CN102177398A - 分布式照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍一种新种类的轻型基于瓦片的照明系统供使用，其中薄型定向照明光分布引擎连同相关联的电控制和电力互连构件一起嵌入到如常规天花板瓦片等原本标准的建筑物材料的主体中。作为新种类的复合发光天花板材料，本发明在不改变现有材料的情况下为商业办公建筑物和住宅房屋实现了重量较轻且更灵活的分布式顶灯灯光系统替代物。具有与嵌入其中的建筑物材料或瓦片的横截面厚度匹配的横截面厚度的一个或一个以上点灯光、工作灯光、泛光灯光以及洗墙灯光元件被包含且互连在材料主体的横截面内。互连到所述分布式系统中的每一灯光元件的嵌入式电力控制装置与中央切换中心通信，所述中央切换中心由此控制所述系统中的每一发光元件。

Description

分布式照明系统
相关专利申请案的交叉参考
本申请案主张2008年10月10日申请的第61/104,606号美国临时申请案的优先权，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
此部分意在提供尤其所附权利要求书中所陈述的本发明的背景或上下文。本文中的描述可包含可贯彻的概念，但不一定是先前已设想或贯彻的概念。因此，除非本文另有指示，否则此部分中所描述的内容不是本申请案中的描述和所附权利要求书的现有技术，且并不是因包含在此部分中而承认现有技术。
对于工业、商业和住宅应用，消费者需要更复杂的灯光系统，同时还想要灵活性和适应性。然而，在全世界，顶灯天花板灯光系统的一般外观、感觉和物理构造在最近50年内都没有明显改变。工业顶灯灯光(不管在高层办公建筑、工厂或工业办公园中)已经且仍具有以下特征：安装在(悬挂穿过)环绕其的天花板面板的轻型装饰(消音)中形成的开口或间隙内的笨重高功率下照灯光器材的常规线路。每一种现如今的下照灯光器材通常经设计以照明下方地面上约36平方英尺，其需要约4000流明来这样做到一般标准(500到1000勒可司照度)。使用昂贵的高压电缆和管道将高压(ac)电力同时施加到这些高光输出灯光器材的较大群组。所述器材从下方看起来为光和强光的物理亮区。因器材的低效率及其相当大量的误导向光而导致的能量浪费是巨大的。使常见实践中的常规灯泡类型变暗是低效的，且通常并不应用，从而切断了具有吸引力的节能手段。不需要光的地面和墙壁区域无论如何都常被照亮，且仅需要部分灯光的区域常被完全照亮。
并不很远的类似系统可使用常规灯光实践和常规灯光硬件来部署。天花板面板材料的厚度通常为0.5到0.75英寸，且其构造相当脆。传统的灯光器材和照明设备实在太厚且太重而无法在此些材料中实施，不管是在制造还是在安装时都是如此。政府安全法规以及安装和装配传统灯光器材的方式中的不相容性均阻碍将高压电力线嵌入常规天花板材料中。
最近，基于半导体发光二极管(LED)的低压灯光器材主要因其改进能效的潜力、其低压DC操作、其无例如Hg等危险材料、其没有红外线和UV辐射、其容易变暗、其容易调整色彩以及其较长的服务寿命而一直在吸引着市场的兴趣。出于多种原因，几乎所有早期商业重点都放在直接代替(和模仿)现存灯泡的LED灯光处理上，不管是作为旋进式灯泡替代物还是以甚至更故意模仿且因此代替现存荧光灯凹槽和凹入下照灯光筒形状因子的器材格式。然而，当早期LED器材替代物关闭时，其与其传统的笨重灯泡相对物相比，重量仅稍轻且仅稍紧凑。
本发明中因几乎相同的原因而为嵌入式照明设备的所有实际实例选择半导体LED，但半导体LED在本文中更多的是因需要利用其固有紧凑性而与本发明相关。随着时间的过去，可能出现基于有机LED(称为OLED)、薄型平坦荧光源、平坦微等离子体放电源和电子模拟冷光(称为ESL)(仅举几例)的其它合适照明设备类型。
虽然LED通常满足本发明对薄性的需要，但在一个实施例中，应用根据本发明的LED光源需要来自现有技术LED的适应度。优选的照明设备配置需要大体上配合在流行的天花板瓦片横截面内，与互连的低压DC电力传导总线、电子电力控制组件和光感测组件配合。电力传导总线和各种集成电子组件元件的横截面通常较薄，但以可接受的不同下照灯光照明模式来布置比较薄的LED照明设备先前尚未做过。
可将裸半导体LED发射器嵌入根据本发明的天花板材料主体中，但这样做将提供较少的优点。不仅光发射将在所有角方向中不合意地扩展，而且LED亮度将简直太高，以使人类处于暴露于意外直视的风险中。
将LED与次要光学器件(例如透镜、反射器和扩散器)组合的若干现有技术布置也可嵌入根据本发明的天花板材料的主体中。虽然下文中稍详细地描述了这样做，但无已知现有技术布置足够遮挡LED的异常高的亮度等级(优势比最亮的商业可用灯泡器材大200倍)的直视，而不破坏LED的对应能效、不产生斜角强光或上述两者。
下文介绍适应现有技术LED组合的可嵌入照明设备的几个新实例，其成功地削弱观察者可见的LED亮度，同时还实现较多不同照明模式、较小的能效损耗以及减少的强光。
本发明的照明设备的示范性实施例取自标题为“薄型照明系统(Thin Illumination System)”的第61/024814号美国临时专利申请案(第PCT/US2009/000575号国际级专利申请案)，且较少程度上取自所发布的第US 7072096号美国专利(标题为“均匀照明系统(Uniform Illumination System)”、以及第US 6871982号美国专利、第US 7210806号美国专利、第2007-0211449号美国专利(标题为“高密度照明系统(High Density Illumination System)”)。这些照明设备实例将减少的观看亮度和强光减少与用于改变照明设备光束模式(形状和角覆盖)的简单构件进行组合。这些照明设备实例应用LED与高效形式的角度变换耦合器、光导板与光重导向膜，以及光束宽度调整膜的新组合。
将深思熟虑的照明设备分布嵌入在顶灯灯光系统的薄型材料内在节能方面、在实现较精密形式的灯光控制方面，且在减少与简化基础结构相关联的拥有成本方面具有额外优点。
这本发明中通过其使用和分开控制来自每单位面积比常见实践数目大的灯光器材的照明的能力来实现节能机会。通过使更多灯光源受控，可根据需要照亮地面和墙壁区域。
先前已使用向用户提供某一较小等级的控制的灯光系统。实施隐式连网和编程式控制的商业灯光系统的现有技术实例可包含舞台和剧院灯光照明设备的切换中所使用的系统，以及集成对安全、加热和冷却、窗户遮阳、用水系统和家庭娱乐，以及室内和户外灯光的控制的较广泛的家用管理系统的小键盘控制中使用的系统。所述特定网络互连并控制安装在各种各种的位置中的各种各样的支撑结构上的分散供电的用具，而很少降低布线和基础结构复杂性。
除这些基于网络的属性之外，基于本发明的顶灯灯光系统的嵌入性质实现点亮和未点亮天花板两者的与众不同的新式样或视觉外观。此与众不同的式样的几何形状可根据所涉及的灯光设计师和建筑承建人的美学选择而变化，但通常由比已成为传统的孔口小的正方形、矩形和圆形灯光孔口展示，其各自与目前的实践相比，较不引人注意、强光较低且每单位天花板面积更细致地分布。灯光孔口在整个集成天花板系统中具有类似外观，不管是根据需要提供一般泛光灯光、工作灯光、点灯光还是洗墙灯光。这些不引人注意的灯光孔口类似于其中就在施工现场将常规灯光器材孔口用水泥粘合到灰板切口的那些灰板安装件。实现此实践的灯光器材称为正被泥封于其中。需要相当大的现场完工劳动力来使天花板材料与灯光器材匹配。
发明内容
本发明介绍嵌入有薄型瓦片状且定向照明灯光引擎的常见薄型瓦片状建筑材料、用以为此灯光接入电力的构件以及用以控制此灯光的构件。虽然本发明的大多数实例的目标是顶灯灯光，但用途延伸到天花板和墙壁中常用的较宽范围的薄形建筑材料。此多功能灯光材料将展示为尤其是针对其替代的顶灯灯光系统的新一代节能选择、展示为延伸可灯光设计师可用的顶灯灯光设计选择的范围，且展示为提供更高效的顶灯灯光制造和安装手段。通过将灯光和对灯光的控制嵌入原本常见的建筑材料内，显著简化顶灯灯光中的物理基础结构，如对应的商业灯光分布程序的情况。此外，并非仅部署较大强大灯光器材群组，本发明所描述的分布式方法实现标准实践不可能实现的顶灯灯光的美学质量的某些显著改进。
建筑材料，特别是天花板材料，制造有嵌入式灯光、光和运动检测器、电力分布和电力控制器，其代表一种新种类的商业灯光系统产品，同时潜在地使如今在安装商业天花板、提供电力导管、安装传统的灯光器材和安装同时控制若干排所安装灯光器材的传统灯开关时所采取的繁重步骤效率较高。
本发明提供用于产生此低效且静态灯光景观中的显著变化的实用构件。本发明描述一种新的顶灯天花板系统，其中薄型可导向且美学上令人愉悦的下照灯的分布已与电力传输电导体、电连接器、电控制电路元件以及光感测电子元件组合，且共同嵌入到常见轻型装饰(且消音)天花板材料本身中，从而产生消除了大量低效源(能量、人类和材料)的集成灯光系统。
在天花板材料制造时将灯器材、电力递送构件、光感测构件和切换和控制的构件嵌入简化了天花板系统灯光的安装、减少所述灯光的次结构成本、消除因在自然灾害时掉落的天花板及其器材而导致的物理危险且大大扩大了可实现的照明质量的范围。
本发明中通过其并入有不同类型的嵌入式下照灯(点、工作、泛光和洗墙灯光)以照明任何给定地面或墙壁区域的能力，而与使用传统凹入天花板器材将实现的灯光控制相比实现更精密形式的灯光控制。因为额外功能性在天花板材料制造时、在装运到安装地点之前大体上嵌入到天花板材料中，因此具有所暗示复杂性的安装的成本和时间是可忽略的。节能和灯光控制中的相同优点用传统的庞大荧光泛光灯光暗灯槽和凹入下照灯光筒来实现全部是不切实际的，即使其以比往常细致的网格安装也是如此。这些传统灯泡光源的变暗低效率和令人反感的视觉假象抵消了能量节省且减弱了照明质量，且安装额外灯光器材增加了物理支撑和电互连所需的基础结构成本。
本发明内的节能和控制优点源于应用连网原理的容易性。在制造时将互连、电力分布和控制元件以及共同嵌入照明设备的分布实现了智能通信和控制网络的具成本效应的实施方案，其中当还嵌入反馈传感器(包含例如光级计、光色计、功率计和运动传感器等传感器)时可实现更加多的功能性。
主网络控制器容易精心策划嵌入式网络上的有益能效策略。可根据本地需要实时调整地面和墙壁上的灯光等级。嵌入式光传感器可部署以本地检视环境灯光条件，以将本地条件传送到适当的电力控制器，从而使得能够提供照明等级的智能改变。通过此智能，根据本发明而部署的灯光系统可成比例地响应，从而升高一些区域中的照度，降低其它区域中的照度。
本发明中的主控制器可与经嵌入以作为检测整个天花板系统覆盖区域中的人类反馈的构件的传感器通信。通过此构件，下面的工作立方体中的办公工作人员可用信号通知上方的嵌入式传感器(通过运动、IR、RF或通过基于计算机的接口)实施网络所采取的灯光动作。
位于远处的主控制器可提供数字广播，作为直接叠加在用于向嵌入式照明设备本身提供操作电力的低压布线上的信号，或作为转码到来自AC主电源或无线地经由空中数字广播的低压布线的信号，所述信号不仅将被天花板系统中的每一嵌入式照明设备接收和解译，而且使用待由包含在嵌入给定瓦片中的照明设备内的个别光分布引擎解译且甚至由包含在每一光分布引擎内的个别光发射源解译的较低等级指令集。这样做时，本发明提供较精细程度的自主灯光控制，从而实现在其意图方面比接通和断开灯光器材或使较大群组的灯光器材变暗到常见等级的简单实践精密得多的功率控制指令的递送。
本发明的连网应用于直接供电和控制嵌入常见天花板材料的厚度中的不引人注意的照明设备网格架的独特方面。所使用的网络控制算法和协议对于应用的嵌入性质来说差异很大且为特定的，且不需要引入冗余控制基础结构。
因此，本发明的目标是提供以各种模式和布置集成和互连在商业和住宅天花板的构造中所使用的常规建筑材料的主体内的顶灯LED照明的分布式构件。
本发明实现较简单且更高效的工作流程，节约了安装成本和材料。根据本发明，例如石膏瓦片等无源天花板材料制造有精确的切口，其促进专用电布线、专用下照灯光元件及其相关联的电子组件的嵌入。一旦与合适的孔、凹口和表面修饰配合，新形式的天花板瓦片材料就嵌入有如上文所提到的必要组件。此集成组合件将原本普通的天花板材料(且甚至其它类似的薄形建筑材料)变换为完整的灯光系统产品。将这些产品递送到施工现场，准备就绪不仅安装为天花板表面，而且作为起作用的分布式灯光系统中的有源组件。
在本发明的另一形式中，施工现场的电工可用具有不同性能特性的照明设备来替换预安装的照明设备，或可根据其自己的选择将扣入式照明设备添加到预制造有永久嵌入的所有其它必要元件的天花板瓦片。
在本发明的大多数形式中，所涉及的可嵌入光分布引擎所产生的输出光在安装之后可简单地通过关断方便地附接到照明孔口且经提供以特别为了加宽光束的照明覆盖范围的光学膜组而在角质量(例如照明的范围或模式)方面容易地调整。以此方式，可将较宽的光束切换到较窄、正方形切换到圆形、硬边缘切换到软边缘，等等。
本发明的另一目标是提供常规天花板材料，例如天花板瓦片和灰板面板，其以各种模式的微型且间隔较宽的通孔来修改，每一通孔与一个或一个以上微型光分布引擎配合，每一引擎由经设计以收集所发射的光并将其重新分布为具有圆形或矩形横截面和导向离开天花板表面朝向下方的地面或墙壁上的对象的LED和次要光学元件组成。
本发明的另一目标是在每一经修改天花板材料内或上表面上提供互连包含于其内的每一LED灯引擎以及路由来自远程来源的电压和电流的一个或一个以上导体的薄型电路构件。
本发明的又一目标是提供一个或一个以上电力划分、调制和切换构件作为包含于每一经修改的天花板材料内的电路的一部分，使得远程供应的电压和电流源施加为可指定用于每一微型光分布引擎，由此设置所发射的光的等级，无论是完全关闭、完全打开还是在其之间的光强度等级。
本发明的又一目标是提供一个或一个以上位于远处的中央处理器单元，其针对包含于每一经修改的天花板材料(瓦片或面板)内的每一微型光分布引擎或微型光分布引擎群组广播独特的电力切换指令，借助于指明待提供的照明的所要状态的经编码信号来进行所述广播，所述信号包含以流明为单位的光级、当涉及某一范围的可能发射色彩时的发射色彩，以及当涉及具有不同光束角度的光分布引擎时的所发射光束角度。
本发明的再一目标是提供一种物理有线或无线通信网络，其连接位于远处的中央处理器与含有一个或一个以上微型光分布引擎的每一经修改天花板材料上的电力切换构件。
本发明的另一目标是提供一种物理有线或无线互连构件，其使用内建到每一经修改天花板瓦片的表面中的电连接器、柔性电路带或足够长度的末端具有电连接器的电缆，或在邻近经修改天花板瓦片上的对应单元之间发送和接收经数字编码的光信号或无线电波信号的无线发射器和接收器而桥接在给定天花板系统中的每一经修改天花板瓦片之间。
本发明的又一额外目标是提供由经修改天花板材料组成的顶灯天花板系统，每一天花板面板含有一个或一个以上分开较宽的微型光分布引擎，其共同向下方地面上的物理对象提供均匀的照明场，而光发射区本身仅保持每一经修改天花板材料的表面面积的较小部分，且另外看起来融合到正常天花板表面外观中，当从下方观看时，感觉上相对较不引人注意。
本发明的再一目标是提供一种产生光的天花板面板，其与常规顶灯悬挂系统相容，使得来自面板或面板群组的光可被激活以限制其向下方固定区域的照明模式，如在工作或工作灯光中。
本发明的额外目标是提供一种产生光的天花板面板(或瓦片)，其与用于此建筑材料的常规开销天花板系统相容，使得来自面板或面板群组的光可被激活以在倾斜向下角度上将其照明模式提供到墙壁表面的较宽部分，连同通常甚至从地面到天花板的照明，如在洗墙灯光灯光中。
本发明的又一额外目标是提供一种产生光的天花板瓦片，其与常规顶灯悬挂系统相容，所述天花板瓦片的来自瓦片或瓦片群组的向下导向的光通常可从其既定照明区的下方和外部观看为较弱或显著减少的明显亮度或强光，因为照明光束具有突然切断的角度行为。
本发明的另一目标是提供一种产生光的天花板面板，其与常规顶灯天花板系统相容，使得来自面板或面板群组内的发射器的光可选择性地激活为一般区域定制所得复合照明模式，如在以所要比例同时提供工作或工作灯光以及泛光或区域灯光中。
从以下结合附图进行的详细描述中将明白本发明的这些和其它优点和特征以及其组织和操作模式，其中在下文所描述的若干图式中，相同元件始终具有相同标号。
附图说明
图1A是指示通过将原本分散的灯光、电子和互连元件嵌入薄型天花板(或墙壁)瓦片材料内而形成的顶灯照明系统所产生的集合性有角度照明的一般化侧视图。
图1B是展示系统的电气设施侧(如从建筑物的装饰天花板或墙壁表面材料正上方的空气空间观看)的系统1的一般化俯视图。
图1C是根据本发明的光学照明系统的电路示意图的一般化框图形式，其展示所述系统与具有无源侧和中性接地(或共点)的外部DC电源的互连，且穿过DC电力通道到达主控源。
图1D是从下方的地面观看时根据示意性透视图中所展示的分布式开销照明系统发明而构造的光学照明系统的一般化形式，包含嵌入薄型瓦片或面板材料的主体内的多种光分布引擎。
图1E是系统的用于展示图1A到图1D的基于瓦片的照明系统中的光束的角度关系的坐标系的透视图。
图1F展示从下面的地面观看时与含有单个光分布引擎或单个光分布引擎群组的天花板瓦片的图1A的视图类似的透视图。
图2A展示待嵌入薄型瓦片材料的主体中的极其笨重的分散下照灯光器材的一个典型现有技术实例。
图2B展示待嵌入薄型瓦片材料的主体中的极其笨重的分散下照灯光器材的另一典型现有技术实例。
图2C展示如图1D的透视图中所示的本发明的板状天花板瓦片照明系统、图2B的笨重荧光灯凹槽以及图2A的更笨重的凹入下照灯光器材的大体上等效的24″x 24″实施例之间的并排横截面高度比较。
图2D和图2E提供从普遍用以支持或悬挂较大的轻型天花板瓦片群组的标准类型的金属网格天花板瓦片悬挂栅格180下方的地面观看的两个不同透视图。
图3A是从上方(或等效带瓦片墙壁表面后方)的效用(或通风)空间观看时的本发明的瓦片照明系统的单个瓦片实施例的透视图。
图3B是图3A的瓦片照明系统的4x 4多瓦片实施例，其提供用于悬挂多瓦片照明系统且对多瓦片照明系统供电的合适构件的实例。
图3C是图3B中所示的点绘线区的放大透视图。
图3D展示瓦片照明系统的一种可能的T条型支撑部件以及一种可能的一般化形式的电力互连的横截面侧视图。
图3E展示在大多数方面类似于图3D中所示的部件但经修改以便至少部分地导电的另一可能的T条型支撑部件的横截面侧视图。
图3F展示图3E的T条支撑部件上的简单变化，其中T条元件的两个导电侧彼此电隔离，一个导电侧连接到Vdc输出线，且另一导电侧连接到系统接地。
图3G是图3F中所示的T条悬挂构件的替代实施例的示意性表示。
图3H是提供到本发明的两个邻近瓦片照明系统的嵌入式连接器9的较安全的互连构件的图3E到图3G的T条元件的横截面图。
图3I展示邻近瓦片照明系统之间的另一简单T条型电互连构件的横截面侧视图。
图3J展示本发明内提供适于用以调整所包含的每一光发射引擎的功率电平的经数字编码的功率控制信号的瓦片间互连性的无线形式的T条型电子瓦片到瓦片电连通的又一构件。
图3K是沿由主系统控制器广播的高频数字电压信号的符号表示施加到总线元件的dc电压电平的示意性曲线图。
图3L是展示主控制器、全局广播的数字控制信号辐射以及附接到可在天花板瓦片照明系统1的较大群组之中的一个天花板瓦片照明系统的一个全局信号接收器之间的示意性关系的透视图。
图3M是展示主控制器与在此说明中由四个任意不同的瓦片系统配置表示的一组单独瓦片照明系统1的背侧之间的示意性关系的透视图，每一配置均根据本发明，每一配置均含有一个或一个以上光分布引擎以及一个或一个以上全局信号接收器。
图4A是说明具有嵌入天花板瓦片或相当的建筑材料的主体内的厚度的光分布引擎4的垂直堆叠形式的侧视横截面。
图4B和图4C是说明可嵌入天花板瓦片或相当的建筑材料中的光分布引擎的两种不同水平堆叠形式的侧视横截面，每一形式为图4A的垂直堆叠形式上的正交变化。
图5是从下方的地面观看的说明性地具备九个圆形孔的原本正常的24″x 24″瓦片材料的透视图，每一圆形孔含有一超亮LED发射器，其不为观看者提供对发射器的令人眩目的亮度的防护。
图6展示图5中所说明的瓦片照明系统的中央部分的背侧的分解透视图。
图7是描述作为流经器材的有效孔口的流明数的函数的以为MNit单位灯光器材的孔口照度的一般化表示的图表。
图8是概述根据本发明的用于将光分布引擎、电元件、电子电路和布线元件嵌入原本常规的瓦片材料的主体内的单阶段工艺序列的一般化流程图。
图9是与图9的工艺流程等效的一般化双阶段工艺流程，除了在阶段A中，将引擎连接器板嵌入瓦片6中而不是完整的光分布引擎本身中，接着是第二阶段B，其中以可移除方式将光分布引擎的产生光的部分嵌入。
图10概述类似于图9的流程的另一一般化单阶段工艺流程。
图11展示说明性瓦片在其与形成有内部特征301的结构化腔一起生产之后的背侧的透视图，所述内部特征301促进本发明的薄形光分布引擎的嵌入。
图12展示从图11中的背部(或顶部)展示的说明性瓦片的前(或底部，或地面)侧的透视图。
图13和图14是说明从瓦片材料的背侧看的在瓦片系统生产期间将DC电力递送总线嵌入预制狭槽中且将说明性DC电力总线连接器嵌入预成形凹座中的分解(图13)和组装(图14)透视图。
图15和图16展示根据本发明的厚度和宽度对应于图4C中所示的横截面的一般化光分布引擎实例的背侧(图15)和地面侧(图16)透视图。
图17展示用于远程供电和控制本发明的每一嵌入式光分布引擎内的内部LED光发射器(或光发射器)的简单操作示意性电路。
图18是在0vdc下具有由时间周期353(τ0)分离的持续时间352(τv)的连续+5vdc控制脉冲流351的示意性说明。
图19是说明并入有三个并联MOSFET电阻器分支以实现八个等级的光引擎操作(例如完全关闭、完全打开以及6个变暗等级)的数字变暗方法的示意性电路。
图20是概述通过一次仅激活一个或2个分支的控制信号组合而实现的八个可能引擎操作等级：打开、关闭以及六个中间等级的表。
图21是说明将较高功能组件以及带狭槽散热片以与本发明的调压器和光分布引擎组合的一种方式的分解示意性透视图。
图22是说明分组和布线图19中所示的三个电流切换分支的一种方式的分解透视后视图，在图21所示的封装布置中进行上述操作。
图23是图22的未分解视图。
图24是表示将较高功率电元件定位于嵌入式引擎内的选择的本发明的完整光分布引擎的分解透视图。
图25是表示将较高功率电元件定位于嵌入式引擎内的选择的本发明的完整光分布引擎的常规组装透视图。
图26是图25所示的光分布引擎的透视图，其说明添加红外线(IR)接收器元件和IC以接收并处理通常由如图1C、图3L和图3M中介绍的主控制器发射的IR控制信号。
图27是阐明图26的说明性互连的图26的俯视图。
图28是含有射频(RF)接收器模块和RF芯片天线的光分布引擎实施例的透视图。
图29提供阐明所示电互连的图28的俯视图。
图30提供具有包含于平面层上以接收来自位于所述平面层上的主控制器的控制信号的所有操作组件又一完全配置光分布引擎实例的透视图。
图31是图30中所含有的说明的放大透视图。
图32是从瓦片材料的背侧展示的说明用于图24到图25的光分布引擎实例的嵌入工艺的分解透视图。
图33是图32中所呈现的分解视图的完成透视图。
图34展示根据本发明而修改的瓦片材料的在其嵌入式光分布引擎中的一者附近的放大部分。
图35展示如在图34中的说明性地嵌入的光分布引擎的放大部分，除了在此视图中，以将相关联的互连布线添加于所涉及的瓦片材料内所制成的预制备狭槽中。
图36是说明以为嵌入瓦片材料内预成形的腔中而制作的形式的低功率电子控制电路(即，图1C中说明的嵌入式电子电路)的一个实例的透视图。
图37是说明将图36的低功率电子控制电路嵌入瓦片材料中预成形的远程位于嵌入腔中的放大透视图。
图38是从瓦片材料的背侧展示的说明针对低功率控制元件远程位于大体上与嵌入式光分布引擎本身分离的预成形瓦片腔中的情况的嵌入工艺的透视图。
图39是如从所有嵌入式元件和连接均处于适当位置的所涉及瓦片材料的背侧观看的图38的瓦片照明系统的透视图。
图40是也从所涉及的瓦片材料的背侧观看的与图39的照明系统紧密相关的实施例的透视图，其具有嵌入每一光分布引擎的背侧上的所有必要功率控制电子组件。
图41是图40的左下角中展示四个嵌入式光分布引擎中的一者、其电压连接带、其接地连接带以及其嵌入式电路的区的放大透视图。
图42是根据本发明的两半式可嵌入光分布引擎的说明性底盘板部分的俯视图，所述底盘板部分经配置以固持引擎的所有低功率电子控制组件。
图43是展示本发明的此说明性两半式光分布引擎的两个部分之间的工作关系的分解透视图。
图44展示图43的两半经附接的两半式光分布引擎的透视背侧图。
图45展示图43和图44的两半式光分布引擎4的透视地面侧视图。
图46是说明性瓦片材料在与形成有促进两半式背侧嵌入工艺的内部特征的结构化嵌入腔一起生产之后的背侧的透视图。
图47是说明如在图9的双阶段瓦片制造工艺器件执行的第一系列背侧嵌入步骤的分解透视图。
图48是与图47的透视图类似的分解透视图，展示完全嵌入的电子底盘板以及图9的双阶段瓦片制造工艺中的第二组背侧嵌入步骤。
图49是阐明在图48的左下区中因所涉及的微型部分大小而无法清楚地观看到的隐含嵌入细节的放大背侧透视图。
图50是如从下方的地面看的图48的瓦片照明系统1的分解透视图，其展示嵌入所涉及的光分布引擎的高功率光分布部分的工艺。
图51是图50的透视图中所示的分解区的放大图，其揭示以较大的视觉清晰度描述的嵌入和互连细节。
图52是与图50所示的透视图类似的地面侧透视图，但在此实例中说明具有通常与所涉及的光分布光学器件上的孔口边界的大小匹配的气流狭槽和照明孔口的盖板的嵌入。
图53展示在其照明孔口内包含两个正交定向的扁豆状透镜膜薄片的说明性饰板的背侧的分解透视图。
图54展示图53中的说明性饰板或盖板的最终布置(后组合件)的透视图。
图55是如从下方的地面空间看的图52的完全嵌入的瓦片照明系统1的透视图。
图56是如从下方的地面空间看的图40的完全嵌入的瓦片照明系统实例的透视图。
图57以分解透视图说明具有共面布置的形式。
图58A是通过使整个光分布引擎系统的圆形旋转展示为关于光发射器271的左侧边缘283而从图4C的示意性形式得出的根据本发明的圆形光分布引擎的可嵌入共面形式的分解透视图。
图58B是根据本发明而实践的含有圆锥形反射器的盘状径向光发射器的一个实例的透视图。
图58C是根据本发明而实践的盘状径向光发射器的另一实例的透视图，其具有在圆形阵列中的六个分散的LED发射器(或芯片)。
图58D是包括根据本发明而使用的圆形光分布光学器件的组成元件(圆形光导向圆盘和带径向凹槽的折射膜)的透视图。
图59是如从下面的地面(光分布侧)看的图58A到图58D的光分布引擎在其组合之后的透视图。
图60是图59的系统上的变化，其也以从下面的地面看的透视图展示，布置为图4A中示意性地表示的垂直堆叠光分布引擎布局的圆形形式。
图61是如从下方的地面空间看的本发明的使用图58到图59所示的圆形盘状光分布引擎的任一形式的完全嵌入瓦片照明系统的透视图。
图62提供作为从下面的地面看的透视图的处于操作中的本发明照明系统的一个实例。
图63提供作为从下面的地面看的透视图的处于操作中的本发明照明系统的另一实例，此实例具有在角范围上比图2所示的照明光束窄的四个说明性照明光束。
图64展示作为从下面的地面看的透视图的处于操作中的本发明照明系统的又一实例，此实例布置有向下导向的两个点灯光工作光束以及倾斜向下导向的两个点灯光工作光束。
图65展示作为稍从瓦片水平上方看的透视图的处于操作中的本发明照明系统的又一实例，此实例布置有倾斜向下导向的两个点灯光工作光束以及比图64中的实例坡度小的方式倾斜向下导向的两个点灯光工作光束。
图66展示作为从下面的地面看的透视图的处于操作中的本发明照明系统的又一实例，此实例布置有两个打开的光分布引擎和两个关闭的光分布引擎。
图67展示使用如图61所说明而嵌入的四个圆形光分布引擎的根据本发明的照明系统的一个类似操作实例。
图68是早先在图3H中介绍的说明性互连方法的分解透视图。
图69是如图68的分解图中刚展示的导电T条型流道系统的经完全处理形式的透视图。
图70是添加有嵌入式DC电压连接器(其添加有薄型可弯曲延伸突出部)的图69的导电T条形流道系统的透视图。
图71是图70的导电T条型流道系统的透视图，在此情况下说明其与适当的天花板瓦片材料的组合，包含图70中更清楚地展示的完全安装的带突出部的边缘连接器。
图72是从所涉及的嵌入板的背侧展示的透视图，说明可与本发明的最佳模式实践相容的一种类型的可嵌入薄型光分布引擎。
图73是从图72的光分布引擎实例的发光侧展示的透视图。
图74是图72到图73中展示的光分布引擎的内部构造的分解透视图，还展示引擎的内部光流。
图75是图74中所指定的区的放大透视图，提供引擎的三部式LED光发射器子系统内的关键元件的较近视图。
图76是从根据本发明的包含图72到图75中所述类型的四个薄形光分布引擎的完全嵌入的瓦片照明系统1的背侧展示的透视图。
图77是图76的瓦片照明系统的左前角中的区的选择性分解图，其放大进一步阐明用于图72到图75中所述类型的薄形光分布引擎的嵌入工艺以及其相关联的嵌入式电互连方法。
图78是图77中所示的分解细节的完全嵌入实例。
图79展示从在图72到图78中所述的电激活瓦片照明系统1下面的地面观看的透视图，其中说明性照明光束由其嵌入式光分布引擎中的一者产生。
图80是说明适合本发明的此实例的一个优选孔口盖的形式的分解透视图，出于说明的目的，所述孔口盖包含先前在图53中展示的所述对垂直定向的扁豆状透镜薄片。
图81是从在图79中所示的瓦片系统下面的地面观看的透视图，其说明如图80中所述的孔口盖对由所涉及的嵌入式光分布引擎中的一者所产生的说明性照明光束的光扩展效应。
图82是从所涉及的瓦片嵌入板的背侧展示的透视图，其说明与本发明的瓦片系统的最佳实践相容的另一类型的可嵌入薄型光分布引擎。
图83是在图82中展示为完全组装的薄形光分布引擎以及其内部布置的光分布光学元件的分解透视图。
图84是从图82到图83的可嵌入光分布引擎的完全组装形式的地面侧展示的透视图，其更好地说明其紧凑性、纤薄性和灵活性。
图85是看入图82到图84的薄型光分布引擎的LED光发射器部分中所使用的矩形角变换反射器单元的输出孔口中的完全组装透视图。
图86是图85中所示的角变换反射器布置的示意性俯视横截面图。
图87是此实例的说明性LED光发射器部分的透视图，说明所产生的角范围为+/-θ1和+/-θ2的不对称输出光。
图88是与图84的透视图类似的透视图，其提供以说明可用此类型的光分布引擎产生的紧密组织的+/-10.5度乘+/-5度的输出光束。
图89是(仅处于说明目的)限于直接环绕在根据本贩卖那个的图82到图88的多段式薄形光分布引擎的局部瓦片材料嵌入区的引擎-瓦片嵌入工艺的分解透视图。
图90是在引擎嵌入工艺完成之后的图89的透视图，展示经嵌入引擎的背侧。
图91是来自图90的瓦片照明系统的嵌入区的地面侧透视图，其倾斜以展示先前在图84中单独针对光分布引擎的此多段形式而展示的两个照明孔口。
图92是说明适合此类型的多段式光分布引擎4的可嵌入孔口覆盖玻璃框的单孔口实例的分解透视图。
图93是说明适合嵌入如图88到图91所示的多段式光分布引擎的孔口开口中的分段式孔口覆盖玻璃框的局部分解透视图。
图94是从所涉及的说明性24″x 24″瓦片材料的背侧展示的透视图，其说明由图89到图91的工艺细节描述的四个两段式光分布引擎的嵌入。
图95是图94中展示的瓦片照明系统的左前部分的放大透视图，其说明包含附接相关联的DC电压条和接地接入条的全部瓦片嵌入细节。
图96是展示在说明性24″x 24″瓦片的对应引擎嵌入腔内包含说明性瓦片腔垫圈的分解透视图，所述包含作为在将光分布引擎4本身嵌入之前的过渡步骤。
图97是就在将两段式光分布引擎及其支撑底盘嵌入之前，在嵌入(和密封)瓦片腔垫圈之后，图96的引擎嵌入腔的分解透视图。
图98是从含有四个经嵌入两段式光分布引擎的本瓦片照明系统实例下面的地面观看的透视图，所述经嵌入两段式光分布引擎各自具有图93所示的两段式玻璃框样式的说明性输出孔口盖。
图99是除了任选的气流狭槽及其装饰盖已从此实施例去除之外在所有方面均与图98的透视图相同的透视图。
图100是从本发明的瓦片照明系统的又一说明性实施例下面的地面观看的透视图，此实施例将图82和图99所说明类型的两个单独的两段式光分布引擎嵌入说明性瓦片材料的最近中心中。
图101提供从图100的瓦片照明系统下面的地面观看的透视图，其展示其操作、两个倾斜导向的过道洗墙灯光光束的一个实例。
图102A是大格式LCD背光系统(由飞利浦流明(Philips LumiLeds)制作的Luxeon III 1845)中所使用的流行侧发射(或蝙蝠翼样式)LED发射器的示意性侧视图。
图102B是图102A的侧视图中所示的侧发射Luxeon LED发射器的透视图。
图103A是合适的电路板和安装于其上的四个侧发射LED发射器的透视图，包含用于将发射器电互连到相关联光分布引擎的其余元件的构件。
图103B是如可在根据本发明的瓦片照明系统的垂直堆叠光分布引擎实施例内使用的完整LED光发射器的透视图。
图103C是展示共同适合嵌入本发明的瓦片照明系统内包括垂直堆叠光分布引擎的光分布光学器件部分的额外次要光学元件的横截面侧视图。
图103D是图103C中所示的横截面侧视图的放大部分，其还展示一些说明性光流路径。
图104是从根据本发明的瓦片照明系统配置的说明性垂直堆叠光分布引擎的180.4mm x 110mm x 18.8mm可嵌入形式的背侧展示的透视图。
图105是从图104中所说明的垂直堆叠光分布引擎的地面侧展示的分解透视图，其揭示组成部分之间的内部关系。
图106是展示将图104到图105所示的光分布引擎的垂直堆叠形式嵌入适合本发明的说明性24″x 24″瓦片材料的最近中心中所需的瓦片主体细节的透视图。
图107是展示就在嵌入工艺完成之后的图106的瓦片照明系统的中心部分的放大图。
图108是从下面的地面看且展示单个4″x 4″照明孔口及其相关联的孔口盖的根据图102到图107的实施例的说明性瓦片照明系统的透视图。
图109是图108的瓦片照明系统的透视图，其展示因与来自系统的主控制器的电力“接通”信号的接收组合将DC电压施加到一组连接器且将接地系统接入施加到另一组连接器而产生的成角度扩散定向照明种类。
图110A是展示可嵌入根据本发明的薄型建筑瓦片材料中的另一垂直堆叠光分布引擎实施例的光产生部分的主要工作元件的分解透视图。
图110B是展示在图110A的透视图中分解的垂直堆叠光分布引擎的光产生部分的完成的18.8mm厚的最终组合件的透视图。
图110C是展示说明性地将图110B所示的光产生部分中的四个与先前实例中所描述的调压、控制和检测电子器件组合的此类型的垂直堆叠光分布引擎的可嵌入形式的实例的完全组装背侧透视图。
图110D是呈其完全组装形式的图110C的可嵌入光分布引擎的前侧透视图。
图110E是如图110C所示的可嵌入光分布引擎的分解透视图。
图110F是包含图110A到图110E的垂直堆叠可嵌入光分布引擎的瓦片照明系统的透视图，所述透视图展示其鲜明界定的+/-30度照明圆锥及其显著放大的输出孔口。
图111A是说明用于实践建立构成组件之间的基本物理关系的本发明的另一有用类型的垂直堆叠和可嵌入光分布引擎下的反射光扩展机制的示意性横截面侧视图。
图111B是图111A中所示的可嵌入光分布引擎的示意性横截面侧视图，其揭示构成元件之间的几何关系的额外细节。
图112A是图111A到图111B的薄形光分布引擎的具有100％输出透射的p偏振光的近场模式。
图112B是图111A到图111B的薄形光分布引擎的具有由其局部反射输出层展现的80％净反射的p偏振光的近场模式。
图112C是由图111A到图111B的薄形光分布引擎产生的具有100％输出透射的p偏振远场照明模式。
图112D是由图111A到图111B的薄形光分布引擎产生的具有由其局部反射输出层展现的80％净反射的p偏振远场照明模式。
图112E展示因图111A到图111B的薄形光分布引擎内的内反射s偏振光部分而产生的具有由其局部反射输出层展现的80％净反射的p偏振近场光分布。
图112F展示当引擎的局部反射输出层实现80％净反射时与反射性暂缓的s偏振光相关联的p偏振远场光模式。
图113A展示与图111A到图111B的垂直堆叠光分布引擎相容的局部反射光扩展层的中心部分3030的一个实用实例。
图113B展示与图111A到图111B的垂直堆叠光分布引擎相容的局部反射光扩展层的中心部分3030的另一实用实例。
图114A是展示当图111A到图111B的垂直堆叠光分布引擎的局部反射光扩展输出层以其中心区中的金属反射与透射针孔的混合物修改时为何存在与所述引擎相关联的潜在亮度降低的示意性横截面侧视图。
图114B提供图114A的示意性横截面侧视图中的较小说明性反射区的放大细节。
图115展示图111A到图111B中所说明的垂直堆叠光分布引擎的此版本中的各种输出孔口区的底部侧视图，所述版本包含布局反射输出层的中心部分的均匀隔开的正方形针孔版本。
图116是补充图86中所提供的几何描述的说明性一般化矩形角变换(RAT)反射器的横截面侧视图。
图117是关于本发明的实际可行的四部式RAT反射器的俯视透视图，每一反射部分与来自图116的一般化实例的+/-30度RAT反射器具有相同的几何形状和有效侧壁曲率。
图118是展示将说明性四部式RAT反射器与具有欧司朗(Osram)的标准四芯片OSTARTMLED发射器的经修改版本集成的一个实用实例的透视图。
图119是说明根据本发明的瓦片照明系统的又一可嵌入垂直堆叠光分布引擎的完整光产生部分的分解透视图。
图120A是图119的分解图中所说明的说明性基于垂直堆叠RAT反射器的光产生模块3186的完全组装形式的透视图。
图120B是展示当施加DC电压时图120A中所说明的垂直堆叠光产生模块所产生的鲜明界定的输出光束的透视图。
图121A是用于以与先前实例(例如图110C和图110D)的相同经嵌入电子电路部分1940(和嵌入板1941)成线性的方式说明性地并入有四个光产生模块的本垂直堆叠形式的一个可嵌入光分布引擎的透视性背侧。
图121B是如从图121A中所示形式的可嵌入光分布引擎下面的地面看的透视图。
图122A是瓦片照明系统1的分解背侧透视图，其说明将此较小形式的光分布引擎4套叠在说明性基于瓦片的建筑材料的最近中心(点绘线区3300)中所需的嵌入细节3290。
图122B是图122A的透视图中所示的嵌入区的放大图，当然为此较紧凑类型的可嵌入光分布引擎而合适地构想说明性嵌入工艺。
图123A是从下面的地面看的透视图，其展示图122A到图122B的+/-30度瓦片照明系统的并入有图121A到图121B的单个垂直堆叠光分布引擎的4″x3/4″照明孔口。
图123B是当以DC电压供电时且当共同嵌入的电子电路部分从系统的主控制器接收接通状态控制信号时，图123A的瓦片照明系统1所提供的照明的透视图。
图124A是均针对1.2mm输入孔口的说明性情况的+/-30度RAT反射器的理想横截面与+/-12度RAT反射器的理想横截面的并排比较。
图124B是展示+/-12度RAT反射器的四部式版本的基本内部带薄壁形式的透视图。
图125A是说明具有+/-12度输出的一个四部式RAT反射器以及其相当LED发射器的分解透视图。
图125B是从图125A中给出的光分布引擎实例的经组装形式的输出端看的透视图，其中四个说明性LED芯片展示为定中心于四部式RAT反射器的对应四个输入孔口内。
图125C是说明在形式上类似于图119中针对较短的+/-30度版本展示的实例的一个可嵌入+/-12度光产生模块子组合件实例的分解透视图。
图125D是图125C的+/-12度光产生模块在子组合之后的透视图，输出框架除外，其为了留在RAT反射器的四部式输出孔口的视觉清晰度而留在分解图中。
