CN102472859B - 光导装置和装有该光导装置的光源 - Google Patents

光导装置和装有该光导装置的光源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光导装置(100)。所述光导装置包括多个光提取器(120-123)。每个光提取器主要用来提取在所述光导装置内传播并从第一方向入射到所述光提取器上的光，并将在所述光导装置内传播并从不同于所述第一方向的第二方向入射到所述光提取器上的光朝着另一光提取器反射，其中所述另一光提取器提取所反射的光。

Description

光导装置和装有该光导装置的光源
技术领域
本发明一般地涉及光导装置。本发明还适用于光学系统，例如装有此类光导装置的显示系统。
背景技术
光源有许多应用，例如一般的照明或显示应用。在许多应用中，期望光源在所需区域上沿特定方向有效地发射均匀光。许多光源包括一个或多个灯以及用于提供扩展的发射区域并将发射光定向成沿着所需方向的装置。
发明内容
本发明一般地涉及光导装置。在一个实施例中，光导装置包括多个光提取器。每个光提取器包括第一部分，所述第一部分主要用来从光导装置主要沿着第一方向提取光。每个光提取器还包括第二部分，所述第二部分主要用来将光主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分反射，以用于主要沿着第一方向提取光。在一些情况下，所述多个光提取器中的光提取器为凹陷部。在一些情况下，所述多个光提取器形成规则的阵列。在一些情况下，每个光提取器的第一部分包括平面部分。在一些情况下，每个光提取器的第一部分为分段平面。在一些情况下，每个光提取器的第一部分包括曲面部分。在一些情况下，每个光提取器的第一部分为分段曲面。在一些情况下，所述多个光提取器包括：第一多个光提取器，其第一部分面向光导装置的第一边缘，第二部分背向所述第一边缘；不同于所述第一多个光提取器的第二多个光提取器，其第一部分面向光导装置的第二边缘，第二部分背向所述第二边缘。在一些情况下，所述第一和第二多个光提取器彼此成镜像。在一些情况下，所述光提取器位于光导装置的底面。在一些情况下，机动车辆的后窗组件或后车厢盖包括所述光导装置。在一些情况下，每个光提取器包括第三部分，其既不是主要用来提取光，也不是朝着至少一个其他光提取器的第一部分反射光以用于光提取。在一些情况下，所述第三部分主要用来将光导向光导装置的其他部分。
在另一实施例中，光导装置包括邻近光导装置的第一边缘设置的第一多个光提取器。所述第一多个光提取器中的每个光提取器包括平面侧，所述平面侧主要用来将光朝着至少一个其他光提取器反射，以进行光提取。光提取器的所述平面侧基本上具有相同的取向。每个光提取器的平面侧不面向任何相邻光提取器的平面侧。在一些情况下，所述第一多个光提取器中的光提取器的平面侧的表面法线的方向变化不大于约20％，或不大于约10％，或不大于约5％。在一些情况下，每个光提取器的平面侧不面向任何其他光提取器的平面侧。在一些情况下，每个光提取器包括与平面侧相背的非平面侧，所述非平面侧主要用来从光导装置提取光，每个光提取器的平面侧主要用来将光朝着至少一个其他光提取器的非平面侧反射，以进行光提取。
在另一实施例中，一种光源包括光导装置，所述光导装置包括多个光提取器。每个光提取器包括第一部分和第二部分，所述第一部分主要用来从光导装置提取光，所述第二部分主要用来将光朝着另一光提取器的第一部分反射，以从光导装置提取光。所述光源还包括：第一灯，其沿着光导装置的第一边缘设置；第二灯，其沿着光导装置的不同于所述第一边缘的第二边缘设置。所述多个光提取器包括第一多个光提取器，其第二部分主要用来将由第二灯发射的光朝着所述第一多个光提取器中的至少一个其他光提取器的第一部分反射，以从光导装置提取光。所述多个光提取器还包括不同于所述第一多个光提取器的第二多个光提取器，其第二部分主要用来将由第一灯发射的光朝着所述第二多个光提取器中的至少一个其他光提取器的第一部分反射，以从光导装置提取光。在一些情况下，所述第一多个光提取器中的光提取器的第一部分面向第一灯，所述第一多个光提取器中的光提取器的第二部分面向第二灯，所述第二多个光提取器中的光提取器的第一部分面向第二灯，所述第二多个光提取器中的光提取器的第二部分面向第一灯。在一些情况下，所述第一多个光提取器设置在光导装置的第一区域中，所述第二多个光提取器设置在光导装置的不同于所述第一区域的第二区域中。在一些情况下，所述第一和第二多个光提取器中的光提取器的第一部分主要沿着相同的第一方向提取光。在一些情况下，所述光导装置大致限定平面和所述平面的法线，其中所述第一方向不同于所述法线方向。
在另一实施例中，一种光导装置包括多个光提取器。每个光提取器主要用来：提取在光导装置内传播并从第一方向入射到光提取器上的光；将在光导装置内传播并从不同于所述第一方向的第二方向入射到光提取器上的光朝着另一光提取器反射，所述另一光提取器提取所反射的光。在一些情况下，所述第二方向与所述第一方向相反。在一些情况下，每个光提取器具有第一部分和第二部分，所述第一部分主要用来提取光，所述第二部分主要用来将光朝着另一光提取器的第一部分反射。
附图说明
结合附图对本发明的各种实施例所做的以下详细描述将有利于更完整地理解和领会本发明，其中：
图1是光导装置的示意性俯视图；
图2A-2C是不同光提取器的几个部分的示意性三维视图；
图3A和图3B是不同光提取器的示意性三维视图；
图4A-4D是不同光提取器的示意性三维视图；
图5是光导装置的示意性俯视图；
图6是另一光导装置的示意性俯视图；
图7是另一光导装置的示意性俯视图；
图8A和图8B分别是光源的示意性三维视图和侧视图；
图9是另一个光源的示意性侧视图；
图10是另一个光源的示意性俯视图；
图11是图10所示光源的示意性侧视图；
图12是光源组件的示意性侧视图；
图13A和图13B是各种光控膜的示意性侧视图；
图14A和图14B分别是光源的示意性俯视图和侧视图；
图14C是光提取器的示意性三维视图；
图15A和图15B分别是光源输出的强度图和强度等高线图；
图16是另一光源输出的强度等高线图；
图17是另一光源输出的强度等高线图；
图18是机动车辆的示意性侧视图；
图19是光源的示意性俯视图。
在说明书中，多个附图中使用的相同附图标号是指具有相同或类似特性和功能的相同或类似元件。
具体实施方式
