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提供直接和間接照明的照明系統(tǒng)的制作方法_2

文檔序號:8435587閱讀:來源:國知局
第一表面上的一個或多個直接LEE212a、一個或多個直接主光學器件220a (例如直接光耦合器)、任選的直接光導230a和直接輔助光學器件240a (例如直接光提取器)。直接LEE 212a在操作期間發(fā)射在關于其光軸的第一直接角范圍115a內的光,光軸可與托臺210的第一表面的法線(例如反平行于z軸)重合。例如,由直接LEE 212a發(fā)射的光的第一直接角范圍115a的發(fā)散度可以是圍繞直接LEE 212a的光軸的150° -180°。這可與例如具有30°的全寬半最大值的照明圖案相應。直接主光學器件220a從直接LEE 212a接收在第一直接角范圍115a內的光。每個直接主光學器件220a配置成將在第一直接角范圍115a內接收的光重定向到具有第二直接角范圍125a的光內,并將它定向到直接光導230a的第一端內。例如,由直接主光學器件220a提供的光的第二直接角范圍125a的發(fā)散度可以在大約40到大約80°之間。當直接光導230a不是直接照明部分201a的部分時,直接主光學器件220a朝著直接輔助光學器件240a重定向具有第二直接角范圍125a的光。直接光導230a可將光引導到遠離直接LEE 212a的直接光導230a的遠端。直接光導230a在遠端處在第三直接角范圍135a內提供所引導的光。在一些實現(xiàn)中,直接光導230a可被成形為引導在第二直接角范圍125a內的從直接主光學器件220a接收的光并在直接光導230a的輸出端處提供在實質上相同的第二直接角范圍(直接角范圍135a ~直接角范圍125a)中的所引導的光。直接輔助光學器件240a接收離開直接光導230a的端部的具有第三直接角范圍135a的光,或當直接光導230a不是直接照明部分201a的部分時,直接輔助光學器件240a接收由直接主光學器件220a提供的具有第二直接角范圍125a的光。直接輔助光學器件240a包括反射光的反射界面,該光離開具有一個或多個直接輸出角范圍142a、142a’的直接照明部分201a(由箭頭指示)。直接輔助光學器件240a的反射界面包括兩個光反射表面。如下面關于圖3A-3G描述的,直接輸出角范圍142a、142a’ (在其處,光離開直接輔助光學器件240a)可取決于直接輔助光學器件240a的特性(例如,光學界面的幾何形狀和形成直接輔助光學器件240a的材料的光學特性)。
[0040](ii1-b)照明設備的間接照明部分
[0041]間接照明部分201b包括布置在托臺210的第二表面上的一個或多個間接LEE212b、一個或多個間接主光學器件220b (例如間接光耦合器)、任選的間接光導230b和間接輔助光學器件240b (例如間接光提取器)。間接LEE 212b在操作期間發(fā)射在關于其光軸的第一間接角范圍115b內的光,光軸可與托臺210的第二表面的法線(例如反平行于z軸)重合。例如,由間接LEE 212b發(fā)射的光的第一間接角范圍115b的發(fā)散度可以是圍繞間接LEE 212b的光軸的150° -180°。這可與例如具有30°的全寬半最大值的照明圖案相應。間接主光學器件220b從間接LEE 212b接收在第一間接角范圍115b內的光。每個間接主光學器件220b配置成將在第一間接角范圍115b內接收的光重定向到具有第二間接角范圍125b的光內,并將它定向到間接光導230b的第一端內。例如,由間接主光學器件220b提供的光的第二間接角范圍125b的發(fā)散度可以在大約40到大約80°之間。當間接光導230b不是間接照明部分201b的部分時,間接主光學器件220b朝著間接輔助光學器件240b重定向具有第二間接角范圍125b的光。間接光導230b可將光引導到遠離間接LEE 212b的間接光導230b的遠端。間接光導230b在遠端處在第三間接角范圍135b內提供所引導的光。在一些實現(xiàn)中,間接光導230b可被成形為引導在第二間接角范圍125b內的從間接主光學器件220b接收的光并在間接光導230b的輸出端處提供在實質上相同的第二間接角范圍(間接角范圍135b ~間接角范圍125b)中的所引導的光。間接輔助光學器件240b接收離開間接光導230b的端部的具有第三間接角范圍135b的光,或當間接光導230b不是間接照明部分201b的部分時,間接輔助光學器件240b接收由間接主光學器件220b提供的具有第二間接角范圍125b的光。間接輔助光學器件240b包括反射光的反射界面,該光離開具有一個或多個間接輸出角范圍142b、142b’的間接照明部分201b (由箭頭指示)。間接輔助光學器件240b的反射界面包括兩個光反射表面。如下面關于圖3A-3G描述的,間接輸出角范圍142b、142b’ (在其處,光離開間接輔助光學器件240b)可取決于間接輔助光學器件240b的特性(例如,光學界面的幾何形狀和形成間接輔助光學器件240b的材料的光學特性)。
