CN105164467A - 光波导以及包括该光波导的灯 - Google Patents

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Abstract

一种光波导包括光透射材料的本体，该光透射材料的本体由外边缘限定并且具有远远大于它的总厚度的宽度。该光透射材料的本体包括第一侧以及与第一侧相对的第二侧。内部耦合腔由与第二侧相交的表面限定并且从第二侧朝着第一侧延伸。该内部耦合腔设置为远离本体的边缘并且被配置为接收LED元件。该光透射材料的本体还包括包围内部耦合腔的第一光混合腔阵列以及设置在第一侧和第二侧中的一者上的提取零件。该光提取零件至少部分包围内部耦合腔。

Description

光波导以及包括该光波导的灯
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年1月30日提交的题为“OpticalWaveguide(光波导)”(克利案号P1961US0)的美国临时专利申请号61/758,660的权益，并且还要求2013年12月30日提交的题为“OpticalWaveguideBodiesandLuminairesUtilizingSame(光波导本体以及利用该光波导本体的灯具)”(克利案号P2143US0)的美国临时专利申请号61/922,017的权益。本申请还包括2013年3月15日提交的题为“OpticalWaveguides(光波导)”(克利案号P1946US1)的美国专利申请号13/842,521的部分继续申请，并且还包括2013年3月15日提交的题为“OpticalWaveguideandLampIncludingSame(光波导以及包括该光波导的灯)”(克利案号P1961US1)的美国专利申请号13/839,949的部分继续申请，并且还包括2013年3月15日提交的题为“OpticalWaveguideBody(光波导本体)”(克利案号P1968US1)的美国专利申请号13/841,074的部分继续申请，并且还包括2013年3月15日提交的题为“OpticalWaveguideandLuininaireIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”(克利案号P2025US1)的美国专利申请号13/840,563的部分继续申请，并且还包括2013年7月10日提交的题为“OpticalWaveguideandLuminaireIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”(克利案号P2025US2)的美国专利申请号13/938,877的部分继续申请，并且还包括2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguidesandLuminairesIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”(克利案号P2126US1)的美国专利申请号14/101,086的部分继续申请，并且还包括2013年12月9日提交的题为“WaveguideBodiesIncludingRedirectionFeaturesandMethodsofProducingSame(包括重定向零件的波导本体以及生产该波导本体的方法)”(克利案号P2130US1)的美国专利申请号14/101,132的部分继续申请，并且还包括2013年12月9日提交的题为“LuminairesUsingWaveguideBodiesandOpticalElements(使用波导本体和光学元件的灯具)”(克利案号P2131US1)的美国专利申请号14/101,147的部分继续申请，并且还包括2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguideAssemblyandLightEngineIncludingSame(光波导组件以及包括该光波导组件的光引擎)”(克利案号P2129US1)的美国专利申请号14/101,099的部分继续申请，并且还包括2013年12月9日提交的题为“SimplifiedLowProfileModuleWithLightGuideForPendant,SurfaceMount,WallMountandStandAloneLuminaires(用于吊悬、表面安装、墙面安装和独立灯具的具有光导的简化的低剖面模件)”(克利案号P2141US1)的美国专利申请号14/101,129的部分继续申请，并且还包括2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguideandLampIncludingSame(光波导以及包括该光波导的灯)”(克利案号P2151US1)的美国专利申请号14/101,051的部分继续申请，所有这些申请都由本申请的受让人拥有，并且将其公开内容结合于此以供参考。
关于联邦政府赞助的研究或发展的引用
不适用
顺序列表
不适用
本发明的技术领域
本发明的主题涉及光波导(opticalwaveguides)，并且更具体而言，涉及用于一般照明的光波导。
本发明的背景技术
光波导混合和引导由一个或多个光源(例如，一个或多个发光二极管(LED))发射的光。典型的光波导包括三个主要元件：一个或多个耦合部件、一个或多个分布部件以及一个或多个提取部件。耦合元件将光引入分布部件内，并且调节光，以便与后续元件相互作用。一个或多个分布部件控制如何使光流过波导并且取决于波导几何图形和材料。提取部件确定如何通过控制光离开波导的地点以及方向来去除光。
在设计耦合光学部件时，首先考虑的是：使从光源到波导内的光传输的效率最大化；控制注入波导内的光的位置；并且控制光在耦合光学部件内的角度分布。一种控制注入的光的空间和角度扩展的方法是为每个光源提供专用透镜。这些透镜可以设置有位于透镜与耦合光学部件之间的气隙，或者可以由限定波导的分布部件的同一块材料制成。离散的耦合光学部件允许具有多个优点，例如，更高效率的耦合、来自光源的光通量的受控制的重叠、以及注入的光如何与波导的剩余部件相互作用的角度控制。离散的耦合光学部件使用折射、全内反射、以及表面或体积散射来控制注入波导内的光的分布。
在光耦合到波导内之后，必须将它引导和调节到提取的位置。最简单的实例是光纤电缆，该光纤电缆被设计为将光从电缆的一端输送到另一端，并且在其间具有最小的损失。为了实现这个目标，光纤电缆仅仅逐渐弯曲，并且避免波导内的急剧的弯曲。根据众所周知的全内反射的原理，如果入射光相对于表面不超过临界角，那么穿过波导的光从其外表面反射回波导内。
为了使提取部件从波导中去除光，光必须首先与包括该部件的零件(feature)接触。通过使波导表面适当地成形，人们可控制光穿过提取零件的流动。具体而言，选择提取零件的间距、形状和其他特性影响了波导的外观、其因此产生的分布以及效率。
Hulse的美国专利号5,812,714公开了一种波导弯曲部件，其被配置为将光的行进方向从第一方向变成第二方向。波导弯曲部件包括收集器部件，该收集器部件收集从光源中发射的光并且将光引入波导弯曲部件的输入表面内。沿着外表面在内部反射进入弯曲部件的光，并且该光在输出表面处离开该部件。外表面包括斜角表面或弯曲表面，该表面定向为在内部反射大部分的进入弯曲部件的光，直到光到达输出表面。
Parker等人的美国专利号5,613,751公开了一种发光面板组件，该发光面板组件包括具有光输入表面、光过渡区域以及一个或多个光源的透明发光面板。光源优选地嵌入或结合到光过渡区域内，以便消除任何气隙，从而减少光损耗并且使发射的光最大化。光过渡区域可包括在每个光源周围和后面的反射和/或折射表面，以便更有效地通过光过渡区域将光反射和/或折射并且聚焦到发光面板的光输入表面内。在面板部件的一侧或两侧上可提供光提取缺陷(deformities)的图案、或面板表面的形状或几何图形的任何变化、和/或促使发射一部分的光的涂层。缺陷的可变图案可使光线分散，以便一部分的光线的内部反射角将大到足以使光线从面板中发射出或者通过面板反射回并且从另一侧发射出。
Shipman的美国专利号3,532,871公开了一种组合式行驶灯反射器，该组合式行驶灯反射器具有两个光源，每个光源在照明时形成被引导到突出物的抛光表面上的光。光反射到圆锥形的反射器上。光横向地反射到本体内并且撞击在将光从本体中引出的棱镜上。
Simon的美国专利号5,897,201公开了从径向包含的校准光分布的建筑照明的各种实施方式。准点光源形成在径向朝外的方向上校准的光并且分布光学器件的出射装置将校准光从光学器件中引出。
Kelly等人的美国专利号8,430,548公开了照明设备，这些照明设备使用各种光源，例如，白炽灯泡、荧光灯以及多个LED。容量扩散器控制来自照明设备的光的空间亮度均匀度和角度扩展。容量扩散器包括容量光散射颗粒的一个或多个区域。容量扩散器可与波导共同用于提取光。
Dau等人的美国专利号8,506,112公开了具有多个发光部件(例如，设置成一行的LED)的照明装置。校准光学部件接收由LED形成的光，并且光导将校准光从光学部件引至提取光的光学提取器。
伊利诺斯州奈尔斯市的A.L.P.LightingComponents(A.L.P照明部件)公司制造了一种具有楔形的波导，该波导具有厚端、窄端以及位于其间的两个主要表面。在这两个主要表面上形成有金字塔形的提取零件。楔形波导用作出口标记，以使该标记的厚端与天花板相邻地定位，并且窄端向下延伸。光在厚端处进入波导，并且由金字塔形的提取零件向下引导并且远离波导。
近来形成了低剖面的基于LED的灯具(例如，通用电气公司的ET序列面板暗灯槽)，这种灯具利用引入波导部件的边缘内的一连串LED元件(“侧光式”方法)。然而，由于从主要为朗伯发射源(例如，LED元件)发射到波导平面的窄边缘内的耦合光中所固有的损耗，这种灯具通常具有低效率。
VanOstrand等人的美国专利号8,002,450公开了一种用于侧光式平板显示器的光混合波导。波导具有：反光边缘；一对相反的侧边缘；与反光边缘相对的光传输边缘；以及形成在波导内部的多个腔。一个侧边缘被配置为接收来自光源的光，以使接收的光从波导的顶面和底面全内反射。在光穿过光传输边缘并且进入目标光学系统内之前，接收的光、腔以及反光边缘的相互作用使接收的光混合。
本发明的概要
根据本发明的一个方面，一种光波导包括光透射材料的本体，该光透射材料的本体由外边缘限定并具有远远大于它的总厚度的宽度。光透射材料的本体包括第一侧以及与第一侧相对的第二侧。内部耦合腔由与第二侧相交的表面限定并且从第二侧朝着光透射材料的本体的第一侧延伸，并且远离本体的边缘设置，并且被配置为接收LED元件。光透射材料的本体还包括包围内部耦合腔的第一腔阵列以及设置在第一侧和第二侧中的一者上的提取零件，其中，提取零件至少部分包围内部耦合腔。
根据本发明的第二方面，一种灯具，包括：底座，具有电连接件；中央本体，设置在底座上；以及灯组件，连接至中央本体。该灯组件包括：波导本体，具有内部耦合腔；LED元件，设置在耦合腔内；以及第一腔阵列，包围耦合腔。
