CN102947643A

CN102947643A - 用于光源的光学元件和使用所述光学元件的照明系统

Info

Publication number: CN102947643A
Application number: CN2011800302078A
Authority: CN
Inventors: P·K·皮卡德
Original assignee: Cree Research Inc
Current assignee: Cree Lighting USA LLC
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: EP2569575B1; TWI464458B; EP2569575A1; US9157602B2; CN102947643B; TW201202751A; WO2011143086A1; US20110273882A1

Abstract

公开了一种用于光源的光学元件(100,400,500,610)和一种使用所述光学元件(100,400,500,610)的照明系统。在示例性实施例中，光学元件(100,400,500,610)包括入射面(104,404)以及与入射面(104,404)相对的出射面(106,406)。入射面(104,404)包括至少三个子面(120,123,124,550,552,556)，其中每一个子面(120,123,124,550,552,556)都被设置用于接收光源发出的光线(130,132,136)。三个子面(120,123,124,550,552,556)中的每一个都被几何成形和定位成接收光线(130,132,136)通过该子面(120,123,124,550,552,556)进入光学元件(100,400,500,610)，目的是为了引导光线穿过光学元件(100,400,500,610)。在某些实施例中，光学元件(100,400,500,610)包括设置在出射面内的聚光透镜(110,412)。光学元件(100,400,500,610)还可以包括混合处理。照明系统(600)可以包括多个光学元件(100,400,500,610)，每一个都与光源例如LED或LED封装配对。

Description

用于光源的光学元件和使用所述光学元件的照明系统

背景技术

发光二极管(LED)照明系统越来越普遍地成为现有照明系统的替代品。LED是固态照明的实例并且与传统的照明解决方案（例如白炽照明和荧光照明）相比因为使用的能量更少、更加稳定、使用寿命更长、能够以可控的红蓝绿阵列组合而实际输送任何颜色的光并且不含铅或汞而更有优势。

在很多应用中，一个或多个LED管芯(或芯片)被安装在LED封装内或LED模块上，它们可以构成照明器材的一部分，照明器材包括一个或多个电源以给LED供电。某些照明器材包括多个LED模块。器材中的模块或条带包括的封装材料具有(从外部电路到LED管芯的)金属引线、用于LED管芯的保护性壳体、散热片或者引线、壳体和散热片的组合。

LED器材可以用允许其代替标准螺纹白炽灯泡或各种类型荧光灯中任何一种的形态因数制成。LED器材和灯经常在其自身的LED模块包括某种类型的光学元件。这样的光学元件可以允许局部的颜色混合、准直照明和/或提供可行的最小光束角。

光学元件可以包括反射镜、透镜或者两者的组合。反射镜可以是例如金属型或镜面型，其中由不透明的涂银面反射光线。反射镜也可以由玻璃或塑料制成并且通过全内反射(TIR)的原理发挥作用，光线在全内反射中因为相对于法向量以等于或大于临界角的角度投射到元件边缘而在光学元件内部反射。

发明内容

本发明的实施例提供了一种使照明系统能够实现光束控制并且在必要时有效混合来自多个光源的光线例如实现混色的光学元件。根据示例性实施例的光学元件可以有效用于需要高度可控光束的场合例如轨道照明、显示照明和娱乐照明等。根据示例性实施例的光学元件也可以有效用于提供不同的照明效果。

在本发明的示例性实施例中，一种光学元件包括入射面以及与入射面间隔开的出射面。入射面包括至少三个子面，其中每一个子面都被设置用于接收来自光源的光线。三个子面中的每一个都被几何成形和定位成引导光线通过该子面进入光学元件，目的是为了引导光线穿过光学元件。因此，第一子面可以引导来自光源的第一部分光线，第二子面可以引导来自光源的第二部分光线，并且第三子面可以引导来自光源的第三部分光线。光学元件还包括设置在出射面和入射面之间的外表面。在某些实施例中，外表面的形状是包括抛物线在内的二次曲线。

在至少某些实施例中，子面包括球形子面、平坦的二次曲线子面和倒转的二次曲线子面。在某些实施例中，子面包括平坦的子面、球形子面和倒转的球形子面。在某些实施例中，光学元件包括设置在出射面内的聚光透镜。聚光透镜例如可以是菲涅耳透镜或球面透镜。

