本申請要求2014年3月4日提交的名稱為“光束整形光譜濾波的光學元件”(BEAM-SHAPING SPECTRALLY FILTERING OPTIC)的臨時申請第61/947,890號、2014年5月23日提交的名稱為“用于照明及食品包裝的光束整形光譜濾波的光學元件”(BEAM-SHAPING SPECTRALLY FILTERING OPTIC FOR ILLUMINATION AND PACKAGING OF FOOD PRODUCTS)的臨時申請第62/002,645號，以及2014年6月2日提交的名稱為“具有光譜濾波光學元件和非濾波光學元件的照明設備”(LIGHTING DEVICE HAVING SPECTRALLY FILTERING OPTICS AND NON-FILTERING OPTICS)的臨時申請第62/006,507號的優(yōu)先權(quán)，每個所述申請的全部內(nèi)容都以引用其教導內(nèi)容的方式并入本文。

背景技術(shù)：

技術(shù)領域

本公開整體涉及照明設備。更具體地講，本公開的實施例涉及與一種照明設備結(jié)合使用的方法和設備，這些方法和設備改變發(fā)光二極管(LED)(包括激光二極管和量子LED(QLEDS))的光度分布，并同時改變發(fā)射光的光譜功率分布(SPD)。其他實施例包括以提供所期望的照明環(huán)境的受控方式使用濾波光學元件和非濾波光學元件二者的照明設備。符合本公開的某些其他實施例被用來過濾會不利地影響各種食品和飲料的有害波長的光。

相關(guān)領域描述

燈具，或者更具體地講，采用不當設計的光學系統(tǒng)的燈具和/或采用效率低下傳統(tǒng)光源的那些是商業(yè)、工業(yè)、市政和住宅應用中造成能源浪費的著名例子。為嘗試解決這種造成能源浪費的已知源頭，許多聯(lián)邦、州和地方政府已經(jīng)頒布法規(guī)，要求或至少鼓勵用更新、更節(jié)能的系統(tǒng)(如采用LED的那些)更換較舊的、低能效的照明系統(tǒng)(如白熾燈、緊湊型熒光燈(CFL)和高強度放電(HID)照明系統(tǒng))。

美國政府甚至通過向頒布此類法律的地方和州政府提供聯(lián)邦經(jīng)濟刺激資金來鼓勵使用和采用節(jié)能照明系統(tǒng)。此外，作為提高國家老化電力基礎設施的可靠性以及與聯(lián)邦政府執(zhí)行的保護工作合作的手段，公眾和投資者所有的公用事業(yè)通過提供法定和海關(guān)退稅來積極地鼓勵替換傳統(tǒng)光源技術(shù)。因此，行業(yè)已經(jīng)迅速地推進LED照明技術(shù)的開發(fā)和部署，這項技術(shù)在幾年前在很大程度上出于經(jīng)濟考慮而遙不可及，而目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多可行的節(jié)能LED照明方案。在新出現(xiàn)的替代光源中，高亮度LED技術(shù)已被認為是無可爭議的理想工業(yè)光源。

但是，由于諸如新燈具的初始購買成本和安裝成本等多種仍存在的經(jīng)濟因素，LED技術(shù)尚未被大范圍完全采納。此外，當LED燈具廣泛用于室外或室內(nèi)照明應用時，它們帶來了意想不到的后果。例如，現(xiàn)代的LED通過轉(zhuǎn)化LED封裝內(nèi)管芯發(fā)射的藍光(大約發(fā)生在450至495nm之間，即通常在10nm之內(nèi)的窄波長內(nèi))來產(chǎn)生白光。然后通過使用本地或遠程施加的磷光體將此藍光轉(zhuǎn)換為白光，這些磷光體吸收了從LED管芯發(fā)射的一些藍光。這些磷光體負責將吸收的藍光轉(zhuǎn)換成具有更長波長的光，特別是可見光譜的綠光和紅光區(qū)域中的波長。未吸收、未轉(zhuǎn)換的藍光與紅光和綠光波長的光組合，提供了白光的外觀。

遺憾的是，由高亮度LED產(chǎn)生的藍光發(fā)射已被發(fā)現(xiàn)在例如天文學等領域(更具體講是對“夜空”的觀察)中有增加的負面影響。傳統(tǒng)光源(諸如高壓鈉(HPS)燈和低壓鈉(LPS)燈)在藍光范圍發(fā)射有限(幾乎沒有)波長的光，因此與天文學更兼容。此外，比較新的研究已將LED發(fā)射的富藍光的影響與人類及其他生物體晝夜節(jié)律的破壞聯(lián)系起來。因此，廣泛安裝富含藍光發(fā)射的白光光源是國際暗天組織(IDA)最大的擔憂之一。