根据本发明的另一个方面，一种光波导，包括光透射材料的本体，该光透射材料的本体具有远远大于它的总厚度的宽度。该光透射材料的本体包括：第一侧；与第一侧相对的第二侧；以及内部耦合腔，在第一侧与第二侧之间延伸。内部耦合腔被配置为接收LED元件。光透射材料的本体还每个都至少部分延伸穿过波导本体的至少一个颜色混合腔阵列，并且该颜色混合腔阵列包围内部耦合腔。
本发明的其他方面和优点在考虑以下详细描述和附图时将变得显而易见。
附图的简单说明
图1是根据本发明的第一实施方式的结合有波导的第一灯的第一端的等距视图；
图2是图1的灯的第一端正视图；
图3是图1的灯的侧视图；
图4是图1的灯的第二端的等距视图；
图5是图1的灯的第二端正视图；
图6是图1的灯的分解等距第一端视图；
图7是图1的灯的分解等距第二端视图；
图8是图1的灯的截面等距视图；
图9是图1的波导的内部等距视图；
图10是图1的波导的内部正视图；
图11是大致沿着图10的线11-11截取的图1的波导的剖视图；
图11A是表示图1的波导的样品尺寸的与图11相同的视图；
图11B和11C分别是非圆形和非对称波导的等距视图；
图11D是非对称波导的图解正视图；
图11E和11F是分别大致沿着图10的线11E-11E和11F-11F截取的剖视图；
图12是根据本发明的第二实施方式的结合有波导的第二灯的第一端的等距视图；
图13是图12的灯的第一端正视图；
图14是图12的灯的第一侧视图；
图15是图12的灯的第二侧视图；
图16是图12的灯的第二端等距视图；
图17是图12的灯的第二端正视图；
图18是图12的灯的分解等距第一端视图；
图18A和18B是另一灯的等距视图；
图18C是又一灯的分解等距视图；
图18D是组装好的图18C的灯的侧视图；
图18E是图18D的灯的前视图；
图18F是图18D的灯的仰视图；
图18G是图18D的灯的俯视图；
图19、19A以及20-25是根据本发明的波导的另外的实施方式的与图11相似的剖视图；
图26-29是根据本发明的波导的另外的实施方式的正视图；
图30是根据本发明的包括波导的灯具的又一实施方式的部分截面的侧视图；
图31是根据本发明的另一波导的与图11相同的视图；
图32是图31的波导的截面和第一侧等距视图；
图33是图31的波导的截面和第二侧等距视图；
图34是表示波导的样品尺寸的与图31相同的剖视图；
图35是大致在图34的线35-35处看见的图34的波导的一部分的放大片段图；
图36-38分别是光波导的另一实施方式的等距视图、平面图以及剖视图；
图39是适合于为图1-8的LED供以动力的驱动电路的示意图；
图40-42分别是又一光波导的等距视图、平面图以及片段剖视图；
图43是去掉结合有波导的灯的部分的侧视图；
图44A-44D分别是图43的灯组件的顶部等距视图、底部等距视图、侧面等距视图以及平面图；
图45A和45B是图43的灯组件的分解等距视图；
图45C是示出结合有波导的可替代的灯的与图43相似的视图；
图46是本发明的光波导的另一实施方式的不等角图；
图46A是图46的波导的另一实施方式的不等角图；
图46B是图46的波导的另一实施方式的不等角图；
图46C是图46的波导的另一实施方式的不等角图；
图47是大致沿着图46的线47-47截取的图46的波导的剖视图；
图47A是图47的波导的可替代的实施方式的剖视图；
图48是图46的光波导的另一实施方式的不等角图；
图48A是图48的波导的另一实施方式的不等角图；
图48B是图48的波导的另一实施方式的不等角图；
图49是光波导的另一实施方式的平面图；
图50是结合有在图46中示出的波导的灯的端部的不等角图；
图51是没有插塞部件的图50的灯的平面图；
图52是图12的波导的部分片段图解视图，示出了在光束穿过波导时从两个不同的光源发射的光束行进的大致路径；
图52A示出了一个实施方式，其中，LED663以方格图案设置，并且红色LED663b设置在蓝色移动的LED663a之间；
图53是图50的波导的部分片段图解视图，示出了在光束穿过设置在波导内的第一腔阵列和第二腔阵列时从两个不同的光源发射的光束行进的大致路径；
图54是图46的波导的另一实施方式的不等角图；以及
图55是图11D的非对称波导的另一实施方式的部分图解正视图。
优选实施方式的详细说明
首先，参照图1-8，灯40包括底座42，爱迪生型插塞44设置在该底座处。中央本体46远离该底座42延伸。四个臂48a-48d远离中央本体46延伸。灯组件50设置在臂48a-48d的端部上并且通过任何合适的方式固定于此，例如，穿过臂48a-48c内的孔延伸到灯组件50的螺纹孔内的三个螺钉51或其他紧固件(在图5和图7中所示)。
如图6和图8中所示，灯组件50包括具有热交换器52的形式的底座部件，该热交换器具有由底座表面56和锥形周向壁58限定的中央凹槽54。热交换器52由任何合适的导热材料(例如，铝)制成，并且在其与中央凹槽54相对的一侧上包括多个热交换器散热片59(图3-7)。此外，必要时，底座表面56和/或锥形周向壁58可以由反射材料覆盖或涂覆，该反射材料可以是白色材料或呈现镜面反射特征的材料。可以包括一个或多个发光二极管(LED)(如图8中所示)的光源60安装在包括导热基板(例如，金属电路板)的支撑部件62上，并且延伸超过底座表面56。LED可以是一个或多个白色或其他颜色的LED，或者可以包括单独地或者共同安装在单个基板或封装上的多个LED，包括单独的或者与至少一个彩色LED(例如，绿色LED、黄色或琥珀色LED、红色LED等)相结合的涂有磷光体的LED。在要产生柔和的白色照明的那些情况下，光源60通常包括一个或多个蓝色变黄色(blueshiftedyellow)LED以及一个或多个红色LED。如在本领域中已知的，使用其他LED组合可以产生不同的色温和外观。在一个实施方式中，光源包括任何LED，例如，结合TrueLED技术的MT-GLED，或者如在由Lowes等人2012年10月10日提交的题为“LEDPackagewithMultipleElementLightSourceandEncapsulantHavingPlanarSurfaces(具有多个单元光源的LED封装以及具有平面表面的包封)”的美国专利申请13/649,067(克利案号P1912US1-7)中所公开的，将该申请的公开内容结合于此以供参考，这两者均由作为本申请的受让人的克利公司开发。在本文中所公开的任何实施方式中，必要或希望时，LED具有特定的发射分布。例如，在波导本体内部可以使用在美国专利号8,541,795中公开的侧面发射LED，将该申请的公开内容结合于此以供参考。更一般而言，任何朗伯、对称、广角、优先侧面或非对称光束模式LED可以用作光源。此外，可以使用在BerndKeller等人2013年12月9日提交的题为“LuminairesUtilizingLEDElements(利用LED元件的灯具)”(克利案号P2131US1)的共同待审的美国专利申请号14/101,147中公开的任何LED布置和光学部件，将该申请结合于此以供参考。
光源60由设置在中央本体46内的驱动电路(见图8)形式的控制电路64操作，该中央本体通过爱迪生型插塞接收AC电力。控制电路64可以装在中央本体46内。电线或导线穿过一个或多个臂48a-48d从控制电路64延伸至光源60。在所示的实施方式中，电线穿过臂48d延伸到灯组件50内。盖66(图5)可以设置在臂48d内或之上，以给电线提供通道。控制电路64被设计为以期望的方式通过AC或DC电力来操作电源60，以产生具有期望的强度和外观的光。热交换器52优选地被设置为消除LED与控制电路之间的热串扰。优选地，光源60形成适合于一般照明目的的光，包括与由白炽灯、卤素灯或其他灯提供的光相似或相同的光，这些灯可以结合在筒灯(downlight)、产生泛光照明(wallwashing)的灯、作业灯(tasklight)、暗灯槽等内。
波导70具有材料71的主体(图11)，该主体具有远远大于其总厚度的宽度并且在横切于宽度和厚度的尺寸中大体或完全是圆形(图2)。波导70设置为与底座表面56和锥形周向壁58接触并且由设置在相应的盲孔74a-74d(在图6和图8中仅仅可见盲孔74b-74d)内的四个定位销72a-72d(图7)定位。在所示的实施方式中，波导70包括第一或外侧或表面70a、第二相对的内侧或表面70b以及包括中央孔76的内部耦合腔，在所示的实施方式中，中央孔完全穿过波导70从第一侧延伸至第二侧。必要时，耦合腔不需要完全延伸穿过波导70。而且，在所示的实施方式中，限定中央孔76的壁与波导70的第一侧和第二侧71a、71b正交，并且中央孔76与材料71的主体的外表面同轴。在本文中所公开的所有实施方式中，中央孔优选地抛光并且在光学上光滑。而且，优选地，光源60从其第二侧延伸到中央孔76内。而且，在所示的实施方式中，任何合适的形状和设计的光换向器(lightdiverter)(例如，圆锥形插塞部件78)从其第一侧延伸到中央孔76内。具体参照图7和图8，在所示的实施方式中，圆锥形插塞部件78包括底座凸缘80的形式的第一部分，该底座凸缘通过任何合适的方式(例如，粘合剂)固定至波导70的外表面，以使第二或圆锥形部分82延伸到中央孔76内。必要时，可以省略底座凸缘80，并且插塞部件的外径可以略微大于孔76的直径，因此，插塞部件78可以压入配合或摩擦配合到孔76内和/或通过粘合剂或其他方式固定。此外，必要时，圆锥形插塞部件78可以与波导70成为一体(见图47)，而非与其分开。此外，必要时，光源60可以与波导70成为一体或者装在波导本体71内。在所示的实施方式中，插塞部件78可以由聚碳酸酯或任何其他合适的材料制成，例如，丙烯酸、模制硅树脂、聚四氟乙烯(PTFE)、乙酰树脂或任何合适的金属。使用任何合适的应用方法，例如，气相沉积工艺，该材料可以涂有反光银或其他金属或材料。因此，例如，根据由EricJ.Tarsa等人2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguidesandLuminairesIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”的共同待审的美国专利申请号14/101,086(克利案号P2126US1)的教导，插塞部件78可以涂有银、铝或另一种金属，将该申请结合于此以供参考。需要时，插塞部件78可以是任何其他合适的形状，包括对称或非对称的形状、非圆形形状等。例如，插塞部件可以是非圆锥形，并且可以具有大体平坦的形状、分段形状、倾斜形状，以将光从灯40的特定一侧引出，等等。耦合腔还可以(虽然不需要)具有非圆形形状，或者该形状可以是圆形，其中，第一部分80设置并且固定(在这种情况下，第一部分80是圆形柱状(circularcylindrical，圆柱形))，并且耦合腔的形状在其他部分中(即，在远离第一部分80的位置处)可以是非圆形。具体而言，耦合腔可以具有任何形状，包括例如在EricJ.Tarsa等人2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguidesandLuminairesIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”的共同待审的美国专利申请号14/101,086(克利案号P2126US1)中公开的那些，将该申请结合于此以供参考，以促进由光源60形成的光的混合。
