线性光学光耦合器制造技术

一种照明系统，包含有多个辐射源，例如ＬＥＤ单体，和多个对应的光学波导，每个光学波导具有一个第一端部和第二端部，每个第一端部与对应的ＬＥＤ单体光学连通。一个对应的无源光学元件的阵列插入多个ＬＥＤ单体与对应的多个光学波导的第一端部之间。该照明系统提供了足够高的光耦合效率。在观测者眼中，该系统像一个点光源发出不连续的输出光。另外，该照明系统可以向一个或多个方向，一个或多个位置远程输出光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种照明系统，尤其是涉及一种包括多个光源的高耦合效率的照明系统。
技术介绍
照明系统的应用十分广泛。家用、医用、牙医及工业应用中都需要使用光源。类 似地，航空、航海及陆地交通中也需要使用到高亮度的照明光束。传统的发光系统经常使用白炽灯或者弧光灯，它们有些包括聚焦透镜和/或反射面 以将产生的光会聚成光束。但是，在某些具体应用如游泳池的照明中，最终的光线输 出端可能安装在一些不方便使用电插座的环境里。在另一些应用中，例如车前灯，则 需要将光源从暴露、易损坏的位置转移到更安全的地方。还有一些应用中，空间、安 装或外观需要等方面的限制要求将光源安装在与照明区域不同的地方。为了满足这些需要，人们已经开发出了利用光学波导将光线从光源处引导到需要 照射的地方的照明系统。 一种方法是使用单个强光源或利用一簇聚在一起的光源形成 一个单独的照明光源。这种光源发出的光通过聚焦装置被引导至一个光学波导如塑料 核心光纤中，并通过波导传导到远处。在其他方案中，单一的光纤也可以为光纤束所代替。现有的方法传导效率很低，有时会造成大约70%的损失。在多光纤系统中，损失 可能是由光纤束中光纤的间隙和将光线引导到光纤束的低效率引起的。在单光纤系统 中，为了得到强照明所需的足够光线，光纤需要具有足够大的直径，但这又会使光纤 变得太粗而缺乏柔软性，不利于安装。一些发光系统利用激光的相干性和低散射性，采用激光作为光源。但是，激光只 能输出单波长的单色光源，而照明系统通常需要宽得多的"白光"源。编号5， 299， 222 的美国专利公开了一种高能单波长激光二极管的应用，不是将这种激光二级管作为照明光源，而是利用它将光与对波长敏感的增益介质相耦合。使用这种特定的激光二级 管时，由于其发射的光束形状不对称，为了使光更高效率地与光纤相耦合，需要广泛 运用波束成形光学元件。另外，有些激光二级管工作时会产生热量，因而需要严格控 制其温度，例如使用热电冷却器等，这也使得使用成本昂贵。仍然需要一种利用光源传送高亮度的照明的发光系统。
技术实现思路
本专利技术涉及一种发光或照明总成。更具体地，本专利技术涉及一种包括多个被设置与 照明的输出端隔得很远的光源的高耦合效率的照明系统。本专利技术所要解决的技术问题 是如何提高照明系统的耦合效率。同时，还需要提供一个可以用光源发出高亮度照明 的发光系统。本专利技术所述的发光或照明系统，即所述照明装置，包括多个LED单体，多个对应 的光学波导，每个光学波导具有一个第一端部和一个第二端部，每个第一端部与对应 的LED单体光学连通， 一个相对应的光学元件阵列连接在所述多个LED单体组与相应 的多个所述光学波导的第一端部之间。本专利技术所述的发光系统采用相互独立的LED单体、LED芯片或激光二极管，光学 波导包括光纤，例如聚合物包层石英光纤。光学波导第一端部接收发光源发出的光， 第二端部可以被捆扎在一起，以便在照明时形成单一照明光源。本专利技术所述的光学元件包括无源光学元件，例如输入导光元件阵列或光集中元件 阵列，其中每一个波导第一端部都至少与一个导光/聚焦元件光学连通，导光/聚焦元 件连接在LED单体与光学波导第一端部之间，并与它们光学连通。本专利技术所述的光学元件阵列包括一个反射镜阵列。可以对反射镜成形以维持LED 单体的低6tendue量，且使该"endue量与接收光纤的6tendue量(该量与光纤的纤 芯面积和接收角的乘积成比例)充分匹配。反射镜阵列可以成形在一个基片上，例如 多层光学膜(M0F)、金属基片或金属板。本专利技术所述的照明装置进一步包括至少一个输出导光元件，例如校准元件、收集 元件或波束成形元件，以便将波导第二端部发出的光成形为单一照明源。输出导光元件还可以包括一个导光元件阵列，其中每个波导第二端部都与至少一个导光元件光学 连通。