專利名稱：照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)，其包括許多光發(fā)射器、用于將該光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直的光準(zhǔn)直儀，以及用于加寬由該照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布的光色散結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
這種照明系統(tǒng)本身是已知的。特別是其用于一般的照明目的，如聚光燈、重點(diǎn)照明、泛光燈，并且其用于大面積直視光發(fā)射板，如應(yīng)用在例如標(biāo)志、輪廓照明和廣告牌中。在其他應(yīng)用中，將這種照明系統(tǒng)發(fā)射的光送到光波導(dǎo)、光導(dǎo)纖維或其他光束成形光學(xué)系統(tǒng)中。另外，這種照明系統(tǒng)用作(圖像)顯示設(shè)備的背面照明，例如電視接收機(jī)和監(jiān)視器的背面照明。這種照明系統(tǒng)可以用作非發(fā)射顯示器的背面光，所述非發(fā)射顯示器如液晶顯示設(shè)備，也稱作LCD板，其用在(便捷式)計(jì)算機(jī)或(無繩)電話中。本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是用作數(shù)字投影儀中的照明源或者用作投射圖像或顯示電視節(jié)目、電影、視頻節(jié)目或DVD等的所謂的光束器(beamer)。
通常，這種照明系統(tǒng)包括多種光源，例如發(fā)光二極管(LED)。LED可以是不同原色的光源，例如眾所周知的紅(R)、綠(G)，或藍(lán)(B)光發(fā)射器。另外，光發(fā)射器可以具有例如琥珀色或青色作為原色。這些原色可以直接由發(fā)光二極管芯片產(chǎn)生，或者可以在發(fā)光二極管芯片發(fā)出的光的輻照下由磷光體產(chǎn)生。在后者的情況下，混合色或者白光可以作為一種原色。通常，光源發(fā)射的光在光準(zhǔn)直儀中混合，用以獲得光的均勻分布，同時(shí)消除照明系統(tǒng)發(fā)射的光對特定光源的相關(guān)性。另外，采用具有傳感器和某一反饋算法的控制器來獲得高的彩色精確度是已知的。
美國專利申請US2003/0193807A公開了一種基于LED的高架全方向機(jī)場燈光(LED-based elevated omni-directional airfield light)。這種已知的照明系統(tǒng)包括LED光源、光變換器、半球形光學(xué)窗口、電路和底板(base)。該光變換器包括中空的截錐形反射器、彎曲的反射面，以及光學(xué)元件。光成形漫射器，特別是全息漫射器可以用作色散光學(xué)元件。錐形反射器具有面向光源的截頂端以及與該截頂端相對的錐底。錐形反射器的軸與光源的軸重合，光穿過截頂端上的開口。彎曲的反射面位于截頂端和錐底之間。該表面按照具有預(yù)定強(qiáng)度分布的有限角全方向圖來反射光源發(fā)出的光。該光學(xué)元件鄰近錐底，并位于與錐形反射器的軸相垂直的平面內(nèi)，該光學(xué)元件使穿過中空截錐形反射器的光發(fā)生色散。
已知的照明系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于不能改變由該照明系統(tǒng)發(fā)射的光束圖(beam pattern)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于全部或部分地消除上面的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，這一目的由一種照明系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該照明系統(tǒng)包括許多光發(fā)射器，光準(zhǔn)直儀，其用于將該光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直，該光準(zhǔn)直儀環(huán)繞該照明系統(tǒng)的縱軸而設(shè)置，光準(zhǔn)直儀的光出射窗，其位于遠(yuǎn)離光發(fā)射器的一側(cè)，配備有半透明蓋板，該蓋板配備有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，光準(zhǔn)直儀的光出射窗或半透明蓋板配備有光色散結(jié)構(gòu)，光色散結(jié)構(gòu)用于加寬由該照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布，該光學(xué)元件在減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
由光發(fā)射器發(fā)射的光束行進(jìn)通過光準(zhǔn)直儀和半透明蓋板，然后穿過可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件和光色散結(jié)構(gòu)。光色散結(jié)構(gòu)的光學(xué)作用，即加寬角分布是由該光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化而引起的。該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件基于電潤濕。電潤濕是一種現(xiàn)象，憑借這種現(xiàn)象，電場改變與部分潤濕的(即在沒有電壓時(shí)接觸角大于0°)絕緣電極接觸并且與第二電極直接電接觸或者電容耦合的電靈敏流體的潤濕特性。如果通過在電極之間施加電壓來施加電場，那么形成表面能量梯度，其能夠用于操縱極性流體朝絕緣電極移動(dòng)，或者用第二流體代替第一流體?；陔姖櫇竦目赊D(zhuǎn)換的光學(xué)元件允許在不使用泵、閥乃至固定通道的直接電控制下獨(dú)立地操縱這些流體。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)，該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處引入流體，從而減少在光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化。
