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)射器和至少一個第一光準(zhǔn)直儀，第一光準(zhǔn)直儀用于將光反射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直。
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US 2003/0076034A公開了一種LED芯片包裝，其包括基座、置于基座上的LED芯片陣列，以及安裝在該基座上并位于發(fā)光二極管芯片陣列上方的準(zhǔn)直儀。該陣列的LED芯片通常以成直線的方式排列。該準(zhǔn)直儀一般配置為矩形、喇叭狀(horn-like)構(gòu)件，并且通常包括使LED芯片發(fā)射的光沿第一方向準(zhǔn)直的第一組壁以及使LED芯片發(fā)射的光最低限度地沿第二方向準(zhǔn)直的第二組。
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)包括多個光發(fā)射器，第一光準(zhǔn)直儀，第一光準(zhǔn)直儀用于將該光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直，該第一光準(zhǔn)直儀環(huán)繞該照明系統(tǒng)的縱軸而設(shè)置，在第一光準(zhǔn)直儀中的光傳播基于全內(nèi)反射，至少第二光準(zhǔn)直儀，所述第二光準(zhǔn)直儀用于將光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直，該第二光準(zhǔn)直儀沿縱軸環(huán)繞第一光準(zhǔn)直儀而設(shè)置，在第二光準(zhǔn)直儀中的光傳播基于全內(nèi)反射或者在第二光準(zhǔn)直儀的遠(yuǎn)離該縱軸的外表面處的反射，空腔，空腔置于第一和第二光準(zhǔn)直儀之間，該空腔配備有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小第二光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
光發(fā)射器發(fā)射的光束行進(jìn)通過第一光準(zhǔn)直儀。一方面，如果光從第一和第二光準(zhǔn)直儀穿過時折射率沒有發(fā)生變化，那么光將不會在第一和第二光準(zhǔn)直儀之間的界面處反射。光從第一光準(zhǔn)直儀行進(jìn)通過可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件并且進(jìn)入第二光準(zhǔn)直儀。在這種操作模式中，第一光準(zhǔn)直儀、可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件和第二光準(zhǔn)直儀的組合作為基于全內(nèi)反射或者基于第二光準(zhǔn)直儀的遠(yuǎn)離縱軸的外表面處的反射的單個光準(zhǔn)直儀來工作。根據(jù)第二光準(zhǔn)直儀的形狀，這一般將導(dǎo)致照明系統(tǒng)發(fā)射相對較窄的光束。
另一方面，如果在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件之間的界面處存在折射率變化，那么光將在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件之間的界面處反射。在這種操作模式中，僅僅第一光準(zhǔn)直儀對照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的光束成形起作用。根據(jù)第一光準(zhǔn)直儀的形狀，這一般將導(dǎo)致照明系統(tǒng)發(fā)射相對較窄的光束。
一般來說，在第一和第二光準(zhǔn)直儀之間存在至少兩個界面。在第一光準(zhǔn)直儀對于空腔中提供的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中的流體和該第一光準(zhǔn)直儀之間存在第一界面，在空腔中提供的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中的流體和第二光準(zhǔn)直儀之間存在第二界面。如果在兩個界面處都沒有折射變化，那么在這些界面處就沒有光反射。如果存在相對較小的折射率變化，那么將會反射一些光，但是這對于獲得光束寬度可轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)來說仍然是可接受的。
通過使可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在兩個操作模式之間轉(zhuǎn)換，能夠影響第二光準(zhǔn)直儀的作用，并且光束的形狀可以從第一光準(zhǔn)直儀主要決定光束成形時的相對較寬的光束改變?yōu)榈诙鉁?zhǔn)直儀主要決定光束成形時的相對較寬的光束。在后者的操作模式中，第一和第二光準(zhǔn)直儀一起發(fā)揮作用。
可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的光學(xué)作用是由第一光準(zhǔn)直儀和可轉(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，電場改變與疏水的絕緣電極接觸并且可能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來施加電場，那么形成表面能量梯度，表面能量梯度能夠用于操縱極性流體朝絕緣電極移動。一般而言，在可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中，用第二流體代替第一流體。基于電潤濕的可轉(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)換到減小第二光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式中時，該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處引入流體從而增強(qiáng)在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化，其中減小了第二光準(zhǔn)直儀的影響。
