提供直接和间接照明的照明系统的制作方法_2

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第一表面上的一个或多个直接LEE212a、一个或多个直接主光学器件220a (例如直接光耦合器)、任选的直接光导230a和直接辅助光学器件240a (例如直接光提取器)。直接LEE 212a在操作期间发射在关于其光轴的第一直接角范围115a内的光,光轴可与托台210的第一表面的法线(例如反平行于z轴)重合。例如,由直接LEE 212a发射的光的第一直接角范围115a的发散度可以是围绕直接LEE 212a的光轴的150° -180°。这可与例如具有30°的全宽半最大值的照明图案相应。直接主光学器件220a从直接LEE 212a接收在第一直接角范围115a内的光。每个直接主光学器件220a配置成将在第一直接角范围115a内接收的光重定向到具有第二直接角范围125a的光内,并将它定向到直接光导230a的第一端内。例如,由直接主光学器件220a提供的光的第二直接角范围125a的发散度可以在大约40到大约80°之间。当直接光导230a不是直接照明部分201a的部分时,直接主光学器件220a朝着直接辅助光学器件240a重定向具有第二直接角范围125a的光。直接光导230a可将光引导到远离直接LEE 212a的直接光导230a的远端。直接光导230a在远端处在第三直接角范围135a内提供所引导的光。在一些实现中,直接光导230a可被成形为引导在第二直接角范围125a内的从直接主光学器件220a接收的光并在直接光导230a的输出端处提供在实质上相同的第二直接角范围(直接角范围135a ~直接角范围125a)中的所引导的光。直接辅助光学器件240a接收离开直接光导230a的端部的具有第三直接角范围135a的光,或当直接光导230a不是直接照明部分201a的部分时,直接辅助光学器件240a接收由直接主光学器件220a提供的具有第二直接角范围125a的光。直接辅助光学器件240a包括反射光的反射界面,该光离开具有一个或多个直接输出角范围142a、142a’的直接照明部分201a(由箭头指示)。直接辅助光学器件240a的反射界面包括两个光反射表面。如下面关于图3A-3G描述的,直接输出角范围142a、142a’ (在其处,光离开直接辅助光学器件240a)可取决于直接辅助光学器件240a的特性(例如,光学界面的几何形状和形成直接辅助光学器件240a的材料的光学特性)。
[0040](ii1-b)照明设备的间接照明部分
[0041]间接照明部分201b包括布置在托台210的第二表面上的一个或多个间接LEE212b、一个或多个间接主光学器件220b (例如间接光耦合器)、任选的间接光导230b和间接辅助光学器件240b (例如间接光提取器)。间接LEE 212b在操作期间发射在关于其光轴的第一间接角范围115b内的光,光轴可与托台210的第二表面的法线(例如反平行于z轴)重合。例如,由间接LEE 212b发射的光的第一间接角范围115b的发散度可以是围绕间接LEE 212b的光轴的150° -180°。这可与例如具有30°的全宽半最大值的照明图案相应。间接主光学器件220b从间接LEE 212b接收在第一间接角范围115b内的光。每个间接主光学器件220b配置成将在第一间接角范围115b内接收的光重定向到具有第二间接角范围125b的光内,并将它定向到间接光导230b的第一端内。例如,由间接主光学器件220b提供的光的第二间接角范围125b的发散度可以在大约40到大约80°之间。当间接光导230b不是间接照明部分201b的部分时,间接主光学器件220b朝着间接辅助光学器件240b重定向具有第二间接角范围125b的光。间接光导230b可将光引导到远离间接LEE 212b的间接光导230b的远端。间接光导230b在远端处在第三间接角范围135b内提供所引导的光。在一些实现中,间接光导230b可被成形为引导在第二间接角范围125b内的从间接主光学器件220b接收的光并在间接光导230b的输出端处提供在实质上相同的第二间接角范围(间接角范围135b ~间接角范围125b)中的所引导的光。间接辅助光学器件240b接收离开间接光导230b的端部的具有第三间接角范围135b的光,或当间接光导230b不是间接照明部分201b的部分时,间接辅助光学器件240b接收由间接主光学器件220b提供的具有第二间接角范围125b的光。间接辅助光学器件240b包括反射光的反射界面,该光离开具有一个或多个间接输出角范围142b、142b’的间接照明部分201b (由箭头指示)。间接辅助光学器件240b的反射界面包括两个光反射表面。如下面关于图3A-3G描述的,间接输出角范围142b、142b’ (在其处,光离开间接辅助光学器件240b)可取决于间接辅助光学器件240b的特性(例如,光学界面的几何形状和形成间接辅助光学器件240b的材料的光学特性)。