通過減小在光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化，減少了由照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布的加寬。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件沒有處于減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)，加寬了由照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布，如使用光色散結(jié)構(gòu)的正常情況。通過改變在光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件之間的折射率差可以改變由照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的寬度。
舉例來說，如果準(zhǔn)直光束行進(jìn)通過光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，由光色散結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)(surface texture)引起光色散，并且引入到可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中的流體折射率n2與光色散結(jié)構(gòu)的折射率n1之差(n2-n1)大于第二流體的折射率n3與光色散結(jié)構(gòu)的n1之差(n3-n1)，即(n2-n1)＞(n3-n1)，此時(shí)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中，那么根據(jù)斯涅耳定律或根據(jù)衍射理論，在流體的交換時(shí)光色散結(jié)構(gòu)改變了照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的形狀，即當(dāng)處于一種操作模式如同處于另一種操作模式時(shí)，照明系統(tǒng)發(fā)射更加發(fā)散的光束。
根據(jù)本發(fā)明的方案允許通過適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件來影響光色散結(jié)構(gòu)的折射率和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的折射率之差從而影響照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的角分布。原則上，或者通過將可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件進(jìn)行分段并對這些分段進(jìn)行獨(dú)立尋址或者通過系統(tǒng)在兩個(gè)模式中足夠快速的順序操作，可以在照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的各個(gè)角度之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過適當(dāng)?shù)匦薷?adapt)光色散結(jié)構(gòu)和第二透明元件的折射率之差，可以將照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的形狀從例如具有相對較窄角分布的“點(diǎn)”光束變?yōu)榫哂邢鄬^寬角分布的“泛光(flood)”光束。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整照明系統(tǒng)的光束的形狀和/或光束圖(beam pattern)。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中操作時(shí)，基本上抵消了光色散結(jié)構(gòu)的作用。在該有利的實(shí)施例中，如果準(zhǔn)直光束行進(jìn)通過光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，并且引入到可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中的流體折射率n2與光色散結(jié)構(gòu)的折射率n1基本上相同，即n2＝n1，此時(shí)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中，那么照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的形狀不會(huì)被光色散結(jié)構(gòu)改變，即照明系統(tǒng)發(fā)射準(zhǔn)直光束。
基于電潤濕的光學(xué)元件能夠以各種方式來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件包括在光準(zhǔn)直儀和位于垂直于縱軸的平面內(nèi)的半透明蓋板之間的空腔，該空腔配備有當(dāng)該光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式時(shí)能夠使該空腔中的第二流體與第一流體交換的裝置。當(dāng)?shù)诙黧w位于可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的空腔中時(shí)，減小了在光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化，由此減小了照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布的加寬。使空腔中的第二流體與第一流體交換的裝置包括受電壓控制系統(tǒng)控制的電潤濕電極的配置以及空腔中的適當(dāng)(疏水)流體接觸層。另外，可以在流體接觸層和一個(gè)電潤濕電極之間形成絕緣層。
