КОЛЛИМАТОР СВЕТА И ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ КОЛЛИМАТОР СВЕТА Российский патент 2016 года по МПК G02B6/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к коллиматору света и к осветительному прибору, содержащему такой коллиматор света.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Из предшествующего уровня техники известны линейные светоизлучающие устройства. Например, в заявке № 2008/0002421 на патент США описан линейный светоизлучающий прибор, включающий в себя источник света, линейный световодный элемент, в один торец которого направляется свет от источника света и который также включает в себя проецирующий участок, продолжающийся непрерывно вдоль продольной оси линейного световодного элемента. В верхней поверхности проецирующего участка образованы расширяющие световой поток и отражающие участки, продолжающиеся по всей ширине верхней поверхности с заданными промежутками.

В этом документе также описано, что на верхней поверхности проецирующего участка образованы расширяющие световой поток и отражающие участки. Расширяющие световой поток и отражающие участки могут быть образованы нанесением расширяющей световой поток и отражающей краски, или печатанием, или выполнением приводящей к расширению светового потока и отражению обработки, такой как операция рисования, или присоединением расширяющей световой поток и отражающей ленты. Когда расширяющий световой поток и отражающий участок образуют печатанием, можно использовать акриловую краску, эпоксидную краску, уретановую краску или подобную. Каждый расширяющий световой поток и отражающий участок образован так, что он продолжается на протяжении всей ширины верхней поверхности проецирующего участка. То есть, каждый расширяющий световой поток и отражающий участок образован таким образом, что он продолжается непрерывно от одной из двух сторон верхней поверхности проецирующего участка до другой, при этом обе параллельны продольной оси проецирующего участка. Расширяющие световой поток и отражающие участки образованы с заданными промежутками в направлении продольной оси проецирующего участка. Например, расширяющие световой поток и отражающие участки образованы соответственно так, что, чем дальше отстоят расширяющие световой поток и отражающие участки, тем выше их плотность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Светильники для общего освещения часто имеют ограниченный пучок. Свет при больших углах (около 65° или больше) может быть прямо или косвенно (например, при отражении от дисплея) виден человеку. Этот прямой свет имеет высокую интенсивность и поэтому он может быть раздражающим. Это особенно справедливо для офисной обстановки.

Световоды часто используют для расширения светового потока. Свет от светоизлучающих диодов вводят в световод. В световоде свет распространяется в ограниченном объеме до тех пор, пока он не выводится некоторым средством. Средствами вывода, используемыми совместно со световодами, обычно являются точки краски. Когда свет попадает на краску, происходит по существу рассеяние Ламберта.

В предшествующем уровне техники проблемой может быть снижение интенсивности при больших углах и вывод света (из удлиненного световода) без нарушения среднего направления распространения света внутри световода.

Проблема, связанная со средствами вывода из удлиненного световода, может заключаться в том, взаимодействие их со светом в световоде часто приводит к рассеянию света в стороны от световода. Рассмотрим, например, точки краски. В предположении рассеяния Ламберта точками краски можно оценить, что примерно половина света должна иметь угол падения 45° относительно нормали к рассеивающей поверхности. Этот свет является по существу выходящим. Кроме того, другую часть рассеиваемого света можно разделить на две части. Первая часть излучается в среднем по направлению удлиненного световода или в противоположном направлении; эта часть остается канализированной в световоде. Вторая часть излучается в среднем преимущественно перпендикулярно к направлению удлиненного световода. Этот свет по существу выходит из удлиненного световода. Подводя итоги, можно сказать, что при использовании точек краски около 25% света выходят из удлиненного световода в неправильном направлении.

Поэтому согласно объектам изобретения предложены альтернативный коллиматор света, который выполнен удлиненным, а также альтернативный осветительный прибор, содержащий такой коллиматор света, в которых дополнительно в соответствии с потребностью по меньшей мере частично исключены один или несколько описанных выше недостатков.

В этой заявке предложен конкретный коллиматор света, который основан на удлиненном световом волноводе. В частности, волновод имеет торцевую подсветку, главным образом через торец (или поверхность ввода света) удлиненного волновода. Световой волновод используется для распространения света и придания свету большей равномерности. Благодаря образованию отверстий в световоде можно выводить свет из световода. При использовании (по выбору) поверх отверстий имеющего углы отражающего слоя, наподобие интерференционной стопы или призматической фольги, в случае больших углов падения происходит отражение обратно в световод, тогда как прохождение осуществляется при небольших углах падения.

Неожиданно оказалось, что путем использования удлиненных отверстий можно уменьшить рассеяние света, поскольку наиболее вероятно, что свет из отверстия будет входить в световод благодаря длинной стороне отверстия.

Кроме того, оказалось, что диффузный отражающий слой, прилегающий к поверхности, противоположной поверхности выхода света, является полезным.

