远程照明光管道的制作方法
【专利说明】远程照明光管道
【背景技术】
[0001] 可见光的传输可以使用反射镜内衬管道或利用全内反射的较小实心纤维。反射镜 内衬管道包括如下优点:横截面积大且数值孔径大(允许较大通量，而聚集较少），稳固且透 光的传播介质（即空气），从而使得衰减较低且寿命较长，并且传输的每单位光通量重量可 能较低。
[0002] 在一些应用中，例如当箱体内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，光源在箱体内部的物理布局会变得不利。反射镜内衬管道能够 使远程生成的光传输到内部环境。
【发明内容】
[0003] 本公开描述了管道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 曲部分的横截面和远程光源。递送和分布系统（即，光管道、重新分布板和光管道提取器)可 以与任何光源一起有效地发挥作用，该光源能够递送光，该光基本上围绕光管道的纵向轴 线准直并且在光管道的入口上也基本上均匀。在一个方面，本公开提供了一种包括中空光 管道的照明元件，该中空光管道具有纵向轴线、相反的第一端部和第二端部、光输出区域和 带曲边的横截面。中空光管道的内部表面包括邻近光输出区域的光透射区域，从靠近第一 端部的第一位置到靠近第二端部的第二位置，光透射区域沿垂直于纵向轴线的方向对向输 出角。照明元件还包括重新分布板，该重新分布板垂直于纵向轴线设置并且邻近相反的第 一端部和第二端部中的至少一者;和邻近光输出区域设置的转向表面，该转向表面具有平 行的脊状微观结构，每个脊状微观结构具有邻近中空光管道的内部的顶点，其中穿过中空 光管道传播的与光透射区域相交的光线离开中空光管道，并由转向表面在垂直于平行脊状 微观结构的转向平面内重定向。
[0004] 在另一方面，本公开提供箱体，其包括内部空间、设置在内部空间中的照明元件和 设置在内部空间外部的第一光源。照明元件包括中空光管道，该中空光管道具有纵向轴线、 相反的第一端部和第二端部、光输出区域和带曲边的横截面。中空光管道的内部表面包括 邻近光输出区域的光透射区域;重新分布板，该重新分布板垂直于纵向轴线设置并邻近相 反的第一端部和第二端部中的至少一者;和邻近光输出区域设置的转向表面。转向表面包 括平行脊状微观结构，每个平行脊状微观结构具有邻近中空光管道的内部表面的顶点。光 透射区域沿垂直于纵向轴线的方向对向输出角，该输出角从靠近第一端部的第一位置到靠 近第二端部的第二位置变化，并且转向表面包括平行脊状微观结构，每个平行脊状微观结 构具有邻近中空光管道内部表面的顶点。第一光源邻近第一端部，该第一光源能够在纵向 轴线的准直半角内将第一光线射入中空光管道中，其中穿过中空光管道传播的与光透射区 域相交的光线离开中空光管道，并由转向表面在垂直于平行脊状微观结构的转向平面内重 定向。
[0005] 在又一方面，本公开提供冷藏箱体，其包括内部空间；可见光透明查看口；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。照明元件包括中空光管道，其 具有纵向轴线、相反的第一端部和第二端部、光输出区域和带曲边的横截面；中空光管道的 内部表面包括邻近光输出区域的光透射区域，该光透射区域沿垂直于纵向轴线的方向对向 输出角，该输出角从靠近第一端部的第一位置到靠近第二端部的第二位置变化;重新分布 板，该重新分布板垂直于纵向轴线设置并邻近相反的第一端部和第二端部中的至少一者； 和邻近光输出区域设置的转向表面，该转向表面包括平行脊状微观结构，每个平行脊状微 观结构具有邻近中空光管道的内部表面的顶点。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线射入中空光管道中，其中穿过中空光管道传播的与光透射区域相 交的光线离开中空光管道，并由转向表面在垂直于平行脊状微观结构的转向平面内重定 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-1C示出了照明元件的示意透视图；
[0009]图2A示出了照明元件的示意分解透视图；
[00?0]图2B示出了照明元件的示意透视图；
[0011]图3A-3D示出了照明元件的剖视示意性实施例；
[0012]图4A示出了远程照明光管道的示意性剖视纵视图；
[0013]图4B-4D示出了图4A的不同横截面的示意图；
[0014]图4E示出了远程照明光管道的入口部分的示意性剖视纵视图；
[0015]图4F示出了穿过重新分布板的光的透视示意图；
[0016]图5示出了照明元件的剖视示意性实施例;并且 [0017]图6示出了箱体的透视示意图。
[0018] 这些附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号指示类似的部件。然而，应当理 解，在给定附图中使用标号指示部件并非旨在限制另一附图中用相同标号标记的部件。
【具体实施方式】
[0019] 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，例如:对光 源和/或维护光源的人员产生不利影响，例如在受热空间、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 期望的进入的进入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且快速地接近的位 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阻隔物、通过距离或通过两者的组合 实现。
