎo)致合成圖像的舍入(rounding)，以及光源上的點與目標(biāo)平面上的點之間缺乏整體對應(yīng)性，從而造成失序和聚光率的降低。這些缺陷以及其它缺陷促使光學(xué)元件和系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜化，這包括例如利用復(fù)雜的非球面表面以及大量元件的復(fù)雜組合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種光源組件，該光源組件包括具有發(fā)光表面的發(fā)射器和在發(fā)光表面上方安裝在所述發(fā)射器上的角錐體集光器。所述角錐體集光器的近端面對所述發(fā)光表面，而所述角錐體集光器的遠端背離所述發(fā)光表面。在本發(fā)明的適當(dāng)示例性實施例中，所述角錐體集光器的近端與所述發(fā)光表面接觸。所述角錐體集光器的近端的尺寸和形狀可以與所述發(fā)光表面的尺寸和形狀近似相同。例如，所述近端和遠端都可以具有基本上為方形的形狀，或者所述近端可以具有基本上為方形的形狀，而所述遠端具有基本上為矩形的形狀。在一些示例性實施例中，所述角錐體集光器的近端圍繞所述發(fā)光表面安裝。而且，在一些實施例中，所述角錐體集光器的遠端具有基本上為枕形的構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明，所述角錐體集光器可以構(gòu)造為收集所述發(fā)射器所發(fā)射的光的至少約70％。根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例形成的角錐體集光器的近端與遠端之間的距離通常是集光器的遠端的最長對角線長度的大約3至5倍。在一些示例性實施例中，角錐體集光器具有從遠端到近端漸縮大約2至6度的側(cè)面。在其它一些示例性實施例中，角錐體集光器具有從遠端到近端漸縮不超過約10度的側(cè)面。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的示例性光源組件可以還包括設(shè)置在所述角錐體集光器的遠端附近的矩形直管部分。如果同時包括直管部分和圓頂部分，則所述直管部分就可以設(shè)置在所述圓頂部分與所述角錐體集光器之間。可選的是，所述角錐體集光器包括基本上為盤形的凸緣，所述凸緣設(shè)置在所述圓頂部分與所述角錐體集光器之間。
本發(fā)明還涉及一種照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括兩個或多個光源組件、照明目標(biāo)和設(shè)置在所述至少一個光源組件與所述照明目標(biāo)之間的光學(xué)元件系統(tǒng)。每個光源組件包括具有發(fā)光表面的發(fā)射器和在發(fā)光表面上方安裝在所述發(fā)射器上的角錐體集光器。所述角錐體集光器的近端面對所述發(fā)光表面，而所述角錐體集光器的遠端背離所述發(fā)光表面。所述光源組件可以以陣列形式設(shè)置在非徑向?qū)ΨQ孔內(nèi)。如果照明目標(biāo)是成像器件，所述成像器件設(shè)置為以一定角度被照明并且具有可以圍繞樞軸線旋轉(zhuǎn)的多個反射鏡，則所述非徑向?qū)ΨQ孔就具有長尺寸和短尺寸，并且定向為所述長尺寸與所述成像器件的反射鏡的樞軸線對準(zhǔn)?？蛇x的是，光源組件和光學(xué)元件系統(tǒng)可以構(gòu)造為形成多個基本上瞄準(zhǔn)照明目標(biāo)的通道。在這種示例性照明系統(tǒng)中，光源組件可以設(shè)置為與球面相切并且沿著球面。
根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例，每個角錐體集光器的近端和遠端都可以具有基本上為方形的形狀，或者每個角錐體集光器的近端可以具有基本上為方形的形狀，而每個角錐體集光器的遠端具有基本上為矩形的形狀。光學(xué)元件系統(tǒng)可以構(gòu)造為將每個角錐體集光器的遠端成像在照明目標(biāo)上。在這種示例性實施例中，可以基本上疊置發(fā)光表面的圖像，以便形成照明區(qū)域(illumination patch)，所述照明區(qū)域可以基本上填充或者過度填充照明目標(biāo)?？蛇x擇的是，可以密集布置發(fā)光表面的圖像或者使其重疊以便形成這種照明區(qū)域。角錐體集光器的至少一個遠端的形狀可以基本上匹配照明目標(biāo)的形狀。例如，照明目標(biāo)可以基本上為方形或者基本上為矩形。
根據(jù)以下的詳細說明以及附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易明白本發(fā)明照明系統(tǒng)的這些及其它方面。


因此，以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，使本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更容易理解如何制造和使用本發(fā)明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例構(gòu)成的照明系統(tǒng)的示意性橫截面圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例構(gòu)成的光源組件的示意性側(cè)視圖；圖2B是圖2A所示示例性光源組件的示意性前視圖；圖2C是圖2A和圖2B所示示例性光源組件的示意性頂視圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施例構(gòu)成的光源組件的示意性側(cè)視圖；圖3B是圖3A所示示例性光源組件的示意性前視圖；圖3C是圖3A和圖3B所示示例性光源組件的示意性頂視圖；圖4描繪光線軌跡，其示意性顯示在與參考圖3A至圖3C所示和所述的示例性光源組件相似的光源組件中的光收集；圖5是測試構(gòu)造的示意圖，該測試構(gòu)造用于確定射出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例構(gòu)成的光源組件的照明形狀；圖6顯示當(dāng)使用圖5所示系統(tǒng)進行測試時，參考圖3A至圖3C所示和所述的光源組件的輸出輻照度；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施例構(gòu)成的光源組件的示意圖，顯示枕形構(gòu)造；圖8描繪光線軌跡，其示意性顯示在與參考圖3A至圖3C和圖7所示和所述的示例性光源組件相似的光源組件中的光收集；圖9顯示當(dāng)使用圖5所示系統(tǒng)進行測試時，參考圖3A至圖3C和圖7所示和所述的光源組件的輸出輻照度；圖10A是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