专利名称：可变反射体设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及可变反射体设备，这种可变反射体设备包括布置成引导 来自光源的光的反射体和容纳该反射体的壳体，由该反射体和照明，没备 所引导的光可透过该壳体的一部分，该照明设备包括这种可变反射体设 备。
背景技术：
照明是空间感觉中的重要因素，无论是起居室还是公共空间。在 具有照射光的恰当空间分布和适当强度时，可在特定的空间内产生理 想的氛围。实现这种目的的一种方式可以是将大量的具有可单独控制 光强度的光源定位。实现相同目的的另一种方式是具有较少数量的光
源，可将来自这些光源的空间光分布进行变化。作为光源，LED变得 越来越普遍，因为LED既紧凑、有能量效率又在低温下工作。
US 6，561，678公开了 一种可变聚焦间接照明器材。这种照明器材 包括第一反射体对和第二可变聚焦反射体，第一反射体对中的每一个 基本上包围光源，第二可变聚焦反射体位于第一反射体前面。通过变 化第二反射体的中心线的位置，可改变来自照明器材的光输出的焦 点。这种变化既可以用螺钉手动进行，也可以用电动机自动进行。
为了能够利用多个照明设备改变空间光分布，通常必须手动改变 每个单独的照明设备的反射体形状，或者为每个照明设备安装可单独 控制的电动机。因此，通常会要么受限于空间光分布中非常慢且少有 的手动变化，要么被迫为每个照明设备在可单独控制的电动机或类似 的装置方面投入相对较大的资本。这样，利用移动机械部件以便于空 间光分布的变化会使这些照明设备由于机械故障而易于磨损和出现故 障。
发明内容
鉴于现有技术中前面所提及的和其它缺点，本发明的总体目的在 于提供一种经过改进的可变反射体设备。
本发明的目的在于能够使反射体的形状快速改变。
本发明的另一个目的在于减少具有可变空间光分布的照明设备的 机械故障风险。
本发明的再一个目的在于使相对廉价的具有可变空间光分布的照 明设备成为可能。
本发明的这些和其它目的由可变反射体设备来实现，这种可变反 射体设备包括布置成引导来自光源的光的反射体和容纳该反射体的壳 体，由该反射体所引导的光可透过该壳体的一部分，其中，反射体由 弯月面在接触面形成，该接触面在容纳在壳体中的两种不溶混流体 之间。
根据这种设计，可通过改变两种流体之间的弯月面的形状来改变
来自光源的光的空间分布。优选光源包括至少一个LED。不过，具有 适度工作温度的任何光源均可结合可变反射体设备一起使用。
来实现，所以，与以前公知的设计:比，i常可2快地进;反射:形 状的改变，且能耗较低。
进一步来讲，出于流体的本质的原因，两种不溶混流体之间的弯 月面可采取几种不同的形状，这并不是使用固体反射体时的情况。
还可以理解，以在两种不溶混流体之间的接触面的弯月面形式的 可变反射体可比涉及金属反射体的机械结构廉价，尤其是在需要电动 机来改变金属反射体的形状时。
术语"光"理解为包括可视电磁辐射和电磁辐射的其它波长。
流体是一种物质，这种物质改变其形状，以回应于任何力，且往 往流动或者符合容纳它的腔体的轮廓。因此，术语流体包括气体、液 体、蒸汽和固体与液体的混合物，这种混合物能够流动。
术语"不溶混"用于描述能够形成弯月面的流体。
根据一个实施例，可变反射体设备还包括在弯月面的周缘的部分 改变壳体的内表面的润湿性(wettability)的装置。
假设两种流体具有不同的润湿特性，通过改变弯月面的周缘附近 的润湿性，可改变两种流体之间的弯月面的形状和位置，即反射体的 形状。
优选用于改变润湿性的装置使用电润湿法(electrowetting )。
通过在流体中的一种与适当定位的电极之间加上电压，可改变弯 月面的润湿角度和位置并因此而改变反射体的形状。用于透镜和光学 开关的电润湿法的原理和优点是公知的，且相同的电润湿法的基本机 理也适用于根据本发明的设备中的电润湿法。
可用反射体设备获得其它优点，在这种反射体设备中，允许容纳 在壳体中的流体的体积变化。
虽然可在保持容纳在壳体中的流体体积恒定时形成多个反射体形 状，但还可形成具有额外自由度的更多形状，通过允许容纳在壳体中 的流体的体积变化来获得这种额外的自由度。
