带有侧向发光导件的照明装置的制作方法

专利名称：带有侧向发光导件的照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于照明装置的侧向发光导件。
荧光灯通常比白炽灯温度低，但仍然易碎，通常太大而不能插入或放置在带有限间隙的区域内。而且，荧光灯通常不能提供允许更仔细目视检查的聚焦的或至少平行的光能。
在白炽灯照明灯或荧光照明灯不实用的某些场合，可以利用闪光灯提供所需的照明。但是，闪光灯经常太大而不能放置在它们能够照明所需区域的位置上。如果闪光灯小到足以放置在适当的位置，它们经常不能提供足够的光能以提供所需的照明。
利用光纤或其它光导件作为工作照明灯或任务照明灯的许多努力集中在利用端部发光纤维提供相对较小区域的点照明。在要求全面的区域照明的场合，利用一不同的工作照明灯或从光源拆去光导件和单独使用光源提供所需的全面照明。
可以使提供的侧向发光导件成为提供明亮的指向性的光的形式，或者成为提供扩散光的形式。在这两种情况下，从光导件发出的光是较佳地足够明亮，以提供足够的照明用于各种工作。
本发明的光导件较佳地是可弯曲的，以允许插入曲折的通道。光导件也可以具有相对较小的外形，以允许光导件插入小孔，在例如一汽车门、一发动机室、发动机孔口、一件设备的壳体等内提供所需的照明。
光导件还较佳地装备有固体芯子，以提高耐用性。例如当一固体芯子光导件被一车辆等压上、从上行驶过时，该光导件可以例如防止加压损坏。
提供所需的具有可弯曲性和耐用性的光导件较佳地由聚合的合成物制造，这些聚合的合成物基本上是透光的和/或能够传播所需波长(若干波长)的光。
而且，光导件可以包括允许一操作者能将光导件从侧向发光转变为端部发光的部分，以便在一具体区域提供光亮的、较聚焦的照明，从而执行某些任务。当完成时，使用者可以选择再构造该光导件用于侧向发光，提供全面的区域照明。
在成套的形式中，本发明的侧向发光导件能够具有各种侧向角度分布特性，以在所需的区域上提供照明。例如，光从一侧向发光导件的一窄的侧向角分布可以在一较小的区域内提供明亮的光线，用于执行关键的任务。相反，光从一侧向发光导件的一宽广的倾向角度分布可以用于较全面的区域照明，在那里不要求较高的照明度。在某些场合，可以希望提供在光导件的周围的整个360度范围内发光的一侧向发光导件。
按照本发明的一方面，提供包括一光源和沿一纵轴线延伸的一光导件的一照明装置。光导件包括适合与光源连接的一输入端和一发光区，使光线从光源通过光导件，以大致垂直于光导件的纵轴线的一方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出。光源和光导件可转动地连接，使光导件的发光区能够相对光源围绕纵轴线转动。
按照本发明的一方面，提供包括一光源和沿一纵轴线延伸的一光导件的一任务照明灯。光导件包括适合于连接光源的一输入端和一发光区，使光线从光源通过光导件、以大致垂直于光导件的纵轴线的一方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出。光源和光导件可转动地连接，使光导件的发光区能够相对光源围绕纵轴线转动。
按照本发明的一方面，提供包括一源光和沿一纵轴线延伸的一光导件的一工作照明灯。光导件包括适合于连接光源的一输入端和一发光区，使光线从光源通过光导件、以大致垂直于光导件的纵轴线的一方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出。光源和光导件可转动地连接，使光导件的发光区能够相对光源围绕纵轴线转动。
按照本发明的另一方面，提供包括沿一纵轴线延伸的一芯子的一光导件系统。该芯子包括适合于连接一光源的一输入端；和一发光区，使光线通过芯子以大致垂直于纵轴线的一方向从芯子的至少一表面的至少一部分射出。该光导件系统还包括在一封闭位置和一开放位置之间可移动的一遮光罩，在封闭位置遮光罩基本位于全部发光区之上，在开放位置遮光罩基本从所有发光区移出。
