用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置的制作方法

文檔序號：2933920閱讀：199來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>照明工業(yè)產(chǎn)品的制造及其應(yīng)用技術(shù)

專利名稱：用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)照明導(dǎo)向裝置，例如光波導(dǎo)，尤其涉及一種用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置在沿其上表面上具有階梯形或銳角斜坡結(jié)構(gòu)、和/或沿其下表面上具有銳角斜坡結(jié)構(gòu)，用于由它們的上表面分布光線，其中光線在該裝置內(nèi)至少基本上被全部內(nèi)反射，直到被這種結(jié)構(gòu)分布輸出該裝置。本發(fā)明的光學(xué)裝置通過全部內(nèi)反射過程對光線進(jìn)行導(dǎo)向，從而使光線以預(yù)定的空間和角度分布被有效地傳輸。本發(fā)明的光學(xué)裝置對于各種照明應(yīng)用都是有用的，例如建筑照明、顯示器、背光、固態(tài)照明、告示牌、或消費(fèi)品。本發(fā)明還涉及利用這種光學(xué)裝置的照明設(shè)備，本文中稱之為發(fā)光體。
背景技術(shù)：
大量的照明應(yīng)用采用光學(xué)光導(dǎo)管將來自光源的光輻射傳導(dǎo)給空間的特定目標(biāo)或區(qū)域。例如，光導(dǎo)管被用在背光顯示系統(tǒng)、一般照明(例如發(fā)光體)以及諸如內(nèi)診鏡的醫(yī)學(xué)裝置中。例如，參見美國專利號
6， 775，楊、5， 949， 933、6， 474， 827、6， 002， 829、6， 948， 832、5， 136， 480、 5， 613， 751以及6， 910， 783。這些專利中所描述的光導(dǎo)管或光導(dǎo)光學(xué)元件依賴三角形或梯形表面、微棱鏡或微透鏡陣列、起伏帶狀結(jié)構(gòu)、棱柱面鋸齒、或圓形凹槽來提取光線。雖然在它們具體的應(yīng)用中使用它們各自的光源是有用的，但是這些光導(dǎo)光學(xué)元件并不能有效地利用全部的內(nèi)反射，來獲得例如由本發(fā)明的結(jié)構(gòu)獲得的光線傳導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個特征在于提供用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置在其上和/或下表面上具有用來提取以某種方式入射至本裝置的基本上全部光線的結(jié)構(gòu)，其中由該光學(xué)裝置提取出的光線從希望的表面射出并以預(yù)定的方向傳輸。本發(fā)明的另一特征在于提供用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置在其上和/或下表面上具有可以與各種照明設(shè)備和應(yīng)用中的光源一起使用的結(jié)構(gòu)。簡要地進(jìn)行一下描述，實現(xiàn)本發(fā)明的光學(xué)裝置具有光學(xué)材料主體，該主體具有光線輸入端和具有多重多個階梯形或銳角斜坡結(jié)構(gòu)的上表面，其中該每一個階梯形或銳角斜坡結(jié)構(gòu)都具有前出射面，用于由該結(jié)構(gòu)的前出射面對光線進(jìn)行分布。該入射光的全部或至少大部分在由前出射面分布之前在該主體內(nèi)凈皮全部內(nèi)反射。該結(jié)構(gòu)沿著上表面在平行于限定該裝置長度的軸的方向上延伸。該裝置的下表面可以基本上與該軸平行。當(dāng)這種光學(xué)裝置具有銳角斜坡結(jié)構(gòu)時，該斜坡結(jié)構(gòu)中的每個斜坡結(jié)構(gòu)都具有相對于該軸成銳角的斜坡(或上升)表面，而每個斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面是相對于該軸的法
線(normal)成銳角的表面。每個斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面或者可以與下一相鄰斜坡結(jié)構(gòu)的斜坡表面的起始端相接，或者可以由基本上平行于該軸的表面將每對相鄰斜坡結(jié)構(gòu)間隔開。該每個斜坡結(jié)構(gòu)可以由光輸入端向下表面逐漸變細(xì)，從而逐步減小該裝置的厚度。該裝置與光輸入端相對的另一端的厚度可以基本上為零，從而可以使基本上所有入射至該主體的光線由該斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面所分布。
該光學(xué)裝置的主體在光輸入端和第一個結(jié)構(gòu)之間具有輸入部分，該光學(xué)裝置的主體可以被成形以降低數(shù)值孔徑、和/或在主體內(nèi)沿該裝置的寬度方向進(jìn)行校準(zhǔn)。上述的光學(xué)照明導(dǎo)向裝置描述的是一種上側(cè)被結(jié)構(gòu)化的裝置。本
發(fā)明還包括描述一種下側(cè)被結(jié)構(gòu)化的用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置的下表面上具有斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)在下表面上相互交替。這種斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)沿著平行于該裝置的軸的維度上延伸。該裝置主體的上表面基本上與該軸平行。當(dāng)從該裝置主體的一端接收到光線時，光線在該主體內(nèi)全部內(nèi)反射直到被斜坡結(jié)構(gòu)之一所反射而從該裝置的上表面出射，或通過相鄰的下降結(jié)構(gòu)之一由斜坡結(jié)
構(gòu)之一透射返回至該主體內(nèi)。下側(cè)結(jié)構(gòu)化裝置的每個斜坡結(jié)構(gòu)具有相對于該裝置的軸成銳角的上升表面。每個下降結(jié)構(gòu)具有相對于該裝置軸的法線成銳角的下降表面，以及基本上平行于該上表面的表面。每個下降結(jié)構(gòu)的下降表面可以是棱柱面，以有助于將光線從斜坡結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)回該光學(xué)裝置。該下降結(jié)構(gòu)的第一平整表面可以比從該裝置的光線入射端向第一個所述斜坡結(jié)構(gòu)延伸的后表面要低，在該第一平整表面之后的每個下降結(jié)構(gòu)的平整表面在沿該裝置的長度上要比前一個平整表面水平高，從而降低了該裝置的厚度。可選地，斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)的尺寸隨沿底表面厚度的降低而成比例地增加。進(jìn)一步，每個斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面可以被分割成漸進(jìn)坡度角的多個表面、單一角度的平整表面、或具有連續(xù)變化的坡度。下側(cè)結(jié)構(gòu)化照明引導(dǎo)裝置可以是分離的光學(xué)裝置，或同一主體的部分作為上側(cè)結(jié)構(gòu)化照明引導(dǎo)裝置，以提供如上所述的具有頂部和底部結(jié)構(gòu)化表面的用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置。這種組合的光學(xué)裝置具有包含連續(xù)部分的主體，其中每個連續(xù)部分從前一部分接收光線。這種部分的至少一個是上側(cè)結(jié)構(gòu)化的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置，這種部分的至少另一個是下側(cè)結(jié)構(gòu)化光學(xué)照明引導(dǎo)裝置。不被該部分之一的結(jié)構(gòu)所分布的光線由該裝置主體的下一連續(xù)部分接收，依次類推。被主體的結(jié) 構(gòu)化部分所分布的光線可以從該光學(xué)裝置的上表面提供組合照明。
本發(fā)明進(jìn)一步包含有一種照明設(shè)備，本文中稱之為發(fā)光體，該照
明設(shè)備具有光源以及上述的上側(cè)、下側(cè)或上下兩側(cè)三者之一的光學(xué)裝
置。例如，該光源可以是燈、單個發(fā)光二極管(LED) 、 LED陣列或光纖光源。這種發(fā)光體可以提供在殼體內(nèi)，根據(jù)具體照明應(yīng)用該盒體可以安裝在表面上，例如這種表面可以是墻壁、臺階、地板、架子、屋子或交通工具(例如汽車或飛機(jī))的天花板、或其它需要照明的應(yīng)用。還可以提供具有或沒有殼體的這種發(fā)光體，并被安裝在工具、裝置內(nèi)、戴在人體例如手腕上、衣服例如帽子上、或包含在另一裝置例如LCD 顯示器的殼體內(nèi)。該殼體及其內(nèi)元件的大小及形狀可以根據(jù)具體的照明應(yīng)用來定制。

本發(fā)明的前述特征及優(yōu)點(diǎn)將通過閱讀下面結(jié)合附圖的說明書變得更加明了，其中圖1是本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第一實施例的透視圖，該光
學(xué)照明引導(dǎo)裝置具有前側(cè)垂直臺階或階梯結(jié)構(gòu)；圖2是圖1裝置的部分橫截面圖，表示的是光線圖；圖3是為了支持圖1裝置的前、后、側(cè)表面的平行非結(jié)構(gòu)化區(qū)域上的全部內(nèi)反射所必須的入射光線的折射率比與數(shù)值孔徑的圖；圖4是本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第二實施例的透視圖，該光
學(xué)照明引導(dǎo)裝置在沿該裝置的上表面上具有銳角斜坡結(jié)構(gòu)；圖5是圖4裝置的部分橫截面圖，表示的是光線圖；圖6是圖4裝置的另一個部分截面圖，表示的是光線圖，用于說
明兩個限制折射光線Ray 1和2在該裝置前表面上的相互作用；圖7是圖4裝置的另一個部分截面圖，表示的是光線圖，用于說
明兩個關(guān)鍵限制反射光線Ray 3和4在該裝置前表面上相互作用；圖8是圖4裝置的另一個部分截面圖，表示的是光線圖，用于更
詳細(xì)說明通過該裝置的出射面之一折射的第一限制折射光線Ray 1;圖9是對于由圖4裝置的出射面之一折射的第一限制光線Ray 1
的最大射出面角的曲線圖；圖IO是圖4裝置的另一個部分截面圖，表示的是光線圖，用于更詳細(xì)地說明通過該裝置的出射面之一折射的第二限制折射光線Ray 2;
圖11是對于折射率比Rn的三個不同值的由圖4裝置的出射面之一折射的第二限制光線Ray 2的最大上升(坡度)角相對于最小射出面角限制的曲線圖；圖12是圖4裝置的另一個部分截面圖，表示的是光線圖，用于更
詳細(xì)地說明第四限制光線Ray 4與上升(坡度)表面之一的反射相互
作用以及由該裝置的出射面之一繼續(xù)折射的曲線圖；圖13表示的是對于不同值的折射率比Rn、 NA等于O. 5的輸入該
裝置的光線，對于第三和第四限制光線Ray 3和4與上升(坡度)表
面之一的反射相互作用以及通過圖4裝置的出射面之一連續(xù)折射的最
小出射面與上升(坡度)角限制的曲線圖；圖14表示的是對于1.4的折射率比Rn、不同值的數(shù)值孔徑NA的輸入該裝置的光線，對于第三和第四限制光線Ray 3和4與上升(坡度)表面之一的反射相互作用以及通過圖4裝置的出射面之一連續(xù)折射的最小出射面與上升(坡度)角限制的曲線圖；圖15表示的是說明對于入射到該裝置的光線，折射率比Rn為
1. 59、數(shù)值孔徑NA的值為0. 1、 0. 3、 0. 5的情況下，對于由圖4裝置
的出射面所射出的有效光線的解空間的全部三種設(shè)計約束；圖16表示的是說明對于入射到該裝置的光線，折射率比Rn為1.4、數(shù)值孔徑NA的值為0.1、 0.3、 0.5的情況下，對于由圖4裝置的出射
面所射出的有效光線的解空間的全部三種設(shè)計約束；圖17是本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第三實施例的透視圖，該光
學(xué)照明引導(dǎo)裝置具有與圖4的裝置類似的銳角斜坡結(jié)構(gòu)，并且其厚度
沿該裝置的長度逐漸或不連續(xù)地減小；圖18是圖17裝置的部分橫截面圖，表示的是光線圖；圖19是圖17裝置的另一個部分截面圖，表示的是光線圖，用于
更詳細(xì)地說明通過該一個斜坡結(jié)構(gòu)的出射面作用的限制折射光線Ray
2，；圖20是對于1.59的折射率比Rn、不同值的厚度下降(率)參數(shù)
a,由圖17裝置的斜坡結(jié)構(gòu)之一的出射面折射的第二限制光線Ray 2'
的最大上升(坡度)角相對于最小射出面角限制的曲線圖；圖21是圖17裝置的另一個部分橫截面圖，表示的是光線圖，用
于說明第四限制光線Ray 4'與上升(坡度)表面的反射相互作用以及
通過該一個斜坡結(jié)構(gòu)的出射面的繼續(xù)折射相互作用；圖22表示的是對于折射率比R。為1.59、入射光線的數(shù)值孔徑NA
為0.5以及厚度減小參數(shù)a為不同值的情況下，對于第三和第四限制
光線與上升(坡度)表面的反射相互作用以及通過圖17裝置的斜坡結(jié)
構(gòu)之一的出射面連續(xù)折射的最小出射面與上升(坡度)角限制的曲線
圖；圖23表示的是說明對于折射率比Rn為1. 59、厚度減小比a為1.3、
入射光線的數(shù)值孔徑值為0.1、 0.3、 0. 5的情況下，對于由圖17裝置
所射出的有效光線的解空間的全部三種設(shè)計約束；圖24表示的是說明對于折射率比肊為1.4、厚度減小率a為1.2、
入射光線的數(shù)值孔徑值為0.1、 0.3、 0. 5的情況下，對于由圖17裝置
所射出的有效光線的解空間的全部三種設(shè)計約束；圖25是本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第四實施例的透視圖，該光
學(xué)照明引導(dǎo)裝置具有與圖17的裝置類似的銳角斜坡結(jié)構(gòu)以及連續(xù)減小
