CN102395911B

CN102395911B - 混光镜片及系统

Info

Publication number: CN102395911B
Application number: CN201080015435.3A
Authority: CN
Inventors: J·R·豪森赫德; C·比格里阿特
Original assignee: Fraen Corp
Current assignee: Fraen Corp
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: EP2846179A3; US9164268B2; JP5540018B2; EP2846179A2; CN102395911A; EP2394193A1; JP2012517037A; US20160025296A1; EP2394193B1; US20100226127A1; EP2846179B1; WO2010091097A1

Abstract

一方面，本发明披露了用于与一个或多个光源如发光二极管一起使用的一种混光镜片。在一个实施方案中，一个示例性的镜片可以包括一个光学本体，该光学本体是围绕一条光学轴线来布置的并且具有一个输入表面和一个输出表面以及在这两者之间延伸的一个外围表面。该输入表面可以形成一个用于接收来自这些光源的光(如果不是接收这些光源本身的话)的中央空腔。此外，该输入表面可以被成形为折射基本上所有的、接收自该一个或多个光源的光使其远离该光学轴线而到达该镜片的外围表面上，在该外围表面处该光(例如，基本上所有的光)可以被重定向(例如，通过全内反射或者镜面反射)到该输出表面上。在该输出表面上可以形成微透镜或者其他表面特征的一种阵列。在此还披露了另外的多个实施方案、连同示例性的设计方法。

Description

混光镜片及系统

相关申请的交叉引用

本申请要求标题为“Light Mixing Lenses and Systems”并且于2009年2月3日提交的美国临时申请号61/149,478的优先权的权益。上述专利申请的传授内容通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本专利申请总体上涉及镜片和照明系统，并且更具体地涉及用于混光和/或混色的镜片及照明系统，包括用于从多个光源(诸如，多个发光二极管)混光的装置及方法。

背景技术

用于多个大功率光源(如多个发光二极管)的镜片可以具有多种多样的构形。在很多情况下，一种具体构形的特征可以通过它所产生的照明图案、通过它投射的光的相干性、强度、效率、以及均匀性和/或以其他方式来表征。该透镜和/或照明系统被设计用于的应用可能要求在这些领域中的许多上有高水平的表现。

许多应用要求将来自多个光源(例如，产生具有不同颜色光的源)的光进行混合的能力。此外，混光对于具有多个大光源的系统也是有用的。在这两种情况下，困难的是生产均匀混合的光并且见减少光源成像。迄今为止，混光系统典型地已经提供了多个有纹理的表面以便传播来自一个光源的光。此类系统的效率和能力是有限的并且它们的照明特征典型地是欠佳的。

因此，对于改进的混光镜片和系统存在一种需要。

发明内容

在一个示例性的方面，提供了一种混光透镜，它包括围绕一条光学轴线安置的一个透镜本体并且其特征为一个输出表面、和一个输入表面、以及在该输入和输出表面之间延伸的一个外围表面。该输入表面可以形成一个空腔，该空腔用于接收来自至少一个光源的光，诸如，一个发光二极管(或者作为替代方案，两个或更多个光源，例如每个均产生不同颜色的光)。该输入表面的形状可以被确定为折射在一个输入表面处接受的、来自该至少一个光源的基本上所有的光(例如，在某些实施方案中，约97％％或者更多、约98％或者更多、约99％或者更多、或约100％)使其远离该光学轴线并且达到或朝向该镜片的外围表面。该外围表面可以被构形为使得从该空腔传播到其上的基本上所有的光被全内反射到该输出表面上。该光可以在该输出表面处离开该透镜本体。

一系列的变体都是可能的。例如，在某些实施方案中，该输入表面可以逐渐变小为在该光学轴线上的或者其附近的一个点，和/或可以将一个凸表面朝向该光源。在其他实施方案中，该输入表面可以形成用于接收来自至少一个光源的光的一个空腔，并且可以提供一个正的聚光率用于折射该光，例如将基本上所有的光折射向该外围表面。在某些实施方案中，该输入表面的形状可以被确定为使得入射在其上的光到该外围表面上的转移最大化。在另外的其他实施方案中，该输入表面的形状可以被确定为折射其中接收的、来自该至少一个光源的、基本上所有的光使其远离该光学轴线，这样使得该光以相对于该光学轴线约25度或更大的角度来传播。

在某些实施方案中，该输入表面可以包括具有不同的曲率特征的一个近端的区段以及一个远端的区段。例如，该近端区段可以将一个凹表面朝向接收自该至少一个光源的光，并且该远端区段可以将一个凸表面朝向接收自该至少一个光源的光。在某些实施方案中，该近端区段可以直接将来自两个或更多个光源中的每一者的光引导至该外围表面的一个基本上类似的区域(“第一区域”)，并且该远端区段可以将来自那些光源的光引导至不同于该第一区域的一个基本上类似的区域(“第二区域”)。

该透镜的其他表面还可以具有多种构形。在某些实现方式中，例如，该输出表面可以包括小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体以及一种有纹理的表面中的任何一种。在某些实现方式中，该透镜能够以约70％或更高的效率将由该至少一个光源产生的光从该输入表面耦合到该输出表面，该透镜可以用于有效地将来自该至少一个光源的光(或者，可替代地，来自至少两个光源)进行混合。

在另一个示例性的方面，提供了一种混光的透镜，它包括围绕一条光学轴线安置的一个透镜本体并且其特征为一个前表面和一个后表面。所述后表面的中央部分(还称为“中央后表面”或者“输入表面”)可以形成一个用于接收来自至少一个光源(如一个发光二极管)(或者可替代地，多个光源，例如，每一个产生具有不同颜色的光)的光的中央空腔。该中央空腔可以逐渐变小到在该光学轴线上的或者其附近的一个点，并且其形状可以被确定为折射至少约80％的、在该中央空腔中从该至少一个光源接收到的光(或者在其他实施方案中，例如，约85％或者更多的，约90％或者更多的、约95％或者更多的，或者基本上所有的)使其远离该光学轴线而到达该后表面的一个外围部分上。该后表面的一个外围部分可以被构形为用于将其上的入射光进行全内反射，该光从该中央空腔传播到该透镜本体的前表面上，在此处它离开该透镜本体。

在某些实施方案中，该中央后表面可以包括具有不同的曲率特征的一个近端区段以及一个远端区段。例如，该近端区段可以将一个凹表面朝向接收自该至少一个光源的光，并且该远端区段可以将一个凸表面朝向接收自该至少一个光源的光。在某些实施方案中，在该前表面上可以形成小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及有纹理的表面中的任何一种，例如，可以用于将光漫射。

