專利名稱：Led照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及基于發(fā)光二極管(LED)的光源，并且更特別地涉及用于光纖應(yīng)用的基于LED的光源。
背景技術(shù)：
光纖光源通常是眾所周知且在寬泛的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。在醫(yī)療領(lǐng)域，光纖照明裝置廣泛地用于內(nèi)窺鏡檢，并且包括各種光源、光纖和內(nèi)窺鏡。當前可廣泛低獲得基于燈泡的醫(yī)療光纖源。光源和光纖通常用于顯微鏡照明，一般可獲得基于燈的產(chǎn)品。光纖照明系統(tǒng)還用于工業(yè)內(nèi)孔窺視儀和機器視覺系統(tǒng)。盡管在先的裝置主要提供了用于照明的“白”光，提供波長范圍為420-490nm的“藍”光的其它光纖光源用于兒科高膽紅素血癥的光動力療法。具有光源和用于光傳輸?shù)墓饫w的系統(tǒng)也能夠提供用于生物和其它研究領(lǐng)域的熒光激勵的一種或多種限定波長的光。許多光纖光源共有多個共用的技術(shù)限制。例如，光纖僅能夠接受位于由光纖材料確定的角度之內(nèi)的入射光線。對于由包層玻璃纖維構(gòu)成的大部分光纖束而言，該可接受半角約為33°，與約0.55的數(shù)值孔徑(NA)相對應(yīng)。因此，為了得到最優(yōu)的效率，光纖光源通常具有某類型的聚焦光學(xué)器件。通常使用的由包層玻璃纖維構(gòu)成的光纖束具有在50% -70%的階上的透射因數(shù)。 也就是，僅射到光纖束的輸入面上的光的50% -70%將出射光纖作為可用光。這些損耗是由于在輸入面和輸出面處的菲涅耳(Fresnel)損耗、數(shù)值孔徑限制、光纖束通常由它們之間有間隙的數(shù)百個小纖維構(gòu)成的事實以及沿著光纖長度的衰減損耗引起的。因此，光纖光源必須提供在光纖輸出處所期望的光的近似兩倍的光。對于許多應(yīng)用，期望出射光纖束用于照明的光的顏色和強度是均勻的；然而，由燈泡或多個LED構(gòu)成的光源可能不提供均勻的光，尤其在遠場中。盡管由于束內(nèi)纖維的隨機化光纖束能夠提供某種程度的空間光混合，有時這并不足夠，并且光纖光源必須使用光學(xué)器件來從非均勻源產(chǎn)生均勻的光。許多當前在市場上銷售的光纖光源使用鹵素?zé)簟⒔饘俳饘冫u化物燈或氙氣燈泡。 盡管這些基于燈泡的系統(tǒng)可以為產(chǎn)生足夠強度的白光的成本效益好的器件，但是許多具有短(例如，低于一千小時)的壽命；可能包括需要進行特殊處理以便于制造和處理的有毒材料；需要高電壓來工作，從而增加電源成本、尺寸和安全風(fēng)險；允許通過改變工作電壓使顏色溫度僅在窄范圍內(nèi)變化，從而改變光強度；具有任選的纖維以提供不同的顏色溫度，而代價是減少了輸出；產(chǎn)生在寬的光譜范圍內(nèi)的光，因此要求光纖縮減波長，這樣減少了光輸出并且增加了成本；和/或發(fā)射紅外線(IR)和紫外線(UV)波長的輻射線，這可能需要由濾波器或其它器件來阻擋，需要額外的光學(xué)部件。響應(yīng)于前述問題，已經(jīng)制造或提出了多種裝置，所述裝置使用發(fā)光二極管(LED) 作為用于光纖照明的光源。一般地，基于LED光纖系統(tǒng)的有益效果包括較長(例如，數(shù)萬小時)的壽命；較少和/或無有毒材料；低(例如，每個LED低于4伏特)電壓；可變顏色溫度；特定波長規(guī)格；以及非常低的UV或頂發(fā)射。不利的是，LED系統(tǒng)具有它們自身獨特的技術(shù)挑戰(zhàn)性；特別是受限的光輸出。大部分的各種LED仍產(chǎn)生比大部分白熾燈少得多的光。例如，可從單個Imm白色LED合理地獲得的當前最大光輸出約為200流明，而300瓦特的氙氣燈能夠產(chǎn)生高于2，000流明。因此，LED光纖光源必須使用多個LED來產(chǎn)生期望的輸出光強度。另外，對于包括透鏡的光學(xué)系統(tǒng)而言，存在控制圖像大小和射線角度的基本光學(xué)定律(光學(xué)擴展量^tendue))。