光導管均化器的制造方法
【專利摘要】本公開提供用于在反射鏡襯里的光導管中特別是諸如在具有沿光傳播方向增加的橫截面導管面積的光導管中使光均勻化的新型構(gòu)造。本公開另外提供用于在導管中的光的一部分已被從導管中提取和/或轉(zhuǎn)向至側(cè)面導管之后使光均勻化的裝置。
【專利說明】光導管均化器

【背景技術(shù)】
[0001]可見光穿過建筑物的長距離傳輸可使用大的反射鏡襯里的導管或者使用利用了全內(nèi)反射的較小實心纖維。反射鏡襯里的導管包括如下優(yōu)點:橫截面積大且數(shù)值孔徑大(允許較大的通量，而聚集較少)，傳播介質(zhì)(即，空氣)穩(wěn)固且透光從而使得衰減較低且壽命較長，并且所傳輸?shù)拿繂挝还馔康闹亓靠赡茌^低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本公開整體涉及光導管光均化器，該光導管光均化器能夠在導管的橫截面積增加時使在所述光導管內(nèi)傳播的光的橫截面光通量均勻化。具體地講，在一個方面，本發(fā)明提供一種光導管均化器，該光導管均化器包括入口光導管，該入口光導管具有第一表面和相對的第二表面，相對的第二表面設置在距離所述第一表面入口光導管高度處；和出口光導管，該出口光導管與第一表面鄰接并具有相對的第三表面，所述相對的第三表面距離第一表面設置在出口光導管高度處，出口光導管高度大于所述入口光導管高度。光導管均化器還包括第一光轉(zhuǎn)向器，該第一光轉(zhuǎn)向器在第二表面和第三表面之間形成45度角；和第二光轉(zhuǎn)向器，該第二光轉(zhuǎn)向器設置成平行于第一光轉(zhuǎn)向器，第二光轉(zhuǎn)向器接觸第一表面并被定位成使得從所述入口光導管向所述出口光導管傳播的光束的從第二光轉(zhuǎn)向器反射的部分也從第一光轉(zhuǎn)向器反射。在另一方面，本發(fā)明提供一種包括光導管均化器的光分配系統(tǒng)。
[0003]在另一方面中，本發(fā)明提供一種光分配系統(tǒng)，該光分配系統(tǒng)包括入口光導管，該入口光導管具有第一表面和垂直于第一表面的入口光導管高度，入口光導管能夠沿與第一表面平行的第一傳播方向傳輸輸入光束。光分配系統(tǒng)還包括光提取器，該光提取器設置在所述入口光導管中，光提取器包括第二表面和反射性提取器表面，第二表面在距離第一表面提取器導管高度處設置成平行于第一傳播方向，反射性提取器表面設置成將入射光作為所提取光束引導至提取器導管中。光分配系統(tǒng)還包括出口光導管，該出口光導管與第一表面鄰接并具有相對的第三表面，第三表面距離所述第一表面設置在出口光導管高度處，出口光導管高度大于提取器導管高度，出口光導管能夠沿與第一表面平行的第一傳播方向傳輸輸出光束。光分配系統(tǒng)還包括第一光轉(zhuǎn)向器，該第一光轉(zhuǎn)向器在第二表面和第三表面之間形成45的角度；和第二光轉(zhuǎn)向器，該第二光轉(zhuǎn)向器設置成平行于第一光轉(zhuǎn)向器，第二光轉(zhuǎn)向器接觸第一表面并被定位成使得從入口光導管向出口光導管傳播的輸入光束的一部分從第二光轉(zhuǎn)向器反射，并且也從第一光轉(zhuǎn)向器反射。
[0004]上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非意圖描述本發(fā)明的每個所公開實施例或每種實施方案。以下附圖和【具體實施方式】更具體地舉例說明了示例性實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]在本說明書通篇中將參考附圖，在附圖中，類似的參考標號表示類似的元件，并且其中:
[0006]圖1A顯不光導管的橫截面不意圖；
[0007]圖1B顯示光導管均化器的橫截面示意圖；
[0008]圖1C至圖1E顯示光導管均化器內(nèi)的代表性光線；
[0009]圖2顯示光導管均化器和提取器的橫截面示意圖；
[0010]圖3A是顯示光導管中的空間光分配的例子的曲線圖；
[0011]圖3B是顯示圖3A所示所選擇的最佳參數(shù)的曲線圖；和
[0012]圖3C是顯示最佳均化器填充比率相對于轉(zhuǎn)向器填充比率的曲線圖。
[0013]附圖未必按比例繪制。附圖中使用的類似標號是指類似組件。然而，應當理解，使用標號來指代給定附圖中的部件并非意圖限制在另一附圖中以相同標號標記的部件。

【具體實施方式】
[0014]本公開提供一種用于在反射鏡襯里的光導管中特別是諸如在具有沿光傳播方向增加的橫截面導管面積的光導管中使光均勻化的新型構(gòu)造。本公開另外提供一種用于在導管中的光的一部分已被從導管中提取和/或轉(zhuǎn)向至側(cè)面導管之后使光均勻化的裝置。在一個具體實施例中，均化器包括兩個直角等腰(與所述直角相對的兩個角為45度)反射棱鏡，該反射棱鏡相對于來自轉(zhuǎn)向器(或提取器)反射棱鏡的光束傳播方向放置在下游。雙面反射棱鏡系統(tǒng)使光線的通過轉(zhuǎn)向器的一部分的方位角旋轉(zhuǎn)180度，并保持相對于導管軸線的極角。由于旋轉(zhuǎn)光和非旋轉(zhuǎn)光，角度的非均勻性在光通過轉(zhuǎn)向器時得到改善。