用于促進(jìn)基于電潤濕使空腔中的流體交換的方式將提供給流體不同的電性能。為此，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于第一流體是電絕緣的而第二流體是導(dǎo)電的。適當(dāng)?shù)慕M合是第一流體包括油基電絕緣流體，例如硅油，第二流體包括含水的導(dǎo)電流體，例如具有預(yù)定折射率的鹽水。
優(yōu)選的是，第一流體是空氣，第二流體是極性液體。空氣是電絕緣流體。極性流體的適當(dāng)例子是含水的導(dǎo)電流體，例如具有預(yù)定折射率的鹽水。
有許多實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)光色散結(jié)構(gòu)。根據(jù)照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例，該光色散結(jié)構(gòu)包括透鏡、微透鏡或菲涅耳透鏡的陣列或衍射光學(xué)元件。在所有的情況下，該表面結(jié)構(gòu)響應(yīng)于在形成該構(gòu)造的界面的材料之間的折射率之差而產(chǎn)生光束形狀的變化。
根據(jù)照明系統(tǒng)的可選擇的優(yōu)選實(shí)施例，光色散結(jié)構(gòu)包括全息漫射器。優(yōu)選的是，該全息漫射器是隨機(jī)的全息漫射器。主要作用是改變光束形狀。該全息漫射器的次要作用在于獲得均勻的空間和角形的顏色和光分布。根據(jù)全息漫射器的性質(zhì)，全息漫射器或光束成形器的尺寸很小從而不會(huì)將其細(xì)節(jié)投射在目標(biāo)上，因而導(dǎo)致空間和/或角平滑改變的均勻光束圖。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件沒有處于減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)，會(huì)加寬由照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布，如使用全息漫射器的正常情況。
光能夠以各種方式在光準(zhǔn)直儀中傳播。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，在光準(zhǔn)直儀中的光傳播是基于全內(nèi)反射或者基于在光準(zhǔn)直儀的反射面上的反射。通過使光發(fā)射器發(fā)射的光的傳播基于全內(nèi)反射(TIR)，大大避免了光準(zhǔn)直儀中的光損失。在這種實(shí)施例中，光準(zhǔn)直儀優(yōu)選由非氣態(tài)、光學(xué)透明的介電材料制成，其折射率大于或等于1.3。在另一個(gè)實(shí)施例中，介電光準(zhǔn)直儀至少部分地配備有在其外表面上的反射涂層。在又一個(gè)實(shí)施例中，光準(zhǔn)直儀的(內(nèi))表面配備有反射材料。在這種實(shí)施例中，光準(zhǔn)直儀優(yōu)選充滿空氣。
進(jìn)一步促進(jìn)照明系統(tǒng)中的光混合或者進(jìn)一步將光束成形可能是所希望的。后者可以應(yīng)用于非色散光以及色散光，或者其可以僅應(yīng)用于色散光。為此，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，位于遠(yuǎn)離光發(fā)射器的一側(cè)的半透明蓋板配備有反射器。優(yōu)選的是，該反射器包括平行于縱軸排列的許多(基本上平坦的)側(cè)面，促進(jìn)由光發(fā)射器發(fā)射的光的空間混合。如果該反射器配備有基本上圓形的外表面，那么這對于由光發(fā)射器發(fā)射的光的空間混合是不利的。優(yōu)選的是，該反射器具有至少六個(gè)側(cè)面。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種優(yōu)選數(shù)量的側(cè)面促進(jìn)了光發(fā)射器發(fā)射的光的空間和空間角混合。


本發(fā)明的這些和其他方面從參考下文描述的實(shí)施例中顯而易見并且得到說明。
在附圖中圖1A是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的橫截面視圖；圖1B是圖1A中所示照明系統(tǒng)處于另一種操作模式的實(shí)施例；圖2A是與圖1A中所示實(shí)施例的視圖(線A-A)相垂直的橫截面視圖；圖2B是與圖1B中所示實(shí)施例的視圖(線A-A)相垂直的橫截面視圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第二實(shí)施例的橫截面視圖；圖3B是圖3A中所示照明系統(tǒng)處于另一種操作模式的實(shí)施例；圖4是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的分解圖；
圖5A是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的分解圖；圖5B是圖5A的照明系統(tǒng)裝配好之后的實(shí)施例。
這些附圖僅僅是圖解說明的，沒有按比例繪出。值得注意的是，為了清楚起見，所示的一些尺寸被強(qiáng)烈夸大了。圖中類似的部件盡可能用相同的附圖標(biāo)記來表示。
具體實(shí)施例方式
