專利名稱：照明系統(tǒng)及其光注入耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及基于光導的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學透明材料(例如，玻璃或透明聚合物)可用作光導來傳播光。光導通常包括至 少ー個適于從光源接收光的表面以及用于反射通過光導傳播的光的光學平滑表面。光導的通用實例包括光學的纖維和/或棒、以及平面波導。光導也可用作照明(B卩，光照明)系統(tǒng)中的元件。通常的光導具有內(nèi)反射性的較高折射率的芯以及可任選的設(shè)置在芯上的較低折射率的包層。在這些系統(tǒng)中，將光注入(即，以小于或等于光導內(nèi)反射的臨界角的角度進入)到光導的至少一端內(nèi)并且允許光在位于沿光導長度方向上的預(yù)定位置處離開光導。促使光在所需位置處離開光導的方法稱作提取技木。多種提取技術(shù)造成光以不受控制的方式從光纖中泄漏。這種技術(shù)包括將纖維進行相對較陡的彎曲以及移除和/或粗化光導芯或包層的一部分以提供使光逸出的漫射表面。使用沿光纖間隔開的光提取結(jié)構(gòu)(例如，切ロ)的提取技術(shù)也可用于以可控方式從光導中提取光。然而，在具有相對較大尺寸的照明系統(tǒng)中使用光導已受限于如下難題，即在相對較長的長度上保持合格的、美學上令人愉悅的、并且相當均一的光強度。

發(fā)明內(nèi)容
在ー個方面，本發(fā)明提供了照明系統(tǒng)，其包括m個光導，其能夠在m個各自的縱向方向上引導光，所述m個光導中的每ー個各自包括芯以及兩個光學平滑表面，所述光學平滑表面基本上垂直于m個各自的縱向方向分別對齊；η個腔體，所述η個腔體中的每ー個各自包括開ロ以及與所述開ロ相対的反射-透射表面，所述腔體鄰近所述光學平滑表面中的兩個；以及η個覆蓋件，其分別鄰近所述η個腔體進行設(shè)置并且封閉所述η個腔體的開ロ，所述η個覆蓋件分別包括與所述η個腔體各自的反射-透射表面進行光通信的η個光源，從所述η個光源發(fā)出的任何光的大部分被所述η個腔體各自的反射-透射表面反射并且注入到所述m個光導中，并且從所述η個光源發(fā)出的任何光的少部分透射穿過所述η個腔體各自的反射-透射表面并且從所述照明系統(tǒng)中發(fā)出；其中m和η獨立地為至少是I的整數(shù)。在一些實施例中，m不小于η。在一些實施例中，m和η均為I。在一些實施例中，所述η個腔體中的至少ー些是與所述m個光導中的至少ー些一體地形成的。在一些實施例中，所述η個腔體中的P個基本上容納在P個各自相鄰的光學透射性殼體內(nèi)，透射穿過所述P個腔體各自的反射-透射表面并且從所述照明系統(tǒng)發(fā)出的任何光均穿過各自相鄰的光學透射性殼體，P為小于或等于η的正整數(shù)。在一些實施例中，所述m個光導中的至少ー個包括光提取元件。在一些實施例中，所述η個光源中的至少ー個包括發(fā)光二極管。在一些實施例中，所述η個光源中的至少ー個包括多個各自具有不同顔色的發(fā)光二極管。在一些實施例中，所述η個光源中的至少ー個包括光學耦合到燈的光纖。在一些實施例中，所述η個腔體中的至少ー個各自包括具有鏡面反射性的反射-透射表面。在一些實施例中，所述η個腔體中的至少ー個各自包括具有漫反射性的反射-透射表面。在一些實施例中，所述m個光導中的至少ー個各自包括柔性芯。在一些實施例中，所述m個光導中的至少ー個各自包括有機聚合物。在一些實施例中，所述m個光導中的至少ー個還各自包括位于其芯上的包層，所述包層與所述芯相比具有較低的折射率。在一些實施例中，所述η個腔體中的至少ー個(例如，ー個、大部分或全部)具有相 應(yīng)的反射-透射表面，該表面延伸直至其相應(yīng)的覆蓋件以及相應(yīng)光導的光學平滑表面。