很少有爭論的是，最新的技術(shù)進步已使室外照明更有效，但同時，如前所述，這些新的照明解決方案比傳統(tǒng)光源含有豐富得多的藍光波長。具體地講，現(xiàn)今正在實現(xiàn)的節(jié)能白光燈發(fā)射比最廣泛使用的高強度放電(HID)光源(例如金屬鹵化物燈(MH)、高壓鈉燈(HPS)和低壓鈉燈(LPS))更多的藍光。另外，最新的醫(yī)學研究顯示，暴露于富藍光光源(例如LED發(fā)射的光)可引起天然存在的人褪黑素(MLT)水平降低。

考慮到富藍光與人體生理學之間的聯(lián)系，應努力(如果不消除)顯著減少長期暴露于這些光源下。對于在晚上經(jīng)常長期暴露于人工照明的人和/或依賴于無富藍光(例如太陽光)的夜行動物來說，尤其如此。雖然已經(jīng)嘗試對LED光源發(fā)射的藍光數(shù)量進行限制，但還采取了措施來增加發(fā)射光的“暖度”，或者更具體地說，降低光的相關(guān)色溫(CCT)。也就是說，通過將發(fā)射的藍光中的更大數(shù)量轉(zhuǎn)換為可見光譜的綠光和紅光部分，可以將光源發(fā)射的光的顏色外觀(例如，其CCT)從“冷白光”改變成“暖白光”。

圖1中描繪了一種已知設備，它包括典型封裝的LED光源，該LED光源由藍光LED芯片12構(gòu)成，該藍光LED芯片發(fā)射的光11具有在藍光波長范圍內(nèi)的發(fā)射峰。該藍光LED芯片受樹脂模具13保護，該模具封裝磷光體材料14，該磷光體材料被從該藍光LED芯片發(fā)射的藍色光11激發(fā)。如磷光體化學性質(zhì)所確定的那樣，封裝的磷光體14吸收LED發(fā)射的部分藍光11并且發(fā)射綠光和紅光15，綠光和紅光15與該藍光LED芯片發(fā)射的未被吸收的藍光11組合。這導致發(fā)射白光16，此白光具有在藍光波長范圍內(nèi)的發(fā)射峰。

然后將獨立濾光器17置于發(fā)射的具有藍光發(fā)射峰的白光16的光路上，以試圖濾掉一些藍光。這樣得到了過濾的白光18，此光被認為具有比未過濾的白光16“更暖的”CCT。這樣更暖的白光對于住宅或醫(yī)院的室內(nèi)應用是必要的。但是，對于商業(yè)應用、尤其是要求更高水平的光度控制的應用來說，使用次級濾光介質(zhì)以嘗試控制發(fā)射光的光譜分量的照明設備(例如圖1所示的設備)會造成問題。由于光透射通過第二表面，第二表面的幾何形狀和/或折射率可以防止光無改動和損失地通過它，因此，這種提議的解決方案導致光損耗增加，這導致系統(tǒng)效能降低，并且有可能造成發(fā)射光的光度圖案移位。

此外，已知光會導致食品發(fā)生光降解或變質(zhì)。這種光降解通常發(fā)生在食品的組分中，例如顏料、脂肪、蛋白質(zhì)和維生素。這種變質(zhì)以若干形式體現(xiàn)，例如食品的變色、引起一種或多種異味，以及維生素損失。例如，用于照亮陳列柜中或冰箱內(nèi)食品的光會被食品吸收，并造成一種或多種上述食品組分變質(zhì)。這導致食品表面變色，而且會不利地影響消費者對產(chǎn)品的接受度。

另外，在液體食物產(chǎn)品中，光甚至能夠更深地穿透到產(chǎn)品中，即穿過了外層，并且隨著液體通過運輸、搬運等而被攪拌，該液體中受影響的部分混合在整個產(chǎn)品中。這造成食物產(chǎn)品的更大部分受到光的負面影響。食物產(chǎn)品變質(zhì)的類型和程度取決于若干因素。這些因素包括：光源的具體類型(包括被食物吸收的特定波長的光)、光源距離食物的距離和食物暴露于光的持續(xù)時間、食物的包裝、食物內(nèi)的氧氣量和食物暴露于光時的存儲溫度。

因此，期望提供一種節(jié)能照明解決方案，它能有效地照亮所需的目標，而且在同一時間將光源的光譜功率分布修改至期望的閾值水平或低于期望的閾值。還期望控制一個或多個特定光譜分量，例如通過吸收可見光或不可見光波長(例如從該照明設備發(fā)射的藍光)。應該在提供給目標的光通量沒有明顯損失的情況下實現(xiàn)這些所期望效果中的每一個，同時控制所期望的光束形狀。還期望為各種固體和液體食物產(chǎn)品提供一種將減少或消除光波對食物的不利影響的照明解決方案。