通過增強(qiáng)在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化，促進(jìn)了將照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布的加寬。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件沒有處于減小第二光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式中時，照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布變得較窄。通過改變在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(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。
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)元件來影響在第一光準(zhǔn)直儀的折射率和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的折射率之間的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)在兩個模式中的足夠快速的順序操作，可以在照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的各個角度之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過適當(dāng)?shù)剡m應(yīng)第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)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)的另一個優(yōu)點(diǎn)在于可以動態(tài)地調(diào)整照明系統(tǒng)的光束的形狀和/或光束圖(beam pattern)。
通過使光發(fā)射器發(fā)射的光的傳播基于全內(nèi)反射(TIR)，大大避免了在第一和第二光準(zhǔn)直儀中的光損失。優(yōu)選的是，第一和第二光準(zhǔn)直儀均由折射率大于或等于1.3的非氣態(tài)、光學(xué)透明的介電材料制成。優(yōu)選的是，第一和第二光準(zhǔn)直儀的折射率基本上相同。優(yōu)選的是，與可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件不鄰接的第二光準(zhǔn)直儀的一部分在面向縱軸的表面上配備有反射涂層。
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)元件在基本上沒有第二光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。在該操作模式的情況下，第二光準(zhǔn)直儀對于照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的成形沒有起作用?？赊D(zhuǎn)換的光學(xué)元件抵消了第二光準(zhǔn)直儀對于照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的光束成形的參與作用。
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，其中空腔配備有當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小第二光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式時能夠使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，減小了在第一光準(zhǔn)直儀和可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的界面處的折射率變化，由此促進(jìn)了照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角分布變窄。使空腔中的第二流體和第一流體能夠交換的裝置包括受電壓控制系統(tǒng)控制的電潤濕電極的結(jié)構(gòu)以及在空腔中的適當(dāng)絕緣層。另外，可以在流體絕緣層和流體之間形成疏水的流體接觸層。
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。一般來說，第二流體是電靈敏的，例如導(dǎo)電的、極性的或可極化的。適當(dāng)?shù)慕M合是第一流體包括油基(oil-based)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?？諝馐请娊^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。
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。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，該照明系統(tǒng)進(jìn)一步包括另一個光準(zhǔn)直儀，該另一個光準(zhǔn)直儀用于將光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直；該另一個光準(zhǔn)直儀沿縱軸環(huán)繞第二光準(zhǔn)直儀而設(shè)置；另一個空腔設(shè)置在第二和另一個光準(zhǔn)直儀之間；該另一個空腔配備有基于電潤濕的另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件；并且該另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小另一個光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