按照本发明的另一方面，提供用于一照明装置的一照明工具，该照明装置包括具有沿一纵轴线延伸的一芯子的第一光导件。第一光导件包括适合于与一光源连接的一输入端和一发光区，使光线从光源通过光导件以大致垂直于纵轴线的一方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出。从第一光导件射出的光线具有第一侧向角度分布。该工具还包括一第二光导件，该第二光导件包括沿一纵轴线延伸的一芯子和适合于与一光源连接的一输入端。第二光导件还包括一发光区，使光线从光源通过该光导件以大致垂直于该光导件的纵轴线的一方向从该光导件的至少一表面的至少一部分射出。从第二光导件射出的光线具有第二侧向角度分布。第一侧向角度分布可以是360度，第二侧向角度分布可以小于第一侧向角度分布。并且，第一光导件的横截面外形可以不同于第二光导件的横截面外形。此外，第一光导件的发光区沿纵轴线的长度可以不同于第二光导件的发光区沿其纵轴线的长度。
上述术语“照明装置”指提供带有所需波长、强度和分布特性的光线的装置。照明装置包括任务照明灯和工作照明灯。照明装置可以是手提式的或固定的。
术语“侧向角度分布”指当在大致垂直于光导件的纵轴线的一平面内测量时，光线从其上从光导件发射的角度。
术语“发光区”指通过光源传播的光线从其射出的一光导件的部分。发光区可以沿光导件的整个长度延伸或者它可以仅沿光导件的一部分长度延伸。发光区可以用360度或以下的侧向角度分布发射光线。
术语“光引出(extraction)结构”指设计用于引出通过光导件传播的光线的结构。引出结构的例子包括在光导件表面上的部分、对光导件表面的处理(例如擦伤等)和/或在光导向件表面上反射或者否则将光引出光导件的一种或多种材料。
术语“光导件”指一物品，它在一输入端接受光线和没有显著损失地将光线传播到一输出端或者一引出结构。通常，光导件以全内反射的原理工作，从而在光导件材料和直接围绕光导件的材料、例如空气、包复层等的折射率的差值基础上，在光导件的表面反射通过光导件传播的光线。
术语“基本光学透明”意味着元件不吸收或吸收少量的通过该元件的所需波长的光线。
术语“任务照明灯”涉及设计用于在执行一个任务或多个任务期间照明一个区域或多个区域的一装置。该任务可以由一人或动物执行或它们可以由机器执行(例如通过照相机或其它传感器检查)。任务照明灯可以是手提式的或固定式的。
术语“工作照明灯”涉及设计用于由一人执行一个任务或多个任务期间照明若干区域的一装置。工作灯可以是手提式的或固定式的。
以下通过本发明的各个所示实施例将较完整地叙述本发明的上述这些和其它特征和优点。
图2是沿

图1中的线“2-2”截取的图1的光导件的放大的横截面图。
图3A-3C是可以利用来提供用于本发明的光导件侧向发光的引出结构的若干例子。
图4A-4C是可用于本发明的光导件的若干横截面形状。
图5是按照本发明的一光导件的横截面图。
图6A-6C示出了包括呈可压缩套筒形状的一遮光罩的一光导件。
图1所示的照明装置可以对任何所需用途提供照明。照明装置较佳地可以是一任务照明灯，即在执行一任务或若干任务期间用于照明一区域或若干区域的一灯。该任务可以由一人或动物执行，或者它们可以由机器执行(例如通过照相机或其它传感器检查)。在另一结构中，照明装置可以是一工作照明灯，即在由一人执行一任务或若干任务期间用于照明若干区域的一灯。而且，按照本发明的照明装置可以是手提式或固定式的。
光源10可以通过任何合适的机构提供光。例如，光源10可以是白炽灯、荧光灯、一组发光二极管、高强度放电(HID)灯，或具有所需波长或波长范围的任何其它合适的光源。通常，较佳的光源将发出在可见光波长频谱内的或至少一部分可见光波长频谱内的光能。虽然图1中所示的光源10是由一电池12提供电源，可以理解的是对光源10提供电源的能量可以是交流电、直流电等。
在光源10大于光导件20的横截面直径的场合，也可以需要包含一连接件14，从光源10的较大的横截面尺寸过渡到光导件20的较小的横截面尺寸。
