具有光导以及由此的光学元件的洗墙灯的制作方法
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35篇第119条(e)(1)款，本申请要求2014年11月18日提交的美国临时申请号62/081,482和2015年4月21日提交的美国实用申请号14/692,550的权益，所述申请皆以引用的方式并入本文。
本公开总体涉及照明设备，所述照明设备用于通常以轻微掠射的方式照亮近侧目标表面来掠射构型，例如涉及包括基于固态的光导照明装置的洗墙灯或掠射照明设备。
背景技术：
光源用于各种应用中，诸如提供一般照明以及向电子显示器(例如，lcd)提供光。从以往来看，白炽光源已广泛用于一般照明目的。白炽光源通过将灯丝线加热至高温直到它发光来产生光。热灯丝受到填充有惰性气体的或真空的玻璃外壳的保护而免受空气中氧化作用的影响。白炽光源在许多应用中逐渐被其他类型的电灯(诸如荧光灯、紧凑型荧光灯(cfl)、冷阴极荧光灯(ccfl)、高强度放电灯以及诸如发光二级管(led)的固态光源)替代。
技术实现要素：
本公开涉及包括基于固态的光导照明装置的洗墙灯。
通常，本文描述的技术的创新方面可在包括以下方面中的一个或多个的照明装置中实现：
在第一方面中，光成形光学制品包括具有横截面轮廓的固体光学器件，所述固体光学器件包括：输入界面；凸起的输出表面，其与输入界面相对；凹入的第一侧表面，其在输入界面与凸起的输出表面之间延伸；以及第二侧表面，其与从输入界面延伸到凸起的输出表面的凹入的第一侧表面相对。这里，凹入的第一侧表面和凸起的输出表面被成形和布置成使得当固体光学器件在输入界面处接收在横截面轮廓的平面中具有输入角度范围的输入光时，固体光学器件将光引导到输出表面，并在平面中的输出角度范围内从输出表面发射光，其中输出角度范围内的输出光的普遍传播方向相对于输入角度范围内的输入光的普遍传播方向朝向第二侧表面倾斜。此外，固体光学器件具有从横截面轮廓的平面延伸的细长延伸部。
前述和其他实施方案可各自任选地以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，固体光学器件的细长延伸部可垂直于横截面轮廓的平面。
在一些实现方式中，第二侧表面可以是平面的。在一些实现方式中，固体光学器件被配置成使得输出角度范围内的输出光的发散度可小于输入角度范围内的输入光的发散度。在一些实现方式中，固体光学器件被配置成使得输出角度范围内的输出光的普遍传播方向与输入角度范围内的输入光的普遍传播方向之间的相对倾斜角α可在3°至30°的倾斜度范围内。例如，倾斜度范围为10°至20°。
在一些实现方式中，凹入的第一侧表面和第二侧表面相对于彼此进行成形和布置，使得对于输入角度范围的给定发散度，由固体光学器件接收的输入光可直接或通过离开凹入的第一侧表面或第二侧表面的单反射到达凸起的输出表面。在一些实现方式中，凸起的输出表面可包括漫射图案。在一些实现方式中，所公开的光成形光学制品还可包括附接到凸起的输出表面的漫射膜。
在一些实现方式中，固体光学器件可包括塑料材料。在一些实现方式中，凹入的第一侧表面与第二侧表面之间在输入界面处的间隔可小于20mm。例如，间隔小于10mm。在一些实现方式中，输入界面与凸起的输出表面之间的间隔可小于50mm。例如，输入界面与凸起的输出表面之间的间隔小于25mm。
在第二方面中，照明设备模块包括：多个lee，其沿着横向方向分布；光导，其包括相对的第一端和第二端以及一对相对的侧表面，所述侧表面沿着横向方向伸长并且在与横向方向正交的向前方向上从第一端延伸到第二端，光导被配置来在第一端处接收来自lee的光并在向前方向上将接收的光引导到第二端；以及第一方面的光成形光学制品，其在输入界面处与光导的第二端耦合以接收被引导的光作为输入角度范围内的输入光。这里，光导的向前方向对应于输入角度范围内的输入光的普遍传播方向。
前述和其他实施方案可各自任选地以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，所公开的照明设备模块可包括一个或多个光耦合器，所述一个或多个光耦合器被配置来校准由lee发射的光并且将校准的光提供给光导的第一端。在一些实现方式中，lee可以是提供白光的led。在一些实现方式中，光导的侧表面可以是平面的且平行的。在一些实现方式中，光导的侧表面之间在第二端处的间隔可与光成形光学制品的凹入的第一侧表面与第二侧表面之间的在输入界面处的输入间隔相匹配。在一些实现方式中，光导和光成形光学制品的输入界面二者沿着横向方向的长度可都在10cm与1m的范围内。例如，光导在第一端与第二端之间的长度在10-50mm的范围内。
在第三方面中，照明装置包括第二方面的照明设备模块和铰链元件。这里，铰链元件包括：(i)第一铰链部分，其与照明设备模块耦合；(ii)第二铰链部分，其枢转地连接到第一铰链部分并且被配置来形成平行于横向方向的枢轴；以及(iii)枢轴，其被配置来允许光导相对于第二铰链部分在角度方向上以另外的倾斜角θ倾斜，使得输出角度范围内的输出光的普遍传播方向可相对于第二铰链部分以倾斜角和另外的倾斜角之和(α+θ)倾斜。
前述和其他实施方案可各自任选地以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，所公开的照明装置可包括轨道，其沿着横向方向伸长并附接到光导以支撑照明设备模块。这里，第一铰链部分连接到轨道，并且第二铰链部分包括板。在一些实现方式中，铰链元件可沿着横向方向伸长。在一些实现方式中，枢轴被配置来允许另外的倾斜角的连续或离散的变化。
在第四方面中，照明装置包括第二方面的照明设备模块和可调节的取向反射器。这里，可调节的取向反射器包括：(i)反射器支撑件，其与照明设备模块耦合；(ii)反射器元件，其枢转地连接到反射器支撑件并且被配置来形成平行于横向方向的反射器枢轴，其中反射器枢轴邻近光成形光学制品的凹入的第一表面与凸起的输出表面之间的相交处。反射器枢轴被配置来允许将反射器元件摆动到输出光的至少一部分的路径中，并且允许反射器元件相对于光导在与输出角度范围内的输出光的普遍传播方向与输入角度范围内的输入光的普遍传播方向之间的倾斜角α相同的角度方向上以反射器倾斜角
在第五方面中，照明系统包括：至少一个第三方面的照明装置；和底座，照明装置的第二铰链部分连接到所述底座以将照明装置的照明设备模块支撑在天花板的邻近墙壁的凹陷处内。这里，底座平行于墙壁。
前述和其他实施方案可各自任选地以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，所公开的照明系统可包括单个照明装置。在一些实现方式中，所公开的照明系统可包括多个照明装置，所述多个照明装置分布在沿着它们的横向方向的路径上并且以预定的间隔彼此分开。例如，预定的间隔小于每个照明装置的横向尺寸。
在一些实现方式中，所公开的照明系统可包括可调节的取向反射器。这里，可调节的取向反射器包括：反射器支撑件，其与照明设备模块耦合；以及反射器元件，其枢转地连接到反射器支撑件并且被配置来形成平行于横向方向的反射器枢轴。反射器枢轴邻近光成形光学制品的凹入的第一表面与凸起的输出表面之间的相交处，并且反射器枢轴被配置来允许将反射器元件摆动到输出光的至少一部分的路径中，并且允许反射器元件相对于光导在与输出角度范围内的输出光的普遍传播方向与输入角度范围内的输入光的普遍传播方向之间的倾斜角α相同的角度方向上以反射器倾斜角
在第四方面的照明装置的一些实现方式中或在所公开的照明系统的一些实现方式中，反射器元件可具有在5-10cm的范围内的与横向方向正交的尺寸。在第四方面的照明装置或所公开的照明系统的一些实现方式中，反射器元件可以是平板。在第四方面的照明装置的一些实现方式中或在所公开的照明系统的一些实现方式中，反射器元件可涂覆有反射材料。在第四方面的照明装置的一些实现方式中或在所公开的照明系统的一些实现方式中，反射器枢轴可包括用于调节反射器倾斜度的致动器。
在所公开的照明系统的一些实现方式中，底座可包括致动器，所述致动器用于相对于天花板的水平高度可调节地定位光成形光学制品的凸起的输出表面。在这种情况下，反射器元件的一部分可从凹陷处突出到天花板水平高度之下。
本文所描述的技术的一个或多个实现方式的详情将在附图和以下描述中进行阐述。所公开的技术的其他特征、方面和优点将从描述、附图以及权利要求书变得显而易见。
附图说明
图1a-1d示出有待用作洗墙灯的一部分的光成形光学制品的实例的方面。
图2a-2f示出光成形光学制品的实例的结构方面。
图3a-3c示出基于包括光成形光学制品的光导照明设备模块的照明装置的实例的方面。
图4a-4d示出包括来自图3a-3b的照明装置的洗墙灯的实例的方面。
图5a-5c示出基于包括光成形光学制品的光导照明设备模块的照明装置的另一个实例的方面。
图6a-6b示出包括图3a和5a的照明装置的组合的洗墙灯的另一个实例的方面。
