專利名稱：光分配組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文的主題通常涉及光管，更具體地，涉及一種將光從一個或多個光源分配到一 個或多個光管的組件。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的照明系統(tǒng)包括光源，例如發(fā)光二極管(LEDs)，以及以希望的配置分配光的 光管。在一些應(yīng)用中，可設(shè)置一個以上的光源和/或一個以上的光管。例如，兩個LED與兩 個或多個光管一起使用。在一些應(yīng)用中，希望兩個LED中的任何一個到光管中的任何一個 具有相等的平均光程，以便為兩個光管提供相等的光輸入。然而，傳統(tǒng)的利用光管組件的照 明系統(tǒng)具有一些問題，即從多個可能的光源中的任一個收集光，然后沿著相等的平均光程 將光分配給兩個或者多個單獨的光管。在當(dāng)前的組件中，由于組件的幾何形狀和/或透明 塑料材料的波長選擇吸收，因此到達目標(biāo)的光具有交織的彩色斑點(chromatic spots)。通過迭加嵌入RGB LED的三個半導(dǎo)體芯片發(fā)射的紅光，綠光，和藍光，或者在標(biāo)準(zhǔn) 的白光LED的情況下，通過在藍光LED的半導(dǎo)體內(nèi)的磷層產(chǎn)生色彩減少，能夠制作發(fā)射白光 的LED。然而，由于所有光學(xué)媒質(zhì)，尤其是透明塑料材料的波長選擇吸收特性，RGB和標(biāo)準(zhǔn)白 光LED都呈現(xiàn)出明顯的空間色彩變化。此外，材料的折射率依賴于光的波長。這也適用于 標(biāo)準(zhǔn)白光LED，因為它由波譜限定。由于LED發(fā)射是朗伯的(Lambertian)，它會導(dǎo)致不均勻的空間通量分布和顏色參 與到耦合二次光學(xué)元件的任何一個截面中。為了在光通量和色度方面保持相對均勻的空間 分布，可利用任意的光混合?；焐捎玫默F(xiàn)有的方法包括透射光學(xué)元件，反射光學(xué)元件或 者漫射光學(xué)元件。漫射光學(xué)元件的特征在于高的光吸收度，這使得它們不適合應(yīng)用于光管。 利用透射和反射光學(xué)元件需要長的路徑以達到高數(shù)量的反射。

發(fā)明內(nèi)容
解決方案是通過在此描述的成本有效的光分配組件得以提供的，其中該光分配組 件用于將來自一個或者多個光源(例如LED)的光分配到兩個或者更多光管同時保持希望 的顏色強度使其不受到不同LED組合影響。光分配組件包括一殼體，該殼體具有一縱向長 度并且具有一個或多個安裝在該外殼上的光源。光分配組件還包括耦合器部分，該耦合器 部分具有從外殼沿著縱軸在光入口端和光出口端之間延伸的主體。光入口端具有沿第一方 向延伸的長軸，光出口端具有沿第二方向延伸的長軸，其中耦合器部分被成形為以使耦合 器部分的主體繞縱軸旋轉(zhuǎn)以使第一方向大約垂直于第二方向。一個或多個光管連接在耦合 器部分的光出口端。


圖1示出了本發(fā)明的光分配組件的示例性實施例的立體圖；圖2示出了圖1的組件的頂部立體圖3示出了圖1和圖2的組件的頂部截面圖；圖4示出了圖1的組件的側(cè)部立體圖；和圖5a_5c是表示光分配組件中的光反射的追跡分析的前部立體圖、頂視圖和側(cè)視 圖。
具體實施例方式本文中的主題描述了一種將光從一個或多個光源，例如發(fā)光二極管(LED)，分配到 一個或多個光管的光分配組件的幾何結(jié)構(gòu)。光分配組件可以保持期望的色均勻性使其不受 到不同LED組合的影響。光分配組件可以為不同的LED建立相等的光程。光分配組件呈現(xiàn) 出每單位耦合器長度為大量的內(nèi)部鏡面反射。光分配組件可以降低在光分配組件到光管的 輸出端處任何給定的無限小的區(qū)域內(nèi)的極端發(fā)光值或大的色距(chromaticdistances)的 概率。在示例性的實施例中，光分配組件將兩個LED，一個是RGB另一個是標(biāo)準(zhǔn)白色，耦合到 兩個光管以使無論哪個LED發(fā)光，平均光路都相同的。為了均勻的顏色分布，光分配組件可 以提供RGB LED的RGB成分的均勻的空間分布。光分配組件保證從標(biāo)準(zhǔn)白光LED到朝向光 管的光出射區(qū)域具有低的以及可控的色度轉(zhuǎn)移。如圖1-4所示，光分配組件1的示例性實施例包括外殼2，耦合器部分3和一個或 多個光管4。在示例性的實施例中，所述耦合器部分3構(gòu)成固體透鏡。耦合器部分3包括光 入口端31，光出口端32和在兩者間延伸的主體33。耦合器部分3從外殼2上延伸出?？?