TW201530059A - 燈具 - Google Patents

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TW201530059A
TW201530059A TW103127825A TW103127825A TW201530059A TW 201530059 A TW201530059 A TW 201530059A TW 103127825 A TW103127825 A TW 103127825A TW 103127825 A TW103127825 A TW 103127825A TW 201530059 A TW201530059 A TW 201530059A
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zhao-hui Yang
Gilles Jean-Baptiste Benoit
Gary Harlan Paulsen
Todd Eric Bracher
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3M Innovative Properties Co
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Abstract

本揭露描述一種用於一般照明的燈具。該燈具包括：使用諸如一LED的一點光源之光的一光源總成；一非球面反射器；以及一由透明材料製成的光導，其重導向光並將其自點光源分布至一區域光。該新穎燈具不僅具功能性並且提供低眩光照明，也具有賞心悅目的外觀。

Description

燈具
高亮度發光二極體(LED)擁有高效率、形狀因子小、頻譜選擇廣、以及壽命長之優點。然而LED本身通常無法當作一照明單元，一部分是因為其點光源性質、造成眩光、還有美觀因素。通常使用像是透鏡以及漫射器之二次光學元件來把高亮度LED轉換成對使用者舒適的光源。經常用一分離的外殼單元來圍封照明核心，以進一步控制光的發射、方向性以及品質。因此使用LED的燈具除了LED之外，通常需要數個組件以發揮一完整照明單元的功能。因此，需要有經改良且更多功能的併入有LED或其他固態光源之照明器具。
本揭露提供一種新穎燈具，其中外殼單元係由透明材料(像是玻璃或透明塑膠)所製成的光導，並具有將光重導向以及將一點光源轉換成一面光源的功能。該新穎燈具不僅具功能性並且提供低眩光照明，也具有賞心悅目的外觀。在一態樣中，本揭露提供一種燈具，其包括一具有一頂面以及一相對底面之光導，以及一光源。該頂面包括：一圍繞一中央軸之主反射器腔；一面向該主反射器腔放置之環狀輸入面；以及一緊鄰該環狀輸入面之環狀第一反射器面。該光源係沿著該中央軸放置且緊鄰該主反射器腔之內的一主反射器。來自該 光源的光線自該主反射器反射、折射通過該環狀輸入面、自該環狀第一反射器面反射、並被導向該光導之該相對底面。
在另一態樣中，本揭露提供一種燈具，其包括一具有一頂面以及一相對底面之光導，以及一光源。該頂面包括：一圍繞一中央軸之主反射器腔；一面向該主反射器腔放置之環狀輸入面；以及一緊鄰該環狀輸入面之環狀第一反射器面。該光源係沿著該中央軸放置且緊鄰該主反射器腔之內的一主反射器。來自該光源的光線自該主反射器反射、折射通過該環狀輸入面、自該環狀第一反射器面反射、並被導向該光導之該相對底面。該頂面進一步包括一緊鄰該環狀第一反射器面之環狀第二反射器面，其經定位以使光線在抵達該光導之該相對底面之前自該環狀第二反射器面反射。
在又另一態樣中，本揭露提供一種燈具，其包括一具有一頂面以及一相對底面之光導，以及一光源。該頂面包括一圍繞一中央軸之主反射器腔，以及一面向該主反射器腔放置之環狀第一反射器。該光源係沿著該中央軸放置且緊鄰該主反射器腔之內的一主反射器。來自該光源的光線自該主反射器反射、自該環狀第一反射器反射、並被導向該光導之該相對底面。
在又另一態樣中，本揭露提供一種燈具，其包括一具有一頂面以及一相對底面之光導，以及一光源。該頂面包括一圍繞一中央軸之主反射器腔，以及一面向該主反射器腔放置之環狀第一反射器。該光源係沿著該中央軸放置且緊鄰該主反射器腔之內的一主反射器。來自該光源的光線自該主反射器反射、自該環狀第一反射器反 射、並被導向該光導之該相對底面。該頂面進一步包括一緊鄰該環狀第一反射器之環狀第二反射器，其經定位以使光線在抵達該光導之該相對底面之前自該環狀第二反射器反射。
上述發明內容並非意欲說明各個所揭示實施例或本揭露的每一個具體實施例。以下的圖示以及詳細描述更具體地舉例說明各實施例。
D‧‧‧直徑
L‧‧‧長度
100‧‧‧燈具
105‧‧‧中央軸
110‧‧‧光導
112‧‧‧可見光透射材料
114‧‧‧外表面
120‧‧‧光源
121‧‧‧滑移動作
121'‧‧‧樞轉動作
122‧‧‧機構
122'‧‧‧替代機構
124‧‧‧散熱器
125‧‧‧點光源/LED
126‧‧‧纜線
127‧‧‧光線
127'‧‧‧光線
129‧‧‧虛焦點
130‧‧‧主反射器腔
135‧‧‧主反射器
140‧‧‧環狀輸入面
150‧‧‧第一反射器面
160‧‧‧第二反射器面
170‧‧‧底面
205‧‧‧中央軸
210'‧‧‧光導
210'‧‧‧光導
210"‧‧‧光導
210"'‧‧‧光導
210""‧‧‧光導
212‧‧‧可見光透射材料
218‧‧‧第二外表面
225‧‧‧LED
230‧‧‧主反射器腔