В связи с этим, согласно первому объекту изобретения предложен коллиматор света (в этой заявке также называемый «коллиматором»), содержащий (а) удлиненный световой волновод (в этой заявке также кратко называемый «волноводом» или «световодом»), имеющий продольную ось волновода, при этом удлиненный световой волновод имеет длину (wl) волновода, ширину (ww) волновода и высоту (wh) волновода, высота (wh) волновода определяется расстоянием по вертикали между первой поверхностью волновода (в этой заявке также называемой «выходом света») и второй поверхностью волновода, удлиненный световой волновод имеет отношение размеров, длины (wl) волновода к ширине (ww) волновода, wl/ww>1, предпочтительно ≥2, такое, как ≥5, возможно ≥10, и, желательно, отношение размеров, длины (wl) волновода к высоте (wh) волновода, wl/wh>1, предпочтительно ≥2, такое, как ≥5, еще более предпочтительно ≥10, такое, как ≥20, или даже ≥50, удлиненный световой волновод содержит множество удлиненных полостей, при этом каждая полость имеет продольную ось полости, длину (cl) полости, ширину (cw) полости и высоту (ch) полости, каждая полость имеет отношение размеров, длины (cl) полости к ширине (cw) полости, cl/cw>1, предпочтительно ≥2, особенно предпочтительно ≥3, такое, как cl/cw≥10, продольные оси множества полостей перпендикулярны к продольной оси волновода, и (b) диффузный отражающий слой, прилегающий ко второй поверхности волновода.

Оказалось, что, когда в таком коллиматоре свет вводят в край (краевую поверхность) волновода и по существу параллельно продольной оси, с первой поверхности выводится коллимированный свет. В частности, это может быть следствием того, что полости расположены перпендикулярно к основному направлению распространения света через волновод (если смотреть со стороны источника), и следствием того, что имеется диффузный отражающий слой, прилегающий ко второй поверхности волновода, что позволяет осуществлять вывод света преимущественно с первой поверхности (или более точно, в направлении от первой поверхности). Поэтому свет от источника света можно вводить в удлиненный волновод через передний торец (и/или задний торец), и он будет распространяться по существу параллельно продольной оси удлиненного волновода.

Следовательно, в то время как в решениях из предшествующего уровня техники выводимый свет получается неколлимированным, в данном случае свет, который выводится из волновода, является коллимированным. При желании дальнейшая коллимация может быть получена с помощью дополнительного коллимирующего слоя (см. также ниже). При использовании предложенного коллиматора можно значительно уменьшать паразитную освещенность и тем самым удерживать значительную часть выводимого света в пределах конуса, имеющего угол 65° или меньше относительно нормали к поверхности вывода. Вывод света из волновода происходит в основном перпендикулярно к первой поверхности (то есть перпендикулярно к удлиненному волноводу).

В данном случае термин «продольная ось» относится исключительно к оси, которая параллельна самой длинной поверхности(поверхностям) (в данном случае первой поверхности и второй поверхности) и которая находится на одинаковых расстояниях от первой поверхности и второй поверхности. Кроме того, она может быть осью, которая перпендикулярна к участку(участкам) краевой поверхности(поверхностей). Кроме того, она может находиться на одинаковых расстояниях от противоположных частей краевой поверхности (поверхностей).

Коллиматор (более конкретно, волновод) представляет собой особенно (тонкую) полоску или пластинку. В общем случае волновод имеет значительно большую длину, чем ширину, и значительно большую длину, чем высоту, то есть представляет собой тонкий прямоугольный кубоид. Следовательно, волновод представляет собой удлиненный световой волновод. Волновод имеет первую поверхность (поверхность вывода или выхода) и противоположную вторую поверхность. В общем случае эти две поверхности параллельны друг другу. Кроме того, расстоянием между этими двумя поверхностями задается высота волновода.

Кроме того, протяженность волновода можно выразить отношением размеров волновода, длины (wl) волновода к ширине (ww) волновода, wl/ww>1, более предпочтительно wl/ww≥2, возможно ≥5, таким как ≥10, еще более предпочтительно wl/ww≥20. Например, 2≤wl/ww≤500.

Фактически, это аналогично применению отношения размеров, длины волновода к высоте волновода, которое в осуществлении может быть wl/wh>1, предпочтительно wl/wh≥2, возможно ≥5, таким, как ≥10, более предпочтительно wl/wh≥20, даже таким, как ≥50. Например, 10≤wl/wh≤500. Предпочтительно, чтобы соблюдалось wl/wh≥10, например ≥20.

Как показано выше, волновод может иметь форму (тонкого) прямоугольного кубоида, например тонкой полоски. Следовательно, в общем случае ширина волновода больше, чем высота волновода. Поэтому в осуществлении волновод может иметь отношение размеров, ширины волновода к высоте волновода, ww/wh>1, предпочтительно ww/wh≥2, такое, как ≥5, более предпочтительно ww/wh≥10, еще более предпочтительно ww/wh≥20. Например, 2≤ww/wh≤100.