在另一个示例性的方面，提供了一种设计混光透镜的方法，该混光透镜接收了来自至少一个光源(如发光二极管)的光。此种方法可以包括：通过一个输入表面和一个输出表面以及在所述输入和输出表面之间延伸的一个外围表面来限制具有一个本体的一个透镜，并且将该输入表面构形以在该透镜本体中形成一个空腔用于接收来自至少一个光源的光(或者可替代地，用于接受该至少一个光源本身)。该方法可以进一步包括：将该输入表面分割成多个折射分段并且确定这些折射分段的形状，以使得将至少约80％的、由该至少一个光源发出并入射在该输入表面上的光(或者在某些实施方案中，至少约90％、或者至少约95％)重定向到该外围表面上。在另外的实施方案中，该方法包括：确定这些折射分段的形状以使得将基本上所有的(例如，约97％的光或者更多，约98％或者更多的，约99％或者更多的，或者约100％)、由该至少一个光源发出并入射在该输入表面上的光重定向到所述外围表面上；并且确定这些折射分段以及所述外围表面的形状这样使得重定向的光在外围表面处经受全内反射并且被引导至输出表面，从而离开透镜本体。

在某些实施方案中，该输入表面的每个分段的形状被确定为将入射在其上的基本所有源光线基本上彼此平行地进行折射。在某些实施方案中，该输入表面的每个分段的形状被确定为将入射在其上的基本所有源光线基本上彼此平行地、但是与另一个分段反射的那些光线处于一个不同的平均角度地进行折射。在某些实施方案中，该方法可以进一步包括将小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及纹理中的任何一种添加到该输出表面上。

该方法还可适用于设计镜片，该镜片接收来自多于一个光源的光。

在另一个示例性的方面，提供了一种混光的透镜，它包括围绕一条光学轴线安置的一个透镜本体并且其特征为一个输入表面、一个输出表面、以及在它们之间延伸的一个外围表面。该输入表面可以形成一个中央空腔，该中央空腔用于接收来自至少一个光源(或者可替代地，来自至少两个光源)的光。该中央空腔可以具有一个反射部分，例如由一个具有物理的或光学的顶点(它可以是，例如，位于该光学轴线上或者其附近)的反射锥体来限定的，该顶点面对或者指向该至少一个光源。该反射锥体可以被构形用于镜面反射，例如，通过金属化作用。该中央空腔还可以具有例如由一个侧壁定义的一个传输光的部分，该侧壁与该反射锥体相对并且被构形为接收从那里反射的光。该传输光的部分可以将入射在其上的光耦合到该外围表面上，并且该外围表面可以被构形为用于将光全内反射，例如到该输出表面上，在此处它离开该透镜。该输出表面可以包括小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及一种有纹理的表面中的任何一种。

在又另一个示例性的方面，提供了一种混光镜片，它包括围绕一条光学轴线安置的光学本体，并且包括一个输出表面和多个反射输入表面，这些反射输入表面用于接收来自至少一个光源(或者，可替代地，来自两个或者更多个光源)的光。该多个反射表面可以被构形为将基本上所有的该光反射到镜片本体的一个侧表面上。多种用于反射的输入表面的构形是有可能的。例如，该多个反射输入表面可以包括，例如(i)一个面向该光学轴线的第一反射表面，用于反射来自该至少一个光源的光使其跨过该光学轴线并且进入该光学本体，以及(ii)一个背向该光学轴线的第二反射表面，用于反射来自该至少一个光源的光使其远离该光学轴线并且进入该光学本体中。在某些实施方案中，该第一反射表面可以相对于该光学轴线的方向而被安置在该至少一个光源与该第二反射表面之间。在某些实施方案中，该第二反射表面包括一个具有面向该多个光源的顶点的圆锥表面。该圆锥表面可以具有一个物理顶点，该顶点位于该光学轴线上或者其附近。该侧表面可以被构形为将从该第一和第二反射表面传播到其上的光反射(例如，它可以被金属化用于镜面反射)到该输出表面上，在此处它离开该镜片。该输出表面可以包括小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及表面纹理化作用中的任何一种。

在又另一个示例性的方面，提供了一种混光镜片，它包括一个反射体，该反射体沿着在一个近端与一个远端之间的一条光学轴线延伸，该近端用于接收来自至少一个光源的光，该远端用于输出该光并且具有一个被构形为用于反射光(例如，通过一个金属化的表面)的内表面。该镜片还可以包括一个反射锥体，它被安置在该反射体的近端和远端之间，该反射锥体具有指向该至少一个光源的一个顶点。该反射锥体可以被构形为接收来自该光源的光并且将其重定向(例如，通过来自其一个金属化表面的反射)到该反射体的内表面上，该内表面将该光重定向到该反射体的远端上。在某些实施方案中，该反射锥体的尺寸和位置可以被确定为将约5％与约30％之间的、从该至少一个光源发出并且由该镜片接收的光接收并且重定向。在某些实施方案中，该反射锥体的尺寸和位置可以被确定为将从该至少一个光源发出的、在相对于该光学轴线约10至约30度角度内的光接收并且重定向。该镜片还可以包括一个横跨该反射体的远端而延伸的输出表面，其中该输出表面包括小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及表面纹理化作用中的任何一种。

在又另一个示例性的方面，提供了一种混光镜片，它包括一个透镜本体，该透镜本体具有一个输入表面和一个输出表面以及在它们之间延伸的外围表面。该输入表面可以被构形为接收来自至少一个光源(或者可替代地，来自至少两个光源)的光。该输出表面可以具有一个在其中形成的中央空腔，并且该中央空腔可以包括从该透镜本体延伸进入该空腔中的多个凸起。在某些实施方案中，这些凸起可以从该空腔的一个近端朝向该输出表面延伸。这些凸起可以呈现出构形过的表面，这样使得从该光源接收到的光经受全内反射并且被重定向到该外围表面上。该外围表面被构形为使得从这些凸起处重定向的光被全内反射到该输出表面上，从而离开该透镜本体。

在某些实施方案中，这些凸起可以被构形为使得在这些凸起中经受全内反射的光被重定向为离开这些凸起并且在该空腔的一个侧壁处重新进入该透镜本体。在某些实施方案中，该透镜本体可以被构形为使得基本上所有的、由该输入表面从该至少一个光源(或者直接从该至少一个光源亦或通过这些凸起来重定向)接收的光被接收在该外围表面。

在另一个示例性方面，提供了一个光学系统，它包括一个与多个光学设备光学地联动的漫射板，该漫射板用于接收和漫射从这些光学设备接收的光。该漫射板可以具有一个输入表面以及一个输出表面，该输入表面用于接收来自多个光学设备的光，该输出表面具有小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体以及在其上形成的表面纹理化作用中的任何一个。该漫射板可以与先前说明的、上述的光学装置(例如，混光透镜、反射体，等)和/或如以下说明的(例如，与图1至图17相关连的)光学装置中的任何一种一起使用。

例如，在一个实施方案中，这些光学装置中的一个或多个可以包括具有一个透镜本体的透镜，该透镜本体围绕一条光学轴线安置并且其特征为一个输出表面和一个输入表面以及在这些输入与输出表面之间延伸的一个外围表面。该输入表面可以形成一个用于接收来自至少一个光源的光的空腔，并且可以逐渐变小到在该光学轴线上或者其附近的一个点。该输入表面的形状可以被确定为折射该至少约80％的、在该输入表面处从该至少一个光源接收的光使其远离该光学轴线并且达到该外围表面上。该外围表面被构形为使得从该空腔传播到其上的光被全内反射到该输出表面上，从而离开该透镜本体。