優(yōu)選的是，該另一個空腔配備有在該另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小另一個光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式時能夠使另一個空腔中的第二流體和第一流體交換的裝置。優(yōu)選的是，第一流體是電絕緣的，第二流體是導(dǎo)電的。優(yōu)選的是，第一流體是空氣或油，第二流體是極性液體。


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，該照明系統(tǒng)具有第一和第二光準(zhǔn)直儀；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是可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1A中所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第一操作模式中的實(shí)施例的橫截面視圖；圖2B是如圖2A中所示的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1B中所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第二操作模式中的實(shí)施例的橫截面視圖；
圖3A是可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1A中所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第一操作模式中的另一個實(shí)施例的橫截面視圖；圖3B是如圖3A中所示的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1B中所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第二操作模式中的第一實(shí)施例的橫截面視圖；圖4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，該照明系統(tǒng)具有第一和第二光準(zhǔn)直儀；圖5是根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的橫截面視圖，該照明系統(tǒng)具有第一、第二和另一個光準(zhǔn)直儀。
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。圖1B示意性地示出了圖1A中所示照明系統(tǒng)處于增強(qiáng)第二光準(zhǔn)直儀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)包括多個光源，例如多個發(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。可選擇的是，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，LED R、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LED在以額定功率驅(qū)動時都具有至少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)施例包括第一光準(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。該第一光準(zhǔn)直儀1環(huán)繞照明系統(tǒng)的縱軸25而設(shè)置。當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于減小第二光準(zhǔn)直儀的影響的操作模式中時，在第一光準(zhǔn)直儀1中的光傳播基本上基于全內(nèi)反射。來自照明系統(tǒng)的光從第一光準(zhǔn)直儀1的遠(yuǎn)離光發(fā)射器R、G、B一側(cè)的光出射窗5射出。在圖1A和1B的實(shí)施例中，用于將光發(fā)射器R、G、B發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直的第二光準(zhǔn)直儀2沿縱軸25環(huán)繞第一光準(zhǔn)直儀1而設(shè)置。第二光準(zhǔn)直儀2中的光傳播基于全內(nèi)反射或者基于第二光準(zhǔn)直儀2的遠(yuǎn)離縱軸25的外表面23處的反射。在圖1A和1B的例子中，已經(jīng)為第二光準(zhǔn)直儀2的外表面23配備了反射涂層24。
在第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2之間提供一空腔3。該空腔3配備有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件(關(guān)于可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的細(xì)節(jié)參見圖2A、2B、3A和3B)。在如圖1A所示的情況下，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小第二光準(zhǔn)直儀2的作用的操作模式中；在該操作模式中，第二光準(zhǔn)直儀2對于照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的成形基本上沒有起作用。在可選擇的配置中，寬光束是第二光準(zhǔn)直儀形成的中心部分和第一光準(zhǔn)直儀形成的較寬部分的疊加。通過轉(zhuǎn)換到所謂的窄光束模式，全部光束(主要)由第二光準(zhǔn)直儀來決定。
