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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen des hier offenbarten Inhalts betreffen Mehrwellenlängen-Lichtquellen, welche eine Beleuchtung mit hoher Bestrahlungsstärke an zahlreichen Schmalband-Wellenlängenbereichen zur Mikroskopie und/oder Endoskopie bereitstellen können. Die angestrebten Spektralbänder können sich von Ultraviolett- (UV) bis zu Nahinfrarot-Wellenlängen (NIR-Wellenlängen) erstrecken.
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HINTERGRUND
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In einigen Beispielen wird das Licht zur Flexibilität und Vielseitigkeit, um mit anderen Instrumenten zu arbeiten, in eine optische Faser und/oder einen Lichtleiter eingekoppelt. Leuchtdioden (LED) können wegen ihrer Schlichtheit, niedrigeren Kosten und Robustheit als die Lichtquelle verwendet werden. Die Kopplungseffizienz in die Faser oder den Lichtleiter kann jedoch in einigen Fällen aufgrund des großen emittierenden Bereichs und Lambert-Typs von Emissionsverteilung eine Schwierigkeit darstellen. Außerdem ist ein Mangel an ausreichender LED-Leistung in einigen angestrebten Wellenlängenbereichen ein Problem.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem Beispiel können zumindest einige der oben genannten Probleme zumindest teilweise gelöst werden durch ein Beleuchtungssystem, aufweisend eine erste Lichtquelle, aufweisend eine erste Leuchtdiode (LED), welche eingerichtet ist, um einen ersten kollimierten Lichtstrahl einer ersten Farbe zu emittieren, eine zweite Lichtquelle, aufweisend eine zweite LED, welche eingerichtet ist, um einen zweiten kollimierten Lichtstrahl einer zweiten Farbe zu emittieren, eine dritte Lichtquelle, aufweisend eine dritte LED, welche eingerichtet ist, um einen dritten kollimierten Lichtstrahl einer dritten Farbe zu emittieren, eine vierte Lichtquelle, aufweisend eine vierte LED, welche eingerichtet ist, um einen vierten kollimierten Lichtstrahl einer vierten Farbe zu emittieren, eine fünfte Lichtquelle, aufweisend eine fünfte LED, welche eingerichtet ist, um einen vierten kollimierten Lichtstrahl einer vierten Farbe zu emittieren, eine Vielzahl von reflektierenden optischen Komponenten, welche identisch zueinander ausgerichtet sind, wobei die Vielzahl von reflektierenden optischen Komponenten eingerichtet ist, um den ersten kollimierten Strahl, den zweiten kollimierten Strahl, den dritten kollimierten Strahl, den vierten kollimierten Strahl und den fünften kollimierten Strahl entlang einer gemeinsamen Achse zu richten, und einen Ausgang, welcher positioniert ist, um Licht entlang der gemeinsamen Achse aufzunehmen, wobei der Ausgang eingerichtet ist, um einen Ausgangsstrahl zu erzeugen.
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Das Beleuchtungssystem ist imstande, die Emission zahlreicher LEDs mit gesteigerter Effizienz in einen einzelnen Ausgangslichtleiter einzukoppeln. Die optische Ausgangseffizienz kann durch Anordnen eines dichroitischen Spiegels und von LEDs auf eine Art und Weise, um die übermäßigen Verluste in dem System zu verringern, erhöht werden. Ferner kann die LED-Lichtsammeleffizienz zum Beispiel unter Verwendung eines Stapels von zwei asphärischen Linsen in verhältnismäßig naher Distanz zu der LED-Emissionsfläche gesteigert werden. Die Linsenanordnungskosten können zudem unter Verwendung von günstigem Glasmaterial und schlichter Anordnung verringert werden. Zudem können zahlreiche LEDs fliesenartig aneinandergelegt werden, um eine größere Emissionsfläche mit einer Nettoerhöhung der Ausgansbeleuchtungsleistung zu bilden.
