CN104272010A

CN104272010A - 多射束光引擎

Info

Publication number: CN104272010A
Application number: CN201380022898.6A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·L·霍尔曼; 马修·B·桑普塞尔
Original assignee: Qualcomm MEMS Technologies Inc
Current assignee: Nujira Ltd
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2015-01-07
Also published as: WO2013165757A1; EP2844908A1; EP2844908B1; US20130286653A1; TW201350754A

Abstract

本发明提供用于多射束光引擎的系统、方法及设备。在一个方面中，光源与光学膜耦合而使得从所述光源发射的光穿过所述光学膜。所述光学膜可为包含一或多个区段的复合膜，所述区段中的每一者经配置以对从所述光源发射的输入射束不同地操作。所述光学膜可经配置以产生具有不同色彩、方向及/或射束宽度的一或多个输出射束。

Description

多射束光引擎

技术领域

本发明大体上涉及照射系统及灯具的领域，例如针对大面积照明或建筑照明。

背景技术

在各种照明应用中使用的常规电灯器具可遭受照射低效，例如当在所述器具的物理孔隙向上查看时的不需要的眩光以及浪费在感兴趣区域外部的误定向的光。另外，许多电灯器具限于单个应用。

发明内容

本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，所述方面中没有单个一者单独地负责本文所揭示的所需要的属性。

本发明中所述的标的物的一个创新方面可实施于照射系统中。照射系统包含经配置以产生狭窄角度宽度的输入射束的狭窄角度光源以及耦合到所述光源的至少一个光学膜。所述光学膜至少包含经配置以产生第一输出射束的第一区段及经配置以产生第二输出射束的第二区段。所述第一输出射束与所述第二输出射束在第一子午线中的射束宽度及射束方向中的至少一者方面不同。

本文所述的标的物的另一创新方面可实施于用于制造照射系统的方法中。所述方法包含提供经配置以产生狭窄角度宽度的输入射束的狭窄角度光源以及安置至少一个光学膜而使得所述输入射束经定向朝向光学膜。所述光学膜至少包含经配置以产生第一输出射束的第一区段及经配置以产生第二输出射束的第二区段。所述第一输出射束与所述第二输出射束在第一子午线中的射束宽度及射束方向中的至少一者方面不同。

本文所述的标的物的另一创新方面可实施于照射系统中，所述照射系统包含用于产生狭窄角度宽度的输入射束的装置以及耦合到所述输入射束产生装置的至少一个光学膜。所述光学膜至少包含经配置以产生第一输出射束的第一区段及经配置以产生第二输出射束的第二区段。所述第一输出射束与所述第二输出射束在以下各项中的至少两者方面不同：射束方向、第一子午线中的射束宽度、及色彩。

在附图及以下描述中陈述本说明书中所述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优点将从描述、图式及权利要求书变得显而易见。请注意以下图式的相对尺寸可未按比例绘制。

附图说明

图1A是可用以接收来自一或多个位于中心的发光二极管(LED)的光的圆形光导的实施方案的横截面透视图。

图1B及1C说明包含图1A的圆形光导的光引擎的实施方案的横截面透视图。

图1D说明具有光转向膜的圆形导光板的另一实施方案的分解示意图。

图2A说明包含与光学膜耦合的光引擎的照射系统的实施方案的透视图。

图2B说明复合光学膜的实施方案的平面图。

图3A说明包含与复合光学膜耦合的光引擎的照射系统的实施方案的透视图。

图3B说明图3A中所示的光学膜的透视图。

图3C说明图3A及3B中所示的光学膜的放大横截面图。

图3D说明由图3A-C中所示的光学膜提供的远场模式。

图4A说明照射系统的另一实施方案的放大横截面图。

图4B说明由图4A中所示的照射系统提供的远场模式。

图4C及4D说明照射系统的额外实施方案的放大横截面图。

图5A及5B说明光学膜堆叠的一个实施方案的放大透视图。

图5C说明由图5A及5B中所示的堆叠光学膜提供的远场模式。

图5D及5E说明光学膜堆叠的另一实施方案的放大透视图。

图5F说明由图5D及5E中所示的堆叠光学膜提供的远场模式。

图6A说明包含光引擎及光学膜的照射系统的另一实施方案的分解透视图。

图6B说明图6A中所示的光学膜的放大横截面图。

图6C说明图6A及6B中所示的照射系统的实施方案中的所发射光的示意图。

图7A说明包含光引擎及光学膜的照射系统的另一实施方案的透视图。

图7B说明图7A中所示的照射系统的实施方案中的所发射光的示意图。

图7C说明照射系统的另一实施方案中的所发射光的示意图。

图8A说明包含光引擎及堆叠光学膜的照射系统的分解透视图。

图8B说明由图8A中所示的堆叠光学膜提供的远场模式。

图9A说明三部分复合光学膜的示意性透视图，具有所述光学膜的部分的放大细节横截面图。

图9B说明由图9A中所示的三部分复合光学膜提供的远场模式。

各图式中的相同参考标号及名称指示相同元件。

具体实施方式

以下描述是针对用于描述本发明的创新方面的某些实施方案。然而，所属领域的技术人员将容易认识到可以大量不同方式来应用本文的教示。所描述实施方案可实施在可经配置以提供照射的任何装置或系统中。更具体来说，预期所描述实施方案可包含在用于广泛多种应用的照明中或与其相关联，所述应用例如但不限于：商业，住宅、汽车、航空电子以及海事照明。实施方案可包含(但不限于)以下各项中的照明：办公室、学校、制造设施、零售地点、饭店、俱乐部、医院及诊所、会展中心、旅馆、图书馆、博物馆、文化机构、政府大楼、仓库、军事设施、研究设施、体育馆、运动场、用于显示器、标牌、告示牌的背光、，或其它类型的环境或应用中的照明。在各种实施方案中，照明可为高架照明且可向下投射比照明器具的空间范围大(例如，几倍或许多倍)的距离。因此，所述教示并不意图限于仅在图式中描绘的实施方案，而是替代具有如所属领域的技术人员将容易显而易见的广泛适用性。

