CN105793646A - 用于直接-间接照明的照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置包括多个发光元件(LEE)；从第一端至第二端以向前方向延伸从而在第一端接收由LEE发射的光并引导所接收的光至第二端的光导；光学耦合到所述第二端以接收引导的光的光学提取器，所述光学提取器包括反射引导的光的第一部分的改向表面，反射的光由光学提取器以向后角度范围输出，并且改向表面具有一个或多个透射部分从而以向前方向透射引导的光的第二部分；和光学耦合到透射部分的一个或多个光学元件，所述光学元件来修改通过透射部分透射的光并以向前角度范围输出修改的光。

Description

用于直接-间接照明的照明装置
技术领域
本公开通常涉及固态基照明装置，例如涉及包括(i)光学提取器和(ii)光学元件的照明装置，所述光学提取器带有具有透射入射在其上的引导的光的透射部分的改向表面，所述光学元件耦合至透射部分以修改透射的光的光谱或强度分布。
背景技术
光源用于多种应用中，如提供一般照明和提供用于电子显示器(如，LCD)的光。在历史上，白炽光源已广泛用于一般照明目的。白炽光源通过加热灯丝导线至直到其发光的高温而产生光。灼热灯丝借助用惰性气体填充或抽真空的玻璃外壳阻止在空气中的氧化。白炽光源在许多应用中正在逐步被其它类型电灯取代，诸如荧光灯、紧凑型荧光灯(CFL)、冷阴极荧光灯(CCFL)、高强度放电灯和诸如发光二极管(LED)的固态光源。
发明内容
本公开涉及包括(i)光学提取器和(ii)光学元件的照明装置，所述光学提取器具有改向表面，该改向表面具有透射入射在其上的引导的光的透射部分，所述光学元件耦合至透射部分以修改透射的光的光谱或强度分布。
通常，本文描述的技术的革新方面可以在包括下列方面的一个或多个的照明装置中实现：
在第一方面中，照明装置包括多个发光元件(LEE)；从光导的第一端至光导的第二端以向前方向延伸的光导，光导设置成在第一端接收由LEE发射的光并经配置将接收的光引导至第二端；在第二端光学耦合到光导以接收引导的光的光学提取器，光学提取器包括反射被引导的光的第一部分的改向表面，其中该反射光由光学提取器以向后角度范围输出到周围环境，并且其中所述改向表面具有一个或多个透射部分以向前方向透射引导的光的第二部分；和一个或多个光学元件，其光学耦合到改向表面的一个或多个透射部分，所述一个或多个光学元件来修改通过透射部分透射的光并且以向前角度范围输出修改后的光至周围环境。
在第二方面中，照明装置包括多个发光元件(LEE)；以向前方向延伸的一个或多个光学耦合器，所述光学耦合器设置成接收由LEE发射的光并经配置成准直所接收的光，使得由所述一个或多个光学耦合器所提供的准直光具有第一发散度；以第一距离与一个或多个光学耦合器隔开的光学提取器，所述光学提取器包括改向表面以在向后角度范围反射准直光的第一部分至周围环境，其中所述改向表面具有以向前方向透射准直光的第二部分的一个或多个透射部分；和光学耦合到改向表面的一个或多个透射部分的一个或多个光学元件，所述一个或多个光学元件来修改通过透射部分透射的光并以向前角度范围输出修改后的光至周围环境。
前述和其它实施方案可以每个任选单独或组合地包括以下特征的一个或多个。在一些实施方式中，通过透射部分透射的光具有第一光谱分布，并且所述一个或多个光学元件可以包括非弹性散射元件，其配置成修改所透射的光的第一光谱分布以使得输出修改的光具有不同于所述第一光谱分布的第二光谱分布。这里，第二光谱分布相比于第一光谱分布在较长波长可以有更大权重。
在一些实施方式中，一个或多个光学元件可以包括弹性散射元件。在一些实施方式中，一个或多个光学元件可以包括透镜。
在一些实施方式中，改向表面的透射部分可以垂直于向前方向布置，并且该光学元件可以是同一的，以使得每个光学元件以相同方式修改输出修改的光的传播方向和发散度。在一些实施方式中，改向表面的透射部分可以垂直于向前方向布置，并且该光学元件可以是彼此不同，以使得每个光学元件相对于相邻的光学元件以不同的方式修改输出修改的光的至少关联的传播方向或关联的发散度。
在一些实施方式中，改向表面可以涂覆有反射材料膜，并且改向表面的透射部分可以是在反射材料膜中的孔。这里，一个或多个光学元件可以至少部分地凹进到所述一个或多个孔中。
在一些实施方式中，一个或多个光学元件可以相邻改向表面的一个或多个透射部分而设置。在一些实施方式中，改向表面可经由TIR反射引导的光的第一部分并且一个或多个光学元件经配置成阻挠TIR形成透射部分。在任一这些实施方式中，相应一个或多个光学元件可以被粘合到改向表面的透射部分。
在一些实施方式中，光学提取器可包括布置成以向后角度范围透射由改向表面反射的光至周围的弯曲输出表面。这里，改向表面以具有一定方向的第一角度范围反射引导的或准直的光的第一部分，所述方向具有反平行于向前方向的分量和正交于向前方向的第一分量。进一步，改向表面的第二部分布置和成形为以具有带有分量的一定方向反射引导或准直的光，所述分量反平行于向前方向且反平行于第一角度范围的第一分量。在上面情况的一些中，光学提取器还包括第二弯曲输出表面，其以另一个向后角度范围透射由改向表面的第二部分反射的光到周围环境。另外，改向表面的透射部分可以垂直于第一角度范围的方向而分布。
在一些实施方式中，光导和光学提取器可以粘合在一起或一体形成。在一些实施方式中，光导和/或光学提取器可以由透明的实心材料形成。在一些实施方式中，光导可以配置成经由全内反射(TIR)将所接收的光引导到第二端。在一些实施方式中，所公开的照明器模块可以包括一个或多个光学耦合器。这里，由LEE提供的光在发射角度范围中，并且光学耦合器布置为接收由所述LEE提供的光并将其改向到光导的第一端，在该处其有准直角度范围。此外，光导的数值孔径可以是这样的：使得从光学耦合器以准直角度范围接收的光能够通过TIR由光导引导。在一些实施方式中，光导可以具有两个平行的侧表面。
在一些实施方式中，第一发散度和第一距离的组合经配置使得所述光学提取器接收所有的准直光。在一些实施方式中，所述一个或多个耦合器的每个可具有在输入孔和射出孔之间延伸的侧表面，并且经配置为经由TIR在侧表面准直所接收的光。
在一些实施方式中，所公开的照明器模块可以正交于向前方向延伸。这里，LEE可以正交于向前方向布置。在一些实施方式中，LEE可以是发射白光的LED。
在第三方面中，照明装置包括多个发光元件(LEE)；从光导的第一端到光导的第二端以向前方向延伸的光导，光导设置成在第一端接收由LEE发射的光并经配置成将接收的光经由全内反射(TIR)引导至二端；在第二端光学耦合到光导以接收引导的光的光学提取器，光学提取器由透明的实心材料形成并且包括(i)第一组反射表面，其反射被引导的光的第一部分，(ii)第一组透射表面，其在向前方向透射被引导的光的第二部分到周围环境，反射表面由所述透射表面分离，和(ⅲ)弯曲输出表面，其布置成以向后方向透射由反射表面反射的光至周围环境。这里，透射表面成形为使得每个透射表面相对于相邻透射表面以不同方式修改向前透射的光的至少关联的传播方向或关联的发散度。
前述和其它实施方案可以每个任选单独或组合地包括以下特征的一个或多个。在一些实施方式中，反射表面是光学提取器和周围环境之间的界面的可用反射材料膜涂覆的部分，并且所述透射表面是光学提取器和周围环境之间的界面的未涂覆的剩余部分。
在一些实施方式中，透射表面的至少一个可以是平坦的。在一些实施方式中，透射表面的至少一个可以是弯曲的。在一些实施方式中，相邻的透射和反射的表面可以与共同的表面坡度相交。
在一些实施方式中，第一组反射表面可以第一角度范围反射引导的光，所述第一角度范围具有反平行于向前方向的分量及正交于向前方向的第一分量。这里，光学提取器还可以包括第二组反射表面从而以具有一定分量的第二角度范围反射被引导的光，所述分量反平行于向前方向且反平行于所述第一角度范围的第一分量，并且光学提取器还包括第二弯曲输出表面从而以另一个向后角度范围透射由第二组反射表面反射的光至周围环境。在任一这些实施方式中，透射表面可横向垂直于第一角度范围的方向而分布。
在一些实施方式中，光导和光学提取器可以粘合在一起或一体形成。在一些实施方式中，所公开的照明器模块还可以包括一个或多个光学耦合器。这里，由LEE提供的光在发射角度范围中，该光学耦合器布置为接收由所述LEE提供的光并以准直角度范围将其改向到光导的第一端，并且光导的数值孔径是这样的：使得在准直角度范围从光学耦合器接收的光可以通过TIR由光导引导。
在一些实施方式中，光导具有两个平行的侧表面。在一些实施方式中，所公开的照明器模块可以正交于向前方向延伸。这里，LEE可以正交于向前方向布置。在一些实施方式中，LEE可以是发射白光的LED。
本文所描述的技术的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。所公开的技术的其它特征、方面和优点将通过说明书、附图和权利要求变得显而易见。
附图简述
图1A示出了包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改所透射的光的光学元件的照明装置的示意图。
图1B示出在图1A中示出的照明装置的改向表面的透射部分的示例。
图1C-图1E示出在图1A中示出的照明装置的近场强度分布的各方面。
图1F是在图1A中示出的照明装置的远场强度轮廓。
图2A-图2J示出照明器模块的各方面，所述照明器模块包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器而没有与光透射部分耦合以修改所透射的光的光学元件。
图3A-图3D示出光导照明器模块的各方面，所述光导照明器模块包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改透射的光的光谱分布的光学元件。
图4A-图4B示出光导照明器模块的各方面，所述光导照明器模块包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改所透射的光的强度分布的光学元件。
图5示出光导照明器模块，其包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器，所述光透射部分成形为使得每个透射表面以相对于相邻透射表面不同的方式修改向前透射的光的至少关联的传播方向或关联的发散度。
在各种图中参考数字和标记指示本公开特定特征的示例性方面、实施方式。
具体实施方式
本公开涉及用于提供直接和/或间接照明的照明装置。所公开的照明装置可朝向工作表面和/或朝向背景区域有效地引导和分布由固态光源发射的光。所公开的照明装置的各种发光表面和它们各自强度向量可以在照明环境内操纵以提供由所公开的照明装置输出的光分布的良好实用性。本技术可以驾驭多个固态光源的集合输出并创建具有独特性质的虚拟光源，所述性质可导致相对于被照明环境具有小体积的紧凑照明器。
这里，来自固态光源的光在带有改向表面的光学提取器接收，上述改向表面具有透射入射在其上的引导的光的透射部分。改向表面反射入射在透射部分外的引导的光，使得由改向表面反射的光朝向背景区域定向。通过透射部分透射的光通过耦合到所述透射部分的光学元件修改，使得所述修改的光的光谱或强度分布不同于引导的光的相应分布。此外，以这种方式修改的光定向朝向工作表面。
(i)包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改所透射的光的光学元件的照明装置
