專利名稱：具有提供預(yù)先計(jì)算的角強(qiáng)度分布的光學(xué)變換器的照明器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及照明系統(tǒng)。本發(fā)明更特別地涉及一種光變換器件， 其提供了一個(gè)精確確定的光分布模式，例如那些用于導(dǎo)航、障礙物指示和 其他的信號(hào)光源的光分布模式。
背景技術(shù)：
目前，照明系統(tǒng)被用于在道路和機(jī)場(chǎng)滑行道和跑道路線上標(biāo)識(shí)障礙物 和拐彎。例如，機(jī)場(chǎng)使用照明系統(tǒng)來(lái)為進(jìn)場(chǎng)和滑行的飛機(jī)提供指引。數(shù)千 的囪素?zé)襞荼挥迷跈C(jī)場(chǎng)。不幸的是，這些燈泡需要太多的電力。
在道路照明系統(tǒng)中，在障礙物的周圍和沿著道路的拐彎放置燈泡以給 駕駛員發(fā)出信號(hào)表示存在障礙物和拐彎。這些照明系統(tǒng)沒(méi)有為駕駛員以一 種最佳的模式充分地再導(dǎo)向(redirect)光線。例如，這些燈泡沒(méi)有為距 離它們較遠(yuǎn)的駕駛員提供足夠的光線。因此，這些燈泡也沒(méi)有對(duì)駕駛員接 近燈泡時(shí)光照度與距離成二次方倒數(shù)的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償。特別地，這些燈泡 沒(méi)有為當(dāng)駕駛員更接近該燈泡時(shí)能更好地看見(jiàn)燈泡這一事實(shí)進(jìn)行調(diào)整。此 外，大部分這樣的信號(hào)器件在有用的模式中僅導(dǎo)向(direct) 了光源所發(fā) 射光的一部分。因此，它們效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過(guò)使用具有精確計(jì)算的反射面的光學(xué)變換器以預(yù) 定的模式高效地再導(dǎo)向由光源發(fā)射的光的方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了由具有曲線的環(huán)形反射內(nèi)表面的光變換器再導(dǎo)向的被發(fā)射的 光，該反射內(nèi)表面以預(yù)定的模式反射光。例如，該反射內(nèi)表面反射光使得 相當(dāng)數(shù)量的光被反射到接近于與確定該環(huán)形發(fā)射內(nèi)表面半徑的徑向線一致 的軸。該光通過(guò)一個(gè)光學(xué)窗被傳輸?shù)焦庾儞Q器外。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種光再導(dǎo)向器件，用于傳輸光線 使其具有低散射度或與一個(gè)光的方向軸基本平行。該器件可以包括第一全
內(nèi)反射面；包括所述第一全內(nèi)反射面一部分的第一構(gòu)件；位于所述第一構(gòu) 件一端的第一平面光學(xué)窗，所述第一平面光學(xué)窗基本垂直于所述光的方向 軸；和鄰近于所述第一構(gòu)件的非球面透鏡。該器件可以還包括第二全內(nèi)反 射面，該表面在所述光的方向軸的對(duì)面與所述第一全內(nèi)反射面對(duì)稱；和包 括所述第二全內(nèi)反射面一部分的第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件在所述光的方向 軸的對(duì)面與所述第一構(gòu)件對(duì)稱。該器件還可以包括位于所述第二構(gòu)件一端 的第二平面光學(xué)窗，所述第二平面光學(xué)窗與所述光的方向軸基本垂直，所 述第二光學(xué)窗在所述光的方向軸的對(duì)面也與第一平面光學(xué)窗對(duì)稱。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種光再導(dǎo)向器件，該器件可以包 括從光源接收光的第一端；輸出所接收的光的第二端，所述第二端位于該 器件與所述第一端相對(duì)的一端；位于該光再導(dǎo)向器件的第三端的第一構(gòu) 件，所述第一構(gòu)件具有包含全內(nèi)反射面的外部壁；位于該光再導(dǎo)向器件的 第四端的第二構(gòu)件，所述第四端位于該光再導(dǎo)向器件上與所述第三端相對(duì) 的一端，所述第二構(gòu)件具有包含全內(nèi)反射面的外部壁；和位于所述第三端 和所述第四端之間的軸，所述軸與所述第一端垂直。