在本文描述的各种实施方案中，光学膜耦合到光源以使所发射的光能够具有在形状、大小、数目及模式方面不同的多种输出射束。在各种实施方案中，光引擎可发射狭窄角度的宽度射束。举例来说，在半峰全宽下，从光引擎发射的射束的部分可含于至少一个子午线中的30度以内。在一些实施方案中，所述光引擎可包含光源、或与光学器件耦合的一或多个LED、或与光学器件以及电及热管理组件耦合的一或多个LED。光源可为薄剖面光引擎，其可包含LED及来自所述LED的光注入其中的细长光导。所述光沿着光导的整个长度而经导引且跨越光导在外耦合在不同位置，使得光可从大面积表面均匀地输出。一或多个光学膜可安置在光引擎的输出前方以对从此发射的光进行操作。在一些实施方案中，光学膜可使从光源发射的光成形。光学膜可为具有波状表面的薄片，例如具有多个凹槽的表面。在一些实施方案中，凹槽形成具有锯齿剖面的棱柱结构。在不同实施方案中，传播经过波状薄片的光可通过折射或全内反射(“TIR”)或两者而由表面轮廓重新定向。在一些实施方案中，可将具有不同功能性的多个不同类型的光学膜一起缝合成复合膜。复合膜接着可包含单独区段，其为复合光学膜的非重叠区域。在一些实施例中，每一区段可包含一个膜或一膜堆叠。复合光学膜的每一区段可对单个输入射束不同地操作以产不同的输出射束。举例来说，复合膜的一个区段可产生定向于一个方向的输出射束，及另一区段可产生定向于另一方向的输出射束。两射束可具有不同的发散角。两个射束还可在远场中具有不同的色彩、形状及/或大小。

可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案以实现以下潜在优点中的一或多者。如本文所揭示的耦合到光源的光学膜可产生模式，例如远场中的形状或图形。另外，光学膜可用以将不同的光束定向到一个以上空间位置，例如用于局部照明。因为优越的控制经由来自单个电灯器具的光的分布及方向来实现，所以从而可改进用于高架照明的照射效率。在一些实施方案中，例如具有光发射器及耦合到其的光导的光引擎的单个光源经配备以便接收可互换的光学膜。用户因此可针对不同应用而容易地关闭不同的光学膜，从而定制所发射光的特性以实现所要照明方案。

图1A是圆形光导100的实施方案的横截面透视图。圆形导光板101已在其后表面上布置一刻面光转向膜103。导光板101的厚度可从中心朝向周边减少，从而产生锥形剖面。导光板101还包含中心圆柱表面105，光可经由所述中心圆柱表面105而注入到导光板101中。进入中心边界105的光通过全内反射而径向传播穿过导光板101的主体。在导光板101为锥形的实施方案中，导光板101中所导引的光将通过全内反射而传播，直到其以相对于后表面106及/或导光板101的斜角被所述锥形导光板101射出为止。斜射光可任选地与光转向膜103交互。在一些实施方案中，锥形导光板101所射出的光可为具有与锥形板101的锥角类似的角宽度的狭窄射束。在一些实施方案中，光转向膜103可使光转向，而使得输出射束的中心实质上垂直于后表面106、前表面107及/或导光板101。或者，光转向膜103可经配置以使光转向而使得输出射束的中心处于相对于前表面107的任何角度。在一些实施方案中，光转向膜103可具有一金属化表面以便反射从导光板101发射的光，使得光经由导光板101而转向且输出以及从前表面107发射。

图1B及1C说明结合图1A的圆形导光板101的LED发射器的实施方案的横截面透视图。图1C展示图1B的横截面的放大图108。如所说明，LED发射器组合件109及径向对称反射体111与图1A中所示的导光板101组合。此结构可共同包括光引擎112。光发射器组合件109可包含例如发光二极管等一或多个光发射器。从LED发射器组合件109发射的光反射出径向对称反射体113的弯曲表面111。在一些实施方案中，光展保留反射体可用以将来自LED发射器组合件109的光耦合到导光板101。进入导光板101的光在后表面106与前表面107之间通过全内反射而在其中传播，直到其以相对于后表面106的斜角被锥形导光板101射出为止。举例来说，图1C中所展示的光射线115作为射线117从反射体113被重新定向为朝向导光板101的圆柱表面105。在入口上，实例射线117展示为传播射线118，其作为射线119而反射出导光板101的前表面107且向后重新定向朝向后表面106。以小于临界角撞击表面后表面106的光穿过后表面106朝向光转向膜103且向外转向。剩余光继续在导光板101内作为射线123及125通过全内反射而传播。如图1A-1C中所说明，光转向膜103布置在导光板101的后表面106下方且为反射性的以引导光离开前表面107。