在某些实施例中，光学元件包括混光处理。混光处理例如可以是在光学元件出射面内的衍射表面处理。作为附加示例，混光处理还可以是出射面内的图案化透镜处理或者是光学元件出射面内的刻面。混光处理还可以包含或包括光学元件入射面内的刻面或光学元件外表面内的刻面。混光处理还可以由与光学元件的出射面间隔一小段空隙的体积扩散材料实施。在某些实施例中，混光处理提供了不同色光的混合。

根据本发明示例性实施例的照明系统包括至少一个光源以及如上所述使来自光源的光线准直的光学元件。在某些实施例中，光源是LED或LED封装。在某些实施例中，LED封装包含多个LED器件。在某些实施例中，多个光源被设置为阵列并且每一个光源都与一个光学元件配对。这样的照明系统可以通过在安装面上设置光源并在光源前方安置光学元件来组装。光学元件被安置在每一个光源处以适当地引导并使光线准直。这样的照明系统可以构成代替标准白炽或荧光照明灯泡的器材。

附图说明

图1示出了根据本发明的某些实施例的光学元件的截面侧视图。图1中的光学元件是结合发光二极管(LED)光源而示出的。

图2示出了图1中光学元件的光入射部分的放大视图，为了清楚起见而省略了LED。图2示出为图2A和图2B两种视图。

图3示出了图1中光学元件的三种不同的简化视图，在每一种情况下都示出了光线通过不同入射面进入光学元件内的路径。图3的三种视图在三页中示出为图3A、图3B和图3C。在图3B和图3C的情况下给出了虚线路径，其示出了光线如果从相同方向进入光学件将采取的路径，但是所有的光线是通过单个球形入射面进入光学元件的。

图4根据本发明的另一些实施例示出了光学元件的截面侧视图。

图5根据本发明的另一些实施例示出了光学元件入射面部分的放大截面侧视图。

图6根据本发明的示例性实施例示出了照明系统，具体地根据本发明的示例性实施例示出了使用光源阵列和对应光学元件阵列来代替灯泡的LED。

具体实施方式

以下的详细说明涉及附图，其中示出了本发明的具体实施例。具有不同结构和操作的其他实施例并不背离本发明的保护范围。本发明的实施例参照本文中包括的附图进行介绍。同样的附图标记始终表示相同的结构。应该注意附图在本质上是示意性的。而且，附图仅示出了本发明的少数具体实施例。

图1根据本发明的示例性实施例示出了光学元件的侧视截面图。光学元件100被安置在光源上方，在此情况下光源是LED封装或模块102。LED模块102包含一个或多个管芯，每一个都是LED。在某些情况下，LED模块或封装即使包含多于一个实际的半导体器件或多于一个管芯也可以简称为LED。例如，如果封装放射出白光，那么可能包含有多个不同颜色的实际LED器件。作为示例，红移和蓝移的黄色(R+BSY)器件可以在同一个封装内一起使用。

光学元件或者更简单地说“光学件”100是透明的，并且在本示例中是由折射率约为1.5的材料制成。玻璃和塑料的折射率不同，其中某些材料具有低达1.48的折射率，而另一些材料例如某些聚碳酸酯具有1.59的折射率。这样的材料包括玻璃和/或丙烯酸酯，两者均为光学部件中的常用材料。光学件100包括完全覆盖LED 102透镜部分的入射面104。来自LED器件的光线通过入射面104进入光学件内。来自LED的光线通过与入射面104间隔开并且通常与入射面104位置相对的出射面106离开光学元件。出射面106的形状为圆形以使其在图5的成品照明系统中从不同视角观察时都很明显，这将在本公开中随后进行讨论。在一个示例性实施例中，界定出射面106的圆形半径约为16mm，并且不包括聚光透镜(下文中进一步介绍)在内的光学元件的高度约为20mm。

仍然参照图1，光学元件100包括大致位于入射面104和出射面106之间及其侧方并且形状基本符合一部分抛物线(也就是抛物线形)的外表面108。应该注意抛物线形表面提供用于使很多光线全内反射并且相对于顶面以法线角或接近于法线角通过顶面(出射面)106离开光学件。但是，如果整个入射面的形状均为球形，那么光线将以入射面的法向进入，并且因此不会弯曲。所以只有投射到抛物线形外表面108上的光线才能以法线角反射通过顶面106。直接来自光源的光线也会相对于顶面106以法线角离开光学件。所有其他的光线将以一定角度通过顶面106离开光学元件并且相对于顶面106弯曲离开法向量，原因在于这些射线将穿过折射率约为1.5的介质进入折射率约为1的空气。这种弯曲远离实际上降低了通过光学元件的光准直。