图1A示出了包括光学提取器140和光学元件144的照明装置100的框图，所述光学提取器140带有具有光透射部分的改向表面143，所述光学元件144与光透射部分耦合以修改所透射的光。在一些实施方式中，照明装置100还包括衬底105，一个或多个发光元件(LEE)110和光导130。这里，光导130引导由LEE110沿长度D提供的光(例如，沿在图1A中示出的笛卡尔参考***的z轴)。在一些实施方式中，照明器模块100还包括衬底105、LEE110和一个或多个光学耦合器120，使得光学提取器140与光学耦合器120以距离D分隔开(例如，沿z轴)，并接收由该光学耦合器120提供的光。在一些实施方式中，照明装置100包括衬底105、LEE110、光学耦合器120和光导130，使得光导130在其输入端耦合至光学耦合器120以及在其输出端耦合至光学提取器140。照明装置100也可以被称为照明器模块。
通常，LEE，也称为光发射器，是当激活时可在来自可见光区、红外区和/或紫外区的电磁光谱的一个或多个区域发射辐射的装置。例如，可通过施加跨越LEE的组件的电势差或使电流通过LEE的组件达到激活LEE。LEE可以有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。LEE的示例包括半导体、有机的、聚合物/聚合发光二极管、其它单色的、准单色的或其它发光元件。在一些实施方式中，LEE是发射辐射的特定装置，例如LED管芯。在其它实施方式中，LEE包括发射辐射的特定装置(例如，LED管芯)与在其内特定装置或装置被放置的外壳或包装的组合。LEE的示例还包括激光器并且更具体地半导体激光器，诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和边发射激光器。LEE的另一示例包括超发光二极管和其它超发光装置。
在操作期间，LEE110提供在第一角度范围115内的光。这种光可以具有相对于一个或多个LEE110的光轴(例如，z轴)的朗伯分布。如本文所用，以“角度范围”提供光是指提供以一个或多个普遍方向传播的光，其中每个普遍方向具有关于相应普遍方向的发散度。在此背景下，术语“传播的普遍方向”可以指某一方向，沿所述方向传播光的强度分布的一部分具有最大值、均值、中值，或其它限定的方向。例如，与角度范围关联的传播的普遍方向可以是强度分布的波瓣的定向。(参见，如，图1F)同时在此背景下，术语“发散度”指的是一个立体角，在其外传播的光的强度分布低于强度分布的最大值的预定分数。例如，与角度范围关联的发散度可以是强度分布的波瓣的宽度。预定分数可以为10％、5％、1％或其它值，这取决于照明应用。
在其中光导130是照明器模块100的一部分的实施方式中，光导130可以由实心的透明材料制成。这里，光导130布置成在光导130的一端接收由LEE110提供的光并从光导130的接收端至相反端以向前方向(如，沿z轴)引导所接收到的光。这里，光导130的接收端和它的相反端之间的距离D可以是例如5、10、20、50或100cm。(ⅰ)在其中光由光导130在接收端接收的角度范围和(ii)光导130的数值孔径的组合经配置为使得所接收的光通过光导130的光导侧表面132a、132b从接收端引导至相反端反射离开。根据实施方式，(如果不是所有则至少一些)这种反射是经由全内反射(TIR)。在一些实施方式中，光导130的数值孔径是这样的：使得所有由LEE110以角度范围115提供的光可以在光导接收端直接注射到光导130中。
在其中一个或多个光学耦合器120是照明器模块100的一部分的实施方式中，一个或多个光学耦合器120在第一角度范围115内接收来自LEE110的光，并且在第二角度范围125内以向前方向准直所接收的光。所述一个或多个光学耦合器120成形为经由全内反射、镜面反射或这二者来转换第一角度范围115至第二角度范围125中。这样，一个或多个光学耦合器120可包括用于从一个或多个光学耦合器120的每个的输入端至输出端传播光的实心透明材料。这里，第二角度范围125的发散度比第一角度范围115的发散度小。这样，在其中光导130不是照明器模块100的一部分的实施方式中，第二角度范围125的发散度和将光学提取器140与光学耦合器120分离的距离D的组合这样选择：使得通过光学耦合器120以角度范围125提供的所有准直光照射在光学提取器140上。另外，在其中光导130还是照明器模块100的一部分的实施方式中，第二角度范围125的发散度被选择以使得由耦合器120以角度范围125提供的所有光在光导的接收端可注射到光导130中。
光导侧表面132a、132b的一个或多个可以是平面的、弯曲的或其它形状。光导侧表面132a、132b可以是平行的或不平行的。在具有不平行光导侧表面132a、132b的实施方案中，在光导130相反端的引导光的第三角度范围135不同于在接收端接收的光的角度范围115(当光导130接收直接来自LEE110的光时)或125(当光导130接收来自耦合器120的光时)。这里，光导侧表面132a，132b可以是光学上平滑的以允许在光导130内经由TIR引导的光向前传播(例如，以z轴的正方向)。在这种情况下，光导侧表面132a、132b关于z轴和彼此成形及布置以使得引导的光从光导130的输入端至输出端通过整个距离D在入射角大于临界角下照射在光导侧表面132a，132b上。在具有平行光导侧表面132a、132b的实施方案中，不论光导130是实心的或空心的，在光导130的相反端引导的光的第三角度范围135都具有与在接收端接收的光的角度范围115(在光导130接收直接来自LEE110的光时)或125(在光导130接收直接来自耦合器120的光时)至少基本上相同的发散度。
另外，在其中光导130是照明器模块100的一部分的实施方式中，光导130(沿z轴)的长度D、光导130(沿y轴)的宽度L和光导130(沿x轴)的厚度T设计成均匀化由分立LEE110发射的光-其沿y轴分布-因为它是从光导130的接收端引导至相对端。在这种方式中，发射光的均匀化——因为其是通过光导130引导——引起沿所述第一角度范围115(当光导130接收直接来自LEE110的光)或第二角度范围125(当光导130接收来自耦合器120的光)的y轴的分立轮廓改变为沿其中分立轮廓部分或完全模糊的所述第三角度范围135的连续轮廓。
此外，在其中一个或多个光学耦合器120是照明器模块100的一部分而光导130不是的实施方式中，在光学耦合器120和光学提取器140之间的间隔D(沿z轴)、光学提取器140的宽度L(沿y轴)和光学提取器140的厚度T(沿x轴)设计成均匀化由分立LEE110发射的光——其沿y轴分布——因为其首先由光学耦合器120准直，然后从光学耦合器120经距离D导向光学耦合器140。在这种方式中，均匀化发射/准直的光——因为其经过距离D从光学耦合器120传播到光学提取器140——引起沿准直光的第二角度范围125的y轴的分立轮廓改变为沿其中分立轮廓部分或完全模糊的第三角度范围135的y轴的连续轮廓。
这里，光学提取器140包括具有光透射部分的改向表面143。改向表面143布置和配置为反射从光学耦合器120接收的准直光的一些(针对不具有光导130的照明装置100的实施方案)或从光导130接收的引导的光的一些(针对具有光导130的照明装置100的实施方案)。改向表面143由反射涂层形成，所述涂层包括一个或多个金属层，诸如Ag、Au、Al或介电层。改向表面143的光透射部分，也称为改向表面143的透射部分，表示在改向表面143的反射涂层中的空隙或开口。在这种方式中，透射部分基本上透射所有照射其上的光，除了经由菲涅尔反射而反射的照射光的一小部分，诸如4％或更少。
光学提取器还包括光学元件144，其与改向表面143的光透射部分光学地耦合以修改所透射的光。前述光学元件144也称为光修改元件144。在一些实施方式中，光修改元件144经配置成修改通过改向表面143的透射部分透射的光的光谱分布。这里，光修改元件144包括非弹性散射中心以使得由光学提取器140的光修改元件144提供的修改的光具有光谱分布，所述光谱分布不同于由光导130提供的引导的光(针对具有光导130的照明装置100的实施方案)或由光学耦合器120提供的准直光(针对不具有光导130的照明装置100的实施方案)的光谱分布。在一些实施方式中，光修改元件144经配置成修改通过改向表面143的透射部分透射的光的强度分布。这里，光修改元件144可以是弹性散射光学器件或折射光学器件(诸如，透镜、微透镜等)，使得由光学提取器140的光修改元件144提供的修改的光具有强度分布，所述强度分布不同于由光导130提供的引导光(针对具有光导130的照明装置100的实施方案)或由光学耦合器120提供的准直光(针对不具有光导130的照明装置100的实施方案)的强度分布。
而且，光学提取器140可以一个或多个向后角度范围输出由改向表面143反射的光到周围环境中。这样，由所述改向表面143反射的光的至少一些由提取器140在第一输出角度范围145'内输出。第一输出角度范围145'可以沿y轴基本上连续并且具有带有沿向后方向(或相反于向前方向，如，反平行于z轴)的分量的第一输出传播方向。另外，由与改向表面143的透射部分耦合的光修改元件144修改的光由光学提取器140在第二输出角度范围145"'内输出。第二输出角度范围145"'可以沿y轴基本上连续并且具有第二输出传播方向，所述第二输出传播方向具有沿向前方向(例如，沿z轴)的分量。在一些实施方式中，由改向表面143反射的光的一些可以在第三输出角度范围145"内由提取器140输出。第三输出角度范围145"可以是沿y轴基本上连续并且具有第三输出传播方向，所述第三输出传播方向具有沿向后方向的分量。在这种情况下，第一输出传播方向和第三输出传播方向具有正交于向前方向的各自分量，它们彼此相反(反平行)(反平行和平行于x轴)。
图1B是截面图——通过光学提取器140'的改向表面143的(x-y)投影——其显示改向表面143的透射部分(诸如，在反射涂层中的空隙或开口)的各种不同的形状和尺寸。图1C是所公开的照明器模块100的实施方案(沿y轴延长)的截面图A-A'(在x-z平面中)，其包括光导130和光学提取器140'。这里，光学提取140'具有v形槽形状的改向表面143(具有顶点141)和面向改向表面143的相应弯曲的输出表面146。再次参照图1B，改向表面143的顶点141和改向表面143与弯曲输出表面146的交点在沿y轴的全线中表示。同时，光导130的踪迹用沿y轴的虚线表示。
在改向表面143中的空隙或开口的性质可根据需要跨越改向表面143显著变化以提供通过改向表面143的这些透射部分透射的光的特定数量和定向能力。例如，改向表面143可具有纵横比接近1的凸起廓线的透射部分1435；具有纵横比>>1(或<<1)的凸起廓线的透射部分1435'；具有凹形廓线的透射部分1435"；点状(“0维”)透射部分1435'"；曲线状(“1维”)透射部分1435""等。这种透射部分可以以许多不同方式沿提取器140的改向表面143分布以提供通过透射部分透射的光的所需量和/或美学外观或者支持透射部分的特定制造方法的限制。一些制造方法包括激光钻孔、直接印刷、包括蚀刻或其它方法的平版印刷方法，使得空隙的图案可以在提取器140的改向表面143的反射涂层中制作，其将允许到达提取器140的改向表面143的光的一部分被透射至其耦合的修改光学元件144。