圖1A示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的橫截面視圖，該照明系統(tǒng)具有有源光色散結(jié)構(gòu)。圖1B示意性地示出了圖1A中所示照明系統(tǒng)處于減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中的實(shí)施例的橫截面視圖。
圖1A和1B中的照明系統(tǒng)包括許多光源，例如許多發(fā)光二極管(LED)。LED可以是不同原色的光源，如在圖1A和1B的例子中是眾所周知的紅R、綠G或藍(lán)B光發(fā)射器?？蛇x擇的是，光發(fā)射器可以具有例如琥珀色或青色來作為原色。這些原色可以直接由發(fā)光二極管芯片來產(chǎn)生，或者可以在發(fā)光二極管芯片發(fā)出的光的輻照下由磷光體來產(chǎn)生。在后者的情況下，混合色或白光也能夠作為照明系統(tǒng)的一種原色。在圖1A和1B的例子中，LEDR、G、B安裝在(金屬芯的)印刷電路板4上。一般來說，這些LED具有相對較高的光源亮度。優(yōu)選的是，每個(gè)LED在額定功率驅(qū)動(dòng)時(shí)都具有至少25mW的輻射功率輸出。具有這種高輸出的LED也稱作LED電源組。這種高效率、高輸出的LED的使用具有特定的優(yōu)點(diǎn)，即在所希望的比較高的光輸出的情況下，LED的數(shù)量可以比較少。這對于將要被制造的照明系統(tǒng)的緊湊性和效率有積極的作用。如果LED電源組安裝在這種(金屬芯的)印刷電路板4上，那么LED所產(chǎn)生的熱可以很容易地通過熱傳導(dǎo)經(jīng)由PCB而散掉。在照明系統(tǒng)的有利實(shí)施例中，(金屬芯的)印刷電路板4經(jīng)由熱傳導(dǎo)連接與照明系統(tǒng)的外殼(圖1A和1B中未示出)接觸。優(yōu)選的是，所謂的裸功率(naked-power)LED芯片安裝在襯底上，例如絕緣金屬襯底、硅襯底、陶瓷或復(fù)合襯底。該襯底提供與芯片的電連接，并且也起到熱交換器的良好熱傳遞的作用。
如圖1A和1B中所示的照明系統(tǒng)的實(shí)施例包括光準(zhǔn)直儀1，其用于將光發(fā)射器R、G、B發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。光準(zhǔn)直儀1環(huán)繞照明系統(tǒng)的縱軸25而設(shè)置。光準(zhǔn)直儀1的光出射窗5位于遠(yuǎn)離光發(fā)射器R、G、B的一側(cè)，該光出射窗5配備有半透明的蓋板11，該蓋板11配備有可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15。該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件基于電潤濕。電潤濕是一種現(xiàn)象，憑借這種現(xiàn)象，電場改變與疏水的絕緣電極接觸并且與第二電極直接電接觸的極性流體的潤濕特性。如果通過在電極之間施加電壓而施加電場，那么形成表面能量梯度，其能夠用于操縱極性流體朝絕緣電極移動(dòng)，或者用第二流體代替第一流體?；陔姖櫇竦目赊D(zhuǎn)換的光學(xué)元件允許在不使用泵、閥乃至固定通道的直接電控制下獨(dú)立地操縱這些流體。
在圖1A和1B的例子中，半透明的蓋板11配備有光色散結(jié)構(gòu)7，該光色散結(jié)構(gòu)用于加寬由照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布。在可選擇的實(shí)施例中，該光準(zhǔn)直儀的光出射窗配備有光色散結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)元件15在減小光色散結(jié)構(gòu)7的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
圖1A和1B之間的不同在于改變了操作模式。特別是，圖1A示出了可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15沒有在減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中工作的情況，而圖1B示出了該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中工作的情況。
光色散結(jié)構(gòu)7的光學(xué)作用是由光色散結(jié)構(gòu)7與可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15中的流體16或17的界面處的折射率變化而引起的。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15處于沒有減小光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)(圖1A)，第一流體16存在于可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中并且與光色散結(jié)構(gòu)7接觸。優(yōu)選的是，第一流體16是電絕緣的。優(yōu)選的是，第一流體16是空氣?？蛇x擇的是，第一流體16是油，例如硅油，或者第一流體16是鏈烷，例如十六烷。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15處于減小了光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)(圖1B)，用與光色散結(jié)構(gòu)7接觸的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15中的第二流體17來代替可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15中的第一流體16。優(yōu)選的是，第一流體16是電絕緣的。優(yōu)選的是，第二流體17是極性液體，例如具有預(yù)定折射率的鹽水，例如溶解在水中的氯化鉀。
