CN104968997A - 用于散射光的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于散射从至少一个光源发射的光的装置，除其它项目外包括光耦合器，该光耦合器被配置为邻近于所述光源放置。该光耦合器包括处于所述光源的近侧的第一区域，其中，该第一区域具有第一折射率；以及第二区域，邻接所述第一区域以限定第一区域与第二区域之间的边界。在所述光源的远侧，该第二区域具有大于第一折射率的第二折射率。作为行进通过该第一区域和该第二区域的结果，从光源发射的光被散射。

Description

用于散射光的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求保护于2012年9月19日提交的美国临时申请序列号61/702,792和于2012年9月19日提交的美国临时申请序列号61/702,794的权益，通过引用将其全部内容并入本文中。
背景技术
图1中所示出的白炽灯泡10是电灯泡，其通过使电流通过其中来将通常由钨制成的灯丝(filament wire)12加热到高温来产生光。通过填充有惰性气体或抽成真空的玻璃或石英灯泡14保护热的灯丝12免于氧化。灯泡10由处于玻璃中的端子16供应电流。大部分灯泡被安装在插座(socket)18中以提供机械支撑、电连接和标准，通过该标准，灯泡可容易地用在许多应用中。用于通用照明的最常用的灯泡是A19灯泡，其中术语“A19”以其最宽的点对灯泡的宽度进行编码。“A19”灯泡的插座通常是爱迪生插座(Edison socket)，其包括常规的螺丝底座。白炽灯泡被广泛用于消费和商业照明，用于诸如台灯、车头灯和手电筒的便携式照明以及用于装饰和广告照明。
然而，白炽灯泡比大多数其它类型的照明设备的效率低得多；大多数白炽灯泡将它们所使用的能量的不到5％转换为可见光，而其余的能量被转换为热量。与发光二极管(LED)灯的46lm/W至200lm/W的范围相比，典型的白炽灯泡的发光效率是每瓦16流明。与其它类型的照明设备相比，白炽灯泡还具有较短的寿命；对于家用灯泡来说寿命约1000小时，而LED灯的寿命在25,000至100,000小时的范围内。因为这样的低效率，白炽灯泡在许多应用中正在逐步被其它类型的灯(诸如荧光体、紧凑型荧光体(CFL)、冷阴极荧光体(CCFL)、高强度气体放电灯和发光二极管灯(LED))所替代。诸如欧盟的一些司法管辖区都在逐步淘汰使用白炽灯泡。
图2示出了使用LED模块22来替代标准A19白炽灯泡的典型的基于LED的照明装置20，该照明装置包括光透镜24、散热器和功率源外壳26和爱迪生插座28。用于在基于LED的照明装置20的LED模块22主要提供朗伯分布(Lambertian distribution)。因为LED在所有方向上都不发光，所以输出光的方向特征是LED灯的主要设计考虑要素。
题为“Constrained Folded Path Resonant White Light Scintillator”的US20110215707公开了一种光发射器30，该光发射器可通过光源(诸如LED)实现光的更高效的分配。现在参考图3(题为“Constrained Folded PathResonant White Light Scintillator”的专利申请12/716,337的图1的副本)，光发射器30包括第一圆锥形反射器32，该第一圆锥形反射器进一步包括用于限定使光从LED穿入光发射器30中的孔的光学元件38。光发射器30包括用于与校准允许通过孔的光线的第一反射器32相对的第二圆锥形反射镜34。第一反射器与第二反射器之间的体积光转换元件36将光从第一波长转换至第二、较长波长，然后发射转换光。光转换元件36基本上是固体且包括环形外表面37，光以大致环形图案从光发射器30发射通过所述环形外表面。光转换元件36可包括分散在树脂中的磷光体。
图4示出了图3的光发射器30被安装在基于LED的照明装置40上，类似于图2中所示的那样。光发射器30与光透镜24、散热器和功率源外壳26和爱迪生插座28一起提供对标准A19白炽灯泡的替代方案。与典型的基于LED灯的光分布相比，从光发射器30发射的光的随后分布(即圆环形分布)可能不太集中且更均匀地球形分布。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于散射从一个或多个光源发射的光的装置。该装置包括体积光学单元(volumetric optical unit)，该体积光学单元被配置为耦接至至少一个光源。该体积光学单元具有：第一区域，被布置为处于至少一个光源的近侧，第一区域具有第一折射率；以及第二区域，被布置为处于至少一个光源的远侧，该第二区域在第一区域与第二区域之间的边界处邻接第一区域。第二区域具有反射介质或反射器或不同于第一折射率的第二折射率。通过该结构，从光源发射的光线在它们行进通过第一区域或第二区域或穿过边界时将被散射。
附图说明
在附图中：
图1示出了安装至插座的传统的现有技术的白炽灯泡。
图2示出了使用用于替代标准A19白炽灯泡的LED模块的现有技术的典型照明装置。
图3示出了增加来自光孔的光的分布效率的现有技术的光学单元。
图4示出了图3中的光学单元被安装至插座。
图5示出了根据本发明的实施例的安装至插座的体积光学单元。
图6示出了基于来自光源或一系列光源的光的入射角确定光的折射(弯折)的斯涅尔定律(Snell's law)的基本原理。
图7示出了在图7中示出的斯涅尔定律的条件，其中入射角将使入射光在材料中全反射。