现在参考图1C，改向表面143的一组N个透射部分1435沿x轴从改向表面143与弯曲的输出表面146的交点(在x'＝0)至改向表面143的顶点141(在x'＝1)延伸通过距离“l”分布。另外，N个光修改元件144与透射部分1435光学耦合。例如，光学修改元件144-i连接(例如，粘结或胶合)到相应于空隙或开口1435-i的(其中i＝1...N)光学提取器140'的底层未涂布表面。改向表面143的法线102-i限定在透射部分1435-i的位置(例如，中心)。作为另一示例，另一光修改元件144-j连接到相应于空隙或开口1435-j的光学提取器140'的底层未涂布表面，其中j＝1...N且j≠i。改向表面143的法线102-j限定在透射部分1435-j的位置。在这种方式中，有可能以向前角度范围145"'沿x'轴经距离“l”针对由光学提取器140'输出的光限定逐段通量映射。这里，由光学提取器140'以向前角度范围145"'输出的光起源为以角度范围135引导的光的一部分，其照射在改向表面143的N个透射部分1435上，然后在其由N个修改光学元件144修改前通过那里透射。示例段角度范围145"'-i和145"'-j示出在沿x'轴的长度“l”上的不同段位置存在的不同段角度范围。
在一些实施方式中，输出光的段角度范围145"'-i(其中i＝1…N)的至少传播方向或发散度或者这两者在沿x'-轴的长度“l”上是恒定的。在其它实施方式中，输出光的段角度范围145"'-i和145"'-j对于任何(i,j)组合(其中j≠i且i,j＝1...N)的至少传播方向或发散度或者这两者在沿x'-轴长度“l”上不同。
为了说明，用于沿x'轴在长度“l”上的每个段的光通量Φ145"'、Φ245"'、Φ345"'的可能分布的范围在图1D中示出。光通量Φ145"'、Φ245"'、Φ345"'的分布指示通过改向表面143的N个透射部分1435-j透射并由N个修改光学元件144-j修改的引导的光的角度范围145"'、245"'、345"'的发散度的底层分布，其中j＝1…N。图1E提供了用于每段的峰强度θ145"'如何可在沿x'轴长度“l”上变化的示例。峰强度θ145"'的分布指示通过改向表面143的N个透射部分1435-j透射并由N个修改光学元件144-j(其中j＝1…N)修改的引导的光的角度范围145"'的方向(相对于法线102-j)的底层分布。
而且，通量Φ145"'和峰强度θ145"'的这些分布也沿光学提取器140'的改向表面143的纵轴(如，y轴)改变。这样，可以产生v形槽改向表面143的二维映射，其提供了在输出通量和方向中差异的清晰视图。这种二维分布是LEE110的光学性质及布置和光学耦合器120、光导130及光学提取器140的设计的至少一个函数。虽然根据光学构成组件和几何形状这些近场光分布是高度可变的，但近场光分布的映射可以在大多数情况下创建。这种映射可以准许用于来自照明器模块100的最终所需光学分布的优化决策。
特定地来自二维映射的此信息的值是，空隙1435、1435'、1435"、1435"'和1435""的分布和形状可以选择以对准光学提取器140'的改向表面143的区域，在所述区域中由光学提取140'输出的光的强度分布的特定性质最有效地耦合到光照需要的应用。例如，避免光学提取器140'的改向表面143的区域可能是所需的，在所述区域中峰强度θ145"'的分布将在特定的视场中创建过度亮度。通过仔细映射光学提取140'的改向表面143，可以在光学提取器140'的改向表面143上创建优化的近场亮度图案，其改善在所照明空间中最终照明器设计的视觉吸引和舒适度。而且，它也可以提供通过选择各种类型的光学元件144-j(j＝1...N)优化通量Φ145"'和峰强度θ145"'的分布的手段以微调最终光学发射图案和源亮度，所述光学元件可在沿x'轴的长度“l”和沿光学提取器140'的长度L(沿y轴)上变化。
如结合图1A-1C在上面描述的，照明装置100的一个或多个光学耦合器120、光导130和光学提取器140(140')经布置和配置为在光输入至周围环境中前远离LEE平移和改向由LEE110发射的光。产生光的地方(也称为物理(光)源)距离提取光的地方(也称为虚拟光源或虚拟灯丝)的空间间隔可便于照明装置100的设计。在这种方式中，虚拟灯丝可以经配置为提供关于平行于照明装置的光轴(例如z轴)的平面基本上非各向同性的光发射。与此相反，典型的白炽灯丝通常发射基本上各向同性地分布的光量。虚拟灯丝可视为空间的一个或多个部分，从中大量光出现散发。而且，用它们预定的光、热、电和机械约束从提取光的地方分离LEE110可促进照明装置100更大程度的设计自由度并允许延长的光学路径，这可以允许在光从照明装置100输出前光混合的预定水平。
图1F示出沿y轴延长的照明装置100的远场光强度轮廓101的x-z横截面(垂直于图1A的剖面)。在一些实施方式中，远场光强度轮廓101包括表示由照明装置100在第一输出角度范围145'输出的光的第一输出波瓣145a和表示由照明装置100在向前输出角度范围145'"输出的修改的光的第二输出波瓣145c。
例如，在这种输出光到达位于远离光学提取器140'的目标时，第一输出波瓣145a是由光学提取器140'以第一输出角度范围145'输出的光的强度、发散度和传播方向的表示。这里，以输出角度范围145'输出的光起源为以角度范围135引导的光的一部分，所述光照射N个透射部分1435外的改向表面143上，在该处其朝向弯曲输出表面146反射并且在该处其通过弯曲输出表面146透射至周围环境。在这种情况下，第一输出角度范围145'的传播方向是沿第一输出波瓣145a的大约-130°平分线。
作为另一个示例，第二输出瓣145c是表示在这种修改的光到达位于远离光学提取器140'的目标时由该光学提取器140'以向前输出角度范围145"'输出的修改的光的强度、发散度和传播方向。这里，向前输出角度范围145"'形成为N个段角度范围145"'-j，其中j＝1…N，(以及相对于穿过顶点141并平行于z轴的光轴成镜像的其它N个段角度范围145"'-j；其它N个段角度范围145"'-j相应于未在图1C中描述的横截面A'-A")的叠加。在这种方式中，以向前输出角度范围145"'输出的修改的光来源为照射在改向表面143的N个透射部分1435-j(和设置在改向表面143上并且相对于光轴成镜像的其它N个透射部分1435-j)上的以角度范围135引导的光的一部分，然后在其由N个修改光学元件144-j(其中j＝1…N)(以及由其它N个成镜像的透射部分1435-j)修改前通过那里透射。在这种情况下，向前角度范围145'"的传播方向是沿第二输出波瓣145c的约0°平分线。进一步在这种情况下，第一输出角度范围145'的发散度(通过第一输出波瓣145a的宽度表示)比所述向前角度范围145'"的发散度(通过第二输出波瓣145c的宽度表示)小。
在一些实施方式中，除了第一输出波瓣145a和第二输出波瓣145c，远场光强度轮廓101包括表示由照明装置100在第二输出角度范围145"输出的光的第三输出波瓣145b。例如，第三输出波瓣145b是在这种输出光到达位于远离光学提取器140'的目标时由光学提取器140'以第二输出角度范围145"输出的光的强度、发散度和传播方向的表示。这里，以第二输出角度范围145"输出的光起源为照射在其它N个成镜像的透射部分1435外的改向表面143上的以角度范围135引导的光的一部分，在该处其朝向相对于光轴成镜像的另一弯曲输出表面146反射并且在该处其通过其它弯曲输出表面146透射至周围环境。在这种情况下，第二输出角度范围145"的传播方向沿第三输出波瓣145b的约+130℃平分线。进一步在这种情况下，第二输出角度范围145"(由第三输出瓣145b的宽度表示)的发散度比所述向前角度范围145"'(由第二输出波瓣145c的宽度表示)的发散度小且大约与第一输出角度范围145'(通过第一输出波瓣145a的宽度表示)的发散度相同。
值得注意地，照明装置100的远场光强度轮廓101包括角度在+40°和+120°之间及-40°和-120°之间的范围，在该范围中最小化来自光学提取器140(140')的光发射。在这个区域中，照明装置100的表观亮度也最小化以使得发光强度与在空间中通常称为“眩光”的东西被很好的管理。在许多流行的现有技术的照明设计中，整个辐射图案常常是典型朗伯分布的衍生物以使得在用户视野场内通常有以平面视图的朗伯亮度的发射表面。照明装置100的一项主要优点是，在波瓣145a、145b或145c之间的峰强度和远场光强度轮廓101的两个相邻波瓣(145a和145c；或145b和145c)之间的最小强度的比例可以非常高并且容易超过5比1。
如在下面详细描述的，照明装置100的耦合器120、光导130和提取器140(140')的组合和几何形状可以影响远场光强度轮廓101，如，与第一输出波瓣145a和第二输出波瓣145c以及任选地第三输出波瓣145b关联的传播方向和发散度。
在描述配置为包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改透射光的光学元件的照明装置100的各种实施方案之前，描述了光导照明装置，对于其，光学提取器具有带有光透射部分的改向表面但不包括修改光学元件。
(二)包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器的照明器模块
参照图2A，其中示出笛卡尔坐标系以供参考，照明器模块200包括具有沿安装件212的第一表面分布的多个LEE210的安装件212。具有LEE210的安装件设置在光导230的第一(如，上)边缘231处。再一次，正z方向称为“向前”方向且负z方向是“向后”方向。平行于x-z平面通过照明器模块200的截面称为照明器模块的“横截面”或者“横剖面”。同时，照明器模块200沿y方向延伸，所以这个方向称为照明器模块的“纵向”方向。照明器模块的实施方式可以具有平行于y-z平面的对称平面，是弯曲的或其它形状。这称为照明器模块的“对称平面”。
多个LEE210设置在安装件212的第一表面上，但在图2A中示出了多个LEE210中的仅一个。例如，多个LEE210可以包括多个白色LED。LEE210与一个或多个光学耦合器220(其中仅之一被示出在图2A中)光学耦合。光学提取器240设置在光导230的第二(例如，下)边缘232。
安装件212、光导230以及光学提取器240沿y方向延伸长度L，因此照明器模块是具有L伸长的细长照明器模块，其可大约平行于房间的壁(例如，房间的天花板)。通常，L可根据需要变化。典型地，L是在从约1cm至约200cm的范围中(如20cm以上、30cm以上、40cm以上、50cm以上、60cm以上、70cm以上、80cm以上、100cm以上、125cm以上或150cm以上)。
在安装件212上的LEE210的数量将通常(尤其)取决于长度L，其中较多LEE用于较长的照明器模块。在一些实施方式中，多个LEE210可包括10和1000个之间的LEE(例如，约50个LEE、约100个LEE、约200个LEE、约500个LEE)。通常，LEE的密度(如，每单位长度的LEE的数目)也将取决于LEE的额定功率和来自照明器模块所需亮度。例如，LEE相对高的密度可用在需要高亮度或使用低功率LEE的应用中。在一些实施方式中，照明器模块200具有沿其长度每厘米0.1个LEE或更大的LEE密度(如，每厘米0.2个或更大，每厘米0.5个或更大，每厘米1个或更大，每厘米2个或更大)。LEE的密度也可以基于由多个LEE发射的混合光的量。在实施方式中，LEE可以均匀地沿照明器模块的长度L间隔开。在一些实施方式中，散热器205可以附接到安装件212以提取由所述多个LEE210发射的热量。散热器205可设置在安装件212的相反于其上设置LEE210的安装件212的那侧的表面上。照明器模块200可以包括一种或多种类型的LEE，例如LEE的一个或多个子集，其中每个子集可以有不同的颜色或色温。
