CN102317828A - Led照明装置 - Google Patents

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CN102317828A CN2010800073286A CN201080007328A CN102317828A CN 102317828 A CN102317828 A CN 102317828A CN 2010800073286 A CN2010800073286 A CN 2010800073286A CN 201080007328 A CN201080007328 A CN 201080007328A CN 102317828 A CN102317828 A CN 102317828A
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Abstract

装置包括以共平面阵列布置的多个LED，所述共平面阵列位于中央处的LED和围绕所述中央处的LED径向对称定位的LED，并且其中，LED的中央轴线布置为彼此平行；单片式透镜阵列，其用于校准来自LED的光，所述透镜阵列包括多个共平面透镜瓦片，所述共平面透镜瓦片包括位于中央处的透镜瓦片和围绕所述中央处的所述透镜瓦片径向对称定位的透镜瓦片，并且其中，透镜瓦片中的每个的中央轴线与对应LED的中央轴线对齐；以及聚焦透镜，其将来自透镜阵列的经校准的光汇聚成聚焦平面内的单个图像，其中，聚焦透镜的中央轴线与透镜阵列的中央轴线对齐。

Description

LED照明装置
技术领域
本发明总体涉及基于发光二极管(LED)的光源，并且更特别地涉及用于光纤应用的基于LED的光源。
背景技术
光纤光源通常是众所周知且在宽泛的应用范围内使用。在医疗领域，光纤照明装置广泛地用于内窥镜检，并且包括各种光源、光纤和内窥镜。当前可广泛低获得基于灯泡的医疗光纤源。
光源和光纤通常用于显微镜照明，一般可获得基于灯的产品。光纤照明系统还用于工业内孔窥视仪和机器视觉系统。尽管在先的装置主要提供了用于照明的“白”光，提供波长范围为420-490nm的“蓝”光的其它光纤光源用于儿科高胆红素血症的光动力疗法。
具有光源和用于光传输的光纤的系统也能够提供用于生物和其它研究领域的荧光激励的一种或多种限定波长的光。
许多光纤光源共有多个共用的技术限制。例如，光纤仅能够接受位于由光纤材料确定的角度之内的入射光线。对于由包层玻璃纤维构成的大部分光纤束而言，该可接受半角约为33°，与约0.55的数值孔径(NA)相对应。因此，为了得到最优的效率，光纤光源通常具有某类型的聚焦光学器件。
通常使用的由包层玻璃纤维构成的光纤束具有在50％-70％的阶上的透射因数。也就是，仅射到光纤束的输入面上的光的50％-70％将出射光纤作为可用光。这些损耗是由于在输入面和输出面处的菲涅耳(Fresnel)损耗、数值孔径限制、光纤束通常由它们之间有间隙的数百个小纤维构成的事实以及沿着光纤长度的衰减损耗引起的。因此，光纤光源必须提供在光纤输出处所期望的光的近似两倍的光。
对于许多应用，期望出射光纤束用于照明的光的颜色和强度是均匀的；然而，由灯泡或多个LED构成的光源可能不提供均匀的光，尤其在远场中。尽管由于束内纤维的随机化光纤束能够提供某种程度的空间光混合，有时这并不足够，并且光纤光源必须使用光学器件来从非均匀源产生均匀的光。
