JP2018523257A - 光ファイバ照明装置および方法 - Google Patents

光ファイバ照明装置および方法 Download PDF

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Abstract

各レーザダイオードがそれぞれのビームの光を生じる複数のレーザダイオード（１４Ａ〜１４Ｃ）と、複数のレーザダイオードのそれぞれのビームと光学的に位置合わせされた複数のコリメートレンズ（２２Ａ〜２２Ｃ）とを含む照明装置が提供される。照明装置は、複数のレーザダイオードの各々によって発せられ、複数のコリメートレンズによってそちらに向けられるレーザ光を受光するよう光学的に位置合わせされたフィールドレンズ（２４）も含む。照明装置は、更に、レーザ光を受光するようフィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光拡散ファイバ（３０）であって、側壁から光を発する光拡散ファイバ（３０）を有する。

Description

優先権の主張
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１５年５月４日に出願された米国仮特許出願第６２／１５６，３７５号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
本開示は、光ファイバを用いた照明装置に関し、より具体的には、大きい開口数を有する光ファイバ（例えば、光拡散ファイバ等）に光学的に結合されたレーザダイオードを有するコンパクトな照明装置に関する。
光拡散ファイバ（ＬＤＦ）は、アクセント照明、標示器照明、および他の照明用途のための光照明器として、様々な用途で用いられ得る。従来の照明パッケージの全体的なサイズは、典型的には大きいものであり、ダイオード光源からの光を光ファイバに効率的に結合するには高価なものになり得る。
従って、コンパクトで経済的に製造できる照明パッケージで光ファイバ（例えば、光拡散ファイバ等）を照明する照明装置を提供することが望ましい。
一実施形態によれば、照明装置が提供される。この照明装置は、各レーザダイオードがそれぞれのビームとして光を発する複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードのそれぞれのビームと光学的に位置合わせされた複数のコリメートレンズとを含む。照明装置は、複数のレーザダイオードの各々によって発せられ、複数のコリメートレンズによってそちらに向けられるレーザ光を受光するよう光学的に位置合わせされたフィールドレンズも含む。照明装置は、更に、レーザ光を受光するようフィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光拡散ファイバであって、側壁から光を発する光拡散ファイバを含む。
別の実施形態によれば、各レーザダイオードがビームとして発せられる光を生じる複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードのそれぞれのビームと光学的に位置合わせされた複数のコリメートレンズとを含む照明装置が提供される。照明装置は、複数のレーザダイオードの各々によって発せられ、複数のコリメートレンズによってそちらに向けられるレーザ光を受光するよう光学的に位置合わせされたフィールドレンズも含む。照明装置は、更に、レーザ光を受光するようフィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光ファイバであって、少なくとも０．４の開口数を有する光ファイバを含む。
更なる実施形態によれば、照明装置を用いて光を生じる方法が提供される。この方法は、複数のレーザダイオードを用いて複数のレーザビームを生じる工程と、複数のコリメートレンズをそれぞれ用いて複数のレーザビームの各々をコリメートする工程とを含む。この方法は、フィールドレンズを用いて複数のレーザビームを集光する工程と、フィールドレンズを用いて、複数のコリメートされたレーザビームを光拡散ファイバの端部上に収束させる工程とも含む。この方法は、更に、光拡散ファイバからの複数のレーザビームの組合せから得られた光を発する工程を含む。
更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載されるように実施形態を実施することによって認識される。
上記の概要説明および以下の詳細説明は、単に例示的なものであり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は１以上の実施形態を示しており、明細書と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。
一実施形態による、隠れている構成要素を破線で示す、照明装置の模式図 図１に示されている照明装置の分解図 ハウジングカバーが除去された状態の、図１に示されている照明装置の上面図 図２に示されている照明拡散ファイバの線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図