В частности, изобретением предоставляется осуществление удлиненного светового волновода, имеющего отношение размеров, длины волновода к ширине волновода, wl/ww≥2, предпочтительно ≥10, отношение размеров, длины волновода к высоте волновода, wl/wh≥2, предпочтительно ≥20, и отношение размеров, ширины волновода к высоте волновода, ww/wh≥2, предпочтительно ≥10. Демонстрационная версия с wl/ww≥10, wl/wh≥20 и ww/wh≥10 показала хорошие результаты.

Как показано выше, вследствие наличия полостей свет, с одной стороны, удерживается в волноводе, а с другой стороны, свет, выводимый из волновода, может быть выведен коллимированным. Таким образом, проблемы из предшествующего уровня техники, такие, как указанные выше, могут быть решены.

В осуществлении удлиненный световой волновод содержит по меньшей мере 5 удлиненных полостей, предпочтительно по меньшей мере 10 удлиненных полостей.

В осуществлении удлиненный световой волновод содержит по меньшей мере 10 удлиненных полостей и по меньшей мере 1 полость расположена через каждые 20 см вдоль продольной оси волновода, предпочтительно по меньшей мере 1 полость расположена через каждые 10 см вдоль продольной оси. Например, удлиненный волновод, имеющий длину 100 см, может содержать 19 полостей (полость через примерно каждые 5 см).

По желанию размеры полостей и/или плотность полостей можно изменять на протяжении волновода. Это может быть полезно, например, для равномерности выводимого света. Например, полости могут быть меньше, особенно длина полостей, по мере приближения к источнику света (к поверхности ввода света) и могут быть больше, особенно длина полостей, ниже по световому потоку (то есть дальше от источника света). Точно так же, с увеличением расстояния от источника света (или от поверхности ввода света) плотность полостей может возрастать. Термин «плотность полостей» может относиться к объему полостей в объеме волновода. Эту плотность можно изменять на протяжении волновода.

В конкретном осуществлении удлиненные полости имеют отношение размеров, длины (cl) полости к ширине (cw) полости, cl/cw≥2, предпочтительно ≥3, отношение размеров, длины полости к высоте (ch) полости, cl/ch≥2, и отношение размеров, ширины полости к высоте полости, cw/ch≥0,2, такое, как ≥0,5, желательно, чтобы соблюдалось условие 0,2≤cw/ch≤4. В осуществлении отношение высот полостей к высоте волновода составляет ch/wh≥0,5, предпочтительно ch/wh≥0,8. В случае, когда отношение высоты полости к высоте волновода составляет ch/wh=1, полость представляет собой сквозное отверстие.

Полости могут быть сквозными отверстиями, то есть от первой поверхности до второй поверхности, но полости также могут представлять собой глухие отверстия, которые могут иметь только одно окно в одной из первой и второй поверхностей. Фактически, полости также могут быть «глухими с двух сторон», то есть полностью окруженными волноводом (материалом). Следовательно, относительно высоты волновода удлиненные полости выбирают из группы, состоящей из глухого отверстия и сквозного отверстия. Вследствие этого в одном осуществлении полости представляют собой сквозные отверстия. Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, волновод может содержать полости одного вида, но также может содержать множество полостей различных видов.

Длина полости может быть меньше по сравнению с шириной волновода, то есть отсутствует отверстие от одного участка края до противоположного участка края. Поэтому полость может иметь отношение длины полости к ширине волновода, cl/ww<1. В частности, это отношение может быть в пределах 0,001≤cl/ww<1, предпочтительно 0,01≤cl/ww<1, возможно, например 0,1≤cl/ww≤0,95. И опять, это отношение можно изменять на протяжении волновода и, например, повышать при увеличении расстояния от поверхности ввода света.

Форма полостей может быть, например, прямоугольной или овальной. В частности, в плоскости удлиненного светового волновода удлиненные полости имеют формы сечений, выбираемые из группы, состоящей из овальной формы и прямоугольной формы. Особенно хорошие результаты коллимации и/или вывода света можно получать, когда полости имеют формы прямоугольного кубоида. Полости могут иметь идентичные формы и размеры, но, как показано выше, волновод также может содержать полости многочисленных различных видов. Например, было выполнено моделирование полостей, имеющих квадратное сечение в плоскости волновода, но волноводы с такими полостями отчетливо обеспечивали худшую коллимацию по сравнению с прямоугольными или овальными сечениями.

Кроме того, особенно хорошую коллимацию и/или вывод света можно получать, когда полости имеют отношение ширины полостей к высоте волновода в пределах 0,1≤cw/wh≤10, предпочтительно 0,5≤cw/wh≤3. Когда отношение очень низкое, вывод света может стать очень малым; когда отношение слишком высокое, характеристики коллимации могут ухудшаться.