例構(gòu)成的光源組件的示意性側(cè)視圖；圖10B是圖10A所示示例性光源組件的示意性前視圖；圖10C是圖10A和圖10B所示示例性光源組件的示意性頂視圖；圖11描繪測試構(gòu)造和光線軌跡，其示意性顯示在與參考圖10A至圖10C所示和所述的光源組件相似的光源組件中的光收集；圖12顯示當(dāng)使用圖11所示系統(tǒng)進行測試時，參考圖10A至圖10C所示和所述的光源組件的輸出輻照度；圖13是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例構(gòu)成的光源組件組的示例性構(gòu)造的示意圖，顯示將光源組件組定位為基本上接近非徑向?qū)ΨQ孔；以及圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施例構(gòu)成的照明系統(tǒng)的示意性橫截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1示意性顯示本發(fā)明的照明系統(tǒng)的示例性實施例，該實施例可以用于投影用途。圖1所示照明系統(tǒng)10包括由光源組件72、72’、72”表示的光源組件組12，以及光學(xué)元件系統(tǒng)15。一個或多個光源組件可以包括LED光源。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，隨著具有更高效率和輸出的LED的發(fā)展和完善，這些LED將可以有利地用于本發(fā)明的示例性實施例中，這是因為具有高的最大輸出的LED通常是優(yōu)選的?？蛇x擇的是，可以使用有機發(fā)光二極管(OLED)、垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)或者其它適當(dāng)?shù)陌l(fā)光器件。
光源組件組12可以以諸如線性陣列、笛卡爾陣列或六邊形陣列等陣列形式構(gòu)造。并且可以將光源組件(例如72、72’、72”)共同地或單獨地安裝在一個或多個基片上，使得光源組件產(chǎn)生的熱量可以容易地通過(多個)基片的材料或者通過其它手段消散。適用于安裝光源組件的基片的實例包括印刷電路板(諸如金屬芯印刷電路板等)、柔性電路(諸如具有銅跡線的聚酰亞胺膜等)、陶瓷基片等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，光源組件組12和單獨的光源組件(例如72、72’、72”)的很多構(gòu)造都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，光源組件的數(shù)量和類型可以根據(jù)用途、希望的系統(tǒng)構(gòu)造、系統(tǒng)尺寸以及系統(tǒng)的輸出亮度而改變。
在圖1所示的示例性實施例中，光學(xué)元件系統(tǒng)15包括透鏡組14(例如，小透鏡74、74’、74”)、聚光器18、場鏡16和其它光學(xué)元件19，如TIR棱鏡。與光源組件的數(shù)量相似，透鏡組14中小透鏡的數(shù)量可以根據(jù)用途、希望的系統(tǒng)構(gòu)造和希望的系統(tǒng)尺寸而改變。在本發(fā)明的適當(dāng)實施例中，每個光源組件具有與其相關(guān)聯(lián)的一個或多個光學(xué)元件，以便促進光的收集，并且獲得希望的成像特性。光源組件和與其關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件在本文中總稱為“通道”。
例如，在圖1所示的示例性實施例中，小透鏡74與光源組件72相關(guān)聯(lián)，小透鏡74’與光源組件72’相關(guān)聯(lián)，小透鏡74”與光源組件72”相關(guān)聯(lián)。透鏡組14的小透鏡優(yōu)選為平凸透鏡，并且凸面可以制成非球面，以便減少像差并且避免產(chǎn)生光損失。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，小透鏡的總體形狀和尺寸可以根據(jù)具體用途、系統(tǒng)構(gòu)造、系統(tǒng)尺寸和成本考慮而改變。透鏡的材料優(yōu)選為丙烯酸酯樹脂，但是也可以使用聚碳酸酯、聚苯乙烯、玻璃或者任何其它適當(dāng)?shù)牟牧?。一般而言，?yōu)選使用折射率較高的材料，但是最終將根據(jù)對于具體用途而言重要的因素來進行選擇，諸如成本、成型性、折射率與光學(xué)膠或環(huán)氧樹脂等相匹配的容易性等。在本發(fā)明的適當(dāng)實施例中，可以從光學(xué)元件系統(tǒng)15中完全去除透鏡組14，使得光源組件將共用相同的光學(xué)器件。
在一些示例性實施例中，光學(xué)元件系統(tǒng)可以包括聚光器18，該聚光器可以是或者可以包括平凸透鏡?？蛇x擇的是，根據(jù)希望的輸出光特性，該聚光器可以是或者可以包括彎月透鏡以便減少像差，或者其可以是或可以包括任何其它類型的一個或多個透鏡。除聚光器18之外或者取代該聚光器18，光學(xué)元件系統(tǒng)15可以包括對于具體用途可用的其它部件，例如可以包括用于分離或者組合不同顏色光束的分色鏡或者其它分離器或組合器。
進一步參照圖1，照明目標(biāo)17的本質(zhì)將根據(jù)具體用途而改變。例如，照明目標(biāo)17可以為光隧道的入口。例如，在美國專利No.5625738和No.6332688中描述了適用于本發(fā)明的適當(dāng)示例實施例中的光隧道，所述專利的內(nèi)容以引用的方式并入本文。光隧道用于使發(fā)光組件(例如72、72’、72”)的輸出均勻，并且可以是，例如實心或者中空的基本上為矩形的反射鏡通道，或者由實心玻璃棒構(gòu)成的細長通道，該細長通道依賴全內(nèi)反射來使光傳播通過。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，光隧道輸入端和輸出端的大量形狀組合都是可能的。在其它示例性實施例中，照明目標(biāo)17可以為成像器件，例如DMD或LCOS。
圖2A至圖2C示意性顯示適合用于本發(fā)明的適當(dāng)實施例中的光源組件的示例性構(gòu)造。具體地說，圖2A至圖2C顯示光源組件172，其中圖2A是側(cè)視圖，圖2B是前視圖，圖2C是頂視圖。光源組件172包括具有發(fā)光表面724的發(fā)射器722和在發(fā)光表面724上方安裝在發(fā)射器上的短角錐體集光器727。短角錐體集光器727優(yōu)選是基本上光學(xué)透明的物體，例如由丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯或者其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，該集光器的?cè)面起到簡單反射器的作用，用于反射以較大的角度從一個或多個發(fā)光表面發(fā)出的光，以便引起光在該角錐體集光器內(nèi)進行全內(nèi)反射。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，對于由具有更高折射率的材料構(gòu)成的角錐體集光器，可以提高集光效率。