的厚度，并且在相鄰一對斜坡結(jié)構(gòu)之間具有平整表面特征；圖26是圖25裝置的部分橫截面圖，表示的是兩個斜坡結(jié)構(gòu)以及
分布在該結(jié)構(gòu)間的平整表面特征的光線圖；圖27是圖25裝置的部分橫截面圖，表示的是光線圖，用于說明通過斜坡結(jié)構(gòu)之一的出射面所作用的第二限制折射光線Ray 2";
圖28是對于1.59的折射率比Rn、不同參數(shù)值的a和p，由圖25 裝置的斜坡結(jié)構(gòu)之一的出射面作用的第二限制光線Ray 2"的相對于最小射出角限制的最大上升(坡度)角的曲線圖；圖29是圖25裝置的部分橫截面圖，表示的是光線圖，用于說明第四限制光線Ray 4"與上升(坡度)表面之一的反射作用以及通過該斜坡結(jié)構(gòu)之一的出射面的繼續(xù)折射作用；圖30表示的是對于第三和第四限制光線與上升(坡度)表面之一的反射相互作用以及通過圖25的斜坡結(jié)構(gòu)之一的出射面連續(xù)折射的最小出射面與上升(坡度)角限制的曲線圖；圖31表示的是說明對于折射率比Rn為1. 59、厚度減小比a為1.5、平坦參數(shù)P為1.0、入射光線的數(shù)值孔徑值為0. 1、 0. 3、 0. 5的情況下，對于由圖25的裝置所射出的有效光線的解空間的全部三種設(shè)計約束；
圖32表示的是說明對于折射率比Rn為1.4、厚度減小率a為1.5、平坦參數(shù)p為1.0、入射光線的數(shù)值孔徑值為0. 1、 0. 3、 0. 5的情況下，對于由圖25的裝置所射出的有效光線的解空間的全部三種設(shè)計約束；
圖33表示的是對于折射率比Rn的不同值，圖4裝置中的最大傳播角0^,與入射光線的數(shù)值孔徑NA間的關(guān)系；圖34A圖示了由圖4、 17、 25的具有斜坡結(jié)構(gòu)的裝置所分布光線的例子，其中0^為18度、0 為8度、入射光線的數(shù)值孔徑NA為0.5;
圖34B是對于圖34A示例的光線分布的照明強(qiáng)度曲線圖；
圖35A和35B是對于圖4、 17、 25裝置的兩個不同示例的光線分布的照明強(qiáng)度曲線圖，其中圖35A表示的是采用eV為20度、化為2 度、入射光線的數(shù)值孔徑NA為0. 1的斜坡結(jié)構(gòu)的這些裝置的光線分布，圖35B表示的是采用0^為40度、0 為2度、入射光線的數(shù)值孔徑NA 為0. 1的這些裝置的光線分布；圖36是對于出射面角0^為10、 20、 30、 40度的情況下，對于具有上升角GK為4度、入射光線的數(shù)值孔徑NA為0. 1、折射率比Rn 為1.4的圖17示例裝置的光線分布曲線；圖37是圖4裝置的部分橫截面圖，其類似于圖6，但是具有曲線的前出射面，例如呈凸起形狀；圖38是圖17裝置的透視圖，其與圖17類似，但是具有弓形的前出射面以影響沿該裝置寬度射出的輻射的角度；圖39是類似于圖17的裝置的透視圖，其中該裝置的主體繞與該裝置的軸正交的軸被彎曲成曲線形；圖40是類似于圖17的裝置的透視圖，其中該裝置的主體繞與該裝置的軸平行的軸彎曲成曲線形；圖41是類似于圖17的裝置的透視圖，其中該裝置的主體繞與該裝置的軸平行的軸完全彎曲，以形成圓柱殼；圖42是類似于圖25的裝置的透視圖，其中該裝置主體的開始輸入部分逐漸變小為較大的厚度，從而在厚度方向上減小了該裝置內(nèi)輻射的數(shù)值孔徑；圖43是類似于圖25的裝置的透視圖，其中該主體的開始輸入部分逐漸變小為較大的厚度，從而在厚度方向上減小了該裝置內(nèi)輻射的數(shù)值孔徑；圖44是類似于圖4的裝置的透視圖，其中該主體的開始輸入部分逐漸變小，從而在該裝置寬度上減小該裝置內(nèi)輻射的數(shù)值孔徑；
圖45是類似于圖4的裝置的透視圖，其中該主體的開始輸入部分的寬度逐漸變小，從而在該裝置寬度方向上減小該裝置內(nèi)輻射的數(shù)值孔徑；圖46A是本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第五實施例的透視圖，該
光學(xué)照明引導(dǎo)裝置沿著該裝置的后表面上具有用于對穿過前表面的光線進(jìn)行反射的斜坡結(jié)構(gòu)，其中斜坡結(jié)構(gòu)與后表面的下降結(jié)構(gòu)相互交替以捕獲通過斜坡結(jié)構(gòu)傳輸?shù)墓饩€；圖46B是光線圖，用于表示進(jìn)入具有上和下表面的理論光學(xué)元件
的光線的幾何關(guān)系，以說明由這些表面的全部內(nèi)反射(TIR);圖47是表示圖46A的光學(xué)裝置的一個應(yīng)用的框圖，其包括光源以
及由該裝置的上表面所射出的光線；圖48是圖46A的部分橫截面圖，表示的是光線圖，用于說明由該
裝置的斜坡結(jié)構(gòu)之一的上升表面向該裝置的前表面的反射；圖49是對于由圖46A的裝置內(nèi)光線的NA所限定的空間，該裝置
上表面的輸出角e。w與上升角0r的關(guān)系圖，其中虛線是上升表面上的
T1R的邊界，用于表示位于該曲線之上的光線和上升角以產(chǎn)生TIR;圖50是圖46A的部分橫截面圖，表示的是光線圖，用于說明由斜坡結(jié)構(gòu)之一的上升表面的傳輸光線角etrans;圖51是對于圖50的光線圖，極端光線角為-e^x至6max的情況下，傳輸光線角0tr皿與上升角6r的關(guān)系圖；圖52是對于圖46A的裝置的斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面之一的光線圖，其中來自該上升表面的傳輸光線沿棱鏡角入射到該裝置相鄰下降結(jié)構(gòu) 的下降棱鏡表面上；圖53是對于圖52的光線圖，對于通過斜坡結(jié)構(gòu)之一的上升表面
的光線，由下降棱鏡表面折射的光線與傳輸光線角的關(guān)系圖；圖54A、 54B、 54C表示的是對于圖46A的光學(xué)裝置的部分橫截面
圖的光線圖，用于說明用于相鄰斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面間的間距的三個條件；圖55A是本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第五實施例的部分橫截面圖，類似于圖46A，但是具有下降結(jié)構(gòu)和二級上升(或坡度)表面；
圖55B是類似于圖55A的另一部分橫截面圖；
圖56A是圖46A的裝置示例的橫截面圖；圖56B是圖56A的部分橫截面圖，用圖56A的橢圓形標(biāo)出，用于表示光線圖；圖57是對于圖56A的示例，由該裝置的上表面的光線輸出分布圖；圖58是圖46A的光學(xué)裝置的例子，示出了沿該裝置的長度逐漸增
大的斜坡結(jié)構(gòu)以及交替的下降結(jié)構(gòu)的尺寸；圖59A是圖55A的裝置的另一例子的橫截面圖；圖59B是圖59A的部分橫截面圖，用于更詳細(xì)地表示該裝置；圖60是對于圖59A的示例，由該裝置的上表面的光線輸出分布
圖；圖61是對于圖59A的示例，由該裝置的上表面的另一光線輸出分布圖，其中斜坡結(jié)構(gòu)間距丄由第一斜坡結(jié)構(gòu)上的最大值線性減小到最后斜坡結(jié)構(gòu)上的零；圖62是圖46A的裝置的部分橫截面圖，其中每個斜坡結(jié)構(gòu)都具有
以越來越陡峭的角度被分割成多個表面的上升表面；圖63是圖46A的裝置的部分橫截面圖，其中每個斜坡結(jié)構(gòu)都具有
坡度連續(xù)變化的上升表面；
圖64A、 64B、 64C分別是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)照明引導(dǎo)裝置的第七
實施例的光學(xué)裝置的頂視圖、底視圖以及側(cè)視圖，該光學(xué)裝置沿著上
表面和下表面都具有斜坡結(jié)構(gòu)以分布來自上表面的照明；圖65是圖25的光學(xué)裝置的示例的透視圖，其中斜坡結(jié)構(gòu)的周期
和深度以及平整表面特征沿著該裝置的長度變化；以及圖66-69是具有用于圖4、 17、 25、 46A、 55A或64A-C的光學(xué)裝
置的不同類型光源的發(fā)光體的框圖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明描述具有各種用于使光線分布能夠被控制的結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)照明裝置10a、 10b、 10c、 10d、 10e、 10f、 10g。雖然下面這些光學(xué)裝置10a-f中的每個都描述為本發(fā)明的不同實施例，但是單個的光學(xué)裝置可以具有一個或多個裝置10a-f中的結(jié)構(gòu)，如圖所示，例如沿光學(xué)裝置10g中的同一個表面或不同的表面。光學(xué)裝置10a-g由光學(xué)材料組成，例如塑料、玻璃、聚碳酸酯或硅樹脂，其折射率比周圍介質(zhì)的折射率要高，例如材料或氣體例如空氣，從而可以對通過該裝置內(nèi)全部內(nèi)反射處理的光線進(jìn)行導(dǎo)向。如下所述，在該光學(xué)裝置10a-g 的主體的表面上是表面起伏結(jié)構(gòu)，從而可以實現(xiàn)有效的光線提取，并控制該裝置泄露的照明的分布情況。光學(xué)裝置10a-g的結(jié)構(gòu)可以通過傳統(tǒng)的碾磨、車床加工或金剛石車削技術(shù)制作在提供這種裝置主體的光學(xué)材料的表面上。這種技術(shù)還可以被用于提供這種裝置的注模或噴出、或注模及之后的滑落或熱成型的模具，以形成非平面的幾何形狀或擠壓這種裝置的巨大平板。
光學(xué)裝置10a-g大部分都具有平行的由介電材料制成的成形結(jié) 構(gòu)，該介電材料大部分為透明的。該光學(xué)裝置10a-g的尺寸以及它們各自的結(jié)構(gòu)與光線的波長相比要大，所以衍射效應(yīng)幾乎可以忽略，從而可以對光建立射線模型。光學(xué)裝置10a-g作為光線的導(dǎo)管，為了耦合相鄰面射出的光線，該導(dǎo)管耦合到該結(jié)構(gòu)的一個面上。這與光纖相反，其中在大多數(shù)應(yīng)用中，光線耦合進(jìn)入一端，從相反一端射出。
光學(xué)裝置10a-g的表面利用反射以及折射來控制光線，從而耦合由該裝置射出的所有光，或者耦合出部分光，同時保持或縮小遺留在該裝置內(nèi)光的數(shù)值孔徑。該光學(xué)裝置根據(jù)通過離散步驟僅減小該光學(xué)裝置的尺寸來保持它們裝置內(nèi)光線的數(shù)值孔徑的原理進(jìn)行運(yùn)行，這與錐形光導(dǎo)是相反的，在錐形光導(dǎo)中該數(shù)值孔徑隨著光導(dǎo)厚度的減小而相應(yīng)增加。這就使得輸出在光學(xué)裝置尺寸減少的同時耦合而不增加該裝置內(nèi)傳輸光線的數(shù)值孔徑。為了理解圖1-45中所示光學(xué)裝置lOa-e的運(yùn)行原理，首先將該光學(xué)不變量視為光導(dǎo)尺寸和其內(nèi)傳輸?shù)墓饩€的數(shù)值孔徑的乘積。其中X為光導(dǎo)的尺寸，NA,為x方向的光線數(shù)值孔徑，由下式可得 (2) W,s"sin(0鄉(xiāng)—鵬).其中，裝置的光學(xué)材料的折射率為n，相對于裝置的軸，光線傳
播的最大角為化ayiax。公式U)和(2)表示了如果裝置的尺寸減小，
該光學(xué)裝置內(nèi)的光線角就會相應(yīng)增加。通過在耦合出光的同時，減小光學(xué)裝置的尺寸，來防止與絕熱錐形設(shè)計相關(guān)的數(shù)值孔徑的增加，從而避開該原理。這使得減小了光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)的厚度而不需要增加殘留光線的角度。這是很重要的，因為通?？赡軐⒐鈱W(xué)裝置的尺寸減小到某點(diǎn)，在該點(diǎn)處光學(xué)裝置或者從其本身側(cè)面泄露，或者實際反射回光源。下面對100%有效耦合出指定表面(除菲涅耳反射外)的該光學(xué) 裝置10a-e的光學(xué)設(shè)計原理進(jìn)行說明。如將要所述的，基本上所有入射到該裝置表面上的光線可以通過希望的表面耦合出(射出)，并在維持或減小殘留在該裝置內(nèi)光線的數(shù)值孔徑的同時耦合出這種光。并且，有可能控制該光學(xué)裝置射出的提取光線的輸出角分布。該光學(xué)裝置的幾個特征為
1 ) 宏觀光導(dǎo)》波長
2) 長度比厚度要長(典型地，>10倍的厚度)
3) 保持或降低殘留在該光導(dǎo)內(nèi)光線的數(shù)值孔徑
4) 通過耦合出光線來降低光導(dǎo)的尺寸從而保持?jǐn)?shù)值孔徑
5) 利用折射和全部內(nèi)反射來操縱光線的角度 6 ) 前側(cè)和后側(cè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
7)對于接近100%耦合效率而開發(fā)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)8) 對輸出光線角分布的最大控制
現(xiàn)在參照附圖1,所示的第一實施例的光學(xué)裝置10a具有光學(xué)材料主體12a，該主體12a沿上表面14a具有構(gòu)成階梯狀結(jié)構(gòu)11的一系列臺階。如圖所示每個臺階等距。如下面的理論討論所表明的，光學(xué) 裝置10a提供前側(cè)輸出耦合，這樣當(dāng)光線輸入到或注入到裝置10a的一端16a時，該光線被每個臺階的前出射面11a分布，并且該光線的大部分在主體12a內(nèi)內(nèi)反射，直到由這種前出射面分布為止。
光學(xué)裝置10a主要用于表明本發(fā)明的概念，并被j人為是所述實施例中最不優(yōu)選的，因為對光學(xué)裝置lOb-e增加的特征可以使幾乎所有入射在前側(cè)的光線耦合出，同時不必增加不射出該光學(xué)裝置的光線的數(shù)值孔徑。這種輸出耦合減小了光學(xué)裝置的尺寸，同時對以預(yù)定的方向輸出該裝置的光進(jìn)行耦合。該耦合輸出該光學(xué)裝置的光具有與在該裝置內(nèi)傳播的光線相同或比在該裝置內(nèi)傳播的光線較小的數(shù)值孔徑。這可以在不破壞光學(xué)不變量(公式(1))的情況下，通過從比光線耦合入光學(xué)裝置的區(qū)域(端面16a)充分大的區(qū)域(光學(xué)裝置的前表面) 射出光線實現(xiàn)。光學(xué)裝置10a的前表面14a包含有具有前端表面11a和平行表面 llb的不連續(xù)臺階，以便耦合輸出光線并降低主體16的厚度，而無需采用會增加在裝置內(nèi)傳播的光線的數(shù)值孔徑的斜錐體。圖2中示出了光學(xué)裝置10a的橫截面。該實施例將光線耦合輸出，同時不連續(xù)地降低該裝置的尺寸，從而保證了雖然裝置的厚度減小為零，在該光學(xué)裝置內(nèi)傳播的光線的數(shù)值孔徑也不會增加，這與絕熱錐形設(shè)計的情況相同。該實施例的目的是將光線從前表面14a上結(jié)構(gòu)的前出射面11a耦合輸出。不幸的是，該結(jié)構(gòu)ll還會使一些光線從后表面15a輸出。