图8示出了根据本发明的实施例的可用于改变来自光源的光的方向的图5的体积光学单元的实施方式。
图9示出了根据本发明的另一个实施例的具有额外的散射介质的类似于图8的体积光学单元的体积光学单元。
图10示出了根据本发明的另一个实施例的体积光学单元。
图11示出了根据本发明的另一个实施例具有额外的散射介质的类似于图10的体积光学单元的体积光学单元。
图12示出了将朝向根据本发明的另一个实施例的体积光学单元的中心大致发射光线的具有凹入型反射器的体积光学单元。
图13示出了将远离根据本发明的另一个实施例的体积光学单元的中心整体发射光线的具有凸出型反射器的体积光学单元。
图14示出了根据本发明的另一个实施例的无弯曲底部反射器的体积光学单元。
图15示出了根据本发明的另一个实施例的其中基本平行光线作为分布源从底部进入单元的体积光学单元。
图16示出了根据本发明另一个实施例安装至插座的体积光学单元。
图17示出了使用经由黑体辐射燃烧以产生光的可燃烧液体或气体燃料源的现有技术的野营灯。
图18示出了根据本发明的实施例的具有体积光学单元的野营灯。
图19示出了根据本发明的实施例的具有体积光学单元的野营灯。
图20示出了根据本发明的实施例的具有图3中的光学单元的野营灯。
图21示出了现有技术的手电筒。
图22示出了根据本发明的实施例的将体积光学单元附接至手电筒。
图23示出了根据本发明的实施例的附接至手电筒的体积光学单元。
图24示出了现有技术的手电筒。
图25示出了根据本发明的实施例的将体积光学单元附接至手电筒。
图26示出了根据本发明的实施例的附接至手电筒的体积光学单元。
图27示出了现有技术的手电筒。
图28示出了根据本发明的实施例的将体积光学单元附接至手电筒。
图29示出了根据本发明的实施例的附接至手电筒的体积光学单元。
图30示出了现有技术的手电筒。
图31示出了根据本发明的实施例将体积光学单元附接至手电筒。
图32示出了根据本发明的实施例的附接至手电筒的体积光学单元。
图33示出了现有技术的手电筒。
图34示出了根据本发明的实施例的将体积光学单元附接至手电筒。
图35示出了根据本发明的实施例的附接至手电筒的体积光学单元。
图36示出了现有技术的手电筒。
图37示出了根据本发明的实施例将图3中的光学单元附接至手电筒。
图38示出了根据本发明的实施例的附接至手电筒的图3中的光学单元。
图39示出了现有技术的移动装置。
图40示出了根据本发明的实施例将体积光学单元附接至移动装置。
图41示出了根据本发明的实施例的附接至移动装置的体积光学单元。
具体实施方式
提供了本发明以最大化地散射和分配来自光源或一系列光源的光。图5示出了根据本发明的照明装置50，其使用用于替代标准A19白炽灯泡或现有的基于LED的替代方案的体积光学单元52，该照明装置包括光透镜54、散热器和功率源外壳56和爱迪生插座58。如下面将要描述的，体积光学单元52(在图5中可看到其上部)可通过控制体积光学单元52的结构的固有的折射和反射的量来提供总体上同向性的或球形的光分布。通过利用边界处的反射和折射将来自光源的光的重定向以及最终的散射设计到体积光学单元52中，在一些实施例中包括集成到体积光学单元52中和/或体积光学单元52的周围的光学材料之间或之中的折射率的不匹配。
斯涅尔定律的特征在于光照射到不同折射率的两个体积体之间的界面上时的反射和折射。图6示出了基于来自光源或一系列光源的光的入射角确定光的折射的斯涅尔定律的基本原理。在图6中，n1和n2是在接触面边界116上邻接的两个不同介质110、111的折射率112、114，并且θ1118和θ2120是相对于接触面边界116的法线122的入射和折射的角度。当光线124以给定的入射角θ1118遇到接触面边界116时，光线124将以由斯涅尔定律限定的折射角θ2120在边界116入射的相对侧处折射和射出。如果光线源于更高折射率的材料，则θ2120将趋向于更大(相对于法线122呈90度)，其中的关系是：
sin(θ1)*n1＝sin(θ2)*n2
sin(θ2)＝n1*sin(θ1)/n2
θ2＝arcsin[n1*sin(θ1)/n2]
当θ2达到90度时，θ1被认为是处于临界角且可被计算为：
θ1＝arcsin[n2*sin(θ2)/n1]＝arcsin[n2/n1]
如在图7中所示，θcrit是临界角，如果入射角119变大将使入射光128在介质110的n1112材料内全发射130。这被称之为全内反射(total internalreflection)。
图8示出了图5的体积光学单元52并演示了如何操控来自光源210的光的方向的结构。光源210可以是诸如LED、白炽灯泡光源的单个元件或允许光进入体积光学单元内部220的孔。为了使从光源210至体积光学单元内部220的光的有效耦合，光源210可邻接至体积光学单元内部220或嵌入体积光学单元内部220内。
体积光学单元内部220可包括被配置为制成两个不同区域或体积216、218的一种或多种材料。在光源210近侧的第一区域216可由具有第一折射率的材料形成。邻接第一区域216以限定其间的边界214且在光源210的远侧的第二区域218可由具有第二折射率的材料形成。体积光学单元内部220中的至少一种材料可被选择以匹配光源210的材料。例如，如果光源210是LED，则用于第一区域的所选材料216可具有相对较高的折射率以匹配由典型构造的LED的材料的折射率。
第一区域216可具有相邻或围绕光源310的弧形外表面。弧形表面可形成用于朝向第二区域218反射从光源310发射的光的反射器。根据实施方式，设置在第一区域216的弧形表面上的反射器的横截面可以是抛物线形。以此方式，反射器可被配置为以大致平行的方式朝向第二区域218校准照射在反射器上的光。