外表面108的抛物线形状通过以下公式定义：

z = \frac{{cr}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 - {kc}^{2} r^{2})}}

其中x,y和z是典型3坐标轴系统内的坐标，k是二次曲线常数，且c是曲率。公式主要是明确了二次曲线的形状。对于抛物线的形状，k小于或等于-1。但是，应该注意到外表面为抛物线且实际为二次曲线仅仅是一个示例。具有三个或更多个入射面的光学元件可以被设计为具有不同形状的外表面，例如角形、弧形、球形、曲面以及球面，包括分段的形状。本文公开的示例中所示的抛物线形或部分抛物线形的表面可以被用于提供全内反射(TIR)，但是也可以有并非在光学件的所有位置都需要或者希望有全内反射的情况。

继续参照图1，光学元件100的另一个特征是设置在出射面106中或出射面106上的聚光透镜110。至少在某些实施例中，聚光透镜可以模制到光学件（例如其中使用了丙烯酸酯并且整个光学件为注模制成）内。正如在随后示出并介绍用于光线的说明性路径时所看到的那样，聚光透镜110促使通常在出射面106的中心附近略微弯曲偏离法线的光线弯曲为基本平行于法线或朝向法线的方向，由此在光学件100的中心附近有效地使光线准直穿过光学件100。在光学元件的这一特定实施例中，聚光透镜110是圆形菲涅耳透镜。也可以使用球面聚光透镜。在图1的示例中，菲涅耳透镜的直径约为11.2mm并且最外缘的曲率半径约为9mm。

图2是光学元件100的入射面部分的放大视图。为了清楚起见，从图2中省略了LED器件102，并且实际上在本文中介绍图中的其余部分。图2示出为图2A和图2B两个视图。图2A是透过光学件的侧面观看的视图。图2B是从光学元件自身内部俯视光学元件底部的视图。一部分抛物线形的外表面108在图2A中可见。但是，图2的主要目的是为了清楚地示出光学元件的整个入射面。在该示例性实施例中，入射面包括三个不同的子面，其中每一个子面都被设置用于以不同的方向接收来自光源的光线。三个子面中的每一个都被几何成形和定位成以使得光线基本准直穿过光学元件这样的方式引导光线通过该子面进入光学元件。

图2中的子面包括球形子面120和平坦的二次曲线子面123。球形子面120在角部121以法线角连接该视图中光学元件的底部。在该示例性实施例中，球形子面具有的曲率半径约为3.66mm。角部122连接抛物线形的外表面108并且与角部121一起形成光学件底部的平坦环形表面。正如在本文给出的另一个实施例中看到的那样，光学元件的底部可以扩展以适应各种安装情况。在该示例性实施例中，平坦的二次曲线子面123相对于法线具有约20度的角度。

仍然参照图2，第三子面相对于平坦的二次曲线子面123形成倒转的浅锥形，并且因此被称为倒转的二次曲线子面124。倒转二次曲线子面的角度相对于法向量约为70度。在某些实施例中，倒转的二次曲线子面具有微小的曲率半径例如约为12mm的曲率半径。由于光学件是透明的，因此该浅锥形的边缘作为图2中的边缘126是可见的，并且倒锥形的顶点作为顶点127是可见的。

图3说明了本发明实施例中光学元件的光学操作原理。图3示出了使用不同轨迹光线的光学件操作，在图3A、图3B和图3C中均给出了一种轨迹。图3A至图3C示出了入射面104中各个子面的相互作用。通常，入射面104根据如果整个入射面是球面则光线会如何穿过光学件而将来自光源的光线分为三类。这些类别是：1)投射至抛物线形表面108并且重新定向为垂直于出射面106的光线；2)直接穿过出射面106但是或者说需要相对少量的重定向以使其可以有效地重新定向至抛物线形外表面108的光线；以及3)直接穿过出射面106但是需要相当大幅度的重定向以至于可能无法有效重新定向至抛物线形外表面108的光线。因此，入射面104的球形部分被成形用于接收将穿过球形部分并投射到抛物线形外表面108再垂直于出射面106反射的光线。入射面104中平坦的二次曲线子面123被成型和成形用于接收一部分光线，并将这部分光线重新定向至外壁108以供重新定向为垂直于出射面106，否则这部分光线将穿过出射面106而不会重新定向为垂直于出射面106。入射面104的倒转二次曲线子面124被成型和成形用于接收一部分光线并将这部分光线重新定向至聚光透镜110，否则这部分光线将穿过出射面106而不会重新定向为垂直于出射面106但却具有可能无法由平坦的二次曲线部分123有效重定向的角度。聚光透镜110的尺寸可以取决于倒转二次曲线表面124的形状和尺寸。