圖2表示的是光線幾何學(xué)，其中光通過輸入端面16a注入該裝置。內(nèi)部光線用標(biāo)號為Ray a、 Ray b、 Ray c、 Ray d的四條光線表示。標(biāo) 號為Ray a的光線在圖中向光學(xué)裝置10a的表面向上傳播。如圖所示，光線入射在臺階面上并通過該臺階面從法線處發(fā)生折射并成功地射出該裝置。標(biāo)號為Ray b的光線平行于光軸17a傳播。如圖所示，該光線入射在出射面11a中的一個上，通過介質(zhì)-空氣界面進(jìn)行傳播，并平行于軸17a射出該裝置。如圖所示，標(biāo)號為Ray c的極端光線從裝置的上表面反射，然后射向一個出射表面lla。根據(jù)Snell定律，該光線從該出射面的法線處折射，然后再次進(jìn)入該裝置并向法線折射。再次進(jìn)入裝置的光線C現(xiàn)在以一種該裝置不支持的角度進(jìn)行傳播，并以不
希望的方向從后表面15a射出。這樣，光線裝置10a的結(jié)構(gòu)對于以希望方向?qū)⒐饩€輸出耦合來講則是無效的。Ray d描述的是經(jīng)過全部由后表面15a的內(nèi)反射的向下傳播的極端光線。只要光線裝置材料的折射率與外圍介質(zhì)的折射率的比足夠滿足入射光線的數(shù)值孔徑時，Ray d 的條件就會出現(xiàn)。下面對由后表面15a以及任何平行前表面lib (或任何平行于該裝置軸線的其它表面)反射以滿足最大角光線，例如圖2中Ray d的全部內(nèi)反射的有效性條件進(jìn)行說明。
該表面的臨界角定義為
(" €)一 -arcsin
及一其中該折射率比為 (4) ^s，，
""其中，變量和""分別為光學(xué)裝置10a的材料和介質(zhì)的折射率。
光學(xué)裝置10a內(nèi)光線的最大角為
(5) -鵬"resin
凡其中，NA為入射光線(空氣中)數(shù)值孔徑的正弦值。高斯分布光線的數(shù)值孔徑是在該分布的1/62強(qiáng)度值時角度的正弦值。對于高斯光束，幾乎沒有參數(shù)超出1/e'限制的能量傳播，這就可以用作限制光線。該光線在前出射面11a上的入射角由下式給出 (6) €)紐=±(90—對于光學(xué)裝置10a,為了使這些光線能夠全部內(nèi)反射，條件
(7) ,,^€>
必須滿足。圖3中圖示了為了支持入射光線的數(shù)值孔徑所必須的折射率比Rn。折射率比Rn>1.41將支持入射到該光學(xué)裝置10a值等于1.0 的數(shù)值孔徑。折射率比l大于圖3所示的限制這個條件對于為了使被引導(dǎo)的光線全部內(nèi)反射的所有光學(xué)裝置10a結(jié)構(gòu)來講是必要的。
參照附圖4，示出了本發(fā)明第二實施例的光學(xué)裝置10b。光學(xué)裝置10b具有光學(xué)材料的主體12b，該主體12b沿上表面l仆具有一系列連續(xù)的(或周期的)銳角斜坡(或棘齒)結(jié)構(gòu)18。每個斜坡結(jié)構(gòu)18都具有銳角上升(或坡度)表面18a和銳角前出射面(或刻面)18b。在光線入射在端16b上時，該前出射面18b對光線進(jìn)行分布，并且通過在主體12b內(nèi)全部內(nèi)反射直到被斜坡結(jié)構(gòu)18的前出射面18b分布，這種光才引導(dǎo)到裝置中。光學(xué)裝置10b通過每個斜坡結(jié)構(gòu)18有效地提取基本全部入射在前表面14b上的光(菲涅耳損失除外)，該每個斜坡結(jié)構(gòu)都具有正好在其自身出射面18b前向后斜置的上升表面18a。圖5 表示的是三個斜坡結(jié)構(gòu)18的前表面結(jié)構(gòu)的橫截面圖。上升表面18a和出射面18b構(gòu)成使該實施例有效的銳角。該銳角對于消除上述第一實施例光學(xué)裝置10a的缺點(diǎn)是必要的。用0b表示上升表面18a相對于光學(xué)裝置10b的軸17b的角度。用 0ef表示出射表面18b相對于軸17b的法線的角度。沿光學(xué)裝置10b的長度上，每個斜坡結(jié)構(gòu)18和下表面15b間的主體12b的厚度是相同的。下表面15b基本上是平的，并與光軸17b相平行，并為入射到該光學(xué) 裝置10b的全部光線提供全部內(nèi)反射，如公式(7)中的關(guān)系所示。所有入射到前出射面18b上的光線可以被耦合輸出，不像光學(xué)裝置10a 的光線c (圖2)的那種情況，有光線再次進(jìn)入光學(xué)裝置10b。通過對于給定的數(shù)值孔徑NA以及折射率比Rn，合理控制參數(shù)0k和0bf，上述這一點(diǎn)用斜坡結(jié)構(gòu)18來完成。當(dāng)全部光線都未提取的情況下，可以優(yōu) 化裝置，使得反射回該光線裝置10b的光線具有減小的角度從而降低殘留光線的有效數(shù)值孔徑。光線可以通過出射面18b的折射直接射出該光學(xué)裝置10b,或者光線可以由上升18a的頂部反射、然后通過出射面18b折射。在任一情況下，光線都通過出射面18b從光學(xué)裝置10b 耦合輸出。由于水平傳播以及向下傳播的光線絕對不會與出射面18b 作用，只有向上朝斜坡結(jié)構(gòu)18的出射面18b傳播的光線才可以有效地耦合輸出。這意味著只有一半的光線由斜坡結(jié)構(gòu)18耦合輸出，并且輸出光線的數(shù)值孔徑比原始耦合輸入光學(xué)裝置10b的光線的數(shù)值孔徑要小。由于光線輸出的面積要大于光學(xué)裝置10b的入射面16b，從而保證了光學(xué)不變量(公式(1)和(2))。設(shè)計光學(xué)裝置10b的自由參數(shù)為上升角0R、上升長度U、射出面0ef的倒角(cutback angle)。上升表面18a的長度減小至人眼幾乎不能識別出它們的一個點(diǎn)，提供具有預(yù)定角度輻射譜的擴(kuò)展光源。上升高度H為由以下關(guān)系給定的因變量
(8) //-ifltan( )與前表面18b相互作用的目標(biāo)為
a) 將光線耦合輸出該裝置；或者是
b) 循環(huán)地將反射光線以與其原始值相等或比其原始值小的角度值返回該裝置。該重要特征減小了裝置內(nèi)傳播的光線的數(shù)值孔徑。為此，有必要對圖6、圖7中所示的四個關(guān)鍵光線的限制進(jìn)行一下討論。圖6中，如圖所示，兩條極端角光線直接入射在結(jié)構(gòu)18的出射面18b上。Ray 1為以公式(5)所定義的0——_傳播的最大角光線。 Ray 2為最向下傳播的光線，它未經(jīng)上升表面18a反射，直接入射在出射表面18b上。在這些圖中，Ray 2為平行于軸線17b傳播并入射在出射面18b底部的角度為0的光線。條件被強(qiáng)加于出射面18b的角度0EF, 使得輸出光學(xué)裝置10b的光線將通過后面的上升表面18a再次進(jìn)入光學(xué)裝置。圖7表示的是光線在射向出射面18b之前，經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)18的上升表面18a的全部內(nèi)反射的兩種情況。它們?yōu)閳D7中的光線3和4。 Ray 3 表示的是這種情況數(shù)值孔徑和上升表面角0R使得反射光線為負(fù)角，并可以擊中出射面18b的底部，如圖所示。通常擊中出射面18b底部的光線將在上升表面18a的底部和頂部之間的上升表面18a的某個位置處發(fā)生反射。Ray 4表示的是這種情況光線的數(shù)值孔徑和上升表面 18a的角度使得從上升表面18a底部反射的光線向上傳播并以非零的高度H^y射向出射面18b。當(dāng)Ray3和Ray4相互作用的反射光線角為零時，這兩種情況將變壞，兩束光線入射到上升表面18a的底部，它們反射回的部分入射到出射面18b的底部。參見圖8，對光學(xué)裝置10b的第一項設(shè)計約束是關(guān)于出射面的角度，以避免在可以增加光線角度或者將光線反射回光源的角度上全部內(nèi)反射。這個條件是以最大向上角€)一_傳播的光線以小于光學(xué)裝置 10b的光學(xué)材料的臨界角的角度入射在出射面18b上。首先，采用圖8中的術(shù)語，相對于表面法線的光線入射角定義為
(9〉 m- -,+ w.
入射角必須小于光學(xué)裝置10b的光學(xué)材料的臨界角其中光學(xué)裝置10b的臨界角由公式(3)和(4)給出。
在這個點(diǎn)處，這些極端向上傳播的光線在出射面18b不會發(fā)生全部內(nèi)反射。這個約束條件可以被表述為對出射面角度的限制 (11) -利用臨界和最大輻射光線角對這個不等式進(jìn)行改寫，可得
<formula>formula see original document page 22</formula>為了使該約束條件形象化，圖9中對折射率比Rn的各種值示出了
該約束條件的圖。如果出射表面角0BF小于圖中所示的給定數(shù)值孔徑和
折射率比Rn的值，那么最寬角度輻射光線Ray 1將不會在出射面18b發(fā) 生全部內(nèi)反射。這是一種寬松的約束條件，允許在選擇出射面倒角時的一些設(shè)計寬容度。反過來，如果出射面18b的角度被增加至入射在其上的一些或全部光線都發(fā)生全部內(nèi)反射，那么這些光線將直接射向上升表面18a并以返回至光源的方向引導(dǎo)輸出該光線。該條件允許前表面結(jié)構(gòu)18被用來產(chǎn)生更寬角度的照明。現(xiàn)在該裝置可以照亮相當(dāng)寬范圍的角度。通過討論Ray 2的行為導(dǎo)出光學(xué)裝置10b的下一項設(shè)計規(guī)則，使角度0肝和0K之間的關(guān)系使得Ray 2不再通過后續(xù)的上升表面18a再次進(jìn)入光學(xué)裝置。光線角術(shù)語在圖10中定義。由于限制光線平行于裝置的軸線Ub，所以光線角€)Ray=0。公式(9)中的入射光線角的表述就變?yōu)?br> (13) 0h鳴f利用Snell，s定律計算通過上升表面18a折射的光線出射角0EXit:(15) e— w/"、 r公式(14)表示的是相對于表面法線的光線出射角。相對于軸線 17b，新的傳播角為
新的傳播角必須大于上升角，或光線將再次進(jìn)入光學(xué)裝置10b，并以大于其原始傳播角的角度折射。為了避開這個條件，新的傳播角
必須要大于上升表面角
替代該相關(guān)定義，上升角和出射面倒角值之間的關(guān)系為(7〉 arc魂"in(6)』一0"0及，當(dāng)滿足這個條件時，圖10所示的極端光線2將通過出射面18b 射出，而不會再次進(jìn)入光學(xué)裝置10b。為了清楚說明上升角和出射面角之間的關(guān)系，圖11中示出了對于光學(xué)裝置10b的折射率與外圍介質(zhì)的折射率的各種比值，上升角相對于出射面角的圖。該圖表示了對于給定的上升角，出射面角必須大于最小值，或者反過來，對于給定的出射面角，上升角必須小于最大值。這些曲線對通過這些前側(cè)表面18b 高效輸出耦合的解空間給出了限制。由于解位于該曲線下方和右側(cè)，增加折射率比Rn將增加解空間的大小。現(xiàn)在討論光線從上升表面18a反射然后通過出射面18b射出，如圖7所示的光線3和4所示的情況。為了討論，圖12示出了這種情況的詳細(xì)圖，其中示出了較為普通的Ray 4的作用。該光線的第一個作用是從上升表面18a反射中。該光線具有新的方向，為 (1S) =2^- —如果該光線入射在出射面18b上，那么它將從光學(xué)裝置10b耦合輸出，并以用0Ray-。ut表示的角度折射。為了確定該角度，有必要表示出相對于出射面的法線入射在出射面18b上的入射角(19) + w
然后，利用Snell定律，給出光線通過出射面相對于出射面法線傳播的角度 <formula>formula see original document page 24</formula>
相對于軸線17b的輸出光線角可以表示為 <formula>formula see original document page 24</formula>
利用輸出光線角的表述，可以對阻止光線再次進(jìn)入光學(xué)裝置10b
的條件進(jìn)行定義。如果反射光線的角度足夠小，使得由上升表面18a 的某些部分反射的光線可以以0;〈O的角度擊中出射面18b的底部，那么極端角光線將被入射在出射面18b的底部，如圖7中Ray 3的情況相同。在通過出射面18b折射后，它必須具有大于上升角的角度，以避免再次進(jìn)入光學(xué)裝置10b。這個條件為 <formula>formula see original document page 24</formula>
組合公式(14) - (18)給出的關(guān)系，并利用公式(5)中光線角的限制值，為定義光學(xué)裝置10b的另一設(shè)計參數(shù)所必要的關(guān)系為 <formula>formula see original document page 24</formula>-公式(23)是對于由上升表面18a反射并在出射面18b的底部通過出射面18b折射的光線的表達(dá)式。另一方面，如果上升角足夠大以使由上升表面18a底部反射的極端角光線(0Ray-max)的角為正角 (€>'Ray>0),那么光線入射到上升表面18a上的點(diǎn)為H—〉0(與圖5和 10中的Ray 4類似)。光線在出射面18b上的高度為 <formula>formula see original document page 24</formula>
其中當(dāng)光線確實傳播了整個距離U到達(dá)出射表面18b時，近似出現(xiàn)。光線傳播的距離稍微小于該距離，但是對于合理小的出射表面和上升角而言近似是相當(dāng)精確的。現(xiàn)在用表達(dá)式給出輸出光線避開后續(xù)
上升表面18a的頂部從而避免再次進(jìn)入光學(xué)裝置10b的條件
