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CN105765291B - 用于直接-间接照明的光导照明装置 - Google Patents

用于直接-间接照明的光导照明装置 Download PDF

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Abstract

照明装置包括发光元件(LEE)；以向前方向从第一端至第二端延伸的光导，光导设置成在第一端接收由LEE发射的光并引导所接收的光至第二端；和耦合到第二端以接收引导光的光学提取器。光学提取器由透明、实心材料形成并包括第一输出表面和反射部分，所述第一输出表面包括布置和成形为以向前角度范围透射引导光的第一部分至周围的透射部分，所述反射部分布置和成形为经由TIR反射入射在反射部分上的所有引导光；和第二输出表面，其布置为以向后角度范围透射由第一输出表面的反射部分反射的光至周围。

Description

用于直接-间接照明的光导照明装置
技术领域
本公开通常涉及固态基光导照明装置，例如涉及光导照明装置，其包括带有输出表面的光学提取器，所述输出表面具有成形为经由全内反射(TIR)反射入射其上的引导光的部分。
背景技术
光源用于各种应用中，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。热灯丝借助用惰性气体填充或抽真空的玻璃外壳保护免于在空气中氧化。白炽光源在许多应用中正在逐步由其它类型的电灯取代，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
本公开涉及包括带有输出表面的光学提取器的照明装置，所述输出表面具有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的部分。
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：
在一个方面中，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发射的光并配置成经由全内反射(TIR)将接收的光引导至第二端；和在第二端光学耦合到光导以接收引导光的光学提取器。这里，光学提取器由透明、实心材料形成并包括第一输出表面，其包括布置和成形为以向前角度范围透射引导光的第一部分至周围环境的透射部分和布置和成形为经由TIR反射所有入射在反射部分上的引导光的反射部分；和第二输出表面，其具有在横截面中包括向前方向的曲线轮廓，第二输出表面布置成以向后角度范围透射由第一输出表面的反射部分反射的光至周围环境。
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，第一输出表面的反射部分具有第一端和第二端，并且可以布置成在第一端相交第一输出表面的透射部分并在第二端相交第二输出表面。在一些情况下，透射部分或者反射部分的至少一个可以是平坦的。在一些情况下，透射部分或者反射部分的至少一个可以是弯曲的。在一些情况下，透射部分或者反射部分的至少一个可以包括梯级。在一些情况下，透射部分可在第一端用共同表面斜坡相交反射部分。
在一些实施方式中，第一输出表面的透射部分具有第一端和第二端，并且可以布置成在第一端相交第一输出表面的反射部分并在第二端相交第二输出表面。在一些情况下，透射部分或者反射部分的至少一个可以是平坦的。在一些情况下，透射部分或者反射部分的至少一个可以是弯曲的。在一些情况下，透射部分或者反射部分的至少一个可以包括梯级。在某些情况下，在第一端透射部分和反射部分的相交处可形成扭结。
在一些实施方式中，第一和第二输出表面的相对布置引起在光学提取器内传播的光经受第一和第二输出表面之间的多次反射，使得相比于在光导的第二端的引导光，以向前角度范围和/或以向后角度范围输出到周围中的光可具有更均匀的强度分布或更均匀的颜色分布。
在一些实施方式中，第一输出表面的反射部分布置和成形为经由TIR以具有方向的第一角度范围反射入射其上的所有引导光，所述方向带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。这里，第一输出表面还包括第二透射部分和第二反射部分，所述第二透射部分布置和成形为以另一向前角度范围透射引导光的第二部分至周围环境中，所述第二反射部分布置和成形为经由TIR反射入射在第二反射部分上的所有引导光；光学提取器还包括第三输出表面，其具有在横截面中包括向前方向的曲线轮廓，所述第三输出表面布置成以另一向后角度范围透射由第一输出表面的第二反射部分反射的光至周围环境中；并且第一输出表面的第二反射部分布置和成形为经由TIR以具有方向的第二角度范围反射入射在其中的所有引导光，所述方向具有分量，所述分量反平行于向前方向且反平行于第一方向的第一分量。
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，所公开的照明装置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，光学耦合器布置为接收由LEE提供的光并以准直角度范围将其改向至光导的第一端，并且光导的数值孔径是这样的：使得以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，光导可以具有两个平行的侧表面。
在一些实施方式中，所公开的照明装置能够正交于向前方向延伸。在此，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。
本文描述的技术的一个或多个实施方式的细节在下面的附图和描述中阐述。公开的技术的其它特征、方面和优点通过说明书、附图和权利要求将变得显而易见。
附图简述
图1A示出包括带有输出表面的光学提取器的光导照明装置，所述输出表面具有成形为经由TIR反射入射在其上的引导光的部分。
图1B是在图1A中所示的照明器模块的强度轮廓。
图2A-图2F示出光导照明器模块的各方面。
图3A-图3D示出光导照明器模块的各方面，所述光导照明器包括带有输出表面的光学提取器，所述输出表面具有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的部分。
在各种图中标识数字和标记指示本公开的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有效地引导和分布由固态光源朝向工作表面和/或朝向背景区域发射的光。所公开的照明装置的各种发光表面和它们各自的强度向量可以在照明环境内操纵以通过所公开的照明装置提供光分布输出的良好实用性。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，来自所述固态光源的光在光导的输入端接收并且引导到光导输出端。引导光由光学提取器接收，所述光学提取器具有输出表面，其具有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的反射部分。在这种方式中，反射的光朝向背景区域定向，而入射到反射部分外的输出表面上的引导光通过输出表面透射并朝向工作表面定向。
(i)光导照明装置，其包括具有输出表面的光学提取器，所述输出表面具有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的部分
图1A示出了包括光学提取器140的照明装置100的方框图，所述光学提取器带有具有成形为经由TIR反射入射其上的光的一个或多个光反射部分的输出表面143。这种光反射部分称为输出表面143的TIR部分。另外，输出表面143也具有一个或多个光透射部分。后者称为透射部分。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。这样，照明装置100也称为光导照明装置100。光导130沿长度D(如，沿图1A中示出的笛卡尔参考系统的z轴)引导由LEE 110提供的光。可选地，光导照明装置100还包括一个或多个光学耦合器120，使得光导130在其输入端耦合至光学耦合器120并在其输出端耦合至光学提取器140。