图1D说明具有光转向膜的圆形导光板的另一个实施方案的横截面的分解示意图。如所说明，光转向膜103布置在导光板101的前表面107上。在此配置中，光从右侧进入光导101且传播经过如上所述的导光板101。在一些实施方案中，后表面106可经金属化以便禁止光经由后表面106而发射。光在导光板101内传播，直到以相对于前表面107的斜角从前表面107发射出为止。从前表面107发射的光可与光转向膜103交互。如所说明，光转向膜103使光转向而使得其实质上垂直于导光板101及导光板101的前表面107退出光转向膜103。在所说明实施方案中，光转向膜103并未实质上影响光的角度射束宽度，例如，光转向膜103并未影响射束的半峰全宽(θ_FWHM)。而是，光转向膜103将来自圆形导光板103的入射光重新定向。光转向膜103棱镜状特征无需为对称的，且仅为了说明性目的而展示为对称的。尽管说明为将光转向为垂直于前表面107，但在其它实施方案中，光转向膜103可经配置以将光转向为相对于前表面107的任何角度。此外，光转向膜103无需为一致的。举例来说，一个部分可将光转向为第一角度，而第二部分将光转向为第二角度。

如所展示，导光板101为锥形，使得其厚度从中心部分到外围部分径向减小。导光板101的细端进一步辅助光转向朝向光转向膜103，且从导光板101的表面107输出。在一些实施方案中，导光板101可以约5度或更小的角度从其中心部分倾斜到其外围部分。在一些实施方案中，导光板101可以1度到10度之间的角度倾斜。在一些实施方案中，角度范围可从2度到7度。导光板101的斜率可与退出导光板101的光束的宽度相关。在较狭窄射束优选的一些实施方案中，从前表面107发射的光束具有射束宽度，例如，θ_FWHM＝60度或更小、45度或更小、30度或更小、15度或更小、10度或更小、或5度或更小。在较宽射束优选的其它实施方案中，从前表面107发射的光束具有射束宽度，例如，θ_FWHM＝120度或更小、或90度或更小。在导光板的斜率太大以实际为了实现所要输出射束宽度的一些实施方案中，导光板101可包含一或多个台阶，其中导光板的区域根据需要而倾斜而不是整个导光板101具有所说明的一个连续的斜率。在一些实施方案中，光转向膜103或导光板101及光转向膜103一起可经配置以除了仅在不影响射束宽度的情况下使光转向之外还影响光分布的角宽度。光提取特征的配置可帮助控制从导光板101输出的光的方向及分布。

在一些实施方案中，从LED发射器109发射的光可在光导100的表面上均匀分布。在一些实施方案中，退出光导100的光实质上为准直的。另外，光源的亮度由于光分布在较大区域上而降低。

在一些实施方案中，反射体113可由其它功能上类似的耦合光学器件替代，包含分段式反射体、透镜、透镜群组、光管段、全息图等。如所展示，LED发射器响应于施加到终端127的DC操作电压而发射光。在一些实施方案中，LED发射器组合件109可具有不同形式的发光表面，例如凸起的磷光体、凸起的透明囊封体(encapsulent)等。

图2A说明包含与光学膜耦合的光引擎的照射系统的实施方案的透视图。如所说明，光学膜129可安置于光引擎112前方。在各种实施方案中，光学膜129可包含光学膜、光学膜堆叠、复合光学膜或其任何组合。在所说明配置中，从光引擎112发射的光构成经定向穿过光学膜129的输入射束。光学膜129可经配置以按多种方式来修改所述光，包含色彩、射束宽度及所发射光的方向。一或多个输出射束退出光学膜129，输出射束具有与输入射束的特性不同的特性(取决于光学膜129的设计)。在各种实施方案中，光学膜129可包含小透镜阵列、微透镜膜、微透镜状膜、漫射体(例如，表面或体积漫射体)、彩色滤光器、透明视窗及切口。举例来说，光学膜129可包含彩色滤光器，使得输出射束用与输入射束不同的色彩来表征。光学膜129可以可移除地耦合到光引擎112。此可允许在各种不同光学膜129之间容易地改变，每一光学膜可产生不同的复合输出射束。因此，各种不同光学膜129可供单个光引擎使用以产生不同的照射特性。举例来说，在一些实施方案中，光学膜129可安装于经配置以配合于光引擎112的前侧上的环状帽盖上。可使用螺钉或其它固定机构来将环状帽盖紧固到光引擎112。

图2B说明复合光学膜的实施方案的平面俯视图。如所展示，光学附件129可包含一或多个光学膜，每一光学膜可包含多个区段131，每一区段对来自光引擎112的输入射束不同地操作。每一区段131构成光光学膜129的非重叠区域。在一些实施方案中，这些区段可缝合、焊接或以其它方式接合在一起以产生复合光学膜129，其中每一区段通过压印、模制或其它常规形成方法来形成，其中每一主板(master)成形工具已经配置用于所要性能。在一些实施方案中，可产生包含多个单独区段131的单个光学膜129。举例来说，光学膜129可通过压印、模制或其它常规方法形成，其中主板成形工具经配置以包含具有不同特征的不同区段。主板的这些不同区段可对应于光学膜的区段131。因此，包含多个区段131的光学膜129可整体地形成，而不是由分别形成的区段131缝合在一起。在一些实施方案中，不同区段131可定向于“饼图”定向中，如图2B中所说明。在其它实施方案中，可使用不同的配置及定向。区段131可采用大量形状及定向。另外，个别区段131的数目范围可从一个到许多个。举例来说，在一些实施方案中，光学膜129可包含两个、三个、四个或四个以上区段。在其它实施方案中，光学膜可包含10个、20个、30个或30个以上区段。每一区段可经配置以对输入射束不同地操作。在一些实施方案中，可存在以类似或相同方式对输入射束操作的两个或两个以上区段。在其它实施方案中，每一区段可以不同方式来影响输入射束。