光学耦合器220包括透明光学材料(如，玻璃材料或透明塑料，诸如聚碳酸酯或丙烯酸)的一个或多个实心片，其具有定位成从LEE210朝向光导230反射光的表面221和222。通常，表面221和222成形为收集和至少部分地准直从LEE发射的光。在x-z横截面平面中，表面221和222可以是直的或弯曲的。弯曲表面的示例包括具有恒定曲率半径、抛物线或双曲线形状的表面。在一些实施方式中，表面221和222涂覆有高反射材料(如，反射金属，诸如铝或银)以提供高反射光学界面。光学耦合器220的横截面轮廓沿照明器模块200的长度L可以是均匀的。可选择地，横截面轮廓可以改变。例如，表面221和/或222可以是在x-z平面外弯曲。
相邻光导231的上边缘的光学耦合器220的射出孔光学地耦合到边缘231以促进来自光学耦合器220的光有效地耦合到光导230中。例如，实心耦合器和实心光导的表面可使用材料附接，所述材料基本上匹配形成光学耦合器220或光导230或两者的材料的折射率(如，跨越界面的折射率相差2％或更少)。光学耦合器220可使用指数匹配流体、油脂或粘合剂固定于光导230。在一些实施方式中，光学耦合器220熔合到光导230或者它们由单件材料一体形成(例如，耦合器和光导可以是单片并可以由实心透明光学材料制成)。
光导230由透明材料片形成(如，玻璃材料，诸如BK7、熔融二氧化硅或石英玻璃，或透明塑料，如聚碳酸酯或丙烯酸)，所述透明材料可以与形成光学耦合器220的材料相同或不同。光导230在y方向上延伸长度L，在x方向上具有均匀的厚度T并在z方向上具有均匀的深度D。尺寸D和T通常基于光导的所需光学性质(如，支撑其空间模式)和/或直接/间接强度分布而选择。在操作期间，从光学耦合器220耦合到光导230的光(具有角度范围125)通过TIR反射离开光导的平表面并且在光导内空间地混合。混合可在光学提取器240在光导232的远端部分帮助实现沿y轴的亮度和/或颜色均匀度。光导230的深度D可以选择以实现在光导的射出孔(即，在端部232)足够的均匀性。在一些实施方式中，D是在约1cm至约20cm的范围中(如，2cm以上、4cm或以上、6cm以上、8cm以上、10cm以上、12cm以上)。
通常，光学耦合器220设计成限制进入光导230的光的角度范围(例如，到±40度内)，以使得所述光的至少大量(例如，95％或更多的光)光学地耦合到在光导230中的空间模式中，所述光导230在平表面经受TIR。光导230可具有均匀的厚度T，它是分离光导的两个相反平表面的距离。通常，T是足够大，所以光导在第一(如，上)表面231具有足以大致匹配(或超过)光学耦合器220的射出孔的孔。在一些实施方式中，T是在从大约0.05cm至大约2cm的范围中(如，约0.1cm以上，约0.2cm以上，约0.5cm以上，约0.8cm以上，约1cm以上，约1.5cm或以上)。根据实施方式，光导越窄，则其可越好地空间上混合光。窄光导还提供窄射出孔。这样从光导发射的光可以认为像从一维线性光源发出的光，也称为细长虚拟灯丝。
虽然光学耦合器220和光导230由透明光学材料的实心片形成，但空心结构也是可以的。例如，光学耦合器220或光导230或这两者可以是空心的，具有不是实心的反射内表面。这样，材料成本可以减少并且在光导中的吸收可以缓解。一些镜面反射材料可以适合于这个目的，包括诸如来自AlanodCorporation的3MVikuitiTM或MiroIVTM片的材料，在所述材料中大于90％的入射光可有效地引导到光学提取器。
光学提取器240也由透明光学材料(如，玻璃材料或透明塑料，诸如聚碳酸酯或丙烯酸)的实心片组成，所述材料可以是相同或不同于形成光导230的材料。在图2A中所示的示例实施方式中，光学提取器240包括改向(例如，平坦的)表面242和244及弯曲表面246和248。平坦表面242和244表示改向表面243的第一和第二部分，而弯曲表面246和248表示照明器模块200的第一和第二输出表面。
表面242和244涂覆有反射材料(例如，高反射金属，诸如铝或银)，保护性涂层可设置在其上。例如，形成这种涂层的材料可反射在其上以适当(如，可见)波长入射的光的约95％或更多。这里，表面242和244提供用于从光导230进入光学提取器232'的输入端的具有角度范围125的光的高反射光学界面。作为另一示例，表面242和244包括对于在光学提取器240的输入端232'进入的光是透明的部分。这里，这些部分可以是未涂覆区域(例如，部分涂银的区域)或表面242和244的不连续处(例如狭槽、狭缝、孔)。
图2B示出的是，在一些实施方式中，改向表面242、244的第一和第二部分可(至少部分地)通过透射部分245(例如狭槽、空隙、开口)分离。图2C示出的是，在一些实施方式中，改向表面242、244的第一和第二部分的任一个可包括一个或多个透射部分2455'、2455”(例如狭槽、空隙、开口)。透射部分245、2455'、2455”的每个可但不必要沿照明器模块200的整个纵向方向延伸。如结合图1B在上面描述的，这些透射部分可以表示在改向表面243的涂敷反射层中的开口，并经配置为允许从所述提取器232’的输入端接收的光的一部分通过改向表面243的透射部分245、2455’、2455”透射。图2B示出的是，对于垂直于相交透射部分245的所述照明器模块200的纵向维度的横截面平面，相应于改向表面242、244的第一和第二部分的第一和第二曲线通过不连续处分隔。此外，图2C示出，对于垂直于相交透射部分2455’、2455”的照明器模块200的纵向维度的横截面平面，相应于所述改向表面[242、244]的第一和第二部分的第一和第二曲线包括与狭槽2455'、2455”相关联的一个或多个不连续处。注意在图2C中所示的横截面平面可相应于在图1B中示出的横截面A-A"的一部分。
另外，相应于在图2B-2C中所示的横截面平面每一者的曲线在沿照明器模块200的纵向维度的其它横截面平面中可以具有不同的形状及不同的不连续处。通常，改向表面243的不同横截面可以具有不相交或连接的分段可微分曲线的不同组合。.这样，一些光以向前输出角度范围145'"通过光学提取器240的表面242及244以向前方向(沿z-轴)透射。在图2A所示的示例中，以向前输出角度范围145'"透射的光被折射。在这种方式中，改向表面243用作分束器而非反射镜，并以输出角度范围145'"透射入射光的所需部分，同时以角度范围138'和138"反射剩余的光。图2D示出具有如在图2C中所示那样的改向表面243的照明器模块200的(x-z)横截面的一部分。这里，照射改向表面部分242的透射部分2455'和改向部分244的透射部分2455"的由光导130引导的光通过那里透射至周围环境作为以向前输出角度范围145"'的输出光。照射透射部分2455'和2455"外的改向表面部分242和244的光被其反射。以该方式反射的光分别以向后输出角度范围145'和145"通过光学提取器240的弯曲输出表面246和248输出至周围环境。
再次参照图2A，在x-z横截面中，相应于表面242和244的线具有相同的长度并形成顶点或尖点241，诸如在顶点241会合的v形。通常，改向表面242、244的夹角(例如，表面244和242之间的最小夹角)可根据需要而变化。例如，在一些实施方式中，夹角可以是相对小的(例如，从30°至60°)。在某些实施方式中，夹角在60°至120°的范围中(如，约90°)。夹角也可以是相对大的(例如，范围从120°到150°或更大)。在图2A中示出的示例实施方式中，光学提取器240的输出表面246、248以与这两者相同的恒定曲率半径弯曲。在一方面中，输出表面246、248可具有光学功率(如，可聚焦或散焦光)。因此，照明器模块200具有相交平行于y-z平面的顶点241的对称平面。
相邻于光导230的下边缘232的光学提取器240的表面光学地耦合至边缘232。例如，光学提取器240可使用指数匹配流体、油脂或粘合剂被固定到光导230。在一些实施方式中，光学提取器240被熔合到光导230或者它们由单件材料一体形成。
照明器模块200的发射光谱相应于LEE210的发射光谱。然而，在一些实施方式中，波长转换材料可以定位在照明器模块中，例如远离LEE，使得照明器模块的波长光谱依赖于LEE的发射光谱和波长转换材料的组成两者。通常，波长转换材料可以放置在照明器模块200中各种不同位置。例如，波长转换材料可以布置成贴近LEE210，相邻光学提取器240的表面242和244，在光学提取器240的射出表面246和248上，和/或在其它位置。
波长转换材料(例如，磷光体)的层可以附接至经由合适支撑结构(未示出)夹持的光导230，所述支撑结构设置在提取器(也未示出)内或例如另行布置。设置在提取器内的波长转换材料可以配置为壳体或其它物体并设置在限制于R/n和R*(1+n2)(-1/2)之间的假想区域内，其中R是提取器240的光射出表面(图2A中的246和248)的曲率半径，并且n是提取器的从反射表面(图2A中的242和244)看来相反于波长转换材料的部分的折射率。所述支撑结构可以是透明自支撑结构。随着其转换波长，波长转换材料漫射光，提供光的混合并可以帮助均匀地照明周围环境的表面。
在操作期间，通过端部232射出光导230的光照射在改向表面242和244的部分的反射界面上，并且分别朝向输出表面246和248远离照明器模块的对称平面向外反射。改向表面242的第一部分提供具有朝向输出表面246的角度分布138"的光，所述改向表面244的第二部分提供了具有朝向输出表面248的角度分布138'的光。光通过输出表面246和248射出光学提取器。通常，输出表面246和248具有光功率以改向分别以角度范围145'和145"射出光学提取器240的光。例如，光学提取器240可以配置为向上(即，朝着相交LEE且平行于x-y平面的平面)、向下(即，远离该平面)或向上和向下发射光。通常，通过表面246和248射出照明器模块的光的方向取决于射出光导230的光的发散度和表面242和244的定向。
可定向表面242和244，以便来自光导230很少或没有光通过光学提取器240以某些方向输出。在照明器模块200附接到房间天花板的实施方式中(如，向前方向是朝向地板)这样的配置可以帮助避免眩光和非均匀照度的外观。
通常，由照明器模块200提供的光强度分布反映了照明器模块结构关于y-z平面的对称性。例如，参考图1F，以角度范围145'输出的光相应于远场光强度分布101的第一输出波瓣145a，以向前角度范围145'"输出(漏出)的光相应于远场光强度分布101的第二输出波瓣145c，且以角度范围145"输出的光相应于远场光强度分布101的第三输出波瓣145b。通常，照明器模块200的强度轮廓将取决于光学耦合器220、光导230和光学提取器240的配置。例如，光学耦合器220的形状、光学提取器240的改向表面243的形状和光学提取器240的输出表面246、248的形状之间的相互影响可用于在远场光强度轮廓101中控制输出第一145a和第三145b波瓣的角宽度和普遍方向(定向)。另外，在第一145a和第三145b输出波瓣组合中的光量和在第二输出波瓣145c中光量的比例由改向表面242和244的反射率和透射率控制。例如，对于改向表面242、244的反射率90％和透射率10％，光的45％可以相应于第一输出波瓣145a的输出角度范围145'输出，45％的光可以相应于第三输出波瓣145b的输出角度范围145"输出，并且光的10％可以相应于第二输出波瓣145c的向前角度范围145'"输出。