[0042](iv)在照明设备的右侧和左侧上提供的直接和/或间接照明
[0043]照明设备200可配置成允许用户相互依赖地以及独立地给直接LEE 212a和间接LEE 212b供电,且因此相应地控制直接和间接照明。例如,当直接LEE 212a和间接LEE212b都被通电时,图1B所不的强度分布141相应于由照明设备200输出的强度分布。参考图1B,光强分布141的波瓣142-DR和142-DL表示由照明设备200输出到照明设备200的x-z横截面的右侧和左侧的直接光,并相应于相应的直接角范围142a和142a’。光强分布141的波瓣142-1R和142-1L表示由照明设备150输出到照明设备150的χ-z横截面的右侦_左侧的间接光,并相应于相应的间接角范围142b和142b’。
[0044]图2B不出照明设备200的光强分布的两个实例。注意,与一般远场极坐标图表不相反,所示波瓣的强度分布的中心偏移以与例如图4A所示的直接角范围142a和142a’和间接角范围142b和142b’的抽象原点相应。光强分布的第一实例141-D相应于具有通电的直接LEE 212a和断电(或相对于直接LEE 212a变暗)的间接LEE 212b的照明设备200。在这个第一实例中,光强分布141-D的波瓣142-DR和142-DL表示由照明设备200输出到照明设备200的x-z横截面的右侧和左侧的直接光,并相应于相应的直接角范围142a和142a’。光强分布的第二实例141-1相应于具有通电的间接LEE 212b和断电(或相对于间接LEE 212b变暗)的直接LEE 212a的照明设备200。在这个第二实例中,光强分布141-1的波瓣142-1R和142-1L表示由照明设备200输出到照明设备200的χ-z横截面的右侧和左侧的间接光,并相应于相应的间接角范围142b和142b’。
[0045](V)照明器具模块
[0046]图3A示出可用于实现照明设备200的细长实现的直接照明部分201a或间接照明部分201b或直接和间接照明部分201a、201b的照明器具模块301的例子。
[0047]在图3A中为了参考而示出笛卡尔坐标系。照明器具模块301包括托台310,其具有沿着托台的第一表面310a分布的多个直接或间接LEE 312。具有LEE 312的托台310布置在光导330的第一(例如上)边缘331处。作为简略形式,正z方向在本文被称为“正向”方向,而负z方向是“反向”方向。穿过照明设备的平行于x-z平面的截面被称为照明器具模块的“横截面”或“横截平面”。此外,照明器具模块301沿着y方向延伸,所以这个方向被称为照明器具模块的“纵向”方向。最后,照明器具模块的实现可具有平行于y_z平面的对称平面。这被称为照明器具模块的“对称平面”。
[0048]多个LEE 312布置在托台的第一表面310a上,虽然在图3A中只示出多个LEE 312之一。例如,多个LEE 312可包括多个白色LED。光提取器340布置在光导330的第二边缘(例如下)边缘332处。LEE 312与一个或多个光耦合器320 (其中只有一个在图3A中示出)f禹合。
[0049]托台310、光导330和光提取器340沿着y方向延伸长度L,使得照明器具模块是可大约平行于房间的墙壁(例如房间的天花板)的具有L的延长部分的细长照明器具模块。通常,L可随意改变。一般,L在从大约Icm到大约300cm的范围内(例如20cm或更大、30cm或更大、40cm或更大、50cm或更大、60cm或更大、70cm或更大、80cm或更大、10cm或更大、125cm或更大、150cm或更大)。
[0050]在托台310上的LEE 312的数量通常特别取决于长度L,其中较多的LEE用于较长的照明器具模块。在一些实现中,多个LEE 312可包括10和1,000之间的LEE(例如大约50个LEE、大约100个LEE、大约300个LEE、大约500个LEE)。通常,LEE的密度(例如每单位长度LEE的数量)也取决于LEE的标称功率和从照明器具模块期望的照度。例如,可在高照度被期望或低功率LEE被使用的应用中使用LEE的相对高的密度。照明器具模块301具有沿着其长度的每厘米0.1LEE或更大(例如每厘米0.2或更大、每厘米0.5或更大、每厘米I或更大、每厘米2或更大)的LEE密度。在实现中,LEE可沿着照明器具模块的长度L均匀地间隔开。在一些实现中,热沉305可附到托台310以提取由多个LEE 312发出的热。热沉305可布置在托台310的表面上,该表面与LEE 312被布置于的托台310的侧面310a相对。