图3A说明包含与复合光学膜耦合的光引擎的照射系统的实施方案的透视图。如上文论述，从光引擎112发射的输入射束穿过光学膜129，从而产生一或多个输出射束。图3B说明图3A中所示的光学膜的透视图。如所展示，光学膜129包含四个单独区段：A、B、C及D。在各种实施方案中，光学膜129可包含更多或更少的区段。

图3C说明图3A及3B中所示的光学膜的一部分的放大横截面图。具体来说，图3C展示光学膜129的一部分133的放大图。在所说明横截面中，展示光学膜129的两区段A及B。第一及第二区段A及B各自为修改入射光以提供不同于光引擎112所发射的输入射束的输出射束的微透镜状膜。经典地，微透镜膜包含形成紧密间隔的半圆柱状特征的阵列的膜，其中所有半圆柱形特征或微透镜实质上为相同的。术语“微透镜状”意图扩充且进一步包含(但不限于)能够在一或多个子午线中散布输入射束的小透镜(例如，在两个或两个以上子午面中作用)、三角形、棱柱、半圆柱状、正弦状、抛物线状及/或双曲线状元件。在各种实施方案中，微透镜状膜可包含共享相同光学形状及/或大小的元件或具有不同光学形状及/或大小的元件。在各种实施方案中，微透镜状膜可具有光功率或没有光功率。

微透镜状膜可用其在其中操作以散布光的子午面来表征。子午线是由两正交轴线(例如，x及y、z及x)或正交笛卡尔(Cartesian)轴线的任何其它组合形成的笛卡尔平面，其包含子午弧线。举例来说，图3C中第一区段A的微透镜状膜的子午面沿着x-z平面来定向。图3C中第二区段B的微透镜状膜的子午面沿着y-z平面来定向。微透镜状膜可操作以在子午面中散布光。因此，光学膜129的第一区段A沿着x-z平面从光引擎向外散布输入射束。光学膜129的第二区段B沿着y-z平面从光引擎向外散布输入射束。微透镜的曲率与散布的量相关。

图3D说明由图3A-C中所示的光学膜提供的远场模式。远场模式由两细长的线组成。水平线对应于穿过第一区段A的光。如上所述，区段A的微透镜状膜沿着x-z平面散布光，从而产生定向于x方向上的线的远场模式。类似地，图3D中所示的垂直线对应于穿过第二区段B的光。当第二区段B的微透镜状膜沿着y-z平面散布光时，所产生的远场模式为定向于y方向上的线。两区段光学膜的结果因此可为远场中的十字模式。可使用此方法的变体以实现具有不同射束宽度、方向及/或远场模式的数个不同输出射束。举例来说，在一些实施方案中，所述膜中的区段A及B可经设计而使得远场模式包含并非在其各自中心处的两线相交。在一些实施方案中，所述膜中的区段A及B可经设计而使得远场模式包含实质上在其各自中心处的两线相交。在一些实施方案中，所述膜中的区段A及B可经设计而使得远场模式包含实质上在一个线的中心处但并非在另一线的中心处的两线相交。

图4A说明照射系统的另一实施方案的放大横截面图。在所说明实施方案中，光导112经展示提供输入射束到光学膜129(微透镜状膜)。如所说明，光学膜129包含第一区段A及第二区段B。这些两区段各自包含具有三角形横截面的棱柱特征。此类三角形特征作为分束器来操作，其中所述特征的角度确定输出射束的部分经定向的角度。举例来说，图4A中入射于第一区段A上的光分为两射束，其中一个向左定向及一个相对于输入射束向右定向。对于入射于图4A中第二区段B上的光也是同样成立的。在所说明实施方案中，第一区段A的转向特征比第二区段B的转向特征角度更陡峭，且因此第一区段A与第二区段B相比将输入射束分地更宽。图4B说明由图4A中所示的照射系统提供的远场模式。如所展示，由于较大的分束效应，两最外圆圈对应于第一区段A。由于相对较小的分束效应，两最内圆圈对应于第二区段B。

图4C及4D说明照射系统的额外实施方案的放大横截面图。如图4A中所说明，光学膜129包含第一区段A及第二区段B，但额外区段是可能的。在一些实施方案中，光学膜的每一区段可覆盖光学膜129的等于约不同区段数目之一的分数的区域，其中每一区段经配置以产生与其它区段的远场射束特性不同的远场射束特性。因此，例如，具有三个不同区段的光学膜129可具有其表面的约三分之一被每一不同区段覆盖。在其它实施方案中，区段中的一或多者覆盖光学膜129的表面的较大部分(至少一个其它区段)。远场射束特性可包含第一子午线中的射束宽度、射束方向及射束色彩中的一或多者。尽管图4A将第一区段A及第二区段B说明为限于光学膜129的单独一半，但其它配置是可能的。举例来说，如图4C中所示，区段A的较陡峭角度的转向特征可与区段B的较不陡峭角度的转向特征交替。所得输出射束为类似的，具有对应于第一区段A的最外圆圈(或取决于光引擎及光学膜的几何形状的其它形状)以及对应于第二区段B的最内圆圈(或其它形状)。在图4D中，提供进一步变化，其中第三区段C包含更不陡峭角度的转向特征。此将产生对应于第三区段C的最内圆圈(或其它形状)，其将定位于对应于第二区段B的圆圈(或其它形状)内部。取决于转向特征的相对角度及从照射系统到所照射区域的距离，不同圆圈(或其它形状)可在空间中重叠。因此，通过变化光学膜129的不同区段的转向特征的角度定向，可提供各种模式。举例来说，具有多个区段(每一区段具有稍微不同角度的转向特征)可产生细长的条带，由光学膜129的区段中的每一者的分束效应引起的一系列圆圈(或其它形状)的复合物。本文所说明的分束效应可以各种方式来调整及/或与其它类型的膜组合以实现所要结果。