本发明一般地涉及光导装置，其提取在整个光导装置的发射表面上具有所需强度分布(例如，基本上均匀的强度分布)的光。在一些情况下，发射的光沿着与垂直于光导装置的方向不同的方向。本发明所公开的光导装置能够提取在若干方向(例如相反方向)上传播的光。本发明所公开的光导装置主要通过经光导装置中的一个或多个光提取微结构反射光来提取光。所述微结构中的至少一些包括：第一部分，其主要用来提取光；第二部分，其主要用来将光朝着一个或多个其他微结构(例如，相邻微结构)的第一部分反射以进行光提取。
图1是光导装置100的示意性俯视图，所述光导装置大致设于(或大致限定)xy平面，但在一些情况下，光导装置100可为非平面光导装置，例如曲面光导装置。光导装置100从一个或多个灯(图1中未明确示出)接收光，并从光导装置的发射表面115发射接收的光。光导装置100包括多个光提取器(包括光提取器120-123以用于从光导装置提取光。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来主要沿着不在xy平面内的发射方向180从光导装置提取光；第二部分，其主要用来主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射光，以用于主要沿着发射方向提取光。例如，光提取器120包括第一部分120A和第二部分120B，光提取器121包括第一部分121A和第二部分121B，光提取器122包括第一部分122A和第二部分122B，光提取器123包括第一部分123A和第二部分123B。第一部分120A-123A主要用来主要沿着发射方向180从光导装置100提取光。例如，第一部分121A提取入射光线130作为沿发射方向180传播的提取光线131，第一部分120A提取入射光线132而成为沿着发射方向180传播的提取光线133。
第二部分120B-123B主要用来主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射光，以用于主要沿着发射方向180光提取。例如，第二部分121B反射入射光线140而成为反射光线141，第一部分122A提取反射光线141而成为沿着发射方向180传播的提取光线142，第二部分123B反射入射光线150而成为反射光线151，第一部分122A提取反射光线151而成为沿着发射方向180传播的提取光线152。
在一些情况下，光提取微结构的第一和第二部分中的至少一个可被设计为具有辅助功能。例如，在一些情况下，第一和/或第二部分中的至少一些可被设计为辅助地将光重定向到光导装置的其他区域，以(例如)改善提取光的均匀度。然而，在这类情况下，第一部分的主要功能为提取光，第二部分的主要功能为朝着一个或多个其他第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射光，以进行光提取。
通常，光提取器的第一部分和第二部分可具有应用中所需的任何形状。例如，在一些情况下，第一和第二部分可为或可包括一个或多个平面小面(facet)、分段平面小面、曲面小面或分段曲面小面、或者这些小面的任何组合。例如，图2A是位于垂直于xy平面的平面215中的平面部分210的示意图。在一些情况下，平面部分210可为光提取器的第一或第二部分、或者第一或第二部分的一部分或片段。平面部分210可具有应用中所需的任何形状。例如，平面部分210可为二维直线图形的形状，例如多边形，如五边形或四边形。例如，在一些情况下，平面部分210可为不规则四边形、梯形、平行四边形、菱形、矩形、三角形、或正方形。
又如，图2B是位于平面225内的倾斜平面部分220的示意图，所述平面225与xy平面成角度227，其中角度227不同于(例如，小于)90度。在一些情况下，倾斜平面部分220可为光提取器的第一或第二部分、或者第一或第二部分的一部分或片段。
在一些情况下，平面部分210可为二维曲线图形或其一部分，例如圆形、椭圆形或抛物线形。例如，图2C是位于平面235内的平面部分230的示意图，所述平面235与xy平面成角度237，其中角度227可小于90度，等于90度，或大于90度。平面部分230可为圆形片段或抛物线形片段。
在一些情况下，第一和/或第二部分可为或可包括三维直线体(例如，四面体、棱柱、或棱锥)或此类形体的一部分或组合(例如，平截头体)例如，图3A是包括部分310的光提取器305的示意性三维视图。部分310包括平面片段320和330。部分310可为光提取器的第一或第二部分、或者第一或第二部分的一部分或片段。又如，图3B是包括分段平面的第一部分340和平面的第二部分350的光提取器315的示意性三维视图。第一部分340包括平面片段360、361、362和363。
在一些情况下，第一和/或第二部分可为或可包括三维曲线体，例如球体、非球体、椭圆体、类球体、抛物体、圆锥体、或圆柱体片段。例如，图4A是包括曲面第一部分410和平面的第二部分415的光提取器405的示意性三维视图。第一部分410可为(例如)圆柱体或圆锥体片段。又如，图4B是包括曲面第一部分430和曲面第二部分435的光提取器420的示意性三维视图。第二部分435可为(例如)圆柱体或球体片段。又如，图4C是包括曲面第一部分450和平面的第二部分455的光提取器440的示意性三维视图。在一些情况下，第一部分450为非球体片段，因此具有非球面小面。又如，图4D是光提取器460的示意性三维视图，其为光提取器440的截头形式，并包括非球面第一部分470和平面的第二部分475的。
图5是光导装置500的示意性俯视图，该光导装置大致设于(或大致限定)xy平面，但在一些情况下，光导装置500可为非平面光导装置，例如曲面光导装置。光导装置500从一个或多个灯(图5中未明确示出)接收光，并从光导装置的发射表面515发射接收的光。光导装置500包括多个光提取器505。
每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来主要朝着至少一个其他光提取器(例如，至少一个相邻光提取器)的第一部分反射光，以进行光提取。
多个光提取器505包括第一多个光提取器520和第二多个光提取器530。光提取器520的第一部分面向光导装置的第一边缘596，光提取器520的第二部分背向第一边缘。在一些情况下，光提取器520的第二部分面向光导装置的第二边缘598。光提取器530的第一部分面向光导装置的第二边缘598，光提取器530的第二部分背向第二边缘。在一些情况下，光提取器530的第二部分面向光导装置的第一边缘596。