作为另一个实例，在一个实施方案中，这些光学装置中的一个或多个可以包括一个反射体，该反射体沿着在一个近端与一个远端之间的一条光学轴线延伸，该近端用于接收来自至少一个光源的光，该远端用于将该光输出到该漫射板上。该光学装置还可以具有一个被构形为用于反射光的内表面。该光学装置还可以包括一个反射锥体，它被安置在反射体的近端和远端之间并且具有指向该至少一个光源的一个顶点。该反射锥体可以被构形为接收来自该光源的光并且将其重定向到该反射体的内表面上，该内表面将该光重定向到该反射体的远端，在此处它离开该光学装置。

附图说明

通过参照以下详细的说明结合这些相关联的附图可以获得对本申请不同方面的进一步的理解，在这些附图中：

图1示意性地描绘了一个混光透镜和两个光源的一个实施方案的截面视图，其中示例性的光线轨迹代表从右手侧的光源发出的光；

图2示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从右手侧光源发出的光；

图3示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从左手侧光源发出的光；

图4示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从右手侧和左手侧光源发出的光；

图5示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从右手侧和左手侧光源发出的光从该中央腔体的一个近端部分穿过；

图6示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从右手侧和左手侧光源发出的光从该中央腔体的一个远端部分穿过；

图7示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从右手侧光源发出的光穿过该透镜并且命中一个目标表面；

图8示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从左手侧光源发出的光穿过该透镜并且命中一个目标表面；

图9示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从左手侧光源和右手侧光源发出的光穿过该透镜并且命中一个目标表面；

图10示意性地描绘了图1中所示的混光透镜的截面视图，其中附加的示例性的光线轨迹代表从左手侧光源和右手侧光源发出的光穿过该透镜并且命中一个目标表面；

图11示意性地描绘了一个具有中央反射锥体的混光透镜和两个光源的另一个实施方案的截面视图；

图12示意性地描绘了一个具有多个反射光的表面(被安置在一个中央空腔中)的混光镜片和两个光源的一个示例性实施方案的截面视图；

图13示意性地描绘了一个混光镜片和两个光源的另一个示例性实施方案的截面视图；

图14示意性地描绘了图13中所示的镜片的截面视图，其中示例性的光线轨迹代表从左手侧光源发出的光；

图15示意性地描绘了图13中所示的镜片的截面视图，其中示例性的光线轨迹代表从左手侧光源发出的光；

图16示意性地描绘了一个混光镜片和一个单个的光源的另一个示例性实施方案的截面视图；

图17示意性地描绘了一个混光透镜的一个示例性实施方案，该混光透镜在其一个侧表面上具有一个死区；并且

图18示意性地描绘了一个光学系统的一个示例性实施方案的截面视图，该光学系统包括一个与混光透镜光学地联动的漫射体。

具体实施方式

除其他之外，本申请披露了镜片和照明系统以及相关联的方法，它们可以接受来自一个或多个分开的光源的光。典型地，这些镜片和照明系统将接受自两个或更多个分开的光源的光进行混合，例如通过接受光并且将其从透镜投射到一个目标表面上，例如，以一种均匀的、带图案的、或者其他受控制的方式。在许多情况下，这两个或者更多个的光源可以生产具有多个不同波长(或者不同的多组波长)的光。在许多情况下，此类不同可以导致这些光源产生具有不同颜色的光并且这些透镜和/或系统起到颜色混合器的作用。然而，在此披露的镜片和照明系统还可以与多个产生具有相同的或者类似的波长的光的光源一起使用。此外，在其他应用中，在此披露的镜片和照明系统可以与一个单个的光源一起使用。例如，在某些实施方案中，具有大尺寸的一个单个的光源可以与本发明的透镜和系统一起使用以便将来自光源的各个部分的光进行混合(例如，因为在某些情况下，光源的这种尺寸意味着它不能够被处理成一个点源)和/或以便减少光源成像。此外，在某些实施方案中，本发明的镜片和系统可以被用于将由空间上分开的、单独的、具有单一色的多个源所产生的光有效地混合，这些源共同构成了一个单一的大的光源。

在此披露的装置和方法可以与多种多样的光源一起使用，这些光源包括发光二极管和白炽灯泡、或者其他相干的或者非相干的源。此类装置和方法可以具有大范围的应用，除其他之外，包括例如在聚光灯、可定制的/可调整的照明系统、家庭照明、闪光灯、耐磨的头灯或者其他装在身体上的照明物。

贯穿本申请，术语“如”被用作一个非限制性术语“例如”的缩写。应该理解，不管是否明确地陈述，在此说明的镜片的所有的特征仅是作为举例，并且无须是必要条件。所有的图也只是描绘了本发明的示例性实施方案。

转至图1，在一个示例性实施方案中，一个透镜100可以包括围绕一条光学轴线104安置的一个透镜本体102。在此实施方案中，透镜本体102具有由一个中央部分108(“中央后表面”)以及一个外围部分110(“外围后表面”)构成的一个后表面106。后表面106的特征还可以为或者在此是指具有一个输入表面108以及一个外围表面或侧表面110。透镜本体102还包括一个前表面112(在此还被称为一个输出表面)。一个小透镜阵列128(以下对它进行更详细地说明)形成在前表面112上。尽管可以使用任何数目的光源，但是图1显示了位于透镜本体102近端的两个在空间上分开的光源114、116，如发光二极管。(应该理解，如图1中所示的透镜本体102是轴向对称的并且图1也只是代表一个截面视图。)

总体上说，在此实施方案中，中央后表面108形成了一个凹陷或者空腔109，该凹陷或者空腔形成在后表面106中。空腔109可以被构形为在该空腔109内接收这些光源114、116本身(例如，发光二极管封装)。在其他实施方案中，这些光源114、116可以安置在该透镜的附近并且该空腔可以仅仅接收来自这些光源的光。无论如何，在此实施方案中，中央后表面108接收了来自这些光源114、116的光，并且将来自这些光源114、116的光耦合进入透镜本体102中。由这些光源114、116发出的光通过在中央后表面108处的折射而进入透镜本体102中。外围后表面110可以被适配为通过宽范围的机理来反射光，例如通过全内反射或者通过镜面反射，如可以通过在其上形成一个金属涂层来实现。在图1所示的实施方案中，外围后表面通过全内反射来反射基本上所有的、接收自空腔109的光。全内反射的光行进到前表面112，通过该前表面光通过小透镜阵列128离开透镜本体102(例如，通过折射)，并且向一个目标表面传播。

如本领域已知的，在两种具有不同的折射指数的介质之间的界面处，当穿过具有较大指数的介质的光以相对于该界面法线的一个超过临界角的角度入射在该界面上时可以发生全内反射，这可以通过以下关系进行定义：

