專利名稱：照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于照明表面的照明設(shè)備，其具有至少一個發(fā)光元件以及照明 體，其中發(fā)光元件發(fā)射人造光，外殼元件包括發(fā)光元件并且支撐照明體，照明 體包括透明導(dǎo)光材料并且通常位于被照明的表面上。
背景技術(shù)：
在US6951403B2中，描述了一種用于照明大體上平坦的表面的設(shè)備，該設(shè) 備包括包含在外殼內(nèi)的電池操作的光源，透明導(dǎo)光照明體安裝到所述外殼上。 可以放置該設(shè)備，其中照明體在書本或者其它平坦的表面上，以ffiii透明照明 體照明觀看。照明體 形逐漸變細，以將傳導(dǎo)的光偏轉(zhuǎn)到在其下方的表面上。 令A(yù)it感的是，上述設(shè)備對閱讀通常具有彎曲的閱讀區(qū)域的書本不太方便。彎 曲的閱讀區(qū)域與逐漸變細的照明體的相互作用導(dǎo)致被照明頁面的圖像變形。此 外，該設(shè)備是相對較厚的楔形光導(dǎo)，其中厚度造成了相對較高的重量，并且這 降低了4頓的方便性。它腿成了相對較高的機械剛度，這使得在彎曲的閱讀 區(qū)域上很難彎曲該設(shè)備。
此外，存在已知的放大透鏡，該放大透鏡可以被夾在上述照明設(shè)備上。令 Ait感的是，這樣的放大元件具有相對較小的放大倍率。另一種用來光學(xué)放大 表面的選項是利用條形(bar)放大器。這種條形放大tl通常是丙烯酸主體，具 有彎曲的頂部表面，因而光學(xué)放大條形放大器位于其上的表面。這種條形放大 器的缺點是它們的重量以及圖像的失真。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是消除以上提到的缺點。特別地，本發(fā)明的目的是提 供一種有效且便宜的照明設(shè)備，該照明設(shè)備將方便閱讀的足夠的放大倍率與小 的總厚度結(jié)合在一起。
該目的Mil用于照明表面的照明設(shè)備來實現(xiàn)，該照明設(shè)備具有至少一個發(fā)光元件和照明體，其中發(fā)光元件發(fā)射Ai^光，外殼元件包括發(fā)光元件并且支撐照明體，照明體包括適合照明位于其下方的表面的透明導(dǎo)光材料，其特征在于，照明體包括形成菲涅爾(Fresnel)型透鏡的表面模式以光學(xué)放大所述表面。從屬權(quán)利要求中限定了用于照明表面的照明設(shè)備的有利實施例。
在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，公開了發(fā)光元件和照明體，其中照明體包括菲涅爾型透鏡。通過將透鏡分成一組折射器裝置，菲涅爾型透鏡與常規(guī)球面透鏡相比以數(shù)量減少的所需材料獲得了高放大倍率。由于每個折射器裝置本身形成球面透鏡，因而所有折射器裝置的結(jié)合導(dǎo)致大面積的放大透鏡，其具有小的厚度。由于標準透鏡的連續(xù)表面實際上被切害喊一組相同或者不同曲率的表面，因而透鏡的總厚度減小，從而允許透鏡厚度的充分減小。這些折射器裝置可以具有筆直的或彎曲的剖面，具有不變的或者任意的間隔，并且甚至可以在尺寸上從微米變化到毫米。折射器裝置的布置以及因此表面模式的配置可以為圓形、線狀或者具有不均勻的模式。
此外，折射器裝置可以具有與一排小的三角形、梯形或平4亍四邊形相同的截面。折射器裝置可以在整個照明體表面具有均勻的設(shè)計。在另一個 實施例中，折射器裝置的設(shè)計可以沿著照明體的主軸而變化。
在另一個優(yōu)選實施例中，每個折射器裝置包括鋸齒狀截面。為了實5見所需的放大倍率，每個折射器驢包括小平面表面和起伏表面。小平面表面隨著到光軸的距離的減小而向上傾斜。其次，起伏表面向表面模式的底部急劇下降。因此，形成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，其具有三角形形狀。表面模式的底部與小平面表面之間的角度可以在0°到30°之間，并皿于^直徑的透鏡，其甚至可以延伸到40°以及甚至50。。鋸齒狀結(jié)構(gòu)的節(jié)距可以在1毫米和10 之間，更優(yōu)i&t也在200 和50 之間，以使其對人眼不可見。
所公開的照明設(shè)備包括照明和光學(xué)放大表面的能力。當用作閱讀和放大燈時，照明設(shè)備的照明體通常位于被照明的表面上，而菲涅爾型透鏡光學(xué)放大該表面。因此，在另一W腿實施例中，表面模式設(shè)置在照明體的一個表面上。 地，表面模式覆蓋照明體的頂部或者底部表面。如果例如用戶想要看書，那么照明體必須保持在頁面的上方以使文本可以被光學(xué)放大。由于放大倍率是物體一例如文本^^透鏡之間的距離以及透鏡的焦距的函數(shù)，因而如果透
鏡具有50毫米禾卩300毫米之間的焦距，那么照明體必須保持在物體上方10毫料B100毫粒間的距離，以實現(xiàn)1.15和8倍之間的放大倍率。在另一個 實施例中，照明體和表面模式為單件。
在另一個優(yōu)選實施例中，表面模式被配置成一方面光學(xué)放大表面，另一方 面接收并偏轉(zhuǎn)發(fā)光元件發(fā)射的人造光至lj表面上。所公開的照明設(shè)備結(jié)合了照明 以及放大表面的能力。如果所公開的照明設(shè)備的發(fā)光元件設(shè)置在照明體的一個 側(cè)面上，那么它將人造光射入照明體。構(gòu)成表面模式的凹槽充當光提取特征。 人造光在照明體內(nèi)被收集，并且通 面模式的起伏表面離幵照明體。因此， 位于照明體之下的表面的均勻照明是可能的。這種能力結(jié)合了表面的放大。