通常，LEE(也称为光发射器)是在激活时在来自可见光区域、红外区域和/或紫外光区域中的电磁光谱的一个或多个区域中发射辐射的装置。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、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(如，LED管芯)与在其内放置特定装置或多个装置的外壳或包装的组合。LEE的示例也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的进一步示例包括超发光二极管和其它超发光装置。
在操作期间，LEE 110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LEE 110的光轴(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对应普遍方向的发散度。在此背景下，术语“传播的普遍方向”指沿其传播的光的强度分布的一部分具有最大值的方向。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1B)。也在此背景下，术语“发散度”指一个立体角，在所述立体角外传播光的强度分布降到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。取决于照明应用，预定分数可以为10％、5％、1％或其它值。
光导130可以由实心、透明的材料制成。例如，该材料可以是具有约1.5折射率的玻璃。作为另一示例，该材料可以是具有约1.5-1.6折射率的塑料。这里，光导130布置成在光导130的一端接收由LEE 110提供的光并以向前方向(如，沿z轴)从光导130的接收端至相对端引导所接收的光。这里，光导130的接收端和它的相对端之间的距离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从接收端引导至相对端反射离开。取决于实施方式，这种反射的至少一些(如果不是所有)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：使得由LEE 110以角度范围115提供的所有光可以在光导130的接收端直接注射到光导130中。
在当一个或多个光学耦合器120是光导照明装置100的一部分时的实施方式中，一个或多个光学耦合器120在第一角度范围115内接收来自LEE 110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为第二角度范围125。此外，一个或多个耦合器120可包括用于从一个或多个耦合器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，第二角度范围125的发散度经选择使得由耦合器120以角度范围125提供的所有光可以在其接收端注射到光导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的相对端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(在光导130直接从LEE 110接收光时)或125(在光导130从耦合器120接收光时)。这里，光导侧表面132a，132b可以是光学上平滑的以允许引导光在光导130内通过TIR向前(如，在z轴的正方向)传播。在这种情况下，光导的侧表面132a、132b关于z轴及彼此成形和布置使得引导光在大于临界角的入射角从光导130的输入端至输出端通过整个距离D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的相对端引导光的第三角度范围135具有发散度，所述发散度基本上相同于在接收端接收的光的角度范围115(在光导130直接从LEE110接收光时)或125(在光导130直接从耦合器120接收光时)的发散度。
另外，光导130的长度D(沿z轴)、光导130的宽度L(沿y轴)和光导130的厚度T(沿x轴)是设计成均匀化由分立的LEE 110发射的光–所述LEE 110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，均匀化发射光–随着其通过光导130引导–引起沿第一角度范围115(当光导130直接从LEE 110接收光时)或第二角度范围125(当光导130从耦合器120接收光时)的y轴的分立轮廓的改变为沿其中分立轮廓部分地或完全地模糊的第三角度范围135的y轴的连续轮廓。
在此，光学提取器140由实心、透明的材料制成。例如，该材料可以是具有约1.5折射率的玻璃。作为另一示例，该材料可以是具有约1.5-1.6折射率的塑料。光学提取器140具有耦合到光导130的输出端以接收引导光的输入孔径。此外，光学提取器140包括输出表面143和一个或多个侧向输出表面。
输出表面143与输入孔径间隔开并相对于输入孔径。进一步，输出表面143具有一个或多个TIR部分和一个或多个透射部分。这里，TIR部分是输出表面143的区域，其相对于输入孔径布置并成形为经由TIR反射从光导130接收的所有引导光。在这种方式中，TIR部分的形状和/或定向是这样的：使得引导光以大于临界角的入射角照射其上，所述临界角与光学提取器140和周围环境(如，空气)之间的光学界面关联。这样，照射在TIR部分上的所有引导光经由TIR反射返回至光学提取器140中。透射部分是输出表面143的另一区域，其相对于输入孔径布置并成形为透射引导光。在这种方式中，透射部分的形状和/或取向使得引导光以小于临界角的入射角照射其上，所述临界角与在光学提取器140和周围环境(如，空气)之间的光学界面关联。这样，基本上照射在透射部分上的所有光经过那里透射至周围环境中作为向前输出光，除了通过菲涅尔反射被反射的照射光的小部分(如，4％或更少)。
经由TIR由输出表面143的TIR部分反射的光朝向光学提取器140的一个或多个横向输出表面定向。到达横向输出表面的光然后作为向后输出光至少部分地透射到周围环境中。而且，光学提取器140可以一个或多个向后角度范围输出光至周围环境中。这样，通过第一横向输出表面透射的光由提取器140在第一输出角度范围145'内输出。向后输出角度范围145'可以沿y轴基本上连续并且具有第一输出传播方向，所述方向具有沿向后方向的分量(或相对于向前方向，如反平行于z轴)。另外，通过输出表面143的透射部分透射的光由光学提取器140在向前输出角度范围145"'内输出。向前输出角度范围145"'可以沿y轴基本上连续并且具有第二输出传播方向，所述方向具有沿向前方向(如，沿z轴)的分量。在一些实施方式中，经由TIR由输出表面143的TIR部分反射的光的一些通过第二横向输出表面在第二向后输出角度范围145"内透射。第二向后输出角度范围145"可以沿着y轴基本上连续并且具有第二输出传播方向，所述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二输出传播方向具有正交于向前方向的各自分量，它们相对(反平行)彼此(反平行和平行于x轴)。
注意，输出表面143和横向输出表面的相对布置可引起在光学提取器140内传播的光经受在输出表面143和横向输出表面之间的多次反射使得以向前输出角度范围145"'和/或以向后角度范围145'(和/或145")输出至周围环境的光具有比在光导130的第二端的引导光更均匀的强度分布或更均匀的颜色分布。
如结合图1A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布置和配置成在光输出至周围环境中之前远离LEE平移和改向由LEE 110发射的光。产生光的地方(也称为物理(光)源)距提取光的地方(也称为虚拟光源或虚拟灯丝)的空间间隔可以便于照明装置100的设计。在这种方式中，虚拟灯丝可以配置为提供相对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光发射。相反，典型白炽灯丝通常发射基本上各向同性地分布的光量。虚拟灯丝可视为从其中大量光量出现散发的空间的一个或多个部分。而且，借助LEE 110的预定光学、热、电和机械约束从光提取的地方分离LEE 110可便于照明装置100的更大设计自由度并允许延长的光学路径，其可以准许在光从照明装置100输出前光混合的预定水平。