θ_{crit} = \arcsin \frac{n_{2}}{n_{1}}

其中n₁是具有较大指数的介质的折射指数，并且n₂是具有较小折射指数的介质的折射指数。

回到图1，形成该空腔109的中央后表面108的形状可以被确定为避免或者减少光从其中的直接穿过，例如避免平行于光学轴线104的光通过，和/或避免或减少所投射的光中光源114、116的像。此外，在许多实施方案中，该中央后表面108的形状可以被确定为使得入射在其上的光到外围表面110上的转移最大化。如图1中所示，中央后表面108形成了一个空腔109，该空腔在远侧逐渐变小为沿着光学轴线104的一个点126。在某些实施方案中，表面108可以将一个凸表面朝向这个或这些光源114、116并且逐渐变小为该点。在其他实施方案中，表面108的特征可以为一个正的聚光率，例如，以便使入射在其上的光汇聚并且将其引导至外围表面110。在许多情况下，中央后表面108折射至少约80％的、在该输入表面108处接收的光使其远离光学轴线104并且到达外围后表面110上(或者在其他实施方案，至少约90％、或者至少约95％)。在某些情况下，中央后表面108折射基本上所有的、在输入表面108处接收的光使其远离光学轴线104并且到达外围后表面110上。

术语“折射”意在表示，这些光线改变了方向，例如这可以发生在它们从一种介质(例如在透镜本体102的外侧空气)进入另一种介质(例如构成透镜本体102的材料)时。作为本领域的普通技术人员应该理解，来自这些光源114、116的一些光可以进入透镜本体102中而不改变方向，例如，如果它们在垂直于表面108的方向上冲击中央后表面108。短语“基本上所有的”光被折射意在表明除一个可略部分(对采用透镜的目的而言是无足轻重的)之外的所有的光被折射，例如，在某些情况下，约97％或者更多的光被这样折射，或者在其他情况下约98％或者更多、约99％或者更多、或者约100％。相反，在某些情况下，约3％或者更少、或2％或者更少、或1％或者更少的光在平行于光学轴线104的方向上穿过中央后表面108，例如穿过在空腔109中的、逐渐变小的点126的顶尖。

在某些实施方案中，中央后表面108将至少约80％(或者在其他情况下，至少约90％、至少约95％、或者基本上所有)的、入射到其上的光以约25度或者更大(或者在其他情况下约30度或者更大、约45度或者更大、或约60度或者更大)的一个角度折射得远离该光学轴线104。

如图1中所示，在此实施方案中，中央空腔109被分成一个近端区段118和一个远端区段120，并且该外围后表面110具有一个近端区段122和一个远端区段124。中央后表面108的近端区段118可以被适配为使至少约80％(或者在其他实施方案中，至少约90％、至少约95％、或者基本上所有)的、从光源114、116两者入射到其上的光重定向(例如，折射)到外围后表面110的近端区段122上。中央后表面108的远端区段120可以被适配为使至少约80％(或者在其他实施方案中，至少约90％、至少约95％、或者基本上所有)的、从光源114、116两者入射到其上的光重定向(例如，折射)到外围后表面110的远端区段124上。短语“基本上所有的”光意在表明除一个可略部分(对采用透镜的目的而言是无足轻重的)之外的所有的光以这样一种方式穿过，例如，在不同的实施方案中，以此方式穿过中央后表面108的那部分光可以是例如(入射到其上的光的)约97％或者更多、约98％或者更多、约99％或者更多、或者约100％。

近端和远端区段118、120的具体曲率特征可以广泛地变化，但是在图1中所示的实施方案中，中央后表面108的近端区段118是平截头体形的。近端区段118可以采用锥体、抛物线、或者事实上任何圆锥截面(例如，相对于光学轴线104)的轮廓。在某些实施方案中，中央后表面108的近端区段118可以将一个凹表面朝向来自光源的进入光。

如图1中所示，中央后表面108的远端区段120将一个凸表面朝向来自光源的进入光。在其他实施方案中，远端区段120可以采用锥体、抛物线、或者事实上任何圆锥截面(例如，相对于光学轴线104)的轮廓。

应该理解，在其他实施方案中，中央后表面108可以仅仅具有一个的单一的区段，例如抛物线的、圆锥的、或者其他方式的一个单一的区段并且它将来自两个光源114、116的光传送到外围后表面110上。

在某些实施方案中，外围后表面110的近端和远端区段122、124可以仅是指外围后表面110的范围的不同的区域。外围后表面110可以是总体上U形的，并且在许多实施方案可以采用锥体、抛物线、或者事实上任何圆锥截面(例如，相对于光学轴线104)的轮廓。

然而，在其他实施方案中，近端和远端区段122、124可以是两个不同的区段(例如，与中央表面108的区段118、120类似)，它们的轮廓可以彼此不同。这些区段122、124的每一个可以是总体上U形的，并且在许多实施方案可以采用锥体、抛物线、或者事实上任何圆锥截面(例如，相对于光学轴线104)的轮廓。在某些实施方案中，远端区段124和近端区段122的轮廓可以是形状类似的但是具有不同的尺寸。

图1到图6包括代表穿过透镜100的光的示例性光线轨迹。应该注意到，多个图(包括在此所有的图1-图11)中的光线轨迹并不旨在必然地显示能够达到的最佳效果或者通过采用根据本发明的传授内容的透镜或者照明系统所需要达到的最佳效果。此外，本领域的普通技术人员应该理解，在任何一幅图中描绘的光线轨迹并不旨在必然地代表由这些光源114、116产生的或者存在于透镜100中的所有光线。

图1展示了起源于光源116处并且撞击在中央后表面108的近端区段118上的光线。这些光线被近端区段118折射并且传播到外围后表面110的近端区段122上，尽管有可能的是某些光线(例如，在许多实施方案中的非关键的部分)也可以直接穿过而不被重定向。应该理解，有可能的是某些光线(例如，在许多实施方案中的非关键的部分)还可以直接穿过而不被重定向。

这些光线在外围表面100处被反射(例如，通过全内反射和/或镜面反射)到前表面112上，在此处它们通过小透镜阵列128离开透镜100。以下将联系图7至图10的这些示例性的光线轨迹来对这些离开的光线和小透镜阵列128进行更详细的描述。

图2展示了起源于光源116处的、撞击在中央后表面108的近端和远端区段118、120两者上的示例性的光线。入射在近端区段118上的光线如以上与图1相联系地说明地来传播。这些入射在远端区段120上的光线由此被折射并且传播到外围后表面110的远端区段124上，尽管再一次还可以有某些光线直接穿过而不经受折射。然而，如图2中所示，某些光线(例如，示例性的光线200)可以从中央后表面108的远端区段120直接传播到前表面112上。撞击在外围后表面110的远端区段124上的光线由此被反射到前表面112上，在此处它们通过小透镜阵列128离开透镜100。

图3展示了起源于光源114的并且撞击在中央后表面108的近端区段118上的示例性的光线。这些光线被近端区段118折射并且传播到外围后表面110的近端区段122上，尽管再一次还可以有某些光线直接穿过而不经受折射。这些光线可以在这个表面处被反射(例如，通过全内反射和/或镜面反射)到前表面112上，在此处它们通过小透镜阵列128离开透镜100。