图126A是根据并入有含有图125A到图125B的四部式RAT反射器的四个+/-12度光产生模块以及如先前实例中已说明的相关联电子电压控制的元件的本发明的照明系统的要求而形成的可嵌入光分布引擎实施例的背侧透视图。
图126B是图126A的可嵌入光分布引擎实施例的地面侧透视图，其中任选的光扩展膜堆叠被移除以提供四个四部式RAT反射器输出孔口的清楚视图。
图126C是图126B的可嵌入四段式光分布引擎的另一地面侧透视图，其展示所述引擎的四个光产生模块中的两个被接通，且说明性地不同的照明光束由所述两个光产生模块中的每一者形成。
图126D是在与如从下面250mm正被照明的平面看的图126C的可嵌入光分布引擎的底部侧上的光产生部分相关联的四个输出孔口的线处直接向上看的平面图。
图126E是如图126D中但从下方十倍远的距离，如从在天花板安装的引擎下面9英尺(即，2743.2mm)的地面表面看的相同平面视图。
图126F是来自图126C的可嵌入光分布引擎内的一个四部式RAT反射器的+/-12度x+/-12度照明光束在下方9英尺的模拟4米x 2米地面表面上产生的计算机模拟1180mm x 1180mm远场光束模式。
图126G是当图126F的系统中的四部式RAT反射器已与如图126C到图126D所示经设计且定向以使光扩展+/-30度的单个抛物线形扁豆状膜薄片组合时所产生的计算机模拟3200mm x 1180mm远场光束模式。
图127是与传统的顶灯灯光系统安装过程相关联的流程和与由本发明的预制瓦片照明系统(尤其是在关联时)实现的简化安装过程相关联的流程的并排比较。
图128A是与传统天花板和顶灯灯光系统相关联的从设计到使用的顶级工艺流程，所述系统包含天花板材料、照明设备和控制电子器件的单独分支，每一分支包含例如设计、制造、组装、运输和安装等步骤。
图128B是与本发明的嵌入式照明系统相关联且由其实现的从设计到使用的顶级工艺流程，其说明设计到使用过程的以系统为导向的本质。
具体实施方式
根据分布式顶部照明系统发明而构造的光学系统1在图1A中以一般侧视图展示，在图1B中以一般俯视图展示，且在图1C中以电路示意图的一般框图形式展示。出于按比例缩放的目的，图1A中的系统1的横截面厚度20可显现为0.75英寸，且图1B中的系统1的边缘边界22和24可显现为2乘2平方英尺。一般来说，厚度20可在0.25英寸与1.5英寸之间变化，且边缘边界22和24可在约1英尺与约6英尺之间变化，其中2英尺乘2英尺以及2英尺乘4英尺的标称尺寸组合是商业标准中最流行的。在此描述中，所有实例说明性地描述24″x 24″面板材料，其最常称为“瓦片”。另外，下文提供的所有天花板照明实例预期在悬式(或吊式)天花板中使用，其中悬式网格固持正方形面板或瓦片，一些面板或瓦片提供照明源，而一些则不提供。本发明内的相同的嵌入式照明系统概念更一般地适用于其它大小的面板和瓦片，以及适用于其它普通建筑材料(例如，干饰面内墙面板)
图1A是指示由顶灯照明系统1产生的联合角度照明2的一般侧视图，所述顶灯照明系统1由天花板(或墙)瓦片材料6的材料主体5内的嵌入的(否则离散的)的元件形成，所述嵌入式元件包含一个或一个上光分布引擎4、两个或两个以上电功率导体7、两个或两个以上电子连接器元件9、一个或一个以上电子电路元件11、一个或一个以上电子功率控制元件15。待嵌入的元件的适当的通孔和腔在其制造期间产生于瓦片材料6的主体5中，以此方式与不具有此类对应的物理特征的天花板(或墙)瓦片材料的常规上作出的商业实例进行区分。功率控制元件15可为一个或一个以上单片式集成电路或单一定制集成电路(在一些例子中包含微处理器或定制微处理器)，且进一步包含一个或一个以上信号传感器、一个或一个以上对应的信号解码器，以及dc功率调整和切换装置(其可为由集成电路驱动的离散组件)。当外部dc电源(电压和电流)经连接时，操作性功率控制元件15将经适当调节的电压提供到电子电路元件11。此电路元件连接到特定发光引擎4(或发光引擎4的群组)的+dc输入端子。当电路元件感测并解码与其所连接到的发光引擎(或发光引擎群组)相关联的数字控制信号时，电路起作用以将功率递送到如接收到的特定数字控制信号所指定的所述引擎。经由两个或两个以上电子连接器元件9进行与外部dc电源(电压和电流)的电连接，所述电子连接器元件9中的至少一者连接到外部电源的正(+)侧，且所述电子连接器元件9中的至少一者连接到电共点(electrical common)(或接地)。
电力控制元件15仅出于说明性目的而在图1A和1B中展示为与发光引擎4的嵌入式区分离而嵌入于瓦片6的主体5中。在本发明的一些优选实施例中，可能优选的是将一个或一个以上电力控制元件15并入在发光引擎4内(且作为其一部分)。虽然针对电力控制元件15说明两个位置，但可能优选的是仅使用单一位置。
光分布引擎4可通过其包括瓦片主体的横截面区域的一部分的类似于板的横截面发射区域来辨识，且其类似于板的厚度大体在瓦片主体的横截面厚度内。待嵌入的元件的适当的通孔和腔在其制造期间产生于瓦片材料6的主体5中，以此方式与不具有此类对应的物理特征的天花板(或墙壁)瓦片材料的常规上作出的商业实例进行区分。
图1B是系统1的一般俯视图，其展示系统的电气设施侧(如从建筑物的装饰天花板或墙壁表面材料的正上方的空气空间所观察到)。光分布引擎4出于说明的目的而展示为嵌入于瓦片6的主体5内的单一正方形实体。光分布引擎4也可为矩形(或圆形)，可包含邻接(或大体邻接)放置的大量光引擎4，或可包含嵌入于瓦片6的主体5内的不同空间位置处的大量光引擎4。类似于板的光分布引擎4的发射孔口区域与瓦片6的表面区域之间的几何关系是本发明的一个重要方面，因为每一光分布引擎4的发射孔口区域是足够大以分布所发射流明的区域以使得孔口亮度(每平方英尺流明)对于人类观察是可接受的，且每一光分布引擎4的发射孔口区域是足够小的区域以使得嵌入于单一瓦片6内的所有发射孔口的总发射表面区域大体小于瓦片的表面区域的50％。
本发明的意图是将类似于板的光分布引擎4嵌入于轻薄的瓦片6的主体5内，作为对瓦片重量的微小增加、瓦片体积和面积的微小组成部分，但面积不至于微小到使得每一发射孔口的视觉亮度将变为观察起来有危险。
图1C是光学系统1的电路示意图的一般框图形式，其展示其与具有正侧32和中性接地(或共点)34的外部DC电源(低电压DC电力)30的互连，且经由所述DC电力通道互连到主控制器40。主控制器40和外部DC电源30两者操作(将经编程电力提供到)较大群组的光学系统1，将其每一者视为单独的实体(如在天花板瓦片照明系统中的单独天花板瓦片中)。主控制器40提供许多操作和系统编程特征。然而，其最基本的功能是充当所有系统1的有效“光开关”，因为其提供数字控制信号(如下文进一步阐释)，所述数字控制信号确定对哪些光引擎4加电以及将施加多少电力。
电力控制元件15内的传感器1是用于来自主控制器40的发射的数字信号接收器，不论是呈强加于由外部DC电源30递送的DC电力上的高频率电信号、连接到主控制器40(或其一部分)的RF发射器广播的射频(RF)，还是连接到主控制器40(或其一部分)的IR发射器广播的红外线(IR)的形式，作为几个实例。
电力控制元件15内的传感器2可为能够检测与嵌入式电子电路相关联的发光引擎的近场中的物理参数或低电平通信信号的若干传感器类型中的一者。本发明中的主控制器可经由嵌入式电子电路与传感器2通信。因此，主控制器可获悉例如环境光级、温度和发光引擎附近的物理对象的运动等物理参数。此类传感器(在整个天花板系统上分布)可通过直接到传感器的IR或RF信令接收人类反馈。借助此手段，在下方工作小室中的办公室工作人员可信令其位置上方的嵌入式传感器以致使由网络采取不同点亮动作。或者，办公室工作人员可通过借助使用基于计算机的应用程序经由IR或RF信令(或经由其它接口)向主控制器通信而产生相同动作，所述基于计算机的应用程序可包含天花板系统参考的一组建筑物坐标。电力控制元件15(或其卫星)内的传感器2结合接入孔18(图1A)而嵌入于瓦片6的主体5中以便具有下方地面系统1的清晰视图，以及对光测量RF、IR任一者的接受性，或由电力控制元件15辨识的运动产生的控制信号。
图1D是根据以示意透视图展示的分布式顶灯照明系统发明而构造的光学照明系统1的一般形式，如从地面以下所观察到，其包含嵌入在瓦片6的主体5内的大量光分布引擎4。本发明的此形式涉及由个别光束103的重叠提供的联合角度照明2，所述光束103从嵌入在瓦片6的主体5内、由其支撑并接收来自其的电力的分隔较大且策略性分组的发光引擎4中的一者或一者以上发出。在此说明中，光学系统1包含代表类似光学系统1的较大网格结构的一个瓦片单位，其当通过支撑附接到建筑物结构的普通方法固持或接合在一起时，充当向下方的地面(或墙)表面提供有组织照明的顶部天花板。
在此图中可从下方看到(只要通过其暴露的边缘)的也包含在光学系统1中的瓦片6的主体5内且由其支撑的其它元件包含DC电压总线导体7(也称为用于远程定位的电压和电流的电源装置30(图1C))，以及一个或一个以上电连接器元件9(其连接到瓦片6的主体5内的嵌入式电路元件，图中被隐藏但在稍后说明中充分描述)。
个别光束103的详细分布取决于光分布引擎4的类型和设计，但此处展示为以严密界定的角锥体组织。所展示的锥体边界可表示对光的非常严格的截断，或举例来说，具有较柔和边缘的射束的传统全宽半高(FWHM)强度点。光束103具有大体正方形或矩形横截面110，但其也可具有圆形或椭圆形横截面。
图1E是可用于展示系统1中的光束103的角关系的系统的坐标系的透视图。由系统1中的光分布引擎4产生的个别光束103可沿着与系统的Z轴线112平行延伸的向下轴线111而直接向下朝向下方的地面导向，所述Z轴线112又大体垂直于天花板瓦片6的表面平面113。个别光束103还可沿着倾斜轴线114以角φ117导向，以便对墙壁表面、墙壁表面上的对象进行照明，或比单独沿着向下轴线111导向的射束(如图1D中)将光扩散得更远。倾斜角φ117最一般地相对于系统的X、Y和Z轴线115、116和112而表达，作为倾斜轴线114与其在每一系统平面120和121(X-Y和X-Z)中的投影形成的角(α，118；β，119)的函数，如图1D所示。两个正交系统子午线的每一者中的个别光束3的角范围由形成在所述子午线中在光束3的极端边缘处的光线(124、125)与大体向下轴线111或114之间的角(θ1，122；θ2，123)界定，如图1F所示。
根据本发明的此形式的常规天花板瓦片6通常为标称2英尺x 2英尺或2英尺x 4英尺正方形或矩形区域，横截面厚度为0.250到1.5英寸，且由例如石膏(石膏合成物)等绝缘材料制成。根据本发明的其它大小的天花板瓦片6在一些应用中可受到同等关注，且需要不同的正方形或矩形形状。瓦片6可使用较广范围的建筑材料和合成物制成，包含(例如)聚合物合成物、金属-聚合物合成物，或任何其它合适的重量轻的结构材料，其横截面厚度在0.5英寸到0.75英寸的典型范围内，且在一些情况下高达1.5英寸。瓦片6还可嵌入有预先模制的二级结构，所述结构大体配合在瓦片主体横截面内且变为其主体5的组成部分。
已将图1A到图1D的总体照明系统发明说明为顶部天花板瓦片照明系统，其提供地面(和地面上的物体)上的向下灯光，加上墙壁(和墙壁上的物体)上的较宽泛光灯光。相同的原理和方法同样正确地扩展到干墙天花板面板照明、墙壁瓦片照明和干墙墙壁照明系统。在本发明的类似墙壁实施例中，向下引导和向上引导的照明光束两者均可用来提供邻近地面和天花板上的倾斜引导的灯光模式。
根据本发明的此形式的薄型横截面光分布引擎4(也称为薄型照明设备或薄型灯具)，通常从下方的地面看展现出正方形、矩形或圆形孔口，大小范围为约1″x 1″到4″x4″，且制作为大致容纳在原本常规的天花板瓦片6的主体5的物理横截面中并由其支撑。
举例来说，2英尺×2英尺的天花板瓦片6占据576平方英寸，而九个单独的薄型横截面光分布引擎(图1D中仅展示了四个)如果孔口面积为2″乘2″，则仅占据36平方英寸的总面积。因此，从下方的地面看，光分布引擎的九个发光孔口仅占据天花板瓦片6的暴露的表面积的36/576(6.25％)。如果所述九个光引擎展现出4″x 4″的孔口面积，则所占据的天花板瓦片面积部分将仅增加到25％。
此配置不同于由图2A中的凹进式向下灯光筒和图2B中的荧光灯管凹槽表示的传统顶部灯光现有技术上的所有不同变动，其每一者通常比相同2英尺x 2英尺天花板瓦片6占据的面积部分大得多，且重量也比其大，有时候完全取代了天花板瓦片。此外，所述两个传统现有技术灯具的横截面厚度均比天花板瓦片6的横截面厚度突出相当大的距离，且其均未经设计、制造或安装成嵌入在天花板瓦片6的主体5内或由其支撑。
图2A展示了过于笨重而无法嵌入在瓦片6的主体5中的离散向下灯具的一个典型的现有技术实例。图2A是用于75W PAR-30灯152的典型凹进式向下灯光筒式灯具150(其也可大体上为卤素型灯、金属卤化物型灯、HID型灯、乃至LED型灯)的大厚度金属外壳148的示意性横截面图。横截面厚度随产品和灯的类型而变，但大部分是在7″到11″的范围。灯152的类型还决定光发射154的角度范围，其通常经设计以提供泛光束和点光束两者。有较小的、瓦数较低的卤素(MR-16)和LED版本，但即使这些厚度通常也在4″-6″。
要与图1D所示的天花板瓦片类型相容，有时候还需要使用24″x 24″钢收起式面板156(或桥状支撑件，其跨越瓦片6并搁置在支撑整个天花板的悬挂网格系统上)，其有助于分布总灯具重量(对于75W版本，重量可多达10-15lbs)，包含所需的电子镇流器158、15安培或20安培的电力缆线160、外壳148、反射器162和装饰部分164)。在24″x 24″天花板瓦片166未被完全替换的情形中，在凹进式筒安装过程期间使用锯手动且逐个切出原形孔口的孔，以适应灯具的孔口的大小(直径为5″到7″)。常规天花板瓦片材料本身不够坚硬或稳固而足以支撑较高瓦数的版本的重量和其负载承载灯具面积(范围为约7″x 10″到12″x 12″)。此类现有技术灯具通常甚至太重，用来支撑简单的轻型天花板瓦片材料的金属悬挂网格系统无法加以支撑。如果没有次要机械支撑构件，则在典型商用天花板中将需要的集合凹进式筒灯具150的重量下，特别是在瓦片材料变湿的情况下，天花板瓦片材料将很有可能断裂、弯曲乃至倒塌。
在传统灯类型的重量的12-15lbs下，图2A的系统至少比能嵌入在根据本发明的常用天花板瓦片材料中的重量大10倍，且在7″-11″高度下，至少9-14倍过厚。即使由Cree Inc.制作的最新的相对轻型(2.34lb)拧进型凹进式LED向下灯(LR4和LR6)高度为6″-10″tall，且在拧进现有金属外壳时并不提供任何显著的重量减轻。且Cree的最新的LR24架构的灯光模型为24″x 24″，且意在完全替换天花板瓦片。
图2B展示了过于笨重而无法嵌入在瓦片6的主体5中的离散向下灯具的另一典型的现有技术实例。图2B是一个典型的24″x 24″凹进型荧光灯凹槽170的示意性横截面图，其具有两个40W荧光灯管172和173，加上其输出照明调节器174，其是透镜板或光遮蔽百叶窗。此常用的现有技术实例意在完全替换天花板瓦片。所提供的说明未包含对应的电子镇流器或15安培或20安培电力导线、BX或Romex型缆线，其全部会增加单元的体积和重量。照明设备外壳176由大厚度钢制成，目的是根据美国安全检测实验室(UL)在UL1570中设定的建筑物规范标准，保护连接到荧光镇流器、灯插座、含有HG的荧光灯管本身和相关联的组件的输入引线，免受撞击或火灾的损害。例如此种典型24″x 24″荧光灯凹槽170的重量可高达15lbs或以上，且24″x 48″型的重量可达30lbs或以上。外壳176的厚度(或高度)在用于无百叶窗的收起式设计的约2.25英寸与更不平的有百叶窗的设计的略超过6英寸之间变动。光发射178通常以最宽的朗伯型角度分布提供，且通常至少为+/-60度(120度全角度)，且在一些情况下更宽。
根据本发明，图2B中说明的15-30lbs重量的系统比嵌入于常用天花板瓦片材料至少重30倍。即使机械重量不是限制因素，灯具的笨重的实质性横向和垂直尺寸也会限制其应用。
本发明的目的不仅仅是用较薄且较轻的替代灯具来取代这些传统上较厚且较重的灯具，还要引入一种集成且嵌入在各种各样的薄型横截面建筑物材料内的全新类型的顶部(且安装在墙壁上的)电子控制的灯光系统。
图2C展示了本发明的板状天花板瓦片照明系统1(如图1D的透视图中概述)、笨重的荧光灯凹槽170(如图2B中概述)和更笨重的凹进式向下灯具150(如图2A中概述)的大体上等效的24″x 24″实施例间的并排横截面高度比较。本发明的集成式基于瓦片的灯光系统1不仅比现有技术实例薄很多，而且不同于图2A-B的现有技术实例，其含有用于一个以上光源的可分开控制的构件，和用于每一者的控制构件。
如图2A-2B的灯具的所有现有技术灯具均提供电力连接的构件，但必须将外部电力缆线用作每一构件的电力传递构件。虽然此电力传递方法也可配合本发明使用，但这样做并不是其最佳操作模式。实际上，薄轮廓电力传递总线7(如图1A-1C中)和相关联的电力连接器9消除了对传统的繁杂的外部电力传递缆线的需要。这些元件提供了当瓦片系统1在例如图2D中大体上说明的传统顶部瓦片支撑格栅180中悬挂时用于内建式电力传递网格的构件，且提供了可由需要接入DC电压或接地的其它元件接入的瓦片上电力传送元件。
图2D和2E提供了从下方的地面看的通常用来支撑或悬挂大的轻型天花板瓦片群组的标准类型的金属栅格天花板瓦片悬挂格栅180的两个不同透视图。瓦片系统1和现有技术灯具150和170两者的实例均是为了比较其机械上的差异的目的而提供的。瓦片系统1的所有实施例的安装程序实际上均与用来安装普通轻型天花板瓦片本身的程序相同。这远远不同于需要较大量的物理强度和平衡以移动到适当位置的较笨重的现有技术灯具中的任一者。
本发明的薄型瓦片灯光系统1可比现有技术实例薄且轻，但应用规定其还必须供应等效量的照明。
一个参考点由标准的24″x 24″荧光灯凹槽170(图2B)提供，其使用两个40W荧光灯在金属外壳176内提供总共6300灯流明。在这6300流明中，大约4000流明在灯具的泛光灯光输出178内发射，标称在+/-60度或更大的角度范围中。当将一个灯具170放置在由6英尺x 6英尺阵列中的8个无源天花板瓦片围绕的悬挂格栅180中时，在正下方1.5m的平面表面(例如，台子和桌子)上待被照明的物体接收大约1000Lux的平均照明(每3.34m2 4000流明)，假设较大悬挂系统180中的所有邻近灯具170均被通电到其推荐的80W级别。这个实例任意假设大约7英尺的天花板高度和30″的台面。
用本发明使用嵌入式光分布引擎4的各种组合实现相同的照明级，所述组合的范围是从嵌入于由无源瓦片围绕的单个瓦片中的光分布引擎4的大群组到嵌入于每个瓦片中的光分布引擎4的小群组。举例来说，假设本发明的每一个别光分布引擎4经布置以将300流明传递到下方的地面。当在由8个无源瓦片围绕的单个24″瓦片中部署时，所述单个瓦片将需要13个嵌入式光分布引擎4以提供等效的照明(例如4000/300＝13.33)。当本发明的光分布引擎4在每个24″瓦片中部署时，每一瓦片将仅需要1.48个嵌入式引擎。实际上，这意味着在一些瓦片中嵌入2个引擎，且在其它瓦片中嵌入单个引擎。用每个瓦片中2个引擎可实现相同的性能等效，每一引擎被供电以发射222流明。
图紧接在下面的图3A-8提供基本发光、导电、电力控制和电力感测元件嵌入且集成在本发明的天花板(或墙壁)瓦片6中的一般方式的更加示意性的描述。下文在图9-58中进一步进行更详细的说明。
图3A是从上方(或等效瓦片墙壁表面后方)的公用设施(或增压)空间看的光学系统1的单个瓦片实施例的简单的透视图，其对应于上文在图1D中提供的从下方待照明的地面区域看的透视图。此系统由低电压DC电力源30供电，且通过由主控制器40(由RF天线143、IR发射器)提供的信号或强加于DC电压源132上的数字信号控制。
图3B是光学系统1的4x4多瓦片实施例的透视图，其提供用于悬挂(例如，悬挂系统180和机械吊架183)多瓦片系统185和为其供电(例如，借助于供应器30)的合适构件的实例，所述多瓦片系统内的任一瓦片均具有用于每个瓦片的多个嵌入式光分布引擎4(例如，本实例中为四个)的容量，这类似于图1D中引入的说明。在此实例中，常规普通瓦片184和本发明的嵌入式瓦片照明系统1两者均部署在单个系统185中。以下文更详细展开的方式经由电压和接地线132和133将来自DC电压源30的电力路由到悬挂系统180，其中悬挂部件本身经由连接器9(如下文图3E-3H)用作所涉及的瓦片群组中的每一瓦片6所需要的DC电压传递(和接地路径接入)系统。
一般来说，例如元件132和133的电压和接地线是绝缘线或能够将来自外部供应器30的电力传送到瓦片照明系统1或瓦片照明系统群组1的缆线。
图3C是如图3B所示的点区域187的放大透视图，其使得更容易看到在制造时嵌入到瓦片6的主体5中的系统的集成电力传送元件(7、9和181)之间存在的总体关系和在此情况下所示的四个光分布引擎的嵌入。这些集成电力传递元件(7、9和181)也可称为瓦片上电力传送元件、嵌入式布线元件、布线元件、信号传输元件、电路元件。
所示的布置说明用于如下文更详细说明的相同目的的可能的许多类似布置。
图3A-3C所示的嵌入式布线(或电力传送)元件181提供下方的嵌入式光分布引擎4与嵌入式DC电压总线导体7之间的电互连，所述导体等效于先前在图1A-1C中所示的嵌入式布线元件11。在一些配置中，所述嵌入式布线(线、缆线或电路)181也按照系统的主控制器40的指示传送控制电压。如图3A中说明的嵌入式元件181经由嵌入式电连接器9使四个光分布引擎4与DC供应电压(Vdc)132和外部系统接地供应总线133互连。下文进一步提供更详细的说明。
如图1A和1B中一般展示的电连接器9是瓦片对电力的接入的一种形式。例如这些的电连接元件9可如图3D-3I中举例展示是无源的，或可如例如在图3J中描述具有更复杂的电子功能。
如图3A和3B两者所示，外部DC电源30经布置以将标准的高电压交流(AC)输入131转换成一个或一个以上低电压直流输出132。DC供应电压可在外部供应30内预先调节，可由每一瓦片6的主体5内的局部嵌入式电路调节，或可在每一光分布引擎4内的局部电路内调节。DC电压输出132可与到每一系统1上的电力导体7的传统缆线硬连线，或者如图3C中说明，仅施加到悬挂天花板系统(如沿着此类元件的系统180中的并联导电悬挂元件)的外围上的瓦片元件，或在栅格状传递阵列中从瓦片传递到瓦片，在这两种情况下均不需要传统的天花板系统中使用的笨重的缆线和缆线线束。如图1A-1C中所示，通过元件7和181将电力提供到嵌入式电子电路15，其为所涉及的每一微型光分布引擎4或引擎4的群组提供必要电压和电流调整。嵌入式电子电路15在逐瓦片的基础上分布，且容纳在每个瓦片6的主体5内的单个远端位置中，作为嵌入式光分布引擎4中的一者或一者以上的一体式部分，或以上两种情况。
在建筑物的一些区域(特别是狭窄或异形区域)中，如图3A-3B中表示将AC电力传送到靠近安装区域的地方且在容纳AC/低电压DC转换器的电箱中终接AC将更加方便。可按需要安装含有嵌入式光分布引擎4的瓦片照明系统1，且可将低电压线缆路由和直接连接到适当的光分布引擎。每一缆线可为一个或一个以上光分布引擎4供电。这些短距离连接还避免了使用传统天花板系统中使用的笨重的缆线和缆线线束。
适于提供根据本发明的瓦片照明系统1的阵列中每一瓦片系统1所必需的电力开关控制的主装置电力控制(例如，图3A-3B中的主控制器40)的原理已在以上图1C的示意电路中阐述。图3A和3B以透视图表示相同关系。展示为分开的实体的主控制器40和电力供应器30实际上可组合成单个单元(且并排说明以传达此集成)。电力供应器30在功能上提供预先调节的DC电压源和足以将天花板(或墙壁)系统中的所有光分布引擎4驱动到最大光输出的电流。主控制器40通过硬线或以无线方式广播的数字指令集使得局部电力控制元件15能够计量出到与电压互连的每一光分布引擎(和每一光分布引擎的分数部分)的适当电压(和电流)。
或者，可由完全独立于主控制器的源来供应低电压DC电力，且来自主控制器的信号可用电容方式耦合到DC电力分布系统。在又一实施例中，可将主控制器信号施加到AC电力系统，且将其从AC系统桥接到进行从AC到DC电力的转换的点附近的DC系统。此类方法允许将主控制器放置在沿着含有灯光系统的结构内的电力系的大致任何位置。
在完成的灯光系统中，主控制器大体上用作中央通信节点。主控制器可从其自身的前面板、从直接连接到控制器或通过网络连接到控制器的基于计算机的应用、从各个发光引擎(和传感器)或从散布于含有灯光系统的建筑物各处的远程控制件接收输入和命令。对于用户来说，最常用的形式的远程控制件大概是常规的“灯开关”。主控制器从“开关”接收输入，处理信息，并将编码的命令发送到适当的光分布引擎。
在图3A和3B中，将主控制器40展示为在天花板网格上方，以使其与所展示的其它组件的关系更加清楚。应注意，可在AC和DC系统内引入不同的通信协议，从而在AC系统与DC系统之间的桥接点处可能需要协议翻译器。也可能在AC和DC环境两者中使用相同协议。由主控制器40编码的信息例如包含待由每一发光引擎单元发射的流明的数目和所发射的颜色。主控制器40接着通过直接物理连接或通过无线构件将这些电力控制指令广播到电力供应网，且因此广播到各个电力控制元件15。每一控制元件确定接收到的指令是否意在用于特定的控制元件，且将适当的电压和电流发送到适当的光分布引擎4和其内部光发射器。
除了图3A-3C的系统的特定实例以外，还可通过连接器元件9的桥接版本使用硬线缆将来自主控制器40的主装置控制信号物理连接到天花板瓦片光学系统1的一个或一个以上单元，所述桥接器元件例如是下文在图3D和3I中进一步描述的元件。通过此类机械连接器实施例，可跨越元件181中的系统迹线将控制信号直接传递到嵌入式电路15，然后以所述方式从瓦片传递到瓦片。
或者，连接器9可包含有源的翻译器电路，其在指令跨元件181而被发送之前按需要对指令进行转码和/或重新封装。如果主控制器使用的通信协议不同于在天花板面板网格上使用的协议，则可能出现这种情况。此类电子上灵活的连接器元件将能够感测借助于主控制器40上的天线元件143传输的射频(RF)，或者能够感测由光学元件146传输的可见光或红外光。在此情况下(因为无线与有线信号传送的混合)，更有可能将实施对信号的某种形式的转码和/或重新封装。然而，一般来说，为了减少系统的复杂性，将优选嵌入式电路15可直接解码和执行主控制器发送的信号和命令。主控制器40还可接收(和处理)由建筑物自身的智能自动化设施控制系统广播或直接传送的数据流。此类数据通常将含有较高级电力管理和工作完毕后的控制策略。在其许多可能的能力之中，主控制器40可经编程而为每一各别的基于瓦片的照明系统1保存操作统计数据和使用历史，其可用于实施和改进其自身的内部灯光控制策略。主控制器还可记录来自传感器的额外统计数据，包括嵌入于天花板中的传感器和来自建筑物周围的其它位置的传感器两者，所述传感器收集例如光级、光颜色、运动、电力消耗等数据。
图3B到图3C的实例说明在全世界范围内在工业和住宅建筑物中普遍使用的标准类型的天花板瓦片悬挂系统的透视图，从天花板的所谓的效用(或增压)空间182内展示每一者。使根据本发明而使用的预先形成的瓦片6符合用于悬挂天花板瓦片的商业建筑系统标准，所述瓦片依赖于基于T条的具有格栅开口的金属悬挂框架，所述格栅开口在全世界范围内通常为24″x 24″、24″x 44″、20″x 60″、600mm x 600mm和600mm x 1200mm(作为一些普通实例)。某些代表性制造商包含啊姆斯壮(Armstrong)、百利(Bailey)金属产品有限公司和USG。
图3B展示说明性T条型悬挂格栅180的代表性4x4部分。此说明打算代表此类型的所有现存的现有技术系统，除了其适于与本发明的天花板照明系统1一起使用之外。悬挂式天花板支撑系统185包含在建筑物的结构天花板以下一英尺或两英尺的悬挂格栅180，和从结构天花板支撑悬挂式格栅180的垂直悬挂部件184。墙壁锚定物(此说明中未图示)通常提供用于悬挂格栅180的额外的机械稳定性。此悬挂格栅180中的正方形开口186可具有用来匹配天花板瓦片6的尺寸的任何长度和宽度尺寸，但在此情况下，所述开口经缩放(例如)为24″x 24″，其是非常普通的商业布置。可在此说明中的每个可用的开口中，或在可用开口的任何分数中分布一个天花板瓦片照明系统1的个别单个光分布引擎实例。来自每一系统1的照明被朝向下方地面向下引导，且提供特别均匀的覆盖。在图3B中展示(例如)两个经安装的单元1，一者处于其安装过程中，其中点绘线指示其插入路径。
图3C提供图3B的说明性悬挂格栅180的放大视图，其展示在一个天花板瓦片照明系统单元被安装在悬挂格栅180的对应单位单元内时的所述天花板瓦片照明系统单元。在此实例中，天花板照明系统1代表从上方插入到悬挂格栅180中的根据本发明的系统1的仅一种形式，其中光发射孔口侧面向下方地面。下文将以逐渐详细的方式给出其它实例。
图3C展示比图3B更精细水平的细节，但隐藏了其嵌入的光分布引擎4的内部视图。典型悬挂格栅180的T条结构是显而易见的。
图3C的细节还更详细地展示了悬挂栅格180的构成T条200。常规的可购得的T条经说明性地配置为T条200，并提供支撑天花板瓦片边缘的物理搁架、唇缘或面201，其中T条侧部件202的长度203比天花板瓦片6的厚度204长。在此实例中，采用额外的导电元件，其到达系统1中的瓦片6的相对边缘上的每一嵌入的电连接器9。通过图3E到图3G来更详细地描述DC电压递送的此手段。
图3D到图3J示意性地说明一些可取方式，其中可实施物理连接器以向悬挂系统栅格中的每一瓦片照明系统1以及在其之间传达电电力和电电力控制指令。所得的电连接性网格作品建立大体上嵌入的电路层，其构成所有构成的天花板瓦片照明系统1的分布的电子通信网络的形成。图3D到图3J中的说明意在强调主要的互连构件，且无意作为全面设计的物理连接器。下文在图68到图71中进一步提供更详细的实例。
在微电子器件(例如，LCD显示屏)领域中良好地建立了向离散电子元件的2D阵列中的离散电子元件供电和对其进行逻辑控制(无论通过无源还是有源寻址)。在例如应用于本发明的大规模阵列应用中，较广范围的可接受的寻址选项是可用的。一般来说，有效的是，利用天花板瓦片表面的平面性质来作为衬底或基底、作为此形式电互连电路的载体，甚至修改用于此相同目的而支撑表面的T条悬挂部件自身的表面。但本发明的实践不限于电互连的集成构件。实践还可包含外部电源与光分布引擎4的平面系统中的每个光分布引擎4(或瓦片上的光分布引擎的每个群组)之间的直接的点对点布线。在现存的头顶天花板灯光系统中，从电源到灯的点对点布线是最常见的电力递送手段。
图3D展示一种可能的T条型支撑部件210和通过桥接电连接器217和218而在两个邻近的瓦片系统单元215与216之间形成的一种可能的普通形式的电力互连的横截面侧视图。在此实例中，桥接连接器在安装期间彼此附接以在所说明的邻近瓦片内嵌入的瓦片上总线电力导体7之间，和/或在用于瓦片上电力传递和由主控制器40最初单独广播的数字编码的电力控制信号的嵌入的布线元件181之间(如图1C、图3A、图3B和图3D中所允许的)提供用于电力的本发明的邻近单元之间的坚固连接桥。T条支撑部件220具有许多典型商用制造的横截面中的一者，其滑槽高度203通常为1.5″，其超过标称为0.75″厚的天花板瓦片6的高度204。连接器217和218在T条型支撑部件220的最高点上提供物理桥。箭头206到214指示电传输路径，无论是为了总线条7之间的瓦片间的电力连续性，为了需用来将数字编码的控制信号从一个瓦片上的嵌入的布线元件181传递到另一瓦片上的对应的嵌入的布线元件181的大量电路路径，还是为了两者。作为在T条上行进的替代，这些连接器可连接穿过T条中的狭缝。图3C和图3D两者中的T条面支撑件201通常在9/16″与15/16″宽之间，其取决于产品。
图3E展示在大多数方面类似于图3D中所示的支撑部件的另一可能的T条型支撑部件221的横截面侧视图，但其经修改以使得至少部分是导电的。在本发明的此变化形式中，通过瓦片的与将瓦片(或面板)连接到其相邻者的电修改的T条型悬挂构件221的有目的的电接触(例如，连接器9)以及与电共同体或接地的最终连接，电力被汲取穿过每一天花板瓦片照明系统1。可提供额外构件以确保在9与222(以及223)之间维持可靠的电接触。可应用包含锁定突出部、螺钉或导电环氧树脂的使用的机械紧固构件。
在一个说明性形式中，与电力总线7(先前针对瓦片上电力传递而在图1A、图1B、图3A和图3C中所展示)电接触的导电性电力连接器9卷绕天花板瓦片6的边缘(如图1A和图1B中所展示)，使得其一部分与T条支撑件221、222和223的对应导电区222和223物理(和电)接触，从而经由T条而彼此电接触。如此，电连续性从左侧瓦片布置到图3E中所示的右侧瓦片。
因此，电传输路径206到214正如图3D中所表示，但替代从一个瓦片到其相邻者在顶部上桥接(如通过图3D中的T条元件220)，此情况下的电传输隧穿经修改的T条元件221的底侧。在类似于瓦片卷绕连接器9和T条的平坦连接器222到223的另一版本中，瓦片可具有公插销(与总线7电接触)且T条具有母插座，而且两个相对的T条连接器(插座)处于彼此穿过T条的电接触。在两种情况下，如前所述，电传输可为低电压DC电力流、高频数字信令流，或两者。
图3F展示图3E的简单变化，其中T条元件221的两个导电侧(222和223)彼此电隔离，其中一者从DC电源电压30连接到Vdc输出线132，且另一者连接到系统接地线133(如图3A中)。
图3G是图3F中所展示的实施例的替代实施例的示意表示，在此情况下，平行的T条元件221的悬挂系统180中的每隔一个平行的T条元件221的内部导体222和223连接到+Vdc，且每个相邻的平行的T条元件221的内部导体222和223连接到接地。在此实例中，每隔一个瓦片系统215和216必须在其极性需求上相反。
图3E到图3G中的L形形式的导体222和223仅意欲作为概念性实例。
图3H为向本发明的两个邻近的瓦片照明系统215和216的嵌入的连接器9提供更紧固的互连构件的实例的图3E到图3G的T条元件221的横截面图。在此实例(在下文更详细地说明)中，用交叉的平行线画出阴影的层225和226标示施加到T条221的电绝缘涂层，所述涂层可为绝缘涂料(例如，例如KrylonTM等丙烯酸喷射涂料)、粘合施加的塑料膜(例如，卡普顿或迈垃或聚酯)，或覆盖T条部件221的整个外表面的表面涂层(仅作为一些实例)。导电条带227和228彼此平行，彼此电绝缘，且在此实例中，施加到连续的绝缘层226。狭缝(T条的垂直部件的每一侧上一个)229完全经由T条材料221经切割、压印或冲压，以便准许用于导电突出部230的机械通过。导电突出部230是沿着导引线231插入到T条221中的狭缝229中的连接器9的物理延伸部，且在此实例中在弧232上折叠，其确保与底部导体227和228的紧密配合和良好电接触。狭缝229和突出部230的尺寸和形状可经调整以使得当将突出部230推动穿过狭缝229时，还可实现更紧密(例如，静)配合。
此悬挂系统支撑部件的长度在墙壁之间延伸，既作为连续T条部件，也作为机械接合的区段的连续线。在任何情况下，电导体222和223也经布置成电连续的。在图3C中仅说明悬挂系统的支撑部件延伸长度200的一部分。在需要插销减少归因于I2R消耗而引起的信号(或电力)损失时，可添加经由插销(符号为224)的高导电性(低电阻)。
在现在不受版权限制的各种现有技术描述中展现了将瓦片悬挂系统的某些方面修改为简化AC电压入径的构件。还不知道提供或已提供便利的电入径或有目的的电连续性的任何构件的商业性天花板瓦片悬挂产品。
本发明的瓦片(或面板)系统1倾向于使用低电压DC来向其嵌入的光分布引擎4供电并对其进行控制。出于此原因，图3F到图3H中所说明的简单的导电修改方案可能提供令人满意和可生产的解决方案。不需要外部电线或电缆。在天花板瓦片连接器9与其所接触的T条上的对应的导电表面之间的电接触可能是充分的。如果有必要加强元件9与元件222和223之间的导电性，可添加搭扣进入特征、机械突出部或导电粘合剂。
根据本发明的瓦片悬挂系统经由一个连续的T条型元件或经由从一个墙壁表面延伸到相对的墙壁表面的若干排分段的T条型元件供应正DC电压和接地的交替平行线。结构交叉件在没有干扰的情况下被切割为这些导电通道，从而完成传统的网格状悬挂系统结构，并加固了其强度。下文将提供进一步的细节。
图3I展示邻近的瓦片照明系统1之间的另一简单的电互连构件的横截面侧视图：跨接电缆组合件对233/234。在此简单方法中，可制成电力传递和信号传输元件(例如7和181)而以电附接的电缆元件233和234为终端。电缆元件233和234可为电线、柔性印刷电路、平坦带状电缆或平坦柔性跨接器。存在许多出名的制造商(例如，柔性电路技术、Tyco电子器件放大器、莫莱克斯/瓦尔德姆电子器件公司、JST、3M、Oki电缆有限公司，和卡尔盟特电线和电缆有限公司(仅提供一些实例))。到瓦片系统1元件7或181的电缆元件附接可为永久的(如以焊接的形式)或可移除的(如以块连接器235和236的形式)。无论如何，电缆元件的外部连接器237和238可作为公和母相对物适当匹配。
图3I中所说明的互连构件提出用于说明瓦片系统1的逻辑序列。使用适当的跨接电缆233(和234)(各自具有必需的外部连接器构件237(和238))预先制造根据本发明的瓦片系统1。从下方将第一瓦片系统1向上插入到常规的瓦片悬挂系统开口中，且安放于T条表面201(例如，参看图3E)上，务必确保所有跨接电缆233和234落在相邻的未占据的悬挂系统开口中。位于待安装的第二相邻的瓦片系统1上的对应的跨接器233(和234)及其相关联的连接器构件237(和238)附接到先前安装的瓦片系统1上的跨接器及其相关联的连接器构件。此第二瓦片系统1接着以相同的方式向上嵌入到其邻近的开口中，如前所述，务必确保所有其未附接的跨接电缆233(和234)也落到其未占据的相邻开口中。重复此过程，直到所有瓦片开口都被填充为止。
通过单个(瓦片)安装工来容易地管理此互连方法，因为电缆从一个瓦片垂下并穿过悬挂栅格180，使得其可在其被安装在相邻的栅格开口中之前容易以此方式附接到相邻的瓦片。
对于经指派用于普通瓦片(例如，不具有嵌入的光分布引擎4的瓦片)的悬挂系统中的天花板系统开口，仍可使用至少两个电导体7和至少一个电路或电力传递元件181来嵌入根据本发明的那些普通瓦片。嵌入其它普通瓦片中的这些元件用作维持瓦片间的低损失电连接性的电旁路元件。或者，可提供与图3I的方法相容的延长电缆。
图3J展示本发明内的电子瓦片间电通信的又一手段，其提供适合于数字编码电力控制信号的无线形式的瓦片间互连性，所述电力控制信号用于调整天花板照明系统1内所包含的每一光发射引擎4的电力等级。
在本发明的此互连实施例中，光学(红外或可见光)、射频(RF)或微波(μW)收发器(发射)元件240安装在嵌入的布线(或电力传递)元件181上，并定位在天花板系统185内的每一瓦片系统1的一个边缘附近，一般接近安装在邻近的瓦片系统216的最近边缘上的嵌入的布线元件181上的对应收发器(接收)元件241。对于本实例来说，假定所说明的收发器为光学频率收发器，是IR或可见光，仅出于说明目的。光学发射器元件240和光学接收器元件241经构造以使得其大体上彼此在视线中，发射器240在接收器241的数值孔径内广播，两者均安装在天花板瓦片照明系统的T条悬挂表面的最高部分242上方足够高，使得对应的光学束252不被阻碍、遮蔽或以其它方式被任何机械部分(例如，T条220的块状侧壁)堵塞。或者，如果T条具有任何规则间隔的孔或狭缝，那么发射器/接收器对可经对准以经由所述孔和狭缝彼此通信，因此能够位于比瓦片低的地方。