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Es versteht sich, dass die obenstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um eine Auswahl von Konzepten, welche in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind, in vereinfachter Form einzuführen. Sie ist nicht dazu vorgesehen, zentrale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Inhalts anzugeben, dessen Rahmen ausschließlich durch die Ansprüche definiert ist, welche auf die ausführliche Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Inhalt nicht auf Implementationen beschränkt, welche jegliche oben oder in jedwedem Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile beseitigen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der Lektüre der folgenden Beschreibung nichtbeschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei nachstehend:
- 1 eine erste Ausführungsform zahlreicher Lichtquellen eines vorangehenden Beispiels zeigt.
- 2 eine zweite Ausführungsform eines Beleuchtungssystems zeigt.
- 3 eine dritte Ausführungsform des Beleuchtungssystems zeigt.
- 4 eine erste Ausführungsform einer Linsenanordnung zeigt.
- 5 eine zweite Ausführungsform der Linsenanordnung zeigt.
- 6 eine Ausführungsform einer Kondensorlinse zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für Mehrwellenlängen-Lichtquellen, welche eingerichtet sind, um eine Beleuchtung mit hoher Bestrahlungsstärke an zahlreichen Schmalband-Wellenlängenbereichen (weniger als 20 nm) bereitzustellen. Die Lichtquellen können eingerichtet sein, um Lichtquellen zur Mikroskopie und/oder Endoskopie zu sein. Die angestrebten Spektralbänder können sich von Ultraviolett-(UV) zu Nahinfrarot-Wellenlängen (NIR-Wellenlängen) erstrecken. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines vorangehenden Beispiels eines mehrfarbigen Beleuchtungssystems. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines mehrfarbigen Beleuchtungssystems. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des mehrfarbigen Beleuchtungssystems. 4 zeigt eine erste Ausführungsform einer Linsenanordnung. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Linsenanordnung. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Kondensorlinse.
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Einige Beispiele des hier beschriebenen Ansatzes bringen eine Ausgestaltung eines dichroitischen Spiegels in Anwendung, welche einen höheren Übertragungsverlust (~10%) als Reflexionsverlust (∼2%) aufweist. Durch Anordnen der LEDs (Leuchtdioden) und des dichroitischen Spiegels wie in den hier genannten Beispielen veranschaulicht ist möglicherweise nicht mehr als die Übertragung eines dichroitischen Spiegels angestrebt, um das Licht in den Ausgangslichtleiter einzukoppeln. Die optische Gestaltung kann somit eine modulare Anordnung ermöglichen, sodass zusätzliche neue Quellen mit minimaler Auswirkung auf das gesamte System hinzugefügt werden können.
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Eine Linsenanordnung kann durch Stapeln eines Paars asphärischer Linsen, aufweisend ein kostengünstiges Glasmaterial, bereitgestellt werden, um eine LED-Emissionssammeleffizienz von über 90% mit niedrigen Produktionskosten zu erzielen. Die Facette der ersten Linse in Richtung der LEDs weist eine Planfläche oder eine konkave Fläche auf, sodass der Luftspalt zwischen der Linse und der LED-Emissionsfläche auf optional weniger als 1 mm verkleinert werden kann. Eine solch große Nähe führt zu einer äußerst hohen numerischen Apertur auf der Quellenseite, sodass eine hohe Sammeleffizienz erzielt werden kann. In einigen Beispielen sind die genau zwei Linsen in der Linsenanordnung (oder alternativ mindestens zwei oder mehr) ausgelegt, zur Einfachheit einer präzisen Montage in Kontakt zu stehen, was eine Verwendung einer kostengünstigen Montage und eine Verkleinerung der Linsenanordnung ermöglicht.
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Um zahlreiche Lichtquellen koaxial zu kombinieren und das Licht in eine/-n gemeinsame/-n Ausgangsfaser oder -lichtleiter einzukoppeln, können dichroitische Spiegel verwendet werden. Eine Anordnung eines vorangehenden Beispiels ist in 1 dargestellt. Die Wellenlänge in Nanometer jeder Lichtquelle ist in 1 angegeben und die Grenzwellenlängen der dichroitischen Langpass-Spiegel sind ebenso genannt.
