用于与缆线或线路一起使用的光波导的制作方法

1.本申请总体上涉及一种光波导。特别地，本申请涉及一种光波导，其被配置为围绕缆线/线路(cable/line)以发射径向发光。


背景技术：

2.越来越需要提供智能缆线系统。例如，提供向用户指示某些信息的缆线/线路将是有利的。除其他方式外，这还可通过提供与缆线/线路有关的视觉指示来实现。这样的视觉指示可有利地通过沿缆线的长度径向地从缆线中发射出光，以使缆线发光来进行。但是，缆线必须坚固且柔韧，以便在各种应用中使用(例如，数据传输、电力传输等)。在这样的缆线中包括发光元件将降低其整体柔韧性，并增加制造成本。
3.侧面发光光纤以它们沿光纤的长度方向径向发光的能力而为人所知。传统上，侧面发光光纤包括玻璃芯、包层和保护套。散射元件通常沿着纤芯的长度放置在纤芯内，使得当光被输入到光纤的端部时，光就会沿光纤的长度径向散射和发射。但是，这样的侧面发光光纤通常需要大直径，以提供沿光纤的长度足够的亮度。此大直径会导致光纤变硬，这降低了其弯曲半径。另外，需要对这样的光纤的输入端进行抛光，以便可将光高效地输入到光纤中。这样的侧面发光光纤与前述缆线一起使用将是无益的，这是因为这将导致降低的弯曲容差以及光源与光纤的低效率耦合。
4.因此，需要一种能够辐射光的发光装置，该发光装置可容易地与标准缆线结合，而不会不利地影响缆线特性。这样的发光装置还应该容易地组装到缆线。


技术实现要素：

5.本申请的各种说明性实施例提供了发光装置和相关方法。根据本申请的说明性实施例的一个方面，发光装置可包括至少一个光波导和至少一个光源，其中，光波导被配置为围绕缆线/线路。
6.根据本发明的第一方面，光波导可包括内包层、芯和外包层。光芯可被布置在内包层周围。外包层可被布置在光芯周围。内包层可包括光反射特性。光芯可包括光导特性。外光学包层可包括光散射和光反射特性。
7.根据本发明的第一方面，光被配置为传播通过光芯。入射在内包层上的光可被反射回到光芯中，使得内包层可被配置为完全(或几乎完全)光反射的。入射到外包层上的光可至少部分反射回芯中，且也可部分散射并从光波导发射出去。
8.根据本发明的第一方面的光波导可包括两个包层，即内包层和外包层。内包层和外包层可用于通过至少部分地反射光来引导光。这允许光被反射回到光芯中并沿着光芯纵向传播。另外，光借助于外包层至少部分地从波导散射出去。以此方式，光波导被配置为沿着其外表面的长度将光发射到环境中。
9.根据各实施例，外包层可具有散射颗粒以实现散射特性。例如，光波导可通过将散射颗粒有针对性地集成到外包层中来创建横向辐射效果。从光芯耦合到外包层中的光可能
会被散射颗粒散射，且从而被发射到环境中。散射颗粒允许光的有效散射和辐射。根据另外的实施例，用于实现散射特性的其他配置在本发明的范围内。
10.根据本发明的各方面，被配置为被光波导围绕的缆线/线路可以是任何类型的缆线。例如，缆线可被用作电缆，例如被设计为电力电缆。缆线可可替代地被设计为用于例如气体或液体这样的流体的软管。缆线/线路的替代类型在此公开的范围内。
11.根据本发明的各方面，从光波导发射光可被理解为是指光以离开外包层并到达光波导的周围环境的方式在外包层上或外包层中散射。根据本发明的其它方面，光波导可被配置为在光波导的一侧或选择部分上发光。
