DE112015003118T5 - Waveguide with unidirectional illumination - Google Patents
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Abstract
Eine Leuchte umfasst einen optischen Wellenleiter mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche, und eine Lichtquelle, die zu dem optischen Wellenleiter gehört. Wenigstens ungefähr 80% des Lichts, das von der Lichtquelle erzeugt wird, wird durch den Wellenleiter in eine Beleuchtungsverteilung gerichtet, die von der ersten Oberfläche des optischen Wellenleiters emittiert wird.A luminaire comprises an optical waveguide having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and a light source associated with the optical waveguide. At least about 80% of the light generated by the light source is directed by the waveguide into an illumination distribution emitted from the first surface of the optical waveguide.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Die vorliegende Anmeldung ist eine Continuation der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/472,078, eingereicht am August 28, 2014, mit dem Titel ”Waveguide Having Unidirectional Illuminance” (Cree Aktenzeichen Nr. P2289US1).The present application is a continuation of U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 472,078, filed August 28, 2014, entitled "Waveguide Having Unidirectional Illuminance" (Cree Serial No. P2289US1).
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Patentanmeldung Nr. 61/922,017, eingereicht am 30. Dezember 2013, mit dem Titel ”Optical Waveguide Bodies and Luminaires Utilizing Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2143USO) und der U.S. Provisional Patentanmeldung Nr. 62/020,866, eingereicht am 3. Juli 2014, mit dem Titel ”Luminaires Utilizing Edge Coupling” (Cree Aktenzeichen Nr. P2289USO). Die vorliegende Anmeldung umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 13/839,949, eingereicht am 15. März 2013, mit dem Titel ”Optical Waveguide and Lamp Including Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P1961US1), und umfasst ferner ein Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 13/840,563, eingereicht am 15. März 2013, mit dem Titel ”Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2025US1), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 13/938,877, eingereicht am 10. Juli 2013, mit dem Titel ”Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2025US2), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/101,086, eingereicht am 9. Dezember 2013, mit dem Titel ”Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2126US1), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/101,132, eingereicht am Dezember 9, 2013, mit dem Titel ”Waveguide Bodies Including Redirection Features and Methods of Producing Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2130US1), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/101,147, eingereicht am 9. Dezember 2013, mit dem Titel ”Luminaires Using Waveguide Bodies and Optical Elements” (Cree Aktenzeichen Nr. P2131US1), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/101,129, eingereicht am 9. Dezember 2013, mit dem Titel ”Simplified Low Profile Module With Light Guide For Pendant, Surface Mount, Wall Mount and Stand Alone Luminaires” (Cree Aktenzeichen Nr. P2141US1), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/101,051, eingereicht am 9. Dezember 2013, mit dem Titel ”Optical Waveguide and Lamp Including Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2151US1), und umfasst ferner eine Continuation-In-Part der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US14/13937, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel ”Optical Waveguide Bodies and Luminaires Utilizing Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2143WO), und umfasst ferner eine Continuation-in-Part der Internationalen Patentanmelung Nr. PCT/US14/13931, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel ”Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2126WO), alle im Besitz des Anmelders der vorliegenden Anmeldung, wobei die Offenbarungen davon hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung sind. Diese Patentanmeldung beinhaltet durch Bezugnahme die gleichzeitig anhängige U.S. Patentanmeldung Nr. 14/472,064, mit dem Titel ”Luminaire with Se!ectable Luminous Intensity Pattern” (Cree Aktenzeichen Nr. P2262US1), eingereicht am 28. August 2014, und der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/472,035, mit dem Titel ”Luminaires Utilizing Edge Coupling” (Cree Aktenzeichen Nr. P2346US1), eingereicht am 28. August 2014, beide im Besitz des Anmelders der vorliegenden Anmeldung.The present application claims the priority of U.S. Pat. Provisional Patent Application No. 61 / 922,017, filed December 30, 2013, entitled "Optical Waveguide Bodies and Luminaires Utilizing Same" (Cree Serial No. P2143USO) and U.S. Pat. Provisional Patent Application No. 62 / 020,866, filed July 3, 2014, entitled "Luminaires Utilizing Edge Coupling" (Cree Serial No. P2289USO). The present application further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 13 / 839,949, filed Mar. 15, 2013, entitled "Optical Waveguide and Lamp Including Same" (Cree Serial No. P1961US1), and further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 13 / 840,563, filed March 15, 2013, entitled "Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same" (Cree Serial No. P2025US1), and further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 13 / 938,877, filed July 10, 2013, entitled "Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same" (Cree Serial No. P2025US2), and further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 101,086, filed December 9, 2013, entitled "Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same" (Cree Serial No. P2126US1), and further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 101,132, filed December 9, 2013, entitled "Waveguide Bodies Including Redirection Features and Methods of Producing Same" (Cree Serial No. P2130US1), and further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 101,147, filed December 9, 2013, entitled "Luminaires Using Waveguide Bodies and Optical Elements" (Cree Serial No. P2131US1), and further includes a continuation-in-part of U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 101,129, filed December 9, 2013, entitled "Simplified Low Profile Modules With Light Guide For Pendant, Surface Mount, Wall Mount, and Stand Alone Luminaires" (Cree Serial No. P2141US1), and further includes a Continuation-In-Part of the US Patent Application No. 14 / 101,051, filed December 9, 2013, entitled "Optical Waveguide and Lamp Including Same" (Cree Serial No. P2151US1), and further includes a continuation-in-part of International Patent Application No. PCT / US14 / 13937, filed January 30, 2014, entitled "Optical Waveguide Bodies and Luminaires Utilizing Same" (Cree Serial No. P2143WO), and further includes a continuation-in-part of International Patent Application No. PCT / US14 / 13931, filed Jan. 30, 2014, entitled "Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same" (Cree Serial No. P2126WO), all of the assignee of the present application, the disclosures of which are incorporated herein by reference. This patent application incorporates by reference the co-pending U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 472,064, entitled "Luminaire with Adjustable ective Luminous Intensity Pattern" (Cree Serial No. P2262US1) filed on August 28, 2014, and U.S. Pat. Patent Application No. 14 / 472,035, entitled "Luminaires Utilizing Edge Coupling" (Cree Serial No. P2346US1) filed on Aug. 28, 2014, both owned by the assignee of the present application.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht auch die Priorität der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US14/13934, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel ”Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2025WO); der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US14/13931, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel ”Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2126WO); der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US14/13840, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel ”Simplified Low Profile Module with Light Guide for Pendant, Surface Mount, Wall Mount and Stand Alone Luminaires” (Cree Aktenzeichen Nr. P2141WO); der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US14/13891, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel ”Optical Waveguide and Lamp Including Same” (Cree Aktenzeichen Nr. P2151WO); und der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US14/72860, eingereicht am 30. Dezember 2014, mit dem Titel ”Luminaires Utilizing Edge Coupling” (Cree Aktenzeichen Nr. P2346WO); der Internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/US**/*****, mit dem Titel ”Luminaire with Selectable Luminous Intensity Pattern” (Cree Aktenzeichen Nr. P2262WO).The present application also claims priority to International Patent Application No. PCT / US14 / 13934, filed January 30, 2014, entitled "Optical Waveguide and Luminaire Incorporating Same" (Cree Serial No. P2025WO); International Patent Application No. PCT / US14 / 13931, filed January 30, 2014, entitled "Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same" (Cree Serial No. P2126WO); International Patent Application No. PCT / US14 / 13840, filed January 30, 2014, entitled "Simplified Low Profile Module with Light Guide for Pendant, Surface Mount, Wall Mount, and Stand Alone Luminaires" (Cree Serial No. P2141WO); International Patent Application No. PCT / US14 / 13891, filed January 30, 2014, entitled "Optical Waveguide and Lamp Including Same" (Cree Serial No. P2151WO); and International Patent Application No. PCT / US14 / 72860, filed December 30, 2014, entitled "Luminaires Utilizing Edge Coupling" (Cree Serial No. P2346WO); International Patent Application No. PCT / US ** / *****, entitled "Luminaire with Selectable Luminous Intensity Pattern" (Cree Serial No. P2262WO).