在另ー個方面，本發(fā)明提供了光注入耦合器，其包括具有第一、第二、和第三開ロ的光學透射性殼體；在所述第一、第二、和第三開ロ之間延伸的導管，所述第一和第二開口中的每ー個均適于在保持兩者間的腔體的同時來接合至少ー個光導的至少兩個端部，所述至少兩個端部能夠在至少第一和第二相應(yīng)的縱向方向上引導光，所述導管具有鄰近所述腔體并且與所述第三開ロ相対的反射-透射表面，并且所述至少兩個端部各自具有在基本上垂直于各自的縱向方向的方向上對齊的光學平滑表面；包括光源的覆蓋件，所述覆蓋件固定到所述殼體上并且設(shè)置成鄰近于同時封閉所述殼體的第三開ロ，所述光源與所述反射-透射表面進行光通信，其中從所述光源發(fā)出的任何光的大部分被所述反射-透射表面反射并且注入到所述至少第一和第二端部中，并且其中從所述光源發(fā)出的任何光的少部分透射穿過所述反射-透射表面以及所述光學透射性殼體。在一些實施例中，所述反射-透射表面為鏡面反射性的。在一些實施例中，所述反射-透射表面為漫反射性的。在一些實施例中，所述反射-透射表面包括多層光學薄膜。在一些實施例中，所述光源包括至少ー個發(fā)光二極管。在一些實施例中，所述光源包括多個各自具有不同顔色的發(fā)光二極管。在一些實施例中，所述光源包括光學耦合到燈的光纖。在一些實施例中，所述光學透射性殼體包括通過鉸鏈柔性連接的第一和第二部分，并且所述第一和第二部分進ー步通過至少一個機械緊固件彼此緊固。在一些實施例中，第一和第二開口中的至少ー個包括各自的箍。有利地，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)可進行加工以使得它們在相對長的長度上提供適度均一的光強，尤其是當從其預(yù)期應(yīng)用中的典型距離觀察吋。因此，它們尤其適用于其中看重照明系統(tǒng)的美學吸引力的那些應(yīng)用中。這種應(yīng)用的實例包括車飾照明、建筑照明、以及商業(yè)標牌。在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的美學上令人愉悅的照明系統(tǒng)可利用光導與ー個或多個根據(jù)本發(fā)明的光注入耦合器相結(jié)合來進行方便的加工。
如本文所用涉及反射-透射表面的“與開ロ相対”是指反射-透射表面的至少一部分與開ロ相對，但反射-透射表面可延伸超出此區(qū)域；“設(shè)置鄰近于并且封閉”是指遮蓋或設(shè)置在內(nèi)部并且阻塞光的透射；“注入光導”是指光以一定的角度進行光導以使其被光導內(nèi)反射以及引導；“光導”是指可在其主體內(nèi)通過內(nèi)反射來引導(即，傳播)光的物體；“光”是指可見光；應(yīng)用于光導中的“縱向方向”是指傳播方向，其可以是或可以不是線性的或平面的(例如，就彎曲光導而言);
“大部分”是指超過一半；“少部分”是指低于一半；應(yīng)用于兩個物體的“光通信”是指光可通過光學方法(例如，反射、衍射、折射)從ー個物體向另ー個物體進行直接地或間接地傳輸；“光學平滑的”是指基本上不含通過光散射機制造成光損耗的表面特征；“光學透射性的”是指對光透明或半透明的并且不是不透光的；“反射-透射性表面”是指對從ー個方向入射的光同時具有反射性和透射性的表面；如(例如)就單向鏡而言；并且“基本上垂直的”是指在約80度到約90度的角度下。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的示例性照明系統(tǒng)的透視剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例性照明系統(tǒng)的透視剖面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的示例性照明系統(tǒng)的透視剖面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例性光注入耦合器的分解透視圖；并且圖5為適用于圖4所示的示例性光注入耦合器的光學透射性塑料殼體的透視圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)包括(例如)圖1-3中所示的那些系統(tǒng)?，F(xiàn)在參見圖1，示例性的照明系統(tǒng)100包括能夠在縱向方向190上引導光的光導105。光導105包括其上具有可選包層180的柔性芯175。光導105包括兩個腔體120a、120b，每個腔體在光導105中是一體地形成的。