В конкретном осуществлении отношение размеров удлиненного светового волновода (100), длины (wl) волновода к ширине (ww) волновода, составляет wl/ww≥5, а полости (110) имеют отношения размеров, длин (cl) полостей к ширинам (cw) полостей, cl/cw≥2, предпочтительно cl/cw≥2.

Моделированием было показано, что приведенные выше значения могут обеспечивать наилучшие результаты. Например, оказалось, что при cl/cw≥3 получаются удовлетворительные результаты, а при cl/cw≥15 результаты получаются еще лучше (снижение потерь примерно в 6 раз). Кроме того, оказалось, что предпочтительно, чтобы cw/ch было равно или больше чем 0,5 и равно или меньше чем 3.

В частности, удлиненный световой волновод имеет форму прямоугольного кубоида, а каждая полость имеет форму прямоугольного кубоида (с краями (или краевыми поверхностями), которые перпендикулярны к первой поверхности волновода и второй поверхности волновода). Следовательно, в этом случае полости, имеющие форму прямоугольного кубоида, расположены перпендикулярно к продольной оси волновода, имеющего форму кубоида.

Как показано выше, волновод может содержать диффузный отражающий слой, прилегающий ко второй поверхности волновода. Фраза «прилегающий ко второй поверхности волновода» и подобные фразы могут означать, что такой слой находится в контакте с (второй) поверхностью, но также может означать, что имеется ненулевое расстояние между (второй) поверхностью и слоем. Для примера, «прилегающий» может означать расстояние до 2 мм, например расстояние до 1 мм, или даже меньшее, например, нахождение в физическом контакте.

В конкретном осуществлении слой, в данном случае диффузный отражающий слой, находится в контакте со второй поверхностью. В общем случае такой слой должен находиться в контакте с по существу всей (второй) поверхностью (см. также ниже). Диффузный отражающий слой, прилегающий ко второй поверхности, образован специально для содействия выводу света из удлиненного волновода по существу через первую поверхность (то есть в направлении от первой поверхности).

В дополнение к диффузному отражающему слою, прилегающему ко второй поверхности, могут быть образованы дополнительные отражающие слои, в частности, прилегающие к краю (краевой поверхности) волновода (за исключением участка края, который используется для входа или ввода света от источника света). В одном осуществлении такой отражающий слой, особенно такой краевой отражающий слой, может быть зеркальным отражающим слоем; в еще одном осуществлении такой отражающий слой может быть диффузным отражающим слоем. Таким образом, коллиматор света может содержать краевую поверхность, коллиматор света также может содержать (зеркальный) отражающий слой на участке краевой поверхности. И в этом случае такой отражающий слой может быть расположен с прилеганием к краевой поверхности (в том числе с прилеганием и в физическом контакте).

Может быть желательной дальнейшая коллимация света, распространяющегося на расстояние от первой поверхности. Поэтому в осуществлении коллиматор света также содержит коллимирующий слой, прилегающий к первой поверхности волновода. Такой коллимирующий слой может содержать, например, одно или несколько из интерференционной стопы и слоя микролинзовой оптики (МЛО).

Как вариант или дополнительно коллимирующий слой содержит одномерную призматическую фольгу. Поэтому в конкретном осуществлении коллимирующий слой содержит призматическую фольгу, при этом призматическая фольга содержит множество удлиненных призм, где каждая удлиненная призма имеет продольную ось призмы и где предпочтительно, чтобы продольная ось была параллельна продольной оси волновода. Как ни удивительно, осуществления, в которых продольные оси призм перпендикулярны к продольной оси волновода, также обеспечивают удовлетворительные результаты.

В частности, коллиматор света может быть выполнен с возможностью подавления излучения, выходящего с первой поверхности под углом больше чем 65°. Поэтому коллиматор света можно использовать для уменьшения паразитной освещенности и/или для получения тонкого осветительного прибора (см. также ниже).

В общем случае отражающий слой(слои) и используемый по выбору коллимирующий слой должны быть относительно тонкими. Поэтому размеры коллиматора света могут быть по существу такими же, как размеры удлиненного волновода. В частности, отношения для длины, ширины и высоты, которые определены выше для удлиненного волновода, также можно применять к коллиматору света. Таким образом, в конкретном осуществлении коллиматор света представляет собой коллимирующую пластинку или полоску.

Источник света может быть любым источником света. Однако, если учитывать размеры, особый интерес могут представлять твердотельные источники света (твердотельные светоизлучающие диоды). В таком случае можно использовать очень тонкие коллиматоры света и можно получать очень тонкие осветительные приборы (см. также ниже). Кроме того, термин «источник света» может также относиться к множеству источников света. Источник света можно использовать для торцевого освещения удлиненного светового волновода.