HINWEIS AUF VON DER REGIERUNG GEFÖRDERTE FORSCHUNGS- UND ENTWICKLUNGSARBEITENNOTICE ON RESEARCH AND DEVELOPMENT ACTIVITIES SUPPORTED BY THE GOVERNMENT
- Nicht anwendbarNot applicable
SEQUENTIELLE AUFLISTUNGSEQUENTIAL LISTING
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GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Der Anmeldungsgegenstand betrifft Beleuchtungseinrichtungen, und insbesondere eine Leuchte, die optische Wellenleiter für eine allgemeine Beleuchtung verwendet.The subject of the application relates to lighting devices, and more particularly to a luminaire using optical waveguides for general lighting.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Ein optischer Wellenleiter mischt und führt bzw. richtet Licht, das von einer oder mehreren Lichtquellen, wie beispielsweise einer oder mehreren Leuchtdioden (LEDs), ausgesendet werden. Ein typischer optischer Wellenleiter umfasst drei Hauptkomponenten: ein oder mehrere Kopplungselemente, ein oder mehrere Verteilungselemente und ein oder mehrere Extraktionselemente. Die Kopplungskomponente (die Kopplungskomponenten) richtet (richten) Licht in das Verteilungselement (in die Verteilungselemente) hinein und bereiten das Licht auf, so dass es mit den nachfolgenden Komponenten in Wechselwirkung tritt. Die ein oder mehreren Verteilungselemente steuern, wie Licht durch die Wellenleiter tritt, und sie sind unabhängig von der Wellenleitergeometrie und dem Wellenleitermaterial. Das Extraktionselement (die Extraktionselemente) bestimmt/bestimmen, wie Licht entfernt wird, indem gesteuert wird, wo und in welcher Richtung das Licht den Wellenleiter verlässt.An optical waveguide mixes and guides light emitted by one or more light sources, such as one or more light emitting diodes (LEDs). A typical optical waveguide comprises three main components: one or more coupling elements, one or more distribution elements and one or more extraction elements. The coupling component (s) directs light into the distribution element (s) and recycles the light so that it interacts with the subsequent components. The one or more distribution elements control how light passes through the waveguides and are independent of waveguide geometry and waveguide material. The extraction element (s) determine how light is removed by controlling where and in what direction the light exits the waveguide.
Beim Entwurf eines Kopplungselements sind die Haupterwägungen die folgenden: Maximieren des Wirkungsgrads eines Lichttransfers von der Quelle in den Wellenleiter hinein; Steuern des Orts von Licht, das in den Wellenleiter hinein injiziert wird; und Steuern der Winkelverteilung des Lichts in dem Wellenleiter. Das Kopplungselement eines Wellenleiters kann ein oder mehrere eine Anzahl von optischen Elementen umfassen, einschließlich einer „primären” Quellenoptik (wie beispielsweise die Linse auf einem LED Komponentenpaket), ein oder mehrere zwischenliegende optische Elemente, ein oder mehrere zwischenliegende optische Elemente (wie beispielsweise eine Linse oder ein Feld von Linsen), die zwischen der Quelle und der Kopplungsoberfläche oder den Kopplungsoberflächen des Wellenleiters angeordnet sind, ein oder mehrere reflektierende oder streuende Oberflächen, die die Quellen umgeben, und spezifische optische Geometrien, die in den Wellenleiter-Kopplungsoberflächen selbst gebildet sind. Ein richtiges Design der Elemente, die das Kopplungselement bilden, können eine Steuerung bzw. Kontrolle über die räumliche und winkelmäßige Spreizung des Lichts innerhalb des Wellenleiters bereitstellen (und somit, wie das Licht mit den Extraktionselementen in Wechselwirkung tritt), den Kopplungswirkungsgrad von Licht in den Wellenleiter hinein maximieren, und die Mischung des Lichts von verschiedenen Quellen innerhalb des Wellenleiters verbessern (was besonders wichtig ist, wenn sich die Farbe von den Quellen verändert – entweder durch das Design oder als Folge einer normalen Variation von Bin-zu-Bin in den Beleuchtungskomponenten). Die Elemente des Wellenleiter-Kopplungssystems können eine Reflexion, eine Beugung, eine Totalreflexion und eine Oberflächen- oder Volumenstreuung verwenden, um die Verteilung des Lichts, das in den Wellenleiter hinein injiziert wird, zu steuern.When designing a coupling element, the main considerations are as follows: maximizing the efficiency of light transfer from the source to the waveguide; Controlling the location of light injected into the waveguide; and controlling the angular distribution of the light in the waveguide. The coupling element of a waveguide may comprise one or more of a number of optical elements, including a "primary" source optic (such as the lens on an LED component package), one or more intermediate optical elements, one or more intermediate optical elements (such as a lens) or an array of lenses) disposed between the source and the coupling surface or surfaces of the waveguide, one or more reflective or diffusing surfaces surrounding the sources, and specific optical geometries formed in the waveguide coupling surfaces themselves. Proper design of the elements forming the coupling element can provide control over the spatial and angular spread of the light within the waveguide (and hence how the light interacts with the extraction elements), the coupling efficiency of light into the waveguide To maximize waveguides, and to improve the mixing of light from different sources within the waveguide (which is especially important as the color changes from the sources - either through the design or as a result of a normal bin-to-bin variation in the lighting components ). The elements of the waveguide coupling system may use reflection, diffraction, total reflection, and surface or volume scattering to control the distribution of the light injected into the waveguide.
Um die Kopplung des Lichts von einer Lichtquelle in ein Wellenleiter hinein zu erhöhen ist es wünschenswert die Anzahl der Lichtstrahlen, die von der Quelle (den Quellen) emittiert werden, und die direkt auf die Wellenleiter-Kopplungsoberfläche auftreffen, zu maximieren. Lichtstrahlen, die nicht direkt auf den Wellenleiter von der Quelle einfallen, durchlaufen ein oder mehrere Reflektionen oder Streuungs-Ereignisse, bevor sie die Wellenleiter-Kopplungsoberfläche erreichen. Jeder derartige Strahl ist somit einer Absorption bei jedem Reflexions- oder Streuungs-Ereignis ausgesetzt, was zu einem Lichtverlust und einer Ineffizienz führt. Ferner weist jeder Strahl, der auf die Kopplungsoberfläche einfällt, einen Teil, der reflektiert wird (eine Fresnel Reflexion), und einen Teil, der in den Wellenleiter hinein übertragen wird, auf. Der prozentuale Anteil, der reflektiert wird, ist am kleinsten, wenn der Strahl die Kopplungsoberfläche unter einem Einfallswinkel relativ zu der Oberflächennormalen nahe zu Null auftrifft (das heißt ungefähr normal zu der Oberfläche). Der prozentuale Anteil, der reflektiert wird, ist am größten, wenn der Strahl unter einem Winkel relativ zu der Oberfläche, die normal zu der Kopplungsoberfläche ist (d. h. ungefähr parallel zu der Oberfläche) einfällt. Um den Wirkungsgrad bzw. die Effizienz zu erhöhen minimiert die Kopplung des Lichts in den Wellenleiterkörper hinein die Absorption von Licht bei Reflexion- oder Streuungsereignissen, sowie die Fresnel Reflexion an der Kopplungsoberfläche.In order to increase the coupling of the light from a light source into a waveguide, it is desirable to maximize the number of light rays emitted by the source (s) and which impinge directly on the waveguide coupling surface. Light rays that do not directly strike the waveguide from the source undergo one or more reflections or scattering events before they reach the waveguide coupling surface. Each such beam is thus exposed to absorption at each reflection or scattering event, resulting in loss of light and inefficiency. Further, each beam incident on the coupling surface has a part that is reflected (a Fresnel reflection) and a part that is transmitted into the waveguide. The percentage that is reflected is smallest when the beam hits the coupling surface at an angle of incidence relative to the surface normal close to zero (ie, approximately normal to the surface). The percentage that is reflected is greatest when the beam is incident at an angle relative to the surface normal to the coupling surface (i.e., approximately parallel to the surface). In order to increase the efficiency, the coupling of the light into the waveguide body minimizes the absorption of light in reflection or scattering events, as well as the Fresnel reflection at the coupling surface.