12.根据本发明的各方面，光波导可被应用于缆线。根据各实施例，光波导可在缆线上是可挤压的或可卷绕的。根据这些实施例，内包层可具有调整适于缆线/线路的内径。结果，可将内包层应用于缆线/线路，且从而将光波导应用于缆线/线路。可将光波导应用于缆线，以使得内包层的内部靠在缆线/线路的外部。根据各实施例，内光学包层的内径可基本上对应于缆线/线路的外径。以此方式，内包层的内径大约等于缆线/线路的外径。这提供了光波导到缆线的简单而牢固的应用。根据替代实施例，内光学包层的内径可小于缆线/线路的外径，以便在光波导与缆线/线路之间创建摩擦配合。
13.根据本发明的各方面，光波导可具有大体上环形或环状的形状，其中该形状的开口可被缆线/线路填充。根据本发明的另一方面，光波导可具有平面形状，或采取其他形状(例如，不规则形状、多边形形状等)，并且随后围绕缆线/线路而形成。
14.根据本发明的各方面，一个或多个发光元件可定位于光芯的至少一部分的旁边。根据各实施例，一个或多个发光元件中的至少一个的至少一个外表面与光芯相邻和/或邻接。根据另外的实施例，一个或多个发光元件被放置成与光芯的各个区段相邻。一个或多个发光元件可根据环境光来控制。根据各实施例，实现了可检测环境的照明条件的外部传感器，并且可根据检测结果来控制发光元件。例如，在更明亮的环境中，可控制发光元件以发射更高强度(或更大亮度)的光，使得尽管在更亮的环境下，光波导所发射的光仍清晰可见。类似地，在较暗的环境中，可降低从发光元件发射的光的强度或亮度。
15.根据本发明的各方面，一个或多个发光元件可各自邻接/接触外包层。根据各实施例，发光元件中的至少一个可定位成相邻于光芯的至少一部分，使得从发光元件中的至少一个发射的光直接入射在外包层上。结果，从光芯到外包层中的光的耦合可至少实际上无损失地发生。根据另外的实施例，至少一个发光元件耦合到光波导的远端。
16.根据各实施例，其中至少一个发光元件定位于光波导的光芯的至少一部分的旁边，一个或多个发光元件的厚度可与光芯的厚度(沿径向)大约相同。换句话说，可布置发光元件，使得它们的边缘长度与光芯的厚度一致。结果，从光芯到外包层中的光的耦合可至少实际上无损失地发生。以此方式，光可直接从发光元件耦合到外光学包层中。
17.由发光元件发射的光的波长可在可见光谱和/或不可见光谱中。根据各实施例，发射的光可覆盖色谱的一个或多个光谱区域。例如，发光元件可发射红色色谱中的光，发光元件可发射绿色色谱中的光，和/或发光元件可发射蓝色光谱中的光。在rgb的光发射和相应的rgb耦合到外光学包层中的情况下，可实现清晰可识别和直观可读的视觉指示。根据替代实施例，发光元件可发射具有相同波长的光或相同色谱中的光。根据另外的实施例，发射的光不在可见光谱(例如，uv或ir)中。
18.根据本发明的各实施例，具有光均质特性的护套可被布置在外包层周围。
19.根据本发明的各方面，通过将光耦合到光芯中并且从外包层发射光的至少一部分，光波导可用作用于各种应用的视觉或智能导管。根据各实施例，例如，光波导可采用充电缆线来实现，以提供整体的状态显示。根据另外的实施例，光波导可被实现为例如在实验室中监控危险的化学线路。其他应用也在本申请的范围内。
20.根据各实施例，发光元件可以以环状构造而被布置在光波导内，使得创建光波导的中央通道。此中央通道可容纳要被运输的实际介质，例如，电力缆线中的电力或软管中的气体或液体。
21.根据本发明的各方面，基于与光波导围绕的缆线/线路有关的信息来控制由发光元件发射的光的光谱和亮度。在充电缆线，例如智能手机的充电线的情况下，光波导可根据来自智能手机的信号来创建视觉效果。这可能会创建特殊的照明。例如，如果智能手机的电池电量较弱，则光波导可能会发出红色信号。在正常的充电周期中，光波导可能会发出黄色的闪烁信号，且在电池充满电的情况下，可通过光波导来显示绿色的信号。根据另外的实施例，可借助于环境传感器(例如，内置在智能电话中的传感器)根据环境的环境光来修改发光元件的亮度。