當(dāng)?shù)谝涣黧w16存在于光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15之間時(shí)，在第一流體16是空氣且第二流體17是水基介質(zhì)(water basedmedium)的情況下，光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15的界面處存在最大的折射率變化。折射率的這一跳變(step)加寬了由照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布。另一方面，如果在該系統(tǒng)中，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15將第二流體引入到光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15之間，那么會(huì)減少在光色散結(jié)構(gòu)和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化。通過減少折射率變化，減小了由照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布的加寬。
優(yōu)選的是，當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15在減小光色散結(jié)構(gòu)7的作用的操作模式中工作時(shí)基本上抵消了光色散結(jié)構(gòu)7的作用。優(yōu)選的是，引入到可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15中的第二流體17的折射率與光色散結(jié)構(gòu)7的折射率n1基本上相同。在第二流體作為光色散結(jié)構(gòu)7的折射率匹配液體的情況下，穿過可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的光不會(huì)經(jīng)歷折射率的梯度，相應(yīng)地也不會(huì)改變傳播方向。在這種情況下，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15完全抵消了光色散結(jié)構(gòu)7的作用。在這種情況下，照明系統(tǒng)發(fā)射出準(zhǔn)直光束，該準(zhǔn)直特性與光準(zhǔn)直儀的作用基本上相同，或者與光準(zhǔn)直儀以及不具有可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件和光色散結(jié)構(gòu)的附加光束成形光學(xué)系統(tǒng)的作用基本上相同。
采用改變在光色散結(jié)構(gòu)7和與之接觸的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15的流體之間的有效折射率差的作用來改變照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的形狀。通過適應(yīng)在可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15中的通路流體交換，可以改變由照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的角分布。按照這種方式，可以在照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的各個(gè)角度之間進(jìn)行電學(xué)轉(zhuǎn)換。例如，可以將角分布大約為10°半寬度(Full Width at Half Maximum)(FWHM)的“點(diǎn)”光束變換成例如角分布大約為30°FWHM的“泛光”光束。原則上，通過該系統(tǒng)在具有可變的相對光通量作用的兩個(gè)不同模式中足夠快速的順序操作，或者通過在可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的可尋址分段中引起光色散，可以(準(zhǔn))連續(xù)地進(jìn)行光束圖的變化。
如圖1A和1B中所示的基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15包括鄰近光出射窗5的第一透明電極18和位于可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15的邊緣的第二電極18′。該第二電極18′設(shè)置在光準(zhǔn)直儀1發(fā)射的光的光路外面。分別在第一和第二電極18、18′之上提供第一和第二透明絕緣層21、21′。另外，分別在絕緣層21、21′之上提供透明的疏水層22、22′。另外，提供對電極19。優(yōu)選的是，第一透明電極18包括氧化銦錫(ITO)。優(yōu)選的是，絕緣層21包括聚對二甲苯基。優(yōu)選的是，疏水層22包括由DuPontTM生產(chǎn)的TeflonTMAF1600。疏水層22的表面與第一流體16或第二流體17所在的空腔接觸。如果沒有在第一電極18和對電極19之間施加電壓，而在第二電極18′和對電極19之間施加電壓(圖1A)，那么第一流體16位于光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15之間，該第一流體在這種情況下是絕緣流體，例如空氣。如果在第一電極18和對電極19之間施加電壓，而沒有在第二電極18′和對電極19之間施加電壓(圖1B)，那么第二流體17位于光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15之間，第二流體在這種情況下是導(dǎo)電流體，例如鹽水。在后者的配置中，減小了光色散結(jié)構(gòu)的作用，優(yōu)選的是，將其抵消。