如果普通的光源用于閱讀例如書本，那么它可能干擾其他人，這尤其出現(xiàn) 在該光源用于臥室中的情況下。為了避免干擾其他人，本發(fā)明中描述的照明設(shè) 備可以用作閱讀燈。因此，重要的是發(fā)射的人造光僅僅照明書本的頁面而不是 周圍環(huán)境。因此，發(fā)光元件應(yīng)該安裝到照明體的一個側(cè)面上。射入到一個側(cè)面 的光必須被偏轉(zhuǎn)，以使得盡量多的光fflil位于例如書本的紙張上方的照明體的 底側(cè)離開。因此，偏轉(zhuǎn)人造光的表面模式必須對紙張表面反射的光是透明的， 使得被照明體覆蓋的文字被照亮并且可以很容易被人觀看。此外，表面模式可 以對落在光提取層上的環(huán)境光是透明的。
如前所述，發(fā)光元件可以被設(shè)置在照明體的一個側(cè)面上。為了使發(fā)光元件 發(fā)射的人造光以低的衰減跨進照明體中，可以將發(fā)光元件粘合到照明體的側(cè)面 上。 <繼地，所使用的粘合劑具有與照明體的材料相同的折射率。因此，將沒 有翻寸、偏轉(zhuǎn)或者衰減發(fā)生。在另一個優(yōu)選實施例中，發(fā)光元件被設(shè)置成鄰近 照明體的側(cè)面，但是在發(fā)光元件和側(cè)面之間設(shè)置了照明間隙。在這種布置中， 一部分人造光射入照明體，而其它部分直接照明位于照明設(shè)備之下的表面。沒 有射入照明體而是直接照明表面的所述部分光由照明間隙的尺寸決定。此外， 為了增加或者減少這部分直接照明表面的人造光，可以在發(fā)光元件中安裝附加 的透鏡。該透鏡可以聚焦或者散布人造光。
地，發(fā)光元件是下歹啲至少一種LED、 OLED、白熾燈或者熒光燈。 取決于照明設(shè)備的使用種類，可以利用單個或者多個發(fā)光元件。發(fā)光二極管 (LED)是當施加正向偏壓時發(fā)射非相干窄光譜的光(典型地大約10-20nm)的 半導(dǎo)體設(shè)備。發(fā)射的光的顏色取決于使用的半導(dǎo)體材料的組成和條件。此外， 可以利用磷光體轉(zhuǎn)換的LED。在這種情況下，磷光體影響發(fā)射的光的顏色和光譜。也可以利用的有機發(fā)光二極管(OLED)是一種特殊類型的LED，其中，層包括具有特定有機成分的薄膜。OLED的優(yōu)點在于，它是一種均勻的大面積光源，具有潛在的低成本和高效率。OLED利用流經(jīng)有機材料薄膜的電流產(chǎn)生光。劃寸的光的顏色以及從電流到光的能量轉(zhuǎn)換效率由有機薄膜材料的組成決定。
在 實施例中，照明體覆蓋一定區(qū)域，相應(yīng)地包括最大為300平方厘米的尺寸，im地包括小于歸平方厘米的尺寸。如果照明設(shè)備用作閱讀燈，那么它必須小且輕，從而可以方便4妙目。知覺研究已經(jīng)表明，大約1厘米X5厘米的受光照面積已經(jīng)方便閱讀。結(jié)果，具有小于50毫瓦的功耗，tt地小于10毫瓦的功耗的LED足夠達到imi也25-2000勒克斯，更雌地50-250勒克斯，以及最i^t也大于75勒克斯的照明水平。
在另一個^i^實施例中，發(fā)光元件設(shè)置在照明體之下。在該布置中，人造光不射入照明體而是直接照明表面。為了將人造光聚焦到表面上，可以將透鏡嵌入發(fā)光元件中。該實施例具有在發(fā)光元件和照明體之間不必建立光學(xué)上困難的連接的優(yōu)點。此外，用于表面模式的材料不必根據(jù)其接收和偏轉(zhuǎn)A3t光的能力員擇。因此，獲得了便宜而且簡單的照明設(shè)備，該設(shè)備可以用皿行光學(xué)放大，以及照明甚至大的表面。
在另一個優(yōu)選實施例中，照明體包括被配置成接收以及偏轉(zhuǎn)來自發(fā)光元件的人造光至U表面上的光提取層。在該實施例中，表面模式接收并且偏轉(zhuǎn)Ait光
的能力被光提取層增強。優(yōu)選地，光提,覆蓋照明體不面向所述表面的頂側(cè)，
而表面模式覆蓋照明體緊鄰被照明表面的底側(cè)。在該配置中，表面模式光學(xué)放大表面，而光提取層偏轉(zhuǎn)從照明體的一個側(cè)面射入的人造光。由于各任務(wù)的分配，表面模式和光提 可以被最優(yōu)地設(shè)計。為了將照明設(shè)備用作閱讀燈，偏
轉(zhuǎn)Ait光的光提取層必須對紙張表面反射的光是透明的。
在另一個優(yōu)選實施例中，照明體包括第一部分和第二部分，其中至少一部分第一部分被表面模式覆蓋，并且其中至少一部分第二部分被光提取層覆蓋。與上述實施例相反，照明體中覆蓋有光提取層的部分和覆蓋有表面模式的部分是分離的。如果用作閱讀燈，照明體可以包括內(nèi)部段，其為第一部分，被表面模式覆蓋并且因此放大位于照明設(shè)備之下的表面。該第一部分可以被用于接收并且偏轉(zhuǎn)發(fā)光元件發(fā)射的人造光的第二部分包圍。為了實現(xiàn)表面的均勻照明，光提取層的表面結(jié)構(gòu)可以以下述方式偏轉(zhuǎn)人造光，使得它以一定角度離開照明
8體，朝照明體的中心前進并且因而照明位于第一部分之下的表面。該實施例具 有不同的材料可以被分別用于第一禾瞎二部分的優(yōu)點。
在另一個優(yōu)選實施例中，多個發(fā)光元件位于照明體的外邊緣。因此，可以 實現(xiàn)照明體和/或表面的均勻照明。每個發(fā)光元件發(fā)射的A^光可以直接發(fā)射到 表面上或者射入照明體，并且隨后偏轉(zhuǎn)到表面上。這些實施例具有以下優(yōu)點 由于使用了大量發(fā)光元件，因而每個發(fā)光元件可以僅具有小的光輸出。因此， ^發(fā)光元件產(chǎn)生的熱量和需要的能耗小。此外，由于發(fā)光元件的尺寸減小， 因而支撐照明體以及容納發(fā)光元件的框可以為小。因此，照明設(shè)備的方便操作 是可能的。