图5A及5B说明光学膜堆叠的一个实施方案的放大透视图。如所说明，展示四个单独膜：A1、A2、B1及B2。如图5B中所示，A1及A2堆叠在彼此顶部上，共同形成复合光学膜129的第一区段的部分。类似地，B1及B2堆叠在彼此顶部上，共同形成复合光学膜129的第二区段的部分。A1及A2两者为微透镜状膜，其中A1经配置以在子午面中操作而使得光沿着x-z平面散布，及A2经配置以在子午面中操作而使得光沿着y-z平面散布。A1及A2两者可包含(例如)具有抛物横截面或其它非圆横截面的半圆柱形(具有半圆形横截面的细长透镜)或细长透镜。然而，如所说明，A1中微透镜的光功率不同于B1中的微透镜的光功率。如所说明，A1及B2中的微透镜为半圆柱形横截面，而A2及B1中的微透镜为抛物横截面。随着微透镜的曲率增加，散布效应也增加。因此，微透镜状膜B1在x-z平面中比在微透镜状膜A1中将光散布的远。A2及B2两者也是微透镜状膜。然而，如所说明，其经定向以便在垂直于微透镜状膜A1及B1的平面的y-z平面中散布光。微透镜的曲率在A2与B2之间不同，使得A2操作以在y-z平面中将光散布的比B2中微透镜远。

图5C说明由图5A及5B中所示的堆叠光学膜提供的远场模式。结果为十字状模式，其尺寸通过不同微透镜状膜A1、A2、B1及B2的光散布函数来确定。如将理解，远场模式确定输入射束的形状以及输入射束所穿过的光学膜的效应两者。微透镜状膜A1及A2共同形成十字的垂直条。A1中的微透镜横向地散布光，且因此A1确定十字的垂直条的宽度。A2中的微透镜正交地散布光，使得A2确定十字的垂直条的高度。类似效应通过微透镜状膜B1及B2的堆叠实现，其共同产生十字的水平条。B1的横向扩展微透镜确定十字的水平条的宽度，而B2的垂直扩展微透镜确定十字的水平条的高度。因此，相对尺寸中的每一者可通过变化微透镜状膜A1、A2、B1或B2的曲率、形状及/或定向而独立于其它尺寸来控制。

图5D及5E说明光学膜堆叠的另一实施方案的放大透视图。如图5D中所展示，说明两个额外膜A3及B3。这些膜包含具有三角形横截面的微透镜状元件。如上文关于图4A-C所述，这些元件可作为分束器来操作。当与其它微透镜状膜A4及B4堆叠时，所述堆叠可共同产生各种远场模式。光学膜A3经定向以分裂沿着y轴的输入射束，而光学膜B3经定向以分裂沿着x轴的输入射束。

图5F说明由图5D及5E中所示的堆叠光学膜提供的远场模式。光学膜A4沿着x轴散布光，而光学膜B4沿着y轴散布光。膜A4及B4单独的操作将会产生十字模式，类似于图3D中所说明。结合分束膜A3及B3，此十字模式沿着每一轴线分开，从而产生矩形周边模式。顶部及底部水平条中的每一者的长度通过可归因于光学膜A4的散布来确定(所述条的厚度归因于光引擎的不变的射束宽度，如所说明，这是因为未采取任何动作来改变顶部及底部条的厚度的子午线(y-z子午线)中的射束宽度)，且顶部与底部条之间的距离通过光学膜A3的分束功能来确定。类似地，两个垂直条的长度通过可归因于光学膜B4的散布来确定(所述条的厚度归因于如上所述的光引擎的不变的射束宽度)，而垂直条之间的距离通过光学膜B3的分束功能来确定。通过组合这四个光学膜，可在远场中产生矩形帧模式。这些原理可更广泛地应用，使得通过变化各种光学膜的定向及设计，可在远场中产生广泛多种模式。

图6A说明包含光引擎及光学膜的照射系统的另一实施方案的分解透视图。在一些实施方案中，如上文论述，光引擎112可为狭窄角度光源，且可发射实质上与光引擎112的发射表面正交的光。然而，在其它实施方案中，光引擎112可经配置以发射更多横向的光，如图6A中所说明。如所展示，大多数光以较浅角度从光引擎112发射。为了清晰性，将光学膜129说明为从光引擎112分解出来。图6B说明图6A中所示的光学膜的放大横截面图。如所展示，光学膜的左侧的区段并不影响输出射束的方向。举例来说，光学膜的左侧的区段可包含透明视窗、切口或软的漫射体。因而，穿过此区段的光继续沿着输入射束所确定的其路径，此处以相对于光学膜129的表面的较浅角度。图6B中的其它所说明区段使光从输入射束转向，使得输出射束实质上正交于光学膜129的表面。这些区段上的无数变化是可能的。举例来说，每一变化可将光重新定向为不同的方向。此定向性还可与如上文关于图5A-5E描述的射束散布、如上文关于图4A-4C描述的分束、漫射及/或与色彩过滤组合。