图4展示了起源于光源114的、并且撞击在中央后表面108的近端和远端区段118、120两者上的示例性的光线。入射在近端区段118上的光线如以上与图3相联系地说明地来传播。入射在远端区段120上的光线由此被折射并且传播到外围后表面110的远端区段124上，尽管再一次还可以有某些光线直接穿过而不经受折射。然而，如图4中所示，某些光线(例如，示例性的光线400)可以从中央后表面108的远端区段120直接传播到前表面112上。撞击在外围后表面110的远端区段124上的光线由此被反射到前表面112上，在此处它们通过小透镜阵列128离开透镜100。

图5展示了起源于光源114、116两者的、并且在近端区段118上被折射而被引导至外围表面110的近端区段122的示例性的光线(即，来自各个光源的光被引导至外围表面的同一区段上)，其中它们被反射到输出表面112上，如先前分开地关于图1和图3所说明且所展示的。

图6展示了起源于光源114、116两者的、并且在远端区段120上被折射而被引导至外围表面110的近端区段124的示例性的光线(即，来自各个光源的光被引导至外围表面的同一区段上)，其中它们被反射到输出表面112上，如先前分开地关于图2和图4所说明且所展示的。

图7展示了起源于光源116的、并且撞击在中央后表面108的近端和远端区段118、120两者上的示例性的光线的路径，如以上与图2相联系地说明的。此外，图7进一步展示了此类通过小透镜阵列128而离开透镜100的前表面112的、并且撞击在目标表面700上的示例性的光线。小透镜阵列128可以具有多种多样的构形，但如图7中所示，阵列128包括多个微透镜，每一个均具有一个凸表面以提供聚焦度。在某些实施方案中，聚焦度可以是例如在约0.05D至约0.1D的范围内，或者其他实施方案中在约0.4D至约0.6D的范围内。曲率半径可以是在约10mm至约20mm的范围内，或者在其他实施方案中在约2.5mm至约1.7mm的范围内。

其他用于在前表面112处传播或者混合光的光学结构也可以被用作小透镜阵列128的一部分或者替代它。例如，按照希望的输出图案和/或特征所要求的，其他透镜(例如，发散透镜、衍射透镜)、表面纹理化作用(例如，在压模中或者使用化学的或者机械蚀刻或者粗化而产生的纹理)等可以用在前表面112上。其他实例包括微透镜、微棱镜、以及微圆柱体。

图8展示了起源于光源114的、并且撞击在中央后表面108的近端和远端区段118、120两者上的示例性的光线的路径，如以上与图4相联系地说明的。此外，图8进一步展示了通过小透镜阵列128离开透镜100的前表面112的此类示例性的光线。

图9展示了起源于光源114、116两者的、并且撞击在中央后表面108的近端区段118上的示例性的光线的路径，如以上与图5相联系地说明的。此外，图9进一步展示了通过小透镜阵列128离开透镜100的前表面112的此类示例性的光线。

图10展示了起源于光源114、116两者的、并且撞击在中央后表面108的远端区段120上的示例性的光线的路径，如以上与图6相联系地说明的。此外，图10进一步展示了通过小透镜阵列128离开透镜100的前表面112的此类示例性的光线。

本申请还提供了设计混光透镜的一种示例性的方法。此种透镜的设计可以涉及使用一种计算机辅助的模型来设计镜片和/或来模拟由此类镜片产生的光。在一个示例性的途径中，透镜的设计可以被视为对于透镜的各个表面或者光学元件的一系列设计目标或参数。为了便于参考，以下说明将使用类似于以上与图1相联系地使用的术语，但这不应该被解释为是指：图1中所示的透镜必须是根据以下原理进行设计的、或者图1代表了这个示例性的设计过程的每个部分的执行结果。

在一个实施方案中，一种设计方法可以包括为一个光学本体提供一个输入和输出表面。可以通过用于接收一个光源(例如，来自一个具体的制造者)或多个光源的输入表面来限定一个中央空腔。形成表面的中央空腔的轮廓可以被确定为，使得将至少约80％、至少约90％、至少约95％、或者基本上所有的(例如，约97％或更多、约98％或更多、约99％或更多、或者约100％)、接收自一个或多个光源并且由该光学本体接收的光重定向到外围或侧表面，这些外围或侧表面是反射的。这可以通过使空腔的表面成形以折射基本上所有的光使其远离该光学轴线并且进入该光学本体来实现。空腔的表面可以被模制为或者一个单一的折射表面或者一个经结合的分区段的表面以便产生一个连续表面(例如，如在图1中所示的区段118、120中的)。针对冲击一个区段的每条光线，可以确定或者计算出一条相应的折射输出光线以便在一个所希望的位置与该光学本体相交，并且更具体的是在该光学本体的外围或侧表面上的一个位置。在某些实施方案中，这些区段可以被设计为使得它们产生(例如，折射)彼此平行的光。在其他实施方案中，这些区段可以被设计为使得由一个区段折射的光线不平行于由另一个区段折射的光线(尽管在各个区段之内这些被折射的光线可以彼此平行)。

光学本体或者更具体地其侧表面(已经将这些光线朝向该侧表面折射)可以被设计为主要将光向前引导至输出表面。如果这些区段已经被设计为产生平行的光线，那么该侧表面可以是一条单一的平滑曲线。如果这些区段已经被设计为产生不平行于一个或多个其他区段的那些光线(例如，对各个区段有一个不同的平均角度)，那么在某些实施方案中很少的或者没有光线可以被传送通过在多个相邻区段的边缘光线1702、1703之间的一个角度区域1700，从而导致在侧表面1710上的一个死区1704，原则上如图17中所展示的。在此类实施方案，侧表面1710可以被分成在死区1704两侧上的两个进一步的分段1706、1708，每个分段被构形为使光向前重定向到输出表面。

侧表面的形状可以被确定为将来自中央空腔的光反射(例如，通过全内反射或者镜面反射)到输出表面上。输出表面可以被设计为基本上是一个平坦的表面。可以将纹理、微透镜、微棱镜、微圆柱体或者其他控制光的结构添加到输出表面上以实现希望的光学效果，例如以便改进光的混合和/或均匀性。

在其他实施方案中，参见图1，形成空腔109的表面108的形状可以被确定为使被传送到外围表面110的入射光的量最大化，它在某些情况下可以是抛物线的或者基本上是抛物线的。通过使表面108的形状保持不变，并且针对镜片的一个所希望的、给定的高度和宽度，透镜的本体(包括，例如表面110)的形状可以被确定为使评价函数最优化。该评价函数可以使在距该透镜的光学轴线的一个角度(例如，一个立体角)θ之内由透镜产生的通量最大化，这限定了所希望的照明区域(例如，在一个目标表面上)并且还使在目标平面的四个象限(或者其他数目的扇区)中聚集的通量差异最小化。

一个示例性的评价函数F可以写为：

其中代表在距光学轴线角度θ之内的总的通量，(i＝1，2，3，4...j)代表在一个在角度θ之内的一个成像平面的各个扇区中的通量(例如，各个象限，在这种情况下，i＝1，2，3，4)，并且代表在大于θ角度处的来自所有的扇区的总的通量。