本發(fā)明的目的^M51支撐根據(jù)所述實施例的照明設(shè)備的支架(mounting)來 實現(xiàn)，其中該支架將照明設(shè)備定位在相距表面的一定距離處，因it該面可以被 放大地觀看。因此，所述支架必須具有與照明設(shè)備連接的安裝裝置。該安裝裝 置可以是類似夾鉗的連接器，使得照明設(shè)備能夠按照需要與安裝裝置連接或者 斷開連接。此外，安裝裝置可以包括距離元件，期每照明設(shè)備定位在相距被觀 看的物體的一定距離內(nèi)，從而ilii表面模式實現(xiàn)希望的放大倍率。
為了將照明設(shè)備修改成手電筒(torch)狀設(shè)備，本發(fā)明公開了一種聚光器 元件。該聚光器元件利用沒有到達和/或未指向表面的部分A^光。因此，該聚 光器元件被配置成接收并且定向至少一部分離開照明體的人造光。為了達到該 目的，聚光器元件為光學(xué)系統(tǒng)，其可以由單個或者多個透鏡和/或礎(chǔ)鏡形成。 通過照明體的外表面中的一個而離開照明體的人造光可以具有、Mt分布。聚光 器元件肖,重定形A^光的通量以得到聚焦的和/或平行光束。借助于聚光器元 件，所公開的照明設(shè)備不僅可以用作照明燈，還可以用作手電筒。
取決于使用的種類，聚光器元件可以被設(shè)置在照明體的不同外表面上。優(yōu) 選地，聚光器元件設(shè)置在照明體的縱向側(cè)面上，從而離開這些縱向側(cè)面的人造 光可以被重定形。由于通過底側(cè)離開照明體的人造光相對于照明設(shè)備僅有小的 偏轉(zhuǎn)角，因而聚光器元件也可能收集及重定形該光的若干部分。因此，聚光器 元件可以具有照明體的高度大的尺寸。
為了實現(xiàn)人造光的光通量的重定形，聚光器元件可以包括表面形成物 (formation)。該表面形成物可以覆蓋聚光器元件的大部分，尤其是聚光器元件 沒有直接與照明體接觸的那些部分。M縱向側(cè)面離開照明體的Aitt光因而可以直接跨進聚光器元件。最后提到的元件可以包括導(dǎo)光材料，因此Ait光被沒
有衰減地引導(dǎo)。聚光器元件的導(dǎo)光材料可以與用于照明體的材料相同。
表面形成物可以聚焦人造光或者以平行的方式定形人造光。為了達到此目 的，表面形成物可以包括鋸齒狀截面，其隨著相距聚光器元件中心的距離增加
而向下傾斜。表面形成物的每個元件可以具有10 10毫米之間的寬度，
雌地具有30縣禾口 3毫粒間的寬度，最雌地具有100 禾卩1毫粒間
的寬度。聚光器元件與表面形成物的向下傾斜側(cè)之間的形成角度可以在o.r和
5°之間，優(yōu)選地在0.2。和3°之間，更jttt也在0.25。和2°之間。該表面形 成物也可以被設(shè)置成使得其形成菲涅爾型透鏡。
在另一個tt^實施例中，聚光器元件可以可逆地附接到照明體。這允許用 戶將照明設(shè)備用于兩個不同的目的。 一方面照明設(shè)備可以用作照明書本的頁面 的閱讀燈。另一方面可以將聚光器元件附接到照明設(shè)備以實現(xiàn)手電筒狀設(shè)備， 其能夠照明周圍環(huán)境中的任何位置。 地，聚光器元件包括夾持裝置，其中 該夾皿置與照明體的第二夾，置配合(concur),以將聚光器元件附接到照 明體。通過利用所述兩個夾持裝置，可以容易地將聚光器元件附接到照明體。 用戶肖,附接和/或拆卸聚光器元件而不需要工具或其他元件。
在另一個優(yōu)選實施例中，聚光器元件包括可變的透鏡元件。借助于可變的 透鏡元件，可以調(diào)節(jié)至少一部分A^光的接收和定向。因此，以不同的方式定 形人造光的通量是可能的。如果需要，可以得到聚焦的光斑，或者光通量可以 以平行的方式設(shè)置以照明駄的面積。 地，可變透鏡元件由LC (液晶)結(jié) 構(gòu)形成。
為了實現(xiàn)均勻照明結(jié)合獨立于照明設(shè)備的位置，本發(fā)明的另一實施例公開 了照明設(shè)備包括至少一第一發(fā)光裝置和第二發(fā)光裝置，其中第一發(fā)光裝置和第 二發(fā)光裝置被設(shè)置成照明表面的至少部分不同的部分。第一發(fā)光裝置和第二發(fā) 光裝置用于照明表面。為了實現(xiàn)該目的，它們或者引導(dǎo)發(fā)光元件發(fā)射的Ait光， 或者它們形成發(fā)光元件并且自身發(fā)射Ait光。想要改變照明設(shè)備相距表面的距 離的用戶可以選擇兩個發(fā)光裝置中的哪一個照明表面。由于第一和第二發(fā)光裝 置被設(shè)置在相距菲涅爾透鏡中心的可數(shù)B離處，因而它們照明表面的至少部分 不同的部分。這具有以下優(yōu)點對于透鏡相對于被照明物體的位置來說，光源 給出光的均勻分布。取決于用戶設(shè)置的照明設(shè)備的距離，用戶可以在第一和/或第二發(fā)光裝置之間進行選擇。
在一個有利的實施例中，第一發(fā)光裝置和第二發(fā)光裝置被設(shè)置在折射器裝
置之間。雖然照明體包括透明導(dǎo)光材料，但是它可能衰減發(fā)光元件發(fā)射的Ait 光的通量。因此，在折射器裝置中集成第一發(fā)光裝置和第二發(fā)光裝置可能是合 適的。為了防止干擾總體圖像質(zhì)量，第一和/或第二發(fā)光裝置必須具有很小的直 徑并且必須設(shè)置在遠離菲涅爾型透鏡的焦點的折射器裝置中。直徑在1微米和1 毫米之間的范圍內(nèi)被證明是有利的。
在另一個實施例中，第一發(fā)光錢和第二發(fā)光體設(shè)置在照明體中。該實
