可调整射束发光体制造技术

本发明专利技术涉及一种用于提供可配置静态照明或可动态调整的照明的发光体。所述发光体使用对经由对应源阵列或经由边缘照明式光导所提供的光起作用的聚焦元件阵列。提供用于调整由所述发光体产生的不同射束的数目以及所述射束的角宽、角分布型及指向角的设计。还提供在各种应用中利用所述可调整发光体的系统的设计。

Adjustable beam emitter

The invention relates to a luminescent body for providing configurable static lighting or dynamically adjustable lighting. The luminaire uses an array of focusing elements acting on light provided by a corresponding source array or an edge illuminated photoconductor. A design is provided for adjusting the number of different beams generated by the luminous body and the angular width, angular distribution and pointing angle of the beams. The design of a system utilizing the adjustable luminescent body in various applications is also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可调整射束发光体政府许可权利在政府支持下依据由高级能源研究计划署(ARPA-E)(能源部的分部)授予的合约DE-AR0000332制成本专利技术。政府拥有本专利技术的某些权利。相关申请案的交叉参考本申请案主张以引用方式并入本文中的以下美国临时申请案的优先权：克里斯多夫·格拉登等人于2016年9月26日提出申请的第62/399,911号；由芭芭拉·克鲁泽等人于2017年1月31日提出申请的第62/452,381号；由彼得·谢列兹尼于2017年2月11日提出申请的第62/457,819号。
本专利技术涉及光学器件，具体来说涉及用于控制照射中的射束性质的光学系统。
技术介绍
方向性照明在许多情况下是重要的，举例来说，为工作场所中的作业区提供照射、加亮零售空间或艺术展览中的物体、照射走道及室外道路以及更多的应用。提供调整照明方向性的选项的常用灯具通常包含可环转以指向所要方向的照射“头部”。多个头部通常包含于单个灯库中或例如轨道照明系统的可配置系统中。对来自每一头部的输出射束的角展度的调整通常通过装设具有所要输出射束宽度的电灯泡来实现。在乔斯弗·福德的PCT/US2014/057873“微结构化波导照射器”及威廉M.梅莱特、格伦M.舒斯特及约瑟夫E.福特的“具有受控方向性及发散度的平面波导LED照射器”(光学快报，第22卷，第S3期，2014年(梅莱特等人))中揭示现有技术的平面可调整发光体设计。此设计提供具有广泛可调整性的紧凑小轮廓形状因子的潜在优点。发光体使用与折射透镜或反射体(“聚焦元件”)阵列配合的具有周期性提取特征的边缘照射式光导。通过调整提取特征及聚焦元件的相对位置，可操纵射束的方向且可调整输出射束的角宽。图1提供此设计的分解视图。其包含由光源11照射的光导10，在此实例中，光源11由发光二极管(LED)20及相关联耦合器光学器件18构成。光导10可为如图1中所展示的连续模式类型或阶梯模式类型。在任一情形中，光导包含提取特征12的周期性阵列。这些特征使光反射或散射，使得其不再被捕获在光导的导模中且替代地离开光导以与聚焦折射透镜阵列24相互作用。图1中所展示的提取特征是反射的且优选地经塑形为棱镜以使经导引光朝向聚焦元件偏转，但也可经塑形为圆锥体、半球或其它形状。所述提取特征大致位于聚焦元件的焦面中，使得由提取元件散射的光基本上由聚焦元件准直。折射透镜阵列24由全部在单个平面中的个别折射透镜25构成。透镜25在光离开发光体进入环境之前将所述光基本上准直。图2是使用反射聚焦元件的现有技术的可调整发光体的一部分的横截面视图。反射体阵列14由具有反射涂层19的填充电介质的反射透镜15构成。一个提取特征12与每一反射透镜相关联。来自光源11的光在光导10中经导引。一些光由提取特征12偏转以离开导引件10且进入反射体阵列14。这些光射线13反射离开反射涂层19从而变得部分准直，且接着在作为输出光射束16离开发光体之前渡越穿过光导10。应注意，为了视觉清晰而未在图2中描绘从光源11发出且在导引件10内行进的光射线；仅展示由提取元件12中的一者偏转的实例性光射线13。图3是展示现有技术的发光体中的实例性四透镜折射聚焦元件阵列的射线轨迹图。所述图证明对发光体的输出射束的特性的控制。每一个别透镜25用于将由对应提取特征12反射或散射的光基本上准直，使得所述光作为窄角宽的方向性射束16发射到环境中。通过使提取特征12及透镜25的相对位置变化而实现对个别射束16的方向性的控制。此可通过使透镜阵列24相对于光导中的提取特征12平移而实现。随着提取特征12的位置从透镜25的中心(如在图3a中)移动到边缘(如在图3b中)，将输出射束16操纵为从垂直于光导的平面到高角度。如果阵列24中的所有透镜在光学配方中是完全相同的且相对于其对应提取特征12具有相同定向，那么所有输出射束16将指向相同方向。在所述情形中，所有聚焦元件都有助于指向单个方向的窄聚合射束。