[0015]在一個具體實施例中，本公開論述了在導管的橫截面積已在傳播方向上增大的區(qū)域中在光導管中的光分配均勻性。如本文所公開的，光導管均化器可減小針對光在整個導管上重新進行均勻分配所需的距離。
[0016]在一些情況下，可能需要增大光導管橫截面來改善光在較長距離上的傳輸，這是因為在所述橫截面積增大時會發(fā)生較少的光反射。在一些情況下，光導管橫截面積在其中行進穿過光導管的局部準直光的一部分已被提取并轉(zhuǎn)向至交叉導管的區(qū)域中減小，并接著在提取/轉(zhuǎn)向區(qū)域之后增加回到初始導管橫截面積。通常光導管提取器可被應用于以“三通”構(gòu)型相交的矩形光導管，例如提交于2011年4月8日的名稱為“光導管三通提取器(LIGHT DUCT TEE EXTRACTOR) ”(代理人案卷號N0.67374US002)的共同未決的美國專利申請N0.61/473，220中所描述，其整個公開包括在本文中。
[0017]使用反射鏡襯里的光導管的建筑采光可將日光深入輸送至多層建筑物的核心。此類反射鏡襯里的光導管可唯一地使用3M光學膜(包括反射鏡膜，例如可得自3M公司的Vikuiti?增強型鏡面反射器(ESR)膜)來實現(xiàn)，光學膜可在整個光的可見光譜上具有大于98 %的鏡面反射率。建筑米光是包括用于收集日光的設備和用于在建筑物內(nèi)傳輸和分配日光的光導管和提取器的多部件系統(tǒng)。使用日光進行內(nèi)部照明的典型益處可包括將用于辦公照明的能量平均減少25%，由于傳送全光譜光而提高了光品質(zhì)，對于辦公人員而言常常更宜人。
[0018]在一個具體實施例中，由于光產(chǎn)生方法，注入光導管中的光是部分準直的光。此局部準直的光通?？杀幻枋鰹榘阱F內(nèi)，該錐具有中央光傳播方向的準直半角Θ內(nèi)的邊界光線。在一些情況下，可收集并聚集太陽輻射以將其注入光導管中。在一些情況下，可將來自各種來源的“人造光”注入光導管中。此“人造光”是通過任何已知的技術(shù)(諸如，鹵素燈、弧光燈、發(fā)光二極管(LED)、白熾燈等)而產(chǎn)生。
[0019]準直性相對好的光可更有效地用在用于傳輸光的反射鏡襯里的導管系統(tǒng)中。例如，隨著日光聚集，準直角將相對于日光的輸入準直角增大約1/4度半角。通常，進入光導管中的聚集光(例如，日光)的準直半角Θ應該被限制為不大于約30度，或不大于約25度，或不大于約20度，或甚至不大于約15度。在一個具體實施例中，準直半角Θ可為約
18.4度。追蹤太陽的精確性以及用于將光注入導管中的各種光學部件的精確性均可有助于得到準直半角Θ。
[0020]圖1A顯不光導管100的橫截面不意圖,所述光導管的橫截面積從入口光導管105向出口光導管106增大。光導管100包括具有反射性內(nèi)部112的第一表面110和具有反射性內(nèi)部116的第二表面114。當導管從入口光導管105向出口光導管106變寬時，具有第一邊緣175和第二邊緣177的第一轉(zhuǎn)向器178連接第二表面114。在入口光導管105中，第二表面114設置在距離第一表面110入口光導管高度WI處；在出口光導管106中，第二表面114設置在距離第一表面110出口光導管高度WO處。
[0021]入口光導管105、出口光導管106、和第一轉(zhuǎn)向器178可由建筑導管系統(tǒng)常用的任何材料制成，所述材料包括例如金屬片(諸如，鋼、鍍鋅金屬片、鋁)、塑料等。入口光導管105和出口光導管106的所有內(nèi)表面112，116是由具有高鏡面反射率的材料制成。高鏡面反射率可允許沿著建筑物光導管內(nèi)可出現(xiàn)的相當大的距離有效地傳輸光。在一些實施例中，高鏡面反射率可利用諸如(例如)高度拋光的金屬、金屬化聚合物膜和電介質(zhì)多層反射器的材料來實現(xiàn)。在一個具體實施例中，多層光學膜(例如，可得自3M公司的Vikuiti?增強型鏡面反射器(ESR)膜)可為優(yōu)選的材料，特別是用于導管表面的層合。在一個具體實施例中，所述光導管可通過利用效率非常高的反射鏡(例如，可得自3M公司的Vikuiti?增強型鏡面反射器(ESR)膜)而最有效。在一些情況下，ESR膜可易于繞單個曲率軸線彎曲，例如矩形橫截面光導管中共用的曲率。