所述第一面和所述第 二面再導(dǎo)向所接收的光到所述第二端的方向。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于設(shè)計(jì)光變換器的反射面的 方法，該方法的步驟可以包括接收最大和最小輸出角度；接收相對(duì)于提供 光的光源的所述光變換器一部分的位置；和基于所接收的所述光變換器一 部分的位置，根據(jù)所接收的最大和最小輸出角，通過(guò)為輸入角的每一增量 提供輸出角的相關(guān)增量，反復(fù)、逐點(diǎn)地計(jì)算光變換器反射面，該輸出角的 相關(guān)增量與預(yù)定輸出強(qiáng)度分布一致，以反射所述光源所提供的光。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于變換和發(fā)射光的裝置，該
4裝置包括發(fā)射光的光源；具有曲線圓錐形反射表面的光變換器，所述反射
表面以具有預(yù)先計(jì)算的角光強(qiáng)分布的模式反射所述光源所發(fā)射的大部分
光；和傳輸所述光到所述光變換器外的光學(xué)窗。該反射內(nèi)表面可以在角度a反射光以獲得與1/(tan2。)成比例的強(qiáng)度。該反射內(nèi)表面能進(jìn)一步在不同角度反射光的光線以補(bǔ)償感覺(jué)強(qiáng)度和距離光源的距離之間成反比的關(guān)系。


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參考如下附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中相同的數(shù)字指代
相同的元件，其中-
圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光變換器的一個(gè)典型的透視圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光變換器的另一個(gè)典型的透視圖3為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的半嵌入式全向照明器的剖視圖4為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的光變換器的一個(gè)典型的透視圖5為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的用于光變換器的照明系統(tǒng)的一個(gè)典型的頂
視圖6為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的光變換器的一個(gè)典型的剖視圖7為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的光變換器的另一個(gè)典型的剖視圖8為光變換器設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)典型的框圖9為光變換器設(shè)計(jì)模塊的一個(gè)典型的框圖10為全向光變換器系統(tǒng)的一個(gè)典型的示意圖IIA—圖11C為使用源光強(qiáng)進(jìn)行二次方倒數(shù)規(guī)律補(bǔ)償?shù)牡湫偷氖疽?br> 圖12為如何設(shè)計(jì)一個(gè)反射面的典型的示意圖13為用于設(shè)計(jì)光變換器的典型的流程圖的示意圖14A—圖14C為一個(gè)系統(tǒng)的典型的示意圖，該系統(tǒng)提供了水平面中的全向光模式，其在垂直面中具有精確預(yù)定的光強(qiáng)分布；
圖15A和圖15B為照明系統(tǒng)的合成的包絡(luò)和迭加的強(qiáng)度分布模式的典型的示意圖；圖16為一個(gè)環(huán)形精度光學(xué)變換器垂直剖面的典型的示意圖；和
圖17為一個(gè)用于高架的全向光變換器的光學(xué)變換器的典型的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的集成全向光變換器100的一個(gè)典型的透視圖。集成全向光變換器100可以包括光學(xué)窗110和支座120。光學(xué)窗110可以包括全向窗或任何其他傳輸光的裝置，例如透鏡、漫射器或敞開(kāi)區(qū)域。在工作時(shí)，當(dāng)希望以360度的模式將光散布出光變換器100時(shí)，光變換器100可以是所示的圓形。其他的形狀和各種遮光框可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的光分布模式。例如，為了使光僅通過(guò)光變換器100的一部分散布出去，光學(xué)窗110的一部分可以被遮蔽。
圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光變換器100的另一個(gè)典型的透視圖。圖2圖示說(shuō)明光變換器100可以進(jìn)一步包括一個(gè)任意的非球面反射面130。該反射面130可以是曲面圓錐內(nèi)反射面。在工作時(shí)，光可以從光變換器的底部投射到反射面130上。然后，反射面130可以將光通過(guò)光學(xué)窗110反射出光變換器100。
圖3為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的半嵌入式全向照明器300的剖視圖。半嵌入式全向照明器300可以包括光變換器100，光源310,殼320，接線器330，印刷電路板(PCB) 340和光線350-352。半嵌入式全向照明器300也可以包括墊圈片360，加強(qiáng)筋370，密封部分380和粘合部分390。光源310可以是發(fā)光二極管或任何其他發(fā)光器件。接線器330可以提供到外部電路的電連接，該外部電路為半嵌入式全向照明器300提供功率和控制。PCB 340可以為光源310，接線器330和有用的電路提供用于運(yùn)行該半嵌入式全向照明器的電連接。PCB 340還可以提供控制電路和電源，以便該半嵌入式全向照明器能由外部電路和功率自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)行。
在工作時(shí)，光源310發(fā)射光線350-352到反射面130。光線350-352根據(jù)反射面130的曲率被反射。相對(duì)于垂直軸有最小角度的光線在最大的仰角的方向被反射(光線352)，相對(duì)于垂直軸有最大角度的光線在最小的仰角的方向被反射(光線350)。因此，將形成出射光束的光束腰以最
6小化透光壁的垂直尺寸。最好是，更高百分比的光線350-352能沿著光線350的路徑反射。
例如，從光源310發(fā)出的70%的光可以基本上沿著光線350的路徑被反射，10%基本上沿著光線352的路徑被反射，剩余的20%基本上在光線350和352之間被反射。因此，照明器300將在較低的角度得到較高光強(qiáng)，幾乎所有由光源所發(fā)出的光將以預(yù)定的模式被導(dǎo)向。特別地，照明器300可以再導(dǎo)向光線，以便長(zhǎng)程的照明度(例如，在較低的觀察角)將等于短程的照明度(例如，在較高的觀察角)。因此，當(dāng)車中的駕駛員接近照明器300時(shí)，該駕駛員可以在距離照明器300較遠(yuǎn)和較近的距離感覺(jué)到相等強(qiáng)度的光。
圖4為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的照明器500的一個(gè)典型的透視圖。照明器500可以包括光變換器600，以及包括多個(gè)光源700的照明系統(tǒng)800。在運(yùn)行中，光變換器600可以被放置在照明系統(tǒng)800上以接收和散布來(lái)自光源700的光。
圖5為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)用于光變換器的照明系統(tǒng)800的典型的頂視圖。該照明系統(tǒng)可以包括光源700。該光源700可以是發(fā)光二極管(LEDs)或任何其他用于發(fā)光的器件。該光源700可以圍繞照明系統(tǒng)800，或部分圍繞照明系統(tǒng)800以僅使光從照明系統(tǒng)800的一部分發(fā)出。
圖6為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的光變換器600的一個(gè)典型的剖視圖。該光變換器600可以包括如窗610的窗，非球面透鏡620，全內(nèi)反射面(TIR)630和635，和透明窗或光學(xué)窗640和645。該TIR表面630和635可以是曲線環(huán)形反射內(nèi)表面或任意非球面反射面。