连接件14可以用例如一金属覆盖层的一高反射材料衬里，以有效地将光传递到光导件20。对用于连接件14的内部一金属覆盖层的一可替换的材料是例如叙述在公开的PCT申请WO 95/17303；WO 95/17691；WO 95/17692；WO95/17699和WO 96/19347中的反射的多层光膜的一反射材料。例如叙述在上述PCT申请中反射的多层光膜的例子可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司购得。由于它们能够很好地反射光能进入红外光谱以减少连接件14内的热量增加，因此这些反射膜是特别有用的。
光源10可以包括一风扇或其它冷却装置，以去除在工作期间光源所产生的热能。此外，连接件14可以包括若干冷却翅片15，以从连接件14发散热能。
较佳的是光导件20以这样一方式连接于光源10，即允许光导件20围绕它的纵轴线22转动。较佳的是，光导件20围绕纵轴线的转动也较佳地转动了发光区24。光导件20相对光源10围绕纵轴线22转动的一个优点是可以根据使用者的需要改变从发光区射出的光线的方向以提供在所需区域的照明。
在用一连接件14连接光源10和光导件20的场合，连接件14可以固定于光导件20，在这情况下，光导件20和连接件14两者相对光源10转动。或者，连接件14可以固定于光源10，在这情况下，光导件20相对连接件14和光源10转动。但是，不管实际结构怎样，最终结果是光导件20围绕其纵轴线相对光源10转动。
光导件20是一侧向发光导件，其中沿光导件20的长度传播的光从其一侧表面引出。例如在图1中示出的光导件20的侧向发光导件较佳地包括一发光区24，从该区射出从光导件引出的光。射出的光较佳地大致指向垂直于光导件20的纵轴线22。
图2是沿在图1的发光区24内的线“2-2”剖取的光导件20的横截面图。按照本发明的一个方面，光导件20最佳地是可转动的，从而光导件20的发光区24能够围绕纵轴线22相对光源10转动。
在图2中还示出了侧向角度分布，从光导件20发出的光在这角度方向分布。侧向角度分布较佳地以图2中的角度α代表，对于可相对光源转动的光导件，角度α小于360度。可以甚至更佳的是从光导件20的发光区24射出的光的侧向角度分布是360度或以下，甚至更佳的是180度或以下。
可以用多种方法控制从光导件20射出的光能的侧向角度分布。控制从一光导件发出的光能的侧向角度分布的一个技术表示出在图3A中，其中在光导件120上设置有反光部分126。反光部分126反射越过光导件120的光(即大致垂直于纵轴线122)。反射光通过与部分126相对的光导件120的一侧表面128射出。这种类型的光引出结构是一反向引出结构。某些适当的反射光部分的例子叙述在美国专利5,432,876(Appeldorn等人)、5,659,643(Appeldorn等人)和5,845,038(Lundin等人)中。
图3B示出了在光导件220上的呈一引出条(extraction strip)226形式的另一引出结构。引出条226较佳地干扰了沿光导件220传播的光，并使光的主要部分以大致垂直于纵轴线222的一方向从光导件射出。根据在引出条226中所使用的材料或若干材料的精确成份和性质，当光线射出光导件220时，射出的光线可以通过引出条226。在这结构中，引出条226是向前引出的引出结构的一例。
或者，在引出条中所使用的材料或若干材料的成分和性质可以引起射出光的主要部分从引出条226反射，从而使光线横过光导件220从光导件220的相反侧228射出。在这结构中，引出条226是反向引出结构的一例。
在另一可替换的方式中，引出条226可以是沿光导件220的长度传播的光的向前和向后引出的组合。换句话说，引出条226可以传播一些光线和反射一些光线到光导件220的相反侧228。
可以提供各种结构的引出条226。适合的引出条的例子可以包括施加于光导件表面的颜料、带子、涂层、薄膜等。在引出包含反射的场合，引出条226较佳地包括可反射所需波长或波长的光的材料。