ここで、添付の図面に例が示されている本開示の好ましい実施形態を詳細に参照する。可能な場合には常に、同じまたは類似の部分を参照するために、図面を通して同じ参照番号が用いられる。
以下の詳細な説明は、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図した実施形態を表すものである。添付の図面は、特許請求の範囲の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部をなすものである。図面は様々な実施形態を示しており、明細書と共に、特許請求される実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。
図１〜図４を参照すると、一実施形態による照明装置１０が示されており、照明装置１０は、３つのパッケージ化されたレーザダイオード源として一般的に示されている複数の光源によって生じる光照明を提供し、光拡散ファイバ（ＬＤＦ）３０として示されている光ファイバを介して光照明を出力する。照明装置１０は、本明細書においては３つの別々のレーザダイオードパッケージとして示されており記載される複数の光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃを含み、各光源パッケージは、１４Ａ〜１４Ｃの識別子でそれぞれ示されているレーザダイオードを有する。開示されている実施形態では、３つの光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、その中に取り付けられリニアアレイとして並べて配置された個々のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃを有する。各レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃは、発光点において可視光を発し得るものであり、個々のレーザビームの出力レーザビーム光路はそれぞれ異なる。
図示されている実施形態では、３つのレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃは、照明装置の構成要素を収容して保護する光ハウジング２０に固定されて接続されている。ハウジング２０は熱伝導性材料（例えば、アルミニウム等）で作られ得る。図示されているハウジング２０は、一般的に、囲いを画成する底部壁、４つの直立した側壁、および上部壁またはカバー２１を有する長方形のハウジングである。他の形状および信号ハウジングが用いられてもよい。図示されている底部壁は、両端部から延びる取り付け板を有し、取り付け板は、熱を光源から離れる方向に更に伝え得る装置または他の構造にハウジング２０を取り付けるのを可能にする固定具（例えば、ねじ）を有する。光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、光ハウジング２０の一方の端部の壁にある概ね円形の開口部１８Ａ〜１８Ｃ内にそれぞれ取り付けられており、レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃが、ハウジング２０によって画成される囲いの中へと延出するようになっている。光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、開口部１８Ａ〜１８Ｃと個々の光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃとの間に塗布された熱伝導性接着剤によってハウジング２０に接続され得る。従って、熱伝導性ハウジング２０および熱伝導性接着剤は、熱エネルギーを放散して過熱を防止するために、熱エネルギー（熱）を光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃから離れる方向に伝えるので有利である。
照明装置１０は複数のコリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃも含み、コリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃは、レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃの前方に取り付けられ、複数のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃによって発せられた個々のビーム出力とそれぞれ光学的に位置合わせされている。各コリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃは、レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃのうちの１つからのレーザビーム出力をコリメートして、コリメートされたレーザビーム４２を生じる。コリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃは、レーザダイオードのビームをコリメートするよう設計された、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内の直径を有し得る成型された非球面ガラスレンズとして構成され得る。図示されている実施形態では、３つのコリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃが３つのレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃと位置合わせされている。コリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃは、接着剤または他の形態の接続によって光ハウジング２０に固定され得る。従って、図１に示されているように、第１のレーザダイオード１４Ａから発せられた発散するレーザビーム出力は、第１のコリメートレンズ２２Ａによって捕捉され、第１のコリメートされたレーザビーム４２として出力される。同様に、第２のレーザダイオード１４Ｂから発せられた発散するレーザビーム出力は、第２のコリメートレンズ２２Ｂによって集光されてコリメートされ、第２のコリメートされたレーザビーム４２として出力される。同様に、第３のレーザダイオード１４Ｃから発せられた発散するレーザビーム出力は、第３のコリメートレンズ２２Ｃによって集光されてコリメートされ、第３のコリメートされたレーザビーム４２として出力される。
照明装置１０は光学フィールドレンズ２４を更に含み、フィールドレンズ２４は、複数のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃの各々によって発せられ、複数のコリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃによってそちらに向けられるコリメートされたレーザ光ビーム４２を受光するよう位置合わせされている。一実施形態によれば、フィールドレンズ２４は、平凸球面レンズを含み得る。レーザダイオードのリニアアレイでは、平凸球面フィールドレンズ２４は、概ね長方形の光ハウジング２０内にコンパクトに嵌るように、レンズ２４における高さを低減するために、上面および底面を切断され得る。一例によれば、平凸レンズは、直径が１０ミリメートルのレンズの平面の横断方向において７ミリメートルの高さになるよう切断され得る。これにより、この例によれば、ハウジングアセンブリの高さを約１２．１７ミリメートル〜８．８５ミリメートルに低減することが可能になる。別の実施形態によれば、フィールドレンズ２４は非球面レンズであり得る。非球面フィールドレンズ２４も、レーザダイオードのリニアアレイ用に、上面および底面を同様に切断され得る。非球面レンズは、約０．５３のより高い開口数（ＮＡ）を有し得るものであり、同様のＮＡを有する光拡散ファイバと共に用いられ得る。非球面レンズを切断することで、そのサイズが低減され得る。非球面レンズを用いることにより、焦点距離をより短くすることが可能になる。フィールドレンズ２４は、光ハウジング２０に接着または別様で取り付けられ得る。
図示されている個々のコリメートされたレーザビーム４２は、概ね互いに対して略平行に延びており、各々が、フィールドレンズ２４の入力側の異なる前面部分に入射する。この実施形態では、複数のレーザビーム４２は互いに重ならず、各ビーム４２は、別々の位置においてフィールドレンズ２４に入射する。フィールドレンズ２４は、入力側において、各コリメートされたレーザビーム４２を受光し、出力側において、組み合わされたレーザ光ビーム４２を、円錐形のビームとして一般的に示されている収束された収束ビーム４４として収束させ、収束ビーム４４は、光ファイバ３０の剥き出しの第１の終端部５０付近の点に当たる。フィールドレンズ２４は、集光されたレーザビームが組み合わされて収束ビーム４４として収束される焦点を有し、フィールドレンズ２４によって集光された略全ての光を第１の終端部５０上および光ファイバ３０内に向かわせるために、収束ビーム４４は焦点付近の小さい領域に十分に収束される。
照明装置１０は、光ファイバ３０を更に含み、光ファイバ３０は、レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃによって発生され、レンズ２２Ａ〜２２Ｃおよび２４によってコリメートおよび集光されたレーザ光を受光するよう、フィールドレンズ２４の焦点付近に配置された剥き出しの第１の終端部５０を有する。一実施形態において、光ファイバ３０は、第１の終端部５０から第２の終端部５２まで延在する側壁４０から光を発する光拡散ファイバである。図示されている側壁４０は、光ファイバ３０の外面上のシリンダー形状の側壁である。なお、光の少なくとも一部が側壁４０から発せられる。更に、光の少なくとも一部は、光ファイバ３０の第２の終端部から発せられ得る。一実施形態によれば、光ファイバ３０は光拡散ファイバ（例えば、コーニング社によってＦＩＢＲＡＮＣＥ（登録商標）の商標で製造および販売されている市販の光拡散ファイバ等）であり得る。