對于理想的透鏡，圖像大小和射線角度的乘積是恒定不變的(有時稱為拉格朗日不變式或光學(xué)系統(tǒng)不變式)。實際上，所有的透鏡具有增大該常數(shù)的值的像差。在將LED光耦合到纖維中的情況下，光學(xué)擴展量原理指出圖像大小和纖維面處的角度的乘積必須大于LED光源大小和發(fā)射角度的乘積。在光學(xué)擴展量原理的背景下，對光學(xué)設(shè)計具有附加的約束。首先，LED基本上為以半球形圖案發(fā)射光的朗伯(Lambertian)源，其中強度作為發(fā)射角度的余弦變化。一些LED 封裝包括修正該圖案的透鏡。因此，源角度是通過LED的選擇而設(shè)定的。第二，LED源的大小和形狀是由LED制造商設(shè)定的。在當前高亮度LED的情況下，典型的大小和形狀為1平方毫米。因此，源大小是通過LED的選擇設(shè)定的。第三，光纖的可接受角或數(shù)值孔徑(NA)是纖芯和包層材料的函數(shù)。大部分通常使用的玻璃纖維具有0. 5階的NA，并且纖維材料是由成品使用應(yīng)用確定的。因此，照明裝置設(shè)計由圖像角度的約束。第四，光纖的形狀幾乎普遍為圓形。但是通過融合玻璃纖維能夠獲得諸如方形的其它形狀，這在實際情況中不常見)。 光纖的大小或直徑是由成品使用應(yīng)用確定的。因此，照明裝置設(shè)計還受圖像形狀和大小的約束。此外，由LED消耗的電能的部分產(chǎn)生了熱而不是光。與白熾燈泡相比較，LED必須在低得多的溫度下工作；通常為120°C -180°C。盡管燈泡通過紅外線發(fā)射來散熱，必須通過從LED的非發(fā)射表面?zhèn)鲗?dǎo)來從LED除去熱。這些熱因素通常對在照明裝置中可緊密放置到一起的多個LED施加了限制。還公知的是，在LED照明裝置中，來自多個LED的光通常需要獲得期望的總光強度，與常規(guī)照明裝置中的單個燈泡相對比。各個LED，甚至是來自相同制造批號的那些LED， 不具有相同的光譜或空間強度特性，并且LED特性通常不在光學(xué)設(shè)計者的控制之下。那么， 使用LED光纖照明裝置的挑戰(zhàn)性是組合來自多個非等同源的光并且形成顏色、空間分布和角度分布上均勻的光。發(fā)明概述在實施方案中，本方法和系統(tǒng)涉及用于光纖應(yīng)用的基于LED的光源。在一些實施方案中提出了在光學(xué)擴展量原理的約束之內(nèi)提高光輸出的設(shè)計。本系統(tǒng)、方法和設(shè)計包括安裝到適合的襯底上的多個發(fā)光二極管(LED)、收集并且校準來自LED的光的透鏡陣列、將光聚焦到光纖束的輸入端上的透鏡、任選的光擴散元件、 支撐并且對齊LED和光學(xué)元件的裝置以及從LED去除熱的裝置。在一些實施方案中，光學(xué)器件通常設(shè)計成提供從多個LED源到光纖束的輸入的光能量的轉(zhuǎn)移，但是其它應(yīng)用將是顯而易見的。如圖所示，光學(xué)器件可以設(shè)計成對齊多個LED 的圖像并且將多個LED的圖像附加地覆蓋到光纖束輸入表面的區(qū)域上。在一些實施方案
6中，光學(xué)器件設(shè)計成配合和/或?qū)?yīng)于大致方形形狀的LED印模和大致圓形形狀的光纖。 LED和透鏡陣列中對應(yīng)的透鏡瓦片的數(shù)量可被選擇以便提供光收集效率和熱量產(chǎn)生之間的有利平衡。LED和透鏡瓦片的幾何布置可被選擇以便減小所需的空間。透鏡陣列可被設(shè)計成增加光學(xué)光捕獲區(qū)域并且以光學(xué)方式減少透鏡瓦片之間的無效區(qū)域。本方法、系統(tǒng)和設(shè)計包括在一些實施方案中不要求LED或透鏡以與中心軸線成角度布置的設(shè)計，從而簡化了制造。在一些實施方案中任選的擴散元件可放置到光學(xué)路徑上的最優(yōu)位置處以便進一步提高光的顏色和強度的均勻性。一些實施方案公開了共平面安裝以便具有平行的發(fā)射方向的多個LED，LED的數(shù)量在約5至約25的范圍內(nèi)；并且，共平面的多個透鏡瓦片具有平行的光軸。透鏡瓦片距多個LED的距離可以相同。每個透鏡的中央軸線可以與對應(yīng)的LED的中央軸線對齊。