利用H和H^的定義，上面的方程可以被改寫成 (26) 加( -加"tan( )-)，其中公式(18)和(23)中分別對0'Ray和0Ra"ut的定義仍然適
用。公式(23)和(26)對上升表面18a的角度和出射面18b的倒角之間的關(guān)系給出了一個下限。為了使對于高效輸出耦合所必要的最后的設(shè)計條件形象化，圖13和14對不同的參數(shù)R。和NA給出了邊界條件。圖13顯示，對于固定的數(shù)值孔徑，折射率比下降時，最小角保持增加，這樣就減小了解空間的尺寸。圖14顯示，對于固定的折射率比，輸入照明的數(shù)值孔徑下降時，最小角約束也下降，這樣就增加了解空間的尺寸。這一設(shè)計約束的解釋是出射面18b和上升18a的角度必須大于由這些曲線定義的點(diǎn)的軌跡?，F(xiàn)在組合公式(12) 、 (17)、 (23)、 (26)中所表示的三個設(shè)計規(guī)則，可以按照希望選擇光學(xué)裝置10b的參數(shù)。圖15和16表示的是在折射率比R。分別等于1. 59和1. 4的情況下，用于選擇由光學(xué)裝置10b的三個限制設(shè)計規(guī)則限定的選擇這種參數(shù)的解空間。解空間的頂部由方程(17)所限制。解空間的右側(cè)由方程(12)中的臨界角限制所限制。解空間的底部由方程(23)和(26)中的反射-折射作用下的限制光線所限制。對于數(shù)值孔徑值為0.1、 0.2、 0.5情況下的解在這些圖中標(biāo)為陰影區(qū)域。例如，可以提供這樣的光學(xué)裝置10b，其中折射率比為1.59 (空氣中的聚碳酸酯)，如圖15中所示，出射面18b的角度值為18度，上升表面18a的角度值約為IO度。在另一例子中，可以提供這樣的光學(xué)裝置10b，其中折射率比為1.4 (空氣中的硅樹脂)，如圖16中所示，出射面18b的角度值為~ 24度，上升表面18a的角度值約為10度。由這些角限定的斜坡結(jié)構(gòu)18沿該裝置的上表面14b重復(fù)，以提供如圖 4中所示的光學(xué)裝置。出射面18b和上升表面18a的尺寸與光學(xué)裝置10b的整體厚度相比典型地要小。它們通常處于光學(xué)裝置10b原始厚度的1/10到1/1000 的范圍內(nèi)。所以對于其厚度為5mm的裝置10b的例子，輸出面18b的高度H可以在0. 005mm到0. 5mm的范圍內(nèi)。上升表面18a的長度由它的角度和上升高度H來確定。對于當(dāng)前的例子，這將意味著結(jié)構(gòu)18的長度L在0. Olmm到lmm的長度范圍內(nèi)。這些為近似范圍，在這些范圍之外運(yùn)行也是可能的。例如，較大的結(jié)構(gòu)18將會產(chǎn)生較粗糙、不太光滑的照明，而較小的結(jié)構(gòu)18將會得到更接近光學(xué)裝置表面14a的更光滑、更平坦的照明。當(dāng)結(jié)構(gòu)18減小到高度小于0. 05mm時，制造公差將變得更嚴(yán)格。如這些例子所表明的，解空間隨著折射率比的下降而變窄。增加
折射率比、減小輸入的數(shù)值孔徑照明可以增大光學(xué)裝置10b的可能參數(shù)的范圍。在這些例子中，射出該光學(xué)裝置的光線的角度可以通過調(diào) 節(jié)關(guān)于置信角(significant angular )范圍的這兩個角來調(diào)節(jié)。例如對于圖16中所示的NA=0. 1、折射率比Rn=1.4的情況，出射面角范圍可以在5和40度之間選擇。大的出射表面角起的作用像棱鏡一樣，以指引光線從光學(xué)裝置輸出。這種效果由下面對圖35A和35B的討論具體說明，其示出了當(dāng)出射面角從20度變?yōu)?0度時，所調(diào)整的光線分布。當(dāng)按照希望的方向?qū)⒐饩€從光學(xué)裝置10b有效地耦合輸出時，在
不將裝置的厚度降低至0或在裝置的端部19b (圖4 )處沒有最終出射面18b的情況下不可能耦合輸出所有的光線。端部19b處的出射面18b 應(yīng)該近似地等于前一個出射表面角，以提供與該區(qū)域射出的光線相同的角光譜。端部18b的出射面還可以結(jié)構(gòu)化以修正來自該表面的光線的角光譜。如下面對圖17的光學(xué)裝置10c進(jìn)行描述，降低光學(xué)裝置的從端部16b到端部19b的厚度被作為可選項，以耦合從光學(xué)裝置該端部輸出的殘留光線。在光學(xué)裝置10b的另一例子中，參照圖15，對于NA-O. 5、 Rn=l. 59 的解空間的中心位于上升角0 = 10度、出射面角0肝=18度的位置處。如果相對于光學(xué)裝置軸線的法線選擇光線發(fā)射角，那么所有的光線將
在出射面角和上升表面角的補(bǔ)角之間或在距離光學(xué)裝置軸線的法線18 和80度之間射出。這些角在沿著射入光線的傳播方向的大致向前的方向上提供照明。在進(jìn)一步的例子中，參照圖16， NA-O. 3、 Rn=1.40，可以選擇上升角0 =10度、出射面角0肝=30度。這種情況下，上升表面角大于最大光線輻射角，所以上升表面上的光線沒有反射，而射出光導(dǎo)管的所有光線直接入射在出射表面上。所有光線發(fā)射在出射面和上升表面角的補(bǔ)角之間，或距離光學(xué)裝置軸線的法線30和80度之間。光線再次以如入射光線的傳播方向所定義的大致向前的方向射出。
參照圖17，示出了本發(fā)明第三實施例的光學(xué)裝置10c。光學(xué)裝置 10c在上表面14c上具有斜坡結(jié)構(gòu)20，該斜坡結(jié)構(gòu)具有上升(坡度) 表面20a和出射面20b。斜坡結(jié)構(gòu)20類似于光學(xué)裝置10b的斜坡結(jié)構(gòu) 18，然而與光學(xué)裝置10b不同，光學(xué)裝置主體12c的厚度減小，而被耦合輸出光學(xué)裝置的光線的比率得到控制。這還可以減輕第二實施例的光學(xué)裝置10b中可能出現(xiàn)的問題，即，將剩余的光線耦合輸出光學(xué)裝置的端部。通過將光學(xué)裝置10c在端部19c處的厚度減小為0，可以將幾乎所有由端部16c輸入的光線從斜坡結(jié)構(gòu)20的出射表面20b提取出來。圖18是光學(xué)裝置10c前表面結(jié)構(gòu)的橫截面圖。出射表面的高度IW 是個變量，該變量不再按照方程(8)中的關(guān)系與上升角0a直接相關(guān)。作為替代，出射面20b以出射面角0EF連續(xù)傾斜向下、向后至出射面高度Hef,出射面高度Hm表示如下
其中無量綱的比例參數(shù)阿爾法(a)被引入，并限制為 <formula>formula see original document page 27</formula>(28) <formula>formula see original document page 27</formula>另外加上厚度的減小，光學(xué)裝置10c厚度下降率為 (29) <formula>formula see original document page 27</formula>與上升角0K的正切值成比例的量(1-a)用于引入相對于光學(xué)裝置10c的軸線17c的有效坡度。由于圖6中所示的Ray 1的作用對于該裝置是相同的，所以由公式(12)對Ray l的作用給出的對出射面角0BF的約束條件仍然適用。下面結(jié)合附圖19-22確定對于光學(xué)裝置 10c的光線Ray2'、 Ray 3'、 Ray 4'的約束條件。
圖19表示的是光學(xué)裝置10c內(nèi)Ray 2'的作用。極限向下折射光線可以表示為€)Ray: <formula>formula see original document page 27</formula>其中高度H仍然由公式(1)定義。利用H和HBF的定義，公式(22)可改寫為<formula>formula see original document page 28</formula>這與公式(29)給出的有效錐形角是相同的。由于Ray 2'向下傳播，該光線的入射角為
<formula>formula see original document page 28</formula>利用Snell定律以及前面給出的定義，輸出裝置10c的光線角表示為
<formula>formula see original document page 28</formula>
該出射的光線不得再次進(jìn)入光學(xué)裝置10c,所以它的角必須大于
上升角 <formula>formula see original document page 28</formula>/>式(34)為對于Ray 2'輸出光學(xué)裝置10c并且不再通過后續(xù)的上升表面20a進(jìn)入的判據(jù)。如果a-l，那么公式(34)就轉(zhuǎn)化為對于第二實施例的光學(xué)設(shè)計10b的公式(17)的表達(dá)式。圖20給出了該關(guān)系的解。隨著參數(shù)a的增加，角度上限向下移動，解空間變窄。在(1=1.3 的情況下，對于20度的出射面角，上升角必須小于8度。例如，在a=1.3 的情況下，8度的上升角實現(xiàn)了約2.4度的有效厚度降低，如公式(29) 中所述?，F(xiàn)在對由極端反射-折射光線作用施加在光學(xué)裝置10c的前面20c 上的設(shè)計約束條件進(jìn)行描述。為了該討論，圖n示出了 Ray 4'的作用。光線在出射面20b的高度11 7由下面的表達(dá)式給出 <formula>formula see original document page 28</formula>其中這又是一種近似關(guān)系。射出的光線不得再次進(jìn)入光學(xué)裝置
10c的條件可以重新表述為光線必須達(dá)到后續(xù)上升表面20a的尖端高度<formula>formula see original document page 28</formula> '
用定義來替換H和HRay，該條件可以被重寫為 (37) 加( ——^^-""tai^J-tanW^).當(dāng)a=l時該公式轉(zhuǎn)化為公式(26)，或者沒有厚度減小。該條件
適用于在出射面20b的光線位置滿足以下條件時
(38) 丹柳么o,其意思是這是Ray 4'的作用。這個條件可以表述為反射光線角 Ray 的條件
(39) tan(0.鄉(xiāng))2 (1 - a) * tan( R ).對于Ray 3'的作用，光線角不滿足這個關(guān)系，那么輸出光線角 0Ray—。ut將必須滿足如下條件
(40) —，"輸出光線角0"y,t再次凈皮定義為 (41) ~屮-arcsin^*sin(2公式(41)中的條件與公式(23)的相同。公式(37)和(41) 一起形成了用于選擇光學(xué)裝置10c參數(shù)的解空間的下限條件。圖22中對折射率比Rn=l. 59、數(shù)值孔徑為0.5、 a的不同值繪出了該限制條件。參數(shù)a不會嚴(yán)重影響該限制條件。圖23和24中，示出了光學(xué)裝置10c的三個設(shè)計約束條件，用于表示對于參數(shù)a的幾個值的解空間。對于相同的折射率比，解空間可以與圖13和14的解空間比較。該解空間可以隨厚度的降低而變窄。例如，圖24是對于選定的參數(shù)，對于1.4的折射率比、0. 5的數(shù)值孔徑用于100%耦合輸出該輸出面的窄的解空間。例如，在所示a=l. 3的情況下，可以從圖23中選出具有以在上升角值為8度、出射面角值為20度為中心的折射率比R。為1. 59、數(shù) 值孔徑為0. 5的參數(shù)的光學(xué)裝置10c。 0. 3和0. 1的數(shù)值孔徑對于這套參數(shù)而言仍然是非常大的。對于這個例子而言，由方程(29)給出的 (定義厚度降低的)有效錐形角約為2.4度。如果參數(shù)在光學(xué)裝置10c 的整個長度上是不變的，那么厚度將會在經(jīng)過約為光學(xué)裝置輸入端面 16c處的厚度或相對于該輸入面的第一個斜坡結(jié)構(gòu)20開始處的厚度的24倍長度后減小為0。對于這個例子，光線將在距離光學(xué)裝置10c軸線17c (圖18)的法線20度至82度之間的角內(nèi)，從端部16c沿著入射光線的傳播方向以向前方向射出。在另一實施例中，在所示a=l. 2的情況下，可以從圖24中選出具有以上升角度值為8度、出射表面角度值為24度為中心的折射率比 Rn為1. 4、數(shù)值孔徑為0. 5的參數(shù)的光學(xué)裝置10c。 0. 3和0. 1的數(shù)值孔徑對于這套參數(shù)而言仍然是非常大的。對于這個例子而言，方程(29) 給出的有效錐形角約為1.6度。如果參數(shù)在光學(xué)裝置10c的長度上是不變的，那么厚度將會在約為光學(xué)裝置輸入端面16c處的厚度或相對于該輸入面的第一個斜坡結(jié)構(gòu)20開始處的厚度的36倍長度上減小為 0。對于這個例子，所有的光線將在距離軸線17c的法線24度至82度之間的角內(nèi)，從端部16c沿著入射光線的傳播方向向前方向射出。
參照附圖25，示出了本發(fā)明第四實施例的光學(xué)裝置10d。與光學(xué) 裝置10c類似，光學(xué)裝置10d具有光學(xué)材料的主體12d，該主體12d 的上表面14d上具有斜坡結(jié)構(gòu)22,該斜坡結(jié)構(gòu)的厚度在沿從端部16d 到19d的長度上離散地或逐漸地降低，類似于光學(xué)裝置10c。每個斜坡結(jié)構(gòu)22具有上升(或坡度)表面22a和前出射面22b，它們分別類似于光學(xué)裝置10b和10c的斜坡結(jié)構(gòu)18和20。相鄰成對的斜坡結(jié)構(gòu)22 被平行于裝置的光學(xué)軸線17d的前表面14d上的平整表面24分割開。這種平整表面24的添加擴(kuò)寬了對于結(jié)合光學(xué)裝置10c討論的所有參數(shù) 范圍的解空間。圖26中示出了第三實施例光學(xué)裝置10d的橫截面圖。
除了出射面角0ef、上升角0R、出射面高度H肝幾個設(shè)計變量之外，還增加了參數(shù)S，其表示每個平整表面24特征的長度。這個平整表面的用途是調(diào)節(jié)光線從光學(xué)裝置10d輸出耦合的比率，從而擴(kuò)寬參數(shù)的解空間，同時維持未耦合輸出光學(xué)裝置的光線的數(shù)值孔徑。通過以下定義，參數(shù)S與上升表面U的長度聯(lián)系起來 ' "其中p為無量綱的比例參數(shù)，其范圍為 (43) ^0.
