远程照明光导管的制作方法
【专利说明】远程照明光导管
【背景技术】
[0001] 可见光的传送可以使用镜内衬导管或利用全内反射的较小实心纤维。镜内衬导管 包括如下优点：横截面积大且数值孔径大（允许较大的通量，而聚集较少）、传播介质（即， 空气）稳固且透光从而使得衰减较低且寿命较长、以及传送的每单位光通量重量可能较 低。
[0002] 在一些应用中，例如当封装件包含对温度敏感的环境或包括必须与电源和发热体 隔离的易燃或易爆材料时，光源在封装件内部的物理布局会变得不利。镜内衬导管能够使 远程生成的光传送到内部环境。
【发明内容】
[0003] 本公开描述了导管式照明系统的光递送和分布部件，该导管式照明系统具有包括 至少一个弯曲部分的横截面和远程光源。递送和分布系统（即，光导管和光导管提取器） 可以有效地发挥作用，其中任何光源递送的光能够基本上准直于光导管的纵向轴线并且在 光导管的入口上也基本是均匀的。在一个方面，本公开提供了一种包括中空的光导管的照 明元件，该中空的光导管具有纵向轴线、相反的第一端部和第二端部、光输出区域和弯曲的 横截面。中空的光导管的内部表面包括邻近光输出区域的光透射区域，该光透射区域从接 近第一端部的第一位置到接近第二端部的第二位置对向与纵向轴线垂直的输出角。照明元 件还包括邻近光输出区域设置的转向表面，该转向表面具有多个平行的脊状微观结构，每 个该脊状微观结构具有邻近中空的光导管的内部的顶点，其中穿过中空的光导管传播的与 光透射区域相交的光线离开中空的光导管，并由垂直于多个平行的脊状微观结构的转向平 面内的转向表面重新导向。
[0004] 在另一方面，本公开提供封装件，其包括内部空间、设置在内部空间中的照明元件 和设置在内部空间的外部的第一光源。照明元件包括中空的光导管，其具有纵向轴线、相反 的第一端部和第二端部、光输出区域和弯曲的横截面。中空的光导管的内部表面包括邻近 光输出区域的光透射区域和邻近光输出区域设置的转向表面。转向表面包括多个平行的脊 状微观结构，每个平行的脊状微观结构具有邻近中空的光导管的内部表面的顶点。光透射 区域对向与纵向轴线垂直的从接近第一端部的第一位置变化到接近第二端部的第二位置 的输出角，并且转向表面包括多个平行的脊状微观结构，每个平行的脊状微观结构具有邻 近中空的光导管的内部表面的顶点。第一光源邻近第一端部，能够在纵向轴线的准直半角 内将第一光射入中空的光导管中，其中穿过中空的光导管传播的与光透射区域相交的光线 离开中空的光导管，并由垂直于平行脊状微观结构的转向平面内的转向表面重新导向。
[0005] 在又一方面，本公开提供冷藏封装件，其包括内部空间；可见光透明的观察口；设 置在内部空间中的照明元件；和设置在内部空间外部的第一光源。照明元件包括中空的光 导管，其具有纵向轴线、相反的第一端部和第二端部、光输出区域和弯曲的横截面；中空的 光导管的内部表面包括邻近光输出区域的光透射区域，该光透射区域对向与纵向轴线垂直 的从接近第一端部的第一位置变化到接近第二端部的第二位置的输出角；和邻近光输出区 域设置的转向表面，该转向表面包括多个平行的脊状微观结构，每个平行的脊状微观结构 具有邻近中空的光导管内部表面的顶点。第一光源邻近第一端部并能够在纵向轴线的准直 半角内将第一光射入中空的光导管中，其中穿过中空的光导管传播的与光透射区域相交的 光线离开中空的光导管，并由垂直于多个平行的脊状微观结构的转向平面内的转向表面重 新导向。
[0006] 上述
【发明内容】
并非旨在描述本发明所公开的每个公开的实施例或每种实施方式。 以下附图和【具体实施方式】更具体地举例说明示例性实施例。
【附图说明】
[0007] 整个说明书应参考附图，在附图中类似的附图标号表示类似的元件，并且其中：
[0008] 图1A-图1C示出了照明元件的透视示意图；
[0009] 图2A示出了照明元件的分解透视示意图；