波导70可以通过任何合适的方式或者由任何合适的装置固定至热交换器52。在所示的实施方式中，环状部件90保持在热交换器52的表面上，以将热交换器52的肋条92设置在环状部件90的凹槽94内。由螺钉51实现这个固定，这些螺钉可以延伸到环状部件90的内表面上所带有的螺纹凸台(未示出)内。此外，环状部件90抵靠波导70的这个外表面，以将波导70固定在位。
在所示的实施方式中，灯40具有与PAR38灯相同的尺寸和外包封，并且可以用在可以容纳该灯的任何灯具内。应注意的是，灯40可以制造得更大或更小，以安装在其他灯具内部和/或满足特定的照明要求。可以使用灯40的灯具的一个实例是安装在例如天花板内的筒灯。在这种情况下，灯40的插塞44旋入灯具内的爱迪生型插座内，以便光源60朝下(即，灯40定向成与图3的方向相反，以便插塞44位于波导70之上)。图11示出了具有这种方向的波导70，并且光源60设置在插塞部件78之上。当使光源60通电时，由光源60形成的光在孔76内行进，并且从圆锥形部分82的表面反射开。优选地，圆锥形部分82由高度反光的白色或镜面反射材料制成或者该表面涂有白色或镜面反射材料，以使入射到其上的大部分的光(优选地，虽然并非必须，大于95％)沿着材料71的本体的宽度在大体横向的方向上反射到波导70内。在图11中示出了这种反射光线的实例。可替代地，需要时，插塞部件78可以部分或完全透明或半透明，以允许至少一些光通过其中透射(例如，至少大约5％的光可以通过插塞部件78透射)。在任何情况下，提取零件100的间距、数量、尺寸以及几何图形确定波导70内的光和离开波导70的光的混合和分布。在所示的实施方式中，提取零件100包括通过中间槽隔开的一系列突脊(ridge)，至少一些突脊限定一个或多个倒V形。而且，在所示的实施方式中，提取零件100是连续的(即，它们完全以连续的方式围绕中央孔76延伸)，与中央孔同轴，因此，关于中央孔76的中心轴线对称。除了上文以外，就在波导的径向外边缘处比在中央处具有更少的材料而言，波导70从波导的中央到外边缘渐缩。通过提供变得更深和/或与波导的中央相距更宽的距离的提取零件，可以实现这种渐缩，如在后文中更详细地指明的。渐缩使得在光单次通过波导时提取引入波导70内的几乎所有光的可能性最大化。这导致几乎所有光照在提取零件100的径向朝外表面上，精细地控制这些提取零件，以便也精细地控制光提取。渐缩结合提取零件的布置以及使用包括设置在孔76内的插塞部件78的有效耦合元件和光源60共同导致改进的颜色混合，具有最小的波导厚度并且对发射的光具有优异的控制。
在所示的实施方式中，从波导70发射出的光混合，以便光源60内的点光源在很大程度上不可见，并且高度控制和校准发射的光。
在所示的实施方式中，波导由任何合适的光学级材料制成，包括丙烯酸、空气、模制硅树脂、聚碳酸酯、玻璃和/或环烯烃共聚物中的一个或多个及其组合，尤其(但并非必须)以分层的布置，以达到期望的效果和/或外观。在一个实例中，波导具有在以下表格中指明的以及如在图11A中示出的尺寸。应注意的是，以下表格中的尺寸仅仅作为示例性的，而非限制性的(相对于波导70的中心线101(图11A)截取几个尺寸)：
表1
参考(图11A) 标称尺寸(毫米-除非另有说明)
A 48.500
B 43.600
C 38.100
D 35.100
E 33.100
F 29.700
G 28.700
H 25.500
I 21.000
J 17.000
K 12.700
L 8.000
M 6.000
N 5.000
P 8.000
Q 132.8°
R 241.7°
S 70.7°
T 58.8°
U 51.5°
V 50.6°
W 46.4°
X 47.1°
Y 56.2°
Z 42.3°
AA 4.000
AB 5.000
AC 1.500
AD 5.000
AE 1.000
AF 4.000
AG 0.500
AH 4.000
AI 4.000
AJ 4.000
AK 4.000
AL 2.000
从以上尺寸可以计算提取零件纵横比如下：
纵横比＝突脊的宽度/突脊的最大高度范围(1)
使用上述等式，可以至少近似地计算在图11A中示出的各种提取零件EF1、EF2以及EF3的纵横比AR1、AR2以及AR3如下：
AR1＝(C-E)/(AB-AC)＝(38.1-33.1)7(5.0-1.5)＝5.0/3.5＝1.43(2)
AR2＝(H-I)/AI＝(25.5-21.0)/4.0＝4.5/4.0＝1.125(3)
AR3＝(K-L)/AK＝(12.7-8.0)/4.0＝4.7/4＝1.175(4)
在所示的实施方式中，波导70可以被设计为产生波束角(beamangle)，该波束角优选地在小于大约5度到大于60度之间，并且更优选地在大约5度到大约50度之间，并且最优选地在大约6度到大约40度之间。波束峰值可以集中在最低点(与在PAR应用中一样)或者离心(与在室外应用中一样)。可以通过波导70的合适设计控制波束角和/或峰值。在图11A的所示的实施方式中，波束角大约是12度。
在本文中所公开的任何实施方式中，需要时，提取零件在形状、尺寸和/或间距上可以彼此相似或相同，或者可以在这些参数中的任一个或多个中彼此不同。
必要时，提取零件100可以不同于圆形、非对称和/或不连续的。图11B示出了具有跑道形提取零件100a的跑道形波导70a。图11C示出了具有非对称的并且不连续的提取零件100b的圆形波导70b。在图11C中示出了可以与波导70b一起使用的非对称插塞部件78a。可以与非对称插塞部件一起或不与非对称插塞部件一起使用非对称提取零件，以获得多个光束分布。例如，如图11D中所示，设置在离散边界100b-1到100b-6内的第一组离散提取零件100b可以朝着第一方向引导光，并且设置在离散边界100c-1到100c-8内的至少第二组离散提取零件100c可以朝着至少第二方向引导光，并且至少两个定向光束中的每个具有大体相同或不同的波束宽度和/或强度。图11E和11F示出了可以实现这个效果的不同提取零件。在图36-38中示出的另一实例中，提取零件100可以包括多个离散棱镜102，这些棱镜形成在波导本体103的下表面(如图33-39中所示)内并且以同心环设置。与在前述实施方式中一样，光源60和插塞部件78延伸到内腔76内。波导主体103设置在基板104上，在该基板上可以具有反射涂层，并且由光源60形成的光横向转移到主体103内并且通过棱镜102从表面105发射出。棱镜可以彼此相同或不同。优选地，棱镜朝着内腔76。棱镜102在尺寸上远远小于前面和后面实施方式的提取零件100，并且可以具有在EricJ.Tarsa等人2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguidesandLuminairesIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”的共同待审的美国专利申请号14/101,086(克利案号P2126US1)中指明的尺寸，将该申请结合于此以供参考。此外，在本文中所公开的所有实施方式中，一个或多个光提取零件或部件100可以设置在波导本体103的上表面和/或下表面中。每个光提取零件100可以可替代地包括由任何合适的工艺(例如，浮雕、冷轧等)形成的刻面或其他平面或非平面零件(例如，楔形零件或弯曲零件，例如，半球形)，如在由EricJ.Tarsa等人2013年12月9日提交的题为“OpticalWaveguidesandLuminairesIncorporatingSame(光波导以及结合有该光波导的灯具)”的共同待审的美国专利申请号14/101,086(克利案号P2126US1)(将该申请结合于此以供参考)或美国专利申请号13/842,521(将该申请结合于此以供参考)中所公开的。在本文中所公开的所有实施方式中，提取零件100可以按照阵列设置，以便接近腔时以第一密度设置提取零件100，并且随着与光源60相距的距离在密度或尺寸上逐渐增大，如在美国专利申请号13/842,521中所示。此外，在本文中所公开的任何实施方式中，如在图3A和3B中所示，需要时，提取零件可以在形状、尺寸和/或节距(即，间距)上彼此相似或相同，或者可以在这些参数中的任一个或多个中彼此不同。零件100可以包括延伸到波导内的凹口、凹陷或孔、或者隆起到波导的表面之上的凸块或刻面或台阶、或凸块和凹陷的组合。可以使用相同尺寸的零件，零件的密度随着与光源相距的距离增大，或者零件的密度可以恒定，零件的尺寸随着与光源相距的距离增大(如图36中所示)。例如，在提取零件的密度恒定且零件之间的间距是大约500微米并且每个提取零件包括半球体的情况下，半球体的直径可以不大于大约1mm，更优选地不大于大约750微米，并且最优选地不大于大约100微米。在每个提取零件包括除了半球体以外的形状的情况下，优选地，每个零件的最大尺寸(即，总尺寸)不超过1mm，并且更优选地不超过大约750微米，并且最优选地不超过大约100微米。而且，波导本体71可以具有均匀的或不均匀的厚度。无论波导本体71的厚度均匀还是不均匀，提取零件深度与波导本体厚度的比率优选地在大约1:10,000与大约1:2之间，更优选地比率在大约1:10,000与大约1:10之间，并且最优选地比率在大约1:10,000与大约1:5之间。
图39是适合于为LED供以动力的驱动电路110的示意图，并且该驱动电路可以用作电路64。驱动电路110是包括集成电路IC112的I2C控制。IC112和其他电路用作恒流源。电路110还包括全波整流电路，该全波整流电路包括耦合至电容器C1的二极管D1-D4以及包括电感器L1和L2以及电容器C2的滤波元件。二极管D5实现电容器C的单向充电。电路110用作两级调节电路，该两级调节电路能够响应于由调光器(未示出)传输给IC112的输入的调光控制信号SDA以可控的调光方式操作两组LED113a、113b。在所示的实施方式中，每个LED113a能够形成白光，并且每个LED113b能够产生温度补偿的红光，该红光给由LED113a形成的白光增加温暖感。需要时，两组LED113a、113b可以设置在单个基板上或者可以设置在多个基板上。
两个晶体管Q1和Q2实现两级调节电路，并且与第三晶体管Q3一起操作，以控制通过LED113的电流。二极管D6使晶体管Q1和Q2彼此隔离。IC112还响应于信号SCL，该信号是出厂设置并且控制用于LED113的特定的最大恒流量值。IC112实现产生低电磁干扰(EMI)的用于LED113的调光的柔性切换可控升压和降压转换器，并且在供应给LED113的DC电力中没有120Hz的AC元件。