示例性實施例概述

考慮到與常規(guī)照明設備相關(guān)聯(lián)的問題，包括但不限于上述問題，根據(jù)本申請的一個或多個示例性實施例的照明設備整體涉及耦合有單個光束整形光學元件的LED設備。此耦合的光學元件(諸如自由形態(tài)全內(nèi)反射(TIR)光學元件)將LED發(fā)射的光的光度分布轉(zhuǎn)換為所需圖案，并且還提供帶通濾波以控制LED發(fā)射的光的光譜功率分布。圖2A至圖2C示出了可與本申請的實施例結(jié)合使用的一類LED光學元件。符合本申請的LED光學元件中的一個或多個可以在燈具組合件內(nèi)使用以用所需波長的光照亮所需目標區(qū)域。

更具體地講，一個或多個實施例包括工程樹脂材料(本文中簡稱為樹脂，但包括其他合適的材料，如玻璃和硅樹脂)制成的光束整形TIR光學元件。通過將濾光劑與適于光學元件的材料(如丙烯酸酯(聚甲基丙烯酸甲酯，或簡單地稱為PMMA))、塑料、硅樹脂、玻璃、聚合物、樹脂等)混合來形成此光學元件。此光學元件與LED光學耦合，以將發(fā)射光的光度分布轉(zhuǎn)換為所期望的圖案，并且同時提供一定水平的帶通濾波。由此，該燈具的整體光譜功率分布得到控制。盡管已經(jīng)知道TIR光學元件的基本用途，但并不知道利用這樣一種樹脂，它通過在TIR光學元件內(nèi)使用特定材料(例如染料、磷光體、熒光材料和量子點)來濾光和/或進行光的斯托克斯移位。如上所述，現(xiàn)有的方法涉及使用次級濾光介質(zhì)來過濾發(fā)射光，由于鏡頭的特定幾何結(jié)構(gòu)和/或折射率，這將造成光損失增加，并有可能使光度圖案移位。

根據(jù)符合本公開的各種實施例，利用單個光學元件進行濾光和光束整形可以被用在各種應用中，包括但不限于一般室內(nèi)照明；一般室外照明；泛光照明，包括對食品加工和展示的照明；便攜式照明；汽車照明；移動設備照明；藝術(shù)品照明；零售和一般展示照明；飛機和航空照明；對光敏生物和制藥工藝、半導體加工和其他光敏應用的照明。

出于優(yōu)先考慮或為了防止不利的或不希望的環(huán)境、生理和/或技術(shù)后果，根據(jù)本申請來過濾特定波長的光以發(fā)射受控的光譜密度并影響此光譜的做法可用于例如限制或防止可見或不可見光的特定頻率被投射到環(huán)境中。實現(xiàn)本文所公開的技術(shù)的另一個成果是改善各種照明應用中的顏色質(zhì)量，例如就酒店和零售業(yè)照明空間而言。

除了提供包括光譜濾波光學元件的照明解決方案，本文所公開的照明設備的其他方面包括濾光和非濾光光學元件。根據(jù)示例性實施例，在單個燈具中提供了包括一個或多個濾光光學元件的光模塊以及具有非濾光光學元件的光模塊。根據(jù)期望的光輸出(例如色溫和其他光譜分量)，以受控的方式激活這些光模塊，從而實現(xiàn)期望的效果。

根據(jù)其他示例性實施例，提供了一種動態(tài)系統(tǒng)。該動態(tài)系統(tǒng)由配置有濾光光學元件和標準的透明非濾光光學元件(例如由PMMA制成)組合的LED陣列組成。根據(jù)其他示例性實施例，該動態(tài)系統(tǒng)與控制器(諸如無線或有線控制器)結(jié)合，所述控制器控制將哪個LED或LED組合被激活。根據(jù)這些示例性實施例，可以在單個照明設備(例如，燈具)內(nèi)實現(xiàn)濾光和非濾光光學元件的任意組合。

根據(jù)一個或多個示例性實施例，提供了一種整裝智能無線控制模塊或PCB集成設計，它包含一個或多個獨立控制的開關(guān)輸出和一個或多個數(shù)字和/或模擬0至10V輸出，這些輸出可以被用來開關(guān)電源和調(diào)整連接的LED電源的工作電流，以及提供全程調(diào)光。

每個智能無線或有線控制模塊都能夠控制一個或多個夾具，并能夠被單獨地控制或與其他照明設備組合。無線控制模塊例如通過900MHz射頻與無線自組織和自愈網(wǎng)狀網(wǎng)絡內(nèi)的其他設備通信。