图11展示了透镜1100的一个替代实施方案，它包括围绕一条光学轴线1104安置的一个镜片1102。在此实施方案中，镜片1102具有由一个中央部分1108(“中央后表面”)以及一个外围部分1110(“外围后表面”)构成的一个后表面1106。镜片1102还包括一个前表面1112。尽管可以采用任何数目的光源，图1显示了两个在空间上分开的光源1114、1116，它们在镜片1102的后表面1106附近。

在此实施方案中，中央后表面1108形成了一个空腔并且包括一个锥体形状的反射区段1118(例如一个反射锥体)。该反射区段具有一个顶点，该顶点面向这些光源1114、1116并且指向它们。图1中，该顶点是一个物理顶点，但在其他实施方案中，该反射锥体可以是平截头体形状的而具有一个光学顶点(例如一个具有多个侧面的平截头体，如果将这些侧面延伸的话它们将会相交形成一个顶点)。反射区段1118可以被金属化以便提供一个镜面反射的表面。

中央后表面1108还限定了一个传输光的区段1120(例如，它可以通过折射使进入的光线改变方向或者直接使它们穿过而不折射)。该传输光的区段可以通过面向该反射区段1118并且接收从那里反射的光的一个壁来形成。在使用中，光线(如图11上所示的、起源于这些光源1114、1116的示例性的光线1130)可以撞击在反射区段1118上，从这里它们被反射到传输光的区段1120上。这些光线可以例如经由折射通过传输光的区段1120进入镜片1102中，并且传播到外围后表面1110上，在此处它们可以被反射到前表面1112上。图11进一步显示了，可以在前表面1112上采用一个小透镜阵列1128。小透镜阵列1128可以根据先前与以上图7至图10相联系地说明的实施方案中任何一个来构形。

在其他实施方案中，传输光的区段1120可以具有多个区段，例如按以上与图1中的中央前表面108的近端和远端区段118、120相联系地说明的。此外，外围后表面1110可以具有多个区段，例如按以上与图1中的中央前表面108的近端和远端区段122、124相联系地说明的。

作为进一步的举例，图12示意性地展示了根据本发明的一个混光镜片1200的一个实施方案的实例性实现方式。在此实施方案中，将一个镜片本体1202与两个光源1204、1206联动以便接收由那些光源所产生的光。在此实现方式中，镜片1200包括一个后表面1212(输入表面)，该后表面具有多个反射区段1222、1224，这些反射区段将来自这些光源的、入射到其上的光反射到该镜片的一个外围反射表面1214上。在许多情况下，该外围反射表面可以被构形为用于镜面反射，例如表面1214可以被实施为一个金属化的、杯形的或者抛物线形的反射体用于镜面反射。然而，在某些实施方案中，镜片本体1214可以填充有一种光学材料以便将反射表面1214构形为一个全内反射的表面。

无论如何，外围反射表面1212(侧反射表面)将入射光朝向镜片的前(输出)表面1216反射，在穿过一个小透镜阵列1220之后通过该前表面的光离开该镜片以撞击到目标表面1218上。入射在后表面1212上的某些光线在后表面的下反射区段1222和上反射区段1224处经受反射而被引导至外围表面。其他光线可以直接到达外围表面，即，没有经受反射。上反射表面1224可以被定向为背向光学轴线1226，以便反射来自这些光源1204、1206的光使其远离该光学轴线并且到达外围反射表面1214上。下反射表面1222可以被定向为面向光学轴线，以便反射来自这些光源1204、1206的光使其跨过该光学轴线1226并且到达外围反射表面1214上。

图13展示了一个混光镜片1300的又另一个示例性实施方案。在此实施方案中，镜片1300包括围绕一个光学轴线1326安置的一个反射体本体1314。本体1314可以是抛物线的、或者近似抛物线的，并且可以具有一个近端1302以及一个相反的远端1303，该近端用于接收一个或多个光源1304、1306的光。反射体本体1314的内表面1314a可以被构形为用于镜面反射，例如通过金属化作用。

一个插入件1308可以被安置在反射体本体1314的远端并且可以穿过该远端延伸，从而提供了一个输出表面1318，该输出表面可以包括形成在其上的、宽范围的表面特征1320，这些特征例如小透镜、微透镜、微棱镜、表面纹理化作用、或者如前面所说明的其他内容。插入件1308还可以近似地沿着光学轴线1326延伸，在一个圆锥反射体1312中结束。在某些实施方案中，反射体1312可以不是圆锥形的而是由多个反射体平面形成的(例如，如果镜片1300不是旋转对称的而是一个矩形的反射体)。反射体1312可以被布置为使定点1312a面向或指向这些光源1304、1306。在此实施方案中，它位于光学轴线1326上。在使用中，从这些光源1304、1306发出的光可以冲击圆锥反射体1312，该反射体使该光重定向到反射体本体1314的内表面1314a上。在许多实施方案中，从这些光源1304、1306发出并且由镜片1300接收的、约5％至约30％的光通过反射体1312被重定向到反射体本体1314上。

其他光直接从光源传播到表面1314a上。反射体1312将该光、连同由反射体1312重定向到表面1314a上的光重定向到输出表面1318上，从而使其离开镜片1300。作为本领域的普通技术人员应该理解，某些光可以从光源发出并且直接到达输出表面1318，例如无需从反射体1312或者反射体本体1314的表面1314a反射。然而，在许多实施方案中，至少约80％、至少约90％、或者至少约95％、或者基本上所有的(例如，97％或更多，98％或更多，等)、从光源1304、1306发出并且由镜片1300接收的光被反射体1312或者内表面1314a重定向。在其他实施方案中，反射体1312的尺寸和位置可以被确定为将从这些光源1304和/或1306中的一个或多个发出的、在距光学轴线1326的约10至约30度的一个角度内的光接收并且重定向。

图14和15展示了分别由光源1304和1306发出的示例性的光线。例如，在图14中，某些光线从光源1304发出，由反射体1312反射并且撞击反射体本体1314的一个上部或远端部分1400。某些光线从光源1304发出并且直接行进到反射体本体1314的一个下部或近端部分1402上。图15中，某些光线从光源1306发出，由反射体1312反射，并且与从光源1304发出并直接行进到反射体本体1314上的光线撞击在反射体本体1314的基本上同一部分1400上。

如与在此披露的所有的实施方案一样，应该理解的是，尽管在图13至图15中展示有两个光源，但是镜片1300可以被构形为接收来自一个单一光源的光，或者在其他实施方案中，来自多于两个光源的光。

图16展示了一个混光镜片1600的又另一个示例性实施方案。在此实施方案中，镜片1600包括一个光学本体1602，该光学本体在其近端具有一个输入表面1608，用于接收来自光源1610(在此示出为一个单一的光源，尽管在其他实施方案中，镜片1600可以被适配为接收多于一个的光源)的光。在这种情况下，输入表面1608是凹的并且被构形为用于接收来自光源1610(和/或光源1610本身)的光而不显著改变该光的路径。光学本体1602在其远端还具有一个输出表面1604。一个外围表面1606在输入和输出表面1608、1604之间延伸。