[0022]具有中央輸入光線142、第一邊界輸入光線144和第二邊界輸入光線146的輸入光束140沿入口光導管105傳播，且中央輸入光線142另外限定穿過入口光導管105的第一傳播方向。輸入光束140包括光線錐,該光線錐被限制在中央輸入光線142的輸入準直半角Θ i內(nèi)，且第一邊界輸入光線144和第二邊界輸入光線146限定輸入光束140的極限傳播方向。當輸入光束140穿過第一轉(zhuǎn)向器178的第一邊緣175時，入口光導管寬度WI增大而變成出口光導管寬度W0，且輸入光束140變成輸出光束160。輸出光束160包括沿出口光導管106傳播的中央輸出光線162、第一邊界輸出光線164和第二邊界輸出光線166，且中央輸出光線162另外限定穿過出口光導管106的第二傳播方向。輸出光束160包括光線錐，該光線錐被限制在中央輸出光線162的輸出準直半角θ ο內(nèi)，且第一邊界輸出光線164和第二邊界輸出光線166限定輸出光束160的極限傳播方向。在一個具體實施例中，輸入準直半角Gi和輸出準直半角θ ο是相同的，但在某些情況下，所述輸入準直半角和所述輸出準直半角可為不同的。
[0023]顯示一組代表性的第二輸入邊界光線146a至146e是為了示出在光導管中可發(fā)生光分配不均勻的一種方式。當輸入光束140穿過第一轉(zhuǎn)向器178的擴展到出口光導管106中的第一邊緣175時，會產(chǎn)生陰影部分170，在陰影部分中光線不會照射第二表面114。如本領域中的技術(shù)人員將意識到，由于任何光線不會從此區(qū)域中反射，因而在出口光導管106內(nèi)的沿光導管傳播的光通量分配不均勻。此不均勻的通量分配可沿出口光導管106持續(xù)顯著的距離，并繼而影響從導管提取或轉(zhuǎn)向的光的分配。
[0024]圖1B顯示根據(jù)本公開的一個方面的光導管中的光導管均化器100’的橫截面示意圖，所述光導管的橫截面積從入口光導管105向出口光導管106增加。光導管均化器100’包括具有反射性內(nèi)部112的第一表面110和具有反射性內(nèi)部116的第二表面114。當所述導管從入口光導管105到出口光導管106變寬時，具有第一邊緣175和第二邊緣177的第一轉(zhuǎn)向器178將第二表面114連接到第三表面118。第一轉(zhuǎn)向器178可被描述為第一等腰直角三角形“A”的斜邊，該等腰直角三角形具有夾角φ和邊長WA，如圖1B所示。在一個具體實施例中，夾角Φ可為45度。在入口光導管105中,第二表面114設置在距離第一表面110入口的光導管高度WI處；在出口光導管106中，第三表面118設置在第一表面110的出口光導管高度WO處。
[0025]第二轉(zhuǎn)向器183具有:第三邊緣180，該第三邊緣與第一表面110接觸；和第四邊緣181，所述第四邊緣設置成使得第一轉(zhuǎn)向器178和第二轉(zhuǎn)向器183相互平行。第二轉(zhuǎn)向器183可被描述為第二等腰直角三角形“B”的斜邊，該第二等腰直角三角形具有夾角φ和邊長WB，如圖1B所示。盡管第二等腰直角三角形“B”被顯示成所具有的邊相對于所述第一表面沿垂直方向從頂點182向第四邊緣181延伸，然而應當理解，第四邊緣181可相反地不附接到第一表面110。第二轉(zhuǎn)向器183被定位成使得從入口光導管105向出口光導管106傳播的輸入光束140的從第二轉(zhuǎn)向器183反射的部分也從第一轉(zhuǎn)向器178反射。在一個具體實施例中，第二轉(zhuǎn)向器183的第四邊緣181被定位成距離第一轉(zhuǎn)向器178的第二邊緣177一偏移距離Λ X以適應這兩次反射，如在其它地方所述。
[0026]入口光導管105、出口光導管106、第一轉(zhuǎn)向器178和第二轉(zhuǎn)向器183可由建筑導管系統(tǒng)常用的任何材料制成，該材料包括例如金屬片(諸如，鋼、鍍鋅金屬片、鋁)、塑料等。入口光導管105和出口光導管106的所有內(nèi)表面112，116是由具有高鏡面反射率的材料制成。高鏡面反射率可允許沿著建筑物光導管內(nèi)可出現(xiàn)的相當大的距離有效地傳輸光。在一些實施例中，高鏡面反射率可利用諸如(例如)高度拋光的金屬、金屬化聚合物膜和電介質(zhì)多層反射器的材料來實現(xiàn)。在一個具體實施例中，諸如得自3Μ公司的Vikuiti?增強型鏡面反射器(ESR)膜的多層光學膜可為優(yōu)選材料。在一個具體實施例中，所述光導管可通過利用效率非常高的反射鏡(例如，得自3M公司的Vikuiti?增強型鏡面反射器(ESR)膜)而最有效。在一些情況下，ESR膜可易于繞單個曲率軸線彎曲，例如矩形橫截面光導管中共用的曲率。