图6C说明图6A及6B中所示的照射系统的实施方案中的所发射光的示意图。如图6C中所展示，第一输出射束169从复合光学膜129的一个区段发射，且第二输出射束171从复合光学膜129的另一区段发射。仅展示从光学膜129的两区段发射的光。然而，此处所解释的原理可增加到包含两个、三个、四个或四个以上区段。在所说明实施方案中，第一及第二输出射束169及171至少在射束定向上不同。射束在射束定向上不同的此类实施方案可在以下应用中为有用的，其中单个光将提供向下的光以照射走廊，及提供朝向墙壁的光以照射墙壁或显示于墙壁上的某物。在图6C中，射束方向由穿过每一射束的中心线的方向来指示。举例来说，穿过第一输出射束169的中心线170对应于第一输出射束的射束方向，而穿过第二输出射束171的中心线172对应于第二输出射束的射束方向。如上文论述，通过变化光学膜129的区段的性质，来自每一区段的输出射束可为不同的。结果，光引擎112所提供的单个输入射束可用以产生多个不同的输出射束。如所说明，图6C中的第一及第二输出射束169及171仅在射束方向上不同，如其非平行(此处为发散的)中心线170及172所指示。然而，光学膜129的设计可用以控制输出射束的各种特性。举例来说，如图6C中所示，第一及第二输出射束169及171可具有不同色彩或强度。不同区段可例如包含对光进行过滤的材料。一个区段可包含比另一区段暗的滤光器。或一个区段可包含第一色彩的滤色器，及另一区段可包含第二色彩的滤色器。在一些实施方案中，例如，吸收染料的不同色彩可包含在不同区段中。一些区段可具有比其它区段吸收更多的材料(例如吸收染料)以提供强度变化。在一些实施方案中，二向色滤光器可用以提供色彩过滤。在一些实施方案中，染色塑料薄片可用于色彩过滤。

如图6C中所说明，第一及第二输出射束169及171可具有不同射束宽度。举例来说，第二输出射束171可具有比第一输出射束169窄的射束宽度。这些特性(方向、强度、色彩及宽度)中的每一者可独立地控制。因此，输出射束可仅在这些特性中的一者上变化，或其可在两者或两者以上上不同。输出射束的其它参数也可根据需要来控制(例如，极化)。

图7A说明包含耦合到光学膜129的光引擎112的照射系统的另一实施方案的透视图。图7B说明图7A中所示的照射系统的实施方案中的所发射光的示意图。尽管先前已将复合光学膜129描述为包含饼状区段，但可使用其它配置。如将理解，这些实例仅为说明性的，且众多其它配置是可能的。复合光学膜129的不同区段可以所要的任何方式来布置以产生给定系列的输出射束。举例来说，如图6A所示，光学膜129的第一区段A可由第二区段B外切。第一区段A通过对来自光引擎112的输入射束操作而产生输出射束171。在所说明实例中，输出射束171具有相对狭窄的射束宽度。举例来说，此可通过使用区段A中包含透明或有色视窗、切口、软的漫射体或具有低光功率的小透镜阵列的光学膜129来实现。相比来说，第二区段B产生具有相对宽广的射束宽度的输出射束169。举例来说，相对宽广的射束宽度可使用区段B中包含相对适中到沉重的漫射体或具有相对高的光功率的小透镜阵列的光学膜129来实现。如所说明，第一输出射束169及第二输出射束171具有相同射束方向上，如其共享中心线170及172所指示。在一些实施方案中，两输出射束还可在色彩上变化。通过控制不同输出射束的这些参数，可在远场中产生各种模式，如本文更详细描述。

图7C说明照射系统的另一实施方案中的所发射光的示意图。虽然输出模式类似于图7B中所示的输出模式，但在图7C的所说明实施方案中，两区段A及B为相交的，而非受限于光学膜129的单独物理部分。举例来说，第一区段A可包含经配置以产生相对狭窄输出射束的多个透镜或小透镜，而第二区段B可包含经配置以产生相对宽广输出射束的多个透镜或小透镜，其中不同光功率的透镜或小透镜在整个光学膜129中交替。在一些实施方案中，区段A及B中的透镜或小透镜为径向对称的且并非像所说明微透镜实施方案中的一些一样在x或y维度上为细长的，且因此能够产生图7C中所说明的圆形射束。这两个类型的透镜可均匀分布在光学膜129的整个表面上。如图7C中所说明，结果为具有第一区段A所确定的尺寸的较狭窄输出射束，以及具有第二区段B所确定的尺寸的宽广输出射束。在其它实施方案中，可使用在整个光学膜129交替的具有不同扩散功率的区域来形成不同宽度的两射束。

图8A说明包含光引擎及堆叠光学膜的照射系统的分解透视图。照射系统包含光引擎112及复合光学膜129。如所说明，光学膜129包含微透镜状膜A1及A2的堆叠，及区段B由光学膜A1及A2外切。在各种实施方案中，区段B可仅包含光学膜A1及A2的视窗或切口，或区段B可包含具有相对较低光功率透镜或相对较软的漫射体的光学膜以产生圆形输出射束。微透镜状膜A1及A2的堆叠一起构成第一区段，而区段B可构成复合光学膜129的第二区段。应理解，在膜A1中，区段B可仅为视窗或切口(仅允许入射光在无折射的情况下经过)，而膜A2可包含对应于区段B的区段，所述区段包含视窗或切口、或者相对较低光功率(与膜A1及A2的射束散布功率相比)透镜或小透镜的阵列或相对软的漫射体(与膜A1及A2的射束散布功率相比)。