圖7為根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的光變換器的另一個(gè)典型的剖視圖。圖7圖示說(shuō)明了光源700散布光線710-750到光變換器600的一部分。該光源可以是LED或任何其他用于發(fā)光的器件。在工作時(shí)，光源700放射光線710-750到光變換器600。光線710-750在窗610進(jìn)入光變換器600。如所示，光線730從光源沿著與確定該環(huán)形反射內(nèi)表面的半徑的徑向線一致的軸直線傳播。那些直接行進(jìn)到表面620的光線720， 730和740被折射到低散射度或基本上與光線730平行的方向。那些直接行進(jìn)到表面630和635的光線750和760通過(guò)透明窗640和645被反射到低散射度或基本上與光線730平行的方向。
圖8為光變換器設(shè)計(jì)系統(tǒng)900的一個(gè)典型的框圖。該光變換器設(shè)計(jì)系統(tǒng)900可以包括設(shè)計(jì)處理單元910，輸入器件920，輸出器件930和數(shù)據(jù)庫(kù)940。設(shè)計(jì)處理單元910可以是處理器，個(gè)人電腦，主機(jī)計(jì)算機(jī)，掌上電腦或任何其他用于處理數(shù)據(jù)的器件。輸入器件920可以是鍵盤(pán)，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，調(diào)制解調(diào)器，掃描儀或任何其他用于輸入數(shù)據(jù)的器件。輸出器件930可以是視頻監(jiān)視器，打印機(jī)，調(diào)制解調(diào)器或任何其他用于輸出數(shù)據(jù)的器件。輸出器件930也可以是用于制造光變換器的加工系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)940可以位于設(shè)計(jì)處理單元910上，高密度磁盤(pán)上，軟盤(pán)上，硬盤(pán)上或任何其他用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的器件上的存儲(chǔ)器中。
在工作時(shí)，輸入器件920用于輸入數(shù)據(jù)到設(shè)計(jì)處理單元910。該數(shù)據(jù)可以被系統(tǒng)900的用戶所輸入。設(shè)計(jì)處理單元910可以處理數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)940上。設(shè)計(jì)處理單元910也可以從數(shù)據(jù)庫(kù)940提取數(shù)據(jù)以用于處理。設(shè)計(jì)處理單元910還可以傳送數(shù)據(jù)到輸出器件930。輸出器件930可以給用戶打印輸出或顯示該數(shù)據(jù)。該輸出器件930還可以在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加工光變換器。
圖9為光變換器設(shè)計(jì)模塊1000的一個(gè)典型的框圖。該光變換器設(shè)計(jì)模塊1000可以包括控制器1050，存儲(chǔ)器1040，輸入/輸出(I/O)接口1010，數(shù)據(jù)庫(kù)接口 1020和總線1030。控制器1050控制光變換器設(shè)計(jì)系統(tǒng)900的運(yùn)行和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口 1010與輸入器件920和輸出器件930通訊，以及通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口 1020與數(shù)據(jù)庫(kù)940通訊。在工作時(shí)，例如，當(dāng)設(shè)計(jì)者使用輸入器件920時(shí)，設(shè)計(jì)處理單元910可以被存取，通訊信號(hào)可以被控制器1050路由到設(shè)計(jì)處理單元910。
在一個(gè)典型的實(shí)施例中，控制器1050依照本發(fā)明通過(guò)接收最大和最
小輸出角度和相對(duì)于光源的接收光變換器一部分的位置進(jìn)行操作。在所接收的光變換器的一部分的位置基礎(chǔ)上，根據(jù)所接收的最大和最小輸出角度，控制器1050可以迭代地計(jì)算光變換器上反射光源所提供的光的點(diǎn)。設(shè)計(jì)模塊1000可以被用來(lái)生成一個(gè)任意非球面反射面，例如反射面130， 630或者635，這些反射面利用單個(gè)光源或給定光度特性的多個(gè)光源在水平空間中提供具有在垂直面上有著精確預(yù)定的光強(qiáng)分布的相等的全向模式。