许多当前在市场上销售的光纤光源使用卤素灯、金属金属卤化物灯或氙气灯泡。尽管这些基于灯泡的系统可以为产生足够强度的白光的成本效益好的器件，但是许多具有短(例如，低于一千小时)的寿命；可能包括需要进行特殊处理以便于制造和处理的有毒材料；需要高电压来工作，从而增加电源成本、尺寸和安全风险；允许通过改变工作电压使颜色温度仅在窄范围内变化，从而改变光强度；具有任选的纤维以提供不同的颜色温度，而代价是减少了输出；产生在宽的光谱范围内的光，因此要求光纤缩减波长，这样减少了光输出并且增加了成本；和/或发射红外线(IR)和紫外线(UV)波长的辐射线，这可能需要由滤波器或其它器件来阻挡，需要额外的光学部件。
响应于前述问题，已经制造或提出了多种装置，所述装置使用发光二极管(LED)作为用于光纤照明的光源。一般地，基于LED光纤系统的有益效果包括：较长(例如，数万小时)的寿命；较少和/或无有毒材料；低(例如，每个LED低于4伏特)电压；可变颜色温度；特定波长规格；以及非常低的UV或IR发射。不利的是，LED系统具有它们自身独特的技术挑战性；特别是受限的光输出。大部分的各种LED仍产生比大部分白炽灯少得多的光。例如，可从单个1mm白色LED合理地获得的当前最大光输出约为200流明，而300瓦特的氙气灯能够产生高于2,000流明。因此，LED光纤光源必须使用多个LED来产生期望的输出光强度。
另外，对于包括透镜的光学系统而言，存在控制图像大小和射线角度的基本光学定律(光学扩展量(Etendue))。对于理想的透镜，图像大小和射线角度的乘积是恒定不变的(有时称为拉格朗日不变式或光学系统不变式)。实际上，所有的透镜具有增大该常数的值的像差。在将LED光耦合到纤维中的情况下，光学扩展量原理指出图像大小和纤维面处的角度的乘积必须大于LED光源大小和发射角度的乘积。
在光学扩展量原理的背景下，对光学设计具有附加的约束。首先，LED基本上为以半球形图案发射光的朗伯(Lambertian)源，其中强度作为发射角度的余弦变化。一些LED封装包括修正该图案的透镜。因此，源角度是通过LED的选择而设定的。第二，LED源的大小和形状是由LED制造商设定的。在当前高亮度LED的情况下，典型的大小和形状为1平方毫米。因此，源大小是通过LED的选择设定的。第三，光纤的可接受角或数值孔径(NA)是纤芯和包层材料的函数。大部分通常使用的玻璃纤维具有0.5阶的NA，并且纤维材料是由成品使用应用确定的。因此，照明装置设计由图像角度的约束。第四，光纤的形状几乎普遍为圆形。但是通过融合玻璃纤维能够获得诸如方形的其它形状，这在实际情况中不常见)。光纤的大小或直径是由成品使用应用确定的。因此，照明装置设计还受图像形状和大小的约束。
此外，由LED消耗的电能的部分产生了热而不是光。与白炽灯泡相比较，LED必须在低得多的温度下工作；通常为120℃-180℃。尽管灯泡通过红外线发射来散热，必须通过从LED的非发射表面传导来从LED除去热。这些热因素通常对在照明装置中可紧密放置到一起的多个LED施加了限制。
还公知的是，在LED照明装置中，来自多个LED的光通常需要获得期望的总光强度，与常规照明装置中的单个灯泡相对比。各个LED，甚至是来自相同制造批号的那些LED，不具有相同的光谱或空间强度特性，并且LED特性通常不在光学设计者的控制之下。那么，使用LED光纤照明装置的挑战性是组合来自多个非等同源的光并且形成颜色、空间分布和角度分布上均匀的光。
发明概述
在实施方案中，本方法和系统涉及用于光纤应用的基于LED的光源。在一些实施方案中提出了在光学扩展量原理的约束之内提高光输出的设计。
本系统、方法和设计包括安装到适合的衬底上的多个发光二极管(LED)、收集并且校准来自LED的光的透镜阵列、将光聚焦到光纤束的输入端上的透镜、任选的光扩散元件、支撑并且对齐LED和光学元件的装置以及从LED去除热的装置。
