遠(yuǎn)程照明光導(dǎo)管的制作方法
【專利說明】遠(yuǎn)程照明光導(dǎo)管
【背景技術(shù)】
[0001] 可見光的傳送可以使用鏡內(nèi)襯導(dǎo)管或利用全內(nèi)反射的較小實(shí)心纖維。鏡內(nèi)襯導(dǎo)管 包括如下優(yōu)點(diǎn)：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、以及傳送的每單位光通量重量可能較 低。
[0002] 在一些應(yīng)用中，例如當(dāng)封裝件包含對(duì)溫度敏感的環(huán)境或包括必須與電源和發(fā)熱體 隔離的易燃或易爆材料時(shí)，光源在封裝件內(nèi)部的物理布局會(huì)變得不利。鏡內(nèi)襯導(dǎo)管能夠使 遠(yuǎn)程生成的光傳送到內(nèi)部環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開描述了導(dǎo)管式照明系統(tǒng)的光遞送和分布部件，該導(dǎo)管式照明系統(tǒng)具有包括 至少一個(gè)彎曲部分的橫截面和遠(yuǎn)程光源。遞送和分布系統(tǒng)（即，光導(dǎo)管和光導(dǎo)管提取器） 可以有效地發(fā)揮作用，其中任何光源遞送的光能夠基本上準(zhǔn)直于光導(dǎo)管的縱向軸線并且在 光導(dǎo)管的入口上也基本是均勻的。在一個(gè)方面，本公開提供了一種包括中空的光導(dǎo)管的照 明元件，該中空的光導(dǎo)管具有縱向軸線、相反的第一端部和第二端部、光輸出區(qū)域和彎曲的 橫截面。中空的光導(dǎo)管的內(nèi)部表面包括鄰近光輸出區(qū)域的光透射區(qū)域，該光透射區(qū)域從接 近第一端部的第一位置到接近第二端部的第二位置對(duì)向與縱向軸線垂直的輸出角。照明元 件還包括鄰近光輸出區(qū)域設(shè)置的轉(zhuǎn)向表面，該轉(zhuǎn)向表面具有多個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)，每 個(gè)該脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)具有鄰近中空的光導(dǎo)管的內(nèi)部的頂點(diǎn)，其中穿過中空的光導(dǎo)管傳播的與 光透射區(qū)域相交的光線離開中空的光導(dǎo)管，并由垂直于多個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向平 面內(nèi)的轉(zhuǎn)向表面重新導(dǎo)向。
[0004] 在另一方面，本公開提供封裝件，其包括內(nèi)部空間、設(shè)置在內(nèi)部空間中的照明元件 和設(shè)置在內(nèi)部空間的外部的第一光源。照明元件包括中空的光導(dǎo)管，其具有縱向軸線、相反 的第一端部和第二端部、光輸出區(qū)域和彎曲的橫截面。中空的光導(dǎo)管的內(nèi)部表面包括鄰近 光輸出區(qū)域的光透射區(qū)域和鄰近光輸出區(qū)域設(shè)置的轉(zhuǎn)向表面。轉(zhuǎn)向表面包括多個(gè)平行的脊 狀微觀結(jié)構(gòu)，每個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)具有鄰近中空的光導(dǎo)管的內(nèi)部表面的頂點(diǎn)。光透射 區(qū)域?qū)ο蚺c縱向軸線垂直的從接近第一端部的第一位置變化到接近第二端部的第二位置 的輸出角，并且轉(zhuǎn)向表面包括多個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)，每個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)具有鄰 近中空的光導(dǎo)管的內(nèi)部表面的頂點(diǎn)。第一光源鄰近第一端部，能夠在縱向軸線的準(zhǔn)直半角 內(nèi)將第一光射入中空的光導(dǎo)管中，其中穿過中空的光導(dǎo)管傳播的與光透射區(qū)域相交的光線 離開中空的光導(dǎo)管，并由垂直于平行脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向平面內(nèi)的轉(zhuǎn)向表面重新導(dǎo)向。