[0020] 本公开描述了管道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 曲部分的横截面和一个光源。递送和分布系统（即，光管道、重新分布板和光管道提取器)可 以与任何光源一起有效地发挥作用，该光源能够递送光，该光基本上围绕光管道的纵向轴 线准直并且在光管道的入口上也基本上均匀。类似的递送和分布系统已在例如在2013年4 月10日提交的名称为"REMOTE ILLUMINATION LIGHT DUCT"（远程照明光管道）的美国专利 申请61/810，294(代理人案卷号72398US002)中有所描述。
[0021] 在以下说明中参考附图，这些附图构成本说明的一部分，并且其中通过举例说明 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【具体实施方式】不应被视为具有限制意义。
[0022] 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特性而变化。
[0023]除非内容明确指定，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"涵盖了具有多个指代对象的实施例。除非上下文另外清楚指明，否则如本说明 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。
[0024] 若在本文中使用空间相关的术语，包括但不限于"下部"、"上部"、"下面"、"下方"、 "上方"、和"在顶部"，则用于方便描述一个或多个元件相对于另一个元件的空间关系。除了 图中示出的或本文所述的具体取向外，此类空间相关术语涵盖装置在使用或操作时的不同 取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转过来或翻过来，那么然后先前描述的在其他元件 下方或下面的部分就在那些其他元件上方。
[0025] 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"、"联接到"或"接触"另一元件、部件或层，其意 为直接在...上，直接连接到，直接联接到或直接接触，或例如居间的元件、部件或层可能在 特定元件、部件或层上，或连接到、联接到或接触特定元件、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"、"直接与另一元件联接"或"直接与 另一元件接触"时，则没有居间的元件、部件或层。
[0026] 在一个方面，本公开提供了光传输元件和包括光管道的照明元件，该光管道具有 纵向轴线、垂直于纵向轴线的光管道横截面、限定腔的反射内部表面、以及外部表面。照明 元件还包括垂直于纵向轴线设置以用于混合和均化输入光的重新分布板;设置在反射内部 表面中的空隙，该反射内部表面限定光输出表面，由此光可以离开腔；以及邻近光输出表面 设置并在腔的外部的转向膜，该转向膜具有平行棱镜微观结构，每个平行棱镜微观结构具 有邻近光管道的光输出表面的顶点。
[0027] 反射内部表面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 个特征尺寸比管道横截面的最小尺寸小至少四倍;一个或多个空隙，其尺寸大于管道横截 面的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;或者包括每种中的至少一 种的组合。
[0028] 下文中"光传输元件"和"照明元件"之间的区别在于光传输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%。
[0029]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，其中穿过光输出表面离 开腔的光线由转向膜在垂直于光管道横截面的第一平面内重定向，并且由导向膜在平行于 光管道横截面的第二平面内进一步重定向。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"CURVED LIGHT DUCT EXTRACTION"（弯曲光管道提取）的PCT公布 W02014/070495和名称为 "RECTANGULAR LIGHT DUCT EXTRACTION"（矩形光管道提取）的PCT 公布W02014/070498,这两个专利的公开内容全文以引用方式并入本文。
[0030] 反射镜内衬光管道可以使用任何合适的反射镜，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，反射镜内 衬光管道可以唯一地通过使用诸如3M光学膜(包括诸如Vikuiti?ESR膜的镜膜)的聚合物多 层干涉反射器来实现，上述光学膜跨光的可见光谱具有大于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相比于这些其他源的投影照明效率。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(例如，消 除炫光）；（2)提升照明设备中的每一个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，而无需更换灯具）；（5)有利于使光学设计并不在行的用户进 行照明设备定制（即，提供模块化构架）；以及(6)管理LED生成的热通量，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）。
[0031] 当与准直LED光源耦合时，本文所述的管道式光分布系统能够通过以下方式解决 挑战（1)_