在一些实施方案中，光学器件通常设计成提供从多个LED源到光纤束的输入的光能量的转移，但是其它应用将是显而易见的。如图所示，光学器件可以设计成对齐多个LED的图像并且将多个LED的图像附加地覆盖到光纤束输入表面的区域上。在一些实施方案中，光学器件设计成配合和/或对应于大致方形形状的LED印模和大致圆形形状的光纤。LED和透镜阵列中对应的透镜瓦片的数量可被选择以便提供光收集效率和热量产生之间的有利平衡。LED和透镜瓦片的几何布置可被选择以便减小所需的空间。透镜阵列可被设计成增加光学光捕获区域并且以光学方式减少透镜瓦片之间的无效区域。本方法、系统和设计包括在一些实施方案中不要求LED或透镜以与中心轴线成角度布置的设计，从而简化了制造。在一些实施方案中任选的扩散元件可放置到光学路径上的最优位置处以便进一步提高光的颜色和强度的均匀性。
一些实施方案公开了共平面安装以便具有平行的发射方向的多个LED，LED的数量在约5至约25的范围内；并且，共平面的多个透镜瓦片具有平行的光轴。透镜瓦片距多个LED的距离可以相同。每个透镜的中央轴线可以与对应的LED的中央轴线对齐。透镜瓦片的数量可以在约5至约25的范围内。在一些实施方案中，每个透镜瓦片可以为和/或包括非球形平面型凸面设计，使得每个透镜具有大致相同的透镜参数。
透镜瓦片可以“花形瓦面”阵列布置，其中在相邻透镜瓦片之间基本不存在内部间隙，并且其中透镜瓦片的最外侧的周边保持为圆形并且不被截去顶端。LED和透镜瓦片的瓦面布置可以包括与聚焦透镜的中央光轴重合的几何中央轴线。LED和透镜瓦片的布置可使得经校准的光从透镜阵列出射。
还公开了紧靠近透镜阵列的聚焦透镜，所述聚焦透镜聚集经校准的光并且聚焦光。聚集透镜可以为非球形平面型凸面设计。聚集透镜的外径可以与透镜阵列的有效外径相配合。
在一些实施方案中，本光学设计得到了将LED源覆盖成单个图像的投射图像。在单个图像中光的强度可以大于从任何单个LED投射的光的强度。
在下文中考虑到说明书和附图时其它目的和优点将变得显而易见。
附图说明
通过参考结合附图给出的下列说明可以最佳地理解本申请，其中相同的部件可由相同的标记表示。
图1示出了依据本申请的示例性光学系统的剖视图。
图2示出了图1中显示的示例性光学系统的一些元件的立体图。
图3A和3B示出了将来自所有LED的光汇聚成最终图像的大聚集透镜。
图4示出了在光纤输入面处的方形形状照明分布。
图5示出了示例性实施方案的两维光学射线轨迹，演示了来自多个LED的光融合成一个重叠的图像。
图6示出了图5的缩小视图。
图7示出了现有技术的两维光学射线轨迹，其中TIR(共内反射)透镜用于校准来自LED的光。光源为同轴点。
图8示出了现有技术的两维光学射线轨迹，其中TIR(共内反射)透镜用于校准来自LED的光。光源离轴。
图9示出了在示例性花形瓦面配置中包括多个透镜瓦片的单片式校准透镜阵列。
图10示出了六边形瓦面。
图11示出了图9中的示例性花形瓦面配置在阵列的周缘处具有比六边形瓦面配置大的区域。
图12示出了圆形瓦面。
图13示出了具有13个LED的花形瓦面透镜阵列。
图14示出了成像到近似位于纤维输入的聚集平面处的扩散器膜上的多个LED。
发明详述
为了提供整体的理解，现在将对一些示例性实施方案进行描述；然而，所属领域技术人员应当理解的是，本文中描述的系统和方法可被改进和修改以提供用于其它适合应用的系统和方法，并且可以在不偏离本文描述的系统和方法的范围的情况下实现其它添加和变型。
除非指出，否则示例性实施方案可被理解为提供一些实施方案的各种细节的示例性特征，因此，除非指出否则示例的特征、部件、模块和/或方案可以组合、分离、互换、和/或重新布置，而不偏离所公开的系统或方法。另外，部件的形状和尺寸也是示例性的，并且除非指出，否则可以被改变而不影响本公开所公开的示例性系统或方法的范围。