232‧‧‧開放區域
235‧‧‧主反射器
240‧‧‧環狀輸入面
241‧‧‧環狀輸入面
243‧‧‧凸緣
250‧‧‧環狀第一反射面
251‧‧‧環狀第一曲面反射面
252a‧‧‧環狀第一分段線性曲面反射面
252b‧‧‧環狀第一分段線性曲面反射面
253‧‧‧環狀第一反射器
255‧‧‧環狀第一曲面反射器面
261‧‧‧環狀第二反射器
271‧‧‧底面
273‧‧‧相對底部漫射面
310‧‧‧光導
310'‧‧‧光導
310"‧‧‧光導
310"'‧‧‧光導
335"‧‧‧主反射器
605‧‧‧中央軸
605‧‧‧中央軸
610‧‧‧光導
614‧‧‧外表面
625‧‧‧LED
627'‧‧‧光束
680‧‧‧浮動影像
681‧‧‧觀察者
682‧‧‧第一區域
684‧‧‧第二區域
686‧‧‧第三區域
本說明書通篇參照所附圖示，其中相似元件符號指稱相似組件，且其中：圖1A顯示一燈具的分解透視圖；圖1B顯示一燈具的剖面圖；圖1C顯示一光導的剖面示意圖；圖1D顯示一光導的剖面示意圖；圖2A顯示一光導的剖面示意圖；圖2B顯示一光導的剖面示意圖；圖2C顯示一光導的剖面示意圖；圖2D顯示一光導的剖面示意圖；圖3A顯示一光導的俯視示意圖；圖3B顯示一光導的俯視示意圖；圖3C顯示一光導的俯視示意圖；圖3D顯示一光導的俯視示意圖；圖4顯示一照度對位置的關係圖； 圖5顯示一非球面反射器上各點的關係圖；以及圖6顯示光線通過一光導的一合成影像。
圖式非必然按比例繪製。在圖式中所使用的相似元件符號指稱相似的組件。但是，應明白，在一給定圖式中使用一數字指稱一組件，並非意圖限制在另一圖式中用相同數字標示該組件。
本揭露描述一種用於一般照明的燈具。該燈具包含：一光源總成，其使用諸如LED的一點光源之光；一非球面反射器；以及一光導，其重導向光並將其自點光源分布至一區域光。緊鄰在LED之下的非球面反射器，重導向LED光並將其轉換成在LED上方的環狀分布，其接著在光導當中折射並反射以出射為一區域光。
在以下描述中參照隨附圖示，該等圖示形成本說明的一部分並在其中以圖解說明方式呈現。應瞭解，可設想出並做出其他實施例而不偏離本揭露的範疇或精神。因此，下列詳細說明並不應被當成設限。
除非另有指明，本文中所用所有科學以及技術詞彙具本技藝中所通用的意義。本文所提出的定義是要增進對於本文常用之某些詞彙的理解，並不是要限制本揭露的範疇。
除非另有指明，說明書及申請專利範圍中所用以表達特徵之尺寸、數量以及物理特性的所有數字，皆應理解為在所有情況下以「約(about)」一詞修飾之。因此，除非另有相反指示，在下述說明書以及隨附申請專利範圍中所提出的數值參數是約略值，其可依據 所屬技術領域中具有通常知識者運用本文所揭示的教導所欲獲致之所要特性而有所不同。
如本說明書以及隨附申請專利範圍中所使用，單數形「一(a、an)」以及「該(the)」涵蓋具有複數個指稱物的實施例，除非內文明確另有所指。如本說明書以及隨附申請專利範圍中所使用，「或(or)」一詞一般是用來包括「及/或(and/or)」的意思，除非內文明確另有所指。
若在本文中使用空間相關用語，包括但不限於「下(lower)」、「上(upper)」、「之下(beneath)」、「下方(below)」、「上方(above)」、以及「上面(on top)」，是為了便於描述一元件與其他元件的空間關係。此類空間相關用語，除圖式中所繪示以及本文所描述之具體定向之外，還涵蓋所使用或操作之裝置的不同定向。舉例來說，若圖式中繪示出一物件係顛倒或翻轉，之前描述為在其他元件之下或下方的部分就會變成在這些其他元件之上方。
如本文中所使用，若例如一元件、組件或層係描述為與另一元件、組件或層形成一「重合介面」、或「在其上」、「與之連接」、「與之耦合」或「與之接觸」，則該元件、組件或層可以是直接在其上、直接與之連接、直接與之耦合、直接與之接觸，或者，可有例如中介元件、組件或層在該特定元件、組件或層上、與之連接、與之耦合或與之接觸。舉例來說，若一元件、組件或層係被指為和另 一元件為「直接在其上」、「直接與之連接」、「直接與之耦合」或「直接與之接觸」，則並不存在任何例如中介元件、組件或層。
如本文中所使用，「具有(have,having)」、「包括(include,including)」、「包含(comprise,comprising)」或類似用語，是以其開放式含意用於此，並且大致表示「包括，但不限於」。將瞭解，用語「由...組成(consisting of)」以及「基本上由...組成(consisting essentially of)」係歸於用語「包含」及類似用語內。
如本文中所使用，若例如一元件、組件或層係描述為「環狀」，其可以是環狀並包括一開放的中央部分。「環狀」並不必然表示該元件、組件或層係如同一圓形那樣旋轉對稱，而是可以有任何所要形狀的，包括圓形、橢圓形或多邊形，並且包括平面區域還有曲面以及複合曲面區域。一般來說，「環狀」的元件、組件或層包括對於中央部分的某種對稱，然而，對稱並非必要。
如本文中所使用，用語「可見光透射材料(visible-light transmissive material)」是指，通常可由肉眼所見的光能夠穿透過之一組件或材料。在某些情況中，該組件或材料也可展現極低的光吸收、散射或色散，雖然這並非必要。在某些情況中，該組件或材料可調整其吸收、散射或色散以提供所要光學效果，此效果可見於該組件或材料中，或可從該組件發射出來的光樣式看出。舉例來說，在某些情況中，組件或材料的霧化程度可大於每吋2%、大於每吋5%、或甚至大於每吋10%。在某些情況中，組件或材料也可包括可選的著色 劑、螢光劑、波長降轉元件及類似者，此並不損及「可見光透射」一詞的使用。