图3C示出了在光导件320上的呈光学粗糙表面326形式的另一引出结构，这光学粗糙表面干扰了通过光导件320传播的光的全内反射。该光学粗糙表面是通过擦伤或其它变形等提供的。该光学粗糙表面可以位于光导件320的芯子和它的包复层之间。或者，按照本发明的光导件也可以依靠一暴露的光学粗糙表面，在那里光导件320位于其中的空气或任何其它介质提供所需的折射率差值，以获得沿光导件320的光滑部分的全内反射。
熟悉本领域的技术人员将会理解除去这里专门叙述的那些引出结构之外的很多种引出结构可以提供从一光导件的侧向发光。而且，也可以改进引出结构，提供沿着光导件的发光区域的长度的均匀引出，对此是可以理解的。这些改进例如可以包括沿光导件的长度的许多反光部分之间的间距的变化、包复的引出结构的包复图形、改变沿光导件的长度的一光学粗糙表面的粗糙度等。
回到图1和2，虽然较佳的是提供基本光学透明材料或若干材料的一固体芯子的形式的光导件20，但光导件可以有各种结构、依靠基本光学透明，这意味着材料发射带有所需波长或若干波长的光的主要部分。
在美国专利5,432,876(Appeldorn等人)和5,845,038(Lundin等人)中叙述了制造某些示范的光导件的材料和方法。
虽然可以从任何合适的基本光学透明的材料或多种材料制造光导件，但是当光导件通过模压制造时，可以希望用聚合材料、较佳地用可固化的聚合材料例如丙烯酸盐制造。在需要有较好弯曲性的场合，可以使用例如尿烷和/或硅酮作材料。用于按照本发明的光导件的某些可固化的聚合材料例如包括聚氨酯，聚氨酯是带有一个或多个多元醇的一个或多个聚异氰酸盐的聚合反应产品。可用于光导件的聚氨酯可较佳地是也呈基本光学透明的热塑性的或热固性的。
除了光学透明之外，本发明的光导件也可以较佳地具有可弯曲性，即沿纵轴线能够弯曲而在光导件传播光的能力方面没有显著副作用。可弯曲性能允许光导件如使用中所要求那样弯曲和/或成形。
回到图1，光导件20的发光区24沿纵轴线22的长度小于光导件20沿纵轴线22的全长。或者，发光区24可以延伸在沿纵轴线22的光导件20的全长上。
图4A-4C示出了可以用于本发明的光导件的多种不同的横截面形状。例如，图4A中的光导件420a具有正方形横截面外形，而图4B中的光导件420b具有三角形横截面外形和图4C中的光导件420c具有大致椭圆横截面外形。示出在图2和4A-4C中的光导件的各种横截面外形仅仅是示范性的，总之决不意味着是对本发明的限制。熟悉本领域的技术人中将会理解用于本发明的光导件可以具有任何合适形状的横截面外形，即圆形、正方形、矩形、三角形、椭圆、多边形、上述一个形状或多个形状的组合等。
图5示出了可用于本发明的另一光导件520的横截面图。光导件520用如图5中角度α所示的、相对纵轴线522的一侧向角度分布从它的一表面发射光线。图5还示出了可用于本发明的光导件的另一特征。该特征是防耀眼护罩540。防耀眼护罩540较佳地防止或减少从甚至在光导件的发光区内的一部分光导件发出的光。防耀眼护罩的用途是防止射出的光(如果直接射向一观察者能够引起耀眼)的模糊或妨碍在光导件520周围工作的人员的视力。防耀眼护罩540较佳地固定于光导件520，并通常较佳地位于光导件的发光区524的相对侧(发光区由射出光的角度分布所决定)。
在许多实施例中，防耀眼护罩可以包括位于光导件上的一单独结构，在其它实施例中，引出结构自身可以设置为所需的防耀眼护罩。例如，反射光学部分(见图3A)或引出条(见图3B)的许多反向引出结构除了执行从光导件引出光线的作用之外起到防耀眼护罩的作用。或者，防耀眼护罩540可以施加在例如反射光学部分的一反向引出结构上，以提供附加的防耀眼保护。
除了在用于本发明的一光导件的芯子内或上使用引出结构之外，照明系统还可以包括控制光分布的遮光罩。在一封闭位置，遮光罩可以位于光导件的全部发光区上，并在一开放位置从全部发光区移去。在使用按照本发明的光导件时，使用遮光罩可以允许一操作者在控制光分布方面有进一步的灵活性。