無線和非無線獨立控制器以及集成設計都采用非易失性存儲器，可在該存儲器中編程、存儲和自動激活基于時間的適應或控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種照明設備，它包括發(fā)射第一帶寬的光的光源和耦合到光源的單個光學設備，其中所述單個光學設備過濾具有所述第一帶寬內(nèi)的預選波長子范圍的光以生成第一過濾光并控制所述過濾光的光束形狀。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種照明設備，它包括發(fā)射具有第一帶寬的光的第一光源、發(fā)射具有第二帶寬的光的第二光源、耦合到所述第一光源的第一光學設備，其中所述第一光學設備過濾具有所述第一帶寬內(nèi)的預選波長子范圍的光并生成第一過濾光。該照明設備還包括耦合到所述第二光源的第二光學設備，其中所述第二光學設備允許所述第二帶寬的光不經(jīng)過濾就從中通過。還提供了一種控制設備，其可操作地連接到所述第一和第二光源，并可操作來控制是從所述第一和第二光源中的一個發(fā)射、兩個發(fā)射光都發(fā)射或二者都不發(fā)射光。

根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面，提供了一種制備照明設備的方法，其包括將濾光劑和光學材料混合，將所述混合操作的結(jié)果成形以形成濾光光學設備，以及將該濾光光學設備耦合到發(fā)射第一波長范圍內(nèi)的光波的至少一個LED。根據(jù)這一方面，所述濾光劑吸收波長在所述第一范圍的子范圍內(nèi)的光波，并且所述濾光光學設備控制所述照明設備的光束形狀。

附圖說明

下文將以舉例的方式結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的設備和方法的示例性實施例，其中：

圖1示出了根據(jù)常規(guī)LED照明設備的過濾藍光的已知方法；

圖2A是符合本公開的示例性實施例的LED照明設備的TIR光學元件的透視圖；

圖2B是圖2A中所示光學元件的側(cè)正視圖；

圖2C是圖2A中所示光學元件的前正視圖；

圖2D是圖2A中所示光學元件的剖視圖；

圖3是不含耦合的光學元件的裸LED的光強分布圖；

圖4是耦合有圖2A至圖2D所示的光學元件的LED的光強分布圖；

圖5是示出了可見光和近可見光譜中輻射的相應波長的光譜圖。

圖6是示出了人眼在典型日光條件期間觀察到的不同顏色光波的相對強度的色度圖；

圖7是示出了明視、中間視覺和暗視條件下不同顏色光波的不同發(fā)光效率的圖表；

圖8的坐標圖示出了根據(jù)本公開的用于各種顏色光波的示例性長通濾波器的相應透射曲線；

圖9A的曲線圖示出了一種燈具的發(fā)射光的光通量輸出與波長之間的關(guān)系，該燈具有一個或多個LED，這些LED具有各自的光束整形TIR光學元件而沒有波長移位染料；

圖9B的曲線圖示出了根據(jù)本公開的一個或多個實施例的燈具的發(fā)射光的光通量輸出與波長之間的關(guān)系，該燈具有一個或多個LED，這些LED具有各自的光束整形TIR光學元件，這些TIR光學元件含有波長移位染料；

圖10是根據(jù)一個或多個實施例的單個室外燈具設備的透視圖，該燈具設備具有多個濾光和非濾光光學元件二者；

圖11的圖示出了根據(jù)一個或多個實施例的圖10的單個燈具中濾光和非濾光光學元件集合的近距離視圖；

圖12的表格示出了12個不同預設值和它們對應的照明參數(shù)值的列表，這些值用于控制對應于圖10的燈具中濾光和非濾光光學元件的LED；

圖13的曲線圖示出了對應于圖12的表格中所列的預設控制值的不同波長的光的相對強度。

具體實施方式

符合本公開的設備的示例性實施例包括下面詳細描述的一種或多種新穎特征。例如，本發(fā)明的示例性實施例中的一個或多個包括耦合到LED設備的TIR光學元件，該光學元件由一種或多種材料形成，所述材料用于吸收可見光波頻帶并使所吸收的光帶寬的至少一部分的波長移位至所吸收的帶寬之外的一個或多個波長。

圖2A是根據(jù)示例性實施例的LED照明設備的TIR光學鏡頭200或光學元件的透視圖。圖2B和圖2C分別是光學元件200的側(cè)正視圖和前正視圖。光學元件200是由丙烯酸酯或一些其他合適的材料(如塑料、硅樹脂、玻璃、聚合物、樹脂等)制成的自由形態(tài)的光學元件。根據(jù)所示的實施例，自由形態(tài)的光學元件200包括一個或多個反射或折射表面210、220、230、240、250、260、270，它們的形狀具有獨特設計以控制發(fā)射光并將其整形成期望的圖案。圖2D是光學元件200沿中心線截取得到的剖面圖或剖視圖。外部折射表面和容納LED芯片(未示出)的內(nèi)部腔體225示于圖2D中。