發(fā)光表面724可以是或可以包括LED的一個或多個發(fā)光表面、熒光體層，或者任意其它的發(fā)光材料。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，術(shù)語“發(fā)光表面”可以用于表示光源組件的任意發(fā)光表面，諸如封裝到基本上光學(xué)透明的材料中的發(fā)光半導(dǎo)體層或芯片的任意表面部分等。如果發(fā)光表面724是LED的發(fā)光表面(其可以包括幾個發(fā)光條)，則優(yōu)選將該角錐體集光器727放置在所述一個或多個發(fā)光表面上方，并且利用基本上光學(xué)透明的適當(dāng)粘合材料將其附著到LED上，或者直接模制到LED上，使得該集光器接觸并且覆蓋LED的整個發(fā)光表面或者多個發(fā)光表面。使LED的發(fā)光表面與角錐體集光器之間的空氣間隙最小或者去除該空氣間隙通常會提高集光效率。應(yīng)當(dāng)根據(jù)角錐體集光器的材料的折射率來選擇粘合材料的折射率。如果粘合材料的折射率大于角錐體集光器材料的折射率，則由于在它們界面處的反射會損失很大一部分發(fā)射光。因此，優(yōu)選的是，使該粘合材料的折射率基本上匹配或者略微小于該角錐體集光器的折射率，以便促進更有效的光收集。
如圖2A至圖2C所示，該示例性實施例的角錐體集光器727具有面對發(fā)光表面724的基本上為方形的近端725，和背離發(fā)光表面724的基本上為矩形的遠端729。對于具有邊長約為1mm的基本上為方形外形的發(fā)光表面(如InGaN LED的有效表面)的發(fā)射器，角錐體集光器727的適當(dāng)尺寸的一個實例包括邊長約為1mm的基本上為方形的近端725、約為4.3mm×2.4mm的基本上為矩形的遠端729，以及約為5至15mm的角錐體集光器高度(近端和遠端之間的距離)。遠端的形狀(包括高寬比)優(yōu)選匹配圖1所示照明目標(biāo)17的形狀。
至少一部分入射在角錐體集光器727側(cè)面上的光可以被全內(nèi)反射，或者可以被設(shè)置在角錐體集光器727側(cè)面上的反射器723內(nèi)反射。優(yōu)選的是，反射器723包圍角錐體集光器727的至少一部分。反射器723可以延伸到或者不延伸到角錐體集光器727的整個長度。例如，反射器723可以設(shè)置在發(fā)光表面724附近的側(cè)面上，如圖2A至圖2C所示，其中光以大于元件制造材料的臨界角的角度入射的可能性更大。在該示例性實施例中，在更接近角錐體集光器727的遠端729處，角錐體集光器727的側(cè)面可以依賴全內(nèi)反射，這是因為光以大于臨界角的角度入射的可能性降低的緣故。反射器723可以利用反射涂層，或者可以安裝在發(fā)射器722的適當(dāng)部件上。在一些示例性實施例中，反射器723可以為鍍銀鏡或鍍鋁鏡。反射器723可以由成型件形成，或者可以制成為形成期望形狀的薄金屬表面。
可選的是，光源組件172可以包括附加在角錐體集光器727上的矩形直管部分730。管部分730可以由丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯或者其它適當(dāng)?shù)乃苄圆牧夏Ｖ?。管部?30的橫截面尺寸優(yōu)選基本上匹配角錐體集光器727的遠端729的尺寸，而管部分730的適當(dāng)長度約為1至2mm，或者在一些示例性實施例中甚至達到光源組件172的全長的大約一半。一般來說，根據(jù)輸出照明的期望均勻度、角錐體集光器的尺寸和其它因素(如光源組件的期望全長)來選擇管部分的長度。例如，在一個包括管部分730的示例性實施例中，角錐體集光器727的基本上為方形的近端725尺寸約為1.0mm×1.0mm，以便匹配具有相似尺寸的發(fā)光表面，遠端729為基本上具有約4.3mm×2.5mm尺寸的矩形，角錐體集光器727的近端和遠端之間的距離約為5mm，矩形管部分730的長度約為2mm。
圖3A至圖3C示意性顯示適合用于本發(fā)明的適當(dāng)實施例中的另一種示例性的光源組件構(gòu)造。光源組件272包括具有發(fā)光表面724的發(fā)射器722和在發(fā)光表面724上方安裝在發(fā)射器722上的角錐體集光器727。如果發(fā)光表面724是LED(可以包括幾個發(fā)光條)的發(fā)光表面，則優(yōu)選將該角錐體集光器727放置在所述一個或多個發(fā)光表面上方，并且利用基本上光學(xué)透明的適當(dāng)粘合材料將其附著到發(fā)射器722上，或者直接模制到發(fā)射器722上，使得該集光器覆蓋發(fā)射器722的整個發(fā)光表面724或者多個發(fā)光表面。
與圖2A至圖2C所示光源組件172類似，該示例性光源組件的角錐體集光器727具有面對發(fā)光表面724的基本上為方形的近端725，和背離發(fā)光表面724的基本上為矩形的遠端729?？蛇x的是，光源組件272也可以包括附加在角錐體集光器727上的矩形直管部分730。光源組件272的尺寸通常與參考圖2A至圖2C所述光源組件的示例性尺寸大致相同。在一些示例性實施例中，角錐體集光器727可以包括諸如參考圖2A至圖2C所述的反射器723。
另外，圖3A至圖3C所示的示例性光源組件包括圓頂部分750，例如，該圓頂部分的凸面是曲率半徑約為4至5mm的基本上為球面的表面。圓頂部分750有助于將前面結(jié)構(gòu)的輸出壓縮到更小的角度范圍內(nèi)。取決于光源組件在角錐體集光器727之后是否包括矩形管部分730，圓頂部分750可以安裝在角錐體集光器727的遠端729上或者安裝在矩形管部分730上。該圓頂部分可以被截為基本上接近其所安裝的元件的尺寸，或者可以保留超出聚光路線的過量材料以形成安裝邊緣752。可以將光源組件的無源元件諸如具有圓頂?shù)慕清F體集光器、具有直管和圓頂?shù)慕清F體集光器、或者具有直管的角錐體集光器等模制成一個單元，或者可以將上述元件單獨制造并且隨后組裝在一起。
圖4描繪光線軌跡，其示意性顯示在與參考圖3A至圖3C所示和所述相似的光源組件中的光收集。這里，從具有基本上為方形的發(fā)光表面的InGaN LED收集光。通常，在本發(fā)明的適當(dāng)實施例中，從LED的近似朗伯發(fā)光表面集光的集光效率將相對較高，這是因為很大一部分光通過全內(nèi)反射進行反射并且保持在角錐體集光器內(nèi)。然而，少部分光將逃脫收集，其中包括幾乎與光軸垂直的光線和朝向發(fā)射器反射回去的一些光線。結(jié)果，發(fā)射器輸出的高達約70％，在一些實施例中約82％或者更多光被收集在角錐體集光器727以及諸如管部分730和圓頂部分750等的相關(guān)元件中，其結(jié)果是具有基本上均勻的近似矩形的橫截面的照明，同時具有相對較窄的角度范圍和相對較高的集光效率。