本专利技术所述的光学波导组包括光纤组，光纤第二端部包括设置在每个光纤的第二 端部的光纤透镜。类似地，光纤的第一端部也可进一步包括光纤透镜。本专利技术所述的照明装置进一步包括第二 LED单体组和第二光学波导组，每个波导 均具有第一端部和第二端部，第二光学波导组中每个光学波导的第一端部都与第二 LED单体组中的一个LED单体光学连通。在实施例中，第二光学波导组的第二端部和 第一光波导的第二端部捆扎在一起，以便在照明时形成单一照明源。可选择地，第一 光学波导组的第二端部形成第一集束，第二光波导组的第二端部形成第二集束，这样， 可以向相同或不同方向进行相互独立的照明输出。本专利技术所述第一、第二光源可以具有不同的发射光谱。在一个具体实施例中，第一 LED单体组的输出光谱本质上为白色光，第二 LED单体组包含有一个红外光源。在 另一具体实施例中，两组(或更多)的LED单体组具有不同的颜色以便混合成有色光。 第一、第二LED单体组可以独立或共同发光以便改变光源亮度。本专利技术所述的照明系统包括至少一个第一输出光学元件和一个第二输出光学元 件，第一输出光学元件沿着第一路径将输出光从第一光学波导组第二端部导出，第二 输出光学元件沿着第二路径将输出光从第二光学波导组第二端部导出。本专利技术所述的照明装置可以被应用到汽车或其他车辆及平台的前灯照明系统里。 在一个实施例中，前灯的光束亮度可以通过控制光源阵列中发光的LED芯片的数量来 进行控制。例如，第一LED单体组发光以进行低亮度的照明，第一LED单体组和/或第二 LED单体组发光以进行高亮度的照明。本专利技术所述的照明系统还可以进一步包括一个红外传感器以便具有其他功能，例 如碰撞检测、照明和/或遥感等方面的功能。本专利技术的
技术实现思路
并非想说明本专利技术的每个说明的实施例或每个实施方式。以下 附图和详细说明更详细地例证了上述实施例附图说明图1是本专利技术实施例的照明系统的透视图。图2是本专利技术实施例中照明系统的光源的简化侧面剖视图。图3是图2中光源和反射平面的一部分的详图。图4是反射镜的曲线形状图，图中假设最大发射角为80°, LED单体与反射镜的间 隔为30Mffl。图5是光集中元件的实施例的侧面剖视图。 图6a是单个光线接收光纤的实施例。 图6b是光线接收光纤束的实施例。图7是本专利技术的实施例中照明系统的所使用的LED单体阵列和光学集中元件阵列 的局部分解图。图8-11给出了一些本专利技术的照明系统使用的光学接收器的可选实施例的端面剖 视图。图12是可以同时制造和封端电缆组件的组装设备的简化图。 图13是本专利技术实施例的车辆照明系统的分解透视图。 图14是一个多层、高密度固态光源结构实施例示意图。 图15、 16是一些装有荧光材料的LED单体结构的实施例示意图。虽然本专利技术可以有多种不同改进和可选择的变化，特别是其可以在附图中以实例 的形式表示并将详细说明。但应当理解的是其意图不在于将本专利技术限制为已说明的特 定实施例。相反，其意图还包括所有在本专利技术的权利要求限定的范围内的改进物、等 同物和可选择物。具体实施例方式通常地，现有的光纤照明系统都因为耦合损耗很高而效率很低。本专利技术中所涉及 的照明系统提供了更高的光耦合效率。此外，该照明系统提供了一个不连续的输出光， 给人一种点光源的感觉。另外，本专利技术的实施例表明LED点光源阵列可以用来作为高 亮度远程光源向一个或多个区域输出光。此外，本专利技术的实施例还提供了一种可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明装置，包括：　　　　多个发出光辐射的ＬＥＤ单体；　　　　一个为上述ＬＥＤ单体组提供电路连接的连接电路层；　　　　多个光学波导，其中每根光学波导都具有一个第一端部和一个第二端部，每个第一端部都与上述多个ＬＥＤ单体中相应的一个ＬＥＤ单体光学连通，所述第二端部包含有一个光学聚焦元件以接收并聚焦光学波导第二端部发射出的光辐射；和　　　　一个光学元件阵列，该阵列中每一个光学元件都连接在一个相应的光学波导第一端部和相应的ＬＥＤ单体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马亨德拉达山那亚克，阿尔弗雷德瓦斯勒沃斯基，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]