在如圖1B所示的情況下，空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到第二光準(zhǔn)直儀2對照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的形成起作用并且主要確定該光束的形狀或?qū)挾鹊牟僮髂Ｊ街?。在該操作模式中，從照明系統(tǒng)發(fā)射的光在第一光準(zhǔn)直儀1的光出射窗5處以及第二光準(zhǔn)直儀2的光出射窗6處射出。
空腔3中提供的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件能夠在第一和第二光準(zhǔn)直儀之間形成折射率跳變(step)。如果可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到在第一光準(zhǔn)直儀1和空腔3中的流體之間的界面處存在相當(dāng)大的折射率變化的操作模式，那么由光發(fā)射器R、G、B發(fā)射并在第一光準(zhǔn)直儀1中傳播的光會在第一光準(zhǔn)直儀1和空腔3中的流體之間的界面處反射。圖1A舉例說明了這種操作模式。在圖1A中，在第一光準(zhǔn)直儀1中傳播的光將在第一光準(zhǔn)直儀和空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件之間的界面處反射，并且不進(jìn)入第二光準(zhǔn)直儀2。在該操作模式下，第二光準(zhǔn)直儀2不會對照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的形成起作用。根據(jù)第一光準(zhǔn)直儀1的形狀，這一般將導(dǎo)致由照明系統(tǒng)發(fā)射相對較寬的光束。
在可選擇的實(shí)施例中，部分光在第一光準(zhǔn)直儀1和空腔3中的流體之間的界面處反射，部分光透射到第二光準(zhǔn)直儀2中，同時具有由照明系統(tǒng)發(fā)射的相對較寬的光束的總的作用。
如果可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到在第一光準(zhǔn)直儀1和空腔3中的流體之間的界面處沒有折射率變化或者有相對較小的折射率變化的操作模式，那么由光發(fā)射器R、G、B發(fā)射并在第一光準(zhǔn)直儀1中傳播的光將不會或者不會主要地在第一光準(zhǔn)直儀1和空腔3中的流體之間的界面處反射。圖1B中舉例說明了這種操作模式。在圖1B中，光從第一光準(zhǔn)直儀1行進(jìn)通過空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，并進(jìn)入第二光準(zhǔn)直儀2。在這種操作模式下，第一光準(zhǔn)直儀1和第二光準(zhǔn)直儀作為基于全內(nèi)反射或基于在第二光準(zhǔn)直儀2的外表面23上提供的反射涂層24上的反射的單一光準(zhǔn)直儀而工作。根據(jù)第二光準(zhǔn)直儀2的形狀，一般將導(dǎo)致照明系統(tǒng)發(fā)射相對較窄的光束。
通過使空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在兩個操作模式之間轉(zhuǎn)換，能夠影響第二光準(zhǔn)直儀2的作用，并且能夠?qū)⒐馐男螤顝牡谝还鉁?zhǔn)直儀1決定光束成形時的相對較寬的光束修改為第一光準(zhǔn)直儀1和第二光準(zhǔn)直儀2決定光束的形狀時的相對較窄的光束。
在如圖1A和1B所示的照明系統(tǒng)的實(shí)施例中，面向縱軸25并且不與空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件毗鄰的一部分第二光準(zhǔn)直儀2配備有反射涂層22。為了舉例說明該作用，已經(jīng)在圖1A和1B中繪出了大量光線。
圖2A示意性地示出可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1A所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第一操作模式的實(shí)施例的橫截面視圖。另外，圖2B示意性地示出如圖2A所示的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1B所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第二操作模式的實(shí)施例的橫截面視圖。
在圖2A和2B的空腔3中的可轉(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，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。
如圖2A和2B所示的基于電潤濕的空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件包括分別鄰近第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2的第一透明電極16、17。另外，在照明系統(tǒng)的印刷電路板4中的另一個空腔4′中設(shè)置第二電極18和第三電極19。第一電極16、17分別由絕緣的疏水涂層14、15覆蓋。另外，第三電極19由絕緣的疏水涂層12覆蓋。另一個空腔4′在印刷電路板4中的剩余部分涂敷有疏水層13。優(yōu)選的是，第一透明電極16、17包括氧化銦錫(ITO)。優(yōu)選的是，絕緣的疏水涂層12、14、15包括由DuPontTM生產(chǎn)的TeflonTMAF1600，或者聚對二甲苯基和AF-1600的疊層。優(yōu)選的是，疏水層13包括AF-1600。
在如圖2A中所示的操作模式中，第一流體f1存在于空腔3中，而第二流體f2存在于印刷電路板4的另一個空腔4′中。在如圖2B所示的操作模式中，第二流體f2存在于空腔3中，而第一流體f1存在于印刷電路板4的另一個空腔4′中。通過改變施加于各個電極的電壓來實(shí)現(xiàn)在可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的操作模式之間的轉(zhuǎn)換。在一個操作模式中，在第二電極18和對電極19之間施加電壓(參見圖2A)，在這種情況下，第一流體f1存在于空腔3中，而第二流體f2存在于空腔3′中，第一流體在這種情況下是絕緣流體。如果現(xiàn)在切斷在第二電極18和對電極19之間的電壓，并且在第一電極16、17和第二電極18之間施加電壓(參見圖2B)，那么第二流體f2吸入到空腔3中并且形成第二操作模式，第二流體在這種情況下是導(dǎo)電流體。優(yōu)選的是，第一流體f1是電絕緣的。優(yōu)選的是，第一流體f1是空氣?？蛇x擇的是，第一流體f1是油，例如硅油，或者是鏈烷，例如十六烷。