由于平整表面24的增加，光學(xué)裝置10d的有效錐形角的表達(dá)式(44)
^^c"'ve -啤er - angfe = aretan
(1-cr)*tan(€>，)' (1 + P)
為
公式(12)中給出的臨界角條件仍然有效?，F(xiàn)在將要確定最小和
最大角約束。平整表面24的增加使得在調(diào)節(jié)對于給定的一組參數(shù)也就是Rn和NA的上升和出射表面角時有了更大的設(shè)計自由度。
參照附圖27，出射面22b的高度將由公式(27)和(28)給定。限制向下傳播的光線(Ray 2")入射在出射面22b上。它從出射面22b 折射后的傳播角仍然由公式(33)中的表達(dá)式精確地表述。這次限制輸出角小于0"這是因為光線需要傳播額外的距離才能到達(dá)下一個上升22a。該輸出光線角的限制角現(xiàn)在被限制為
(45)
0
將H、 LK、 S的表達(dá)式代入，公式(45)可以寫成:
(46)
—?！?2arctan
L (1, J
L 」
用公式(33)所示的CKay。u,表達(dá)式，則光學(xué)裝置10d的上限角設(shè) 計約束條件為(47) arcsin(及n *sin[e>w-&^肌((0:-1)*^ (€^))]}-€)^ 2arctan對于條件^0，該方程轉(zhuǎn)換為公式(34)的表達(dá)式。圖28中對于各種參數(shù)給出了該設(shè)計約束。該圖表示的是隨著厚度的減小，參數(shù)a 增大，最大角約束降低，設(shè)計空間緊縮。然而，當(dāng)p從0增加到2時，對于a-1.5的值，平整表面24顯著地放松了對角的限制。
參照附圖29，現(xiàn)在對受光學(xué)裝置10d反射和折射的限制光線的約束條件進(jìn)行描述。首先討論對于Ray 4"的作用，反射光線角滿足公式 (37)表達(dá)式的情況。為了避免從后續(xù)的上升22a的上面再次進(jìn)入光學(xué)裝置10d，輸出光線的角度受以下表達(dá)式限制
(48)
0
:arctan
代入各個參數(shù)的值后，該公式變?yōu)?49)
An/-our
arctatii
-(2 - a) * tan(€>fl > - tan(2€>R — €>~_鵬)
1 + -反過來，當(dāng)光線角小于公式(36)中所定義的界限時，該光線的
作用與圖5中所示的Ray 3的作用類似，并且邊界條件變?yōu)?br> (50)
還可以改寫為

》arctan
(51)
、一 "rctan公式(49)和(51)表示具有厚度減小以及平整表面特征的光學(xué) 裝置10d解空間的下限角界限。圖30中圖示出了下限角。通過增大平整表面24的尺寸，與增加參數(shù)p—樣，基本充分降低了最小角。
圖31表示的是光學(xué)裝置10d的對于參數(shù)值a=1.5、p=1.0、Rn=1.59、數(shù)值孔徑值為0.5、 0.3、 0.1的所有三個設(shè)計約束條件。例如，光學(xué)裝置10d的參數(shù)可以選為折射率比Rn = 1.59，其位于上升角約為8度，出射面角約為18度。參照公式(44)，對于該例子的有效錐形角約為 2度。如果參數(shù)在光學(xué)裝置10d的整個長度上是不變的，那么為了將厚度降為0，光學(xué)裝置的長度約為初始厚度的29倍。對于這個例子，所有由端面16d入射的光線將在相對于裝置軸線17d (分圖26)的法線 18度至82度之間的角內(nèi)，以相對于入射光線的傳播方向向前的方向從前表面14d射出。圖32表示的是光學(xué)裝置10d的對于參數(shù)值a=1.5、p=1.0、Rn=L40、數(shù)值孔徑值為0.5、 0.3、 0.1的所有三個設(shè)計約束條件的另一圖。在另一例子中，光學(xué)裝置lOd參數(shù)可以選為NA為0.5、上升角約為8度、出射面角約為24度。對于這個例子的有效錐形角約2度。這個例子的光線分布在相對軸線17d的法線24度和82度之間。
下面對來自光學(xué)裝置10b、 10c、 10d的前側(cè)銳角斜坡結(jié)構(gòu)的光線分布進(jìn)行詳細(xì)描述。所有三個裝置10b、 10c、 10d都可以是光線分布的兩個限制情況。笫一種情況可以得到廣角照明，其分布在由沿包含出射面和上升表面的法線的平面的出射表面和上升平面限定的角內(nèi)。第二種情況可以得到較窄的分布，其可以通過調(diào)節(jié)出射面角來控制。笫一種情況與接近0. 3或更大的數(shù)值孔徑值相應(yīng)。第二種情況對更小的數(shù)值孔徑值(通常小于0. 3)有效。兩種情況中，光線都是以與原始光源分布相同的方式沿光學(xué)裝置10b、 10c、 10d的寬度分布，除非光學(xué)裝置的寬度發(fā)生了變化，例如后面結(jié)合圖41-45所描述的用于實現(xiàn) 光源對準(zhǔn)的情況。對于寬角度分布的情況，該第一個光線分布的例子成功的條件是光學(xué)裝置10b、 10c、 10d的斜坡結(jié)構(gòu)18、 20、 22的角度被選為使上升角約為最大光線角0—1 的一半，出射面角0w為或接近由光線適當(dāng)?shù)?數(shù)值孔徑的臨界角界限所限定的最大角。例如，在圖25的光學(xué)裝置10d 中，滿足要求的參數(shù)接近值約為8度的上升角，約為18度的出射面角。圖34A中說明了對于這個例子的光線分布，并且圖34B給出了圖示。水平軸為光線相對于光學(xué)裝置軸線的法線的方向。那么零度的照明角垂直于光學(xué)裝置的表面，90度的照明角正好平行于光學(xué)裝置的軸線。圖34B的圖表示的是光線分布在介于出射面角(18度)和上升表面角的補(bǔ)角(82度)之間的角范圍內(nèi)。多數(shù)光線落入在距離表面法線60度和80度之間。對于其它銳角光學(xué)裝置10b和10c的數(shù)值孔徑值和折射率比Rn的幾個值，也可以得到相似的例子。當(dāng)光線的數(shù)值孔徑較小，因此在光學(xué)裝置體內(nèi)的角分布很小時，可以調(diào)整上升和出射表面的角度從而控制從光導(dǎo)管輸出的光線的分布。圖35A和35B中表示的是小數(shù)值孔徑NA-O. 1、折射率比R,1.4、上升表面角為2度的情況下的光線分布圖。對于上升表面和NA的這些值，光線直接通過出射面角射出并從上升表面反射出，然后通過出射面表面射出。圖35A中出射面角為20度，并且大多數(shù)光線分布在相對于光學(xué)裝置法線約為80度角的附近。對于圖35B,出射面角為"度，并且照明集中在相對于光學(xué)裝置法線約為65度角處。采用這些NA和 Rn的其它銳角光學(xué)裝置10c和10d可以類似地具有圖35A和35B的這種光線分布。對于更窄的分布，入射到光學(xué)裝置10b、 10c、 10d的光線的數(shù)值孔徑足夠小，以使得上升面角超出了圖33中曲線所限定的光導(dǎo)中光線
的最大角0iUy-組。選擇大于限制光線角0iUyia,的上升面角。這就保證
了將沒有光線從上升表面反射，取而代之的是直接入射到出射表面上。在這種情況下，光線分布將比出射表面與上升表面之間的角小，并且
該分布可以;波控制在由垂直于出射表面和上升表面的表面組成的表面上。該控制可以通過在由處于圖33中曲線上的角和所給設(shè)計實例的最寬角度約束所限定的值之間調(diào)節(jié)出射面角0ef來完成。例如，在圖10 的光學(xué)裝置10b的例子中，當(dāng)NA-O. l時，對折射率比R,1.4，最大光線角0一，x約為4度，如圖33所示。所以上升表面角0B必須至少為4 度。參照圖16，出射面角必須在IO度和41度之間。圖36中，給出了對于出射面角0EF的幾個值的光線分布圖。該圖表示的是對于這幾個參數(shù)由這個例子的光學(xué)裝置10b發(fā)射出的光線的規(guī)范化強(qiáng)度分布。要記住，這個解只允許光線位于由4度的上升角的補(bǔ)角所限定的角上或位于86度的照明角上。圖36還表示了隨著出射面角增加，光線分布向光學(xué)裝置軸線的法線，也就是90度方向轉(zhuǎn)動，同時保持相對窄的光線分布。對于其它銳角光學(xué)裝置10c和10d的數(shù)值孔徑和折射率比的幾個值，也存在類似的例子。可選地，光學(xué)裝置10a、 10b、 10c、 10d的前出射面lla、 18b、 20b或22b可以為沿它們各自上表面14a、 14b、 14c、 14d上沿它們弓形角傾斜面的橫截面上為曲面。例如，圖37表示光學(xué)裝置10b的部分橫截面，其中前出射面18b為凹的，而不是圖5中所示的直的。前出射面的曲率會影響沿該裝置厚度方向上輸出光線的角度，如圖37中入射在彎曲出射表面18b上的光線l'"和2"'所示，與它們直接入射在圖6、 8、 10中出射表面18b上的對應(yīng)物Ray 1和2相類似。斜坡結(jié)構(gòu)18的上升18a角度足夠大以避免反射。彎曲的前出射面18b改變了來自于裝置10b上表面14b的光線分布，從而可以提供被導(dǎo)向的減小數(shù)值孔徑的照明。光學(xué)裝置10a、 10c、 10d的前出射面lla、 20b、 22b可以是相似的曲面，或者前出射面lla、 18b、 20b或22b可以具有其它形狀，用于為它們各自的裝置10a、 10b、 10c、 10d提供希望的光線分布。
可選地，光學(xué)裝置10a、 10b、 10c、 10d的前出射面lla、 18b、 20b或22b可以分別在裝置的寬度上遵循彎曲路線，從而影響來自于它們各自上表面14a、 14b、 14c、 14d的光線分布。例如，圖38表示的是圖4的光學(xué)裝置10b，其中每個上升(坡度)表面18a以及每個前出射面18b的前緣在沿裝置的寬度方向上呈彎曲狀，而不是像圖4所示那樣是直的。光學(xué)裝置10a、 10c、 10d的前出射面lla、 20b、 22b可以是相似的曲面，或者前出射面lla、 18b、 20b或22b可以在沿裝置的寬度方向上具有其它形狀，用于為它們各自的裝置10a、 10b、 10c、10d提供希望的光線分布。并且，前出射面lla、 18b、 20b或22b可以同時沿裝置的寬度(例如，圖38)和沿它們各自上表面上沿銳角斜面 (例如，圖37)的橫截面上成形。雖然上述光學(xué)裝置10b、 10c、 10d在圖示中它們的光軸通常都與它們各自后表面平行的平面對準(zhǔn)，但是光學(xué)裝置的主體也可以關(guān)于垂直于裝置軸線的軸彎曲，如圖39所示，或者關(guān)于平行于裝置軸線的軸彎曲，如圖40所示，或者關(guān)于平行于裝置軸線的軸完全彎曲從而形成柱形，如圖41所示。雖然圖39-41表示的是光學(xué)裝置10b，光學(xué)裝置 10c、 10d也可以形成類似的形狀。并且，不受這些圖中所示的那些為具體照明應(yīng)用所需的形狀限制，光學(xué)裝置10b、 10c、 10d還可以形成其它形狀或是它們的組合。圖15、 16、 23、 24、 31、 32關(guān)于各個光學(xué)裝置10b、 10c、 10d 的圖表示的是，為了有效輸出耦合，當(dāng)數(shù)值孔徑增加地遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了值 0. 5時，參數(shù)的選擇變得很小或?qū)τ诟≈档恼凵渎时萊n—起消失。通常希望或者具有比空氣中聚碳酸酯1. 59更高的折射率比Rn,或者希望改變光源的數(shù)值孔徑以使光學(xué)設(shè)計可以有些靈活性。
參照圖42-45,光學(xué)裝置10b、 10c或10d的主體可以在它們的用于輸入光線的端面與它們的第一個銳角斜坡結(jié)構(gòu)之間具有成形的輸入部分28a-c，從而可以為了獲得有效的輸出耦合的目的減小光學(xué)裝置中光線的數(shù)值孔徑，或者擴(kuò)寬光學(xué)裝置對于給定光源數(shù)值孔徑的可選參數(shù)。這個結(jié)果是因為光學(xué)裝置尺寸的增加降低了光學(xué)裝置中光線的數(shù) 值孔徑，由方程(1)的表達(dá)式可顯而易見得到。例如，為了滿足數(shù)值孔徑達(dá)到NA=1,光線可以被耦合輸入其折射率比R。至少為1.4的光學(xué) 裝置中，如圖3所示。一旦高NA的光線被耦合進(jìn)入光學(xué)裝置，那么為了降低被引導(dǎo)光線的數(shù)值孔徑，可以將光學(xué)裝置成形。光線數(shù)值孔徑在垂直于光學(xué)裝置前和后表面的方向上減小。例如，圖42和43表示的是光學(xué)裝置10d，其輸入部分28a的厚度沿著光學(xué)裝置的輸入面從端部16d向第一斜坡結(jié)構(gòu)22的起始部增加。圖42表示的是長的輸入端面16d，例如用于耦合來自線光源，例如線性LED陣列的光。圖示的光學(xué)裝置的厚度以拋物線軌跡增長以提供光線的快速對準(zhǔn)。圖43表示的是更緊湊的端面16d，例如用于耦合來自小光源的光，其中厚度再次增加以提供光學(xué)裝置內(nèi)光線的對準(zhǔn)。如果適當(dāng)增加裝置的厚度，斜坡結(jié)構(gòu)22就可以有效地將光學(xué)裝置的光線耦合輸出。將光學(xué)裝置10d厚度降低至零或接近零就可以按照希望提供所有光線的有效分布。輸入部分28a處光學(xué)裝置的厚度應(yīng)該增加直到獲得希望的數(shù)值孔徑。雖然圖42和43表示的是光學(xué)裝置10d，但是為了提供希望的對準(zhǔn)，其它光學(xué)裝置10b、 10c也可以類似地具有成形的輸入部分。圖44和45中，為了在寬度方向上降低光學(xué)裝置10b的數(shù)值孔徑，對輸入部分28b和28c分別成形，從而在該方向上輸出降低數(shù)值孔徑的光線。圖44表示的是具有拋物線錐度的輸入部分28b，圖45表示的是具有線性錐度的輸入部分28c，位于端部16b和寬度方向上的第一斜坡結(jié)構(gòu)18之間，從而增大了光學(xué)裝置的寬度并減小了光學(xué)裝置內(nèi)以及沿該寬度方向光學(xué)裝置輸出的光線輻射的NA。這可以被用于由單個小光源獲得較寬的照明，為將更多來自于較大區(qū)域的平行光線傳播以設(shè) 計照明的分布或降低光學(xué)裝置表面上的強(qiáng)度。雖然圖44和45表示的是光學(xué)裝置10b，但是為了提供希望的對準(zhǔn)，其它光學(xué)裝置10c、 10d 也可以類似地具有成形的輸入部分。并且，雖然圖42-45中表示的是對光學(xué)裝置的主體成形來提供它們各自的輸入部分28a-c,可選地，可以用光學(xué)元件替代這些輸入部分或與這些輸入部分組合，以提供和/或提高光學(xué)裝置照明范圍的定制和/或調(diào)整。參照附圖46A，表示的是本發(fā)明第五實施例的光學(xué)裝置10e,光學(xué)裝置10e具有結(jié)構(gòu)化的后側(cè)表面，光線由其上表面射出。光學(xué)裝置 10e具有光學(xué)材料的主體30，其具有斜坡結(jié)構(gòu)32和下降結(jié)構(gòu)36，該斜坡結(jié)構(gòu)32和下降結(jié)構(gòu)36在裝置的下表面34上彼此交替。斜坡結(jié)構(gòu)32 和下降結(jié)構(gòu)36在沿著代表裝置軸線37的方向上延伸，該方向與裝置的上表面33基本平行，如圖48所示。每個斜坡結(jié)構(gòu)32都具有相對于軸線37的銳角上升表面(或上升)32a。每個下降結(jié)構(gòu)都具有相對于軸線37的法線37a成銳角的下降表面，并且表面36b與上表面基本平行。裝置主體的厚度隨著斜坡結(jié)構(gòu)32和下降結(jié)構(gòu)36相互交替地沿著裝置從端部38向端部39的延伸逐漸降低。正如下面理論說明所述，從端部38接收到的光線在主體30內(nèi)被全部內(nèi)反射，直到被一個斜坡結(jié)構(gòu)反射分布從而從裝置的上表面射出或者傳輸經(jīng)過斜坡結(jié)構(gòu)之一經(jīng) 由相鄰的下降結(jié)構(gòu)之一返回至主體。
為了照明的目的，認(rèn)為通常的光學(xué)元件41都具有圖46B的兩個平整表面41a和41b。光線入射在端面41c以及射入相對于軸線40所限定的角空間的光線，其特征在于光學(xué)元件41的光學(xué)材料的數(shù)值孔徑 (M)由以下表達(dá)式限定 w , 。 —
W""sind鵬， (52)其中"為光線在其中傳播的外圍介質(zhì)的折射率，^_為光線相對于任意軸在這個例子中為軸40的最大角。光線由光源輸入，如果角^^足夠小，那么光線將不會超過光學(xué)裝置材料的臨界角，并且可以通過全部內(nèi)反射保持對光學(xué)裝置的約束，直到遇到改變其傳播角度的結(jié)構(gòu)或
