光发射的光机械系统，该系统的光学耦合器及带该系统的照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于将光发射到光学介质(光导或提取器)的光机械系统、此类系统的 光学禪合器W及带所述系统的照明装置。
[0002] 更确切地，本发明设及光机械系统，其用于将光发射到薄的光学介质，且其光学收 集器是由一束光纤形成，运些光纤形成薄的光发射带，尤其用于将光发射到薄的光提取介 质中，所述光提取介质是包括光纤的发光织物。
【背景技术】
[0003] 例如在专利FR 2 859 737中描述的发光织物技术中，通过有机光纤与纺织纤维的 织造来制造照明表面。
[0004] 专利申请WO 2007/003857 A描述了光发射的光机械系统，其设及借助于能够侧向 地发光的光纤带通过逆光照明的显示板(广告）的领域。
[0005] 如图1所示，信息板会在厚度方面呈现非常小的尺寸。此信息板的前面因此包括通 过光源进行逆光照明的广告信息载体。此光源包括光纤带，其放置成与载体的背面相对。
[0006] 如图2所示，每个光纤的端部聚集在聚集环中，该聚集环能够将每根光纤相对于彼 此保持在确定的位置中。不同的聚集环放置在设置于轨道中的壳体内部。此轨道准许将聚 集环定位成与点光源相对，同时还准许该光纤带展开。点光源布置在机械载体上。
[0007] 如图3所示(大致复制在本申请中且重新编号为图1)，光学系统11'仅在聚集环6' 的方向上集中点光源9'所发射的光束。此类光学系统11'包括定屯、支撑件12'，W便允许将 光学系统自动放置在点光源9 '的光轴上。此外，对准机构20 '允许将聚集环6 '放置在光源9 ' 的光轴上。实际上，对准机构20'与附接至轨道7'的壳体10'协作，从而允许将聚集环6'放置 成与光源9 '相对。然后，螺帽21'允许相对于轨道7 '固定聚集环6 '。
[000引然而，事实证明，亮度的空间均匀性并不令人满意，而其是运些发光表面的一项重 要参数。
[0009] 因此，所描述的方案不适合于同时需要效率和均匀性两者的照明应用，尤其是功 能性的照明应用。
[0010] 所描述的发射系统仍然还是相当笨重，而且设计和制造均相当复杂。
【发明内容】
[0011] 因此，本发明的目标是提供一种用于将光发射到薄的光学介质中的系统，其允许 同时最大化能量效率(Im/w)，因此最大化入射在光学收集器(优选的是聚集环中的光纤束） 上并且容纳在光学收集器的数字开口中的光通量，与此同时优化发射的空间均匀性质，所 述系统应当保持与行业要求(制造公差、成本和简单度)兼容、稳健(影响光学性能的机械应 力），并且尽可能紧凑（由此还减小照明装置的最终体积）。
[0012] 当然，光至收集器处然后至发射带的有效发射，W及至收集器处然后至发射带处 的发射均匀性，是最终获得针对薄照明装置所期望的性能的两个必要条件： -光学性能:特别地，发光效率高于40 lm/W，W与目前市售的光源相比倾向于能量相 对经济的照明；为此，优选地同时实现W下各项：高于40%的发射效率，发光效率高于130 Im/W且光提取效率高于80%的点光源； -照明品质:发光表面的亮度的空间均匀性。
[0013]为此目的，本发明的第一目标是一种光发射的光机械系统，尤其发射至薄的光学 介质(厚度小于2 cm,并且优选地是亚厘米级），所述系统包括： -光学禪合器(能够形成光准直仪和光集中器），其包括具有（中屯、)轴线化的(透明的 并且优选旋转对称的）本体(优选地由所述本体组成），〇是光学禪合器入口的中屯、，包括整 体成型的(优选地由其组成）： -透镜，其（中屯、)轴线与轴线化重合，最大宽度W优选地为亚厘米级或者优选地为毫米 级，所述透镜包括(优选地由其组成）： -凸形的入口面（因此朝向禪合器的入口弯曲、凸起），特别地，其径向尺寸Ri小于5 mm，并且优选地大于1.0 mm，所述入口面优选地旋转对称，特别地还通过在轴线化上称为he 的中屯、尺寸限定： -凸形的中屯、出口面（因此朝向禪合器的出口弯曲、凸起），其通过在轴线化上的中屯、 