[0005] 在又一方面，本公開提供冷藏封裝件，其包括內(nèi)部空間；可見光透明的觀察口；設(shè) 置在內(nèi)部空間中的照明元件；和設(shè)置在內(nèi)部空間外部的第一光源。照明元件包括中空的光 導(dǎo)管，其具有縱向軸線、相反的第一端部和第二端部、光輸出區(qū)域和彎曲的橫截面；中空的 光導(dǎo)管的內(nèi)部表面包括鄰近光輸出區(qū)域的光透射區(qū)域，該光透射區(qū)域?qū)ο蚺c縱向軸線垂直 的從接近第一端部的第一位置變化到接近第二端部的第二位置的輸出角；和鄰近光輸出區(qū) 域設(shè)置的轉(zhuǎn)向表面，該轉(zhuǎn)向表面包括多個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)，每個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu) 具有鄰近中空的光導(dǎo)管內(nèi)部表面的頂點(diǎn)。第一光源鄰近第一端部并能夠在縱向軸線的準(zhǔn)直 半角內(nèi)將第一光射入中空的光導(dǎo)管中，其中穿過中空的光導(dǎo)管傳播的與光透射區(qū)域相交的 光線離開中空的光導(dǎo)管，并由垂直于多個(gè)平行的脊?fàn)钗⒂^結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向平面內(nèi)的轉(zhuǎn)向表面重 新導(dǎo)向。
[0006] 上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在描述本發(fā)明所公開的每個(gè)公開的實(shí)施例或每種實(shí)施方式。 以下附圖和【具體實(shí)施方式】更具體地舉例說明示例性實(shí)施例。
【附圖說明】
[0007] 整個(gè)說明書應(yīng)參考附圖，在附圖中類似的附圖標(biāo)號(hào)表示類似的元件，并且其中：
[0008] 圖1A-圖1C示出了照明元件的透視示意圖；
[0009] 圖2A示出了照明元件的分解透視示意圖；
[0010] 圖2B示出了照明元件的透視示意圖；
[0011] 圖3A-圖3D示出了照明元件的剖視示意性實(shí)施例；
[0012] 圖4A示出了遠(yuǎn)程照明光導(dǎo)管的示意性剖視縱視圖；
[0013] 圖4B-圖4D示出了通過圖4A的不同橫截面的示意圖；
[0014] 圖5示出了照明元件的剖視示意性實(shí)施例；并且
[0015] 圖6示出了封裝件的透視示意圖。
[0016] 附圖不一定是按照比例繪制的。附圖中使用的類似的附圖序號(hào)指示類似的部件。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定的附圖中使用序號(hào)指示部件并非意圖限制另一個(gè)附圖中用相同序 號(hào)標(biāo)記的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 由于多種原因，可能并不期望將光源放置于照明空間內(nèi)或靠近其表面的位置，例 如：對(duì)光源和/或維護(hù)光源的人員產(chǎn)生不利影響，例如位于受熱的空間、放射、噪音、潮濕/ 有濕氣空間、溶劑蒸汽；天氣因素包括日光、風(fēng)、粉塵、極端溫度、腐蝕，和鹽；生物因素諸如 寄生蟲、小蟲、花粉，和植被；人類行為諸如監(jiān)獄、精神病醫(yī)院行為、公共場所和運(yùn)輸工具中 (體育場、運(yùn)輸工具、學(xué)校、街道）的人為破壞。在一些情況下，包括進(jìn)入照明空間維修/更換 光源的人員的不期望的訪問的訪問控制可具有一定的影響，原因諸如外科病房的清潔、工 業(yè)無塵室、食品制備、良好操作規(guī)范和良好實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)則；生物安全相關(guān)因素；安全和安 保限制訪問；法規(guī)限制空間；限高區(qū)域；和成本限制訪問，包括通過將光源安置于可以容易 而快速地接近的位置而節(jié)省的時(shí)間。