电路110的平衡包括分压器，该分压器包括电阻器R1和R2，其中，电阻器R1和R2之间的接头耦合至IC112的输入。热敏电阻R3与LED113b以热传递的关系设置，并且提供反馈给IC112的输入的热传感信号，据此，IC112根据感测到的温度调节传输给LED113b的电力，以实现LED113b的温度补偿。此外，当晶体管Q1断开并且电阻器R5将IC112的Power_In输入耦合至DC总线116时，电阻器R4使IC112的输入降低。在所示的实施方式中，驱动电路110安装在单个电路板上并且与广大范围的调光器兼容。
任何其他合适的驱动电路可以用作电路64。
接下来，参照图12-18，示出了灯140的第二实施方式。灯140旨在用在可以容纳PAR30灯泡的灯具中。灯140包括底座142，爱迪生型插塞144设置在该底座处。盖145(图18)和中央本体146远离底座142延伸。盖145通过任何合适的方式固定至中央本体146，例如，通过超声波焊接。四个臂148a-148d远离中央本体146延伸。灯组件150设置在臂148a-148d的端部上，并且通过任何合适的方式(例如，四个螺纹紧固件151a-151d)固定于此，这些螺纹紧固件延伸穿过中央本体146所带有的相关联的突出部(tab)153a-153d内的相关联的孔并且进入灯组件150的螺纹孔(在图中未示出)内。
如图18中所示，灯组件150包括热交换器152的形式的底座部件，该热交换器具有由底座表面156和锥形周向壁158限定的中央凹槽154。热交换器152由任何合适的导热材料(例如，铝)制成，并且在其与中央凹槽154相对的一侧上包括多个热交换器散热片159。此外，必要时，并且与在图1-8的实施方式中一样，底座表面156和/或锥形周向壁158可以由反射材料覆盖或涂覆，该反射材料可以是白色材料或呈现镜面反射特征的材料。与在图8中所示的光源60相同或相似的包括一个或多个发光二极管(LED)的光源60安装在支撑部件(未示出，但是它可以与包括导热基板(金属电路板)的上述部件62相同或相似)上，并且延伸超过底座表面156。
光源160由设置在中央本体146内的控制电路(未示出，但是它可以与上述电路64相同或相似)操作，该中央本体通过爱迪生型插塞接收AC电力。与在前述实施方式中一样，控制电路可以装在中央本体146内。电线或导线穿过一个或多个臂148a-148d从控制电路延伸至光源160。与在前述实施方式中一样，优选地，光源60形成适合于一般照明目的的光。
波导170设置为与底座表面156和锥形周向壁158接触并且由设置在相应的盲孔174(这些销和孔与图6和图8的销72和孔相同或相似)内的四个定位销172定位。在所示的实施方式中，波导170与波导70或在本文中所公开的任何其他波导相似或相同，要理解的是，根据本发明的设计细节，波导可以可替代地改进。与在前述实施方式中一样，光源60从其第二侧延伸到波导170的中央孔176内。而且，在所示的实施方式中，圆锥形插塞部件178通过任何合适的方式(例如，压入配合、摩擦配合和/或粘合剂)固定至波导170，并且从其第一侧延伸到中央孔176内，与在图1-8的实施方式中一样。还如上所指的，圆锥形插塞部件178可以与波导170成为一体，而非与其分开(例如，见图47，该图示出了插塞部件可以完全设置在中央孔内)。此外，必要时，光源160可以与波导170成为一体。
波导170可以通过任何合适的方式或者由任何合适的装置固定至热交换器152。在所示的实施方式中，与环状部件90相似或相同的环状部件190固定至热交换器52的表面并且保持在其上，以将热交换器152的肋条192设置在环状部件190的凹槽194内(图18)。此外，环状部件190抵靠波导170的这个外表面，以将波导170固定在位。
与在前述实施方式中一样，灯140可以用于一般照明，例如，用在筒灯或其他灯具中，并且实现相对于前述实施方式所指出的优点。
图18A和18B示出了适合于一般照明目的的又一灯195。灯195可以具有适合于用作PAR30灯的尺寸。灯195与灯140大体相似，并且包括两个主要臂196a、196b，这两个主要臂固定至热交换器组件，该热交换器组件包括固定至灯组件198的下表面的开放式散热片结构197。灯组件198包括波导170或任何其他合适的波导、光源160以及插塞部件178(或任何其他合适的光源和/或插塞组件)。光源160安装在电路板基板上，该电路板基板通过一个或多个环状件198a紧密地热耦合至热交换器组件。控制电路(未示出)设置在中央本体199内并且通过延伸穿过一个或两个臂196a、196b的一个或多个电线连接，以控制光源160。热交换器组件的开放式散热器布置以及光源160和热交换器组件的紧密热耦合可以允许提高热管理，以使灯195可能可用于封闭的设备内。
图18C-18G示出了适合于一般照明目的的又一灯195a。灯195a可以具有适合于用作PAR30灯的尺寸。灯195a与灯140大体相似，并且包括杯状部件196f所带有的三个主要臂196c、196d、196e，并且这些主要臂固定至热交换器组件，该热交换器组件包括固定至灯组件198a的下表面的开放式散热片结构197a。灯组件198a包括波导170或任何其他合适的波导、光源160以及插塞部件178(或任何其他合适的光源和/或插塞组件)。光源160安装在电路板基板上，该基板通过一个或多个环状件198b紧密地热耦合至热交换器组件。控制电路(未示出)设置在中央本体199a内并且通过延伸穿过一个或多个臂196c-196e的一个或多个电线连接，以控制光源160。热交换器组件的开放式散热器布置以及光源160和热交换器组件的紧密热耦合可以允许提高热管理，以使灯195a还可能可用于封闭的设备内。
接下来参照图19-25，可以改进波导，以实现其他视觉和/或光学特征。具体而言，需要时，波导通常和/或提取零件的尺寸、形状、其他几何图形、间距、数量、对称性和/或其他物理特征可以变化。因此，图19示出了具有轴向外壁203和提取零件204的波导202，这些提取零件包括多个突脊和凹槽205、206。在这个实施方式中，突脊205非等距隔开，例如，突脊205a与相邻的突脊205b隔开第一距离，突脊205b与相邻的突脊205c隔开第二不同的距离，并且突脊205c与相邻的突脊205d隔开第三距离。此外，凹槽206的深度不同。具体而言，凹槽206a的深度与凹槽206b、206c以及206d的深度不同。一个或多个突脊205a、205b、205c以及205d的形状可以与其他突脊不同。而且，锥形表面207a可以按照第一角度设置，并且锥形表面207b可以相对于波导的第一侧按照与第一角度不同的第二角度设置。可替代地，需要时，凹槽205之间的节距或间距、凹槽206的深度、锥形表面207的角度以及凹槽206和/或突脊205的宽度和形状可以相同或不同(比较图19和后面的图)。
还应注意的是，并非所有突脊205可以相连。因此，例如，如图19A中所示，突脊205a可以设置在与相连的剩余突脊205b、205c以及205d不同的高度(即，与波导的第一侧相距的距离)处。
图20示出了具有倾斜的外表面209的波导208，其中，表面209从第二侧或表面210至第一侧或表面211线性渐缩。包括多个突脊212和凹槽213的提取零件关于波导208的中心轴线以对称图案具有相等的尺寸和间距。图21示出了与波导208大体或完全相同的波导214，除了外表面209从表面211到表面210线性渐缩以外。如从对图20和21的观察应是显而易见的，外表面可以相对于波导的第一侧和第二侧中的一者以锐角设置，并且可以相对于第一侧和第二侧中的另一者以钝角设置。
图22示出了具有截头圆锥形的第一侧的波导215，包括第一表面217，该第一表面从中央孔218到外表面216渐缩。波导215包括相同距离和相同尺寸的突脊219和凹槽220以及在轴向方向上延伸的外表面216。在图23中示出的波导222与波导215大体或完全相同，除了波导223是大体或完全倒截头圆锥形的以外，这是因为与图22的实施方式相比，第一表面223从外表面224到中央孔225反向线性渐缩。因此，波导的第一侧可以至少部分是凸出的(与在图22中一样)或凹入的(与在图23中一样)。
图24示出了波导228，该波导至少部分具有凹入的第一表面并且与图23相同或相似，除了第一侧或表面和第二侧或表面229、230是弯曲的以外。在所示的实施方式中，虽然这些表面可以在其径向尺寸上可替代地分开或者等距隔开，但是侧或表面229、230会聚，与波导228的中线具有径向距离，产生锥形波导。
图25示出了具有轴向外表面233、第一表面234以及与第一表面234大致平行的第二表面235的波导232。然而，在图25的所示的实施方式中，插塞部件78由设置在中央孔237内的全内反射光学部件236代替。光学部件236允许一些光从光源60轴向向外穿过其中，并且此外在横向方向上将剩余的光从光学部件236的一个或多个表面中反射到波导内，与前述实施方式一样。虽然图25的实施方式可以产生更好的效率，并且可以允许使用更小直径的波导，但是可能不利地影响由光源60形成的光的颜色混合，因此，图25的实施方式优选地与单个颜色光源60而非试图复制真实的白色外观的光源一起使用。而且，图25的实施方式可以形成足够的强度，以获得大于或等于25°的波束角，并且可以使整个灯更简单并且更便宜。然而，可能是图25的实施方式的强度性能不足以允许形成小于10°的可接受的波束角。
在图26-29中示出了波导的其他可交替的配置。图26示出了具有总体圆形配置的波导240，该总体圆形配置具有多个提取部件242和可以代替波导70的圆形柱状孔的星形中央孔244。互补形插塞部件246(它也可以具有星形)可以插入并且保持在星形中央孔244内。需要时，插塞部件246可以具有反射由光源60生成的光的星状锥形(即，圆锥形)部件，或者可以具有圆锥形反射表面或者任何其他形状的反射表面。
图27示出了一个实施方式，其中，大体圆形波导248包括包围圆形柱状形状的中央轴向孔252的多个波导零件250。提取零件250可以包括一系列突脊252和凹槽254，其中，突脊和凹槽252、254大致或大体是花形或者包括一些其他形状。需要时，波导248可以与插塞部件78或另一个插塞部件一起使用。
图28和29分别示出了波导260、262，这些波导大致或大体是矩形或方形。在波导260的情况下，提取零件264包括由中间槽266隔开的突脊，并且突脊和凹槽是矩形或方形。而且，在图28的示出的实施方式中，突脊和凹槽的部分之间的角是尖锐的，并且突脊和凹槽包围圆形柱状中央孔268。必要时，插塞部件78可以与图28的实施方式一起使用。
图29示出了与图28相同的实施方式，除了突脊和凹槽264、266的相邻部分之间的角是圆形的以外。同样，可以提供圆形柱状中央孔，并且插塞部件78可以与图29的实施方式一起使用。