光ファイバ３０は、少なくとも０．４、より好ましくは少なくとも０．５、最も好ましくは約０．５３の開口数を有する。一実施形態において、光ファイバ３０は、少なくとも０．３、少なくとも０．４、少なくとも０．５、少なくとも０．６、少なくとも０．７、または約０．５３の開口数を有する光拡散ファイバである。光ファイバ３０は、５０μｍ〜２００μｍの範囲内の直径を有し得る。図示されている光ファイバ３０は、光ハウジング２０に接続されているコネクタ２６に固定されて接続されている。コネクタ２６は、光ファイバ３０の剥き出しの第１の終端部５０を、フィールドレンズ２４によって第１の終端部５０上に収束した光を受光するよう固定された位置に保持する。図示されているコネクタ２６は、ハウジング２０内に嵌るブロックを含み、ブロックは、光ファイバ３０をフィールドレンズ２４の焦点に対して所望の位置および向きに保持するためにハウジング２０に固定されて取り付けられ得る。一実施形態によれば、ファイバコネクタ２６は、ＳＴ型コネクタを含み得る。他の実施形態によれば、ファイバコネクタ２６は、ＦＣ型またはＳＭＡ型レセプタクルを含み得る。或いは、光ファイバ３０は、フェルール内に取り付けられて、固定された位置に接着され得る。
なお、一実施形態による、リニアアレイとして構成された複数のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃが示されているが、複数のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃは別様で配向されてもよい。例えば、複数のレーザダイオードは、中心光軸について中心合わせされ得る三角形または円形のパターンで配向されてもよい。より多くの数の光の波長が必要な場合には、更なるレーザ源が用いられ得る。より大きいレーザパワーが必要な場合には、レーザダイオードの所与の出力パワーについて、高められたパワー出力を提供するために、同じ波長を有する複数のレーザが用いられ得る。また、同じ波長の複数のレーザを、他の波長の他のレーザと組み合わせて用いることも可能である。
光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、ＴＯ缶パッケージの形態のレーザ源パッケージを含み得る。３つの市販のＴＯ缶パッケージは、開口部１８Ａ〜１８Ｃに挿入されて、コリメートレンズ２２Ａ〜２２Ｃと光学的に位置合わせされた状態でハウジング２０に接続され得る。各光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、ダイオードハウジングと複数の入力ピン１６Ａ〜１６Ｃとを有する。ＴＯ缶パッケージハウジングは、金属の缶を含み得んでもよく、ダイオード１４Ａ〜１４Ｃは、ダイオードハウジング内に配設されて、その中に密封され得る。各レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃは、入力ピン１６Ａ〜１６Ｃを介して電力を受け取り、それぞれ異なる出力レーザビームを生じる発光点においてレーザ発光を生じる。各レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃは、レーザ光スペクトル内の特定の波長における特定の色の光（例えば、赤色、緑色、または青色等）の特定の波長を生じ得る。一実施形態において、第１のレーザダイオード１４Ａは第１の波長の緑色レーザビームを生じ、第２のレーザダイオード１４Ｂは第２の波長の赤色レーザビームを生じ、第３のレーザダイオード１４Ｃは第３の波長の青色レーザビームを生じる。赤色、緑色、および青色のレーザダイオードを様々な組合せおよび比率で用いることにより、光拡散ファイバ３０からの照明のために、異なる色の光出力を生じさせてもよい。光拡散ファイバ３０によって生じて出力される光の色または色相は、赤色、緑色、および青色のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃ各々のパルス幅変調（ＰＷＭ）または強度を制御して各色のレーザビームの比率を調節することによって生成され得る。
光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、ハウジング２０内において互いに近接して配置され、各パッケージのハウジングに、ダイオード１４Ａ〜１４Ｃをできるだけ互いに近接させて配置するための切断部分を含み得る。リニアアレイの両端部には、レーザダイオード１４Ａおよび１４Ｃとして緑色レーザダイオーおよび青色レーザダイオードが用いられ、中心には、ダイオード１４Ｂとして赤色レーザダイオードが配置され得る。赤色ダイオードが発する熱は、緑色ダイオードおよび青色ダイオードと比較して少ないので、ハウジング内の中心で発生する熱エネルギーがより小さくなる。なお、組立て中は、光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃがハウジング２０に取り付けられ、その後で、光学レンズ２２Ａ〜２２Ｃおよび２４がレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃと位置合わせされて適切な位置に固定され得る。