透鏡瓦片的數(shù)量可以在約5至約25的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，每個透鏡瓦片可以為和/或包括非球形平面型凸面設(shè)計，使得每個透鏡具有大致相同的透鏡參數(shù)。透鏡瓦片可以“花形瓦面”陣列布置，其中在相鄰?fù)哥R瓦片之間基本不存在內(nèi)部間隙，并且其中透鏡瓦片的最外側(cè)的周邊保持為圓形并且不被截去頂端。LED和透鏡瓦片的瓦面布置可以包括與聚焦透鏡的中央光軸重合的幾何中央軸線。LED和透鏡瓦片的布置可使得經(jīng)校準的光從透鏡陣列出射。還公開了緊靠近透鏡陣列的聚焦透鏡，所述聚焦透鏡聚集經(jīng)校準的光并且聚焦光。聚集透鏡可以為非球形平面型凸面設(shè)計。聚集透鏡的外徑可以與透鏡陣列的有效外徑相配合。在一些實施方案中，本光學(xué)設(shè)計得到了將LED源覆蓋成單個圖像的投射圖像。在單個圖像中光的強度可以大于從任何單個LED投射的光的強度。在下文中考慮到說明書和附圖時其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見。


通過參考結(jié)合附圖給出的下列說明可以最佳地理解本申請，其中相同的部件可由相同的標記表示。圖1示出了依據(jù)本申請的示例性光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖。圖2示出了圖1中顯示的示例性光學(xué)系統(tǒng)的一些元件的立體圖。圖3A和;3B示出了將來自所有LED的光匯聚成最終圖像的大聚集透鏡。圖4示出了在光纖輸入面處的方形形狀照明分布。圖5示出了示例性實施方案的兩維光學(xué)射線軌跡，演示了來自多個LED的光融合成一個重疊的圖像。圖6示出了圖5的縮小視圖。圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)的兩維光學(xué)射線軌跡，其中TIR(共內(nèi)反射)透鏡用于校準來自LED的光。光源為同軸點。圖8示出了現(xiàn)有技術(shù)的兩維光學(xué)射線軌跡，其中TIR(共內(nèi)反射)透鏡用于校準來自LED的光。光源離軸。圖9示出了在示例性花形瓦面配置中包括多個透鏡瓦片的單片式校準透鏡陣列。圖10示出了六邊形瓦面。
圖11示出了圖9中的示例性花形瓦面配置在陣列的周緣處具有比六邊形瓦面配置大的區(qū)域。圖12示出了圓形瓦面。圖13示出了具有13個LED的花形瓦面透鏡陣列。圖14示出了成像到近似位于纖維輸入的聚集平面處的擴散器膜上的多個LED。發(fā)明詳述為了提供整體的理解，現(xiàn)在將對一些示例性實施方案進行描述；然而，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，本文中描述的系統(tǒng)和方法可被改進和修改以提供用于其它適合應(yīng)用的系統(tǒng)和方法，并且可以在不偏離本文描述的系統(tǒng)和方法的范圍的情況下實現(xiàn)其它添加和變型。除非指出，否則示例性實施方案可被理解為提供一些實施方案的各種細節(jié)的示例性特征，因此，除非指出否則示例的特征、部件、模塊和/或方案可以組合、分離、互換、和/ 或重新布置，而不偏離所公開的系統(tǒng)或方法。另外，部件的形狀和尺寸也是示例性的，并且除非指出，否則可以被改變而不影響本公開所公開的示例性系統(tǒng)或方法的范圍。圖1和圖2分別示出了依據(jù)本申請的示例性光學(xué)系統(tǒng)的剖視圖和立體圖。參考圖 1和圖2，一個或多個發(fā)光二極管(LED) 1安裝到常規(guī)電路板2上，常規(guī)電路板2提供電力給 LED 1并且輔助從LED 1去除熱。公開的透鏡陣列3聚集并且校準來自LED 1的光。足夠大小/大的透鏡4將光聚集并且聚焦到光纖束5的輸入6上。光學(xué)器件支撐殼體9用于相對精確對齊地保持LED 1、透鏡陣列3、大透鏡4、和光纖保持器7。透鏡夾圈8將大透鏡4保持在光學(xué)器件支撐殼體9中。光纖保持器7與光學(xué)系統(tǒng)相對精確對齊地保持光纖束5。LED電路板2可以為金屬芯電路板，其具有用于LED安裝和除熱的鋁襯底和薄的介電層。來自LED 1的熱通過電路板2傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移到吸熱器10。