施例具有以下優(yōu)點相對于上面描述的實施例而言，涉及第一和第二發(fā)光， 的尺寸及位置的要求不那么嚴格。因此，可以將甚至宏觀的第一和第二發(fā)光裝 置嵌入照明體內(nèi)部以照明所述表面的不同部分，這取決于照明設(shè)備相距該表面 的距離。
根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，第一發(fā)光，和/或第二發(fā)光裝置是光纖。在該實 施例中，光纖用于傳導(dǎo)遠處放置的發(fā)光元件發(fā)射的人造光。由于光纖具有細的
直徑，因而它們可以沿著菲涅爾透鏡的叢(grove)纏繞。發(fā)光元件可以具有發(fā) 光系統(tǒng)，從而可以控制Ait光射入到第一和/或第二發(fā)光裝置中。取決于照明設(shè) 備到表面的距離，人造光射入第一或第二發(fā)光裝置。包圍光纖的內(nèi)芯的包覆層 可以是不完整的，使得Ait光可以在專用的位置離開光纖以照明表面。
所使用的光纖可以是通過全內(nèi)反射過程而沿其軸傳輸光的圓柱電介質(zhì)波 導(dǎo)。該光纖包括被包覆層包圍的芯。芯和包覆層之間的邊界可以是在階躍折射 率型光纖中為突變的，或者在漸變折射率型光纖中為漸變的。所使用的光纖的 工作原理適用于多種變型，包括多模光纖或單模光纖。取決于照明設(shè)備的使用 類型，光纖可以由玻璃或者聚合物制成。由塑料制成的光纖通常為階躍折射率 型多模光纖，具有1毫M者更大的芯直徑。塑料光纖經(jīng)常比玻璃光纖經(jīng)受高 得多的衰減，這限制了使用該種光纖的設(shè)備的范圍。通常，光纖的內(nèi)芯由聚甲 基丙烯酸甲酯(丙烯酸)制成，并且包覆層材料為含氟聚合物。此外，光纖基 于全氟聚合物(主要是聚全氟丁烯基乙烯醚(polyperfluorobutenylvinylether ))。
為了得至,于閱讀的更舒適的光，第一發(fā)光裝置和/或第二發(fā)光裝置可以摻 雜顏色劑(color means),其中顏色劑3I31吸收和重鄉(xiāng)改^Ait光的波長。顏 色劑可以包括磷光體，其將光纖攜帶的藍光改變到其他波長。此外，光纖可以覆蓋有磷光體層以實現(xiàn)相同的目的。可替換地，可以將顏色劑設(shè)置在照明體內(nèi) 部的小的腔體中。
為了最小化眩光效應(yīng)及阻止一部分A^光直接射向用戶，可以使用反射裝 置。這以這樣的方式形成，使得它在不導(dǎo)致表面照明的方向上湖第一和/麟
二發(fā)光裝置鄉(xiāng)的Ai^光。反射裝置可以是礎(chǔ)鏡和/或反針凃?qū)印Ｍ繉涌梢辕B 加在光纖上，使得第一和/，二發(fā)光裝置發(fā)射的A3t光被反射到表面上。此外， 反射裝置阻止嵌入到折射器裝置中的光纖發(fā)射的A^光射入照明體，因為這可 育獪弓胞照明設(shè)備的用戶的不快。
上述照明設(shè)備以及要求保護的部件和根據(jù)所述實施例中的發(fā)明使用的部 件，在尺寸、形狀、材料選擇方面沒有任何特殊例外。選擇標準在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi) 為公知的技術(shù)構(gòu)思，可以無限制地使用。附加的細節(jié)、特征和本發(fā)明的目的的 優(yōu)點在從屬權(quán)利要求以及相應(yīng)附圖的下列描述中公開，所述附圖僅僅是示范性 的方式，其示出了根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的多^ 實施例。


這些附圖是
圖1示出了具有照明體和發(fā)光元件的照明設(shè)備，
圖2示出了在發(fā)光元件和照明體之間具有照明間隙的照明設(shè)備，
圖3示出了圖2的照明體的切斷圖，
圖4示出了照明設(shè)備的另一實施例，
圖5示出了圖4的照明設(shè)備的頂視圖，
圖6示出了照明設(shè)備的另一實施例，
圖7示出了具有兩行發(fā)光元件的照明體，禾口
圖8示出了由多個發(fā)光元件包圍的照明體。
圖9示出了具有聚光器元件的照明體，
圖10示出了具有聚光器元件的照明體的另外的實施例，
圖11示出了具有第一發(fā)光裝置和第二發(fā)光裝置的照明體，
圖12示出了第一和第二發(fā)光裝置的另外的實施例，以及
圖13示出了具有嵌入的第一和第二發(fā)光裝置的照明體的另一實施例。
1具體實施例方式
在圖1中，示出了用于照明物體100的表面101的照明設(shè)備10。照明設(shè)備
10包括發(fā)光元件20和照明體30。發(fā)光元件20被設(shè)置在外殼元件40的下面， 其支撐照明體30。在所示實施例中，照明設(shè)備10是用于照明物體100的大體平 坦的表面IOI (例如位于照明體30下方的書本的頁面)的閱讀燈。為了光學(xué)放 大表面IOI，照明體30包括形成菲涅爾型透鏡的表面模式80。這樣的菲涅爾型 透鏡可以實現(xiàn)大的放大倍數(shù)，而不需要相當厚的照明體30。
發(fā)光元件20為LED，其將Ait光21射入照明體30。發(fā)光元件20與支持元 件40相連，該支持元件40可以是印刷電路板(PCB)，這樣的印刷電路板用于 機械支撐電子部件，并且通過禾擁從層壓至排導(dǎo)電基底上的銅片蝕刻的導(dǎo)電通 路來電連接電子部件。已知這樣的結(jié)構(gòu)便宜且高度可靠。此外，LED可以借助 于PCB直接連接至IJ所述電子部件上。與發(fā)光元件20相沐驅(qū)動器62和電池61 安裝在外殼元件40上。電池61優(yōu)選地是可再充電的，并且釋放發(fā)光元件20所 需的電流。驅(qū)動器62可以包含電流放大電路以及波形發(fā)生和控制電路，其輸出 希望的波形。此外，波形發(fā)生和控制電路調(diào)節(jié)波形的振幅、頻率以及占空比。