照明装置１０は、スタンドアロンの照明装置として用いられ得る。各光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、例えば、民生用電子機器（例えば、携帯電話）等の小型の装置および用途を含むコンパクトな用途での使用を可能にするのに十分に小さい高さおよび長さ寸法を有するコンパクトなサイズを有する。光源パッケージ１２Ａ〜１２Ｃは、光の出口と位置合わせされたガラス窓を有するものが入手可能な市販のＴＯ缶パッケージを含み得る。ＴＯ缶パッケージの例としては、市販の３．３ｍｍおよび３．８ｍｍのＴＯ缶パッケージが挙げられる。
光拡散ファイバ３０は、所与の用途のための十分な照明を提供するための任意の適切な長さを有し得る。一実施形態において、光拡散ファイバ３０は、少なくとも１０メートルまでの長さを有する。光拡散ファイバ３０の長さを増すこと、および／または光出力を増すことは、光拡散ファイバ３０の両端部５０および５２に光ハウジング２０を結合することによって達成され得る。ファイバ３０は、ハウジング２０に接続されたコネクタ２６に接続され得る。フィールドレンズ２４と位置合わせされた際に、３つの集光されたレーザ出力ビームが組み合わされたレーザ光が、第１の終端部５０において効率的に光拡散ファイバ３０内へと発せられるように、ファイバ３０の第１の終端部５０は非常に滑らかであるのが好ましい。
照明装置１０は、スタンドアロンの照明装置として用いられてもよく、例えば、民生用電子装置等の装置に組み込まれてもよく、または、コンパクトで安価な照明装置を提供するための別の用途で用いられてもよい。なお、光拡散ファイバ３０は、装置および照明用途の寸法に対応するための様々な形状およびサイズを有し得る。
一実施形態において、照明装置１０は光拡散ファイバ３０を含み、光拡散ファイバ３０は、レーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃによって発生される略全ての光を受光するようレンズ２２Ａ〜２２Ｃおよび２４を介して複数のレーザダイオード１４Ａ〜１４Ｃに動作可能に結合されており、照明用途のために、光拡散ファイバ３０の側壁４０から光４８を分散させる。光拡散ファイバ３０は、組み合わされたレーザ光を受光して、側壁４０から光を散乱させて出力する高散乱光伝送ファイバである。一実施形態によれば、光拡散ファイバ３０を用いて達成される高散乱光伝送は、０．５ｄＢ／メートル以上の光の減衰を有する。
光拡散ファイバ３０は、単一の光拡散ファイバとして構成され得る。光拡散ファイバ３０は、例えば、５０〜２００マイクロメートルの範囲内の直径を有するマルチモードファイバであり得、柔軟であり得るので、ハウジング２０に接続されたコネクタ２６に対して容易に設置可能である。一実施形態において、光拡散ファイバ３０は、１，０００マイクロメートル以下、より具体的には、約２５０マイクロメートル以下の直径を有する。他の実施形態では、光拡散ファイバ３０はより剛性であってもよく、１，０００マイクロメートルより大きい直径を有してもよい。
図４に示されているような典型的な断面構造を有する光拡散ファイバ３０の一実施形態が図示されている。光拡散ファイバ３０は、シリカファイバのコアおよびクラッドのうちの一方に形成されたランダムな空気線または空隙を含み得る。そのような光拡散ファイバを設計および形成するための技術の例は、例えば、米国特許第７，４５０，８０６号明細書、第７，９３０，９０４号明細書、および第７，５０５，６６０号明細書、並びに米国特許出願公開第２０１１／０３０５０３５号明細書に見出され得るものであり、それらの全体を参照して本明細書に組み込む。光拡散ファイバ３０は、Ｇｅ添加またはＦ添加コアを含み得るＳｉＯ２ガラスコア３２を有する。一実施形態によれば、ガラスコアは、２０マイクロメートルより大きい直径を有する。光を散乱させるための空気線を有するＳｉＯ２クラッド層３４は、コア３２を囲むものとして図示されている。クラッド層３４は、光を散乱させ、側壁４０を通るよう光を向かわせるための空気線または空隙を含むよう形成され得る。なお、様々な実施形態によれば、ランダムな空気線は、コア３２内、クラッド３４内、またはそれらの両方に配設され得る。なお、光拡散ファイバ３０においては、一般的に、高散乱光損失が好ましい。一般的に、低屈折率ポリマー一次保護層３６がクラッド層３４を囲んでいる。更に、一次保護層３６上に、外側の二次層３８が配設され得る。一次保護層３６は軟質（低弾性率）であってもよく、二次層３８はより硬質（高弾性率）であってもよい。
光拡散ファイバ３０の散乱損失は、ファイバ製造および処理の工程を通して制御され得る。空気線形成処理においては、多数の気泡の形成は、一般的に、大量の光の散乱を生じ、延伸処理においては、より高いまたはより低い光損失を生じるために、高い張力または低い張力をそれぞれ用いることによって散乱を制御できる。光の損失を最大化するために、光拡散ファイバ３０長さの全体ではなくとも少なくとも一部にわたって、ポリマークラッドが除去されてもよい。光拡散ファイバ３０に、散乱性の顔料または分子（例えば、ＴｉＯ２等）を含有するインクをコーティングすることにより、光の伝搬方向およびその逆方向の両方において角度損失を均一にすることができる。高散乱性光拡散ファイバ３０は、散乱および均一性を高めるよう改質されたクラッドを有し得る。所望であれば、光出力を高めるために、光拡散ファイバ３０の外面上、またはコアもしくはクラッド内に故意に導入される表面欠陥も追加され得る。