圖5顯示用于確定射出光源組件72的照明形狀的計算機模擬測試構(gòu)造。該測試構(gòu)造包括成像光學(xué)器件16，該成像光學(xué)器件用于將射出光源組件72的照明聚焦在設(shè)置于照明目標(biāo)平面處的陣列探測器84上。圖6顯示由探測器84產(chǎn)生的模擬輸出圖像，其顯示當(dāng)使用圖5所示系統(tǒng)進行測試時光源組件272的輸出輻照度?？梢越M合光源組件并且疊加其輸出以便增大輸出照度，同時等量地增大角度范圍。
盡管參考圖2A至圖2C和圖3A至圖3C所述的示例性構(gòu)造對于大多數(shù)應(yīng)用表現(xiàn)良好，并且出于各種考慮(如一些示例性實施例成本較低)可能為優(yōu)選，但是，從圖6中可以看出，盡管光源組件272的模擬輸出圖像看起來基本上為矩形，但是成像光學(xué)器件16以一定的桶形畸變傳遞圖像。這種畸變可以導(dǎo)致照明區(qū)域不能充滿矩形照明目標(biāo)的角落。
為了解決桶形畸變，可以將具有基本上平坦的壁的角錐體集光器，如角錐體集光器172或272(參見圖2A至圖3C)，改變形狀以變成如圖7中所示形狀的枕形。圖7示意性顯示具有基本上為方形的近端735和枕形遠端739的角錐體集光器737。角錐體集光器737的側(cè)面737a、737b、737c和737d形成為柱形、橢圓形或基本上為錐形的表面。角錐體集光器737可以由丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯或者其它適當(dāng)?shù)牟牧夏Ｖ瞥蓤D7所示的形狀。可選擇的是，可以在初始形成有直壁的角錐體集光器中制作適當(dāng)形狀的切除部分。
例如，角錐體集光器737的遠端739具有約為16∶9的高寬比。角錐體集光器的其它示例性尺寸包括方形近端為約1.0mm×1.0mm、遠端為約4.3mm×2.4mm并且近端與遠端之間的距離約為4mm?；旧蠟橹蔚谋砻娴氖纠詤?shù)包括約為3mm的長邊半徑以及約為1.1mm的短邊半徑。也可以使用半徑大致相同的基本上為錐形的表面。角錐體集光器737在發(fā)射器的(多個)發(fā)光表面上方安裝在發(fā)射器上。例如，角錐體集光器可以模制在LED的發(fā)光表面上，或者通過基本上光學(xué)透明的膠、環(huán)氧樹脂或具有適當(dāng)選擇的折射率的其它適當(dāng)材料粘合在LED的發(fā)光表面上。
如圖8示意性顯示，示例性的光源組件372(包括用于收集來自發(fā)射器722的光的枕形角錐體集光器737)還包括圓頂部分760，例如，該圓頂部分的凸面為半徑約為5mm的基本上為球面的表面。圓頂部分有助于將前面結(jié)構(gòu)的輸出壓縮到更小的角度范圍內(nèi)。圓頂部分760可以安裝在角錐體集光器737的遠端739上，或者與其一體成型，并且該圓頂部分可以被截為基本上接近其所安裝的元件的尺寸?？蛇x擇的是，可以保留超出聚光路線的過量材料以形成安裝邊緣762。優(yōu)選的是，將光源組件的無源元件諸如具有圓頂?shù)慕清F體集光器等模制成一個單元，從而不需要光學(xué)耦合。
圖8還描繪光線軌跡，其示意性顯示在與參考圖3A至圖3C和圖7所示和所述相似的光源組件中的光收集。這里，從具有基本上為方形的發(fā)光表面的InGaN LED收集光。如上所述，在本發(fā)明的適當(dāng)實施例中，從LED的近似朗伯發(fā)光表面集光的集光效率將相對較高，這是因為由發(fā)射器發(fā)射的光很大一部分通過全內(nèi)反射進行反射并且保持在角錐體集光器內(nèi)。然而，少部分光將逃脫收集，其中包括幾乎與光軸垂直的光線和朝向發(fā)射器反射回去的一些光線。結(jié)果，發(fā)射器輸出的高達約78％被收集在角錐體集光器737以及圓頂760中，并且被傳遞到規(guī)定區(qū)域。
所產(chǎn)生的照明是基本上均勻的近似矩形的橫截面，同時具有相對較窄的角度范圍和相對較高的集光效率。圖9顯示當(dāng)使用圖5所示模擬測試構(gòu)造測試光源組件372時，由探測器84產(chǎn)生的模擬輸出圖像?？梢越M合光源組件并且疊加其輸出以便增大輸出照度，同時等量地增大角度范圍。例如，可以組合五至十個光源組件，如光源組件737，以便過度填充典型的微顯示器投影系統(tǒng)的允許展度。
圖10A至圖10C示意性顯示適合用于本發(fā)明的適當(dāng)實施例中的光源組件的另一種示例性構(gòu)造。具體地說，圖10A至圖10C顯示光源組件182，其中圖10A是側(cè)視圖，圖10B是前視圖，圖10C是頂視圖。光源組件182包括具有發(fā)光表面824的發(fā)射器822和在發(fā)光表面824上方安裝在發(fā)射器822上的角錐體集光器827。角錐體集光器827優(yōu)選是基本上光學(xué)透明的物體，例如由丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯、玻璃或者其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，該集光器的?cè)面起到簡單反射器的作用，用于反射以較大的角度從一個或多個發(fā)光表面發(fā)出的光，以便引起光在該角錐體集光器內(nèi)進行全內(nèi)反射。
與本發(fā)明的其它示例性實施例一樣，發(fā)光表面824可以是或可以包括LED的一個或多個發(fā)光表面、熒光體層，或者任意其它的發(fā)光材料。如果發(fā)光表面824是LED(其可以包括幾個發(fā)光條)的發(fā)光表面，則優(yōu)選將該角錐體集光器827放置在所述一個或多個發(fā)光表面上方，并且利用適當(dāng)?shù)恼澈喜牧蠈⑵涓街桨l(fā)射器822上，或者直接模制到發(fā)射器822上，使得該集光器覆蓋發(fā)射器822的整個發(fā)光表面824或者多個發(fā)光表面。如上所述，應(yīng)當(dāng)根據(jù)角錐體集光器的材料的折射率來選擇粘合材料的折射率。
如10A至圖10C所示，該示例性實施例的角錐體集光器827具有面對發(fā)光表面824的基本上為方形的近端825，和背離發(fā)光表面824的基本上為矩形的遠端829。對于具有邊長約為1mm的基本上為方形外形的發(fā)光表面(如InGaN LED的有效表面)的發(fā)射器，角錐體集光器827的優(yōu)選尺寸包括邊長約為1mm的基本上為方形的近端825、約為3.4mm×2mm的基本上為矩形的遠端829，以及約為12mm的角錐體集光器高度(近端和遠端之間的距離)。遠端的形狀(包括高寬比)優(yōu)選匹配圖1所示照明目標(biāo)17的形狀或高寬比。