图7a-7c示出来自图4a的洗墙灯在图4b的布置中的模拟结果。
图8a-8c、9a-9c、10a-10c和11a-11d示出图6的洗墙灯在图4b的布置中的模拟结果。
图12a-12c、13a-13c和14a-14c分别示出图6的洗墙灯在图4b、4c和4d的布置中的模拟结果。
各种附图中的参考数字和标记指示本公开的具体特征的示例性方面、实现方式。
具体实施方式
本公开涉及用于提供洗墙照明的照明设备。所公开的照明设备可有效地朝向目标表面(例如，朝向墙壁、面板或其他目标表面)引导并分配固态光源发射的光，以均匀地照亮目标表面。目标表面可具有垂直的、水平的或其他布置。关于照明，术语均匀性旨在意指约束目标表面上的由照明设备引起的照度的最大值最小值比率(mmr)。例如，mmr可被约束为低于4:1、3:1或2:1。
公开了一种光成形光学制品，其被配置来提供输出角度范围内的光，所述输出角度范围内的光相对于输入角度范围内的光的普遍传播方向倾斜并且被分配来在预定的mmr内照亮限定的目标表面。如本文所用，提供“角度范围”内的光意指提供在一个或多个普遍方向上传播的光，所述光相对于对应的普遍方向各自具有发散度。在这个上下文中，术语“普遍传播方向”意指传播的光的强度分布的一部分具有最大值所沿的方向。例如，与角度范围相关联的普遍传播方向可以是(角度)强度分布的瓣的取向。(参见例如图1c或3c。)同样在这个上下文中，术语“发散度”意指在其之外，传播的光的强度分布下降到强度分布的最大值的预定义的分数以下的立体角度。例如，与角度范围相关联的发散度可以是强度分布的瓣的宽度。预定义的分数可以是10％、5％、1％或其他值，这取决于照明应用。
所公开的光成形光学制品可用于光导照明设备模块(也被简称为照明设备模块)中，使得输入角度范围内的光由固态光源发射并由光导照明设备模块的光导引导到光成形光学制品的输入孔。在一些情况下，由光成形光学制品输出的光的传播方向可通过将光导照明设备模块并入照明装置中而进一步倾斜，所述照明装置使用被配置来使光导照明设备模块的光导相对于目标表面倾斜的铰链元件。可替代地，可通过将光导照明设备模块并入另一照明装置中来增加输出光的传播方向倾斜程度，所述照明装置使用被布置来使光成形光学制品输出的光相对于目标表面偏转的反射器。包括前述照明装置中任一个或其组合的照明系统可以距目标墙壁的期望的距离凹进天花板中，以作为洗墙灯进行操作。
(i)光成形光学制品
图1a示出光成形光学制品140的框图，所述光成形光学制品140被配置来使得输出角度范围145内的光的普遍传播方向相对于输入角度范围135内的光的普遍传播方向以倾斜角α≠0倾斜。这里，参考系(x,y,z)具有与输入角度范围135内的光的普遍传播方向对齐的z轴。在图1a中示出的实例中，目标表面190也与z轴平行对齐。然而，输入角度范围135内的光的普遍传播方向可以但不是必须平行于目标表面190。
光成形光学制品140由固体透明材料形成(其中n>1)。例如，固体透明材料可以是具有约1.5的折射率的玻璃。作为另一个实例，固体透明材料可以是具有约1.5-1.6的折射率的塑料。
光成形光学制品140包括：输入表面142，具有输入角度范围135的输入光通过所述输入表面142进入到光成形光学制品140中；以及输出表面144，具有输出角度范围145的输出光通过所述输出表面144离开光成形光学制品140。此外，光成形光学制品140具有第一侧表面146和第二侧表面148。第一侧表面146是凹入的，并且输出表面144是凸起的。光成形光学制品140的第二侧表面148可具有负、零或正曲率。另外，凹入的第一侧表面146和凸起的输出表面144被配置成使得输出角度范围145内的光的普遍传播方向相对于输入角度范围135内的光的普遍传播方向以倾斜角α朝向第二侧表面148的倾斜。以这种方式，α是输出角度范围145的普遍传播方向相对于z轴的倾斜度。
图1b示出光成形光学制品140沿x轴伸长。以这种方式，当忽略输出表面处的折射时，输入角度范围135和输出角度范围145可在(z-x)平面中相同。对应于输入表面142的输入界面表示扩展光源。在光成形光学制品140的输入表面142耦合到光导的输出端(如在图3a中所示出的情况下)的实现方式中，输入角度范围135的普遍传播方向可平行于光导。
输入角度范围135在(y-z)平面(垂直于x轴的平面)中的发散度可以是(例如)朗伯分布或较窄分布的发散度。作为另一个实例，输入角度范围135内的光在(y-z)平面中的分布也可具有多于一个最高点。对于固体光导，输入角度范围的发散度通常足够窄，允许所有光通过全内反射(tir)在光导内被引导。根据实现方式，输入角度范围135内的光在(x-z)平面(例如，平行于x轴)中的侧向分布可类似于输入角度范围135内的光在(y-z)平面中的分布来成形。在一些实现方式中，这种侧向分布可具有(例如)带有多个瓣的蝙蝠翼轮廓。输出角度范围145在(x-z)平面中的发散度由输入角度范围135的发散度确定，并且可能受到例如表面144、146和148处的折射率以及表面144、146和148的曲率和布置的影响。
图1c示出光成形光学制品140输出的光在(y-z)平面中的光强度分布101。这里，z轴沿着输入角度范围135内的光的普遍传播方向对齐。光强度分布101的瓣145'表示光成形光学制品140在输出角度范围145中输出的光。瓣145'的平分线对应于输出角度范围145内的光的普遍传播方向。这里，瓣145'的平分线相对于z轴以倾斜角α＝α瓣倾斜，并且α瓣的值约为40°。在其他实现方式中，α瓣的值可以不同，例如约5°、10°、30°或50°。瓣145'的最大值的一半处的宽度对应于输出角度范围145内的光的发散度。这里，瓣145'的最大值的一半处的宽度具有约20°的值。在其他实现方式中，瓣145'的最大值的一半处的宽度的值可约为5°、10°或30°。角度α最小和α最大限定了角度间隔，在所述角度间隔之外，光强度从瓣145'的强度峰值下降到小于5％。
一旦通过光成形光学制品140的设计来指定倾斜角α、输出角度范围145的发散度(例如，光强度分布101的瓣145'的宽度)以及对应的强度分布，那么距离“d”(从光成形光学制品140的凸起的输出表面144的“有效中心”到高度为h的目标表面190)可发生改变以控制目标表面上的照度的均匀性。如上所述，这可被限定为例如在目标表面190的整个高度h上，i最大/i最小小于最大值n：1<i最大/i最小<n。
根据实施方案，参数d、α和输出角度范围145的发散度可确定目标表面190上的地面(z＝0)之上的高度(表示为z光点)，其中例如输出角度范围145的普遍传播方向(以虚线表示)与目标表面190相交。如图7-14所示出的分析中所示，z光点处的相交点可对应于输出光在目标表面190上的最大强度i最大，并且输出角度范围145的外部光线(分别在α最小处和α最大处相对于z轴倾斜)的交点可对应于输出光在目标表面190上的最小强度i最小。
应注意，通常，为了控制输出角度范围145的发散度和普遍传播方向，凹入的第一侧表面146的这样的形状使得所述表面的小元件仅接受来自较窄角度范围内的入射光线(以允许所述表面元件暴露于较少的投射光线，从而在更大程度上控制重定向投射光线)。这可能需要所述表面的较大长度(在向前的方向上，例如，沿着z轴)或较浅入射角(对应于输入角度范围135的较小发散度)。这样，投射到凹入的第一侧表面146上的光直接到达凸起的输出表面144，而不是首先被重定向到第二侧表面148。此外，第二侧表面148被成形和布置成从对应于输入表面142形成的输入界面的扩展源接收相对较少的光。由于这些原因，第二侧表面148在控制输出角度范围145的发散度和普遍传播方向以及对应的强度分布方面起着有限的作用。
以这种方式，可在很大程度上通过(i)凹入的第一侧表面146的光焦度、(ii)凸起的输出表面144的光焦度以及(iii)凸起的输出表面144与z轴和凹入的第一侧表面146中的每一个之间的相对布置的组合来确定输出角度范围145中的光的发散度和传播方向。相应的表面的特定形状可影响强度分布，从而影响目标表面上的照度的均匀度。
图1d示出光成形光学制品140的示例性实现方式的光线图，以说明所述设计依据。在这个实例中，光从输入表面142以较窄的输入角度范围135和沿着z轴的普遍传播方向传播。来自输入表面142的光线以长虚线表示。使用从输入表面142的点发出的光线来指示输入角度范围135的发散度。