22.根据这些实施例，由电子电路(例如，微处理器、电子控制器等)控制由发光元件发射的光的光谱和亮度的控制。根据某些实施例，电子电路通过为发光元件供电的导线将控制信号提供给一个或多个发光元件。根据其他实施例，专用信号线连接到一个或多个发光元件。可根据嵌入在连接到电子电路的非暂时性存储装置(例如，ram)中的编程来对电子电路进行编程以控制光谱和亮度。该编程可以是预先配置的和/或可以是用户可配置的。
23.据本发明的各方面，可采用光波导实现各种效果。例如，外包层可沿其整个纵向和圆周方向延伸。可实质上增加耦合表面，从而提高耦合效率。此外，可简单地组装光波导并因此组装发光装置。另外，光波导的稳健构造和完整的缆线布置是可能的。尽管已经关于特定方面和实施例描述了上述方面和细节中的一些，但是这些方面和实施例也可以以不同的配置来实现。将参考附图进一步解释本公开。
附图说明
24.通过示例的方式给出的下面的描述是是结合附图进行的，并且不旨在将本发明限制于所公开的细节，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件和部件，并且其中：
25.图1示出了围绕本申请的发光装置的缆线的波导；以及
26.图2示出了具有围绕本申请的发光装置的缆线的嵌入发光元件的波导。
具体实施方式
27.本文公开了本发明的发光系统和方法的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅是可以以各种形式实施的发光系统以及方法的说明。另外，结合系统和方法的各种实施例给出的每个示例旨在是说明性的，而不是限制性的。此外，附图和照片不一定按比例绘制，并且某些特征可能被夸大以示出特定部件的细节。另外，附图中所示的任何测量、规格等均旨在进行说明，而不是限制性的。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发光系统和方法的代表
性基础。
28.参考图1，示出了本申请的发光装置的实施例。发光装置可包括围绕缆线1的光波导10。如图1所示，根据此实施方式，光波导10在其整个圆周上沿径向围绕缆线1。尽管未在图1中示出，但是光纤10可沿缆线1的整个长度或仅沿缆线1的一部分纵向地延伸。举例来说，图1的缆线1是具有两个内部电导体的数据电缆。然而，缆线1不限于该示例，并且其他类型的缆线/线路也在本申请的范围内。
29.光波导10具有内包层2、光芯4和外包层6。内部光学包层2接触并围绕缆线1。根据实施例，内包层2的内径与缆线1的外径匹配，在图1所示的示例中，内包层2的内径至少基本上与缆线1的外径相对应。以此方式，可将光波导路10固定安装在缆线1上。根据替代实施例，内包层2的内径小于包层1的外径，以便在光波导10和缆线1之间创建摩擦配合。
30.光芯4被布置为围绕内包层2。根据各实施例，光芯4的内径与内部光学包层2的外径匹配(即，光芯4的内径至少基本上对应于内包层2的外径)。光芯4包括具有光导特性的材料。换句话说，光芯4适于允许光在其中传播并且例如沿着其纵向轴线引导光。光芯4的材料可包括一种或多种具有光导特性的材料或光纤。
31.外光学包层6被布置为围绕光芯4。根据各实施例，外光学包层6的内径与光芯4的外径(即，外包层6的内径至少基本上对应于光芯4的外径)。