Согласно следующему объекту изобретения предложен осветительный прибор, содержащий источник света, обеспечивающий свет источника света, и коллиматор света, определенный в этой заявке, при этом источник света расположен с возможностью подачи света от источника света к краевой поверхности коллиматора света в направлении, параллельном продольной оси волновода.

В общем случае источник света можно располагать так, чтобы оптическая ось пучка света, создаваемого источником света, была параллельна продольной оси удлиненного волновода. Когда используют только один источник света, источник света предпочтительно располагать так, чтобы оптическая ось пучка света, создаваемого источником света, совпадала с продольной осью волновода. Точно также, можно применять два источника света, расположенных напротив друг друга, при этом каждый будет подводить свет источника света к противоположному участку краевой поверхности. Кроме того, при такой конфигурации источники света можно располагать так, чтобы оптические оси пучков света от источников света совпадали с продольной осью волновода. Как показано выше, термин «источник света» может также относиться к множеству источников света.

Кроме того, осветительный прибор может содержать множество источников света и множество удлиненных волноводов. Каждый удлиненный волновод можно сконфигурировать для выполнения функций коллиматора света, показанного в этой заявке, при использовании одного источника света или нескольких дополнительных источников света.

С помощью настоящего изобретения можно получать тонкий осветительный прибор с небольшой или пренебрежимо малой паразитной освещенностью. Осветительный прибор можно применять, например, в офисе, магазине, зонах приема (например, гостиницы, ресторана, больницы и т.д.) и т.д. Например, осветительный прибор можно применять в качестве встроенного незаметного источника света (например, встроенного в осветительную арматуру потолка).

В этой заявке термин «по существу», например «по существу все излучение» или «по существу состоит из», должен быть понятен специалисту в данной области техники. Термин «по существу» может также охватывать осуществления с «полностью», «совершенно», «все» и т.д. При этом определение «по существу» может исключаться. В случае применения термин «по существу» может также относиться к 90% или больше, например 95% или больше, предпочтительно 99% или больше, еще более предпочтительно 99,5% или больше, включая 100%. Термин «содержит» охватывает также осуществления, в которых термин «содержит» означает «состоит из». В частности, перпендикулярность означает 90°, но могут быть приемлемыми варианты с некоторым допуском в пределах ±5° (то есть 85-95°), предпочтительно в пределах ±2°.

В этой заявке термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» относятся к расположению деталей или элементов относительно распространения света от генерирующего свет средства (в данном случае преимущественно от источника света), при этом относительно первого положения в пучке света от первого генерирующего свет средства второе положение в пучке света, более близкое к генерирующему свет средству, означает «выше по потоку», а третье положение в пучке света, отстоящее дальше от генерирующего света средства, означает «ниже по потоку».

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.п. в описании и формуле изобретения используются для проведения различия между аналогичными элементами и не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Должно быть понятно, что используемые таким образом термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что осуществления изобретения, описанные в этой заявке, могут работать в иной последовательности, а не в описанной или показанной в этой заявке.

В частности, в этой заявке устройства описываются во время работы. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что изобретение не ограничено способами работы и устройствами в процессе работы.

Следует отметить, что упомянутыми выше осуществлениями изобретение иллюстрируется, а не ограничивается, и что специалисты в данной области техники могут разработать многочисленные варианты осуществлений без отступления от объема притязаний прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения все позиции, помещенные в круглые скобки, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает наличия других элементов или этапов, а не элементов или этапов, перечисленных в формуле изобретения. Неопределенный артикль, предшествующий элементу, не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом программируемого компьютера. В формуле изобретения на устройство перечисляются несколько средств, при этом эти несколько средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Тот факт, что определенные признаки перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков нельзя выгодно использовать.

Изобретение также применимо к устройству, содержащему один или несколько отличительных признаков, рассмотренных в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь осуществления изобретения будут описаны только для примера с обращением к сопровождающим схематичным чертежам, на которых соответствующими позициями показаны соответствующие детали и на которых:

Фиг.1а-1с - схематичные виды некоторых осуществлений коллиматора света с удлиненным волноводом, обладающего свойствами коллимации;

Фиг.2a-2b - схематичные виды некоторых аспектов изобретения;

Фиг.3а-3с - схематичные виды некоторых аспектов полостей в удлиненном волноводе;

Фиг.4 - схематичный вид осуществления коллиматора света; и

Фиг.5a-5d - схематичные виды некоторых осуществлений осветительного прибора.

Чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1а схематично изображен вид сверху коллиматора 1 света согласно изобретению. Поскольку на этом чертеже диффузный отражающий слой не изображен (ниже волновода), а фактически изображен только удлиненный волновод 100. На фиг.1b представлен вид сбоку коллиматора 1, на котором ясно показаны удлиненный волновод 100 и диффузный отражающий слой 200.