在一些实施方式中，输出波瓣145a、145b的定向可以基于由改向表面242和244的部分形成的v形槽241的夹角调整。例如，相比于起因于比第一夹角大的第二夹角的远场光强度分布101的输出波瓣145a、145b，第一夹角引起具有位于相对较小角度的输出波瓣145a、145b的远场光强度分布101。在这种方式中，针对由改向表面243的部分242、244形成的两个夹角的较小那个，光可以从照明器模块200中以更向前方向提取。
而且，虽然表面242和244是描绘为平表面，但其它形状也是可以的。例如，这些表面可以是弯曲的或是带刻面的。弯曲改向表面242和244可以用于收窄或加宽输出波瓣145a、145b。取决于在光学提取器232'的输入端接收的光的角度范围125的发散度，凹反射表面242、244可收窄通过光学提取器2240输出的波瓣145a、145b(并且在图1F中示出)，而凸反射表面242、244可加宽通过光学提取器240输出的波瓣145a、145b。这样，适当配置的改向表面242、244可以引入会聚或发散至光中。这样的表面可以具有恒定的曲率半径，可以是抛物线，双曲线，或有一些其它的曲率。
通常，元件的几何形状可以使用各种方法来建立。例如，几何形状可以根据经验建立。可替代地，或附加地，几何形状可使用光学仿真软件(诸如LightToolsTM、TraceproTM、FREDTM或ZemaxTM)建立。
通常，照明器模块200可以设计成从图2A中所示的那些输出光至不同输出角度范围145'、145"。在一些实施方式中，照明装置可以输出光至波瓣145a、145b中，其具有比图1F中所示的那些不同的发散度或传播方向。例如，通常，输出波瓣145a、145b可具有最多约90°的宽度(例如，80°或更小、70°或更小、60°或者更小、50°或更小、40°或更小、30°或更小、20°或更小)。通常，其中输出波瓣145a、145b被定向的方向也可以不同于图1F中所示的方向。“方向”是指波瓣最亮所在的方向。在图1F中，例如，输出波瓣145a、145b定向在大约-130°和约+130°。通常，输出波瓣145a、145b可以更朝向水平导向(例如，在范围从-90°到-135°的角度，例如在大约-90°，大约-100℃，大约-110°，大约-120°，大约-130°，以及从+90°至+135°，例如在大约+90°，大约+100°，大约+110°，大约+120°，大约+130°。
照明器模块可以包括可有用于定制强度轮廓的其它特征。例如，在一些实施方式中，照明器模块可以包括可以以受控方式漫射光以有助均匀化照明器模块的强度轮廓的光学漫射材料。例如，表面242和244可以是粗糙化或漫反射材料，而不是镜面反射材料，可在这些表面上涂覆。因此，在表面242和244的光学界面可以漫反射光、散射光到比在这些界面利用镜面反射提供的更宽的波瓣中。在一些实施方式中这些表面可包括促进各种强度分布的结构。例如，表面242和244可每个在不同定向具有多个平坦刻面。因此，每个刻面将光线反射到不同的方向。在一些实施方式中，表面242和244可以具有在其上的结构(如，散射或衍射光的结构特征)。
表面246和248不必是具有恒定曲率半径的表面。例如，表面246和248可以包括具有不同曲率的部分和/或可以具有在其上的结构(如，散射或衍射光的结构特征)。在某些实施方式中，光散射材料可以设置在光学提取器240的表面246和248上。
在一些实施方式中，光学提取器240构造成使得受表面242或244反射的在至少一个平面(例如，在x-z横截面平面)内传播的光的可忽略量(例如，小于1％)在光射出表面246或248经历TIR。对于某些球形或圆柱形的结构，所谓的韦氏条件可避免TIR。韦氏条件示出用于圆形结构(即，通过圆柱或球体的横截面)，其具有半径R的表面以及具有半径R/n的同心假想圆，其中n是该结构的折射率。经过横截面内的假想圆传递的任何光线入射在圆形结构的表面上，并具有小于临界角的入射角并且不经历TIR射出圆形结构。在平面中的球形结构内传播但不从假想表面内放射出的光线可以临界角或更大入射角在半径R的表面上照射。因此，这样的光可经受TIR并且将不会射出圆形结构。而且，经过由具有小于R/(1+n2)(-1/2)(其比R/n小)的曲率半径的区域限制的假想空间的p-偏振光线在射出圆形结构时将在半径R的表面处经受小菲涅尔反射。该条件可指为布鲁斯特几何形状。可以相应地配置实施方式。
再次参照图2A，在一些实施方式中，表面242、244的所有或一部分可以位于由表面246和248所限定的假想魏尔斯特拉斯表面内。例如，通过端部232接收射出光导230的光的表面242和244的部分可以驻留在这个表面内，从而使得在x-z平面内的从表面242和244反射的光分别通过表面246和248射出而不经历TIR。
图2E示出照明器模块200的实施方案200'，所述照明器模块也沿垂直于向前方向(如，沿z轴)的轴(如，y轴)延长。这种情况下，沿照明器模块200'的细长维度的光导230的长度L可以例如是2'、4'或8'。正交于细长维度L(如，沿x轴)的光导230的厚度T选择为引导的光从光导230的接收端至相反端运行的距离D的一部分。例如，对于T＝0.05D、0.1D或0.2D，来自沿细长维度L分布的多个点状LEE210的光(其在接收端边缘耦合至光导230)在其传播至相反端的时刻可有效地混合并沿y轴变得均匀(准连续)。
图2F示出了照明器模块200"，其具有围绕向前方向(如，z轴)(如，连续或分立的)旋转对称性。这里，光导230的直径T是引导的光从光导230的接收端至相反端运行的距离D的一部分。例如，光导230的直径可以是比如T＝0.05D、0.1D或0.2D。
照明器模块200的其它打开和闭合的形状是可以的。图2G和图2H分别示出照明器模块200"'的透视图和底视图，对于所述照明器模块，光导230具有形成厚度T的封闭圆柱壳的两个相反的侧表面232a、232b。在图2G和2H所示示例中，由相反的侧表面232a、232b形成的圆柱壳的x-y横截面是椭圆的。在其它情况下，圆柱壳的x-y横截面可以是圆形或可以具有其它形状。示例照明器模块200”'的一些实施方式可以包括在光导230侧表面232a上的镜面反射涂层。例如，对于T＝0.05D、0.1D或0.2D，来自沿长度L的椭圆路径分布的多个点状LEE210的光(其在接收端边缘耦合至光导230中)在其传播至相反端的时刻可沿这种椭圆路径有效混合并变得均匀(准连续)。
在上面结合图2A至图2H描述的示例实施方式中，照明器模块200包括光导230以引导(平移)光从光学耦合器220的射出孔到光学提取器240的输入端231'。图2I示出了这种“空心”照明器模块200-h的示例，其包括LEE210，一个或多个相应的光学耦合器220(类似照明器模块200)和仅使用改向表面243以提取由光学耦合器220提供至周围环境的光的光学提取器(相对于照明器模块200的光学提取器240简化的)。空心照明器模块200-h沿y轴延伸，如同图2A中所示的照明器模块200。也如同照明器模块200，空心照明器模块200-h包括安装件212(具有沿z轴的法线)，以使得LEE210沿y轴设置在安装件212的表面上从而沿z轴以第一角度范围发射光。光学耦合器220布置并配置成改向由LEE210以第一角度范围发射至第二角度范围125的光，所述第二角度范围125至少在x-z横截面具有比第一角度范围更小的发散度。
在此，改向表面243与光学耦合器220的射出孔以距离D间隔开并且包括布置成形成具有指向光学耦合器220的顶点的v形槽的两个反射表面。距离D是基于第二角度范围225的发散度和改向表面243的横向维度(沿x轴)而选定，使得由光学耦合器以第二角度范围225所提供的所有光照射在改向表面243上。在这种方式中，改向表面243的一部分改向一些从光学耦合器220接收的光到第三角度范围138'，并且改向表面243的另一部分改向从光学耦合器220接收的剩余光至第四角度范围138。在一些情况下，改向表面243是半透明的。在这种方式中，从光学耦合器220以角度范围225接收的光的一部分通过改向表面243以第五角度范围225'透射(泄漏)。用于第五角度范围225'的普遍传播方向是在向前方向(沿z轴)。空心照明器模块200-h的光强度轮廓可以类似于图1F中显示为第一145a和第二145c输出波瓣及任选为另外的第二输出波瓣145c的那个表示。通过比较，第一输出瓣145a相应于通过空心照明器模块200-h以向后第三角度范围145'输出的光，第二输出瓣145c相应于由空心照明器模块200-h以向前第五角度范围145"'泄漏的光，并且第三输出波瓣145b相应于通过空心照明器模块200-h以向后第四角度范围145"输出的光。
在结合图2A的上述示例实施方式中，照明器模块200经配置为输出光到输出角度范围145'和145"。在其它实施方式中(例如，参见图2J)，修改光导基照明器模块以输出光至单一输出角度范围145'。经配置为在光导单侧输出光的这种光导基照明器模块被称为单侧照明器模块并表示为200*。单侧照明器模块200*如同图2A中所示的照明器模块200沿y轴延长。也如同照明器模块200，单侧照明器模块200*包括安装件212和沿y轴设置在安装件212的表面上以在第一角度范围内发射光的LEE210。单侧照明器模块200*进一步包括光学耦合器220，其布置并配置成改向由所述LEE210以第一角度范围发射的光到至少在x-z横截面中具有比第一角度范围的发散度小的发散度的第二角度范围125中。同时，单侧照明器模块200*包括光导230，其从光导的第一端231到光导的第二端232以第二角度范围125引导由光学耦合器220改向的光。另外，单侧照明器模块200*包括接收由光导230引导的光的单侧提取器(指示为240*)。单侧提取器240*包括改向表面244和输出表面248，所述改向表面244改向从光导230接收的光到第三角度范围138'，如参照图2A针对照明器模块200描述的，所述输出表面248输出由所述改向表面244以第三角度范围138'改向的光到第四角度范围145'。
单侧照明器模块200*的光强度轮廓在图1B中表示为第一输出波瓣145a和第二输出波瓣145c。第一输出波瓣145a相应于由单侧照明器模块200*以第四角度范围145'输出的光，并且第二输出波瓣145c相应于由单侧照明器模块200*以向前方向(沿z轴)透射(泄漏)的光。
类似在本节中描述的照明器模块(其包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器)可以用于获得照明器模块，对于所述照明器模块，带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器也具有与光透射部分耦合以修改透射的光的光学元件。
(iii)包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改透射的光的光谱分布的光学元件的照明装置