应注意的是，在一个可替代的实施方式中，波导可以被设计为提供波束角，该波束角在与波导相距特定的距离处具有最小横向扩展并且在与波导相距更小和更大的距离处具有更大横向扩展。更具体而言，参照图30，与灯40相同并且具有波导370(它在材料成分和总体几何图形方面可以与在上文中描述的任何波导相似或相同)的灯340可以被配置为包括提取零件，虽然并非必须，但是这些提取零件优选地关于波导的中心轴线对称。提取零件可以与上述提取零件不同，以便轴向朝内并且朝下引导在波导370的径向朝外部分处发射的光线(如图30中所示)，朝内方向的角度的量值大致或大体与来自波导370的中央的光线的发射的径向距离成比例。所产生的波束形状使得会聚区域373形成在与波导的外表面相距距离d处。光线在与波导370相距大于d的距离处发散。这个波束形状允许相关联的灯具377的装饰环(trimring)375具有相对小直径的孔379，但是依然具有超过距离d的明显大的照明区域。结果，因为由装饰环375提供的屏蔽效应而减少了可见眩光并且获得令人愉悦的美观外观。通常，孔379的尺寸优选地等于或小于灯340的波导的尺寸，并且更优选地，孔379的横截面尺寸相对于波导的横截面尺寸在大约1:2到大约1:4之间。考虑到本文中的公开内容，实现上述内容的波导的设计在本领域技术人员的能力内。
图31-35示出了根据本发明的波导370的又一实施方式。波导370可以代替在本文中公开的任何波导，例如，波导170。波导370包括与销72相同的四个定位销372。在所示的实施方式中，光源60从其第二侧378延伸到波导370的中央孔376内。而且，在所示的实施方式中，圆锥形插塞部件(例如，插塞部件78)通过任何合适的方式(例如，粘合剂)固定至波导370，并且从其第一侧380延伸到中央孔376内，与在图1-8的实施方式中一样。而且如上所指的，圆锥形插塞部件78可以与波导370成为一体，而非与其分开。此外，必要时，光源60可以与波导370成为一体。
而且，在所示的实施方式中，中央孔376并非圆柱形，而是包括由十二个尺寸相同的刻面384限定的孔。在所示的实施方式中，波导370由丙烯酸制成，锥形可以具有在大约0度到大约8度之间的角度。在其他实施方式中，波导由另一种材料(例如，聚碳酸酯或玻璃)制成，锥角最大值可以不同于8度，而不明显不利地影响效率。具有凹槽386的形式的提取零件从第一侧380延伸到波导370内。外锥形部分388包括在接合点394处相接的第一部分和第二部分390、392(图32)。与在前述实施方式中一样，波导370由光学级丙烯酸和/或硅树脂制成，并且在一个实例中，具有在以下表格中指明的以及在图34中示出的尺寸。应注意的是，在以下表格中的尺寸仅仅作为示例性的，而非限制性的(尺寸CB是接合点394与波导370的中心线396(图34)相距的距离)：
表2
参考(图34) 标称尺寸(毫米-除非另有说明)
CA 47.431
CB 44.789
CC 42.500
CD 39.500
CE 38.763
CF 34.105
CG 30.547
CH 28.475
CI 26.155
CJ 22.171
CK 18.203
CL 14.042
CM 11.658
CN 9.032
CO 7.348
CP 6.5000
CQ 5.000
CR 36.648
CS 34.922
CT 4.388
CU 7.000
CV 4.108
CW 3.365
CX 1.707
CY 2.926
CZ 3.000
DA 2.926
DB 2.926
DC 4.582
DD 5.525
DE 6.500
DF 47.4°
DG 45°
DH 45°
DI 47.3°
DJ 45.7°
DK 51.3°
DL 43.9°
DM 45.6°
DN 95°
DO 45°
DP 55.8°
DQ 134.1°
DR 49°
DS 55°
对于图34和35中的提取零件EF4、EF5以及EF6，从以上尺寸，使用上面的相同等式(1)可以至少近似计算提取零件纵横比AR4、AR5以及AR6如下：
AR4＝(CE-CG)/(CU-CY)＝(38.763-30.547)/(7.000-2.926)＝8.216/4.074＝2.02(5)
AR5＝(CI-CJ)/(CU-DB)＝(26.155-22.171)/(7.000-2.926)＝3.984/4.074＝0.98(6)
AR6＝(CN-CP)/(CU-DE)＝(9.032-6.500)/(7.000-6.500)＝2.532/0.500＝5.064(7)
如在图中所示并且如上面在等式(2)-(7)中所计算的，提取零件EF1-EF6的纵横比的范围在大约0.98到大约5.064之间。优选地，虽然并非必须，但是本发明预期使用纵横比在大约0.25到大约20之间、更优选地在大约0.5到大约10之间、并且最优选地在大约0.75到大约7.5之间变化的提取零件。
对上面表格1和2的观察还表明，总体上，波导包括随着与波导的中心线相距的距离加深的提取零件。因此，例如，如图11A中所示，提取零件尺寸A1小于尺寸AK-AF，并且后面的尺寸小于尺寸AE和AB。这同样适用于图34的提取零件。在所示的实施方式中，提取零件的深度在图34中的最小值0.5mm到图11A中的最大值5mm之间变化。提取零件深度优选地表示为总厚度的百分比，这是因为总体上，提取零件的最大深度仅仅受到剩余材料的结构完整性的限制。每个提取零件优选地具有在波导70的总厚度的大约5％到大约75％之间的深度(总厚度是在限定中央孔的壁处的顶部到底部的尺寸，如在图11A和34中所示)，并且更优选地，具有在波导的总厚度的大约7％到67％之间的深度。对于波导使用更牢固的材料，可能可实现更大的提取零件深度。
此外，相邻的提取零件之间的间距(即，节距)随着与中心线相距的距离总体上增大(虽然在具有小或大致相等的纵横比的相邻提取零件之间在任何情况下都并非必须)。例如，图11A和34的提取零件的突脊之间的距离如下：
表3
参考(图11A) 标称尺寸(毫米)
L-M 2.000
K-L 4.700
J-K 4.300
I-J 4.000
H-I 4.500
F-H 4.200
D-F 5.400
B-D 8.500
表4
参考(图34) 标称尺寸(毫米)
CO-CP 0.848
CN-CO 1.684
CM-CN 2.626
CL-CM 2.384
CK-CL 4.161
CJ-CK 3.968
CI-CJ 3.984
CH-CI 2.320
CF-CH 5.630
CD-CF 5.395
相邻的提取零件之间的间距在波导的中心线附近可以小至大约0.7mm(或更小)并且在波导的外边缘处可以是9mm(或更大)。
与在图9-11中示出的波导的实施方式中一样，就在波导70的边缘处比在中央处设置更少的材料而言，图34的波导370从波导的中央到边缘渐缩。这一事实结合提取零件的特定设计以及光在波导内的有效耦合导致上面指出的改进的颜色混合、最小的厚度以及优异的控制的优点。
接下来，参照图40-42，波导410与波导370相同，具有以下例外。多个小透镜412排列在表面414之上。虽然不需要这样，但是小透镜412的尺寸和形状相同，并且在提取零件386内部在表面414之上大体等距地隔开。具体而言，小透镜可以具有不相同的尺寸和/或间距和/或形状。在所示的实施方式中，小透镜412的形状是圆形(虽然可以使用其他形状，例如，多边形)并且是凸出的(如图41中所示)。必要时，一些或所有小透镜412可以是凹入的。在优选的实施方式中，每个小透镜具有至少大约5:1到大约60:1的直径与高度的纵横比的优选范围。在所示的实施方式中，每个小透镜具有0.1mm的高度以及4mm的直径，并且具有光滑的外表面。此外，在提取零件386外面径向地提供两个额外的提取零件416、418。在所示的实施方式中，提取零件416、418围绕波导410完全并且连续地延伸，并且包括具有光滑的外表面的直立的环形肋条。小透镜412和提取零件416、418有助于期望的光混合和对发射的光的控制，而对波导厚度没有很大帮助。
在图43-45中示出了具有与标准的白炽灯PAR30聚光灯相似的外部形状的另一灯500。如图43中所示，灯500包括底座502、中央本体505以及由光透射材料(例如，光学级丙烯酸、聚碳酸酯或硅树脂)制成的盖部件506，该底座包括爱迪生型插塞504。灯组件507通过任何合适的方式安装在中央本体505内并且由盖部件506覆盖。盖部件506通过任何合适的方式(例如，粘合剂、超声波焊接等)固定至中央本体505。盖部件506拨款光滑的、弯曲的外表面508。盖部件506的外表面508和/或内表面509优选地(虽然并非必须)涂有扩散光的材料。还参照图44A-44D、45A以及45B，灯组件507包括波导本体510，该波导本体具有分别形成在内表面和/或外表面512、513内的提取零件511，以获得波导514，与在前述实施方式中一样。内表面510还包括内部耦合腔515。多个光源(例如，多个LED516)设置在圆柱形载体517上并且插入耦合腔515内。LED通过爱迪生型插塞504和安装在设置于中央本体505内的一个或多个电路板518上的驱动电路接收电力，以使LED516形成径向朝外引入波导本体510内的光。由于由LED形成的光在第一实例中被朝外引导，所以不需要光换向器。此外，如图45C中所示，必要时，波导本体510可以具有弯曲的外表面513，以进一步模仿传统的白炽聚光灯。虽然不需要这样，但是弯曲的外表面可以涂有光扩散材料。而且如图45C中所示，与包括图43-45B的耦合腔515的通孔不同，载体519和LED516可以设置在包括波导本体510内的耦合腔515的盲孔内。
再次参照图44A-44D、45A以及45B，必要时，灯500有利地使用波导514来获得期望量值(例如，10度)的光束扩展，以模仿窄光束白炽聚光灯。具体而言，圆柱形载体517包括多个(在所示的实施方式中，十个)刻面519a-519j(图44A和44D)，其中，两个或另一数量的LED安装在每个刻面519内。波导本体510的内表面512内的提取零件511以包括多个部分511a-511j的总体花形图案排列，每个部分分别与一个刻面519a-519j相关联。每个部分511a-511j设置在相关联的刻面519a-519j外面，并且包括嵌入式弯曲的提取子部分(例如，参照图45B中的子部分551f-1,511fa-2,...511f-N)。提取子部分在屈折区域(inflectionregion)(例如，参照图45B中的屈折区域520a,520b,...,520N)与相邻的提取子部分相接。而且，在所示的实施方式中，包括凹槽部分521a-521j(图44D)的光提取零件521设置在外表面513内。在所示的实施方式中，每个部分511的每个提取子部分与由相关联的刻面519承载的LED同轴。通过弯曲子部分和凹槽部分从波导本体510有效地提取出光。
波导本体510和具有LED516的载体517设置在具有锥形表面524和平面底座表面526的反射底板部件522内。一个或两个内表面由反射材料(例如，镜面反射材料或薄膜、或白色材料或薄膜)涂覆/覆盖。因此，从波导本体510的内表面511逸出的光被反射回波导本体内，以便从外表面513有效地提取出光。通过适当地设计导致与前述实施方式相似的锥形波导本体510的提取零件，可以获得颜色混合和光发射控制，与在前述实施方式中一样，无需使用光换向器，例如，插塞部件78。
应注意的是，必要时，在本文中公开的任何实施方式可以使用反射底板部件，例如，部件522。而且，底板522可以具有除了平面底座表面526以外的表面，例如，弯曲的表面。
如图45C中所示，热交换器528(图解示出)可以与LED热接触地设置，并且可以直接设置在底板522之下。热交换器528可以被设置为消除LED与驱动电路之间的热串扰。