在这个实例中，凹入的第一侧表面146、凸起的输出表面144和第二侧表面148以如下方式成形和布置。凹入的第一侧表面146在点p处与凸起的输出表面144相交。在一些实现方式中，从虚线法线与输入表面142的相交点q发出的光线中的最左边的光线与凹入的第一侧表面146在点p处相切；并且第二侧表面148是平面的并且基本上平行于从输入表面142发出的最右边的光线。这里，点q限定输入表面142的作为输入表面142的分数f的第一部分142a，以及输入表面142的作为输入表面142的分数(1-f)的剩余的第二部分142b。例如，f＝10％、20％等。以这种方式，第一部分142a的点贡献光成形光学制品140在第一输出角度范围部分145a内输出的光线。这里，在第一部分142a贡献的光线到达输出表面144之前，由第一部分142a贡献的光线的f/2具有正的y分量(表示为|→>)，并且由第一部分142a贡献的光线的f/2具有负的y分量(表示为|←>)。透射后的对应的折射光的光线的比率可根据输出表面144的形状和布置而有所不同。应注意，由第一部分142a贡献的带有与y轴反平行的分量|←>的f/2光线在没有来自凹入的第一侧表面146的反射的情况下通过凸起的输出表面144离开。
此外，第二部分142b的点贡献光成形光学制品140在第二输出角度范围部分145b内输出的光线。这里，由第二部分142b贡献的光线的(1-f)/2具有正的y分量|→>，并且由第二部分142b贡献的光线的(1-f)/2具有负的y分量|←>并且指向凹入的第一侧表面146。应注意，大部分由第二部分142b贡献的具有负的y分量|←>的(1-f)/2光线反射离开凹入的第一侧表面146，使得反射光线具有正的y分量|→>。此外，具有正的y分量|→>的反射光线在没有来自第二侧表面148的反射的情况下直接到达凸起的输出表面144。以这种方式，在离开凸起的输出表面144时，与第二部分142b贡献的大部分光线的向前的方向(z轴)正交的分量平行于y轴。这样，作为第一输出角度范围部分145a和第二输出角度范围部分145b的总和的输出角度范围145(145＝145a+145b)具有多于带有负的y轴分量|←>的光线(大约f/2)的带有正的y轴分量|→>的光线(大约(1-f)/2)。以这种方式，输出角度范围145内的光的普遍传播方向具有正的y轴分量|→>。
接下来将描述以上公开的光成形光学制品140的示例性实现方式。
光成形光学制品的实例
图2a是光成形光学制品240的实例在(y-z)平面中的横截面。光成形光学制品240由固体材料形成(其中折射率n>1)。例如，材料可以是具有约1.5的折射率的玻璃。作为另一个实例，材料可以是具有约1.5-1.6的折射率的塑料。光成形光学制品240包括输入表面242、输出表面244、第一侧表面246以及第二侧表面248。
输入表面242由在这个实例中在z轴上方表示的第一界面242'(也被称为1st界面)以及在这个实例中在z轴下方表示的第二界面242”(也被称为2nd界面)形成。图2b是1st界面242'在(y-z)平面中的横截面—z轴和y轴具有不同的缩放。表1中给出了对应于1st界面242'的多段线的坐标。
表1
图2c是2nd界面242”在(y-z)平面中的横截面——z轴和y轴同样具有不同的缩放。表2中给出了对应于2nd界面242”的多段线的坐标。
表2
例如，如以下结合图3b所述，光成形光学制品240的输入表面242可结合到光导的输出端。在这种情况下，可在光导的输出端与光成形光学制品240之间设置减反射涂层。如果光成形光学制品240的材料与形成光导的材料不同，那么(例如)可在光导的输出端与光成形光学制品240之间设置折射率匹配层。在其他情况下，光导和光成形光学制品240可一体形成。
图2d是第二侧表面248在(y-z)平面中的横截面。表3中给出了第二侧表面248的部段的坐标——所述部段是直线。
表3
这里，光成形光学制品240的第二侧表面248是平面的，并且在确定输出角度范围145内的光的传播方向相对于z轴的倾斜角α或输出角度范围145的发散度的方面起着很小的作用。在一些实现方式中，第二侧表面248是未涂覆的。在此类情况下，来自输入表面242以相对于相应的表面法线超过临界角θ＝arcsin(1/n)的角度投射在第二侧表面248上的光通过全内反射(tir)反射离开第二侧表面248。在其他实现方式中，第二侧表面248涂覆有反射涂层。在此类情况下，来自输入表面242的到达第二侧表面248的光通过镜面反射或漫反射或其组合反射离开第二侧表面248。
图2e是第一侧表面246在(y-z)平面中的横截面。表4中给出了对应于第一侧表面246的拟合曲线(例如，花键)的节点的坐标。
表4
这里，光成形光学制品240的第一侧表面246是凹入的，并且所述第一侧表面246连同输出表面244在确定输出角度范围145内的光的传播方向相对于z轴的倾斜角α以及输出角度范围145的发散度的方面起着主要的作用。在一些实现方式中，凹入的第一侧表面246是未涂覆的。在此类情况下，来自输入表面242的以超过临界角θ＝arcsin(1/n)的角度投射在凹入的第一侧表面246上的光通过全内反射(tir)反射离开凹入的第一侧表面246。在其他实现方式中，凹入的第一侧表面246涂覆有反射涂层。在此类情况下，来自输入表面242的到达凹入的第一侧表面246的光通过镜面反射或漫反射或其组合反射离开凹入的第一侧表面246。
图2f是输出表面244在(y-z)平面中的横截面。表5中给出了对应于输出表面244的拟合曲线(例如，花键)的节点的坐标。
表5
这里，光成形光学制品240的输出表面244是凸起的，并且所述输出表面244连同凹入的第一侧表面246在确定输出角度范围145内的光的传播方向相对于z轴的倾斜角α以及输出角度范围145的发散度的方面起着主要的作用。在一些实现方式中，凸起的输出表面244是未涂覆的。在其他实现方式中，可在凸起的输出表面244上设置减反射涂层，使得(直接从输入表面242或者在反射离开凹入的第一侧表面246或第二侧表面248之后)到达凸起的输出表面244的光可以最小的背向反射进行传输。在其他实现方式中，凸起的输出表面244涂覆有漫射涂层(例如，brightviewmpr05tm)。在此类情况下，(直接从输入表面242或者在反射离开凹入的第一侧表面246或第二侧表面248之后)到达凹入的第一侧表面246、到达凸起的输出表面244的来自输入表面242的光可在传输通过凸起的输出表面244时发生漫射。
如下结合图3a或5a所述,光成形光学制品140或240可用于光导照明设备模块中，使得输入角度范围135内的光由固态光源提供并由光导照明设备模块的光导分别引导到光成形光学制品140或240的输入表面142或242。如下所述，在一些情况下，当光成形光学制品140或240输出的光的普遍传播方向(例如，以倾斜角α规定)倾斜得不充分从而无法均匀地照亮目标表面190(例如，墙壁的特定部分)时，可通过将光导照明设备模块并入各种照明装置中来进一步增加输出光的普遍传播方向倾斜程度。
(ii)基于具有光成形光学制品的光导照明设备模块的照明装置
图3a是基于包括光成形光学制品340的光导照明设备模块302的照明装置300的实例的框图。光成形光学制品340可被实现为例如结合图1a或2a描述的光成形光学制品140或240。
光导照明设备模块302还包括基板305、一个或多个发光元件(lee)310以及光导330。光导330沿着长度d(例如，沿着图3a中所示的笛卡尔参考系的z轴)引导由lee310提供的光。任选地，光导照明设备模块302还包括一个或多个光耦合器320，使得光导330在其输入端处通过光耦合器320耦合到lee，并且在其输出端处耦合到光成形光学制品340。
照明装置300包括例如包括铰链元件350的枢转系统。铰链元件350被配置来允许使光导照明设备模块302的光导330相对于轴z以倾斜角θ≠0倾斜。
通常，lee(也被称为光发射器)是激活时在电磁波谱的来自可视区域、红外区域区和/或紫外区域的一个或多个区域中发射辐射的装置。lee的激活可例如通过将电势差施加在lee的部件上或使电流通过lee的部件来实现。lee可具有单色的、准单色的、多色的或者宽带光谱的发射特征。lee的实例包括半导体、有机、聚合物/聚合发光二级管、其他单色、准单色或其他发光元件。在一些实现方式中，lee是发射辐射的特定装置(例如，led管芯)。在其他实现方式中，lee包括发射辐射的特定装置(例如，led管芯)连同壳体或封装件的组合，在所述壳体或封装件中放置了一个或多个特定装置。lee的实例还包括激光器，并且更具体地包括半导体激光器，诸如垂直腔面发射激光器(vcsel)和边缘发射激光器。lee的另外的实例包括超发光二极管和其他超发光装置。
在操作期间，lee310在第一角度范围115内提供光。此类光可具有相对于一个或多个lee310的光轴(例如，z轴)的朗伯分布。光导330可由固体透明材料制成。例如，材料可以是具有约1.5的折射率的玻璃。作为另一个实例，材料可以是具有约1.5-1.6的折射率的塑料。这里，光导330被布置来在光导330的一端处接收由lee310提供的光，并且在向前的方向上(例如，沿着z轴)将接收的光从光导330的接收端引导到相对端。这里，例如，光导330的接收端与其相对端之间的距离d可以是5、10、20、50或100cm。(i)在接收端处由光导330接收的光的角度范围和(ii)光导330的数值孔径的组合被配置成使得通过反射离开光导330的光导侧表面将所接收的光从接收端引导到相对端。根据实现方式，这种反射的至少一部分(如果不是全部)是通过全内反射(tir)进行的。在一些实现方式中，光导330的这样的数值孔径使得lee310提供的角度范围115中的全部的光可在光导330的接收端处直接注入到光导330中。