Bei einer herkömmlichen Kopplung wird eine Lichtquelle, die typischerweise eine Lambert'sche Verteilung von Licht emittiert, angrenzend zu der Kante eines planaren Wellenleiterelements positioniert. Der Lichtbetrag, der in diesem Fall direkt auf die Kopplungsoberfläche des Wellenleiters einfällt, ist als Folge der breiten winkelmäßigen Verteilung der Quelle und des relativ kleinen festen Winkels, der von der angrenzenden planaren Oberfläche dargestellt wird, begrenzt. Um die Lichtmenge zu erhöhen, die auf die Kopplungsoberfläche direkt einfällt, kann eine nackte Komponente, wie beispielsweise die Cree ML-Serie oder MK-Serie (hergestellt und verkauft von Cree Inc. aus Durham, NC, dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung) verwendet werden. Eine nackte Komponente ist eine Lichtquelle, die nicht eine primäre Optik, Linse oder diskrete Kopplungsoptik, die an einem LED Chip gebildet ist, umfasst. Die flache Emissionsoberfläche des LED Chips kann in nächster Nähe zu der Kopplungsoberfläche des Wellenleiters angeordnet werden. Während diese Anordnung dazu beiträgt sicherzustellen, dass ein großer Teil des emittierten Lichts direkt auf den Wellenleiter einfällt, nimmt der gesamte Systemwirkungsgrad im allgemeinen ab, da nackte Komponenten typischerweise weniger effizient als Komponenten mit primären Linsen sind, die eine Lichtextraktion aus der Komponente ermöglichen, wobei der gesamte Wirkungsgrad verbessert wird.In a conventional coupling, a light source, which typically emits a Lambertian distribution of light, is positioned adjacent to the edge of a planar waveguide element. The amount of light incident directly on the coupling surface of the waveguide in this case is limited due to the wide angular distribution of the source and the relatively small fixed angle represented by the adjacent planar surface. In order to increase the amount of light directly incident on the coupling surface, a naked component such as the Cree ML series or MK series (manufactured and sold by Cree Inc. of Durham, NC, the assignee of the present application) may be used , A bare component is a light source that does not include a primary optic, lens, or discrete coupling optic formed on an LED chip. The flat emission surface of the LED chip can be close to the coupling surface of the waveguide are arranged. While this arrangement assists in ensuring that much of the emitted light is incident directly on the waveguide, overall system efficiency generally decreases because bare components are typically less efficient than primary lens components that allow light extraction from the component the overall efficiency is improved.
Wie voranstehend beschrieben führt die Verwendung von LED Elementen mit höherer Effizienz, die herkömmliche (zum Beispiel vorwiegend halbkugelförmige oder kubische) primäre Optikanordnungen aufweisen, dazu, dass eine begrenzte Lichtmenge direkt auf die Kopplungsoberfläche des Wellenleiters einfällt. Eine derartige Lichtquelle (derartige Lichtquellen) wird (werden) oft in einem reflektierenden Kanal oder einem Hohlraum platziert, um Licht auf die Kopplungsoberfläche hin zu reflektieren, wodurch die Lichtmenge von der Quelle erhöht wird, die den Wellenleiter erreicht, wobei aber auch der gesamte Systemwirkungsgrad als Folge der Verluste, die bei jedem Reflexionsereignis auftreten, verringert wird. In einigen Leuchten kann der Wellenleiter (können die Wellenleiter) Kopplungsoberflächen aufweisen, die spezifisch ausgeformt sind, um die Lichtmenge, die an den Kopplungsoberflächen aufgenommen wird, zu maximieren. Alternativ kann jede LED in einem zylindrischen Kopplungshohlraum innerhalb des Wellenleiters positioniert werden, und eine reflektierende Kappe mit einem konusförmigen Stopfen-Umleiter kann an dem gegenüberliegenden Ende des Kopplungshohlraums kann an dem gegenüberliegenden Ende des Kopplungshohlraums angeordnet werden.As described above, the use of higher efficiency LED elements having conventional (e.g., predominantly hemispherical or cubic) primary optical arrangements results in a limited amount of light being incident directly on the coupling surface of the waveguide. Such a light source (such light sources) is often placed in a reflective channel or cavity to reflect light onto the coupling surface, thereby increasing the amount of light from the source reaching the waveguide, but also the overall system efficiency is reduced as a result of the losses that occur in each reflection event. In some luminaires, the waveguide (may include the waveguides) may have coupling surfaces that are specifically shaped to maximize the amount of light received at the coupling surfaces. Alternatively, each LED may be positioned in a cylindrical coupling cavity within the waveguide, and a reflective cap having a cone shaped plug diverter may be disposed at the opposite end of the coupling cavity at the opposite end of the coupling cavity.
Nachdem Licht in den Wellenleiter hineingekoppelt worden ist, muss es an die Stellen für die Extraktion geführt und konditioniert werden. Das einfachste Beispiel ist ein faseroptisches Kabel, welches dafür ausgelegt ist, um Licht von einem Ende des Kabels an ein anderes mit einem minimalen Verlust dazwischen zu transportieren. Um dies zu erreichen sind faseroptische Kabel nur sanft gekrümmt und scharfe Biegungen in dem Wellenleiter werden vermieden. In Übereinstimmung mit altbekannten Prinzipien der Totalreflexion wird Licht, welches sich durch einen Wellenleiter ausbreitet, von einer äußeren Oberfläche davon in den Wellenleiter zurückreflektiert, vorausgesetzt, dass das einfallende Licht einen kritischen Winkel in Bezug auf die Oberfläche nicht übersteigt. Insbesondere breiten sich die Lichtstrahlen weiter durch den Wellenleiter aus, bis derartige Strahlen auf eine Brechungsindex-Übergangsoberfläche unter einem bestimmten Winkel kleiner als ein Winkel, der in Bezug auf eine Linie normal zu dem Oberflächenpunkt gemessen wird, an dem die Lichtstrahlen einfallen, auftreffen (oder äquivalent, bis die Lichtstrahlen einen Winkel übersteigen, der in Bezug auf eine Linie tangential zu dem Oberflächenpunkt, an dem die Lichtstrahlen einfallen, gemessen wird) und die Lichtstrahlen entweichen.After light has been coupled into the waveguide, it must be routed to the extraction sites and conditioned. The simplest example is a fiber optic cable designed to carry light from one end of the cable to another with minimal loss in between. To achieve this, fiber optic cables are only gently curved and sharp bends in the waveguide are avoided. In accordance with well-known principles of total reflection, light propagating through a waveguide is reflected back into the waveguide from an outer surface thereof, provided that the incident light does not exceed a critical angle with respect to the surface. In particular, the light rays continue to propagate through the waveguide until such rays impinge on a refractive index transition surface at a certain angle less than an angle measured with respect to a line normal to the surface point at which the light rays are incident equivalently until the light rays exceed an angle measured with respect to a line tangent to the surface point where the light rays are incident) and the light rays escape.
Damit ein Extraktionselement Licht aus dem Wellenleiter extrahiert, muss das Licht zunächst das Merkmal, das das Element umfasst, kontaktieren. Durch geeignetes Ausformen der Wellenleiteroberflächen kann man den Lichtfluss über das Extraktionsmerkmal (die Extraktionsmerkmale) hinweg steuern und somit sowohl die Position, von der das Licht emittiert wird, als auch die Winkelverteilung des emittierten Lichts beeinflussen. Insbesondere stellt das Design der Kopplung- und Verteilungsoberflächen, in Kombination mit dem Abstand (der Verteilung), der Form und anderen Charakteristiken der Extraktionsmerkmale eine Steuerung über das Erscheinungsbild des Wellenleiters (die Beleuchtung), die sich ergebende Winkelverteilung des emittierten Lichts (Helligkeit) und des optischen Wirkungsgrads des Systems bereit.For an extraction element to extract light from the waveguide, the light must first contact the feature comprising the element. By properly shaping the waveguide surfaces, one can control the flux of light across the extraction feature (s), thus affecting both the position from which the light is emitted and the angular distribution of the emitted light. In particular, the design of the coupling and distribution surfaces, in combination with the spacing (distribution), shape and other characteristics of the extraction features, provides control over the appearance of the waveguide (the illumination), the resulting angular distribution of the emitted light (brightness) and the optical efficiency of the system.