任選地與風(fēng)扇(未顯示)結(jié)合的吸熱器10用于通過對流將熱從LED 1移除到周圍空氣。LED 1布置在徑向?qū)ΨQ的陣列中，使得每個LED 1的中心與透鏡陣列3內(nèi)的每個對應(yīng)透鏡瓦片的中央軸線對齊。相應(yīng)地，在LED 1和透鏡瓦片之間存在一對一的對應(yīng)關(guān)系。 LED 1共平面安裝，并且每個LED 1的中央軸線近似平行。從每個LED 1到每個透鏡瓦片的距離設(shè)計成大致相等。由于每個LED 1具有來自相同制造商的相同類型和配置，每個LED 1 在制造容差內(nèi)具有大致相似的發(fā)射束圖案(源形狀)。透鏡陣列3內(nèi)的每個透鏡瓦片設(shè)計成在制造差異內(nèi)具有等同的光學(xué)輪廓。如下文更加詳細描述的，透鏡瓦片可以鑲嵌成“花形瓦面”幾何形狀以形成透鏡陣列3。如圖3A和圖:3B所示，大的聚焦透鏡4將來自所有LED 1的光匯聚成作為全部LED圖像的覆蓋的最終圖像。在焦點處，LED圖像具有相同的尺寸并且在共同光軸上對齊。系統(tǒng)的放大率限定為圖像尺寸與LED發(fā)射表面尺寸的比率。系統(tǒng)放大率是由透鏡瓦片的聚焦長度和大聚焦透鏡的聚焦長度確定的。通過改變這兩個參數(shù)，能夠調(diào)節(jié)放大率以使得最終的圖像尺寸與光纖的入射孔徑匹配。在示例性實施方案中，放大率被計算為 3. 3，而實際實現(xiàn)的放大率稍大。LED的源圖像將對應(yīng)于大致方形的LED印模。在一些示例性實施方案中，得到的照明圖像形狀為方形。由光學(xué)模擬生成的該方形形狀的照明圖像的計算照明繪圖示于圖4中。在一些示例性實施方案中，放大率可被設(shè)定為使得照明圖像11與光纖束的圓形接受區(qū)域12大致匹配。透鏡像差提高了光學(xué)系統(tǒng)的拉格朗日不變式并且因此降低了系統(tǒng)效率。在一些示例性實施方案中，調(diào)節(jié)透鏡參數(shù)以減小像差并且提高系統(tǒng)效率。特別地，非球形平面型凸面透鏡瓦片可用于校準透鏡陣列。組合的兩個球形透鏡有時用于減小球形像差，但是該方法增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。公開的單個非球形透鏡瓦片能夠減小球形像差，減少來自菲涅耳表面損耗的光損耗，并且減少零件數(shù)量、重量和成本。通常，非球形透鏡可以為平面型凹面、平面型凸面、雙凸面或雙凹面。當源位于透鏡焦點處并且圖像位于無限遠處(即，經(jīng)校正的光)時，具有近似平面型前表面的凹面或凸面透鏡將得到最小球形像差。在一些示例性實施方案中，LED源放置到透鏡焦點處，并且平面型凸面非球形透鏡可用于校準透鏡瓦片。在一個示例性實施方案中，可以使用塑料而不使用玻璃以便于透鏡陣列的經(jīng)濟性成型。盡管單個非球形玻璃透鏡的精確成型已經(jīng)存在多年，非球形玻璃透鏡陣列的精確成型不常見并且成本高。噴塑成型以相對低的成本提供了與玻璃碾磨和拋光技術(shù)相當?shù)木?。在一些示例性實施方案中，每個LED的光軸與每個對應(yīng)透鏡瓦片的光軸對齊。透鏡陣列相對精確的定位可通過成型到透鏡陣列中的安裝和對齊特征來實現(xiàn)。實施方案的兩維光學(xué)射線軌跡示于圖5中，演示了來自多個LED的光融合成一個重疊的圖像，因此提供了增量的光輸出。如果使用不同的LED顏色，諸如紅-綠-藍-琥珀色(RGBA)組合，該重疊圖像還減輕了顏色分離，從而獲得白光。由于光學(xué)設(shè)計在徑向上是對稱的，兩維繪圖足以闡釋。同軸射線13 (由實線表示)起始于每個LED 1的中心并且結(jié)束于光纖5的中央軸線或光纖5的中央軸線的附近。離軸射線14 (由非實線表示)起始于每個LED 1的邊緣并且結(jié)束于纖維周邊或纖維周邊的附近。并未顯示所有的射線；未顯示不落在纖維接受角度15之內(nèi)的所謂的雜散射線。大透鏡4的聚焦角度可被選擇以近似等于光纖5的接受角度15。圖6為圖5的縮小視圖，顯示了從LED 1發(fā)射的同軸射線13和離軸射線14。一些光學(xué)系統(tǒng)使用TIR(共內(nèi)反射)透鏡來校準來自LED的光。