图1和图2分别示出了依据本申请的示例性光学系统的剖视图和立体图。参考图1和图2，一个或多个发光二极管(LED)1安装到常规电路板2上，常规电路板2提供电力给LED 1并且辅助从LED 1去除热。公开的透镜阵列3聚集并且校准来自LED 1的光。足够大小/大的透镜4将光聚集并且聚焦到光纤束5的输入6上。
光学器件支撑壳体9用于相对精确对齐地保持LED 1、透镜阵列3、大透镜4、和光纤保持器7。透镜夹圈8将大透镜4保持在光学器件支撑壳体9中。光纤保持器7与光学系统相对精确对齐地保持光纤束5。
LED电路板2可以为金属芯电路板，其具有用于LED安装和除热的铝衬底和薄的介电层。来自LED 1的热通过电路板2传导转移到吸热器10。任选地与风扇(未显示)结合的吸热器10用于通过对流将热从LED 1移除到周围空气。
LED 1布置在径向对称的阵列中，使得每个LED 1的中心与透镜阵列3内的每个对应透镜瓦片的中央轴线对齐。相应地，在LED 1和透镜瓦片之间存在一对一的对应关系。LED 1共平面安装，并且每个LED 1的中央轴线近似平行。从每个LED 1到每个透镜瓦片的距离设计成大致相等。由于每个LED 1具有来自相同制造商的相同类型和配置，每个LED 1在制造容差内具有大致相似的发射束图案(源形状)。透镜阵列3内的每个透镜瓦片设计成在制造差异内具有等同的光学轮廓。如下文更加详细描述的，透镜瓦片可以镶嵌成“花形瓦面”几何形状以形成透镜阵列3。如图3A和图3B所示，大的聚焦透镜4将来自所有LED 1的光汇聚成作为全部LED图像的覆盖的最终图像。在焦点处，LED图像具有相同的尺寸并且在共同光轴上对齐。
系统的放大率限定为图像尺寸与LED发射表面尺寸的比率。系统放大率是由透镜瓦片的聚焦长度和大聚焦透镜的聚焦长度确定的。通过改变这两个参数，能够调节放大率以使得最终的图像尺寸与光纤的入射孔径匹配。在示例性实施方案中，放大率被计算为3.3，而实际实现的放大率稍大。
LED的源图像将对应于大致方形的LED印模。在一些示例性实施方案中，得到的照明图像形状为方形。由光学模拟生成的该方形形状的照明图像的计算照明绘图示于图4中。在一些示例性实施方案中，放大率可被设定为使得照明图像11与光纤束的圆形接受区域12大致匹配。
透镜像差提高了光学系统的拉格朗日不变式并且因此降低了系统效率。在一些示例性实施方案中，调节透镜参数以减小像差并且提高系统效率。特别地，非球形平面型凸面透镜瓦片可用于校准透镜阵列。组合的两个球形透镜有时用于减小球形像差，但是该方法增加了系统的复杂度和成本。公开的单个非球形透镜瓦片能够减小球形像差，减少来自菲涅耳表面损耗的光损耗，并且减少零件数量、重量和成本。
通常，非球形透镜可以为平面型凹面、平面型凸面、双凸面或双凹面。当源位于透镜焦点处并且图像位于无限远处(即，经校正的光)时，具有近似平面型前表面的凹面或凸面透镜将得到最小球形像差。在一些示例性实施方案中，LED源放置到透镜焦点处，并且平面型凸面非球形透镜可用于校准透镜瓦片。
在一个示例性实施方案中，可以使用塑料而不使用玻璃以便于透镜阵列的经济性成型。尽管单个非球形玻璃透镜的精确成型已经存在多年，非球形玻璃透镜阵列的精确成型不常见并且成本高。喷塑成型以相对低的成本提供了与玻璃碾磨和抛光技术相当的精度。在一些示例性实施方案中，每个LED的光轴与每个对应透镜瓦片的光轴对齐。透镜阵列相对精确的定位可通过成型到透镜阵列中的安装和对齐特征来实现。
实施方案的两维光学射线轨迹示于图5中，演示了来自多个LED的光融合成一个重叠的图像，因此提供了增量的光输出。如果使用不同的LED颜色，诸如红-绿-蓝-琥珀色(RGBA)组合，该重叠图像还减轻了颜色分离，从而获得白光。由于光学设计在径向上是对称的，两维绘图足以阐释。同轴射线13(由实线表示)起始于每个LED 1的中心并且结束于光纤5的中央轴线或光纤5的中央轴线的附近。离轴射线14(由非实线表示)起始于每个LED 1的边缘并且结束于纤维周边或纤维周边的附近。并未显示所有的射线；未显示不落在纤维接受角度15之内的所谓的杂散射线。大透镜4的聚焦角度可被选择以近似等于光纤5的接受角度15。图6为图5的缩小视图，显示了从LED 1发射的同轴射线13和离轴射线14。