图1B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以第一向后输出角度范围145'输出的光的第一输出波瓣145a和表示由照明装置100以向前输出角度范围145'"输出的修改光的第二输出波瓣145c。
例如，在该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以第一向后输出角度范围145'输出的光的强度、发散度和传播方向的表示。这里，以向后输出角度范围145'输出的光起源为以角度范围135的引导光的一部分，所述引导光照射在输出表面143的一个或多个TIR部分的至少一些上，在这里光经由TIR朝向第一横向输出表面反射及在这里透射至周围环境。在这种情况下，第一向后输出角度范围145'的传播方向是沿第一输出波瓣145a的大约-130°平分线。
作为另一示例，在该光到达位于远离光学提取器140的目标时，第二输出波瓣145c是以向前输出角度范围145"'由光学提取器140输出的光的强度、发散度和传播方向的表示。这里，以向前输出角度范围145"'输出的光起源为以角度范围135的引导光的一部分，所述光照射在输出表面143的一个或多个透射部分上，并且在这里所述光透射至周围环境。在这种情况下，前向输出角度范围145'"的传播方向沿第二输出波瓣145c的约0°平分线。还在这种情况下，第一向后输出角度范围145'的发散度(由第一输出波瓣145a的宽度表示)比向前输出角度范围145'"的发散度(由第二输出波瓣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之外，，远场光强度轮廓101还包括表示由照明装置100以第二向后输出角度范围145"输出的光的第三输出波瓣145b。例如，第三输出波瓣145b是在该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，以第二向后输出角度范围145"输出的光起源为以角度范围135的引导光的一部分，所述光照射输出表面143的TIR部分的至少一些，在这里所述光经由TIR朝向第二横向输出表面(如，相对于光导的光轴成镜像)反射，并且在这里所述光通过第二横向输出表面透射至周围环境。在这种情况下，第二向后输出角度范围145"的传播方向是沿第三输出波瓣145b的约+130°平分线。还在这种情况下，第二向后输出角度范围145"的发散度(由第三输出波瓣145b的宽度表示)比向前角度范围145"'的发散度(由第二输出波瓣145c的宽度表示)小并大约相同于第一向后输出角度范围145'的发散度(由第一输出波瓣145a的宽度表示)。
值得注意的是，照明装置100的远场光强度轮廓101包括在+40°和+120°之间及-40°和-120°之间的角度范围，在其中来自光学提取器140的发射光最小化。在这个区域中照明装置100的表观亮度也最小化使得到发光强度及通常称为“眩光”的现象被很好管理。在许多流行的现有技术照明器设计中，整个辐射图案常常是典型朗伯轮廓的衍生物使得在用户视场内存在是平面视图的朗伯亮度发射表面。照明装置100的主要优点的一个是，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的组合和几何形状可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。
在描述照明装置100的多个实施方案之前，光导照明装置的各种方面在下面描述，所述照明装置100包括带有具有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的部分的输出表面的光学提取器。
(ii)光导照明装置
参照图2A，在其中笛卡尔坐标系示出以供参考，照明器模块200包括具有沿座架212的第一表面分布的多个LEE 210的座架212。具有LEE 210的座架设置在光导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”。照明器模块200也沿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，弯曲或另行成形。这称为照明器模块的“对称平面”。
多个LEE 210设置在座架212的第一表面上，但多个LEE 210中的仅一个在图2A中示出。例如，多个LEE 210可以包括多个白色LED。LEE 210与一个或多个光学耦合器220(仅其中之一在图2A中示出)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。
座架212、导光230以及光学提取器240沿着y方向延伸长度L，因此照明器模块是细长照明器模块，具有约平行于房间的壁(如，房间的天花板)的L伸长。一般地，L可以根据需要变化。典型地，L是在从约1cm至约200cm的范围中(如20cm或以上、30cm或以上、40cm或以上、50cm或以上、60cm或以上、70cm或以上、80cm或以上、100cm或以上、125cm或以上或者150cm或以上)。
在座架212上的LEE 210的数量一般(特别)将取决于长度L，其中较多的LEE用于较长的照明器模块。在一些实施方式中，多个LEE 210可包括10和1,000个之间的LEE(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数目)也将取决于LEE的额定功率和从照明器模块所需的亮度。例如，LEE的相对高的密度可用在其中需要高亮度或其中使用低功率LEE的应用中。在一些实施方式中，照明器模块200具有沿着其长度每厘米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发射的光的混合所需的量。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可以附接到座架212以提取由所述多个LEE 210发射的热。散热器205可设置在座架212的相对于其上设置LEE 210的座架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，例如其中每个子集可具有不同颜色或色温的LEE的一个或多个子集。
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LEE 210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的横截面轮廓可以是沿照明器模块200的长度L均匀的。可选择地，横截面轮廓可以变化。例如，表面221和/或222可以在x-z平面外弯曲。
相邻光导231上边缘的光学耦合器220的射出孔径光学地耦合到边缘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，跨越表面的折射率相差2％或更少)。光学耦合器220可使用指数匹配流体、油脂或粘合剂固定到光导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(如，耦合器和光导可以是单片并可由实心透明光学材料制作)。
光导230由透明材料片形成(如，诸如BK7、熔融二氧化硅或石英玻璃的玻璃材料，或透明塑料，诸如聚碳酸酯或丙烯酸)，所述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和在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，从耦合器220耦合到光导230的光(具有角度范围125)由TIR反射离开光导的平表面并在光导内空间上混合。混合可在光学提取器240在光导232的远端部分帮助实现沿着y轴的亮度和/或颜色的均匀。光导230的深度D可以选择以在光导的射出孔径(即在端部232)实现足够的均匀。在一些实施方式中，D是在约1cm至约20cm的范围中(如，2cm或以上、4cm或以上、6cm或以上、8cm或以上、10cm或以上、12cm或以上)。