根据实施方式，第一区域216和第二区域218的两个折射率可以相同或不同。在一个实施例中，第二折射率小于或等于第一折射率，但是在其它实施例中，第二折射率可以等于或大于第一折射率以便通过优化反射和/或折射来增加光的净分布(net distribution)。作为实例，第一区域216可由与光源210互补的高折射率光学材料形成且第二区域218可以是具有不同折射率的不同材料，或者它可以是具有空气的空隙。对于硅树脂，第一折射率的范围可从约1.30至约1.41以下，并且对于环氧树脂，可从约1.54至约1.59以上。第二折射率的范围可从对于空气的约1.00至对于环氧树脂的约1.59以上。
来自光源210的一些光，如所示出的光线222被反射离开反射器212，然后被定向穿过分隔两个区域216、218的边界214。如在图8中所示，源自光源210的其它光线226、224可在体积光学单元内部220与诸如空气的外部介质221的边界处被折射(光线226)或反射(光线224)。体积光学单元内部220内的后续反射会导致光线折射穿过体积光学单元内部220与外部介质221的边界。
体积光学单元内部220内的一种或多种材料的性质被选择以允许光有效地朝向下一接触面移动，诸如反射器212或区域216、218之间的边界或空气与体积光学单元内部220之间的边界条件。此外，体积光学单元内部220的整体形状和两个区域216和218之间的折射率的相对值确定从体积光学单元52输出到周围介质221中的光分布图案。本发明的一个目标是在与LED光源210耦接时从体积光学单元52输出高度球形(或同向性)光分布。为了达到此效果，内部反射的光线224通过以宽分布的入射角照射在体积光学单元52与周围介质221之间的边界而有助于输出的散射光的同向性性质。如在图8中所示，第二区域218可形成有弧形外表面。其它形状也被考虑且将在下面进行描述，但一般而言，第二区域218的外表面被选择为使光的散射形成用于体积光学单元52的更强的同向性照明图案。另外的目的是通过使任何光线的平均自由程最小化来散射光。任何光线的平均自由程越长且所述光线经历更多反射，将呈现在体积材料中和在反射面上的光线愈加衰减，从而减少光输出并且最终减小装置的效率。光学单元的尺寸越小，给定光线的每平均自由程将具有更多次反射，因此会有更大地衰减。这将趋向于需要较大体积的体积光学单元52而非较小体积。本发明的一个重要方面是传播和散射光并最小化平均自由程。而且，光源210的大小将对体积光学单元52的体积具有影响且因此对装置的高度具有影响。而且，在光源210的大小在尺寸和体积上增加时，将趋向于需要增加区域216、218的高度。而且，正如图1中所示出的白炽光中，如果光的最终发射在大于基体的宽度的高度处产生，则会有装置固有地产生的更多的筒光(downlight)。这个相同的属性对于体积光学单元52也是如此。在通过增加体积光学单元52的高度而使区域218中的体积变得更大时会固有地产生更多筒光，其将穿过由体积216形成的基底。
第一区域216和第二区域218中的一个可由包括环氧树脂或硅树脂中的至少一种材料(诸如由公司位于530011米尔路,奥本,MI 48611的道康宁(Dow Corning)生产的MS-1003模塑硅树脂)制成。
第一区域216和第二区域218中的另一个可由包括空气或环氧树脂或硅树脂中的至少一种(诸如由公司位于530011米尔路,奥本,MI 48611的道康宁生产的Sylgard 184硅弹性体)制成。
图9示出了根据本发明的另一个实施例的具有额外的散射介质的类似于图8的体积光学单元的体积光学单元。散射介质310用作干涉结构并使光以更多的同向性的方式分散。散射介质310包括多个颗粒，其中每个都具有比体积光学单元内部220的区域216、218小得多的尺寸。散射介质310可被分散在体积光学单元内部220的至少一个区域216、218内。例如，如图9中所示，散射介质310被分散在仅体积光学单元内部220的第二区域218中。优选地，分散的散射介质310可以均匀地分布在该区域中，然而可以想到其它分布。例如，散射介质310可以是以梯形分布，使得散射介质在该区域中的密度与光源210的距离成正比。
散射介质310可由一般的反射材料或其它材料制成，诸如下转换磷光体、荧光体、染料、量子点、纳米颗粒和相对于体积光学单元内部220的区域216、218具有一般较小特征的其它材料。散射介质310可以由可将来自光源的光的波长改变为不同波长的材料制成。可替换地，散射介质310可简单地包括体积光学单元内部220中的小空隙或气泡，其可引起照射的光线在穿过其中时改变方向。本文中所描述的体积光学单元可用于通过使用产生特定黑体辐射的光源、如由诸如LED的离散波长装置发射的特定波长或混合由包括LED的多个光源产生的光所产生的诸如不同色温的白光的多个白光以及各种颜色。如所描述的通过利用磷光体、荧光体、染料、量子点或纳米颗粒的从光源的下转换或上转换的组合可用于产生从下面的红外线到紫外线的不同光谱。还可以通过使用反射介质和其它散射介质，可通过将反射材料和其它散射材料混入体积光学单元300中来增强光的混合和散射。
示例性磷光体材料可包括小于第二区域的体积的两个百分比(重量)。示例性磷光体材料可具有小于50μm的粒径，并且它甚至可小于20μm。