例如，光提取器521包括面向第一边缘596的第一部分521A和背向第一边缘的第二部分521B(例如，第二部分面向第二边缘598)，光提取器522包括面向第一边缘596的第一部分522A和背向第一边缘的第二部分522B(例如，第二部分面向第二边缘598)，光提取器523包括面向第一边缘596的第一部分523A和背向第一边缘的第二部分523B(例如，第二部分面向第二边缘598)。
又如，光提取器531包括面向第二边缘598的第一部分531A和背向第二边缘的第二部分531B(例如，第二部分面向第一边缘596)，光提取器532包括面向第二边缘598的第一部分532A和背向第二边缘的第二部分532B(例如，第二部分面向第一边缘596)，光提取器533包括面向第二边缘598的第一部分533A和背向第二边缘的第二部分533B(例如，第二部分面向第一边缘596)。
第一多个光提取器520的第一部分主要用来提取光导装置内沿着大致第一方向540(沿着-x方向)传播的光。例如，第一部分522A提取沿着大致方向540传播的入射光线570而成为沿着方向590传播的提取光线571，第一部分523A提取沿着大致方向540传播的入射光线572而成为沿着方向590传播的提取光线573。第一多个光提取器520的第二部分主要用来将沿着大致第二方向560传播的光主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以进行光提取。例如，第二部分522B反射沿着大致第二方向560传播的入射光线574而成为反射光线575，第一部分521A提取反射光线575而成为沿着发射方向590传播的提取光线576。
第二多个光提取器530的第一部分主要用来提取光导装置内沿着大致第二方向560(沿着+x方向)传播的光。例如，第一部分532A提取沿着大致方向560传播的入射光线580而成为沿着方向590传播的提取光线581，第一部分533A提取沿着大致方向560传播的入射光线582而成为沿着方向590传播的提取光线583。第二多个光提取器530的第二部分主要用来将大致沿着第一方向540传播的入射光线主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以进行光提取。例如，第二部分533B反射沿着大致第一方向540传播的入射光线585而成为反射光线586，第一部分531A提取反射光线586而成为沿着发射方向590传播的提取光线587。
光导装置500包括多个光提取器520，例如光提取器521和522。此多个光提取器中的每个光提取器主要用来提取在光导装置内传播并从大致第一方向540入射到光提取器上的光。例如，光提取器522提取在光导装置内传播并大致从第一方向540入射到光提取器522上的光570。多个光提取器520中的光提取器还主要用来将在光导装置内传播并从不同于第一方向540的大致第二方向560入射到光提取器上的光朝着另一光提取器反射，其中所述另一光提取器从光导装置提取反射光。例如，光提取器522将在光导装置内传播并从不同于方向540的大致第二方向560入射到光提取器上的光574朝着光提取器521反射而成为反射光线575，其中光提取器521从光导装置提取反射光575而成为提取光线576。第一方向540限定多个光线在光导装置内传播所沿的大致方向。如果光线沿着与第一方向540成角度w的方向传播，则所述光线大致沿着方向540传播，其中角度w的量值小于约30度，或小于约25度，或小于约20度，或小于约15度，或小于约10度。
在一些情况下，第二方向560与第一方向540相反。例如，在这类情况下，第一方向540沿-x方向，第二方向560沿+x方向。
图6是光导装置600的示意性俯视图，该光导装置大致设于(或大致限定)xy平面，但在一些情况下，光导装置600可为非平面光导装置，例如曲面光导装置。光导装置600包括多个光提取器605。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射光，以进行光提取。多个光提取器605包括邻近第一边缘630设置的第一多个光提取器620。例如，在这类情况下，与相对的第二边缘632相比，第一多个光提取器620中的光提取器更靠近第一边缘630。通常，多个光提取器605可包括其他光提取器，例如光提取器695，这些光提取器离第一边缘630过于远，因此无法被看作邻近第一边缘设置。例如，在这类情况下，与第一边缘630相比，光提取器695更靠近第二边缘632。
第一多个光提取器620中的每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；以及平面的第二部分，其主要用来主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射光，以进行光提取。例如，光提取器621包括第一部分621A和平面的第二部分621B，其中第二部分主要用来将入射光线670朝着相邻光提取器622的第一部分622A反射而成为反射光线671，以被提取而成为提取光线672。
每一平面部分具有相关表面法线，所述表面法线确定在与平面部分垂直的方向上。例如，光提取器622的平面侧也就是小面或第二部分622B具有垂直于平面622B的相关表面法线640。在一些情况下，第一多个光提取器620中的光提取器的为平面的第二部分或者说平面侧基本上具有相同的取向。例如，在这类情况下，第一多个光提取器中的光提取器的平面侧的表面法线的方向变化不大于约25％，或不大于约20％，或不大于约15％，或不大于约10％，或不大于约5％。又如，在这类情况下，第一多个光提取器中的光提取器的平面侧的表面法线的方向变化不大于约20度，或不大于约15度，或不大于约10度，或不大于约7度，或不大于约5度。
在一些情况下，第一多个光提取器620中的每个光提取器的平面侧不面对第一多个光提取器620中的任何相邻光提取器的平面侧。例如，光提取器627具有平面的第二部分627B，其不面对平面侧621B、622B、624B、625B和627B(它们属于第一多个光提取器620中与光提取器627相邻的光提取器)。在一些情况下，第一多个光提取器620中的每个光提取器的平面侧不面对第一多个光提取器620中的任何其他光提取器的平面侧。例如，平面侧621B不面对第一多个光提取器620中的任何其他光提取器的平面侧。