腔體120a、120b中的每ー個分別鄰近兩個光學平滑表面125ai、125a2和1251^、125b2，以及與開ロ 135a、135b相対的反射-透射表面110a、110b。光學平滑表面125ai、125a2以及1251^125 在基本上垂直于縱向方向190的方向上是對齊的。光導105具有可任選的沿其長度分布的光提取元件(示為切ロ)185a、185b、185c。覆蓋件130a、130b分別封閉開ロ 135a、135b。覆蓋件130a、130b包括通過電線160a、160b進行供電的相應(yīng)光源155a、155b (示為發(fā)光二極管“LED”)。光源155a、155b與各自的反射-透射表面IlOaUlOb進行光通信。照明系統(tǒng)的另一個示例性實施例示于圖2中?，F(xiàn)在參見圖2，示例性的照明系統(tǒng)200包括能夠在相應(yīng)的縱向方向290a、290b、290c上引導光的光導205a、205b、205c。光導205a、205b、205c各自包括其上具有相應(yīng)的可選包層280a、280b、280c的柔性芯275a、275b、275c。照明系統(tǒng)200包括設(shè)置在相應(yīng)的光學透射性殼體250a、250b附近的兩個腔體220a、220b。腔體220a、220b中的每ー個分別鄰近兩個光學平滑表面2258^2251^和225b2、225c1;以及與開ロ 235a、235b相対的反射-透射表面210a、210b。光學平滑表面225^,2251^和225b2、225Cl在基本上垂直于各自的縱向方向290a、290b、290c的方向上是對齊的。光導205具有可任選的沿其長度分布的光提取元件285a、285b、285c。覆蓋件230a、230b分別封閉開ロ 235a、235b。覆蓋件230a、230b包括光連接至燈265的相應(yīng)光源255a、255b (示為光纖)。光源255a、255b與相應(yīng)的反射-透射表面210a、210b進行光通信。示例性照明系統(tǒng)的另一個實施例示于圖3中，其中m和η均為I?，F(xiàn)在參見圖3，示例性的照明系統(tǒng)300包括能夠在縱向方向390上引導光的光導305。光導305包括其上具有可選包層380 (未示出)的芯375。照明系統(tǒng)300包括設(shè)置在光學透射性殼體350附近的腔體320。腔體320鄰近兩個光學平滑表面325ai、325a2以及與開ロ 335相対的反射-透、射表面310。光學平滑表面325ai、325a2在基本上垂直于縱向方向390的方向上是對齊的。光導305具有可任選的沿其長度分布的光提取元件385。覆蓋件330鄰近于并且封閉開ロ335。覆蓋件330包括通過電線365供電并且與反射-透射表面310進行光通信的光源355(示為具有不同顏色的多個LED)。光導通常包括芯以及可任選的包層。一般來講，芯是由光學平滑表面界定的，且可任選地由將光從光導導出的多個光提取結(jié)構(gòu)中的ー個進行中斷。它們可具有能有效用于光的內(nèi)反射和傳播的任何形狀。合適的形狀和構(gòu)造的實例包括(例如)具有圓形、方形、橢圓形、D形或多面輪廓的棒，以及平坦片材或板材。例如，光導可包括圓柱形導管(例如，設(shè)計成在沿其長度上的ー個或多個點處發(fā)出引導光的聚合物光導)、或平面光導(例如，片材或條帶)。關(guān)于光導及其制造方法的其他細節(jié)可見于(例如)美國專利No. 6，039，553 (Lundin等人)；No. 6，367，941 (Lundin 等人)；No. 6，259，855 (Lundin)5No. 6, 367,941 (Lea 等人);和RE40，227 (Cobb, Jr.)。光導也可得自商業(yè)源；例如，以商品名3M精密照明元件(PLE)得自明尼蘇達州圣保羅市(St. Paul,匪)的3M公司。多種合適的芯為光導/光纖領(lǐng)域中已知的。芯通常是連續(xù)的并且可由下述材料或材料的組合制成，所述材料為足夠透明的并且為內(nèi)反射性的以便沿縱向方向(通常具有至少10厘米、并且更典型地至少ー米的距離)來有效地傳播光。合適材料的實例包括玻璃、石英、以及有機聚合物(例如，熱塑性和/或熱固性聚合物)。芯可為固態(tài)的、液態(tài)的、或中空的，通常為固態(tài)的。