圖1A顯示依據本揭露之一態樣的一燈具100的分解透視圖。燈具100包括一光導110以及一光源120。光導110可由任何適當可見光透射材料112製成，例如，包括塑膠(諸如丙烯酸類樹脂或聚碳酸酯)，礦物(諸如石英)，以及光學鏡片(諸如Schott BK7硼矽玻璃)及類似者。光導110可具有任何所要橫剖面形狀，例如，包括圓柱形、橢圓形、三角形、矩形，或任何所要曲面或多邊形，並可以是中空或實心。在之後的說明中，是參照至繞一中央軸旋轉對稱之一圓柱形橫剖面光導；然而，應瞭解，各種元件及組件可輕易由所屬技術領域中具有通常知識者調適成其他橫剖面形狀。
光導110具有一頂面、一相對底面170、以及一位於該頂面與該相對底面170之間的外表面114。頂面包括一主反射器腔130、一面向該主反射器腔130放置之環狀輸入面140、一緊鄰該環狀輸入面140之環狀第一反射器面150，以及一緊鄰該環狀第一反射器面150之可選的環狀第二反射器面160。
一主反射器135置於主反射器腔130內。在某些情況中，主反射器135可以是直接沉積於主反射器腔130內的光導110上之一金屬層、一金屬合金層、或一多層介電性反射器層。舉例來說，主反射器腔130可經適當塑形、模製、機器加工以及拋光，且主反射器135的金屬或介電層可用包括例如濺鍍、氣相沉積、電鍍及類似之技術加以沉積。在一些實施例中，主反射器135的反射性在可見光譜 中可大於90%、或大於95%、或大於98%、或甚至大於99%。一般來說，較高反射性較佳。
在某些情況中，主反射器135可替代地由一金屬板或片、金屬合金板或片、鍍有金屬或金屬合金的聚合物薄膜、或一多層介電性反射器藉由直接加工、壓縮及/或熱成形該板片，或以所屬技術領域中具有通常知識者所知的其他技術而加以形成。在一具體實施例中，經熱成形之聚合物多層反射器薄膜，諸如可購自3M Company之VikuitiTM ESR薄膜，可以是一較佳的主反射器135。一般而言，為達設計目的，主反射器135以及光導110可如所欲各自經設計以在水平平面具有較低對稱性(例如，等腰三角形(三重)、正方形(四重)、五角形(五重)...)。
光源120包括一可用於提供電力至光源且亦用於自一天花板(沒有以圖表現)懸吊燈具100之纜線126、一用於消散點光源125所生熱之散熱器124。雖然點光源125可以是任何適合的小型光源，包括例如發光二極體(LED)、高強度放電燈、鹵素燈、白熾燈以及緊湊型螢光燈(CFL)，但LED為較佳。一般來說，點光源125應該要相對小於燈具100中任何反射元件之尺寸。光源120可以是可釋放地附接至光導110，如別處所描述。如本文中所使用，點光源125是指LED 125。
圖1B顯示依據本發明之一態樣的一燈具100穿過一中央軸105的剖面圖。圖1B中所顯示之各元件100至170對應至圖1A 中所顯示之先前已描述的相同編號元件100至170。舉例來說，圖1B的主反射器135對應至圖1A的主反射器135，依此類推。
燈具100包括一光導110以及一光源120。光導110可繞一中央軸105旋轉對稱，如別處所描述，並可具有任何所欲之直徑「D」以及任何所欲之長度「L」，例如，由數公分至數公尺或更大之範圍的長度。光導110具有一頂面、一相對底面170、以及一位於該頂面與該相對底面170之間的外表面114。在某些情況中，長度「L」及/或直徑「D」可依所要調整，以提供從相對底面170所射出的不同照明樣式，例如，可藉由投射至放置於靠近相對底面170之處的一表面上而看出的樣式。在某些情況中，長度「L」及/或直徑「D」亦可依所要調整，以提供在光導110之中可看出的不同照明樣式，例如，可在一黑暗房間中透過沿著中央軸105延伸之外表面114觀看光導110而可看出的樣式。在某些情況中，這些內部樣式可藉由調整材料之散射、色散或吸收，或藉由加入可選的著色劑、螢光劑、波長降轉元件及類似者(如別處所描述)而更為可見。
頂面包括一主反射器腔130、一面向該主反射器腔130放置之環狀輸入面140、一緊鄰該環狀輸入面140之環狀第一反射器面150，以及一緊鄰該環狀第一反射器面150之可選的環狀第二反射器面160。環狀輸入面140、環狀第一反射器面150、以及可選的環狀第二反射器面160之各者，可以是藉由繞著中央軸105旋轉一線段而產生的表面。在某些情況中(沒有以圖表現)，環狀輸入面140、環狀第一反射器面150、以及可選的環狀第二反射器面160之各者，可 替代地是藉由繞著中央軸旋轉一分段直線、一曲線、或一分段曲線、或其組合以形成環狀而產生之表面，如別處所描述。
環狀輸入面140、環狀第一反射器面150、以及一可選的環狀第二反射器面160之各者，可以是可進行全內反射(TIR)之經拋光表面。在某些情況中，環狀第一反射器面150及/或可選的環狀第二反射器面160可包括一反射性塗層、薄膜或層，而非依靠TIR以供反射，不過，TIR為較佳。若有使用反射性塗層、薄膜或層，其可為任何別處所描述之那些反射器，並可直接沉積在各別表面上，或者層壓或黏著至表面。在一具體實施例中，環狀輸入面140可進一步包括一抗反射塗層。
一主反射器135係置於主反射器腔130當中。主反射器135可依所要設計，以具有一形狀適合用於將光經由環狀輸入面140導入光導110中。在一具體實施例中，主反射器135具有一尖角形狀(cusp-shape)，其將LED 125的點光源轉換成一進入環狀輸入面140之環形光，如別處所描述。