必要时，可以改进波导本体510，以获得不同的光束扩展，例如，大于10度。例如，灯可以实现15度、25度、或者甚至高达60度、或者在其间的任何值的光束扩展。
虽然在某些实施方式中需要光的均匀分布，但是可以使用不同阵列的提取零件，预期和获得了光的其他分布。
在图46-48B和50-54中示出了包括光透射材料671的波导本体670的另一实施方式。共同包括LED元件的具有相同颜色的多个LED可以与波导本体670一起使用。可替代地，可以使用并非都具有相同颜色并且共同包括多色LED元件的多个LED，以便实现期望的照明效应，例如，特定的色温。在前一种情况下，多色LED元件在高角度下可能经历不均匀的颜色分布，造成输出亮度的颜色和强度的不均匀。不均匀的颜色分布还可以由具有包括不同高度的不同颜色的LED的多色LED元件造成。例如，多色LED元件可以包括由多个蓝色变黄色LED包围的一个或多个红色LED。每个红色LED具有的高度小于周围的蓝色变黄色LED的高度。因此，从红色LED发射的光至少部分被蓝色变黄色LED阻挡，使得从LED元件发射的光不均匀。除了高度差以外，红色和蓝色变黄色LED的性能的差异影响从相应的LED发射光的方式。
波导本体670与上面参照图12-18讨论的波导本体170相同，除了以下以外，即，波导本体670包括具有一个或多个腔602的形式的光重定向零件，以提升亮度均匀性，并且如果使用多色LED元件，那么促进颜色混合。根据本发明的一个方面，腔602可以具有由促进光线的重定向(例如，通过折射)的表面限定的多个几何图形中的任一个，以提高亮度均匀性并且通过改进的方式混合由LED形成的光线。
如图46中所示，波导本体670包括第一腔阵列600和第二腔阵列610。在本文中使用的术语腔可以表示装有空气的空隙或者部分或完全装有另一种光透射材料(例如，丙烯酸、聚碳酸酯、模制硅树脂、玻璃、或环烯烃共聚物和/或其组合)的空隙。波导本体670包括内部耦合腔676并且可以包括提取零件，例如，提取零件601(见图47A)。第一腔阵列600包围内部耦合腔676，以将内部耦合腔676设置在例如第一腔阵列600的中央，或者可以偏离中央地设置。虽然示出了两个阵列，但是在图46、46A、46B以及46C的实例实施方式中，预期具有单个或不止两个腔阵列。例如，图48、48A以及48B示出了具有第三腔阵列620的波导670的一个实施方式。而且，与完全包围内部耦合腔676不同，每个阵列可以部分包围内部耦合腔676。需要时，每个阵列可以包括少至一个腔或尽可能多的腔，并且阵列中的腔可以围绕内部耦合腔676等距地隔开或者可以不等距地隔开。此外，每个阵列中的腔都可以具有相同的形状(例如，圆形柱形)，或者可以具有两个或多个不同的形状，并且可以都具有相同的尺寸(例如，直径)，或者可以具有两个或多个不同的尺寸。
第一腔阵列600包括多个腔602a，602b，…，602N。第一腔阵列600可以具有在2个到200个之间的腔602。优选地，例如，第一腔阵列600包括在4个到60个之间的腔602。在图46的示出的实施方式中，第一腔阵列600中的每个腔602的形状优选地是圆形柱状，并且例如，每个腔优选地具有在大约0.3mm到大约6mm之间的直径或其他横截面尺寸。更优选地，第一腔阵列600中的每个腔602的直径或其他横截面尺寸在大约0.4mm到大约5mm之间，并且最优选地，在大约0.4mm到大约4mm之间。每个腔602可以具有对称或非对称的形状，并且可以具有除了圆形柱状以外的形状，例如，星形(图46B)或椭圆形(图46C)。腔602可以完全延伸穿过波导本体670的材料671，如图47中所示。可替代地，腔602可以是盲孔，如图47A中所示，以便仅仅部分穿过波导材料671。此外，腔602可以围绕内腔以对称的圆形图案设置，如在图46-46C、50以及51中所示，或者可以按照不同的图案(未示出)(例如，矩形、三角形或花形的图案)设置。此外，腔602可以按照对称或非对称的图案设置。
第二腔阵列610包围第一腔阵列600，如图46中所示。第二腔阵列610包括多个腔612a，612b，…，612N。第二腔阵列610可以具有在2个到200个之间的腔602。优选地，例如，第二腔阵列610包括在6个到100个之间的腔602。第二腔阵列610中的腔612可以与第一腔阵列600中的腔602成角度地偏离，以将每个腔612设置在第一腔阵列600中的相邻腔602之间的中间。如前所述，腔612可以完全延伸穿过波导本体670的材料671，或者可以是盲孔，使得它们不完全穿过波导材料671。
在图46的示出的实施方式中，每个腔612的形状是圆形柱状。同样，腔612可以是除了圆形柱状以外的形状，例如，星形(图46B)或椭圆形(图46C)。优选地，虽然并非必须，但是第二腔阵列610中的每个腔612的尺寸大于第一腔阵列600中的腔602的尺寸(即，直径或其他横截面尺寸)。第二腔阵列610中的腔612可以具有在大约0.4mm到大约10mm之间的直径或其他横截面尺寸。更优选地，第二腔阵列610中的每个腔612的直径或其他横截面尺寸例如在大约0.4mm到大约8mm之间，并且最优选地，每个直径或其他横截面尺寸在大约0.4mm到大约10mm之间。虽然在所示的实施方式中，第二腔阵列610中的腔612具有与第一腔阵列600中的腔602相同的形状，例如，圆形柱形形状(图46)，但是腔612可以具有不同的形状，例如，方形或矩形柱状形状，如图46A中所示。此外，第一腔阵列600中的腔602可以按照与第一腔阵列600中的腔602相同的图案(例如，如图46-46C、50以及51中所示的圆形图案)设置，和/或可以与其同轴，或者它们可以相对于第一腔阵列按照不同的图案和/或不同轴地设置。
在图48、48A以及48B中示出了波导本体670的另一实施方式。在所示的实施方式中，波导本体包括第三腔阵列620。第三腔阵列620包围第二腔阵列610。第三腔阵列620包括多个腔622a，622b，…，622N。第三腔阵列620可以具有在2个到200个之间的腔622。第三腔阵列620中的腔622与第二腔阵列610中的腔612成角度地偏离，以将每个腔622设置在第二腔阵列610中的相邻腔612之间的中间。腔622可以完全延伸穿过波导本体670的材料671，或者可以是盲孔，使得它们不完全穿过波导材料671。
如图48中所示，第三腔阵列620中的每个腔622的形状可以是圆形柱状，并且可以具有分别比第一腔阵列和第二腔阵列600和610中的腔602和612的尺寸更大的尺寸。腔622还可以是除了圆形柱状以外的形状，例如，星形(图48A)或椭圆形(图48B)。第三腔阵列620中的腔622优选地具有在大约0.4mm到大约10mm之间的直径或其他横截面尺寸，更优选地，具有在大约1mm到大约10mm之间的直径或其他横截面尺寸，并且最优选地，具有在大约2mm到大约10mm之间的直径或其他横截面尺寸。虽然在所示的实施方式中，第三腔阵列620中的腔622可以具有分别与第一腔阵列和第二腔阵列600和610中的腔602和612相同的形状，例如，圆形柱状形状(图48)，但是第三腔阵列620中的腔622也可以具有不同的形状，例如，方形或矩形柱状形状(与图46A的实施方式的第二腔阵列相似或相同)。此外，第三腔阵列620中的腔622可以按照分别与第一腔阵列和第二腔阵列600和610中的腔602和612相同的图案(例如，在图48、48A以及48B中示出的圆形图案)设置，和/或可以与其同轴，或者它们可以相对于第一腔阵列和第二腔阵列按照不同的图案和/或不同轴地设置(未示出)。需要时，其他腔阵列可以设置在波导本体670内的任何地方，例如，从第三腔阵列620以任何阵列形状并且具有如上所述的腔形状和尺寸、或者任何其他形状和/或尺寸地径向朝外设置。
在图54中示出了波导本体670的另一实施方式。在这个实施方式中，波导本体包括至少一个腔632a。还可以包括额外的腔632b，632c，…，632N。腔632可以具有相同的形状(例如，632a和632b)或者它们可以是不同的形状(例如，632b和632c)。腔632的形状可以是例如圆形柱状(即，632a)、椭圆形(即，632d)、星形(即，632c)或任何其他形状。腔632可以一直延伸穿过材料671或者仅仅部分延伸穿过材料671。腔还可以具有相同或相似的尺寸(即，632a和632f)或者可以具有不同的尺寸(例如，632a和632b)。腔632可以按照一图案设置在波导670内，或者可以在随机的位置处设置在波导内，如图54中所示。
在图49中示出了波导本体703的另一实施方式。在这个实施方式中，与圆形的波导本体670相比，波导本体703是矩形。波导本体703与上面相对于图36-39讨论的波导本体103相同，除了波导本体703包括具有一个或多个腔702的形式的光重定向零件以外。如图49中所示，波导本体703包括第一腔阵列700和第二腔阵列710。在所示的实施方式中，第一腔阵列700包围内部耦合腔776，以将内部耦合腔776设置在第一腔阵列700的中央。
第一腔阵列700包括多个腔702a，702b，…，702N，并且第二腔阵列710包括多个腔712a，712b，…，712N。第二腔阵列710包围第一腔阵列700。虽然不需要这样，但是第二腔阵列710中的腔712与第一腔阵列700中的腔702成角度地偏离，以将每个腔712设置在相邻腔702之间的中间。此外，第一腔阵列700中的腔702可以相对于上面讨论的腔602具有相同或不同的尺寸、形状、图案、数量或材料。同样，第二腔阵列710中的腔712可以相对于上面讨论的腔612具有相同或不同的尺寸、形状、图案、数量或材料。
在图55中示出了包括光透射材料871的波导本体870的另一实施方式。如图55中所示，波导本体870与上面相对于图11D-11F讨论的波导相同，除了波导本体870包括内部耦合腔876以及至少一个腔800a的形式的一个或多个光重定向零件以外。还可以包括额外的腔800b、800c、800N。腔800可以具有相同的形状(例如，800a和800b)或者可以具有不同的形状。腔800的形状可以是例如圆形柱状(即，800a)、椭圆形或星形。腔还可以具有相同或相似的尺寸(即，800b和800c)或者可以具有不同的尺寸(例如，800a和800b)。腔800可以一直延伸穿过材料871或者仅仅部分延伸穿过材料871。腔800可以按照特定的图案设置在波导870内，如图55中所示，或者可以在随机的位置处设置在波导870内。
如在图49和51中最佳地示出的，波导本体670和703的内部耦合腔676和776分别被配置为接收光源660。如上所述，光源660可以是LED模块662，该模块包括多个单独的LED663。例如，在LED模块662上可以具有从1个到9个或更多个单独的LED663，并且LED663可以按照任何配置设置。例如，LED模块662可以包括按照3x3矩阵设置的9个单独的LED663，如图51-53中所示。LED663可以是蓝色变黄色LED663a、红色LED663b和/或绿色LED(未示出)。LED模块662可以包括6个蓝色变黄色LED663a和3个红色LED663b，如图52中所示，或者LED模块662可以包括以棋盘图案设置的5个蓝色变黄色LED663a和4个红色LED663b，如图52A中所示。