Beim Design von Wellenleiter/Extraktor-Beleuchtungssystemen ist eine wichtige Erwägung der Zweck und/oder die Positionierung der Leuchte relativ zu dem Betrachter und den beleuchteten Oberflächen. Zum Beispiel sind in allgemeinen Beleuchtungssystemen, wie beispielsweise bei einer Troffer(Decken)-Beleuchtung, die Lichtquelle oder die Leuchte typischerweise auf oder in der Nähe der Decke angebracht und stellt eine Beleuchtung für die Wände und den Boden eines Raums bereit. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Leuchte Licht in verwendbaren Richtungen (zum Beispiel in Richtung auf die Oberflächen hin, die beleuchtet werden sollen) bereitstellt und der „Betrachter” oder die im Raum anwesende Person wird typischerweise in der Lage sein die Lichtemissionsoberflächen direkt zu betrachten, so dass eine Blendung ein Gesichtspunkt werden kann, wenn zu viel Licht unter einem bestimmten Betrachtungswinkel von einer ausreichend kleinen Emissionsfläche bereitgestellt wird. Während niedrige Leuchtenkosten und Architekturdesigns kleinere Lichtemissionsoberflächen bedingen können, wird die Anforderung zur Begrenzung eines Blendungseffekts typischerweise eine untere Grenze für die Leuchtengröße festlegen und/oder Architekturmerkmale, so wie eine Aussparung einer Beleuchtung, um den gewünschten Grad der Beleuchtung zu erhalten, erfordern. Alternativ stellen herkömmliche Arbeits- oder Arbeitsplatzbeleuchtungen eine Lichtquelle bereit, die notwendigerweise von der Sichtlinie des Betrachters versetzt ist, um zu verhindern, dass die Lichtquelle das Objekt, welches gerade betrachtet wird, verdeckt (zum Beispiel ein Ring von Lichtern um eine Mikroskoplinse herum oder ein Kopflicht, das über oder an der Seite eines Kopfes des Betrachters angebracht ist). Das Licht von einer derartigen Arbeitsplatzbeleuchtung ist in Richtung auf die Sichtlinie des Betrachters angewinkelt, aber nicht in einer Linie mit seiner/ihrer Blickrichtung. Diese versetzte Beleuchtung erzeugt Schatten und verhindert, dass ein Betrachter bestimmte Oberflächen betrachtet, wie beispielsweise das Innere von schmalen Öffnungen. Ferner erfordert ein herkömmliches Arbeitslicht auch typischerweise, dass eine große Lichtmenge von einer notwendigerweise kleinen Quelle ausgesendet wird, was die Lichtquelle extrem sichtbar macht und helle Punkte oder Blendungen entlang der Ausgangsoberfläche des Arbeitslichts, sowie von Reflexionen des Arbeitslichts von hellen oder reflektierenden Arbeitsoberflächen, hervorbringt.In the design of waveguide / extractor lighting systems, one important consideration is the purpose and / or positioning of the luminaire relative to the viewer and the illuminated surfaces. For example, in general lighting systems, such as a Troffer (ceiling) lighting, the light source or light is typically mounted on or near the ceiling and provides illumination to the walls and floor of a room. In this case, it is desirable that the luminaire provide light in usable directions (for example, toward the surfaces to be illuminated), and the "viewer" or person present in the room will typically be able to directly illuminate the light emitting surfaces so that glare can become an issue when too much light is provided at a certain viewing angle from a sufficiently small emitting surface. While low luminaire costs and architectural designs may result in smaller light emitting surfaces, the requirement for limiting glare will typically dictate a lower luminaire size limit and / or architectural features, such as recessing illumination to obtain the desired level of illumination. Alternatively, conventional work lights provide a light source that is necessarily offset from the viewer's line of sight to prevent the light source from obscuring the object being viewed (e.g., a ring of lights around or around a microscope lens) Head light mounted above or on the side of a viewer's head). The light from such workplace lighting is in the direction of the line of sight of the viewer Angled, but not in line with his / her line of sight. This offset lighting creates shadows and prevents a viewer from viewing certain surfaces, such as the interior of narrow openings. Further, conventional working light also typically requires that a large amount of light be emitted from a necessarily small source, making the light source extremely visible and producing bright spots or glare along the output surface of the working light, as well as reflections of the working light from bright or reflective work surfaces.
Das Hulse
Parker et al. offenbaren im
Shipman offenbart im
Simon offenbart im
Kelly et al. beschreiben in dem
Dau et al. offenbaren in dem
A. L. P. Lighting Components, Inc. aus Niles, Illinois stellt einen Wellenleiter mit einer Keilform mit einem dicken Ende, einem schmalen Ende und zwei Hauptflächen dazwischen her. Pyramidenförmige Extraktionsmerkmale (Gegenstände) werden auf beiden Hauptflächen gebildet. Der Keilwellenleiter wird als ein Ausfahrschild verwendet, so dass das dicke Ende des Schilds angrenzend zu einer Decke positioniert ist und das schmale Ende sich nach unten erstreckt. Licht, das in den Wellenleiter an dem dicken Ende eintritt, wird nach unten und weg von dem Wellenleiter durch die pyramidenförmigen Extraktionsteile gerichtet.A.L.P. Lighting Components, Inc. of Niles, Illinois manufactures a waveguide having a wedge shape with a thick end, a narrow end, and two major surfaces therebetween. Pyramidal extraction features (objects) are formed on both major surfaces. The spline is used as an exit shield so that the thick end of the shield is positioned adjacent to a ceiling and the narrow end extends downwardly. Light entering the waveguide at the thick end is directed down and away from the waveguide by the pyramidal extraction members.
LED-gestützte Leuchten mit einem niedrigen Profil sind kürzlich entwickelt worden (zum Beispiel die ET-Serie Panel Troffers von General Electric) und diese verwenden eine Kette von LED-Komponenten, die in die Kante eines Wellenleiterelements gerichtet sind (ein so genannter ”Kantenbeleuchtungs”-Ansatz). Jedoch weisen derartige Leuchten typischerweise den Nachteil eines geringen Wirkungsgrads auf, und zwar als Folge der inhärenten Verluste beim Koppeln von Licht, das von einer vorwiegen Lambert'schen Sendequelle, wie beispielsweise einer LED-Komponente, ausgesendet wird, in die schmale Kante einer Wellenleiterebene.Low-profile LED-based luminaires have been recently developed (for example, the ET series Panel Troffers by General Electric) and these use a chain of LED Components that are directed into the edge of a waveguide element (a so-called "edge lighting" approach). However, such luminaires typically have the disadvantage of low efficiency, due to the inherent losses in coupling light emitted by a predominantly Lambertian transmission source, such as an LED component, into the narrow edge of a waveguide plane.
Beeson et al. lehren im
Zimmermann et al. offenbaren in dem
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ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Gemäß einem Aspekt umfasst eine Leuchte einen optischen Wellenleiter mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche, und eine Lichtquelle, die zu dem optischen Wellenleiter gehört. Wenigstens ungefähr 80% des Lichts, das von der Lichtquelle erzeugt wird, wird von dem Wellenleiter in eine Beleuchtungsverteilung gerichtet, die von der ersten Oberfläche des optischen Wellenleiters ausgesendet wird.In one aspect, a luminaire includes an optical waveguide having a first surface and a second surface opposite the first surface, and a light source associated with the optical waveguide. At least about 80% of the light generated by the light source is directed by the waveguide into an illumination distribution emitted by the first surface of the optical waveguide.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Leuchte einen Wellenleiter mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche. Der Wellenleiter umfasst ein Extraktionsmerkmal, das auf der ersten Oberfläche angeordnet ist. Die Leuchte umfasst ferner eine Lichtquelle, die zu dem Wellenleiter gehört. Licht, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, wird durch den Wellenleiter in eine Beleuchtungsverteilung gerichtet, die von der ersten Oberfläche des Wellenleiters emittiert wird. Ferner ist der Wellenleiter optisch transparent, sodass die Beleuchtungsverteilung entlang einer Sichtlinie durch den Wellenleiter, die sich von der zweiten Oberfläche zu der ersten Oberfläche erstreckt, sichtbar ist. In another aspect, a luminaire includes a waveguide having a first surface and a second surface opposite the first surface. The waveguide includes an extraction feature disposed on the first surface. The luminaire further includes a light source associated with the waveguide. Light emitted by the light source is directed by the waveguide into an illumination distribution emitted from the first surface of the waveguide. Further, the waveguide is optically transparent such that the illumination distribution is visible along a line of sight through the waveguide extending from the second surface to the first surface.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Leuchte ein Gehäuse, ein LED Element, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einen Wellenleiter mit einer Lichtemissionsoberfläche, die in dem Gehäuse angrenzend zu dem LED Element angeordnet ist. Ein Extraktionsmerkmal ist auf der Lichtemissionsoberfläche des Wellenleiters angeordnet. Das Extraktionsmerkmal weist eine gekrümmte Form auf, die sich zwischen einer Öffnung angrenzend zu der Lichtemissionsoberfläche und einer Basis, die der Öffnung gegenüber liegt, erstreckt.In another aspect, a luminaire includes a housing, an LED element disposed within the housing, and a waveguide having a light emitting surface disposed in the housing adjacent to the LED element. An extraction feature is disposed on the light emission surface of the waveguide. The extraction feature has a curved shape extending between an opening adjacent the light emission surface and a base opposite the opening.