[0027]具有中央輸入光線142、第一邊界輸入光線144和第二邊界輸入光線146的輸入光束140沿入口光導管105傳播，且中央輸入光線142另外限定穿過入口光導管105的第一傳播方向。輸入光束140包括光線錐,該光線錐被限制在中央輸入光線142的輸入準直半角Θ i內(nèi)，且第一邊界輸入光線144和第二邊界輸入光線146限定輸入光束140的極限傳播方向。當輸入光束140穿過第一轉(zhuǎn)向器178的第一邊緣175時，入口光導管寬度WI增大而變成出口光導管寬度W0，且輸入光束140變成輸出光束160。輸出光束160包括沿出口光導管106傳播的中央輸出光線162、第一邊界輸出光線164和第二邊界輸出光線166，且中央輸出光線162另外限定穿過出口光導管106的第二傳播方向。輸出光束160包括光線錐，該光線錐被限制在中央輸出光線162的輸出準直半角θ ο內(nèi)，且第一邊界輸出光線164和第二邊界輸出光線166限定輸出光束160的極限傳播方向。在一個具體實施例中，輸入準直半角Gi和輸出準直半角θ ο是相同的，但在某些情況下，輸入準直半角和輸出準直半角可為不同的。
[0028]圖1C至圖1E顯示光導管均化器100’內(nèi)的代表性光線，并展示根據(jù)本發(fā)明一個方面的改善加寬導管中的光分配均勻性的技術(shù)。圖1C至圖1E所示元件105至183中的每個對應于圖1B所不的此前已描述的具有相似編號的兀件。例如，圖1C至圖1E中的第一表面110對應于圖1B中的第一表面110，依此類推。在圖1C中，一系列輸入光線142a至142f被顯不成沿中央輸入光線142的傳播方向從入口光導管105行進到出口光導管106。輸入光線142a至142c形成輸入光束140的遇到第二轉(zhuǎn)向器183、朝第一轉(zhuǎn)向器178反射、并再次反射而變成輸出光線162a至162c的部分,該輸出光線沿中央輸出光線162的傳播方向行進穿過出口光導管106。輸入光線142d至142f形成輸入光束140行進穿過出口光導管106后變成沿中央輸出光線162的傳播方向行進的輸出光線162d至162f的部分。光導管均化器已在輸入光線142a至142c和142d至142f穿過達到出口光導管106時翻轉(zhuǎn)了這些輸入光線在導管中的相對位置。
[0029]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1D，一系列第一邊界輸入光線144a至144c被顯示成沿第一邊界輸入光線144的傳播方向從入口光導管105行進到出口光導管106。第一邊界輸入光線144a至144c形成輸入光束140的遇到第二轉(zhuǎn)向器183、朝第一轉(zhuǎn)向器178反射、并再次反射而變成第二邊界輸出光線166a至166c的部分,該第二邊界輸出光線沿第二邊界輸出光線166的傳播方向行進穿過出口光導管106。第二等腰直角三角形“B”定位成具有第三邊緣180，以使得在第三邊緣180處遇到第二轉(zhuǎn)向器183的第一邊界輸入光線144a在第一邊緣175處朝第一轉(zhuǎn)向器178反射并被引導至出口光導管106中作為處于準直半角Θ內(nèi)的第二邊界輸出光線166a，如在其它地方所述。
[0030]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1E，第二邊界輸入光線146b至146c被顯示成沿第二邊界輸入光線146的傳播方向從入口光導管105行進到出口光導管106。第二邊界輸入光線146b至146c形成輸入光束140的遇到第二轉(zhuǎn)向器183、朝第一轉(zhuǎn)向器178反射、并再次反射而變成第一邊界輸出光線164a至164c的部分，該第一邊界輸出光線沿第一邊界輸出光線164的傳播方向行進穿過出口光導管106。第二等腰三角形“B”被定位成具有第四邊緣181，以使得在第四邊緣181處遇到第二轉(zhuǎn)向器183的第二邊界輸入光線146c在第二邊緣177處朝第一轉(zhuǎn)向器178反射并被引導至處于準直半角Θ內(nèi)的出口光導管106中，如在其它地方所述。
[0031]圖1B至圖1E所示雙面反射構(gòu)造用于翻轉(zhuǎn)光線的一部分相對于光導管軸線的角度。對于全反射鏡而言，此翻轉(zhuǎn)不會改變光線相對于光導管軸線的角度的大小，前體條件是滿足某些設計約束。雙面反射系統(tǒng)使光線的一部分的方位角旋轉(zhuǎn)180度并保持相對于導管軸線的極角。旋轉(zhuǎn)光的所述部分與反向填充因子“ΛΒ”近似成比例，如在其它地方所述。旋轉(zhuǎn)光和非旋轉(zhuǎn)光的凈效應是修復所通過的光中的角度非均勻性?？衫霉饩€跟蹤軟件(例如 TracePro 7.0.4 (可得自位于 Littleton, MA 的 λ 研究公司(Lambda Research Corp)))來估計并優(yōu)化角度分配的均化程度，如在其它地方所述。
[0032]例如如圖1B所示，設定偏移距離Λχ，以使得入射于第二直角三角形“B”中第二轉(zhuǎn)向器183的第四邊緣181上的第二邊界輸入光線146c被反射至第一直角三角形“A”中第一轉(zhuǎn)向器178的第二邊緣177，并隨后被引導至出口光導管106中作為第一邊界輸出光線164c。此確保所注入光束準直半角內(nèi)的光不會被出口光導管106的第三表面118反射。此設計約束可被描述為