[0010] 图2B示出了照明元件的透视示意图；
[0011] 图3A-图3D示出了照明元件的剖视示意性实施例；
[0012] 图4A示出了远程照明光导管的示意性剖视纵视图；
[0013] 图4B-图4D示出了通过图4A的不同横截面的示意图；
[0014] 图5示出了照明元件的剖视示意性实施例；并且
[0015] 图6示出了封装件的透视示意图。
[0016] 附图不一定是按照比例绘制的。附图中使用的类似的附图序号指示类似的部件。 然而，应当理解，在给定的附图中使用序号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同序 号标记的部件。
【具体实施方式】
[0017] 由于多种原因，可能并不期望将光源放置于照明空间内或靠近其表面的位置，例 如：对光源和/或维护光源的人员产生不利影响，例如位于受热的空间、放射、噪音、潮湿/ 有湿气空间、溶剂蒸汽；天气因素包括日光、风、粉尘、极端温度、腐蚀，和盐；生物因素诸如 寄生虫、小虫、花粉，和植被；人类行为诸如监狱、精神病医院行为、公共场所和运输工具中 (体育场、运输工具、学校、街道）的人为破坏。在一些情况下，包括进入照明空间维修/更换 光源的人员的不期望的访问的访问控制可具有一定的影响，原因诸如外科病房的清洁、工 业无尘室、食品制备、良好操作规范和良好实验室管理规则；生物安全相关因素；安全和安 保限制访问；法规限制空间；限高区域；和成本限制访问，包括通过将光源安置于可以容易 而快速地接近的位置而节省的时间。在一些情况下，可存在与光源本身相关联的物理因素， 包括例如冷冻或冷却空间中不希望的与发光有关的发热；无菌源或洁净空间；来自风扇的 噪音/气流/冷却液溢出等等。光源与照明空间的隔离可以通过放置物理屏障、距离或通 过两者的组合实现。
[0018] 本公开描述了导管式照明系统的光递送和分布部件，该系统具有包括至少一个弯 曲部分的横截面和光源。递送和分布系统（即，光导管和光导管提取器）可以有效地发挥 作用，其中任何光源递送的光能够基本上准直于光导管的纵向轴线并且在光导管的入口上 也基本是均匀的。
[0019] 在以下说明中参考附图，附图形成说明的一部分并且其中由例证的方式示出。应 当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，设想并可进行其他实施例。因此，以下详 细说明不被认为具有限制性意义。
[0020] 除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物 理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语"约"修饰。因此，除非有相反的说明，否则 在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域 的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望性能而变化。
[0021] 除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数 形式"一个"、"一种"和"所述"涵盖具有复数形式的实施例。除非本文内容以其他方式明确 指出，否则本说明书和所附权利要求中使用的术语"或"一般以包括"和/或"的意义使用。
[0022] 空间相关的术语包括但不限于"下面"、"上面"、"在...下面"、"在...之下"、 "在...之上"和"在顶部"，如果在本文中使用，则用于便于描述一个或多个元件相对于另 一个元件的空间关系。除了图中描述的或本文所述的具体方向外，这些空间相关术语涵盖 装置在使用或操作时的不同方向。例如，如果图中所描绘的对象翻过来或翻转过来，那么先 前描述的在其他元件之下或下面的部分就在这些其他元件之上。