在一些实现方式中，如图3b中所示，照明装置300包括例如具有一个或多个光耦合器320的光导照明设备模块302。在此类情况下，一个或多个光耦合器320接收来自lee310的在第一角度范围115内的光，并且在向前的方向上将所接收的光校准在第二角度范围125内。一个或多个光耦合器320被成形用于通过全内反射、镜面反射或两者将第一角度范围115转换成第二角度范围125。此外，一个或多个光耦合器320可包括用于将光从一个或多个光耦合器320中的每一个的输入端传播到输出端的固体透明材料。这里，第二角度范围125的发散度小于第一角度范围115的发散度。这样，第二角度范围125的发散度被选定，使得耦合器320提供的角度范围125中的全部的光可在光导330的接收端处注入到光导330中。
现参照图3a-3b，一个或多个光导侧表面可以是平面的、弯曲的或以其他方式成形的。光导侧表面可以是平行的或非平行的。在具有非平行光导侧表面的实施方案中，在光导330的相对端处的被引导的光的第三角度范围135不同于在接收端处接收的光的角度范围115(当光导330直接从lee310接收光时)或角度范围125(当光导330从耦合器320接收光时)。这里，光导侧表面可以是光学平滑的，以允许被引导的光通过tir在光导330内向前(例如，在z轴的正方向上)传播。在这种情况下，光导侧表面相对于z轴和彼此成形并布置，使得被引导的光以大于临界角的入射角在从光导330的输入端到输出端的整个距离d的范围内投射到光导侧表面上。在具有平行光导侧表面的实施方案中，无论光导330是实心的还是中空的，在光导330的相对端处的被引导的光的第三角度范围135具有与在接收端处接收的光的角度范围115(当光导330直接从lee310接收光时)或角度范围125(当光导330直接从耦合器320接收光时)至少基本上相同的发散度。
另外，光导330的长度d(沿着z轴)、光导330的宽度l(沿着x轴)以及光导330的厚度t(沿着y轴)被设计来使由离散的lee310发射的(沿着x轴分布的)光随着它被从光导330的接收端引导到相对端而均匀化。以这种方式，所发射的光随着其被引导通过光导330而实现的均匀化导致第一角度范围115(当光导330直接从lee310接收光时)或第二角度范围125(当光导330从耦合器320接收光时)的沿着x轴的离散曲线改变成第三角度范围135的沿着x轴的连续曲线，其中离散曲线部分或完全模糊。
这里，第三角度范围135内的的光表示光成形光学制品340的输入光，并且具有沿着z轴的普遍传播方向。类似于光成形光学制品140或240，光成形光学制品340由固体透明材料制成。例如，材料可以是具有约1.5的折射率的玻璃。作为另一个实例，材料可以是具有约1.5-1.6的折射率的塑料。光成形光学制品340具有耦合到光导330的输出端以接收被引导的光的输入表面342。与光导330的输出边缘相邻的光成形光学制品340的输入表面342光耦合到输出边缘。例如，光成形光学制品340可使用折射率匹配流体、油脂或粘合剂来附连到光导330。在一些实现方式中，光成形光学制品340熔接到光导330或者它们由单块材料一体形成。
此外，光成形光学制品340包括凸起的输出表面344、凹入的第一侧表面346以及第二侧表面348。如上结合图1a-1d和图2a-2f所述，光成形光学制品340的(i)凹入的第一侧表面346的光焦度、(ii)凸起的输出表面344的光焦度以及(iii)凸起的输出表面344与光导方向(这里是z轴)和凹入的第一侧表面346中的每一个之间的相对布置的组合确定输出角度范围145内的光的发散度以及输出角度范围145内的光的普遍传播方向相对于第三角度范围135内的光的普遍传播方向的倾斜角α。
以这种方式，光导照明设备模块302的一个或多个光耦合器320、光导330和光成形光学制品340被布置和配置来在光输出到周围环境中之前将lee310发射的光从lee平移开并重定向。光的产生位置(也被称为物理(光)源)与(从光导照明设备模块302提取光的)凸起的输出表面344(也被称为虚拟光源或虚拟灯丝)的空间分离可有利于光导照明设备模块302的设计。以这种方式，虚拟灯丝可被配置来提供相对于平行于光导照明设备模块302的光轴(例如z轴)的平面基本上各向异性的光发射。相比之下，典型的白炽灯丝通常发射基本上各向同性的分布量的光。虚拟灯丝可被视作是似乎发出大量光的一个或多个空间部分。此外，将具有其预定的光学、热学、电学以及机械限制的lee310与光提取位置分离可促进光导照明设备模块302的更大程度的设计自由度，并且允许延长的光学路径，这可允许在将光从光导照明设备模块302输出之前进行预定水平的光混合。
在图3a中所示的实例中，照明装置300的铰链元件350包括第一铰在图3a中所示的实例中，照明装置300的铰链元件350包括第一铰链部分352，所述第一铰链部分352与光导照明设备模块302的光导330的一个侧表面联接，所述侧表面在光导的与光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346相同的一侧上。铰链元件350还包括连接到第一铰链部分352的第二铰链部分354。第一铰链部分352和第二铰链部分354在枢轴355处连接在一起，所述枢轴355与第三角度范围135内的光的普遍传播方向(这里是z轴)和输出角度范围145内的光的普遍传播方向正交。在一些实现方式中，枢轴355可包括用于以δθ＝0.1°、0.5°或1°的增量调整倾斜角θ的角位移致动器。在一些实现方式中，铰链元件350可被配置为摩擦铰链并且提供连续的弹性枢轴。
以这种方式，枢轴355被配置来使光导330相对于第二铰链部分354以另外的倾斜角θ(这里,在与倾斜角α相反的角度方向上)可调节地倾斜。这样，输出角度范围145内的输出光的普遍传播方向相对于第二铰链部分354以倾斜角和另外的倾斜角之和(α+θ)倾斜。在围绕笛卡尔坐标系(x,y,z)的x轴旋转的笛卡尔坐标系(x,y',z')中，输出角度范围145内的输出光的普遍传播方向与第二铰链部分354之间的倾斜角等于倾斜角与另外的倾斜角之和(α+θ)。
在图3b中所示的实例中，照明装置300还包括布置和配置来支撑导光导照明设备模块302的轨道360。这里，轨道360在(y,z)平面中具有u形轮廓并且沿着x轴伸长。轨道360的平行于(x,y)平面的表面邻近光导照明设备模块302的基板305设置，并且轨道360的平行于(x,z)平面的表面沿着光导330的长度d的顶部部分联接到光导330的侧表面。例如，顶部部分可以是10％、30％或50％的d。
此外，在图3b中所示的实例中，铰链元件350的第一铰链部分352包括板。这里，第一铰链部分352附接到轨道360的平行于(x,z)平面的一个表面，所述表面在光导330的与光成形光学制品340的凹入的侧表面346相同的一侧上。此外，铰链元件350的第二铰链部分354包括板。铰链元件350的第一和第二铰链部分352、354的相应的板在枢轴355处彼此可旋转地联接。此外，在图3b中所示的实例中，照明装置300通过将第二铰链部分354附接到底座370而联接到平行于(x,z')平面的底座370。以这种方式，铰链元件350使第三角度范围135内的被引导的光的普遍传播方向相对于底座370以倾斜角θ倾斜，并且光成形光学制品340使第三角度范围135内的被引导的光的已经倾斜的普遍传播方向相对于光导330以倾斜角α倾斜。作为累积效应，照明装置300在输出角度范围145内输出具有相对于底座370以累积角度θ+α倾斜的普遍传播方向的光。
图3c示出照明装置300输出的光在(y'-z')平面中的光强度分布101'。应注意，(平行于第二铰链部分354的)z'轴围绕x轴相对于(平行于光导330的)z轴进行旋转。在一些实现方式中，z'轴可沿着目标表面190(例如,沿着墙壁)对齐。光强度分布101'的瓣145'表示照明装置300在输出角度范围145中输出的光。瓣145’的平分线对应于输出角度范围145内的光的普遍传播方向。这里，瓣145'的平分线相对于z'轴以倾斜角α+θ≈45°倾斜。例如，θ≈5°表示由枢轴355引起的第三角度范围135内的被引导的光的普遍传播方向相对于z'轴的倾斜度，并且α≈40°表示由光成形光学制品340引起的输出角度范围145内的输出光的普遍传播方向相对于z轴的倾斜度。有用的倾斜角α+θ可取决于照明应用。瓣145'的最大值的一半处的宽度对应于输出角度范围145内的光的发散度。这里，瓣145'的最大值的一半处的宽度具有约20°的值。