Andere Aspekte und Vorteile ergeben sich näher aus einer Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Other aspects and advantages will become more apparent upon a consideration of the following detailed description and the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Bezugnehmend auf
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Bezugnehmend auf
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Verschiedene Typen von LED Elementen können verwendet werden, einschließlich LED Pakete mit primären Optikanordnungen, sowie nackte LED Chips. Jedes LED Element oder Modul
Bezugnehmend auf die
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In einigen Ausführungsformen können die Extraktionsmerkmale
Der optische Wirkungsgrad, die Richtcharakteristik, die Helligkeit und die Beleuchtung der Wellenleiter-gestützten Leuchte hängen in empfindlicher Weise von der bestimmten Geometrie und der Anordnung der Extraktionsmerkmale
Bezugnehmend auf
In anderen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt bzw. das erste Teil
Ein Beispiel des voranstehend erwähnten interaktiven Prozesses umfasst die Verwendung der Gleichungen 1 und 2, die nachstehend angegeben sind und die in eine Optimierungsroutine wie beispielsweise Solver von Microsoft Excel® eingegeben werden. Im Allgemeinen wird ein Profil des Extraktionsmerkmals
Gleichung 2:Equation 2:
-
Slope = dh / dR = tan(φ + α)Slope = dh / dR = tan (φ + α)
(Slope = Steigung). In der Gleichungen 1 wird der spitzeste Winkel φ eines Strahls des Lichts, der auf einen gegebenen Punkt auftrifft, zum Beispiel
Unter Verwendung der Gleichungen
Sobald die Steigung dh/dR für den Punkt
In einigen Ausführungsformen kann die Gleichung 2 mit einer konditionalen Prüfung implementiert werden, um eine obere Grenze der Steigung dh/dR zu spezifizieren. Die obere Grenze kann anstelle der berechneten Steigung verwendet werden, wie gewünscht. Zum Beispiel kann, unter Bezugnahme auf
In einigen Ausführungsformen kann die Optimierungsroutine den Öffnungsradius R0 für ein bevorzugtes Flächenverhältnis (d. h. Verhältnis der Öffnungsfläche zur Basisfläche) in Abhängigkeit von benutzerdefinierten Bedingungen berechnen, wie beispielsweise der Gesamthöhe F + G (
In der in
Eine zweite äußere Oberfläche
Die
In noch weiteren Ausführungsformen können die Extraktionsmerkmale
Die Extraktionsmerkmale
Während die Verwendung des mit einer oder mehreren Öffnungen versehen Extraktionsmerkmals
Zusammengenommen kann eine Anzahl von Faktoren die Beleuchtungsverteilung, die von dem Wellenleiter emittiert wird, beeinflussen. Die Form des Extraktionsmerkmals, zusammen mit dem Abstand und dem Muster der Vielzahl der Extraktionsmerkmale, beeinflussen die Extraktionseffizienz, die Lichtmenge, die von der ersten Oberfläche des Wellenleiters emittiert wird (die Richtcharakteristik), die Helligkeit und die Beleuchtung der Leuchte. Zum Beispiel kann ein asymmetrisch ausgeformtes Extraktionsmerkmal eine asymmetrische Beleuchtungsverteilung hervorbringen. In Fällen, bei denen die Geometrie des Extraktors repräsentativ für ein abgeschnittenes Merkmal ist, wie beispielsweise eine abgeschnittene Halbkugel, beeinflusst die Abschnittshöhe – die dem Abstand (den Abständen) zwischen der ersten Oberfläche des Wellenleiters und der Basis (den Basen) des Extraktionsmerkmals (der Extraktionsmerkmale) entspricht, signifikant das Beleuchtungsverteilungsmuster. Zum Beispiel erzeugt die Leuchte der
Bezugnehmend wieder auf
Andere Parameter, wie die Form, die Dichte und das Material der Extraktionsmerkmale, können ebenfalls verändert werden, um verschiedene Beleuchtungsmuster hervorzubringen. Andere Verfahren zur Erzielung einer gerichteten Lichtextraktion, wie beispielsweise Kombinationen von Brechungsindexunterschieden in dem Wellenleiter oder in Elementen, die an dem Wellenleiter angebracht sind, und Modifikationen der Form des Wellenleiters selbst könnten ebenfalls verwendet werden, um das Beleuchtungsmuster zu verändern. Ferner kann ein mehrschichtiges Schutzmaterial optional an den ersten und zweiten Oberflächen angebracht werden. Diese Schutzmaterial kann während der Verwendung der Leuchte eine Schicht nach der anderen entfernt werden, um eine klare (d. h. transparente) Betrachtungs/Emission-Oberfläche in schmutzbehafteten Arbeitsumgebungen schnell bereitzustellen.Other parameters, such as the shape, density and material of the extraction features, can also be altered to produce different illumination patterns. Other methods of providing directional light extraction, such as combinations of refractive index differences in the waveguide or elements attached to the waveguide, and modifications to the shape of the waveguide itself, could also be used to alter the illumination pattern. Further, a multi-layered protective material may be optionally attached to the first and second surfaces. This protective material may be removed one layer at a time during use of the luminaire to rapidly provide a clear (i.e., transparent) viewing / emission surface in dirty working environments.