除了借助于通过两个区域216、218和穿过两个区域216、218之间的边界214的反射和折射的方式而使来自光源210的光线散射外，散射介质310可以使光散射，使得散射介质310被分散其中的一个或多个区域的整体充当在整个体积光学单元内部220分布的多个光源。此外，从散射介质310发射或折射的光线可照射在散射介质310的额外的颗粒上，从而进一步散射光。因此，所得到的输出光的分布可以因散射介质310的存在而变得更加同向性的。
图10示出了根据本发明的另一个实施例的体积光学单元400。第二区域418具有倒圆锥形状，其中，圆锥形状的基部在边界214处邻接第一区域216。第二区域418的倒圆锥形状可通过控制体积光学单元内部420和诸如空气的外部介质之间的边界处的入射光的角度来增加内部反射。以此方式，入射角等于或小于基于空气与体积光学单元内部420的折射率比率的临界角410，如在图10中所示的实例，可以通过第二区域418的倒圆锥形状的设计和第二区域418的折射率来选择临界角410，使得沿第一区域216中的弧形表面的最初由反射器212校准的所有光线222初始地在第二区域418与空气之间的边界处被内部反射。然后，光线412可照射并穿过第二位置处的边界。图11示出了具有如先前描述的用于增加散射光的量的散射介质310之外的类似于图10的体积光学单元的体积光学单元500。
虽然以上描述了并且在图8至图11中示出的体积光学单元示出了将沿第一区域216的弧形外表面设置的一个反射器212，用于将从光源发射的光朝向第二区域反射，可想到的是额外的反射表面。图12至图13示出了针对图8至图11所描述的属性，其中额外的顶部反射器被设置在第二区域的表面上。现在参考图12，体积光学单元600可具有第二区域618，该第二区域具有弧形外表面，其中弧形外表面相对于光源210是凹入的。图12示出了设置在第二区域618的表面上的凹型反射器610，其可朝向光学单元的中心大致反射入射光线612。同样地，参考图13，体积光学单元700可具有第二区域718，其具有弧形外表面，其中弧形外表面相对于光源210是凸出的。图13示出了设置在第二区域718的表面上的凸型反射器710，其向外并远离光学单元的中心总体反射光线712。除了这里所描述的反射元件，图12和图13中所示的体积光学单元600、700可分别结合本文所讨论的任何特征并且包括添加到体积光学单元内部220的一个或多个区域中的散射介质。
图14示出了根据本发明的实施例的没有围绕光源210的集成底部反射器的体积光学单元800。因此，如先前已描述的光线不会远离底部朝向体积光学单元800的顶部平行移动。相反，体积光学单元800包括在光源210的近侧处的第一区域818。第一区域818具有相对于光源凹入的弧形外表面812，并且还包括设置在第一区域818的弧形外表面812的至少一部分上的反射器810。如在图14中所示，反射器810是凸型反射器，虽然还能想到包括凹型反射器的其它反射器几何形状。
作为行进通过第一区域818、照射到设置在第一区域818的外表面上的反射器810并且经由反射改变方向的结果，从光源210发射的光部分被散射。包括通过在第一区域的表面与空气之间的边界处反射和折射以及通过光与设置在第一区域818中的散射介质310相互作用的先前所描述的散射的其它方法可有助于由体积光学单元800发射的照明图案。除了这里所描述的元件，图14中所示的体积光学单元800可被并入本文中所讨论的任何功能中。
图15示出了根据本发明的另一个实施例的类似于图14中所示的体积光学单元的体积光学单元900，该体积光学单元包括设置在第一区域818中的散射介质310，其中来自底部的基本延伸校准的光(表示为平行光线910)照射作为分布式光源的单元。虽然被示出为多个平行光线，但是进入体积光学单元900的光线仅需要在空间上被分布；即，具有表示为发散或会聚光束的在非平行方向上的光线的光可从单元的底部进入或可以被散射。体积光学单元900可包括被示出为凸型反射器的反射器812。朝着单元的顶部移动的光线包括围绕反射器912折射的光线914。除了这里描述的元件，图15中所示的体积光学单元900可以并入本文中所讨论的任何功能。
迄今讨论的所有的体积光学单元基于结构内的不同材料和空气的折射率的差异或根据从基于反射器的反射的混合或通过两者的组合，通过自然反射来自然地混合来自光源的光。如果光源由光来自不同波长的多个光源的光组成，然后，则光会基于如图8至图15中所描述的结构中的体积光学材料中的固有混合特性进行混合。作为实例，光源可由具有诸如在混合时将创建“白”光的“蓝”、“红”和“绿”的多种不同波长的多个LED组成。“白”色的温度将取决于不同LED的强度和波长。
此外，如果吸收特定波长且在不同波长处缓和的磷光体或其它量子转换材料分散在本文中所述的体积光学单元中的体积光学材料内，然后，具有多个波长的多个LED的选择可以与荧光或其它量子转换材料的选择相匹配以实现特定光输出，然后实现效率最大化、较低成本、较高的质量光输出的能力，同时可以实现适当频谱内容和光分布。
现在参考图16，图8至图15中描述的任何体积光学单元可以被集成到类似于在图5中描述照明装置的照明装置1000。通过使用用于替换标准A19白炽灯泡或现有基于LED的替代方案的根据本发明的体积光学单元1010可实现最大化来自光源或一系列光源的光的散射和分布的高效率照明器，该体积光学单元包括光透镜54、散热器和功率源外壳56和爱迪生插座58)。