在一些情況下，可存在與光源本身相關(guān)聯(lián)的物理因素， 包括例如冷凍或冷卻空間中不希望的與發(fā)光有關(guān)的發(fā)熱；無菌源或潔凈空間；來自風(fēng)扇的 噪音/氣流/冷卻液溢出等等。光源與照明空間的隔離可以通過放置物理屏障、距離或通 過兩者的組合實(shí)現(xiàn)。
[0018] 本公開描述了導(dǎo)管式照明系統(tǒng)的光遞送和分布部件，該系統(tǒng)具有包括至少一個(gè)彎 曲部分的橫截面和光源。遞送和分布系統(tǒng)（即，光導(dǎo)管和光導(dǎo)管提取器）可以有效地發(fā)揮 作用，其中任何光源遞送的光能夠基本上準(zhǔn)直于光導(dǎo)管的縱向軸線并且在光導(dǎo)管的入口上 也基本是均勻的。
[0019] 在以下說明中參考附圖，附圖形成說明的一部分并且其中由例證的方式示出。應(yīng) 當(dāng)理解，在不脫離本公開的范圍或?qū)嵸|(zhì)的情況下，設(shè)想并可進(jìn)行其他實(shí)施例。因此，以下詳 細(xì)說明不被認(rèn)為具有限制性意義。
[0020] 除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中所使用的所有表達(dá)特征尺寸、量和物 理特性的數(shù)值在所有情況下均應(yīng)理解成由術(shù)語"約"修飾。因此，除非有相反的說明，否則 在上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，這些近似值可根據(jù)本領(lǐng)域 的技術(shù)人員使用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的期望性能而變化。
[0021] 除非本文內(nèi)容以其他方式明確指出，否則本說明書和所附權(quán)利要求中使用的單數(shù) 形式"一個(gè)"、"一種"和"所述"涵蓋具有復(fù)數(shù)形式的實(shí)施例。除非本文內(nèi)容以其他方式明確 指出，否則本說明書和所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語"或"一般以包括"和/或"的意義使用。
[0022] 空間相關(guān)的術(shù)語包括但不限于"下面"、"上面"、"在...下面"、"在...之下"、 "在...之上"和"在頂部"，如果在本文中使用，則用于便于描述一個(gè)或多個(gè)元件相對(duì)于另 一個(gè)元件的空間關(guān)系。除了圖中描述的或本文所述的具體方向外，這些空間相關(guān)術(shù)語涵蓋 裝置在使用或操作時(shí)的不同方向。例如，如果圖中所描繪的對(duì)象翻過來或翻轉(zhuǎn)過來，那么先 前描述的在其他元件之下或下面的部分就在這些其他元件之上。
[0023] 如本文所用，例如當(dāng)元件、部件或?qū)用枋鰹榕c另一元件、部件或?qū)有纬?一致界 面"，或在另一元件、部件或?qū)?上"、"連接到"、"耦合到"或"接觸"另一元件、部件或?qū)?，其?為直接在...之上，直接連接到，直接耦合到或直接接觸，或例如居間的元件、部件或?qū)涌?能在特定元件、部件或?qū)又希蜻B接到、親合到或接觸特定元件、部件或?qū)?。例如?dāng)元件、 部件或?qū)颖环Q為"直接在另一元件上"、"直接連接到另一元件"、"直接與另一元件耦合"或 "直接與另一元件接觸"時(shí)，則沒有居間的元件、部件或?qū)印?br>[0024] 在一個(gè)方面，本公開提供了光傳送元件和包括光導(dǎo)管的照明元件，該光導(dǎo)管具有 縱向軸線、垂直于縱向軸線的光導(dǎo)管橫截面、限定腔的反射內(nèi)部表面、和外部表面。照明元 件還包括設(shè)置于反射內(nèi)部表面的空隙，該反射內(nèi)部表面限定光可以由此離開腔的光輸出表 面；和鄰近光輸出表面和腔外部設(shè)置的轉(zhuǎn)向膜，轉(zhuǎn)向膜具有平行的棱鏡微觀結(jié)構(gòu)，每個(gè)平行 的棱鏡微觀結(jié)構(gòu)具有鄰近光導(dǎo)管的光輸出表面的頂點(diǎn)。