在一些情况下，多个光提取器620中的每个光提取器的第一部分为非平面，这使得每个光提取器具有平面侧(第二部分)和与平面侧相对设置的非平面侧(第一部分)。例如，光提取器621包括与平面侧621B相对设置的第一部分即非平面侧621A，光提取器622包括与平面侧622B相对设置的第一部分即非平面侧622A，光提取器623包括与平面侧623B相对设置的第一部分即非平面侧623A，光提取器627包括与平面侧627B相对设置的第一部分即非平面侧627A。第一多个光提取器620中的光提取器的非平面侧主要用来从光导装置提取光，第一多个光提取器620中的光提取器的平面侧主要用来将光朝着第一多个光提取器620中的其他光提取器的非平面部分反射，以进行光提取。
本发明所公开的光提取器包括：第一部分，其主要用来提取光；第二部分，其主要用来将光主要朝着一个或多个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以进行光提取。在一些情况下，光提取器可具有附加部分，例如第三部分，其既不是主要用来提取光也不是将光朝着其他光提取器的第一部分反射以便于提取。在这种情况下，所述附加部分可主要用来执行其他功能。例如，所述附加部分可主要用来将光重定向到光导装置的其他部分。例如，所述附加部分可主要用来将光重定向到光导装置的一个或多个光不足区域，以改善提取光的亮度均匀性。又如，所述附加部分可改善加工条件，并且可不具备或仅有很少的光学功能。在一些情况下，所述附加部分可能对光提取没有或仅有很少贡献。
例如，图7是光导装置700的示意性俯视图，该光导装置大致设于(或大致限定)xy平面，但在一些情况下，光导装置700可为非平面光导装置，例如曲面光导装置。光导装置700从一个或多个灯(图7中未明确示出)接收光，并沿大致发射方向790从光导装置的发射表面715发射接收的光。光导装置700包括多个光提取器705。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分反射光，以进行光提取；以及第三部分。例如，光提取器720包括非平面的第一部分720A、平面的第二部分720B和平面的第三部分720C；光提取器730包括非平面的第一部分730A、平面的第二部分730B和平面的第三部分730C；光提取器740包括非平面的第一部分740A、平面的第二部分740B和平面的第三部分740C。在示例性光导装置700中，光提取器的每一非平面的第一部分为分段平面部分，包括两个平面片段。例如，非平面的第一部分720A包括第一平面片段721和第二平面片段722。
图8A和图8B分别是光源800的示意性三维视图和侧视图，所述光源包括：光导装置810，设置在后反射器870上；第一灯830，沿着光导装置的第一边缘820设置；以及第二灯840，沿着光导装置的相对的第二边缘825设置。光导装置810大致设于(或大致限定)xy平面，但在一些情况下，光导装置810可为非平面光导装置，例如曲面光导装置。光导装置810包括顶部发射主表面850和相对的结构化的底部主表面855，该底部主表面面向并邻近于后反射器870而设置。
灯830发射光835，所述光穿过第一边缘820进入光导装置，灯840发射光845，所述光穿过第二边缘825进入光导装置。光导装置810从灯830和840接收光，并将接收的光从发射表面850大致沿着发射方向890发射。结构化底部表面855包括多个光提取器805，例如光提取器860和861，以用于提取从灯进入光导装置的光。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来主要沿着不在xy平面内的发射方向890从光导装置提取光；第二部分，其主要用来将光主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以用于主要沿着发射方向提取光。例如，光提取器860包括第一部分860A和第二部分860B，光提取器861包括第一部分861A和第二部分861B。第一部分860A和861A主要用来主要沿着发射方向890从光导装置提取光。例如，第一部分860A提取入射光线864而成为沿着发射方向890传播的提取光线865。第二部分860B和861B主要用来将光主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分反射，以用于主要沿着发射方向890进行光提取。例如，第二部分860B反射入射光线866而成为反射光线867，第一部分861A提取反射光线867而成为沿着发射方向890传播的提取光线868。
在示例性光源800中，多个光提取器805为底部主表面855的一部分。通常，光提取器可在光导装置内应用中所需的任何位置上。例如，光提取器可为顶部发射表面850的一部分。例如，图9是光源900的示意性侧视图，所述光源包括：光导装置910，设置在后反射器870上；第一灯830，沿着光导装置的第一边缘919设置；第二灯840，沿着光导装置的第二边缘925设置。光导装置910包括顶部结构化主表面950和相对的发射底部主表面955，所述底部主表面面对并邻近于后反射器870而设置。灯830发射光835，所述光穿过第一边缘919进入光导装置，灯840发射光845，所述光穿过第二边缘925进入光导装置。光导装置910从灯830和840接收光，并将接收的光从底部发射表面955朝着后反射器870发射。后反射器大致沿着发射方向990反射所发射的光。在一些情况下，光线922可遇到光提取器，在这种情况下，光线可被重定向到发射方向990以外的方向。结果，在一些情况下，相比于光提取器作为底部表面一部分的光导装置，输出光可具有更宽的角分布。
结构化顶部表面950包括多个光提取器905，例如光提取器960和961，以用于提取从灯进入光导装置的光。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来将光主要朝着至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以进行光提取。例如，光提取器961包括：第一部分961A，其提取入射光线920而成为提取光线921；后反射器870，其反射光线921而成为通过光源900的发射表面935沿着发射方向990发射的光线922。在示例性光源900中，光源发射表面935与光导装置的顶部表面950重叠。