通過在第三電極和另一個第三電極之間施加電壓來實(shí)現(xiàn)在可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的操作模式之間的另一種可能的轉(zhuǎn)換，第一流體f1存在于空腔3中，而第二流體f2存在于空腔3′中，第一流體在這種情況下是絕緣流體。如果在第一電極16和17之間施加電壓，那么第二流體f2存在于空腔3中，第二流體在這種情況下是導(dǎo)電流體。為此，在另一個空腔4′中引入面向第三電極的另一個第三電極(圖2A和2B中未示出)。在該實(shí)施例中，可以省卻電極18。
圖3A示意性地示出可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1A所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第一操作模式中的另一個實(shí)施例的橫截面視圖。另外，圖3B示意性地示出如圖3A所示的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于如圖1B所示照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例的第二操作模式的第一實(shí)施例的橫截面視圖。
如圖3A和3B所示的基于電潤濕的空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件包括鄰近第一光準(zhǔn)直儀1的第一透明電極16。另外，在照明系統(tǒng)的印刷電路板4中的另一個空腔4′中提供第二電極18。第一電極16由絕緣的疏水涂層14覆蓋?？涨?面向第二光準(zhǔn)直儀2的壁上涂敷有親水涂層14′，如二氧化硅。如果第二光準(zhǔn)直儀由玻璃制成，那么可以省卻該親水涂層14′。優(yōu)選的是，第一透明電極16包括氧化銦錫(ITO)。優(yōu)選的是，絕緣的疏水涂層15包括AF1600，或者聚對二甲苯基和AF-1600的疊層。
在如圖3A所示的操作模式中，第二流體f2存在于空腔3中，而第一流體f1存在于印刷電路板4的另一個空腔4′中。在如圖3B所示的操作模式中，第一流體f1和第二流體f2均存在于空腔3中，第二流體與第一光準(zhǔn)直儀1接觸。通過在第一電極16和第二電極18之間施加電壓(圖3A)和在第一電極16和第二電極18之間不施加電壓(圖3B)來實(shí)現(xiàn)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的操作模式之間的轉(zhuǎn)換。
優(yōu)選的是，第一流體f1是電絕緣的。優(yōu)選的是，第一流體f1是油，例如硅油，或者是鏈烷，例如十六烷。優(yōu)選的是，第二流體f2是導(dǎo)電的。極性流體的適合例子是含水的導(dǎo)電流體，例如具有預(yù)定折射率的鹽水，例如溶解于水中的氯化鉀。
優(yōu)選的是，當(dāng)空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于減小第二光準(zhǔn)直儀2的作用的操作模式時，基本上減小了第二光準(zhǔn)直儀2對于照明系統(tǒng)的光束成形的作用。優(yōu)選的是，引入到可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件中的第二流體f2的折射率與第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2的折射率n1基本上相同。在這種情況下，第二流體f2作為空腔3中的折射率匹配液體，穿過該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的光不經(jīng)歷折射率梯度，相應(yīng)地不會改變傳播方向。在這種情況下，第二光準(zhǔn)直儀完全有助于照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的成形。在這種情況下，由照明系統(tǒng)發(fā)射相對較窄的光束。通過改變空腔3中的流體，或者通過用流體f2代替流體f1或者通過使空腔3中除了容納第二流體f2之外還接納第一流體f1，來改變在第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2之間的空腔3中與第一光準(zhǔn)直儀1接觸的流體的有效折射率的作用在于第二光準(zhǔn)直儀2不再對照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的成形起作用。在這種情況下，照明系統(tǒng)發(fā)射相對較寬的光束。按照這種方式，可以在照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的各個角度之間進(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不同模式中足夠快速的順序操作，或者通過在空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的可尋址分段中引起部分透射和/或反射，可以(準(zhǔn))連續(xù)地進(jìn)行光束圖的變化。
圖4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，該照明系統(tǒng)具有第一和第二光準(zhǔn)直儀。在這種結(jié)構(gòu)中，與光準(zhǔn)直儀的其他表面形狀相結(jié)合地形成光出射窗5和光出射窗6，照明系統(tǒng)發(fā)射窄光束，其尺寸比如圖1A和1B所示結(jié)構(gòu)發(fā)射的光束的尺寸更小。在空腔3中設(shè)置基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件。在圖4的實(shí)施例中，第一和第二光準(zhǔn)直儀均基于全內(nèi)反射，可以省卻第二光準(zhǔn)直儀2的遠(yuǎn)離縱軸25的外表面23上的反射涂層。