這樣的IlR透鏡 17通常為拋物面，使光源16位于透鏡焦點處。當源為同軸點時，來自IlR透鏡的光將被很好地校準并且通過借助于非球形聚焦透鏡19聚焦到點18，如圖7所示。然而，當源離軸時， 如圖8所示，來自IlR的光不被校準并且不能夠聚焦到點。由于LED為擴展源，大部分光將離軸出射，并且IlR透鏡系統(tǒng)不能夠無顯著像差地對LED源進行成像。依據(jù)本申請的光學(xué)系統(tǒng)使用折射透鏡對LED源進行成像能夠減小像差，從而提供系統(tǒng)性能。在一些示例性實施方案中，使用包括多個透鏡瓦片的單片式校準透鏡陣列。如圖 9所示，配置被稱為“花形瓦面”以將其與六邊形或圓形瓦面區(qū)分開。與圖10描繪的透鏡的六邊形瓦面進行比較，圖11中顯示的示例性花形瓦面配置在陣列的周緣處具有較大的區(qū)域以捕獲光。此外，花形瓦面配置在陣列的內(nèi)部具有比相似尺寸的如圖12所示的圓形陣列大的光學(xué)區(qū)域。盡管修改的六邊形花形瓦面布置對于最大強度是優(yōu)選的，應(yīng)當理解的是，本發(fā)明的意在覆蓋包含圖12的更常規(guī)圓形透鏡或圖10的六邊形透鏡的系統(tǒng)。在圖9中顯示了一個示例性花形瓦面配置。花形瓦面配置在中央處具有六邊形瓦片。在中央的六邊形瓦片的周圍且緊鄰中央的六邊形瓦片存在六個等同的非重疊瓦片。六個等同瓦片中的每個具有直接抵接中央的六邊形瓦片的對應(yīng)邊緣的第一邊緣20。第一邊緣 20與中央的六邊形瓦片的對應(yīng)邊緣平行。第一邊緣20具有與對應(yīng)邊緣完全相同的長度。 六個等同瓦片中的每個具有從第一邊緣20的第一端延伸出的第二邊緣21，其中第一邊緣 20和第二邊緣21之間的角度為120°。類似地，六個等同瓦片中的每個具有從第一邊緣20 的第二端延伸出的第三邊緣22，其中第一邊緣20和第三邊緣22之間的角度為120°。另外，六個等同瓦片中的每個具有連接第二邊緣21和第三邊緣22的端的弧形件23。參考圖11，示例性花形瓦面配置為修改的六邊形瓦面。六邊形瓦面的修改包括由連接外六邊形25的外邊緣M的兩個頂點27的弧形件沈代替六邊形瓦面上外六邊形25 的外邊緣24。六邊形25為六邊形瓦面上的外六邊形，因為六邊形25具有位置不與六邊形瓦面上的另一六邊形的邊緣平行且相鄰的至少一個外邊緣24。注意的是，在圖11所示的花形瓦面配置中，六邊形瓦面上的每個外六邊形的三個外邊緣由三個對應(yīng)的弧形件替代。與示例的實施方案中使用的7個相比，通過增加更多的LED可以獲得較高的輸出。 例如，圖13示出了具有13個LED的花形瓦面透鏡陣列?；ㄐ瓮呙媾渲脼樾薷牡牧呅瓮呙?。六邊形瓦面的修改包括由連接外六邊形四的外邊緣28的兩個頂點31的弧形件30來替代六邊形瓦面上的外六邊形四的外邊緣28。六邊形四為六邊形瓦面上的外六邊形，因為六邊形四具有位置不與六邊形瓦面上的另一六邊形的邊緣平行且相鄰的至少一個外邊緣28。如圖13所示，圓形線32圖示了由纖維NA和聚焦透鏡的聚焦長度設(shè)定的用于光捕獲的近似外徑。因此，僅從另外外部六個LED發(fā)射的光的部分將進入纖維，即使大透鏡的直徑增加，因為大部分光將落在纖維接受角的外部。在該實施例中，獲得17%的計算通量增益需要LED的數(shù)量增加46%，以類似比率提高了熱負荷、成本、尺寸、和電力要求。在示例性實施方案中，7個LED用于平衡光輸出與熱、功率、尺寸和成本之間的權(quán)衡。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到其它量的LED是可行的。在一些應(yīng)用中，期望實現(xiàn)均勻的照明。由于LED輸出的變化、LED印模的成像、光學(xué)器件的細微變化等，得到的圖像可能不具有期望的均勻性。在一個示例性實施方案中，諸如全息擴散器膜的光學(xué)擴散元件可放置在圖像平面處以使光分布均勻。例如，如圖14所示， LED被成像到近似位于纖維輸入處的擴散器膜上。注意的是，LED圖像重疊成一個近似連續(xù)的圖像33。可選擇地，如果空間允許，可以使用一端放置在圖像平面處而另一端與光纖入口孔徑相鄰的光傳輸材料的混合固態(tài)桿使光分布均勻。一些示例性實施方案已經(jīng)獲得了從NA = 0. 