包括照明装置300的照明系统可以距目标墙壁的期望的距离凹进天花板中，以作为例如洗墙灯、墙壁掠射灯或其他照明器材进行操作。
(iii)基于具有光导照明设备模块和铰链元件的照明装置的洗墙灯
图4a是基于一个或多个照明装置的照明系统400的实例的框图，每个照明装置包括光导照明设备模块302和铰链元件350。在这个实例中，照明装置被实现为如上结合图3a-3b所述的照明装置300。照明系统400还包括壳体494。壳体494可被配置来以距目标表面490(距墙壁、面板和/或彼此相距)的预定距离(例如，沿着y'轴)支撑一个或多个照明装置。在图4a中所示的实例中，照明系统400的壳体494凹进天花板492内。此外，在这个实例中，天花板492和墙壁490分别正交和平行于z'轴。照明系统400还包括将照明装置附接到壳体494的底座470。在这个实例中，底座470沿着z'轴与墙壁490平行对齐。
照明系统400的每个照明装置包括支撑光导照明设备模块302的轨道360。光导照明设备模块302包括光导330和光成形光学制品340。这里，光成形光学制品340被实现为如上结合图2a-2f所述的光成形光学制品240。铰链元件350的第一铰链部分附接到轨道360的平行于光导330的表面，并且所述表面在光导330的与光成形光学制品340的第一凹面表面相同的一侧上。铰链元件350的第二铰链部分附接到底座470。铰链元件350的枢轴355使光导330(其平行于z轴)相对于z'轴以倾斜角θ进行取向。光成形光学制品340进一步使由光导330以(相对于z轴的)另外的倾斜角α引导的光以相对于z'轴的总倾斜角θ+α倾斜。以这种方式，由照明系统400输出的光的普遍传播方向(由虚线表示)相对于z'轴以角度θ+α倾斜。
光导照明设备模块302和铰链元件350以及壳体494沿着x轴伸长。壳体494的位置可相对于墙壁490发生变化。以这种方式，光成形光学制品340的输出表面与墙壁490之间沿着y'轴的距离为d'。
此外，在这个实例中，可使用调节元件i/o来调节底座470沿着壳体494的侧表面的位置，使得光成形光学制品340的输出表面以相对于天花板492的水平高度的期望距离凹进壳体494内。调节元件i/o可包括用于以δz＝0.1cm、0.5cm或1cm的增量调节距天花板492的水平高度的距离z'的线位移致动器。
图4b示出照明系统400的布置(i)在(x,y')平面中的视图。在布置(i)中，照明系统400包括通过底座470附接到壳体494的侧表面的单个照明装置。在这个实例中，照明装置的光导照明设备模块302的宽度l(沿着x轴)约为60cm。应注意，在图4b中，沿着x轴和沿着y'轴的相应的长度尺度是不同的。诸如壳体和照明装置的部件的尺寸可能甚至在相同方向上相对于彼此未能按比例绘制和/或有所扩大。
图4c示出照明系统400的布置(ii)在(x,y')平面中的视图。在布置(ii)中，照明系统400包括通过底座470附接到单个壳体494的侧表面的三个照明装置。可替代地，每个照明装置可具有其自己的壳体(未示出)。这里，每个照明装置的光导照明设备模块302的宽度l(沿着x轴)约为60cm，并且相邻的照明装置的光导照明设备模块302之间的间隔δ约为60cm。应注意，在图4c中，沿着x轴和沿着y'轴的相应的长度尺度是不同的。
图4d示出照明系统400的布置(iii)在(x,y')平面中的视图。在布置(iii)中，照明系统400包括通过底座470附接到单个壳体494的侧表面的五个照明装置。这里，每个照明装置的光导照明设备模块302的宽度l(沿着x轴)约为60cm，并且相邻的照明装置的光导照明设备模块302之间不存在间隔δ：δ＝0。应注意，在图4d中，沿着x轴和沿着y'轴的相应的长度尺度是不同的。
以上已描述了照明装置300和照明系统400，所述照明装置300和照明系统400使用光导照明设备模块302结合铰链元件350，以当普遍传播方向倾斜得不充分从而无法均匀地照亮目标表面190(例如，墙壁的特定部分)时，进一步增加光导照明设备模块302输出的光的普遍传播方向倾斜程度。以下将描述进一步增加光导照明设备模块302输出的光的普遍传播方向倾斜程度的其他方式。
(iv)基于具有光成形光学制品的光导照明设备模块的另一个照明装置
图5a和5b示出基于包括光成形光学制品340的光导照明设备模块302的另一个照明装置500的实例的方面。光成形光学制品340可被实现为例如结合图1a或2a描述的光成形光学制品140或240。
光导照明设备模块302还包括基板305、一个或多个发光元件(lee)310以及光导330。光导330沿着长度d引导由lee310提供的光。任选地，光导照明设备模块302还包括一个或多个光耦合器320，使得光导330在其输入端处耦合到光耦合器320，并且在其输出端处耦合到光成形光学制品340。已结合图3a-3b详细描述了光导照明设备模块302的这些部件以及它们各自的和组合的功能。如上所述，(i)光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346的光焦度、(ii)光成形光学制品340的凸起的输出表面344的光焦度以及(iii)凸起的输出表面344与光导方向(这里是z轴)和凹入的第一侧表面346中的每一个之间的相对布置的组合确定输出角度范围145内的光的发散度以及输出角度范围145内的光的普遍传播方向相对于第三角度范围135内的被引导的光的普遍传播方向的倾斜角α。
除了光导照明设备模块302之外，照明装置500包括可调节的取向反射器580，所述可调节的取向反射器580被布置和配置来以另外的角度
在图5a和5b中所示的实例中，可调节的取向反射器580包括反射器支撑件582和反射器元件584。在这个实例中，反射器支撑件582设置在光导330的一个侧表面附近。反射器支撑件582定位在光导的与光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346相同的一侧上。反射器支撑件582和反射器元件584在枢轴585处连接在一起，所述枢轴585与第三角度范围135内的被引导的光的普遍传播方向(这里是z轴)和输出角度范围145内的输出光的普遍传播方向正交。反射器支撑件582、反射器元件584和枢轴585沿着x轴在光导照明设备模块302的宽度l上延伸。
枢轴585可相对于邻近凹入的第一侧表面346和凸起的输出表面344的相交处的光成形光学制品340来进行布置。在一些实现方式中，枢轴585可包括用于(例如)以
在一些实现方式中，反射器元件584包括板，所述板例如具有跨光导照明设备模块302的沿着x轴的宽度l的宽度以及5cm、10cm或15cm的长度。在一些情况下，反射器元件584是平坦的。在其他情况下，反射器元件584可以是凹入的或凸起的。此外，反射器元件584可由反射金属(例如,al、ag等)形成或涂覆有反射金属(例如,al、ag等)。在其他情况下，反射器元件584可涂覆有反射介电层。这样，反射器元件584可被配置来反射95％或更多的由光成形光学制品340输出的入射到反射器元件584上的光。另外，反射器元件584可被配置来镜面反射入射光。此外，反射器元件584可被配置来漫反射入射光。在后一种情况下，漫射图案可印在反射器元件584上或反射器元件584内。可替代地，漫射图案可被提供为沉积在反射器元件584上的膜。关于入射到反射器元件584上的光的漫射程度可限制于从其反射的光的预定角度范围。
在图5a中所示的实例中，反射器支撑件582附接到光导330的一个侧表面的底部部分，所述一个测表面在光导的与光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346相同的一侧上。在图5b中所示的实例中，反射器支撑件582可例如附接到光导330或光成形光学制品340的侧表面或相对的端面(平行于y-z平面)。以下将描述另外的附接配置。反射器支撑件可在光导330和/或光成形元件340的底部部分上延伸，所述底部部分可例如覆盖10％、30％或50％的d。反射器支撑件582和反射器元件584在枢轴585处可旋转地彼此联接，所述枢轴585定位在光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346和凸起的输出表面344的相交处附近。