圖4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，該照明系統(tǒng)具有第一和第二光準(zhǔn)直儀。在這種結(jié)構(gòu)中，光出射窗5和光出射窗6成形為由照明系統(tǒng)發(fā)射非常窄的光束。在空腔3中設(shè)置基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件。
圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的橫截面視圖，該照明系統(tǒng)具有第一光準(zhǔn)直儀1、第二光準(zhǔn)直儀2和另一個光準(zhǔn)直儀2′。另一個光準(zhǔn)直儀2′沿縱軸25環(huán)繞第二光準(zhǔn)直儀2而設(shè)置。在圖5的實(shí)施例中，在第二光準(zhǔn)直儀2和另一個光準(zhǔn)直儀2′之間設(shè)置另一個空腔3′。基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件設(shè)置在鄰接第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2的空腔3中。另外，另一個空腔3′配備有基于電潤濕的另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件。該另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小另一個光準(zhǔn)直儀2′的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。在這種結(jié)構(gòu)中，光準(zhǔn)直儀1和2的壁優(yōu)選都是基本上透明的。光在另一個光準(zhǔn)直儀2′中的反射可以是基于全內(nèi)反射或者是基于在另一個光準(zhǔn)直儀2′的外表面23上施加的反射涂層24處的反射。如圖5中所示的結(jié)構(gòu)能夠形成照明系統(tǒng)發(fā)射的光的多個光束寬度。如果空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于這樣一個操作模式，即第一光準(zhǔn)直儀1和空腔3中的相鄰流體之間存在折射率跳變，其中相鄰流體的折射率相當(dāng)程度地低于光準(zhǔn)直儀1的折射率，那么照明系統(tǒng)發(fā)射的光束主要由第一光準(zhǔn)直儀1來成形；獲得照明系統(tǒng)發(fā)射的相對較寬的光束。如果空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于在第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2之間基本上沒有折射率跳變的操作模式中，并且如果另一個空腔3′中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于在第二光準(zhǔn)直儀2與空腔3′中的相鄰流體之間存在折射率跳變的操作模式中，其中相鄰流體的折射率相當(dāng)程度地低于光準(zhǔn)直儀2的折射率，那么照明系統(tǒng)發(fā)射的光束主要由第二光準(zhǔn)直儀2來成形，即由第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2的綜合作用來成形；獲得由照明系統(tǒng)發(fā)射的相對較窄的光束。如果空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于在第一和第二光準(zhǔn)直儀1、2之間基本上沒有折射率跳變的操作模式中，并且如果另一個空腔3′中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件處于在第二和另一個光準(zhǔn)直儀2、2′之間基本上沒有折射率跳變的操作模式中，那么照明系統(tǒng)發(fā)射的光束基本上由另一個光準(zhǔn)直儀2′來成形，即由第一、第二和另一個光準(zhǔn)直儀1、2、2′的綜合作用來成形；可以獲得照明系統(tǒng)發(fā)射的相對非常窄的光束。其他光束形狀也是可能的，這取決于準(zhǔn)直儀設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。按照這種方式，可以在照明系統(tǒng)發(fā)射的光束的各個角度之間進(jìn)行電學(xué)轉(zhuǎn)換。例如，可以將角分布大約為10°半寬度(FWHM)的“點(diǎn)”光束變換成角分布大約為20°FWHM的中等寬度光束，或者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不同模式中足夠快速的順序操作，或者通過在空腔3中的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件的可尋址分段中引起光的部分透射/反射，可以(準(zhǔn))連續(xù)地進(jìn)行光束圖的變化。
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。所使用的動詞“包括”及其動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”不排除存在多個這種元件。本發(fā)明可以借助于包括幾個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)。在列舉幾個裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這幾個裝置可以用一個或同一個硬件來實(shí)施。