5而長度為an的常規(guī)玻璃5mm光纖束的出射孔徑輸出的近似4151m(流明)。在相同的條件下該輸出與計算的輸出4571m進行非常有利地比較。計算的和測量的輸出也與光學(xué)擴展量限制預(yù)測的結(jié)果進行有利地比較。如所期望的，對于具有相同NA而具有不同直徑的光纖光輸出如下變化3. 2mm的光纖為1801m ；5mm的光纖為4151m ；并且8mm的光纖為6441m。應(yīng)當理解的是，可以對本申請的各個實施方案進行其它的變型。例如，校準透鏡陣列可以包括按創(chuàng)造性“花形瓦面”圖案排列的菲涅耳透鏡。校準透鏡可以為如圖所示的平面型凸面透鏡，并且還可以為平面型凹面、凹凸面、凸凹面、雙凸面、或雙凹面。大聚焦透鏡可以為球形透鏡、非球形透鏡或菲涅耳透鏡。LED和成瓦片透鏡的數(shù)量不限于七個，并且可取的范圍從1到任何數(shù)量，但是實際上實現(xiàn)通常包括LED和透鏡的數(shù)量從約5個至約25個。
應(yīng)當理解的是，本申請的實施方案不限于單色LED。如果它們的發(fā)射表面具有近似相同的尺寸，則可以使用不同顏色的LED陣列。最終的圖像為不同顏色的覆蓋圖像。例如， 紅色、綠色和藍色的覆蓋可用于產(chǎn)生白光。應(yīng)當理解的是，本申請的實施方案不限于將光耦合到纖維中。得到的圖像可以用作聚焦光強度聚光燈、執(zhí)行任務(wù)燈或檢查燈。光源不限于發(fā)光二極管(LED)?？蛇x擇地，可以使用有機發(fā)光二極管(OLED)或其它適合的光源。除非指出，否則詞語“大致”的使用可解釋為包括精確的關(guān)系、狀態(tài)、布置、取向和/ 或其它特性，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的至該偏差程度的偏差本質(zhì)上不影響所公開的方法和系統(tǒng)。在本公開的全文中，除非特別指出，否則使用修飾名詞的冠詞“一個”可理解成為了方便而使用并且包括一個或多于一個的被修飾名詞。除非本文載明，否則描述和/或否則通過附圖描繪的以與其它部分通信、關(guān)聯(lián)和/ 或為基礎(chǔ)的元件、部件、模塊和/或它們的零件可被理解成以直接和/或間接的方式如此通信、關(guān)聯(lián)和/或為基礎(chǔ)。盡管已經(jīng)相對于特定實施方案說明了方法和系統(tǒng)，這些不是限制性的。顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)許多修改和變型可變得顯而易見。本領(lǐng)域技術(shù)人員可實現(xiàn)本文描述且闡釋的細節(jié)、材料和零件布置的許多附加變化。因此，應(yīng)當理解，本公開不限于本文公開的實施方案， 除非特別說明否則可以包括慣例，并且應(yīng)當在法律下允許下盡可能寬泛地解釋。
權(quán)利要求
1.照明裝置，包括以共平面陣列布置的多個發(fā)光二極管，其中，所述共平面陣列包括位于中央處的發(fā)光二極管和圍繞所述中央處的所述發(fā)光二極管徑向?qū)ΨQ地定位的發(fā)光二極管，并且其中，所述多個發(fā)光二極管的中央軸線布置為彼此平行；校準來自所述多個發(fā)光二極管的光的單片式透鏡陣列，所述透鏡陣列包括多個共平面透鏡瓦片，其中，所述共平面透鏡瓦片包括位于中央處的透鏡瓦片和圍繞所述中央處的所述透鏡瓦片徑向?qū)ΨQ地定位的透鏡瓦片，并且其中，各個所述透鏡瓦片的中央軸線與對應(yīng)發(fā)光二極管的所述中央軸線對齊；以及聚焦透鏡，其將來自所述透鏡陣列的經(jīng)校準的光匯聚成聚焦平面內(nèi)的單個圖像，其中， 所述聚焦透鏡的中央軸線與所述透鏡陣列的中央軸線對齊。
2.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述透鏡瓦片為六邊形形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述透鏡瓦片為圓形形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述共平面透鏡瓦片以修改的六邊形瓦面布置，其中，所述六邊形瓦面的修改包括由連接外六邊形的外邊緣的兩個頂點的弧形件來替代六邊形瓦面上的外六邊形的外邊緣。