图8B说明由图8A中所示的堆叠光学膜提供的远场模式。微透镜状膜A1及A2的堆叠可如上所述地操作以在正交方向上散布光以产生矩形模式。因此，矩形的宽度对应于光学膜A1中微透镜的散布功能，及矩形的高度对应于光学膜A2中微透镜的散布功能。如所说明，区段B包含提供彩色滤光器的光学膜，及可或不可影响输入射束的方向或宽度。因此，区段B对应于定位于图8B的矩形模式的中心中的圆形，其中所述圆形的大小对应于区段B的光学功能。微透镜状膜A1及A2同样可使用色彩过滤以产生所要效应或可没有彩色滤光器。如本文其它处所说明，各种光学膜的定向及设计可变化以实现所要效应。具体来说，射束宽度、方向、强度及色彩关于光学膜129的每一区段而独立地控制。通过组合若干不同区段的输出射束，可实现无数的远场模式。

图9A说明三部分复合光学膜的示意性透视图，具有所述光学膜的部分的放大细节横截面图。此处复合膜包含三个区段：A、B及C。每一区段包含微透镜状膜，如横截面图中所说明。微透镜状膜A、B及C中的每一者包含类似配置的凸面半圆柱形微透镜。然而，微透镜的定向在三个区段之间变化，使得微透镜状膜A操作以沿着一个平面散布光，而微透镜状膜C操作以在几乎正交平面中散布光。微透镜状膜B操作以在微透镜状膜A与微透镜状膜C的平面之间的平面中散布光。三区段中的每一者因此产生细长的线。图9B说明由图9A中所示的三部分复合光学膜提供的远场模式。当组合时，对应于光学膜129的A、B及C的三输出射束产生远场中的星号状模式。如所说明，在各种实施方案中，复合光学膜可形成有不同的区段，使得从每一区段发射的光至少部分地在彼此之上叠加。其它射束形状、布置及远场模式的广泛范围可通过不同地配置薄膜来实现。举例来说，在一些实施方案中，所述膜中的区段A、B及C可经设计而使得远场模式包含并非在其各自中心处的三线相交。在一些实施方案中，所述膜中的区段A、B及C可经设计而使得远场模式包含实质上在其各自中心处的三线相交。在一些实施方案中，所述膜中的区段A、B及C可经设计而使得远场模式包含在其各自中心中的一者或两者处但并非在所述线中的另一者的中心处相交的三线相交。在一些实施方案中，远场模式可包含根本不相交的三线。

使用本文所论述的概念，光学膜的实施方案可在远场中产生例如图形或图像等模式。在一些实施方案中，光学膜可用以将光定向到一个以上空间位置，例如用于局部照明。因为优越的控制是通过使具有狭窄角度宽度射束的光穿过微透镜状光学膜而经由来自电灯器具的光的分布及方向来实现，所以从而可改进用于高架照明的利用效率。如本文所使用，利用效率指经定向到试图被照射的场的光的部分。通过实现本文所述的实施方案的优越控制，大多数或几乎所有光可经定向到许多感兴趣的场。在一些实施方案中，例如具有光发射器及耦合到其的光导的光引擎的光源经配备以便接收光学膜，且经配置使得用户可针对不同应用而容易地关闭不同光学膜。光学膜可介于25μm与3mm厚之间，且可具有范围从1in²到16ft²的表面积。

另外，两个或两个以上光学膜可堆叠在彼此顶部上以产生不同的输出射束。在此实施方案中，两个或两个以上光学膜彼此重叠而使得光射线穿过堆叠中的光学膜中的每一者以形成输出射束的部分。举例来说，第一光学膜可包含影响输出射束的色彩的区段，而第二光学膜可包含影响输出射束的方向或射束宽度的区段。在其它实施方案中，三个或三个以上光学膜可堆叠在彼此顶部上以产生所要的照射模式。如将理解，各种配置为可能的。通过变化光学膜的个别区段的结构及定向以及变化堆叠于彼此顶部上的不同光学膜的数目及配置，许多排列是可能的，从而允许实现广泛范围的输出射束。

所属领域的技术人员可显而易见本发明中所描述的实施方案的各种修改，且本文中所定义的一股原理可在不偏离本发明的精神或范围的情况下适用于其它实施方案。因此，权利要求书并不意图限于本文所展示的实施方案，而应符合与本文中所揭示的揭示内容、原理及新颖特征一致的最宽范围。词“示范性”在本文中仅用以意味“充当实例、例子或说明”。本文描述为“示范性”的任何实施方案未必解释为比其它实施方案优选或有利。另外，所属领域的技术人员将容易了解，术语“上部”及“下部”有时为了便于描述图式而使用，且指示对应于适当定向页面上的图式的定向的相对位置，且可不反映所实施照射系统的正确定向。

在单独实施方案的上下文中的在本说明书中描述的某些特征也可组合单个实施方案来实施。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征还分别可实施于多个实施方案中或任何合适的子组合中。此外，尽管上文可将特征描述为在某些组合中起作用及甚至最初如此主张，但在一些情况下，来自所主张组合的一或多个特征可从所述组合删除，且所主张组合可针对子组合或子组合的变体。