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(如，在+/-40度内)使得所述光的至少显着量(如，95％或更多的光)在平坦表面经受TIR的光导230中光学耦合到空间模式中。光导230可具有均匀的厚度T，其是分离光导的两个相对平面表面的距离。通常，T是足够大以致光导在第一(如，上)表面231具有足够大的孔径以大致匹配(或超过)光学耦合器220的射出孔径。在一些实施方式中，T是在从约0.05cm至约2cm的范围中(如，约0.1cm或更大、约0.2cm或更大、约0.5cm或更大、约0.8cm或更大、约1cm或更大、约1.5cm或更大)。取决于实施方式，光导越窄则其可越好地空间上混合光。窄光导也提供窄射出孔径。这样从光导发射的光可以认为相似于从一维线性光源(也称为细长虚拟灯丝)发射的光。
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或两者可以是具有不是实心的反射内表面的空心。这样，材料成本可以减少并且光导中吸收可以缓解。一些镜面反射材料可以是适合于这个目的，包括诸如来自Alanod Corporation的3M VikuitiTM或Miro IVTM片的材料，在该材料中大于90％的入射光可以有效地引导至光学提取器。
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，所述光学材料可以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(如，平坦的)表面242和244和弯曲表面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涂覆有在其上可设置保护性涂层的反射材料(如，高反射的金属，诸如铝或银)。例如，形成这种涂层的材料可反射在适当(如，可见)波长入射其上的光的约95％或更多。这里，表面242和244针对具有角度范围125从光导230进入光学提取器232'的输入端的光提供高反射率的光学界面。作为另一示例，表面242和244包括对在光学提取器240的输入端232'进入的光是透明的部分。这里，这些部分可以是表面242和244的未涂覆区域(如，部分镀银的区域)或不连续处(如，狭槽、狭缝、孔径)。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中所示的示例中，以向前输出角145'"透射的光被折射。在这种方式中，改向表面243作用为分束器而非反射镜，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。
在x-z横截面平面中，对应于表面242和244的线具有相同的长度并形成顶点或顶端241，如，在顶点241会合的v形。通常，改向表面242、244的夹角(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(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(如，在从120°到150°或更大的范围中)。在图2A中所示的示例实施方式中，光学提取器240的输出面246、248是弯曲的，两者具有相同的恒定曲率半径。在一个方面中，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的表面光学地耦合到边缘232。例如，光学提取器240可使用指数匹配流体、油脂或粘合剂固定至光导230。在一些实施方式中，光学提取器240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的发射光谱对应于LEE 210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中的各种不同位置中。例如，波长转换材料可以贴近LEE 210、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/或在其它位置设置。
波长转换材料(例如，磷光体)的层可以附接到经由合适支撑结构(未示出)夹持在适当地方的光导230，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(在图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亮周围环境的表面。
在操作期间，通过端部232射出光导230的光在改向表面242和244的部分照射反射界面并分别朝向输出表面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246和248具有光学功率以分别改向以角度范围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并平行于x-y平面的平面)、向下(即，远离该平面)或向上和向下这两向发射光。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。
表面242和244可定向以便很少或没有来自光导230的光由光学提取器240以特定方向输出。在照明器模块200附接至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围绕y-z平面的照明器模块的结构的对称性。例如，参考图1B，以角度范围145'输出的光对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)的光对应于远场光强度分布101的第二输出波瓣145c，和以角度范围145"输出的光对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。比如，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中的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％可在对应于第一输出波瓣145a的输出角度范围145'输出，45％的光可在对应于第三输出波瓣145b的输出角度范围145"输出，以及光的10％可在对应于第二输出波瓣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，相比于远场光强度分布101的输出波瓣145a、145b(其起因为大于第一角度的第二夹角)，第一夹角导致具有以相对小角度定位的输出波瓣145a、145b的远场光强度分布101。在这种方式中，光可从照明器模块200中以更向前方向提取，所述方向用于由改向表面243的部分242、244形成的夹角的较小的那个。
而且，虽然表面242和244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或带刻面的。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可以收窄由光学提取器240输出的波瓣145a、145b(并且在图1B中示出)，而凸反射表面242、244可加宽由光学提取器240输出的波瓣145a、145b。因此，适当配置的改向表面242、244可以把会聚或发散引入至光中。这样的表面可以具有恒定的曲率半径，可以是抛物线、双曲线或具有一些其它曲率。
通常，元件的几何形状可以使用各种方法来确定。例如，几何形状可以根据经验建立。可替代地，或附加地，几何形状例如可使用光学仿真软件建立，诸如LighttoolsTM,、TraceproTM、FREDTM或ZemaxTM。
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"中。在一些实施方式中，照明装置可以输出光至波瓣145a、145b，它们具有在图1B中示出的那些的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(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定向的方向也可以不同于在图1B中示出的方向。“方向”是指波瓣最亮所在的方向。在图1B中，例如，输出波瓣145a、145b定向在约-130°及约+130°。通常，输出波瓣145a、145b可以更朝向水平导向(如，在从-90°到-135°范围中的角，诸如在约-90°，约-100°，约-110°，约-120°，约-130°，和从+90°至+135°，诸如在约+90°，约+100°，约+110°，约+120°，约+130°.