為了在難于得到電力或者電力昂貴的地球區(qū)域中禾,照明設(shè)備10，可以將 太陽能電池60 ^A到外殼元件40上。太陽能電池60將來自太陽光的光子轉(zhuǎn)換 ^i^儲在可再充電電池61中的電。因此，如果照明設(shè)備10在白天期間暴驗 太陽光下，那么可以在暗處使用照明設(shè)備10。為了獲得不管太陽能電池60如何 都能夠長時間段地照明表面101的照明設(shè)備10，需要具有低功耗的發(fā)光元件20。 LED被證明是合適的，因為它們以低功耗實現(xiàn)了足夠的光照水平。
如實驗所測量的，表面模式80不僅導(dǎo)致表面101的光學(xué)放大，而且導(dǎo)指由 發(fā)光元件20射入的Ait光21的引導(dǎo)。因此，照明體30的表面模式80滿足兩 個任務(wù)。 一方面，表面模式80光學(xué)放大表面101。另一方面，表面模式80由多 個具有光提取特征的折射器^S 81形成。Ait光21成束射向折射器，81 ， 并且鄉(xiāng)到表面101上。因此，所擬啲表面101被照明，并且同時被光學(xué)放 大。
為了M^、未偏轉(zhuǎn)到表面101上而是鵬寸到環(huán)境中的A^光21的量，本發(fā)明 公開了光提取層50。光提取層50的配置示于圖2和圖3中，后者僅示出了照明 體30。 A^光21從左側(cè)射入照明體30。為了將A3t光 偏轉(zhuǎn)到位于照明體30下方的表面101上，光提取層50具有一定表面結(jié)構(gòu)。該表面結(jié)構(gòu)包括多個以連 續(xù)的方式設(shè)置的偏轉(zhuǎn)裝置51。 *偏轉(zhuǎn)，51可以具有帶凸緣53的鋸齒狀截 面，所述凸緣53從照明體30急劇上升。其次，偏轉(zhuǎn)裝置51具有面52，該面隨 著到發(fā)光元件20的距離的增加而向下傾斜。面52具有相對于照明體30的縱向 延伸方向而領(lǐng)懂的角度54。取決于AJt光21的波長和用于照明體30的材料的 折射率，角度54應(yīng)該在0.r至(J5。之間，ifc^i也在0.25。至lj2。之間。
需要用來放大表面101的夕卜觀的表面模式80包括多個折射器裝置81 。針 折射器裝置81以覆蓋照明體30的底部表面35的連續(xù)方式設(shè)置。在示出的實施 例中，每個折射器裝置81具有帶凸緣83的鋸齒狀截面，所述凸緣從照明體30 急劇上升。其次，折射器裝置81具有隨著至撥光元件20的距離的減小而向下 傾斜的小平面(facet)表面82。因此，該鋸齒狀結(jié)構(gòu)與提取層50的鋸齒狀結(jié)構(gòu) 是倒轉(zhuǎn)的。為了實現(xiàn)表面101的均勻放大，折射器^S81可以以非均勻的方式 設(shè)置。此外，小平面表面82與照明體30的縱軸之間的角度84可以關(guān)于至撥光 元件20的距離而改變。折射器裝置81可以以線性結(jié)構(gòu)設(shè)置，使得表面模式80 可以包含多行折射器裝置81。在另一個實施例中，表面模式80可以包含多個同 心環(huán)狀設(shè)置的折射器裝置81。這樣形成的菲涅爾透鏡也可以關(guān)于球面像差而被 校正。
圖2中示出的發(fā)光元件20不與照明體30直接接觸。相反地，在發(fā)光元件 20與照明體的側(cè)面36之間設(shè)置了照明間隙15。因此，Ait光的一部分21'將 射入照明體30。 A3t光的其他部分21將直接鄉(xiāng)至i該面101上。該實施例具有 直接光21和間接光2r都用來照明所述表面的優(yōu)點。這導(dǎo)致非常均勻的照明， 從而增強了位于照明設(shè)備10下方的書本的對比度與可閱讀性。
在圖4中，示出了照明設(shè)備10的另一實施例。照明體30被劃分為第一部 分37和第二部分38。照明體30的第一部分37的下側(cè)被表面模式80覆蓋，其 形成菲涅爾型透鏡。因此，位于第一部分37下方的物體100被光學(xué)放大。為了 照明物體100或表面101，照明體30的第二部分38包括光提取層50。射入照 明體30的人造光21由光提取層50接收和偏轉(zhuǎn)，并且被引導(dǎo)到表面101上。由 于表面101位于第一部分37的下方而不是第二部分38的下方，因而人造光21 ， 被側(cè)向偏轉(zhuǎn)。如圖4所示，偏轉(zhuǎn)的A^光21'從第二部分38發(fā)射，但是照明位 于第一部分37下方的表面101。這種布置由圖5闡明，圖5示出了圖4的照明設(shè)備10的俯視圖。具有其表面101的物體100位于照明體30的第一部分37的 下方。分別在照明體30之上和之內(nèi)，表面模式80的折射器裝置81以同心環(huán)的 方式設(shè)置。由于照明體30具有比表面101的尺寸小的寬度33，因而只有表面 101的下面的部分被菲涅爾型透鏡光學(xué)放大。為了照明表面101，第二部分38 被光提取層50覆蓋。
圖6中示出的照明設(shè)備10包括鄰近外殼元件40而設(shè)置的發(fā)光元件20。由 發(fā)光元件20發(fā)射的A3^光21不射入照明體30。相反地，Ait光21直接照明表 面IOI。因此，不必發(fā)光元件20與照明體30之間進行i周節(jié)以便防止人造光21 的吸收。財卜，發(fā)光元件20的替換可以容易地進行，不需要進行旨照明設(shè)備 或照明體30的任何拆卸。
如圖7和圖8所示，照明設(shè)備10可以包括多個發(fā)光元件20。