光源120包括一纜線126、一散熱器124、以及一LED 125。光源120沿中央軸105置放並緊鄰主反射器腔130之中的主反射器135而放置。光源120進一步包括一機構122，其可將光源120可釋放地附接至光導110，以使得各部件可依所欲拆解並維修而不破壞光導110。在一具體實施例中，可藉由滑移動作121而致動機構122以擴展抵住環狀輸入面140。
圖1C顯示依據本揭露之一態樣之一光導110的橫剖面示意圖。圖1C中所顯示之各元件100至170對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件100至170。舉例來說，圖1C的主反射器135對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖1C中，為清晰起見已除去光源120的主要部分，而僅留下LED 125以記錄光線穿過光導110的路徑。LED 125發射出光線127'，其自主反射器135反射並藉由折射通過環狀輸入面140而進入光導110。
光線127'接著自環狀第一反射器面150反射、自可選的環狀第二反射器面160再次反射，然後導向相對底面170。所有朝相對底面傳播穿過光導110之所傳送光線127是在一角度內行進，以致在外表面114處發生TIR。可將所傳送光線127之聚集描述為一光錐，其與中央軸呈θ內而行進，其中θ的範圍可由約0度至最高約60度、或50度、或40度、或30度、或20度、或最高約15度或更小。可藉由對以下之設計來調整光之所欲角分散：主反射器135；可見光透射材料112的折射率；以及環狀輸入面140、環狀第一反射器面150和可選的環狀第二反射器面160之各者與入射光線所形成之各種角度。
在某些情況中，主反射器135可經設計以使LED 125自主反射器135所反射的光被導向位在與環狀輸入面相對處的一虛焦點129。在某些情況中，此一反射器設計可減少環狀輸入面140、環狀第一反射器面150、以及可選的環狀第二反射器面160各自所需的 面積尺寸，因光線127'是匯聚在折射及反射的附近，如所屬技術領域中具有通常知識者所知。
在一具體實施例中，相對底面170可藉由包括像是一透鏡、複數個小透鏡、複數個刻面、一漫射器、或其組合而用來修改射出光導110的光行進。如圖1C所示，相對底面170包括一透鏡形狀，其可在光離開光導110時協助分散光。
圖1D顯示依據本揭露之一態樣的一燈具100穿過一中央軸105的剖面圖。圖1D中所顯示之各元件100至170對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件100至170。舉例來說，圖1D的主反射器135對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖1D中，光源120包括一替代機構122'，其可將光源120可釋放地附接至光導110，以使得各部件可依所欲拆解並維修而不破壞光導110。在一具體實施例中，可藉由一樞轉動作121'而致動替代機構122'以擴展抵住環狀輸入面140。可藉由光源120內的一鎖緊機構諸如一螺絲(沒有以圖表現)而致動樞轉動作121'。
圖2A顯示依據本揭露之一態樣之一光導210'的橫剖面示意圖。圖2A中所顯示之各元件205至240對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至140。舉例來說，圖2A的主反射器235對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖2A中，顯示一環狀第一曲面反射器面255做為環狀第一反射器面150以及可選的環狀第二反射器面160的一替代方案。環狀第一曲面反射器面255可藉由繞中央軸205旋轉一曲線而產生，並可經設計以使光在通過環狀輸入 面240時折射接著自環狀第一曲面反射器面255反射，並以類似於圖1C所顯示的方式行進朝向一經刻面處理之相對底面271。
圖2B顯示依據本揭露之一態樣之一光導210"的橫剖面示意圖。圖2B中所顯示之各元件205至271對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至171。舉例來說，圖2B的主反射器235對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖2B中，光導210"包括一具有第二外表面218之中空圓柱做為圖1A至2A所示實心圓柱的一替代方案，且來自LED 225之光以類似於圖1C所顯示方式行進穿過光導210"，但也包括從第二外表面218的TIR反射。
圖2C顯示依據本揭露之一態樣之一光導210"'的橫剖面示意圖。圖2C中所顯示之各元件205至260對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至160。舉例來說，圖2C的主反射器235對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖2C中，環狀第一曲面反射面251或環狀第一分段線性曲面反射面252a、252b之中一者，經顯示做為圖1A至1C以及圖2B所顯示之環狀第一反射面250的替代方案。此外，相對底部漫射面273可用來修改射出光導210"'的光。