每一光学发射器240包含一个或一个以上发光装置245，优选为低功率可见或红外发光二极管(LED)。在此情况下，每个此光学发射器240以上文在有源元件182的论述期间论述的方式中的一者接收经数字编码的电信号(250，点绘)以及足够的DC操作电力。经数字编码的电信号250表示由主控制器40广播到系统185中的所有瓦片(或瓦片群组)的完整指令集。经数字编码的电信号250对LED 245进行调制以使得其发射对应编码的数字光束252。数字光束252的一部分随后在邻近的瓦片系统216上接收于光学接收器255的入口孔口内，光学接收器255优选为光电二极管或雪崩光电二极管。一旦被接收，数字光信号光束252就在电子接收器组件241内经电子解调为数字信号260，其随后作为数字信号261流过到达瓦片系统216上的电路元件181。以上文在论述有源元件182期间论述的相同方式中的一者来处置任何译码问题。这些数字信号261为包含在瓦片系统216内的光发射引擎4提供必要的数字操作指令。以此方式，一个瓦片系统215能够经由261将全局指令集从远程定位的主控制器40传递到系统范围的瓦片照明系统的较大群组，其中例如216等每一瓦片系统移除(或收听)其自身的本地指令且接着将剩余的数字指令集(或完整的指令)分别传递(转发)到相邻的瓦片系统。此光学连接系统容易应用于沿着悬挂格栅180中包含的邻近瓦片系统的连续行或连续列实现顺序互连。
图3K是由外部电源30向(且通过)总线元件7供应的dc电压电平262以及由主控制器40广播的高频数字电压信号263的一个符号表示(各自随着时间变化)的示意曲线图。在此情形中，主控制器40可视为无线电发射器。每个包(A 264和B 265)经编码(1和0)且在其标头中具有地址密钥，且每个接收器仅读取和执行跟随其自身的地址密钥(或多个密钥)的包。在此符号说明中，在每一包中绘示仅8位(现实的下界)。此编码方法支持长得多的数字串。最佳模式包长度取决于所涉及的应用，包含例如房间大小、瓦片大小、发光引擎的数目(和例如颜色、调光级的数目、每个光引擎的独立受控LED的数目等子功能，仅举几例)等问题。为了实施此过程，仅需要将一般密钥烧录到每个本地IC(电力控制元件15内)中且将一些“群组密钥”存储到接收IC中的本地存储器，其是关于用于特定建筑物的地面的预编程设置。“群组密钥”表示将主要串联操作的经特殊指定的发光引擎4的群组。
跨越面积40英尺乘40英尺的悬挂天花板将在20x 20阵列中含有400个2英尺乘2英尺瓦片。如果每一瓦片各自含有两(2)个光分布引擎(且没有任何设置编程)，那么总共800个顺序信息包可设想性地依序广播。如果每一位在长度上例如为0.1ms(如低性能系统中可能的情况)且假定例如每个包32位且包之间的1ms死空间，那么每一包将占据3.2ms。在800个包和800个死空间的情况下，向所有光引擎的总发射时间是3.36秒。这对应于10,000位/秒的数字频率和100,000Hz的模拟频率响应。
在大多数办公室设定中，允许3秒以接通房间中的等以实现指定的调光或激活给定工作区域中的工作灯(或工作灯群组)将很可能被认为太久。然而，一旦系统在其安装之后已经编程且群组地址已经提供到系统中的大多数发光引擎(进而大大减少寻址整个空间所需的包的数目)，则激活和调光时间将与当前实践中的灯控制方法提供的响应一样快(且通常更快)。
当然，存在通过对顺序发光引擎激活的有目的编程来延长效果可实现较令人愉快的激活或调光体验的时刻。此些效果容易在主控制器的编程期间提供。此些效果将实现精确激活的动作，所述动作将被视为立即发生，或在合意时有意地缓慢发生。也就是说，在将实现天花板系统的给定部分上的发光引擎4阵列的顺序启动时(如整个房间的推进光(类似于波))，有意的预编程激活延迟可能被视为合意的。在沿着长走廊激活泛光灯(或点灯光)时此效果可能也是吸引人的。
图3L到3M说明包含根据本发明布置且由主控制器40协调的一个(或一个以上)天花板瓦片照明系统1(或天花板瓦片照明系统1的群组)的全局无线电互连通信系统266。无线通信系统266在天花板悬挂系统185内包含大量瓦片照明系统1(或瓦片照明系统1的群组)或存在相对深的宽敞露天设施(或增压)空间时的情况或这两种情况的商业或工业建筑物情形中可为优选的。对于此些环境，每一瓦片系统1包含一个或一个以上传感器，例如连接到(或制成为一部分)嵌入式布线元件181上(隐藏)的电力控制元件15的光学、射频(RF)或微波(μW)接收器270(例如，传感器1，图1C)，其目的是感测、收集和检测由主控制器40广播的全局发射的经数字编码的光学(RF或μW)信号。主控制器40包含或并入适当光学发射器中的一者或一者以上：用于射频(RF)或微波(μW)组件和天线的143，和用于IR或可见光的146到147。光学发射器147说明为发射可见光束268，且射频(或微波)发射器143说明为发射电磁辐射269。虽然可同时包含(和激活)若干通信波长，但最低成本与仅一个通信手段和波长的选择相关联。无论广播辐射的选择如何，每一瓦片系统1上均布置对应的接收器(传感器2)270。
图3L是展示主控制器40、全局广播的数字控制信号辐射(光学，268或rf，269)与附接到可在天花板瓦片照明系统1的较大群组中的一个天花板瓦片照明系统1的一个全局信号接收器270之间的示意性关系的透视图。
图3M是展示图3L的主控制器40与在此说明中通过四个任意不同的说明性瓦片系统配置190、191、193和194表示的单独瓦片(或面板)照明系统1的背侧之间的示意性关系的透视图，所述瓦片系统配置各自根据本发明，各自在其瓦片主体5内含有一个或一个以上光分布引擎4和一个或一个以上全局信号接收器270。瓦片照明系统190和191与图1A和图3B到3E中的说明进行比较。照明系统193和194与图1D、图2D到2E和图3A中的说明进行比较。
大体上，在本发明的实施例内使用的光分布引擎4(图4A到图4C)由与有效光分布光学器件273组合的具有输出孔口272的一个或一个以上光发射器271(优选为LED光发射器)组成，所述光分布光学器件273经设计以使来自输出发射孔口278的集合输出照明2成光束，所述输出发射孔口278的面积制作地足够大(所示的宽度279)以缓和孔口的照度。光分布光学器件273包括输入孔口274、输出孔口279、反射性(和折射性)构件275的布置，其共同提供了从输入孔口274到引擎输出孔口278的有效光传送，其操作方式是将输入光280转变为由在光束的两个正交子午线(在说明的平面中+/-θ1)中具有角范围122(+/-θ1和+/-θ2)的多重均匀分布的光束组成的大体上均匀分布的输出光103，且导引透射光285以在既定输出方向111(或114)上退出引擎4，如图1D到1F中描述。还使光发射器271和相关联的光分布光学器件273制作为足够薄(厚度T，282)以大体上配合在天花板(或墙壁)瓦片的物理横截面内。
图4A到图4C提供未按比例绘制的三种优选形式的光分布引擎4的一般化实例。图5到图14提供图4A到图4C的光分布引擎类型如何嵌入天花板(或墙壁)瓦片6的主体5内的一般化实例。下文进一步提供具体实例。
图4A是说明可嵌入天花板瓦片6的主体5或可比较的建筑物材料内的具有厚度279的垂直堆叠形式的光分布引擎4的侧横截面。引擎的输出孔口278从其表面积向外发射均匀分布的光束照明2，所述表面积在正方形(或矩形)的情况下为(Dy)(Dx)且在圆形的情况下为πDy2/4。由于光分布光学器件273的设计及其大体上指示的内部反射和折射元件275的动作，输出光2维持于在由所示的子午线中的角度θ1和未图示的正交子午线中的角度θ2表达的角范围122的大体上对称光束内。取决于光分布光学器件元件275的内部设计，输出光沿着系统的Z轴线112向下(111)或在与轴线112成一角度的倾斜方向114上投射。
此形式的光分布光学器件273的输入孔口274位于光发射器271的输出孔口272的正下方，其经定位以接收大体上所有发射的光280。输入光280依序穿过孔口272、274和278，且由此通过反射和折射元件275从光发射器271的宽角输入分布变换为作为输出照明2退出的较窄角光束285。两个相对孔口272和274优选彼此对准，具有类似的尺寸dY 281(其中274优选不小于272)，且具有类似的形状(正方形、矩形或圆形)。
此形式的光分布光学器件273的输出孔口278位于输入孔口274下方且与输入孔口274成一直线。输出孔口278可包括以下各项中的一者或一者以上：透明透射性窗、散射型漫射器、双凸透镜型漫射器、衍射型漫射器、微透镜薄片、微棱镜薄片、多层反射性偏振器膜(例如，由3M公司制造的DBEFTM或等效物)、纳米级线栅反射性偏振器(例如，由Agoura技术公司制造的PolarBrite膜)和相位推延膜(例如由日东电工(Nitto Denko)制造)。如图4A所示的两个相对的孔口274(输入)和278(输出)优选彼此对准，但如共同横截面尺寸dY 281和DY 279指示其大小不同。光分布光学器件273的输入和输出孔口并不限制为形状类似(可为正方形、矩形或圆形)。孔径比(DY/dY)在图4A的横截面子午线中为N1/Sin(θ1)，N1为大于或等于1的正数，其值取决于光分布光学器件元件275的内部设计。孔径比(Dx/dx)在正交横截面子午线中为N2/Sin(θ2)，其中N2也大于或等于1。
当Ni＝1时，输出孔口278的照度大体上等于光发射器271的输出孔口272的照度，其在光束方向114远离直接的人观看而指向或被屏蔽于直接的人观看时仅在本发明的某些局部灯光应用中是优选的。
大于一的Ni值稀释了可看见的输出照度，且进而减少对人观看者的危险。通过使用光分布光学器件元件275的优选反射性设计(在以下另外的实例中展示)，大于6的Ni值对于此形式的光分布引擎4是可行的。
使用此形式的垂直堆叠光分布引擎4的本发明分布式瓦片照明系统1的具体实例在下文进一步提供(如图103到124中的实例说明)。
图4B和图4C是说明可嵌入天花板瓦片6的主体5(或其它可比较的建筑物材料)中的两个不同水平堆叠形式的光分布引擎4的侧横截面，所述两种形式各自是图4A的垂直堆叠形式的正交变型。特定来说，图4C的形式实现了输出孔口大小与输入孔口大小的最大实际比率，进而使输出孔口亮度的稀释最大化。
图4B是说明水平布置形式的光分布引擎4的侧横截面，其中来自光发射器271的输出孔口272的输出光280以大体上水平的平均指向(轴向方向116上)流过邻近的光分布光学器件273的输入孔口274。光分布光学器件273由两个顺序部分加上输出孔口278组成，第一部分由行进长度L1 276界定，且第二部分由行进长度L2＝DY 279界定。在此形式的光分布引擎4中，L1大体上大于DY。部署在光分布光学器件273的第一部分内的反射性和折射性元件275经布置以在使光分布光学器件273的第一部分与第二部分分离的中间孔口277中将来自孔口274的宽角输入光280变换为较窄角输出光285，两个光束均平行于水平轴线116。经变换的光285进入光分布光学器件273的第二部分，其为重定向区286，且进而沿着正交轴向方向112作为光束287重定向，成为输出照明2。呈此形式的孔径比DY/dZ和DY/dZ大体上与针对图4A的形式所描述相同。
图4C是说明另一水平布置形式的光分布引擎4的侧横截面。在此情况下，不仅光分布光学器件273的第二部分的行进长度L2现在大体上长于第一部分的行进长度L1，而且输出孔口278的可比较的大小也是这样。恰如图4B中所示，输入光274穿过介入的孔口277(使光分布光学器件273的部分1与部分2分离)，且变换为较窄角宽度光束285。光束285接着穿过部署于光分布光学器件273的经延伸行进长度L2内的反射性和折射性元件275。由此，在大体上不同于光束285的大体水平方向的一个方向(或多个方向)上穿过输出孔口278向下提取空间上分布的输出光束288的顺序流。在输出光束288的分布中的每一所提取输出光束103维持在由所示的子午线中的角度θ1和未图示的正交子午线中的角度θ2表达的大体上对称的角范围122内。取决于光分布光学器件元件275的内部设计，输出光沿着系统的Z轴线112向下(111)或在与轴线112成一角度的倾斜方向114上投射。
根据本发明使用的优选光分布引擎4具有足够薄的横截面厚度以大体上配合在天花板瓦片6的主体5内，且具有不仅大体上大于光发射器271的对应输出孔口272而且如图4C的形式中那样已防止返回到光发射器的输出孔口271的直接观看的输出孔口278。
防止对裸LED光发射器271的直接观看是重要的，因为当今可用的大多数商业制造的超亮LED发射器271的孔口亮度太高而被视为对于人观看是不安全的。无论是裸的还是由透镜覆盖，典型的LED光发射器输出孔口亮度超过1,000,000Cd/m2，且对于一些更有力的商业发射器，可高达40,000,000Cd/m2。
为此原因，并不推荐将高流明LED光发射器(或LED光发射器群组)直接嵌入到穿过天花板瓦片材料6的主体切割的检修孔中作为将向下灯光提供到下方地面空间上的手段，如图5和图6的透视图所示。眼睛伤害的风险较大，且斜眩光过量。
图5和图6是其中高亮度光发射器已部署在常规天花板瓦片材料的横截面厚度内但是以并未提供针对发射器的眩目亮度的观看者保护的配置来如此进行的实例。
图5展示从已说明性地具备九个圆形孔的原本正常的24″x 24″天花板瓦片289的底部下方所见的透视图，每一孔均不明智地含有个别安装的仅一个超亮LED发射器271(例如，具有圆顶透镜的CREE XR-E)，每个孔290一个。每一孔290制作为足够大以为来自简单LED光发射器271的发射光291提供足够的出口以到达且进而照明下方的地面。在此情形中，观看者遮挡她的眼睛以保护眼睛不受从来自通过检修孔290可见的任一特定LED光发射器271的任一光束292内的直接视线所体验的眩目的眩光影响。在此简单情形中，所涉及的LED发射器271是直视的，且其有效孔口照度(有时称为亮度)因此对于实际使用来说太高。
图6展示图5的瓦片289的中心部分的背侧的分解透视图。圆柱形插塞293表示用于LED光发射器271的安装封装，其在此实例中为由CREE制造的7mm x 9mm XR-E，其具有位于6.8mm直径透镜固持器中的5mm直径圆顶透镜。圆顶透镜294实现LED的1mm x 1mm发射表面的清楚观看。此发射器取决于其确切的颜色和质量等级而在约1瓦特下递送80到100之间的白流明。
针对直径D(英寸)的圆形发射孔口区域、穿过孔口区域的L流明以及具有+/-θ1和+/-θ2度的角范围的照明光束，以每平方米坎德拉(Cd/m2，也称为尼特)为单位通过方程式1计算对应的孔口亮度I。正方形孔口(X英寸乘Y英寸)的对应亮度由方程式2给出。方程式1或2的使用取决于眼睛所见的发射表面的大小和形状。
ICIRC(Cd/m2)＝[(3.246)*L/(0.25πD2/144)]/[Sin(θ1)Sin(θ2)]       (1)
IRECT(Cd/m2)＝[(3.246)*L/(XY/144)]/[Sin(θ1)Sin(θ2)]             (2)
图5到图6的有缺陷实例中的可见亮度为如方程式2给出的约40,000,000Cd/m2，其中X＝Y＝1mm且θ1＝θ2＝60度FWHM。
图7中描绘例如此情况的有缺陷实例与本发明的商业灯光实践中实际的那些情况之间的界限。
图7是基于方程式1和2的解的曲线图，其展示随着流过灯具的有效孔口的流明数而变的灯具孔口亮度的以兆尼特(一百万Cd/m2的倍数)为单位的一般化表示，在此实例中是在+/-30度的角范围(高质量一般顶灯灯光情形中的典型规范)的光束内。可对较宽和较窄的照明光束进行类似的表示。在此对于+/-30度泛光灯光的表示中，每一曲线对应于特定灯具的(矩形)孔口面积(XY)(以平方英寸为单位而给定)。每一曲线还对应于根据表达式DC＝(4XY/π)0.5具有直径DC的等效圆形孔口的亮度。
亮度可接受性的优选范围由边界框295一般说明，在高的一侧上由点绘线296界限，其指示使用250W金属卤素灯的典型16″直径商业高棚顶灯向下灯光筒的平均亮度，且在低的一侧上由点绘线297界限，其指示在80W下运行的典型2′x 2′荧光灯凹槽的平均亮度。点绘线298和299对应于其它典型商业参考：80W荧光灯管的峰值表面亮度298，和75瓦1050流明5″白炽卤素PAR 30的平均孔口亮度299。
图7中隐含的关系展示了根据本发明实施例使用的光分布引擎的商业可用的照明孔口是有效孔口面积278大于约1平方英寸且优选大于约2平方英寸的那些照明孔口。小于1平方英寸的有效照明孔口面积展示为即使在适度的流明下也展现危险的高亮度级。
仅当输出光束2经物理上引导远离或无法容易在下方由人观看者看见时最佳地使用具有比由边界框295指定的那些孔口面积小的孔口面积的光分布引擎。
图8提供综合流程图，其概括了根据本发明的瓦片照明系统1的用于将光分布引擎4、电导体7、电连接器9、电子电路15(包含传感器元件和功率控制元件)，以及布线元件181(简写为电路)嵌入于其它常规瓦片材料6的主体5内的单阶段工艺序列。此一系列工艺步骤经循序执行以完成瓦片照明系统1的生产。在图9和图10的流程图中概括了两个替代性二阶段瓦片嵌入工艺序列。
图9为等效于图9的二阶段工艺流程的综合二阶段工艺流程，不同之处在于，在阶段A中，引擎连接器板永久地嵌入于瓦片6中来取代整个光分布引擎自身，随后是第二阶段B，其中光分布引擎的光产生部分以可移除的方式嵌入。在此修改下，从瓦片6的底层侧添加光分布引擎，随后附接装饰性玻璃框。此序列允许容易地更换任何或所有的光分布引擎，而无需从架空瓦片悬挂系统移除瓦片6，或无需以其它方式分布嵌入式元件。
图10概括了类似于图9的流程的另一综合单阶段工艺流程。在此变化形式中，导体7、连接器9和玻璃框嵌在瓦片6的背侧，其中玻璃框任选地并入从瓦片的前方施加的饰板。如图9的流程中，从瓦片6的背侧嵌入光分布引擎，嵌入式布线元件(电路)和连接器也是如此。
在每一例子中，薄背侧覆盖元件可任选地作为用于光分布引擎的保护性隔板而添加，所述薄背侧覆盖元件还可提供电屏蔽和热扩散功能(未图示)。
针对其它常规24″x 24″x3/4″瓦片材料6的图11到图41的连续实例详细说明图9的综合单阶段瓦片系统制造工艺流程。此流程中的第一步骤将形成瓦片，使得其含有嵌入的细节(例如18、300、301、308和309)加上电互连性特征(例如，302、303、305、306、307、310、311和312)，如图11到图12中所示。此步骤可在瓦片形成过程期间或作为形成后过程(如在压印、浮雕、冲压、机械加工、钻孔和添加预模制插件中)而发生。图13到图41中所示的接下来的步骤涉及手动地(或自动地)嵌入待包含的各种元件，即，光分布引擎4、DC电力递送总线7，和瓦片6的预形成特征中的DC电力总线连接器304。此步骤还可涉及将各种电互连电路元件(柔性或刚性)插入也提供的对应成形的嵌入狭缝(例如，310到312)中。在本实例中，循序地添加嵌入式布线元件(如图3A、3B、3E、3L和3M中的181的变化形式)，如图24到41中所示。
图11展示说明性瓦片材料的背侧在其生产之后的透视图，其中结构性空腔300形成有内部特征301，其促进嵌入本发明的薄轮廓光分布引擎。在图11的实例中，提供：紧密配合嵌套区域(或空腔)，其促进嵌入四个个别光分布引擎4(未图示)；狭缝302，其用于嵌入DC电力递送总线7；凹口303，其用于嵌入正和负DC电力总线连接器304(未图示，但类似于图1A中的连接器9)；余隙空间305，其用以插入各种电子电路元件15(如图1A中)；用以容纳电布线元件(例如，310到312)的狭缝加上至少一个通孔18，从而提供(任选的)供从底层区域输入的光到达嵌入式光传感器(如图1A中所示)的构件；以及任选地，至少一个通孔308(每个结构性空腔300)，其允许空气流动路径。
图11中的几何元件代表促进嵌入光分布引擎4、电子器件和电互连性的特征的一个实例。、电子器件和电互连性的特征的一个实例。结构性空腔300内的内部特征301的所有特征的特定几何细节、空间位置和尺寸(例如，空腔大小(和形状)306、空腔孔口(开口)307和空气流开口308)取决于光分布引擎的封装的集合布局的大小、形状和几何布局，并取决于其照明孔口的大小、形状和空间位置，并取决于其散热器的大小、形状和空间位置。瓦片6的主体5内的结构性空腔300(和内部特征301)的空间位置(和编号)也可随艺术设计方面的个人选择而变化。可针对凹口303选择除了此实例中所展示的位置之外的其它位置，所述位置中的一者可为总线狭缝302的端点。
图12展示从图11中的背部(或顶部)展示的说明性瓦片的前(或底部，或底层)侧的透视图。每个引擎空腔300提供一个空气流开口308。进入孔18的底层侧开口309展示为具有内部锥面，所述锥面的表面任选地为反射性的，以促进从下方底层到与嵌入式电子电路15(如图1A中)相关联的嵌入式传感器的光耦合(在需要时)。嵌入式传感器可例如为光级传感器、IR信令传感器，和运动传感器。
图13到图14为从瓦片6的背侧看到的分解(图13)和组装(图14)透视图，其说明在生产期间将DC电力递送总线7插入到预制狭缝302中，以及将说明性DC电力总线连接器304插入到预形成的凹口303中。此实例的DC电力总线连接器304遵循图3G的实例，若干实际电力互连构件中的一者，在图3F到图3I中大概说明了其中的一些。
提供必要的电互连性的刚性电路元件、柔性(弯曲)电路元件、带状电缆、电线和布线线束同时地或在嵌入光分布元件4之后嵌入到狭缝(310到312)中。
图15到图16展示根据本发明的综合光分布引擎4实例的背侧(图15)和底层侧(图16)的透视图，所述光分布引擎4的厚度313和宽度314对应于图4C中所示的横截面。在此情况下，光发射器271含有一个或一个以上LED发射器(未图示)，以及互连电路、排热构件和输出光学元件(透镜或发射器)(也未图示)的必要组合。下文进一步提供关于可取的光发射器271和光分布光学器件273的进一步细节。
光发射器271直接耦合到光分布光学器件273中。当将正电压提供到发射器271上的正(阳极)电极318，且经由阴极电极319提供接地路径时，电流流过里面的构成的LED发射器271，且输出照明2大体上向下流动(如从光分布光学器件273的孔口317展示)，其中输出束103在每一子午线中具有蓄意有限的成角范围122(+/-θ1和+/-θ2)，如上文所阐释。
当图15和图16的基本光分布引擎4嵌入于结构性空腔300中时，必须将电极318和319电路由到嵌入式电子电路15，包含所述嵌入式电子电路15以控制电流。本实例涉及每个瓦片所具有的由所涉及的嵌入式引擎共享的一个远端定位的嵌入式电子电路15，在此情况下，其控制待嵌入的四个光分布引擎中的每一者中的电流。在后面的实例中，电子电路15的等效功能性嵌入于每一个别引擎中以作为其构造的一部分。
图17展示用于远程地供电和控制本发明的每一嵌入式光分布引擎4内的内部LED光发射器271(或光发射器271)的简单操作示意图。图17的电路假定IC 320(等效ASIC 320或IC群组320)经由连接线322与总线7上的外部DC供应电压321(+Vdc)连接且在IC 320内将此线电压转换为适当的操作电平(例如，5v)，并感测和解译经由传感器S1组件324(例如，通过总线连接325、无线电天线326或构成的光检测器(未图示))从主控制器40发送的数字控制信号，并提供用于与单独的限流负载电阻器(RL)332串联连接的高功率电流控制元件330(展示为功率MOSFET，例如型号为STP130NH02L的STMicroelectronics，具有二极管保护的呈TO-220封装的N沟道24v，0.0034w、120A STripFET)的必需的DC电压信号328。任选地，电流控制元件330可为运算放大器。如果使用运算放大器，那么来自IC 320的信号328提供模拟电压，所述模拟电压控制从放大器流过LED光发射器271(或光发射器271)的输出电流。在本实例中将MOSFET用于电流控制元件330，因为其与简单的数字控制方案相容。信号328(由IC 320产生的许多可能的控制信号329中的一者)被施加到MOSFET栅极线(G)334。MOSFET源(S)端子335连接到接地线336。限流负载电阻器332经由互连线341将MOSFET漏极(D)端子338与光发射器271的负(阴极)电极319连接，电极319在内部连接到LED 340的负(阴极)侧(或LED 340的群组)。LED 340(或LED 340的群组)的正极侧直接通过光发射器271的正电极318，直接通过正电压线343或(如图示)通过三端子电压调节器344而连接到电力总线7，且进而连接到DC供应电压321。
由LED 340产生的光280的量取决于若干因素，所述因素中的每一者可导致实际由每一光引擎产生的光的量与既定规范不同。出于此原因，图17的示意图提供电压调整(或调节)的实际构件344，使得可在光分布引擎系统1中容易地平衡所有光分布引擎4上的输出变化。这对于本发明的顶部泛光照明用途尤其重要，其中在较大的底层区域上需要均一的照明等级。实际上因为LED质量差异(例如，典型操作电压、流明/瓦特或两者上的差异)且因为在每一引擎的电极318处形成的实际电压Vdc1可能彼此不同，所以会出现光引擎输出差异。出于这些原因，在电压递送线343与正LED电极318之间包含电压调节构件344。三端子离散模拟IC电压调节器345是薄的、紧凑的，且可购得(例如，呈TO-220封装的型号为LM317T的半导体，或呈D2-PAK表面安装的LM317D2TXM)。还可设计定制型号以解决特定需要。并入总电阻RA的外部电位计346，以提供调整(和设定)电极318处所需的恒定电压电平的手动构件。也可使用电控电位计。通过参考方程式4来选择相关联的平衡电阻器347的电阻值RB，使得针对给定的电位计电阻RA和给定的供应电压Vdc而实现所要的经调节的输出电压Vdc1，使得流过电位计346的电流IA较小(约100-uA)。作为一个实例，当Vdc＝24vdc，且Vdc1将被设定为处于恒定电平22vdc时，RB～RA。因此，对于1000欧姆的电位计电阻，平衡电阻器也为约1000欧姆。电容器C1和C2(348和349)分别为约0.1μf和1μf(为增加稳定性，348，且为改进响应时间，349)
V dc 1 = [ 1.25 V dc ( 1 + R A R B ) ] + [ I A R A ] - - - ( 4 )
作为物理上调整的电位计的替代方案，应该提到的是，IC 320可经设计以包含可编程寄存器(或读取可编程寄存器)，所述可编程寄存器将在光分布引擎4的制造校准期间加载。在操作中，IC 320将使用寄存器值来产生并向电压调节器提供适当的电压电平，以便提供用于光分布引擎4的平衡的发射亮度。
归因于电力传输元件的可变电压降，除了补偿VDC1的可变LED要求(即，补偿可变输入电压VDC的要求)之外，用局部靠近光分布引擎的电压调节器来逐步减低电压还可用于另一功能。在从电源30到瓦片有不同距离的情况下，不同光分布引擎常将接收在电源的原始输出以下改变量的不同电压，所述降是归因于每共同电导体的长度具有有限的电阻。然而，对于24V的电源线来说，经配置以取得一定范围的电压(比如，22.1V到24V)并将所述电压全部降到22V的电压调节器将有助于补偿不同导体长度效应。在此系统中，只要光分布引擎距离电源没有在传输上会损失超过1.9V那么远，不同长度的效应将不会导致不同的光分布引擎亮度。举例来说，规格为18的电线通常在60英尺会有约1.9V的压降，因此，如果使用规格为18的电线点对点地供应到光照元件电缆，且调节器设定电源设定点以下2V的点，那么电缆可改变0英尺与60英尺内的任何长度，而不会对光照元件性能有显著影响。
当降MOSFET用作电流控制元件时，施加到其栅极线334的控制信号328准许操作电流(I1)350流过LED 340，或其阻止操作电流(I1)流动。如方程式3中通过电极318处的假定供应电压(+Vdc1)除以总串联路径电阻(RT)来设定电流345，总串联路径电阻是LED 340的串联电阻(RLED)、MOSFET 330的串联电阻(RFET)和负载电阻(RL1)的总和。串联电阻越低，LED的操作电流越高，且其光输出等级越大。在二等级开关情形中，针对LED的最大容许电流和瓦特数来设定Vdc1和RT。
I 1 = V dc 1 ( R L 1 + R LED + R FET ) - - - ( 3 )
只要信号328提供高于阈值电压电平(例如，)+5vdc，LED发射器340便“接通”以传递电流I1。在此情形中，如图4C中所示，LED的输出光280流到光分布光学器件273中，光分布光学器件273随后从根据本发明的光分布引擎4输出既定照明2。当为0时，光分布引擎4“关闭”，每当信号328提供0vdc(且RFET接近无限大)时便发生。
需要更大数目的LED操作电流电平(例如，I1到In)以降低(或“减光”)每一光分布引擎4在其“开启”状态下所提供的照明。实质上，使用图17的电路可接近无限数目的光照等级，其中IC 320以+5vdc控制脉冲351的连续流的形式将控制信号328提供到栅极线334，如图18中所示，持续时间352(τv)被处于0vdc的时间周期353(τ0)隔开。人类视觉感觉不到由在高于越72Hz的频率下的交流电供电的光源的闪烁。作为一个实例，72Hz的频率对应于(τv+τ0)＝13,889μs。MOSFET的开关时间最好低于10μs，其在13,000μs的时间标度上实际上是瞬间的。由方程式5给出光级(0到1)、以微秒为单位的持续时间与以赫兹(Hz)为单位的脉冲频率(PF)之间的数学关系。每秒的脉冲的数目简单地为10+6/τv，其中τv以微秒计。这意味着，为了在具有PF＝72Hz的电流I1下，在任何光分布引擎4的最大容许光照等级的10％下连续地操作任何光分布引擎4，作为一个实例，脉冲流351包括每秒1,389μs时序时间的720个脉冲。类似地，在相同PF下，在每秒6945μs持续时间的144个脉冲下实现50％的减光等级。
LL＝[(0.9)10-6]τvPF                                              (5)
然而，在许多商业光照应用中，仅有必要提供有限数目个减光等级(即，数字减光)。这样做的一种方式是使一个以上MOSFET-电阻器对用于每一光引擎的光发射器271中的每一LED 340。
图19是说明并入支路355、356和357中的三个并联的MOSFET-电阻器元件以实现八级光引擎操作(例如，全关、全开和6级减光)的数字减光方法。每一元件(或电路支路)使用相同的MOSFET以及不同大小的串联负载电阻器332、358和359(RL1、RL2和RL3)，以实现对应不同的支路电流350、360和361(I1、I2和I3)。IC 320确定在任何时间启动其三个指定的低电流控制信号线328、362和363中的哪一者。以此方式，光分布引擎4在其总操作电流变为I1时提供其最大的光输出等级。此全开状态发生在总串联电阻是可能最小时，即，其中当控制信号328、362和363同时为+5vdc时，支路355、356和357的并联组合迫使启用RT1、RT2和RT3的并联组合(RT1‖RT2‖RT3)。对应的全关状态发生在控制信号328、362和363同时为+0vdc，且总电阻接近无限大。
图20是概括八个可能的引擎操作等级(开、关和六个中间等级)的表，所述等级由控制信号组合启用，所述控制信号组合一次仅启动一个或2个支路，这是通过使用样本电阻值RT1＝15Ω、RT2＝30Ω以及RT3＝45Ω的一个可能的集合来实现的，其中RTi＝RLi+RLED+RFET，i＝1、2、3，如上文所介绍。对于此实例来说，8个操作等级为：100％、81.8％、72.7％、54.5％、45.5％、27.3％、18.2％和0％，其代表合理线性的电流减光级数(但对于高亮度的LED来说，亮度级数的线性将小于电流级数的线性)。
每个LED 340的并联的MOSFET支路越多，可能的减光的等级越多。中间操作等级的总数(nI)取决于并联支路的总数(nB)并取决于根据方程式6的开关组合的数目(sCi，i＝1，2，3，4，...(nB-1))、不重复的组合的数目(例如，nB支路一次采用sCi)。等级的总数更简单为2n，其中n为支路的数目(nB)。因此，对于具有3个支路的实例来说，n1＝((3！)/(2！))+((3！)/(2！))＝6，从而实现总共8个等级，包含全开和全关。而且，包含开和关的等级的总数为(2)3。当存在4个可切换的支路时，等级的总数为24＝16。
n I = Σ i n B ! s Ci ! ( n B - s Ci ) ! - - - ( 6 )
存在用于嵌入与图17或图19中所示的电路(或其功能等效物)相关联的离散电子操作组件(例如，320、324、344、355、356和357)的三个选项。
第一选项是将所有操作组件包含在在瓦片6(图11)的背侧内为其准备的远端空腔305中，将绝缘的正和负导体元件嵌入狭缝312中，以便实现在每一引擎4的正电极和负电极318到319之间的操作电流(Ii)流去往和来自与其互连的远端定位的组件。在此例子中，光分布引擎4呈其最简单的形式，即，光发射器271与光分布光学器件273的组合，如图15到图16中所示。
第二选项是在远端位置305与光分布引擎自身之间划分必需的操作组件。这样做的可取方式中的一种方式是将所有较低功率组件(例如，320和324)包含在远端空腔305(如在图11中)中，同时将较高功率组件(例如，344、355、356和357)定位在每一嵌入的光分布引擎4(如在图21到图24中)内并作为其一部分。在此例子中，狭缝312内的绝缘的正和负导体元件在承载全操作引擎功率(其通常为1到15瓦)的情况下可以比其原本的电压和电流低的电压(例如，5vdc)和低的电流(例如，数微安到数毫安)定额。
图21是分解示意透视图，其说明将较高功率组件(例如，展示为功率MOSFET和串联电阻器332的压控电力开关330)以及有槽的散热器365进行分组以用于与本发明的电压调节器电路344和光分布引擎4进行组合的一种方式。支路封装366(其高度367和宽度368一般与基本的光分布引擎4的高度313和宽度314匹配)包括栅极连接器369、支路连接器370(其总线连接到LED 340的阴极端子319，和接地连接器371)。在此实例中，散热器365含有垂直狭缝(或鳍状物)372，其实现从底层到(和穿过)天花板瓦片6的空气通路，同时促进从封装366中的高功率组件和光分布引擎4内的光发射器271的散热元件的排热。在必要时，空气流准许鳍状物372也可以水平或其它方式布置以改进排热。此外，高功率组件分组的部分或全部可重新定位到光照元件的其它侧中的一者，或提得更高，以便允许热量流动到来自散热器365的所述侧的鳍状物中。在没有通孔用于来自瓦片下方的空气流的实施例中，这将尤其有必要。
图21展示也可包含仅一个MOSFET/电阻器串联支路355(如图17的电路中)，而不是多个支路(例如，图19的示意电路中所示的多个支路)。
图22是分解透视后视图，其说明将图19中所示的三个电流开关支路(355、356和357)进行分组和布线的一种方式，这在图21中所示的封装布置366内进行。
图23是图22的分解视图。
用于所包含的原件的基本的中空容器366可由金属、陶瓷或塑料，但优选为金属制成，以提供功率耗散原件(例如，用于此实例中的TO-220封装375 MOSFET 330)中的每一者与鳍式散热器365(在这两个视图中未展示)之间的低热阻。每一MOSFET 330上的三个电极如上文为栅极334、源极335和漏极338。所述三个MOSFET使用安装凸缘(376)附接到中空容器366的内部，所述安装凸缘也可为螺钉或紧固件(或穿过用于螺钉或紧固件的孔)。每一MOSFET 330也可焊接到(或粘合到)容器366的表面。电总线元件377和接触特征378一起将MOSFET的中心(漏极)端子335与负载电阻器332的一端(358和359)连接起来。电总线元件379将负载电阻器332的相对端(358和359)互连，且经由连接元件380将其路由到端子370，且接着经由总线连接器374路由到光分布引擎4的负端子319。电总线元件381和电路元件383彼此电分离并在功能上隔离。总线元件381提供三个说明性MOSFET 330的源极端子338之间的互连，且经由连接器元件383将其总线连接到容器的接地端子371。此实例中的电路元件383含有三个电隔离的栅极信号线(例如，图19中的328、362和363)，每一者对应于每一MOSFET栅极端子334与连接器块387中的每一对应的连接器引脚384、385和386之间的互连线。
布线元件377、379、381和383可为印刷电路板(PCB)的导电电路，或柔性电路带，或电布线的其它等效构件。电流开关MOSFET 330、其相关联的负载电阻器、其相关联的电布线、其相关联的连接器的说明性群组和共同容器共同经组装为子系统388。图23表示经组装形式。可将背部覆盖物添加到中空容器366(未图示)的其它暴露的后侧，以教育部保护并嵌入构成的元件。背部覆盖物也可为用于一些或所有电路元件的衬底，且作为用于MOSFET的替代的安装表面。
图24是代表上文所描述的第二选项(即，将高功率电元件定位在嵌入的引擎内)的完整的光分布引擎4的分解透视图，且图25是其常规的经组装透视图。在此实例中，局部电流开关子系统388(如图22到图23中所说明)与散热器365(如图21中所说明)、LED光发射器子系统271、局部电压调节子系统344(如图17中图解)，和光分布光学器件273进行组合，从而形成用于实践本发明的光分布引擎4的另一实施例。子系统388可替代地经构造成具有狭缝或孔，相对于散热器365提得更高，或沿着散热器365、发射器封装271和光学元件封装273的不同侧延伸，以便允许空气从散热器的具有图24中的子系统388覆盖物的一侧流动到散热器365的鳍状物中。
调节器子系统344布置在电路389中，其在此实例中附接到光发射器271和光分布光学器件273的共同背侧。导电电路元件390、391和392提供图17中所陈述的相关联的电互连路径，其中元件390目标点以供DC电压输入和元件392经由接地端子370连接到系统的接地，并进而连接到瓦片系统的嵌入的接地总线。布置于电路389上的电组件元件包含先前所阐释的电压调节MOSFET 345，电容器C1(348)和C2(349)，和具有其中央电压调整螺钉的微型电位计346。在这些视图中，负载电阻器347(RB)藏在电位计346之后而看不到。
这仅是使用面向大众市场的目录组件的一个实例。在大规模生产中，所使用的实际组件的大小将小得多，且将配合于类似于389的单层电路板上。
在图17和图19的示意图中的每一者中，将DC输入电压(Vdc)施加于电压调节器的输入端子343(及其共同电路元件390)输入端子物理上位于最便利的地方，以促进与瓦片的嵌入的电压递送总线接触，如将在下文说明。输入端子的形式和位置取决于针对特定调节器组件而选择的物理布局，其在一些情况下可比本实例更复杂。然而，对于此特定布置，便利的位置包含电压调节MOSFET 345的顶部，和电路389的顶表面上的任何其它等效可接近的空间，例如展示为一实例的恰好是图25中的电路元件391的一侧的空间。简单的表面安装连接器桥394从其接触表面395将输入电压路由到导电层390。
来自光分布引擎4下方的底层的冷却空气流396作为向上流397向上传递并穿过其垂直的散热片鳍状物372，从而提取来自散热器365和附接到其的功率耗散构成部分388和271的热量。