图3A示出了光线130通过入射面104的球形子面进入光学元件100后发生的情况。由于射线是以法线角穿过光学件的入射面，因此这样的射线不会在入射时弯曲。这样的光线相对于法线以大于临界角的角度投射到抛物线形的外表面108上，然后内部反射从而大致以法线角离开光学件。

图3B示出了光线穿过入射面104的平坦二次曲线子面123时的光线从光源进入光学元件100时发生的情况，此时。光线132在穿过平坦的二次曲线子面时朝向法线弯曲，并且以大于临界角的角度投射到抛物线形的外表面108上。光线132随后向上反射并以相对接近于法向量的角度离开光学件，保持光线准直。要注意的是虚线绘制的光线134给出了光线如果穿过完全为球形的入射面将采取的路径。光线134错过抛物线形的外表面108并以偏离光学件中心线的角度通过出射面106离开光学件。因为光线通过从具有高折射率的介质进入具有低折射率的介质就会弯曲偏离法线，所以光线将以更大的角度离开光学件并且弯曲远离光学元件的中心线，降低光线的准直性。

图3C示出了光线穿过入射面104的倒转二次曲线子面124时的光线从光源进入光学元件100时发生的情况。光线136在穿过倒转的二次曲线子面时由于是从低折射率的介质进入较高折射率的介质内而朝向法线弯曲。在此情况下，光线138足以弯曲成穿过菲涅耳聚光透镜的外部137并几乎平行于法线离开光学件而结束。因此，入射子面的倒转二次曲线部分也用于使得光线准直穿过光学元件。要注意的是虚线绘制的光线138示出了如果光学件的入射面完全为球形的话光线将采取的路径。在此情况下，光线错过抛物线形的外表面108和聚光透镜，并以偏离光学件中心线的角度通过出射面106离开光学件。因为这样的光线通过从具有高折射率的介质进入具有低折射率的介质就会弯曲偏离法线，所以光线将以更大的角度离开光学件并且弯曲远离光学元件的中心线，降低光线的准直性。

本文中公开的光学件实施例的入射面细节仅仅是关于如何才能实现使入射面具有不同形状或轮廓的三个或更多个子面的光学元件的一个示例。各种形状和轮廓的组合均可用于光学件入射面的子面。例如，曲面、分段面、倾斜面、球面、锥形面、抛物线形面和/或弧形面均可以不同的组合使用。如本文中详细示例所公开的入射面的子面可以在不同的装置中使用。这些子面的子集(例如一个或两个)可以结合其他形状的一个或多个子面使用。

图4根据本发明的示例性实施例示出了光学元件的截面侧视图。在此情况下，光学元件具有球面聚光透镜。光学件400包括入射面404。来自光源的光线通过入射面的其中一个子面进入光学元件，并通过位置与入射面404相对的出射面406离开光学元件。光学元件400包括抛物线形的外表面408，其如前所述，大致位于入射面404和出射面406之间及其侧方。同样地，抛物线形表面提供用于使很多光线（特别是通过入射面的球形子面进入光学件的那些光线）全内反射并且相对于顶面406以法线角或接近于法线角通过出射面或顶面406离开光学件。光学元件400具有设置在出射面406内或出射面406上的球面聚光透镜412。至少在某些实施例中，聚光透镜可以模制到光学件（例如其中使用了丙烯酸酯并且整个光学件为注模制成）内。应该注意到任何聚光透镜都是可选的，原因在于可能想要的某些照明效果并不需要具有若干入射面的聚光透镜，并且也可以使用不同类型的透镜，包括组合了不同类型表面的透镜。在图4所示的示例中，球面聚光透镜具有约为11.2mm的直径以及约为9mm的曲率半径。

图4中的实施例示出了光学元件的另一种可能的变形。在该实施例的情况下，外表面与先前的实施例相比进一步向下延伸以使光学件的底座具有更加突出的环形部分450，这就可以允许根据使用该光学件的照明系统的特定细节而将光学件更加直接地放置在LED安装面上。