圖3是根據(jù)本申請的裸板LED的光強分布圖。更具體地講，如圖3左側(cè)的圖300上的虛線305所示，裸LED(未示出)，也就是未耦合有光束整形TIR光學元件的LED，在LED正下方(即0度垂直角)的一點處提供了最大光強度，在圖3中所示實例中為約4,055坎德拉。隨著垂直角增大，光強度逐漸減小，直至90度垂直角處為約0.0坎德拉，并且在大于90度的垂直角處(即在LED所在平面上方)保持在0.0坎德拉。

以舉例的方式并且不旨在限制，圖3右側(cè)的圖350示出了自水平面測量的裸LED的光的相對強度分布圖。如由半圓形曲線圖355所示，定位成在垂直方向上照明而沒有耦合任何光學元件的裸LED在所有水平角上均提供了均勻的最大強度。例如，圖3中的LED被定位在標為“X”的位置處和在水平面(例如地面)上方的給定高度(例如20英尺)處。曲線圖355顯示，最大強度是以一致的圓形圖案照射的，即約4,055坎德拉。也就是說，在每個橫向角度均測得了相同的最大發(fā)光強度值，即4055坎德拉。

圖4是類似于圖3中所示的曲線圖的光強分布圖，但其中有一處明顯的不同。與圖3中不同，圖4并不測量裸LED，而是當圖2A至2D中所示的TIR光學元件耦合至LED時的光強分布圖。圖4左側(cè)的圖400包括虛線圖405，其具有遠比裸LED的圖3中相應的曲線圖更窄的分布。具體地講，如圖所示，具有光學元件的LED的最大發(fā)光強度被示為約15,719坎德拉，此最大強度發(fā)生于約67.5度的垂直角處，即在標記410的點處。

圖4右側(cè)的圖450示出了通過包括最大光強值(即約15,719坎德拉)的平面的發(fā)光強度分布。如圖所示，沿約72.5度的橫向角處(即點460處)的最大強度平面得到了細長的分布。

因此，如圖3和圖4中所示，根據(jù)本申請的一個方面，通過將專門設計的光學元件(例如圖2A至圖2D中所示的光學元件)耦合至LED，可以將來自LED的光整形成期望的圖案。例如，圖4中所示的光圖案可用于照明開放區(qū)域內(nèi)(例如在停車場或街道上)的一個或多個物體。

將光束整形，使得光強度被引導在特定目的所期望的精確方向上，這只是本申請的一個方面。控制發(fā)射光的光譜成分是另一個重要的方面。例如，根據(jù)一個示例性實施例，控制發(fā)射光的光譜成分，使得燈具發(fā)射的藍光的數(shù)量被大大減少或消除。

圖5是示出了可見光和近可見光譜中輻射的相應波長的光譜圖。人眼識別或“看見”可見光譜中的光，這包括波長范圍從約380nm至約780nm的光波。光譜中的波長低于380nm的部分被稱為近紫外到紫外輻射，高于740nm的波長被稱為紅外輻射。此外，如人眼所看到的，在可見光的整個范圍內(nèi)，每個波長代表著不同的顏色。例如，藍光具有范圍從約435nm至約500mn的波長，綠光在約520nm至約565mn的范圍內(nèi)。

圖6示出了光度函數(shù)或發(fā)光效率函數(shù)，它描述了人對亮度的視覺感知的平均光譜靈敏度。它基于對一對不同顏色的光中哪一個更亮的主觀判斷來描述不同波長的光的相對靈敏度。它不應視為在所有情況下都完全準確，但它很好地表示了人眼的視覺靈敏度，因此值得作為實驗中的基線。這些被稱為“明視”條件。因此，如所示，在明視條件期間，人眼對綠光(也就是約555nm的波長的光)最為敏感。如圖中所示，(例如)從強度的角度來看，黃色和青色是接下來最可識別的顏色，然后是藍色和橙色，再然后是紫色和紅色。

圖7示出了在白天(明視)、黃昏(中間視覺)和極微光(暗視)條件下，人眼分別對不同頻率或波長的光的響應(即發(fā)光效率)的相對偏差。如圖所示，當觀察環(huán)境亮度暗時(例如在沒有月光的夜間)，與明視響應相比，發(fā)光效率曲線向下移動，即圖7中左側(cè)曲線。在這些條件下，人眼對藍光(例如，具有約507nm左右波長的光)最敏感。

