本發(fā)明涉及用于光照系統(tǒng)的光束成形光學(xué)器件以及使用該光束成形光學(xué)器件的光照系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光束成形在許多照明應(yīng)用中是必不可少的。光束成形光學(xué)元件的示例包括經(jīng)典元件，諸如反射器和準(zhǔn)直器。這樣的光學(xué)元件占據(jù)相當(dāng)大的體積并且相對(duì)昂貴，特別是當(dāng)需要這樣光學(xué)器件的陣列時(shí)，如對(duì)于聚光照明應(yīng)用常有的情況。

光束成形通常用于對(duì)LED的輸出光輪廓進(jìn)行再成形，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅Ｐ〉暮兔髁恋墓廨敵鰠^(qū)域，而較大的光輸出區(qū)域是用戶期望的。

對(duì)于LED聚光照明應(yīng)用，由LED發(fā)射的光必須被收集并準(zhǔn)直到一定程度。準(zhǔn)直的程度取決于應(yīng)用，但通常從針對(duì)寬光束的40°變化到針對(duì)窄光束的10°。

對(duì)于收集和準(zhǔn)直功能，通常使用全內(nèi)反射（TIR）準(zhǔn)直器。它們使用在準(zhǔn)直器的中心部分處的折射和在準(zhǔn)直器的外部分處的全內(nèi)反射的組合。這樣的準(zhǔn)直器相對(duì)笨重且昂貴。

薄膜微光學(xué)器件的使用正在被廣泛研究作為用于提供與TIR準(zhǔn)直器相同的功能的替代選項(xiàng)。這些采用在一個(gè)或兩個(gè)表面上的微結(jié)構(gòu)化表面的材料的厚板的形式。

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，單個(gè)LED未提供足夠的光。在這種情況下，LED陣列被使用，每個(gè)都有其自己的準(zhǔn)直器。當(dāng)使用常規(guī)的光學(xué)器件，這個(gè)選項(xiàng)不僅成本高昂，而且從客戶的角度會(huì)導(dǎo)致當(dāng)看往或觀察光源時(shí)的淋浴頭的印象。這種淋浴噴頭印象從美學(xué)觀點(diǎn)是不被欣賞的。

薄膜的微光學(xué)器件的平鋪不具有這些缺點(diǎn)，因?yàn)樵撈戒伣Y(jié)構(gòu)具有大體平坦的外觀。但是，仍有在實(shí)現(xiàn)與高光學(xué)效率組合的小光束擴(kuò)散時(shí)的困難。

本發(fā)明旨在解決這一問(wèn)題。

JP2002352611A公開(kāi)了一種顯示設(shè)備，包括布置在一般平面中的光束成形單元陣列，每個(gè)光束成形單元包括中心折射區(qū)域S和提供TIR的一個(gè)外區(qū)域M。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明由權(quán)利要求限定。

根據(jù)一方面，提供了一種光束成形系統(tǒng)，包括布置在一般平面中的光束成形單元陣列，每個(gè)光束成形單元包括：

中心區(qū)域，用于通過(guò)折射來(lái)自中心區(qū)域下方的光源的光來(lái)提供光束通過(guò)功能;

中間區(qū)域，用于通過(guò)提供來(lái)自中心區(qū)域下方的光源的光的全內(nèi)反射（TIR）來(lái)提供光束成形功能;和

外區(qū)域，用于通過(guò)提供來(lái)自中心區(qū)域下方的光源的光的全內(nèi)反射（TIR）并且還提供來(lái)自相鄰光束成形單元的中心區(qū)域下方的光源的光的全內(nèi)反射來(lái)提供光束成形功能，并且

每個(gè)光束成形單元具有用于面對(duì)光源的陣列的波狀表面，其中在所述中間區(qū)域和外區(qū)域中的波狀表面包括一組光偏轉(zhuǎn)棱鏡元件（齒），每個(gè)光偏轉(zhuǎn)棱鏡元件具有朝向光源的第一面和背向光源的第二面，