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1 veranschaulicht eine Mehrlichtanordnung 100, aufweisend eine Vielzahl von Lichtquellen. Eine erste Lichtquelle 110 weist eine erste LED 112, eine erste LED-Linse 114 und einen ersten Filter 116 auf. Die LED-Linse 114 kann eine Einzellinse, eine Doppellinse oder eine Mehrelementlinse sein. Der Filter 116 ist optional, was eine weitere Verfeinerung des LED-Emissionsspektrums bereitstellt. Eine oder mehrere der folgenden LED-Linsen und der Filter können ebenso optional sein. Die erste Lichtquelle 110 richtet ein violettes Licht von 385 nm zu einem ersten dichroitischen Spiegel 162 und einem zweiten dichroitischen Spiegel 164 einer Vielzahl von dichroitischen Spiegeln 160 hin. Das violette Licht wird von dem ersten dichroitischen Spiegel 162 und dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 reflektiert, bevor es einen Ausgang 170 erreicht.
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Eine zweite Lichtquelle 120 weist eine zweite LED 122, eine zweite LED-Linse 124 und einen zweiten Filter 126 auf. Die zweite Lichtquelle 120 richtet ein blaues Licht von 475 nm zu dem ersten dichroitischen Spiegel 162 und dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 hin, bevor es den Ausgang 170 erreicht. Das blaue Licht wird durch den ersten dichroitischen Spiegel 162 übertragen und von dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 reflektiert, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Eine dritte Lichtquelle 130 weist eine dritte LED 132, eine dritte LED-Linse 134 und einen dritten Filter 136 auf. Die dritte Lichtquelle 130 richtet ein rotes Licht von 635 nm zu einem dritten dichroitischen Spiegel 166, einem vierten dichroitischen Spiegel 168 und dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 hin, bevor es den Ausgang 170 erreicht. Das rote Licht wird durch den dritten dichroitischen Spiegel 166 übertragen, von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert und durch den zweiten dichroitischen Spiegel 164 übertragen, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Eine vierte Lichtquelle 140 weist eine vierte LED 142, eine vierte LED-Linse 144 und einen vierten Filter 146 auf. Die vierte Lichtquelle 140 richtet ein gelbes Licht von 550 nm zu dem dritten dichroitischen Spiegel 166, dem vierten dichroitischen Spiegel 168 und dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 hin, bevor es den Ausgang 170 erreicht. Das gelbe Licht wird von dem dritten dichroitischen Spiegel 166 reflektiert, von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert und durch den zweiten dichroitischen Spiegel 164 übertragen, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Eine fünfte Lichtquelle 150 weist eine fünfte LED 152, eine fünfte LED-Linse 154 und einen fünften Filter 156 auf. Die fünfte Lichtquelle 150 richtet ein rotes Licht von 730 nm zu dem vierten dichroitischen Spiegel 168 und dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 hin, bevor es den Ausgang 170 erreicht. Das rote Licht wird durch den vierten dichroitischen Spiegel 168 und den zweiten dichroitischen Spiegel 164 übertragen, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Die Lichtstrahlen der LED-Emission folgen der durch den dichroitischen Spiegel aufgestellten Reflexions- oder Übertragungsregel, um die Ausgangsfaser oder den Ausgangslichtleiter zu erreichen. Die dichroitischen Spiegel können ausgelegt sein, Licht mit längerer Wellenlänge zu übertragen und dasjenige mit kürzerer Wellenlänge zu reflektieren. Zum Beispiel wird das Licht mit 730 nm zwei Übertragungen, das Licht mit 635 nm zwei Übertragungen und eine Reflexion und Licht mit 390 nm zwei Reflexionen durchlaufen, um den Ausgangslichtleiter zu erreichen. Die Übertragung verursacht in dieser Konstruktion für gewöhnlich einen höheren Verlust (z.B. 10%) im Vergleich zu der Reflexion (z.B. 2%), sodass zwei Übertragungen einen Verlust von 19% verursachen können, während zwei Reflexionen lediglich einen Verlust von 4% verursachen. Daher werden in der in 1 dargestellten Gestaltung die Kanäle langer Wellenlänge (rot) einen höheren Verlust als die Kanäle kürzerer Wellenlänge (blau) erleiden.
