[发明专利]照明设备、透镜、系统和方法

说明书

包括至少4个光学设备的照明设备。每个光学设备具有相关联的光源并且包括具有多个微小尺寸的刻面的第一表面。每个刻面具有相应的取向，并且所述多个刻面具有平行于所有所述相应的取向的平均取向的法线矢量延伸的光轴。光学设备被分成超过至少2个光学设备的集合，所述光学设备的集合被设计成在操作期间相互发出不同的图案，因为不同集合的光学设备以相互交替的方式被布置。

技术领域

本发明涉及具有微小尺寸的刻面（facet）的照明设备。

背景技术

用于使光均匀的常规技术使用阵列化的微透镜、衍射漫射器、毛玻璃漫射器和全息生成的（holographically -generated）漫射器。微透镜阵列通过创建重叠的光发散锥体的阵列使光均匀。每个锥体源自相应的微透镜并且发散到透镜的焦点之外。在常规的阵列中，各个透镜彼此相同。通过用磨料对玻璃进行研磨以生成玻璃表面中的光散射结构来形成毛玻璃漫射器。

微透镜阵列、毛玻璃漫射器和全息漫射器都具有不能控制均匀化的发散光的角扩展的缺点。光一般具有在期望的角域（angular region）上相当均匀的角扩展，但是角域的边界是模糊的。利用常规的漫射器方法，在期望的角扩展的边缘处的能量滚降（roll-off）能够很好地延伸到该域之外。

衍射漫射器可被用来控制输出光的角扩展，但是这样的漫射器在它们能够给予输出光的扩展的量的方面受限制。由于针对可见或其以下的短波长源的制作限制、以及针对较长波长的结构的物理方面的限制，最大的角扩展受限制。另外，以其传统的二元形式（binary form）使用的衍射漫射器可包能括大量背景能量，并且图案必须是关于光轴对称的。

为了克服这些常规设备的所述缺点，US20070223095公开了具有由多个光学元件形成的多个正方形刻面的光学设备。这些刻面被用来在预定的相应方向上定向入射光束的部分。这些刻面在二维阵列中彼此相邻地形成。这些刻面在阵列中的位置关于对应的光束部分的方向是随机的。已知的照明设备的缺点是其具有相对差的性能和/或其是相对大的。

发明内容

本发明的一个目的是提供具有改进的性能的如在开始段落中描述的类型的照明设备。本发明的另一目的是提供做出改进的照明设备的方法。该目的是通过包括至少4个光学设备的如在开始段落中描述的类型的照明设备来达成，每个光学设备具有相关联的光源，并且每个光学设备包括具有多个微小尺寸的刻面的第一表面，所述刻面具有25μm到250μm之间的尺寸，每个刻面具有相应的取向，所述多个刻面具有平行于所有所述相应的取向的平均取向的法线矢量延伸的光轴，光学设备被分成超过至少两个光学设备的集合，光学设备的集合由于其相应的取向而沿着相应的光轴对来自相关联的光源的光线进行重定向以在操作期间相互发出不同的图案，并且不同集合的光学设备以相互交替的方式布置，并且其中对于基本上所有的光学设备，相邻刻面的取向是不同的。照明设备包括包含同样地布置的多个刻面的光学设备的第一集合，以及包含同样地布置的多个刻面的类似光学设备的第二集合，然而，第二集合的光学设备不同于其它集合的光学设备。两个集合都是混合式布置，即以交替的、互相交叉的方式或其它配置中的类似布置，并且第一集合和第二集合中的光学设备的数目之比例如是1:2或1:3。LED及相关联的光学设备的两个组合的这种基本上相互交叉（或者或多或少交替的）的布置特别适用于发光体中，从而使得其能够发出窄光束（点状的）、宽光束（泛光）（例如，蝙蝠翼状的光束）、或者窄光束和宽光束的组合。然而，所有操作状况下的发光体具有实际上恒定的外观并且以均匀的方式从其整个光发射窗发射光。照明设备可以很好地包括3、4、5或高达10个集合的但是基本上不同的光学设备，所有光学设备都交替地布置。LED及它们相应的相关联的光学设备的数目共计例如25、50或100个LED以及一个照明设备上25、50或100个基本上同样的光学设备。由于光学设备的集合的交替布置的缘故，照明设备是相对紧凑的。