当LED装置对于使用便携式照明装置是有利的时候，所有的上述方法和结构可以被用于提供为具有更整体的同向性输出的LED照明装置所使用。这对于由公司位于3600North Hydraulic,Wichita,Kansas 67219的科尔曼公司出售的野营灯尤其如此。现在参考图17，传统的野营燃料燃烧提灯(lantern)1100是压力灯，其通常包括诸如煤油、溶剂油、丙烷等的燃料源1110，其在燃烧时对灯罩1112提供热量。灯罩1112在加热时产生大致明亮的光。野营灯通常包括用于通过调节燃料源1110的燃烧控制光输出的控制器1114且还包括光学透明外壳1116和罩1118。上述光学装置的外观与在题为“Constrained Folded Path Resonant White Light Scintillator”的专利申请12/716,337中非常相像，所有这些都以与标准燃料燃烧提灯1100中的灯罩1112大致类似的方式来提供光输出。该熟悉的外观是可保持的区别属性，但不同之处在于LED照明装置。从美学的观点来看，图18至图20中所示出的物品发光，这看起来与图17中所示的燃料燃烧提灯1100中的灯罩1112所提供的光输出非常相似。
图18示出了具有根据本发明的实施例的体积光学单元1216的野营灯1200。野营灯1200包括主体1210，该主体包括用于存储电池的电池室。该主体1216被配置为使电池与光源互连。光源可邻接或集成到体积光学单元1216中。该体积光学单元1216是与寄存光源的主体相关联的散射装置。如上所述，体积光学单元1216在被配置为放置在邻近至少一个光源处时具有位于光源远侧处的第一区域且第一区域具有第一折射率。体积光学单元1216可具有接合第一区域的第二区域，并且具有限定在两者之间的边界。假设第二区域可以处于光源的远侧并且可具有大于第一折射率的第二折射率。作为行进通过第一区域和第二区域的结果从光源发射的光被散射。如在图18中所示，示出了先前在图8至图11中描述的体积光学单元的顶部。
额外的元件可包括光控制调整装置1214以及可选的透明外壳1116和罩1118，该光控制调整装置用于控制供应给体积光学单元1216中的光源的电功率以通过改变所发射的光的波长来改变光强度并且在一些情况下改变光的颜色。透明外壳1116可以是可选的，因为由电照明(最通常是LED)产生的温度比通过用具有灯罩的可燃燃料***产生的热量低得多。罩1118可以是可选的，因为体积光学单元1216可被构造为密封模制的组件以保护电气组件，从而省去了对防护罩的需要。
图19示出了根据本发明的实施例的具有体积光学单元的野营灯1300。体积光学单元1316可以是具有图12至图15中的如上所述的顶部反射器1318的任意单位。图20示出了根据本发明的实施例的具有图3中描述的现有技术的光学单元1416的野营灯1400。
有时，可能期望从手电筒发出的光是无方向的但更加同向的，并且表现为具有分布式的光的提灯。通过将体积光学单元加入手电筒，类似于以上所述和在题为“Constrained Folded Path Resonant White Light Scintillator”的US20110215707中描述的体积光学单元，手电筒可被转换为以更加同向的分布发射光的装置。考虑在图21中总体示出的手电筒1500。手电筒1500包括主体1510，该主体包含用于存储电池的电池室。主体1510被配置为使电池与光源1514互连。一般的光源1514是小的白炽灯泡或安装在反射器和透镜中的LED，并且可被配置为引导窄束光1512。现在参考图22，还可以将如上所述的体积光学单元1516(具体参考图8至图11)安装到手电筒1500。
如上所述，当被配置为放置在邻近至少一个光源1514放置时的体积光学单元1516具有位于光源1514近侧处的第一区域1518并且第一区域1518具有第一折射率。体积光学单元1516可具有邻接第一区域1522的第二区域1520并且具有限定在两者之间的边界。假设第二区域1520可位于光源1512的远侧并且可具有小于第一折射率的第二折射率。假设作为行进通过第一区域1518和第二区域1520的结果从光源1514发射的光被散射。体积光学单元1516可机械附接并通过摩擦力保持，以按扣或其它方式成型。根据特定配置和附接的方式，在组装时仅可看见体积光学单元1516的顶部的一些。如图23中作为完整组件所示出的，手电筒1500可以从输出窄光束1512转换成全向和更同向的光1524的发射器。
类似的结果可通过将体积光学单元1516应用于被配置为输出宽光束1612的诸如泛光灯的手电筒1600来实现。参考图24，宽束手电筒1600包括主体1610，该主体包括用于存储电池的电池室。主体1610被配置为将电池与光源1614互连。如前所述，光源1614可以是小的白炽灯泡或安装在反射器和透镜中的LED，并且可被配置为引导宽束光1612。现在参考图25，如上所述的体积光学单元1516(参考图22至图23)可机械附接至手电筒1600且通过摩擦力保持，以按扣或其它方式成型。如图26中作为完整组件所示出的，手电筒1600可从输出宽光束1512转换成全向和更同向的光1524的发射器。
图27至图29示出了根据本发明的实施例的常规手电筒1500，其通过附接体积光学单元1710将从发射窄光束1512转换成发射更同向的光1714。体积光学单元1710可以是具有如上所述的图12至图15中的顶部反射器1712的任意单元。同样地，图30至图32示出了根据本发明的实施例的常规手电筒1600，其通过附接体积光学单元1710将从发射宽光束1612转换成发射全向和更加同向的光1810。如前所述，体积光学单元1710可以是具有如上所述的图12至图15中的顶部反射器1712的任意单元。