地，這些 發(fā)光元件20鄰近側(cè)面36、 36'而設(shè)置。在圖7中，發(fā)光元件20設(shè)置成兩行， ，側(cè)面36、 36'上面向彼此。圖8中示出了另一個實施例，其中發(fā)光元件20 形成整個照明體30的邊界。歸因于所需的總 量不是由一個而是由多個發(fā)光 元件20 mt這一事實，可以減少單獨的光輸出以及因而每個發(fā)光元件20的尺 寸。因此，分別實現(xiàn)了照明設(shè)備10和照明體30的簡潔設(shè)計。
為了實現(xiàn)使用照明設(shè)備10作為手電筒的能九公開了聚光器元件90。在圖 9中，示出了聚光器元件90的截面，其連接到照明體30的縱向側(cè)面36。射入 照明體30并且沒有或者只在邊際被光提取層50偏轉(zhuǎn)的A^光21可能離開照明 體30而不像預(yù)期的那樣照明表面101 。為了禾,這部分Ai^光21 ，聚光器元件 90包括導(dǎo)光材料，其被配置成接收并且定向至少一部分Ait光21。因此，聚光 器元件90包括表面形成物91，雜示出的實例中具有鋸齒狀結(jié)構(gòu)。表面形成物 91也可以形成菲涅爾型透鏡，以便聚焦離開聚光器元件90的人造光。此外，聚 光器元件90可以包括夾持裝置92，其中夾持裝置92與照明體30的第二夾, 置93配合。艦夾f雜置92與第二夾,報置93的連接，聚光器元件90可以 可逆地附接到照明體30上。
在圖10中，示出了聚光器元件90的效果。Ait光21從左側(cè)iSA照明體30。 部分Ai^光21將穿過光提取層50并且從其頂側(cè)離開照明體30。其他部分的人 造光21將在邊際被光提取層50偏轉(zhuǎn)并且以小角度通過底部表面35離開照明體 30。第三部分Ait光21將i!31側(cè)面36離開照明體30。最后提到的部分以及一取決于聚光器元件90的尺寸^f到數(shù)第二個蹈啲部分Ait光21的小部分將 因ltbitA聚光器元件90。由于聚光器元件90包括導(dǎo)光材料，因而Ai^光21將 不會衰減。聚光器元件90的夕卜表面包含表面形成物91 ，其被配置成接收并且偏 轉(zhuǎn)收集的Ait光21 。表面形成物91具有將離開聚光器元件90的Ait光21'的 通量定形為聚焦的或者f象這里示出的~~￥行的通量。因此，照明設(shè)備10 可以用作手電筒。
公開的照明設(shè)備10具有以下優(yōu)點它會,同時照明和光學(xué)放大表面101 。 潛在的用戶M包含形成菲涅爾型透鏡的表面模式80的照明體30觀看。為了 確保表面IOI總是被均勻地照明，本發(fā)明的另一個實施例公開了照明設(shè)備10包 含至少第一發(fā)光裝置110和第二發(fā)光體120，其中第一發(fā)光裝置110和第二發(fā) 光裝置120被設(shè)置成照明表面101的至少部分不同的部分102和102'。該實施 例利用了至少兩個安裝在相距菲涅爾型透鏡的中心84可變的距離處的發(fā)光裝 置。為了分別闡明第一和第二發(fā)光裝置的位置，圖10中標記了菲涅爾型透鏡的 中心84。 M把第一發(fā)光裝置110和第二發(fā)光裝置120定位在相距透鏡中心84 的不同距離處，表面101將總是被均勻地照明，而不1繊于照明體30相對于物 體100的距離。
在圖11中，示出了照明體30的一部分的截面。透鏡的中心84被示意性地 描繪為豎直線。第一發(fā)光裝置110由駄至l康面模式80的兩個折射器裝置81 中的兩根光纖形成。此外，第二發(fā)光裝置120由mA至鵬明體30的另一折射器 裝置81中的一根光纖形成。第二發(fā)光裝置120的^立置比第一發(fā)光裝置110的位 置更接近菲涅爾型透鏡的中心84。分別由第一發(fā)光裝置110和第二發(fā)光裝置120 發(fā)射的A3t光21、 21'在發(fā)光元件20中產(chǎn)生并皿入所述光纖中。最后提到的 傳輸Ai造光21、 21'并且允許A^光21、 21'朝著物體100的方向的，的向 外耦合。分別形成第一、第二發(fā)光裝置IIO、 120的光纖中的每一根可以與單獨 的發(fā)光元件20相連接。用戶可以通過按鈕'ilr活希望的發(fā)光元件20。取決于照明 設(shè)備10至U表面101的距離，用戶可以在所述兩個發(fā)光元件20之間進行選擇， *所述發(fā)光元件20連接到發(fā)光裝置110、 120以實現(xiàn)表面101的均勻照明。
在圖11中，第一發(fā)光，110和第二發(fā)光裝置120由多根光纖形成。光纖 具有以下優(yōu)點:它們可以容易地^A形成菲涅爾型透鏡的折射器裝置81的叢中。 此外，光纖具有小的直徑以及可以定位成遠離透鏡的中心84。此外，產(chǎn)生Ait
16光21、 21'的發(fā)光元件20甚至可以相對于照明體30逾巨離地放置。在圖12 所示的可替換實施例中，第一和第二發(fā)光裝置110、 120不是由光纖而是由光源 形成。為了實現(xiàn)該目的，第一發(fā)光裝置110和/麟二發(fā)光裝置120是發(fā)光元件 本身。因此，Ai^光21、 21'分別僅由第一和第二發(fā)光體IIO、 120產(chǎn)生。此 外，發(fā)光裝置IIO、 120者阿以被放置在由折射器驢81形成的照明體30的表 面上。此外，第一和第二發(fā)光裝置IIO、 120安裝在反射裝置130上。反射裝置 130具有防止眩光的優(yōu)點。不朝物體100傳播的Ait光21、 21'可能i4A照明 體30并且因而引起照明設(shè)備10的用戶的不快。為了防止這點，反射裝置130 以僅僅物體100被照明的方式反射Ait光21、 21'。反射裝置130可以由則寸 鏡和/或反射涂層形成。