5.照明裝置，包括以共平面陣列布置的多個發(fā)光二極管，其中，所述共平面陣列包括位于中央處的發(fā)光二極管和圍繞所述中央處的所述發(fā)光二極管徑向?qū)ΨQ地定位的發(fā)光二極管，并且其中，所述多個發(fā)光二極管的中央軸線布置為彼此平行；校準來自所述多個發(fā)光二極管的光的單片式透鏡陣列，所述透鏡陣列包括多個共平面透鏡瓦片，其中，所述共平面透鏡瓦片包括位于中央處的透鏡瓦片和圍繞所述中央處的所述透鏡瓦片徑向?qū)ΨQ地定位的透鏡瓦片，并且其中，各個所述透鏡瓦片的中央軸線與對應(yīng)發(fā)光二極管的所述中央軸線對齊；聚焦透鏡，其將來自所述透鏡陣列的經(jīng)校準的光匯聚成聚焦平面內(nèi)的單個圖像，其中， 所述聚焦透鏡的中央軸線與所述透鏡陣列的中央軸線對齊；以及光纖，其具有輸入表面，使得所述輸入表面位于用于接收來自所述二極管的聚焦光的所述聚焦平面中。
6.如權(quán)利要求5所述的照明裝置，其中，所述透鏡瓦片為六邊形形狀。
7.如權(quán)利要求5所述的照明裝置，其中，所述透鏡瓦片為圓形形狀。
8.如權(quán)利要求5所述的照明裝置，其中，所述共平面透鏡瓦片以修改的六邊形瓦面布置，其中，所述六邊形瓦面的修改包括由連接外六邊形的外邊緣的兩個頂點的弧形件來替代六邊形瓦面上的外六邊形的外邊緣。
9.照明裝置，包括 多個發(fā)光二極管；校準來自所述多個發(fā)光二極管的光的透鏡陣列，所述透鏡陣列包括以修改的六邊形瓦面布置的多個共平面透鏡瓦片，其中，所述六邊形瓦面的修改包括由連接外六邊形的外邊緣的兩個頂點的弧形件來替代六邊形瓦面上的外六邊形的外邊緣；以及聚焦透鏡，其將來自所述透鏡陣列的經(jīng)校準的光匯聚成單個圖像。
10.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述外六邊形為所述六邊形瓦面上具有至少一個外邊緣的六邊形，其中，所述至少一個外邊緣不定位為與所述六邊形瓦面上的另一六邊形的邊緣平行和相鄰。
11.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述六邊形瓦面包括 位于中央的六邊形；以及環(huán)繞所述中央處的所述六邊形并且與所述中央處的所述六邊形相鄰的六個外六邊形。
12.如權(quán)利要求11所述的照明裝置，其中，所述六個外六邊形中的每個的三個外邊緣由對應(yīng)的弧形件替代。
13.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述透鏡陣列為單片式透鏡陣列。
14.如權(quán)利要求13所述的照明裝置，其中，所述單片式透鏡陣列是通過噴塑成型形成的。
15.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述透鏡瓦片為非球形的。
16.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述透鏡瓦片是從由菲涅耳透鏡、平面型凸面透鏡、平面型凹面透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡、雙凸面透鏡和雙凹面透鏡構(gòu)成的組中選擇的。
17.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述多個發(fā)光二極管以共平面陣列布置。
18.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述多個發(fā)光二極管以徑向?qū)ΨQ的陣列布置。
19.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述多個發(fā)光二極管的所述中央軸線布置為彼此平行。
20.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述發(fā)光二極管中的每個具有一個對應(yīng)的透鏡瓦片，并且其中，所述發(fā)光二極管中的每個的所述中央軸線與對應(yīng)的所述透鏡瓦片的所述中央軸線對齊。