因此，當具有大量藍光的照明(例如上文所述的白色光LED)被用來在夜間照亮戶外目標時，被散射(例如瑞利散射)到環(huán)境中的藍光波長范圍內(nèi)的光將會對夜空具有最大影響。換句話說，人類將在任何散射白光中識別出比其他波長的顏色更多的散射藍光部分。因此，在光被物體反射時或當對光束的控制不夠充分以致一些光被直接發(fā)射到天空中時，使用明亮白光LED的路燈和泛光燈向天空中貢獻了大量的藍光。如上所述，此類條件是光污染的一個顯著成因。

根據(jù)本申請的示例性實施例，目標藍光波長被TIR光學元件(例如圖2A至圖2D中描述的元件)的物理組件吸收，并使發(fā)射光譜成分移位。例如，將能夠吸收藍光波長范圍內(nèi)的光的染料與用于制造該光學元件的丙烯酸類材料混合。這樣，包括從白光LED輸出的總的白光光譜的藍光的波長帶被染料吸收，同時允許吸收頻帶之外的其他波長的光通過該光學元件。例如，采用根據(jù)本實施例的一個或多個LED設備的路燈發(fā)出的任何散射光將不會被發(fā)射到夜空中，如上所述，這些散射光原本會加重光污染。

根據(jù)另一個示例性實施例，根據(jù)本發(fā)明的濾光光學元件被用來過濾掉有害的光波長，在它們被允許接觸各種食物產(chǎn)品和/或被各種食物產(chǎn)品吸收之前。根據(jù)這些和其他實施例，將特定波長的光(例如400至500納米范圍內(nèi)的藍光)從一個或多個LED發(fā)射的光中濾掉。這些LED提供了對食物或飲料的照明，例如肉、奶酪、奶，和其他乳制品，以及軟飲料、果汁和甚至啤酒，這里僅舉幾例。

通過該方法將特定的光波從發(fā)射光中濾掉，該方法包括光源處的濾光光學元件，例如一個或多個上文所述并在附圖中示出的光學元件。另一種用于在適當波長的光被固體或液體食物吸收之前將其過濾掉的方法包括為食物提供能夠過濾適當波長的包裝。例如，用于包裝奶、啤酒或其他容易受到光波影響的飲料的瓶子被制成具有濾光性能。

本實施例對例如奶牛農(nóng)場/養(yǎng)殖場和加工設施的業(yè)主/運營者具吸引力，像其他人一樣，他們(甚至是被迫)對降低他們設施的能源消耗來作為抵消電氣照明和相關(guān)HVAC成本的手段非常感興趣。

遺憾的是，如上所述，牛奶易受“光敏”風味物和營養(yǎng)物減少的影響，尤其容易受到低于500nm的波長的光的影響，因此一些生產(chǎn)商試圖通過使用彩色包裝(例如，黃色和/或UV涂覆)來一定程度地減少這些影響。但是，與不透明和遮光包裝相關(guān)的成本難以從消費者那里收回。此外，生產(chǎn)、加工、冷藏及相關(guān)運輸設施使用了光源(例如效率低下的金屬鹵化物燈和熒光燈)，這些都是更節(jié)能的LED照明技術(shù)的目標。雖然這些傳統(tǒng)的光源會產(chǎn)生也被證明影響食物產(chǎn)品的質(zhì)量的UV，但與LED相比，它們在400至500nm的范圍內(nèi)產(chǎn)生少得多的藍光。

當進行大量研究來開發(fā)用在乳制品上的包裝和涂覆系統(tǒng)時，LED光源尚未問世。因此，根據(jù)LED照明的進步，符合本文所公開實施例的樹脂提供了比現(xiàn)有包裝合適的改進。具體地講，乳品和其他飲料工業(yè)的裝瓶過程中所用的現(xiàn)有樹脂不會過濾或上移不需要的光波長，例如有害的藍光。然而，如上所述，根據(jù)本文所公開實施例制成的樹脂和其他材料執(zhí)行這種過濾和移位。

因此，隨著食品行業(yè)轉(zhuǎn)向使用LED制冷柜照明，即含有比傳統(tǒng)光源更多藍光成分的照明，封裝在白色和/或透明包裝中的乳制品將經(jīng)受更大的變質(zhì)率。為減少或消除這種增加的變質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，光源和/或由樹脂或者吸收和/或偏移藍光波長的其他材料制成的包裝處的濾波光學元件將克服該問題。

使用濾光光學元件的本發(fā)明的其他示例性實施例包括但不限于：(1)食品生產(chǎn)、加工、冷藏和相關(guān)運輸(例如貨源到貨架)中使用的一般環(huán)境或任務照明，(2)消費者和專業(yè)設備中使用的制冷燈，(3)專業(yè)零售情況中使用的制冷燈，(4)乳制品、肉類和農(nóng)業(yè)運輸行業(yè)使用的內(nèi)部貨物燈，以及(5)乳制品/肉類/產(chǎn)品(即食品)的相關(guān)生產(chǎn)/加工/冷藏/運輸中使用的工業(yè)/商業(yè)照明設備。此外，對于與照明無關(guān)的濾光光學材料的潛在新用途包括：(1)產(chǎn)品包裝和(2)展示箱窗口。