遮光罩可以用对从光导件的发光区射出的光不透明的材料构成。或者，遮光罩可以用可衰减光线的材料构成，即以某种方式，例如减少它的强度，限制或衰减光通过其传播的材料。在另一些变化形式中，遮光罩的某些部分可以是不透光的，另一些部分可以是衰减光线的，再一些部分可以是基本上光学透明的。
遮光罩可以用任何合适材料构成，例如塑料、织物、金属(例如一金属网)、反射材料、吸收材料等。可以希望遮光罩的内表面是反射的，以便可能再循环在遮光罩之下从光导件射出的光。
遮光罩可以较佳地是可收缩的，以致通过沿光导件的长度收缩遮光罩，能够暴露所需长度的光导件。例如，遮光罩可以类似于风琴的方式收缩。
遮光罩也可以较佳地是可弯曲的，即当光导件弯曲时能够沿光导件的纵轴线弯曲，以与一曲线形状相一致。可以通过利用例如织物、薄膜等自身可弯曲的材料实现这弯曲能力。或者，遮光罩具有以例如鹅颈结构的一系列圆环方式提供所需可弯曲性能的一结构，可以提供所需的弯曲性能。
在一实施例中，遮光罩可以设置成一个套筒或若干套筒的形式，该套筒可以位于用于本发明的光导件之上。随使用者的愿望，该套筒自身可以固定地附着于光导件，或者它们可以可拆卸地装配在光导体之上。在使用之后套筒可以任意处理，也可以起到保护光导件的表面免受碎屑残渣侵害的作用，例如油漆间或其它环境中的过度喷涂。
图6A-6C示出了可用于本发明的一套筒系统的一实施例。图6A示出了一内套筒630延伸在一光导件620的整个长度上。内套筒630包括一窗口632，该窗口较佳地对从光导件620的发光区624射出的光线是基本上光学透明的。可以由光学透明材料设置窗口632，或者该窗口可以为套筒630上的空白部分或多个空白部分。
窗口632较佳地沿光导件620的一长度延伸以及还围绕光导件620的至少一部分周边或圆周延伸。在某些实施例中，窗口632可以沿光导件620的整个长度延伸。在另一些实施例中，窗口632仅沿光导件620的整个长度的一部分延伸。
内套筒630还较佳地包括一遮光罩部分634，遮光罩部分用来限制或不传播从光导件620的发光区射出的光。这样，因为内套筒630的遮光罩634衰减通过光导件620的至少一部分侧表面射出的光，所以它还起到一防耀眼护罩的作用。较佳地是内套筒的遮光罩部分634反射从光导件620射出的光。如果遮光罩部分634反射从光导件620射出的光，至少一部分被反射的光可以射向遮光罩内的窗口632，从而增加光导件620提供的照明。
在图6A和6B中示出了一外套筒636。全部外套筒636较佳地是对从光导件射出的光是不透明的，或者至少提供光的有限传播。在图6B中，外套筒636延伸基本复盖了全部内套筒630以及全部光导件620。在该结构中，仅仅光导件620的端部626较佳地暴露在外。在一些实施例中，光导件620的端部626可以发射沿光导件620的长度传播的光线。如果远端626是可发射光的，那么沿光导件620传播的光将从光导件620的端部626发射。需要在较小区域有较强程度照明的场合，可以利用端部发光照明。
或者，光导件620的端部626可以包括一反射部分，例如薄膜、涂层等，使到达光导件的端部626的光沿着光导件620的纵轴线被反射回去，从而防止端部发光。
在图6A中，从内套筒630的至少一部分向后拉动或移去外套筒636。其结果，内套筒630的窗口632被暴露在外。图6A所示结构的结果是光线将通过内套筒630的窗口632射出，同时内套筒630的遮光罩634将阻挡或减少光从光导件620的至少一部分射出。如以上所讨论的，这遮光罩630也能起到一防耀眼护罩的作用。
图6C示出了另一结构，其中内套筒630和外套筒636从光导件620的至少一部分移出，使光导件620的全部发光区624暴露在外。在这实施例中，发光区624较佳地延伸在光导件620的周边的周围。在要求控制光方向的场合，内套筒630可以延伸在发光区624上，如图6A所示，提供用于通过内套筒630内的窗口632进行侧向发光的方向控制。但是，在图6C所示的结构中，光导件620通过它的周边发光，提供例如全面的区域照明。