其中，第一面從一般平面以第一角度α延伸，并且第二面從一般平面以第二角度β延伸，

其中對(duì)于在中間區(qū)域中的齒，α<85°，β> 50°，|α-β|>5°，

其中對(duì)于在外區(qū)域中的齒，50°<α，β<60°且|α-β|<5°。

光束成形系統(tǒng)可用于處理來(lái)自光源陣列的光，例如以形成具有有限光束擴(kuò)散的光束。光束成形單元被設(shè)計(jì)為在各自的光源上方居中。優(yōu)選地，中心區(qū)域、中間區(qū)域和外區(qū)域被同心地圍繞中心布置，具有在中心下方的相關(guān)聯(lián)光源。外區(qū)域提供相鄰光束成形單元（并且因此相鄰光源）之間的重疊區(qū)。該重疊區(qū)允許到達(dá)這一重疊區(qū)的來(lái)自相鄰光源的光的接收和成形。結(jié)果是在光學(xué)效率中的增加或在光束成形程度（例如，準(zhǔn)直度）中的增加或兩者的組合。

該系統(tǒng)可以包括設(shè)置有具有用于面對(duì)光源陣列的波狀表面的光束成形單元的板或箔（在一般平面中延伸），其中在中間區(qū)域和外區(qū)域中的波狀表面包括一組齒，每個(gè)齒具有面向光源的第一面和背向光源的第二面。該齒接收相對(duì)大角度的入射光（即接近一般平面）。第一面通常執(zhí)行入射光的折射（其是空氣到板的邊界），而光通過(guò)全內(nèi)反射反射離開(kāi)第二面（在板到空氣的邊界處）。

板或箔的材料優(yōu)選具有在范圍1.4到1.7中的折射率。

第一面可以被定義為以第一角度α從一般平面延伸并且第二面可以被定義為以第二角度β從一般平面延伸。對(duì)于在外區(qū)域中的齒，α和β可以在范圍50°到60°內(nèi)。

齒以這種方式相當(dāng)對(duì)稱，使得它們能夠以類似的方式處理來(lái)自相對(duì)側(cè)的光。對(duì)稱性可以使得|α-β|<5°。在一種完美對(duì)稱的實(shí)施方式中，α=β。

每個(gè)光束成形單元可以具有六邊形外形，在中心區(qū)域和中間區(qū)域之間的邊界為圓形、六邊形或具有圓角的六邊形，并且在中間區(qū)域和外區(qū)域之間的邊界為圓形、六邊形或具有圓角的六邊形。齒可以由此圍繞中心圓形延伸遠(yuǎn)離外區(qū)域，其中最外面的形狀是六邊形。然后外齒可以被成形為從圓形交融到六邊形，或者它們可以是不連續(xù)的圓形部分。替代地，齒可以都遵循六邊形路徑，然后可以將邊界認(rèn)為是六邊形或具有在圓和六邊形之間的形狀。

因此，每個(gè)光束成形單元類似于菲涅爾結(jié)構(gòu)并且全內(nèi)反射齒可具有不精確旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀而是在圓和六邊形之間的某處的形狀。內(nèi)區(qū)域可以例如比外區(qū)域更圓對(duì)稱。圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)因?yàn)樗鼈兏子谥圃焓莾?yōu)選的。

在實(shí)施例中，光束成形單元包括以下優(yōu)選特征中的至少一個(gè)：

- 被稍微傾斜的光偏轉(zhuǎn)棱鏡元件（齒）包圍的相對(duì)大的、彎曲中心光偏轉(zhuǎn)元件，在這方面的稍微傾斜意味著α> 80°和β<50°，其中優(yōu)選α-β> 35°;

- 對(duì)于在中間區(qū)域中的齒，α>β，優(yōu)選α-β<30°;

- 對(duì)于在外區(qū)域中的齒，α=β。

中間區(qū)域和外區(qū)域的光束成形功能優(yōu)選是準(zhǔn)直功能。類似地，通過(guò)中心區(qū)域提供的光束通過(guò)功能還可以包括準(zhǔn)直功能。因此，單個(gè)板可以在其整個(gè)區(qū)域上提供準(zhǔn)直。根據(jù)期望的準(zhǔn)直程度，光束成形單元包括上述優(yōu)選特征中的一個(gè)或多個(gè)。