照明器模块可以包括用于定制强度轮廓的其它有用特征。例如，在一些实施方式中，照明器模块可以包括光学地漫射材料，其可以以受控的方式漫射光以有助于均匀化照明器模块的强度分布。例如，表面242和244可粗糙化，或漫反射材料而非镜面反射材料可涂覆在这些表面上。因此，相比于由在这些界面利用镜面反射的类似结构提供的波瓣，在表面242和244光学界面可以漫反射光、散射光到更宽的波瓣中。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各自可以在不同定向具有多个平坦刻面。因此，每个刻面将反射光到不同的方向中。在一些实施方式中，表面242和244可以具有在其上的结构(即，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(即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结构化使得由表面242或244反射的在至少一个平面(如，x-z横截面平面)内传播的光的可忽略量(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，所谓的魏尔斯特拉斯条件可避免TIR。魏尔斯特拉斯条件针对圆形的结构(即，通过圆柱体或球体的横截面)示出，所述结构具有半径为R的表面和具有半径R/n的同心假想圆，其中n是该结构的折射率。通过横截面平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将射出圆形结构而没有经历TIR。在平面中的球状结构内传播但不从假想表面内传出的光线可在临界角或更大入射角照射在半径R的表面上。因此，这样的光可以经受TIR并且将不会射出圆形结构。而且，通过由具有小于R/(1+n2)(-1/2)的曲率半径(其小于R/n)的区域限制的假想空间穿过的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。该条件可称为布鲁斯特几何。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的所有或部分可以位于由表面246和248限定的假想魏尔斯特拉斯表面内。例如，接收通过端部232射出光导230的光的表面242和244的部分可以驻留在该表面内，使得在x-z平面内从表面242和244反射的光通过表面246和248分别射出而不经历TIR。
图2B示出照明器模块200的实施方案200'，所述照明器模块200也沿垂直于向前方向(如，沿z轴)的轴(如，y轴)延长。在这种情况下，沿照明器模块200'细长尺寸的光导230的长度L可以是例如2'、4'或8'。正交于细长尺寸L(如，沿x轴)的光导230的厚度T选择为由引导光从光导230的接收端至相对端行进的距离D的一部分。比如，对于T＝0.05D、0.1D或0.2D，来自在接收端边缘耦合到光导230中的多个点状LEE 210(其沿着细长尺寸L分布)的光在其传播至相对端的时刻可以沿y轴有效地混合和变得均匀(准连续)。
图2C示出了照明器模块200"，其具有围绕向前方向(如，z轴)(如，连续的或分立的)旋转对称性。这里，光导230的直径T是引导光从光导230的接收端至相对端行进的距离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2D和2E分别示出照明器模块200"'的透视图和底视图，针对该照明器模块光导230具有两个相对侧表面232a、232b，它们形成厚度T的闭合圆柱壳。在图2D和2E所示示例中，由相对侧表面232a、232b形成的圆柱壳的x-y横截面是椭圆形。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”'的一些实施方式可包括在光导230的侧表面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LEE 210的光(其在接收端边缘耦合至光导230中)在其传播至相对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所述的示例实施方式中，照明器模块200配置为输出光到输出角度范围145'和145"中。在其它实施方式中(例如，参见图2F)中，光导基照明器模块改进以输出光至单个输出角度范围145'中。配置为在光导的单侧输出光的这种光导基照明器模块称为单侧照明器模块并标注为200*。单侧照明器模块200*像图2A中所示的照明器模块200沿y轴延长。也像照明器模块200，单侧照明器模块200*包括座架212和设置在沿y轴的座架212的表面上以第一角度范围发射光的LEE 210。单侧照明器模块200*还包括光学耦合器220，其布置并配置成改向由所述LEE 210以第一角度范围发射的光至具有发散度的第二角度范围125中，所述发散度至少在x-z横截面中比第一角度范围的发散度小。单侧照明器模块200*也包括光导230，其引导由光学耦合器220以第二角度范围125从光导的第一端231至光导的第二端部232改向的光。另外，单侧照明器模块200*包括单侧提取器(标注240*)以接收由光导230引导的光。单侧提取器240*包括改向从光导230接收的光至第三角度范围138'的改向表面244，如参照图2A描述用于照明器模块200，以及输出由改向表面244以第三角度范围138'改向成第四角度范围145'的光的输出表面248。
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对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所对应于由单侧照明器模块200*以向前方向(沿z轴)透射(泄露)的光。
照明器模块(像在本节中所描述的照明器模块)可以用于获得照明器模块，其光学提取器具有带有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的部分的输出表面。
(iii)光导照明器模块，包括带有具有成形为经由TIR反射入射其上的引导光的部分的输出表面的光学提取器。