特征，并從光導(dǎo)中射出或輸出。來自于光源的光線(由箭頭42表示) 在空氣中以相對于表面法線和軸線40成"角的方向射在光學(xué)元件41 的輸入表面41c上。根據(jù)Snell定律，該光線在表面41c上被反射， w sin 6 = sin S , 并以角度0在光學(xué)元件14中傳播。最后，該光線以相對于當(dāng)前法線成角/ 的方向射在上表面41a上。如果p大于由下式所限定的臨界角， . n、
、J" /9e = arcsmj _ , 、",那么該光線會經(jīng)歷全部內(nèi)反射(TIR)，并且沒有光線透射過該
表面。這是光導(dǎo)的基本原理，TIR中的^和"的條件是 ,, "、
問59CT — arcsin丄，
(54).。
9(T — arcsirii注意，當(dāng)"大于W時，所有角度達(dá)到9(T的光線都將進(jìn)入光學(xué)元件 41并全部,皮內(nèi)反射。在圖46A的光學(xué)裝置10e中，斜坡結(jié)構(gòu)32改變了光線的傳播角，使其從前表面33輸出到定義的角空間內(nèi)。圖47表示的是光學(xué)裝置10e 應(yīng)用的例子，其中來自光源44的光線從端部38射入光學(xué)裝置10e，并從上表面33輸出光線(由箭頭46所示)。沿著下或底表面34的斜坡結(jié)構(gòu)32改變光學(xué)裝置10e內(nèi)光線的方向，以從上表面33輸出。雖然裝置10e被示出為平面襯底，但是該裝置也可以是類似于前面對于光
37學(xué)裝置10b-e所描述的曲面或彎曲面。圖48表示的是部分橫截面，用于更詳細(xì)地表示圖46A的結(jié)構(gòu)化后表面34。如前所述，該結(jié)構(gòu)由重復(fù)的緊跟著下降結(jié)構(gòu)36的斜坡結(jié)構(gòu) 32組成。下降結(jié)構(gòu)36具有代表棱鏡結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)化表面的下降表面(或逐步降低的斜坡)36a以及平面區(qū)域或表面36b。斜坡和下降結(jié)構(gòu)重復(fù) 的次數(shù)由光學(xué)裝置10e的大小以及光線射出的面積來決定。
參照圖48中所描述的角，首先考慮射在單個上升32a上的光線 47a。光線以相對于軸37成角度^的方向傳播。圖中，除^之外的所有角都表示為正角。光線以相對于上升法線的角度p射在上升32a上。如果J5大于臨界角，那么該光線將經(jīng)歷TIR,并向上反射而朝著光學(xué) 裝置的上表面33。光線以角度^,從上表面33射出。這些角與上升角《之間的關(guān)系為 / =卯'一《+ (9,
(55) 《u,-P—《-90'-2^ + A
sin(l9加)=nsind)- m sin (90。 - 20, +力正值的《 ,表示的是相對于表面法線順時針旋轉(zhuǎn)的角。
例如，假設(shè)光學(xué)裝置10e的光學(xué)材料具有^1.5的折射率，光源在空氣中的數(shù)值孔徑為0.5或30°。該裝置中，相對于裝置軸線的最大的角范圍將是6_ =19.47、作為由公式(55)描述的上升角函數(shù)的輸出角
范圍可以用給定的^值也就是t。 0、 -& 來確定。圖49給出了本例
的結(jié)果。對任意給定的上升角，存在由0 = 0_和-^M兩曲線之間的垂
直分隔確定的輸出角的范圍。例如，對于40。的上升角，輸出角的范圍在從對于-^^的-14.3。到對于^^的47.6°,如垂直的虛線所示。增大折射率可以使^的曲線更加垂直更加靠近，并且會增大輸出角的范圍。例如在圖49中，40°的上升角可以得到-14到48度的輸出角。
如果上升角為45°，那么^ = 0的光線會直接反射并從輸出表面的法線進(jìn)入表面，其它反射光線的輸出角約為對稱的0°，并以與輸入光線相同的NA輸出。如果坡度角被選為淺的，以至于輸出角《M大于上表面的臨界角，那么一些光線，由e二^^的曲線開始，將在上表面經(jīng)歷TIR并繼續(xù)向光學(xué)裝置的下方傳播，但是角度大于^^，這樣就增加了光學(xué)裝置內(nèi)部光線的數(shù)值孔徑。這是不希望出現(xiàn)的情況，因為它將導(dǎo)致通過光學(xué)裝置后側(cè)的顯著損失。在圖49的例子中，最小的上升角出現(xiàn)在33.8°，對于曲線6:^,，在該點(diǎn)處的輸出角為90°。因此，希望選擇一個足夠大的上升角，使得所有從上升反射的光線都從前表面輸出。
在大多數(shù)情況下，并非所有的光線在射向上升時都會經(jīng)歷TIR。如果圖48中的(3小于方程(53)中的臨界角，那么該光線將被分成反射光線和透射光線。反射光線如上所述進(jìn)行，從上表面輸出。透射光線從上升表面32a折射出并繼續(xù)傳播輸出后表面34。上升角和光線角共同決定這個條件何時出現(xiàn)，并在圖49的例子中以虛曲線下方的區(qū)域表示。如果后表面34是鏡面的，那么所有的光線無論角度如何都將反射向輸出表面33，這樣就可以避免這個問題。然而，將后表面做成鏡面并非在所有應(yīng)用中都可行，因此，這對考慮需要捕獲該光線并將其重新引導(dǎo)向輸出表面33的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)具有指導(dǎo)意義，尤其是因為透射光線攜帶有大部分能量時。對于通過上升32&透射的光線的極端條件出現(xiàn)在光線以6 = -6_的角度射在上升的底部時。圖50中表示了這種情況。折射光線47b以相對于截斷下降結(jié)構(gòu)32的棱鏡表面36a的軸線37成《_的角度輸出。光線入射在下降表面36a的高度/;和位置Ar決定了光學(xué)裝置10e的錐形因子，其使得裝置的厚度逐漸降低。這些參數(shù)通過下述表達(dá)式相關(guān)聯(lián) fc
其中通過Sne11定律sin"'="sin-，使角點(diǎn)與p相關(guān)聯(lián)。這樣折射光線角和上升表面以及入射光線角之間的關(guān)系為<formula>formula see original document page 40</formula>圖51中給出了對于相同的三個e值，即&狀、0、 -6_的對于上述例子的該表達(dá)式的圖示?！禵的最大值為上升表面角《，圖中的虛線，其出現(xiàn)在上升32a的臨界角上。在上升角小于28.7°的例子中，所有的光線都在上升經(jīng)歷TIR，然而，如圖49所示，這種上升角會導(dǎo)致一些反射光線在上表面上發(fā)生TIR,這是我們?yōu)榱吮３止饩€的NA在光學(xué)裝置10e內(nèi)而希望避免的情況。必須獲得一種折衷，并且必須允許一些光線透過上升表面32a。上升角可以選擇，以為上升32a的TIR光線提供合適的反射角，使得它們射出上表面33，同時以透射角折射其余光線，從而使得它們可以被下降表面36a的棱鏡結(jié)構(gòu)所捕獲并反向循環(huán) 進(jìn)入光學(xué)裝置10e?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向與斜坡結(jié)構(gòu)32相鄰的下降(或下坡)結(jié)構(gòu)36的棱鏡結(jié) 構(gòu)，其用途是捕獲穿過上升32a的光線并以介于±6_之間的角度將其折射回光學(xué)裝置10e。依據(jù)光線射入的角空間以及所希望用于傳播所捕獲的折射光線的角空間，這可以是正坡度或負(fù)坡度表面。這些光線再次進(jìn)入光學(xué)裝置的角度&,可以結(jié)合附圖52來確定，圖52更詳細(xì)地表示出了下降表面36a的棱鏡結(jié)構(gòu)。下降表面36a的入射面相對于法線的角為"，透射光線47c相對于該表面法線的角為/ 。該光線相對于法線成/ 角進(jìn)行折射，并相對于裝置的軸線37成^角再次進(jìn)入光學(xué)裝置 10e。這些角之間的關(guān)系為
柳 + L注意，圖中所示的所有角都為正向。用變量"和《_得到~的解
<formula>formula see original document page 40</formula>
在圖53中，對"等于0、大于0、小于0，且"=1.5時該方程的結(jié)
果給出了圖示。上升的上升間隔丄、上升上度Ax以及上升32a的數(shù)量決定了上表面33的發(fā)射區(qū)域的長度。圖54A-C中，根據(jù)一條正好錯過第一上升表面32a的極端光線6 = ^_入射在光導(dǎo)下一表面的位置，示出了￡的三種可能性。圖54A中，該極端光線47d入射第二上升32a的位置位于該上升底部往上的位置處。后續(xù)的透射光線將從比對于第一上升32a 高的位置&處入射在下一棱鏡下降表面36a?？蛇x地，如果/7保持不變，那么長度Ax,可以被縮短。在這種情況下，L可以趨于零，那么每個上升32a開始于前一棱鏡下降表面36a的底部。圖54B表示的是一個具體例子，其中錯過第一上升32a的極端光線47e入射在第二上升32a的底部。光學(xué)裝置內(nèi)光線的M、上升表面角、棱鏡角、上升表面長Ax以及錐形高度"所有這些決定L的值。
圖54C表示的是丄為大于圖54B的任意值的情況。在這種情況下，一些極端光線47f入射到平行于軸線37的平整表面36b。這些光線47f 以及入射到該表面36b的所有光線都進(jìn)行TIR，并順著光學(xué)裝置傳播。通過這種方式，上表面33輻射區(qū)域的長度可以被擴(kuò)展。其優(yōu)點(diǎn)在于，通過光線的全部內(nèi)NA可以照亮上升32a的每個點(diǎn)。如果長度丄與光學(xué) 裝置10e的其它參數(shù)相比變得很大，那么上表面33輸出光線的空間分布會變得不均勻，呈現(xiàn)出條帶效應(yīng)。這對于例如用戶直接觀看輸出表面33的顯示器的應(yīng)用是有問題的。但是對于例如普通意義上的照明的應(yīng)用，這樣是沒問題的，并且為了擴(kuò)展輻射區(qū)域的長度希望這樣。
在某些情況下，當(dāng)透射光線6一為負(fù)值時，使光學(xué)裝置逐漸變細(xì) 的能力會受到圖54A-C中所示的光學(xué)設(shè)計10e的限制。
參照附圖55A，表示的是本發(fā)明第六實施例的光學(xué)裝置10f，除了具有交替出現(xiàn)的下降結(jié)構(gòu)外與裝置10e類似，所以用相同的附圖標(biāo) 記表示裝置10e和10f中相同的元件。裝置10f中，每個下降結(jié)構(gòu)36 在下降表面36a和平整表面36b之間具有上升表面36c。上升表面36c 相對于軸37的角為^。該上升36c對一些透射光線進(jìn)行重新導(dǎo)向，仍然將它們保持在光線的原始NA內(nèi)，并提供一種裝置，通過將平整表面 36b放置在截取正好錯過上升32a最高點(diǎn)的第一極端光線47g的點(diǎn)處，從而降低光學(xué)裝置10f的厚度。該平整表面36b相對于光學(xué)裝置10f 后側(cè)原始平面的高度是可以變化的?，F(xiàn)在可以沿光學(xué)裝置10f的長度更靈活地改變上升32a和下降表面36a之間的長度丄。
圖55B中，極端光線47h的軌跡遵循^二-^x。它以角度《，穿過第一上升32a,直到在其以角度^再次進(jìn)入光學(xué)裝置的點(diǎn)處而擊中棱鏡下降表面36a。該光線向其以角度《^進(jìn)行全部內(nèi)反射的上升36c傳播，并且順著光學(xué)裝置繼續(xù)傳播。根據(jù)上升36c的折射角&,、上升表面角y，得到反射角為
<formula>formula see original document page 42</formula>該角必須小于光學(xué)裝置10f內(nèi)光線的最大角，即^x。一旦y被設(shè)
定，那么就可以通過圖中所示的極端光線與上升表面36c的交叉點(diǎn)，確定上升36c的錐形高度/;以及長度5的最大值。如果從上升36c反射的所有光線在射向光學(xué)裝置10f的上表面33 之前先射向下一上升32a的表面，那么就可以放松對《^必須小于^_的要求。在上表面33上，該所有光線必須小于臨界角，從而它們可以被射出并且不會發(fā)生全部內(nèi)反射?，F(xiàn)在對圖46A的光學(xué)裝置10e的一個例子進(jìn)行說明，其中斜坡結(jié) 構(gòu)32和下降結(jié)構(gòu)36與圖54A中所示的相同，其中下降棱鏡表面36a 足夠大，從而可以捕獲透射過上升32a的光線，并且平整表面36b位于每對上升32a之間。在這個例子中，輸入光學(xué)裝置的光線在空氣中的數(shù)值孔徑為O. 5，由折射率為1. 5的材料制成。在該光學(xué)裝置內(nèi)，光線角的范圍在相對于光學(xué)裝置長度為-19. 74°到+ 19. 74°的范圍內(nèi)。希望這個例子中上表面33的輸出關(guān)于該表面的法線對稱，如圖47和48 所示。由于希望輸出的光線分布是對稱的，所以選擇可以使上表面33 輸出的光線在±30°的輸出角范圍內(nèi)的45°的上升角。這種上升角會使光線以負(fù)角透過上升32a,也就是角度在軸線37之下，如圖51所示。
位于下降棱鏡表面36a上的光線需要被捕獲并折射返回至光學(xué)裝置。在圖56A中，表示了根據(jù)這個例子的光學(xué)裝置10e，其中圖56B 表示的是第一個三斜坡結(jié)構(gòu)32和交替的下降結(jié)構(gòu)36的詳細(xì)橫截面圖。通過所示的光線示出了結(jié)構(gòu)32和36對光線的影響。在第一上升表面 32a處，考慮兩條透射光線48a和48b: —條光線48a源于極端光線 6 = -^_,另一條光線48b以正好在臨界角下的角度入射在上升32a上并生成角度為上升角《的透射光線。這些將確定用于下降棱鏡表面36a 的角度范圍。極端光線以-4.7°的角度透射過45°角的上升表面。為了捕獲光線48b,下降棱鏡表面36a延伸從而形成后表面34a,該后表面34a位于原始后表面34水平線的下方。9.3°的棱鏡角以6 = 0°的角度將光線38b折射在光學(xué)裝置內(nèi)。然而，也必須考慮第二光線48a。當(dāng) 《，=《并且~=^><時，求解關(guān)于下降棱鏡表面角"的方程(61)，得
到角《 = 16.3°。在這個角處，原始6 = -6_的光線48b以-8.6°的角度再次
進(jìn)入棱鏡結(jié)構(gòu)，很好地位于光線的原始M內(nèi)。對于這個例子，上升表面角《和下降棱鏡表面角"在光學(xué)裝置的整個長度上都為常量。在光學(xué) 裝置10e的其它例子中，可以針對具體的照明應(yīng)用按照需要變化上升角和棱鏡角。與下一上升32a的間隔L由幾個因素決定。為了構(gòu)成錐形，下一下降結(jié)構(gòu)36的底部必須要高于后表面34。這就需要最低的極端光線 48c從高于上升32a底部的位置射入第二上升32a，如圖56B中的變量 /7所示。間隔丄越小，射入位置將越高。如果第二和后續(xù)上升32a的高度//等于高度/;，那么所有上升和間隔都相等。如果//大于"那么距離￡將沿著光學(xué)裝置10e的長度增加。上升32a將在尺寸上增加，并間隔的間距更大，如圖58中所示的光學(xué)裝置10e的例子所示。
圖57中表示的是當(dāng)/z:/;，并且在光導(dǎo)的整個長度上，上升32a 間的間距均一時，圖56的例子中的輸出光線分布。圖57的曲線圖表示的是在輸出上表面33旁邊的平面內(nèi)沿光學(xué)裝置軸線的相對光線分布。位置^ = 0表示后側(cè)表面結(jié)構(gòu)32和36的起始位置，這個位置上的光線分布最大，并順著光學(xué)裝置的長度逐漸降低。通過降低上升表面順著裝置移動的間隔丄，從而增加每單位長度上升表面的數(shù)量，以獲得越來越多的光線，或者通過使H大于/7從而增加上升表面順著光導(dǎo)移動時的表面面積，如圖58中的例子所示，可以提高光線分布的均一性。