在圖13中，示出了照明設(shè)備10的另一個實施例。在該實施例中，第一發(fā) 光裝置110和第二發(fā)光裝置120由光纖形成，所述光纖利用低折射率的粘合劑 ^A照明體30。為了防止眩光，光纖被反射裝置130遮蔽，g裝置130由安 裝在光纖上面的箔狀薄片形成。圖13示出了修改的照明設(shè)備10照明表面101 的至少部分不同的部分102、 102'的能力。 ^于照明設(shè)備10至i康面101的距 離，用戶可以選擇只激舌第一發(fā)光體IIO。發(fā)光元件20鄉(xiāng)的Ai^光211 入發(fā)光裝置IIO，并且以表面IOI的大的部分102被照明的方式發(fā)射。如果用戶 決定減小照明設(shè)備10相對于表面101的距離，那么用戶的ll場可能不再被均勻 地照明。尤其靠，鏡的中心84光通量可能減少。因此，用戶可以附加地或者 可替換i也歡活將Ait光21'射入到第二發(fā)光裝置120中的第二發(fā)光元件。該人 造光21'照明表面IOI的部分不同的部分102。因此，借助于照明設(shè)備IO，用 戶仍然得到表面101位置的均勻照明。
第一發(fā)光裝置110和第二發(fā)光，120可以同時形成腔體，其填充有發(fā)光 材料以修em發(fā)光裝置110和120 ^M的光的顏色。有機發(fā)光材料(例如巴斯 夫公司(BASF)的路瑪近(Lumogen))是優(yōu)選的發(fā)光材料，因為有機材料容 易散布在發(fā)光，和/或照明體30內(nèi)。除了發(fā)光裝置110和120之外，照明體可 以包括填充了發(fā)光材料的腔體。為了不干J^見看被照明的物體100，從這些腔體 內(nèi)的發(fā)光材料發(fā)射的光不應(yīng)該直接到達用戶。因此， 的是利用在面向用戶 的側(cè)面上的反射層覆蓋這些腔體，以便將朝用戶^l寸的光反射回被照明的物體 亂附圖標記列表
10照明設(shè)備
15照明間隙
20發(fā)光元件
21，21,Ait光
30照明體
33照明體30的寬度
34照明體30的頂部表面
35照明體30的底部表面
36，36,照明體30的側(cè)面
37第一部分
38第二部分
40外殼元件
50光提取層
51偏轉(zhuǎn)裝置
52偏轉(zhuǎn)裝置51的面
53偏轉(zhuǎn)裝置51的凸緣
54光提mil的角度
60太陽能電池
61電池
62驅(qū)動器
80表面模式
81折射器錢
82折射皿置81的小平面
83折射器，81的凸緣
84菲涅爾型iiH的中心
100物體
101物體100的表面
102,102'表面101的部分
110第一發(fā)光裝置120 130
第二發(fā)光^
19
權(quán)利要求
1、一種用于照明表面(101)的照明設(shè)備(10)，具有至少一個發(fā)光元件(20)和照明體(30)，其中所述發(fā)光元件(20)發(fā)射人造光(21，21’)，外殼元件(40)包括所述發(fā)光元件(20)并且支撐所述照明體(30)，照明體(30)包括適合于照明位于下方的所述表面(101)的透明導(dǎo)光材料，其特征在于，所述照明體(30)包括表面模式(80)，其形成菲涅爾型透鏡以光學(xué)放大所述表面(101)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述表面模式(80)包括多個折射器裝置(81)， 地，所述表面模式(80)覆蓋所述照明體(30)的表面(34， 35， 36， 36')中的一個，更tm地，所述照明體(30)和所述表面模式(80)為單件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的照明設(shè)備(10)，其特征在于，每個折射器裝置(81)被配置成一方面光學(xué)放大所述表面(101)，另一方面接收并且偏轉(zhuǎn)來自所述發(fā)光元件(20)的Ai^光(21， 21，)至所述表面(101)上。
4、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述表面模式(80)對于所述表面(101)反射的A3t光(21，21')是透明的，并且所述表面模式(80)對于,表面模式(80)上的環(huán)境光是透明的。
5、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述發(fā)光元件(20)被設(shè)置成鄰近所述照明體(30)的側(cè)面(36， 36，)，,地，在所述發(fā)光元件(20)和所^M明體(30)的所述側(cè)面(36，36')之間設(shè)置照明間隙(15)。
6、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述發(fā)光元件(20)被設(shè)置在所述照明體(30)之下。
7、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述照明體(30)包括被配置成接收并且偏轉(zhuǎn)來自所述發(fā)光元件(20)的人造光(21， 21，)至所述表面(101)上的光提鵬(50)， 地，所述光提取層(50)包括表面結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述照明體(30)包括第一部分(37)和第二部分(38)，其中至少一部分所述第一部分(37)被所述表面模式(80)覆蓋，并且其中至少一部分所述第二部分(38)被所述光提取層(50)覆蓋。
9、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述照明設(shè)備(10)包括多個發(fā)光元件(20)，其被，成鄰近所述照明體(30)的側(cè)面(36， 36')。