再来看图8A和图8B，后反射器870将光朝着大致+z方向朝着(例如)观察者899反射。例如，经光导装置的底部主表面855从光导装置出射的入射光线872被向后反射，成为大致朝着观察者898传播的出射光线873。后反射器870可为应用中所需和/或适用的任何类型的反射器。例如，后反射器可为镜面反射器、半镜面反射器或半漫反射器、或漫反射器，例如国际专利申请No.PCT/US2008/064115中所公开的那些，所述申请提交于2008年5月19日，要求提交于2007年5月20日的美国临时专利申请No.60/939085的优先权，二者的全部内容以引用方式并入本文。例如，反射器可为铝化膜或多层聚合物反射膜，例如增强型镜面反射器(ESR)膜(可得自3MCompany(St.Paul，MN))。又如，后反射器870可为具有白色外观的漫反射器。又如，后反射器870可以是基本上为镜面的反射器，其略微带有哑光表面以防止在后反射器与底部表面955物理接触时出现光耦合(wet-out)。
图10是具有发射表面1002的光源1000的示意性俯视图，其沿着不在xy平面内的方向1099发射光。光源1000包括：光导装置1010；第一灯1020，沿着光导装置的第一边缘1012附近设置，并被容纳于第一侧反射器1022中；第二灯1030，沿着光导装置的第二边缘1014附近设置，并被容纳于第二侧反射器1032中，其中所述第二边缘不同于所述第一边缘。第一灯1020发射光1025，所述光穿过第一边缘1012进入光导装置并在大致-x方向上传播。第二灯1030发射光1035，所述光穿过第二边缘1014进入光导装置，并在与发射光1025传播的大致方向不同的大致+x方向上传播。
光导装置1010包括多个光提取器1040，例如光提取器1051和1061。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来将光朝着另一光提取器(例如，相邻光提取器)反射，以从光导装置提取光。例如，光提取器1051包括第一部分1051A和第二部分1051B，光提取器1061包括第一部分1061A和第二部分1061B，其中每个第一部分(例如，第一部分1051A)包括四个面片段。
多个光提取器1040包括：第一多个光提取器1050，其覆盖发射表面1002的第一发射表面1004；第二多个光提取器1060，其覆盖发射表面1002的不同的第二发射表面1006。第一多个光提取器1050不同于第二多个光提取器1060。在一些情况下，这两组多个光提取器常常包括一个或多个提取器，如一个或多个(举例来说)不包括第一和第二部分的提取器。在一些情况下，这两组多个光提取器不重叠，即，一组多个光提取器中的光提取器不会也包括在另一组多个光提取器中。在一些情况下，相应的第一和第二发射区域1004和1006不重叠。在一些情况下，发射区域1004和1006中的每一个包括也包括在另一发射区域中的区域。
第一多个光提取器1050通过发射表面1002的第一发射区域1004从光导装置提取光。例如，光提取器1052的第一部分1052A提取入射光线1072而成为沿着发射方向1099传播的提取光线1073，光提取器1053的第一部分1053A提取入射光线1070而成为沿着发射方向1099传播的提取光线1071。第二多个光提取器1060通过发射表面1002的第二发射区域1006从光导装置提取光，其中区域1006不同于区域1004。例如，光提取器1062的第一部分1062A提取入射光线1080而成为沿着发射方向1099传播的提取光线1081，但在一些情况下，发射表面1004和1006可在不同的方向上发射光。
第一多个光提取器1050中的光提取器的第一部分面向第一灯1020，第一多个光提取器中的光提取器的第二部分背向第一灯(例如，第二部分面向第二灯1030)。第一多个光提取器1050的第二部分主要用来将由第二灯1030发射的光1035朝着第一多个光提取器中的至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以从光导装置提取光。例如，光提取器1054的第二部分1054B主要用来将由第二灯1030发射的入射光线1074朝着光提取器1055的第一部分1055A反射而成为反射光线1075，第一部分1055A提取反射光线1075而成为沿着发射方向1099传播的发射光线1076。
第二多个光提取器1060中的光提取器的第一部分面向第二灯1030，第二多个光提取器中的光提取器的第二部分背向第二灯(例如，第二部分面向第一灯1020)。第二多个光提取器1060的第二部分主要用来将由第一灯1020发射的光1025朝着第二多个光提取器中的至少一个其他光提取器的第一部分(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以从光导装置提取光。例如，光提取器1063的第二部分1063B主要用来将由第一灯1020发射的入射光线1082朝着光提取器1064的第一部分1064A反射而成为反射光线1083，第一部分1064A提取反射光线1083而成为沿着发射方向1099传播的发射光线1084。
在示例性光源1000中，第一和第二多个光提取器1050和1060各自包括的光提取器的第一部分主要沿着相同的方向1099提取光。通常，第一多个光提取器1050可沿着第一方向从光导装置1010提取光，第二多个光提取器1060可沿着不同于第一方向的第二方向从光导装置1010提取光。
示例性光导装置1010大致设于(或大致限定)xy平面和沿着z方向的表面法线。在一些情况下，发射方向1099不同于光导装置的表面法线的方向。例如，图11是具有发射表面1002的光源1000的示意性侧视图，其沿着发射方向1099发射光。光导装置1010具有表面法线1110，其沿着z轴并与发射方向1099成角度1120。在一些情况下，角度1120接近零度。例如，在这类情况下，角度1120不大于约10度，或不大于约7度，或不大于约5度，或不大于约3度。在一些情况下，角度1120可在约10度至约50度，或约15度至约40度，或约15度至约30度，或约15度至约25度范围内。
在一些情况下并且如图11所示，光源1000包括后反射器1130，其用于将经光导装置的底部主表面1140从光导装置出射的光朝着大致为观察者1190的方向反射。后反射器1130可类似于本文所公开的任何后反射器，例如后反射器870。
再来看图10，通常，多个光提取器1040可以具有或者没有对称轴。在一些情况下并且如图10所示，多个光提取器1040关于对称轴1001大致对称，这意味着这两组多个光提取器中的光提取器彼此关于轴1001近似成镜像。在一些情况下，对称轴1001将第一多个光提取器1050与第二多个光提取器1060分开。