圖2D顯示依據本揭露之一態樣之一光導210""的橫剖面示意圖。圖2D中所顯示之各元件205至270對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至170。舉例來說，圖2D的主反射器235對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖2D中，環狀第一反射器253以及可選的環狀第二反射器261取代圖1B的環狀第一 反射器面150以及可選的環狀第二反射器面160，因為已移除可見光透射材料212以藉由增加開放區域232來放大主反射器腔230。以此方式，反射自主反射器235之光，自環狀第一反射器253以及可選的環狀第二反射器261反射，再折射通過環狀輸入面241並進入光導210""。在一具體實施例中，環狀第一反射器253以及可選的環狀第二反射器261可由一金屬板或片所製成，並可藉由任何別處所敘述之技術製成為反射性。光導210""中可提供一可選的凸緣243，以容納光源(沒有以圖表現)的一附接機構。在一具體實施例中，如圖2D所顯示，主反射器235可為凹向LED 225的。
圖3A至3D顯示一光導的俯視示意圖，並呈現光導可具有之橫剖面。雖然圖3A至3D僅呈現四種不同橫剖面，但應瞭解，可採用任何所欲橫剖面做為一光導，包括例如：對稱及不對稱之曲面橫剖面；對稱及不對稱多邊形橫剖面；對稱及/或不對稱曲面及/或多邊形橫剖面的組合；橫剖面尺寸沿著從頂面至相對底面的距離增加、減少、既增加亦減少、或維持相同；橫剖面為實心、均勻空心、非均勻空心、或分段式空心；及類似者。
圖3A顯示依據本揭露之一態樣之一光導310的俯視示意圖。圖3A中所顯示之各元件305至360對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至160。舉例來說，圖3A的主反射器335對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖3A中，光導310具有一圓形橫剖面。
圖3B顯示依據本揭露之一態樣之一光導310'的俯視示意圖。圖3B中所顯示之各元件305'至360'對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至160。舉例來說，圖3B的主反射器335'對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖3B中，光導310'具有一橢圓形橫剖面。
圖3C顯示依據本揭露之一態樣之一光導310"的俯視示意圖。圖3C中所顯示之各元件305"至360"對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至160。舉例來說，圖3C的主反射器335"對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖3C中，光導310"具有一三角形橫剖面。
圖3D顯示依據本揭露之一態樣之一光導310"'的俯視示意圖。圖3D中所顯示之各元件305"'至360"'對應至圖1B中所顯示之先前已描述的相同編號元件105至160。舉例來說，圖3D的主反射器335"'對應至圖1B的主反射器135，依此類推。在圖3D中，光導310"'具有一矩形橫剖面。
由於光導中所用的可見光透射材料(例如澆注之丙烯酸類樹脂)可具有某種程度的霧化(一般是每吋厚度~5%霧化)，因此行進通過燈具的光線會稍微散射，顯現其路徑並產生一「浮動(floating)」影像。具有較高能量密度的區域(即，有更多光線通過一單位體積)看來較亮。依據本揭露之一態樣，圖6顯示光線通過一光導610之一合成影像，其與可在光導被照亮時為可見之一浮動影像680疊合。圖6中所顯示之各元件605至670對應至圖1B中所顯示之 先前已描述的相同編號元件105至170。舉例來說，圖6的LED 625對應至圖1B的LED 125，依此類推。圖6顯示由一觀察者681朝向並透過光導610之外表面614觀看之一穿過中央軸605的切片。
自LED 625反射及/或折射之光所產生的一光束627'通過光導610。光束627'可繞中央軸605而為對稱(諸如旋轉對稱)，或可具有其他分布或對稱，如別處關於一光導內之其他光學元件之描述。對應至不同光散射密度的數個區域，可在光導之中產生一浮動影像680。浮動影像680包括較暗的第一區域682(此處通過較少光束627'中的光線)、較亮的第二區域684(此處通過較多光束627'中的光線)、以及甚至更亮的第三區域686(此處通過更多光束627'中的光線)。應瞭解，可有任何數目的離散區域，且第一區域682、第二區域684、及第三區域686的描述僅用於圖解說明之目的。一般來說，各區域之間的過渡可為漸近式；然而，各區域之間過渡的分明度可受加工技術及/或製備光導610材料時所用添加劑所影響。藉由改變光線穿過光導的路徑，可產生不同浮動影像以提供美觀上吸引人的特殊效果。
實例
製造一樣品燈具並加以測試。此實例僅用於圖式說明之目的，並非意圖限制隨附申請專利範圍的範疇。
光導是由一63.5mm直徑丙烯酸類樹脂棒(Prototype Solution Group,Menomonie,WI)所機器加工製成。表面經機器加工 並拋光。此實例中所使用的光導是圓形對稱，並具有線性刻面構成的表面輪廓。垂直橫剖面是由表1所示之樞轉點之座標所指定。