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Rote LEDs weisen jedoch im Vergleich zu blauen LEDs eine verhältnismäßig geringere Leistung auf. In Kombination mit dem höheren Verlust aufgrund der Konstruktion der dichroitischen Spiegel und der obenstehenden Gestaltung kann die Beleuchtung mit roter Farbe schwächer sein und zuweilen durch Laserlichtquellen ersetzt werden, was Kosten erhöhen und komplizierter als die LED-Lichtquellen sein kann. Außerdem können die schmalere Bandbreite und der hohe Kohärenzgrad der Laserquellen bei den Beleuchtungsanwendungen aufgrund der durch das Laser-Speckle verursachten begrenzten Anregungsbandbreite und nichteinheitlichen Intensität möglicherweise nicht zum Tragen kommen.
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Um diese Probleme zu lösen, bringt ein Beispielansatz eine in 2 dargestellte dichroitische Spiegelanordnung in Anwendung, welche lediglich eine Übertragung für jeden Kanal erfordern wird, sodass der übermäßige Übertragungsverlust der Anordnung aus 1 vermieden werden kann. Außerdem brauchen Lichtstrahlen aus roten Kanälen eine minimale Reflexion, um die Ausgangsfaser oder den Ausgangslichtleiter zu erreichen. Das Endergebnis ist ein gesteigerter optischer Durchsatz für die roten (schwächeren) Kanäle.
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Bei dieser alternativen Gestaltung bilden die dichroitischen Spiegel einen linearen Wellenleiter, um die Lichtstrahlen aus jeder Quelle in den Ausgangslichtleiter reflektieren zu lassen. Die Lichtstrahlen sämtlicher Kanäle außer dem Kanal der geringsten Wellenlänge durchlaufen einen dichroitischen Spiegel in einem Einfallwinkel von 45° in den Wellenleiter und werden dann durch die restlichen dichroitischen Spiegel stromabwärts reflektiert. Zum Beispiel durchläuft Licht mit 730 nm einen dichroitischen Langpassspiegel (LP-Spiegel) mit 700 nm und läuft in den Lichtleiter. Das Licht mit 550 nm durchläuft einen dichroitischen LP-Spiegel mit 500 nm und wird dann durch die dichroitischen Spiegel mit 600 nm und 700 nm reflektiert. Das Licht mit 385 nm bewegt sich durch einen übertragungsfreien Eingang in den Wellenleiter und durchläuft vier Reflexionen, bevor es in den Lichtleiter eintritt, was einen Verlust hervorruft, welcher immerhin geringer als ein Übertragungsverlust ist.
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Genauer gesagt weist eine zweite Anordnung 200 einer Mehrlichtanordnung die erste Lichtquelle 110, die zweite Lichtquelle 120, die dritte Lichtquelle 130, die vierte Lichtquelle 140 und die fünfte Lichtquelle 150 auf. Somit können im Vorangehenden beschriebene Komponenten in dieser Figur und nachfolgenden Figuren analog dazu nummeriert werden.
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Die erste Lichtquelle 110 emittiert das violette Licht in Richtung der Vielzahl von dichroitischen Spiegeln 160, wobei das violette Licht von dem ersten dichroitischen Spiegel 162 reflektiert wird, von dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 reflektiert wird, von dem dritten dichroitischen Spiegel 166 reflektiert wird und dann von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert wird, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Die zweite Lichtquelle 120 emittiert das blaue Licht in Richtung der Vielzahl von dichroitischen Spiegeln 160, wobei das blaue Licht den ersten dichroitischen Spiegel 162 durchquert, von dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 reflektiert wird, von dem dritten dichroitischen Spiegel 166 reflektiert wird und von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert wird, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Die dritte Lichtquelle 130 emittiert das rote Licht in Richtung der Vielzahl von dichroitischen Spiegeln 160, wobei das rote Licht den dritten dichroitischen Spiegel 166 durchquert und von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert wird, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Die vierte Lichtquelle 140 emittiert das gelbe Licht in Richtung der Vielzahl von dichroitischen Spiegeln 160, wobei das gelbe Licht den zweiten dichroitischen Spiegel 164 durchquert, von dem dritten dichroitischen Spiegel 166 reflektiert wird und von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert wird, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Die fünfte Lichtquelle 150 emittiert das rote Licht in Richtung der Vielzahl von dichroitischen Spiegeln 160, wobei das rote Licht den vierten