替代方案是使用不同的結(jié)構(gòu)用于準(zhǔn)直直接在光源之上的中心區(qū)域，和用于準(zhǔn)直周邊區(qū)域（包括對(duì)相鄰的光源執(zhí)行準(zhǔn)直的情況）。為了這個(gè)目的，第二光束成形單元的第二陣列可以被布置在所述（第一）光束成形單元陣列之上的一般平面上，其中通過(guò)所述（第一）光束成形單元陣列的中心區(qū)域提供的光束通過(guò)功能提供穿過(guò)功能。

本發(fā)明還提供了一種光照系統(tǒng)，包括：

光源陣列;和

本發(fā)明的光束成形系統(tǒng)，其中每個(gè)光束成形單元的中心區(qū)域被設(shè)置在各自的光源之上。

光源可包括LED，例如一起包括聚光光照系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例，其中：

圖1示出由光束成形單元和相關(guān)聯(lián)的LED的申請(qǐng)人提出的系統(tǒng);

圖2示出當(dāng)使用LED陣列時(shí)來(lái)自圖1的LED的一些光如何被引導(dǎo)到相鄰光束成形單元;

圖3示出了影響系統(tǒng)的光學(xué)性能的設(shè)計(jì)參數(shù);

圖4示出來(lái)自一個(gè)LED的光到達(dá)相鄰光束成形單元的問(wèn)題;

圖5示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的第一示例的光學(xué)行為;

圖6示出組成每個(gè)光束成形單元的不同的區(qū);

圖7用于解釋光束成形單元齒的優(yōu)選角度關(guān)系;

圖8示出如果入射光束未遇見(jiàn)光束成形單元齒的兩面則產(chǎn)生的問(wèn)題;

圖9示出使得能夠進(jìn)行選擇所期望的角度設(shè)置的曲線圖;

圖10示出多個(gè)LED和光束成形單元如何可以形成為六邊形網(wǎng)格;

圖11示出非對(duì)稱齒可用于處理來(lái)自在相對(duì)側(cè)上的LED的光;

圖12示出了兩個(gè)LED之間的非對(duì)稱齒的光束軌跡;

圖13示出了用于解釋光束成形單元的外區(qū)多大可取決于在LED與光束成形單元的間隔的關(guān)系;和

圖14示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的第二示例。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了例如用于在光源陣列之上使用的光束成形系統(tǒng)。光束成形單元的陣列被布置在一般平面上，每個(gè)光束成形單元包括中心折射區(qū)域、用于處理來(lái)自中心區(qū)域下方的光源的光的中間全內(nèi)反射區(qū)域，和用于處理來(lái)自最近的光源和相鄰的光源的光的外全內(nèi)反射區(qū)域。這個(gè)外區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上擴(kuò)展了相鄰光束成形單元的有效尺寸來(lái)提高光束成形性能和/或光學(xué)效率。

如上所述，存在當(dāng)使用薄膜微光學(xué)器件用于光束準(zhǔn)直（或其它光束成形功能）時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)與高光學(xué)效率組合的小光束擴(kuò)散的問(wèn)題。此問(wèn)題的起源將首先被描述。

圖1憑借光束成形單元10的一部分的橫截面視圖來(lái)示意性示出操作的原理，該光束成形單元10被體現(xiàn)為用于準(zhǔn)直LED 12發(fā)射的光的薄膜微光學(xué)器件板/箔10。薄膜微光學(xué)器件板/箔（也稱為“光學(xué)元件”）被定位為靠近LED（在幾個(gè)毫米的距離處）。由LED發(fā)射的光通常具有朗伯分布。由LED發(fā)射的光線的角度的范圍從垂直于光學(xué)元件到平行于光學(xué)元件（光線對(duì)著2π的立體角）。