类似于本发明和如上所述的体积光学单元的集成度，图33至图35示出了常规手电筒1500，通过附接图3中的如上所述的现有技术的光学单元1910将从发射窄光束1512转换成发射全向和更加同向光1916。光学单元1910包括具有用于图3中的如上所述接收光的孔的顶部反射器1912和底部反射器1914。同样地，图36至图38示出了常规手电筒1600，其通过附接图34和图35中示出的光学单元1910将从发射宽光束1612转换成发射全向和更将同向的光2010。光学单元1910可机械附接至手电筒并且通过摩擦力保持，以按扣或其它方式成型。
图39示出了移动电信装置的形式的移动装置，诸如能够通过光源2110提供光2114的智能电话2100。虽然许多移动装置包括光源2110，但是表面上用作相机2112的闪光灯，通常为LED形式的光源2110经常被共同选择以作为手电筒。例如，考虑到可用于智能电话的下载的众多“手电筒”应用。智能电话2100通常形成包含用于存储电池的电池室。智能电话2100的主体被配置为将电池与光源2110互连。光源2110可邻接或集成到体积光学单元2116中。现在参考图40和图41，体积光学单元1216可附接至智能电话2100以将光2114转换成全向和更加同向的光2118。如上所述，体积光学单元2116是与寄存光源2110的主体相关联的散射装置。而且，如上所述且在图8至图11中更详细地，当配置为邻近光源2110而放置时的体积光学单元2116具有光源近侧的第一区域且第一区域具有第一折射率。体积光学单元2116可具有由在之间限定的边界处邻接第一区域的第二区域。假设第二区域可处于光源的远侧并且可具有大于第一折射率的第二折射率。假设作为行进通过第一区域和第二区域的结果，从光源发射的光被散射。移动电信装置上的光源的致动可将光发射到散射装置，使得散射装置广泛地分散从致动的光源接收的光，并且移动电信装置可被用作通用灯。因此，移动电信装置和设置在移动装置上的光源可被转换成充当提灯或与相机2112一起使用来提供替代的照明手段。
以下概念或特征中的任何一个或多个可以以任意组合或排列的方式进行组合，以实现本发明的各个方面：
1.一种用于散射从至少一个光源发射的光的装置，包括：
体积光学单元，被配置为耦接至所述至少一个光源并且具有：
第一区域，被布置为处于所述至少一个光源的近侧，所述第一区域具有第一折射率；以及
第二区域，被布置为处于所述至少一个光源的远侧、在所述第一区域与所述第二区域之间的边界处邻接所述第一区域，并且具有反射介质、反射器或不同于所述第一折射率的第二折射率中的一个，
从而从所述至少一个光源发射的光线在行进通过所述第一区域或所述第二区域或穿过所述边界时将被散射。
2.根据1所述的装置，其中，第一区域的体积小于第二区域的体积。
3.根据1所述的装置，其中，第一区域包括被选择为具有与至少一个光源互补的第一折射率的材料。
4.根据1所述的装置，其中，第一折射率的范围从约1.30至约1.41以下。
5.根据1所述的装置，其中，第二折射率的范围从约1.00至约1.59以上。
6.根据1所述的装置，其中，第一区域具有邻近于该至少一个光源的弧形外表面。
7.根据6所述的装置，进一步包括反射器，沿着第一区域的弧形外表面设置该反射器，用于将从至少一个光源发射的光朝向第二区域反射。
8.根据6所述的装置，其中，第一区域的弧形表面是抛物线形的。
9.根据6所述的装置，其中，反射器具有被配置为朝向第二区域以基本平行的方式校准照射到反射器上的光的表面。
10.根据1所述的装置，其中，第二区域具有邻近至少一个光源的弧形外表面。
11.根据1所述的装置，其中，第一区域包括包含环氧树脂或硅树脂中的至少一种的材料。
12.根据1所述的装置，其中，第二区域包括包含空气、环氧树脂或硅树脂中的至少一种的材料。
13.根据1所述的装置，其中，第二区域具有散射介质，该散射介质分布在整个第二区域，用于重定向行进通过第二区域的照射到散射介质上的光。
14.根据13所述的装置，其中，散射介质包括磷光体材料、一般反射材料、下转换磷光体、荧光体、染料、量子点或纳米颗粒中的至少一种。
15.根据1所述的装置，其中，第二区域包括分布于整个第二区域的至少一种磷光体材料。
16.根据15所述的装置，其中，至少一种磷光体材料均匀地分布在整个第二区域上。
17.根据15所述的装置，其中，至少一种磷光体材料包括小于第二区域的体积的两个百分比(重量)。
18.根据15所述的装置，其中，至少一种磷光体材料的粒径小于50μm。
19.根据1所述的装置，其中，第二区域具有弧形外表面，其中，弧形外表面相对于至少一个光源是凸起的。
20.根据19所述的装置，还包括反射器，该反射器被设置在第二区域的弧形外表面的至少一部分上。
21.根据1所述的装置，其中，第二区域具有弧形外表面，其中，弧形外表面相对于至少一个光源是凹入的。
22.根据21所述的装置，还包括反射器，该反射器被设置在第二区域的弧形外表面的至少一部分上。
23.根据1所述的装置，其中，第二区域具有倒圆锥形状，其中，圆锥形状的基部在基部与第一区域之间的边界处邻接第一区域。
24.根据1所述的装置，其中，第一区域的高度大于或等于第二区域的宽度。
25.根据1所述的装置，其中，第二区域具有小于或等于第一折射率的第二折射率。
26.根据1所述的装置，其中，第二区域具有大于或等于第一折射率的第二折射率。
27.一种用于从至少一个光源发射的散射光的装置，包括：
体积光学单元，被配置为耦接至该至少一个光源并且具有：
第一区域，被布置为处于至少一个光源的近侧，第一区域具有第一折射率，第一区域具有弧形外表面，其中，该弧形外表面相对于至少一个光源是凹入的，并且进一步包括被布置在第一区域的弧形外表面的至少一部分上的反射器，从而作为行进通过所述第一区域或所述第二区域或穿过所述边界的结果，在从所述至少一个光源发射的光线被散射。