圖10為全向光變換器系統(tǒng)1100的一個(gè)典型的示意圖。該全向光變換器系統(tǒng)1100可以包括全向光變換器1110，如具有全向窗1120和非球面反射面1130的光變換器100。該全向光變換器系統(tǒng)1100還可以包括光源1140，如LED。
非球面反射面1130可以被設(shè)計(jì)以使光源1140發(fā)出的所有光線在a' ^和a' ^之間的角域通過(guò)全向窗1120被反射。相對(duì)于垂直軸有最小角(a min)的光線應(yīng)在最大仰角(a ' raax)的方向反射，有最大角(ct max)的光線應(yīng)在最小仰角(a' ^)的方向反射。因此，將形成出射光束的光束腰以最小化全向窗的垂直尺寸。
圖ll(a)-(c)為使用具有f'(a， )二1/W(ct，)角分布的源光強(qiáng)進(jìn)行二次方倒數(shù)規(guī)律補(bǔ)償?shù)牡湫偷氖疽鈭D。圖ll(a)-(c)圖示說(shuō)明了觀察從光變換器和光源1210發(fā)出的光的觀察器1220。為了分析，用某一公知的函數(shù)f(a)描述光源1210的空間光分布。假設(shè)在垂直面內(nèi)，光變換器所輸出的光強(qiáng)分布用任意函數(shù)f'(a')描述，該函數(shù)可以滿足預(yù)先定制的要求。例如，如果該要求需要從不同距離有相等的可見(jiàn)度(例如，為補(bǔ)償二次方倒數(shù)規(guī)律)，這個(gè)函數(shù)應(yīng)反比于tan2(a')。該二次方倒數(shù)規(guī)律得到五=，，其中E是照明度，I是源光強(qiáng)，D是距離。因?yàn)椤?_^_和
/問(wèn)=肪2々或者/'( ') = ~4~，其中c是常數(shù)。tan a tan a
反射面1130的設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代的過(guò)程。圖12為如何逐步地為具有增量A a的許多發(fā)射的光線AB、 AC等設(shè)計(jì)反射面1320的典型的示意圖。圖12包括光源1310和輸出窗口 1330。如果已經(jīng)從頂點(diǎn)0到點(diǎn)B設(shè)計(jì)了反射面1320，那么反射面1320的下一點(diǎn)C可以通過(guò)如下公式得到
a /(") △" = /'( ') △"' (1)其中a對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)周期是常數(shù)。公式(1)中的條件意味著在A a '扇區(qū)所輸出的能量等于A a扇區(qū)所發(fā)射的能量乘以因子a。因子a如公式(2)所示
9"max "ma，
通過(guò)輸出功率函數(shù)f，(a ')，邊界條件a^和d^將單值地確定參數(shù)a。因此，如圖12所示，其中a ， =a ， f，且
a，尸=o:'丄+A"， (3)
是反射錐的局部角(local angle) ，P可以通過(guò)如下反射定律得到
(90°-(4)2
己知點(diǎn)B的下一點(diǎn)C的坐標(biāo)可以從如下線性方程系統(tǒng)通過(guò)光線AC與局部圓錐面的交點(diǎn)得到。
10 =tan〃*(Zc _ZS)
y = Z*tana (5)
其中第二個(gè)方程是從點(diǎn)A出發(fā)相對(duì)于z-軸有角a的光線的方程。于是
和，
tan — tan ^
rc=Zc*tana (7)
這可以從點(diǎn)C到反射面1320上一個(gè)新的點(diǎn)重復(fù)這一過(guò)程，直到出射角a ，未達(dá)至U a max。
圖13為用于通過(guò)控制器1050設(shè)計(jì)光變換器的典型的流程圖的示意圖。在步驟1405，控制器1050接收初始數(shù)據(jù)。該初始數(shù)據(jù)可以包括最小角，最大角，和相對(duì)于光源的光變換器的初始設(shè)計(jì)點(diǎn)(AO)的位置或距離。在步驟1410，控制器1050在輸入最小和最大角的基礎(chǔ)上計(jì)算非球面反射面常數(shù)。在步驟1415，控制器1050為設(shè)計(jì)流程設(shè)定初始點(diǎn)和角度。在步驟1420，控制器1050計(jì)算光變換器的反射面的局部角。在步驟1425，控制器1050計(jì)算沿著光變換器的反射面的下一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。在步驟1430,控制器1050計(jì)算光變換器的反射面的反射角中的差值。在步驟1435，控制器1050為光變換器的反射面設(shè)置新的點(diǎn)。在步驟1440，控制器1050確定計(jì)算所得的反射角是否大于所接收的最小角。如果所計(jì)算的反射角不大于所接收的最小角，則控制器1050返回到步驟1420。如果所