[0042](iv)在照明設備的右側和左側上提供的直接和/或間接照明
[0043]照明設備200可配置成允許用戶相互依賴地以及獨立地給直接LEE 212a和間接LEE 212b供電,且因此相應地控制直接和間接照明。例如,當直接LEE 212a和間接LEE212b都被通電時,圖1B所不的強度分布141相應于由照明設備200輸出的強度分布。參考圖1B,光強分布141的波瓣142-DR和142-DL表示由照明設備200輸出到照明設備200的x-z橫截面的右側和左側的直接光,并相應于相應的直接角范圍142a和142a’。光強分布141的波瓣142-1R和142-1L表示由照明設備150輸出到照明設備150的χ-z橫截面的右偵_左側的間接光,并相應于相應的間接角范圍142b和142b’。
[0044]圖2B不出照明設備200的光強分布的兩個實例。注意,與一般遠場極坐標圖表不相反,所示波瓣的強度分布的中心偏移以與例如圖4A所示的直接角范圍142a和142a’和間接角范圍142b和142b’的抽象原點相應。光強分布的第一實例141-D相應于具有通電的直接LEE 212a和斷電(或相對于直接LEE 212a變暗)的間接LEE 212b的照明設備200。在這個第一實例中,光強分布141-D的波瓣142-DR和142-DL表示由照明設備200輸出到照明設備200的x-z橫截面的右側和左側的直接光,并相應于相應的直接角范圍142a和142a’。光強分布的第二實例141-1相應于具有通電的間接LEE 212b和斷電(或相對于間接LEE 212b變暗)的直接LEE 212a的照明設備200。在這個第二實例中,光強分布141-1的波瓣142-1R和142-1L表示由照明設備200輸出到照明設備200的χ-z橫截面的右側和左側的間接光,并相應于相應的間接角范圍142b和142b’。
[0045](V)照明器具模塊
[0046]圖3A示出可用于實現(xiàn)照明設備200的細長實現(xiàn)的直接照明部分201a或間接照明部分201b或直接和間接照明部分201a、201b的照明器具模塊301的例子。
[0047]在圖3A中為了參考而示出笛卡爾坐標系。照明器具模塊301包括托臺310,其具有沿著托臺的第一表面310a分布的多個直接或間接LEE 312。具有LEE 312的托臺310布置在光導330的第一(例如上)邊緣331處。作為簡略形式,正z方向在本文被稱為“正向”方向,而負z方向是“反向”方向。穿過照明設備的平行于x-z平面的截面被稱為照明器具模塊的“橫截面”或“橫截平面”。此外,照明器具模塊301沿著y方向延伸,所以這個方向被稱為照明器具模塊的“縱向”方向。最后,照明器具模塊的實現(xiàn)可具有平行于y_z平面的對稱平面。這被稱為照明器具模塊的“對稱平面”。
[0048]多個LEE 312布置在托臺的第一表面310a上,雖然在圖3A中只示出多個LEE 312之一。例如,多個LEE 312可包括多個白色LED。光提取器340布置在光導330的第二邊緣(例如下)邊緣332處。LEE 312與一個或多個光耦合器320 (其中只有一個在圖3A中示出)f禹合。
[0049]托臺310、光導330和光提取器340沿著y方向延伸長度L,使得照明器具模塊是可大約平行于房間的墻壁(例如房間的天花板)的具有L的延長部分的細長照明器具模塊。通常,L可隨意改變。一般,L在從大約Icm到大約300cm的范圍內(例如20cm或更大、30cm或更大、40cm或更大、50cm或更大、60cm或更大、70cm或更大、80cm或更大、10cm或更大、125cm或更大、150cm或更大)。
[0050]在托臺310上的LEE 312的數(shù)量通常特別取決于長度L,其中較多的LEE用于較長的照明器具模塊。在一些實現(xiàn)中,多個LEE 312可包括10和1,000之間的LEE(例如大約50個LEE、大約100個LEE、大約300個LEE、大約500個LEE)。通常,LEE的密度(例如每單位長度LEE的數(shù)量)也取決于LEE的標稱功率和從照明器具模塊期望的照度。例如,可在高照度被期望或低功率LEE被使用的應用中使用LEE的相對高的密度。照明器具模塊301具有沿著其長度的每厘米0.1LEE或更大(例如每厘米0.2或更大、每厘米0.5或更大、每厘米I或更大、每厘米2或更大)的LEE密度。在實現(xiàn)中,LEE可沿著照明器具模塊的長度L均勻地間隔開。在一些實現(xiàn)中,熱沉305可附到托臺310以提取由多個LEE 312發(fā)出的熱。熱沉305可布置在托臺310的表面上,該表面與LEE 312被布置于的托臺310的側面310a相對。