光拡散ファイバ３０は、多数の（５０個より多い）ガスが充填された空隙または他のナノサイズ構造（例えば、ファイバの断面内において５０個を超える、１００個を超える、または２００個を超える空隙）を有する領域またはエリアを有し得る。ガスが充填された空隙は、例えば、ＳＯ２、Ｋｒ、Ａｒ、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、またはそれらの混合物を含み得る。ナノサイズ構造（例えば、空隙）の断面サイズ（例えば、直径）は、１０ナノメートル〜１マイクトメートルの範囲（例えば、１５ナノメートル〜５００ナノメートル）で様々であり得、長さは、照明される領域に応じて様々であり得る。
なお、本明細書に図示および記載される光拡散ファイバ３０は空気線を有するものであるが、他の光散乱要素が用いられてもよい。高散乱光伝送を提供するために、例えば、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ等の高屈折率材料が用いられてもよい。
他の実施形態によれば、照明装置１０は、光送出ファイバと称される低散乱性光伝送ファイバを用いる。この実施形態では、光ファイバは、少なくとも０．４、より好ましくは少なくとも０．５、最も好ましくは約０．５３の開口数を有する。光送出ファイバは、少なくとも０．３、少なくとも０．４、少なくとも０．５、少なくとも０．６、少なくとも０．７、または約０．５３の開口数を有し得る。照明装置１０は、第２の終端部５２から発せられる光を送り届けるために、または、光を別の装置に伝えるために、光送出ファイバを用い得る。或いは、光送出ファイバは、第２の終端部５２において、光拡散ファイバに結合されてもよく、光拡散ファイバは側壁から光を発する。送出ファイバは、低信号損失で光を伝送するよう設計された光ファイバを含み得る。送出ファイバを用いて達成される低散乱性光伝送は、０．５ｄＢ／メートル未満の光の減衰を有する。
従って、照明装置１０は、（例えば、ＴＯ缶パッケージ内にある）複数のレーザダイオードからの光を光拡散ファイバに結合して、光照明を提供する点が有利である。照明装置１０は、コンパクトで製造が経済的な既存のＴＯ缶パッケージを用いてもよい。照明装置１０は、多くの用途のうちの任意の用途において有利に用いられ得る幅、高さ、および長さを含む十分に小さい寸法を有する。
特許請求の範囲内の例に対して、様々な変形および変更が行われ得るものであり、更なる例を達成するために、それぞれ異なる例の態様が様々な異なる方法で組み合わされ得る。従って、特許請求の範囲の真の範囲は、本明細書に記載された実施形態に照らした、しかしそれらに限定されない、本開示の全体から理解されるものである。
特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
各レーザダイオードがレーザ光のビームを生じる複数のレーザダイオードと、
前記レーザ光ビームを受光する複数のコリメートレンズであって、各前記レーザ光ビームと光学的に位置合わせされたコリメートレンズを含む複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記複数のコリメートレンズと光学的に位置合わせされたフィールドレンズと、
前記フィールドレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記フィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光拡散ファイバであって、側壁を有し、前記レーザ光ビームからの光を前記側壁に通して散乱させる光拡散ファイバと
を含むことを特徴とする照明装置。
実施形態２
前記光拡散ファイバが少なくとも０．４の開口数を有する、実施形態１記載の照明装置。
実施形態３
前記光拡散ファイバが少なくとも０．５の開口数を有する、実施形態１または２記載の照明装置。
実施形態４
前記複数のレーザダイオードが、第１の色のレーザ光ビームを生じる第１のレーザダイオード、および第２の色のレーザ光ビームを生じる第２のレーザダイオードを含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態５
第３の色のレーザ光ビームを生じる第３のレーザダイオードを更に含む、実施形態４記載の照明装置。
実施形態６
前記複数のコリメートレンズが非球面レンズであり、前記フィールドレンズが非球面レンズおよび平凸レンズのうちの１つである、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態７
前記光拡散ファイバがマルチモードファイバである、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態８