中心部分14依靠折射并且基本上以菲涅耳透鏡的形式，即它包括由稍微傾斜的光偏轉(zhuǎn)棱鏡元件包圍的相對(duì)大的、彎曲的中心光偏轉(zhuǎn)元件。在這方面的稍微傾斜意味著α> 80°和β<50°，其中優(yōu)選地α-β>35°。在相對(duì)于垂直于光學(xué)元件的方向的大角度離開(kāi)該LED的光線無(wú)法通過(guò)折射來(lái)準(zhǔn)直。另外，光學(xué)元件的中間部分15和外部分16依靠全內(nèi)反射（TIR）。在這些區(qū)域中，每條射線與光學(xué)元件的下表面兩次交互，如圖1的放大部分所示。

作為例子，光線與在中間區(qū)域15中的光偏轉(zhuǎn)棱鏡元件的交互被示出，針對(duì)示出的棱柱元件α= 70°且β= 55°。在第一次，光線由第一表面17折射（從空氣傳遞到光學(xué)板），并且在第二次，其從第二表面18由全內(nèi)反射反射（在板到空氣的邊界處）。以該方式，光線可以被準(zhǔn)直，以大角度離開(kāi)LED。

圖2示出與圖1相同的結(jié)構(gòu)并且示出以過(guò)大的角度離開(kāi)LED的光線20將完全錯(cuò)過(guò)光學(xué)元件。光線將被攔截時(shí)的最大角度為θ_max=tan^-1(R /h)，其中，R是光學(xué)元件的半徑并且h是從LED到光學(xué)元件的距離。對(duì)于朗伯發(fā)射器，以該方式被攔截的光線（或能量）的份數(shù)f 是f=sin(θ_max)²。

被攔截的能量的份數(shù)可以通過(guò)最小化距離h或最大化半徑R被最大化。

在實(shí)踐中，最大化R存在限制：LED的一定數(shù)量必須被容納在有限的可用空間中。此外，由于成本原因，存在遠(yuǎn)離高功率LED朝向中功率LED的趨勢(shì)，意味著每個(gè)LED的可用空間將進(jìn)一步減少。

最小化h也存在限制。

圖3示出與圖1相同的結(jié)構(gòu)并且用于解釋LED源的尺寸的顯著性。如在圖3中所示，從LED和薄膜光學(xué)元件的組合獲得的準(zhǔn)直（光束擴(kuò)散）的程度是由距離h和源尺寸s（LED管芯的大?。┐_定。典型地，光束擴(kuò)散Δθ 由表達(dá)式Δθ =tan^-1(n·s/h )給出，其中n是LED的圓頂?shù)恼凵渎剩偃鐩](méi)有圓頂，則n = 1）。這意味著，從LED到光學(xué)元件的小的距離意味著大光束擴(kuò)散。

這意味著必須在光束擴(kuò)散和光學(xué)損耗之間作出折衷。

圖4示出當(dāng)存在堆疊在緊密包裝配置中的LED 12a、12b的陣列時(shí)的情況，每個(gè)LED具有其光學(xué)元件10a、10b。例如，每個(gè)LED可設(shè)置有六邊形光學(xué)元件，并且光學(xué)元件然后可被鑲嵌。鑲嵌也可以由例如具有三角形、矩形或正方形（可選具有銳角或圓角）或圓形的周邊作為邊界的一致地成形的光學(xué)元件來(lái)完成。

源自LED 12a的將錯(cuò)過(guò)與該LED相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件10a的光線（在圖4中的光線b）將交叉到相鄰的光學(xué)元件10b和將以無(wú)法控制的并可能對(duì)于考慮到的應(yīng)用來(lái)說(shuō)太大的出射角結(jié)束。換句話說(shuō)，這些光線將在期望的光束以外結(jié)束，并導(dǎo)致降低的光學(xué)效率。該光學(xué)效率可以被定義為在期望的目標(biāo)光束內(nèi)結(jié)束的光線的份數(shù)。

本發(fā)明提供了在其中設(shè)置薄膜微光學(xué)元件的陣列的設(shè)計(jì)。每個(gè)光學(xué)元件用于與對(duì)應(yīng)的光源對(duì)準(zhǔn)。光學(xué)元件的陣列形成單個(gè)片，雖然也可以使用多個(gè)片。