[0051]光耦合器320包括透明光學材料(例如玻璃材料或透明有機塑料例如聚碳酸酯或丙烯酸)的一個或多個固體塊,其具有定位成朝著光導330從LEE 312反射光的表面321和322。通常,表面321和322成形為收集和至少部分地準直從LEE發(fā)射的光。在χ-z橫截平面中,表面321和322可以是直的或彎曲的。彎曲表面的例子包括具有恒定曲率半徑的、拋物面或雙曲面形狀的表面。在一些實現(xiàn)中,表面321和322被涂覆有高反射性材料(例如反射性金屬,例如鋁或銀)以提供高反射性光學表面。光耦合器320的橫截面分布沿著照明器具模塊301的長度L可以是均勻的。可選地,橫截面分布可改變。例如,表面321和/或322可從x-z平面彎曲。
[0052]相鄰于光導331的上邊緣的光耦合器320的表面可選地耦合到邊緣331。換句話說,使用實質上與形成光耦合器320或光導330或這兩者的材料的折射率匹配的材料來連接界面的表面。例如,光耦合器320可使用匹配流體、油脂或粘合劑的折射率固定到光導330。在一些實現(xiàn)中,光耦合器320熔合到光導330或它們由單塊材料在內部形成(例如,耦合器和光導可以是單塊的,并可由固體透明光學材料制成)。
[0053]光導330由可相同或不同于形成光親合器320的材料的一塊透明材料(例如玻璃材料例如BK7、熔融硅石或石英玻璃,或透明有機塑料例如聚碳酸酯或丙烯酸)形成。光導330在y方向上延伸長度L,具有在X方向上的均勻厚度T和在z方向上的均勻深度D。通?;诠鈱У钠谕鈱W特性和/或直接/間接強度分布來選擇尺寸D和T。在操作期間,從光耦合器320耦合到光導330中的光(由光線125描繪)通過TIR從光導的平坦表面反射并在光導內在空間上混合。混合可幫助實現(xiàn)在光提取器340處的光導332的遠側部分處的照度和/或顏色均勻性。光導330的深度D可被選擇成實現(xiàn)在光導的出射孔徑處(即,在端部332處)的足夠均勻性。在一些實現(xiàn)中,D在從大約Icm到大約20cm的范圍內(例如2cm或更大、4cm或更大、6cm或更大、8cm或更大、1cm或更大、12cm或更大)。
[0054]通常,光耦合器320設計成限制進入光導330的光的角范圍(例如,在+/_40度內),使得至少相當大數(shù)量的光耦合到在平坦表面處經歷TIR的光導330中的空間模內。光導330具有均勻厚度T,其為分離光導的兩個平坦相對的表面的距離。通常,T足夠大,所以光導具有在第一(例如上)表面331處的孔徑,其足夠大以大致匹配(或超過)光耦合器320的孔徑。在一些實現(xiàn)中,T在從大約0.05cm到大約2cm的范圍內(例如大約0.1cm或更大、大約0.2cm或更大、大約0.5cm或更大、大約0.8cm或更大、或大約Icm或更大、大約1.5cm或更大)。根據實現(xiàn),光導越窄,它就在空間上越好地混合光。窄光導也提供窄出射孔徑。因此,從光導發(fā)射的光可被考慮為類似于從也被稱為細長虛擬燈絲的一維線性光源發(fā)射的光。
[0055]如前面討論的,長度L相應于細長照明器具模塊的長度并可隨意改變。
[0056]雖然光耦合器320和光導330由透明光學材料的固體塊形成,但是中空結構也是可能的。例如,光耦合器320或光導330或這兩者可以是中空的,具有反射性內表面而不是固體的。因此材料成本可減小,且光導中的吸收被避免。多種鏡面反射材料可適合于這個目的,包括材料例如3M Vikuiti?或來自Alanod公司的薄板Miro IV?,其中大于90%的入射光將有效地被引導到光提取器。光提取器340也由可與形成光導330的材料相同或不同的透明光學材料(例如玻璃材料或透明有機塑料例如聚碳酸酯或丙烯酸)的固體塊組成。在圖3A所示的示例實現(xiàn)中,介質材料的塊包括重定向(例如平坦)表面342和344和彎曲表面346和348 (也被稱為出射表面)。重定向表面342和344表示重定向表面343的第一部分和第二部分,而彎曲輸出表面346和348表不照明器具模塊301的第一輸出表面和第二輸出表面。
[0057]重定向表面342和344涂覆有高反射性材料(例如高反射性金屬,例如鋁或銀),保護性涂層可布置在該反射性材料上。因此,重定向表面342和344為從光導330進入光提取器332’的輸入端的光提供高反射性光學界面。在x-z橫截平面中,相應于重定向表面342和344的線具有相同的長度并形成頂點或頂角341,例如在頂點341處相接的v形。通常,重定向表面342、344的夾角(例如在重定向表面344和342之間的最小夾角可隨意改變。例如,在一些實現(xiàn)中,夾角可以相對小
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