芯可為柔性的或剛性的、或者二者之間的任何形態(tài)，但對于多種應(yīng)用而言柔性是理想的。示例性的聚合物芯包括描述于(例如)美國專利No. 5，898，810 (Devens等人)中的丙烯酸酯芯；以及描述于美國專利No. 6，379，592 (Lundin等人)中的氨基甲酸酷芯。芯的折射率典型地為至少約I. 45、更典型地為至少約I. 50或甚至至少約I. 55。形成合適芯的方法是已知的并且包括(例如)擠出、模塑、和拉延。作為另外一種選擇，芯可得自商業(yè)源。同樣，多種合適的芯為光導/光纖領(lǐng)域中已知的。適用于可選包層的材料的實例包括熱收縮材料、弾性體(例如，熱塑性聚烯烴、聚酰胺、聚氨酯以及它們的組合)、以及含氟聚合物(例如，四氟こ烯、三氟氯こ烯、六氟丙烯、偏ニ氟こ烯、全氟代烷基こ烯基醚及其組合的聚合產(chǎn)物)。示例性的可用含氟聚合物包括四氟こ烯、六氟丙烯、和偏ニ氟こ烯的聚合產(chǎn)物。光學平滑表面可為任何合適的表面，包括(例如)菲涅耳(Fresnel)窗或拋光表面。光學平滑表面其上可任選地具有涂層(例如，抗反射涂層)?？蛇x的包層可由單ー聚合物層制成、或可包括多個同心層。一種示例性的多層包層包括(a)具有含氟聚合物(例如，四氟こ烯、六氟丙烯、和偏ニ氟こ烯的聚合產(chǎn)物)的第一層，(b)在第一層周圍的包含熱塑性聚合物(例如，聚氨酷)的第二層，以及(C)在第二層周圍的包含熱塑性聚合物(例如，聚烯烴)的第三層。一般來講，設(shè)置在芯上的可選包層(如果存在)與芯相比具有較低的折射率。一般來講，可選包層的折射率與芯的折射率相比低至少約O. 05或甚至至少約O. 10。有包層的或無包層的芯均適用于本發(fā)明。有關(guān)可選包層的其他細節(jié)可見于美國專利No. 5，898，810 (Devens等人)。如果腔體是構(gòu)成光導必需的一部分，那么所述腔體可在光纖制造時形成(例如，通過模塑)或可在隨后的時間進行制造(例如，通過激光或機械加工)。在其中使用兩個光導來形成腔體的那些實施例中，通常使用耦合設(shè)備(例如，根據(jù)本發(fā)明的光注入耦合器)來容易地形成腔體。腔體的尺寸和形狀并非關(guān)鍵，但通常所選擇的腔體應(yīng)使穿過光學平滑表面并且以小于光導的臨界角的角度注入光導的反射和/或直接光照明達到最大。通常反射-透射表面的反射性高于透射性。根據(jù)照明系統(tǒng)的特定設(shè)計，可調(diào)整反射與透射之比，以便使外觀上的整體差異相對預(yù)期觀測距離處的觀察者而言達到最小?？墒褂酶鞣N材料來提供反射-透射表面，包括(例如)蒸涂金屬(例如，銀、金、鋁)、電鍍金屬、金屬鹽(例如，硫酸鋇)或金屬氧化物(例如，氧化鋁、ニ氧化鈦)膜、多層光學薄膜(例如，以商品名“ Vikuiti Enhanced Specular Reflector Film，，或“ Vikuiti Durable EnhancedSpecular Reflector Film-Metal”得自明尼蘇達州圣保羅市的3M公司)、以及它們的組合。多層光學薄膜(例如，聚合物多層光學薄膜)通常包括具有不同折射率特性的各個微層，以使得某些光在相鄰微層之間的界面處被反射。這些微層足夠薄，從而使得在多個界面處反射的光發(fā)生相長干涉或相消干渉，以使多層光學薄膜具有所需的反射或透射特性。對于設(shè)計用于反射紫外、可見或近紅外波長的光的多層光學薄膜而言，每ー微層的光學厚度(物理厚度乘以折射率)一般都小于約I微米。但也可以包括較厚的層，例如多層光學薄膜外表面的表層或設(shè)置在多層光學薄膜之間以分隔微層相干分組的保護界面層(PBL)。這種多層光學薄膜主體也可包括一個或多個厚粘合劑層，以粘合層合材料中的兩層或更多層的多層光學薄膜。在簡單的實施例中，微層可具有對應(yīng)于1/4波長疊堆的厚度和折射率值，S卩，布置于光學重復單元或単位晶胞中，每個所述光學重復單元或単位晶胞具有兩個鄰近的等光學厚度(f-比率=50%)的微層，這種光學重復單元可通過相長干涉有效地反射光，被反射的光的波長I是光學重復單元的總光學厚度的兩倍。可使用沿薄膜厚度軸(例如，z軸)的厚度梯度來提供加寬的反射帯。