一些光学系统使用TIR(共内反射)透镜来校准来自LED的光。这样的TIR透镜17通常为抛物面，使光源16位于透镜焦点处。当源为同轴点时，来自TIR透镜的光将被很好地校准并且通过借助于非球形聚焦透镜19聚焦到点18，如图7所示。然而，当源离轴时，如图8所示，来自TIR的光不被校准并且不能够聚焦到点。由于LED为扩展源，大部分光将离轴出射，并且TIR透镜系统不能够无显著像差地对LED源进行成像。依据本申请的光学系统使用折射透镜对LED源进行成像能够减小像差，从而提供系统性能。
在一些示例性实施方案中，使用包括多个透镜瓦片的单片式校准透镜阵列。如图9所示，配置被称为“花形瓦面”以将其与六边形或圆形瓦面区分开。与图10描绘的透镜的六边形瓦面进行比较，图11中显示的示例性花形瓦面配置在阵列的周缘处具有较大的区域以捕获光。此外，花形瓦面配置在阵列的内部具有比相似尺寸的如图12所示的圆形阵列大的光学区域。尽管修改的六边形花形瓦面布置对于最大强度是优选的，应当理解的是，本发明的意在覆盖包含图12的更常规圆形透镜或图10的六边形透镜的系统。
在图9中显示了一个示例性花形瓦面配置。花形瓦面配置在中央处具有六边形瓦片。在中央的六边形瓦片的周围且紧邻中央的六边形瓦片存在六个等同的非重叠瓦片。六个等同瓦片中的每个具有直接抵接中央的六边形瓦片的对应边缘的第一边缘20。第一边缘20与中央的六边形瓦片的对应边缘平行。第一边缘20具有与对应边缘完全相同的长度。六个等同瓦片中的每个具有从第一边缘20的第一端延伸出的第二边缘21，其中第一边缘20和第二边缘21之间的角度为120°。类似地，六个等同瓦片中的每个具有从第一边缘20的第二端延伸出的第三边缘22，其中第一边缘20和第三边缘22之间的角度为120°。另外，六个等同瓦片中的每个具有连接第二边缘21和第三边缘22的端的弧形件23。
参考图11，示例性花形瓦面配置为修改的六边形瓦面。六边形瓦面的修改包括由连接外六边形25的外边缘24的两个顶点27的弧形件26代替六边形瓦面上外六边形25的外边缘24。六边形25为六边形瓦面上的外六边形，因为六边形25具有位置不与六边形瓦面上的另一六边形的边缘平行且相邻的至少一个外边缘24。注意的是，在图11所示的花形瓦面配置中，六边形瓦面上的每个外六边形的三个外边缘由三个对应的弧形件替代。
与示例的实施方案中使用的7个相比，通过增加更多的LED可以获得较高的输出。例如，图13示出了具有13个LED的花形瓦面透镜阵列。花形瓦面配置为修改的六边形瓦面。六边形瓦面的修改包括由连接外六边形29的外边缘28的两个顶点31的弧形件30来替代六边形瓦面上的外六边形29的外边缘28。六边形29为六边形瓦面上的外六边形，因为六边形29具有位置不与六边形瓦面上的另一六边形的边缘平行且相邻的至少一个外边缘28。
如图13所示，圆形线32图示了由纤维NA和聚焦透镜的聚焦长度设定的用于光捕获的近似外径。因此，仅从另外外部六个LED发射的光的部分将进入纤维，即使大透镜的直径增加，因为大部分光将落在纤维接受角的外部。在该实施例中，获得17％的计算通量增益需要LED的数量增加46％，以类似比率提高了热负荷、成本、尺寸、和电力要求。在示例性实施方案中，7个LED用于平衡光输出与热、功率、尺寸和成本之间的权衡。本领域技术人员将理解到其它量的LED是可行的。