可選的是，光源組件182可以包括附加在角錐體集光器827上的盤形凸緣830。凸緣830可以由丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯或者其它光學(xué)塑性材料模制而成。在包括凸緣830的一些示例性實施例中，凸緣的外徑約為12mm并且其厚度約為1.5mm。另外，示例性的光源組件182包括圓頂部分850，例如，該圓頂部分的凸面是半徑約為5mm并且外徑約為10mm的球面。取決于光源組件是否包括凸緣830，圓頂部分850可以安裝在角錐體集光器827的遠端829上或者安裝在凸緣830上。該圓頂部分可以被截為基本上接近其所安裝的元件的尺寸，或者可以保留超出聚光路線的過量材料以形成安裝邊緣852。優(yōu)選的是，將光源組件的無源元件諸如具有圓頂?shù)慕清F體集光器或具有凸緣和圓頂?shù)慕清F體集光器等模制成一個單元，以便不需要光學(xué)耦合。
圖11描繪光線軌跡，其示意性顯示在與參考圖10A至圖10C所示和所述相似的光源組件中的光收集。這里，從具有基本上為方形的發(fā)光表面的InGaN LED收集光。如上所述，在本發(fā)明的適當(dāng)實施例中，從LED的近似朗伯發(fā)光表面集光的集光效率將相對較高，這是因為很大一部分光通過全內(nèi)反射進行反射并且保持在角錐體集光器內(nèi)。然而，少部分光將逃脫收集，其中包括幾乎與光軸垂直的光線和朝向發(fā)射器反射回去的一些光線。結(jié)果，發(fā)射器輸出的高達約80％被收集在角錐體集光器827中。
所產(chǎn)生的照明具有基本上均勻的近似矩形的橫截面，同時具有相對較窄的角度范圍和相對較高的集光效率。圖12顯示當(dāng)使用圖11所示模擬測試構(gòu)造、使用聚焦透鏡26測試光源組件182時，由探測器94(參見圖11)產(chǎn)生的模擬輸出圖像。聚焦透鏡26將從光源組件182發(fā)出的光傳遞到設(shè)置在照明目標(biāo)平面處的探測器94上。
在本發(fā)明的一些示例性實施例中，近端(例如725、735或825)的外部尺寸和形狀優(yōu)選基本上匹配發(fā)射器的尺寸和形狀，并且基本上圍繞發(fā)射器的一個或多個發(fā)光表面安裝。然而，在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的角錐體集光器的近端的尺寸可以大于發(fā)光表面并且具有不同于發(fā)光表面的形狀。例如，近端可以具有基本上為圓形的形狀，其基本上圍繞基本上為矩形的發(fā)光表面安裝。遠端(例如，729、739或829)優(yōu)選為更大的矩形，例如高寬比約為16∶9(特別適用于HDTV用途)、4∶3或其它高寬比值?？蛇x擇的是，遠端可以具有基本上為方形的形狀。在其它示例性實施例中，遠端可以具有基本上為橢圓的形狀。
對于本發(fā)明涉及的大部分應(yīng)用場合，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的角錐體集光器的近端與遠端之間的距離將是遠端的長對角線長度的約3至5倍，角錐體集光器的側(cè)面從遠端到近端漸縮不超過約10度，最通常的情況下約為2至6度。更大的角度也位于本發(fā)明的范圍內(nèi)，但是這種更大的角度通常將需要更小心地實現(xiàn)角錐體集光器內(nèi)期望的光混合程度與集光器全長之間的平衡。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解，取決于發(fā)光表面的尺寸、形狀和均勻性，集光光學(xué)器件的尺寸和形狀以及其它相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，角錐體集光器的多種其它合適的尺寸和構(gòu)造都位于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在一些實施例中，可以根據(jù)期望的集光器全長、集光器內(nèi)的光混合程度、集光效率以及其它相關(guān)因素選擇錐角。
如果發(fā)光表面為看上去不夠均勻的LED發(fā)光表面，和/或如果需要改變方形發(fā)光表面的形狀例如以匹配矩形照明目標(biāo)，那么使用諸如角錐體集光器727、737或827等的角錐體集光器將特別有利。另外，本發(fā)明的角錐體集光器可以收集發(fā)射器輸出的相對較大部分并且使其改變方向，從而使其相對于光軸以更小的角度范圍射出角錐體集光器，并因此更易于由下游光學(xué)元件進行收集。此外，包括角錐體集光器的示例性光源組件的遠場輸出可以形成圖案，該圖案可以相互密集布置(如果希望，具有一定的重疊)以形成組合照明區(qū)域，該組合照明區(qū)域尤其適用于投影和背光照明用途。因此，使用本發(fā)明示例性實施例的優(yōu)點包括在減小輸出角度范圍，不降低聚光率，并且保持相對較高的集光效率的同時，改進輸出照明的均勻性并且能夠?qū)l(fā)光表面從任何形狀或者形狀組合改變?yōu)槠谕男螤睢?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，圖13中顯示光源組件組的示例性構(gòu)造，其顯示照明系統(tǒng)的理論圓形入瞳2和非徑向?qū)ΨQ孔4，表示通過適當(dāng)定位光源組件組12’而形成入瞳。在利用以一定角度照明的一個或多個DMD并且在光源與成像器件之間未插入光隧道(以下描述)的投影系統(tǒng)中，這種構(gòu)造及類似構(gòu)造是特別有利的。一般而言，在這些系統(tǒng)中，在照明角度與通過反射從反射鏡框、從處于OFF狀態(tài)的DMD反射鏡下面以及從處于平面或轉(zhuǎn)變狀態(tài)的反射鏡散射到投影光瞳中的光量之間存在很大的相關(guān)性。增大照明角度會增大對比度，但是如果沒有相應(yīng)增大投影光學(xué)器件的數(shù)值孔徑，也會造成照明光瞳相對于投影光瞳的偏離，從而引起漸暈。然而，如果增大投影光學(xué)器件的孔徑來避免漸暈，則能夠收集來自DMD周圍的更多平面狀態(tài)或者轉(zhuǎn)變狀態(tài)(既不是0N也不是OFF)的反射和雜散光，并且將其傳遞到屏幕上，從而潛在地破壞增大對比度的初始目的。
在利用弧光燈的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中，通過在照明光瞳中放置截頂孔徑光闌，以遮擋與0N狀態(tài)反射重疊的至少一部分平面狀態(tài)反射，來解決這個問題。然而，最近已經(jīng)披露了可以利用非對稱孔徑光闌提高DMD投影系統(tǒng)的對比度。美國專利No.5442414描述了提高對比度的非對稱孔，其具有長尺寸和短尺寸，其中長尺寸與反射鏡的樞軸線對準(zhǔn)，該專利的內(nèi)容以引用的方式并入本文。