也可使用適于銳化上述譜帶邊緣的厚度梯度(在位于高反射和高透射之間的波長過渡下)，如美國專利6，157，490 (Wheatley等人)中所述。對于聚合物多層光學薄膜，反射譜帶可被設(shè)計成具有銳化的譜帶邊緣以及“平頂”的反射譜帶，其中所述反射特性基本上在應(yīng)用的整個波長范圍內(nèi)都是恒定的。還可以想到其它層結(jié)構(gòu)，例如2微層光學重復單元的多層光學薄膜(其f_比率不同于50%)或光學重復單元包括兩個以上微層的薄膜。所設(shè)計的這些可供選擇的光學重復單元可被構(gòu)造用于減少或激發(fā)某些較高階反射；例如，如美國專利No. 5, 360, 659 (Arends等人)和5, 103, 337 (Schrenk等人)中所述。多層光學薄膜可被設(shè)計成反射至少ー個帶寬上的一種或兩種偏振光。通過仔細操縱這些層沿各個薄膜軸的厚度和折射率，可將多層光學薄膜制成對于ー個偏振軸而言表現(xiàn)為高度反射的鏡，而對于垂直偏振軸而言表現(xiàn)為較弱的、低度反射的鏡(更多透射性)。因此，例如，可將多層光學薄膜調(diào)節(jié)成在光譜的可見區(qū)域內(nèi)強烈反射一種偏振光，同時對于垂直偏振軸進行微弱的反射(基本上為透明的)。通過適當?shù)剡x擇聚合物微層的雙折射率以及適當?shù)剡x擇微層厚度，可將多層光學薄膜設(shè)計成使偏振光沿其兩個正交面內(nèi)軸中的任ー個具有反射-透射量級的任何變化。作為另外一種選擇或除此之外，可通過在多層光學薄膜的一個或兩個側(cè)面上包括漫射涂層來改變反射與透射之比。 可用于制造聚合物多層光學薄膜的示例性材料可見于PCT公開WO 99/36248(Neavin等人)中。既提供足夠的折射率差值又提供足夠的層間粘合力的示例性雙聚合物組合包括(I)對于使用主要采用單軸牽伸的方法制造的偏振多層光學薄膜而言，PEN/coPEN、PET/coPET、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/Eastar 和 PET/Eastar，其中 “PEN” 指聚萘ニ甲酸こニ醇酷，“ coPEN”指基于萘ニ甲酸的共聚物或共混物，“ PET”指聚對苯ニ甲酸こニ醇酷，“ coPET”指基于對苯ニ甲酸的共聚物或共混物，“ sPS”指間規(guī)立構(gòu)聚苯こ烯及其衍生物，并且Eastar為可從田納西州金斯波特市的依斯曼化學公司(Eastman ChemicalCo. , Kingsport, TN)商購獲得的聚酯或共聚酯(據(jù)信包含環(huán)己烷ニ甲醇單元和對苯ニ甲酸単元)；(2)對于通過控制雙軸牽伸法的エ藝條件制成的偏振多層光學薄膜而言，PEN/coPEN、PEN/PET、PEN/PBT、PEN/PETG 和 PEN/PETcoPBT，其中 “PBT” 指聚對苯ニ 甲酸丁ニ醇酷，“PETG”指采用仲醇(通常為環(huán)己烷ニ甲醇)的PET的共聚物，并且“PETcoPBT”指對苯ニ甲酸或其酯與こニ醇和1，4-丁ニ醇的混合物的共聚酷；(3)對于鏡面薄膜(包括彩色鏡面薄膜)而言，PEN/PMMA、coPEN/PMMA、PET/PMMA、PEN/Ecdel、PET/EcdeI、PEN/sPS、PET/sPS、PEN/coPET、PEN/PETG和PEN/THV，其中“ PMMA”指聚甲基丙烯酸甲酷，Ecdel為可從依斯曼化學公司(Eastman Chemical Co.)商購獲得的熱塑性聚酯或共聚酯(據(jù)信包含環(huán)己烷ニ羧酸単元、聚四亞甲基醚ニ醇単元和環(huán)己烷ニ甲醇單元)，并且THV為可從明尼蘇達州圣保羅市的3M公司商購獲得的含氟聚合物。合適的多層光學薄膜及相關(guān)設(shè)計和構(gòu)造的其他細節(jié)可見于(例如)美國專利No. 5，882，774 (Jonza 等人)；No. 6，297，906B1 (Allen 等人);No. 6，531，230 (Weber 等人);No. 6，888，675B2 (Ouderkirk 等人)；以及美國專利申請公開 No. 2002/0031676A1 (Jonza 等人)和 US2008/0037127A1 (Weber)中。反射-透射表面可具有鏡面反射或漫反射特性,或其可具有兩者之間的某種反射特性。