根据另一个实施例，可变反射体设备还包括传送通道和用于通过 流体的输送来改变反射体形状的流控制装置。这种流输送改变弯月面 的形状和/或位置，从而提供可供选择的控制设备的反射体的方式。只 要流控制用于控制弯月面，也可使用适合于电润湿的流体之外的其它 流体。不过，通过将流体的受控传送与壳体的内表面的润湿性如电润 湿中的可控变化相结合，可在改变反射体的形状时引入更多的自由 度。
反射体设备还可包括连接到外部储存器的输送通道，流控制装置 可从储存器输送流体并向储存器输送流体。利用这种外部储存器，可 在非常广的范围内改变壳体中的流体的体积，并进而改变反射体的形 状。
流控制装置可以用泵的形式提供，如电润湿泵或铁磁流体泵
(ferrofluidic pump )。
而且，可用布置在弯月面的像液体的金属膜来形成反射体。 在文献(《应用光学》，第42巻，No.10/1， 2003年4月)中描
触面形成像液体的金i膜(MELLF)。例如，"^将涂有有才1配位体 的大量金属纳米微粒散布在液体衬底上，这些纳米微粒在液体衬底自 组装，以提供具有光学质量的反射表面。
通过用布置在弯月面的MELLF形成反射体，可形成高质量的反 射体，而不必考虑流体的折射率。当然，MELLF的引入不必能够在 两种流体之间的弯月面形成反射体，但设计用于特定用途的反射体的 工程师的自由度达到了极大的提高。
在可变反射体设备的另一个实施例中，弯月面周缘的至少一部分
由壳体内表面的至少一个特征中的不连续结构(discontinuity)固定 地定位。通过选择用于可变反射体设备的适当的流体并将壳体设计成 在壳体内表面的某些特征中有不连续结构，弯月面周缘的至少一部分 可固定地位于该不连续结构的位置。该不连续结构可以是如润湿性中 的急剧变化或该表面的几何形状中的突然变化。弯月面固定地位于壳 体内表面的每个位置是指将弯月面从该位置移动需要相对较大的力。
位的位i移动。'" 、
通过不连续结构将弯月面的周缘的位置固定定位的可能性使设计 复杂的反射体形状成为可能。
将参考附图对本发明的这些和其它方面进行详细描述，这些附图 示出了本发明的目前所优选的实施例。
图la是设有根据本发明的第一实施例的光源和反射体设备的照 明设备的示意图，其中，反射体设备处于第一状态。
图lb是示于图la中的设备处于第二状态的示意图。
图2a是设有根据本发明的第二实施例的光源和反射体设备的照 明设备的示意图，其中，反射体设备处于第二状态。
图2b是示于图2a中的设备处于第二状态的示意图。
图3是电润湿泵的示意图。
图4是具有"水塞堵"的电润湿泵的示意图。
图5是设有根据本发明的第三实施例的光源和反射体设备的照明 设备的示意图。
图6是设有根据本发明的第四实施例的光源和反射体设备的照明 设备的示意图。
图7a是设有根据本发明的第五实施例的光源和反射体设备的照 明设备的示意图，其中，反射体设备处于第一状态。
图7b是示于图7a中的设备处于第二状态的示意图。
具体实施例方式
图la至图lb示意性地示出了具有根据本发明的第一实施例的可 变反射体设备的照明设备1，其中，在容纳在壳体5中的两种流体3， 4之间的接触面的弯月面2形成反射体6，反射体6布置成将光从光 源7引导穿过壳体5中的窗口 8。在此示例中，这两种流体是水 (n=1.34)和油(n=1.70)，壳体呈圆柱形且壳体的内表面部分地用 绝缘疏水涂层9涂覆。由于水与油之间的折射率差异相当大，所以可 根据总体内部反射(TIR)来设计反射体设备。在此情形中，就水与 油而言，TIR的临界角为52。。
为了提高反射体设备的反射系数并便于具有较小折射率差异的流 体的使用，可在两种流体之间的弯月面布置像液体的金属膜 (ME1XF)。
电极10， 11布置成允许将电压加在壳体5的内表面上的绝缘疏 水表面涂层9上。因此， 一个电极11与水3接触(直接接触或或电 容性联结)，且另一个电极即壳体电极10的位置确定为使电场主要 出现在疏水表面涂层9中。
当在电极10， 11上没有加上电压时，均衡条件由外部力的影响 来确定，如分别由重力以及流体的材料特性和壳体的内表面来确定。 在加上电压时，将静电项( CV2，式中C是由水、疏水绝缘体和 壳体电极所形成的平行板电容器的电容)加到能量平衡。这种静电项 改变在流体3， 4之间的三部分接触线12的均衡条件和在壳体5的内 表面的疏水涂层9的均衡条件，从而使水更稳健而有利地与更多的疏 水涂层9接触。这样就将接触线12移动并因此而改变反射体的形状。