图3A-3D示出了照明装置300的各方面，所述照明装置300包括光学提取器340-j，其带有具有成形为经由TIR反射入射其上的光的一个或多个光反射部分342-j的输出表面343-j，其中j＝{a，b，c，d}。这种光反射部分称为输出表面343-j的TIR部分342-j。另外，输出表面343-j也具有一个或多个光透射部分346-j。后者称为透射部分346-j。在本示例中，照明装置300还包括LEE(在图3A-3D中未示出)和光导230。这样，照明装置300称为，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、垂直于页面的纵向维度L，如图3D中所示。在这种情况下，L比如可以是1'、2'或4'。在其它实施方式中，照明装置300可以具有另一细长配置，如图2D-2E所示。在一些其它实施方式中，照明装置300可以具有非细长的配置，如，具有围绕z轴的旋转对称性，如图2C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-3D未示出)以准直在注射到光导230中之前由LEE发射的光。
LEE布置在衬底上并具有结构，所述结构类似于上面结合图1A所述的照明装置100的LEE 110的结构或上面结合图2A-2F描述的照明器模块200、200'、200"、200"'、200*的LEE210的结构。进一步，光学耦合器–包括在照明装置300的一些实施方式中–具有结构，所述结构类似于上面结合图1A描述的照明装置100的光学耦合器120的结构或以上结合图2A-2F描述的照明器模块200、200'、200"、200"'、200*的光学耦合器220的结构。而且，光导230是上面结合图2A-2F描述的照明器模块200、200'、200"、200"'、200*的相同光导或具有结构，所述结构类似于上面结合图1A描述的照明装置100的光导130的结构。这里，光导230具有沿z轴从接收端至相对端的长度D，如D＝10、20、50cm，和沿x轴可以比长度D小得多的厚度T，如T≈5％D、10％D或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。
光学提取器340-j(其中j＝{a，b，c，d})由实心、透明材料制成。例如，该材料可以是具有约1.5折射率的玻璃。作为另一示例，该材料可以是具有约1.5-1.6折射率的塑料。光学提取器340-j具有输入孔径232'，其耦合到光导230的输出端以接收引导光。注意这里，由光学提取器340-j接收的引导光具有带有传播的向前方向(如，沿z轴)的角度范围125。
此外，在图3A-3D中示出的光学提取器340-j包括输出表面343-j和一个或多个横向输出表面246和248。输出表面343-j与输入孔径232'隔开并相对于输入孔径232'。在这些示例中，输出表面343-j配置为“v形槽”设计的各种修正。这样，横向输出表面246设置于光轴302的右侧并从输出表面343-j的右端向光导230的右侧面232-b延伸。进一步，横向表面248设置于光轴302的左侧并从输出表面343-j的左端延伸到光导230的左侧面232-a。
此外，输出表面343-j具有一个或多个TIR部分342-j和一个或多个透射部分346-j，其中j＝{a，b，b，d}。这里，TIR部分342-j是输出表面343-j的区域，其相对于输入孔径232'布置并成形为经由TIR反射具有角度范围125从光导230接收的所有引导光。在这种方式中，TIR部分342-j的形状和/或定向是这样：使得引导光以入射角照射其上，所述入射角大于与在光学提取器340-j和周围环境(如，空气)之间的光学界面关联的临界角。这样，照射在TIR部分343-j的所有引导光经由TIR以反射角度范围138'或138"反射回到光学提取器340-j。透射部分346-j是相对于输入孔径232'布置和成形为透射引导光的输出表面143的另一区域。在这种方式中，透射部分346-j的形状和/或定向是这样的，使得引导光以小于临界角的入射角度入射其上，所述临界角与在光学提取器340-j和周围环境(如，空气)之间的光学界面关联。这样，基本上照射透射部分346-j的所有光在那里透射至周围环境中作为向前输出光，除了入射光的一小部分(如4％或更少)通过菲涅尔反射被反射。通过输出表面343-j的透射部分346-j透射的输出光具有向前输出角度范围145'"。
经由TIR通过输出表面343-j的TIR部分342-j反射的光具有角度范围138'或138"并朝向光学提取器340-j的一个或多个横向输出表面246、248定向。到达横向输出表面246、248的光通过那里作为向后输出光透射至周围环境中。向后输出光具有向后输出角度范围145'或145"。在图3A-4B中示出的示例中，横向输出表面246、248的每个是弯曲的以便入射在横向输出表面246或248的光的角度范围138'或138"在通过那里透射时可控地修正至向后输出角度范围145'或145"。
光学提取器340-j的输出表面343-j的各种实施方案(其中j＝{a,b,c,d})示出在图3A-3D中。
图3A示出具有光学提取器340-a的照明装置300的部分。照明装置300的剩余部分(其没有在图3A中示出)例如可以具有相对光轴302的镜面对称性。现在参考在图3A中示出的光学提取器340-a的输出表面343-a，输出表面343-a的透射部分346-a相邻光轴302设置。输出表面343-a的TIR部分342-a从光轴302横向移开。这里，TIR部分342-a在一端相交透射部分346-a并在相对端相交弯曲横向输出表面248。在该示例中，TIR部分342-a是平坦刻面并相对于光轴302倾斜，使得照射在TIR部分342-a上任何地方的引导光–从角度范围125的外部分–形成比临界角大的入射角。这样，TIR部分342-a经由TIR在反射角度范围138'内反射入射其上的引导光。进一步在本示例中，透射部分346-a是平坦刻面，垂直于光轴302定向并具有横向尺寸(如，沿x轴)，以使得照射在透射刻面346-a上任何地方的引导光–从角度范围125的内部部分–形成比临界角小的入射角。这样，透射刻面346-a以向前角度范围145'"透射入射其上的引导光至周围环境。这里，TIR刻面342-a与透射刻面346-a的相交处形成扭结。