例如，啤酒通常是瓶裝和包裝在高壓鈉(HPS)燈照射區(qū)域中。這是因為HPS燈不發(fā)出具有約350-500nm的臨界范圍內(nèi)波長的大量光。如果在裝瓶過程中，并直到瓶子不再暴露于光的殼體包裝操作，瓶子暴露于光中過多量的時間(例如，當機器發(fā)生故障時等)，必須處置所有暴露瓶子的內(nèi)容物。

可根據(jù)一個或多個實施例使用的示例性LED是明亮白光LED，例如由日亞化學公司(Nichia Corporation)提供的Nichia 219B LED。如上所述，這種白光LED趨向于發(fā)出大量藍光，其理想地應被過濾或斯托克斯移位，以提供更多可接受的光譜成分。根據(jù)本公開的一個示例性實施例，將用于吸收藍光的染料混合到用于形成TIR光學元件的塑料或丙烯酸類材料中。

可摻入到根據(jù)本實施例的塑料光學元件中的一種已知染料是由新澤西州希爾斯伯勒市的Adam Gates公司(Adam Gates&Company,LLC of Hillsborough,New Jersey)提供的DYE 500nmLP。這種特定染料是黃色自由流動的粉末材料，其可被熔化并與用于形成主光學結(jié)構(gòu)的塑料或丙烯酸類材料均勻混合。一種合適的材料是丙烯酸類聚合物樹脂材料，例如由Altuglas國際公司(Altuglas International)提供的V825。

圖8示出了500nmLP染料的透射曲線。更具體地講，曲線810示出了用于對該染料起作用的輻射的相對透射水平。如圖所示，具有高于500nm波長的輻射被100％透射，具有低于約480nm波長的輻射被0％透射。波長在480nm和500nm之間的輻射基本上都被染料吸收。換句話講，藍光(包括紫光和紫外線)幾乎都被染料吸收，所有的綠光、黃光、橙光和紅光(包括品紅和紅外光)都被允許通過該染料。并且，根據(jù)本發(fā)明實施例的光學元件(包括直接LED光學元件的實施例和由光譜濾波樹脂或其他材料制成各種包裝的實施例)通過一種或多種不同方法制成，包括各種形式的吹塑成形，例如，擠出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑和再加熱吹塑。

根據(jù)本公開的一個實施例，由LED發(fā)出并進入光學元件中的至少一些光波被斯托克斯移位至更高波長。也就是說，由于熒光材料的性能，被染料吸收的光(即本例子中的藍光)以高于所吸收藍光的波長再發(fā)出。因此，不僅由光學元件最終發(fā)出的藍光的量被基本去除，而且由光學元件發(fā)出的光的光通量(即確認的功率)也未減少接近如被吸收光的量那么高的值。換句話講，除了具有約455nm左右波長的光(即藍光)從發(fā)射光譜中被去除之外，還發(fā)出具有高于455nm波長的其他光。

圖9A是示出光通量輸出隨根據(jù)本公開的一個或多個實施例的燈具所發(fā)出光的波長變化的曲線圖。在該示例性實施例中，類似于圖2A至圖2D的光學元件的TIR光學元件耦合到每個LED，但未將染料混合至用于形成TIR光學元件的丙烯酸類材料中。具體地講，構(gòu)造了具有耦合至相應光學元件設備的72個單獨寬頻譜白光LED的泛光燈具，并觀察各種測試測量。如圖9A所示，由燈具發(fā)出的光在約450nm波長處具有第一極大值910，并在約560nm處具有第二極大值920。

圖9B是示出如結(jié)合圖9A所用相同燈具的光通量的曲線圖，但有一個主要不同。當形成TIR光學元件時，將上文所述熒光染料混合到丙烯酸類材料中。如圖9B所示，由燈具發(fā)出的光譜成分缺少波長小于約455nm的輻射，例如，對應于圖9A中的第一極大值910。此外，發(fā)出的光的光譜已向更高波長移位。例如，圖9B中的峰波長為約560nm，其對應于圖9A中的第二極大值。但是，圖9B中的峰光通量(即在560nm處)的量級大于對應的9A中的第二極大值的值。這表明，至少一些被吸收的藍光(例如約455nm)已經(jīng)移位成為綠光(例如560nm)。