类似地，虽然在图中按特定次序来描绘操作，但此不应理解为要求按所展示的特定次序或按顺序次序来执行此类操作，或执行所有所说明操作，从而实现所需要的结果。此外，所述图可按流程图形式来示意性地描绘一或多个实例过程。然而，可将未描绘的其它操作并入于示意性说明的实例过程中。举例来说，可在所说明操作中的任一者之前、之后、同时或之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务处理及平处理可为有利的。此外，上述实施方案中各种系统组件的分离不应理解为要求所有实施方案中的此类分离，且应理解，一股可将所描述程序组件及系统一起集成在单个软件产品中或封装在多个软件产品中。另外，其它实施方案是在随附权利要求书的范围之内。在一些情况下，权利要求书中所叙述的动作可按不同次序执行且仍实现所需要的结果。

Claims

1.一种照射系统，其包括：

光源，其经配置以产生输入射束；及

至少一个光学膜，其耦合到所述光源以便接收所述输入射束，使得所述输入射束经定向朝向所述至少一个光学膜，所述至少一个光学膜至少包含经配置以产生第一输出射束的第一区段及经配置以产生第二输出射束的第二区段，

其中所述第一输出射束与所述第二输出射束在第一子午线中的射束宽度及射束方向中的至少一者方面不同。

2.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一及第二输出射束各自经定向到不同于所述输入射束的方向，或所述第一及第二输出射束各自具有不同于所述输入射束的射束宽度。

3.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述输入射束具有小于至少一个子午线中的30度的半峰全宽。

4.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述光源包含锥形光导。

5.根据权利要求1所述的照射源，其中所述光源包含光展保留反射体。

6.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述至少一个光学膜包含微透镜状膜。

7.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述至少一个光学膜进一步包含微透镜状膜的堆叠。

8.根据权利要求8所述的照射系统，其中所述微透镜膜堆叠包含第一微透镜状膜及第二微透镜状膜，其中所述第一微透镜状膜对第一子午线中的光起作用，及所述第二微透镜状膜对第二子午线中的光起作用。

9.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段包含具有一个光学功能的第一多个微透镜或小透镜，且所述第二区段包含具有不同光学功能的第二多个微透镜或小透镜，且其中所述第一及第二多个微透镜或小透镜是交替的。

10.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段包含具有一个光学功能的第一多个微透镜，且所述第二区段包含具有不同光学功能的第二多个微透镜，且其中所述第一及第二多个微透镜并非交替的。

11.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段经配置以将所述第一输出射束定向于第一方向，及所述第二区段经配置以将所述第二输出射束定向于不同于所述第一方向的第二方向。

12.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段经配置以产生具有第一射束宽度的输出射束，及所述第二区段经配置以产生具有不同于所述第一射束宽度的第二射束宽度的第二输出射束。

13.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段包含第一色彩的彩色滤光器，及所述第二区段包含以下各项中的一者：无彩色滤光器，及不同于所述第一色彩的第二色彩的彩色滤光器。

14.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段经配置以致使所述第一输出射束在远场中具有第一形状，及所述第二区段经配置以致使所述第二输出射束在所述远场中具有第二不同形状。

15.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述第一区段经配置以致使所述第一输出射束具有矩形的远场射束模式。

16.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述光学膜经配置以提供包含选自以下各项中的一或多个形状的远场模式：矩形、正方形、三角形、星号及十字。

17.根据权利要求1所述的照射系统，其中所述至少一个光学膜进一步包含经配置以产生第三输出射束的第三区段，其中所述第三输出射束被定向到与所述第一及第二输出射束中的每一者不同的方向，或所述第三输出射束具有与所述第一及第二输出射束中的每一者不同的射束宽度。

18.根据权利要求17所述的照射系统，其中所述至少一个光学膜进一步包含经配置以产生第四输出射束的第四区段，其中所述第四输出射束被定向到与所述第一、第二及第三输出射束中的每一者不同的方向，或所述第四输出射束具有与所述第一、第二，及第三输出射束中的每一者不同的射束宽度。

19.一种用于制造照射系统的方法，所述方法包括：

提供光源，其经配置以产生输入射束；及

安置至少一个光学膜，使得所述输入射束经定向朝向所述光学膜，所述至少一个光学膜至少包含经配置以产生第一输出射束的第一区段及经配置以产生第二输出射束的第二区段，

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一及第二输出射束各自被定向到不同于所述输入射束的方向，或所述第一及第二输出射束各自具有不同于所述输入射束的在第一子午线中的射束宽度。

21.根据权利要求19所述的方法，其中提供所述光源包含提供锥形光导。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一区段经配置以将所述第一输出射束定向于第一方向，及所述第二区段经配置以将所述第二输出射束定向于不同于所述第一方向的第二方向。

23.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一区段经配置以产生具有第一射束宽度的输出射束，及所述第二区段经配置以产生具有不同于所述第一射束宽度的第二射束宽度的第二输出射束。

24.一种照射系统，其包括：

用于产生输入射束的装置；及

用于更改以下各项中的一者的射束更改装置：第一子午线中的射束宽度、射束方向、或所述输入射束的色彩，所述射束更改装置耦合到所述射束产生装置以便接收所述输入射束，使得所述输入射束经定向朝向所述射束更改装置，所述射束更改装置至少包含经配置以产生第一输出射束的第一区段及经配置以产生第二输出射束的第二区段，

其中所述第一输出射束与所述第二输出射束在所述第一子午线中的所述射束宽度及所述射束方向中的至少一者方面不同。

25.根据权利要求24所述的照射系统，其中所述射束产生装置包含光引擎，或其中所述射束更改装置包含光学膜。