Der hohe Grad der Licht-Richtcharakteristik, die durch die richtige Konstruktion der mit Öffnungen versehenen Extraktionsmerkmale ermöglicht wird, eröffnet einen breiten Bereich von potentiellen Beleuchtungsanwendungen. Zum Beispiel kann eine höher gerichtete Emission einem Betrachter ermöglichen auf eine reflektierende Oberfläche durch den Wellenleiter zu blicken, ohne dass seine oder ihre Sicht signifikant durch die Beleuchtung oder das emittierte Licht der Leuchte verdeckt wird. Insbesondere kann ein Betrachter durch die Leuchte auf ein beleuchtetes Gebiet blicken, wie in
Das Konzept einer versteckten bzw. verdeckten Beleuchtung mit sichtbarer Beleuchtung, die durch die Licht-Richtcharakteristik ermöglicht wird, findet vielerlei Anwendungen in dem Gebiet der Architektur- und Anzeigebeleuchtung. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform eine Umfassung für ein Kunstwerk einen Glas- oder Acryl-Wellenleiter mit einem linsenförmigen Mikrofeld-Film, der daran gebunden ist, der innerhalb eines Rahmens angebracht ist, umfassen, wobei die Lichtquellen für den Wellenleiter innerhalb des Rahmens angeordnet sind. Der Wellenleiter dient sowohl als Schutz für die Kunst als auch eine Leuchte zum Beleuchten der Kunst in einer Weise, bei der die Lichtquelle nicht evident ist. Licht, das durch den Film in Richtung auf die Kunst extrahiert wird, stellt eine gleichförmige Beleuchtung der Kunst ohne die Verwendung von externen Lichtquellen bereit, während einem Betrachter ermöglicht wird durch das Glas oder den acrylischen Wellenleiter zu blicken. In ähnlicher Weise könnten derartige Ansätze in einer Vielzahl von Anzeigefällen, Aquarien usw. verwendet werden.The concept of hidden illumination with visible illumination enabled by the light directivity has many applications in the field of architectural and display lighting. For example, in one embodiment, a cladding for a work of art may comprise a glass or acrylic waveguide having a lenticular microfilm film bonded thereto which is mounted within a frame, the light sources for the art Waveguides are arranged within the frame. The waveguide serves both as protection for the art and as a luminaire for illuminating the art in a manner in which the light source is not evident. Light extracted through the film toward the art provides uniform illumination of the art without the use of external light sources, while allowing a viewer to peer through the glass or acrylic waveguide. Similarly, such approaches could be used in a variety of display cases, aquariums, etc.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Leuchte, die eine versteckte Beleuchtung ermöglicht, einen Raum beleuchten. Die Leuchte kann einen Wellenleiter aus einem klaren Material, wie beispielsweise Glas oder Acryl, umfassen, mit Extraktionsmerkmalen, wie beispielsweise dem linsenartigen Mikrofeld-Film, der daran gebunden ist. Ein Feld von LED Elementen können auf einer oder mehreren Kanten des Wellenleiters angeordnet werden. Der Wellenleiter kann eine Dicke von ungefähr 1/8 Zoll aufweisen und kann ungefähr 6 Zoll mal ungefähr 24 Zoll, ungefähr 2 Fuß mal ungefähr 2 Fuß, oder ungefähr 2 Fuß mal ungefähr 4 Fuß sein, obwohl andere Abmessungen je nach Wunsch verwendet werden können. Die Leuchte kann positioniert werden, um eine Beleuchtung für bevorzugte Oberflächen in dem Raum, wie beispielsweise einer Wand, einem Boden, einer Decke bereitstellen und derart angeordnet werden, dass die Beleuchtung von Personen im Raum weg gerichtet ist. In einer Ausführungsform kann eine Leuchte an einer Decke angebracht sein, wobei die Lichtemissionsoberfläche des Wellenleiters auf die Wand hin gerichtet ist. Die Leuchte kann ungefähr zwölf Zoll von der Wand weg sein, so dass die Wand beleuchtet wird. Die Reflexion des Lichts von der Wand beleuchtet einen Abschnitt oder den gesamten Raum, wobei das Erscheinungsbild geweckt wird, dass die Oberflächen ohne irgendeine offensichtliche oder sichtbare Beleuchtungsquelle beleuchtet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Leuchte konstruiert sein, um speziell zugeschnittene und/oder einstellbare Beleuchtungsmuster bereitzustellen. Im Allgemeinen würden derartige Lichtquellen in dem Sinn „indirekt” sein, dass eine Oberfläche beleuchtet wird, während die Beleuchtung vor einer an Sicht versteckt ist. Beispielhafte Anwendungen würden eine Pendelleuchte, eine Seitenbeleuchtung, einen Wandleuchter, eine Deckenbeleuchtung, eine Arbeitsplatzbeleuchtung, eine Bahnbeleuchtung, Bodenlampen etc. umfassen.In another embodiment, a luminaire that allows for hidden lighting can illuminate a room. The luminaire may comprise a waveguide of a clear material, such as glass or acrylic, with extraction features, such as the microfilm lensing film bonded thereto. An array of LED elements may be placed on one or more edges of the waveguide. The waveguide may have a thickness of about 1/8 inch and may be about 6 inches by about 24 inches, about 2 feet by about 2 feet, or about 2 feet by about 4 feet, although other dimensions may be used as desired. The luminaire may be positioned to provide illumination to preferred surfaces in the room, such as a wall, floor, ceiling, and arranged such that the lighting is directed away from people in the room. In one embodiment, a luminaire may be mounted to a ceiling with the light emitting surface of the waveguide directed toward the wall. The lamp may be about twelve inches away from the wall so that the wall is illuminated. The reflection of the light from the wall illuminates a portion or the entire space, awakening the appearance that the surfaces are illuminated without any obvious or visible source of illumination. In other embodiments, the luminaire may be constructed to provide specially tailored and / or adjustable illumination patterns. In general, such light sources would be "indirect" in the sense that a surface is illuminated while the illumination is hidden from view. Exemplary applications would include a pendant lamp, side lighting, sconce, ceiling lighting, workstation lighting, track lighting, floor lamps, etc.
Die Leuchte könnte in einer Vielzahl von anderen Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel erlaubt ein Arbeitslicht, dass die Leuchte verwendet, einem Betrachter die Sichtlinie des Betrachters zu der Lichtverteilung, die von der Leuchte hervorgebracht wird, auszurichten. Das Arbeitslicht beleuchtet eine Fläche, während dem Betrachter ermöglicht wird, direkt durch den Wellenleiter auf die beleuchtete Fläche zu blicken, und nicht um diese herum. Der Betrachter könnte in Merkmale wie beispielsweise gebohrte Löcher oder andere tiefe Öffnungen sehen. Eine derartige Leuchte steht im Gegensatz zu einem herkömmlichen Arbeitslicht, welches notwendigerweise außerhalb der direkten Sichtlinie des Betrachters positioniert werden muss, sodass das Arbeitslicht nicht vollständig das Innere des Lochs oder von anderen tiefen Öffnungen beleuchten würde. Ein weiteres Beispiel ist eine Brille oder Schutzbrillen, die Licht weg von dem Betrachter emittieren, während Licht in die Augen des Betrachters zurückprojiziert wird.The lamp could be used in a variety of other applications. For example, a work light that uses the light allows a viewer to align the line of sight of the viewer with the light distribution produced by the light. The work light illuminates a surface while allowing the viewer to look directly at the illuminated surface through the waveguide and not around it. The viewer might see features such as drilled holes or other deep openings. Such a luminaire is in contrast to a conventional work light, which must necessarily be positioned out of the viewer's direct line of sight so that the work light would not fully illuminate the interior of the hole or other deep openings. Another example is glasses or goggles that emit light away from the viewer while light is projected back into the viewer's eyes.
In einem noch anderen Beispiel könnte eine Leuchte so erscheinen, dass sie eine klare Platte ist, wenn sie von praktischen Positionen innerhalb eines Raumes betrachtet wird, während eine Beleuchtung in Richtung auf eine Wand, eine Decke, einen Schreibtisch, ein Arbeitsplatzbereich oder eine andere Oberfläche oder ein anderes Objekt bereitgestellt wird. Für einen gewöhnlichen Beobachter würde die Leuchte den Eindruck erwecken, dass das Licht mit keiner sichtbaren Quelle erzeugt wird, wobei eine Flexibilität bei der architektonischen Konstruktion, eine ästhetische Verbesserung und eine Verringerung der Blendung bereitgestellt wird. Zusätzliche Anwendungen umfassen einen Gesichtsschutz, eine Schmutzschutz an einer Salatbar, ein Fenster, welches ein äußeres Gebiet ohne die Notwendigkeit für ein externes Beleuchtungssystem und eine externe Verdrahtung beleuchtet, oder ein Sicherheitsfenster, welches für die Personen eines Raums als eine Leuchte erscheint, aber Betrachtern außerhalb des Raums erlaubt nach innen zu sehen. Noch weiter kann die Leuchte an einer Deckenplatte angebracht oder von einer Decke unter Verwendung einer Pendel-Anbringungsvorrichtung abgehängt werden. Jeder Ausführungsform kann piezoelektrischen Materialien und abgehängte Partikeleinrichtungen beinhalten, die entweder einstellbare Extraktionsmerkmale umfassen und/oder den Extraktionsmerkmalen erlauben einstellbar zu sein. Eine derartige Einstellbarkeit würde eine variable Helligkeit und/oder ein variables Beleuchtungsmuster ermöglichen.In yet another example, a luminaire could appear to be a clear panel when viewed from practical locations within a room while illuminated toward a wall, ceiling, desk, workspace, or other surface or another object is provided. For a common observer, the luminaire would give the impression that the light is produced with no visible source, providing flexibility in architectural design, aesthetic enhancement, and reduction in glare. Additional applications include a face shield, a dirt guard on a salad bar, a window that illuminates an outside area without the need for an external lighting system and external wiring, or a security window that appears as a light to the persons of a room, but outside viewers of the room allows to see inside. Still further, the luminaire may be mounted to a ceiling panel or suspended from a ceiling using a pendulum attachment device. Each embodiment may include piezoelectric materials and suspended particulate devices that either include adjustable extraction features and / or allow the extraction features to be adjustable. Such adjustability would allow a variable brightness and / or a variable illumination pattern.