光导装置1010可由应用中所需的任何材料制成。示例性材料包括聚碳酸酯、聚丙烯酸酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯丙烯酸酯)、聚苯乙烯、硅树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)。光导装置1010可具有应用中所需的任何折射率。在一些情况下，光导装置的折射率在约1.3至约1.8，或约1.35至约1.75，或约1.38至约1.7的范围内。
在示例性光源1000中，第一多个光提取器1050中的光提取器设置在限定第一发射区域1004的第一区中，第二多个光提取器1060中的光提取器设置在限定第二发射区域1006的相邻第二区中。通常，第一和第二这两组多个光提取器中的光提取器可以应用中所需的任何形式设置和排列在发射表面1002上。例如，这些光提取器可形成交替图案。
例如，图19是包括光导装置1910、第一灯1020和第二灯1030的光源1900的示意性俯视图。光导装置1910包括形成多行(例如，行1930和1935)的多个光提取器1940。每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来将光朝着另一光提取器(例如，相邻光提取器的第一部分)反射，以从光导装置提取光。多个光提取器1940包括第一多个光提取器1950以及不同于第一多个光提取器1950的第二多个光提取器1060。多个光提取器1940中的每一行包括来自第一多个光提取器的若干光提取器以及来自第二多个光提取器的若干光提取器。在每一行中，来自一组多个光提取器的光提取器在其两侧各与来自另一组多个光提取器的光提取器相邻。例如，在行1930中，光提取器1962的一侧与光提取器1951相邻，另一侧与光提取器1952相邻。
图12是光源组件的示意性侧视图，其包括设置在后反射器1220和光控膜1230之间的光源1210。光源1210可为或可包括本文所公开的任何光源，并且可包括本文所公开的任何光导装置。例如，光源1210可类似于光源1000。又如，光源1210可包括类似于光导装置1010的光导装置。
光源1210大致设于(或大致限定)xy平面和沿着z方向的表面法线1250。光源12沿着与表面法线1250成角度1260的大致方向1240发射光。光控膜1230改变由光源1210发射的光的至少一个光学性质。例如，光控膜1230可为或可包括棱镜膜，以用于将光传播方向从(例如)方向1240改变为方向1250。例如，光控膜1230可为或可包括具有对称棱镜1320的棱镜膜1310，其示意性侧视图示出于图13A中。在一些情况下，棱镜1320可面向后反射器1220。在一些情况下，棱镜1320可背向后反射器1220。在一些情况下，棱镜1320可为(例如)沿着y方向延伸的线性对称棱镜。
又如，光控膜1230可为或可包括具有不对称棱镜1340的棱镜膜1330，其示意性侧视图示出于图13B中。在一些情况下，棱镜1340可面向后反射器1220。在一些情况下，棱镜1340可背向后反射器1220。在一些情况下，棱镜1340可为(例如)沿着y方向延伸的线性不对称棱镜。在一些情况下，从光导装置提取的光基本上垂直于光导装置的平面。在这类情况下，用于重新导向输出光的光控膜可能并非必要，但诸如反射偏振膜之类的其他光控膜仍可包括。
在一些情况下，光控膜1230可为或可包括一个或多个光吸收偏振器、光反射偏振器、光学漫射器、光学延迟器和/或滤光器。
再来看图10，灯1020和1030可为应用中所需的任何类型的灯。例如，所述灯可为冷阴极荧光灯(CCFL)、发光二极管(LED)、激光器、热阴极荧光灯(HCFL)、外置电极荧光灯(EEFL)、电致发光灯(EL)、有机电致发光灯(OLED)或适合于应用的任何其他灯。灯1020和1030可为任何形状的灯，例如点光源型灯或线型灯。所述灯可发射具有任何波长或波长范围的光。例如，发射波长可在紫外、可见或红外波长范围内。在一些情况下，所述灯可发射白光。在这种情况下，输出光1099可基本上为白色，因为光提取主要基于光的反射，而非折射。
本发明所公开构造(例如，光导装置和光源)的一些优点通过下面的实例进一步示出。这些实例中所列举的具体材料、参数、数量、尺寸和假设以及其他条件和细节不应被解释为不当地限制本发明。
实例1：
利用ASAP程序(可得自BreaultResearchOrganization，Inc.(Tucson，Arizona))对光源1400进行数字建模，其各种视图和各个部分示意性地示出于图14A-14C中。光源1400包括：光导装置1410，其以xyz坐标系为中心，并具有顶部主表面1412和相对的结构化的底部主表面1414；第一灯1430，其面向光导装置的第一边缘1416；第二灯1435，其面向光导装置的第二边缘1418；以及后反射器1470。
光导装置1410的长度D1为299.4mm，宽度D2为28mm，厚度D3为2mm，625nm波长上的折射率为1.485。光提取器所覆盖的区域为提取区1420，即光导装置的发射区域。提取区1420的长度E1为279.4mm，宽度E2为25.4mm。灯1430和1435各自的发射面的长度S1为1.85mm，宽度S2为0.5mm。各个灯与相应光导装置边缘之间的间距S3为10微米。所述灯发射625nm的光。各个灯所发射的光具有朗伯分布。
后反射器1470为镜面反射器，具有95％的反射率。后反射器与光导装置之间的间距H1为50微米。
光导装置的底部表面1414被结构化，并包括多个光提取器1440，例如光提取器1451和1461。多个光提取器1440关于yz平面对称。具体地讲，多个光提取器1440包括第一多个光提取器1450(例如，光提取器1451)和第二多个光提取器1460(例如，光提取器1461)，其中第一和第二多个光提取器彼此关于yz平面成镜像。例如，第一多个光提取器中的每个光提取器在第二多个光提取器中具有关于yz平面的对应镜像。例如，光提取器1451为光提取器1461的关于yz平面的镜像。
光源1400中的每个光提取器包括：第一部分，其主要用来从光导装置提取光；第二部分，其主要用来将光朝着相邻光提取器反射以从光导装置提取光。例如，光提取器1451包括第一部分1451A和第二部分1451B，光提取器1461包括第一部分1461A和第二部分1461B。
图14C是光源1400的示例性光提取器1480的示意性三维视图。光提取器1480包括第一部分1482和第二部分1484。第一部分1482为由下式局部描述的倒置抛物体(或圆抛物体)的一半：
z＝-a(x2+y2)+z0(1)