无需过分强调的是本发明中的光学元件和照明系统几乎有无数种实施例的变形。引导输入光线的子面的角度、尺寸和设置方式可以改变并且也可以包括附加的子面。光学元件所有表面的多种变形都是可行的。例如，各个表面的尺寸和关系可以取决于光源的尺寸和光输出特性、期望的光束角、所需的光混合量和/或光学件内使用的材料。实际上，根据本发明实施例的光学件入射面甚至可以被设计用于不同的照明效果，包括其中光线不准直而是改为形成各种投影装饰或实用图案的效果。这样的变形可以用于各种形状的外表面，并且可以有或者也可以没有聚光透镜。可以利用提供射线跟踪和/或等照度曲线的测光仿真软件工具设计各种变形。这样的工具可由各种来源公开获得。这种计算机软件仿真工具的一个示例是由美国科罗拉多州Westminster市的LTI Optics有限责任公司发布的Photopia。

图5示出了用于光学件实施例的入射面的另一种变形。图5示出了具有外表面508的光学件500的入射面的剖视放大截面图。在图5的示例中，入射面包括平坦的子面550、球形子面552和倒转的球形子面556。在该示例中，平坦的子面550以约20度的角度相对于法向量倾斜。球形子面552与倒转的球形子面556相比具有更小的曲率半径。而且，倒转的球形子面556围绕法向量经过光学件的中心向上延伸以使其形成顶点560。

图6是使用本文中所述光学元件的照明系统的示意图。照明系统600被形成用于代替在所谓的“嵌入式(recessed can)”天花板照明器材中常用的标准R30型白炽灯泡。照明系统包括标准螺纹的底座602。七个LED模块被用作光源并且在照明系统内位于前面板604后方。冷却翅片606有助于保持系统内合适的工作温度。在每一个LED模块上方都留有孔隙，并且孔隙包含有光学元件610，也就是根据本发明示例性实施例的光学元件。

图6中每一个光学元件的顶面都包括混色处理，在图6中作为光学件顶面上用作对出射面的衍射表面处理的圆点或斑点是可见的。可选的混色处理可以是提供由体积扩散材料制成的与出射面间隔一小段空隙距离的盖罩。该盖罩可以装在每一个光学元件上，并且由于为了要保持空隙而不会明显改变图6中系统的外观；每一个盖罩都可以在聚光透镜上方有所起伏。其他可行的混色处理包括图案化的透镜处理，如果将其应用于出射面也同样不会明显改变图6中系统的外观。光学元件的入射面或抛物线形表面上的刻面也可以被用作混色处理，在此情况下，图6中每一个光学件顶部的圆点或斑点可以不存在。

本文中所用术语仅仅是为了描述特定的实施例，而并不是要限制本发明。如本文中所用，单数形式“一”、“一个”和“这个”应理解为也包括复数形式，除非上下文中清楚地另有说明。进一步应该理解的是术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时明确了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除存在或加有一个或多个其他的特征、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。另外，比较性的定量术语例如“小于”和“大于”应理解为涵盖了相等的概念，因此，“小于”可以不仅表示严格数学意义上的“小于”而且还表示“小于或等于”。

还应该指出的是本公开中对于附图和说明书可以使用例如“顶部”、“底部”、“侧面”、“在……以内”、“在……内部”、“在……上”等术语以及表达结构、组成部分或视图相对位置的其他术语来进行引用。这些术语仅仅是为了方便而使用并且仅表达从读者的角度看如图所示特征的相对位置。本公开语境中安置或设置在另一个元件顶部的元件可以在功能上处于实际产品内的同一位置但是由于器件或设备的取向而相对于观察者位于另一个元件侧方或下方。使用这些术语的任何讨论都意味着涵盖用于取向和布置的各种可能性。

尽管已经在本文中图示和介绍了具体的实施例，但是本领域普通技术人员应该意识到经计算可实现相同用途的任何装置均可代替图示的具体实施例并且本发明在其他环境中具有另外的应用。本申请应该覆盖本发明的任何修改或变形。所附权利要求绝不是为了将本发明的保护范围限定为本文中介绍的具体实施例。