dichroitischen Spiegel 168 durchquert, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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Zusätzlich zu der gesteigerten optischen Effizienz ermöglicht diese lineare Wellenleiteranordnung der dichroitischen Spiegel zudem ein Hinzufügen neuer Kanäle mit minimaler Beeinträchtigung der vorhandenen Ausgestaltung und Leistung. Zum Beispiel wird eine zusätzliche Lichtquelle mit 430 nm dem System hinzugefügt und die neue Gestaltung ist in 3 dargestellt. Der einzige Unterschied zwischen einer dritten Anordnung 300 aus 3 und der zweiten Anordnung aus 2 besteht darin, dass eine Reflexion mehr erforderlich ist, damit das Licht aus dem Kanal mit 385 nm den Ausgangslichtleiter erreicht. Da eine Reflexion des dichroitischen Spiegels lediglich einen minimalen Verlust einbringt und der Lichtstrahl aus dem LED-Linsensystem in hohem Maße kollimiert ist, besteht eine minimale Einbuße aufgrund eines Hinzufügens eines neuen Kanals. Genauer gesagt weist die dritte Anordnung eine sechste Lichtquelle 310 und einen fünften dichroitischen Spiegel 362 auf. Die erste Lichtquelle 110 emittiert das violette Licht, welches von jedem des ersten, des zweiten, des dritten, des vierten und des fünften dichroitischen Spiegels reflektiert wird. Die sechste Lichtquelle 310 weist eine sechste LED 312, eine sechste LED-Linse 314 und einen sechsten Filter 316 auf. Die sechste Lichtquelle 310 emittiert ein Licht mit einer Wellenlänge von 430 nm, was zu einer violetten Farbe führt. In einigen Beispielen kann die sechste Lichtquelle eine Indigo-Farbe aufweisen. Das violette Licht durchquert den fünften dichroitischen Spiegel 362, wird von dem ersten dichroitischen Spiegel 162 reflektiert, wird von dem zweiten dichroitischen Spiegel 164 reflektiert, wird von dem dritten dichroitischen Spiegel 166 reflektiert und wird von dem vierten dichroitischen Spiegel 168 reflektiert, bevor es den Ausgang 170 erreicht.
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In jedem der Beispiele aus den 2 und 3 sind die Vielzahl von spektral selektiven reflektierenden optischen Komponenten (z.B. die dichroitischen Spiegel) identisch zueinander angeordnet. In einem Beispiel sind die dichroitischen Spiegel parallel zueinander angeordnet, was es der Anordnung 300 ermöglicht, ausgehend von der Anordnung 200 mit verringerten Herstellungsschwierigkeiten im Verhältnis zu der Ausführungsform aus 1 modifiziert zu werden. Die optischen Komponenten sind auf Grundlage einer Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichts spektral selektiv.
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Auf diese Weise kann eine Beleuchtungsvorrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen aufweisen, wobei jede der Lichtquellen eine andere Wellenlänge von Licht bereitstellen kann. In einem Beispiel weist die Vielzahl von Lichtquellen gerade einmal fünf Lichtquellen und ganze 10 Lichtquellen auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung mehr als 10 Lichtquellen aufweisen. Eine Anzahl an spektral selektiven reflektierenden optischen Komponenten kann gleich der Anzahl an Lichtquellen sein, wobei die optischen Komponenten in einigen Beispielen dichroitische Spiegel sein können.
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Die LED-Linse ist eingerichtet, um die annähernd Lambert-verteilte Emission von der bloßen LED-Linse zu sammeln. Die numerische Apertur (NA) kann verwendet werden, um die Sammeleffizienz des Linsensystems zu messen. In der Luft ist die NA geringer als eins, da sie der Sinuswert des halben Sammelkegelwinkels ist. Ein Beispiel kombiniert zwei asphärische Planlinsen mit kurzer Brennweite mit Null-Luftspalt, um eine Kollimationslinsenanordnung zu bilden, welche eine NA von mehr als 0,99 in dem Luftraum erzielen kann. Die erste asphärische Linse 404 weist eine Schnittweite von ungefähr 4 mm auf und die zweite asphärische Linse 406 weist eine Brennweite von 7 mm auf. Auf diese Weise stehen die erste asphärische Linse 404 und die zweite asphärische Linse 406 in gemeinsamem Flächenkontakt. Da sich die Planfläche der ersten Linse 404 wie in 4 dargestellt an die LED-Emissionsfläche 402 annähert, kann eine angestrebte NA und damit eine hohe Sammeleffizienz erzielt werden. Ein optionaler Luftspalt zwischen der LED-Emissionsfläche und der Planfläche der ersten Linse ist kleiner als 1 mm, um eine hohe Sammeleffizienz und ein semi-kollimiertes Strahlenbündel nach der Linsenanordnung zu erzielen.