第三选项是将如图26中的所有必需的操作组件(低功率和高功率)定位在每一相应的光分布引擎4内并作为其一部分，或者，大体上定位在瓦片上的同一位置(同一凹口或孔)内。通过这样，在天花板瓦片6的狭缝312中不需要导电元件来递送引擎的控制信号，因为除了正操作电压和接地路径之外的所有必需的互连性都局部提供于每一引擎内。额外的元件(传感器、预处理解调器(如果需要)和主微处理器)容易配合在电路389的未占据的开放区域398中。
当然，存在除了这三个选项之外的其它选项，但其被视为紧密相关的子集。此一个实例是第三选项的变体，其使得嵌入的光分布引擎中的一者用作其所处的瓦片6的主引擎。在此情形中，那个瓦片上的其它引擎电互连到所述主引擎，且仅配备有相对于主引擎实现次要性能的那些电子组件。
在本发明的所有实例中，且尤其是随后的实例中，其中从嵌入的电子电路15(如图1C中大概表达)预期的电力控制功能性的部分与光产生元件组合或附接到所述光产生元件，所述组合被视为光分布引擎4。在施加DC电压的受控源(其通过与嵌入的电子电路15的构成元件互连，并随后通过电子电路到外部电压源30的连接而进行接收)后，光分布引擎4即刻提供输出照明2。当电子电路嵌入于瓦片6的物理上不同于光分布引擎的LED光发射器部分271和光分布光学器件部分273的嵌入的部分中时，单独地描述嵌入的电子电路的构成部分。但是，当电子电路元件和光分布引擎元件经分组在一起时，如图24和图25的实例中，所嵌入的所得物通常指定为光分布引擎。
图26是图25中所示的光分布引擎4的透视图，其说明添加红外(IR)接收器元件399和IC 400(先前为320)以接收并处理一般由主控制器40(如图1C、图3L和图3M中所介绍)发射的IR控制信号。举例来说，IC 400为24针专用集成电路(ASIC)，其处置经由电路线401直接来自IR接收器元件399的数字位流，且其通过在内部将引擎输入电压Vdc(例如，+24vdc)调节到+5vdc而被供电。(注意，IC 400与早先参考IC 320具有一样的功能性，但从此时起就是一实际的商业封装类型，且以此方式区别于先前说明中的一般性表示)。在一些情形下，将预处理IC放置于IR接收器元件399与IC 400之间可能为优选的。在任一情况下，IC 400响应于具有用于正被控制的引擎的正确本地地址的数字标头，且接收随后的数字指令集(或字)，从而穿过并联电路线402和连接器块403经由连接器387将对应的控制电压输出到三个驻留的电流开关MOSFET 330的栅极端子(如图23)。一种合适的IR接收器元件399是由威世(Vishay)半导体公司制造的TSOP-349型号。由主控制器40广播的IR光被接收器的圆顶透镜404收集，并被传达到内部PIN二极管，其中所述光经换能并被施加到包含输出晶体管的内部解调电路。
图27是阐明其说明性互连的图26的俯视图。IR接收器元件399的中央端子通过电路线405连接到接地总线392。远侧端子406经由电路线407连接到电路线390处的引擎的输入电压Vdc。远侧端子408输出经解调的数字位流，且通过电路线401路由到IC 400以供进一步处理。IC 400的经解译输出流过内部的并联电路线402。
图28是含有射频(RF)接收器模块409和RF芯片天线410来取代图26到图27的IR接收器元件399和圆顶透镜404的光分布引擎4实施例的透视图。
图29提供阐明所展示的电互连的图28的俯视图。16针SMD RF接收器407类似于由林克斯技术有限公司制造的型号RXM-916-ES-ND，其与表面安装天线410匹配，类似于ANT-916_CHP。虽然RF接收器模块409和芯片天线410的占用面积大于IR接收器元件399的占用面积(面积上约为8倍)，但相对紧凑的RF元件仍容易配合在电路元件389的未占据区398中，且具有额外电组件所需的用于其的足够空间。在此实例中，天线410通过电路线411连接到接收器模块407。接地连接线412路由到现有的接地总线392。接收器模块的经解调位流输出经由电路线413连接到IC 400。+5vdc的经调节电源经由IC 400与接收器407的适当端子之间的电路线414施加到RF接收器407。较高的供应电压Vdc通过电路线415连接到IC 400，其中所述供应电压在内部经缩放并调节为5vdc的可靠源，其作为用于电路线414的输出服务而提供。
图30提供又一完全配置的光分布引擎实例的透视图，且图31提供其放大透视图416，其中所有操作组件包含于开放空间398中的层389上，以接收来自位于层389上的主控制器40的控制信号。在本发明的此实例中，三个额外组件经部署以实施传统X-10通信协议的DC版本：内建有内部电压调节和预处理的专用IC 400(或IC的等效群组)、电阻器417(RC)和解耦电容器418(CD)。X-10协议涉及经由常规的120VAC家用布线来发送高频数字化的控制信号突发。在那种情形下，X-10协议将数字化消息(例如，4位字)作为高频AC(例如，120kHz)的一系列1ms的突发赋予到标准的60Hz AC中。在那种情况下，二进制“1”被解译为每个在60Hz AC交叉点附近下降的120kHz突发，且二进制“0”被解译为突发的每个缺失。特定的微控制器解调电路用于解译经编码的AC信号。然而，图30到图31中所说明的布置属于DC而非AC系统，且允许更简单的调制和解调构件。根据本发明，主控制器40(图3L到图3M)施加一连串数字脉冲，其表示作为对系统供应电压+Vdc的弱+/-Δv振幅调制419(如图3K中所介绍)而广播的数字字的“1”和“0”。容易通过光分布引擎4内所包含的简单电容性解耦组件417和418来从DC电平中提取呈良好形式的高频DC脉冲流。良好的解耦质量要求使耦合器的RC时间常数(RACD)显著短于位流419中的普遍脉冲宽度。在需要时可在IC 400的预处理电路内包含噪声过滤和相关联的比较器，以抑制可能在解耦过程期间出现的任何不可接受的TTL脉冲形状杂质。当主控制器40经配置以发射0.1ms数字脉冲流时，举例来说，本地解耦电阻器417为100Ω，且本地解耦电容器418为0.01μF，所暗示的RC时间常数(1μs)比脉冲宽度(100μs)短100倍，且预期最小的脉冲形状失真。
通过从电路线390引出的恰好在电压调节器电容器349之前的电路线420将来自连接器桥394和其触点395的系统的DC输入供应电压Vdc施加到解耦电容器418。电容器418经由电路线423将高频电压调制422传递到IC 400，但阻挡DC电平Vdc。电路线424将来自线420的Vdc路由到IC 400上的对应输入端子，并穿过其到达IC的内部电压缩放和调节电路。通过与引擎的接地总线392连接的电路线为IC 400提供接地互连。
作为图15、图16和图24到图31中的实例而提供的光分布引擎4中的任一者可嵌入如图11到图14中所展示而准备的瓦片6中。
图32和图33是从瓦片6的背侧展示的分解(图32)和完整(图33)透视图，其说明图24到图25的光分布引擎的嵌入过程。这是对上文所描述的第二引擎功率控制选项的说明，将瓦片的低功率控制元件在远端嵌入(并居中)空腔305中，且将其与位于瓦片6中的每一个别的光分布引擎4内的对应较高功率开关元件连接起来。
图34展示根据本发明而修改的瓦片6(或建筑材料等效物)的位于其嵌入的光分布引擎4中的一者的附近处的放大部分427。说明性引擎的3端子栅极信号连接器387处于用于与将在随后工艺步骤中嵌入狭缝312中的布线互连的位置。桥连接器394处于适当位置以与将安装在其上方的电压递送总线连接。引擎的本地接地总线线392处于适当位置以附接到将嵌入瓦片狭缝311中的瓦片接地线总线。
图35展示如图34中的说明性嵌入的光分布引擎4的放大部分427，不同之处在于，在此视图中，相关联的互连布线已被添加在所涉及的瓦片6内制成的预先制备的狭缝中。电路条带430和431(其可为柔性或刚性电路、绝缘电线或绝缘电缆)嵌入于瓦片狭缝312中以路由来自在远端定位于空腔305(未图示)中的低功率指令接收组件的数字控制电压。在本实例中，每一电路条带430和431含有3个单独的信号线，每一信号线用于引擎的高功率子系统388(图22到图25)中的每一MOSFET电流开关元件330的栅极线。连接条带432和连接器433将来自电路条带430的信号路由到连接器387。DC电压带434通过与电压总线7电接触的电极连接器436而嵌入于瓦片空腔305的狭缝部分中，且进而将引擎的电压桥接元件394与瓦片的嵌入的DC电力总线7连接起来。电极突出部435连接到电压带434，且进而将其与引擎的电压桥接元件394连接起来。延伸带437将电压连接路由到相邻的光分布引擎。嵌入于瓦片狭缝311中的接地带区段439将引擎的接地线392与瓦片的接地总线连接起来(未图示)。
一般来说，电压桥接元件394、连接条带432、DC电压带434、dc电压总线7和嵌入的布线元件181为瓦片上电功率传送或电力传送元件的实例，所述电力传送元件由导电电线、导电条带和/或电流的其它常规上低电阻导管构成。由此，可将其视为供应到瓦片的电力递送元件。
图36是透视图，其说明呈用于嵌入于用瓦片材料6预先形成的空腔305中的形式440的低功率电子控制电路(即，如图1C中的嵌入的电子电路15)的一个实例。在此实例中，(图28和图29的)专用IC 400、RF接收器407和芯片天线410组合于共同的远端电路元件441上。(图26到图27的IR接收器实例以及图30到图31的电容性解耦器实例同样是用于本发明的可适用实例。)电压连接带将电路线443桥接到嵌入的DC功率总线7，从而提供对Vdc的访问权。电路线将Vdc连接到IC 400上的24个端子中的一者，以及其内部电压缩放和调节电路。从IC 400经由连接到电路线444的端子而输出+5vdc的经调节源，所述端子路由到RF接收器407的+5vdc电压端子445。通过电路线446、导电桥447、电路垫448和连接突出部446来实现接收器到系统接地的连接。经由将垫450与IC端子451连接起来的电路线449(未图示)来实现IC 400到系统接地的连接。芯片天线410经由电路垫452连接到RF接收器407，且用作图1C的传感器1的一个功能，即检测由系统的主控制器40广播的射频控制信号(例如，图3L中的269)。RF接收器407随后提供相关联的感测功能，即解调检测到的信号并将其复原为良好成形的数字位流。所述数字位流在RF接收器端子453处沿着电路线454输出到IC 400。IC 400经配置以仅响应于既定用于控制其驻留的光分布引擎4的那些指令(或数字字)而接收并解译检测到的数字位流。
对于本瓦片嵌入说明，主控制指令经接收、处理并作为0或+5vdc开关设定(取决于所接收的数字指令)沿着电路线455被路由到瓦片系统的四个驻留的光分布引擎4中的每一者，和每一引擎的连接到其构成LED光发射器271(如图19的示意图中)的三个局部化的MOSFET电流开关支路。三个电路线456被引导到瓦片的左下方光分布引擎4；三个电路线457被引导到右下方引擎；三个电路线458被引导到左上方引擎；且三个电路线459被引导到右上方引擎。通过使用更大的IC、不同类型的IC封装或多个IC，可在可能需要时处理更高数目的指令。
图37为放大的透视图，其说明将图36的低功率电子控制电路440嵌入在瓦片6中预先形成的在远端定位的嵌入空腔305中。所看到的区对应于图33中所示的先前未占据的区428。控制电路440被下推到预先形成的空腔305中，且在这样做时，大体上驻留在瓦片6的主体5中。图37也说明嵌入控制信号电缆电路460和462(其可为柔性电路条带、刚性电路条带、绝缘电缆或绝缘电线)、相关联的电缆连接器头463和464，和瓦片的现在占据狭缝310的内部接地带465。嵌入上部和下部瓦片狭缝312中的每一电缆电路主体460和462由电缆电路460内的两个单独电路部件430和431以及电缆电路462内的两个单独电路部件466和467组成。每一电路部件(430、431、466和467)含有三个绝缘电压线(未图示)，其对应于正分布到四个说明性光分布引擎中的每一者的三个说明性低电平看、控制电压。连接器头463和464通过机械接触、焊料或导电性环氧树脂而与平面电路线455的群组电接触。
图38和图39是从瓦片材料6的背侧展示的透视图，其说明在低功率控制元件440在远端定位在实质上与嵌入的光分布引擎自身相隔一段距离的预先形成的瓦片空腔305中的情况下的嵌入过程。这些视图说明用于上文所描述的第二引擎功率控制选项的嵌入过程，将瓦片的低功率控制元件440在远端嵌入(并居中)预先形成的瓦片空腔305中，且将其与嵌入的布线部件(460、462、465、437、470和471)连接到位于单独嵌入于瓦片材料6中的每一个别光分布引擎4内的对应的较高功率开关元件。
图38以四层分解：具有电路元件440的低功率电子控制电路层476(其以放大比例展示以用于更好地观看)、具有电路元件(460、462)和接地带(437、465、471)的控制布线层、包括两个相同的电压递送导电带435的电压递送层，和具有其先前嵌入的光分布引擎4、DC电力总线7和电力总线连接器304的瓦片基础层480。
提供一个说明性嵌入序列以作为实例。当电压带434沿着导引线491到493和494到496一次一个地降低到适当位置并嵌入时(如图35中所示)，电压递送层479嵌入天花板瓦片6中。当此完成时，连接器块436与DC电压总线7电接触(经由线491和494)并与四个电压递送电极435电接触，所述四个电压递送电极435与每一光引擎的DC电压电极394电接触(经由线492、493、495和496)。接地带465和接地延伸部439和470沿着导引线500和501降低到瓦片6中的接纳狭缝310和311中并嵌入。两个控制电路布线元件460和462沿着导引线503到505降低到天花板瓦片6中的其相应的狭缝312中并嵌入。接地带471沿着导引线506降低到接纳狭缝310中并嵌入。且，功率控制元件440嵌入接地带465的接纳器板509的顶部上的瓦片6的空腔区域305中，从而沿着导引线510而降低其说明性放大的视图。
图39是从瓦片6的背侧看到的根据本发明的图38中所示的瓦片照明系统1的透视图，其中所有嵌入的元件和连接都处于适当位置。
图40是也从瓦片6的背侧看到的根据本发明的照明系统1的紧密相关实施例的透视图，其所有必需的功率控制电子元件组件都嵌入每一光分布引擎4的背侧上，如上文所描述的第三嵌入选项。此变化形式中所展示的光分布引擎4是先前在图30和图31中所说明的光分布引擎，其中通过经布置以对强加于DC电源电压上的高频数字调制进行取样的本地RC解调电路512来解译来自主控制器40的信号。瓦片6的主体5中的远端空腔305及其相关联的布线狭缝已被除去，从而简化了瓦片的背侧互连布局。还剩两个说明性DC电压带434，从而将引擎电压递送到四个嵌入的引擎，而不是两个新的接地电线狭缝514，且已添加了两个新的接地带515(一个嵌入且一个经分解)。包含接地连接器突出部517和518以与每一光分布引擎4上的接地线392电接触，且包含总线连接器520以与接地侧电压总线7电接触。带434和515中隐含的并联DC电压和接地电路类似于上文(例如，如图3A、图3B、图3L和图3M中)更示意地展示的简单的嵌入的布线元件。
在首先嵌入四个光分布引擎4，如图40中所说明将其沿着导引线522、523和524降低到瓦片6的主体5中预先形成的接纳狭缝514中之后，嵌入两个接地带515。
图41是图40中的区525的放大透视图，其展示四个嵌入的光分布引擎4(左下方)、其电压连接带(434)、其接地连接带(515)，和其嵌入的电路(例如，345、346、348、349、400、417和418)中的一者。此放大视图类似于先前在图35中所展示的视图，但展示包含了解调功率控制元件与引擎，以及嵌入了较简单的接地带515。在此实例中，经解调的栅极控制信号沿着控制电路528并经由连接器378被发送出IC 400，到达下方的嵌入的MOSFET电流开关支路。
至此，已全部从瓦片6的背侧说明了嵌入本发明的光分布引擎4的过程。在某些情况下，如在图9的过程流程图中所陈述的二阶段瓦片嵌入过程中的，可能仅从瓦片6的背侧嵌入引擎的电子底盘板530，且从瓦片6的相对(底层)侧嵌入剩余的光分布引擎部分271和273也是可取的。
图42是根据本发明的二部分可嵌入光分布引擎4的说明性底盘板530部分的俯视图，所述底盘板530部分经配置以固持所有的引擎的低功率电子控制组件。底盘板530嵌入到瓦片6的背侧中，且含有用于引擎的光产生部分的从瓦片6的相对(底层)侧嵌入的机械附接构件(未图示)。图42中所示的版本实际上利用与图41的单部分引擎布局中说明性展示的元件相同的元件。底盘框架532提供用于瓦片嵌入的机械支撑，所述底盘框架532包含类似于电路389(如图30和图31(以及替代地在图24、图25、图27、图28和图29中)中所示)的附接的电路层534。电路层534包含电压调节元件345、346、347(隐藏)和348、控制信号解调构件(RC元件417和418加上IC 400)、DC电压连接桥394、(LED)光发射器电极连接器394、栅极控制电路528、其相关联的三针连接器块535、接地线394，和接地连接器537。
图43是分解透视图，其展示此说明性二部分光分布引擎4的两个部分之间的工作关系：图42的电子底盘板530，和高功率光分布部分540(包含先前在图24和图25中所说明的部分373、271和273)。将两个安装螺钉(542和543)以及两个对应的凹进的通孔(544和545)添加到光发射器部分271以作为经由底盘板530的底侧中的两个对应的附接孔546和547(两者均隐藏)将此变化形式的两个部分结合在一起的构件。控制电压由栅极控制电路528经由连接器块535承载，并通过对应的连接器块550和其连接器针552被路由到高功率电流开关模块388，当两个引擎半部沿着导引线555到559合在一起时，连接器针552滑动到连接器块535中。当两个元件沿着导引线557合在一起时，LED光发射器271的正电极端子560与来自底盘板530上的电压调节组件的正输出连接器374进行良好电接触。通过连接器针568及其相配的连接器元件537和其对瓦片系统的接地总线的外部连接来提供对系统接地的接近。
图44展示图43的二部分光分布引擎4的透视背侧图，其中其两个半部540和530是附接的。
图45展示图43和图44的二部分光分布引擎4的透视底层侧视图。图45进一步从高功率电流控制元件388的暴露背侧展示此透视图，曾通过图22到图23中的实例更详细地说明所述高功率电流控制元件388。当将电压源570和接地路径572提供给图43中所示的底盘板530上的对应的接触点时，具有有限角范围122(在所说明的子午线上+/-θ1；在正交子午线上+/-θ2)的大量光束103通过光分布光学器件273而均匀分布于边缘边界316内的孔口317上。
此替代性二阶段瓦片系统制造过程中的第一步骤为形成类似于图11到图12中所示的瓦片的说明性24″x 24″瓦片6，但其含有本发明的此变化形式的二部分引擎所需的对应的嵌入细节和互连性特征。正如上文在图9以及图11到图41中所说明的单阶段制造过程流，此瓦片形成步骤可在瓦片形成过程自身期间或作为形成后过程(如在压印、浮雕、冲压、机械加工、钻孔和添加预模制插件中)而发生。
图46是说明性瓦片材料的背侧在其生产后的透视图，其中结构性嵌入空腔580形成为具有促进二部分背侧嵌入过程的内部特征581，在此实例中，说明并入如图43到图45中所示的四个电子底盘板530。图46的透视图还展示生产嵌入狭缝583和585，从而促进并入类似于515的互连接地带和类似于434的互连电压带(如先前在图40中所描述)。提供额外的狭缝和特征，如图11中，提供用于DC电力递送总线7的302、提供用于电力总线连接器304的303、提供指示用于嵌入在远端定位的电子元件(如上文实例中)的任选空腔的305，以及提供使得光学信号能够从底层空间下面通过瓦片6的任选的通孔18。
图47是分解透视图，其说明在图9的二阶段瓦片制造过程期间所执行的第一一系列背侧嵌入步骤。先前在图46的预先形成的瓦片6中展示的任选的互连狭缝305和18已被简化为588(和/或除去)，以更好地适应图47的本实例。首先嵌入DC电力总线7和电力连接器304，且因此如早先在图13到图14中所说明所展示。此后，四个说明性电子底盘板530中的每一者沿着如所示的相应导引线590到597紧固地嵌入每一嵌入空腔580内的为该目的而提供的其对应的接纳结构581中。通过符号来展示此说明中的电子底盘板530。为了更大地分辨隐含的细节，参看图43到图45中的放大图解。
任选地，作为一个可分离单元而附接在一起的整个光分布引擎4、底盘板530和高功率光分布部分540可从背侧以针对适应此替代方案的供应情形而展示的方式嵌入。因为二部分光分布引擎4促进本发明的任何如此制造的瓦片照明系统1的高功率光分布部分540的移除、更换、脱离或维修，而无需在天花板瓦片栅格上方或在壁瓦片安装后方工作，所以二部分光分布引擎4的优点仍存在。
图48是类似于图47的分解透视图的分解透视图，其展示完全嵌入的电子底盘板530和图9的二阶段瓦片制造过程中的背侧嵌入步骤的第二集合。此实例中所使用的电子元件底盘板530(如图42到图44中)含有简单的RC型解调电路，其提取叠加于所施加的DC电压上的数字光发射器控制信号(参看图30到图31中的放大版本)。等效地，图26到图29的解调方法使用不同的解调构件(RF和IR)实现相同的结果。经由连接到外部DC电压源和系统接地的内建布线步骤600和602将DC电力施加于每一电子底盘板530。经分解的DC电压带600经由导引线605到608嵌入到瓦片6的主体5中，而分解的接地接近带602经由导引线610到612嵌入。通过到电压递送总线7的电压带600与连接器突出部615电接触，且通过到电子底盘板530的电压带600与连接器突出部617电接触。通过到接地侧电压递送总线7(右侧)的接地带602与连接器突出部620电接触，且通过到每一电子电路板530上的接地线与连接器622电接触。
图49是左下方区625(点绘线)的放大背侧透视图，其阐明由于所涉及的微小部分大小而无法在图48中清楚地看到的嵌入细节。此实例中的点绘线区625涵盖大约3″x 4″区域，其为说明性瓦片的24″x 24″表面区域的小部分。所展示的所有元件先前已描述过，除了指向电子底盘板530中的开口的630之外，所述开口允许空气流通过仍待嵌入和附接的相伴高功率光分布引擎540的散热片鳍状物372。
图50是从下方底层看到的图48的瓦片照明系统1的分解透视图，其展示嵌入光分布引擎4的高功率光分布部分540的过程。在此说明中，通过先附接到先前嵌入的电子底盘板530，三个高功率光分布部分540已被嵌入。在分解区635(点绘线)中展示恰好其嵌入和附接之前的第四光分布部分540。此光分布部分540被沿着导引线636、637和638向上提到结构性空腔580(参看图46)中。除了部分540与部分530的物理附接之外，还形成若干电互连，因为部分540上的互连元件与部分530上的配对互连元件相配。举例来说，展示附接螺钉542和543以及底盘板530中的其两个附接孔中的一者642(例如，4-40内六角螺钉、14mm顶端到尾端、2.85mm通孔)。另一机械附接构件使用弹簧夹。
图51是如图50的透视图中所示的分解区635的放大，从而以更大的视觉清晰度揭露嵌入和互连细节。放大635展示底盘板530上的DC电力连接器374、螺钉543在附接孔642中的插入期间沿着其行进的导引线643、高功率开关元件388上的栅极控制电压连接器针552和连接器块550，以及底盘板530上的接地连接插孔537。在图43中曾展示关于元件540与530之间的附接的进一步细节，包含连接器针552在其路由到底盘板530上的配对连接器插孔535中时所采用的路径所遵循的导引线555，和部分540上的接地连接针568在其与接地连接插孔537相配时所遵循的导引线557。应注意，在螺钉型紧固件展示于所描述的实施例中的所有例子中，搭扣型紧固件同样可用。
图52是类似于图50中所展示的底层侧透视图的底层侧透视图，但在此例子中说明将空气流狭缝652和大体上与光分布光学器件273上的孔口边界361的大小匹配的照明孔口654嵌入到装饰性覆盖板或饰板650的天花板瓦片6的主体5中。照明孔口654可进一步包括空气、透明塑料(或玻璃)片，或一个或一个以上光扩散片的集合(例如，堆叠)，例如为双凸透镜片、微透镜片、具有光散射霾的片、衍射漫射器片、全息漫射器片、发射式偏光器片、体积漫射器片、表面漫射器片、带纹理的漫射器片或黑矩阵微透镜(珠状)片。饰板650沿着导引线656、657和658嵌入于天花板瓦片6的主体5中，如分解细节660中所示。饰板650的背侧可用推针、用弹簧夹、通过瓦片空腔580的边界进行压配，或用其详细结构581(参看图46)而附接到天花板瓦片6，或其可附接到在光分布部分540上所提供的机械附接特征。
图53展示说明性饰板650(或覆盖板)的背侧的分解透视图，其包含(作为一个特定实例)在其照明孔口654内的两个双凸透镜膜片664和666。在此实例中，双凸膜片664和666经布置成其双凸轴668和670彼此正交，且其双凸顶点面向远离所示的下方地面，以提供扩散到照明2的额外角度的特定角度以及从曾展示(例如，在图45中)的光分布引擎4的孔口317发散的其角范围122。双凸透镜膜片664和666沿着导引线672、673和674从所展示的背侧组装为饰板的照明孔口654，以作为预先模切膜片或作为预先组装的框架(未说明)。无论哪种方式，所述膜(或其框架)沿着其边缘粘合地结合(或粘合)到饰板表面676。在存在两个如图53中所示的膜片的情况下，所述膜片可预先结合在一起。一示范性结合点可处于其隅角中的一者(例如，678)(或一者以上)处。作为粘合的替代，可通过第二互锁框架机械地俘获所述膜，所述框架与饰板650互锁并捕集框架与饰板之间的膜，或通过在饰板650的背侧上添加较小的保持特征(例如，凹槽或悬挂突出部)，其允许手动或通过工具将膜滑入并滑出，但当饰板被处置、安装或卸载时大体上保持所述膜。
图54展示图53中的说明性饰板650在组装后的最终布置的透视图。根据本发明的瓦片照明系统1的用户能够通过简单地从其瓦片空腔580中移除饰板650并以不同的角度扩散效应重新安装具有另一组所包含的膜680的另一饰板650来随意改变照明孔口中的任一者、任何群组或全部的照明图案，如标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述。在某些应用中，可能如664和666的角度改变膜经安装为光分布引擎4的输出孔口的一部分，而不是作为饰板650的一部分(其可替代地具有其它输出膜680)为可取的。
图55是从底层空间下面685看到的图52的完全嵌入的瓦片照明系统1的透视图。任选的狭缝652使得环境对流空气流396(如图25中)能够从瓦片6与下方底层之间的空间685通过四个嵌入的光分布引擎4(和其排热鳍状物372)，到达上方和远处的效用(或增压)空间686。特征683是18(参看图11到图14)上的变化形式，以提供从底层空间685通过以用于IR传感器信息(例如，用于光级传感器信号递送、用于运动传感器信号递送和/或用于远程电力开关信号递送)的任选构件。
图56是从底层空间下面685看到的图40的完全嵌入的瓦片照明系统1的透视图。瓦片6的主体5中的任选的底层侧狭缝308使得环境对流空气流396(如图25中)从瓦片6与下方地面之间的空间685通过四个嵌入的光分布引擎4(及其排热鳍状物372)，到达上方和远处的效用(或增压)空间686。特征309是通孔18(参看图11到图14)的底层侧开口，以提供从底层空间685通过以用于IR传感器信息(例如，用于光级传感器信号递送、用于运动传感器信号递送和/或用于远程电力开关信号递送)的不同的任选构件。孔口覆盖片690到693(每个嵌入的引擎一个)可含有如上文在图53到图54中所描述的光扩散或漫射媒介，其更改(或加宽)原本为定位在远处的特定嵌入的光分布引擎4的特性的角范围122和123(图1F、图4A到图4B和图16中的θ1和θ2)。这些覆盖片(其为任选的)可含有以下各物中的一者或一者以上的不同组合：透明玻璃(或塑料)片、双凸透镜片、微透镜阵列片、偏光片、漫射片、光衍射片、全息漫射器片、具有光散射霾的片、珠状黑矩阵微透镜片、具有与瓦片的平面表面694的表面纹理匹配的表面纹理(和/或透明色彩)的片。一个可取的布置(如上文)为两个双凸透镜片的堆叠组合，其相对于彼此而定向，使得其圆柱形元件轴大体上是正交的，且其相应的圆柱形双凸面(即，圆柱形透镜元件)形成为一形状，所述形状经选择以实现在每一输出子午线上发散的特定量的角度(即，图1F、图4A到图4B和图16中所示的θ1和θ2)。孔口覆盖片690到693可包含在玻璃框或框架内，以便实现简易的移除和更换，以作为将特定照明特性(如从束角122和123的窄集合)改变为选择性地变宽的束角的构件。
在说明本发明中所提供的瓦片系统实例至此已基于将正方形或矩形光分布引擎4(如图1B、图1D、图2D、图2E、图3C、图11到图16、图21到图35，以及图38到图56)嵌入到瓦片6的主体5中的标记，如图4B到图4C的水平堆叠的示意横截面所概括。在这些实例中，LED光发射器271和光分布光学器件273是共面的。虽然在要求具有最大可能的厚度的光分布引擎4的情形中共面布置可为可取的，但根据本发明，LED光发射器模块695(类似于271)也可直接垂直堆叠于光分布光学器件696(类似于273)上方，如图4A的示意横截面中。图57展示以分解透视图示意性地说明此形式的一个实例。在此实例中，电子功率控制组件(如图24中的电压调节器群组344和如图56到图31中的解调组件群组700)的两个群组定位于光发射器模块695上方，且一个群组(如图22到图23中的电流开关群组388)定位于侧面。在要求更大厚度的应用中，所有相关联的电子组件可经布置以便物理上包围光发射器695和光分布光学器件696的厚度。另外，除了图57中所说明的形式和形状之外，还可并入其它形式和形状的散热器元件365，包含(例如)在元件695和696的所有四个侧上的类似于365的元件，以及放置于光发射器695与光分布光学器件696之间的散热板，其作为两个实例。散热板还可定位在光发射器695与电路389之间，且此外，电路389可经设计为具有用于散热器的开放区域，以任选地用垂直定向的热鳍状物从光照元件695的背部穿过电路中的开放区域而突出，光发射器695提供局部或均匀地跨越光分布光学器件696的面701内的进入孔口的光流275(如图4A中)，且输出的照明束103(未图示)均匀地显露于面702上。所述元件沿着导引线704到708彼此附接。下文将进一步提供其一些特定实例。
然而，图4A到图4C中所示的示意光分布引擎不仅仅限于正方形或矩形形式。本发明的等效实例可经构造为嵌入的圆形(即，圆盘形)光分布引擎4。
图58A是根据本发明的圆形光分布引擎4的可嵌入的共面形式的分解透视图，所述圆形光分布引擎4是通过围绕光发射器271的左手边缘283(还平行于系统的z轴112)对所展示的整个光分布引擎进行圆形旋转而从图4C的示意形式得到的，如已在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述。此圆形旋转在环状圆形光分布光学器件712的中心产生圆盘状径向光发射器710，如图58A中所示。圆盘状径向光发射器710含有LED发射器或芯片(未图示)的内部群组，其经布置而以径向方式从圆柱形表面孔口714向外发射光。当径向光流718大体上均一地分布于整个分布光学元件712上时，从表面714径向发射的光理解传递到环状光分布光学器件712的环形圆柱环孔口716中。在径向光流718通过分布光学元件712时，其作为照明输出束103大体上均匀地在元件的圆盘状底部表面720上被提取。可能大体上大于所展示的特征的特征722附接到圆盘状发射器710的中心，并用作导热排热元件，所述导热排热元件经布置以移除来自定位在圆盘状发射器710的周边内或上的LED发射器或芯片的热量。特征721和723为来自内部光发射器(例如LED)的正或负电力端子(举例来说，类似于上文在图15中所论述的电极318和319)。
图58B是根据本发明而实践的圆盘状径向光发射器710的一个实例的透视图，如已在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述。其中成圆锥形的反射元件709用于将来自LED发射器或芯片715的内部群组的所发射光711和713以径向方式重新引导穿过环状圆形光分布光学器件712的环形环孔口716。在此实例中，许多可能的商业LED发射器729中的一者、六芯片OSTARTM的变化形式由欧司朗光学半导体制造，其中正和负电力端子725和727对应于一般在图58A中展示为721和723的等效元件。环形环孔口716对应于透明(光学上透明)的圆柱形聚合物媒介的边界，光学上耦合到浸泡LED芯片715和成圆锥形的反射元件709的聚合物媒介。
图58C是根据本发明而实践的圆盘状径向光发射器710的另一实例的透视图，其具有电和热附接到散热器元件735的六个离散的LED发射器(或芯片)734。共同的正电电力端子725和727对应于图58B中所示的电力端子。在此实例中，用于所展示的发射环的输出光向外发射并穿过环状圆形光分布光学器件712的环形圆柱环孔口716。类似于图58C的实施例的各种实施例(包含发射器734的数目、形状、大小和布置方面的变化)是可能的，其中此些实施例的共同元素为发射器734的发射孔口大体上从旋转轴(或对称轴)径向向外面向。
图58D为环状圆形光分布光学器件712的两个说明性构成元件的透视图。在此实例中，分布光学元件712的两个构成元件为具有数学上成形的横截面厚度的圆形光导引圆盘737，和由光学上折射性电介质材料制成的径向凹槽光重新引导膜或片739，其两者如在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述。根据本发明，来自径向光发射器710的输入光流过环形环孔口716，通过全内反射作为光射线718在圆形光导引圆盘737内传播，逃离光导引圆盘737进入气隙742，且通过径向凹槽光重新引导片(或膜)739的径向凹槽743的折射动作而被重新引导为输出光103。在本发明的最佳实践中，径向凹槽光重新引导片(或膜)中的每一径向凹槽的径向环743紧密靠近圆形光导引圆盘737的对应输出面741，通过小气隙742而彼此分离(为了视觉清晰性起见，展示为具有夸大的间隔)。圆形光导引圆盘737的相对的定界面被给予镜面反射金属涂层(例如，如通过银或铝的气相沉积)，或被离散的反射性材料(例如，由3M制造的商业性膜材料ESR或SilverLuxTM)定界。
如图58A中所示的圆盘状光发射器710沿着导引线724安装在环状光分布光学器件712内部，且接着经组合的光发射单元726沿着导引线731到734附接到可嵌入的电子电路730的底部侧728。在图58的说明性实例中，可嵌入的电子电路730经配置为正方形或矩形板736，其含有说明性电压调节器群组344、说明性解调群组700，和具有相关联的连接器740和774的说明性电流开关群组(如先前展示的在电流开关群组388上的水平布置的变化形式)。如早先实例中，将DC电压(Vdc)施加到电压桥394，且经由电极垫744形成外部接地连接。正发射器端子721和负发射器端子723经由电路(未在板736的下侧表面728上展示)与顶侧电极746和748连接。当然，电路730的构成组件可重新布置于板736的圆形配置内以与表面7200的布局匹配，或重新布置于配合在小于光分布引擎4的面向下的表面的总区域的区域中的许多其它配置中。
图59是从图58A的光分布引擎4的下方地面(光分布侧)在其组装后看到的透视图。虽然事实是其发射孔口是圆形的，但其共同照明可经布置以通过包含光扩散片(例如，图53到图54中所说明的光扩散片)而具有正方形、矩形或圆形横截面。所述光扩散片还可提供除了矩形之外的横截面(圆形或椭圆形)，如已在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述。所述光扩散片可例如被固持在圆形框架内，所述圆形框架在光分布光学器件4的周边周围搭扣上或拧上对应的圆形框架部件。
图60是图59的系统的变化形式(也以从下方地面看到的透视图的形式)，其经布置为图4A中示意性表示的垂直堆叠的光分布引擎布局的圆形形式。以此形式，图4A中所示的横截面已围绕其中心线(平行于Z轴112)旋转。结果是含有向下引导的光源并恰好安装在其下方的圆形圆盘状光发射器750、接收此光源并将其作为束103均匀地发散于圆形输出孔口表面754上的圆形圆盘状光分布光学器件752。
图61是从下方的底层空间685看到的完全嵌入的瓦片照明系统1的透视图，其类似于图54到图56中所示的瓦片照明系统，但在此说明中，使用例如图58到图59中所展示的形式的圆形圆盘状光分布引擎4形式。包含了可更换的装饰性覆盖板或饰板650(如图53到54中)的圆形实施例760，且可具有相同的双凸透镜片角度发散能力(如针对正方形或矩形切割相对物由元件664和666所描述)。
当关于左侧DC电压连接器304将适当的Vdc供应源施加到图55、图56或图61的说明性瓦片系统1，且在右侧连接器304形成适当的接地连接时，构成的光分布引擎4便被视为被供电，且准备以系统的主控制器40(如上文所描述)规定的照明等级向下方的地面(和墙壁)提供输出照明。
可根据本发明使用经组合的光分布光学器件726的其它变化形式。在其一个实例中，光分布光学器件712可经配置以具有除了图58到图61的圆形(环状)实例之外的其它输出孔口形状。此变化形式在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中描述，其中光分布光学器件712经旋转以具有正方形的定界周边来取代圆形的定界周边。在此情况下，圆盘状发射器710将光径向发射到环绕的光分布光学器件712中，光分布光学器件712的定界周边为正方形而不是圆形，且其已经设计而以大体上与圆形的分布光学器件所采用的方式相同的方式控制径向光。在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中描述了适当的正方形周边光分布光学器件以及此类正方形周边光学器件的相关的三角形和正方形子四分之一体的实例。通常，只要光分布光学器件712经设计以使得其处理径向传播的光718并主要输出向下引导的光103，光分布光学器件712的周边便不受约束于特定形状。
图62提供从下方地面看到的处于操作中的本发明的照明系统的一个实例的透视图。在此情况下，其展示通过施加到一个(左手侧)电压总线7的供应电压762(Vdc)，和施加到相对的(右手侧)电压总线7的接地(或中性)连接764而启动的图55的瓦片照明系统1。主控制器40(未包含在图62中)发送在如上文所阐释的四个嵌入的光分布引擎4中的每一者内解调的数字控制信号。当经解调的控制信号表示“开”条件时，向下方的底层空间呈现处于每一光分布引擎4的规定等级下的照明光束765、766、767和768(隐藏)。
图62的实例中所说明的四个束765到768各自具有在其子午线上的+/-30度的锥角(即，+/-θ1＝+/-30度且+/-θ2＝+/-30度，其中可根据各种度量来设定角范围值，包含分布的全宽一半最大值、例如全宽10％最大值等更全面截止条件，或其它)，其对于最普通的顶部泛光光照系统(如在办公室、图书馆、学校和住宅天花板中(仅提及一些))来说是特别合意的低炫目照明规范。四个说明性束(765到768)在说明性束横截面表面770上重叠，且在下面的底层表面(未图示)上产生大体上均匀的照明2。此实例中的四个束765到768各自具有大体上正方形横截面，其为在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中描述的一类可取的薄轮廓光分布引擎4的特性性质。当使用光发射引擎(包含许多传统的光引擎)的其它配置或其它类型时，输出束(530到533)也可具有圆形束横截面。