接下来参照图50和51，示出了灯640的一个实施方式。灯640与灯140相同，除了灯640包括波导670以外。如图50中所示，灯640包括底座642，爱迪生型插塞644设置在该底座处。中央本体646远离该底座642延伸，灯组件650固定至该中央本体。灯组件650包括设置在波导670(图51)的内部耦合腔676内的光源660(上面讨论的并且与光源60相似或相同)。与插塞部件68相同的插塞部件678可以插入内部耦合腔676内。存在灯140的其它元件，但是在图50和51中未示出。
在图52中，示出了波导670的一个实例，在基板上具有LED模块662，该模块具有按照两行且每行三个LED设置的六个蓝色变黄色LED663a-1到663a-6以及按照介于两行蓝色变黄色LED之间的一行设置的三个红色LED663b-1到663b-3。蓝色变黄色LED663a-1发射光束609a，并且红色LED663b-1发射光束609b。光束609a和609b照在插塞部件678的反射面上并且朝着波导670横向反射。可替代地，LED663a-1和663b-1(以及其他LED)的光直接进入波导670内。当光束609a和609b照在波导670的材料671上时，光束609a和609b以角度α折射。光束609a和609b在部分A中以角度α行进，直到光束609a和609b到达提取部件，例如，提取零件601。如在图52中图解性地示出的，在光束609a和609b行进穿过部分A时，蓝色变黄色LED663a-1的光束609a阻拦或者与红色LED663b-1的光束609b“混合”。然而，当光束照在提取零件601上时，光束609a和609b的方向路径改变，以便产生高度颜色分离。
在图53中，示出了分别具有第一腔阵列和第二腔阵列600和610的波导670。在图53中包括在图52中示出的具有蓝色变黄色LED663a和红色LED663b的相同LED模块662。与在图52中示出的实例相似，当蓝色变黄色LED633a-1的光束609a和红色LED663b-1的光束609b照在波导670的材料671上时，光束首先以角度α折射。然而，当光束609a或光束609b照在第一腔阵列600中的腔602上时，光束609远离腔602反射或者以角度β折射。未反射的光束609a或609b以角度β穿过腔602行进，直到光束到达点X。当光束609a或609b到达腔602的点X时，随着光束609a或609b重新进入波导材料671内，光束被反射回腔602内或者以角度θ折射。同样，当光束609a或光束609b照在第二腔阵列610中的腔612上时，光束远离腔612反射或者以角度β1折射。如果最初未反射光束609a或609b，那么这些光束穿过腔612，直到光束609a或609b到达点Y。当光束609a或609b到达腔612的点Y时，随着光束609a或609b重新进入波导材料671内，光束被反射回腔612内或者以角度θ1折射。
通过改变光束在波导的相同区域(例如，部分A)之上的折射角，光束被散射，以提升总体亮度均匀性，并且使得更大数量的蓝色变黄色光束609a和红色光束609b在部分A内混合，并且在光束609a和609b照在提取零件601上之后继续混合。增大亮度均匀的量，并且在多色LED元件的情况下，颜色混合是期望的，这是因为这种混合降低了LED633a和663b的单独颜色的外观，并且产生了更均匀的合成颜色，例如，柔和的白光。此外，通过提供不同尺寸的腔602和612，蓝色变黄色LED663a和红色LED663b的光束609a和609b分别进入和离开腔602和612的角度大幅改变。这增大了光束散射的量，这进一步促进了亮度均匀和颜色混合。
每个光重定向零件优选地在远离耦合腔的中央径向延伸的方向上具有这样的总长度，即，该总长度不小于大约0.5mm，更优选地，这种总长度在大约1mm到大约10mm之间，并且最优选地，在大约2mm到大约8mm之间。此外，每个光重定向零件优选地具有这样的总体圆周范围(或者如果光重定向零件是非圆形，那么是外围范围)，即，该范围不小于大约1mm，更优选地在大约4mm到大约30mm之间，并且最优选地在大约5mm到大约20mm之间。
应注意的是，LED在基板上的位置可以改变，以增强颜色混合。例如，红色LED663b的数量可以减少为两个LED，同时保持相同数量和设置的蓝色变黄色LED。可替代地，蓝色变黄色LED663a可以重新设置为包括与基板的第一边缘或侧和第二边缘或侧相邻地设置的第一单个和第二单个LED以及与基板的第三侧和第四侧相邻地设置的第一对和第二对LED。两个红色LED663b可选地远离基板的边缘设置在LED663a之间。在BerndKeller等人2013年12月9日提交的题为“LuminairesUtilizingLEDElements(利用LED元件的灯具)”的共同待审的美国专利申请号14/101,147(克利案号P2131US1)中公开了这种设计，将该申请的公开内容结合于此。
除了上述内容以外，LED元件的主要或次要透镜可以与LED光源60或660相结合使用，以进一步提高从波导的表面发射的光的亮度和/或颜色均匀性。实际上，主要LED光源的形状可以改变并且优化，以在进入耦合腔之前使用折射或散射来将光引入优选的方向，从而提高均匀性。LED元件相对于限定耦合腔的表面的方向和/或形成也可以改变并且优化，以提高光混合。根据CraigRaleigh等人2013年3月15日提交的题为“Multi-LayerPolymericLensandUnitaryOpticMemberforLEDLightFixturesandMethodofManufacture(用于LED灯具的多层聚合物透镜和整体式光学部件以及制造方法)”的美国专利申请号13/843,928(克利案号P1988US1)或CraigRaleigh等人2013年3月15日提交的题为“One-PieceMulti-LensOpticalMemberandMethodofManufacture(一件式多透镜光学部件以及制造方法)”的美国专利申请号13/843,649(克利案号P2026US1)的教导，透镜和/或在本文中公开的任何波导可以由一种或多种材料构成，将这两个申请的公开内容结合于此以供参考。必要时，可以提供可以通过涂覆在透镜上或形成在透镜内的散射颗粒实现的散射体，以进一步混合由LED形成的光。
在本文中特别包括本公开的其他实施方式，包括每个上述实施方式和实例的各个零件的所有可能的不同和各种组合。因此，例如，在不背离本发明的范围的情况下，一种所公开的形状的波导可以包括相同或不同形状的提取零件，提取零件可以对称或不对称，提取零件可以具有不同或相同的几何图形、间距、尺寸等。而且，必要时，在本文中公开的任何光重定向零件也可以用作光提取零件。
在本文中公开的任何实施方式中，在波导元件之间(例如，在波导本体与设置在一个或多个腔内的材料之间)的间隙或界面可以装有光学耦合凝胶或不同的光学元件或材料，例如，空气间隙或者在本文中公开的任何其他材料或者折射率匹配材料。此外，可以使用定向在任何期望的方向上的一个或多个其他光重定向零件形状，其中，例如，这些形状包括V形、椭圆形、圆形、菱形、风筝形(即，在形状的相对端具有不同角的菱形)、矩形、多边形、弯曲的、平坦的、渐缩的、分段的、连续的、不连续的、对称的、非对称的等。光重定向零件优选地具有不小于大约1μm的总体径向长度，并且更优选地，该总体径向长度在大约10μm到大约10mm之间，并且最优选地，在大约1mm到大约10mm之间。此外，光重定向零件优选地具有不小于大约1μm的总体圆周(或其他总体)范围，并且更优选地，该总体范围在大约10μm到大约10mm之间，并且最优选地，在大约1mm到大约10mm之间。需要时，部分或完全限定在本文中公开的任何或所有零件(包括在本文中公开的光重定向零件)或其任何部分的任何或所有表面可以涂有或者另外形成有光学反射材料，例如，镜面反射材料，例如，金属化涂层、散射材料、白色材料等。
应理解的是，光重定向零件的数量、尺寸以及布置可以在波导本体的范围之上逐渐校准光和/或可以促使光的重定向，以用于另一个目的，例如，以促使光避开吸收或散射这种光的零件。
工业实用性
总之，已发现，当在灯具内使用单色或多色LED元件时，可期望彻底混合由LED形成的光输出，以使由灯具发射的强度和/或颜色外观均匀。当LED元件与波导一起使用时，发现具有在光耦合和光引导或分布功能期间实现这种混合的机会。具体而言，通过衍射使光线弯曲可以提高混合。在这种情况下，通过在波导中在具有不同折射率的材料之间提供界面可以实现这个折射弯曲。这些界面可以在介于光耦合零件与波导提取零件或从波导中提取(例如，通过弯曲)光的区域中间的部分处限定光重定向零件。此外发现，将光引入广大的折射角内来增强光混合。由于折射光线的角度Ar是入射光线与入射光线所照的界面表面之间的角度Ai的函数(随着Ai接近0，即，在入射光线相对于界面表面接近平行状态时，折射角Ar增大)，所以通过将界面表面配置为相对于入射光线包括广大的角度可以获得广大的折射光线角度。这反过来表示界面可以包括与入射光线几乎平行的很大程度上的界面表面以及与入射光线以其他角度设置的其他表面。可以使用总体波导形状以及耦合零件和重定向零件形状，例如，弯曲(包括凸出、凹入、以及凸出和凹入表面的组合)、平面、非平面、渐缩、分段、连续或不连续的表面、规则或不规则形状的表面、对称或不对称的形状等，要理解的是，通常，通过在光路中提供增大数量的界面和/或更复杂的界面形状可以进一步提高光混合(与对光提取的必要控制一致)。而且，耦合零件和光重定向零件的间距可以影响混合的程度。在一些实施方式中，单个光耦合零件和/或单个光重定向零件可以足以实现期望程度的光混合。在其他实施方式中，多个耦合零件和/或多个光重定向零件可以用于实现期望程度的光混合。在任一种情况下，多个耦合零件或多个重定向零件的形状可以简单或复杂，可以是相同的形状或不同的形状，可以等距或不等距地隔开，或者随机地或以一个或多个阵列分布(它们本身可以等距或不等距地隔开，具有相同或不同的尺寸和/或形状等)。而且，界面可以按照对称或非对称图案设置在波导中，波导本身可以对称或不对称，波导可以形成相对于波导对称、不对称、居中或不居中的光分布，光分布可以在轴上(即，与波导的表面正交)或离轴(即，除了相对于波导表面正交以外)、单个或分裂光束等。
此外，一个或多个耦合零件或重定向零件或两者可以设置在波导内部的任何地方、波导的任何外表面(例如，波导的边缘表面或主要表面)处、和/或在波导的不止一个表面或部分之上延伸的位置处。在耦合或光重定向零件设置在波导内部的情况下，该零件可以设置在完全延伸穿过波导的腔内或者由该腔限定或者设置在不完全延伸穿过波导的腔内或者由该腔限定(例如，在盲孔内或者在由波导的材料完全封闭的腔内)。而且，在本文中公开的任何实施方式的波导可以是平面、非平面、不规则的形状、弯曲、其他形状、悬挂、嵌入或表面安装的波导等。