图3B示出了具有光学提取器340-b的照明装置300的一部分。未在图3B中示出的照明装置300的剩余部分可以具有比如相对光轴302的镜面对称性。现在参考图3B所示的光学提取器340-b的输出表面343-b，输出表面343-b的透射部346-b相邻于光轴302设置。在这种情况下输出表面340b的顶点341位于透射部分346-b上。输出表面343-b的TIR部分342-b从光轴302横向移开。这里，TIR部分342-b在一端相交透射部分346-b并在相对端相交弯曲横向输出表面246。在本示例中，TIR部分342-b具有相对于光轴302整体倾斜的平滑弯曲表面，使得照射在TIR部分342-b上任何地方的引导光–从角度范围125的外部分–形成比临界角大的入射角。这样，TIR部分342-b经由TIR在反射角度范围138"内反射入射其上的引导光。进一步在本示例中，透射部分346-b具有带有相对于光轴302另一整体倾斜的另一平滑弯曲表面(除了在顶点341的单一扭结)，使得照射在透射部分346-b上任何地方的光–从角度范围125的内部部分–形成比临界角小的入射角。这样，透射部分346-b以向前角度范围145'"透射入射其上的引导光至周围环境。这里，TIR部分342-b和透射部分346-b的相交处是平滑的，因为在相交处TIR部分342-b的斜率与透射部分346-b的斜率匹配。
图3C示出了具有光学提取器340-c的照明装置300的一部分。未在图3C中示出的照明装置300的剩余部分可以具有比如相对光轴302镜面对称性。现在参考在图3C中所示的光学提取器340-c的输出表面343-c，输出表面343-c的透射部分346-c相邻光轴302设置。在这种情况下，输出表面340c的顶点341位于透射部分346-c上。输出表面343-c的TIR部分342-c从光轴302横向移开。这里，TIR部分342-c在一端相交透射部分346-c并在相对端相交弯曲横向输出表面246。在该示例中，TIR部分342-c具有带有相对于光轴302整体倾斜的刻面的弯曲表面，使得照射在TIR部分342-c上任何地方的光–从角度范围125的外部分–形成比临界角大的入射角。这样，TIR部分342-c经由TIR在反射角度范围138"内反射入射其上的引导光。注意这里，相反于在图3A所示的示例，TIR部分342-c包括两个或更多刻面，并且TIR部分342-c的刻面的至少一些是弯曲的。进一步在图3C中所示的示例中，透射部分346-c具有带有相对于光轴302的另一整体倾斜的另一刻面弯曲表面，使得照射在透射部分346-c的刻面的任一个上的任何地方的引导光–从角度范围125的内部部分–形成比临界角小的入射角。这样，透射部分346-c以向前角度范围145'"透射入射其上的引导光至周围环境。在一些实施方式中，当TIR部分342-c的刻面和透射部分346-c的刻面会合形成梯级或扭结时，TIR部分342-c和透射部分346-c的相交处是不连续的。在其它实施方式中，当TIR部分342-c的刻面和透射部分346-c的刻面借助匹配的高度和斜率会合时，TIR部分342-c和透射部分346-c的相交处是平滑的。
图3D示出了具有光学提取器340-d的照明装置300的一部分。这里，输出表面343-d的TIR部分342-d相邻于光轴302设置。在这种情况下，输出表面343-d的顶点341位于TIR部分342-d上。输出表面343-d的透射部分346-d从光轴302横向移开。这里，透射部分346-d的第一个在一端与TIR部分342-d相交并在相对端与第一弯曲横向输出表面248相交。同时，透射部分346-d的第二个在一端与TIR部分342-d相交并在相对端与第二弯曲横向输出表面248相交。在该示例中，TIR部分342-a形成为具有平坦刻面的v形槽，所述平坦刻面在顶点341会合并形成特定角度，使得照射在TIR部分342-d上任何地方的引导光–从角度范围125的内部部分–形成比临界角大的入射角。这样，TIR v形槽342-d经由TIR在反射角度范围138'和138"内反射入射其上的引导光。还在本实施方案中，透射部分346-d的每个是平坦刻面，垂直于光轴302定向并具有距离光轴302的位移，并具有横向尺寸(如，沿x轴)，以使得照射透射刻面346-d上的任何地方的引导光–从角度范围125的外部分–形成比临界角小的入射角。这样，透射刻面346-d以向前角度范围145'"透射入射其上的引导光至周围环境中。这里，TIR v型槽342-d和透射刻面346-a的相交处形成各自的扭结。
在这种方式中，不管图3A-3D示出的光学提取器340-j，经由TIR通过输出表面343-j的TIR部分342-j反射的光朝向光学提取器340-j的横向输出表面246、248定向。到达横向输出表面246、248的光通过那里透射至周围环境作为向后输出光。这样，通过第一横向输出表面248透射的光由提取器340-j在第一向后输出角度范围145'内输出。第一向后输出角度范围145'可以沿y轴基本上连续并且具有第一输出传播方向，该方向具有沿向后方向(或相对向前方向，如，反平行于z轴)的分量。进一步，通过第二横向输出表面246透射的光由提取器340-j在第二向后输出角度范围145"内输出。第二向后输出角度范围145"可以是沿着y轴基本上连续并且具有第三输出传播方向，该方向具有沿向后方向的分量。这里，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，所述方向相对(反平行)于彼此(反平行及平行于x轴)。另外，通过输出表面343-j的透射部分346-j透射的光由光学提取器340-j在向前输出角度范围145"'内输出。向前输出角度范围145"'可以沿y轴基本上连续并且具有第二输出传播方向，所述方向具有沿向前方向(如，沿z轴)的分量。
需要注意的是由具有光学提取器340-j(其中j＝{a、b、c、d})的照明装置300提供的向前照明(如在照明装置300附接于房间天花板时的“向下”照明)的亮度通过调整由光学提取器340-j以向前输出角范145"'输出的光的量和在其上该向前光被提供的面积的组合来控制。这样，控制用于具有光学提取器340-j的照明装置300的向前照明的亮度的参数是在输出表面343-j的TIR部分342-j的总面积A342和输出表面343-j的透射部分346-j的总面积A346之间的比例。这样，在人直接看提取器340-j的输出表面343-j时，针对具有A342/A346比例值大的输出表面343-j的配置，输出表面343-j将显现出较大亮度，或针对具有A342/A346比例值小的输出表面343-j的配置将出现较小亮度。