因此，在本發(fā)明的適當(dāng)?shù)氖纠詫嵤├?，可以選擇光源組件組12’的構(gòu)造，使得各個光源組件基本上設(shè)置在具有最高對比度的光瞳區(qū)域之內(nèi)，該光瞳區(qū)域顯示為非徑向?qū)ΨQ孔4，從而保存照明能量并且減少所使用的光源組件數(shù)量?？梢韵鄳?yīng)選擇與光源組件相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件組13的構(gòu)造，并且優(yōu)選的是該構(gòu)造將跟隨光源組件組12’的構(gòu)造，使得光學(xué)元件組13也具有基本上接近非徑向?qū)ΨQ孔的一般形狀，如圖13所示。光源組件組和光學(xué)元件組(例如圖1所示的透鏡組14)的其它構(gòu)造也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，諸如基本上為矩形或方形的陣列等，這取決于具體的用途和其它考慮，諸如系統(tǒng)的形狀和尺寸以及成本等。
進一步參照圖1、圖2A至圖2C、圖3A至圖3C和圖10A至圖10C，在本發(fā)明的一些示例性實施例中，光學(xué)元件系統(tǒng)15將角錐體集光器的一個或多個遠端(例如遠端729、739或829)成像到照明目標(biāo)17上。這種成像方法改進了從光源組件到照明目標(biāo)的能量傳遞。使角錐體集光器的遠端成像允許發(fā)光表面保持其初始形狀，如典型的市場上可以買到的LED的方形或者條形集合。角錐體集光器會有效地產(chǎn)生矩形光圖案，該圖案繼而可以成像到矩形照明目標(biāo)上，而無需利用附加光學(xué)器件進行均勻化和改形。此外，這種構(gòu)造有助于保存聚光率，這是因為與從該角錐體集光器的近端到遠端的面積增加成比例地減小了照明角度。
如果將發(fā)光表面成像到光隧道的入口，將不需要精確成像。另一方面，在不使用光隧道的實施例中，可能期望更精確的成像。另外，如果用于使用例如一個或多個DMD的投影系統(tǒng)中，則這些實施例將獲益于將光源組件布置為基本上近似圖13中所示對比度增強非對稱孔的形狀。
進一步參照圖1，光學(xué)元件系統(tǒng)15可以設(shè)計并構(gòu)造為適當(dāng)?shù)胤糯蠼清F體集光器的遠端的圖像。典型的投影顯示器的性能通常獲益于或者在一些情況下甚至需要照明區(qū)域一定量地過度填充照明目標(biāo)，在這些示例性實施例中，該照明區(qū)域是由角錐體集光器的一個或多個遠端的疊加圖像形成的。例如，對于大約20.0mm×12.0mm的成像器件而言，該照明區(qū)域在每條軸線上可以大出約10％，或者約為22.0mm×13.4mm。在一些示例性實施例中，例如希望使過度填充的量在所有邊上基本上相同，從而適應(yīng)機械偏差。在這些情況下，可以使角錐體集光器的一個或多個遠端的高寬比與照明目標(biāo)的高寬比略微不同，以便產(chǎn)生具有希望的形狀的圖像。而且，如果希望，可以將具有不同顏色諸如紅色、綠色和藍色或其它原色等的發(fā)射器的照明與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的二向色組合器組合或者疊置。
圖14中顯示本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一組示例性實施例。在該示例性實施例中，光學(xué)元件系統(tǒng)的構(gòu)造使得可以不使用圖1所示實施例中使用的聚光器18。實際上，圖14所示實施例使用一個或多個單獨聚焦并且瞄準(zhǔn)的通道，所述通道包括一個或多個與每個光源組件關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件，諸如一個或多個透鏡等，光學(xué)元件將一個或多個光源組件的至少一部分發(fā)射引導(dǎo)并聚焦在照明目標(biāo)上，優(yōu)選的是，使得在照明目標(biāo)上進行疊加以便形成照明區(qū)域。例如，圖14是照明系統(tǒng)20的示意圖，照明系統(tǒng)20包括光源組件組22諸如光源組件72、72’、72”等，以及光學(xué)元件系統(tǒng)25。光源組件組22構(gòu)造為每個光源組件的至少一部分發(fā)射基本上朝向照明目標(biāo)27。例如，這可以通過與位于照明目標(biāo)中心處的球面相切并且沿著該球面布置光源組件組22諸如光源組件72、72’、72”等來實現(xiàn)。
進一步參考圖14，在本發(fā)明的一些示例性實施例中，光學(xué)元件系統(tǒng)25(例如，小透鏡75、75’、75”等)可以構(gòu)造為將角錐體集光器的一個或多個遠端成像到照明目標(biāo)27上。如上所述，照明目標(biāo)27的本質(zhì)根據(jù)具體用途而改變。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解，光源組件的數(shù)量和類型以及與每個光源組件關(guān)聯(lián)并因此形成各個瞄準(zhǔn)通道的光學(xué)元件的數(shù)量和類型可以根據(jù)用途、期望的系統(tǒng)構(gòu)造以及系統(tǒng)尺寸而改變。
如果本發(fā)明的示例性實施例通過將各個通道瞄準(zhǔn)目標(biāo)而將來自一個或多個光源組件的光聚焦在相同照明目標(biāo)上，那么就可以使用更少的部件、具有更低的成本、更有效，并且在一些實施例中可以產(chǎn)生比使用共用聚光器的典型實施例更亮的輸出。然而，使用聚光器的示例性實施例允許具有更大的靈活性，這是因為聚光器可以用于調(diào)節(jié)輸出光束的角度、后焦距和放大率。此外，在圖14所示的示例性實施例中，光源組件不共面，對于印刷電路板安裝來說這是一個缺點。另一方面，如果將光源組件安裝在同一基片上，諸如同一印刷電路板等上，就可以將圍繞系統(tǒng)外圍設(shè)置的相關(guān)光學(xué)元件進行瞄準(zhǔn)或傾斜，例如如同時提交的名稱為“照明系統(tǒng)(Illumination System)”、代理人卷號No.59373US002的美國申請中所述，上述申請的內(nèi)容以引用的方式并入本文。與例如其中光源組件指向球心并且與球相切安裝的系統(tǒng)相比，傾斜光學(xué)元件會導(dǎo)致亮度降低。
本文所述的每個示例性實施例對于具體用途可能特別有利。可以根據(jù)光學(xué)性能(如亮度)、制造容易性和低成本(成型塑性部件)、現(xiàn)有和期望的發(fā)光表面均勻度、輸出角度的減小量以及組件疊置的可操作性等，針對具體用途選擇具體實施例。與使用共用聚光器的示例性實施例相比，通常還可以通過增加光源組件的數(shù)量以及通過使用“瞄準(zhǔn)”構(gòu)造略微提高照明系統(tǒng)性能。