下面將利用圖55A-55B的附加上升表面36c來說明光學(xué)裝置10f 的例子。圖59A表示的是根據(jù)該例子的光學(xué)裝置10f，其中圖59B表示的是第一個三斜坡結(jié)構(gòu)32以及之間交替出現(xiàn)的下降結(jié)構(gòu)36的詳細(xì)橫截面圖。所有的斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)都是相同的，且之間的間距是常量。這個例子的輸出光線分布表示在圖60中。該圖表示的是在輸出上表面33上在光學(xué)裝置長度方向上的光線分布。這個例子表示出了比前一個例子更好的均一性，并且可以通過上升32a間隔l的改變進(jìn)行改進(jìn)。圖61的曲線圖表示的是光線分布結(jié)果，其中間隔丄以線性方式從第一上升32a處的最大值降為最后上升32a處的零值。該例子的其它參數(shù)，也就是上升角、上升長度以及二級上升角保持不變。上升32a 間間隔的降低從根本上改善了光線分布的均一性。圖61所示的輸出分布，與圖34A、 34B、 35A、 35B、 57、 60同樣都是利用光學(xué)建模計算機(jī) 軟件例如亞利桑那州的圖森的Breault Research公司銷售的ASAP模擬的。在多數(shù)應(yīng)用中，希望增大輸出光線分布的角范圍，使其超過從具體光源和利用單個上升角正常獲得的角范圍。圖49表示的是對于給定的光源數(shù)值孔徑和光導(dǎo)折射率，輸出角的范圍由公式(55)中的表達(dá) 式所給定的上升角所限定。通過組合多種上升角的方式，或者個別地改變與其相鄰表面相關(guān)的一個上升的角度，或者通過將每個上升分為多個部分并為每個部分設(shè)定稍微不同的角度，則可以增加輸出角的范圍。圖62中表示了這種對每個上升表面32a的分割，其中上升32a 被分成三個部分49a、 49b、 49c，它們具有逐漸陡峭的不連續(xù)的角。現(xiàn) 在將確定上升角、輸出角、棱鏡面角以及二級上升角之間關(guān)系的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于每個上升的每個部分。上升的第一部分49a的角度最窄，以致于任何從該部分出去的透射光線都具有最大的正坡度角并且會更容易地被下降棱鏡表面36a捕獲。因此，該表面36a不必像圖58的例子中的第一下降結(jié)構(gòu)36那樣延伸到后表面所在平面的下方。
還可以通過如圖63所示的連續(xù)改變上升表面的坡度，來獲得輸出角的擴(kuò)展。取代用離散坡度分割上升表面的做法，現(xiàn)在上升表面32a 變?yōu)檫B續(xù)的曲線49d，坡度的范圍由所希望的耦合輸出光線輸出角的范圍來決定?？蛇x地，光學(xué)裝置10e或10f的底表面34 (包括結(jié)構(gòu)32和36 ) 可以具有例如介電或金屬的反射材料層或涂層。例如，可以采用傳統(tǒng) 的金屬工藝，例如用于鏡子或半導(dǎo)體生產(chǎn)中的工藝，來設(shè)置該反射材料。在采用這種反射材料的過程中，沿底表面34的全部內(nèi)反射不在是設(shè)計的差異，因為所有的光線都將被反射，因此，下降結(jié)構(gòu)的角度不是光學(xué)裝置設(shè)計中的關(guān)鍵。參照附圖64A-C,示出了根據(jù)本發(fā)明第七實施例的光學(xué)裝置10g 的例子，該光學(xué)裝置10g具有由光學(xué)材料制成的單個主體，并具有在光學(xué)裝置10b-d中用參考數(shù)字50表示的上側(cè)結(jié)構(gòu)和光學(xué)裝置10e-f中用參考數(shù)字51表示的下側(cè)結(jié)構(gòu)。裝置10g的主體52具有帶有沿上表面53a的上側(cè)結(jié)構(gòu)50的第一主體部分52a和帶有沿底表面53b的下側(cè) 結(jié)構(gòu)51的第二主體部分53b。當(dāng)光線沿著端部54輸入時，不被第一部分52a的結(jié)構(gòu)50分布的光線被第二主體部分52b接收，并被結(jié)構(gòu)51 分布。由第一主體部分52a分布的光線54和由第二部分52b分布的光線可以提供來自于裝置10g的上表面53a的混合照明56。雖然只表示出了兩個主體部分52a和52b，但是裝置10g可以在沿著裝置長度的方向上從輸入光線的輸入端具有任意數(shù)量的連續(xù)部分，其中所述部分的至少一個具有多個結(jié)構(gòu)51，該部分的至少另一個具有多個結(jié)構(gòu)52。與前面實施例的光學(xué)裝置10b-10f—樣，光學(xué)裝置10g也可以根據(jù)裝置的光學(xué)材料的折射率以及前面描述的對于裝置10b-10f選擇這種光線分布的這種參數(shù)，提供預(yù)定的光線分布。說明光學(xué)裝置10b-e的圖表示的是表示沿著它們各自的上表面 14b-e按照固定周期而周期重復(fù)的圖案的結(jié)構(gòu)。這可能是為了從這些裝置獲得均一的光線分布所希望的。然而，在某些應(yīng)用中，希望獲得不均勻的分布，其中結(jié)構(gòu)的周期和/或高度在裝置的全部或部分上是不同的。例如，圖65表示的是圖25的光學(xué)裝置10d，其中斜坡結(jié)構(gòu)22的高度、具有平整表面24的斜坡結(jié)構(gòu)22的周期在上表面14d上是變化的，從而可以對來自裝置不同區(qū)域的光線分布進(jìn)行控制和調(diào)制。雖然這個例子中表示的是周期和高度從輸入端16d沿著裝置的長度成比例地增加，但是對于具體應(yīng)用，也可以類似采用其它在周期上和/或高度上不均勻的變化如所希望地控制輸出該裝置的光線強(qiáng)度和分布。并且，雖然采用光學(xué)裝置10d說明了這個例子，但是其它光學(xué)裝置10b、 c、 e 也可以類似地變化它們各自前表面結(jié)構(gòu)的周期和高度。進(jìn)一步，雖然圖58的光學(xué)裝置10e的例子表示的結(jié)構(gòu)32和36從輸入端16d開始從端部38向端部39成比例地增加，但是光學(xué)裝置10f還可以具有其周期和高度相似增加的結(jié)構(gòu)32和36，或者光學(xué)裝置10e或10f具有一個或多個在周期和/或高度上變化的結(jié)構(gòu)32和36，從而根據(jù)具體應(yīng)用按照期望地控制該裝置輸出光線的分布和強(qiáng)度。具體地，光線由多種光源中的一種發(fā)出沿著末端輸入到光學(xué)裝置 10a-g，該多種光源例如是光纜、光纖束、發(fā)光二極管(LED)或任何其它類似的光源。作為例子，圖66中示出的是具有擴(kuò)展光源的發(fā)光體58。圖66中，發(fā)光體58具有帶有光學(xué)裝置62的殼體59和在沿光學(xué) 裝置62的寬度方向上提供照明的擴(kuò)展光源60，該擴(kuò)展光源發(fā)射這種用于從裝置62上的輻射區(qū)域63(由虛線表示)輸出的照明。例如，擴(kuò)展光源60可以表示受阻的萸光管，用于在光學(xué)裝置62的輸入表面62a 的方向上提供光線。光學(xué)裝置62表示光學(xué)裝置10b-g中的一個或其組合，其中輻射區(qū)域沿著該裝置的上表面。作為例子，圖67表示的是帶有發(fā)光二極管(LED)光源70的發(fā) 光體64。圖67中，發(fā)光體64具有帶有光學(xué)裝置68的殼體66和用于發(fā)射照明的LED光源70，該照明從沿裝置68的輻射區(qū)域69 (由虛線表示)輸出。光學(xué)裝置68具有錐形的輸入端68a，其使得來自小的單個LED光源70的照明可以在光學(xué)裝置較大的寬度上均勻地展開。這對于用于普通照明的目的是有用的，例如對于顯示器的照明。輸入端68a 可以與圖45的輸入端28c類似。光學(xué)裝置68表示的是光學(xué)裝置10b-g 中的一個或其組合，其中輻射區(qū)域沿著該裝置的上表面。
作為例子，圖68表示的是帶有光源陣列的發(fā)光體72。圖68中，發(fā)光體72具有帶有光學(xué)裝置76的殼體74和在光源裝置76輸入面76a 的整個寬度上提供均勻照明的LED光源陣列78，該LED光源陣列78用于發(fā)射沿裝置76的輻射區(qū)域77 (由虛線表示)輸出的照明。優(yōu)選地，光學(xué)裝置76從其輸入表面76a沿著裝置的長度逐漸變細(xì)，從而使得逐漸降低的厚度降低該方向上的數(shù)值孔徑。LED陣列78可以是同色的，或者是多色的，例如紅(R)、綠(G)或藍(lán)(B),從而可以為高效建筑和顯示的應(yīng)用提供顏色混合的白光照明。混合RGB的LED光源會比白光的LED更有效。并且，陣列78可以為一維或二維的LED陣列，或者是多組LED陣列，其中每組提供不同顏色通道的照明，例如紅(R)、綠(G)或藍(lán)(B)或其組合，從而提供希望的顏色照明效果。這個例子的發(fā)光體72，從輸入表面76a起在沿其長度方向的厚度上具有這種錐形，可以在該方向上提供小角度的照明，并且這種照明可以表示用于LCD顯示器的黑-白單元，其中傳播方向與垂直的視線方向一致，因此，數(shù)值孔徑的減小與多數(shù)顯示裝置垂直方向上所需的視角減'J、一致。光學(xué)裝置72代表光學(xué)裝置10b-g中的一個或其組合，其中輻射區(qū)域沿著該裝置的上表面。作為例子，圖69表示的是具有光纖光源的發(fā)光體80。圖69中，發(fā)光體80具有帶有光學(xué)裝置83的殼體82和光纖86,該光學(xué)裝置83 接收來自于代表光(或燈)源85的光纖光源84的光線，該光纖86具有輸入端86a和向殼體82延伸的輸出端86b。因此，來自光源85的光從外部，例如從遙遠(yuǎn)的位置提供給殼體82。這個例子的發(fā)光體80對于來自太陽、激光或單個燈源84b的遠(yuǎn)程光源的照明是有用的。對于普通意義上的分布式照明，單個遠(yuǎn)程光源可以為一個或幾個發(fā)光體80提供照明。光學(xué)裝置83代表光學(xué)裝置10b-g中的一個或其組合，其中輻射區(qū)域81 (由虛線表示)沿著該裝置的上表面。圖66-69的殼體59、 66、 74、 82及其內(nèi)部元件的尺寸和形狀可
以根據(jù)希望的照明應(yīng)用來制作，因此，不受圖中所示情形的限制。在殼體59、 66、 74的例子中，照明光源60、 70、 78分別可以通過電纜或連接器59a、 66a或74a的電連接接收能量。這種能量可以由殼體內(nèi) 的電池提供。并且，這種發(fā)光體58、 64、 72、 80還可以在沒有它們各自殼體的情況下使用，或者屬于大殼體的一部分，或者與其它電學(xué)和/ 或光學(xué)元件組合在一起用于希望的應(yīng)用，例如LCD顯示器。
通過圖66-69的解釋，任何光源都可用來耦合來自光學(xué)裝置10a-g 的光線輸入端的光線，并且這種光學(xué)裝置可以與光源耦合在一起作為照明儀的一部分，照明儀在本文中稱之為發(fā)光體，其中光線被耦合輸入光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置在與光學(xué)裝置前、后表面垂直的方向上對準(zhǔn) 或未對準(zhǔn)。例如，這種照明儀可以是在預(yù)定方向上傳播光線的發(fā)光體，利用一個或多個熒光光源的熒光儀、利用固態(tài)LED光源的LED照明儀、利用來自激光光源的光的激光照明儀、白熾光或者利用白熾光源的照明4義、太陽輻射4義，例如部分天窗或窗戶；混合光源，例如太陽和固態(tài)LED光源照明儀，或來自于通過另一光導(dǎo)或光纖傳遞的遠(yuǎn)程光源，遠(yuǎn)程的熒光、白熾光、LED或日光光源。例如，在建筑的照明應(yīng)用中，光學(xué)裝置10a-g可以是用于安在墻體或安在頂篷照明的平面發(fā)光體，替換安在頂篷的熒光燈的用于個人辦公室空間照明的發(fā)光體，例如小臥室的桌面照明的部分。其它應(yīng)用可是是用于直接照明的照明儀，例如緊急照明、黑暗公共場所例如劇院、博物館藝術(shù)或特殊顯示物內(nèi)的通道、架子、通過針對臺階放置燈的樓梯、用于壁櫥照明的衣服桿等。光學(xué)裝置10a-g還可以用作液晶顯示器、利用該技術(shù)的背光字或利用光導(dǎo)技術(shù)的槽形發(fā)光字的背光照明。光學(xué)裝置10a-g還可以用來為醫(yī)療、牙科、獸醫(yī)裝置和器械、例
如用于手術(shù)的戴在手腕上的可穿戴式照明光源或用于醫(yī)療人員的戴在頭上的照明提供照明。其它應(yīng)用包括為光能治療提供光量、將光傳遞給病人身體的各個部分用于其它類型的光學(xué)治療，例如生發(fā)和皮膚治
療，由LED光源傳遞精確的照明，或為通過照明來控制生理節(jié)奏，提供具有精確色溫的顏色混合的照明。光學(xué)裝置10a-g還可以用于交通工具的照明應(yīng)用(例如平板照明，如小燈、霧燈，用于飛機(jī)的間接照明、用于飛機(jī)和汽車的直接讀數(shù)照明、用于飛機(jī)緊急出口的直接照明)、個人照明應(yīng)用(例如，將照明光源和光學(xué)裝置結(jié)合在帽檐中、戴在頭上的照明光源、戴在手腕上的或用于作業(yè)工人的戴在頭上的穿戴式光源)、工具照明應(yīng)用(例如，將光學(xué)裝置和光源結(jié)合在工具把柄上的手握式工具、將光導(dǎo)提供于安全項目用于個人使用的安全照明，例如頭盔、手套、發(fā)光尺、帶電工具的手柄和護(hù)軍)、運(yùn)動照明應(yīng)用(例如發(fā)光的運(yùn)動器材，例如籃球的籃板；運(yùn)動器材的桿，例如棒球棒、曲棍、長曲棍、網(wǎng)球球拍；或者用于運(yùn)動目的發(fā)光的建筑場館和例如曲棍球、足球、英式足球的網(wǎng))、廚房照明應(yīng)用(例如，將光導(dǎo)結(jié)合在燒烤工具的手柄上用于燒烤器具的照明或電廚具把柄)。通過前面的描述，很顯然提供的是光學(xué)照明引導(dǎo)裝置以及用于該
裝置的發(fā)光體。本文所述的對根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)裝置和發(fā)光體的變更和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是毫無疑義的。因此，前面的描述只作為說明，不具限制意義。
權(quán)利要求
1. 用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置，包括主體，該主體的表面具有階梯結(jié)構(gòu)或多個銳角斜坡結(jié)構(gòu)用于提供多個前出射面，其中入射在所述裝置一端的光線被所述前出射面分布，并且所述光線的至少基本部分在所述主體內(nèi)內(nèi)反射直到被每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面分布為止。
2. 用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置，包括主體，該主體的表面具有多個銳角斜坡結(jié)構(gòu)；以及每個所述斜坡結(jié)構(gòu)具有分布所述光線的前出射面，其中從所述裝置一端入射的光線在所述主體內(nèi)基本上全部內(nèi)反射，直到被每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面分布為止。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述前出射面的末端與沿所述表面的下一斜坡結(jié)構(gòu)的起始端相接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述表面表示的是第一表面，所述主體具有第二表面，其中所述第一和第二表面分別表示的是該裝置的上和下表面，并且所述第二表面基本為平的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中每對相鄰的所述斜坡結(jié)構(gòu)由基本上平行于并且面向于所述第二表面的平整表面相間隔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述主體具有表示用于輸入光線的所述一端的第一端，和第二端，每個所述斜坡結(jié)構(gòu)沿所述第一表面的尺寸相等，每個所述斜坡結(jié)構(gòu)在所述第一和第二端之間朝著所述第二表面逐漸變細(xì)，從而逐漸減小裝置的厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述第二端處的厚度基本為零，前出射面分布。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中主體具有表示用于輸入光線的所述一端的第一端，和第二端，所述斜坡結(jié)構(gòu)沿著所述第一端和第二端之間表示裝置軸線的方向上延伸，其中每個所述斜坡結(jié)構(gòu)都具有相對于所述軸線成銳角的斜坡表面，每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面表示的是相對于所述軸線法線成銳角的表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中0,表示斜坡表面相對于所述軸線的角度；G)^表示每個所述結(jié)構(gòu)的所述前出射面相對于所述軸線法線的角度；所述主體是由折射率(NA)的材料制成；K為所述主體材料的折射率與所述主體外圍介質(zhì)的折射率的比；并且根據(jù)至少下面方程，選擇所述角0,、 0￡F:_ 1 _1 wS arcsin一 arcsin——崩arcsin[7 " * sin(0胖)- ^ ^ /
10. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中由每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面分布的所述光線從所述主體在一定的角范圍內(nèi)分布所述光線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中由每個所述結(jié)構(gòu)的下降表面分布的所述光線從所述主體在寬角度上分布所述光線。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的所述前出射面是彎曲的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的所述前出射面是平的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中主體具有表示用于輸入光線的所述一端的第一端，和第二端，并且所述斜坡結(jié)構(gòu)沿著所述第一端和第二端之間的方向延伸，所述主體沿所述第一和第二端之間的所述方向彎曲。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中主體具有表示用于輸入光線的所述一端的第一端，和第二端，所述斜坡結(jié)構(gòu)沿所述第一和第二端之間表示裝置長度的方向上延伸，并且所述主體沿著所述裝置的寬度彎曲。
16. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述主體在所述第一個所述斜坡結(jié)構(gòu)和所述用于輸入光線的一端之間具有輸入部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述輸入部分被成形，以便于光線從所述一端傳向具有所述斜坡結(jié)構(gòu)的所述主體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中主體具有表示用于輸入光線的所述一端的第一端，和第二端，所述斜坡結(jié)構(gòu)沿所述第一端和第二端之間的代表裝置軸線的方向上延伸，所述輸入部分在第一個所述斜坡結(jié)構(gòu)的方向上沿著至少一個所述軸線或垂直于所述軸線的方向向所述第一端逐漸變細(xì)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述主體表示的是圓柱體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述表面表示的是上表面，所述斜坡結(jié)構(gòu)表示的是第一斜坡結(jié)構(gòu)，所述主體具有第一部分和第二部分，其中所述第一斜坡結(jié)構(gòu)沿著所述第一部分的所述上表面提供，所述裝置進(jìn)一步包括沿著所述下表面的第二斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)，它們彼此交替出現(xiàn)，從所述主體的所述第一部分接收的光線在所述主體的所述第二部分內(nèi) 全部內(nèi)反射，直到由每個所述第二斜坡結(jié)構(gòu)的斜坡表面反射分布，從而出射所述上表面或者從所述斜坡表面透射回到下一相鄰下降結(jié)構(gòu)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中每個所述第二斜坡結(jié)構(gòu)包括與所述軸線成銳角的上升表面，每個所述下降結(jié)構(gòu)包括與所述軸線的法線成銳角的下降表面，以及基本上與所述上表面平行的表面。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中每個所述下降結(jié)構(gòu)的所述下降表面表示的是棱鏡表面。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中第一平整表面比從所述一端向第一個所述第二斜坡結(jié)構(gòu)延伸的后表面低，第一平整表面之后的每個下降結(jié)構(gòu)的平整表面高于沿光學(xué)裝置長度的前一平整表面，這樣降低了光學(xué)裝置的厚度。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其中每個所述第二斜坡結(jié)構(gòu)和所述下降結(jié)構(gòu)在尺寸上隨著厚度沿所述下表面的降低而成比例地增加。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中每個第二斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面被分成了與所述軸線成越來越陡峭銳角的多個表面。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中每個斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面具有連續(xù)變化的坡度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中沿至少所述第二斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)的下表面具有反射材料。
28. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中由裝置的所述上表面對光線的分布按照下面的一個或多個進(jìn)行每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的斜坡表面的高度、每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的斜坡表面的角度、每個所述斜坡結(jié)構(gòu)的前出射面的角度以及相鄰所述斜坡結(jié)構(gòu)之間的間隔。
29. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中對于每個所述斜坡結(jié)構(gòu)，斜坡表面的高度、斜坡表面的角度、前出射面的角度在所述上表面上是相同的，其中相鄰所述斜坡結(jié)構(gòu)之間的間隔在所述表面上是相同的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中對于一個或多個所述斜坡結(jié)構(gòu)，斜坡表面的高度、斜坡表面的角度以及前出射面的角度在所述表面上是變化的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的裝置，其中對于一個或多個所述斜坡結(jié)構(gòu)，相鄰所述斜坡結(jié)構(gòu)之間的間隔在所述表面上是變化的。
32. 根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，進(jìn)一步包括光源，用于將光線輸入給所述裝置的所述一端。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中所述光源為燈、單個LED、 LED陣列或光纖光源。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中所述光源和所述裝置位于殼體內(nèi)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中所述殼體是可安置在表面上的。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其中所述裝置位于殼體內(nèi)，所述光源包括光纖，該光纖具有位于所述殼體外用于接收照明的輸入端和伸入所述殼體內(nèi)用于將光線傳遞給所述裝置的輸出端。
37. 用于引導(dǎo)照明的裝置，包括主體，該主體包括下表面和具有一系列結(jié)構(gòu)的上表面，其中所述一系列結(jié)構(gòu)從裝置的一端沿著代表裝置軸線的方向延伸；以及每個所述結(jié)構(gòu)包括緊跟下降表面的上升表面，其中所述上升表面和所述下降表面相對于所述軸線構(gòu)成角度，從而可以使在所述一端輸入所述主體的光線從所述結(jié)構(gòu)的每個所述下降表面分布，同時被沿所述下表面和所述結(jié)構(gòu)的上升表面全部或基本內(nèi)反射。
38. 用于引導(dǎo)照明的裝置，包括主體，該主體包括上表面和具有多個斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)的下表面，其中所述斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)沿所述下表面彼此交替地出現(xiàn)，所述斜坡結(jié)構(gòu)和下降結(jié)構(gòu)沿著代表裝置軸線的方向延伸，該裝置軸線基本上平行于所述上表面，其中從所述主體一端接收的光線在所述主體內(nèi)被全部內(nèi)反射，直到被一個所述斜坡結(jié)構(gòu)反射而分布從而從所述上表面出射，或透過一個所述斜坡結(jié)構(gòu)通過相鄰的一個所述下降結(jié)構(gòu)返回進(jìn)入所述主體。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中每個所述斜坡結(jié)構(gòu)包括與所述軸線成銳角的上升表面，每個所述下降結(jié)構(gòu)包括與所述軸線法線成銳角的下降表面以及基本平行于所述上表面的表面。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中每個所述下降結(jié)構(gòu)的所述下降表面為梭鏡表面。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中第一平整表面比從所述一端向第一個所述斜坡結(jié)構(gòu)延伸的后表面低，第一平整表面之后的每個下降結(jié)構(gòu)的平整表面高于沿光學(xué)裝置長度的前一平整表面，這樣降低了光學(xué)裝置的厚度。
42. 根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中每個所述斜坡結(jié)構(gòu)和所述下降結(jié)構(gòu)在尺寸上隨著沿所述下表面的厚度降低成比例的增加。
43. 根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中每個斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面被分成了與所述軸線成越來越陡峭銳角的多個表面。
44. 根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中每個斜坡結(jié)構(gòu)的上升表面具有連續(xù)變化的坡度。
45. 根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中所述下表面具有反射材料。
46. 根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，進(jìn)一步包括光源，用于將光線輸入給所述裝置的所述一端。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46的裝置，其中所述光源為燈、單個LED、 LED 陣列或光纖光源。
48. 根據(jù)權(quán)利要求46的裝置，其中所述光源和所述裝置位于殼體內(nèi)。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48的裝置，其中所述殼體是可安置在表面上的。
50. 根據(jù)權(quán)利要求38的裝置，其中所述裝置位于殼體內(nèi)，所述光源包括光纖，該光纖具有位于所述殼體外用于接收照明的輸入端和伸入所述殼體內(nèi)用于將光線傳遞給所述裝置的輸出端。
51. 用于引導(dǎo)照明的裝置，包括主體，具有上表面和下表面以及從輸入光線的輸入端沿裝置長度的多個連續(xù)部分；至少一個所述部分的上表面具有多個具有前出射面的笫一斜坡結(jié) 構(gòu)，其中，光線能夠在所述一個所述部分內(nèi)進(jìn)行反射，從而由所述前出射面沿所述上表面的分布；以及至少另一所述部分的下表面具有多個第二斜坡結(jié)構(gòu)，其中，光線能夠在所述另一所述部分內(nèi)被反射，從而由一個所述第二斜坡結(jié)構(gòu)反射以由所述上表面出射的分布。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51的光學(xué)裝置，其中由所述第一斜坡結(jié)構(gòu)和所述第二斜坡結(jié)構(gòu)出射所述光學(xué)裝置的光線被組合，從而提供一定的光線分布。
53. —種照明儀，包括具有上表面和下表面的光導(dǎo)裝置，所述上和下表面中的至少一個包括用于沿所述上表面提供照明的銳角斜坡結(jié)構(gòu)圖案，其中當(dāng)所述斜坡結(jié)構(gòu)的位置是沿所述下表面時，則從所述上表面導(dǎo)出光線；當(dāng)所述斜坡結(jié)構(gòu)的位置是沿所述上表面時，則從所述斜坡結(jié)構(gòu)的銳角出射表面導(dǎo)出光線；以及光源，用于將光線輸入給所述光導(dǎo)裝置。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53的照明儀，進(jìn)一步包括具有至少所述光導(dǎo)裝置的殼體。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54的照明儀，其中所述殼體進(jìn)一步具有所述光源。
56. 根據(jù)權(quán)利要求54的照明儀，其中所述殼體是可安置在表面上的。
57. 根據(jù)權(quán)利要求53的照明儀，其中所述光源為燈、單個LED、 LED 陣列或光纖光源。
全文摘要
提供了用于引導(dǎo)照明的光學(xué)裝置(10a，10b，10c，10d)，每個光學(xué)裝置都具有主體(12a，12b，12c，12d)，該主體在其前或上表面(14a，14b，14c，14d)上具有階梯形(11)或銳角斜坡結(jié)構(gòu)(18，20，22)，用于從這種結(jié)構(gòu)(11，18，20，22)的出射面(11a，18b，20b，22b)分布由裝置的一端(16a、16b、16c、16d)輸入的光線，同時該光線的至少基本部分在主體內(nèi)被全部內(nèi)反射直到實現(xiàn)這種分布。還提供了光學(xué)裝置(10e，10f)，每個光學(xué)裝置具有主體(30)，該主體的下表面(34)具有彼此交替出現(xiàn)的銳角斜坡結(jié)構(gòu)(32)和下降結(jié)構(gòu)(36)，從而使得來自于端部(38)的光線在裝置內(nèi)被全部內(nèi)反射直到被這種斜坡結(jié)構(gòu)(32)反射進(jìn)而射出裝置的上表面(33)或透過該斜坡結(jié)構(gòu)(32)射向相鄰下降結(jié)構(gòu)(36)進(jìn)而返回裝置?？梢栽诠鈱W(xué)裝置(10g)的上和下表面(53a，53b)上都提供銳角斜坡結(jié)構(gòu)(50，51)，用于沿著這種上表面(53a)分布光線。
文檔編號F21V3/02GK101421557SQ200780013064
公開日2009年4月29日申請日期2007年2月8日優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者D·J·謝爾特勒, M·G·莫里斯, S·H·查克馬可吉安, T·塞爾斯申請人:Rpc光子學(xué)公司

完整全部詳細(xì)技術(shù)資料下載