在一些应用中，期望实现均匀的照明。由于LED输出的变化、LED印模的成像、光学器件的细微变化等，得到的图像可能不具有期望的均匀性。在一个示例性实施方案中，诸如全息扩散器膜的光学扩散元件可放置在图像平面处以使光分布均匀。例如，如图14所示，LED被成像到近似位于纤维输入处的扩散器膜上。注意的是，LED图像重叠成一个近似连续的图像33。可选择地，如果空间允许，可以使用一端放置在图像平面处而另一端与光纤入口孔径相邻的光传输材料的混合固态杆使光分布均匀。
一些示例性实施方案已经获得了从NA＝0.5而长度为2m的常规玻璃5mm光纤束的出射孔径输出的近似415lm(流明)。在相同的条件下该输出与计算的输出457lm进行非常有利地比较。计算的和测量的输出也与光学扩展量限制预测的结果进行有利地比较。
如所期望的，对于具有相同NA而具有不同直径的光纤光输出如下变化：3.2mm的光纤为180lm；5mm的光纤为415lm；并且8mm的光纤为644lm。
应当理解的是，可以对本申请的各个实施方案进行其它的变型。例如，校准透镜阵列可以包括按创造性“花形瓦面”图案排列的菲涅耳透镜。校准透镜可以为如图所示的平面型凸面透镜，并且还可以为平面型凹面、凹凸面、凸凹面、双凸面、或双凹面。大聚焦透镜可以为球形透镜、非球形透镜或菲涅耳透镜。LED和成瓦片透镜的数量不限于七个，并且可取的范围从1到任何数量，但是实际上实现通常包括LED和透镜的数量从约5个至约25个。
应当理解的是，本申请的实施方案不限于单色LED。如果它们的发射表面具有近似相同的尺寸，则可以使用不同颜色的LED阵列。最终的图像为不同颜色的覆盖图像。例如，红色、绿色和蓝色的覆盖可用于产生白光。
应当理解的是，本申请的实施方案不限于将光耦合到纤维中。得到的图像可以用作聚焦光强度聚光灯、执行任务灯或检查灯。
光源不限于发光二极管(LED)。可选择地，可以使用有机发光二极管(OLED)或其它适合的光源。
除非指出，否则词语“大致”的使用可解释为包括精确的关系、状态、布置、取向和/或其它特性，并且本领域技术人员理解的至该偏差程度的偏差本质上不影响所公开的方法和系统。
在本公开的全文中，除非特别指出，否则使用修饰名词的冠词“一个”可理解成为了方便而使用并且包括一个或多于一个的被修饰名词。
除非本文载明，否则描述和/或否则通过附图描绘的以与其它部分通信、关联和/或为基础的元件、部件、模块和/或它们的零件可被理解成以直接和/或间接的方式如此通信、关联和/或为基础。
尽管已经相对于特定实施方案说明了方法和系统，这些不是限制性的。显然，根据上述教导许多修改和变型可变得显而易见。本领域技术人员可实现本文描述且阐释的细节、材料和零件布置的许多附加变化。因此，应当理解，本公开不限于本文公开的实施方案，除非特别说明否则可以包括惯例，并且应当在法律下允许下尽可能宽泛地解释。

Claims (29)

1.照明装置，包括：
以共平面阵列布置的多个发光二极管，其中，所述共平面阵列包括位于中央处的发光二极管和围绕所述中央处的所述发光二极管径向对称地定位的发光二极管，并且其中，所述多个发光二极管的中央轴线布置为彼此平行；
校准来自所述多个发光二极管的光的单片式透镜阵列，所述透镜阵列包括多个共平面透镜瓦片，其中，所述共平面透镜瓦片包括位于中央处的透镜瓦片和围绕所述中央处的所述透镜瓦片径向对称地定位的透镜瓦片，并且其中，各个所述透镜瓦片的中央轴线与对应发光二极管的所述中央轴线对齐；以及
聚焦透镜，其将来自所述透镜阵列的经校准的光汇聚成聚焦平面内的单个图像，其中，所述聚焦透镜的中央轴线与所述透镜阵列的中央轴线对齐。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述透镜瓦片为六边形形状。
3.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述透镜瓦片为圆形形状。