本發(fā)明的方法簡化了用于各種具體用途的照明系統(tǒng)的設(shè)計，并且允許光源組件、成像器件和照明目標(biāo)的許多種不同構(gòu)造。本發(fā)明的示例性實施例能夠在保持聚光率的同時比傳統(tǒng)系統(tǒng)更有效地收集來自朗伯(lambertian)型發(fā)射器諸如LED等的光。因此，更多的光可以傳播到照明目標(biāo)，從而產(chǎn)生更高的整體效率。此外，本發(fā)明允許制造使用更少部件、緊湊、通用并且制造更容易、成本更低的照明系統(tǒng)。
盡管已經(jīng)參照具體的示例性實施例描述了本發(fā)明的照明系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以對其進行改變和修改。例如，光源組件的形狀和尺寸可以改變。具體地說，根據(jù)具體用途或者安裝方便的需要，示例性的光源組件可以具有本文中所包括的附加部分。
另一方面，用于本發(fā)明各個實施例中的光學(xué)元件系統(tǒng)的尺寸和構(gòu)造能夠根據(jù)具體用途以及照明目標(biāo)的本質(zhì)和尺寸而改變。此外，本發(fā)明的示例性實施例可以結(jié)合同時提交的名稱為“照明系統(tǒng)(Illumination System)”、代理人卷號No.59373US002的美國申請以及名稱為“集光照明系統(tǒng)(“Light-Collecing Illuminationsystem)”、代理人卷號No.59516US002的美國申請中所述的光學(xué)元件、部件和系統(tǒng)，上述申請的內(nèi)容以引用的方式并入本文。此外，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，本發(fā)明還在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的照明系統(tǒng)的示例性實施例中包含其它光學(xué)元件。
此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解，本發(fā)明的實施例可以與多種光源，包括白色LED和彩色LED(例如，紅色、藍色、綠色或者其它顏色)一起使用。RGB LED通常允許實現(xiàn)最佳的彩色性能，但是白色LED對于許多用途而言都是可以接受的。
權(quán)利要求
1.一種光源組件，包括具有發(fā)光表面的發(fā)射器和在發(fā)光表面上方安裝在所述發(fā)射器上的角錐體集光器，所述角錐體集光器具有面對所述發(fā)光表面的近端和背離所述發(fā)光表面的遠端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器的近端與所述發(fā)光表面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器的近端具有與所述發(fā)光表面的尺寸和形狀近似相同的尺寸和形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述近端具有基本上為方形的形狀，所述遠端具有基本上為方形的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述近端具有基本上為方形的形狀，所述遠端具有基本上為矩形的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器的近端圍繞所述發(fā)光表面安裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，還包括設(shè)置在所述角錐體集光器的遠端附近的矩形直管部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，還包括圓頂部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源組件，還包括設(shè)置在所述圓頂部分與所述角錐體集光器之間的直管部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光源組件，還包括基本上為盤形的凸緣，所述凸緣設(shè)置在所述圓頂部分與所述角錐體集光器之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器的遠端具有基本上為枕形的構(gòu)造。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器收集所述發(fā)射器所發(fā)射的光的至少約70％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器的近端與遠端之間的距離是所述角錐體集光器的遠端的最長對角線長度的大約3至5倍。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器具有從所述遠端到所述近端漸縮大約2至6度的側(cè)面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，其中，所述角錐體集光器具有從所述遠端到所述近端漸縮不超過約10度的側(cè)面。
16.一種照明系統(tǒng)，包括多個光源組件，每個光源組件包括具有發(fā)光表面的發(fā)射器和在發(fā)光表面上方安裝在所述發(fā)射器上的角錐體集光器，每個角錐體集光器具有面對所述發(fā)光表面的近端和背離所述發(fā)光表面的遠端；照明目標(biāo)；以及光學(xué)元件系統(tǒng)，其設(shè)置在所述至少一個光源組件與所述照明目標(biāo)之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，所述多個光源組件以陣列形式設(shè)置在非徑向?qū)ΨQ孔內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明目標(biāo)是成像器件，所述成像器件設(shè)置為以一定角度被照明并且具有多個可以圍繞樞軸線旋轉(zhuǎn)的反射鏡，所述非徑向?qū)ΨQ孔具有長尺寸和短尺寸，并且定向為所述長尺寸與所述成像器件的反射鏡的樞軸線對準(zhǔn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，所述光源組件和所述光學(xué)元件系統(tǒng)構(gòu)造為形成基本上瞄準(zhǔn)所述照明目標(biāo)的多個通道。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的照明系統(tǒng)，其中，所述光源組件設(shè)置為與球面相切并且沿著所述球面。