圖2A示意性地示出沿著線A-A垂直于圖1A中所示實(shí)施例的視圖的橫截面視圖。相應(yīng)地，圖2B示意性地示出沿著線A-A垂直于圖1B中所示實(shí)施例的視圖的橫截面視圖。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15處于沒有減小或抵消該光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)(圖2A)，第一流體16位于光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15之間。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15處于減小該光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中時(shí)(圖2B)，用光色散結(jié)構(gòu)7和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15之間的第二流體17代替可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15中的第一流體16。
圖3A示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第二實(shí)施例的橫截面視圖。圖3B示意性地示出圖3A中所示照明系統(tǒng)處于另一種操作模式中的實(shí)施例。在圖3A和3B所示的實(shí)施例中，第一流體16和第二流體17總是位于光準(zhǔn)直儀1的光出射窗5和光色散結(jié)構(gòu)7之間。在該實(shí)施例中，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15引起第一和第二流體的相對位置變化。
如圖3A和3B中所示的基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件15包括鄰近光出射窗5的第一透明電極18和鄰近光色散結(jié)構(gòu)7的第二透明電極18′。分別在第一和第二電極18、18′之上提供第一和第二透明絕緣層21、21′。分別在絕緣層21、21′之上提供透明的疏水層22、22′。另外，提供對電極19。優(yōu)選的是，透明電極18、18′包括氧化銦錫(ITO)。優(yōu)選的是，絕緣層21、21′包括聚對二甲苯基。優(yōu)選的是，疏水層22包括由DuPontTM生產(chǎn)的TeflonTMAF1600。疏水層22、22′的相對的表面與第一流體16或第二流體17存在的空腔接觸。如果在第一電極18和對電極19之間施加電壓V(圖3A)，那么第一流體16與光色散結(jié)構(gòu)7接觸，而第二流體17不與光色散結(jié)構(gòu)7接觸，該第一流體在這種情況下是絕緣流體，例如空氣，該第二流體在這種情況下是導(dǎo)電流體，例如鹽水。
如果在第二流體18′和對電極19之間施加電壓(圖3B)，那么第二流體17與光色散結(jié)構(gòu)接觸，而第一流體16不與光色散結(jié)構(gòu)7接觸，該第二流體在這種情況下是導(dǎo)電流體，例如鹽水，該第一流體在這種情況下是絕緣流體，例如空氣。在后者的配置中，減小了光色散結(jié)構(gòu)的作用，優(yōu)選的是，將其抵消。
圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的分解圖。該照明系統(tǒng)包括外殼51和安裝在(金屬芯的)印刷電路板4上的LEDR、G、B。另外，提供具有電連接裝置的接口板52、熱傳感器等以及光準(zhǔn)直儀1?？赊D(zhuǎn)換的光學(xué)元件15通過支承裝置53連接到光準(zhǔn)直儀上。
圖5A示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的分解圖。圖5B示出圖5A的照明系統(tǒng)裝配好之后的實(shí)施例。該照明系統(tǒng)包括外殼51和安裝在(金屬芯的)印刷電路板4上的LEDR、G、B。另外，提供具有電連接裝置的接口板52、熱傳感器等以及光準(zhǔn)直儀1。在光準(zhǔn)直儀1上刻有小面來促進(jìn)顏色混合。支承裝置54容納光準(zhǔn)直儀1。另外，該照明系統(tǒng)配備有遠(yuǎn)離光發(fā)射器R、G、B一側(cè)的反射器31。在該反射器31刻有小面使該照明系統(tǒng)發(fā)射的光束進(jìn)一步均勻。
應(yīng)該注意，上述實(shí)施例用于說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離隨附的權(quán)利要求的范圍的情況下能夠設(shè)計(jì)許多可選擇的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，置于括號中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)理解為限制該權(quán)利要求。所使用的動(dòng)詞“包括”及其動(dòng)詞變化不排除還存在與該權(quán)利要求中指定的元件或步驟不同的元件或步驟。元件之前的冠詞“一”或“一種”不排除存在多個(gè)這種元件。本發(fā)明可以借助于包括幾個(gè)不同元件的硬件以及借助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在列舉幾個(gè)裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這幾個(gè)裝置可以用一個(gè)或同一個(gè)硬件來體現(xiàn)。在互相不同的從屬權(quán)利要求中引用的某些方案不表示不能有利地使用這些方案的組合。