或者，如果阵列24中的透镜相对于提取特征12阵列扭转，如图3c中所展示，那么输出射束16中的每一者将指向稍微不同方向。在所述情形中，聚合输出射束17为以不同方式指向的射束的和且产生较宽聚合射束。因此，通过使聚焦元件阵列及提取元件阵列的相对位置平移且扭转而提供对射束指向及聚合射束宽度的独立控制。在折射及反射聚焦元件两者的情形中应用相同机制。现有技术描述此设计的数个实施方案，包含使用机动化致动器及控制系统来提供对可调整发光体的输出特性的远程控制。现有技术还描述光导中的可切换材料的使用，此提供对提取特征的位置及存在的像素化控制。现有技术描述用于控制此情况的机制，借此将具有电可调整折射率的液晶材料层放置于光导的面上。在其低折射率状态中，此材料用作包覆层以使光保持局限在光导内。像素化电极允许其局部地切换到高折射率状态，从而允许光与倾斜镜阵列局部地相互作用且从导引件射出。此提供用于对提取特征的位置的局部控制的机制。可用固定透镜阵列实施所述设计以在不具有移动部件的情况下提供可操纵发光体设计。梅莱特等人也论述替代光导而使用点状LED源阵列，但教示所述理念在其各种实施例中是不实际的。将所述理念描述为具有比包括光导的系统厚的形状因子，绝对不允许使用反射透镜，且不能够匹配包括光导的系统的效率及总亮度。梅莱特等人指定CreeXM-L2LED的使用，CreeXM-L2LED为具有高集成硅圆顶的大LED且其图式描绘圆顶状LED。虽然上文所描述的现有技术与常规可操纵发光体相比较提供主要优点，但其仍遭受影响特定应用的实施的各种限制。这些限制包含(i)比一些应用所期望的宽的射束宽度，(ii)每发光体提供仅单个可调整射束输出，(iii)限定为正方形或几乎正方形形状因子以便经由扭转维持全范围的射束宽度控制，及(iv)以极其低效率来执行。
技术实现思路
此申请描述用于实现且优化可调整发光体的若干个专利技术。根据优选实施例，其中可调整或配置所发射光的方向、形状及展度的发光体。对本专利技术的本质及优点的进一步理解可通过参考说明书的剩余部分及图式来实现。附图说明图1提供现有技术的可调整发光体的分解视图。图2提供现有技术的可调整发光体的区段的横截面视图。图3(a)提供在提取特征在聚焦元件下方居中的情况下现有技术的可调整发光体的区段的射线轨迹及输出光射束的射线轨迹描绘；图3(b)提供其中提取元件平移到聚焦元件的边缘的视图；图3(c)提供其中提取元件阵列相对于聚焦元件阵列经扭转的视图。图4提供具有位于提取特征处的降频转换材料的可调整发光体的区段的横截面视图。图5提供具有直射光源照射的可调整发光体的透视图。图6提供具有与每一聚焦元件相关联的多个提取特征的可调整发光体的区段的横截面视图。图7a及图7b提供具有伸长提取特征且产生在一个轴上比另一轴宽的射束的可调整发光体的两个正交横截面视图。图8a提供发光体的横截面视图，所述发光体具有并非全部共享相同周期性的提取特征及聚焦元件且产生不对称输出射束；图8b提供实例性不对称射束强度分布型。图9提供经延伸发光体的横截面视图，所述经延伸发光体具有不全部共享相同周期性的提取特征及聚焦元件且产生会聚输出射束。图10提供具有反折射聚焦元件的可调整发光体的区段的横截面视图。图11提供具有输出射束宽度的z轴调整的可调整发光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其包括：透镜阵列；光导；多个光提取特征，其在所述光导上以用于将所述光导中的光重新引导出所述光导的表面；所述光提取特征具有多个不同图案；其中所述透镜阵列中的个别透镜经配置而以由与所述个别透镜中的每一者相关联的所述一或多个光提取特征的特定图案确定的光分布投射从所述光导发射的光，从而形成多个经投射的不同光分布；且其中所述透镜及所述提取特征经配置使得所述经投射的不同光分布的聚合在距所述透镜阵列一距离处形成来自所述光学系统的所要总体光分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.26 US 62/399,911;2017.01.31 US 62/452,381;1.一种光学系统，其包括：透镜阵列；光导；多个光提取特征，其在所述光导上以用于将所述光导中的光重新引导出所述光导的表面；所述光提取特征具有多个不同图案；其中所述透镜阵列中的个别透镜经配置而以由与所述个别透镜中的每一者相关联的所述一或多个光提取特征的特定图案确定的光分布投射从所述光导发射的光，从而形成多个经投射的不同光分布；且其中所述透镜及所述提取特征经配置使得所述经投射的不同光分布的聚合在距所述透镜阵列一距离处形成来自所述光学系统的所要总体光分布。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述透镜包括折射透镜。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述透镜包括反射透镜。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述光提取特征印刷于所述光导的表面上。5.根据权利要求1所述的系统，其中与每一个别透镜相关联的所述光提取特征的所述特定图案由所述相关联透镜投射为输出射束。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述透镜具有共同焦面且所述光提取特征位于所述共同焦面中。7.根据权利要求1所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·格拉登，A·金，P·科佐多伊，B·克鲁瑟，
申请(专利权)人：闪耀光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US