[0023] 如本文所用，例如当元件、部件或层描述为与另一元件、部件或层形成"一致界 面"，或在另一元件、部件或层"上"、"连接到"、"耦合到"或"接触"另一元件、部件或层，其意 为直接在...之上，直接连接到，直接耦合到或直接接触，或例如居间的元件、部件或层可 能在特定元件、部件或层之上，或连接到、親合到或接触特定元件、部件或层。例如当元件、 部件或层被称为"直接在另一元件上"、"直接连接到另一元件"、"直接与另一元件耦合"或 "直接与另一元件接触"时，则没有居间的元件、部件或层。
[0024] 在一个方面，本公开提供了光传送元件和包括光导管的照明元件，该光导管具有 纵向轴线、垂直于纵向轴线的光导管横截面、限定腔的反射内部表面、和外部表面。照明元 件还包括设置于反射内部表面的空隙，该反射内部表面限定光可以由此离开腔的光输出表 面；和邻近光输出表面和腔外部设置的转向膜，转向膜具有平行的棱镜微观结构，每个平行 的棱镜微观结构具有邻近光导管的光输出表面的顶点。
[0025] 反射内部表面的中的空隙可被构造成各种形状和尺寸，包括但不限于：多个空隙， 每个空隙的特征尺寸比导管横截面的最小尺寸小至少四倍；一个或多个空隙，其尺寸大于 导管横截面最小尺寸的四分之一但小于照明元件沿其纵向轴线的尺寸；或者包括每种至少 之一的组合。
[0026] 下文中"光传送元件"和"照明元件"之间的区别在于光传送元件中的光输出表面 的面积占由反射表面限定的腔的内部表面总面积的不超过2% ;相比之下，照明元件中的光 输出表面的面积占由反射表面限定的腔的内部表面总面积的超过2 %。
[0027] 照明元件还可包括导向膜，该导向膜具有邻近转向膜并背对光输出表面的多个 脊，每个脊平行于纵向轴线并被设置成折射来自转向膜的入射光线，其中穿过光输出表面 离开腔的光线由垂直于光导管横截面的第一平面内的转向膜重新导向，并且由平行于光导 管横截面的第二平面内的导向膜再次重新导向。转向膜、导向膜和多个空隙构造在例如以 下专利中进一步描述：名称为"⑶RVEDLIGHTDUCTEXTRACTION"（弯曲的光导管提取）（代 理人案卷号70224US002,提交于2012年10月30日）的共同未决的美国专利申请序列号 61/720, 124,以及名称为"RECTANGULARLIGHTDUCTEXTRACTION"（矩形光导管提取）（代 理人案卷号70058US002,也提交于2012年10月30日）的61/720, 118,这两个专利的公开 内容全文以引用方式并入本文。
[0028] 镜内衬光导管可以使用任何合适的镜，包括例如金属或金属合金、带金属或金属 合金涂层的膜、有机或无机介电膜叠堆，或它们的组合。在一些情况下，镜内衬光导管仅可 以通过使用诸如3M光学膜（包括诸如Vikuiti?ESR膜的镜膜）的聚合物多层干涉反射器而 得以实现，上述光学膜在光的整个可见光谱上具有大于98%的镜面反射率。已被广泛接受 的是，LED照明可最终取代用于远程照明应用的绝大部分白炽灯、荧光灯、金属卤素灯和钠 蒸汽灯具。其中一个主要推动力是LED与这些其他光源的投影照明效率的对比。利用LED 照明的一些挑战包括（1)降低照明设备发出的最大亮度使其远低于LED发出的亮度（即， 消除炫光）；（2)提升灯具中每个LED光源发出的光在亮度均衡性上的表现（即，提升混色 并降低设备分级要求）；（3)保持LED光源的小的集光率以控制照明设备发出的亮度的角分 布（即，保持定向控制的可能性）；(4)在LED性能快速发展的情况下避免照明设备的迅速 落后（即，有利于LED的更新，而无需更换照明设备）；(5)有利于让不精于光学设计的用户 进行照明设备定制（即，提供模块化构架）；以及（6)管理LED产生的热通量，以便在不增 加额外重量、成本或复杂程度的前提下稳定地实现其既定性能（即，提供有效、低重量和低 成本的热管理）。