在此实施方案中，在输出表面1604中形成了一个中央空腔1612这样使得输出表面1604围绕着中央空腔1612。图16中，中央空腔1612的中心被定位在光学轴线1626上并且输出表面1608围绕着空腔1612，从而形成了本体1602的外围。中央空腔1612的底部(或者近端)的表面形成了多个凸起1614，这些凸起从透镜本体1602延伸进入到空腔1612中。这些凸起1614的形状被确定为使得接收自光源1610的光在这些凸起1614的表面处被全内反射并且由此被重定向进入空腔1612的一个侧壁1612a中，在此处它可以重新进入本体1602，并且传播到外围表面1606上。当光在此路径上行进时它可以在壁1612a处被折射。例如，在此实施方案中，这些凸起1614将多个成角度的表面朝向从光源1610传播的光，这样使得该光在大于临界角度处来冲击它们并且经受全内反射。其结果是，在此实施方案中，这些凸起1614在空腔1612的底部形成了一个锯齿形的表面。

如图16所展示的，某些由光源1610发出的光可以进入光学本体1602并且直接传播到外围表面1606上而没有由这些凸起1614重定向。在许多实施方案中，入射在输入表面1608上的至少约80％的光以这两种方式中的一种(即，或者直接从光源1610或者通过被这些凸起1614重定向)到达外围表面1606。在其他实施方案中，入射在输入表面1608上的至少约90％的、或者至少约95％的、或者基本上所有的光以这两种方式中的一种(即，或者直接从光源1610或者通过被这些凸起1614重定向)到达外围表面1606。

外围表面1606被构形为使得入射在外围表面1606上的光(包括直接从光源1610传播的光以及由凸起1614重定向的光)在那个表面处经受全内反射并且朝向输出表面1604重定向。输出表面可以具有在其上形成的多种表面特征(例如，小透镜、微棱镜、表面纹理化作用，等)中的任何一种，如先前相对于其他实施方案说明的。

上述镜片中的任何一种(例如，在与图1至图17相关联地展示的和/或说明的装置中的任何一个)可以与一个漫射体(例如，一种漫射板或者屏)或者用于使光进行传播、形成图案、和/或混合的其他光学元件一起来使用。例如，图18展示了具有一个透镜1801的一个光学系统1800，该透镜在某些方面类似于与图1相关联地描述的方式进行实施。透镜本体1802包括一个输入表面1808和一个输出表面(一个第一输出表面)1812、连同一个外围表面1810。输入表面1808接收了来自光源1814和1816的光。在此实施方案中，输出表面1812在光学上是中性的，没有在其上形成的任何表面特征(例如，小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及表面纹理化作用)，虽然在其他实施方案中，输出表面1812可以包括此类特征。一个漫射体1830光学地与透镜1801联动并且具有一个用于接收来自透镜1801的光的输入表面1831和一个输出表面1832(一个次级输出表面)，该输出表面具有在其上形成的多个小透镜。在此实施方案中，漫射体1830远离透镜1800进行安置，尽管在其他实施方案中，漫射体1830可以被构形为直接放置在透镜1801的输出表面1812上方，例如通过将其放置在在输出表面1812的顶部附近或直接放置在其顶部上。然而，在许多情况下，随着漫射体1830的位置远离透镜1800(例如，沿着轴线1804)移动，系统1800的照亮外观和性能可以改进，例如，来自系统1800的光均匀性可以得到改进。尽管如图18中所展示的，漫射体1830与一个透镜1801联动，在某些实施方案中，漫射体1830的尺寸可以被确定为用于多个透镜1801或者其他光学设备并与它们光学地联动，它们各自可以被构形为一个准直装置，该准直装置发射穿过漫射体1830的光。

根据在此说明的原理制造的镜片和照明系统在某些情况下可以提供多种优势。例如，在某些实施方案中，它们可以防止由这些光源发出的光线直接穿过其一个中央部分(例如，基本上平行于该光学轴线)。在某些实施方案中，它们可以减少或避免光源在一个目标表面上的成像，保留光源的角视差，和/或在远场中产生非均匀的颜色。此外，在某些情况下，使用不同的多组对于光的控制表面(例如，图1中所示，近端区段118和124作为一个组，和/或远端区段120和122作为另一个组)可以通过提供分开地控制光穿过各组控制表面的能力来提供更大的设计灵活性。根据在此说明的原理制造的镜片和照明系统在某些情况下可以提供至少约80％的效率，其中效率是按照总的光源光与离开一个输出表面的总光之比而测量的。在其他实施方案中，此种镜片和/或照明系统可以显示出至少约50％的效率、至少约60％的效率、至少约70％的效率、或者至少约75％的效率。

根据在此说明的原理制造的镜片和照明系统在某些情况下可以产生来自两个或更多个分开的光源的光在一个目标表面上的一种空间混合。例如，在某些实施方案中，在一个目标表面上的一个位置处由一个光源通过一个透镜而产生的亮度，可以是约等于由一个分开的第二光源通过该透镜产生的亮度，其中这些光源产生大致相等的强度的照明。换句话说，在一个具体位置处由各个光源通过透镜产生的亮度比率可以是约1/1，其中亮度是以例如坎德拉每平方厘米为单位测量的。在其他实施方案中，亮度比率可以是在约1/1至约1/1.5的范围内，或者在其他实施方案中约1/1至约1/1.25。应该理解，在某些情况下，此种亮度比率在一个被照明的目标区域中可以是基本上均匀的。

应该注意到，上述讨论并非旨在必然地说明能够达到的最佳结果或者通过采用根据本发明的传授内容的透镜或者照明系统所需要达到的最佳结果，而只是展示了在某些应用中也许是可能的示例性的优点。

应该注意到，在此披露的示例性实施方案中，在此以二维截面的形式对透镜进行了展示和说明，该二维截面可以在空间上(例如旋转地)延伸以产生一个三维装置。典型地，可以采用一个对称的三维延伸物，例如围绕光学轴线104是旋转对称的，然而，在此的这些传授内容也可以适用于非对称旋转，例如在椭圆和抛物线等的情况下。此外，在此说明的镜片可以是直线地延伸的，例如以便产生一个矩形的镜片。

以上说明的透镜或其他镜片中的任何一种可以由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、聚碳酸酯、环烯烃共聚物以及环烯烃聚合物、或者其他适合的材料制成。作为举例，一个透镜可以通过注塑模制、通过从一块原材料中机械切削一个反射体或透镜和/或将其抛光、通过在一个自旋心轴上形成一个金属片、通过在工具加工的磨口(它表示包括任何局部小面的细节的最终表面几何形状)之间压制一个金属片、等等来形成。反射表面可以通过一个真空金属化过程来产生，该过程通过使用高度反射性的金属基底通过旋转或者形成方法来沉积一个反射金属(例如铝)涂层。在反射表面上刻小面可以通过注塑模制、通过从一块原料中机械切削一个反射体或透镜和/或将其抛光、通过在工具加工的模口(它表示包括任何局部小面细节的最终表面几何形状)之间压制一个金属片、等等来产生。