28.根据27所述的装置，其中，第一区域具有散射介质，该散射介质被分布在整个第一区域，用于重定向行进通过第一区域的照射在散射物质上的光。
29.根据28所述的装置，其中，散射介质包括磷光体材料、一般反射材料、下转换磷光体、荧光体、量子点、纳米颗粒中的至少一种。
30.根据27所述的装置，其中，第一区域设置有分布在整个第一区域的至少一种磷光体材料。
31.根据27所述的装置，其中，至少一种磷光体材料均匀地分布在整个第一区域。
32.根据27所述的装置，其中，至少一种磷光体材料包括小于第一区域的体积的两个百分比(重量)。
33.根据27所述的装置，其中，至少一种磷光体材料的粒径小于50μm。
34.一种照明器，包括：
主体，被配置为与功率源互连并具有装载于其上的至少一个光源；
散射装置，与寄存至少一个光源的主体相关联，散射装置包括光耦合器，该光耦合器被配置为邻近于该至少一个光源放置，该光耦合器具有处于至少一个光源的近侧处的第一区域，第一区域具有第一折射率；以及第二区域，邻接第一区域，限定第二区域与第一区域之间的边界且处于至少一个光源的远侧处，第二区域具有小于或等于第一折射率的第二折射率；
从而作为行进通过第一区域和第二区域的结果，从至少一个光源发射的光被散射。
35.根据34所述的照明器，其中，该功率源包括至少一个电池。
36.根据35所述的照明器，其中，该主体包括提灯。
37.根据35所述的照明器，其中，该主体包括手电筒。
38.根据35所述的照明器，其中，该主体包括移动电信装置，该功率源包括可操作地与移动电信装置互连的电池，并且光源包括设置在移动通信装置上且可通过对移动电信装置的控制可致动的光源。
39.根据38所述的照明器，其中，散射装置安装至用于移动电信装置的壳体以将光源寄存在移动电信装置上，从而致动移动电信装置上的光源将光发射到散射装置，使得散射装置广泛地分散从致动的光源接收的光并且移动电信装置可以被用作通用灯。
40.一种照明器，包括：
主体，被配置为与功率源互连并且具有装载于其上的至少一个光源；
散射装置，与寄存至少一个光源的主体相关联，散射装置包括光耦合器，该光耦合器被配置为邻近于该至少一个光源放置，该光耦合器具有处于至少一个光源的近侧处的第一区域，第一区域具有第一折射率；以及第二区域，邻接第一区域，限定第二区域与第一区域之间的边界且处于至少一个光源的远侧处，第二区域具有大于第一折射率的第二折射率；
从而作为行进通过第一区域和第二区域的结果，从至少一个光源发射的光被散射。
41.根据40所述的照明器，其中，该功率源包括至少一个电池。
42.根据40所述的照明器，其中，该主体包括提灯。
43.根据40所述的照明器，其中，该主体包括手电筒。
44.根据40所述的照明器，其中，该主体包括移动电信装置，功率源包括可操作地与移动电信装置互连的电池，并且光源包括设置在移动通信装置上且通过对移动电信装置的控制而致动的光源。
45.根据44所述的照明器，其中，散射装置被安装至用于移动电信装置的壳体以将光源寄存在移动电信装置上，从而致动移动电信装置上的光源将光发射到散射装置，使得散射装置广泛地分散从致动的光源接收的光且移动电信装置可被用作通用灯。
46.一种照明器，其包括：
主体，被配置为与功率源互连并且具有装载于其上的至少一个光源；
散射装置，与寄存至少一个光源的主体相关联，该散射装置包括光耦合器，该光耦合器被配置为邻近于该至少一个光源放置，该光耦合器具有处于至少一个光源的近侧处的第一区域，第一区域具有第一折射率；以及第二区域，邻接第一区域，限定第二区域与第一区域之间的边界且处于至少一个光源的远侧处，第二区域具有小于或等于第一折射率的第二折射率；
从而作为行进通过第一区域和第二区域的结果，从至少一个光源发射的光被散射。
47.根据46所述的照明器，其中，该功率源包括至少一个电池。
48.根据46所述的照明器，其中，该主体包括提灯。
49.根据46所述的照明器，其中，该主体包括手电筒。
50.根据46所述的照明器，其中，该主体包括移动电信装置，功率源包括可操作地互连到移动电信装置的电池，并且光源包括设置在移动通信装置上且通过对移动电信装置的控制而致动的光源。
51.根据50所述的照明器，其中，散射装置被安装至用于移动电信装置的壳体以将光源寄存在移动电信装置上，由此移动电信装置上的光源的致动可发射光到散射装置，使得散射装置广泛地分散从致动的光源接收的光且移动电信装置可用作通用灯。
52.一种照明器，其包括：
主体，被配置为与功率源互连并且具有装载于其上的至少一个光源；
散射装置，与寄存至少一个光源的主体相关联，散射装置包括光耦合器，该光耦合器被配置为邻近于该至少一个光源放置，该光耦合器具有至少一个光源的近端处的第一区域，第一区域具有第一折射率；第二区域具有弧形外表面，其中，弧形外表面相对于该至少一个光源是凹入的，并且进一步包括设置在第一区域的弧形外表面的至少一部分上的反射器；
从而作为行进通过第一区域和第二区域的结果，从至少一个光源发射的光被散射。
53.根据52所述的照明器，其中，该功率源包括至少一个电池。
54.根据52所述的照明器，其中，该主体包括提灯。
55.根据52所述的照明器，其中，该主体包括手电筒。
56.根据52所述的照明器，其中，该主体包括移动电信装置，功率源包括可操作地互连到移动电信装置的电池，并且光源包括设置在移动通信装置上且通过对移动电信装置的控制而致动的光源。