4.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述共平面透镜瓦片以修改的六边形瓦面布置，其中，所述六边形瓦面的修改包括由连接外六边形的外边缘的两个顶点的弧形件来替代六边形瓦面上的外六边形的外边缘。
5.照明装置，包括：
以共平面阵列布置的多个发光二极管，其中，所述共平面阵列包括位于中央处的发光二极管和围绕所述中央处的所述发光二极管径向对称地定位的发光二极管，并且其中，所述多个发光二极管的中央轴线布置为彼此平行；
校准来自所述多个发光二极管的光的单片式透镜阵列，所述透镜阵列包括多个共平面透镜瓦片，其中，所述共平面透镜瓦片包括位于中央处的透镜瓦片和围绕所述中央处的所述透镜瓦片径向对称地定位的透镜瓦片，并且其中，各个所述透镜瓦片的中央轴线与对应发光二极管的所述中央轴线对齐；
聚焦透镜，其将来自所述透镜阵列的经校准的光汇聚成聚焦平面内的单个图像，其中，所述聚焦透镜的中央轴线与所述透镜阵列的中央轴线对齐；以及
光纤，其具有输入表面，使得所述输入表面位于用于接收来自所述二极管的聚焦光的所述聚焦平面中。
6.如权利要求5所述的照明装置，其中，所述透镜瓦片为六边形形状。
7.如权利要求5所述的照明装置，其中，所述透镜瓦片为圆形形状。
8.如权利要求5所述的照明装置，其中，所述共平面透镜瓦片以修改的六边形瓦面布置，其中，所述六边形瓦面的修改包括由连接外六边形的外边缘的两个顶点的弧形件来替代六边形瓦面上的外六边形的外边缘。
9.照明装置，包括：
多个发光二极管；
校准来自所述多个发光二极管的光的透镜阵列，所述透镜阵列包括以修改的六边形瓦面布置的多个共平面透镜瓦片，其中，所述六边形瓦面的修改包括由连接外六边形的外边缘的两个顶点的弧形件来替代六边形瓦面上的外六边形的外边缘；以及
聚焦透镜，其将来自所述透镜阵列的经校准的光汇聚成单个图像。
10.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述外六边形为所述六边形瓦面上具有至少一个外边缘的六边形，其中，所述至少一个外边缘不定位为与所述六边形瓦面上的另一六边形的边缘平行和相邻。
11.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述六边形瓦面包括：
位于中央的六边形；以及
环绕所述中央处的所述六边形并且与所述中央处的所述六边形相邻的六个外六边形。
12.如权利要求11所述的照明装置，其中，所述六个外六边形中的每个的三个外边缘由对应的弧形件替代。
13.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述透镜阵列为单片式透镜阵列。
14.如权利要求13所述的照明装置，其中，所述单片式透镜阵列是通过喷塑成型形成的。
15.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述透镜瓦片为非球形的。
16.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述透镜瓦片是从由菲涅耳透镜、平面型凸面透镜、平面型凹面透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、双凸面透镜和双凹面透镜构成的组中选择的。
17.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述多个发光二极管以共平面阵列布置。
18.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述多个发光二极管以径向对称的阵列布置。