在此提及的任何公开物或专利申请书、连同所附的权利要求书，均通过引用被结合在此并且被认为代表了本专利申请书的披露和详细的说明书的一部分。此外，应该理解，与任何示例性实施方案相联系地展示或者说明的这些特征可以与任何其他实施方案的这些特征进行结合。此类变更和变体旨在处于本专利申请的范围之内。

Claims

1.一种混光透镜，包括：

一个透镜本体，该透镜本体围绕一条光学轴线进行安置并且其特征为一个输出表面和一个输入表面以及在这些输入表面与输出表面之间延伸的一个外围表面，

所述输入表面形成了一个空腔，该空腔用于接收来自至少一个光源的光，所述空腔包括一个近端区段和一个远端区段；

所述输入表面的形状可以被确定为折射在该输入表面处接收的、来自该至少一个光源的至少80％的光使其远离该光学轴线并且到达该外围表面上，

所述外围表面被构形为使得从该空腔传播到其上的光被全内反射到该输出表面上从而离开该透镜本体，

其中该近端区段将一个凹表面朝向接收自所述至少一个光源的光，并且该远端区段将一个凸表面朝向接收自所述至少一个光源的光，

其中该输入表面逐渐变小为在该光学轴线上的或者其附近的一个点。

2.如权利要求1所述的透镜，其中该输出表面包括小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体以及表面纹理化作用中的任何一种。

3.如权利要求1所述的透镜，其中该输入表面折射接收自该至少一个光源的、至少97％的光使其远离该光学轴线而到达该外围表面上。

4.如权利要求1所述的透镜，其中该输入表面折射接收自该至少一个光源的、至少99％的光使其远离该光学轴线而到达该外围表面上。

5.如权利要求1所述的透镜，其中该输入表面的形状可以被确定为使得入射在其上的光到该外围表面上的转移最大化。

6.如权利要求1所述的透镜，其中该近端区段将来自该至少一个光源的光引导至该外围表面的一个第一区域，并且该远端区段将来自所述至少一个光源的光引导至不同于该第一区域的一个第二区域。

7.如权利要求1所述的透镜，其中该输入表面折射在其中接收的、来自该至少一个光源的至少80％的光使其远离该光学轴线，这样使得该光以相对该光学轴线的25度或更大的角度来传播。

8.如权利要求1所述的透镜，其中该透镜以70％或者更大的效率将由该至少一个光源产生的光从该输入表面耦合到该输出表面上，以便将来自该至少一个光源的光进行混合。

9.如权利要求8所述的透镜，其中该至少一个光源包括一个发光二极管。

10.如权利要求1所述的透镜，其中该至少一个光源包括多个光源。

11.如权利要求1所述的透镜，进一步包括一个漫射板，该漫射板与该输出表面光学地联动以便接收和漫射从其上接收的光，该漫射板具有在其上形成的小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及表面纹理化作用中的任何一种。

12.一种混光透镜，包括：

一个透镜本体，该透镜本体围绕一条光学轴线安置并且其特征为一个前表面和一个后表面，

所述后表面的一个中央部分，该中央部分形成了一个空腔，该空腔用于接收来自至少一个光源的光，

所述空腔，该空腔逐渐变小为在该光学轴线上的或者其附近的一个点，所述后表面的中央部分的形状被确定为折射至少80％的、在该空腔中接收的、来自该至少一个光源的光使其远离该光学轴线而到达该后表面的一个外围部分上，其中所述空腔包括将一个凹表面朝向接收自所述至少一个光源的光的一个近端区段，以及将一个凸表面朝向接收自所述至少一个光源的光的一个远端区段，

该后表面的一个外围部分，该外围部分被构形为对入射到其上的光进行全内反射，该光从该中央空腔传播到该透镜本体的前表面上，在该前表面处它离开该透镜本体，

其中该中央后表面折射至少95％的、在该中央空腔中接收的、来自该至少一个光源的光使其远离该光学轴线而到达该后表面的外围部分上。

13.如权利要求12所述的透镜，进一步包括形成在该前表面上的、用于漫射光的小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及有纹理的表面中的任何一种。

14.如权利要求12所述的透镜，其中该至少一个光源包括一个发光二极管。

15.如权利要求12所述的透镜，其中该至少一个光源包括多个光源。

16.如权利要求12所述的透镜，进一步包括一个漫射板，该漫射板与该前表面光学地联动以便接收和漫射从其上接收的光，该漫射板具有在其上形成的小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及表面纹理化作用中的任何一种。

17.如权利要求1所述的透镜，其中所述透镜本体被构形为将来自所述至少一个光源的光进行混合，以降低光源成像。

18.如权利要求17所述的透镜，其中所述输入表面的形状可以被确定为防止由离开所述透镜本体的光形成所述至少一个光源的像。

19.如权利要求1所述的透镜，其中所述透镜本体被构形为将来自两个产生等强度照明的光源的光进行混合，从而使在一个目标表面上的一个位置处由两个光源通过所述透镜而产生的亮度的比率的范围在1/1至1/1.5。

20.如权利要求19所述的透镜，其中所述透镜本体被构形为将来自两个产生等强度照明的光源的光进行混合，从而使在一个目标表面上的一个位置处由两个光源通过所述透镜而产生的亮度的比率的范围在1/1至1/1.25。

21.如权利要求19所述的透镜，其中所述透镜本体被构形为将来自两个产生等强度照明的光源的光进行混合，从而使在一个目标表面上的一个位置处由两个光源通过所述透镜而产生的亮度的比率为1/1。

22.如权利要求19所述的透镜，其中由所述两个光源通过所述透镜而产生的亮度的比率在目标区域中是基本上一致的。

23.如权利要求1所述的透镜，其中所述输入表面折射在所述空腔中接收的、来自所述至少一个光源的至少90％的光使其远离该光学轴线并且到达该外围表面上。

24.一种光学系统，包括：

一个漫射板，该漫射板与多个透镜光学地联动以便接收和漫射从其上接收的光，该漫射板包括一个输入表面和一个输出表面，该输入表面用于接收来自该多个透镜的光并且该输出表面具有在其上形成的小透镜、微透镜、微棱镜、微圆柱体、以及表面纹理化作用中的任何一种；

其中，该多个透镜中的一个或多个包括：

所述输入表面，该输入表面形成了一个空腔，该空腔用于接收来自至少一个光源的光，所述输入表面逐渐变小为在该光学轴线上的或者其附近的一个点并且其形状可以被确定为折射至少80％的、在该输入表面处接收的、来自该至少一个光源的光使其远离该光学轴线并且到达该外围表面上，

所述外围表面，该外围表面被构形为使得从该空腔传播到其上的光被全内反射到该输出表面上以便离开该透镜本体，

其中所述空腔包括将一个凹表面朝向接收自所述至少一个光源的光的一个近端区段，以及将一个凸表面朝向接收自所述至少一个光源的光的一个远端区段。

25.如权利要求24所述的光学系统，其中所述凹表面被构形为将光导向所述外围表面的第一部分，其中所述凸表面被构形为将光导向所述外围表面的第二部分。