Удлиненный световой волновод 100 имеет продольную ось 101 волновода, показанную штрихпунктирной линией (имеющую длину wl). Удлиненный световой волновод 100 имеет длину wl волновода (и в данном случае ее также имеет продольная ось), ширину ww волновода и высоту wh волновода (см. также фиг.1b).

Удлиненный волновод 100 содержит первую поверхность 151 волновода и вторую поверхность 152 волновода. Эти поверхности показаны на фиг.1b как верхняя и нижняя поверхности, соответственно. Высота wh волновода определена в соответствии с расстоянием по вертикали между первой поверхностью 151 волновода и второй поверхностью 152 волновода.

Как можно видеть из фиг.1a-1b, удлиненный световой волновод 100 может иметь отношение размеров wl/ww>1, такое как ≥10. Кроме того, удлиненный волновод может иметь отношение размеров ww/wh>1. Таким образом, удлиненный волновод 100 может быть по существу полоской или пластинкой.

Удлиненный световой волновод 100 содержит множество удлиненных полостей 110. Каждая полость 110 имеет продольную ось 111 полости (имеющую длину cl). Кроме того, каждая полость 110 имеет длину cl полости, ширину cw полости и высоту ch полости. Кроме того, каждая полость имеет (независимо) отношение размеров cl/cw>1, такое как ≥3.

Продольные оси 111 множества полостей 110 перпендикулярны к продольной оси 101 волновода. В данном случае только для примера схематично изображены пять полостей. Полости имеют края 113. Волновод 100 имеет край 153, который в этом осуществлении состоит из четырех поверхностей, также показанных в виде краевых поверхностей.

Как показано выше, коллиматор света также содержит диффузный отражающий слой 200, прилегающий ко второй поверхности 152 волновода. Этот диффузный отражающий слой 200 может находиться в контакте со второй поверхностью 152 и может иметь по существу такие же размеры, как вторая поверхность 152.

В частности, отношение высоты (ch) полостей к высоте (wh) волновода составляет ch/cw≥0,5, предпочтительно ch/cw≥0,8.

На фиг.1с (виде сбоку) схематично изображено осуществление, в котором коллиматор 1 света также содержит коллимирующий слой 300, прилегающий к первой поверхности 151 волновода. Этот коллимирующий слой 300 может находиться в контакте с первой поверхностью 151, например, прикреплен к ней (см. также далее фиг.4).

На фиг.2a-2b схематично показаны некоторые принципы изобретения. Световод/волновод 100 используется для распространения вводимого света 401 и придания ему большей равномерности. Благодаря образованию полостей 110, таких как (прямоугольные или овальные) отверстия в световоде 100, можно выводить свет (показанный позицией 5) из световода 100. Этот свет является коллимированным. При дополнительном использовании имеющего углы отражающего слоя поверх отверстий, аналогичного интерференционной стопе или призматической фольге (см. также ниже на фиг.4), в качестве используемого по выбору коллимирующего слоя 300, прилегающего к первой поверхности 151 волновода, можно также уменьшать паразитную освещенность и отражать пучок при больших углах падения обратно в световод 100 и в то же время пропускать пучок при небольших углах падения.

На виде сверху из фиг.2b в световоде 100 в качестве полостей 110 показаны прямоугольные отверстия. По сравнению с точками краски в качестве средства вывода при использовании изобретения можно уменьшить (по сравнению, например, с точками краски в качестве средства вывода) рассеяние светового потока, хотя намного более вероятно, что свет из отверстия будет входить в световод благодаря длинной стороне отверстия. В случае очень удлиненных отверстий доля света, который выходит из световода в неправильном направлении, равна примерно cw/cl, где cw является шириной полости (в данном случае отверстия), и cl является длиной отверстия, и cl>cw. В частности, cl/cw≥10. Например, рассеяние светового потока при cl/cw≥15 составляет около 3%, по сравнению с примерно 25% при использовании точек краски.

Предпочтительно, чтобы полости имели отношение ширины cw полости к высоте wh полости в пределах 0,1≤cw/wh≤10, например ≤4, более предпочтительно 0,5≤cw/wh≤3.

На фиг.3а-3с схематично изображены некоторые аспекты полостей 110. На фиг.3а (виде сбоку) показано, что удлиненные (относительно высоты wh волновода) полости 110 выбраны из группы состоящей из глухого отверстия и сквозного отверстия. Слева показано сквозное отверстие, когда ch=wh и когда полость 110 создает окно в первой поверхности 151 и второй поверхности 152; в середине показана полость с ch<wh, но с одним окном полости в одной из первой поверхности 151 и второй поверхности (в данном случае в первой поверхности 151); и справа схематично изображено двойное глухое отверстие с ch<wh, при этом полость 110 не имеет окна в первой поверхности 151 и во второй поверхности 152.