32.在图1的示例中，光芯4(即，径向厚度)的厚度(即，径向厚度)大于内包层2的厚度以及外包层6的厚度。另外，内包层4和外包层6可具有大约相同的厚度。内包层2、光芯4和外包层6的替代尺寸在本申请的范围内。
33.根据各实施例，光芯4可被配置为传导光。根据某些实施例，光芯4可由熔融二氧化硅制成。
34.根据实施例，内包层2可由包括光反射特性的材料制成。根据某些实施例，内包层2可被配置为完全或几乎完全反射光。在这些实施例中，内包层2可由低折射率聚合物制成。例如，内包层2可包括硬包层材料、硅树脂(silicone)等。
35.根据各实施例，外包层4可由使得其包括光反射特性和光散射特性两者的材料制成。根据某些实施例，外包层4包括聚合物基底和多个光散射结构(未示出)。包层的聚合物基底可包括半透明聚合物，例如丙烯酸类聚合物，并且光散射结构可包括金属颗粒，例如氧化铝(alo2)颗粒和/或氧化钛颗粒(tio2)。根据另外的实施例，光散射结构可包括其他光反射颗粒，例如二氧化硅颗粒(sio2)。根据另外的实施例，光散射结构可采取形成在外包层6中的空隙的形式。这些空隙可填充有可散射光的气体或气体混合物。光散射结构可分散在丙烯酸聚合物基底内。根据替代实施例，聚合物基底可包含(i)甲基丙烯酸2
‑
(全氟己基)乙基酯、(ii)2
‑
丙烯酸，2
‑
甲基,2
‑
乙基
‑2‑
[[((2
‑
甲基
‑1‑
氧代
‑2‑
丙烯基)氧基]甲基]
‑
1,3
‑
丙烯基(propanedlyl)酯、(iii)甲酮，(1
‑
羟基环己基)苯基
‑
、(iv)苯酚，2.6双(1,1
‑
二甲基乙基)
‑4‑
甲基苯酚和(v)聚全氟乙氧基甲氧基二氟乙基peg醚的组合。根据另外的实施例，聚合物基底包括半透明的低折射率可固化聚合物，例如硅树脂。
[0036]
根据各实施例，光散射结构可随机地分散在聚合物基底内。根据替代实施例，光散射结构可用规则图案分散在聚合物基底内。不管具体的取向如何，光散射结构通常可均匀地分散在聚合物基底内。这样的均匀性有助于确保光波导10沿其长度以恒定或接近恒定的亮度径向地发射光。
[0037]
根据另外的实施例，光散射元件可位于光芯4内或位于光芯4和外包层6的边界处，例如，位于处在光芯4和外包层6的接合部处的涂层中。
[0038]
根据实施例的光波导10被配置为既散射光又允许光传播。举例来说，如以上实施例中所描述的，光波导10被配置为允许光不受阻碍地传播通过光芯4。入射到内包层2上的光被反射回到光芯4中。入射到外包层6上的光至少部分地从波导10中散射出来，并部分地反射回到光芯4中。以此方式，光波导10被配置为沿整个长度向环境发射光。
[0039]
根据实施例，光波导10可进一步包括外护套(outer jacket)8。护套8可被配置为围绕外包层6，如图1和图2所示。护套8的内径可与外包层6的外径匹配。护套8可包含聚合物。护套的聚合物可以是透明塑料。透明塑料可包括乙烯四氟乙烯(etfe)(例如)、尼龙、pvc、pa、丙烯酸酯聚合物或其他合适的半透明/透明聚合物。etfe提供了如下优势：它是高度透明的材料，同时在维护过程期间也易于清洁。护套8还可被配置为使从光波导10散射出的光均匀化，使得被发射的光沿着发光装置的长度是恒定的。
[0040]
参考图2，示出了本申请的发光系统的替代实施例。发光系统可包括围绕缆线1的光波导10。如图2所示，根据此实施例，光波导10在径向上围绕缆线1的整个圆周而围绕缆线1。尽管在图2中未示出，但是光纤10可沿缆线1的整个长度或仅沿缆线1的一部分纵向地延伸。举例来说，图1的缆线1是具有两个内部电导体的数据电缆。然而，缆线1不限于该示例。内包层2、外包层6和护套8可与参照图1的实施例描述的那些相同，且因此，将参照图2的实施例省略对这些特征的描述。