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Die große Nähe der LED-Fläche und der Linsenfläche kann durch Verkürzen des Drahts zu der nahegelegenen leitenden Fläche eine Beeinträchtigung des Bonddrahts oder der LED verursachen. Eine gewisse Bereitstellung kann verwendet werden, um diese Probleme zu lösen. Zum Beispiel können die Bonddrähte angeordnet sein, um bis zu Kontaktpunkten parallel zu der der LED-Fläche zu verlaufen. Außerdem kann eine gewisse dielektrische Gelbeschichtung auf den Bonddraht aufgebracht werden, um eine Verkürzung zu verhindern, wenn sie durch die Linse je verschoben werden.
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Eine weitere mögliche Ausführungsform der Linsenanordnung ist in 5 dargestellt, in der die erste Facette der ersten asphärischen Linse eine konkave Fläche aufweist, sodass die LED in großer Nähe zu der Linse liegen kann, um eine hohe Sammeleffizienz zu erzielen. Die konkave Fläche ermöglicht einen vergrößerten Luftspalt zwischen der LED-Emissionsfläche und der Linsenfläche, sodass der angestrebte Abstand geringfügig erhöht werden kann, um weniger als 1 mm zu betragen.
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An einem der LED gegenüberliegenden Ende des optischen Systems wird wie in 6 dargestellt eine Kondensorlinse 602 verwendet, um die semi-kollimierten Strahlen in den Ausgangslichtleiter 170 zu bündeln. Eine asphärische Linse mit zu dem Lichtleiter passender numerischer Apertur ist ausgewählt, um die Kopplungseffizienz in den Lichtleiter zu maximieren. Die NA des Kondensors kann erhöht oder verringert werden, um die Lichtverteilung zu verändern, nachdem der Lichtstrahl aus dem Lichtleiter austritt. Es kann möglicherweise ein Ausgleich zwischen dem optischen Ausgang und der Beleuchtungseinheitlichkeit bestehen. Zum Beispiel kann unter Verwendung eines Kondensors von höherer NA als diejenige des Lichtleiters ein geringerer Intensitätsgradient mit der Einbuße einer geringeren Kopplungseffizienz in den Lichtleiter erzielt werden.
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Da die LED eine Bereichsemissionseinrichtung ist, kann die Emission von dem Rand der LED außeraxial sein und damit eine geringere Kopplungseffizienz in den Ausgangslichtleiter aufweisen. Die Lichtstrahlen in 6 mit unterschiedlichen Farben stellen eine Emission von verschiedenen Stellen an einer LED dar, an der Blau in der Mitte ist, Grün 0,5 mm von der Mitte entfernt ist, Rot 1 mm entfernt ist und Gold 1,5 mm entfernt ist. Obwohl eine LED-Emission von einer von der Mitte (optischen Achse) entfernten Stelle eine geringere Kopplungseffizienz aufweisen kann, kann die gesamte größere Emissionsfläche noch mehr Leistung zurückzugewinnen. Letztendlich kann die Nettoerhöhung der in den Ausgangslichtleiter eingekoppelten Gesamtleistung die Effizienzverringerung rechtfertigen. Zum Beispiel kann die Effizienz durch Erhöhen der linearen LED-Abmessung um einen Faktor von zwei auf 50% sinken. Die Gesamtleistung von der LED wird jedoch um das Vierfache erhöht. Daher besteht das Endergebnis in einer zweifachen Erhöhung der in den Lichtleiter eingekoppelten Gesamtleistung. Die LED-Emissionsvergrößerung kann unter Verwendung eines großen LED-Die oder durch fliesenartiges Aneinanderlegen zahlreicher LEDs in einem dicht gepackten Matrixformat wie etwa einer 2x2 Matrix erzielt werden.