На фиг.3b (виде сбоку) схематично изображено осуществление, в котором не все края полости 110 имеют прямые углы. Слева показана полость 110, некоторые края которой имеют угол относительно первой поверхности или второй поверхности, не равный 90°. Предпочтительно, чтобы наименьший угол между краем полости и первой поверхностью или второй поверхностью находился в пределах 90°±5°. Справа показано осуществление полости 110 с криволинейными краями. Предпочтительно, чтобы кривизна была небольшой. В данном случае показаны сечения в плоскости, перпендикулярной к первой поверхности 151 и/или второй поверхности 152.

На виде сверху из фиг.3с схематично изображено осуществление волновода 100. Слева полость 110 имеет прямоугольное сечение. Полость 110 в середине имеет овальное сечение и полость 110 справа имеет смешанное прямоугольное/овальное сечение. В данном случае показаны сечения в плоскости, параллельной первой поверхности 151 и/или второй поверхности 152. Следовательно, показаны осуществления, в которых в плоскости удлиненного светового волновода 100 полости 110 имеют формы сечений, выбранные из группы, состоящей из овальной формы и прямоугольной формы. На основании моделирований можно было заключить, что при таких формах могут получаться наилучшие результаты коллимации.

Как показано выше, коллиматор 1 света может также содержать коллимирующий слой 300, прилегающий к первой поверхности волновода. В частности, как показано на фиг.4, коллимирующий слой 300 может содержать призматическую фольгу, при этом призматическая фольга содержит множество удлиненных призм 310, каждая удлиненная призма 310 имеет продольную ось 311 призмы. Для получения наилучших результатов коллимации продольные оси 311 призм параллельны продольной оси 101 волновода, хотя перпендикулярную компоновку также можно применять. В этом (первом) случае одномерное направление призм параллельно продольной оси 101 волновода. Другими (дополнительными) вариантами коллимирующего слоя 300 являются интерференционная стопа и слой микролинзовой оптики.

На фиг.4 также показано, что продольная ось 101 может быть осью, которая параллельна самой протяженной поверхности(поверхностям) (в данном случае первой поверхности 151 и второй поверхности 152) и имеет одинаковые расстояния до первой поверхности 151 и второй поверхности 152. Кроме того, она может быть осью, которая перпендикулярна к участку(участкам) краевой поверхности(поверхностей). Кроме того, она может иметь одинаковые расстояния до противоположных участков краевых поверхностей (в данном случае боковых краев (или продольных краев).

На виде сверху и виде сбоку из фиг.5а и 5b, соответственно, схематично изображены осуществления осветительного прибора 2 согласно изобретению. Для облегчения понимания полости не показаны.

Что касается фиг.5а, то на левой стороне показан источник 400 света, который создает пучок света 402 источника света. Пучок имеет оптическую ось 401, которая в этом осуществлении (для примера имеется только один источник 400 света) расположена параллельно продольной оси 101 и по существу совпадает с ней. Участок края 153, который используется для ввода света 402 источника света в волновод, то есть поверхность ввода света, обозначен позицией 160. Кроме того, дополнительные отражатели могут быть применены вблизи края 153 на тех участках, где свет не должен вводиться. Эти отражатели обозначены позициями 250. В данном случае волновод 100 представляет собой прямоугольный кубоид, а все боковые края снабжены отражателями 250, которые могут быть в физическом контакте с краем или краевой поверхностью 153.

На виде сбоку из фиг.5b изображено осуществление осветительного прибора 2, при этом свет 402 от источника света вводится в волновод 100 через край 153, в данном случае через поверхность 160 ввода, и выводится из волновода 100 в направлении от первой поверхности 151. Полости 110 не показаны, но свет 5, выходящий из волновода 100 в направлении от первой поверхности 151, является коллимированным и может дополнительно коллимироваться используемым по выбору коллимирующим слоем 300.

На фиг.5с схематично изображено осуществление, в котором размеры полостей изменяются на протяжении волновода 100. Ближе к источнику 400 света длина cl полости меньше, тогда как по мере увеличения расстояния от источника 400 света длина cl полостей 110 возрастает. В такой конфигурации может улучшаться равномерность выводимого света.

На фиг.5d схематично изображено осуществление, аналогичное приведенному выше осуществлению, но здесь плотность полостей 110 возрастает с увеличением расстояния от источника 400 света. И в этом случае может быть получен такой же результат, как на фиг.5с.

Угол паразитной освещенности обозначен θ. Предпочтительно, чтобы большая часть выводимого света находилась в пределах конуса, имеющего угол 65° или меньше относительно нормали, хотя это может не быть обязательным для каждого применения. Путем изменения указанных в этой заявке отношений, в частности cw/wh, можно регулировать коллимацию. Кроме того, коллимирующий слой 300 можно использовать для (дальнейшей) коллимации выводимого света 5 (то есть света осветительного прибора).