選的，例如在一個通常的模制過程中或其他成型過程中，耦合器部分3可以與外殼2形成為 一體。替代地，耦合器部分3可以與外殼2是分離的，并且耦接到外殼2上。外殼2內(nèi)產(chǎn)生 的光在光入口端31進入耦合器部分3。光在耦合器部分3內(nèi)部反射并混合，并從輸出端32 離開耦合器部分3。光從耦合器部分3進入一個或多個光管4，并沿著光管4進行分配。外殼2包括用于在特殊應(yīng)用中提供連接方式以保持或支撐光分配組件1的凸緣7。 凸緣7包括貫穿孔71和用于定位和保持光分配組件1的槽72。在替代的實施例中，其他類 型的定位和/或保持設(shè)備或特征可用于將外殼2固定在合適的位置。如圖2-3所示，外殼2包括用于產(chǎn)生光的光引擎8。光引擎8具有與外殼2的縱向 長度平行的縱向長度。在示例性的實施例中，光引擎8包括印刷電路板(PCB)5和一個或多 個光源6。在示例性的實施例中，設(shè)置了多個光源6，不同的光源6具有不同的性能或特征。 圖2示出的光源6是兩個發(fā)光二極管(LEDs)，然而其他類型的光源也適合在光引擎8中使 用。在示例性的實施例中，光引擎8包括第一 LED61和第二 LED62。所述第一 LED61是 發(fā)射紅光，綠光和藍光的紅綠藍(RGB)LED。第二發(fā)光二極管61是單色LED，例如發(fā)射白光 的白色LED。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，每一種光的顏色具有相關(guān)的主波長。因此，每一種 顏色根據(jù)其相關(guān)聯(lián)的主波長在光分配組件1中進行反射。在任何特殊應(yīng)用或者特殊用途中，第一 LED61和第二 LED62中的一個或者兩個都 可在任一時刻正在工作。因此，分配組件1能夠單獨從第一 LED61和第二 LED62中或者從 兩者的組合中分配光，同時保持希望的顏色強度使其不受到不同LED組合的影響。光分配 組件1收集來自第一 LED61和/或第二 LED62的光，并通過耦合部分3將光分配到一個或 多個光管4中。
如圖3所示，第一和第二 LED61，62在外殼2內(nèi)沿著光引擎8的縱向長度并排設(shè) 置。LED61，62臨近耦合器3的光入口端31設(shè)置，并與光入口端31對準(zhǔn)。在示例性的實施 例中，LED61，62相對于耦合器部分3的縱軸A設(shè)置成不對稱。在具有不止兩個光源的替代 實施例中，光源6能以替代的配置，例如線性配置(并排對準(zhǔn))，三角配置，或者各種其他合 適的布置進行放置。來自LED61，62的光在光入口端31處進入耦合器部分3。耦合器部分3包括多個 配置為反射光的反射面9?？蛇x擇的，反射面9可以具有鏡面光潔度例如SPI Al。所述反 射面9可以是平滑的和圓的，或者替代的，可以是平的和成角度的。耦合器部分3的主體33 被成形為以使無論哪一個LED61和/或62在發(fā)光，平均光路是相同的。為了均勻的色度分 布，耦合器部分3的主體33被成形為以使光從光出口端32離開耦合器部分3時呈現(xiàn)RGB LED的RGB成分的均勻的空間分布。主體33的形狀沿著長度提供大量的內(nèi)部反射，因而對 于一個給定長度的主體33具有高的光混合度。與通常具有直路徑的光管相比，主體33的 形狀提供更大量的內(nèi)部反射和光混合，這就使主體33具有更短的長度。如圖1，2和4中所示，耦合器部分3的光入口端31臨近外殼2，光出口端臨近光管 4。主體33在兩者間沿著縱軸A延伸。主體33沿著縱軸A延伸長度X?？蛇x擇的，耦合器 部分3被取向為以使主體33以縱軸A取向為垂直于外殼2的縱向長度的方式延伸。在示例性的實施例中，主體33具有一個大體上呈橢圓形的橫截面，其具有長軸34 和短軸35。在光入口端31，長軸34在平行于外殼2和光引擎8的縱向長度的第一方向延 伸。在光出口端32，長軸34’(在圖4中示出)在垂直于外殼2和光引擎8的縱向長度的第 二方向延伸。在替代的實施例中，長軸34在光輸入和輸出端31，32處相對于彼此和/或外 殼2被取向為不相同。在具有多于兩個的光源和/或多于兩個的光管的替代的實施例中， 耦合器部分3的橫截面形狀可以是不同的形狀以使光入口和光出口適應(yīng)光管4。耦合器部分3的主體33沿著縱軸A繞著軸A旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)。可選擇的，主體33沿長 度X可以具有恒定的扭轉(zhuǎn)角。替代的，該扭轉(zhuǎn)角可以沿著長度X變化。例如，主體33可以 在主體中心附近扭轉(zhuǎn)更多(例如每單位長度具有更大的扭轉(zhuǎn)角)，或者主體在緊接光入口 端31和/或光出口端32時扭轉(zhuǎn)更多?？