尺寸限定，该中屯、尺寸称为H，并且优选地小于W，尤其为亚厘米级，甚至更优选地为毫米级， 或者甚至更优选地小于5 mm，且径向尺寸为Ra(特别地，小于2.5 mm并且优选地大于0.5 mm)，所述中屯、出口面优选地旋转对称(圆顶等）； -周围出口面，特别地(并且优选地)旋转对称，其包括W下各项（或者由W下各项组 成）：接合到中屯、出口面的部分，特别地，其具有代表性的侧向尺寸Ri,其是平坦的（并且优 选地是环状的）或凹形的（朝禪合器的入口凸起)或者是截锥形的，且因此在系统出口的方 向上是扩宽的； -腔体，其（中屯、）轴线与轴线化重合，其中屯、高度等于hi,包括容纳入口面的底部W及 侧向表面，称为入口侧向表面，所述腔体(在与入口侧向表面的接合处深度为h'E)优选地旋 转对称并且特别地是截锥形的； -周围反射表面，其环绕所述透镜和所述腔体，其（中屯、)轴线与轴线化重合，能够对由 入口侧向表面折射的光线进行全内反射，所述周围反射表面在光学禪合器出口的方向上延 伸超过入口面(因此超过腔体的底部），所述周围反射表面优选地旋转对称； -光学收集器，其（中屯、)轴线与轴线化重合，具有称为(光线）收集表面的表面作为入 口，所述表面与中屯、出口面m及周围出口面的接合到中屯、出口面的至少一部分)相对，其 径向尺寸Rint为毫米级，优选地小于6 mm并且甚至小于5 mm，并且数字开口ON小于1(优选地 小于或等于0.6)并且包括护套，该护套具有给定(所谓的）端部(也称为自由）表面(在入口 处），所述收集器优选地旋转对称，所述光学收集器包括(圆形的、六角形的等)光纤股，光纤 的直径小于1.5 mm，并且中屯、出口面和周围出口面(有光学功能的)与收集表面隔开； -对准机构，其用于将光学收集器与光学禪合器对准，特别地，其（中屯O轴线与轴线化 重合，因此与光学禪合器同轴，光学禪合器和对准机构整体成型，或者间接或直接地紧固在 一起(通过紧固系统，所述紧固系统优选地附接至发射系统的光源的支撑件或在该支撑件 上）， 收集表面与中屯、出口面之间在轴线化上的中屯、距离ef不是零，并且小于5 mm，优选地 小于或等于2 mm，甚至更优选地小于或等于0.6 mm并且最优选地大于0.2 mm， 光机械系统(优选光学禪合器的本体，和/或可选地对准机构)包括端部表面的止挡表 面。
[0014] 根据本发明的光机械系统能在发射到光学收集器的收集表面的数字开口中的光 通量的量与空间均匀性之间实现最佳的折衷，其目的是获得薄的照明装置的最佳视觉外 观，并且允许提出高功率应用，且其中最严格的功能性照明应用。
[0015] 根据本发明的光学禪合器是创造性的首先在于径向尺寸较小（优选地Rint小于6 mm)的光学收集器的设计选择(透镜、腔体、周围反射表面），并且在于将光发射到薄的介质 (小于2 cm,优选地小于1 cm)中，且还在于其能够在止挡表面附近起作用，从而允许光学收 集器的理想的光学对准，该光学收集器放置成离透镜出口的距离非常小。
[0016] 令人惊讶的是，通过根据本发明的设计，W能够特别小，而且不会产生过多损失。
[0017] 在前面提到的现有技术中，光纤股的位置并不靠近出口面，此外，该出口面是抛物 线状的，且因此没有凸形的中屯、面。从机械观点看，光学对准是复杂的，因为它取决于周围 轨道而且需要凹槽，螺钉紧固是在聚集环侧面，而且透镜需要单个定屯、支撑件，并且未提供 任何止挡表面。
[0018] 根据本发明，入口面和中屯、出口面能够取向或者维持(分散的）中屯、光线（在未预 先校准的意义上是分散的），该中屯、光线是由入口面和中屯、出口面朝收集器的收集表面的 数字开口ON或者在其中所折射的。另外，周围反射表面和周围出口面能够取向或维持由入 口侧向表面折射的斜光线(在未预先校准的意义上是分散的）。
[0019] 透镜基本上用两种不同的方式处理光线： -通过腔体的底部折射的中屯、光线完全或主要进入径向尺寸为Ra的中屯、出口面中；W 及 -通过入口侧向表面折射的倾斜的光线然后(大部分)被周围侧向表面反射(通过全内 反射)并且(大部分）由通常环状的宽度为Rai的周围出口面折射， -通过尽可能限制在止挡表面的边缘处超过周围出口面的端部所损失的光线逸出，例 如因为未由周围侧向表面折射而损失的光线逸出。