當反射-透射表面與開ロ相對設(shè)置時，反射-透射表面或另ー個反射表面可存在于腔體表面中除光學平滑表面和光源之外的其他表面上。例如，覆蓋件可為局部反射的。一般來講，希望使這種表面的面積和反射量達到最大以便增加注入到光導中的反射光的量。在一個實施例中，反射-透射表面存在于腔體中除光學平滑表面和覆蓋件之外的基本全部表面上。覆蓋件中的任何ー個或全部可為(例如)透明的、半透明的、反射性的、不透明的、或它們的組合。一般來講，覆蓋件進而相應(yīng)腔體中的開ロ的取向使得它們在預(yù)期使用期間遠離觀察者的視線。例如，覆蓋件中的任何ー個或全部可位于照明系統(tǒng)的相同側(cè)，但對于多種應(yīng)用而言這種方式可為不合需要的或甚至美學上不具吸引力的。覆蓋件可由任何合適的材料制成，例如(如)金屬、塑料、纖維板、弾性體或電路板。任選的光提取結(jié)構(gòu)可用于將光在沿著光導長度方向的所需點處、以所需的強度水平從光導中提取出。光提取結(jié)構(gòu)的多種類型是已知的，包括(例如)切口和凸起。光提取結(jié)構(gòu)及其制造細節(jié)的實例可見于(例如)美國專利No. 5，432，876 (Appeldorn等人)和No. 6，863，428B2 (Lundin 等人 )；No. 6，033，604 (Lundin 等人)；No. 6，039，553 (Lundin 等人)；No. 6，077，462 (Lundin 等人)；No. 6，259，855 (Lundin) ；No. 6，367，941 (Lea 等人)；No. 6，379，592 (Lundin 等人)；No. 6，623，667 (Lundin) ；No. 6，863，428 (Lundin)；以及No. 7，052，168 (Epstein 等人)中?？扇芜x地是，漫反射層也可設(shè)置在用于本發(fā)明的實踐中的光導的芯和/或可選包層上。如果希望實現(xiàn)氖光或熒光照明外觀，這些方式可為尤其適用的。示例性的漫反射層描述于(例如)美國專利No. 6，863，428B2 (Lundin等人)中。可使用任何合適的光源；然而如果需要緊湊尺寸，那么發(fā)光二極管(即，LED)和/或光纖為尤其適用的。光源可包括多個獨特的光源，其可為相同的或不同的；例如，對應(yīng)于各種顏色(例如，紅-藍-綠)。就光纖而言，可將多條光纖連接至具有足夠功率的遠距離設(shè)置的燈處，通過這種方式，與燈相關(guān)的噪音和設(shè)備可從觀看照明系統(tǒng)的觀察者的視線中隱藏。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)可用于(例如)建筑學應(yīng)用(例如，隱蔽式照明、或代替熒光或氖光照明);標牌應(yīng)用(例如，用作氖光型指示牌);以及用于交通工具照明(例如，拖車裝飾照明、通道照明、船上照明、汽車照明和飛機照明)。例如，照明系統(tǒng)可用于汽車應(yīng)用(例如沿后窗邊緣或遵循后行李箱蓋曲線的擾流器)中作為側(cè)示闊燈、緊急事故燈、以及中置高位制動燈。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)可利用根據(jù)本發(fā)明的光導和光注入耦合器進行制造?，F(xiàn)在參見圖4，示例性的光注入耦合器400包括具有第一、第二和第三開ロ(421、422、423)的光學透射性殼體480以及在它們之間延伸的導管430。第一和第二開ロ 421、422中的每個具有可選的相應(yīng)的箍451、452 (未示出)，并且適于在保持兩者間的腔體420的同時來接合光導405a、405b的兩個端部432、434。端部432、434能夠引導相應(yīng)于縱向方向490a、490b上的光。導管460具有反射-透射表面410，所述反射-透射表面是通過可選的多層光學薄膜412提供的、鄰近腔體420并且與第三開ロ 423相対。如圖所示，可選的多層光學薄膜412的大小和形狀適合導管460和開ロ 421、422、423的尺寸，以使其平貼配合導管460。一般來講，可選的多層光學薄膜412不會延伸超出存在的任何可選的箍451、452。