图3A-图3D示出了照明装置300的各方面，其包括带有具有光透射部分的改向表面343的光学提取器340-j(其中j＝{a或b})和与光透射部分耦合以修改透射的光的光谱分布的光学元件344。在本示例中，照明设备300还包括LEE(在图3A-图3B中未示出)和光导230。这样，照明装置300指，可互换地，光导照明器模块300。这里，照明装置300具有细长配置，如，具有沿y轴、垂直于页面的纵向尺寸L，如图2A或图2E所示。在这种情况下，L例如可以是1'、2'或4'。在其它实施方式中，照明装置300可以具有如图2G-图2H所示的另一细长配置。在一些其它实施方式中，照明装置300可以具有非细长配置，如，具有围绕z轴的旋转对称性，如图2F所示。在一些实施方式中，照明装置300还包括一个或多个耦合器(在图3A-图3B中未示出)以准直由LEE先于注射至光导230之前发射的光。
LEE布置在衬底上并具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的LEE110的结构或者结合图2A-图2J在上面描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的LEE210的结构。进一步，照明装置300的光学耦合器(在一些实施方式中包括的)具有结构，所述结构相似于在上面结合图1A描述的照明装置100的光学耦合器120的结构或在上面结合图2A至2J描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的光学耦合器220的结构。而且，光导230是上面结合图2A-2H和2J描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'的相同光导或具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的光导130的结构。这里，光导230具有沿z轴从接收端至相反端的长度D，例如D＝10、20、50cm，并具有沿x轴的厚度T，所述厚度可以比长度D小得多，如，T≈5％D、10％D、20％D。当照明装置300的一部分时，光学耦合器光学耦合到光导230的输入端。在一些实施方式中，光学耦合器粘合到光导230的输入端。在其它实施方式中，光学耦合器和光导230一体形成。
图3A和图3B示出光学提取器的相应实施方式340-a和340-b。光学提取器340-a或光学提取器340-b包括具有结构的改向表面343，所述结构相似于在上面结合图1B至图1C描述的照明装置100的光学提取器140'的改向表面143的结构或在上面结合图2A至图2J描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的光学提取器240、240*的改向表面243的结构。光学提取器340-a的改向表面343经配置为类似在图2B中所示的改向表面243。光学提取器340-b的改向表面343配置成类似在图2C-图2D中所示的改向表面243。这里，“v形槽”改向表面343涂覆有反射(金属或电介质)膜且改向表面343的两侧的每个(在图2C-2D中其标记为242和244，并会合在顶点241处)具有位于该侧上的一个或多个透射部分。无论是光学提取340-a或光学提取器340-b的改向表面343的透射部分表示在涂覆改向表面的反射膜中的狭槽、空隙或开口。在这种方式中，透射部分透射基本上所有照射在其上的光，除了经由例如菲涅尔反射被反射的入射光的一小部分(如4％或更少)。
光学提取器340-a或光学提取器340-b还包括与改向表面343的光透射部分光学耦合的光修改元件344。这里，光修改元件344经配置为修改通过改向表面343的透射部分透射的光的光谱分布。因此，光修改元件344包括非弹性散射中心，以使得由光学提取器340-a或光学提取器340-b的光修改元件344提供的修改光具有光谱分布，所述光谱分布不同于由LEE发射并由光导230引导至改向表面343的光的光谱分布。图3C示出了相应于由LEE发射并且由光导230引导至改向表面343的光的光谱145'-s的示例。在图3C中也示出的是光谱145"'-s的示例，其相应于通过改向表面343的透射部分透射、由光修改元件344修改并以向前角度范围145"'定向的光，作为光谱地修改光。
在这种方式中，光学提取器340-a或光学提取器340-b以一个或多个向后角度范围145'和145"输出光(由透射部分外的改向表面343的部分反射)到周围环境中。另外，由与改向表面343的透射部分耦合的光修改元件344光谱地修改的光在向前输出角度范围145"'内由光学提取器340-a或光学提取器340-b输出。这里，以向后角度范围145'、145"的光的传播方向具有反平行于向前方向(如，z轴)的分量并且以向前角度范围145"'的光谱修改光的传播方向具有平行于向前方向的分量。此外，以向后角度范围145'和145"的光的传播方向具有正交于向前方向的彼此相反(反平行)(反平行和平行于x轴)的各自分量。
图3D示出照明装置300的修改的远场光强度轮廓301。这里照明装置300固定到房间的天花板并经配置为提供直接和间接照明到目标表面(如，用户桌面)。直接或任务照明是来自向下波瓣345c的光提供，所述光相应于具有以向前角度范围145"'输出的光谱145"'-s的修改光。间接照明从以向上波瓣345a、345b的光提供，所述光相应于具有以向后角度范围145'和145"输出的光谱145'-s的未修改光。从向上波瓣345a、345b中的光提供的未修改光直接照明天花板，使得散射离开天花板的未修改的光到达目标表面作为间接照明。
如图3C中示出，未修改光(其由照明装置300朝向天花板输出)的光谱145'-s包括相对于修改的光(由照明装置300直接朝向目标表面输出)的光谱145"'-s较高相对量的较短波长。在这种方式中，到达目标表面的光可以在光谱含量和优选视场方向进行生物用途的优化以增加对人体生理节律的生物学功效。如文献中所示，视网膜神经节细胞的位置在人眼内不是均匀的且进化至在某些区内在视野水平场上(如在水平上的日光和整体蓝天辐射中)容易对光的特定波长进行接收和作用。因此，照明装置300经由从天花板的反射/散射及来自光学提取器340-a或光学提取器340-b的直接照明的一些水平的这两者的组合可以在水平视场之上很好适合于生物活性照明的优化分布。这样，较低的相关色温(可潜在地优选用于照明的“下照灯”部件)可以由用于任务照明的装置300在下面的工作空间内提供。
如上所述，光修改元件344包括非弹性散射中心——由光转换材料(如磷光体或量子点)形成，其在通常比入射波长更长的不同波长下将并且重新辐射光辐射—使得具有光谱145"'-s的修改光的相关色温比具有光谱145"'-s的未修改光具有“更暖”。各种类型的粘合剂材料可用于保护磷光体并机械地夹持其在适当地方。可以使用其它结构，包括由PhilipsLumileds描述的在LumiramicTM中的烧结磷光体粉末的薄层。可替代地，使用量子点可能是非常适合于本申请，因为它们也潜在地限制在光修改元件344内散射的量，因为量子点通常比磷光体粒子更小。因而，一系列向下的光学轮廓可以借助光转换材料的仔细选择和任选地适当形状的光学元件(如透镜、微透镜等)来达到。在图3D中连续箭头和虚线箭头的相对大小传达未修改/修改的光的比例如何针对强度分布301加权。即，前述用于观察者视场上限范围的比例相对于朝向在桌子上的任务平面的比例反转，其可以潜在地改进各种用户的视野美观性或喜好。
而且，附加光修改元件(诸如下面公开的那些)也可并入至所述照明装置300的光学提取器340-a或光学提取器340-b以相对于彼此及相对于修改光的波瓣345c的形状和定向修改未修改的光的波瓣345a、345b的形状和定向。
(iv)包括带有具有光透射部分的改向表面的光学提取器和与光透射部分耦合以修改透射的光的强度分布的光学元件的照明装置
图4A-图4B示出照明装置400的各方面，所述照明装置400包括光学提取器440-k(其中k＝{a或b})，其具有带有光透射部分的改向表面443和与光透射部分耦合以修改透射的光的强度分布的光学元件444。在本示例中，照明装置400还包括LEE(在图4A-图4B中未示出)和光导230。这样，照明装置400指，可互换地，为光导照明器模块400。此处，照明装置400具有细长配置，如，如图2A或图2E所示，具有沿y轴垂直于页面的纵向尺寸。在这种情况下，L例如可以是1'、2'或4'。在其它实施方式中，照明装置400可以具有另一细长配置，如图2G-2H所示。在某些其它实施方式中，照明装置400可以有一个非细长的配置，如，具有围绕z轴的旋转对称性，如图2F所示。在一些实施方式中，照明装置400还包括一个或多个耦合器(在图4A-图4B中未示出)以准直由LEE先于注射到光导230中发射的光。
LEE布置在衬底上并具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的LEE110的结构或者结合图2A-图2J在上面描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的LEE210的结构。进一步，照明装置400的光学耦合器(在一些实施方式中包括的)具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的光学耦合器120的结构或者结合图2A-2J在上面描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的光学耦合器220的结构。而且，光导230是上面结合图2A-2H和2J描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'的相同光导或具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的光导130的结构。这里，光导230具有沿z轴从接收端至相反端的长度D，例如D＝10、20、50cm，并具有沿x轴的厚度T，所述厚度可以比长度D小得多，如，T≈5％D、10％D或20％D。当该照明装置400的一部分时，光学耦合器光学地耦合到光导230的输入端。在一些实施方式中，光学耦合器粘合到光导230的输入端。在其它实施方式中，光学耦合器和光导230一体形成。
图4A和图4B示出光学提取器的相应实施方式440-a和440-b。光学提取器440-a或光学提取器440-b包括具有结构的改向表面443，所述结构相似于结合图1B-图1C在上面描述的照明装置100的光学提取器140'的改向表面143或相似于结合图2A-2J在上面描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的光学提取器240、240*的改向表面243的结构。这里，光学提取440-a或光学提取器440-b的改向表面443配置类似在图2C-图2D中示出的改向表面243。这里，“v形槽”改向表面443涂覆有反射(金属或电介质)膜并且改向表面443的两侧(它们在图2C-图2D中标记为242和244，并会合在顶点241处)的每个具有位于该侧上的一个或多个透射部分。无论是光学提取440-a还是光学提取器440-b的改向表面443的透射部分表示在涂覆改向表面的反射膜中的狭槽、空隙或开口。在这种方式中，透射部分透射基本上所有照射在其上的光，除了经由例如菲涅尔反射被反射的照射光的一小部分(如4％或更少)。