每一照明束(765到768)的角范围(或展开)取决于在嵌入的每一特定光分布引擎4内使用的光分布光学器件273(或696，如果是图57中)的内部设计细节，且还取决于与其相关联的对应的可更换孔口覆盖型装饰性覆盖板或饰板650(图55)、690到693(图56)，或760(图61)的设计(或组成)。以此方式，使用单个瓦片6，且通过使用与瓦片6的系统(例如，图3M中的系统185)一样的瓦片6群组进行扩展，可满足照明目标的多样性。
图63提供从下方地面看到的处于操作中的本发明的照明系统的另一实例的透视图，此照明系统具有四个说明性照明束772到775，其角范围展示为比图62中的角范围窄。此较窄角度束提供可能用于照亮有限工作或任务区域中的顶部点灯光照明2的实际源。在图62和图63的系统之间所说明的不同角范围是归因于其光分布引擎4的内部设计、其孔口覆盖型装饰性覆盖板或饰板650或以上两者的设计。图63的实例中所说明的束重叠平面777非常靠近瓦片系统1，以用于给予所涉及的窄束角度(例如，+/-15度)足够的空间均一性。进一步远离瓦片6(即，较靠近下方地面)，束重叠均一性变得良好。
图64展示从下方地面看到的处于操作中的本发明的照明系统的又一实例的透视图，此经布置有向下引导的两个聚光光照工作束780和781以及斜向下引导的两个聚光光照工作束782和783，好像是为了照亮墙壁以外的对象，为了从一角度照亮地面上的对象，或为了增强从上方未充分照亮的一块地面上的亮度。
图65展示从略微在瓦片水平上方看到的处于操作中的本发明的照明系统的又一实例的透视图，此经布置有斜向下引导的两个聚光光照工作束790和791以及不是很陡地斜向下引导的两个聚光光照工作束792和793，好像是为了照亮墙壁以外处于不同空间高度处的对象，或为了改变一个对象或一组对象上的亮度的空间变化。
图66展示从下方地面看到的处于操作中的本发明的照明系统的又一实例的透视图，此经布置有两个开的光分布引擎和两个关的光分布引擎。在可取的光分布引擎4的可能的束图案多样性的此实例中，束795不与矩形横截面对称，在一个子午线上为+/-8度，且在另一子午线上为+/-30度，而束796具有正方形横截面，在两个子午线上均为+/-5度。在此瓦片照明系统1悬挂于下方地面上方9英尺(108″)的情形下，作为一个实例，束795在约93″长和13″宽(例如，几乎为8英尺乘1英尺)的30″高的桌子表面上提供均匀的矩形光照图案。此长而窄的光照图案特别良好适合于长而窄的商业显示光照应用。但是简单地通过拆下此光分布引擎的输出孔口系统650(例如，图53到图54)和内部的双凸透镜片(664和666)，还可涵盖其它矩形几何形状。在相同条件下，较窄的照明束796形成紧密的正方形聚光光照图案(9″乘9″)，其例如良好适合于加亮艺术对象。
可通过嵌入的光分布引擎4的设计，以及通过用于加宽其输出束角度的可移除覆盖板650(或690到693)来选择束特性的许多其它组合。
图67展示采用如图61中所说明而嵌入的四个圆形光分布引擎4的照明系统1的一个类似操作实例。从下方地面取得的此透视图说明，虽然嵌入的光引擎为圆形输出孔口形状，但其同样可能提供各自具有正方形(矩形)横截面的束800到803。简单地通过改变输出覆盖物760(如图61中)，也可使照明束的横截面变为圆形。
一般在图3A和图3B中经由图3D到图3J的示意横截面中所展示的合适的电力连接器的选定实例来介绍根据本发明的将电力连接到每一瓦片系统1(或瓦片照明系统1的群组)的构件。
紧接在下文在图66到图68中给出更具体的说明，其说明可在非常类似于如今普遍使用的头顶天花板悬挂系统的头顶天花板悬挂系统中有利地实施根据本发明的照明系统1(和嵌入其内的光分布引擎4)的群组的一种方式。对原本标准的悬挂天花板系统及其各种T条滑槽、交叉部件(还称为交叉T形物)，和接合配件作出的显著修改是在制造期间添加了绝缘元件和能够经由悬挂元件自身的构成来传输DC电力的嵌入的导电元件。
图68是早先在图3H中介绍的说明性互连方法的分解透视图，其展示原本标准的T条型主滑槽221(通常由镀层钢板、镀锌钢或铝制成)的短部分的详细构造822，其在其制造期间配合以便于与本发明一起使用来包含导电层810和812、绝缘层814到816，和关于中央杆820对称安置的对称放置的连接器附接狭缝818(右侧)和819(左侧)。主T条滑槽(例如221)的行程长度通常为12英尺，且随后通过良好建立的接合/连接方法而延伸到任何长度，容易经修改以实现跨接合的电连续性。T条的物理尺寸在既定应用下有变化，但标称为垂直1.5″高且沿着T形物15/16分之一英寸宽。此电力连接方法假定(但未说明)添加绝缘胶带或覆盖物来保护导电表面免发生意外的人类原本暴露的导体的接触。
图69是正如图68的透视图中所示的导电T条型滑槽系统822的完全处理形式的透视图。右侧附接狭缝818经隐藏在右侧导体812的厚度后方而不可见。所说明的绝缘层815和816是使用压敏粘合剂而层压到T条滑槽221的平面表面的塑料膜。然而，层815和816也可通过标准的金属涂覆手段中的任一者(包含(例如)喷涂、滴涂和粉末涂覆)而被制成完全包封T条滑槽221所有暴露表面的涂层。
图70为添加了DC电压连接器304(类似于9)并添加了薄的可弯曲的延伸突出部824的图69的导电T条型滑槽系统822的透视图。突出部824是导电的(连接器主体304也是)，大小经设计以容易地配合到狭缝819(且在此说明中为818)中，并可容易经由呈逆时针方式的指压而弯曲，以实现与导体812的紧密接触。连接器304经展示为未嵌入瓦片6的主体5中，以更好地说明其与滑槽系统822的工作关系。
图71是图70的导电T条型滑槽系统822的透视图，在此情况下，其说明其与适当的天花板瓦片材料6(包含在图70中更清楚地展示的完全安装的突出的边缘连接器304)进行组合。此透视图仅展示瓦片6的左前方隅角区段826，其中嵌入的DC电压连接器304(如图70中所示)、其薄的突出延伸部824(以其完全弯曲的状态展示)与导体812机械和电接触，以及DC电压总线7的端视图，其也与连接器304接卸和电接触，如先前所展示。在需要额外的机械(和电气)完整性的情况下，可经由弯曲突出部824、滑槽系统822的T形物中以及T条滑槽221的底部T形物表面中形成的同心对准的附接孔来添加微型机械螺钉。作为连接器突出部824的替代，导体810和812可具有卷绕在T条822的水平边缘周围的导电带，使得导体304(不具有突出部824)可安放于突出部上。大量其它连接方案也是可能的，包含搭扣在一起的公/母连接器对、T条上的对中的一者，瓦片上的其它者。
例如在图2D、图2E、图3B和图3C的透视图中示意性地说明的瓦片悬挂系统的瓦片悬挂系统含有平行的T条型滑槽和正交的T条型交叉部件(通常称为交叉T形物)。交叉T形物元件在滑槽间连接，且完成瓦片悬挂矩阵，进而提供用于标准的头顶天花板瓦片6的所有四条边的必需的支撑框架，而不管其形状(正方形或矩形)如何。在本发明的导电T条型悬挂系统中，交叉T形物是电中性的，或绝缘的。其进而以一种方式构造，使得不提供短路或以其它方式干扰如图68到图71中形成的滑槽系统822所提供的平行的DC电压递送通道的连续性。
标准的天花板瓦片悬挂系统的制造商(例如，阿姆斯壮、百利、USG、通用轧钢厂和其它)已开发出在坚固的交叉T形物中添加邻近的滑槽之间的隐蔽配合的灵巧和便利的方式。通常，在T条的垂直侧壁表面(例如，如图69中的820)中以标准间隔预先冲压用于交叉T形物安装件的孔(或狭缝)，使得促进交叉T形物的规则间距。在某些情况下，交叉T形物元件的末端处的锁定突出部适合穿过这些进入孔并紧密地锁定在一起。在其它情况下，添加额外的锁定夹以用于更大的稳定性，尤其在易于有地震活动的区域中。
最适合于与本发明一起使用的交叉T形物在没有电气干扰的情况下通过(或桥接)导电滑槽822。阿姆斯壮已介绍了此一个实例，其中两个交叉T形物元件通过使用隐蔽地拧紧到两个交叉T形物的桥接连接器而锁定在一起，从而将其有效地接合在刚性结构中，所述刚性结构使得所述交叉T形物吊越(或跨越)相关联的滑槽(或若干滑槽)。
其它商业交叉T形物方法同样可适应，包含阿姆斯壮的螺旋狭缝系统，其中交叉T形物突出部通过滑槽的侧壁中的预先冲压的狭缝，且随后旋拧到预先结合到滑槽的侧壁的安装突出部。
还存在可用于与本发明一起使用的许多其它电力递送替代方案(例如，点对点布线、布线线束、来自低输出轴变速器的分布群组的用作主电源30的延伸部的点对点布线，仅提一些比较普通的实例)。
然而，本发明的中心是可嵌入的光照分布引擎4，以及其一体嵌入的功率控制电子元件，和其一体嵌入的电连接性，其基本上经由图4A到图4C的示意横截面所展示，并来自图24到图31、图34到图35、图41到图45、图49到图51以及图57到图60的实例中的系统集成观点。
在早先实例中曾省略了对薄轮廓LED光发射器271(和710)以及对应的薄轮廓光分布光学器件273(和712)的内部描述，以简化瓦片嵌入过程的系统级实例。虽然在图4A到图4C的横截面中所描绘的示意关系曾陈述了成为这些薄型光分布元件的相关联的性能的基础的一般机制，但仍将说明在优选实施例中所涉及的实际部分的实例。
根据本发明的优选光分布引擎4的主要属性是其物理厚度、其光分布输出孔口相对于其并入的光发射器的扩展，以及其输出照明的有序的方向性。物理厚度是必需的，使得优选的光引擎可大体上嵌入于有用的瓦片材料(无论是石膏、灰板或某些其它瓦片状建筑材料)的物理横截面内。充分扩大的输出孔口是优选的，以削弱小区域光发射器(例如LED)的不安全的高观看亮度。且有序的输出照明比漫射照明优选，以改进聚光灯光应用中的效率并减少泛光灯光应用中的眩光。
图72是从嵌入的板846的背侧展示的透视图，其说明可与本发明的最佳模式实践相容的一种类型的可嵌入的薄型光分布引擎4。此光分布引擎单元(如图72到图75中所说明)的整个嵌入尺寸为114平方毫米，在其最厚点848处为10.2mm厚，且含有一个LED发射器。在图73的下层视图中展示的相关联的光分布孔口在此特定实例中为55mm x 55mm。此引擎中所使用的LED光发射器850在图72中隐藏在可嵌入的安装板846下方而不可见，可嵌入的安装板846还包含在发射器散热片鳍状物856上方(并与其对齐)的排热鳍状物854，加上其自身的辅助散热片鳍状物858。曾在先前描述了嵌入的电子组件，包含一般如图24到图25中所布置的本地电压常规电路344、类似于图19、图22、图23、图45和图58(尤其是图58)中所示的电流开关电路的电流开关电路860，以及先前在图41到图44中说明的RC型控制信号解调电路。
图73是从图72的光分布引擎实例的光发射侧展示的透视图，其说明其光分布孔口864、(4芯片)LED光发射器850的部分仰视图，以及电流开关电路860的三个电流开关MOSFET 330。
图74是如图72到图73中所说明的光分布引擎4的内部构造的分解透视图。核心光产生元件870包括LED光发射器子组合件271和光分布光学器件273(如图4C中以机械方式展示以及图15到图16中以符号展示)，其每一者将在图75到图76中单独放大。已在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中描述了光分布引擎4的此方面。例如通过用两个平头螺钉872(和873，未标记)将LED发射器850栓到散热器856，将光分布光学器件273、光管880和光发射器耦合光学元件882安装到具有适当特征的塑料(或金属)底盘框架884，使用紧固夹886和4-40螺钉888沿着导引线889将其紧固，并将散热器856(例如，用4-40螺钉890和892)栓到底盘框架884，而预先组装光产生子系统870。在此实例中，随后使用三个螺钉896到898将光产生子组合件870附接到可嵌入板846。沿着导引线900将电流开关电路860附接到可嵌入板846，其中控制电压连接器902(例如，参看图58中的740)与其相对物904(例如，参看图58中的744)相配，且其中柔性电缆861在与LED发射器850的负端子连接之前越过螺钉897和898。通过类似于如图48到图49中所示的600(和连接器突出部617)的嵌入的瓦片电路带将外部DC电源电压施加到嵌入的端子910，且通过类似于图48中的602的嵌入的电路带而将到系统接地的入径施加到嵌入的端子912。
图74也展示光分布引擎的内部光流的符号表示。当中空反射器元件恰好放置越过说明性发射器的4个单独的LED芯片(但光学元件882也可由透镜、透镜群组、折射反射器、光管区段、全息图、漫射膜、发射偏光器膜和荧光树脂中的一者或一者以上构成)时，由LED发射器850产生的大体上所有输出光920被此实例中所示的光发射器耦合光学元件882收集。来自元件882的输出光的实质百分比进入光管880的输入面，且同时内部经受其内的全内反射。随后也如在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述，光922的高百分比通过与微刻面表面膜924的精心策划的交互而转动90度，并接着沿着管880的长度被均一地提取，并作为束926被注射到空气中，其随后进入光分布光学器件273的输入面。随后还是根据标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)，光流926在包含其附接的刻面膜929的光分布光学器件273的光导引板部分928内经受进一步的全内反射，且转动90度并越过板的光分布孔口864(如图73中所参考)被均匀地提取到空气中，进而提供方向输出照明930的光引擎的实际源。
图75是图74中所标示的点绘线区932的放大透视图，其提供引擎的三部分LED光发射器子系统271(包括LEF发射器850、角变换耦合光学元件882和具有刻面光扩散层924的光扩散管880)的关键元件的更近视图。此实例中所展示的优选的LED发射器850是可购得的欧司朗(光电半导体)OSTARTM(例如，LE W E2A)，其具有布置于2.1mm x 2.1mm图案(例如处于围绕芯片的更大的介电填充的空腔内部)中的四个1平方毫米芯片934。通过此设计上的变化而容易地适应其它LED芯片组合，包含欧司朗的六芯片版本。正电极936和负电极937与柔性电路延伸部861和862连接起来，如图72的俯视图中所示。当前OSTARTM的陶瓷封装940在供应时是六边形的，且已经修整为不具有电干扰的平行表面941和942，以更好地符合本发明的厚度要求。安装孔945如上文所示经由低轮廓安装螺钉872而用于散热器附接。耦合光学元件882在此实例中具有三个连续区段，每一区段具有正方形(或矩形)横截面。仅用于说明目的而放置成略微超过OSTARTM四个芯片的第一区段948用于收集大体上由芯片群组发射的所有光，同时转换通过内反射收集的有角度分布以优化到锥形光管880的进入效率。在良好实践中，耦合光学元件882与框架材料933机械接触，且区段952和954围绕光扩散管880的3mm x 3mm进入面，仅为了促进机械安装和定位。
通过光扩散光管880及其相关联的光扩散刻面层924来提供在此实例中所应用的LED光发射器子系统271的光学功能性，如标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所陈述。在最佳实践中，管880经注射模制。向所有模具工具表面提供无特征的镜面抛光。模制材料是光学级、优选为光学级PMMA(即，聚甲基丙烯酸酯)或最高可用的光学级聚碳酸酯，以减少吸收损耗。另外，光扩散管880的隅角和边缘被制得尽可能地锐利，以最小化散射损耗。刻面层924通过薄透明光学耦合媒介960(例如，压敏粘合剂)而附接到管880的背部表面。以此形式，刻面962由PMMA或聚碳酸酯(例如，通过浮雕、铸造或模制)制成，且随后经涂覆有高反射率增强银(或铝)964。在相关形式中，通过平面发射器来取代涂覆有金属的刻面层924，其中适当不同的几何形状设计的未涂覆刻面放置成恰好超过管880的前面(面向管表面的刻面顶点)。管880中的光流922(呈任一形式)引发从管自身的连续泄露，其与刻面924的交互引起在大体上垂直于管880的前面的方向上的连续分布的输出光926。
图74中的光重新分布系统273大体上与子系统271同样操作，仅在较大区域上使用光扩散光导引板928来取代光扩散管，所述光导引板928取得来自子系统271的经分布光，所述光已沿着面880的长度扩散开，且在垂直于管880的前面的方向上执行类似连续的提取，其中经提取的光沿着轴930被向下引导。图74的光重新分布系统273在上文提到的两个模式中起作用：使用附接到光导引件的背部表面的刻面发射性涂覆膜的模式，和使用附接到光导引件的背部表面的平面反射器的模式，其中刻面膜放置成恰好超过光导引件的前表面。另外，板系统的另一实际模式等同于移除了刻面膜的后一模式。此产生如在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所陈述的一般有角指向方向。
图76是从根据本发明的完全嵌入的瓦片照明系统1的背侧展示的透视图，其包含四个如图72到图75中所描述的类型的薄轮廓光分布引擎。此特定瓦片照明系统1为了一致性而使用先前实例的代表性24″x 24″瓦片材料6。如早先所提到，其它瓦片尺寸和相当的建筑材料同样可适用，仅有微小的修改。此情况进一步嵌入四个边缘连接器304，每一者具有如图70到图71中所说明的安装突出部824、电压入径带970和接地入径带972。带970和972类似于图48中所示的带(如600和602)，且包含嵌入的连接器头974，其与电压总线元件7重叠并提供与其的电接触(左边为DC电压，右边为接地)。连接器头974嵌入于所展示的对应的瓦片主体空腔976中。
图77是图76的瓦片照明系统的左前方隅角中所标示的点绘线区978的选择性分解图，其放大部分进一步阐明用于图72到图75中所描述的类型的薄轮廓光分布引擎的嵌入过程及其嵌入的电互连的相关联的方法。一般预先附接到电子供电板子组合件847(如图74中)的分解的光产生子组合件870(如图74中)沿着导引线980嵌入到瓦片6的主体5中的空腔细节982中。供电板子组合件847沿着导引线984到986嵌入到支撑的空腔细节988中。电压入径带970上的电压电极突出部900附接到电压桥连接器910上的其相对物。类似地，接地入径带972上的接地电极突出部902附接到板846上的其相对物电极(标记为G)。电压入径带970嵌入对应的瓦片主体通道920中，且接地入径带972嵌入对应的瓦片主体通道922中。
图78是图77中所展示的分解细节978的完全分解的实例。瓦片6的主体5中的空气入径狭缝(隐藏而不可见)使得对流的空气流925能够从空间下面瓦片6到达其上方的空间，从而改进对瓦片照明系统的发热电子元件(如上文(例如，图25、50、55和56)的实例中所阐释、说明和暗示)的排热。替代空气入径狭缝或与其结合起来，其中安放着光引擎4的瓦片中的空腔可在右下侧的方向上增加大小，从而准许更多的空气从瓦片上方流到空腔中，此外，从右下侧流到热鳍状物中。可在任何或所有侧上采用此相同方法。
图79展示从图72到图78中所描述的电启动的瓦片照明系统1的下方地面看到的透视图，其中通过其嵌入的光分布引擎4中的一者产生说明性照明束982。此透视图展示：DC供应电压Vdc，其施加到系统的左手侧电压总线7；接地入径，其施加到系统的右手侧电压总线7；以及控制信号，其从主控制器40(未图示)发送，向系统的左前方光分布引擎4发信号以在全操作功率下操作(进而形成输出照明2)，同时向其它三个嵌入的光分布引擎发信号以执行断开状态条件(即，零照明)。在图79的实例中，瓦片孔口未覆盖在其底层侧上，且进而暴露如上文所描述的嵌入的薄轮廓光分布引擎4的输出孔口的视图。空气入口狭缝980也未被覆盖。
根据如图72到图75中所展示并如在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所陈述的一般结构的薄轮廓光分布引擎4所供应的净输出束982是具有正方形横截面和每一子午线上标称为+/-5度角范围的经良好照准的束，如图80中所示。束982沿着轴984提供对遥远对象的有序聚光照明和在其目的地(例如，下方地面)处的正方形照明场。如一般在上文图64到图65中所说明，输出束982可经布置以指向倾斜方向，以便照亮墙壁。在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中描述了此变化，这是光分布光学器件273(图74)的特定设计的结果，且尤其是针对光导引板928上的刻面膜929而选择的刻面几何形状的结果。
在某些光照应用而不是其它光照应用中有用的束982的窄横截面容易在一个子午线上或两个子午线上加宽到添加玻璃框(或饰板)所需的程度，所述玻璃框(或饰板)经设计以覆盖如图53到图54的实例中的瓦片6的主体5中的孔口开口，其具有一个或两个光扩散膜(例如，图53的664和666)。
图80是说明适合于本发明的此实例的一个可取的孔口覆盖物992的形式的分解透视图990，其包含(用于说明的目的)如先前在图53中所展示的垂直定向的双凸透镜片664和666的对680。或者，可使用单个双凸透镜片(或具有不同定向的其它角度扩散片)。用于此目的的其它合适的角度扩散材料包含衍射光栅、全息漫射器、微透镜漫射器、微结构表面漫射器、体积漫射器以及常规的半圆形双凸透镜片(仅提一些)。与任何描述的双凸透镜片相关联的角度扩散的最佳模式与具有抛物线形状的微透镜(圆柱形透镜元件)以及其面向光988的传入源的凸抛物线曲率有关，如在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所描述。不仅这种类型的双凸透镜片加宽传入光束988的角范围，而且其还保留束的正方形(或矩形)图案(或横截面)的空间完整性。在图80的实例中，图53中的凸缘676用于支撑模切膜片664。施加于凸缘676的压敏粘合剂(也称为PSA)的条带可用于粘附片664。随后片666在使用时可仅平放于顶部上。任选地，片664和666可在隅角处或沿着边缘而焊接或热变形在一起。使框架边缘994隐蔽地配合到孔口开口978(图79)中，且也可使用可用于此目的的各种紧固件。可将装饰性锥体996应用于玻璃框992的主体，或任选地，可使玻璃框本身凹进到瓦片6的主体5中以获得更不唐突的外观。此实例中的照明孔口998为62mm x 62mm。
图81是从图79中的瓦片系统下方的地面看到的透视图，其说明图80中所描述的孔口覆盖物992关于所涉及的嵌入的光分布引擎4中的一者所产生的说明性照明束982。在此特定实例中，每一嵌入的引擎孔口覆盖物992含有两个大体上抛物线形状的双凸透镜片664和666，且仅展示系统的左前方光分布引擎4是接通的(为了视觉简单性)。根据本发明的瓦片照明系统，可启动嵌入的光分布引擎的任何组合，且每一者处于由主控制器40命令的任何亮度等级。在此实例中，两个角度扩散双凸透镜片用于所涉及的孔口覆盖系统990中，以在内部将传输的+/-5度乘+/-5度束982(图79中所展示并在本实例中通过点绘线横截面1000来参考)扩散为具有+/-30度乘+/-30度角范围的输出束1002，其有利于一般的低炫目头顶泛光光照应用中。如果两个角度扩散膜有意不覆盖整个孔口，其产生未修改的+-5度束和+-30度束的组合，那么会发生一个有趣的变化，即窄束实际上为较宽正方形束的中心处的正方形聚光区。
而且，如先前所描述，提供空气狭缝980以实现瓦片系统1下方的地面区域与其上方的效用(或增压)空间之间的对流空气流，进而改进上文说明中所展示的散热片鳍状物的性能。
图82是从瓦片嵌入板1010的背侧展示的透视图，其说明与本发明的瓦片系统的最佳模式实践相容的另一类型的可嵌入的薄型光分布引擎4。在图83到图88中更综合地说明的此特定光分布引擎单元的总嵌入尺寸为140mm x 100mm，其最厚点1012处为16mm厚(其最薄点1014处为10.4mm)，且仅作为一个实例，含有两个LED发射器1016和1018(是图72到图81中所说明的类型的引擎的两倍)。许多嵌入的电子组件是先前说明见到的。每一LED发射器1016和1018安装在单独的发射器安装板1020和1022上，每一者具有其自身的热鳍状物组合件1024和1026。嵌入的DC供应电压带(在此视图中未说明)附接到电压端子1021，且嵌入的接地入径带(在此视图中未说明)附接到接地端子1023。
图83是图82中的经展示为完全组装的薄轮廓光分布引擎4的分解透视图。本实例中的两个说明性欧司朗光电半导体OSTARTM LED发射器1016和1018在所有方面等同于图74到图75中所示的发射器850，除了其采用1mm LED芯片的3x2阵列而不是1mm芯片的2x2阵列之外。其厚度1030(例如，在图75中，从表面841到842)限制了此特定引擎的厚度，所述厚度还可使用更紧凑的LED发射器封装而从所展示的16mm减小到约10mm。应注意，在所有光分布引擎设计中，不论光分布光学器件、嵌入的电子元件和所涉及的LED光发射器封装的纤细度如何，应适当地设计散热器以有效地移除由所包含的LED发射器产生的热功率。对于某些高功率系统，散热器将是决定嵌入的系统的最终紧凑度和物理厚度的限制因素。
如图83中的实例中所示的LED光发射器子系统271对应于先前在图4C中所示的一般引擎横截面，且包含发射器安装板1020(或1022)，和热鳍状物元件1024(或1026)，其通过与角变换反射器单元1040上的附接孔1033和1035相配的附接螺钉1032和1034而穿过安装板1020(或1022)并穿过发射器850而附接。此实例中的角变换反射器单元1040包括四个单独部分(1041到1044)：底部1041、左侧1042、右侧1043和顶部1044，和说明性子组合件螺钉1050到1053。一个或一个以上对准销1055还用于确保在所涉及的四个数学上弯曲的反射表面(1060到1063)之间维持适当的关系。在图85中提供LED光发射器子系统271自身的更有帮助的视图，其说明所涉及的矩形关系和反射曲率，以及所得的照明特性。
图83还说明光分布光学器件273的一般组成，包括锥形的光导引板1070和刻面膜片1072，其以上文所描述的相同方式附接到板1070的平面表面。对于此一个实例，光分布光学器件273被制成在几何形状上等同于光导引板928，且在纵向横截面上等同于刻面膜片929。本情况中的唯一突出的差异在于板宽度从针对图74的光分布引擎所展示的较宽(56mm)格式有意减小到本引擎实例(图83到图84)中所采用的较窄的18.85mm格式。板1070的宽度与下文进一步阐释的角变换反射器1040的相关联的宽度相关，且实际上与其相关联。
图83还提供框架部件1076的实例，其围绕并保护光导引板1070和刻面膜片1072的边缘。框架部件1076在此实例中通过说明性突出部1078和附接螺钉1080而附接到角变换反射器单元1040。在此类型的光分布光学器件273的相关实施例中，光滑反射器膜用来取代涂覆金属的刻面反射器片1072，且刻面膜片1072的未经涂覆版本附接到(或凹进到)框架部件1076的底部边缘1077中，刻面顶点面向(并接收)来自光导引板1070的光。
图83进一步展示核心光产生片段1090如何沿着一般导引线1094和1095，经由所展示的(隐藏的1098)与板1010的底侧中的对应带螺纹孔相配的说明性附接螺钉1097，而附接到电子功率控制层1092。电力电缆1099用于与LED发射器上的正端子和负端子1016和1018(如图75中所示的936和937)连接。
图84是从图82到图83的可嵌入的光分布引擎4的完全组装的形式的底层侧展示的透视图，其更好地说明了其紧凑度、纤细度和柔性。两个说明性引擎4的光发射孔口1100和1102在此实例中各自为18.8mm x 62mm，一起占据43.6mm x 62mm的总的光分布孔口区域。图58到图59的平板型电流开关电路738(类似于图22到图23的388)在此实例中用于控制LED发射器1016和1018的同时照明，然而，可在独立地控制邻近的光产生片段1090的照明的情形中容易地添加第二开关电路738。同样，简单地通过在可能必要时延长嵌入板1010的宽度来添加额外的光产生片段1090。包含嵌入板1010的底侧边缘区1106以提供足够的支承表面，在所述支承表面上，将此类型的光分布引擎嵌入到根据本发明的瓦片6的主体5中。
充分详细地提供图85到图87以更好地说明此特定类型的LED光发射器子组合件271的光学行为，其基本上在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中教示。
图85是向图82到图84的薄型光分布引擎的LED光发射器部分271中所使用的矩形角变换反射器单元1040的输出孔口里面看的完全组装的透视图，其输出孔口被厚的黑色粗边框线1120突显。在此实例中，矩形角变换反射器单元1040用于收集来自LED发射器1016(或1018)的6个所包含的芯片1122的光，并接着通过最小可能数目的内反射将所述光从单元的四个内侧壁(例如，数学上弯曲的反射表面1060到1063)路由到光导引板1070的对应输入孔口(如图83中所示)。通过根据在由传统(和良好建立的)正弦定理的基础界定的两个子午线上(宽和窄)维持输入孔口大小与输出孔口大小之间的光学扩展量保留几何关系，通过将四个反射侧壁中的每一者定形，而实现最小数目的内反射和借此的最高可能的通过量效率，如在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中所说明，且在本文通过图86的方程式7和8所概括。
图86是图85中所示的角变换反射器布置以及LED发射器1016的示意顶部横截面图。在此说明中，移除了反射器部分1044(及其说明性附接螺钉)以显露由方程式7和8(依据反射器元件的输入孔口宽度1126、d1、其理想的输出孔口宽度D1、其理想的长度L1，和其理想的输出角范围+/-θ1)控制的基础几何关系，其中+/-θ0为LED发射器1016中的LED芯片1122的群组的有效角范围(实际上为+/-90度)。类似关系、方程式9和10操纵正交子午线的理想几何形状，但未以图形说明d2、D2、L2和θ2。如图86中所示的反射器区段1133的对称安置的反射器曲率1062和1063是理想的，原因在于其曲率在每一点处满足由方程式7和8给出的边界条件。区段1133仅展示其它理想的反射器长度L1的初始长度L11。初始长度L11被表达为f L1，其中f是通常大于0.5的分数设计值(例如，在本实例中，f＝0.62)。
d1 Sin θ0＝D1 Sin θ1                                      (7)
L1＝0.5(d1+D1)/Tan θ1                                      (8)
d2 Sin θ0＝D2 Sin θ2                                      (9)
L2＝0.5(d2+D2)/Tan θ2                                      (10)
在实践中通常合理地近似Sin q0～90，尤其在使用根据本发明的LED光发射器的情况下。在此情况下，如方程式11和12中，可更简洁地表达理想反射器L1和L2
L1＝0.5 d1(Sin θ1+1)/(Sin θ1 Tan θ1)                      (11)
L2＝0.5 d2(Sin θ2+1)/(Sin θ2 Tan θ2)                      (12)
此特定光分布引擎4的独特设计属性在于输出照明2在每一输出子午线上的角范围(+/-θ1和+/-θ2)彼此完全独立。图86中所形成的反射器几何形状(即，子午线1)确定仅那一个子午线上的引擎的输出角范围(+/-θ1或+/-θ11)。其它子午线上的引擎的输出角范围(+/-θ2)仅由光分布光学器件273(例如，锥形光导引板1070和刻面膜片1072)的(独立)行为确定。
在图82到图86的本实例中，欧司朗的三个线内1mm LED芯片(如图85的细节中所展示)的大小、间距和周围空腔设定d1＝3.6mm，设计选择设定+/-θ1＝+/-10.5度，因此在此情况下，D1(来自方程式7)大约为3.6/Sin(10.5)＝19.75mm，且与这些条件相关联的理想的反射器长度L1变为(来自方程式8)0.5(3.6+19.75)/Tan(10.5)＝63.0mm。光学射线跟踪模拟(使用由亚利桑那州图森市的布莱沃特研究组织生产的商业性射线跟踪软件产品ASAPTM高级系统分析程序(2006和2008版))已展示此类型的理想反射器(正弦定理方程式7到10操纵)可在长度上从其理想的L1削减，而不会在其有效角变换效率(或输出束质量)方面有显著的损失。而且，当用于本光分布引擎布置(其倾向于部署例如先前已描述的角度扩散输出孔口膜(例如，图53、图54和图80中所展示的抛物线双凸透镜片))中时，对与理想尺寸的设计上的此偏差的容限变得较不重要。因此，在本实例中，角变换反射器单元(1040)的长度已减小了38％，变为39mm的总长度L11(如图86中所展示)。因此，说明性LED输入射线1142在点1140处从反射器曲线1063反射，并在点1144处撞击对称安置的反射器曲线1062，从而在没有额外反射的情况下理想地向外反射为LED光发射器子系统271的输出射线1146，从而与反射器轴线1148形成既定的输出角θ1(1130)。
通过LED输入射线片段1150与1152(点绘线)之间的轨迹差异来指示通过如图86的实例中所示的反射器长度减小来容忍与理想的小偏差。由理想(光学扩散量保留)反射器长度L1和理想的输出孔口宽度D1来确定射线1150的轨迹(与轴线1148成角度θ1)，使得在本实例中，通过几何形状Tan θ1＝(D1/2)/L1，通过选择设定为10.5度。然而，射线1152的偏离标准的轨迹通过减小长度L11和按比例减小的输出孔口宽度D11而被设定为Tan θ11＝(D11/2)/L11。在此实例中，L11＝39mm且D11＝18.75mm，因此θ11＝13.5度，其为仅很小程度的角度偏差，对于本发明的大多数行业光照应用来说是不重要的。此外，仅全部射线的一部分落入此偏差中。
每当使用此形式的薄轮廓光分布引擎4(如图82到86中)需要更锐利的截止角照明时，可采用较少程度的反射器切断。
使正交子午线上的角变换反射器的设计(+/-θ2)有意地预先调节光，以实现与光分布光学器件273(即，光导引板1070和刻面膜片1072)的对应进入面的最佳耦合效率。在标题为“薄照明系统(Thin Illumination System)”的美国临时专利申请案序列号61/024814(国际阶段专利申请案序列号PCT/US2009/000575)中展示用于此目的的可取的角条件，其对于由最高光学级透明塑料或玻璃制成的具有3度锥角的3mm厚锥形光导引板在+/-50度与+/-55度(在空气中)之间。
图87是图82到图86中描述的此实例的说明性LED光发射器部分271的透视图，其说明产生的不对称输出光1170。角范围1172(+/-θ1)适用于光导板1070的水平平面，且通过板的传送大体上作为光分布引擎在所述子午线上的输出照明2而不改变。角范围1174(+/-φ2)适用于光导板1070的垂直平面，这仅作为中间步骤。其变换是通过在光分布光学子系统的此子午线内处理为光分布引擎的在所述子午线(例如，+/-θ2)中提供的较窄输出照明2。为了输出光束1170的视觉清楚，在此视图中已省略了反射器零件1041和1044(如图85中的1121)上的机械悬架。悬架1121的目的仅是机械的，验证了经由如图83的分解细节中指示的定位螺钉1081用于光分布光学器件273的稳固的包含(和对准)构件。
图88是类似于图84的透视图，提供图88以说明通过此类型的光分布引擎4可产生的紧密组织的+/-10.5度乘+/-5度输出光束。为了此说明的目的，输出照明2沿着轴1180指向，且展示为从刚好单个光产生片段发射。光经合理地准直，其中借助于此实例，角度范围1084(+/-θ1)为+/-10.5度，其是通过图86的几何关系建立，且角度范围1086(+/-θ2)是由引擎的薄外形光分布光学器件273赋予的角变形的固有结果。同时地来自所有光产生片段1090或个别地来自每一光产生片段1090的输出照明2可通过添加上文所述(如图53、54和80中)的光散布膜片(例如，664和666)而加宽角范围，所述膜片使光束横截面1188从所示的矩形形状改变为另一较宽的形状。
此在单独可切换的光产生片段中修改照明的角范围的能力是此形式的薄外形光分布引擎4的独特属性。所述能力使得能够使用单个嵌入的光分布引擎来提供一个以上照明功能(如点灯光、泛光灯光和洗墙灯光)。当将不同设计的角散布膜664和666(上文在图53、54和80中描述)添加到例如每一成框部件1076内的每一邻近光产生片段1090的输出孔口以及添加用于所涉及的每一LED发射器1016和1018的单独电流切换电路738时提供此操作模式。
当角散布膜(664和666)和光分布光学器件273的特定内部设计经组合(例如图64到65中)以实现在相对的角方向上从每一光产生片段的倾斜导向输出照明时提供甚至更高的灵活性。在此倾斜照明模式中，实现了关于走廊的相对壁的洗墙照明的能力。而且，通过添加第三光产生片段1090以提供向下导向(例如，泛光灯光)照明，实现了来自单个光分布引擎4的三种单独受控的灯光功能(左洗墙照明、右洗墙照明和一般地面照明)。
图89是根据本发明的(仅为了说明目的)限于直接围绕图82到图88的形式的多片段薄外形光分布引擎4的局部化瓦片材料嵌入区1192的引擎瓦片嵌入过程的分解透视图。虽然在此实例中仅说明两个邻近的光产生片段1090，但无论涉及的引擎片段数目如何，均采用类似的嵌入过程。瓦片嵌入区1192由边缘1196到1199界限，包含瓦片柱体5的两个可见横截面区域1202和1203(以影线展示)。两个边缘1206和1208通过四边矩形照明孔口1210可见。侧壁1212和1213(其中1214和1215即未标记也不可见)是用于成框部件1076(例如图88)的外表面的嵌入巢，其围绕且保护构成本引擎实例的光分布光学器件273的光导板1070和带小面膜片1072的边缘。瓦片嵌入区1192的主体5中的矩形狭槽1217在尺寸上匹配于散热片鳍状物1024和1026的气流部分。狭槽1217在功能上类似于早先的为同一目的提供的瓦片主体狭槽(例如，图11到图14中的308)。
如图89所示的多片段薄外形光分布引擎4沿着点绘导引线1220到1224嵌入在瓦片嵌入区1192(最终为较大瓦片或面板材料6的组成部分)内。引擎的电流切换电子电路738巢套在嵌入腔1226中。引擎的嵌入板1010抵靠侧壁1230到1234而巢套，且由搁置于大体上相同高度的瓦片表面平面1236和1237支撑。
作为另一实例，局部化瓦片材料嵌入区1192可表示以此方式预先嵌入且稍后“泥浆混入”、“胶水混入”或以另外方式大体上无缝地附着到与嵌入区1192相同材料的较大片或区段内的适当位置中的建筑材料片段(例如，糊墙纸板、干饰面内墙或在天花板和墙壁的形成中使用的其它等效合成建筑材料)。在此情况下，上文在吊顶的实例中描述的外部DC电压和接地接入连接是使用低电压导线和常规连接器以不同方式制成。
图90是在引擎嵌入过程已完成之后图89的透视图，其展示嵌入的引擎的背侧。
图91是如图90中说明的瓦片照明系统的嵌入区1192的地面侧透视图，其倾斜以展示先前如图84中单独针对此类型的多片段光分布引擎展示的照明孔口1100和1102。外部照明孔口开口1240和任选的气流狭槽1271在无修改的情况下展示，且可各自以平镶玻璃框(或托板)覆盖，如例如在图53到56和图80到81中所示，用以使其视觉外观较不突兀且在1240的情况下修改照明特性。