每個(gè)光學(xué)元件被分成三個(gè)區(qū)。與中心區(qū)域相交的光線通過(guò)折射原理準(zhǔn)直。與在中心區(qū)域和外區(qū)域之間的區(qū)域相交的光線通過(guò)TIR準(zhǔn)直。TIR微結(jié)構(gòu)（其具有棱鏡元件或齒的結(jié)構(gòu)）基本上非對(duì)稱。

外區(qū)域也依賴于TIR并且具有可以是基本上對(duì)稱的結(jié)構(gòu)或否則這些可以是非對(duì)稱。然而，在該外區(qū)域中的TIR齒的角度被選擇為使得來(lái)自對(duì)應(yīng)的LED的光線和來(lái)自相鄰的LED的光線被準(zhǔn)直（或以其它方式被成形），即α和β是實(shí)質(zhì)上相等，即|α-β| <5°或甚至相等α=β。

第一實(shí)施例示于圖5中，其示出了兩個(gè)LED 12a、12b形成LED陣列的一部分。每個(gè)LED配備有關(guān)聯(lián)的薄膜微板/箔作為光學(xué)元件10a、10b，并且它們之間的邊界被示為線50。

（薄膜）光學(xué)元件被平鋪以得到光學(xué)元件的單個(gè)片。

在該第一示例中，光學(xué)元件在接近邊界50處被修改，使得全內(nèi)反射表面是對(duì)稱的。參考圖1（其示出了第一和第二表面17、18），這些表面被布置有α≈β，即相對(duì)于光學(xué)板的一般平面的相同角度。當(dāng)然這也意味著表面以相對(duì)于法向方向的相同的角度延伸。

光在邊界區(qū)域被處理的方式示于圖5中。源自LED的與在兩個(gè)相鄰的LED之間的邊界相交的光線（在圖5中標(biāo)記為b的光線）仍然會(huì)被準(zhǔn)直，假如它保持相當(dāng)接近邊界。

如在圖6中所示，每個(gè)光學(xué)元件10a、10b具有（至少）三個(gè)區(qū)域。

第一區(qū)域A、14具有半徑R_A，其中使用折射處理光。這可以作為菲涅耳透鏡起作用。

第二區(qū)域B、15被限定在半徑R_A和R_B之間，其中光線是基于全內(nèi)反射被準(zhǔn)直，而α≠β并且α和β被優(yōu)化以致得到與最高效率組合的針對(duì)最近LED的最高準(zhǔn)直程度，α <85°，β> 50°，且|α-β|>5°。還優(yōu)選α>β，更優(yōu)選地 α-β<30°。

第三區(qū)域C、16被限定在半徑R_B和R之間，而α≈β。優(yōu)選地50°<α<60°（且50°<β<60°）和|α-β|<5°。此外，優(yōu)選地，60^o < tan^-1(R_B/h) < 85^o。

從中心區(qū)域到中間區(qū)域并從中間區(qū)域到外區(qū)域的轉(zhuǎn)變分別在半徑R_A和半徑R_B處發(fā)生。R_A、R_B和R根據(jù)0.15*R =< R_A =< 0.4*R和1.5*R_A =< R_B <= 0.9R相關(guān)。這關(guān)系普遍適用，因此不僅適用于在圖6中所示的實(shí)施例。外區(qū)域由此在R_B和R之間延伸。

圖7用來(lái)解釋這些所期望的關(guān)系，并示出了入射光束60，其在法線方向離開(kāi)板。注意，所用的定義允許θ₂為負(fù)（在法線的相對(duì)側(cè)上）。

對(duì)于對(duì)稱“牙齒”（即α=β），如果服從下列關(guān)系，至少然后保證擊中這樣的齒的光線將被準(zhǔn)直：

。

在該關(guān)系中，θ是入射光線角，而n是該光學(xué)元件的材料的折射率。

圖7示出角度關(guān)系，以提供垂直于光學(xué)元件的平面的輸出光。方程[1??]是折射率方程，方程[2]是三角形70的角度的和。當(dāng)組合后，它們給出上面的關(guān)系。