非球面(即，主要)反射器的表面輪廓是使用一電腦輔助確定性演算法而設計。使用一訊號處理之類比，將輸入定義為LED的光線分布，輸出是所欲之光分布，且非球面反射器類似一線性反應系統。此實例中，所欲的光分布是緊鄰兩反射面的一環狀分布。該「環」的半徑設定為18mm，且環的中心點設定為在LED中心點上方15mm(即，非球面反射器的相對側)，且非球面反射器之中心點設定為在LED中心點下方4mm。演算法中是使用一點光源做為光線中心，而刻面角度是以在非球面鏡上將光線重引導至「環」之周緣之任一點加以計算出。非球面反射器上之點的空間座標繪示於圖5，其中x是側向軸，而LED中心位在z=-4mm。
非球面反射器是經熱成形的強化鏡面反射器(可購自3M Company,St.Paul,MN之VikuitiTM ESR薄膜)。在熱成形程序中，首先以機器加工經塑形為與非球面反射器配對的一鋁質工具。接著在350C烘箱中使用此工具加壓於一片平坦之ESR(經夾置在一20mil(0.51mm)聚碳酸酯以及一7mil(0.18mm)聚碳酸酯基材之間)上。塑膠基材上的ESR依該鋁質工具的輪廓而改變其外形。最 後，使用一機械式衝壓機將非球面反射器轉換成適當尺寸。實例中所使用之LED是Cree XML easy white LED(flux group T4,Cree Inc.Durham,North Carolina)，色溫為2700K。使用導熱環氧樹脂(可購自3M Company,St.Paul,MN之2810環氧樹脂)將該LED與其印刷電路板附著至兩件式鋁散熱器之底部部件，而頂部部件則附著至一懸吊線(該線同時作用為LED之傳導電線)。
在光導的腔穴內裝配組件。在組裝程序中，首先將非球面反射器投入腔穴中，然後藉由腔穴邊緣將其固定就位。接著用兩支安裝螺絲將兩件式散熱器鬆弛地連結在一起。有兩個翼狀扣片(與圖1D中所示者類似)以鉸合方式安裝在散熱器之底部部件上。當向下偏斜時，這兩個翼狀扣片適配通過開放腔穴。當鎖緊安裝螺絲時，翼狀扣片被向外壓迫，並將所有組件都鎖定就位。此組態也能讓使用者非常輕鬆地更換組件。
如別處所描述，該燈具的任何表面元件可具有一曲面或複合曲面輪廓。在此實例中，外殼單元的底面係轉換成半徑為150mm之一單純凹入球形曲面以控制光分散角度。
光輸出分布
使用一光度計量測系統來評估燈具的光度輸出以及光分布。燈具係懸吊於距一桌面34.5吋(87.6cm，自燈具底部量測起)的高度處。使用一測光計(型號EA33 EXTECH Waltham,MA)來量測桌上的光度。由於圓形對稱的關係，僅沿著穿過照明區之中線量測 光度。照明器具的驅動條件為300mA之電流及11V DC之電壓。在此驅動條件下，LED晶粒的光通量估計為103流明。
燈具的角度光分布經過相當的高準直，而且大部分由燈具底部射出的光侷限於約20度錐角範圍內。光度與側向位置的變化關係，顯示於圖4的表格中。從桌上光度的空間積分得出一總光通量估計值為72流明，造成整體發光效率下降約70%。
以下是本揭露之實施例的列表。
項目1是一種燈具，其包含：一光導，其具有一頂面以及一相對底面，該頂面包含：一圍繞一中央軸之主反射器腔；一面向該主反射器腔放置之環狀輸入面；一緊鄰該環狀輸入面之環狀第一反射器面；以及一沿該中央軸放置並緊鄰該主反射器腔內之一主反射器之光源，其中來自該光源的光線自該主反射器反射、折射通過該環狀輸入面、自該環狀第一反射器面反射、並被導向該光導之該相對底面。
項目2是如項目1之燈具，其中該頂面進一步包含一緊鄰該環狀第一反射器面之環狀第二反射器面，其經定位以使光線在抵達該光導之該相對底面之前自該環狀第二反射器面反射。
項目3是如項目1或2之燈具，其中經導向該相對底面之該等光線包含以一角度行進以致在位於該頂面與該相對底面之間的一外表面上發生全內反射(TIR)之光線。
項目4是如項目1至3之燈具，其中經導向該相對底面之該等光線包含以與該中央軸呈60度以內的角度而行進之光線。
項目5是如項目1至4之燈具，其中該相對底面是一包含一透鏡、複數個刻面、一漫射器、或其組合之輸出面。
項目6是如項目1至5之燈具，其中該環狀第一反射器面包含一能夠進行全內反射(TIR)之拋光面。
項目7是如項目2至6之燈具，其中該環狀第二反射器面包含一能夠進行全內反射TIR之拋光面。
項目8是如項目1至7之燈具，其中該主反射器包含一經塑形的反射薄膜。
項目9是如項目8之燈具，其中該經塑形的反射薄膜包含經熱成型之聚合多層光學薄膜。
項目10是如項目1至9之燈具，其中該主反射器包含一非球面反射器。
項目11是如項目1至10之燈具，其中該主反射器包含一尖角形反射器。
項目12是如項目1至11之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為對稱。
項目13是如項目1至12之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為旋轉對稱。
項目14是如項目1至13之燈具，其中該光導包含一實心圓柱或一空心圓柱。
項目15是如項目1至14之燈具，其中該光源包含一發光二極體(LED)。
項目16是如項目1至15之燈具，其中該光源包含一置於該主反射器腔外部之散熱器。
項目17是如項目1至16之燈具，其進一步包含一可擴展閂扣以將該光源可釋放地附接至該光導。
項目18是如項目1至17之燈具，其中來自該光源之該等光線自該主反射器朝向一環狀虛焦點而反射，該虛焦點位於與該環狀輸入面相對處。