10計(jì)算的反射角大于所接收的最小角，則控制器1050前進(jìn)到步驟1445。在 步驟1445,控制器1050輸出光變換器的反射面的最終設(shè)計(jì)。在步驟 1450，流程圖結(jié)束。
本方法圖示說(shuō)明了控制器1050如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有預(yù)定光分布模式的 光變換器。因此，控制器1050基于所接收的該光變換器的一部分的位 置，根據(jù)所接收的最大和最小輸出角，迭代計(jì)算光變換器上反射光源所提 供的光線的點(diǎn)。
在一些情況中，當(dāng)單源的光強(qiáng)分布不能提供足夠的照明以滿足理想的 要求時(shí)，就可以實(shí)施如上述圖5所示的具有多個(gè)光源的替代設(shè)計(jì)。圖 14(a)-(c)為一個(gè)系統(tǒng)1500的典型的示意圖，該系統(tǒng)通過(guò)垂直面中精確預(yù) 定的光強(qiáng)分布提供水平面中的全向的照明模式。多個(gè)等同的光源1510在 水平面(X0Y)構(gòu)成一個(gè)圓形的陣列，并被環(huán)形精密光學(xué)變換器1520所包 圍。該變換器1520被設(shè)計(jì)來(lái)提供水平面強(qiáng)度分布的最小影響和垂直平面 中預(yù)定的精確的強(qiáng)度分布。例如，圖14(b)圖示說(shuō)明了變換器如何提供從 輸入光的e角到輸出光的3'角的強(qiáng)度分布的截面圖，其中P/2和e' /2
分別代表P和3，的一半。
圖14(c)說(shuō)明了如何通過(guò)迭加單獨(dú)的出射模式a ',， a'2， a'3等的方
法生成水平模式。當(dāng)為特定的光源1510給出理想的角強(qiáng)度分布時(shí)，選擇 光源1510的數(shù)目和它們相對(duì)位置以提供一個(gè)具有預(yù)定的非均一性的水平 包絡(luò)成為可能。圖15(a)和(b)分別為照明系統(tǒng)1500的所得的包絡(luò)和迭加 的強(qiáng)度分布模式的典型的示意圖。圖15(a)和(b)圖示說(shuō)明了以間隔相等的 36'角放置的10盞LED的例子，這種放置提供了 ±5%非均一性的包絡(luò)。
圖16為一個(gè)環(huán)形精確的光學(xué)變換器1700垂直剖面的典型的示意圖； 通過(guò)合并該光學(xué)變換器(AOB)的中心部分的非球面透鏡1710，構(gòu)件1720 和1730生成垂直模式。例如，構(gòu)件1730包括變換器的外圍設(shè)備 (CDE)。構(gòu)件1720和1730可以包括平面光學(xué)窗1740和1750和全內(nèi)反 射面1760和1770。該非球面透鏡1710將所有在角度^內(nèi)發(fā)射的光線變 換為由P，，出射角的光線所限制的模式(例如，光線r )。外圍設(shè)備 的性能基于全內(nèi)反射，由此所有在角度吞和吞之間的光線將從全內(nèi)反射
ii面1770，通過(guò)平面光學(xué)線窗1750被反射，并被調(diào)節(jié)在角度e:n和e", 之間的區(qū)域(例如，光線2')。非球面透鏡輪廓和全內(nèi)反射面形狀都可 以作為在垂直平面中的預(yù)定的強(qiáng)度分布的函數(shù)來(lái)計(jì)算，使用根據(jù)圖9-14 所描述的方法和程序。本概念和設(shè)計(jì)提供了具有很高比率(f可達(dá)50) 的光轉(zhuǎn)換，由于不合理的尺度，這通過(guò)傳統(tǒng)非球面光學(xué)是不可fr的。
圖17為一個(gè)用于高架的全向照明器的光學(xué)變換器的典型的示意圖。 該照明器可以包括光源1810，輸入面1820，反射面1830和光通道1840。 該光源1810可以位于與輸入面1820距離d的位置。此外，輸入面可以是 以R為半徑的半球面。另外，反射面1830可以根據(jù)圖9-14所揭示的方法 進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在工作時(shí)，光源1810可以通過(guò)輸入面1820傳輸光。該輸入面1820 可以用全內(nèi)反射的方法引導(dǎo)光通過(guò)光通道1840到達(dá)反射面1830。該反射 面1830可以根據(jù)特定的分布模式反射光。例如，該反射面1830可以反射 在角a，的光，其中a，位于a， in禾B a ， _之間。此外，該反射面可以 用類似于在圖3中所示的半嵌入全向照明器300的方式反射光。