蛇x擇的，主體33可以沿著長度X扭轉(zhuǎn)至少90°。 例如，在示出的實施例中，主體33扭轉(zhuǎn)以使得在光出口端32的長軸34’相對于光入口端31 的長軸34旋轉(zhuǎn)90°。每單位長度的扭轉(zhuǎn)角度以及長度X可以被選擇成以控制內(nèi)部反射的 量。例如，每單位長度具有較大的扭轉(zhuǎn)角度可以增加反射的量。具有較長的長度X也可以 增加反射的量。光程由反射的量限定，耦合器部分3的形狀被選擇為以給光管4提供特定 的量或者特征的輸出光。例如，耦合器部分3的扭轉(zhuǎn)增加了反射的量。在示例性的實施例中，主體33沿著長度X維持橢圓的橫截面形狀，并且橢圓的角 取向沿著長度X不斷變化?？蛇x擇的，在光入口端31的橢圓的尺寸可以與光出口端32的 橢圓尺寸不同。例如，在光入口端31的橢圓可以比在光出口端32的橢圓大。光入口端31 的尺寸依賴于光源6的數(shù)量和/或位置。光源輸出端32的尺寸依賴于光管4的數(shù)量和/ 或位置?？蛇x擇的，主體33的形狀可以沿著長度，例如從橢圓形變?yōu)槿切危中位蚱渌?形狀。例如，當(dāng)具有線性排列的光源6時，在光入口端31處利用橢圓形狀。當(dāng)具有三個光 管4時，光出口端32具有三角形狀。當(dāng)具有四個光管4時，光出口端32具有十字形狀。在 替代的實施例中，也可以根據(jù)具體的應(yīng)用而采用其他的布置和形狀。此外，在光入口端31，除橢圓形外，其他的形狀，包括三角形，十字形或者其他形狀是可以的。在示例性的實施例中，LED61，62相對于耦合器部分3的縱軸A非對稱設(shè)置。LED61， 62沒有沿著縱軸A排成一行，而是從縱軸A偏移。光沒有一直在縱軸A中傳播，而是被引 向反射表面9。光分配組件1在反射表面9上每單位耦合器部分長度提供大量的內(nèi)部鏡面 反射。光分配組件1降低了在耦合器部分3的光出口端32的輸出端處任何給定的無限小 的區(qū)域內(nèi)的極端發(fā)光值或大的色距的概率。沿著長度沿著主體33的任何橫截面，大量的內(nèi) 部反射產(chǎn)生了均勻的顏色分布。耦合器部分3將來自任何非對稱設(shè)置的LED61，62的光分 配到任何光管4。可選擇的，光管4被定位以使得光管4的中心線從縱軸A偏移。主體33 的形狀允許從任何LED61，62到任何光管4的平均光路是相同的，而無論LED61，62的哪個 正在發(fā)光。從任何LED61，62到任何光管4的光程是相等的。相等的光程從發(fā)射光的特定 LED61，62為兩個光管4提供相等的光輸入。相同的光量被提供給每一個光管4。在示例性 的實施例中，在任何時間LED61，62只有一個工作。替代地，LED61，62兩個都同時工作。其 他替代的實施例包括多于兩個LED或者其他類型的光源6。如圖5a_5c所示，耦合器部分3混合從RGB LED61發(fā)出的紅色，綠色和藍色顏色型 式。耦合器部分3的形狀和/或幾何形狀允許沿著縱軸A每單位長度具有大量的內(nèi)部鏡面 反射。從RGB LED61到每一個光管4的平均光路相同，所以在光管4處的各種顏色的頻譜 在相同的相位，這意味著，從光管發(fā)射的光中觀察不到色差，或者降低了色差。如圖1和4所示，光管4通常為具有圓形截面的管狀。在替代的實施例中，可采用 其他類型的光管結(jié)構(gòu)。光管4被連接到耦合器部分3的光出口端32，并相對于入射光的方 向被軸向取向?？蛇x擇的，光管4由透明塑料例如高沖擊力丙烯酸模制，然而，在替代的實 施例中可采用其他合適的材料。要理解到，上述描述是用來說明的，而不是限制。例如，上述實施例(和/或其中 的方面)可以彼此結(jié)合使用。此外，在沒有背離本發(fā)明的范圍的教導(dǎo)下，可以進行許多改變 以適應(yīng)特殊場合和材料。本文中描述的各種部件的尺寸，材料類型，取向以及各種部件的數(shù) 量和位置是用來限定某些實施例的參數(shù)，且決不是限制，其只是示例性的實施例。一旦回 顧上述描述，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的許多其他的實施例和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員都 是顯而易見的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參考附屬的權(quán)利要求，以及與權(quán)利要求給予的同 等權(quán)利的全部范圍一起進行確定。在附屬的權(quán)利要求中，術(shù)語“包括(including)”和“其 中(in which)”分別用作術(shù)語“包括(comprising)”和“其中(wherein) ”的簡潔英語的等 同物。