圖8示出了如果入射角太低則入射光線可能錯(cuò)過(guò)第二表面。

這給出了兩個(gè)期望的關(guān)系。

圖9的左曲線圖示出作為針對(duì)兩個(gè)折射率值（1.5和1.6）的在α和θ之間的關(guān)系的上述函數(shù)。它示出了50°到60°的α（和因此β）的值的期望范圍。因此，對(duì)于n的典型值和大入射角，典型地，α≈55°±5°。折射率通常是在1.4至1.7的范圍內(nèi)。

圖9中的右曲線圖示出再次針對(duì)相同的兩個(gè)不同折射率值，作為角θ的函數(shù)的光束錯(cuò)過(guò)第二表面的量（圖8中的值Δz）。對(duì)于在準(zhǔn)直光線中被使用的對(duì)稱的齒，入射角優(yōu)選可以超過(guò)60°，因?yàn)閷?duì)于較小的角度，光線的一部分將錯(cuò)過(guò)第二表面。

具有擁有對(duì)稱的全內(nèi)反射表面的第三區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)在于，與兩個(gè)光學(xué)元件之間的邊界相交的光線將仍然被準(zhǔn)直到良好的程度。實(shí)際上，每個(gè)光學(xué)元件的有效半徑已從R增加到R+（R-R_B）。這會(huì)增加光學(xué)效率，因?yàn)楣饩€的較大份數(shù)將被準(zhǔn)直。它也允許在LED和光學(xué)元件之間的距離h被增加，并且結(jié)果，降低了光束擴(kuò)散。以這種方式，準(zhǔn)直的程度和效率之間的更好折衷是可能的。

圖10示出具有形成為一組鑲嵌六邊形的光學(xué)板的LED 10的陣列。如圖6中所示的三個(gè)區(qū)域A、B、C（或14，15，16）被指示用于LED中的一個(gè)。

在第二實(shí)施例中，光學(xué)元件被再次分割成三個(gè)區(qū)域，如圖6已示出的那樣。然而，在第三區(qū)域??（區(qū)域C）中的反射表面現(xiàn)在是非對(duì)稱的?？紤]到來(lái)自對(duì)應(yīng)的LED和相鄰LED的入射光線同時(shí)但不一定具有相等角度來(lái)計(jì)算在該區(qū)域中的每個(gè)特定齒的角度α和β。這是可能的，因?yàn)樵诮铅梁挺碌倪x擇中存在一定自由。

然而，為了從兩側(cè)以類似的方式處理光，相同的小差別|α- β|<5°再次是優(yōu)選的。

自由起源于以下事實(shí)：光線與形成該結(jié)構(gòu)的每個(gè)齒的第一和第二光學(xué)表面兩者交互。

圖11是用來(lái)解釋針對(duì)從兩側(cè)入射的兩個(gè)光線執(zhí)行全內(nèi)反射的第三區(qū)中的準(zhǔn)直齒的操作原理。這示意性地示出了針對(duì)具有稍微不同的入射角的來(lái)自相對(duì)側(cè)的光，折射后折射如何得到垂直引導(dǎo)的光束。

圖12示出光線跟蹤模擬，其示出來(lái)自由第三區(qū)準(zhǔn)直的兩個(gè)相鄰LED的光線，即使LED在相距第三區(qū)不同的距離處，從而入射的角度是不同的。

光學(xué)結(jié)構(gòu)的每個(gè)齒可以被認(rèn)為執(zhí)行針對(duì)來(lái)自一個(gè)LED的光的單個(gè)TIR功能，或者針對(duì)來(lái)自兩個(gè)相鄰的LED的光的雙TIR功能。齒功能取決于到那些LED的距離和從LED到光學(xué)元件的距離。

圖13繪出了作為L(zhǎng)ED節(jié)距2R與到光學(xué)元件的距離h的比率的函數(shù)的第三區(qū)(R-R_B)/2R，即雙TIR齒的區(qū)的相對(duì)尺寸。這是曲線圖“TIRdouble”。全部TIR區(qū)（R-R_A）/2R也被示為曲線圖“TIR”。

如在第一實(shí)施例中，具有雙TIR區(qū)的優(yōu)點(diǎn)在于，與在兩個(gè)光學(xué)元件之間的邊界相交的光線仍然會(huì)被準(zhǔn)直到良好的程度。