[0025] 反射內(nèi)部表面的中的空隙可被構(gòu)造成各種形狀和尺寸，包括但不限于：多個(gè)空隙， 每個(gè)空隙的特征尺寸比導(dǎo)管橫截面的最小尺寸小至少四倍；一個(gè)或多個(gè)空隙，其尺寸大于 導(dǎo)管橫截面最小尺寸的四分之一但小于照明元件沿其縱向軸線的尺寸；或者包括每種至少 之一的組合。
[0026] 下文中"光傳送元件"和"照明元件"之間的區(qū)別在于光傳送元件中的光輸出表面 的面積占由反射表面限定的腔的內(nèi)部表面總面積的不超過2% ;相比之下，照明元件中的光 輸出表面的面積占由反射表面限定的腔的內(nèi)部表面總面積的超過2 %。
[0027] 照明元件還可包括導(dǎo)向膜，該導(dǎo)向膜具有鄰近轉(zhuǎn)向膜并背對(duì)光輸出表面的多個(gè) 脊，每個(gè)脊平行于縱向軸線并被設(shè)置成折射來自轉(zhuǎn)向膜的入射光線，其中穿過光輸出表面 離開腔的光線由垂直于光導(dǎo)管橫截面的第一平面內(nèi)的轉(zhuǎn)向膜重新導(dǎo)向，并且由平行于光導(dǎo) 管橫截面的第二平面內(nèi)的導(dǎo)向膜再次重新導(dǎo)向。轉(zhuǎn)向膜、導(dǎo)向膜和多個(gè)空隙構(gòu)造在例如以 下專利中進(jìn)一步描述：名稱為"⑶RVEDLIGHTDUCTEXTRACTION"（彎曲的光導(dǎo)管提?。ù?理人案卷號(hào)70224US002,提交于2012年10月30日）的共同未決的美國專利申請(qǐng)序列號(hào) 61/720, 124,以及名稱為"RECTANGULARLIGHTDUCTEXTRACTION"（矩形光導(dǎo)管提?。ù?理人案卷號(hào)70058US002,也提交于2012年10月30日）的61/720, 118,這兩個(gè)專利的公開 內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
[0028] 鏡內(nèi)襯光導(dǎo)管可以使用任何合適的鏡，包括例如金屬或金屬合金、帶金屬或金屬 合金涂層的膜、有機(jī)或無機(jī)介電膜疊堆，或它們的組合。在一些情況下，鏡內(nèi)襯光導(dǎo)管僅可 以通過使用諸如3M光學(xué)膜（包括諸如Vikuiti?ESR膜的鏡膜）的聚合物多層干涉反射器而 得以實(shí)現(xiàn)，上述光學(xué)膜在光的整個(gè)可見光譜上具有大于98%的鏡面反射率。已被廣泛接受 的是，LED照明可最終取代用于遠(yuǎn)程照明應(yīng)用的絕大部分白熾燈、熒光燈、金屬鹵素?zé)艉外c 蒸汽燈具。其中一個(gè)主要推動(dòng)力是LED與這些其他光源的投影照明效率的對(duì)比。利用LED 照明的一些挑戰(zhàn)包括（1)降低照明設(shè)備發(fā)出的最大亮度使其遠(yuǎn)低于LED發(fā)出的亮度（即， 消除炫光）；（2)提升燈具中每個(gè)LED光源發(fā)出的光在亮度均衡性上的表現(xiàn)（即，提升混色 并降低設(shè)備分級(jí)要求）；（3)保持LED光源的小的集光率以控制照明設(shè)備發(fā)出的亮度的角分 布（即，保持定向控制的可能性）；(4)在LED性能快速發(fā)展的情況下避免照明設(shè)備的迅速 落后（即，有利于LED的更新，而無需更換照明設(shè)備）；(5)有利于讓不精于光學(xué)設(shè)計(jì)的用戶 進(jìn)行照明設(shè)備定制（即，提供模塊化構(gòu)架）；以及（6)管理LED產(chǎn)生的熱通量，以便在不增 加額外重量、成本或復(fù)雜程度的前提下穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)其既定性能（即，提供有效、低重量和低 成本的熱管理）。