[0033]Δ X= (WO-WB) tan Θ
[0034]期望第二直角三角形“B”中的第二轉(zhuǎn)向器183的第三邊緣180設置成使得入射于第二轉(zhuǎn)向器183的第三邊緣180上的第二邊界輸入光線146a朝第一直角三角形“A”中的第一轉(zhuǎn)向器178反射，并隨后被引導至出口光導管106中作為第一邊界輸出光線164a。此可確保不會由于背向反射或以超過入射光束準直半角Θ的大角度傳播光而造成損耗。此設計約束可被描述為
WA Λ
[0035]-> ?αηθ
WO
[0036]圖2顯示根據(jù)本公開的一個方面的光導管200的橫截面示意圖，所述光導管具有與光提取器“D” 一起使用的均化器，所述光提取器使光束轉(zhuǎn)向至提取器導管207中。光提取器“D”包括反射性提取器表面274和第二提取器表面276，該第二提取器表面形成窄的入口光導管區(qū)域，該入口光導管區(qū)域在第一表面210和第二提取器表面276之間具有間距“WI”。圖2所示元件205至283中的每個對應于圖1B所示的此前已描述的具有相似編號的元件。例如，圖2中的第一表面210對應于圖1B中的第一表面110，依此類推。在圖2中，光提取器“D”使輸入光束230的沿中央輸入光線232的傳播方向傳播穿過入口光導管205的一部分轉(zhuǎn)向成沿中央提取光線252的傳播方向傳播穿過提取器導管207的提取光束250，例如如在共同待審且名稱為“光導管三通提取器(LIGHT DUCT TEE EXTRACTOR) ”(代理人案卷號N0.67374US002)的美國專利申請N0.61/473，220中所述。提取器導管207相對于中央輸入光線232的傳播方向沿垂直方向延伸，使得提取光束250的中央提取光線252垂直于中央輸入光線232傳播，且提取器導管207在第一拐角271處與入口光導管205相交并且也在第二拐角279處與出口光導管206相交。
[0037]光提取器“D”包括反射性提取器表面274，該反射性提取器表面具有第一提取器邊緣272和第二提取器邊緣273，第一提取器邊緣處于入口光導管205內(nèi)，第二提取器邊緣與提取器導管207接觸。光提取器“D”可被描述為直角等腰三角形，該直角等腰三角形具有與直角相鄰的兩個邊，兩個邊中的每個具有在第一提取器邊緣272和第一邊緣275之間(且也在第一邊緣275和第二提取器邊緣273之間，如圖所示)延伸的轉(zhuǎn)向器寬度“WD”。反射性提取器表面274被定位成使得相對于中央輸入光線232以準直半角Θ傳播的第一邊界光線292在第一提取器邊緣272處遇到反射性提取器表面274，以使所述光線在第一拐角271處被反射至提取器導管207中。反射性提取器表面274另外被定位成使得相對于中央輸入光線232以準直半角Θ傳播的第二邊界光線291穿過第一拐角271并在第二提取器邊緣273處遇到反射性提取器表面274，以使所述光線被反射至提取器導管207中。
[0038]光提取器“D”存在于入口光導管205內(nèi)會形成導管的窄的部分，導管的窄的部分在第一表面210和第二提取器表面276之間具有高度WI，使得輸入光束230的不轉(zhuǎn)向至提取器導管207中的部分穿過所述窄的導管部分作為朝出口光導管206傳播的傳送輸入光束240而繼續(xù)傳播。當傳送輸入光束240開始進入出口光導管206中時，如在其它地方所述使所述光束均勻化:一部分從第二轉(zhuǎn)向器“B”朝第一轉(zhuǎn)向器“A”反射。在傳送中央光線242的準直半角Θ內(nèi)傳播的第一邊界傳送輸入光線284在第三邊緣280處遇到第二轉(zhuǎn)向器283,并朝第一轉(zhuǎn)向器278的第一邊緣275反射，并且沿第二邊界輸出光線266的方向傳送至出口光導管206中。在傳送中央光線242的準直半角Θ內(nèi)傳播的第二邊界傳送輸入光線285在第四邊緣281處遇到第二轉(zhuǎn)向器283，并朝第一轉(zhuǎn)向器278的第二邊緣277反射，并且沿第一邊界輸出光線264的方向傳送到出口光導管206中。由于從第一轉(zhuǎn)向器283和第二轉(zhuǎn)向器278進行反射，輸出光束260沿出口光導管206在比不包括轉(zhuǎn)向器的類似光導管200短的距離中被均勻化。
[0039]實魁
[0040]使用一種型號來研究與圖2所示提取器/轉(zhuǎn)向器導管類似的光傳輸導管中的轉(zhuǎn)向器和均化器的光學性能，且參考編號指代已參照該數(shù)字描述的元件。所用的型號包括3英寸(7.62cm)的正方形入口、出口和提取器導管205，206，207 (W0 = 3英寸)。具有15度的準直半角Θ的朗伯光在距第一拐角271的12英寸(30.48cm)的位置處被注入到入口光導管205中。ESR膜用于所有表面上，從而導致97%的鏡面反射率和2%的漫射朗伯反射率。在出口光導管206中的位于第二拐角279右側(cè)12英寸(30.48cm)的位置處和在提取器導管207中的位于從第一拐角271向下12英寸(30.48cm)的位置處確定光的空間分配(即，均勻度)。