在實(shí)際上，每個(gè)光學(xué)元件的有效半徑再次被從R增加到R +（R-R_B）。

針對(duì)上述示例示出的橫截面可以是線性結(jié)構(gòu)，或否則它們可能是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的橫截面。然而，概念也可以被擴(kuò)展到旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

使用外（第三）區(qū)以處理來(lái)自兩側(cè)的光要求它們具有有限的非對(duì)稱性，從而使小于5度的α和β之間的差適用，以及α和β的優(yōu)選范圍各自在50和60度之間。在兩個(gè)LED之間的邊界處，對(duì)稱的齒是優(yōu)選的（α=β）。逐漸地，從邊界進(jìn)一步遠(yuǎn)離，有更多的自由來(lái)選擇α和β并獲得類似的結(jié)果。因此，不對(duì)稱程度可以在相距邊界的不同距離處變化。

參照?qǐng)D14描述第三實(shí)施例。

在本實(shí)施例中，配置包含LED 12a、12b的陣列，其中每個(gè)LED現(xiàn)在具有用于一個(gè)LED 12a的兩個(gè)光學(xué)元件130a、132a和用于另一LED 12b的130b、132b的堆疊。最靠近LED的光學(xué)元件130a、130b收集由該LED反射的光線并且以均勻的方式照射第二光學(xué)元件132a、132b。

第二光學(xué)元件提供光束成形（例如準(zhǔn)直成窄斑）。另外，在這種情況下，第一光學(xué)元件130a、130b以如上所述的方式被分成三個(gè)不同的區(qū)。

下光學(xué)元件130a、130b的中心區(qū)域僅提供通過(guò)折射成形的部分光束，因?yàn)樵摴馐尚慰梢酝ㄟ^(guò)第二光學(xué)元件132a、132b完成。

如在上面的例子中，微結(jié)構(gòu)不一定需要是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。

上述的示例已大體上被解釋為被設(shè)計(jì)用于光的準(zhǔn)直。然而，使用類似的光學(xué)元件，其他更復(fù)雜的光束成形也是可能的。

上面的例子中使用LED。然而，光束成形可以應(yīng)用于其它小面積光源。通常，對(duì)于固態(tài)照明設(shè)備，本發(fā)明是特別令人感興趣的。

對(duì)于具有小的光輸出面積的光源，該系統(tǒng)通常是令人感興趣的。一般，LED管芯尺寸（在圖3中的參數(shù)s）的范圍為0.1mm至2mm。

LED之間的間隔（圖2中的半徑R）通常在范圍5 mm < R <25mm中，例如為10mm至15mm。間隔值（圖3中的參數(shù)h）為通常在范圍1mm < h < 10mm中，例如1.5mm至2.5mm。一般對(duì)于所有實(shí)施例，優(yōu)選地，R/h具有在4 <= R/h <= 10的范圍內(nèi)的比率。

用于光學(xué)板的合適的材料是塑料，例如PMMA和聚碳酸酯。這些是最??常見(jiàn)的在用于照明應(yīng)用的光學(xué)元件中使用的材料。

本發(fā)明可應(yīng)用于（除其他的之外）需要具有有限角擴(kuò)散的光束的照明應(yīng)用（如聚光燈、射燈、及用于辦公室照明的燈具）。

上面的例子使用在每個(gè)光束成形單元下面的分立物理光源。然而，這些光源可以是從遠(yuǎn)程物理光源發(fā)送（例如通過(guò)反射鏡或光導(dǎo)）的光源。因此，光源可以是虛擬的，而光的實(shí)際原始源在不同位置。術(shù)語(yǔ)“光源”應(yīng)被相應(yīng)地理解。在這種情況下，共享物理光源可以提供多個(gè)虛擬光源，例如作為L(zhǎng)ED，其具有一組圍繞該LED的反射鏡以創(chuàng)建虛擬光源陣列。

公開(kāi)的實(shí)施例的其他變型可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，根據(jù)對(duì)附圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研究而理解和實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)。某些措施被記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中的這一事實(shí)并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。