图la示出了加上某种电压时的第一状态，且图lb示出了加上更 高电压时的第二状态。在这两种状态中，反射体设备反射光，这种光 具有图中示出的两种不同的空间分布。
使反射体形状能够发生改变所要求的实际压差取决于流体的材料 特性以及壳体内表面上的疏水材料和壳体电极与壳体内表面之间的距 离上的疏水材料的材料特性。这种距离越短，在两个电极(水3和壳 体电极10)之间获得某种电场所要求的电压就越小。即便是可以具有 布置在壳体5外部的电极10，但具有布置在壳体的内表面上的电极是 有利的，壳体的内表面由疏水绝缘体9所覆盖。这样就便于反射体形 状的低压控制。因此，疏水绝缘体9应必然制得尽可能地薄，而避免
疏水绝缘体9中的静电击穿。
可加上另外的壳体电极，以使反射体形状能够发生其它变化。 在图2a至图2b中，照明设备1包括根据本发明的笫二实施例的 反射体设备。在此实施例中，将第一实施例中的电极移去并已加上传 送通道13和以泵的形式的流控制装置14。通道13和泵14布置成改 变容纳在壳体5中的流体3， 4的体积。在通道13内的流体3与4之 间的接触面形成弯月面18。在此示例中，容纳在壳体5中的水3的体 积的增加导致容纳在壳体5中的油4的体积的相等大小的减少。这样 就改变了反射体6的形状。图2a至图2b中示出了反射体形状的这种 变化。
可将反射体形状在根据本实施例的设备中变化的范围主要由输送 通道13的体积所确定，因为不应将水3泵入油4中，反之亦然。
可以用多种方式泵汲这些流体，例如才凡械泵、电润湿泵或4失磁流 体泵。作为适当的泵的示例，电润湿泵在图3中示出。在此示例中， 在通道13的一个接头连接到系统的"水侧"15、 一个接头连接到"油 侧"16时提供泵14。疏水电气绝缘涂层17涂覆在通道13的内表面 上。水和油沿着通道13汇合且形成弯月面l8。在通道i:3中还有两个 电极19和20。 一个电极20布置成接触水且一个电极19包围通道的 一部分。这样，可将电压加在疏水涂层17上。正如前面所描述的那 样，电压的变化会导致在弯月面与通道壁之间的接触线21处的能量 平衡的变化，从而导致弯月面18的移动，这种移动相当于流体的位 移。
正如前面所提及的那样，折射率中的大的差异便于根据TIR对反 射体设备进行设计。为了设计稳健的设备，人们还对具有基本上相同 的密度的两种流体感兴趣。出于这些以及其它原因，对流体的选择是 重要的，且由增加的流体组所提供的可从中选择的可能性是有价值 的。作为示例，泵的使用提供了选择直接适用于电润湿的流体之外的 其它流体的可能性，如氟化油和烃油，这种氟化油具有非常低的折射 率。这些流体的组合不适于直接用于电润湿法，因为没有一种流体导 电。
如图4所示，将会表明，仍可将电润湿泵用于这些流体的位移。 在图4示意性地示出的电润湿泵14中加入了 "水塞堵"22。然后是
这种"塞堵"22，通过用与结合图3所描述的方式相同的方式加上不 同的电压来移动这种"塞堵，，22。水塞堵的移动导致不直接适用于电 润湿法的流体的位移，在此情形中，这些流体是氟化油和烃油。
图5示意性地示出了根据本发明的第三实施例的反射体设备1。 在此实施例中，加入了两个外部储存器23和24，每个外部储存器与 输送通道36、 37和泵38、 39关联，这就在实际上消除了无意间将两 种流体3， 4混合的风险。
在示意性地示于图6的根据本发明的反射体设备1的第四实施例 中，壳体5包括第一圆柱形外壳25、具有窗口 8的顶部侧面26和具 有LED插孔28的底部侧面27。第一外壳25由第二圆柱形外壳29包 围，顶部側面26和底部側面27附到第二圆柱形外壳29上。在圆柱 形外壳25和29之间形成以圓柱形壳形式的输送通道30。弯月面31 在该输送通道内形成，例如，可利用布置在通道30中的电润湿泵14 来替代这种弯月面31。
在示意性地示于图7a至7b的根据本发明的反射体设备1的笫五 实施例中，形成反射体6的弯月面2具有周缘，该周缘具有第一部分 32和第二部分33，第一部分32包围LED插孔28，且第二部分33于 壳体5的内表面接触并位于接近于窗口 8的位置。在周缘的这些部分 32和33之间的弯月面2限定反射体6。在实施例1至4中，通常通 过周缘的第二部分33的移动来改变反射体的形状，而周缘的第一部 分32基本上已固定地定位。