項目19是如項目1至18之燈具，其中該主反射器、該環狀輸入面、以及該環狀第一反射器面之各者獨立地包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
項目20是如項目2至19之燈具，其中該環狀第二反射器面包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
項目21是如項目1至20之燈具，其中該光導包含一包括一塑膠、一礦物、或一玻璃之可見光透射材料。
項目22是一種燈具，其包含：一光導，其具有一頂面以及一相對底面，該頂面包含：一圍繞一中央軸之主反射器腔；一面向該主反射器腔放置之環狀第一反射器；以及一沿該中央軸放置並緊鄰該主反射器腔內的一主反射器之光源，其中來自該光源的光線自該主反射器反射、自該環狀第一反射器反射、並被導向該光導的該相對底面。
項目23是如項目22之燈具，其中該頂面進一步包含一緊鄰該環狀第一反射器之環狀第二反射器，其經定位以使光線在抵達該光導之該相對底面之前自該環狀第二反射器反射。
項目24是如項目22或23之燈具，其中經導向該相對底面之該等光線包含以一角度行進以致在位於該頂面與該相對底面之間的一外表面上發生全內反射(TIR)之光線。
項目25是如項目22至24之燈具，其中經導向該相對底面之該等光線包含以與該中央軸呈60度以內的角度而行進之光線。
項目26是如項目22至25之燈具，其中該相對底面是一包含一透鏡、複數個刻面、一漫射器、或其組合之輸出面。
項目27是如項目22至26之燈具，其中該環狀第一反射器包含一金屬、一金屬合金、或一介電反射器。
項目28是如項目23至27之燈具，其中該環狀第二反射器包含一金屬、一金屬合金、或一介電反射器。
項目29是如項目22至28之燈具，其中該主反射器包含一經塑形的反射薄膜。
項目30是如項目29之燈具，其中該經塑形的反射薄膜包含經熱成型之聚合多層光學薄膜。
項目31是如項目22至30之燈具，其中該主反射器包含一非球面反射器。
項目32是如項目22至31之燈具，其中該主反射器包含一尖角形反射器。
項目33是如項目22至32之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為對稱。
項目34是如項目22至33之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為旋轉對稱。
項目35是如項目22至34之燈具，其中該光導包含一實心圓柱或一空心圓柱。
項目36是如項目22至35之燈具，其中該光源包含一發光二極體(LED)。
項目37是如項目22至36之燈具，其中該光源包含一置於該主反射器腔外部之散熱器。
項目38是如項目22至37之燈具，其進一步包含一可擴展閂扣以將該光源可釋放地附接至該光導。
項目39是如項目22至38之燈具，其中來自該光源之該等光線自該主反射器朝向一環狀虛焦點而反射，該虛焦點位於與該環狀第一反射器面相對處。
項目40是如項目22至39之燈具，其中該主反射器以及該環狀第一反射器之各者獨立地包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
項目41是如項目23至40之燈具，其中該環狀第二反射器包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
項目42是如項目22至41之燈具，其中該光導包含一包括一塑膠、一礦物、或一玻璃之可見光透射材料。
項目43是如項目1至42之燈具，其中該主反射器為凹向該光源的。
本文所顯示之各種燈具設計之任一者可併入所描述的相對底面、環狀輸入面、主反射器、橫剖面、環狀反射面、及類似者之任一者。
除非另有指明，說明書及申請專利範圍中所用以表達特徵之尺寸、數量以及物理特性的所有數字，皆應理解為以「約(about)」一詞修飾之。因此，除非另有相反指示，在前述說明書以及隨附申請專利範圍中所提出的數值參數是約略值，其可依據所屬技術領域中具有通常知識者運用本文所揭示的教導所欲獲致之所要特性而有所不同。
在此特以引用之方式將本文所引述之所有參考文件以及出版品之全文納入本揭露中，除非其內容可能與本揭露直接抵觸。雖在本文中是以特定實施例進行說明及描述，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可以各種替代及/或等效具體實施例來替換所示及所描述的特定實施例，而不偏離本揭露的範疇。本申請書意欲涵括本文所討論之特定實施例的任何調適形式或變化形式。因此，意欲使本揭露僅受限於申請專利範圍及其等效者。
605‧‧‧中央軸
610‧‧‧光導
614‧‧‧外表面
625‧‧‧LED
627'‧‧‧光束
680‧‧‧浮動影像
681‧‧‧觀察者
682‧‧‧第一區域
684‧‧‧第二區域
686‧‧‧第三區域

Claims (43)

  1. 一種燈具，其包含：一光導，其具有一頂面以及一相對底面，該頂面包含：一圍繞一中央軸之主反射器腔；一面向該主反射器腔放置之環狀輸入面；一緊鄰該環狀輸入面之環狀第一反射器面；以及一沿著該中央軸放置並緊鄰該主反射器腔之內的一主反射器之光源，其中來自該光源的光線自該主反射器反射、折射通過該環狀輸入面、自該環狀第一反射器面反射、並被導向該光導之該相對底面。
  2. 如請求項1之燈具，其中該頂面進一步包含一緊鄰該環狀第一反射器面之環狀第二反射器面，其經定位以使光線在抵達該光導之該相對底面之前自該環狀第二反射器面反射。