端部432、434具有各自的光學平滑表面425a、425b,其在基本上垂直于各自縱向方向的方向上是對齊的。覆蓋件430包括光源455 (此處示為LED)。覆蓋件430通過螺絲釘485固定到光學透射性殼體480上并且鄰近于同時封閉光學透射性殼體480的第三開ロ423。電連接至電線465的LED光源455與反射-透射表面410進行光通信，以使得從光源455發(fā)出的任何光的大部分被反射-透射表面反射(包括從鄰近腔體的其他表面進行的任何后續(xù)再反射)并且注入到第一和第二端部432、434中，并且使得從光源455發(fā)出的任何光的少部分透射穿過所述反射-透射表面410以及光學透射性殼體480。光學透射性殼體可由任何合適的光學透射性材料制得，例如(如)玻璃；石英；諸如(例如)聚酷、聚酰胺、聚烯烴、苯こ烯聚合物(例如，聚苯こ烯、ABS塑料)之類的塑料、以及它們的組合。在一個示例性的實施例中，如圖5所示,光學透射性殼體580包括通過鉸鏈520柔性連接的第一和第二部分510、512。組裝時，第一和第二部分510、512通過示為扣夾件530的機械緊固件彼此緊固。其他合適的機械緊固件包括鉚釘、螺絲釘、夾鉗、夾片、以及它們的組合。上文中弓丨用的所有專利和出版物的公開內(nèi)容均全文以引用方式并入本文中。
在不偏離本發(fā)明范圍和精神的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種修改和更改，而且應(yīng)該理解，本發(fā)明不僅限于本文所提供的示例性實施例。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括 m個光導，所述m個光導能夠在m個各自的縱向方向上引導光，所述m個光導中的每ー個各自包括芯以及兩個光學平滑表面，所述光學平滑表面基本上垂直于所述m個各自的縱向方向分別對齊； η個腔體，所述η個腔體中的每ー個分別包括開ロ以及與所述開ロ相対的反射-透射表面，所述腔體鄰近所述光學平滑表面中的兩個；以及 η個覆蓋件，所述η個覆蓋件分別鄰近所述η個腔體設(shè)置并且封閉所述η個腔體的所述開ロ，所述η個覆蓋件分別包括與所述η個腔體各自的反射-透射表面進行光通信的η個光源，從所述η個光源發(fā)出的任何光的大部分通過所述η個腔體各自的反射-透射表面進行反射并且注入到所述m個光導中，并且從所述η個光源發(fā)出的任何光的少部分透射穿過所述η個腔體各自的反射-透射表面并且從所述照明系統(tǒng)中發(fā)出； 其中m和η獨立地為至少是I的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，其中m不小于η。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，m和η均為I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個腔體中的P個基本上容納在P個各自相鄰的光學透射性殼體內(nèi)，透射穿過所述P個腔體各自的反射-透射表面并且從所述照明系統(tǒng)發(fā)出的任何光均穿過各自相鄰的光學透射性殼體，P為小于或等于η的正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述m個光導中的至少ー個包括光提取元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個光源中的至少ー個包括發(fā)光二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個光源中的至少ー個包括多個發(fā)光二極管，所述多個發(fā)光二極管各自具有不同顔色。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個光源中的至少ー個包括光學耦合到燈的光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個腔體中的至少ー個分別包括鏡面反射性的反射-透射表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個腔體中的至少ー個分別包括漫反射性的反射-透射表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述m個光導中的至少ー個分別包括柔性芯。