在结合图1A在本文描述的技术的其它实施方式中，输出表面143和一个或多个横向输出表面成形为以这种比例和方向折射和反射照射光线为折射的和反射的光线使得通过输出表面143输出的向前(或向下)的光可提供直接照明并且通过横向输出表面输出的向后(或侧或上)光可例如经由天花板或其它表面提供间接照明。用于空间照明应用的直接和间接光分布(如，以向前角度范围145"'和向后角度范围145'、145"表示)的特定用途将由输出表面143和横向输出表面的特定配置结合光导130提供至提取器140的光的分布(如，以向前角度范围125表示)确定。如上所述，输出表面143和横向输出表面的组合本身的形状不一定要求涂层或精细几何结构。在输出表面143的TIR既不要求也不排除。取决于照射在输出表面143上的光线，针对在一些区域内的一些光线一些TIR可发生或TIR根本不会发生。如果在输出表面143的一些部分针对一些光线TIR发生，则在输出表面143的这些部分或其它部分的其它光线应透射一些入射光。出于效率原因，在输出表面143的一些部分进行TIR的光，尤其响应于来自光导130的“初始”或“第一顺序”的光线，应优选以浅入射角照射横向输出表面(而非传播回光导130)。
前述的图和附上的说明示出了用于照明的示例方法、系统和装置。将会理解的是，这些方法、系统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 (14)

1.一种照明装置，其包括：
多个发光元件；
光导，其从所述光导的第一端至所述光导的第二端以向前方向延伸，所述光导定位以在所述第一端接收由所述发光元件发射的光并配置成将所述接收的光经由全内反射引导至所述第二端；以及
光学提取器，其在所述第二端光学地耦合至所述光导以接收所述引导光，所述光学提取器由透明、实心材料形成，并包括：
第一输出表面，其包括透射部分和反射部分，所述透射部分布置和成形为以向前角度范围透射所述引导光的第一部分至周围环境，所述反射部分布置和成形为经由全内反射来反射入射在所述反射部分上的所有所述引导光，以及
第二输出表面，其具有在横截面中包括所述向前方向的曲线轮廓，所述第二输出表面布置成以向后角度范围透射由所述第一输出表面的所述反射部分反射的光至所述周围环境，
其中所述第一输出表面的所述透射部分具有第一端和第二端并布置为在其第一端相交所述第一输出表面的所述反射部分及在其第二端相交所述第二输出表面。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述透射部分或所述反射部分的至少一个是平坦的。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述透射部分或所述反射部分的至少一个是弯曲的。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述透射部分或所述反射部分的至少一个包括梯级。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中在所述透射部分的第一端所述透射部分和所述反射部分的相交处形成扭结。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述第一和第二输出表面的相对布置引起在所述光学提取器内传播的光经受在所述第一和第二输出表面之间的多次反射使得以所述向前角度范围和/或以所述向后角度范围输出到所述周围的光比在所述光导的所述第二端的所述引导光具有更均匀的强度分布或更均匀的颜色分布。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述第一输出表面的所述反射部分布置和成形为经由全内反射以具有方向的第一角度范围反射入射其上的所有所述引导光，所述方向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。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其中
所述第一输出表面还包括第二透射部分和第二反射部分，所述第二透射部分布置和成形为以另一向前角度范围透射所述引导光的第二部分至所述周围环境，所述第二反射部分布置和成形为经由全内反射来反射入射在所述第二反射部分上的所有所述引导光，
所述光学提取器还包括第三输出表面，其具有在所述横截面中包括所述向前方向的曲线轮廓，所述第三输出表面布置成以另一向后角度范围透射由所述第一输出表面的所述第二反射部分反射的光至所述周围环境，以及
所述第一输出表面的所述第二反射部分布置和成形为经由全内反射以具有方向的第二角度范围反射所有入射其中的所述引导光，所述方向具有反平行于所述向前方向且反平行于第一方向的所述第一分量的分量。
9.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合在一起或一体形成。
10.根据权利要求1所述的照明装置，还包括一个或多个光学耦合器，其中
由所述发光元件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发光元件提供的光并以准直的角度范围将其改向到所述光导的所述第一端，以及
所述光导的数值孔径是这样的：使得从所述光学耦合器以所述准直角度范围接收的所述光可以通过全内反射由所述光导引导。
11.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光导具有两个平行侧表面。
12.根据权利要求1所述的照明装置正交于所述向前方向延伸。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其中所述发光元件正交于所述向前方向布置。
14.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述发光元件是发射白光的LED。
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