  3. 如請求項1之燈具，其中經導向該相對底面的該等光線包含以一角度行進以致在位於該頂面與該相對底面之間的一外表面上發生全內反射(TIR)的光線。
  4. 如請求項1之燈具，其中經導向該相對底面的該等光線包含以與該中央軸呈60度以內的角度而行進的光線。
  5. 如請求項1之燈具，其中該相對底面是一包含一透鏡、複數個刻面、一漫射器、或其組合之輸出面。
  6. 如請求項1之燈具，其中該環狀第一反射器面包含一能夠進行全內反射(TIR)之拋光面。
  7. 如請求項2之燈具，其中該環狀第二反射器面包含一能夠進行全內反射TIR之拋光面。
  8. 如請求項1之燈具，其中該主反射器包含一經塑形的反射薄膜。
  9. 如請求項8之燈具，其中該經塑形的反射薄膜包含經熱成型之聚合多層光學薄膜。
  10. 如請求項1之燈具，其中該主反射器包含一非球面反射器。
  11. 如請求項1之燈具，其中該主反射器包含一尖角形(cusp-shaped)反射器。
  12. 如請求項1之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為對稱。
  13. 如請求項1之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為旋轉對稱。
  14. 如請求項1之燈具，其中該光導包含一實心圓柱或一空心圓柱。
  15. 如請求項1之燈具，其中該光源包含一發光二極體(LED)。
  16. 如請求項1之燈具，其中該光源包含一置於該主反射器腔外部之散熱器。
  17. 如請求項1之燈具，其進一步包含一可擴展閂扣以將該光源可釋放地附接至該光導。
  18. 如請求項1之燈具，其中來自該光源之該等光線自該主反射器朝向一環狀虛焦點而反射，該環狀虛焦點位於與該環狀輸入面相對處。
  19. 如請求項1之燈具，其中該主反射器、該環狀輸入面、以及該環狀第一反射器面之各者獨立地包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
  20. 如請求項2之燈具，其中該環狀第二反射器面包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
  21. 如請求項1之燈具，其中該光導包含一包括一塑膠、一礦物、或一玻璃之可見光透射材料。
  22. 一種燈具，其包含：一光導，其具有一頂面以及一相對底面，該頂面包含：一圍繞一中央軸之主反射器腔；一面向該主反射器腔放置之環狀第一反射器；以及 一沿著該中央軸放置並緊鄰該主反射器腔之內的一主反射器之光源，其中來自該光源的光線自該主反射器反射、自該環狀第一反射器反射、並被導向該光導之該相對底面。
  23. 如請求項22之燈具，其中該頂面進一步包含一緊鄰該環狀第一反射器之環狀第二反射器，其經定位以使光線在抵達該光導之該相對底面之前自該環狀第二反射器反射。
  24. 如請求項22之燈具，其中經導向該相對底面的該等光線包含以一角度行進以致在位於該頂面與該相對底面之間的一外表面上發生全內反射(TIR)的光線。
  25. 如請求項22之燈具，其中經導向該相對底面的該等光線包含以與該中央軸呈60度以內的角度而行進的光線。
  26. 如請求項22之燈具，其中該相對底面是一包含一透鏡、複數個刻面、一漫射器、或其組合之輸出面。
  27. 如請求項22之燈具，其中該環狀第一反射器包含一金屬、一金屬合金、或一介電反射器。
  28. 如請求項23之燈具，其中該環狀第二反射器包含一金屬、一金屬合金、或一介電反射器。
  29. 如請求項22之燈具，其中該主反射器包含一經塑形的反射薄膜。
  30. 如請求項29之燈具，其中該經塑形的反射薄膜包含經熱成型之聚合多層光學薄膜。
  31. 如請求項22之燈具，其中該主反射器包含一非球面反射器。
  32. 如請求項22之燈具，其中該主反射器包含一尖角形反射器。
  33. 如請求項22之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為對稱。
  34. 如請求項22之燈具，其中該光導是繞該中央軸而為旋轉對稱。
  35. 如請求項22之燈具，其中該光導包含一實心圓柱或一空心圓柱。
  36. 如請求項22之燈具，其中該光源包含一發光二極體(LED)。
  37. 如請求項22之燈具，其中該光源包含一置於該主反射器腔外部之散熱器。
  38. 如請求項22之燈具，其進一步包含一可擴展閂扣以將該光源可釋放地附接至該光導。
  39. 如請求項22之燈具，其中來自該光源之該等光線自該主反射器朝向一環狀虛焦點而反射，該環狀虛焦點位於與該環狀第一反射器相對處。
  40. 如請求項22之燈具，其中該主反射器及該環狀第一反射器之各者獨立地包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
  41. 如請求項23之燈具，其中該環狀第二反射器包含一藉由繞該中央軸旋轉一線、一分段線、一曲線、或一分段曲線而產生之表面。
  42. 如請求項22之燈具，其中該光導包含一包括一塑膠、一礦物、或一玻璃之可見光透射材料。
  43. 如請求項1或請求項22之燈具，其中該主反射器為凹向該光源的。
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