此外，在下述權(quán)利要求中，術(shù)語“第一”，“第二”和“第三”等僅作為標(biāo)記，而不是用來 對它們的對象施加數(shù)值要求。此外，下述權(quán)利要求的限定沒有寫成設(shè)備+功能的型式并且 沒有打算基于35U. S. C § 112第六段進行解釋，除非這樣的權(quán)利要求限定明確地使用了“用 于......的設(shè)備”的詞語，其中所述設(shè)備之前為功能性的陳述而沒有進一步的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種光分配組件(1)包括外殼O)，該外殼具有縱向長度以及安裝在該外殼上的一個或多個光源(6)； 耦合器部分(3)，該耦合器部分C3)具有主體(33)，該主體從外殼( 沿光入口端(31) 和光出口端(32)之間的縱軸(A)延伸，光入口端(31)具有沿第一方向延伸的長軸(34)， 光出口端(3 具有沿第二方向延伸的長軸(34’)，其中耦合器部分C3)被成形為以使主體 (33)繞所述耦合器部分的縱軸旋轉(zhuǎn)以使所述第一方向大約垂直于所述第二方向；以及 一個或多個光管G)，該一個或多個光管連接到耦合器部分(3)的光出口端(32)。
2.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中耦合器部分C3)的主體(3 沿著所述縱軸扭 轉(zhuǎn)至少90°。
3.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中光入口端(31)的長軸(34)大致平行于外殼 (2)的縱向長度，光出口端(32)的長軸(34’ )大致垂直于外殼O)的縱向長度。
4.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中耦合器部分(3)的主體(33)被扭轉(zhuǎn)以使無論 哪個光源(6)在發(fā)光，到所述一個或多個光管(4)的平均光路是相同的。
5.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中主體(3 沿所述長度方向具有大體上為橢圓 形的橫截面，長軸(34)沿著所述長度在所述第一方向和所述第二方向之間被扭轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中耦合器部分(3)從外殼(2)延伸以使得光源 (6)從所述縱軸偏移。
7.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中所述一個或多個光管(4)被連接到光出口端 (32)以使所述一個或多個光管的中心線從所述縱軸偏移。
8.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中一個或多個光源(6)相對于所述縱軸非對稱放置。
9.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中所述一個或多個光源(6)包括為紅綠藍發(fā)光 二極管(RGB LED)的第一發(fā)光二極管(LED)，以及為白發(fā)光二極管(LED)的第二發(fā)光二極 管(LED)，所述第一發(fā)光二極管和所述第二發(fā)光二極管被配置為在同一時間或者不同時間工作。
10.如權(quán)利要求1所述的光分配組件，其中所述一個或多個光源(6)包括一個或多個 紅綠藍發(fā)光二極管(RGB LED)，為了均勻的色度分布，在所述光出口端從所述耦合器部分發(fā) 出的來自所述紅綠藍發(fā)光二極管(RGB LED)的光表現(xiàn)出所述紅綠藍發(fā)光二極管(RGB LED) 的紅綠藍(RGB)成分的均勻的空間分布。
全文摘要
一種光分配組件(1)包括外殼(2)，該外殼具有縱向長度和一個或多個安裝在該外殼上的光源。所述光分配組件(1)還包括耦合器部分(3)，該耦合器部分(3)具有從外殼(2)沿光入口端(31)和光出口端(32)之間的縱軸延伸的主體(33)。光入口端(31)具有沿第一方向延伸的長軸(34)，光出口端(32)具有沿第二方向延伸的長軸(34’)，其中耦合器部分(3)被成形為主體(33)繞耦合器部分(3)的縱軸(A)旋轉(zhuǎn)以使第一方向大約垂直于第二方向。一個或多個光管(4)連接到耦合器部分(3)的光出口端(32)。
文檔編號F21V13/04GK102072469SQ20101052960
公開日2011年5月25日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者佐蘭·克爾耐蒂克, 德拉戈斯·N·盧卡 申請人:泰科電子加拿大有限公司