Irgendwelche der hier offenbarten Ausführungsformen können eine Stromversorgungsschaltung mit einem Buck-Regler, einem Boost-Regler, einem Buck-Boost-Regler, eine SEPIC Stromversorgung oder dergleichen umfassen und können eine Treiberschaltung umfassen, wie offenbart in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/291,829, eingereicht am 30. Mai 2014, mit dem Titel „High Efficiency Driver Circuit with Fast Response” von Hu et al. (Cree Aktenzeichen P2276US1, Anwaltsaktenzeichen 034643-000618) oder der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/292,001, eingereicht am 30. Mai 2014, mit dem Titel „SEPIC Driver circuit with Low Input Current Ripple” von Hu et al. (Cree Aktenzeichen P2271US1, Anwaltsaktenzeichen 034643-000616), die hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung sind. Die Schaltung kann ferner mit einer Lichtsteuerung-Schaltungsanordnung verwendet werden, die eine Farbtemperatur von irgendwelchen der hier offenbarten Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der Eingabe eines Betrachters steuert, wie in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/292,286, eingereicht am 30. Mai 2014, mit dem Titel „Lighting Fixture Providing Variable CCT” von Pope et al. (Cree Aktenzeichen P2301US1) offenbart ist, die hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden Anmeldung ist.Any of the embodiments disclosed herein may include a power supply circuit including a buck regulator, a boost regulator, a buck-boost regulator, a SEPIC power supply, or the like, and may include a driver circuit as disclosed in U.S. Patent Application Serial No. 14 / 291,829 . filed on May 30, 2014, entitled "High Efficiency Driver Circuit with Fast Response" by Hu et al. (Cree Serial No. P2276US1, Attorney Docket No. 034643-000618) or US Patent Application Serial No. 14 / 292,001, filed May 30, 2014, entitled "SEPIC Driver Circuit with Low Input Current Ripple" by Hu et al. (Cree reference P2271US1, Attorney Docket No. 034643-000616), which are incorporated herein by reference. The circuit may also be used with light control circuitry that controls a color temperature of any of the embodiments disclosed herein in accordance with the input of a viewer, as in US Patent Application Serial No. 14 / 292,286, filed May 30, 2014 entitled "Lighting Fixture Providing Variable CCT" by Pope et al. (Cree reference P2301US1), which is incorporated herein by reference.
Ferner können irgendwelche der hier offenbarten Ausführungsformen ein oder mehrere Kommunikationskomponenten, die einen Teil der Lichtsteuerung-Schaltungsanordnung bilden, wie beispielsweise eine HF Antenne, die eine HF Energie erfasst, umfassen. Die Kommunikationskomponenten können zum Beispiel eingebaut sein, um der Leuchte zu ermöglichen mit anderen Leuchten und/oder mit einem externen drahtlosen Controller zu kommunizieren, wie in der
GEWERBLICHE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY
Die hier offenbarten Extraktionsmerkmale extrahieren Licht aus dem Wellenleiter effizient heraus. Wenigstens einige der hier offenbarten Leuchten sind besonders ausgelegt zur Verwendung in Installationen, wie beispielsweise Vorrichtungen im Freien (zum Beispiel Straßenlampen, Hallenleuchten, Dachleuchten) und Vorrichtungen in Gebäuden (zum Beispiel Abwärtsleuchten, Deckenleuchten, einer Einklapp- oder Ausklapp-Anwendung, einer an einer Oberfläche angebrachte Anwendung auf einer Wand oder einer Decke usw.), die vorzugsweise einen Ausgang der gesamten Leuchte von wenigstens ungefähr 100 Lumen oder größer und in einigen Ausführungsformen eine Gesamtleuchtenausgabe von wenigstens ungefähr 3000 Lumen und in anderen Ausführungsformen eine Gesamtlumenausgabe von ungefähr 10.000 Lumen bis ungefähr 20.000 Lumen erfordern. Zum Beispiel könnte in einigen industriellen und geschäftsmäßigen Beleuchtungsanwendungen, wie beispielsweise einer Lagerbeleuchtung, eine Gesamtlumenausgabe von bis zu 10.000 Lumen gewünscht werden. Ferner weisen die hier offenbarten Leuchten vorzugsweise eine Farbtemperatur von zwischen ungefähr 2500° Kelvin und ungefähr 6200° Kelvin, und in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr 2500° Kelvin und ungefähr 5000° Kelvin, und in anderen Ausführungsformen 2700 oder 3500° Kelvin auf. Wenigstens einige der hier offenbarten Leuchten zeigen auch vorzugsweise einen Wirkungsgrad von wenigstens ungefähr 80 Lumen pro Watt, weiter bevorzugt wenigstens ungefähr 100 und am meisten bevorzugt 120 Lumen pro Watt auf. Ferner zeigen in einigen Ausführungsformen der Wellenleiter oder die Wellenleiter einen optischen Wirkungsgrad von wenigstens ungefähr 80%, vorzugsweise wenigstens 90%, und weiter bevorzugt von wenigstens ungefähr 95% auf. Ferner zeigen wenigstens einige der hier offenbarten Leuchten vorzugsweise einen Gesamtwirkungsgrad (d. h. Licht, extrahiert aus dem Wellenleiter, geteilt durch Licht, injiziert in den Wellenleiter) von wenigstens 70%, vorzugsweise wenigstens ungefähr 80%, und weiter vorzugsweise von wenigstens ungefähr 90% auf. Ein Farbwiedergabeindex (CRI) von wenigstens ungefähr 80 wird vorzugsweise von wenigstens einigen der hier offenbarten Leuchten erreicht, wobei ein CRI von wenigstens ungefähr 88 mehr bevorzugt ist und wenigstens ungefähr 90 am meisten bevorzugt wird. Einige Leuchten zeigen einen CRI von wenigstens ungefähr 90 auf, während ein relativ hoher Wirkungsgrad beibehalten wird. Irgendeine gewünschte besondere Ausgangslichtverteilung, wie beispielsweise eine Schmetterlings-Lichtverteilung, könnte erreicht werden, einschließlich von Aufwärts- und Abwärts-Lichtverteilungen oder nur Aufwärts- oder nur Abwärts-Verteilungen, usw.The extraction features disclosed herein efficiently extract light from the waveguide. At least some of the luminaires disclosed herein are particularly adapted for use in installations such as outdoor fixtures (e.g., street lamps, hall lights, roof lights) and fixtures in buildings (e.g., down lights, ceiling fixtures, fold-in or fold-out applications, one on one Surface mounted application on a wall or ceiling, etc.), which preferably has an output of the entire luminaire of at least about 100 lumens or greater and in some embodiments a total luminaire output of at least about 3000 lumens and in other embodiments a total lumen output of about 10,000 lumens to about Require 20,000 lumens. For example, in some industrial and business lighting applications, such as storage lighting, a total lumen output of up to 10,000 lumens could be desired. Further, the lights disclosed herein preferably have a color temperature of between about 2500 ° Kelvin and about 6200 ° Kelvin, and in some embodiments between about 2500 ° Kelvin and about 5000 ° Kelvin, and in other embodiments 2700 or 3500 ° Kelvin. At least some of the luminaires disclosed herein also preferably exhibit an efficiency of at least about 80 lumens per watt, more preferably at least about 100, and most preferably 120 lumens per watt. Further, in some embodiments, the waveguide or waveguides exhibit an optical efficiency of at least about 80%, preferably at least 90%, and more preferably at least about 95%. Further, at least some of the luminaires disclosed herein preferably exhibit an overall efficiency (i.e., light extracted from the waveguide divided by light injected into the waveguide) of at least 70%, preferably at least about 80%, and more preferably at least about 90%. A color rendering index (CRI) of at least about 80 is preferably achieved by at least some of the luminaires disclosed herein, with a CRI of at least about 88 being more preferred and at least about 90 being most preferred. Some lights exhibit a CRI of at least about 90, while maintaining a relatively high efficiency. Any desired particular output light distribution, such as a butterfly light distribution could be achieved, including up and down light distributions or just up or down distributions, etc.