19.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述多个发光二极管的所述中央轴线布置为彼此平行。
20.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述发光二极管中的每个具有一个对应的透镜瓦片，并且其中，所述发光二极管中的每个的所述中央轴线与对应的所述透镜瓦片的所述中央轴线对齐。
21.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述透镜阵列的所述中央轴线与所述聚焦透镜的中央光轴对齐。
22.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述聚焦透镜为非球形平面型凸面透镜。
23.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述单个图像处于所述聚焦透镜的焦点处。
24.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述单个图像为与所述多个发光二极管对应的所述图像的覆盖图。
25.如权利要求24所述的照明装置，其中，对应于所述多个发光二极管的所述图像各自具有等同的尺寸并且各自在共同光轴上对齐。
26.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述单个图像被投射到光纤束的输入上。
27.如权利要求26所述的照明装置，其中，所述单个图像的尺寸与所述光纤束的入口孔径匹配。
28.照明装置，包括：
多个发光二极管；
透镜阵列，其用于校准来自所述多个发光二极管的光，所述透镜阵列包括多个共平面透镜瓦片，所述多个共平面透镜瓦片包括：
位于中央的六边形瓦片；以及
环绕所述中央处的所述六边形瓦片并且与所述中央处的所述六边形瓦片紧邻的六个等同非重叠瓦片，其中，六个等同瓦片中的每个具有直接抵接所述中央处的所述六边形瓦片的对应边缘的第一边缘，所述第一边缘与所述对应边缘平行并且具有与所述对应边缘完全相等的长度，并且其中，所述六个等同瓦片中的每个具有从所述第一边缘的第一端延伸出的第二边缘，所述第一边缘和所述第二边缘之间的角度为一百二十度，并且其中，所述六个等同瓦片中的每个具有从所述第一边缘的第二端延伸出的第三边缘，所述第一边缘和所述第三边缘之间的角度为一百二十度，并且其中，所述六个等同瓦片中的每个具有连接所述第二边缘和所述第三边缘的端的弧形件；以及
聚焦透镜，其将来自所述透镜阵列的经校准的光汇聚成单个图像。
29.照明装置，包括：
以共平面阵列布置的七个发光二极管；
透镜阵列，其用于校准来自多个所述发光二极管的光，所述透镜阵列包括多个共平面透镜瓦片，所述多个共平面透镜瓦片包括：
位于中央处的六边形瓦片；以及
环绕所述中央处的所述六边形瓦片并且与所述中央处的所述六边形瓦片紧邻的六个等同的非重叠瓦片，其中，六个等同瓦片中的每个具有直接抵接所述中央处的所述六边形瓦片的对应边缘的第一边缘，所述第一边缘与所述对应边缘平行并且具有与所述对应边缘完全相等的长度，并且其中，所述六个等同瓦片中的每个具有从所述第一边缘的第一端向外延伸出的第二边缘，所述第一边缘和所述第二边缘之间的角度为一百二十度，并且其中，所述六个等同瓦片中的每个具有从所述第一边缘的第二端延伸出的第三边缘，所述第一边缘和所述第三边缘之间的角度为一百二十度，并且其中，所述六个等同瓦片中的每个具有连接所述第二边缘和所述第三边缘的端的弧形件；以及
聚焦透镜，其将来自所述透镜阵列的经校准的光汇聚成单个图像。
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