图92是说明适合于用于此类型多片段光分布引擎4的孔口开口1240的可嵌入孔口覆盖玻璃框1242的单个孔口实例的分解透视图。如先前在图53到56和图80到81中所示，此实例中还包含两个光散布膜片664和666以接收来自两个说明性引擎孔口1100和1102的光。根据本发明可沿着点绘导引线1250到1252安装光散布膜片664或666中的任一者、两者或均不安装。光散布膜片664的平面侧搁置于支撑轮缘表面1254上且可以物理方式附接到支撑轮缘表面1254。玻璃框巢套表面1256到1259(仅1256和1257可见)紧贴地配合在对应表面(例如，图89和91中的1214和1215，未说明)中。
图93是说明适于以此类型多片段光分布引擎4嵌入孔口开口1240的分段孔口覆盖玻璃框1260的部分分解透视图。除了添加片段分离杆1262外，说明的设计类似于图92的设计。
图94是从所涉及的说明性24″x 24″瓦片材料的背侧展示的透视图，其说明由图89到91的过程细节描述的四个两片段光分布引擎的嵌入，包含相关联的DC电压带1270和接地接入带1272。
图95是图94中展示的瓦片照明系统1的左前部分1276的放大透视图，其说明包含DC电压带1270和接地接入带1272的附接的完整瓦片嵌入细节。DV电压连接突出片1280与DC电压总线7电接触，DC电压总线7经由电连接器304(例如，图94)连接到外部DC电压源30(未说明)，无论是通过离散的电缆、导电T条瓦片悬置部件(如图68到71中)还是某种其它同等有效的构件。
至此光分布引擎嵌入的实例已强调直接的引擎-瓦片组合。虽然这对于许多引擎嵌入情形可为优选的制造模式，但在某些情形中可能优选用中间垫圈材料对瓦片腔进行预先嵌入，尤其是在使用的瓦片材料由内部结构容易磨损的材料组成时。在这些情况下，使用较具弹性的材料(例如，塑料、塑料/玻璃合成物或金属)作为保护性边缘边界，其在图96的放大透视图中说明为本发明的替代实施例。
图96是展示将说明性瓦片腔垫圈1282并入在刚好位于说明性24″x 24″瓦片6的左上角的对应的引擎嵌入腔1284内的分解透视图，所述并入是在嵌入光分布引擎4本身之前的中间步骤。此特定说明性垫圈1282是板状的，具有轮缘(隐藏在下方)，所述轮缘配合到较薄的瓦片腔孔口1286中且抵靠瓦片腔孔口1286而结合从而密封其边缘。垫圈1282是沿着点绘导引线1290到1294引入，且任选地结合到腔底板1296(提供额外强度)。另一垫圈变型(未说明)包含四个垂直侧壁以抵靠较厚的瓦片腔侧壁1298而密封。
图97是在嵌入(且密封)瓦片腔垫圈1282之后刚好在沿着同一导引(即，1290到1292)嵌入两片段光分布引擎4及其支撑底盘1300之前图96的引擎嵌入腔的分解透视图。两片段光分布引擎实例遵循点绘导引线1302到1304而巢套于支撑底盘1300中。
图98是从当前瓦片照明系统实例的底板下方看的透视图，其含有四个嵌入的两片段光分布引擎4，各自具有图93中所示的两片段玻璃框型的说明性64mm x 55mm输出孔口盖1260。在此实例中，已在瓦片6的主体5中提供任选的气流狭槽1217(具有装饰性盖1310)。如上文提到，在许多实例中，例如这些狭槽对于本发明的良好实践是不必要的，因为瓦片6的背侧上的散热片鳍状物内的文丘里(Venturi)气流可为足够的。在需要较高水平的气流的情形中，可添加湍流脉冲气流的方法(例如，由Nuventix制造的Synjet)作为散热构造的一部分。
图99是在所有方面与图98相同，但已从说明性瓦片照明系统1的此实施例消除任选的气流狭槽1217及其装饰性盖1310的透视图。
图100是从当前瓦片照明系统发明的又一说明性实施例的底板下方看的透视图，此一系统嵌入了图82到图99中说明的类型的两个单独的两片段光分布引擎4，其两者均在说明性24″x 24″瓦片6的近似中心。
图101提供从图100的瓦片照明系统1下方的底板看的透视图，展示其操作的一个实例，两个倾斜导向的走廊洗墙光束1320和1322。以来自电源30(未说明)的外部供应电压Vdc施加于其左侧的电力连接器304且将接地接入施加于其右侧的电力连接器304，此特定的两引擎四片段瓦片照明系统经布置以产生两个不同角度(且不同导向)的照明光束1320和1322(见图64到65所示的更一般的实例)，此可能良好地适于对走廊中的左侧和右侧壁提供壁照明。光束1320在此实例中是沿着轴线1324(大体上如图1D中的114)导向，看似在洗刷左壁表面(未图示)，且光束1322是沿着轴线1326导向，看似在洗刷右壁表面(未图示)。此倾斜的输出照明是本文说明的薄外形光分布引擎4的有利属性，且如题目为“薄型照明系统”的第61/024814号美国临时专利申请案(国际阶段专利申请案PCT/US2009/000575)中更详细报告。此光分布引擎4可经配置以产生垂直于瓦片表面(例如，见图1D中的说明性向下导向的光束103，沿着轴线111)导向的光束，或者其可经配置以产生与表面法线111成角度1330(和1332)的倾斜光束1320(和1322)，其中+/-φL和+/-φR可大体上在+/-0与+/-80度之间(最佳结果是在+/-0与+/-60度之间)变化。在此情况下，输出倾斜性是通过以下方式控制：锥形光导板(例如，图74中的928和图83中的1070)的设计，所使用的带小面膜片(例如，图74中的929和图83中的1072)的设计，使用平面反射器代替带小面膜片，所安装的光散布膜片的设计(图53、54和80中给出一个特定说明)，和光分布引擎4的物理指向，其可倾斜某个小量(直到近似15度)而不会大体上增加瓦片系统1的总体厚度。
进一步提供图100和图101的实例以强调任一数目的薄外形光分布引擎4可分布于给定瓦片6的主体5内。而且，其可以对瓦片的大小、瓦片的形状和主要灯光要求有效的任一几何分布布置于其瓦片内。而且，每一嵌入的引擎4可个别地接通和断开、个别地变暗，或通过从主控制器40接收的信号以任一群组组合来操作。当适于灯光需要时，根据本发明的瓦片照明系统1可每瓦片6嵌入有单个光分布引擎4。而且，每一嵌入的引擎4可由多个光发射片段组成。
此外，在本发明的另一重要相关实施例中，每一光发射片段是独立可控的，使得例如引擎的产生图101中向左指向的光分布1320的一个光发射片段可断开而另一片段接通。
此外，在本发明的另一重要相关实施例中，每一光发射片段可执行不同的灯光功能。举例来说，图101的相同的向左指向分布1320和向右指向分布1322可大体上通过在每一光引擎4中具有向指向光发射片段和向右指向光发射片段来产生，而不是在一个光引擎中具有两个向左指向片段且在另一光引擎中具有两个向右指向片段。类似于这些的许多多功能嵌入引擎是可能的，包含多个指向、多个光颜色、多个光束宽度和多个远场光束图案的组合。
另外，提供的说明性实例仅是通过实践本发明而可能的几个实例，且并不意味着是详尽的或完全包含的。为了视觉方便，以上说明性实例已限于单个24″x 24″瓦片。不仅瓦片大小可改变以包含较大和较小实例，而且根据本发明的瓦片照明系统1的群组可与照明和非照明瓦片的较大分布系统中的常规瓦片混合和组合，如图2D、2E、3B、3C和3M中大体上介绍。所有此些组合应视为在本发明的上下文内。
且虽然如上文给出的薄外形光分布引擎4的优选实例尤其表现于其中最大可能瓦片薄度和最容易调整的光束分集具有重要作用的灯光情形中，还存在与本发明相关的若干其它有用类型的光分布引擎类型，其各自遵循图4A的垂直堆叠横截面布置。在此引擎类别中，LED光发射器层271(其也可为LED光发射器群组)部署于刚好在光分布光学器件层273(例如，一个或一个以上光学扩散腔、再循环腔、光学反射腔、光导板、反射器、反射器阵列、透镜和透镜阵列)上方，同时大体上沿着垂直堆叠的轴线投射输出照明光束。
一个垂直堆叠实例由薄外形背光单元(也称为“BLU”)提出，其为现代的液晶显示器(“LCD”)面板提供均质的后部照明。虽然存在许多不同的BLU类型供选择，但用于本发明的商业灯光应用的一个优选实例是演变自与在直接观看LCD电视机(TV)中使用的较大外形的LCD屏幕一起使用的直接背光形式。
图102A是在较大外形LCD背光系统中使用的流行的侧面发射(或蝙蝠翼型)LED发射器(由飞利浦照明公司制作的Luxeon III 1845)的示意性侧视图。图102B是图102A的侧视图中所示的Luxeon LED发射器1845的透视图。基底封装1850具有7.3mm直径、约6mm的从顶部到底部的高度1852，和圆形对称的光分布1860，其主要是以约+/-60的角范围进行侧面发射，原因在于电介质透镜元件1865的透明折射设计。借助于外部电极1868和1870将DC电压和接地接入施加于内部LED芯片(未图示)，且借助于平面导体1872从LED芯片提取热。
与本发明的光分布引擎相容的完整LED光发射器271说明性地由以下各项组成：电路板1880，其上布置有四个侧面发射LED发射器1845；背反射基底平面1895；和四个背反射周围侧壁1897，如图103A中说明性展示。LED发射器的基底封装1850包含的元件1865、1897和1895的光再分布性质使得构成LED的光发射器部分271的部分与越过其的相关联光分布光学器件273部分之间的边界线模糊，恰如同在图74到75的光分布引擎实例中的情况。然而在本实例中，存在较不具体的物理划分线，且两个部分在其边界处重叠。
图103A是电路板1880和安装在其上的四个说明性侧面发射LED发射器1845的透视图，包含用于将发射器电互连到相关联光分布引擎4的其余元件的构件。板1880实现了到如上所述的嵌入的电子元件(未说明)的电连接，其响应于来自主控制器40的信号而控制每一发射器内的电流流动。
如果需要额外的光输出，那么板1880上的未经填充的中心安装位置1881经保留用于额外的LED发射器1845。电路板1880上所示的互连电路仅是使每一LED发射器1845的正和负电极灵活地成为串联、并联或串并联连接的方式的实例。电路板1880是4″x 4″(例如，1890和1891)，其在规模上类似于上文提供的实例。
图103B是根据本瓦片照明系统发明的垂直堆叠光分布引擎实施例内使用的LED光发射器部分271的为了说明性目的而考虑的透视图。来自LED发射器1845中的每一者的侧面发射的光1860互相混合且通过与背反射侧壁1897和背反射基底平面1895(包含切口1896且任选地包含光散射特征1899)的交互而多次反射。反射平面1895和1897可如现有技术中那样大体上反射、漫反射或优选地通过由漫散射材料(例如传统的点模式背光中)制成的圆形(或正方形)光提取器1899(如当前改动中说明)的叠加阵列而镜面反射。
图103C是展示共同适于嵌入在本发明瓦片照明系统1内的包括此垂直堆叠光分布引擎4的光分布光学器件部分273的额外二级光学元件的横截面侧视图。此实例的光分布光学器件部分273包含中间层级分散板1902和多层输出堆叠1906，其功能性与背反射平面1895和反射侧壁1897的功能性重叠。
图103D是图103C所示的横截面侧视图的放大部分。所涉及的二级光学元件与LED光发射器的再循环背反射器1897和1895组合以在整体地从光分布引擎进行光提取和输出之前从每一发射器1845且在每一发射器1845之间包含、再循环和以另外方式散布出侧面发射1860。
图103C是此说明性18.9mm厚光分布引擎的垂直堆叠架构的横截面侧视图，其中LED光发射器元件271大体上位于底部，且二级光分布光学器件元件273大体上定位于恰好在271上方(如图4A中示意性展示)。此视图展示放置于支撑边缘1905上恰好在发射器1845上方的透明光分散板1902的位置。分散板1902由例如丙烯酸(即，PMMA)、聚碳酸酯或玻璃等透明光学材料制成，其具有对来自主要侧面发射LED 1845的最倾斜入射光射线具有高度反射性。分散板1902可包含有意的雾化(即，内部散射媒介)以放大其光散布性质。分散板1902的面对发射器1845的顶部的平面侧包含圆形反射器膜1903(镜面或散射)，其大体上经定大小且间隔以匹配于侧面发射透镜元件1865(图103B)的直径和位置。
图103C的横截面展示作为图103B的一部分而引入的侧壁1897是底盘盒1904的进一步部分，底盘盒1904的顶部包含在分散板1902上方升高一固定距离1910的多层输出堆叠1906，其均未在图103B中说明。分散板与多层输出堆叠1906之间的距离1910在此实例中为9mm。多层输出堆叠1906是漫射片(块或衍射类型)，但其也可包含从一个或两个带小面棱镜片、反射性偏振片、荧光材料和透镜片得到的组合。多层输出堆叠1906内包含的此功能组合的共同目的是均质化且另外隐藏来自背反射器1895和1897且尤其来自光提取器1899的直接发射的可见性，同时提供通过现有技术中已良好确立的对较宽角度光的再循环(或再利用)进行角准直的方法。
图103D是来自图103C的横截面的点绘区1914的放大视图。发射器1845安装在电路板1880上(图103A)，其中侧面发射透镜元件1865突出穿过阴影表示的底盘结构1904中和背反射器1895中为所述目的准备的孔1920。以此方式，来自每一LED发射器1845的所有侧面发射的光(1860，图102A)大体上在布置于分散板1902、背反射器表面1895与反射侧壁1897的下部区段(架1905下方的区段)之间的物理气隙内传播。
图103A到图103D的基于BLU的光分布引擎4大体上沿着轴线111(垂直于输出堆叠1906的平面)提供其经组织的输出照明，作为大体上均质的漫射定向输出光束1921的集合，光束1921通过其缺乏明显不同的角范围且其大体上无法针对一般点灯光应用充分好地集中输出照明2而区别于实例中说明的较清晰的输出光束103。无法提供清晰且经紧密准直的输出光束是此类型引擎的内部光分布组成的漫射性质的结果。
图103D还提供此光分布引擎4内的典型光流动的实例。说明性侧面发射的光射线1925首先在镜面反射区中接触背反射平面1895，且作为向上行进的说明性射线1928看似从镜平面反射。射线1928在1930处照射到分散板1902的底侧，且作为说明性射线1932在切线入射处似乎通过菲涅耳反射大体上从镜平面反射。在此实例中，射线1932照射背反射侧壁1897，且作为射线1935朝向背反射平面1895返回，但击中光提取器1899中的一者，在其上其散射为半球形(或伪半球形)角分布1937。光分布1937的一部分透射穿过分散板1902且最终穿过多层输出堆叠1906，从而变为光分布引擎4的一般照明2内的输出光束1921的部分。
此形式的光分布引擎4以及其电力控制电子元件通过与上文说明大体上相同的工艺流程嵌入在瓦片6的主体5中。还由于与其垂直堆叠架构相关联的超厚度，(本实例中为18.9mm)，相关联的电力调节和控制电子元件嵌入在引擎外围周围，或如图104到106的实例中说明嵌入到一侧。在应用额外优化以进一步减小引擎的厚度且在与电子组件生产量相关联的微型化的情况下，在此类型的光分布引擎的背侧上嵌入电子电路也是实践选择。
图104是从根据本发明瓦片照明系统配置的说明性垂直堆叠光分布引擎4的180.4mm x 110mm x 18.8mm可嵌入形式的背侧展示的透视图。在此情况下部署的嵌入电子电路部分1940类似于图97中提供的实例，且含有早先描述的现在在嵌入板1941上的所有电子元件。光产生部分1942如图103A到103D中陈述。如先前实例中，电路部分中的电子元件包含电压调节MOSFET 345、其两个最近的电容器及其相关联的电位计(在此视图中全部未标记)。电路部分还含有说明性RC解调电路，其包括IC 400、电阻器417和电容器418，以及说明性三分支电流控制电路738(如上所述)，其包括三对MOSFET 330和负载电阻器358组合，每一负载电阻器如早先在图19和图20中说明。说明性光产生片段1942通过螺钉、搭扣元件或压配合(仅举出较多可能性中的几种)保持在底盘框架1946内。底盘框架1946还提供瓦片嵌入轮缘表面1948以促进瓦片嵌入过程。在此视图中不可见的其它特征包含散热片鳍状物1950，其与可施加于电路板1880的背侧的任选的热散布板1952热接触。嵌入的DC电压和接地接入带(如先前实例中展示)分别应用于引擎端子1954(Vdc)和1956(接地)(类似于早先实例中的1021和1023。电路板1880的前侧上的说明性4-LED电路的输出端子在内部连接到正侧电极1958和负侧电极1960。
图105是从图104中说明的垂直堆叠光分布引擎4的底板侧展示的分解透视图，其揭示组成部分之间的内部关系。此垂直堆叠背光型光分布引擎4在图103A到103D和图104中单独展示。电路板1880经由点绘导引线1964到1966(穿过底盘框架1946)附接到底盘结构1904的背部。透明光分散板1902沿着提供的一个点绘导引线1968恰好安装在底盘结构1904的侧壁1897内部。且多层输出堆叠1906沿着单个点绘导引线1970附接到底盘结构1904的轮缘1900(图103B)。
图106是展示在24″x 24″瓦片6的近似中心1971嵌入此特定形式的光分布引擎4所需的瓦片主体细节1972以及用于相关联DC电压和接地接入带的嵌入特征1974到1977的透视图。引擎的底盘框架1946抵靠由边缘边界1979到1981产生的瓦片主体5的侧壁而巢套，且引擎的散热片的边缘抵靠与边缘边界1982相关联的侧壁而巢套。瓦片主体特征1984是用于嵌入板1941的底侧的巢套位置。此光分布引擎4沿着点绘导引线1986到1988下降到瓦片6内的适当位置。
图107是展示如图106中的瓦片系统1的中心部分的放大视图1971，但在此情况下，恰好在嵌入光分布引擎4之后的其相关联DC电压带1990(瓦片通道1975中)和其相关联的接地接入带1992(瓦片通道1977中)。
图108是从底板下方所见的根据图102到107的说明性24″x 24″瓦片照明系统1的透视图，且展示单个4″x 4″照明孔口1994及其孔口覆盖多层输出堆叠1906。通过输出堆叠1906依稀可见圆形反射器膜1903，其搁置于恰好在图103B的四个包含的侧面发射透镜元件1865上方。还展示四个边缘安装的电连接器304(和任选的T条安装突出片874，如图70到71所示)。如以上所有实例中，瓦片6的24″x 24″大小只是说明性的，如同嵌入单个光分布引擎4的选择。
图109是图108的瓦片照明系统的透视图，其展示角扩散定向照明的种类，其得自将DC电压施加于左侧连接器304和将接地系统接入施加于右侧电连接器304，以及从系统的主控制器40(未说明)接收“加电”信号。来自嵌入的光分布引擎4的输出照明2的角组成取决于其多层输出堆叠1906的性质，但通常在其照明性质方面比先前实例中展示的正方形(或矩形)横截面(例如，图1D、62到79、81、88和101)更为全局性。此类型的光分布引擎4所典型的特征性扩散照明在图109中通过所示的离散光束集合(1998到2002)来以符号说明，所述光束各自具有逐渐加宽的角范围(说明性地展示为从+/-10度到+/-60度)。实际上，光束本身的横截面较圆(或椭圆)，且在从0度到所表示的最宽角的角连续集中分布。最大照明亮度集中于中心且在瓦片系统1正下方向下投射。照明亮度(底板下方的照度)随后以加宽的角下落。在输出堆叠仅含有漫射光散布(或散射)层的情形中，输出光束几乎是纯兰伯特(Lambertian)的，其中照明覆盖所有方向上的几乎+/-90度的角范围。当如此实例中多层输出堆叠1906包括一种或一种以上形式的角限制构件(例如，带小面膜片、透镜阵列片和反射性偏振片，仅举出较多实践选择中的几种)时，如图所示以较低效率的代价实现较为定向的泛光灯光源(其中一半的照明功率包含在约+/-30到+/-45度内)。除了较低效率外，所开发的照明特征的主要缺点是其容易出现偏角眩光。
此说明性光分布引擎4的流明通过量效率是相当合理的，近似为80％，如使用由亚利桑那州图森市的Breault研究组织供应的工业标准光学建模软件ASAPTM的理想的光学射线迹线模拟所确定。实际的性能以及与现存商业灯光标准的可靠比较取决于由经选择使用的发射器提供的总流明，其对于以上实例是同样适用的。流明输出大体上取决于针对所使用每一颜色的LED功效(流明/瓦特)、每芯片施加的瓦特数、是否使用透镜元件以及由包含的散热片提供的热管理的效率。
高输出LED的功效近年来已快速改进，且预期继续如此改进。这限制了数量性能实例的价值。本瓦片系统实施例(例如图102到109)使用处于～20流明/瓦特的较旧型号的Philips-LumiLeds Luxeon III用于其四个冷白发射器(3.7伏特和1安培下为70流明，CCT＝5500K)，其提供+/-90度上的224流明的输出照明2，其中总电功率输入为14.8瓦特。在此情况下，通过每瓦片系统部署一个此光分布引擎，当瓦片照明系统以3x3群组布置且悬挂时以133瓦特提供2016流明的底板照明。
此实施例的当前实例使用也由飞利浦照明公司制造的Luxeon REBEL或由欧斯朗光半导体公司制造的OSTAR(如上所述)，其显著提升了流明和流明/瓦特性能能力，其中每LED发射器的流明/瓦特输出现在推进到75流明/瓦特的水平以上，且每个别LED发射器封装的最大流明输出在600与1000流明之间(但最大流明输出下的流明/瓦特功效比较低流明输出下的流明/瓦特功效弱)。
图110到116中说明根据本发明的垂直堆叠光分布引擎4的又一形式。此变型的目的是提供能够具有紧密组织的定向照明2同时满足本发明瓦片照明系统的厚度约束的另一配置。此形式采用反射性光散布的偏振辅助构件而不是刚刚上文在图103到109的实施例中说明的传统的反射/散射腔和表面安装发射器1865。适于本发明的基本偏振辅助反射性光散布方法首先出于其它目的在第6,520,643号美国专利中介绍，且稍后针对LED照明在第7,210,806号美国专利和第7,072,096号美国专利中细化。增加的益处在于此光散布方法还提供了将垂直偏振输出照明供应到下方区域的选择，发现此做法增加了印刷文本字符的对比度。
图110A是展示可嵌入根据本发明的薄建筑瓦片材料6中的另一垂直堆叠光分布引擎实施例的光产生部分271和273的主要工作元件的分解透视图。LED光发射器部分271类似于图74到图75的实例，且由以下各项组成：电路板2020(具有电路元件和电极2022用于与其它电流调节和控制电子电路元件互连)、类似于图75中的Osram OSTARTM单元850的LED发射器2024，和附接的矩形角变换反射器2026(类似于图75中的区段948)。此实施例中的光分布光学器件部分273包含结构间隔元件2030、反射性腔框架2040、部分反射孔口掩模2050和多层选择性反射输出板2060。间隔元件2030和腔框架2040两者由可按需要涂覆以调整其光学性质的导电或绝缘材料制成。间隔元件2030提供表面2032(可为如图示的平面或数学上为凹的或凸的)，其中心部分维持在与变换反射器的输出孔口2028大体上相同的高度处。间隔元件2030进一步包含位于表面2032中的通孔2034，其经成形以匹配于反射器的输出空间2028的几何形状(正方形、矩形或圆形)以便传递流过其的大体上所有光输出。通孔2034可进一步包含经切割以配合在其孔口内的膜堆叠，其由四分之一波相位推延膜、反射性偏振器和漫射器中的一者或一者以上组成。且间隔侧壁2036可任选地含有气流狭槽2038，其帮助冷却LED发射器2024。腔框架2040包含所示的四个反射性侧壁2042，和用于部分反射孔口掩模2050和多层选择性反射输出板2060(在一个形式中在其结构内包含部分反射孔口掩模2050)的一个或一个以上支撑构件2044。
图110B是展示在图110A的透视图中分解展示的垂直堆叠光分布引擎实施例的光产生部分1942的完成的18.8mm厚最终组合件的透视图。如下文将进一步阐释，来自此引擎的输出照明2在两个子午线中均为+/-30度，其由光学扩展量保留角变换反射器2026的一个设计提供，且具有紧密组织的角范围。许多其它设计变型是实际的，从引擎的输出照明2可在两个子午线上窄到+/-5度，到在两个子午线上角度宽约+/-45度的照明(或其间的任一组合)。
然而此类型的薄外形光分布引擎的主要优点在于其二级光分布光学器件273将引擎的有效输出孔口区域从其裸LED发射器的典型小(例如，2.1mm x 2.1mm)发射区域扩大到腔框架2040的完整孔口大小，其在此特定实例中在内部为38.58mm x 38.58mm。通过此方式，引擎的孔径比有效地扩大337倍，从而将其对从底板下方向上看的人观看者的视在亮度减小84的净倍数。
这是本发明的所有大孔口光分布引擎实例的重要特征，且将在下文更详细阐释。
此类型的光分布引擎如先前实例中确切说明嵌入在根据本发明的瓦片6的主体5中。如图110A到图110B中说明的一个光产生单元或类似光产生单元的群组容易与如图103到105中确切说明的电力调节和控制电子元件组合，且随后经由图107到108的工艺流程嵌入瓦片中。但不同于先前实例中提供的未经组织的漫射照明，所形成的光束横截面比上文在图1D、62到79、81、88和101中说明的光束更直，意味着其更清晰。
图110C是展示此类型的垂直堆叠光分布引擎4的可嵌入形式的实例的完全组装背侧透视图，其说明性地组合图110B中所示的光产生部分中的四个与先前实例中描述的电压调节、控制和检测电子元件。作为此形式的一个实例，四个光产生部分1942(图110A到110B)以2x 2群集布置于先前实施例的4″×4″底盘框架1946内。
图110D是图110C的可嵌入光分布引擎4的其完全组装形式的正面透视图。引擎分离底盘2070的目的是将四个包含的引擎保持在主底盘框架1946内。同等揭示的形式将四个光产生部分1942分组在不具有分离部件2072和2073的较靠近封装的阵列中。另一同等优选的选择将是减小底盘框架1946的内部大小以匹配于所包含元件的边缘长度(例如，将底盘框架的内部边缘长度从4″减小到3.27″，进而支撑两个41.58mm单元而无需分离底盘2070)。
图110E是如图110C中所示的可嵌入光分布引擎4的分解透视图。组成部分是沿着点绘导引线2080和2081组装的。
图110F是图110A到图110E的包含嵌入的光分布引擎的瓦片照明系统的透视图，展示其清晰的+/-30度照明锥体及其显著扩大的输出孔口。在此特定实例中提供的照明2(+/-30度)适合用于头顶泛光灯光，如办公室和学校中。然而在较窄和较宽的角范围下相同的有益属性也可用。
由此可嵌入实例提供的照明2近似等效于由如图104到105中先前实施例提供的照明，但可见，其具有显然经更好组织的光束质量。
虽然现在已在第6,520,643号、第7,210,806号和第7,072,096号美国专利中阐释了此实施例的各种元件，但尚未阐释适合于如本发明瓦片照明系统中那样嵌入的薄外形光分布引擎配置。
因此，在图111A到图115中概述操作机制和操作原理，提供这些以促进理解和实践。
图111A是说明可用于实践本发明的另一有用类型的垂直堆叠且可嵌入光分布引擎的反射性光散布机制的示意性横截面侧视图，所述机制确立了组成元件之间的基本物理关系。图111A的横截面侧视图包括LED发射器2022、矩形变换反射器2026、反射器长度2027、由金属反射平面2104和宽带四分之一波相位推延膜层2106组成的偏振转换反射器元件2102、由反射性偏振器2112和任选的金属反射器阵列层2114组成的输出偏振反射器平面2110，以及(周围的)4侧反射器2116(例如，图110A和110B中的2040)。在如图示的形式中，反射器元件2102和2110是平面表面，其由气隙G 2120分离。在相关形式中，反射器元件2102可在数学上朝向反射器元件2110弯曲或倾斜，从而使输出准直角2122(θ1′)变窄或其可在数学上远离反射器元件2110弯曲或倾斜，从而使输出准直角2122(θ1′)变宽。
图111A还说明遵循由未经偏振的说明性光线2130采取的路径的基本偏振选择性光散布机制，光线2130在点2132处以极限角θ1(在此实例中，从系统轴线11130度)退出反射器孔口2028。射线2130在未重定向的情况下穿过任选的金属(部分)反射层2114，且在点2134处照射反射性偏振器2112的表面。反射性偏振器2112通常由聚合二向色片材料制成，例如由3M以其VikuitiTM产品名称制造的DBEFTM，但也可由其它反射性偏振器材料制成，例如由Meadowlark光学公司制造的线栅型材料VersaLightTM，或由Agoura技术公司制造的PolarBriteTM线栅产品。这些偏振分光膜材料非常有效地透射经p偏振的光且反射经s偏振的光。因此，射线2130同等地分为透射射线2136和镜面反射射线2138。对于此特定形式的光分布引擎4，透射射线2136经p偏振且变为+/-30度输出光束2的部分。反射射线2138经s偏振且通过镜反射而朝向偏振转换反射器元件2102上的点2140往回重定向。在到达点2140后，经s偏振的射线2138穿过宽带四分之一波相位推延层2106。如此，其经转换为其经左侧圆偏振形式，且照射金属反射平面2104，在平面2104上其镜面反射，且转换为正交圆偏振状态，之后返回穿过宽带四分之一波相位推延层2106且转换为经p偏振射线2144。射线2144在点2146处向外朝向反射器元件2110前进，点2146靠近周围4侧反射器2116的外部边界2147(点绘展示)。由于射线2144已通过其从反射器元件2102的反射而经p偏振，因此其能够以最小损耗穿过元件2112，且还针对此特定形式的光分布引擎4变为说明性+/-30度输出光束2的一部分。
在不包含偏振选择性反射器元件2102和2010的情况下，作为一个实例，在说明性点2132处来自反射器2026(且还来自整个引擎)的所有+/-30度光通量输出将包含在点绘的+/-30度区2150内。在此情况下，且由于两个往复反射器元件2102和2110的反射和偏振改变动作，+/-30度流明在输出光束2的左侧上的点2146与右侧上的点2152之间的较宽范围上散布。几何上，这是沿着射线路径2132-2134-2140-2146发生的在点2134和2140处的两次镜反射的结果。图111A中的增加的光束散布S 2155由气隙厚度G 2120和角变换反射器2026的半角θ1确定，S＝G Tan θ1。当例如θ1＝30度且G＝7.5mm时，则S＝6.93mm。然而在无反射性散布的情况下，来自说明性点2132的反射器的输出流明存在于小得多的孔口面积4S2mm2上。通过操作中的反射性散布机制，这些相同的流明、来自反射和透射的较微小损耗散布于36S2mm2的大9倍的孔口面积上。
从图111A的矩形角变换反射器2026的极端边缘点2160和输出孔口2028可遵循等效(平行)说明性射线。根据正弦定律，这些边缘点之间的分离距离X是x/Sin θ1。因此，此形式的光分布引擎4的全孔口2168是由边界点和2164界定，进而将引擎的有效孔口面积从(6S)增加到(6S+x/Sin θ1)2。通过将说明性角变换反射器的输入孔口设定于2.6mm x 2.6mm，且S为6.93mm，全孔口变为46.78mm x 46.78mm，这是与11.4x的常规孔口相比的面积增益。
仅通过图111A的偏振选择性折叠方法增加孔口面积仅最多转换为视在孔口亮度的2倍减小，如图111B中的点绘照明视线2170到2175所示，因为来自最多仅一半流明的视在亮度从任一特定视点可见。然而在许多情况下在输出孔口2168上，亮度降低超过2倍的减小，且孔口上的此不均匀性可导致孔口的中心部分亮度让人不适的感觉。
图111B是图111A中所示的可嵌入光分布引擎4的示意性横截面侧视图，其揭示组成元件之间的几何关系的额外细节。
图111B说明通过偏振转换和反射性折叠实现的光分布引擎亮度减小(2倍)的第一层级。图111B中的引擎横截面相同于图111A中的引擎横截面，不同的是添加了视线2170到2175和说明性输出射线2180到2187。另外，为了观看清楚，图111A中所示的对象参考中的一些已从图111B移除，但原则上保持存在。说明性经p偏振输出射线2136和2180到2183(大体上表示一半发射的流明)从其来自的地方朝向反射器2026的真实输出孔口2028往回投射。每当观看者沿着这些射线路径注视时，其最多处于表示感知到的从孔口2028发出的未经偏振流明的一半的视在亮度。这表示至少2倍亮度减小，但所述减小往往在整个输出孔口2168上不均匀。类似地，每当观看者沿着经s到p偏振转换的射线路径2184到2187注视时，感知到孔口2028的虚像2195的视在亮度(表示所发射流明的另一半减少了沿着光径发生的任何损失)。这也表示2倍亮度减小。虚像2195含有从孔口2028发出的经转换的经s偏振流明。忽略材料损失和反射回到光学扩展量保留角变换反射器2026中的小部分射线，孔口2028和虚像2195的视在亮度大体上相等且以流明/平方英尺为单位的表达式LUM/(x/Sin θ1)2给出。对于说明性值θ1＝30度且x＝2.6mm(8.73E-03ft)可看见的亮度变为MNits，其中总输入流明LUM为约300且反射器透射效率为约90％。
当添加在回到反射器2028的输出孔口的直接视觉上扩展2倍淡化的机制时，较显著的亮度减小以及不均匀性改善是可能的。不同于使用添加到先前实施例的不加区分的散射机制(损害了所使用的矩形角变换反射器2026的锐截止特性)，本实施例添加了额外的镜面反射器，其将看似使光进一步分散而没有角范围的对应改变。
此一种方式可通过恰好在引擎的输出孔口内部添加部分反射层2114来完成，其反射和透射图案以最小损失增加了光散布的程度。层2114的反射性部分削减了两个偏振上的可通过使其偏转到其它地方来直接观看的流明数。
首先观看从图111A到111B的光分布引擎结构中的反射器2026的输出孔口2028直接透射的经p偏振的光的流明数来说明此方法的基本的一般行为。在此实例中，引擎孔口2168是46.8mm x 46.8mm，气隙2120是7.5mm，且部分反射层2114是以具有大致80％反射率和20％透射率的13.86mm x 13.86mm核心制成。在此情况下，元件2114在引擎的输出孔口中在中心对准(图111B中在参考点2190与2192之间)。虽然部分反射层2114是在整个孔口2168上绘制，但其可能仅物理上跨越孔口的一部分。
图112A到图112F说明通过计算机射线迹线模拟而从图111A到图111B的此减小的孔口亮度光分布引擎配置原始形成的一系列以符号表示的近场和远场光分布。所述图案是以其较高对比度符号形式来展示，以帮助简化其视觉解译。图112A是具有100％透射的经p偏振光的近场图案，图112B是通过其部分反射输出层2114而具有80％反射的此引擎的经p偏振光的近场图案，图112C是具有100％透射的经p偏振远场图案，且图112D是通过其部分反射输出层2114而具有80％反射的引擎的经p偏振远场照明图案。
图112A的近场图案展示来自说明性(+/-30度)角变换反射器2026的输出附近的典型正方形横截面经p偏振的光分布3002，图112B展示当点绘区3004(图112B)中存在80％反射、20％透射反射器元件2114时得到的近场改变。正方形经p偏振的光分布3002中的入射流明在穿过反射器元件2014和反射性偏振器2012(假定97％透射)之后下降到入射流明水平的26％。来自反射器元件2014和偏振转换反射器元件2012的反射的多重性造成所见的复杂性(近场亮度点区3006和稍微升高亮度的环3008)。光散布继续到环3010中，环3010在近似4倍于图112A中的3002的面积的总体近场光分布面积上扩展。
图112C到112D中给出在定位于光分布引擎的孔口2168下方4英尺(1.2m)距离的2m乘2m平面表面上观看的对应的远场光分布。应注意，尽管在图112B中所示的反射器分散近场光图案中发生固有的不均匀性，但对应的远场光图案3014(图112D)实际上相同于在没有任何反射性分散的情况下得到的理想的远场光图案3012(图112C)。两种图案的仅有基本差异是由经背反射直接进入角变换反射器2026的孔口2028中的光的假定再循环低效(0.5)以及低角度光的反射性衰减引起的小亮度点区3016(图112D)。实际反射器的再循环效率越高，远场亮度的轴向点区越小。每当必须进行进一步调整时，可将少数针孔添加到反射性偏振器2112的中心部分。
此简单实例继续到图112E到图112F中的反射性分散经s偏振的光。
图112E展示来自通过其部分反射输出层而展现80％净反射的内反射且转换经s偏振光的经p偏振近场光图案。此转换在图111B的侧视图中说明(例如，见说明性射线2138)，其中经s偏振的射线通过反射性偏振器2112的动作完全重定向，且仅在其已经完全转换为p偏振之后变为近场输出光图案3020的部分。
图112F展示当通过引擎的部分反射输出层展现80％净反射时与反射性转换的经s偏振光3022相关联的经p偏振远场光图案。由于经转换的经s偏振光带来的图112F的远场照明图案实际上相同于图112D的远场照明图案中展示的反射性分散的经p偏振光的图案。经转换的经s偏振远场图案展示类似的亮度点区3024，原因同样是角变换反射器的再循环低效(在图112E的作为3021的近场结果中同样明显)。因此，此简单实例的来自远场光束图案3014、3016、3022和3024的经组合输出结果具有与单独考虑的情况相同的外观和+/-30度场覆盖。
部分反射层2114在开放空间与反射空间的百分比、开放空间的形状和开放(或反射)空间的空间分布方面的物理设计可用以实现几乎任何所需的光分布图案(无论是近场还是远场中)，且是本发明的上下文内相关联的光分布引擎4的尤其吸引人的特征。
图113A到图113B展示可用于图111A到图111B的光分布引擎4的部分反射光散布层2114的中心部分3030的两个特定实例。
图113A中说明部分反射层2114的中心部分3030的第一实例，以及较大光分布引擎孔口2168的点绘表示。也可取决于视为必要的分散程度而按需要将额外的反射性元件添加到外部区3032。在此实例中，中心部分3030包含位于原本高度反射性镜涂层3036中的正方形通孔3034(任选地为圆形通孔)的均匀间隔阵列。如图示的中心部分3030大小为13.86mm x 13.86mm，且含有144个通孔3034，每一通孔为0.5mm x 0.5mm(但在实践中可能优选较大数目的较小通孔)。通孔的基本原理(无论其形状和分布如何)在于总通孔面积除以中心部分3030的总面积近似等于所考虑的减小的透射。中心透射在此实例中减小到0.2，其近似对应于(144)(0.52)/(13.862)。当这些通孔为0.15平方毫米时，其数目增加到1600且适当的阵列因此为40x40。来自角变换反射器2026的孔口2028的所有未经偏振光射线在到达其下方的反射性偏振器2112之前照射元件2114的此部分，且取决于遇到哪一区(3034或3036)而反射或透射。
图113B中针对中心部分3030给出第二实例，其具有解决输出孔口2168中的不均匀性的较大能力，其展示较大数目(421)的较小(0.2mm x 0.2mm)通孔3034的有意不均匀分布，其使用与在区3030内部相比朝向区3030的边缘和隅角优选较大的数学上受控的通孔密度。在许多实例中的此特定实例中，通孔密度以函数(SPC)*(ip)的经正规化形式变化，其中SPC是在分布的长度上在通孔中心之间的原本均匀的间距(在此13.86mm区中对于0.2mm通孔为0.683mm)，i为以0、1、2...开始直到适用于图案的每一半的通孔数目的整数序列，且p为用于改变间距的幂，p＝1对应于无变化，p＜1对应于减小间距，且p＞1对应于增加(且p为用于改变间距的幂，例如p＝1对应于无变化，p＜1对应于减小间距，且p＞1对应于增加间距)。
图114A是展示为何当以其中心区3030中金属反射(区3036)与透射(针孔3034)的混合来修改其部分反射光散布输出层2114时存在与图111A到图111B的垂直堆叠光分布引擎相关联的潜在亮度减小的示意性横截面图。