前記光拡散ファイバが、２０マイクロメートルより大きい直径を有するコアを含む、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態９
前記複数のレーザダイオードの各々がＴＯ缶レーザ源パッケージ内に設けられる、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態１０
各レーザダイオードがレーザ光のビームを生じる複数のレーザダイオードと、
前記レーザ光ビームを受光する複数のコリメートレンズであって、各前記レーザ光ビームと光学的に位置合わせされたコリメートレンズを含む複数のコリメートレンズと、
前記複数のコリメートレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記複数のコリメートレンズと光学的に位置合わせされたフィールドレンズと、
前記フィールドレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記フィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光ファイバであって、少なくとも０．４の開口数を有する光ファイバと
を含むことを特徴とする照明装置。
実施形態１１
前記光ファイバが少なくとも０．５の開口数を有する、実施形態１０記載の照明装置。
実施形態１２
側壁を有し、前記レーザ光ビームからの光を前記側壁に通して散乱させる光拡散ファイバを、前記光ファイバが含む、実施形態１０または１１記載の照明装置。
実施形態１３
前記複数のレーザダイオードが、第１の色のレーザ光ビームを生じる第１のレーザダイオード、および第２の色のレーザ光ビームを生じる第２のレーザダイオードを含む、実施形態１０〜１２のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態１４
第３の色のレーザ光ビームを生じる第３のレーザダイオードを更に含む、実施形態１３記載の照明装置。
実施形態１５
前記光拡散ファイバがマルチモードファイバである、実施形態１２〜１４のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態１６
前記複数のコリメートレンズが非球面レンズであり、前記フィールドレンズが非球面レンズおよび平凸レンズのうちの１つである、実施形態１０〜１５のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態１７
前記複数のレーザダイオードの各々がＴＯ缶レーザ源パッケージ内に設けられる、実施形態１０〜１６のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態１８
照明装置を用いて光を生じる方法において、
複数のレーザダイオードを用いて複数のレーザ光ビームを生じる工程と、
複数のコリメートレンズをそれぞれ用いて、前記複数のレーザ光ビームの各々をコリメートする工程と、
フィールドレンズを用いて前記複数のレーザ光ビームを集光する工程と、
前記フィールドレンズを用いて、前記複数のコリメートされたレーザ光ビームを光拡散ファイバの端部上に収束させる工程と、
前記収束したレーザ光ビームからの光を、光拡散ファイバの側壁に通して散乱させる工程と
を含むことを特徴とする方法。
実施形態１９
前記光拡散ファイバが少なくとも０．４の開口数を有する、実施形態１８記載の方法。
実施形態２０
前記複数のレーザダイオードが、複数の異なる色を有するレーザ光ビームを生じるものであり、前記方法が、前記散乱光の色を選択するために、各前記レーザ光ビームの比率を調節し、前記調節されたレーザ光ビームを組み合わせる工程を更に含む、実施形態１８または１９記載の方法。
実施形態２１
前記フィールドレンズによって受光される前記コリメートされたレーザ光ビームが互いに重なっていない、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態２２
前記フィールドレンズによって受光される前記コリメートされたレーザ光ビームが互いに重なっていない、実施形態１０〜１７のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態２３
前記光ファイバが光送出ファイバを含む、実施形態１０〜１７のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態２４
前記光ファイバが、前記光送出ファイバに光学的に結合された光拡散ファイバを更に含む、実施形態２３記載の照明装置。
実施形態２５
前記光拡散ファイバの前記終端部によって受光される前記レーザ光ビームが互いに重なっていない、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態２６
前記光ファイバの前記終端部によって受光される前記レーザ光ビームが互いに重なっていない、実施形態１０〜１７のいずれか１つに記載の照明装置。
実施形態２７