57.根据56所述的照明器，其中，散射装置安装到用于移动电信装置的壳体以将光源寄存在移动电信装置上，由此移动电信装置上的光源的致动可发射光到散射装置，使得散射装置广泛地分散从致动的光源接收的光且移动电信装置可被用作通用灯。
58.一种照明器，包括：
主体，被配置为与功率源互连并且具有装载于其上的至少一个光源；
散射装置，与寄存至少一个光源的主体相关联，散射装置包括光耦合器，该光耦合器被配置为邻近于至少一个光源放置，该光耦合器具有至少一个光源的近端处的第一区域，该第一区域具有第一折射率；第二区域具有弧形外表面，其中，该弧形外表面相对于至少一个光源是凸起的，并且进一步包括设置在第一区域的弧形外表面的至少一部分上的反射器；
从而作为行进通过第一区域和第二区域的结果，从至少一个光源发射的光被散射。
59.根据58所述的照明器，其中，该功率源包括至少一个电池。
60.根据58所述的照明器，其中，该主体包括提灯。
61.根据58所述的照明器，其中，该主体包括手电筒。
62.根据58所述的照明器，其中，该主体包括移动电信装置，功率源包括可操作地互连到移动电信装置的电池，且光源包括设置在移动通信装置上且通过对移动电信装置的控制而致动的光源。
63.根据62所述的照明器，其中，散射装置安装到用于移动电信装置的壳体以将光源寄存在移动电信装置上，由此移动电信装置上的光源的致动可发射光到散射装置，使得散射装置广泛地分散从致动的光源接收的光且移动电信装置可用作通用灯。
所书写的说明书利用实例描述了公开本发明，包括最佳模式并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任意装置或***。本发明的专利范围由权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员做出的其它实施例。如果它们具有不同于权利要求的字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件，则这些其它实施例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于散射从至少一个光源发射的光的装置，包括：
体积光学单元，被配置为耦接至所述至少一个光源并且具有：
第一区域，被布置为处于所述至少一个光源的近侧，所述第一区域具有第一折射率；以及
第二区域，被布置为处于所述至少一个光源的远侧、在所述第一区域与所述第二区域之间的边界处邻接所述第一区域，并且具有反射介质、反射器或不同于所述第一折射率的第二折射率中的一个，
从而从所述至少一个光源发射的光线在行进通过所述第一区域或所述第二区域或穿过所述边界时将被散射。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一区域包括被选择为具有与所述至少一个光源互补的所述第一折射率的材料。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的装置，其中，所述第一折射率的范围从约1.30至约1.41以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述第二折射率的范围从约1.00至约1.59以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述第一区域具有邻近于所述至少一个光源的弧形外表面。
6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括反射器，沿着所述第一区域的所述弧形外表面布置所述反射器，用于将从所述至少一个光源发射的光朝向所述第二区域反射。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域具有邻近所述至少一个光源的弧形外表面。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第一区域包括包含环氧树脂或硅树脂中的至少一种的材料。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域包括包含空气、环氧树脂或硅树脂中的至少一种的材料。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域具有散射介质，所述散射介质分布在整个所述第二区域，用于重定向行进通过所述第二区域的、照射在所述散射介质上的光。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域具有弧形外表面，其中，所述弧形外表面相对于所述至少一个光源是凸起的。
12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括反射器，所述反射器被布置在所述第二区域的所述弧形外表面的至少一部分上。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域具有倒圆锥形状，其中，所述圆锥形状的基底部分在所述基底部分与所述第一区域之间的所述边界处邻接所述第一区域。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域具有小于或等于所述第一折射率的第二折射率。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二区域具有大于或等于所述第一折射率的第二折射率。
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