21.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述透鏡陣列的所述中央軸線與所述聚焦透鏡的中央光軸對齊。
22.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述聚焦透鏡為非球形平面型凸面透鏡。
23.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述單個圖像處于所述聚焦透鏡的焦點處。
24.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述單個圖像為與所述多個發(fā)光二極管對應(yīng)的所述圖像的覆蓋圖。
25.如權(quán)利要求M所述的照明裝置，其中，對應(yīng)于所述多個發(fā)光二極管的所述圖像各自具有等同的尺寸并且各自在共同光軸上對齊。
26.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其中，所述單個圖像被投射到光纖束的輸入上。
27.如權(quán)利要求沈所述的照明裝置，其中，所述單個圖像的尺寸與所述光纖束的入口孔徑匹配。
28.照明裝置，包括 多個發(fā)光二極管；透鏡陣列，其用于校準來自所述多個發(fā)光二極管的光，所述透鏡陣列包括多個共平面透鏡瓦片，所述多個共平面透鏡瓦片包括 位于中央的六邊形瓦片；以及環(huán)繞所述中央處的所述六邊形瓦片并且與所述中央處的所述六邊形瓦片緊鄰的六個等同非重疊瓦片，其中，六個等同瓦片中的每個具有直接抵接所述中央處的所述六邊形瓦片的對應(yīng)邊緣的第一邊緣，所述第一邊緣與所述對應(yīng)邊緣平行并且具有與所述對應(yīng)邊緣完全相等的長度，并且其中，所述六個等同瓦片中的每個具有從所述第一邊緣的第一端延伸出的第二邊緣，所述第一邊緣和所述第二邊緣之間的角度為一百二十度，并且其中，所述六個等同瓦片中的每個具有從所述第一邊緣的第二端延伸出的第三邊緣，所述第一邊緣和所述第三邊緣之間的角度為一百二十度，并且其中，所述六個等同瓦片中的每個具有連接所述第二邊緣和所述第三邊緣的端的弧形件；以及聚焦透鏡，其將來自所述透鏡陣列的經(jīng)校準的光匯聚成單個圖像。
29.照明裝置，包括 以共平面陣列布置的七個發(fā)光二極管；透鏡陣列，其用于校準來自多個所述發(fā)光二極管的光，所述透鏡陣列包括多個共平面透鏡瓦片，所述多個共平面透鏡瓦片包括 位于中央處的六邊形瓦片；以及環(huán)繞所述中央處的所述六邊形瓦片并且與所述中央處的所述六邊形瓦片緊鄰的六個等同的非重疊瓦片，其中，六個等同瓦片中的每個具有直接抵接所述中央處的所述六邊形瓦片的對應(yīng)邊緣的第一邊緣，所述第一邊緣與所述對應(yīng)邊緣平行并且具有與所述對應(yīng)邊緣完全相等的長度，并且其中，所述六個等同瓦片中的每個具有從所述第一邊緣的第一端向外延伸出的第二邊緣，所述第一邊緣和所述第二邊緣之間的角度為一百二十度，并且其中， 所述六個等同瓦片中的每個具有從所述第一邊緣的第二端延伸出的第三邊緣，所述第一邊緣和所述第三邊緣之間的角度為一百二十度，并且其中，所述六個等同瓦片中的每個具有連接所述第二邊緣和所述第三邊緣的端的弧形件；以及聚焦透鏡，其將來自所述透鏡陣列的經(jīng)校準的光匯聚成單個圖像。
全文摘要
裝置包括以共平面陣列布置的多個LED，所述共平面陣列位于中央處的LED和圍繞所述中央處的LED徑向?qū)ΨQ定位的LED，并且其中，LED的中央軸線布置為彼此平行；單片式透鏡陣列，其用于校準來自LED的光，所述透鏡陣列包括多個共平面透鏡瓦片，所述共平面透鏡瓦片包括位于中央處的透鏡瓦片和圍繞所述中央處的所述透鏡瓦片徑向?qū)ΨQ定位的透鏡瓦片，并且其中，透鏡瓦片中的每個的中央軸線與對應(yīng)LED的中央軸線對齊；以及聚焦透鏡，其將來自透鏡陣列的經(jīng)校準的光匯聚成聚焦平面內(nèi)的單個圖像，其中，聚焦透鏡的中央軸線與透鏡陣列的中央軸線對齊。
文檔編號F21V5/04GK102317828SQ201080007328
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者李蔚 申請人:埃賽力達科技Led解決方案有限公司