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述m個光導中的至少ー個分別包括有機聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述m個光導中的至少ー個還分別包括位于其芯上的包層，所述包層與所述芯相比具有較低的折射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)，所述η個腔體中的至少ー個具有各自的反射性的反射-透射表面，所述反射-透射表面延伸直至其相應(yīng)的覆蓋件以及相應(yīng)光導的光學平滑表面。
15.—種光注入稱合器,包括 具有第一、第二和第三開ロ的光學透射性殼體； 在所述第一、第二和第三開ロ之間延伸的導管，所述第一和第二開口中的每ー個均適于在保持兩者間的腔體的同時來接合至少ー個光導的至少兩個端部，所述至少兩個端部能夠在至少第一和第二相應(yīng)的縱向方向上引導光，所述導管具有鄰近所述腔體并且與所述第三開ロ相対的反射-透射表面，并且所述至少兩個端部各自具有基本上垂直于各自的縱向方向?qū)R的光學平滑表面； 包括光源的覆蓋件，所述覆蓋件固定到所述殼體上，并且設(shè)置成鄰近于所述殼體的所述第三開ロ并封閉所述第三開ロ，所述光源與所述反射-透射表面進行光通信，其中從所述光源發(fā)出的任何光的大部分被所述反射-透射表面反射并且注入到至少第一和第二端部中，并且其中從所述光源發(fā)出的任何光的少部分透射穿過所述反射-透射表面以及所述光學透射性殼體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述反射-透射表面為鏡面反射性的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述反射-透射表面為漫反射性的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述反射-透射表面包括多層光學薄膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述光源包括至少ー個發(fā)光二極管。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述光源包括多個發(fā)光二極管，所述多個發(fā)光二極管各自具有不同顔色。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，其中所述光源包括光學耦合到燈的光纖。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述光學透射性殼體包括通過鉸鏈柔性連接的第一和第二部分，并且所述第一和第二部分進ー步通過至少一個機械緊固件彼此緊固。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光注入耦合器，所述第一和第二開口中的至少ー個包括各自的箍。
全文摘要
照明系統(tǒng)具有一個或多個能夠引導光的光導，每個所述光導包括芯和兩個光學平滑表面。鄰近所述光學平滑表面中的兩個的腔體具有開口以及與所述開口相對的反射-透射表面。具有光源的覆蓋件鄰近于并且封閉所述開口。從所述光源發(fā)出的任何光的大部分被所述腔體的反射-透射表面反射并且注入到所述光導中，并且從所述光源發(fā)出的任何光的少部分透射穿過所述腔體的反射-透射表面并且從所述照明系統(tǒng)發(fā)出。本發(fā)明還公開了光注入耦合器，其具有光學透射性殼體并且適用于耦合至少一個光導的端部從而制成照明系統(tǒng)。
文檔編號F21V7/00GK102679270SQ20121013757
公開日2012年9月19日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者大衛(wèi)·G·弗賴爾, 大衛(wèi)·J·倫丁, 斯科特·D·格利克斯, 肯尼斯·A·愛潑斯坦 申請人:3M創(chuàng)新有限公司