Claims

1.一种用于照明系统的光学元件，所述光学元件包括：

入射面，包括至少三个子面，其中每一个子面都被设置用于接收来自光源的光线；

与入射面相对的出射面；以及

设置在出射面和入射面之间的外表面；

其中三个子面中的每一个都被成形和定位成引导光线通过所述光学元件。

2.如权利要求1所述的光学元件，其中所述至少三个子面进一步包括：

球形子面；

平坦的二次曲线子面；和

倒转的二次曲线子面。

3.如权利要求2所述的光学元件，其中所述外表面是二次曲线表面。

4.如权利要求3所述的光学元件，其中所述外表面是抛物线形表面。

5.如权利要求4所述的光学元件，进一步包括设置在出射面中的聚光透镜。

6.如权利要求5所述的光学元件，进一步包括混合处理。

7.如权利要求6所述的光学元件，其中所述混合处理包括出射面中的衍射表面处理。

8.如权利要求6所述的光学元件，其中所述混合处理包括出射面中的图案化透镜处理。

9.如权利要求6所述的光学元件，其中所述混合处理包括入射面和外表面之一中的刻面。

10.如权利要求6所述的光学元件，其中所述混合处理包括与出射面间隔一小段空隙的体积扩散材料。

11.如权利要求5所述的光学元件，其中所述聚光透镜是菲涅耳透镜。

12.如权利要求5所述的光学元件，其中所述聚光透镜是球面透镜。

13.如权利要求1所述的光学元件，其中所述出射面进一步包括聚光透镜并且其中：

三个子面中的第一子面将来自光源的第一部分光线引导至所述外表面；

三个子面中的第二子面将来自光源的第二部分光线引导至所述外表面；以及

三个子面中的第三子面将来自光源的第三部分光线引导至聚光透镜。

14.一种照明系统，包括：

光源；和

光学元件，所述光学元件进一步包括：

光源附近的入射面，所述入射面包括至少三个子面，其中每一个子面都被设置用于接收离开光源的光线；

与入射面相对的出射面；以及

设置在出射面和入射面之间的外表面；

其中三个子面中的每一个都被成形和定位成引导光线通过所述照明系统。

15.如权利要求14所述的照明系统，其中所述至少三个子面进一步包括：

球形子面；

平坦的二次曲线子面；和

倒转的二次曲线子面。

16.如权利要求15所述的照明系统，其中所述外表面是二次曲线表面。

17.如权利要求16所述的照明系统，其中所述外表面是抛物线形表面。

18.如权利要求17所述的照明系统，其中所述光源是发光二极管LED。

19.如权利要求18所述的照明系统，其中：

所述光源包括设置为阵列的多个LED封装；并且

所述光学元件包括多个光学元件，每一个都具有靠近多个LED之一的入射面。

20.如权利要求18所述的照明系统，进一步包括设置在出射面中的聚光透镜。

21.如权利要求20所述的照明系统，进一步包括混合处理。

22.如权利要求21所述的照明系统，其中所述混合处理包括出射面中的衍射表面处理。

23.如权利要求21所述的照明系统，其中所述混合处理包括出射面中的图案化透镜处理。

24.如权利要求21所述的照明系统，其中所述混合处理包括入射面和外表面之一中的刻面。

25.如权利要求21所述的照明系统，其中所述混合处理包括与出射面间隔一小段空隙的体积扩散材料。

26.如权利要求14所述的照明系统，其中所述出射面进一步包括聚光透镜并且其中：

27.一种组装照明系统的方法，所述方法包括：

将多个光源设置为一种图案；以及

在每一个光源处放置光学元件以通过光学元件的入射面接收光线，所述入射面包括至少三个子面，其中每一个光学元件进一步包括：

与入射面相对的出射面；

设置在出射面和入射面之间的外表面，以使三个子面引导光线通过照明系统进入光学元件。

28.如权利要求27所述的方法，其中每一个光源都是发光二极管LED。

29.如权利要求28所述的方法，其中每一个光学元件进一步包括设置在出射面中的聚光透镜。

30.如权利要求29所述的方法，进一步包括向每一个光学元件加入体积扩散材料，其中所述体积扩散材料被设置为使其与光学元件的出射面间隔一小段空隙。

31.如权利要求29所述的方法，其中每一个光学元件进一步包括出射面中的衍射表面处理。

32.如权利要求29所述的方法，其中每一个光学元件进一步包括出射面中的图案化透镜处理。

33.如权利要求29所述的方法，其中每一个光学元件进一步包括入射面和外表面之一中的刻面。