光学提取器440-a或光学提取器440-b还包括与改向表面443的透射部分光学地耦合的光修改元件444。这里，光修改元件444经配置为修改通过改向表面443的透射部分透射的光的强度分布。
在图4A中示出的一些实施方式中，光修改元件444包括以特定图案布置从而以受控方式散射通过光修改元件444传播的光的弹性散射中心。在一些情况下，特定的图案是设置在改向表面443的光透射部分的表面上的弹性散射中心的2D图案。在其它情况下，特定图案是设置在透明材料基体内的弹性散射中心的3D图案，其中基体附接于改向表面443的光透射部分的表面。图4A示出了改向表面443，其具有沿光学提取器440-a的横向方向从改向表面443与弯曲输出表面248的交点至v形槽状改向表面443的顶点分布的N个透射部分。这里，包括图案化的弹性散射中心的N个光修改元件444-j(其中j＝1...N)连接到改向表面443的N个透射部分。例如，弹性散射中心的图案可对于N个光修改元件444-j(其中j＝1...N)的每个相同。这里，跨越改向表面443分布的N个光修改元件444-j的每个修改通过关联透射部分以相同方式透射的光的传播方向和/或发散度。作为另一个示例，至少一对光修改元件444-i和444-j(其中i≠j且j＝1，...，N)的弹性散射中心的图案可以是不同的。这里，至少所述对光修改元件444-i和444-j改变通过关联的透射部分以不同方式透射的光的传播方向和/或发散度。
在图4B中所示的其它实施方式中，光修改元件444包括透镜结构，如微透镜、菲涅耳透镜等，其中透镜结构附接于改向表面443的光透射部分的表面。图4B示出具有N个透射部分4455-j(其中j＝1...N)的改向表面443，所述透射部分沿光学提取器440-b的横向方向从改向表面443与弯曲输出表面248的交点至v形槽状改向表面443的顶点分布。这里，N个微透镜444-j连接到改向表面443的N个透射部分4455-j。例如，焦距F-j对于N个微透镜444-j的每个可以是相同的，其中j＝1...N。这里，跨越改向表面443分布的N个微透镜444-j的每个改变通过关联透射部分4455-j以相同方式透射的光的传播方向和/或发散度。作为另一示例，至少一对微透镜444-i和444-j的焦距F-i和F-j可以是不同，其中i≠j且j＝1…N。这里，至少所述对微透镜444-i和444-j改变通过关联透射部分4455-j以不同方式透射的光的传播方向和/或发散度。
在一些其它实施方式中，光修改元件444包括弹性散射中心和透镜结构的图案的组合。例如，透明材料的基体具有第一和第二表面，所述透明材料包括以特定3D图案布置以可控地散射通过图案传播的光的弹性散射中心。基体的第一表面附接到改向表面443的光透射部分的表面上，并且微透镜附接到基体的第二表面。在这种方式中，通过透射部分透射的光首先可控地由弹性散射中心的特定图案散射并且其然后进一步由微透镜聚焦/散焦。
在任一这些实施方式中，N个修改元件444-j的每个以段角度范围145"'-j输出修改的光，其中j＝1...N。由光学提取器440-a或光学提取器440-b输出的向前角度范围145"'是由N个段角度范围145"'-j(其中j＝1...N)形成的复合角度范围。相应于跨越光学提取器440-a或光学提取器440-b的横向尺寸(如，沿x轴)的所有N个段角度范围145"'-j(其中j＝1...N)的通量Φ145"'或峰强度θ145"'的近场分布在图1D和图1E中表示。相应于所有N个段角度范围145"'-j的通量Φ145"'或峰强度θ145"'的近场分布的叠加确定在图1F中示出的远场强度分布101的向前输出波瓣145c的形状和定向。
在这种方式中，光学提取器440-a或光学提取器440-b以一个或多个向后角度范围145'和145"输出光至周围环境中，所述光由透射部分外的改向表面443的部分反射。另外，具有由与改向表面443的透射部分耦合的光修改元件444修改的光强度(传播方向和/或发散度)的光由光学提取器440-a或光学提取器440-b在向前输出角度范围145"'内输出。这里，以向后角度范围145'、145"的未修改的光的传播方具有反平行于向前方向(如，z轴)的分量并且以向前角度范围145"'的修改的光的传播方向具有平行于向前方向的分量。此外，以向后角度范围145'和145"的未修改的光的传播方向具有正交于向前方向的彼此相反(反平行)(反平行和平行于x轴)的各自分量。
(v)包括带有具有光透射部分的改向表面以使得相邻透射部分不同地配置的光学提取器的光导照明装置。
图5示出包括光学提取540的照明装置500的示例，所述光学提取器540带有具有光透射部分5455-i(i＝1...N)的改向表面543以使得相邻透射部分5455-i和5455-(i+1)不同地配置。在本示例中，照明设备500还包括LEE(在图5中未示出)和光导230。这样，照明装置500指，可互换，光导照明器模块500。这里，照明装置500具有细长配置，如具有沿y轴的垂直于页面的纵向尺寸L，如图2A或图2E所示。在这种情况下，L例如可以是1'、2'或4'。在其它实施方式中，如图2G-2H所示，照明装置500可以具有另一细长配置。在一些其它实施方式中，照明装置500可以有一个非细长的配置，如，围绕z轴的旋转对称性，如图2F所示。在一些实施方式中，照明设备500还包括一个或多个耦合器(在图5中未示出)以准直由LEE在注射到光导230中之前发射的光。
LEE布置在衬底上并具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的LEE110的结构或者结合图2A-图2J在上面描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的LEE210的结构。进一步，照明装置300的光学耦合器(在一些实施方式中包括的)具有结构，所述结构相似于在上面结合图1A描述的照明装置100的光学耦合器120的结构或在上面结合图2A至2J描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'、200-h的光学耦合器220的结构。而且，光导230是上面结合图2A-2H和2J描述的照明器模块200、200*、200'、200"、200"'的相同光导或具有结构，所述结构相似于结合图1A在上面描述的照明装置100的光导130的结构。这里，光导230具有沿z轴从接收端至相反端的长度D，例如D＝10、20、50cm，并具有沿x轴的厚度T，所述厚度可以比长度D小得多，如，T≈5％D、10％D或20％D。当该照明装置500的一部分时，所述光学耦合器光学地耦合到光导230的输入端。在一些实施方式中，光学耦合器粘合到光导230的输入端。在其它实施方式中，光学耦合器和光导230一体形成。
光学提取器540包括v形槽的改向表面543。改向表面543的v形槽轮廓包括相交于顶点541的两侧。改向表面543的两侧中的仅一个示于图5中，一个从顶点541延伸到改向表面543与弯曲输出表面246的交点。改向表面543的另一侧设置在沿z轴穿过顶点的光轴的相反侧上。在一些实施方式中，改向表面543的两侧是对称的。在其它实施方式中，改向表面543的两侧是非对称的。
此外，该改向表面543涂覆有反射(金属或电介质)并具有跨越提取器540的横向尺寸分布(沿x轴)的N个透射部分5455-i(其中i＝1...N)。改向表面543的透射部分5455-i每个在涂覆改向表面543的反射膜上表示狭槽、空隙或开口。在这种方式中，透射部分透射基本上所有照射在其上的光，除了经由例如菲涅尔反射被反射的照射光的一小部分(如4％或更少)。在这种方式中，改向表面543包括跨越提取器540的横向尺寸(沿x轴)分布的M个反射部分543-j(其中j＝1...M且M＝{N-1，N或N+1})。一对相邻的反射部分543-(j-1)和543-j由透射部分5455-i分离，或等价地，一对相邻的透射部分5455-i和5455-(i+1)由反射部分543-j分离。
在一些实施方式中，至少一对相邻的透射部分5455-i和5455-(i+1)不同地布置和/或成形。例如，一对的相邻透射部分5455-i和5455-(i+1)的每个可以是平坦和非平行的(相对彼此倾斜)。作为另一个示例，透射部分5455-i是平坦的并且相邻透射部分5455-(i+1)是弯曲的。作为另一个示例，透射部分5455-i具有第一曲率并且相邻透射部5455-(i+1)具有不同的曲率。这里，不同地布置和/或成形的相邻透射部分5455-i和5455-(i+1)形成在光学提取器540的改向表面543的不同刻面上。此外，N个透射部分5455-i的每个以段角度范围145"'-i(其中i＝1…N)透射光到周围环境中。由光学提取器540输出的向前角度范围145"'是由N个段角度范围145"'-i(其中i＝1…N)形成的复合角度范围。相应于所有N个段角度范围145"'-i(其中i＝1...N)的通量Φ145"'或峰强度θ145"'的近场分布跨越光学提取器540的横向尺寸(例如，沿x轴)在图1D和图1E中表示。相应于所有N个段角度范围145"'-i的通量Φ145"'或峰强度θ145"'的近场分布的叠加有利地确定在图1F中示出的远场强度分布101的向前输出波瓣145c的形状和定向。
在一些实施方式中，至少一对相邻的反射部分543-(j-1)和543-j不同地布置和成形。例如，一对的相邻反射部分543-(j-1)和543-j的每个可以是平坦且非平行的(相对彼此倾斜)。作为另一个示例，反射部分543-(j-1)是平坦的并且相邻反射部分543-j是弯曲的。作为另一示例，反射部分543-(j-1)具有第一曲率并且相邻反射部分543-j具有不同的曲率。这里，不同地布置和/或成形的相邻反射部分543-(j-1)和543-j形成在光学提取器540的改向表面543的不同刻面上。此外，M个反射部分543-j的每个以段角度范围138"-j(其中，i＝1…M)反射光回到光学提取器540中。以段角度范围138"-j反射的光以段角度范围145"-j透射到周围环境中，其中j＝1…M。由光学提取540输出的向后角度范围145"是由M个段角度范围145"-j(其中，j＝1…M)形成的复合角度范围。相应于所有M个段角度范围145"-j(其中j＝1…M)的通量或峰强度的近场分布跨越光学提取器540的横向尺寸(如，沿x轴)可以类似在图1D和图1E中表示。相应于所有的M个段角度范围145"-j的通量或峰强度的近场分布的叠加有利地确定在图1F中示出的远场强度分布101的向后输出波瓣145b的形状和定向。
在一些实施方式中，至少一对相邻的透射部分5455-i和5455-(i+1)不同地布置和/或成形，并且至少一对相邻的反射部分543-(j-1)和543-j不同地布置和/或成形。在这种情况下，布置和/或成形的一对相邻的透射部分5455-i和5455-(i+1)不一定需要由不同地布置和/或成形的相邻反射部分543-(j-1)和543-j的一个来分离。
在这种方式中，光学提取器540输出光进入周围环境中，所述光由改向表面543的反射部分543-j(j＝1…M)以一个或多个向后角度范围145"和145'向后反射。另外，通过改向表面543的透射部分5455-i(i＝1…N)向前透射的光由光学提取器540在向前输出角度范围145"'内输出。这里，以向后角度范围145'、145"的光的传播方向具有反平行于向前方向(例如，z轴)的分量并且以向前角度范围145"'的光的传播方向具有平行于向前方向的分量。此外，以向后角度范围145'和145"的光传播方向具有正交于向前方向的彼此相反(反平行)(反平行和平行于x轴)的各自分量。