Wenn man eine relativ kleine Lichtquelle verwendet, die in eine breite (zum Beispiel Lambert'sche) Winkelverteilung emittiert (was normalerweise der Fall für LED-gestützte Lichtquellen ist), erfordert die Erhaltung der Etendue, wie allgemein in dem Fachwissen verstanden wird, ein optisches System mit einer großen Emissionsfläche, um eine schmale (kollimierte) Winkellichtverteilung zu erzielen. Für den Fall von parabolischen Reflektoren muss eine große Optik somit allgemein hohe Kollimationsgrade erzielen. Damit eine große Emissionsfläche in einer kompakteren Konstruktion erzielt wird, stützt sich der Stand der Technik auf die Verwendung von Fresnel Linsen, die brechende optische Oberflächen verwenden, um das Licht auszurichten und zu sammeln. Fresnel Linsen sind jedoch der Art nach allgemein planar und eignen sich deshalb nicht gut für eine Umleitung von Licht mit einem weiten Winkel, das von der Quelle ausgesendet wird, was zu einem Verlust des optischen Wirkungsgrads führt. Im Gegensatz dazu wird in dem hier beschriebenen Ausführungsformen Licht in die Optik gekoppelt, wobei vorwiegend TIR für eine Umleitung und Kollimation verwendet wird. Diese Kopplung ermöglicht, dass der vollständige Bereich einer winkelmäßigen Emission von der Quelle, einschließlich von weitwinkligem Licht, umgeleitet und kollimiert wird, was zu einem höheren optischen Wirkungsgrad mit einem kompakteren Formfaktor führt. Ein Beispiel eines Wellenleiters mit einer hohen Effizienz in einem kompakten Formfaktor ist in der U.S. Patentanmeldung mit der Nummer 13/839,949 beschrieben, die am 15. März 2013 eingereicht wurde, mit dem Titel „Optical Waveguide and Lamp Including Same” (Cree Aktenzeichen Nummer P1961US1).Using a relatively small light source that emits in a broad (eg Lambertian) angular distribution (which is normally the case for LED based light sources), preserving the etendue, as is well understood in the art, requires an optical System with a large emission area to achieve a narrow (collimated) angular light distribution. In the case of parabolic reflectors, a large optic thus generally has to achieve high levels of collimation. In order to achieve a large emission area in a more compact design, the prior art relies on the use of Fresnel lenses that use refractive optical surfaces to align and collect the light. However, Fresnel lenses are generally planar in nature and therefore are not well suited to redirecting light at a wide angle emitted by the source, resulting in a loss of optical efficiency. In contrast, in the embodiments described herein, light is coupled into the optic, predominantly using TIR for redirection and collimation. This coupling allows the full range of angular emission from the source, including wide angle light, to be redirected and collimated, resulting in higher optical efficiency with a more compact form factor. An example of a waveguide with high efficiency in a compact form factor is disclosed in U.S. Pat. Patent Application No. 13 / 839,949 filed Mar. 15, 2013, entitled "Optical Waveguide and Lamp Including Same" (Cree Serial Number P1961US1).
In wenigstens einigen der vorliegenden Ausführungsformen ist die Verteilung und Ausrichtung des Lichts innerhalb des Wellenleiters besser bekannt und somit wird das Licht in einer kontrollierten Weise gesteuert bzw. kontrolliert und extrahiert. In standardmäßigen optischen Wellenleitern springt das Licht durch den Wellenleiter vor und zurück. In den vorliegenden Ausführungsformen wird das Licht so weit wie möglich über einem Durchlauf durch den Wellenleiter extrahiert, um Verluste zu minimieren.In at least some of the present embodiments, the distribution and orientation of the light within the waveguide is better known and thus the light is controlled and extracted in a controlled manner. In standard optical waveguides, the light bounces back and forth through the waveguide. In the present embodiments, the light is extracted as much as possible over one pass through the waveguide to minimize losses.
In einigen Ausführungsformen mag der Wunsch bestehen die Lichtstrahlen derart zu steuern, dass wenigstens einige der Lichtstrahlen kollimiert werden, aber in den gleichen oder anderen Ausführungsformen kann auch der Wunsch bestehen sämtliche oder andere der Lichtstrahlen zu steuern, um deren Winkeldispersion zu erhöhen, sodass das Licht nicht kollimiert wird. In einigen Ausführungsformen könnte der Wunsch bestehen auf schmale Bereiche zu kollimieren, während in anderen Fällen der Wunsch bestehen mag, genau das Gegenteil vorzunehmen.In some embodiments, there may be a desire to control the light rays to collimate at least some of the light rays, but in the same or other embodiments, it may be desirable to control all or other of the light rays to increase their angular dispersion so that the light is not collimated. In some embodiments, there may be a desire to collimate on narrow areas, while in other cases there may be a desire to do exactly the opposite.
Sämtliche Bezugnahmen, einschließlich von Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und Patente, die hier angegeben sind, sind hier durch Bezugnahme zum gleichen Ausmaß Teil der vorliegenden Anmeldung, als ob eine Bezugnahme individuell und speziell so angezeigt wurde, als ob sie in ihrer Gesamtheit hier aufgeführt wären.All references, including publications, patent applications and patents, are hereby incorporated by reference to the same extent as if the application were individually and specifically indicated as if they were listed in their entirety herein.
Die Verwendung der Begriffe „ein” und „eine/einer” und „der/die/das” und ähnliche Bezugnahmen im Kontext einer Beschreibung der Ausführungsformen sind so gedacht, dass sie sowohl den Singular als auch den Plural abdecken, außer wenn dies anders hier angegeben ist oder sich dem Kontext deutlich entnehmen lässt. Eine Angabe von Bereichen von Werten, die hier gemacht werden, sind lediglich so gedacht, dass sie als ein abgekürztes Verfahren zur individuellen Bezugnahme auf jeden getrennten Wert, der in den Bereich fällt, dienen, außer wenn dies hier anders angegeben ist, und jeder getrennte Wert ist in die Beschreibung eingebaut, als ob er einzeln hier angegeben wäre. Sämtliche Verfahren, die hier beschrieben werden, können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, außer wenn dies hier anders angezeigt ist oder wenn dies gegensätzlich deutlich dem Kontext entnehmbar ist. Die Verwendung von irgendwelchen und sämtlichen Beispielen oder einer beispielhaften Sprache (zum Beispiel „wie”), die hier angeführt werden, dient lediglich zum besseren Verständnis der Offenbarung und stellt keine Beschränkung für den Schutzumfang der Offenbarung dar. Kein Wortlaut in der Beschreibung sollte so konstruiert werden, dass er irgendein Element als wesentlich für die Praxis der Offenbarung anzeigt.The use of the terms "a" and "one" and "the" and similar references in the context of a description of the embodiments is intended to cover both the singular and the plural, unless otherwise stated herein is given or can be clearly seen from the context. An indication of ranges of values made herein is merely intended to serve as an abbreviated method of individual reference to any discrete value falling within the range, unless otherwise noted, and each separate Value is built into the description as if it were specified here individually. All of the methods described herein may be performed in any suitable order, except as otherwise indicated herein or as otherwise clearly understood from context. The use of any and all examples or exemplary language (for example, "such") set forth herein is merely for the better understanding of the disclosure and does not limit the scope of the disclosure. No words in the description should be construed that way be that he indicates any element as essential to the practice of the disclosure.
Zahlreiche Modifikationen der vorliegenden Offenbarung werden Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet im Hinblick auf die voranstehende Beschreibung offensichtlich sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und nicht als Beschränkung für den Umfang der Offenbarung gedacht sind.Numerous modifications of the present disclosure will be apparent to those of ordinary skill in the art in light of the foregoing description. It should be understood that the illustrated embodiments are exemplary only and are not intended to be limiting on the scope of the disclosure.
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: IDEAL INDUSTRIES LIGHTING LLC (N.D.GES.D.STAAT, US Free format text: FORMER OWNER: IDEAL INDUSTRIES LIGHTING LLC (N.D.GES.D. STAATES DELAWARE), SYCAMORE, IL, US Owner name: CREE LIGHTING USA LLC (N.D.GES.D. STAATES DELA, US Free format text: FORMER OWNER: IDEAL INDUSTRIES LIGHTING LLC (N.D.GES.D. STAATES DELAWARE), SYCAMORE, IL, US |
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R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CREE LIGHTING USA LLC (N.D.GES.D. STAATES DELA, US Free format text: FORMER OWNER: IDEAL INDUSTRIES LIGHTING LLC (N.D.GES.D.STAATES DELAWARE), RACINE, WI, US |