前記第１の色のレーザビームが赤色レーザビームであり、前記第２の色のレーザビームが緑色レーザビームであり、前記第３の色のレーザビームが青色レーザビームである、実施形態５記載の照明装置。
実施形態２８
前記第１のレーザダイオード、前記第２のレーザダイオード、および前記第３のレーザダイオードがリニアアレイとして構成され、該リニアアレイ内において、前記第１のレーザダイオードが前記第２のレーザダイオードと前記第３のレーザダイオードとの間に配置される、実施形態２７記載の照明装置。
実施形態２９
前記第１の色のレーザビームが赤色レーザビームであり、前記第２の色のレーザビームが緑色レーザビームであり、前記第３の色のレーザビームが青色レーザビームである、実施形態１４記載の照明装置。
実施形態３０
前記第１のレーザダイオード、前記第２のレーザダイオード、および前記第３のレーザダイオードがリニアアレイとして構成され、該リニアアレイ内において、前記第１のレーザダイオードが前記第２のレーザダイオードと前記第３のレーザダイオードとの間に配置される、実施形態２９記載の照明装置。
実施形態３１
前記光拡散ファイバが、５０〜２００マイクロメートルの範囲内の直径を有する、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の照明装置。
１０ 照明装置
１２Ａ〜１２Ｃ 光源パッケージ
１４Ａ〜１４Ｃ レーザダイオード
２０ ハウジング
２２Ａ〜２２Ｃ コリメートレンズ
２４ フィールドレンズ
２６ コネクタ
３０ 光ファイバ
３２ コア
４０ 側壁
４２ コリメートされたレーザビーム
５０ 第１の終端部
５２ 第２の終端部

Claims (10)

  1. 各レーザダイオードがレーザ光のビームを生じる複数のレーザダイオードと
    前記レーザ光ビームを受光する複数のコリメートレンズであって、各前記レーザ光ビームと光学的に位置合わせされたコリメートレンズを含む複数のコリメートレンズと、
    前記複数のコリメートレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記複数のコリメートレンズと光学的に位置合わせされたフィールドレンズと、
    前記フィールドレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記フィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光拡散ファイバであって、側壁を有し、前記レーザ光ビームからの光を前記側壁に通して散乱させる光拡散ファイバと
    を含むことを特徴とする照明装置。
  2. 前記光拡散ファイバがマルチモードファイバである、請求項１記載の照明装置。
  3. 前記光拡散ファイバが、２０マイクロメートルより大きい直径を有するコアを含む、請求項１または２記載の照明装置。
  4. 前記光拡散ファイバの前記終端部によって受光される前記レーザ光ビームが互いに重なっていない、請求項１〜３のいずれか一項記載の照明装置。
  5. 前記光拡散ファイバが、５０〜２００マイクロメートルの範囲内の直径を有する、請求項１〜４のいずれか一項記載の照明装置。
  6. 各レーザダイオードがレーザ光のビームを生じる複数のレーザダイオードと、
    前記レーザ光ビームを受光する複数のコリメートレンズであって、各前記レーザ光ビームと光学的に位置合わせされたコリメートレンズを含む複数のコリメートレンズと、
    前記複数のコリメートレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記複数のコリメートレンズと光学的に位置合わせされたフィールドレンズと、
    前記フィールドレンズから前記レーザ光ビームを受光するよう前記フィールドレンズの焦点付近に配置された終端部を有する光ファイバであって、少なくとも０．４の開口数を有する光ファイバと
    を含むことを特徴とする照明装置。
  7. 側壁を有し、前記レーザ光ビームからの光を前記側壁に通して散乱させる光拡散ファイバを、前記光ファイバが含む、請求項６記載の照明装置。
  8. 前記光拡散ファイバがマルチモードファイバである、請求項６または７記載の照明装置。
  9. 前記フィールドレンズによって受光される前記コリメートされたレーザ光ビームが互いに重なっていない、請求項６〜８のいずれか一項記載の照明装置。
  10. 照明装置を用いて光を生じる方法において、
    複数のレーザダイオードを用いて複数のレーザ光ビームを生じる工程と、
    複数のコリメートレンズをそれぞれ用いて、前記複数のレーザ光ビームの各々をコリメートする工程と、
    フィールドレンズを用いて前記複数のレーザ光ビームを集光する工程と、
    前記フィールドレンズを用いて、前記複数のコリメートされたレーザ光ビームを光拡散ファイバの端部上に収束させる工程と、
    前記収束したレーザ光ビームからの光を、光拡散ファイバの側壁に通して散乱させる工程と
    を含むことを特徴とする方法。
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