[0041]
根据图2的实施例，多个发光元件12(例如，发光器或光源)被布置在光波导10中。发光元件12被布置成围绕缆线1的环。换句话说，发光元件12在周向上彼此间隔开。在周向方向上，例如，每个发光元件12彼此具有相等的距离。如图2所示，发光元件12被设计和布置成使得它们的边缘长度与光芯4的厚度(在径向上)一致。因此，外部光学包层中的光耦合可相对无损地完成。
[0042]
根据图2的实施例，多个发光元件12可定位于光芯4的至少一部分附近。一个或多个发光元件中的至少一个的至少一个外表面相邻于和/或抵接光芯4。根据其他实施例，一个或多个发光元件可被放置为相邻于光芯4的各个部位。例如，光芯4可通过挤压工艺形成，形成环状形状(或平面)元件。然后可例如通过激光移除技术移除光芯4的一些部分，以便在将要放置多个发光元件12的地方创建通道或凹槽。也可移除光芯的其他部分以容纳发光元件12起作用所需的布线。根据替代示例，可形成光芯4，以创建在其间具有各个空间的多个单独的芯元件。然后可采用多个发光元件12来填充这些空间。根据又一实施例，多个发光元件12被嵌入光芯4中。
[0043]
发光元件12可例如在光学纤芯4和外包层6的各个部位上或沿着其整个长度上呈条带状。根据进一步的实施例，发光元件12可仅位于光导10的一个端部。在又一些实施例中，发光元件12沿光芯4的整个长度延伸。
[0044]
然而，光波导10不限于图2中示例性地示出的发光元件12的布置。该布置可在数量以及所使用的布置和光谱范围上变化。例如，可仅使用单个发光元件12。发光元件12可发射具有相同或不同波长的光，例如可见或不可见光谱中的光。因此，第一发光元件12可发射红色光谱中的光，第二发光元件12可发射绿色光谱中的光，且第三发光元件12可发出蓝色光谱中的光。结果，可由光波导10创建rgb颜色图案。根据某些实施例，rgb耦合使得能够实现
可视的“生活方式”充电缆线。
[0045]
根据另外的实施例，可将一个或多个发光元件耦合到光波导10的一个端部。在这样的实施例中，可将期望光谱范围内的光在波导的端部
‑‑
例如在光波导的开始处(沿纵向方向看)
‑‑
引入光芯4中。
[0046]
仅作为示例，将光波导10附接到缆线1的方法可包括将光波导10挤压到介质缆线1上。一旦被挤压，光波导10与缆线1形成缆线装置。在缆线1的生产期间或之后，可将光波导10挤压到缆线1上。但是，可想到光波导10在介质缆线1上的其他可能的应用。例如，可将光波导10预制成环形形状，并且可随后将缆线1安装在其中。
[0047]
光波导10可被敷设在诸如缆线1这样的任意线路上。内包层2和外包层6被配置为引导和散射光。因此，光波导10被配置为具有辐射效果，例如通过将散射颗粒有针对性地集成在外光学包层6中。通过将光耦合到光芯4中或将光发射到光芯中，以及随后的光散射，光波导10可被用作用于各种应用的视觉或智能线。
[0048]
根据一个实施例，并且仅作为示例，可使用光波导10和缆线1来创建具有整体状态显示的充电缆线。例如，本申请可提供用于诸如具有视觉效果的智能手机这样的移动电子装置的充电线(例如，缆线1)。
[0049]