可通过壳体内表面的一个或几个特征中的不连续结构来将弯月面 的周缘固定地定位。在示于图7a至7b的示例中示出了固定定位或"钉 住，，("pinning")的两种不同的方式。包围LED插孔28的周缘的第一 部分32由内表面的几何形状中的突然变化钉住，在此情形中，内表 面的几何形状是角34。在此示例中，周缘的第二部分33由内表面的 润湿性的急剧变化钉住。在应将周缘的这个部分定位的该位置的LED 側，将疏水涂层9涂覆在壳体5的内表面上。从周缘的理想位置直到 窗口 8，将壳体5的内表面制成具有疏水性。然后会将弯月面2的周 缘的第二部分33钉到线35，线35限定从疏水到亲水表面条件的急剧 转变。在通过泵14改变壳体5中的流体3， 4的体积时，弯月面的形 状会改变，但弯月面与壳体的内表面之间的接触线的位置基本上会保
持不变。若由体积的改变所导致的接触线上的力大于钉住力，当然就 会将接触线移动。
本领域中熟练的技术人员会认识到本发明绝不仅限于前面所描述 的优选实施例。相反，多种修改和变化均可在所附的权利要求书的范 围内。例如，可以用最适于特定实施的方式来确定容纳反射体的壳体 的形状，例如，可将壳体的形状确定为圆锥形。而且，可将反射体制 成旋转性地非对称，以不但将来自光源的光聚焦，而且向这种光提供 理想的光束形状。
权利要求
1.一种可变反射体设备，所述可变反射体设备包括布置成引导来自光源(7)的光的反射体(6)和容纳所述反射体(6)的壳体(5)，由所述反射体(6)所引导的光可透过所述壳体(5)的一部分，其特征在于所述反射体(6)由弯月面(2)在接触面形成，所述接触面在容纳在所述壳体(5)中的两种不溶混流体(3，4)之间。
2. 如权利要求1所述的可变反射体设备，其特征在于还包括 在所述弯月面(2)的周缘的部分改变所述壳体的内表面的润湿性的 装置(10， 11)，从而改变所述反射体(6)的形状。
3. 如权利要求2所述的可变反射体设备，其特征在于所述用 于改变润湿性的装置(10， 11)使用电润湿法。
4. 如权利要求1至3中的任何一项所述的可变反射体设备，其 特征在于允许所述两种流体(3， 4)的体积变化。
5. 如权利要求4所述的可变反射体设备，其特征在于还包括 至少一个传送通道(13)和用于通过所述流体(3， 4)的输送来改变 所述反射体(6)的形状的至少一个流控制装置(14)。
6. 如权利要求5所述的可变反射体设备，其特征在于还包括 连接到至少一个外部储存器(33， 34)的至少一个传送通道(36和37)， 至少一个流控制装置(38， 39)能从所述至少一个外部储存器(33， 34)输送所述流体(3, 4)中的至少一种并向所述至少一个外部储存 器(33， 34)输送所述流体(3， 4)中的至少一种。
7. 如权利要求5或6所述的可变反射体设备，其特征在于所 述至少一个流控制装置(14)可以用泵的形式提供，如电润湿泵或铁磁流体泵。
8. 如权利要求1至7中的任何一项所述的可变反射体设备，其 特征在于用布置在所述弯月面(2)的像液体的金属膜来形成所述 反射体(6 )。
9. 如权利要求1至8中的任何一项所述的可变反射体设备，其 特征在于所述弯月面(2)的周缘的至少一部分由所述壳体(5)内表面的至少一个特征中的不连续结构固定地定位。
10. —种照明设备(l)，所述照明设备(1)包括光源(7)和 如权利要求1至9中的任何一项所述的可变反射体设备。
全文摘要
一种可变反射体设备，包括布置成引导来自光源(7)的光的反射体(6)和容纳反射体(6)的壳体(5)，由反射体(6)所引导的光可透过壳体(5)的一部分。反射体(6)由弯月面(2)在接触面形成，该接触面在容纳在壳体(5)中的两种不溶混流体(3，4)之间。根据这种设计，通过改变两种流体之间的弯月面的形状可改变来自光源的光的空间分布。由于弯月面的形状的改变通过流体的位移而不是机械部件的位移来实现，所以，与以前公知的设计相比，通常可更快地进行反射体形状的改变，且能耗较低。而且，出于流体的性质的原因，两种不溶混流体之间的弯月面可具有几种不同的形状，这与使用固体反射体的情形不同。
文档编号G02B3/14GK101103295SQ200680002286
公开日2008年1月9日 申请日期2006年1月9日 优先权日2005年1月14日
发明者B·H·W·亨德里克斯, C·G·A·霍伦, J·P·M·安森斯, L·王, S·凯帕 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司