[0020] 在第一种方法中，此分离目的是将运两组中屯、光线和斜光线投射到收集器的两个 不同的区中：径向尺寸为R'a的中屯、表面(优选盘状的）和宽度为R'ai的（优选地)环状类型的 表面。
[0021 ]在放置止挡光学收集器之后，光学收集器足够接近透镜的出口，而不接触其，从而 接近满足下列关系:R'a= Rai且R'ai = Rai。
[0022]几何范围的保持是通过下面的方式实现的：正确地定位点光源类型的光源，并且 点光源离透镜的入口面和入口侧向表面的距离很小。
[0023] 优选地，光源： -是朗伯体(在远场中）;例如依据标称朗伯光源的具有60°的观察角度(光强对应于它 的峰值的一半的角度)的发光二极管(LED); -包括初级光学器件(优选圆顶形的）； -从禪合器的入口稍微缩回； -具有宽度L优选在500皿和3 mm之间且甚至在从巧Ij2 mm的范围内的活性区；W及 -至少130 Im/W的发光效率。
[0024] 在没有初级光学器件的情况下，光源可能会更靠近入口面。
[0025] 所选择的光源优选地是多色的，尤其是白色的。所发出光的颜色优选是在2700 K 与8000 K之间的照明，优选5500 K的"日光"型照明。
[0026] 透镜的入口面的凸度有助于实现透镜的紧凑度(高度H很小），尤其在光学收集器 的半径Rint非常小的情况下。
[0027] 中屯、出口面的凸度允许校正光线并将其维持在中屯、区域中，并且该凸度是根据入 口面的凸出形状所选择的。
[0028] 此外，腔体和周围反射表面是关键部分，因为简单的非球面的双凸透镜会引发严 重的通量损失，尤其是在例如L邸的朗伯光源(如在远场中所定义的）的情况下。
[0029] 入口面能够优选地具有非球面表面。非球面入口面的表面的方程优选地写成：
其中k优选地等于零。
[0030] 下表中限定了最优系数：
[0031 ]优选地，中屯、出口面能够具有非球面表面。
[0032] 优选地，非球面中屯、出口面的表面的方程写成：
其中k优选地等于零。
[0033] 下表中限定了最优系数：
[0034] 透镜、腔体和周围反射表面(W及还有光学收集器甚至对准机构)优选旋转对称。
[0035] 为了与最优效率结合的均匀性，能够期望重新分配中屯、光线和斜光线的部分，即， 将中屯、光线引向周围区域，且将周围光线引向中屯、区域，即使混合中屯、光线与斜光线。
[0036] 优选地，使用所谓的点的光学响应来限定达到此类显著的光学性能的透镜的功 能。
[0037] 因此，斜光线与中屯、光线运两组光线优选地受到一定程度的混合。更确切地，光学 禪合器能够优选地具有下面特征中的至少一个： -腔体底部、中屯、出口面和周围出口面使得在工作时，由腔体底部折射的光线，尤其是 源自轴线化上一点（优选地在距离ei内，尤其略大于he,小于0.5 mm，例如0.2 mm)的光线，由 周围出口面折射，因此从轴线化偏离，而不是在中屯、出口面上被折射； -并且，优选地，在工作时，首先由入口侧向表面折射，然后在周围反射表面上的尤其 源自轴线化上一点（优选在距离Gi内，尤其略大于he,小于0.5 mm,例如0.2 mm)的光线位于 收集表面处与首先由腔体底部(在轴线化的大致等于Ra的距离d内，例如Ra < d < 1.5RA)折 射的尤其源自轴线化上一点（优选地在距离ei内，尤其略大于he,小于0.5 mm，例如0.2 mm) 的光线的共同的区中。
[0038] 在此优选实施例中，周围出口面能够折射(通过取向或维持）由腔体底部的（最)周 围的区（尤其是接合到凸形的入口面和/或与凸形的入口面边界的可选地平坦的（环状的） 部分)所折射的光线，使其朝向光学收集器的收集表面的数字开口 ON。
[0039] 光学禪合器能够优选地具有下面特征中至少一个： -如果必要，尤其源自轴线化上一点（优选在距离ei内，尤其略大于he,小于0.5 mm，例 如0.2 mm)的光线(称为牺牲光线）由入口侧向表面折射后，传播到(透明的)本