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，其包括多個(gè)光發(fā)射器(R，G，B)，光準(zhǔn)直儀(1)，用于將該光發(fā)射器(R，G，B)發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直，該光準(zhǔn)直儀(1)環(huán)繞該照明系統(tǒng)的縱軸(25)設(shè)置，光準(zhǔn)直儀(1)的光出射窗(5)位于遠(yuǎn)離光發(fā)射器(R，G，B)的一側(cè)，配備有半透明蓋板(11)，該半透明蓋板(11)配備有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件(15)，光準(zhǔn)直儀(1)的光出射窗(5)或半透明蓋板(11)配備有光色散結(jié)構(gòu)(7)，用于加寬由該照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布，該光學(xué)元件(15)在減小光色散結(jié)構(gòu)(7)的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件(15)在減小光色散結(jié)構(gòu)(7)的作用的操作模式中操作時(shí)，基本上抵消了光色散結(jié)構(gòu)(7)的作用。
3.如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件(15)包括在光準(zhǔn)直儀(12)和位于垂直于縱軸(25)的平面內(nèi)的半透明蓋板(11)之間的空腔，該空腔配備有當(dāng)該光學(xué)元件(15)轉(zhuǎn)換到減小光色散結(jié)構(gòu)(7)的作用的操作模式時(shí)能夠使該空腔中的第二流體與第一流體交換的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，其中可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件(15)與光準(zhǔn)直儀(1)光學(xué)接觸，光準(zhǔn)直儀(1)充滿折射率大于1.3的介電材料。
5.如權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，其中第一流體是電絕緣的而第二流體是導(dǎo)電的。
6.如權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)，其中第一流體是空氣或油，第二流體是極性液體。
7.如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中該光色散結(jié)構(gòu)(7)包括透鏡、透鏡陣列或衍射光學(xué)元件。
8.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其中該衍射光學(xué)元件包括全息漫射器。
9.如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中在光準(zhǔn)直儀(12)中的光傳播是基于全內(nèi)反射或者基于在光準(zhǔn)直儀(12)的反射面(22)上的反射。
10. 如權(quán)利要求9所述的照明系統(tǒng)，其中該光準(zhǔn)直儀(12)包括非氣態(tài)的介電材料。
11.如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中位于遠(yuǎn)離光發(fā)射器(R，G，B)的一側(cè)的半透明蓋板(11)配備有反射器(31)。
12.如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中該照明系統(tǒng)包括不同原色或單一原色的許多發(fā)光二極管(R，G，B)。
13.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中LED(R，G，B)中的每一個(gè)當(dāng)以額定功率驅(qū)動(dòng)時(shí)都具有至少25mW的輻射功率輸出。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)，具有多個(gè)光發(fā)射器(R，G，B)和用于將該光發(fā)射器(R，G，B)發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直的光準(zhǔn)直儀(1)。該光準(zhǔn)直儀環(huán)繞該照明系統(tǒng)的縱軸(25)而設(shè)置。光準(zhǔn)直儀的光出射窗(5)位于遠(yuǎn)離光發(fā)射器的一側(cè)，光出射窗(5)配備有半透明蓋板(11)，該蓋板配備有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件(15)。光準(zhǔn)直儀的光出射窗或半透明蓋板配備有光色散結(jié)構(gòu)(7)，其用于加寬由該照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布。光學(xué)元件(15)在減小光色散結(jié)構(gòu)(7)的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。優(yōu)選的是，當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小該光色散結(jié)構(gòu)的作用的操作模式中操作時(shí)基本上抵消了該光色散結(jié)構(gòu)的作用。
文檔編號G02B1/06GK101073028SQ200580042317
公開日2007年11月14日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者J·P·M·安森斯, C·G·A·霍倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司