[0041]轉(zhuǎn)向器填充比率(Ad = WA/W0)從0.2單位到0.8單位不等，且均化器填充比率(AB = WB/WI)在所述轉(zhuǎn)向器填充比率值中的每個值處從0( S卩，沒有均化器)單位到0.8單位不等，以形成一系列參數(shù)曲線。對來自出口和下側(cè)端蓋的TracePro 7.0.4的原始二進制光線轉(zhuǎn)儲的后處理是利用在如本領域中的技術(shù)人員已知的Matlab 7.12中所開發(fā)的定制軟件來執(zhí)行。
[0042]通過轉(zhuǎn)向器填充比率值集合和均化器反向填充比率值集合的張量乘積來執(zhí)行利用計算光線跟蹤的參數(shù)研究。另外計算了沒有均化器的情況下的光線蹤跡。對于每一種情況而言，計算轉(zhuǎn)向和傳遞輻射率的組合累積效率和損耗以及出口端蓋的平均輻射率(通過輻射率)并繪制其曲線圖。對于每一轉(zhuǎn)向器填充比率，通過目視檢測所計算的輻射強度曲線來選擇在整個輸入光束截止角度上產(chǎn)生最佳均勻度的均化器填充比率。針對每一種情況，發(fā)現(xiàn)了最佳雙棱鏡均化器，其會在由轉(zhuǎn)向器/提取器引發(fā)的角度分布中提供漣波的顯著平化。
[0043]圖3A為顯示在轉(zhuǎn)向器填充比率Ad = 0.4時光導管中的空間光分布隨均化器填充比率而變化的例子的曲線圖。根據(jù)ΛΒ = O, 0.2，0.4，0.5，0.6，0.7和0.8的各種參數(shù)曲線，將最佳值選擇成代表在相對于導管軸線的角度(對應于處于準直半角Θ內(nèi)的角度)內(nèi)輻射強度的最小變化。
[0044]圖3B是顯示所選擇的最佳參數(shù)ΔΒ = 0.4和另外圖3A所示轉(zhuǎn)向器填充比率Ad=0.4時沒有均化器(ΛΒ = O)的情況的曲線圖。使用一系列的這些最佳值來產(chǎn)生圖3C，圖3C為顯示最佳均化器填充比率相對于轉(zhuǎn)向器填充比率(標記為“E”)、和存在最佳均化器(標記為“F”)和不存在最佳均化器(標記為“G”)時的總累積損耗的曲線圖。特別要關(guān)注的是如下結(jié)果:當Ad彡0.2時，最佳均化器的累積插入損耗小于10% ;當Ad彡0.4時，累積插入損耗小于5%;當Ad彡0.5時，累積插入損耗小于2%;且當Ad彡0.6時，累積插入損耗小于I %。
[0045]以下為本發(fā)明各個實施例的列表。
[0046]項I為一種光導管均化器,包括:入口光導管，所述入口光導管具有第一表面和相對的第二表面，所述相對的第二表面設置在距離所述第一表面入口光導管高度處；出口光導管，所述出口光導管與所述第一表面鄰接并具有相對的第三表面，所述第三表面設置在距離所述第一表面出口光導管高度處，所述出口光導管高度大于所述入口光導管高度；第一光轉(zhuǎn)向器，所述第一光轉(zhuǎn)向器在所述第二表面和所述第三表面之間形成45度角；和第二光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器設置成平行于所述第一光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器接觸所述第一表面并被定位成使得從所述入口光導管向所述出口光導管傳播的光束的從所述第二光轉(zhuǎn)向器反射的部分也從所述第一光轉(zhuǎn)向器反射。
[0047]項2為根據(jù)項I所述的光導管均化器，其中在與所述第一表面平行的傳播方向上的準直半角Θ內(nèi)傳播的所述光束在所述出口光導管中變成在所述準直半角Θ內(nèi)傳播的輸出光束。
[0048]項3為根據(jù)項I或項2所述的光導管均化器，其中所述入口光導管和所述出口光導管中的每個分別包括第一矩形橫截面和第二矩形橫截面。
[0049]項4為根據(jù)項I至項3所述的光導管均化器，其中所述第一光轉(zhuǎn)向器和所述第二光轉(zhuǎn)向器各自包括平面反射器。
[0050]項5為根據(jù)項I至項4所述的光導管均化器，其中所述第二光轉(zhuǎn)向器包括三角形反射器。
[0051]項6為根據(jù)項2至項5所述的光導管均化器，其中所述準直半角Θ介于約O度和約30度之間。
[0052]項7為根據(jù)項2至項5所述的光導管均化器，其中所述準直半角Θ介于約10度和約20度之間。
[0053]項8為根據(jù)項2至項5所述的光導管均化器，其中所述準直半角Θ為約18.4度。
[0054]項9為一種光分配系統(tǒng)，所述光分配系統(tǒng)包括根據(jù)項I至項8所述的光導管均化器。