其中提取器的高度z0为1.5mm，“a”为1.335mm-1。光提取器1480具有半圆形底部1486，其具有圆心1488和半径每个光提取器的第二部分1484为垂直平面1484(垂直于xy平面)，该垂直平面将抛物体分成相等的两半，并且包含底部1486的圆心1488。第一多个光提取器1450中的每个光提取器的第二部分(例如，光提取器1451的第二部分1451B)与x轴成角度β＝25度，第二多个光提取器1460中的每个光提取器的第二部分(例如，光提取器1461的第二部分1461B)与x轴成角度γ＝25度。
在示例性光源1400中，平面的第二部分(例如，平面的第二部分1451B和1461B)既不平行，也不垂直于光导装置的第一边缘1416或第二边缘1418。类似地，第一和第二多个光提取器1450和1460各自包括的光提取器的平面的第二部分既不平行，也不垂直于光导装置的第三边缘1406或第四边缘1408。
多个光提取器1440中的光提取器以沿着x方向的多行和沿着y方向的多列在xy平面内形成二维规则的阵列。每一行和每一列的节距或间隔(相邻光提取器上对应点之间的距离)沿着x轴为3.408mm，沿着y轴为3.668mm。光提取器之一的圆心1488的x坐标为-128.003mm，y坐标为-11.004mm。
每一列中的光提取器具有相同的高度。列中光提取器的尺寸(包括高度和底部半径)取决于列的位置。具体的讲，列中光提取器的尺寸或尺度通过比例因子或放大因子exp(-|x|/201.5)来标度。例如，最左列(x＝-139.7mm)和最右列(x＝139.7mm)中的每个光提取器的高度通过比例因子0.5来标度，导致(例如)这两列各自的提取器高度为0.75mm。在示例性光源1400中，提取器的尺寸随着距最近的灯的距离的增大而增大，但是所有提取器均具有相同的形状。
图15A和图15B分别是输出光1490的强度图和强度等高线图。图15A中的垂直轴为提取光强度(坎)。输出光在相对于z轴约20度处具有峰值1510。光源具有约46％的总提取效率。
实例2：
对类似于实例1中的光源1400的光源进行数字建模，不同的是式(1)中的“a”为14.3mm-1，z0为0.143mm，多个光提取器1440的阵列中的行和列的间距沿着x轴为0.2574mm，沿着y轴为0.2598mm，光提取器之一的圆心1488位于x＝-129.572mm和y＝-12.611mm处，光提取器尺寸通过比例因子或放大因子exp(-|x|/109.7)来标度。图16是输出光1490的计算强度等高线图。光源具有约50％的总提取效率。
实例3：
对类似于实例2中的光源1400的光源进行数字建模，不同的是后反射器1470的反射率为0％，其吸收入射到反射器上的所有光线。图17是输出光1490的计算强度等高线图。吸收型后反射器1470导致输出光的较窄的强度分布。
本发明所公开的光导装置和光源可非常小，并且可有利地用在需要具有沿着特定方向发射光的小扩展光源的许多应用中。例如，本发明所公开的光源可用于一般照明应用，例如房间或房间的特定区域的照明。例如，本发明所公开的光源可有利地安装在厨柜下面，以照亮台面而不会产生炫光。
又如，在一些情况下，本发明所公开的光源可为机动车辆中的中间高位制动灯(CHMSL)。例如，图18是包括后窗组件1810的机动车辆1800的示意性侧视图，所述后窗组件包括后窗1820和光源1830。光源1830具有表面法线1840，并沿着大致发射方向1850朝着(例如)另一机动车辆发射光。光源1830可类似于本文所公开的任何光源，并且可包括类似于本文所公开的任何光导装置的光导装置。例如，光源1830可类似于有灯1020和1030沿着z方向设在光导装置1010的两侧的光源1000。
在一些情况下，发射方向1850基本上沿着水平或x方向。在这种情况下，发射角度1860(发射方向1850和表面法线1840之间的角度)在约10度至约40度，或约15度至约30度，或约15度至约25度范围内。
在示例性机动车辆1800中，光源1830安装或附接到后窗1820上。通常，光源1830可设置在应用中所需的任何位置上。例如，车辆1800可具有设置在机动车辆1800的后车厢盖1865上的CHMSL光源1870。光源1870具有表面法线1875，并沿着大致发射方向1880朝着(例如)另一机动车辆发射光。光源1870可类似于本文所公开的任何光源，并且可包括类似于本文所公开的任何光导装置的光导装置。例如，光源1870可类似于有灯1020和1030沿着z方向设在光导装置1010的两侧的光源1000。
在一些情况下，发射方向1880基本上沿着水平或x方向。在这类情况下，发射角度1885(发射方向1880和表面法线1875之间的角度)在约10度至约40度，或约15度至约30度，或约15度至约25度范围内。
如本文所用，术语例如“垂直”、“水平”、“上面”、“下面”、“左”、“右”、“上”及“下”、“顺时针”及“逆时针”以及其他类似的术语是指如附图中所示的相对位置。通常，物理实施例可具有不同的取向，在这种情况下，所述术语意在指修改到装置的实际取向的相对位置。例如，即使图14B中的图像与图中取向相比翻转，表面1412仍被当作光导装置1410的顶部主表面。
以上引用的所有专利、专利申请以及其它出版物均以如同全文复制的方式并入本文以供参考。尽管上面详细描述了本发明的具体实例以有利于说明本发明的各个方面，但是应该理解的是，并不意图将本发明限于这些实例的具体描述。相反，本发明的目的在于涵盖所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。

Claims (34)

1.一种包括多个光提取器的光导装置，每个光提取器包括：
第一部分，主要用来从所述光导装置主要沿着第一方向提取光；以及
第二部分，主要用来主要朝着至少一个其他光提取器的所述第一部分反射光，以用于主要沿着所述第一方向提取光，
其中所述光导装置限定xy平面，所述第一部分相对于所述xy平面倾斜以便从所述光导装置沿所述第一方向提取光，所述第一方向不在所述xy平面内，并且所述第二部分具有与所述xy平面垂直的相关平面。
2.根据权利要求1所述的光导装置，其中所述多个光提取器中的光提取器为凹陷部。
3.根据权利要求1所述的光导装置，其中所述多个光提取器中的光提取器形成规则的阵列。
4.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第一部分包括平面部分。
5.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第一部分为分段平面。