对于熟悉本领域的技术人员而言不脱离本发明的范围、本发明的各种修改和变动将是很明显的。因此，应该理解本发明不限于上述若干所示实施例，本发明由所附的权利要求书和它的任何等同物所设定的内容所限定。
权利要求
1.一照明装置，它包括一光源；沿一纵轴线延伸的一光导件，该光导件包括适合与光源连接的一输入端；以及将从光源射出通过光导件的光线以大致垂直于纵轴线的方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出的一发光区；其中，光源和光导件可转动地连接，使该光导件的该发光区相对光源围绕纵轴线可以转动。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，光导件还包括一防耀眼护罩。
3.按照权利要求1的装置，其特征在于，发光区包括从在光导件的一表面上的许多结构部分、一光学粗糙表面和一引出条的一组中选择的一引出结构。
4.按照权利要求1的装置，其特征在于，还包括在一封闭位置和一开放位置之间可移动的一遮光罩，在该封闭位置该遮光罩位于整个发光区之上，在该开放位置该遮光罩从整个发光区移出，其中光导件包括一远端，光导件的该远端发射来自光源通过光导件的光线。
5.一任务照明灯，它包括一光源；沿一纵轴线延伸的一光导件，该光导件包括适合与光源连接的一输入端；以及将从光源射出通过光导件的光线以大致垂直于纵轴线的方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出的一发光区；其中，光源和光导件可转动地连接，使该光导件的该发光区相对光源围绕纵轴线可以转动。
6.一工作照明灯，它包括一光源；沿一纵轴线延伸的一光导件，该光导件包括适合与光源连接的一输入端；以及将从光源射出通过光导件的光线以大致垂直于纵轴线的方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出的一发光区；其中，光源和光导件可转动地连接，使该光导件的该发光区相对光源围绕纵轴线可以转动。
7.一光导系统，它包括一光源；沿一纵轴线延伸的一光导件，该光导件包括适合与光源连接的一输入端；以及将通过芯子的光线以大致垂直于纵轴线的方向从芯子的至少一表面的至少一部分射出的一发光区；以及在一封闭位置和一开放位置之间可移动的一遮光罩，在该封闭位置该遮光罩位于整个发光区之上，在该开放位置该遮光罩移出整个发光区。
8.用于一照明装置的一照明工具，它包括一第一光导件，它包括沿一纵轴线延伸的一芯子；适合与光源连接的一输入端；将从光源射出通过交导件的光线以大致垂直于纵轴线的方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出的一发光区；射出的光具有一第一侧向角度分布；一第二光导件，它包括沿纵轴线延伸的一芯子；将从光源射出通过光导件的光线以大致垂直于纵轴线的方向从光导件的至少一表面的至少一部分射出的发光区，射出的光具有一第二侧向角度分布。
全文摘要
提供侧向光导件(20),并与照明装置(10)、光导件系统和任务照明灯照明工具相连接。侧向发光导件(20)可以提供明亮的指向性光,或者它们提供散射光。侧向发光导件(20)可以弯曲,允许插入曲折通道。光导件(20)可以弯曲,允许插入曲折通道。光导件(20)还可以有相对较小的外形和/或一固体芯子。光导件(620)还可以包括遮光罩(634),它允许操作者将光导件(620)从侧向发光转换成端部(626)发光,以便提供在一特定区域内更明亮的、较聚焦的照明,从而执行某些任务。在完成时,使用者可以选择再构造光导件用于侧向发光,以便提供全面的区域照明。
文档编号F21S2/00GK1348537SQ99816570
公开日2002年5月8日 申请日期1999年10月7日 优先权日1999年4月15日
发明者T·J·里德, D·J·伦丁 申请人:3M创新有限公司