本發(fā)明的方法最好在編程處理器上實(shí)現(xiàn)。但是，該方法也可以在通用 或?qū)Ｓ媚康挠?jì)算機(jī)、編程微處理器或微控制器和外部集成電路元素，ASIC 或其他集成電路，硬件電子或邏輯電路諸如離散元件電路，可編程邏輯器 件，如PLD， PLA， FPGA或PAL等等。 一般說(shuō)來(lái)，任何在其上駐留能夠?qū)?現(xiàn)如圖所示的流程圖的有限狀態(tài)機(jī)(finite state machine)的器件可以 用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的處理器的功能。
雖然本發(fā)明通過(guò)其一些具體的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但是很多替代、改進(jìn) 和變化對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是清楚的。因此，這里所提出的本發(fā)明的最 優(yōu)實(shí)施例意欲于說(shuō)明性，而不是限制性的?？梢赃M(jìn)行不同的不背離本發(fā)明 的精神和范圍的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種用于設(shè)計(jì)光變換器的反射面的方法，包括接收最大和最小輸出角度；接收相對(duì)于提供光的光源的所述光變換器一部分的位置；和基于所接收的所述光變換器一部分的位置，根據(jù)所接收的最大和最小輸出角，通過(guò)為輸入角的每一增量提供輸出角的相關(guān)增量，反復(fù)、逐點(diǎn)地計(jì)算光變換器反射面，該輸出角的相關(guān)增量與預(yù)定輸出強(qiáng)度分布一致，以反射所述光源所提供的光。
2. —種用于以預(yù)定的模式發(fā)射光的裝置，包括-發(fā)射光的光源；具有曲線圓錐形反射表面的光變換器，所述反射表面以具有預(yù)先計(jì)算 的角光強(qiáng)分布的模式反射所述光源所發(fā)射的大部分光；和 傳輸所述光到所述光變換器外的光學(xué)窗。
3. 如權(quán)利要求2所示的裝置，其中反射面反射光線使得相當(dāng)數(shù)量的光 被反射到接近于與確定所述圓錐形反射表面半徑的徑向線一致的軸。
4. 如權(quán)利要求2所示的裝置，其中所述反射內(nèi)表面反射在不同的角度 的所述光的光線以在角度a獲得與1/(tari2ct)成比例的強(qiáng)度以補(bǔ)償照明度二次方倒數(shù)的規(guī)律。
5. 如權(quán)利要求2所示的裝置，其中所述曲線圓錐形反射表面反射所述 光源所發(fā)射的光，使得相對(duì)于垂直軸有最小角的入射光線被反射到相對(duì)于 水平軸有最大仰角的方向，以及相對(duì)于垂直軸有最大角的入射光線被反射 到相對(duì)于水平軸有最小仰角的方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有提供預(yù)先計(jì)算的角強(qiáng)度分布的光學(xué)變換器的照明器，并公開(kāi)了一種高效照明器(100)。所述照明器包括發(fā)射光的光源(310)。所發(fā)射的光被光變換器再導(dǎo)向，該光變換器有曲面的環(huán)形反射內(nèi)表面(130)，所述反射內(nèi)表面以預(yù)定模式反射光。相當(dāng)數(shù)量的光可以被反射到接近于與確定該環(huán)形反射內(nèi)表面半徑的徑向線一致的軸。此外，相當(dāng)數(shù)量的光可以以具有低散射度或平行于所述光變換器的軸的模式被反射。該光通過(guò)光學(xué)窗(110)被傳輸?shù)皆撜彰髌魍狻?br> 文檔編號(hào)F21S8/00GK101532639SQ200910008550
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2001年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月8日
發(fā)明者亞歷山大·里茲克因, 伊利亞·阿古羅科, 戴維·魯伊斯, 羅伯特·H·圖德普 申請(qǐng)人:遠(yuǎn)光公司