[0055]項10為一種光分配系統(tǒng)，包括:入口光導管，所述入口光導管具有第一表面和垂直于所述第一表面的入口光導管高度，所述入口光導管能夠沿與所述第一表面平行的第一傳播方向傳輸輸入光束；光提取器，所述光提取器設置在所述入口光導管中，所述光提取器包括第二表面和反射性提取器表面，所述第二表面在距離所述第一表面提取器導管高度處設置成平行于所述第一傳播方向，所述反射性提取器表面設置成將入射光作為所提取光束引導至提取器導管中；出口光導管，所述出口光導管與所述第一表面鄰接并具有相對的第三表面，所述第三表面設置在距離所述第一表面出口光導管高度處，所述出口光導管高度大于所述提取器導管高度，所述出口光導管能夠沿與所述第一表面平行的所述第一傳播方向傳輸輸出光束；第一光轉(zhuǎn)向器，所述第一光轉(zhuǎn)向器在所述第二表面與所述第三表面之間形成45度角；和第二光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器設置成平行于所述第一光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器接觸所述第一表面并被定位成使得從所述入口光導管向所述出口光導管傳播的所述輸入光束的一部分從所述第二光轉(zhuǎn)向器反射，并且也從所述第一光轉(zhuǎn)向器反射。
[0056]項11為根據(jù)項10所述的光分配系統(tǒng)，其中在所述第一傳播方向的準直半角Θ內(nèi)傳播的所述輸入光束分開而變成在所述出口光導管中在所述準直半角Θ內(nèi)傳播的所述輸出光束和所提取光束。
[0057]項12為根據(jù)項10或項11所述的光分配系統(tǒng)，其中所述入口光導管和所述出口光導管中的每個分別包括第一矩形橫截面和第二矩形橫截面。
[0058]項13為根據(jù)項10至項12所述的光分配系統(tǒng)，其中所述第一光轉(zhuǎn)向器和所述第二光轉(zhuǎn)向器各自包括平面反射器。
[0059]項14為根據(jù)項10至項13所述的光分配系統(tǒng)，其中所述第二光轉(zhuǎn)向器包括三角形反射器。
[0060]項15為根據(jù)項11至項14所述的光分配系統(tǒng)，其中所述準直半角Θ介于約O度和約30度之間。
[0061]項16為根據(jù)項11至項14所述的光分配系統(tǒng)，其中所述準直半角Θ介于約10度和約20度之間。
[0062]項17為根據(jù)項11至項14所述的光分配系統(tǒng)，其中所述準直半角Θ為約18.4度。
[0063]除非另外指明，否則在說明書和權(quán)利要求中使用的表示結(jié)構(gòu)尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應當被理解為由術(shù)語“約”來修飾。因此，除非有相反的指示，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求中提出的數(shù)值參數(shù)為近似值，所述近似值可根據(jù)本領域內(nèi)的技術(shù)人員利用本文所公開的教導內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。
[0064]本文中引用的所有參考文獻和出版物均明確地以全文引用方式并入本發(fā)明中，但其可能與本發(fā)明直接沖突的部分除外。盡管本文中已示出和描述了具體實施例，但本領域的普通技術(shù)人員應該明白，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，大量的替代形式和/或同等實施方式可以替代所示出和描述的特定實施例。本專利申請旨在覆蓋本文論述的具體實施例的任何改動和變化。因此，預期本發(fā)明應僅由權(quán)利要求書和其等同形式限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光導管均化器，包括: 入口光導管，所述入口光導管具有第一表面和相對的第二表面，所述相對的第二表面設置在距離所述第一表面入口光導管高度處； 出口光導管，所述出口光導管與所述第一表面鄰接并具有相對的第三表面，所述第三表面設置在距離所述第一表面出口光導管高度處，所述出口光導管高度大于所述入口光導管高度； 第一光轉(zhuǎn)向器，所述第一光轉(zhuǎn)向器在所述第二表面和所述第三表面之間形成45度角；和 