Изобретение относится к коллиматору света и к осветительному прибору. Коллиматор (1) содержит диффузный отражающий слой и удлиненный световой волновод (100) длиной (wl), шириной (ww) и высотой (wh) волновода. Отношение размеров длины волновода к его ширине (ww) составляет wl/ww>1. Волновод содержит множество удлиненных полостей (110) длиной (cl), шириной (cw) и высотой (ch). Отношение размеров длины (cl) полости к ее ширине (cw) составляет cl/cw>1. Продольные оси (111) множества полостей (110) перпендикулярны к продольной оси (101) волновода. Изобретение также обеспечивает осветительный прибор (2) с использованием такого коллиматора (1). Технический результат - повышение равномерности выводимого света. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Коллиматор (1) света, содержащий (а) удлиненный световой волновод (100), имеющий продольную ось (101) волновода, при этом удлиненный световой волновод имеет длину (wl) волновода, ширину (ww) волновода и высоту (wh) волновода, причем высота (wh) волновода определяется расстоянием по вертикали между первой поверхностью (151) волновода и второй поверхностью (152) волновода, при этом удлиненный световой волновод (100) имеет отношение размеров, длины (wl) волновода к ширине (ww) волновода, wl/ww>l, удлиненный световой волновод (100) содержит множество удлиненных полостей (110), при этом каждая полость (110) содержит продольную ось (111) полости, длину (cl) полости, ширину (cw) полости и высоту (ch) полости, при этом каждая полость имеет отношение размеров, длины (cl) полости к ширине (cw) полости, cl/cw>l, при этом продольные оси (111) множества полостей (110) перпендикулярны к продольной оси (101) волновода, и (b) диффузный отражающий слой (200), прилегающий ко второй поверхности (152) волновода.

2. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором отношение размеров удлиненного светового волновода (100), длины (wl) волновода к ширине (ww) волновода, составляет wl/ww≥5 и в котором полости (110) имеют отношения размеров, длин (cl) полостей к ширинам (cw) полостей, cl/cw≥2.

3. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором удлиненный световой волновод (100) содержит по меньшей мере 10 удлиненных полостей (110).

4. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором удлиненные полости (110) представляют собой, относительно высоты (wh) волновода, сквозные отверстия.

5. Коллиматор (1) света по п. 4, в котором отношение высот (ch) полостей к высоте (wh) волновода составляет ch/wh≥0,5, предпочтительно ch/wh≥0,8.

6. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором удлиненные полости (110) имеют в плоскости удлиненного светового волновода (100) формы сечений, выбранные из группы, состоящей из овальной формы и прямоугольной формы.

7. Коллиматор (1) света по п. 1, дополнительно содержащий коллимирующий слой (300), прилегающий к первой поверхности (151) волновода.

8. Коллиматор (1) света по п. 7, в котором коллимирующий слой (300) содержит призматическую фольгу, при этом призматическая фольга содержит множество удлиненных призм (310), каждая удлиненная призма (310) имеет продольную ось (311) призмы и при этом продольные оси призм параллельны продольной оси (101) волновода.

9. Коллиматор (1) света по п. 7, в котором коллимирующий слой (300) содержит одно или более из интерференционной стопы и слоя микролинзовой оптики.

10. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором полости имеют отношение ширины (cw) полостей к высоте (wh) волновода в пределах 0,l≤cw/wh≤10.

11. Коллиматор (1) света по п. 1, содержащий краевую поверхность (153), где коллиматор света дополнительно содержит отражающий слой (250) на участке краевой поверхности (153).

12. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором удлиненный световой волновод (100) имеет отношение размеров, длины (wl) волновода к ширине (ww) волновода, wl/ww≥10, отношение размеров, длины (wl) волновода к высоте (wh) волновода, wl/wh≥20 и отношение размеров, ширины (ww) волновода к высоте (wh) волновода, ww/wh≥20.

13. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором удлиненные полости имеют отношения размеров, длины (cl) полостей к ширине (cw) полостей, cl/cw≥3, отношение размеров, ширины (cw) полостей к высоте (ch) полостей, cw/ch≥0,2 и по выбору отношение размеров, длины (cl) полостей к высоте (ch) полостей, cl/ch≥2.

14. Коллиматор (1) света по п. 1, в котором удлиненный световой волновод (100) имеет форму прямоугольного кубоида и в котором каждая полость (110) имеет форму прямоугольного кубоида.

15. Осветительный прибор (2), содержащий источник (400) света, сконфигурированный для образования света (402) источника света, и коллиматор (1) света по п. 1, в котором источник (400) света приспособлен для подведения света (402) источника света к краевой поверхности (153) коллиматора (1) света в направлении, параллельном продольной оси (101) волновода.