6.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第一部分包括曲面部分。
7.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第一部分为分段曲面。
8.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第一部分为非球面。
9.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第二部分包括平面部分。
10.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器的所述第二部分为平面的。
11.根据权利要求10所述的光导装置，其中为平面的所述第二部分垂直于所述光导装置。
12.根据权利要求1所述的光导装置，其中所述多个光提取器包括：
第一多个光提取器，所述第一多个光提取器的所述第一部分面向所述光导装置的第一边缘，其所述第二部分背向所述第一边缘；以及
不同于所述第一多个光提取器的第二多个光提取器，所述第二多个光提取器的所述第一部分面向所述光导装置的第二边缘，其所述第二部分背向所述第二边缘。
13.根据权利要求12所述的光导装置，其中：
所述第一多个光提取器的所述第二部分面向所述光导装置的所述第二边缘；并且
所述第二多个光提取器的所述第二部分面向所述光导装置的所述第一边缘。
14.根据权利要求12所述的光导装置，其中所述第一和第二多个光提取器彼此成镜像。
15.根据权利要求1所述的光导装置，包括：
顶部发射表面；以及
结构化底部表面，所述结构化底部表面包括所述多个光提取器。
16.根据权利要求15所述的光导装置，其中所述多个光提取器中的光提取器在所述结构化底部表面中形成凹陷部。
17.根据权利要求1所述的光导装置，其中每个光提取器包括第三部分，所述第三部分既不是主要用来提取光，也不是主要用来朝着至少一个其他光提取器的所述第一部分反射光以用于光提取。
18.根据权利要求17所述的光导装置，其中所述第三部分主要用来将光导向所述光导装置的其他部分。
19.一种光源，包括：
根据权利要求15所述的光导装置；
后反射器，邻近所述光导装置的所述结构化底部表面设置；以及
灯，沿着所述光导装置的第一边缘设置。
20.根据权利要求19所述的光源，其中每个光提取器的所述第二部分为平面的。
21.根据权利要求20所述的光源，其中为平面的所述第二部分与所述第一边缘成斜角。
22.一种机动车辆的后窗组件或后车厢盖，其包括根据权利要求19所述的光源。
23.一种光导装置，包括邻近所述光导装置的第一边缘设置的第一多个光提取器，其中在所述第一多个光提取器中：
每个光提取器包括平面侧，所述平面侧主要用来将光朝着至少一个其他光提取器反射，以进行光提取；
所述光提取器的所述平面侧基本上具有相同的取向；并且
每个光提取器的所述平面侧不面向任何相邻光提取器的所述平面侧；
每个光提取器包括与所述平面侧相背的非平面侧，所述非平面侧主要用来从所述光导装置提取光；
每个光提取器的所述平面侧主要用来将光朝着至少一个其他光提取器的所述非平面侧反射，以进行光提取。
24.根据权利要求23所述的光导装置，其中所述第一多个光提取器中的光提取器的所述平面侧的表面法线的方向变化不大于20％。
25.根据权利要求23所述的光导装置，其中所述第一多个光提取器中的光提取器的所述平面侧的表面法线的方向变化不大于10％。
26.根据权利要求23所述的光导装置，其中所述第一多个光提取器中的光提取器的所述平面侧的表面法线的方向变化不大于5％。
27.根据权利要求23所述的光导装置，其中在所述第一多个光提取器中，每个光提取器的所述平面侧不面向任何其他光提取器的所述平面侧。
28.一种光源，包括：
光导装置，包括多个光提取器，每个光提取器包括第一部分和第二部分，所述第一部分主要用来从所述光导装置提取光，所述第二部分主要用来朝着另一光提取器的所述第一部分反射光，以用于从所述光导装置提取光；
第一灯，沿着所述光导装置的第一边缘设置；
第二灯，沿着所述光导装置的不同于所述第一边缘的第二边缘设置，其中所述多个光提取器包括：
第一多个光提取器，所述第一多个光提取器的所述第二部分主要用来将由所述第二灯发射的光朝着所述第一多个光提取器中的至少一个其他光提取器的所述第一部分反射，以用于从所述光导装置提取光；以及
不同于所述第一多个光提取器的第二多个光提取器，所述第二多个光提取器的所述第二部分主要用来将由所述第一灯发射的光朝着所述第二多个光提取器中的至少一个其他光提取器的所述第一部分反射，以用于从所述光导装置提取光，
其中所述光导装置限定xy平面，至少一个所述第一部分相对于所述xy平面倾斜以便从所述光导装置沿不在所述xy平面内的方向提取光，并且至少一个所述第二部分具有与所述xy平面垂直的相关平面。
29.根据权利要求28所述的光源，其中：
所述第一多个光提取器中的光提取器的所述第一部分面向所述第一灯，所述第一多个光提取器中的光提取器的所述第二部分面向所述第二灯；并且
所述第二多个光提取器中的光提取器的所述第一部分面向所述第二灯，所述第二多个光提取器中的光提取器的所述第二部分面向所述第一灯。
30.根据权利要求28所述的光源，其中所述第一多个光提取器设置在所述光导装置的第一区域中，所述第二多个光提取器设置在所述光导装置的不同于所述第一区域的第二区域中。
31.根据权利要求28所述的光源，其中所述第一和第二多个光提取器中的光提取器的所述第一部分主要沿着相同的第一方向提取光。
32.根据权利要求31所述的光源，其中所述光导装置大致限定所述光导装置的平面和所述平面的法线，所述第一方向不同于所述法线方向。
33.一种包括多个光提取器的光导装置，每个光提取器主要用来：
提取在所述光导装置内传播并从第一方向入射到所述光提取器上的光；
将在所述光导装置内传播并从不同于所述第一方向的第二方向入射到所述光提取器上的光朝着另一光提取器反射，所述另一光提取器提取所反射的光，
每个光提取器具有第一部分和第二部分，所述第一部分主要用来提取光，所述第二部分主要用来将光朝着另一光提取器的第一部分反射，
其中所述光导装置限定xy平面，至少一个所述第一部分相对于所述xy平面倾斜以便从所述光导装置沿不在所述xy平面内的方向提取光，并且至少一个所述第二部分具有与所述xy平面垂直的相关平面。
34.根据权利要求33所述的光导装置，其中所述第二方向与所述第一方向相反。
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