10、 一種用于支撐根據(jù)前述任一項禾又利要求的照明設(shè)備(10)的支架，其中該支架將照明設(shè)備(10)定位于相距所述表面(101)的一定距離處，使得所述表面(101)可以被放大地觀看。
11、 根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，照明設(shè)備(10)包括聚光器元件(90)，其中聚光器元件(90)被配置成接收并且定向離開所述照明體(30)的至少一部分Ait光(21， 21')。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述聚光器元件(90)被設(shè)置在所述照明體(30)的縱向側(cè)面上。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或12的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述聚光器元件(90)包括表面形成物(91)， 地，所述表面形成物(91)為鋸齒狀，包括在0.1。和5。之間，雌地在0,2。和3。之間，更〗腿地在0.25°和2°之間的形成角度，更 地，所述表面形成物(91)形成菲纟稱型邀竟。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述聚光器元件(90)可以可逆地附接到所述照明體(30)上， 地，所述聚光器元件(90)包括夾旨置(92)，其中所述夾,置(92)與所述照明體(30)的第二夾J雜置(93)配合，以將所述聚光器元件(90)附接至lJ所^M明體(30)上。
15、 根據(jù)權(quán)禾腰求11-14中任一項的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述聚光器元件(90)包括可變的透鏡元件，iM地，所述可變的纖元件由LC (液晶)結(jié)構(gòu)形成。
16、 根據(jù)前述任一項豐又利要求的照明設(shè)備(10)，其特征在于，照明設(shè)備(10)包括至少第一發(fā)光裝置(110)和第二發(fā)光裝置(120)，其中所述第一發(fā)光裝置(110)和所述第二發(fā)光裝置(120)被設(shè)置成照明所述表面(101)的至少部分不同的部分(102， 102')。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述第一發(fā)光裝置(110)和所述第二發(fā)光裝置(120)被設(shè)置在折射器裝置(81)之間。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述第一發(fā)光裝置(110)和所述第二發(fā)光裝置(120)被設(shè)置^^f述照明體(30)內(nèi)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16-18中任一項的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述第一發(fā)光裝置(110)和/^^fi^第二發(fā)光裝置(120)是光纖， 地，所述第一發(fā)光體(110)禾口/^^f述第二發(fā)光裝置(120)摻雜有顏色劑，其中所，色劑通過吸收和重發(fā)射改^Ut光(21， 21')的波長。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16-19的任一項的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述第一發(fā)光裝置(110)或所述第二發(fā)光裝置(120)中的至少一個為發(fā)光元件(20)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16-20的任一項的照明設(shè)備(10)，其特征在于，照明設(shè)備(10)包括至少一個刻寸裝置(130)，其中所述反射裝置(130)反射Aig光(21, 2D，更4m地，所述反射，(130)被設(shè)置成鄰近所述第一發(fā)光體(110)禾口/^^f述第二發(fā)光裝置(120)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21的照明設(shè)備(10)，其特征在于，所述則寸裝置(130)是反射鏡和/或鄉(xiāng)涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于照明表面(101)的照明設(shè)備(10)，其具有至少一個發(fā)光元件(20)和照明體(30)，其中所述發(fā)光元件(20)發(fā)射人造光(21，21)，外殼元件(40)包括所述發(fā)光元件(20)并且支撐所述照明體(30)，所述照明體(30)包括適合于照明位于下方的所述表面(101)的透明導(dǎo)光材料。本發(fā)明公開了所述照明體(30)包括表面模式(80)，其形成菲涅爾型透鏡以光學(xué)放大所述表面(101)。
文檔編號G02B25/02GK101680647SQ200880012461
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者C·R·朗達, G·塞尼尼, H·J·科尼利森, Y·劉 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司