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端與安裝所述角錐體集光器的發(fā)射器的發(fā)光表面接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端具有與安裝所述角錐體集光器的發(fā)射器的發(fā)光表面的尺寸和形狀近似相同的尺寸和形狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端具有基本上為方形的形狀并且遠端具有基本上為方形的形狀。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端具有基本上為方形的形狀并且遠端具有基本上為矩形的形狀。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端圍繞安裝所述角錐體集光器的光源組件的發(fā)光表面安裝。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個光源組件還包括設(shè)置在每個角錐體集光器的遠端附近的矩形直管部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個光源組件還包括圓頂部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的照明系統(tǒng)，其中，每個光源組件還包括設(shè)置在所述圓頂部分與所述角錐體集光器之間的直管部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的照明系統(tǒng)，其中，每個光源組件還包括基本上為盤形的凸緣，所述凸緣設(shè)置在所述圓頂部分與所述角錐體集光器之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的遠端具有基本上為枕形的構(gòu)造。
31.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器收集安裝所述角錐體集光器的發(fā)射器所發(fā)射的光的至少約70％。
32.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端與遠端之間的距離是所述角錐體集光器的遠端的最長對角線長度的大約3至5倍。
33.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器具有從所述角錐體集光器的遠端到近端漸縮大約2至6度的側(cè)面。
34.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器具有從所述角錐體集光器的遠端到近端漸縮不超過約10度的側(cè)面。
35.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端具有基本上為方形的形狀并且每個角錐體集光器的遠端具有基本上為方形的形狀。
36.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個角錐體集光器的近端具有基本上為方形的形狀并且每個角錐體集光器的遠端具有基本上為矩形的形狀。
37.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)元件系統(tǒng)構(gòu)造為將每個角錐體集光器的遠端成像在所述照明目標(biāo)上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的照明系統(tǒng)，其中，基本上疊置所述發(fā)光表面的圖像，以便形成照明區(qū)域，所述照明區(qū)域基本上填充所述照明目標(biāo)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的照明系統(tǒng)，其中，密集布置所述發(fā)光表面的圖像，以便形成照明區(qū)域，所述照明區(qū)域基本上填充所述照明目標(biāo)。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的照明系統(tǒng)，其中，重疊所述發(fā)光表面的圖像，以便形成照明區(qū)域，所述照明區(qū)域基本上填充所述照明目標(biāo)。
41.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，所述角錐體集光器的至少一個遠端的形狀基本上匹配所述照明目標(biāo)的形狀。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明目標(biāo)的形狀基本上為方形。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明目標(biāo)的形狀基本上為矩形。
44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源組件，還包括包圍所述角錐體集光器的至少一部分的反射器。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的光源組件，其中，所述反射器設(shè)置在所述發(fā)光表面附近。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的光源組件，其中，所述反射器包括反射涂層、金屬表面或成型件。
47.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其中，每個光源組件還包括包圍每個角錐體集光器的至少一部分的反射器。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的照明系統(tǒng)，其中，每個反射器設(shè)置在發(fā)光表面附近。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的照明系統(tǒng)，其中，每個反射器包括反射涂層、金屬表面或成型件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光源組件以及使用該光源組件的照明系統(tǒng)。光源組件包括具有發(fā)光表面的發(fā)射器和在發(fā)光表面上方安裝在所述發(fā)射器上的角錐體集光器。照明系統(tǒng)包括多個光源組件，每個光源組件包括具有發(fā)光表面的發(fā)射器和在發(fā)光表面上方安裝在所述發(fā)射器上的角錐體集光器。照明系統(tǒng)還包括照明目標(biāo)以及設(shè)置在所述至少一個光源組件與所述照明目標(biāo)之間的光學(xué)元件系統(tǒng)。
文檔編號G02B6/42GK1918498SQ200580004719
公開日2007年2月21日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月11日
發(fā)明者阿利·R·康納 申請人:3M創(chuàng)新有限公司