图114B提供图114A的示意性横截面侧视图中的说明性反射的小区的放大细节。在无反射性区3036的情况下，例如2130等说明性未经偏振的射线使光通过层2114且在击中反射性偏振器2112的衬底层3044的透明表面上的有源反射性偏振层3042时立即经受偏振分光。在此些情况下，例如2136等经充分定大小的经p偏振射线束的观看者直接看到其来自的源孔口2028的经p偏振亮度。当例如3048等类似于2130的未经偏振的射线首先照射到反射性区3036的一部分时(如图114B的细节3040中)，围绕表面法线3050发生镜发射，从而产生穿过部分反射层2114的透明衬底层3037的未经偏振射线轨迹3052(而非如2138情况下的经s偏振射线轨迹)。当未经偏振射线3052到达2140附近的另外偏振转换反射器元件2102时，其在无影响的情况下穿过四分之一波相位推延层2106且在无偏振改变的情况下从金属反射平面2104镜面反射，从而以未经偏振射线3054的形式在其到达时未经偏振地离开区2140。通过此高度分散路径，初始源射线3048延迟偏振分光，直到其作为射线片段3054到达区2146为止，所述射线片段3054实际上位于光分布引擎的输出孔口2168的极端边缘处。假定未经偏振射线3054随后穿过部分反射层的外部区3032的透明部分(如图113A到113B中)，其划分为透射的经p偏振射线3056(在沿着系统轴线111直接看到的光内不再可见)和由反射性偏振器2112朝向金属或电介质反射侧壁2116镜反射的经s偏振射线3058(点绘展示)。线性偏振射线的偏振状态在金属(或电介质)反射上保持不变。因此，经s偏振射线片段3060在点3062处朝向偏振转换反射器元件2102反射，在点3062上其转换为经p偏振射线片段3064，且沿着方向线3068在点3066附近朝向输出层2114和2112反射回。由于点3066恰好位于部分反射层2114的外部区3032内部，因此最有可能射线3064透射通过反射性偏振器2112，从而变为经p偏振输出光束2的部分。射线3066的方向是沿着线3068，且远离原始的源孔口2028而指向，其本身必然带来减小的视在亮度。
如果射线3064已到达部分反射层2114内的反射性部分3036，那么在再转换为透射的经p偏振输出射线之前将发生再几次反射。这些额外的反射(如果存在)将仅用以增加此实施例的垂直堆叠光分布引擎4内的空间混合，且进而进一步减小视在孔口亮度。
部分反射层2114处的未经偏振反射的动作造成类似于沿着图114A中的说明性射线路径3048-3052-3054-3058-3060-3064发生的角重定向的角重定向。当使输出孔口2168小于原本由图111A中的几何关系指示的孔口时遇到类似的角重定向。减小输出孔口2168的大小使侧壁2116向内移动，且因此致使图111A中类似于2144的经p转换射线在到达输出层2114和2112之前照射到侧壁2116。
可将其它机制添加到上文描述的进一步减小净孔口亮度的机制，同时还使光学扩展量保留矩形角变换反射器2026的角截止特性的锐度软化。可对侧壁2116的反射性表面(且任选地，金属反射平面2114的表面)施加漫射雾化。类似地，可对衬底层3037和3044(图114B)施加漫射雾化，无论是通过表面粗糙、通过漫射涂层还是通过添加第二相位散射微粒。
图115展示图111A到图111B中说明的此型式的垂直堆叠光分布引擎中的各种输出孔口区的仰视图，其包含部分反射输出层2114的中心部分3032的均匀间隔的正方形针孔型式。其内放置部分反射层2114的中心部分的用于直接透射经p偏振流明的有效孔口3004已经点绘，且在本实例中当邻近于反射性偏振器2112时为13.86mm x 13.86mm。孔口3004的边缘长度3070为2S。在此实例中，孔口3004仅表示引擎孔口2168的约9％。部分反射层2114的反射性区3036的一些已经移除(3071)，使得较容易看见位于下方的元件。出于说明目的，角变换反射器的输入孔口包含LED芯片3072的2x 2群组。图115的仰视图中还可见角变换反射器的数学上成形且金属反射的侧壁3074、引擎的反射侧壁2116和引擎的偏振转换反射器元件2102，在此仰视图中位于部分反射层2114下方的一距离G 2120(如图111A中)处。反射器2026的输出孔口2028具有边缘长度X 3078(根据正弦定律，等于x/Sinθ1)，其中x是RAT反射器的输入边缘长度3080。
根据本发明的可嵌入光分布引擎的所有先前实例，包含图103到图115中的先前实例，应用了大量努力以有意识地扩展引擎的照明孔口的大小(即，面积)，以便减小其视在亮度(也称为孔口亮度)。当今最有力的LED发射器的可视亮度对于直接人视觉可极端有害，且最常规的LED光学器件并不有效地减小亮度以允许其在一般顶灯灯光中的安全使用。如对于补救此对于一般顶灯灯光中的实际应用的危险所重要的，存在物理上防止对顶灯光源的甚至无意的直接观看的许多情形。此情况的一个实例是百货公司和博物馆展示窗的顶灯灯光。在此观看情形中的人观看者由展示窗表面本身物理上阻挡，以免意外地进入顶灯照明的锥体中。此情况的另一实例是壁表面(和壁表面上的对象)的倾斜角度顶灯点灯光，尤其是在当面对经照射壁的人观看者在顶灯照明的圆柱体外时的物理情形中。
此些应用的优选光分布引擎4包含光分布光学器件273主要限于在先前实例中使用的类型的矩形角变换反射器(例如，图74到75中的反射器882、图83到88中的反射器1040和图100A和图110E中的反射器2026)的那些光分布引擎。此类型的矩形角变换反射器也可与其它光学器件组合以用于进一步修改输出分布，但无需与任何光学器件组合以用于减小孔口亮度。
此些矩形(且任选地，圆形)角变换反射器(下文中称为RATS和CATS；例如用于矩形角变换反射器的RAT和用于圆形角变换反射器的CAT)的合意行为是其能够取决于反射器的设计而产生具有正方形、矩形或圆形远场横截面的清晰输出光束。
图116是补充图86中提供的几何描述的说明性一般化矩形角变换(RAT)反射器3100(先前实施例中为2026)的横截面侧视图。图116中的横截面图展示对于输入孔口宽度3102(d1)、理想输出孔口宽度3104(D1)、理想反射器长度3106(L1)、经截断反射器长度3108(L11)、经截断反射器孔口宽度3110(D11)以及反射器对称侧壁轮廓3112和3114(例如，3112是在点绘镜轴线3113上方的3114的对称镜像)之间的一个子午线存在的隐式几何关系。反射器侧壁3112和3114是根据理想长度3106、宽度3102和理想宽度3104的这些几何边界条件来成形，使得曲率3116的每个点处的斜率大体上满足以上方程式7到12，且产生成角度限于理想角度范围的定向输出照明3122的清晰锥体3118，所述理想角度范围是由说明性射线路径3124到3134指示的(+/-θ1，半角度3120，θ1)。图116中还展示RAT(或CAT)反射器3100的上部部分3136可沿着点绘割线3138(如图86的实例中)截断L1-L11的量而不会显著偏离原本理想的性能。反射器3100容许透视缩短的此能力由射线路径3140的行为来说明，射线路径3140在点3142处逸出经截断孔口宽度3110。由类似于3140的射线引起的从角理想状态3144的偏离(Δε)是由射线3129与射线3146(平行于射线3140)之间的角度来近似。假定侧壁轮廓3112缓慢变化且由方程式7到12控制，如当前实例中在点3142处，D11～D1和针对Δε的表达式如方程式13和14中针对Δε1和Δε2(RAT的两个子午线中的偏差)所给出。
Δε1～Tan-1[0.5(D1+d1)/L11]-Tan-1[0.5(D1+d1)/L1]             (13)
Δε2～Tan-1[0.5(D2+d2)/L22]-Tan-1[0.5(D2+d2)/L2]             (14)
对于CAT，将存在仅一个等效方程式，因为偏差将是围绕其光轴成圆形对称的。
如图116中所示的RAT反射器3100已说明为具有1.2平方毫米输入孔口3102、2.4平方毫米输出孔口3104、3.117mm理想长度3106，且因此，具有正方形角横截面的+/-30度角输出锥体3118。如果此特定说明性反射器3100在长度上截断33％，使得L11＝0.67L1，那么方程式13的Δε仅为约10度，且光束的远场照明图案保持大体上正方形。当反射器3100针对+/-12度角输出锥体设计且在长度上截断相同的33％时，Δε为5.6度。在每一情况下，角扩展为约50％，且在每一情况下，大部分光保持在较窄的经设计锥体中，其有用于其中使用较窄的经设计锥体来对特定大小的矩形或圆形区域进行点照射的情况。
因此，无论采用何种RAT(或CAT)反射器几何形状，其截断长度L11均可明智地应用以对通过此光学扩展量保留反射器类型产生的原本清晰的角锥体3122赋予有意的角软化程度(由方程式7到12控制)。而且，当需要额外的角散布时，图53、54和80中说明的角散布系统可与反射器3100(无论是长度理想的还是经截断的)组合作为根据本发明的光分布光学器件273的额外实施例，如以下实例将说明。
图117是关于本发明的现实四重区段RAT反射器3150的透视俯视图，每一反射区段3152到3155具有与图116的一般化实例的+/-30度RAT反射器相同的几何形状和有效侧壁曲率。四个输入孔口3160中的每一者为1.2平方毫米，四个输出孔口3162中的每一者为2.4平方毫米，且每一输入孔口与输出孔口之间的分离距离3164为3.11mm，其也是针对这些条件通过方程式7到12规定的理想长度(L1)3106。在此实例中反射器区段之间的中心到中心分离是2.7mm，从而允许输出孔口之间的0.3mm壁空间3166(G)。在此实例中提供顶灯特征3168以说明至少一个可能的安装构件。
如图117中说明的单件式四重区段RAT反射器是优选使用高温聚合材料或聚合物合成物(例如，UltemTM、PPA或PES)通过注射模制、压缩模制或铸造而形成，或者使用金属(例如，镍)通过电成形而形成。在任一情况下，均将高反射率金属涂层(例如，增强且保护的银或铝)涂覆于所有内侧壁(即，相对侧壁3170和3172)，无论是通过蒸气沉积(例如，溅镀)或通过电化学工艺。
如图110A、110E、111A和111B中先前说明的单个反射器区段可如当前商业实践中那样与靠近封装在一起的四个1mm LED芯片一起使用，但理想的发射器将更深。如先前实例中用于1mm LED芯片的2x2阵列的单个+/-30度RAT反射器区段的总长度为6.2mm，这虽然为两倍厚但对于本发明的瓦片照明系统应用来说仍然可接受。使用图117中说明的多区段方法来更好地部署较窄的角RAT反射器以确保其仍大体上配合在瓦片6的主体厚度内。
图118是展示集成说明性四重区段RAT反射器3150与经修改型式的Osram的标准四芯片OSTARTM LED发射器3176的一个实际实例的透视图。并非如例如欧斯朗光学半导体公司等制造商商业上所做的那样近似于彼此接触来安装四个1mm LED芯片，本实例中将相同的四个芯片间隔开更远，以匹配于如图117中说明的对应反射器区段3152到3155的中心到中心间距。将两个安装块3178和3180附接到OSTARTM发射器的衬底3182，从而提供用于四重区段RAT反射器3150上的顶灯的巢套表面3168。
图118的实例仅是一个实例。其它形式的LED发射器也适合于与类似于本文实例的RAT反射器的实际集成。
图119是说明根据本发明瓦片照明系统的又一可嵌入垂直堆叠光分布引擎4的完整光产生部分3186的分解透视图。在此实例中，LED光发射器271是图118中介绍的说明性修改的四芯片OSTARTM发射器型式3176，其四个有意分离的LED芯片3188可见，通过螺钉3190和3091附接到说明性1″x 1″热传导电路板3194(具有任选的热传导元件3195)。在此实例中相关联光分布光学器件273包括四重区段RAT反射器3150、说明性发射器安装块3178和3180、任选的漫射窗3196以及具有30度带斜面输出孔口3200的说明1″x 1″底盘框架3198。在此说明性实例中，底盘框架3198为任选的漫射窗3196的边缘提供安装表面，所述边缘沿着导引线3201和3202被带到一起，同时沿着点绘导引线3203到3204附接到电路板3194。所说明的底盘框架附接方法是栓3205到3208，其经压制或热冲压到电路板3194中的对应孔3209到3212中。附接替代例包含胶粘、螺钉和其它常见的机械扣紧方法。任选的漫射窗3196是包括以下各项中的一者或一者以上的堆叠：清晰透明材料、具有散射中心以提供雾化的透明材料、表面漫射器、体积漫射器、全息漫射器和透镜薄片。“漫射”窗可改为或另外为光重定向窗，包含例如执行聚焦、分光和/或混合的透镜薄片等元件。
图120A是如本发明的光分布引擎4内的在图119中说明的说明性基于垂直堆叠RAT反射器的光产生模块3186的完整组装形式的透视图。此说明性元件是1″平方且17.7mm厚，遵循本发明瓦片系统的几何需要。
图120B是展示当施加DC电压时通过图120A中说明的垂直堆叠光产生模块3186沿着轴线111产生的清晰输出光束3220的透视图。在此实例中，DC电压施加于电路板3194上的连接到所包含LED芯片3188的正侧的电极，且接地接入连接到负侧。如图120B中所示的光束3220具有正方形横截面和大体上+/-30度x+/-30度的角范围，如上述所包含的四重区段RAT反射器3150所提供，且通过任选的漫射窗3196和底盘框架3198的带斜面输出孔口3200而透射。在其它情形中，任选的漫射窗3196的设计可经选择以有意加宽输出光束3220的角范围。在再其它情形中，可通过改变根据以上方程式7到12的RAT反射器3150的一个或一个以上RAT反射器区段的设计尺寸、同样如上所述的经透视缩短的反射器长度3164(见图117)或两者，来加宽输出光束3220的角范围。
此形式的光产生模块3186虽然在外部尺寸上小于先前光分布引擎实例(如图103到107和图110A到110E中)的相比较的光产生部分，但仍可以与那些先前实例类似的方式与相关联的电力调节和控制电子元件集成，其同样适于嵌入标准建筑物材料主体内，例如天花板、墙壁或地面中。
图121A是将四个光产生模块3186以线性方式说明性地并入有先前实例(例如，图110C和110D)的相同嵌入的电子电路部分1940(和嵌入板1941)的当前垂直堆叠形式的一个可嵌入光分布引擎4的背侧透视图。本实例采用成比例变小的底盘框架3230以容纳涉及的较小光产生模块，及其说明性相关联的散热片鳍状物3232(每个光产生模块一个，或每个光产生模块群组一个)。进行内部提供以确保每一LED发射器3176与散热片鳍状物3232之间的良好热接触。四个所包含的光产生部分3186安装在电路板3234(类似于上文的1952)上，电路板3234的电路层互连四个模块且提供互连垫以用于经由电极1958和1960与电子电路部分1940的接触。此特定可嵌入引擎的总体大小是129.6mm x 109.95mm x 18.7mm(即，约5″x 4″x3/4″)，但其有效照明孔口相当小，为94.4mmx 18.2mm(即，约4″x 3/4″)。
图121B是从图121A所示形式的可嵌入光分布引擎4的底板下方所见的透视图。任选的漫射(光重定向)窗3196以透明形式存在，以辅助每一模块中的下伏元件的可见性。
图122A是瓦片照明系统1的分解背侧透视图，其说明在基于瓦片的建筑物材料(说明性地为24″x 24″天花板瓦片6)的近似中心(点绘区3300)巢套此较小形状的光分布引擎4所需的嵌入细节3290。还包含嵌入特征3301到3306以用于相关联的DC电压和接地接入带3308和3310。嵌入特征3303是用于电子电路部分1940的嵌入板1941的巢套表面。嵌入特征3304是狭槽，通过所述狭槽，光从如此嵌入的光分布引擎4的输出孔口经过。在此情况下说明的嵌入过程几乎相同于针对图106的瓦片照明系统实施例所示的嵌入过程，其中引擎沿着点绘导引线3320到3322嵌入，且互连带是沿着点绘导引线3324到3327。在一组或两组散热片鳍状物(1950和3230)的附近在瓦片6的主体5内包含气流狭槽是任选的。且如本发明的所有先前实例中，嵌入单个瓦片元件(所包含实例中仅说明性地为24″x 24″瓦片单元)内的光分布引擎4的数目取决于所需的光量和照明分布。
图122B是图122A的透视图中所示的嵌入区3300的放大视图，用以确保针对此较紧凑类型的可嵌入光分布引擎适当视觉化说明性嵌入过程。
图123A是展示并入有图121A到121B的单个垂直堆叠光分布引擎的图122A到122B的+/-30度瓦片照明系统的4″x 3/4″照明孔口的从底板下方看的透视图。此实例采用单个基于RAT反射器的光分布引擎4，其包括如图117到122中描述的四个单独的光产生模块3186。仅为了说明目的展示边缘连接器304，其具有任选的T条悬挂系统连接突出片874(如图3H和图68到71中描述)。根据本发明的嵌入瓦片可为其它相当的建筑物材料，且可包括其它电连接构件。
图123B是当供应DC电压时且当共同嵌入的电子电路部分1940接收到来自系统的主控制器40(未说明)的接通状态控制信号时图123A的瓦片照明系统1提供的照明的透视图。在此特定实例中，存在四个空间上重叠的泛光灯光光束3350到3353，四个嵌入的光产生模块3186中的每一者产生一个光束，且每一光束具有在当前实例中预期的+/-30度x+/-30度角范围。(或者，每一光产生模块3186可独立地控制以用于希望如此做的应用。)当此特定照明系统1安装在高度3356处位于下方地面以上9英尺(108英寸)时，所得照明图案3358大体上为正方形，其具有沿着边缘3360为128.4英寸且沿着边缘3362为125.7英寸的横截面尺寸。微小的尺寸差异是由于此特定25.4mm x 94.43mm照明孔口3330的矩形纵横比(如图123A中所示)以及说明的一个子午线光束重叠。
图116到123的当前光分布引擎实施例由于其下伏的光学扩展量保留RAT发射器3150而具有实现已提供的本发明的所有薄外形光分布引擎实例的最高可能光效率的优点。通过提供于RAT反射器的内侧壁3112和3114上的适当高反射率(即，增强的银)涂层(如图116中)，已通过光学射线跟踪来模拟且通过测量实际原型的实验室性能来确认高于96％的总输出效率。即使当添加任选的漫射窗3196时，光产生模块3186的总光学通过量效率仍可高于90％。因此，当使用例如四芯片OSTARTM LED发射器3176时，当前一个引擎系统可提供冷白CCT(相关色温)照明2的大于2000的场流明。容易通过包含额外的光产生部分3186来增加总照明。此外，如同输出部分地取决于使用的LED发射器的开始性能的本发明所有其它实施例，此实施例的总输出性能将在总照明能力上增加，因为LED性能随着时间而增加。过去若干年中LED性能已经显著增加，且还将可能在若干年中继续显著增加。
以上提供的实例适于由良好界定的+/-30度照明光束服务的许多泛光灯光需要。而且通过使用较窄角RAT(或CAT)反射器3150，同一实施例也扩展到较窄角的工作灯光应用。图124A到124B中提供此变型的一个实例。
图124A是+/-30度RAT反射器3150的理想横截面与+/-12度RAT反射器3360的理想横截面的并排比较，两者均是针对1.2mm输入孔口3102的说明性情况。+/-12度RAT反射器3360具有理想长度3362L1(12)＝16.4mm，和理想输出孔口3364D1(12)＝5.77mm。+/-30度RAT反射器3150具有如上的理想长度3106L1(30)＝3.11mm，和理想输出孔口3104D1(30)＝2.4mm。尽管其超过5倍大的长度，但在本实例的光产生模块3186中仍存在刚好足够空间用于在无显著截断的情况下使用反射器3360。而且，在不实施说明的四重区段布置的情况下情况将不是这样。然而，使四个LED芯片之间的间距(例如，图119中的3188)必要地更宽。容易经由先前实例的OSTARTM型LED发射器封装的简单修正来适应此要求。
图124B是展示四重区段型式的+/-12度RAT反射器3360的基本内部薄壁形状3361的透视图。或者，四个反射性元件3364到3367可各自为具有类似形状的实心透明电介质材料，其外部边界表面支持全内反射的有利条件。
图125A是说明具有+/-12度输出的一个模制塑料(或电成形金属)四重区段RAT反射器部分3370(在此实例中单片形成)以及对应LED发射器3380的分解透视图。反射器的16个内部侧壁3372制作有镜精饰且在形成之后涂覆有高反射率金属膜(例如，增强的银或铝)，如上所述。反射器元件3370在此实例中沿着导引线3382到3385与四芯片LED发射器3380配合。四个1mm LED芯片中的三个3388到3390是可见的，且已布置有所示的适当的中心到中心间距3392，其匹配于反射器的输入孔口(未图示)之间的分离距离。作为可能的优选发射器实例中的恰好一个实例，说明性LED发射器3380是按照上文展示的如欧斯朗光学半导体公司制造的当前商业OSTARTM型号的设计来制作。在此原型说明中，安装板3400和安装框架3402已经扩大以匹配于反射器3370的模制外部。另外，电极(例如，所示的3404)已经定位成较靠近衬底3406的边缘，且保护二极管3408也更方便地移动。进行提供(但在此视图中未图示)以用于电极3389与其它电路元件的内部互连(例如，通过导电通孔、线结合、焊接线或焊接柔性电路)。图125A的实例也说明用于反射器-发射器附接的一个实际手段。安装支腿3410连同用于对称盘头螺钉3414的通孔一起形成于反射器3370的相对侧上，每一螺钉3414沿着导引线3383(及其隐藏的对应部分)穿过发射器衬底3406中的对应通孔3416以匹配于实际安装层上的带螺纹接纳孔。
图125B展示与图125A中给出的光分布引擎实例的组装形式的输出端稍微不同的透视图。四个说明性LED芯片3389到3391展示为在四重区段RAT反射器3370的对应四个输入孔口内位于中心。
由于此形式的反射器变得较深(从以上方程式7到14得到的几何形状和形状)，因此水平地、垂直地或水平且垂直地以多个部分或级形成所述反射器可能较为实际。本文说明的RAT反射器的多部分型式是从个别元件组装，所述元件在彼此接合时形成整体。作为一个实例，在深四侧反射器元件经对截(对半或穿过其对角线)的情况下涂覆所述元件的内侧壁3372且在组装之前涂覆每一半可能较容易。作为另一实例，反射器的最靠近LED芯片本身的高通量密度的部分可优选由金属而不是耐高温塑料制成，以便改善对长期暴露于相关联光能级的抵抗，同时另外来自LED的反射器部分可由塑料而不是金属制成以用于节约成本的目的。虽然在本发明的实际商业实施例中可利用多部分或多级反射器，但为了说明简单，将反射器3370说明为仅作为单片部分。
图125C是说明一个可嵌入+/-12度光产生模块子组合件实例3450的分解透视图，3450在形式上类似于图119中针对较短的+/-30度型式所示。除了说明性LED发射器3380和四重区段RAT反射器3370(具有可见的四重区段输入孔口3371)外，模块3450包括具有带螺纹附接构件3455的1″x 1″热传导电路板3454、具有说明性安装栓3458的说明性1″x 1″底盘框架3456、散热片鳍状物3460、具有任选的光散布膜薄片3464和3466的输出框架(或面板)3462以及内部膜保持框架3468。底盘框架3456类似于图119中所示的实例，但其具有对输出框架3462的不同提供。
模块3450的子组合件如先前针对图119中的类似构造所说明而继续，其中LED发射器3380沿着点绘导引线3470结合(且互连)到电路板3454，四重区段RAT反射器3350如图125A中所示沿着点绘导引线3382安装到发射器3380，且随后收紧到适当位置以借助于来自说明性附接构件3414和3455的压力而实现LED发射器3380与电路板3454之间的良好热接触。在收紧之前在视觉上实现LED芯片3388到3391(未图示)与RAT反射器四重区段输入孔口3371之间的对准。在此步骤之后，沿着点绘导引线(例如，3303)将底盘框架栓(例如，3458)插入提供于电路板3454上的保持孔(例如，3209)，且将散热片鳍状物3460附接到底盘框架3456的侧表面。输出框架3462沿着点绘导引线3472到3473的附接是任选的，包含在例如所示的双凸透镜型3464和3464等一个或一个以上光散布膜薄片的其保持框架3468内。输出框架3462连同某种形式的所包含膜堆叠3480(提供早先论述的漫射、灯光散射、光散布或光重定向功能)的使用提供了修整光产生模块的照明质量时的额外灵活性，且在此实例中逐个模块3450进行此使用。当使用时，沿着点绘导引线3476和3477安装冲切的膜薄片3480。
具有1.2mm输入孔口边缘长度3102的当前+/-12度RAT反射器是从如图119所示的其理想的16.4mm长度3362稍微截断(～3mm或20％)，不仅是为了更好地促进其嵌入本发明瓦片系统中，而且如早先论述是用以软化其角截止的锐度。已发现此较小长度改变对反射器的大体上正方形+/-12度远场光束图案的大体形状和均匀性具有极少的可注意到的影响。然而，不同于全长度RAT发射器的清晰亮度截止特性，在当前实例中应用的20％反射器长度减小提供了在某些灯光应用中优选的经软化下降(+/-2.5度，如通过方程式13到14所近似)。
图125D是在子组装之后图125C的单个+/-12度光产生模块3450的透视图，不同的是输出框架3462，其为了RAT反射器3370的四重区段输出孔口的视觉清楚而保留在分解图中。
图126A是根据本发明瓦片照明系统的要求形成的可嵌入光分布引擎实施例的背侧透视图，其并入含有图125A到125B的四重区段RAT反射器的四个+/-12度光产生模块3450，以及如先前实例中已说明的相关联电子电压控制1940的元件。四个光产生模块3450配合到图120A到120B的实例中介绍的确切相同的可嵌入底盘框架3230中，且通过电路板3490而保持电互连为一群组。如先前实例中，当将来自外部系统供应30(早先展示)的DC电压Vdc施加于正引擎电极1954且将接地接入施加于电极1956时激活引擎。来自引擎的光产生模块3450中的一者或一者以上的输出照明2随后取决于从系统主控制器40(早先展示)接收到的特定经解调控制信号而以指定输出级发射。
图126B是图126A的可嵌入光分布引擎实施例4的底侧透视图。已移除任选的光散布膜堆叠3480(图125C)以提供四个四重区段RAT反射器输出孔口的清楚视图。
图126C提供图126B的可嵌入四片段光分布引擎4的另一底侧透视图，其仅作为一个实例而展示接通的其四个光产生模块3450中的两者，和通过其中每一者形成的说明性不同的照明光束。提供此特定实例以说明此多片段光分布引擎4的角灵活性。当如先前实例中当前引擎嵌入瓦片材料6的主体中且根据本发明作为瓦片照明系统1的一部分操作时，较常见的操作模式将使全部四个发光模块3450提供同时具有相同角范围的集体照明2(如先前在图123B的实例中说明)。在引擎中为每一光产生模块布置不同光束图案(正方形、矩形、圆形或椭圆形)的能力使得能够修整来自每一引擎的集体(重叠)的照明以满足广范围的照明需要。
图126C的实例中的前方光束3494是由四元件模块群组中的第一光产生模块3450提供的输出照明，所述模块3450说明性地在其输出框架内不含光散布膜堆叠3480。因此，发射的+/-12度x+/-12度光锥体3494具有正方形横截面3496和在两个光束子午线中取决于其高度3502的边缘边界尺寸3498和3500。所示的高度为250mm(9.8英寸)，其比实际应用中将优选的情况更为靠近照明源。在此高度处光束的主要边缘尺寸3498和3500为约120mm x 120mm(4.7″x 4.7″)，如几何方程式15和16所确定，其中XBEAM表示边缘尺寸3498，YBEAM表示边缘尺寸3500，且H表示高度3502。
XBEAM～2D1+2(H Tan θ1)                                   (15)
YBEAM～2D2+2(H Tan θ2)                                   (16)
图126C的实例中的后方光束3510是从引擎4中的第四或最后光产生模块3450发射，且得自使用仅一个光散布膜薄片(即，图125C中展示的下部双凸透镜膜3464)。此+/-30度光散布说明仅是关于双凸透镜光散布方法可能的许多散布角的一个实例。在仅一个光散布膜3464工作的情况下，光束3510具有发射的+/-30度x+/-12度光锥体，其具有矩形(而不是正方形)横截面3512且在两个光束子午线中具有相关联的边缘边界尺寸3514和3516(在说明的250mm高度处为300mm x 120mm)。
此有利的矩形光散布行为是来源于在题目为“薄型照明系统”的第61/024814号美国临时专利申请案(第PCT/US2009/000575号国际阶段专利申请案)中介绍的抛物面形状双凸透镜的独特行为。在本发明内的有利使用也在图52到55和图80到81的早先实例中考虑。当透镜薄片的抛物面形状透镜元件(也称为柱状透镜)的顶点是指向合理地准直传入光(例如，小于约+/-15度的角范围)时，透射光仅在与薄片的圆柱体轴正交的子午线中散布，其根据方程式17和18，对于分别由聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)(n＝1.4935809)和聚碳酸酯(n＝1.59)制成的膜薄片具有全散布角φ(即，2θ)。在方程式17和18中SAG表示顶点高度且PER表示相关联透镜薄片中的每一柱状透镜的基底宽度。
φ＝172.24[SAG/PER]0.38-48.5                           (17)
φ＝203.15[SAG/PER]0.45-46.66                          (18)
当柱状透镜SAG为50微米且柱状透镜PER为166微米时，(SAG/PER)为约0.3，且根据方程式17的总光束角(φ)为60.5度且对应于所示的+/-30度角范围。
图126D是在从下方250mm照明的平面所见的图126C的可嵌入光分布引擎4的底侧上在与光产生部分3450相关联的四个输出孔口的线处直接向上看的平面图。在当前实例中，光束中心3522与3524(分别对于光束3494和3510)之间的分离距离3520(AY)为(P)(6D2)＝76.2mm，其中P为几何膨胀因数(在当前实例中为2.2)，其考虑了由四重区段RAT反射器的壁厚度占据的空间和模块底盘材料本身占据的空间。
图126E是与图126D中相同的平面图，但其是从下方远十倍的距离所见，例如从天花板安装的引擎下方9英尺(即，2743.2mm)的底表面所见。此视图假定图126C到126D的光分布引擎实例嵌入根据本发明瓦片照明系统制作的9英尺高天花板系统中。虽然当前实例的两个所得照明光束3494和3510仍具有76.2mm(3英寸)的相同功能分离距离，但下方底表面上的对应照明图案在此高度处足够大而变为近似重叠。在9英尺(即，2743.2mm)处，说明性+/-12度x+/-12度正方形光束3494具有横截面尺寸X′BEAM1＝Y′BEAM2＝1180.67mm(3.87英尺)，且+/-12度x+/-30度矩形光束3510具有横截面尺寸X′BEAM1＝3182.07mm(10.44英尺)和Y′BEAM2＝1180.67mm(3.87英尺)。
图126F是通过来自图126C的可嵌入光分布引擎内的一个四重区段RAT反射器3370的+/-12度x+/-12度照明光束3494在下方9英尺的模拟4米x 2米底表面上由光束3494产生的计算机模拟的1180mm x 1180mm远场光束图案3540。尽管存在四重区段RAT反射器3370的20％截断，但场图案3540几乎是理想的，仅在边缘处存在稍微的软化。
图126G是当图126F的系统中的四重区段RAT反射器已如上所述与如图126C到126D中所示经设计且定向以散布+/-30度的光的单个抛物面形状双凸透镜膜薄片3464组合时产生的计算机模拟的3200mm x 1180mm远场光束图案3546。朝向光加宽光分布的的相对末端的亮度稍微下降的不均匀性是传入光的+/-12度宽度的结果。当使用具有减小角范围的RAT反射器3370所需要时可实现全水平场上的较高空间均匀性。
图126F到126D中说明的场图案是使用由亚利桑那州图森市的Breault研究组织制作的商业射线跟踪软件产品ASAPTM高级系统分析程序(版本2006和2008)从图125A到125D中描述的四重区段光产生模块3450的现实建模对应物的模拟性能获得的。
在本发明的良好实践中使用的LED发射器3176可包含任一数目和几何分布的LED芯片3188，无论是以上的OSTARTM实例中包含的有效涂覆白色发光磷光体的蓝色LED，是其它OSTARTM发射器类型中的红、绿、蓝、淡黄和白色LED的混合物，还是例如具有载有磷光体的树脂填充的腔的LED发射器等完全不同的LED发射器设计。图125A中的LED芯片3388到3391可包含在如图示的单个框架支撑板3400内，或可包含在安装于类似的支撑板上的个别封装中。
为了说明的一致性，目前本发明的所有嵌入式瓦片照明系统实例均已使用一个或一个以上24″x 24″瓦片材料来说明，例如传统上在悬挂天花板中可能使用的那些瓦片材料。根据本发明使用的瓦片材料可恰好有用地包含除例如传统灰板等T条悬挂系统中悬挂的那些材料之外的天花板材料，且存在可在墙壁和底板中使用的广范围的相当薄外形建筑物材料。
详细描述良好地适于悬挂天花板系统的本发明的嵌入式瓦片照明系统实例的一个额外原因是与其相关联的显著环境和经济影响的可能。本发明的集成瓦片照明系统1不仅减小了天花板重量，进而减小了在地震灾难器件落下的灯具的危险，而且在施工现场交付之前被带到一起的嵌入式天花板瓦片元件的组合显著减少了灯光系统安装的劳力。
以上在图8到图10中概述了与本发明的嵌入式瓦片照明系统的制造路径相关联的过程步骤的实例。与传统的安装过程步骤相比，用于本发明的整个天花板系统的安装过程步骤的实例在图127中展示且在下文论述。常规实践和本发明的从设计到安装的顶层工艺流程的实例分别在图128A和图128B中展示且在下文进一步论述。
图127呈现同传统顶灯灯光系统安装工艺相关联的流程(左侧分支3600)与同由本发明的预制造瓦片照明系统实现的简化安装工艺相关联的一个可能流程(右边分支3602)的并排比较，且在此情况下，其主要应用于根据本发明的能够进行电力递送的天花板瓦片悬挂系统，如上文通过图3A到3C、图3F到3H和图68到71的实例所介绍。
传统的顶灯灯光系统安装工艺由图127的左边流程图分支3600典型化以用于普遍凹入的2′x 2′和2′x 4′荧光灯凹槽(如早先在图2B到2E中所示)。施工中的办公室建筑物由电气业者以高压AC导管预先布线(3604)，且精饰木工业者将T条瓦片悬挂系统栅格(如早先说明)进行墙壁到墙壁安装(3606)。在递送步骤3608中，将成捆的普通天花板瓦片面板单独递送到施工现场，例如个别封装的35 1b荧光灯凹槽。机械组装工人将所递送的荧光灯凹槽安装在指定的悬挂栅格位置中，从而并非通过瓦片悬挂系统自身而是通过从建筑物的结构天花板3610安装二级机械悬挂构件来支撑每一个别荧光灯凹槽的重量。电气业者返回到将高压布线连接到经安装的荧光灯凹槽，其为一般由熟练电工执行的过程3612。精饰木工业者接着返回到将无源天花板瓦片放置在未被荧光灯凹槽占据的悬挂栅格位置中，且安装在荧光灯凹槽栅格位置处所需的任何装饰片(3614)。相同的工艺流程适用于如图2A、2C到2E中的嵌灯灯具的安装且同样适用于常规灯具的组合。
由本发明的预制造的瓦片照明系统实现的简化安装工艺由图127的右边工艺流程3602说明。在此情况下，恰如同常规情况中那样，精饰木工业者使用标准实践将DC供电的T条瓦片悬挂系统栅格(如图3E到3H和图68到71中说明)进行墙壁到墙壁安装(3620)。在此特殊情况下，电气业者接着将低压DC和接地线仅连接到DC供电的悬挂栅格3622的外围，这是耗时比高压AC导管的安装3604少得多的过程。在步骤3624中将常规天花板瓦片的捆和灯光集成天花板瓦片的捆递送到施工现场。由于根据本发明的具有嵌入式灯光、控制和互连构件的瓦片具有与标准瓦片大约相同的厚度(和重量)，因此相关联递送过程3624可比常规递送过程3608有效得多。所述两个递送步骤由点绘线3623围绕。精饰木工业者遵照建筑物承包商和建筑师提供的蓝图规范，将两种类型的瓦片安装在指定位置(3626)。在步骤3622中安装标准瓦片悬挂系统的建筑物情况下，低压电缆到预先安装在嵌入式瓦片上的连接器的互连是足够直观的，使得可由不是电工的人通过简单地将预先安装的连接器搭扣在一起来进行连接。或者，电气业者可在其返回到施工现场进行系统计划以及切换和控制功能的安装时进行所述搭扣连接。
虽然图127中的左边和右边的工艺流程3600和3602涉及几乎相同数目的步骤，但如本发明所表示的集成系统3602的预制造的瓦片照明系统3624是在准备好将基本上由单个建筑业者安装的状态下到达施工现场，而传统的系统3600需要较显著的施工现场准备(3604)、较大量的递送负担(3608)，且需要熟练电工来电连接所涉及的灯具(3612)。而集成灯具系统3602中的瓦片(无论是平的还是嵌入的)下落到栅格或悬挂上层结构中(3626)(且如果未立即连接到与栅格的触点上，那么简单地插入预先安放的低压DC电力线中(3622))。或者，常规瓦片和不带其光分布引擎的灯光集成瓦片两者的天花板瓦片安装可通过单个装运和安装阶段来实现(如以上图46到52的实例中)。随后，在所有施工完成之后的单个操作中，电气业者(且可能有木工业者)(3626)可将光分布引擎搭扣到瓦片中(例如，图51)，搭扣到电力连接中，且对切换和控制功能进行编程。在当前实践流程3600中，在施工过程的各个阶段期间需要电气业者数次单独到场。
图128A表示与传统天花板和顶灯灯光系统相关联的从设计到最终使用的顶层工艺流程。天花板材料、照明设备(即，例如荧光灯凹槽、嵌灯或轨道安装元件等灯具)及其相关联的控制电子元件各自是通过设计(3701、3711和3721)、制造(3702、3712和3722)、组装(在3713的多部分照明设备和3723的控制电子元件的情况下)和安装(3704、3715和3725)的步骤，沿着单独分支3700、3710和3720来处理，之后最终在3730中作为可编程且可使用的天花板和照明系统而一起服务。
图128B展示由本发明的经内聚设计(3800)的嵌入式瓦片照明系统1所实现的类似的顶层工艺流程用于比较。在此情况下，整个制造和安装过程从开始到结束是系统定向的，以嵌入式瓦片照明系统的全局计划设计步骤3800开始，所述系统并入了所有必要的系统元件，包含天花板材料(例如，灰板或天花板瓦片的区段)、例如上文介绍的薄外形光分布引擎4等可嵌入薄型照明设备，及其相关联的控制电子元件1940(例如，传感器电路、电力调节电路和专用集成电路，如上所述)。在整合设计步骤3800之后，指定的个别瓦片照明系统组件的制造优选沿着多个制造路径(即，针对每一部分或类似的部分群组的制造厂商)3801到3803来执行，恰如图128A的常规流程中那样(如3702、3712和3722中)。然而主要差异在于，不同于图128A的常规工艺流程，图128B的整合工艺流程提出了内聚且总体的制造规范3800内的所有组件制造子步骤以实现完成的准备好在现场安装和使用的嵌入式(瓦片照明)系统。制成的组件是根据单个材料清单中的计划来组合，其促成最终组装和测试3804。将完成品连同涉及的其它常规建筑物材料一起递送(3805)到需要其的施工现场且进行安装(3806)。