虽然公开了具体的耦合零件和光重定向零件参数(包括形状、尺寸、位置、相对于光源的方向、材料等)来作为在本文中的实施方式，但是本发明不限于所公开的实施方式，这是因为还特别在本文中预期了这种参数的各种组合和所有排列。因此，在本文中描述的耦合腔、插塞部件、LED元件、掩蔽元件、重定向零件、提取零件等中的任一个可以单独地、或者与一个或多个额外的元件相结合、或者以不同的组合用于灯具中，以获得光混合和/或期望的光输出分布。更具体而言，在本文中公开的装置中可以使用在通过引用结合于此并且由本申请的受让人拥有的美国专利申请号13/842,521(克利案号P1946US1)、美国专利申请号13/839,949(克利案号P1961US1)、2013年3月15日提交的题为“OpticalWaveguideBody(光波导本体)”(克利案号P1968US1)的美国专利申请号13/841,074、美国专利申请号13/840,563(克利案号P2025US1)、2013年3月15日提交的题为“OpticalWaveguideandLuminaireIncludingSame(光波导以及包括该光波导的灯具)”的美国专利申请号13/840,563(克利案号P2126US1)、2013年12月9日提交的题为“WaveguideBodiesIncludingRedirectionFeaturesandMethodsofProducingSame(包括重定向零件的波导本体以及制造该波导本体的方法)”的美国专利申请号14/101,132(克利案号P2130US1)、2013年12月9日提交的题为“LuminairesUsingWaveguideBodiesandOpticalElements(使用波导本体和光学元件的灯具)”的美国专利申请号14/101,147(克利案号P2131US1)、以及2013年12月9日提交的题为“SimplifiedLowProfileModuleWithLightGuideForPendant,SurfaceMount,WallMountandStandAloneLuminaires(用于吊悬、表面安装、墙面安装和独立灯具的具有光导的简化的低剖面模件)”的美国专利申请号14/101,129(克利案号P2141US1)中描述和/或要求的任何零件。因此，例如，必要或期望时，在本文中公开的任何波导或灯具可以包括在该申请中所公开的一个或多个耦合零件或光学元件、改变的LED布置、一个或多个光重定向零件、一个或多个光提取零件、和/或特定的波导或总体灯具形状和/或配置。除了在本文中所公开的以外，还预计具有其他灯具和波导形状因数。
在本文中公开的耦合零件将光有效地耦合到波导内，并且重定向零件使光在波导内均匀地混合，因此，调节光，以便从波导中均匀地提取出。在本文中公开的至少一些灯具特别适合于用于设备内，例如，备用或改进灯(例如，LEDPAR灯泡)、室外产品(例如，街灯、工矿灯、冠层灯)、以及室内产品(例如，筒灯、暗灯槽、嵌入或插入应用、在墙壁或天花板上的表面安装应用等)，优选地需要至少大约800流明或更大的总灯具输出，更优选地需要至少大约3000流明或更大的总灯具输出，并且最优选地需要大约10,000流明或更大的总流明输出。而且，在本文中公开的灯具的色温优选地在大约2500开氏度到大约6200开氏度之间，更优选地在大约2500开氏度到大约5000开氏度之间，并且最优选地是大约2700开氏度。而且，在本文中公开的至少一些灯具优选地呈现出每瓦特至少大约100流明并且更优选地每瓦特至少大约120流明的效率，并且还呈现出至少大约92％的耦合效率。而且，在本文中公开的至少一些灯具优选地呈现出至少大约85％的总体效率(即，从被注入波导内的光分割的波导提取光)。至少大约80的颜色复现指数(CRI)优选地由在本文中公开的至少一些灯具获得，更优选地是至少大约88的CRI。当热损失小于大约10％时，可实现至少大约65的色域区域指数(GAI)。可以实现任何期望的形状因数和特定的输出光分布(例如，蝴蝶光分布)，包括上下光分布或者仅上或仅下分布等。
当使用发射到广泛(例如，朗伯)角度分布(对于基于LED的光源是常见的)内的相对小的光源时，如在本领域中通常了解的那样，光学扩展性的保持需要具有大发射区域的光学系统来实现窄(校准的)角度光分布。在抛物面反射器的情况下，因此通常需要大型光学部件来实现高级校准。为了在更紧凑的设计中实现大发射区域，现有技术依赖于使用菲涅耳透镜，该透镜使用折射光学表面来引导和校准光。然而，菲涅耳透镜通常实际上是平面的，因此，不太适合于重定向由光源发射的高角度光，导致光学效率的损失。相反地，在本发明中，光耦合到光学部件内，其中，主要地，TIR用于重定向和校准。这种耦合允许重定向和校准来自光源的全范围的角度反射，包括高角度光，导致更高的光学效率和更紧凑的形状因数。
与现有技术相比，在本文中公开的一些实施方式能够符合改进的操作标准如下：
在现有实施方式中的至少一些中，更好地了解光在波导内的分布和方向，并且因此，以更加受控的方式控制和提取光。在标准的光学波导中，光通过波导而来回反射。在现有实施方式中，通过波导一次性提取尽可能多的光，以尽可能减小损失。
在一些实施方式中，人们希望控制光线，以校准至少一些光线，但是在相同的或其他实施方式中，人们还希望控制其他或所有光线，以提高其角色散，以便不校准这种光。在一些实施方式中，人们可能希望校准为窄范围，而在其他情况下，人们可能希望相反。
在本文中所引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请以及专利)都以如同单独地并且特别地指明通过引用结合并且在本文中陈述其全文的程度结合于此以供参考。
在描述本发明的上下文中(尤其在以下权利要求的上下文中)使用术语“一个(a)”、“一(an)”、“该(the)”以及相似的引用应被理解为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。在本文中叙述值的范围仅仅旨在用作单独地指明落在该范围内的每个单独值的快捷方法，除非在本文中另有说明，并且每个单独值被结合到说明书内，如同在本文中单独叙述一样。可通过任何合适的顺序执行在本文中描述的所有方法，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。使用在本文中提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“例如”)仅仅旨在更好地阐明本发明，而非对本发明的范围造成限制，除非另有声明。说明书中的任何语言都不应被理解为将任何未要求保护的元件指明为本发明的实践所必不可少的。
在本文中描述了本发明的优选实施方式，包括用于执行本发明的本发明人已知的最佳模式。应理解的是，所说明的实施方式仅仅是示例性的，而不应被视为限制本发明的范围。

Claims (24)

1.一种光波导，包括：
光透射材料的本体，所述光透射材料的本体由外边缘限定并具有远远大于它的总厚度的宽度并且还包括：第一侧；与所述第一侧相对的第二侧；内部耦合腔，由与所述第二侧相交的表面限定并从所述第二侧朝着所述第一侧延伸，其中，所述内部耦合腔远离所述本体的边缘设置并且被配置为接收LED元件，所述光透射材料的本体还具有包围所述内部耦合腔的第一光混合腔阵列以及设置在所述第一侧和所述第二侧中的一者上的提取零件，其中，所述光提取零件至少部分包围所述内部耦合腔。
2.根据权利要求1所述的光波导，其中，第一腔阵列具有在2个到200个之间的腔。
3.根据权利要求1所述的光波导，其中，所述第一腔阵列中的每个腔具有在0.3mm到6mm之间的直径以及圆形柱状、椭圆形和星形中的一者的形状。
4.根据权利要求2所述的光波导，其中，所述第一腔阵列中的腔完全延伸穿过所述光透射材料的本体。
5.根据权利要求2所述的光波导，其中，所述第一腔阵列中的腔是盲腔，以使所述腔不延伸穿过所述光透射材料的本体。
6.根据权利要求2所述的光波导，其中，所述第一腔阵列中的腔包含选自包括空气、丙烯酸、聚碳酸酯、模制硅树脂、环烯烃共聚物、玻璃及其组合的组的光透射第二材料。
7.根据权利要求1所述的光波导，还包括第二腔阵列，其中，所述第二腔阵列中的腔偏离并包围所述第一腔阵列。
8.根据权利要求7所述的光波导，其中，所述第二腔阵列具有在2个到200个之间的腔。
9.根据权利要求7所述的光波导，其中，所述第二腔阵列中的每个腔具有在0.4mm到10mm之间的直径以及圆形柱状、椭圆形和星形中的一者的形状。
10.根据权利要求7所述的光波导，其中，所述第二腔阵列中的腔具有与所述第一腔阵列中的腔不同的形状。
11.根据权利要求1所述的光波导，其中，所述光透射材料的本体的形状是非圆形。
12.根据权利要求1所述的光波导，还包括第三腔阵列，
其中，所述第三腔阵列中的腔偏离并包围所述第二腔阵列中的腔，
其中，所述第三腔阵列具有在2个到200个之间的腔，并且其中，所述第三腔阵列中的每个腔具有在0.4mm到10mm之间的直径以及圆形柱状、椭圆形和星形中的一者的形状。
13.一种灯具，包括：
底座，具有电连接件；
中央本体，设置在所述底座上；以及
灯组件，连接至所述中央本体，其中，所述灯组件包括：波导本体，具有内部耦合腔；LED元件，设置在所述耦合腔内；以及第一腔阵列，包围所述耦合腔。
14.根据权利要求13所述的灯具，其中，所述LED模块包括蓝色变黄色LED和红色LED的组合。
15.根据权利要求13所述的灯具，还包括插塞部件，所述插塞部件具有设置在所述耦合腔内的圆锥形反射表面，
其中，所述波导本体包含一材料，
其中，所述LED元件将光引导到所述圆锥形反射表面上，并且所述光被横向转移到所述波导本体的材料内；并且
其中，所述光以与所述光穿过所述波导本体的材料的角度不同的角度穿过所述第一腔阵列中的腔。
16.根据权利要求15所述的灯具，还包括包围所述第一腔阵列的第二腔阵列，
其中，所述光以与所述光穿过所述波导本体的材料的角度不同的角度穿过所述第二腔阵列中的腔。
17.根据权利要求13所述的灯具，还包括包围所述第一腔阵列的第二腔阵列，其中，所述第一腔阵列包括第一尺寸的多个第一腔，并且所述第二腔阵列包括第二尺寸的多个第二腔，其中，所述第二尺寸大于所述第一尺寸。
18.根据权利要求13所述的灯具，其中，所述耦合腔设置在所述第一腔阵列的中央。
19.一种光波导，包括：
光透射材料的本体，所述光透射材料的本体具有远远大于它的总厚度的宽度并包括：第一侧；与所述第一侧相对的第二侧；以及内部耦合腔，在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，其中，所述内部耦合腔被配置为接收LED元件，所述光透射材料的本体还具有每个都至少部分延伸穿过所述波导本体的至少一个颜色混合腔阵列，并且该颜色混合腔阵列包围所述内部耦合腔。
20.根据权利要求18所述的光波导，其中，所述本体包括至少部分延伸穿过所述波导并偏离所述内部耦合腔的多个颜色混合腔阵列。
21.根据权利要求19所述的光波导，其中，所述颜色混合腔具有不同的尺寸。
22.根据权利要求19所述的光波导，其中，所述颜色混合腔具有不同的形状。
23.根据权利要求19所述的光波导，其中，所述颜色混合腔以重复的图案设置在所述内部耦合腔周围。
24.根据权利要求19所述的光波导，其中，所述颜色混合腔随机设置在所述内部耦合腔周围。
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