此外，在图5b中所示的实例中，照明装置500包括布置和配置来支撑光导照明设备模块302的轨道560。这里，轨道560在(y,z)平面中具有u形轮廓并且沿着x轴伸长。轨道560的平行于(x,y)平面的表面邻近光导照明设备模块302的基板305设置，并且轨道360的平行于(x,z)平面的表面沿着光导330的长度d的顶部部分联接到光导330的侧表面。例如，顶部部分可以是10％、30％或50％的d。在一些实现方式中，轨道560的(在光导330的与光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346相同的一侧上的)一个表面可在光导的大于相对的轨道表面的部分上延伸。前者被称为延伸的轨道表面562。在一些情况下，延伸的轨道表面562可在光导330的整个长度d和光成形光学制品340的凹入的第一侧表面346的整个长度上延伸。在此类情况下，延伸的轨道表面562用作反射器支撑件582：这里，枢轴585可放置在延伸的轨道表面562的端部处，并且反射器元件584可在枢轴585处连接到延伸的轨道表面562。以下将结合图6a描述这种情况。
图5c示出照明装置500输出的光在(y-z)平面中的光强度分布101”。应注意，z轴平行于光导330。在一些实现方式中，z轴可沿着目标表面190(例如,沿着墙壁)对齐。光强度分布101”的瓣145'表示照明装置500在改变的输出角度范围145'中输出的光。瓣145’的平分线对应于改变的输出角度范围145'内的光的普遍传播方向。这里，瓣145'的平分线相对于z轴以倾斜角
包括照明装置500的照明系统可以距目标墙壁的期望的距离凹进天花板中，以作为洗墙灯进行操作。此外，如下所述，照明装置500可与照明装置300组合成洗墙灯。
(v)基于具有光导照明设备模块、铰链元件和可调节的取向反射器的照明装置的洗墙灯
图6a是基于一个或多个照明装置的照明系统600的实例的框图，每个照明装置包括光导照明设备模块302、铰链元件350和可调节的取向反射器580。在这个实例中，照明装置被实现为以上结合图3a-3b所述的照明装置300以及以上结合图5a-5b所述的照明装置500的组合。照明系统600还包括壳体494，所述壳体494用于以距目标表面490(例如，墙壁、面板等)的预定距离(例如，沿着y'轴)支撑照明装置。在图6a中所示的实例中，照明系统600的壳体494凹进天花板492内。此外，在这个实例中，天花板492和墙壁490分别正交和平行于z'轴。照明系统600还包括将照明装置附接到器材494的底座470。在这个实例中，底座470沿着z'轴与墙壁490平行对齐。此外，照明系统600可以以上结合图4b-4d所述的布置(i)、(ii)或(iii)中的任一个来进行布置。
照明系统600的每个照明装置包括支撑光导照明设备模块302的轨道560。轨道还可例如延伸穿过多个照明装置。光导照明设备模块302包括光导330和光成形光学制品340。这里，光成形光学制品340可例如被实现为如上结合图2a-2f所述的光成形光学制品240。在图6a中所示的实例中，轨道560具有延伸的轨道表面562，所述延伸的轨道表面562可在光导330的整个长度和光成形光学制品340的凹入的第一侧表面的整个长度上延伸。铰链元件350的第一铰链部分附接到延伸的轨道表面562。铰链元件350的第二铰链部分附接到底座470。铰链元件350的枢轴355使光导330(其平行于z轴)相对于z'轴以倾斜角θ进行取向。这里，延伸的轨道表面562还用作可调节的取向反射器580的反射器支撑件。以这种方式，可调节的取向反射器580的枢轴585定位在延伸的轨道表面562的远端处，所述远端处邻近光成形光学制品340的凹入的第一侧表面和凸起的输出表面的相交处。枢轴585使可调节的取向反射器580的反射器元件584相对于光导330(其平行于z轴)以角度
以这种方式，光成形光学制品340使以(相对于z轴的)另外的倾斜角α引导的光(其相对于z'轴以倾斜角θ倾斜)相对于由光成形光学制品340输出的光的普遍传播方向的z'轴以总倾斜角θ+α倾斜。此外，反射器元件584(其相对于z轴以角度
光导照明设备模块302、铰链元件350、可调节的取向反射器580以及壳体494沿着x轴伸长。壳体494的位置可相对于墙壁490发生变化。以这种方式，光成形光学制品340的输出表面与墙壁490之间沿着y'轴的距离为d'。
此外，可使用调节元件i/o来调节底座470沿着壳体494的侧表面的位置，使得反射器元件584相对于天花板492的水平高度完全凹入壳体494内，或者部分突出在天花板492的水平高度之下。例如，反射器元件584的长度的一半可突出在天花板492的水平高度之下。调节元件i/o可包括用于以δz＝0.1cm、0.5cm或1cm的增量调节距天花板492的水平高度的距离z'的线位移致动器。在照明系统600的一些实现方式中，其中反射器元件584相对于天花板492的水平高度完全凹入壳体494内，壳体494的开口可用透明盖(甚至用天花板492)进行覆盖，以保护照明系统的部件免受灰尘和/或其他空气传播的碎屑的影响。
图6b示出照明系统600输出的光在(y'-z')平面中的光强度分布101”'。应注意，z'轴平行于底座470，并且光导330相对于z'轴以倾斜角θ倾斜。在一些实现方式中，z'轴可沿着目标表面190(例如,沿着墙壁)对齐。光强度分布101”'的瓣145'表示照明系统600在改变的输出角度范围145'中输出的光。瓣145’的平分线对应于改变的输出角度范围145'内的光的普遍传播方向。这里，瓣145'的平分线相对于z轴以倾斜角
已制造了照明装置300和500以及照明系统400和600的样本，并且已进行了实验来评估它们各自的性能。以下总结了这些实验中的一些。
(vi)实验结果
对应于照明系统400和照明系统600的洗墙灯用于照亮高度为h＝10'的墙壁。照明系统400和600的壳体494被放置在距墙壁不同的距离处：d'＝12”、18”和24”。这些距离也被称为退让距离。此外，分别在如图4b、4c和4d中所示的布置(i)、(ii)和(iii)中的每一个中评估照明系统400和600的性能。
照明系统400和600中使用的光导照明设备模块302的lee310被实现为luxeonzled：3500k、110lm/w。光成形光学制品340的凸起的输出表面344覆盖有漫射膜，所述漫射膜被实现为brightviewmpr05tm。光导照明设备模块302沿着x轴的宽度为l＝60cm。
使用带有2百万条光线的lumileds光源文件来模拟照明系统400和600的性能。此外，假设使用20％的朗伯式散射离开壳体494下面的(在墙壁190前面的)地板。
放置在退让距离d'＝12”处的照明系统400和600的实验结果总结在表6中。
表6
应注意，如果壳体放置在退让距离d'＝12”处，那么当光导照明设备模块302的光导330相对于目标墙壁表面以倾斜角θ＝7°倾斜时，照明系统400和600被优化来提供具有最佳均匀性的洗墙照明。
放置在退让距离d'＝18”处的照明系统400和600的实验结果总结在表7中。
表7
应注意，如果壳体放置在退让距离d'＝18”处，那么当光导照明设备模块302的光导330相对于目标墙壁表面以倾斜角θ＝10°倾斜时，照明系统400和600被优化来提供具有最佳均匀性的洗墙照明。
放置在退让距离d'＝24”处的照明系统400和600的实验结果总结在表8中。
表8
应注意，如果壳体放置在退让距离d'＝24”处，那么当光导照明设备模块302的光导330相对于目标墙壁表面以倾斜角θ＝14°倾斜时，照明系统400和600被优化来提供具有最佳均匀性的洗墙照明。
据观察，当使用相同的布置(i)时，照明系统600(具有可调节的取向反射器580)提供了与照明系统400(不具有可调节的取向反射器580)类似的洗墙照明均匀性。然而，照明系统600提供了优于照明系统400的靠近天花板的填充效果。
以上实验总结显示，对于照明系统400和600二者，不考虑退让距离和/或布置(i)、(ii)或(iii)，可通过调节光导照明设备模块302的光导330相对于目标墙壁表面的倾斜度θ来实现优于6:1的均匀性。此外，对于照明系统400和600二者，已针对退让距离和/或布置(i)、(ii)或(iii)的各种组合实现了大于90％的效率。
以下将描述所述实验的更详细的结果。
照明系统400的实验结果
图7a/7b/7c示出当光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝7°倾斜时由布置(i)中的照明系统400照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图702-a/702-b/702-c。图7a/7b/7c还示出表示墙壁的通过照明系统400的中心的照度的垂直变化的z'轴横截面704-a/704-b/704-c，以及表示墙壁的一半高度处的照度的水平变化的x轴横截面706-a/706-b/706-c。
在图7a中所示的实例中，退让距离为d'＝12”。这里，(照明系统400的壳体494下面的)在墙壁前面的地板上的光强度约为1300lm，并且照度的垂直变化对应于6:1的均匀性。在图7b中所示的实例中，退让距离为d'＝18”。这里，地板上的光强度约为1750lm，并且照度的垂直变化对应于5:1的均匀性。在图7c中所示的实例中，退让距离为d'＝24”。这里，地板上的光强度约为2250lm，并且照度的垂直变化对应于5:1的均匀性。