[0051]光耦合器320包括透明光学材料(例如玻璃材料或透明有机塑料例如聚碳酸酯或丙烯酸)的一个或多个固体块,其具有定位成朝着光导330从LEE 312反射光的表面321和322。通常,表面321和322成形为收集和至少部分地准直从LEE发射的光。在χ-z横截平面中,表面321和322可以是直的或弯曲的。弯曲表面的例子包括具有恒定曲率半径的、抛物面或双曲面形状的表面。在一些实现中,表面321和322被涂覆有高反射性材料(例如反射性金属,例如铝或银)以提供高反射性光学表面。光耦合器320的横截面分布沿着照明器具模块301的长度L可以是均匀的。可选地,横截面分布可改变。例如,表面321和/或322可从x-z平面弯曲。
[0052]相邻于光导331的上边缘的光耦合器320的表面可选地耦合到边缘331。换句话说,使用实质上与形成光耦合器320或光导330或这两者的材料的折射率匹配的材料来连接界面的表面。例如,光耦合器320可使用匹配流体、油脂或粘合剂的折射率固定到光导330。在一些实现中,光耦合器320熔合到光导330或它们由单块材料在内部形成(例如,耦合器和光导可以是单块的,并可由固体透明光学材料制成)。
[0053]光导330由可相同或不同于形成光親合器320的材料的一块透明材料(例如玻璃材料例如BK7、熔融硅石或石英玻璃,或透明有机塑料例如聚碳酸酯或丙烯酸)形成。光导330在y方向上延伸长度L,具有在X方向上的均匀厚度T和在z方向上的均匀深度D。通常基于光导的期望光学特性和/或直接/间接强度分布来选择尺寸D和T。在操作期间,从光耦合器320耦合到光导330中的光(由光线125描绘)通过TIR从光导的平坦表面反射并在光导内在空间上混合。混合可帮助实现在光提取器340处的光导332的远侧部分处的照度和/或颜色均匀性。光导330的深度D可被选择成实现在光导的出射孔径处(即,在端部332处)的足够均匀性。在一些实现中,D在从大约Icm到大约20cm的范围内(例如2cm或更大、4cm或更大、6cm或更大、8cm或更大、1cm或更大、12cm或更大)。
[0054]通常,光耦合器320设计成限制进入光导330的光的角范围(例如,在+/_40度内),使得至少相当大数量的光耦合到在平坦表面处经历TIR的光导330中的空间模内。光导330具有均匀厚度T,其为分离光导的两个平坦相对的表面的距离。通常,T足够大,所以光导具有在第一(例如上)表面331处的孔径,其足够大以大致匹配(或超过)光耦合器320的孔径。在一些实现中,T在从大约0.05cm到大约2cm的范围内(例如大约0.1cm或更大、大约0.2cm或更大、大约0.5cm或更大、大约0.8cm或更大、或大约Icm或更大、大约1.5cm或更大)。根据实现,光导越窄,它就在空间上越好地混合光。窄光导也提供窄出射孔径。因此,从光导发射的光可被考虑为类似于从也被称为细长虚拟灯丝的一维线性光源发射的光。
[0055]如前面讨论的,长度L相应于细长照明器具模块的长度并可随意改变。
[0056]虽然光耦合器320和光导330由透明光学材料的固体块形成,但是中空结构也是可能的。例如,光耦合器320或光导330或这两者可以是中空的,具有反射性内表面而不是固体的。因此材料成本可减小,且光导中的吸收被避免。多种镜面反射材料可适合于这个目的,包括材料例如3M Vikuiti?或来自Alanod公司的薄板Miro IV?,其中大于90%的入射光将有效地被引导到光提取器。光提取器340也由可与形成光导330的材料相同或不同的透明光学材料(例如玻璃材料或透明有机塑料例如聚碳酸酯或丙烯酸)的固体块组成。在图3A所示的示例实现中,介质材料的块包括重定向(例如平坦)表面342和344和弯曲表面346和348 (也被称为出射表面)。重定向表面342和344表示重定向表面343的第一部分和第二部分,而弯曲输出表面346和348表不照明器具模块301的第一输出表面和第二输出表面。
[0057]重定向表面342和344涂覆有高反射性材料(例如高反射性金属,例如铝或银),保护性涂层可布置在该反射性材料上。因此,重定向表面342和344为从光导330进入光提取器332’的输入端的光提供高反射性光学界面。在x-z横截平面中,相应于重定向表面342和344的线具有相同的长度并形成顶点或顶角341,例如在顶点341处相接的v形。通常,重定向表面342、344的夹角(例如在重定向表面344和342之间的最小夹角可随意改变。例如,在一些实现中,夹角可以相对小
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