传统实践是单独地设计与其相关联的建筑物材料、照明设备和控制电子元件，如图128中由通过三个单独分支3700、3710和3720中的每一者中的第一步骤说明。对于传统系统，分支3700的天花板材料(例如，石膏天花板瓦片或灰板面板)首先经设计，其中主要结构、热和声性能是支配性的因素。常规步骤3701或3702中没有考虑其与灯具、照明设备或电力布线一起使用。分支3710内的照明设备是沿着其自身的开发路径独立地设计(3711)以与现存的建筑物材料和建筑物材料支撑系统一起工作。作为一个实例，嵌灯经设计(3711)以配合穿过所使用的常规天花板瓦片或灰板中的手切孔，其中检修孔是在天花板安装的现场处手动切割，且悬挂线附接到上方的建筑物结构(3715)。作为另一实例，荧光灯凹槽经设计(3711)以配合在灰板中切割的孔内或作为对普通天花板瓦片的代替，从而配合到相关联的悬挂格栅中的标准大小空间(例如2′x2′和2′x4′)中(3715)。且如嵌灯的情况中，块状荧光灯凹槽尽管其在现存天花板瓦片悬挂格栅中预先定位，也常常需要附接到上方结构天花板的额外悬挂构件(3715)。对分支3710的照明设备进行供电、切换和调整照明等级(如果可行)所需的分支3702的控制电子元件(例如，开关和调光器)也是独立设计(3721)的，但目的是与现存照明设备一起使用，且与使用其的建筑物中可用的普遍的高压AC电力递送基础结构一起使用。图128A的传统系统中的建筑物材料3701、照明设备3711和控制电子元件3721的设计各自由大体上不同的设计业者(即，不同的工业、商业实体或专家)执行，常常具有最少(如果有)的协同合作。此方法允许业者独立地工作，但代价是材料成本增加、由于低效带来的成本增加，以及由于较长期的施工时间表带来的成本增加。
然而与本发明的嵌入式(瓦片照明)系统1相关联的设计实践通过所涉及的完整的设计协调而区别于常规实践，从建筑物材料、瓦片、板或面板到与嵌入式照明设备、控制电子元件和互连构件的材料集成，所述协调是如图128B的最上部框3800中表示通过单个(嵌入式照明系统)设计业者或者通过天花板材料、照明设备和控制电子设计业者在嵌入式系统设计业者的指导下的合作。虽然所使用的建筑物材料的根本化学组成可保持与当今常用的其它天花板材料相同，但其也可具有经修改的形状因数、形状和组成，从而有助于其实现的新型顶灯灯光应用，包含经修整以配合于例如图32到33中和随后的实例(3801)中说明的特定照明设备和特定控制电子元件的互补设计形状因数。(待集成部分的)此互补设计目的3800带来较合意的瓦片照明系统性能属性，例如较薄(使天花板上方的实用(或通风)空间最小)且轻重量(使对重量支撑基础结构的需要最少)。
如先前所述，个别瓦片照明系统组件的制造可在设计步骤3800之后沿着点绘过程框3810中体现的多个路径执行，类似于图128A的并入3702、3712和3722的情况。举例来说，天花板瓦片公司可承包制造特定的天花板瓦片设计，且可从LED制造公司购买LED发射器，可向注射模制商承包塑料光导光学器件等等，直到设计3800指定的所有部分均具有相关联的供应商为止。在步骤3800中界定的协调材料清单上的所有部分经制造且供应之后，优选例如图128B中预期在运输(3805)到最终用户现场(即，施工现场)之前(或在特殊情况下，在其之后)将制成的部分3801、3802和3803组装(3804)到嵌入式系统中。或者，某些组装，例如将电子控制元件嵌入天花板材料和/或嵌入照明设备，可在运输之前发生，而例如将照明设备搭扣到天花板材料中等其它步骤可在施工现场进行。无论如何，最终结果是由天花板材料、照明设备和控制电子元件(包含任何控制相关的反馈元件，例如传感器)组成的集成系统，其准备好在施工现场进行安装(3806)，无论是例如作为将放置于悬挂格栅中的嵌入式瓦片照明系统还是又例如作为将附加到现存天花板支柱的嵌入式灰板面板中灯光系统。
如图128B中在安装3806之前组装(3804)系统实现了较具成本效益的运输(向施工现场的较少装运)和具时间/成本效益的安装(较少的安装步骤)。这是在上文论述且在图127的并排工艺流程比较中展示。举例来说，本发明的具有嵌入式光分布引擎(或薄照明设备)的瓦片以及电力控制电子元件和用于电连接的构件(即，电有源瓦片)可在与无源瓦片相同的装运中运输(3805)，且与无源瓦片在同时且由相同的天花板安装业者安装到天花板支撑结构中(3806)，其中有源瓦片的电力连接将由电气业者执行(或至少进行检查)。此外，如果系统重量轻且薄，如本文描述的所有那些系统一样，那么可针对传统工艺进一步减少装运和安装时间/成本，因为装运成本通常与装运的重量和大小成比例，且对于需要额外结构加强的较重材料的安装时间/成本常常较高。
在传统实施例和本发明的实施例中，假定施工现场经预先布线以便于电气业者检修电力，且由天花板或一般施工业者预先安装天花板支撑结构(例如将接纳天花板瓦片的悬挂格栅或将接纳灰板附着的支柱)。然而，如果本发明的嵌入式瓦片照明系统由低压DC供电，如本文描述的所有系统那样，那么由于不需要许多国家(包含美国)通过法规批准的高压电力传输所需要的较重的高压AC导管而可减少安装时间和成本。这些最先的安装时间/成本可在天花板结构由DC电气化天花板格栅组成的情况下进一步减少，例如先前描述且例如在图3A到3H中说明，其中预布线电力连接点仅需要安放到格栅结构的某些点且不直接安放到每一有源瓦片。
此外，本文描述的系统由于其不需要笨重的AC导管且由于如图128B中在安装之前将关键组件嵌入天花板材料中而因此实现了在施工现场较大数目的可控制照明设备(还有光分布引擎和光分布引擎的群组)的较容易、较快且较具成本效益的安装。较大数目的经安装照明设备又实现了较大数目的灯光功能(例如，如图1D和101中说明)、使暗淡或阴暗区域最小的光覆盖增加，以及由于仅使必要的灯在必要的亮度下接通的增加灵活性带来的较多电力节省的选项。
应注意，图128B的顶层工艺流程和本文的相关联详细描述说明了从图128A的传统顶层流程及其相关联描述的若干改变和优于其的优点。这些改变中的每一者单独地且以任一组合都是本发明的目的。
本发明预期任一机器可读媒体上的用于实现其操作的方法、系统和程序产品。本发明的实施例可使用现存的计算机处理器或通过为此目的或另一目的并入的专用计算机处理器或硬连线系统来实施。
如上所述，许多实施例包含程序产品，程序产品包括用于载运或其上存储有机器可执行指令数据结构的机器可读媒体。此些机器可读媒体可为可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器存取的任一可用媒体。举例来说，此机器可读媒体可包括RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以用机器可执行指令或数据结构的形式载运或存储所需程序代码且可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器存取的任一其它媒体。当信息经由网络或另一通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)传送或提供到机器时，所述机器适当地将连接视为机器可读媒体。因此，任何此类连接可适当地称为机器可读媒体。以上的组合也包含在机器可读媒体的范围内。机器可执行指令包括例如致使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或功能群组的指令和数据。
实施例可在可由程序产品实施的方法步骤的一般上下文中描述，程序产品包含例如呈由联网环境中的机器执行的程序模块的形式的机器可执行指令，例如程序代码。大体上，程序模块包含执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。机器可执行指令、相关联的数据结构和程序模块代表用于执行本文揭示的方法的步骤的程序代码的实例。可执行指令(或相关联数据结构)的特定序列代表用于实施此些步骤中描述的功能的对应动作的实例。
本文描述的许多实施例可使用到一个或一个以上具有处理器的远程计算机的逻辑连接来在联网环境中实践。逻辑连接可包含局域网(LAN)和广域网(WAN)，其在此处借助于实例而非限制来呈现。此联网环境在办公室或企业范围的计算机网络、内部网和因特网中是常见的，且可使用广泛多种不同的通信协议。所属领域的技术人员可了解，此些网络计算环境可通常涵盖许多类型的计算机系统配置，包含个人计算机、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费型电子设备、网络PC、微型计算机、大型计算机等等。本发明的实施例也可在分布式计算环境中实践，其中任务是由通过通信网络链接(通过硬连线链路、无线链路或通过硬连线或无线链路的组合)的本地和远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程存储器存储装置中。
用于实施本发明的总体系统或各个部分的示范性系统可包含呈计算机形式的通用计算装置，包含处理单元、系统存储器和将包含系统存储器的各种系统组件耦合到处理单元的系统总线。系统存储器可包含只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机还可包含用于从磁硬盘进行读取和向其写入的磁硬盘驱动器、用于从可装卸磁盘进行读取和向其写入的磁盘驱动器，和用于从例如CD-ROM或其它光学媒体等可装卸光盘进行读取和向其写入的光盘驱动器。驱动器及其相关联的机器可读媒体提供了机器可执行指令、数据结构、程序模块和用于计算机的其它数据的非易失性存储。
已为了说明和描述的目的呈现了本发明的实施例的上述描述。不希望其为详尽的将本发明限于所揭示的精确形式，且鉴于以上教示，修改和变化是可能的，或可从本发明的实践中获得。选择和描述实施例以便阐释本发明的原理及其实践应用，以使得所属领域的技术人员能够在各种实施例中且以适于预期特定用途的各种修改来利用本发明。

Claims (56)

1.一种天花板和灯光系统，其包括：
一个或一个以上天花板瓦片，其具有：一个或一个以上凹座，所述凹座至少部分地延伸穿过每一所述天花板瓦片的主体；一个或一个以上薄型光分布引擎，其包括一个或一个以上紧凑光发射器、一个或一个以上紧凑散热片以及一个或一个以上紧凑光分布光学器件，所述光分布光学器件收集来自所述紧凑光发射器的光且将所述光重定向到一个或一个以上定向输出照明束中，每一所述一个或一个以上薄型光分布引擎嵌入于一个或一个以上所述天花板瓦片中的所述一个或一个以上凹座中的一者中，使得每一所述一个或一个以上薄型光分布引擎的输出孔口对准，使得所述一个或一个以上定向输出照明束大体上传输到所述天花板瓦片下方的空间，所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的整体大体上配合在所述天花板瓦片的所述主体内，从而需要很少或不需要所述天花板瓦片上方的增压空间，
一个或一个以上电子电路，其嵌入到所述一个或一个以上天花板瓦片的所述一个或一个以上凹座中，所述一个或一个以上电子电路经配置以传输和控制传递到所述一个或一个以上薄型光分布引擎且从所述一个或一个以上薄型光分布引擎传递来的电流，所述一个或一个以上电子电路大体上安置在形成于所述天花板瓦片的所述主体内的所述一个或一个以上凹座中，从而需要很少或不需要所述天花板瓦片上方的增压空间，
一个或一个以上瓦片上电力传送元件，其嵌入到所述一个或一个以上天花板瓦片的所述主体中，所述一个或一个以上瓦片上电力传送元件与所述一个或一个以上电子电路和所述一个或一个以上薄型光分布引擎相关联，所述瓦片上电力传送元件大体上安置于所述主体或所述天花板瓦片内，从而需要很少或不需要所述天花板瓦片上方的增压空间，
一个或一个以上电连接器元件，其嵌入到所述一个或一个以上天花板瓦片的所述一个或一个以上凹座中，所述一个或一个以上一个或一个以上电连接器元件进一步与一个或一个以上电子电路以及所述一个或一个以上薄型光分布引擎上的一个或一个以上电力接入端子电接触，
以及附加元件，所述附加元件用于将所述一个或一个以上电子电路、所述一个或一个以上瓦片上电力传送元件、所述一个或一个以上电连接器元件、所述一个或一个以上电力接入端子以及所述一个或一个以上薄型光分布引擎附加到彼此和/或附加到所述一个或一个以上天花板瓦片的所述一个或一个以上凹座。
2.根据权利要求1所述的天花板和灯光系统，其进一步包括：
外部低压DC电力供应，
供应到瓦片电力递送元件，其从所述外部低压DC电力供应进行供应，实现流动到嵌入所述一个或一个以上天花板瓦片的所述主体的所述一个或一个以上电连接器元件和从所述一个或一个以上电连接器元件流动的电流的高效率传输，
主控制器，其由以下部分组成：接收第一电信号的构件、处理所述电信号的构件以及广播第二电信号来源的构件，其提供传输到嵌入所述一个或一个以上天花板瓦片的所述主体中的所述一个或一个以上电子电路的控制指令，所述控制指令另外设置传递到所述一个或一个以上电子电路所连接到的所述一个或一个以上薄型光分布引擎和从所述一个或一个以上薄型光分布引擎传递的所述电流的电平。
3.根据权利要求2所述的天花板和灯光系统，其进一步包括悬挂天花板格栅，所述悬挂天花板格栅由接纳和支撑所述天花板瓦片的悬挂杆/支柱组成。
4.根据权利要求3中任一权利要求所述的天花板和灯光系统，其进一步包括一个或一个以上无源天花板瓦片，所述一个或一个以上无源天花板瓦片不具有嵌入元件，也不具有用于接纳所述嵌入元件的凹座。
5.根据权利要求4所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上无源天花板瓦片是通过与安装具有所述一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片的方法相同的方法安装到所述悬挂天花板格栅中。
6.根据权利要求1所述的天花板和灯光系统，其中一个或一个以上薄型光分布引擎、一个或一个以上电子电路以及一个或一个以上电力连接元件被应用于具有一个或一个以上凹座的所述天花板瓦片中的每一者，从而得到完全组装的瓦片系统单元，其经配置以作为所述完全组装的瓦片系统单元被输送到且安装在所述悬挂天花板格栅内。
7.根据权利要求2所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上天花板瓦片包括具有至少部分地延伸穿过每一天花板瓦片的所述一个或一个以上凹座的多个天花板瓦片。
8.根据权利要求7所述的天花板和灯光系统，其进一步包括一个或一个以上瓦片到瓦片电力互连元件，其中所述一个或一个以上瓦片上电力传送元件进一步包含一个或一个以上瓦片上电力输入元件、一个或一个以上瓦片上电力传输元件以及一个或一个以上瓦片上电力输出元件，其中所述一个或一个以上瓦片上电力传输元件中的至少一者将电流流动从所述一个或一个以上瓦片上电力输入元件中的一者传输到所述一个或一个以上瓦片上电力输出元件中的一者，每一所述瓦片到瓦片电力传输元件将电流流动从所述一个或一个以上瓦片上电力输出元件中嵌入所述一个或一个以上瓦片的一者中的一个瓦片上电力输出元件传送到所述一个或一个以上瓦片上电力输入元件中嵌入邻近于所述一个或一个以上瓦片的瓦片中的一个瓦片上电力输入元件。
9.根据权利要求8所述的天花板和灯光系统，其中所述瓦片到瓦片电力互连元件为短电缆，所述短电缆将所述一个或一个以上瓦片中的一者上的所述一个或一个以上电力输出元件连接到邻近于所述一个或一个以上瓦片的所述瓦片上的所述一个或一个以上电力输入元件。
10.根据权利要求3所述的天花板和灯光系统，其中所述悬挂天花板格栅的结构元件中的一些或所有结构元件充当所述供应到瓦片电力递送元件的子组，使得其它电力递送元件将所述电流流动从所述外部低压DC电力供应传输到所述悬挂天花板格栅上的连接点，且接着所述悬挂天花板格栅本身将所述电流流动从所述连接点运载到具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片上的所述一个或一个以上电力输入元件。
11.根据权利要求2所述的天花板和灯光系统，其中所述供应到瓦片电力递送元件与嵌入具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的所述一个或一个以上薄型光分布引擎上的电力输入和电力输出端子电连接。
12.根据权利要求2所述的天花板和灯光系统，其中所述供应到瓦片电力递送元件为终接于电连接器中的电缆，所述电连接器直接插到用于嵌入具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的所述电缆的电插座和设置为远离所述一个或一个以上薄型光分布引擎嵌入其中的所述一个或一个以上凹座的电插座凹座中。
13.根据权利要求2所述的天花板和灯光系统，其中每一所述一个或一个以上电子电路布置在具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的每一者上，以将对应于所述电流的电平的受控量的电流流动提供到嵌入所述一个或一个以上凹座中的一个或一个以上薄型光分布引擎，所述一个或一个以上电子电路包含一个或一个以上电压调节电路、一个或一个以上电流控制电路以及一个或一个以上控制信令电路，所述一个或一个以上电压调节电路为所述一个或一个以上电流控制电路且为一个或一个以上控制信令电路提供经调节的DC电压电平，所述一个或一个以上控制信令电路包括经布置以接收和处理由所述主控制器广播的对应于所述第二电信号的控制信号的控制信号接收器电路，且将控制指令输出到所述一个或一个以上电流控制电路，所述控制指令使所述一个或一个以上电流控制电路能够以所述控制指令指定的所述电流的所述电平将所述受控量的电流流动提供到所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者，且所述一个或一个以上控制信令电路进一步包含控制信号发射器电路，所述控制信号发射器电路经布置以便以规则的时间间隔将信息信号广播到对应于所述第一电信号来源的所述主控制器。
14.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中包含在每一所述一个或一个以上电子电路内的所述电流控制电路中的一者将所述一个或一个以上电子电路连接到的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的唯一数字地址作为所述信息信号的一部分来广播。
15.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电流控制电路中的一者以所述规则的时间间隔广播包含所述一个或一个以上电子电路连接到的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的数字群组地址的所述信息信号，所述群组地址表示将所述一个或一个以上薄型光分布引擎指派给所述一个或一个以上薄型光分布引擎的特定分组。
16.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电流控制电路中的一者以所述规则的时间间隔广播包含所述一个或一个以上电子电路连接到的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的操作电流电平的所述信息信号。
17.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电流控制电路中的一者以所述规则的时间间隔广播包含所述一个或一个以上电子电路连接到的其所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的操作亮度等级的所述信息信号。
18.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电流控制电路中的一者以所述规则的时间间隔广播包含所述一个或一个以上电子电路连接到的所述一个或一个以上薄型光分布引擎的每一单独操作部分的操作电流电平的所述信息信号，从而产生具有不同角范围的所述定向输出照明束。
19.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上控制信令电路中的一者以所述规则的时间间隔广播包含所述一个或一个以上电子电路连接到的所述一个或一个以上薄型光分布引擎的每一单独操作部分的亮度等级的所述信息信号，从而产生具有不同角范围的所述定向输出照明束。
20.根据权利要求13到19中任一权利要求所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上控制信令电路以所述规则的时间间隔广播所述信息信号，作为对包含于从所述主控制器接收到的所述控制信号中的信息的请求的直接响应。
21.根据权利要求14到15中任一权利要求所述的天花板和灯光系统，其中所述主控制器以对应于所述一个或一个以上薄型光分布引擎的系统中的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的数字地址的参考状态来开始所述控制信号的每一广播，使得接收到所述控制信号的所述控制信令电路中的每一者能够辨识连接到其的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的所述数字地址，且可由此仅处理从所述主控制器接收到的所述控制信号中指向其所连接到的每一所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述数字地址的那些部分。
22.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电压调节电路中的每一者和所述一个或一个以上电流控制电路中的每一者连接到所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的一者，且与所述所连接的薄型光分布引擎嵌入同一凹座中。
23.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电流控制电路中的每一者连接到所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的一者，且大体上与所述所连接的薄型光分布引擎嵌入同一凹座中，且所述一个或一个以上电子电路的未嵌入部分，包括所述一个或一个以上电压调节电路和所述一个或一个以上控制信令电路，嵌入所述每一瓦片内的空间上不同的位置中。
24.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电流控制电路中的每一者连接到且大体上为所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的一者，且大体上与所述所连接的薄型光分布引擎嵌入同一凹座中，且所述一个或一个以上电子电路的所述未嵌入部分，包括所述一个或一个以上电压调节电路和所述一个或一个以上控制信令电路，嵌入由具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的每一者上的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的一者占用的凹座中。
25.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电子电路中的每一者连接到具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的每一者内的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的一者，且与所述每一薄型光分布引擎嵌入同一凹座中。
26.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述一个或一个以上电子电路中的每一者连接到具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片的每一瓦片内的一个所述一个或一个以上薄型光分布引擎，且嵌入与所述每一瓦片内的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的任一者在空间上不同的位置中。
27.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述主控制器产生所述第二电信号来源，其将所述控制指令广播到作为嵌入式元件驻存在具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的每一者内的所述一个或一个以上电子电路中的每一电子电路，其中所述每一电子电路由此通过将所述电平的所述电流供应到占用所述每一电子电路已电连接到的所述凹座的所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者来接收、处理所述控制指令并对所述控制指令起作用。
28.根据权利要求27所述的天花板和灯光系统，其中所述控制指令包含分别寻址到其输出光级为“断开状态”与“接通状态”之间的中间状态的所述一个或一个以上一个或一个以上薄型光分布引擎中其输出光级将处于对应于大体上为零的所述电流的所述电平的所述“断开状态”的所述一个或一个以上一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的命令；
分别寻址到输出光级为所述“断开状态”与所述“接通状态”之间的中间状态的所述一个或一个以上一个或一个以上薄型光分布引擎中其输出光级将处于对应于大于零的所述电流的所述电平的所述“接通状态”的所述一个或一个以上一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的进一步命令。
29.根据权利要求13所述的天花板和灯光系统，其中所述主控制器从选自包含以下各项的所述信令装置的群组的信令装置接收所述第一电信号：电开关、键盘、小键盘、发射光束的遥控器、发射射频信号的遥控器、运动检测器、经由网络连接接收到的电子消息、从微处理器接收到的电子消息，以及如由嵌入具有一个或一个以上凹座的所述一个或一个以上天花板瓦片中的每一者中的所述电子电路内的所述控制信号电路广播的所述信息信号。
30.根据权利要求2所述的天花板和灯光系统，其中嵌入所述一个或一个以上天花板瓦片的所述一个或一个以上凹座内的所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述紧凑光发射器中的一者或一者以上具有平坦的主要光发射输出孔口，其经配置以大体上将光发射到2π球面度或小于2π球面度的立体角中，其中所发射的光大体上关于垂直于所述输出孔口的平面的平均指向轴向对称。
31.根据权利要求30所述的天花板和灯光系统，其中所述紧凑光发射器为半导体或有机发光二极管(LEDS)。
32.根据权利要求30所述的天花板和灯光系统，其中所述紧凑光发射器为荧光发射装置或微等离子体发射装置。
33.根据权利要求30到32中任一权利要求所述的天花板和照明系统，其中所述紧凑光发射器的所述平坦的主要光发射输出孔口大体上定向成垂直于对应的所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述输出孔口，所述一个或一个以上薄型光分布引擎内的所述光分布光学器件可分为第一光学群组和第二光学群组，使得每一光学群组致使所述光的所述平均指向改变，所述第一光学群组经配置以充分收集来自所述紧凑光发射器的所述光，且引起与所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述输出孔口的所述平面平行的平面内大体上九十度的第一改变，且所述第二光学群组经配置以充分收集来自所述第一光学群组的光，且引起对与所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述输出孔口的所述平面垂直的平面内大于零度且小于一百八十度的所述指向的第二改变，所述第二改变产生输出光分布的最终指向，所述输出光分布退出所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述输出孔口。
34.根据权利要求33所述的天花板和照明系统，其中所述第一光学群组允许所述光沿所述原始指向横移相当大的长度，同时连续地或在若干离散包中使所述光转向，使得所述经转向的光在平行于所述光的所述原始指向的维度中比在原始来源的维度的任一者中横跨显著较大的范围，由此具有比所述来源的照度显著较低的平均照度。
35.根据权利要求33所述的天花板和照明系统，其中所述第二光学群组经配置使得所述光沿所述光进入所述第二光学群组后即刻具有的所述指向横移相当大的长度，同时连续地或在若干离散包中使所述光转向，使得所述经转向的光在平行于所述光进入所述第二光学群组后即刻具有的所述指向的维度中比在所述原始来源的维度的任一者中横跨显著较大的范围，由此具有比所述来源的所述照度显著较低的平均照度。
36.根据权利要求33所述的天花板和照明系统，其中所述第一光学群组包括：
光收集和准直光学器件，其具有大小和位置经设计以使得光源所发射的大体上所有光均被收集的输入孔口，
光导引光学器件，其借助于沿其长度提取而接收来自所述光收集和准直光学器件的光，其长度沿所述所收集的光的指向而定向，
光学转向结构，其横跨所述光导引光学器件的提取区的长度，使得大体上所有所述所提取的光均转向，
光保持反射器，其经定位以防止任何显著量的光从除所述第一光学群组的所述输出孔口之外的任何区域逸出。
37.根据权利要求36所述的天花板和照明系统，其中所述光收集和准直光学器件为具有光收集输入孔口的光学扩展量保全反射器，所述光收集输入孔口在为正方形的情况下边缘尺寸为x1乘x1；在为矩形的情况下边缘尺寸为x1和y1；且在为圆形的情况下直径为d1，所有这些均与所述紧凑光发射器的所述平坦的主要光发射输出孔口的大小和形状紧密匹配，且光发射输出孔口与所述光导引光学器件的对应光接收输入孔口紧密匹配，所述光发射输出孔口在为正方形的情况下边缘尺寸为X1乘X1；在为矩形的情况下为X1乘Y1；且在为圆形的情况下为D1，通过在每一点处满足正弦定律来控制所述光学扩展量保全反射器的所述光收集输入孔口与所述光发射输出孔口之间的反射侧壁，其对于所涉及的正方形、矩形和圆形孔口为x1～X1Sinθ1、y1～Y1Sinθ2和d1～D1Sinθ1，假定所述光收集输入孔口大体上在+/-90度内接收所述光，且当所述光收集输入孔口和所述光发射输出孔口均为正方形时，所述光发射输出孔口发射具有方锥+/-θ1乘+/-θ1的光束，当所述光收集输入孔口和所述光发射输出孔口中的一者为矩形时，所述光发射输出孔口发射具有方锥+/-θ1乘+/-θ2的光束，且当所述光收集输入孔口和所述光发射输出孔口均为圆形时，所述光发射输出孔口发射具有圆锥+/-θ1的光束。
38.根据权利要求36所述的天花板和照明系统，其中所述光收集和准直光学器件为所述光导引光学器件的输入端。
39.根据权利要求36所述的天花板和照明系统，其中所述光导引光学器件为一侧上具有带小面微结构的矩形光管，所述带小面微结构经配置以通过全内折射来使光转向，从而引导光穿过所述光管的主体且从所述光管的相对侧出来，所述带小面微结构由此充当主要提取构件且充当光学转向结构。
40.根据权利要求36所述的天花板和照明系统，其中所述光导引光学器件为由在沿其长度的一个维度中变窄的透明电介质媒介形成的四侧光管，所述维度大体上平行于所述光在转向之后的所述指向，使得所述光管的朝所述第二光学群组安置的指定输出侧和相对侧沿所述管的长度朝彼此会聚，使得所述光管终接于显著窄于输入边缘的边缘中，从而在一个定向中形成三角形或梯形横截面，所述光管的所述变窄导致沿其长度的部分TIR失败，其充当将光提取到环绕或浸渍所述光管的电介质媒介的电介质媒介中的手段。
41.根据权利要求40所述的天花板和照明系统，其中所述光管在其指定输出侧和所述相对侧上均以空气为边界，使得所述光经由全内反射失败大体上同等地从所述光管的两个相对表面逸出；且进一步包括安置到所述管的所述相对侧的镜面反射表面，使得退出所述相对侧的光击中所述反射且重新进入所述光管，使得大体上所有的光最终均被提取出所述指定输出侧。
42.根据权利要求40所述的天花板和照明系统，其中所述光学转向结构为安置到所述光管的所述指定输出侧的光透射膜的带小面表面，所述膜的带小面表面朝所述光管安置且平坦表面移位远离所述光管，所述带小面表面经配置以借助于第一折射且接着借助于全内反射来使光转向。
43.根据权利要求40所述的天花板和照明系统，其中所述光学转向结构为光透射膜的带小面表面，所述带小面表面涂覆有反射性材料且安置为远离所述光管，所述膜具有朝所述光管安置的平坦透明表面，所述平坦表面经由低折射率或分数媒介光学耦合到所述光管，所述低折射率媒介具有相对于所述膜的折射率和所述光管的折射率的较低折射率，所述低折射率媒介导致大体上所有全内反射失败首先在所述光管的所述相对侧上发生，使得大体上所有所述光均行进穿过所述低折射率媒介且进入所述膜中，其中所述光击中所述膜的所述反射性带小面表面并转向，返回行进穿过所述低折射率媒介，穿过所述光管，且退出所述光管的所述指定输出侧。
44.根据权利要求35所述的天花板和照明系统，其中所述第二光学群组包括：
光收集和准直光学器件，其具有大小和位置经设计以使得从所述第一光学群组的所述输出孔口发射的大体上所有光均被收集的输入孔口，
光导引光学器件，其借助于沿其长度提取而接收来自所述光收集和准直光学器件的光，其长度沿所述所收集的光的指向而定向，
光学转向结构，其横跨所述光导引光学器件的提取区的长度，使得大体上所有所述所提取的光均转向，以及
光保持反射器，其用以防止几乎所有所述光从除所述第二光学群组的所述输出孔口之外的任何区域逸出。
45.根据权利要求44所述的天花板和照明系统，其中所述光收集和准直光学器件为所述光导引光学器件的输入端。
46.根据权利要求44所述的天花板和照明系统，其中所述光导引光学器件为具有带小面侧的矩形光导板，所述带小面侧经配置以通过全内折射使所述光转向，从而引导光穿过所述光导板的主体且从与所述带小面侧相对的侧出来，所述带小面侧由此充当主要提取构件且充当光学转向结构。
47.根据权利要求44所述的天花板和照明系统，其中所述光导引光学器件为在沿其长度的一个维度中变窄的光导板，所述维度大体上平行于第二光学群组的所述输出孔口的所述指向，使得所述光导板的朝所述一个或一个以上薄型光分布引擎的所述输出孔口安置的所述指定输出侧和相对侧沿所述板的长度朝彼此会聚，使得所述光导板终接于显著窄于所述输入边缘的边缘中，从而在一个定向中形成三角形或梯形横截面，所述光导板的所述变窄导致沿其长度的部分TIR失败，其充当提取手段。
48.根据权利要求47所述的天花板和照明系统，其中所述光导板在其指定输出侧和所述相对侧上均以空气为边界，使得光经由全内反射失败大体上同等地从两个表面逸出；且进一步包括安置到所述板的所述相对侧的镜面反射表面，使得退出所述相对侧的光击中所述反射器且重新进入所述光导板，使得大体上所有的光最终均被提取出所述指定输出侧。
49.根据权利要求47所述的天花板和照明系统，其中所述光学转向结构为安置于所述光导板的所述指定输出侧上的光透射膜的带小面表面，所述膜的带小面表面朝所述板安置且平坦表面移位远离所述板，所述带小面表面经配置以借助于第一折射且接着借助于全内反射来使所述光转向。
50.根据权利要求47所述的天花板和照明系统，其中所述光学转向结构为光透射膜的带小面表面，所述带小面表面涂覆有反射性材料，且所述带小面表面安置为远离所述光导板，所述膜具有朝所述光导板安置的平坦透明表面，所述平坦表面经由低折射率或分数媒介光学耦合到所述光导板，所述低折射率媒介具有相对于所述膜的折射率和所述板的折射率的较低折射率，所述低折射率媒介导致大体上所有全内反射失败首先在所述板的所述相对侧上发生，使得大体上所有所述光均行进穿过所述低折射率媒介且进入所述膜中，其中所述光击中所述膜的所述反射性带小面表面并转向，返回行进穿过所述低折射率媒介，穿过所述光导板，且退出所述光导板的所述指定输出侧。
51.根据权利要求30所述的天花板和照明系统，其中所述紧凑光发射器的所述输出孔口定向成大体上垂直于所述一个或一个以上薄型光分布引擎的最终输出孔口，所述光分布光学器件可分为第一光学群组和第二光学群组，所述第一光学群组经安置以收集从所述来源输出的所述光，且保全所述光的所述原始指向，所述第二光学群组经安置以收集来自所述第一光学群组的光，且引起对与所述一个或一个以上光分布引擎的所述输出孔口所界定的平面垂直的平面内大于零度且小于一百八十度的所述指向的改变，此第二改变产生退出所述一个或一个以上光分布元件的所述输出孔口的光分布的最终指向。
52.根据权利要求30所述的天花板和照明系统，其中所述紧凑光发射器的所述输出孔口定向成大体上平行于所述一个或一个以上光分布引擎的最终输出孔口，所述光分布光学器件大体上保全所述光的原始指向。
53.一种天花板和灯光系统，其包括：
一个或一个以上灰板薄片，其具有至少部分地延伸穿过所述灰板薄片的一个或一个以上凹座，
一个或一个以上薄型光分布引擎，其每一者包括一个或一个以上紧凑光发射器和一个或一个以上紧凑光分布光学器件，所述一个或一个以上紧凑光分布光学器件收集来自对应的一个或一个以上紧凑光发射器的光，且将所述光引导到一个或一个以上定向光分布中，使得所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的输出孔口与所述一个或一个以上凹座中的一者对准，且经配置以使得所述一个或一个以上定向光分布大体上被传输到所述灰板薄片下方的空间，所述一个或一个以上薄型光分布引擎中的每一者的整体大体上配合在所述灰板薄片内，从而需要很少或不需要所述灰板薄片上方的增压空间，
一个或一个以上电子电路，所述电子电路大体上安置在所述灰板薄片中，从而需要很少或不需要所述灰板薄片上方的增压空间，
一个或一个以上电力连接元件，所述一个或一个以上电力连接元件大体上安置在所述灰板薄片内，从而需要很少或不需要所述灰板薄片上方的增压空间，
以及附加元件，所述附加元件用于将所述电子电路、一个或一个以上电力连接元件以及薄型光分布引擎直接或间接地附加到所述灰板薄片。
54.根据权利要求53所述的天花板和灯光系统，其进一步包括：
低压DC电力供应，
供应到薄片电力传输元件，其将来自所述低压DC电力供应的电力传输到嵌入所述灰板薄片中的薄片上电力输入元件，薄片上电力传输元件将来自所述薄片上电力输入元件的电力传送到薄片上嵌入式电子电路和薄片上嵌入式薄型光分布引擎，
主控制器，其由以下部分组成：一个或一个以上用户输入装置，其进一步由收集从嵌入所述灰板薄片中的传感器电路和/或电子控制电路广播的信号和信息的接收器组成；一个或一个以上计算机实施的方法，其用以解译用户输入以及所述所广播的信号和信息；以及广播灯光命令的构件，所述灯光命令指令嵌入式集成控制电路关于向所述灰板薄片上的所述薄型光分布引擎的电力分布。
55.根据权利要求53所述的天花板和灯光系统，其进一步包括天花板托梁和灰板扣件，所述灰板薄片通过所述灰板扣件附加到所述天花板托梁。
56.根据权利要求53所述的天花板和灯光系统，其中将所述薄型光分布引擎、电子电路、一个或一个以上电力连接元件以及附加元件嵌入到灰板薄片中产生完全组装的瓦片系统单元，其可随后作为一个单元运输、作为一个单元安装到天花板中，且/或作为一个单元连接到电源，所述一个单元在其上方需要很少或不需要增压空间。
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