根据这些实施例，由发光元件发射的光的光谱和亮度的控制由电子电路(例如，微处理器、电子控制器等)控制。电子控制电路(未示出)可位于例如移动电子装置内。电子电路通过为发光元件供电的导线将控制信号提供给一个或多个发光元件。根据其他实施例，专用信号线连接到一个或多个发光元件。可对电子控制电路进行编程以根据嵌入在非暂时性存储装置(例如，ram)中的编程来控制光谱和亮度。该编程可以是预先配置的，或者可以是用户可配置的。来自电子控制电路的信号与驱动发光器(例如led)相结合，可允许构建特殊化的照明效果。例如，当智能电话具有低的电池电量时，可从电子电路发送红色信号，其驱动光波导的红色led。在正常的充电周期中，电子电路可提供控制信号，使得光波导发射黄色的闪烁颜色。当电池充满电时，可提供绿色信号，使得光波导发射绿色光。
[0050]
此外，例如，外部传感器可检测波导和缆线周围的环境的照明条件，并且可根据检测结果来控制发光元件。例如，在更明亮的环境中，可通过电子控制电路来控制发光元件以发射更高强度或更高亮度的光，使得尽管在更亮的环境中，光波导所发出的光仍清晰可见。类似地，在较暗的环境中，可降低从发光元件发射的光的强度或亮度。这样的外部传感器可在移动电子装置内，或者位于远程处。
[0051]
根据另一实施例，并且仅作为示例，可使用光波导10和缆线1创建具有整体状态显示的流体管。例如，用于承载气体或液体化学物质的导管(例如，缆线1)可由光波导10来实现。这样的导管可例如在实验室设定中使用。根据这些实施例，由电子元件发射的光的光谱和亮度的控制由电子电路(例如，微处理器、电子控制器等)来控制。电子控制电路(未示出)可集中地设置、设于远程处或以其他方式连接到光波导。电子电路通过为发光元件供电的导线将控制信号提供给一个或多个发光元件。根据其他实施例，专用信号线连接到一个或多个发光元件。可对电子控制电路进行编程以根据嵌入在非暂时性存储装置(例如，ram)中的编程来控制光谱和亮度。该编程可以是预先配置的，或者可以是用户可配置的。来自电子控制电路的信号与驱动发光器(例如led)相结合，可允许构建特殊化的照明效果。例如，传感器可被配置成检测导管内的气体或流体何时泄漏到环境中。在这样的检测时，电子控制
电路可被配置为使光波导的红色led在泄漏的位置发光。类似地，如果未检测到泄漏，则光波导可被配置为发射绿光。此外，例如，外部传感器可检测波导和缆线周围的环境的照明条件，并且可根据检测结果来控制发光元件。
[0052]
尽管以上示例涉及电力缆线和流体导管，但是本申请并不意味着是如此限制性的。将理解的是，光波导和相关联的电路可被应用于许多不同类型的缆线/线路以提供智能显示。电子线路监控器可被配置为监控缆线/线路和周围环境的一系列特性。例如，传感器可被实现为监控电特性(例如，电压、电流、电阻等)、机械特性(例如，温度、压力、力等)、化学特性(例如，特定化学物质和/或化合物)、和其他特性(湿度、环境照明等)。可对电子控制电路进行编程以基于传感器的输出来选择性地照明与光波导10相关联的光源。
[0053]
借助于本文描述的光波导10以及本文描述的缆线1和光波导10的组件可实现各种优点和效果。首先，完整的缆线保护衬套(也被称为护套)可被配置成以各种颜色闪耀或发光，其可动态地控制。此外，提高了发光元件与波导之间的耦合效率。另外，与常规解决方案相比，本文描述的光波导10允许容易的包装。最后，光波导10和缆线组件的坚固构造是可能的。本文描述的内光学包层2、光芯4和外光学包层6的实施例也可适用于其他应用。例如，对于表面的照明，所描述的环形光波导10可被制造为板(结构：下光学包层、中央光芯和上光学包层具有例如由于散射颗粒而导致的散射特性)。