结构化的改向表面543的重要方面是，它可以配置为通过将一部分发射远离直接视野定向来操纵光学提取器540的可见亮度。分立化来自光学提取器540的发射的这种能力可以使得能甚至更好地控制照明装置500的发光强度(如，在图1D-1E中示出)和远场发光强度(如，在图1F中示出)。改向表面543的透射部分5455-i(i＝1...N)的至少一些可以布置和成形为以例如可用于任务照明的方式透射光至光学提取器540下的区域。进一步，布置和成形为输出用于任务照明的光的透射部分5455-i(i＝1...N)的至少一些可以进一步结构化，例如，具有精确漫射性能，从而进一步定制与结构化透射表面关联的段角度范围145"'-i。
前述的图和附上的说明示出了用于照明的示例方法、***和装置。将会理解的是，这些方法、***和装置仅仅是为了说明的目的，并且所描述或类似技术可在任何合适的时间执行，包括同时地、单独地或以组合执行。另外，在这些过程中的许多步骤可以同时、协同地进行和/或以非所示的不同顺序进行。此外，只要方法/装置保持适当，所述方法/装置可以使用附加的步骤/零件、更少的步骤/零件和/或不同的步骤/零件。
换句话说，虽然本公开已经在某些方面或实施方式及通常关联的方法进行描述，但这些方面或实施方式的变更和排列对本领域技术人员将是显而易见的。因此，示例实施方式的上面描述不限定或约束本公开。进一步的实施方式在以下权利要求中描述。

Claims (43)

1.一种照明装置，其包括：
多个发光元件(LEE)；
光导，所述光导以向前方向从所述光导的第一端至所述光导的第二端延伸，所述光导定位以在所述第一端接收由所述LEE发射的光并经配置成引导所述接收的光至所述第二端；
光学提取器，所述光学提取器在所述第二端光学地耦合至所述光导以接收所述引导的光，所述光学提取器包括反射所述引导的光的第一部分的改向表面，其中所述反射的光由所述光学提取器以向后角度范围输出至周围环境，并且其中所述改向表面具有一个或多个透射部分从而以向前方向透射所述引导的光的第二部分；以及
一个或多个光学元件，其光学耦合到所述改向表面的所述一个或多个透射部分，所述一个或多个光学元件来修改通过所述透射部分透射的光并以向前角度范围输出修改后的光至所述周围环境。
2.一种照明装置，其包括：
多个发光元件(LEE)；
以向前方向延伸的一个或多个光学耦合器，所述光学耦合器定位以接收由所述LEE发射的光并经配置准直所述接收的光以使得由所述一个或多个光学耦合器提供的所述准直光具有第一发散度。
光学提取器，其以第一距离与所述一个或多个光学耦合器隔开，所述光学提取器包括以向后角度范围反射所述准直光的第一部分至所述周围环境的改向表面，其中所述改向表面具有以所述向前方向透射所述准直光的第二部分的一个或多个透射部分；以及
一个或多个光学元件，其光学耦合到所述改向表面的所述一个或多个透射部分，所述一个或多个光学元件来修改通过所述透射部分透射的光并以向前角度范围输出修改后的光至所述周围环境。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中
通过所述透射部分透射的光具有第一光谱分布，并且
所述一个或多个光学元件包括非弹性散射元件，所述非弹性散射元件配置成修改所述透射光的所述第一光谱分布，以使得所述输出的修改光具有不同于所述第一光谱分布的第二光谱分布。
4.根据权利要求3的所述照明装置，其中所述第二光谱分布相比于所述第一光谱分布在较长波长具有较大权重。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中所述一个或多个光学元件包括弹性散射元件。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中所述一个或多个光学元件包括透镜。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中
所述改向表面的所述透射部分布置成垂直于所述向前方向，和
所述光学元件是同样的，以使得每个光学元件以相同的方式修改所述输出的修改光的传播方向和发散度。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中
所述改向表面的所述透射部分布置成垂直于所述向前方向，和
所述光学元件是彼此不同的，以使得每个光学元件以相对于相邻光学元件的不同方式修改所述输出的修改光的至少关联传播方向或关联发散度。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中
所述改向表面涂覆有反射材料膜，以及
所述改向表面的所述透射部分是在所述反射材料膜中的孔。
10.根据权利要求9所述的照明装置，其中所述一个或多个光学元件至少部分地凹进到所述一个或多个孔中。
11.根据权利要求1或权利要求2所述的照明装置，其中所述一个或多个光学元件设置为相邻所述改向表面的所述一个或多个透射部分。
12.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述改向表面经由TIR反射所述引导的光的所述第一部分并且所述一个或多个光学元件经配置为阻挠TIR形成所述透射部分。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的照明装置，其中所述相应的一个或多个光学元件粘结到所述改向表面的所述透射部分。
14.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光学提取器包括布置成以所述向后角度范围透射由所述改向表面反射的光至所述周围的弯曲输出表面。
15.根据权利要求1、权利要求2或权利要求14所述的照明器模块，其中所述改向表面以第一角度范围反射所述引导的光或准直光的所述第一部分，所述第一角度范围具有反平行于所述向前方向的分量和正交于所述向前方向的第一分量的方向。
16.根据权利要求15的照明器模块，其中所述改向表面的第二部分布置和成形为以具有方向的第二角度范围反射引导的或准直的光，所述方向具有反平行于所述向前方向且反平行于所述第一角度范围的所述第一分量的分量。
17.根据权利要求16所述的照明器模块，针对与权利要求14关联的实施方案，其中所述光学提取器还包括以另一个向后角度范围透射由所述改向表面的所述第二部分反射的光到所述周围环境的第二弯曲输出表面。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的照明装置，其中所述改向表面的所述透射部分在垂直于所述第一角度范围的所述方向上分布。
19.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光导和所述光学提取器粘结在一起或一体形成。
20.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光导和/或所述光学提取器是由透明的实心材料形成。
21.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光导配置成经由全内反射(TIR)引导所述接收的光至所述第二端。
22.根据权利要求1所述的照明器模块，还包括一个或多个光学耦合器，其中
由所述LEE提供的光是在发射角度范围，和
所述光学耦合器布置为接收由所述LEE提供的光并将其改向到所述光导的所述第一端，在该处其具有准直角度范围。
23.根据权利要求22所述的照明器模块，所述光导的数值孔径是这样：使得以准直角度范围从所述光学耦合器接收的光可以通过TIR由所述光导来引导。
24.根据权利要求1所述的照明器模块，其中所述光导具有两个平行侧表面。
25.根据权利要求2所述的照明装置，其中所述第一发散度和所述第一距离的组合经配置使得所述光学提取器接收所有准直光。
26.根据权利要求2所述的照明装置，其中所述一个或多个耦合器的每个具有侧表面，其在输入孔和射出孔之间延伸并经配置成经由TIR在所述侧表面准直所述接收的光。
27.根据权利要求1或权利要求2所述的照明器模块，其正交于所述向前方向延伸。
28.根据权利要求27的照明器模块，其中所述LEE正交于所述向前方向布置。
29.根据权利要求1或权利要求2所述的照明器模块，其中所述LEE是发射白光的LED。
30.一种照明装置，其包括：
多个发光元件(LEE)；
光导，所述光导以向前方向从所述光导的第一端至所述光导的第二端延伸，所述光导定位成在所述第一端接收由所述LEE发射的光并经配置成经由全内反射(TIR)引导所述接收的光至所述第二端；
光学提取器，其在所述第二端光学地耦合到所述光导以接收所述引导的光，所述光学提取器由透明的实心材料形成，且包括：
第一组反射表面，其反射所述引导的光的第一部分，
第一组透射表面，其以所述向前方向透射所述引导的光的第二部分至周围环境，所述反射表面由所述透射表面分离，以及
弯曲输出表面，其布置成以向后方向透射由所述反射表面反射的所述光至所述周围环境，
其中所述透射表面成形为使得每个透射表面以相对于相邻透射表面的不同方式修改所述向前透射光的至少关联的传播方向或关联发散度。
31.根据权利要求30所述的照明装置，其中
所述反射表面是在所述光学提取器和所述周围环境之间的界面涂覆有反射材料的膜的部分，以及
所述透射表面是在所述光学提取器和所述周围环境之间的界面的未涂覆的所述剩余部分。
32.根据权利要求30所述的照明装置，其中所述透射表面的至少一个是平坦的。
33.根据权利要求30所述的照明装置，其中所述透射表面的至少一个是弯曲的。
34.根据权利要求30所述照明装置，其中相邻的透射和反射表面与共同表面坡度相交。
35.根据权利要求30所述的照明器模块，其中所述第一组反射表面以第一角度范围反射引导的光，所述第一角度范围具有反平行于所述向前方向的分量和正交于所述向前方向的第一分量。
36.根据权利要求35所述的照明器模块，其中
所述光学提取器还包括第二组反射表面从而以具有分量的第二角度范围反射引导的光，所述分量反平行于所述向前方向且反平行于所述第一角度范围的所述第一分量，以及
所述光学提取器还包括第二弯曲输出表面从而以另一个向后角度范围透射由所述第二组反射表面反射的光至所述周围环境。
37.根据权利要求35或权利要求36所述的照明装置，其中所述透射表面垂直于所述第一角度范围的所述方向而横向分布。
38.根据权利要求30所述的照明装置，其中所述光导和所述光学提取器粘结在一起或一体形成。
39.根据权利要求30所述的照明器模块，还包括一个或多个光学耦合器，其中
由所述LEE提供的光是在发射角度范围中，
所述光学耦合器布置为接收由所述LEE提供的光并将其改向到所述光导的所述第一端，在该处其具有准直角度范围，以及
所述光导的数值孔径是这样的：使得以所述准直角度范围从所述光学耦合器接收的光可以通过TIR由所述光导引导。
40.根据权利要求30所述的照明器模块，其中所述光导具有两个平行侧表面。
41.根据权利要求30所述的照明器模块，其正交于所述向前方向延伸。
42.根据权利要求41所述的照明器模块，其中所述LEE正交于所述向前方向布置。
43.根据权利要求30所述的照明器模块，其中所述LEE是发射白光的LED。
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