前述实验结果指示当光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝7°倾斜时由布置(i)中的照明系统400提供的垂直均匀性。如果期望进一步增加接近天花板的照度水平，那么可使用具有可调节的取向反射器的照明系统。
照明系统600的实验结果
图8a/8b/8c示出当光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝7°倾斜时由布置(i)中的照明系统600照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图802-a/802-b/802-c。这里，可调节的取向反射器580的反射器元件584的至少一部分突出在壳体494的外部，处于天花板的水平高度之下。图8a/8b/8c还示出表示墙壁的照度的垂直变化的z'轴横截面804-a/804-b/804-c，以及表示墙壁的照度的水平变化的x轴横截面806-a/806-b/806-c。
图9a/9b/9c示出与图8a/8b/8c相关联的一个构型相同的构型中的照明系统600照亮的10'墙壁前面的地板的照度(x,y')轮廓图812-a/812-b/812-c。图9a/9b/9c还示出表示正交于墙壁的照度的变化的y'轴横截面814-a/814-b/814-c，以及表示平行于墙壁的照度的变化的x轴横截面816-a/816-b/816-c。这里，y'＝0对应于与照明系统600的光成形光学制品340的凸起的输出表面相交的垂直平面。这样，在坐标系x-y'中，墙壁在照度(x,y')轮廓图812-a中位于y'＝d'＝-12”(或-310mm)处，在照度(x,y')轮廓图812-b中位于y'＝d'＝-18”(或-450mm)处，并且在照度(x,y')轮廓图812-c中位于y'＝d'＝-24”(或-620mm)处。
在图8a和9a中所示的实例中，退让距离为d'＝12”。这里，地板上的光强度约为1150lm，并且照度的垂直变化对应于5:1的均匀性。在图8b和9b中所示的实例中，退让距离为d'＝18”。这里，地板上的光强度约为1600lm，并且照度的垂直变化对应于3:1的均匀性。在图8c和9c中所示的实例中，退让距离为d'＝24”。这里，地板上的光强度约为2050lm，并且照度的垂直变化对应于2:1的均匀性。
上述实验结果指示，反射器元件584有利地将地板上的光强度降低大约250lm，并且相对于照明系统400提高了照明系统600的天花板附近的照度。此外，反射器元件584截断了光成形光学制品340的视域，并因此有利地导致照明系统600相对于照明系统400的眩光减少。还应注意，照明系统600的这种构型致使地板照度从墙壁(沿着y'轴)逐渐减弱，使得对于y'≥0(在照明系统600的光成形光学制品340的下方并逐渐远离墙壁)，存在很低的照度。
图10a/10b/10c示出当光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝10°倾斜时由布置(i)中的照明系统600照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图1002-a/1002-b/1002-c。这里，可调节的取向反射器580的反射器元件584的至少一部分突出在壳体494的外部，处于天花板的水平高度之下。图10a/10b/10c还示出表示墙壁的照度的垂直变化的z'轴横截面1004-a/1004-b/1004-c，以及表示墙壁的照度的水平变化的x轴横截面1006-a/1006-b/1006-c。
在图10a中所示的实例中，退让距离为d'＝12”。这里，(照明系统600的壳体494下面的)在墙壁前面的地板上的光强度约为750lm，并且照度的垂直变化对应于10:1的均匀性。在图10b中所示的实例中，退让距离为d'＝18”。这里，地板上的光强度约为1100lm，并且照度的垂直变化对应于3:1的均匀性。在图10c中所示的实例中，退让距离为d'＝24”。这里，地板上的光强度约为1550lm，并且照度的垂直变化对应于2:1的均匀性。
图11a/11b/11c/11d示出当光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝14°倾斜时由布置(i)中的照明系统600照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图1102-a/1102-b/1102-c/1102-d。在与图11a-11c相关联的构型中，可调节的取向反射器580的反射器元件584的至少一部分突出在壳体494的外部，处于天花板的水平高度之下。在与图11d相关联的另一个构型中，可调节的取向反射器580的整个反射器元件584包含在壳体494的内部，处于天花板的水平高度之上。图11a/11b/11c/11d还示出表示墙壁的照度的垂直变化的z'轴横截面1104-a/1104-b/1104-c/1104-d，以及表示墙壁的照度的水平变化的x轴横截面1106-a/1106-b/1106-c/1106-d。
在图11a中所示的实例中，退让距离为d'＝12”，并且反射器元件584突出在天花板水平高度之下。这里，(照明系统600的壳体494下面的)在墙壁前面的地板上的光强度约为350lm，并且照度的垂直变化对应于大于10:1的均匀性。在图11b中所示的实例中，退让距离为d'＝18”，并且反射器元件584突出在天花板水平高度之下。这里，地板上的光强度约为600lm，并且照度的垂直变化对应于8:1的均匀性。在图11c中所示的实例中，退让距离为d'＝24”，并且反射器元件584突出在天花板水平高度之下。这里，地板上的光强度约为900lm，并且照度的垂直变化对应于3:1的均匀性。在图11d中所示的实例中，退让距离为d'＝24”，并且反射器元件584完全凹入在天花板水平高度之上。这里，相对于对应于与图11c相关联的照明系统600的构型的光强度，地板上的光强度有显著不同。此外，照度沿着z'轴的均匀性与对应于与图11c相关联的照明系统600的构型的均匀性类似。
这样，当需要时，照明系统600可用作某一构型中的洗墙灯，对于所述构型，反射器元件584在不牺牲墙壁的照度的均匀性的情况下完全凹入在天花板水平高度之上。
图12a/12b/12c示出当退让距离为d'＝12”时由照明系统600照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图1202-a/1202-b/1202-c，在所述照明系统600中光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝7°倾斜。这里，可调节的取向反射器580的反射器元件584的至少一部分突出在壳体494的外部，处于天花板的水平高度之下。图12a/12b/12c还示出表示墙壁的通过照明系统的中心的照度的垂直变化的z'轴横截面1204-a/1204-b/1204-c，以及表示墙壁的一半高度处的照度的水平变化的x轴横截面1206-a/1206-b/1206-c。
在图12a中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(i)中。这里，照度的垂直变化对应于5:1的均匀性。在图12b中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(ii)中。这里，照度的垂直变化对应于4:1的均匀性。在图12c中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(iii)中。这里，照度的垂直变化对应于4:1的均匀性。
图13a/13b/13c示出当退让距离为d'＝18”时由照明系统600照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图1302-a/1302-b/1302-c，在所述照明系统600中光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝7°倾斜。这里，可调节的取向反射器580的反射器元件584的至少一部分突出在壳体494的外部，处于天花板的水平高度之下。图13a/13b/13c还示出表示墙壁的通过照明系统的中心的照度的垂直变化的z'轴横截面1304-a/1304-b/1304-c，以及表示墙壁的一半高度处的照度的水平变化的x轴横截面1306-a/1306-b/1306-c。