雖然已選擇各種實施例來說明所公開的方法和設備，但本領域技術(shù)人員將理解，可在不脫離由所附權(quán)利要求所限定的本公開范圍的情況下作出其他修改。例如，上述用于從發(fā)出的光的光譜中去除藍光并控制光束形狀用于照明室外物體(例如道路等)的示例性實施例僅僅是本公開的一個實際應用。具體地講，可以設想，可吸收其他波長的輻射并用于使頻譜成分移位，并且由光學元件的構(gòu)造所定義的其他光束形狀落入本公開的精神和范圍內(nèi)。

例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在夜間，人造光破壞人體的生物鐘(即晝夜節(jié)律)，因此，暴露于過多量光的人類經(jīng)受更高比例的睡眠功能障礙。此外，研究表明，過量的光(尤其是在夜間)可能有助于癌癥、糖尿病、心臟病和肥胖癥的形成。藍光往往對人體最具破壞性，尤其在夜間。

獨立實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，藍色光抑制褪黑素的時間大約是綠光的兩倍，并且改變晝夜節(jié)律兩倍之多。因此，如果減少發(fā)出藍光的量以及可能將一些藍光移位轉(zhuǎn)變?yōu)榫G光或紅光，那么各種照明應用都將受益，這樣的應用旨在落入本公開的范圍內(nèi)。

應當理解，本文所公開的方法和設備不限于輻射光束形狀的任何范圍或有限范圍的波長。更具體地講，通過舉例的方式，本公開的用于光束成形和光譜成分控制本質(zhì)的另一個應用涉及藝術(shù)品的照明。也就是說，所有光都會導致藝術(shù)品不可逆轉(zhuǎn)地受損害。損害的程度取決于光源類型、光源強度和藝術(shù)品經(jīng)受曝光的時長。因為光對藝術(shù)品的損害是累積的，藝術(shù)品暴露的時間越長，損害就越強。

自然光是較強的能量來源，并包含紫外(UV)輻射。因為大多數(shù)藝術(shù)品由有機材料構(gòu)成，例如，如存在于各種涂料中那些，藝術(shù)品特別易受UV波長影響。這會導致不同形式的損害，包括變色。可見光譜中的輻射也會造成藝術(shù)品大量的損害和變色。因此，當照亮藝術(shù)品時控制發(fā)出輻射的光譜成分并控制光束形狀以提供有效的照明圖案，這可成為用于有效展示藝術(shù)品并同時保護藝術(shù)品免受不當輻射損害的有用工具。

圖10和圖11示出了根據(jù)進一步示例性實施例的燈具，其中濾光光學元件和非濾光光學元件(每一者都對應于一個或多個LED)用于實現(xiàn)定制照明解決方案。根據(jù)該實施例，控制器單元(未示出)用于以受控方式激活對應于濾光光學元件和非濾光光學元件的LED。例如，在一天中的特定時間，一些預設控制值用于改變哪些特定LED被激活，從而根據(jù)所用特定預設值實現(xiàn)期望照明效果。符合本文所公開實施例的示例性無線控制器公開于美國公布的專利申請?zhí)?012-0136485中，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。雖然可使用該美國公開申請中公開的控制器，但也可使用符合這些和其他實施例的其他無線或有線控制器。

根據(jù)這些示例性實施例的一個方面，無線控制提供可編程的LED照明，其降低并過濾模擬日光的傳統(tǒng)光源中的波長。通過預設編程根據(jù)本實施例的有濾光光學元件和非濾光光學元件的燈具以提供不同程度的光“適應”，例如從黃昏到黎明或者針對具體應用定制的光。在燈具的夜間運行過程中，預設模式允許按需減少“藍光”波長的光。

圖12是提供十二(12)個示例性“預設”(1-12，列于左手邊的列中)的圖表。對應于每個預設值的分別是功率、CCT、照度和CRI值。根據(jù)日計時器或一些其他預編程的控制組，從來自燈具整體發(fā)出的光中過濾變化量的“藍光”。如圖所示，根據(jù)照明設備(例如燈具)是否位于市區(qū)或混合使用設置中、低人口密度區(qū)域或者諸如國家公園或其他保護環(huán)境的區(qū)域中，可使用不同的控制值。

圖13示出了由配備有根據(jù)本實施例的濾光光學元件和非濾光光學元件的給定燈具發(fā)出的一系列光譜分布。根據(jù)本實施例，根據(jù)圖12的表中所列出的預設(1-12)來控制對應于光學元件的單個LED。如圖所示，由于根據(jù)預設值操作對應于濾光光學元件和非濾光光學元件的LED的不同組合，450nm附近波長帶的“藍光”量發(fā)生改變。更具體地講，在圖13的實施例中，燈具發(fā)出的“藍光”的相對強度從使用預設值1時的約23.0降低到使用預設值12時的約1.0。這使得能夠使用加載了濾光光學元件和非濾光光學元件的相同燈具以受控方式實現(xiàn)期望的光譜成分。