第二光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器設置成平行于所述第一光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器接觸所述第一表面并被定位成使得從所述入口光導管向所述出口光導管傳播的光束的從所述第二光轉(zhuǎn)向器反射的部分也從所述第一光轉(zhuǎn)向器反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導管均化器，其中在與所述第一表面平行的傳播方向的準直半角0內(nèi)傳播的所述光束在所述出口光導管中變成在所述準直半角Θ內(nèi)傳播的輸出光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導管均化器，其中所述入口光導管和所述出口光導管中的每個分別包括第一矩形橫截面和第二矩形橫截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導管均化器，其中所述第一光轉(zhuǎn)向器和所述第二光轉(zhuǎn)向器各自包括平面反射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導管均化器，其中所述第二光轉(zhuǎn)向器包括三角形反射器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光導管均化器，其中所述準直半角Θ介于約O度和約30度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光導管均化器，其中所述準直半角Θ介于約10度和約20度之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光導管均化器，其中所述準直半角Θ為約18.4度。
9.一種光分配系統(tǒng)，所述光分配系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導管均化器。
10.一種光分配系統(tǒng),包括: 入口光導管，所述入口光導管具有第一表面和垂直于所述第一表面的入口光導管高度，所述入口光導管能夠沿與所述第一表面平行的第一傳播方向傳輸輸入光束； 光提取器，所述光提取器設置在所述入口光導管中，所述光提取器包括第二表面和反射性提取器表面，所述第二表面在距離所述第一表面提取器導管高度處設置成平行于所述第一傳播方向，所述反射性提取器表面設置成將入射光作為所提取的光束引導至提取器導管中； 出口光導管，所述出口光導管與所述第一表面鄰接并具有相對的第三表面，所述相對的第三表面設置在距離所述第一表面出口光導管高度處，所述出口光導管高度大于所述提取器導管高度，所述出口光導管能夠沿與所述第一表面平行的所述第一傳播方向傳輸輸出光束； 第一光轉(zhuǎn)向器，所述第一光轉(zhuǎn)向器在所述第二表面和所述第三表面之間形成45度角；和 第二光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器設置成平行于所述第一光轉(zhuǎn)向器，所述第二光轉(zhuǎn)向器接觸所述第一表面并被定位成使得從所述入口光導管向所述出口光導管傳播的所述輸入光束的一部分從所述第二光轉(zhuǎn)向器反射并且也從所述第一光轉(zhuǎn)向器反射。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光分配系統(tǒng)，其中在所述第一傳播方向的準直半角Θ內(nèi)傳播的所述輸入光束分開而變成在所述出口光導管中在所述準直半角Θ內(nèi)傳播的所述輸出光束和所述所提取的光束。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光分配系統(tǒng)，其中所述入口光導管和所述出口光導管中的每個分別包括第一矩形橫截面和第二矩形橫截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光分配系統(tǒng)，其中所述第一光轉(zhuǎn)向器和所述第二光轉(zhuǎn)向器各自包括平面反射器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光分配系統(tǒng)，其中所述第二光轉(zhuǎn)向器包括三角形反射器。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光分配系統(tǒng)，其中所述準直半角Θ介于約O度和約30度之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光分配系統(tǒng)，其中所述準直半角Θ介于約10度和約20度之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光分配系統(tǒng)，其中所述準直半角Θ為約18.4度。
【文檔編號】F21V8/00GK104136837SQ201380011221
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月12日
【發(fā)明者】托馬斯·R·小霍芬德 申請人:3M創(chuàng)新有限公司