在图13a中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(i)中。这里，照度的垂直变化对应于3:1的均匀性。在图13b中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(ii)中。这里，照度的垂直变化对应于2:1的均匀性。在图13c中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(iii)中。这里，照度的垂直变化对应于2:1的均匀性。
图14a/14b/14c示出当退让距离为d'＝24”时由照明系统600照亮的10'墙壁的照度(x,z')轮廓图1402-a/1402-b/1402-c，在所述照明系统600中光导照明设备模块302的光导330相对于墙壁以倾斜角θ＝7°倾斜。这里，可调节的取向反射器580的反射器元件584的至少一部分突出在壳体494的外部，处于天花板的水平高度之下。图14a/14b/14c还示出表示墙壁的通过照明系统的中心的照度的垂直变化的z'轴横截面1404-a/1404-b/1404-c，以及表示墙壁的一半高度处的照度的水平变化的x轴横截面1406-a/1406-b/1406-c。
在图14a中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(i)中。这里，照度的垂直变化对应于3:1的均匀性。在图14b中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(ii)中。这里，照度的垂直变化对应于3:1的均匀性。在图14c中所示的实例中，照明系统600被配置在布置(iii)中。这里，照度的垂直变化对应于2:1的均匀性。
以下将描述照明装置300和500中使用的光导照明设备模块的一些部件。
(vii)光导照明设备模块的部件
再次参照图3a-3b，光导照明设备模块302包括具有沿着基板305的第一表面分布的多个lee310的基板305。具有lee310的基板305设置在光导330的第一(例如，上部)边缘处。平行于y-z平面的穿过光导照明设备模块302的部段被称为光导照明设备模块的“横截面”或“横截面平面”。另外，光导照明设备模块302沿着x方向延伸，因此这个方向被称为光导照明设备模块的“纵向”方向。光导照明设备模块302的实现方式可具有平行于x-z平面的对称平面，其可弯曲或以其他方式成形。这被称为照明设备模块的“对称平面”。
多个lee310设置在基板305的第一表面上。例如，多个lee310可包括多个白色led。在图3b中所示的实例中，lee310与一个或多个光耦合器320光耦合。光成形光学制品340设置在光导330的第二(例如，下部)边缘处。
基板305、光导330和光成形光学制品340沿着x方向延伸长度l，使得光导照明设备模块302是具有l的伸长的细长照明设备模块，其可大致平行于房间的墙壁(例如，房间的天花板)。通常，l可根据需要发生变化。通常，l是在约1cm至约200cm的范围内(例如，20cm或更多、30cm或更多、40cm或更多、50cm或更多、60cm或更多、70cm或更多、80cm或更多、100cm或更多、125cm或更多或者150cm或更多)。
基板305上的lee310的数目通常将特别取决于长度l，其中更多个lee用于更长的照明设备模块。在一些实现方式中，多个lee310可包括10个与1,000个之间的lee(例如，约50个lee、约100个lee、约200个lee、约500个lee)。通常，lee的密度(例如，每单位长度的lee的数目)还将取决于lee的标称功率以及照明设备模块所需的照度。例如，相对较高密度的lee可用于需要高照度或使用低功率lee的应用中。在一些实现方式中，光导照明设备模块302沿着其长度具有每厘米0.1lee或更多(例如，每厘米0.2或更多、每厘米0.5或更多、每厘米1或更多、每厘米2或更多)的lee密度。lee的密度还可基于期望量的由多个lee发射的光的混合。在实现方式中，lee可沿着光导照明设备模块302的长度l均匀地间隔开。在一些实现方式中，散热器可附接至基板305以提取由多个lee310散发的热量。散热器可设置在基板305的与基板305的一侧相对的表面上，所述一侧上设置有lee310。光导照明设备模块302可包括一种或多种类型的lee，例如，一个或多个lee的子集，其中每个子集可具有不同的颜色或色温。
光耦合器320包括一个或多个透明光学材料(例如，玻璃材料或透明塑料(诸如聚碳酸酯或丙烯酸))的固定块，其具有被定位来朝向光导330反射来自lee310的光的侧表面。通常，侧表面被成形来收集并且至少部分地校准从lee发射的光。在y-z横截面平面中，侧表面可以是笔直的或弯曲的。弯曲表面的实例包括具有恒定曲率半径、抛物线或双曲线形状的表面。在一些实现方式中，侧表面涂覆有高反射材料(例如，反射金属(诸如铝或银))以提供高反射光学界面。光耦合器320的横截面轮廓沿着光导照明设备模块302的长度l可以是均匀的。可替代地，横截面轮廓可发生变化。例如，侧表面可弯曲离开y-z平面。根据照明应用，来自x-z平面内输出光的眩光的减轻可能是重要的。这样，光耦合器320可被配置来提供具有x-z平面的相应的光焦度。
邻近光导的上部边缘的光耦合器320的出射孔隙光耦合到边缘，以有利于将来自光耦合器320的光有效地耦合到光导330中。例如，可使用与形成光耦合器320或光导330或两者的材料的折射率基本匹配(例如，跨界面的折射率相差2％或更少)的材料来附接固体耦合器和固体光导的表面。光耦合器320可使用折射率匹配流体、油脂或粘合剂来附连到光导330。在一些实现方式中，光耦合器320熔接到光导330，或者它们由单块材料一体形成(例如，耦合器和光导可以是整体式的并且可由固体透明光学材料制成)。
光导330可由可与形成光耦合器320的材料相同或不同的一块透明材料(例如，玻璃材料(诸如bk7、熔融石英或石英玻璃)或透明塑料(诸如聚碳酸酯或丙烯酸)形成。光导330在x方向上延伸长度l，其在y方向上具有均匀的厚度t并在z方向上具有均匀的深度d。尺寸d和t通常基于光导的期望光学特性(例如，支持何种空间模式)和/或直接/间接强度分布来选择。在操作期间，从(具有角度范围125的)光耦合器320耦合到光导330中的光通过tir反射离开光导的平面表面，并在光导内进行空间混合。该混合可有助于在光导的远端部分处、在光成形光学制品340处沿着y轴实现照度和/或颜色均匀性。光导330的深度d可被选择来在光导的出射孔隙处实现充分的均匀性。在一些实现方式中，d是在约1cm至约20cm的范围内(例如，2cm或更多、4cm或更多、6cm或更多、8cm或更多、10cm或更多或者12cm或更多)。
通常，光耦合器320被设计来限制进入光导330的光的角度范围(例如，在+/-40度内)，以使得至少大量的光(例如，95％或更多的光)光耦合到光导330中在平面表面处经历tir的空间模式中。光导330可具有均匀的厚度t，所述厚度t是将光导的两个平面相对表面分隔开的距离。通常，t是足够大的，因此光导在第一(例如，上部)表面处具有足够大的孔隙，以近似匹配(或超过)光耦合器320的出射孔隙。在一些实现方式中，t是在约0.05cm至约2cm的范围内(例如，约0.1cm或更多、约0.2cm或更多、约0.5cm或更多、约0.8cm或更多、约1cm或更多、约1.5cm或更多)。根据实现方式，光导越窄，它就可更好地对光进行空间混合。窄的光导还提供窄的出射孔隙。由于从光导发射的此类光可被视作与从一维线性光源发射的光类似，因此也被称为细长虚拟灯丝。
虽然光耦合器320和光导330是由透明光学材料的固体块形成，但中空结构也是可能的。例如，光耦合器320或光导330或两者可以是中空的，具有反射内表面，而不是实心的。这样，可降低材料成本并且减轻光导中的吸收。许多镜面反射材料可适用于这种目的，包括诸如3mvikuititm或来自alanodcorporation的miroivtm片材的材料，其中大于90％的入射光可被有效地引导到光提取器。
以上结合图1a-1d和2a-2f详细描述了光导照明设备模块302的光成形光学制品。
前述附图和随附描述说明了用于照明的示例性方法、系统和设备。应理解，这些方法、系统和设备仅出于说明目的，并且所述或类似技术可在任何适当的时间执行，包括同时执行、单独执行或组合地执行。另外，这些过程中的许多步骤可同时发生、并存发生和/或以与所示出顺序不同的顺序发生。此外，只要方法/设备保持适当，所述方法/设备可使用附加的步骤/部件，更少的步骤/部件和/或不同的步骤/部件。
换句话说，尽管已根据特定方面或实现方式描述了本公开，但是对于本领域技术人员来说，这些方面或实现方式的普遍相关联的方法、改变和排列将是显而易见的。因此，以上对示例性实现方式的描述并不限定或限制本公开。在以下权利要求书中描述了另外的实现方式。
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