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Die obenstehenden Figuren zeigen Beispielausgestaltungen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie als einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt dargestellt sind, dann können solche Elemente in mindestens einem Beispiel jeweils als direkt in Kontakt stehend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Analog dazu können als zusammenhängend oder benachbart zueinander dargestellte Elemente in mindestens einem Beispiel jeweils zusammenhängend oder benachbart zueinander sein. Beispielsweise können in gemeinsamem Flächenkontakt miteinander stehende Komponenten als in gemeinsamem Flächenkontakt stehend bezeichnet werden. Zudem können beispielsweise Elemente, welche mit lediglich einem Raum dazwischen und ohne weitere Komponenten voneinander entfernt positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Des Weiteren können beispielsweise als über-/untereinander an einander gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander dargestellte Elemente relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann in mindestens einem Beispiel wie in den Figuren dargestellt ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Die hier verwendeten Bezeichnungen Ober-/Unter-, obere(-r/-s)/untere(-r/-s), oberhalb/unterhalb können im Verhältnis zu einer Vertikalachse der Figuren stehen und verwendet werden, um eine Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Somit sind oberhalb anderer Elemente dargestellte Elemente in einem Beispiel vertikal oberhalb der anderen Elemente positioniert. Des Weiteren können beispielsweise innerhalb der Figuren abgebildete Formen der Elemente als diese Formen aufweisend (wie z.B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, angewinkelt oder dergleichen) bezeichnet werden. Ferner können als einander überschneidend dargestellte Elemente in mindestens einem Beispiel als sich überschneidende Elemente oder einander überschneidend bezeichnet werden. Des Weiteren kann ein innerhalb eines anderen Elements dargestelltes oder außerhalb eines anderen Elements dargestelltes Element in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
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Die technische Wirkung des Mehrwellenlängen-LED-Beleuchtungssystems besteht in der Steigerung einer optischen Effizienz und gleichzeitig ferner der Bereitstellung einer Option zur Einfügung eines neuen Wellenlängenkanals. Durch Anordnen der dichroitischen Spiegel in der Gestaltung der vorliegenden Offenbarung bilden die dichroitischen Spiegel einen linearen Wellenleiter, um Lichtstrahlen aus jeder Quelle in einen Ausgangslichtleiter reflektieren zu lassen. Die Lichtstrahlen der Lichtquellen werden mit Ausnahme der Lichtquelle über 700 nm möglicherweise lediglich in einem Einfallwinkel von 45° in den Ausgang reflektiert. Dies kann einen optischen Durchsatz erhöhen und einen Übertragungsverlust vermindern.
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Ein Element oder ein Schritt, welches/welcher hier verwendet wird, im Singular genannt ist und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, sollte insofern verstanden werden, als dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, sofern ein solcher Ausschluss nicht ausdrücklich angegeben ist. Ferner sind Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung nicht dazu vorgesehen, insofern ausgelegt zu werden, als dass sie das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen ausschließen, welche die genannten Merkmale ebenso beinhalten. Des Weiteren können, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, „aufweisend“ oder „mit“ ein/einem Element oder eine/einer Vielzahl von Elementen mit einer konkreten Eigenschaft zusätzliche derartige Elemente ohne diese Eigenschaft aufweisen. Die Begriffe „mit“ und „in welcher/welchem“ werden als die allgemeinsprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe „aufweisend“ und „wobei“ verwendet. Des Weiteren werden die Begriffe „erste(-r/-s)“, „zweite(-r/-s)“ und „dritte(-r/-s)“ usw. lediglich zur Kennzeichnung verwendet und sind nicht dazu vorgesehen, zahlenmäßige Anforderungen oder eine konkrete Positionsreihenfolge ihrer Objekte festzulegen.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Betriebsweise, zu offenbaren und zudem den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung, einschließlich der Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren, zu verwirklichen. Der patentierbare Rahmen der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, welche von dem Fachmann erdacht werden. Solche weiteren Beispiele sind dazu vorgesehen, innerhalb des Rahmens der Ansprüche zu liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, welche nicht von der wörtlichen Ausdrucksweise der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zu der wörtlichen Ausdrucksweise der Ansprüche aufweisen.