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使用這些方案的組合帶來優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括多個光發(fā)射器(R，G，B)，第一光準(zhǔn)直儀(1)，所述第一光準(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，該第一光準(zhǔn)直儀(1)環(huán)繞該照明系統(tǒng)的縱軸(25)而設(shè)置，在第一光準(zhǔn)直儀(1)中的光傳播基于全內(nèi)反射，至少第二光準(zhǔn)直儀(2)，所述第二光準(zhǔn)直儀(2)用于將光發(fā)射器(R，G，B)發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直，該第二光準(zhǔn)直儀(2)沿縱軸(25)環(huán)繞第一光準(zhǔn)直儀(1)而設(shè)置，在第二光準(zhǔn)直儀(2)中的光傳播基于全內(nèi)反射或者在第二光準(zhǔn)直儀(2)的遠(yuǎn)離該縱軸(25)的外表面(23)處的反射，空腔(3)，空腔(3)置于第一(1)和第二光準(zhǔn)直儀(2)之間，該空腔(3)配備有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小第二光準(zhǔn)直儀(2)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)，其中可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在基本上沒有第二光準(zhǔn)直儀(2)的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的照明系統(tǒng)，其中空腔(3)配備有當(dāng)可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小第二光準(zhǔn)直儀(2)的作用的操作模式時能夠使空腔(3)中的第二流體(f2)與第一流體(f1)交換的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，其中第一流體(f1)是電絕緣的而第二流體(f2)是導(dǎo)電的。
5.如權(quán)利要求4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。
6.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)包括另一個光準(zhǔn)直儀(2′)，該另一個光準(zhǔn)直儀(2′)用于將光發(fā)射器(R，G，B)發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直，該另一個光準(zhǔn)直儀(2′)沿縱軸(25)環(huán)繞第二光準(zhǔn)直儀(2)而設(shè)置，另一個空腔(3′)設(shè)置在第二(2)和另一個光準(zhǔn)直儀(2′)之間，該另一個空腔(3′)配備有基于電潤濕的另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，并且該另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小另一個光準(zhǔn)直儀(2′)的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
7.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中另一個空腔(4)配備有在該另一個可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件轉(zhuǎn)換到減小另一個光準(zhǔn)直儀(3)的作用的操作模式時能夠使另一個空腔(4)中的第二流體(f2)和第一流體(f1)交換的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其中第一流體(f1)是電絕緣的而第二流體(f2)是導(dǎo)電的。
9.如權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中第一流體(f1)是空氣或油，第二流體(f1)是極性液體。
10. 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多個發(fā)光二極管(R，G，B)。
11. 如權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)，其中LED(R，G，B)中的每一個當(dāng)以額定功率驅(qū)動時都具有至少25mW的輻射功率輸出。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)具有許多光發(fā)射器(R5G5B)、用于將這些光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直的第一光準(zhǔn)直儀(1)、和用于將這些光發(fā)射器發(fā)射的光進(jìn)行準(zhǔn)直的至少第二光準(zhǔn)直儀(2)。該第一光準(zhǔn)直儀環(huán)繞該照明系統(tǒng)的縱軸(25)而設(shè)置，該第二光準(zhǔn)直儀沿縱軸環(huán)繞第一光準(zhǔn)直儀而設(shè)置。在第一光準(zhǔn)直儀中的光傳播基于全內(nèi)反射。在第二光準(zhǔn)直儀中的光傳播基于全內(nèi)反射或者在第二光準(zhǔn)直儀的遠(yuǎn)離該縱軸的外表面處的反射。在第一和第二光準(zhǔn)直儀之間設(shè)置空腔(3)。該空腔具有基于電潤濕的可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件，其中該可轉(zhuǎn)換的光學(xué)元件在減小第二光準(zhǔn)直儀的作用的操作模式中是可轉(zhuǎn)換的。
文檔編號F21V8/00GK101073025SQ200580042309
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C·G·A·霍倫, J·P·M·安森斯, S·凱帕 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司