CN105051448B - 照明光管道接头 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种镜内衬光管道中的照明光分路器的新型构造。具体来讲，本公开讲述这样一种能力，其使用光转向器将穿过光管道行进的部分准直光分到两个不同的光管道中，同时从每个所述光管道以及从公共的相交区域提取一部分光。在一些情况下，由于光转向器的存在，相交区域的照明的视觉外观可看起来不一致，并且本公开提供一种照明光管道分路器(100、200、300)构造，所述构造使在相交区域(117、217、317)内的照明管道产生的输出均匀化。

Description

照明光管道接头
背景技术
可见光穿过建筑物的长距离传输可使用大镜内衬管道或者利用全内反射的较小实心纤维。镜内衬管道具有这样的优点：横截面积大且数值孔径大(允许较大的通量，而聚集较少)，稳固且透光的传播介质(即空气)从而使得衰减较低且寿命较长，并且传输的每单位光通量重量可能较低。
发明内容
本公开提供一种镜内衬光管道中的照明光分路器的新型构造。具体来讲，本公开讲述这样一种能力，其使用光转向器将穿过光管道行进的部分准直光分到两个不同的光管道中，同时从每个光管道以及从公共的相交区域提取一部分光。在一些情况下，由于光转向器的存在，相交区域的照明的视觉外观可看起来不一致，并且本公开提供一种照明光管道分路器构造，该构造使在相交区域内的照明管道产生的输出均匀化。
在一个方面，本公开提供一种照明光管道分路器，其包括：限定能够沿第一传播方向传输光的光传输腔的第一光导管；限定第一光转向腔和垂直于第一传播方向的第二传播方向的第二光导管；限定第二光转向腔和与第二传播方向平行且相反的第三传播方向的第三光导管，第二光导管和第三光导管与第一光导管相交，使得光传输腔与第一光转向腔和第二光转向腔在相交区域内相接；和设置为与第一传播方向成转向器角且平行于第二传播方向和第三传播方向的光转向器，该光转向器能够反射在第一传播方向的准直角θ内传播的入射光以与相交区域的底表面相交。
在另一个方面，本公开提供一种照明光管道分路器，其包括：限定能够沿第一传播方向传输光的光传输腔的第一光导管；限定第一光转向腔的第二光导管；和限定第二光转向腔的第三光导管，第二光导管和第三光导管与第一光导管相交，使得光传输腔与第一光转向腔和第二光转向腔在相交区域内相接。该照明光管道分路器还包括光转向器，该光转向器具有设置为与第一传播方向成第一转向器角的第一反射器；设置为与第一传播方向成第二转向器角的第二反射器，第一反射器和第二反射器在第一边缘处相交；和第三反射器，其垂直于第一反射器和第二反射器且与第一传播方向成第三转向器角，从而与相交区域的底表面和第一边缘相交。在第一传播方向的准直角θ内传播的与第一反射器相交的第一光线被转向成在第二光导管中在第二传播方向的准直角θ内传播的第二光线；在第一传播方向的准直角θ内传播的与第二反射器相交的第三光线被转向成在第三光导管中在第三传播方向的准直角θ内传播的第四光线；在第一传播方向的准直角θ内传播的与第三反射器相交的第五光线被转向成与相交区域的底表面相交的第六光线。
上述发明内容并非旨在描述本公开所公开的每个公开的实施例或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明示例性实施例。
附图说明
整个说明书参考附图，在附图中，类似的附图标号表示类似的元件，并且其中：
图1示出光管道分路器的俯视横截面示意图；
图2A示出被遮蔽的光管道分路器的透视示意图；
图2B示出图2A的被遮蔽的光管道分路器沿图1的A-A'截面的横截面示意图；
图3A示出照明的光管道分路器的透视示意图；
图3B示出图3A的照明光管道分路器沿图1的A-A'截面的横截面示意图；
图3C示出图3A的照明光管道分路器沿图1的A-A'截面的横截面示意图，该照明光管道分路器具有来自顶部和底部两者的照明；
附图不一定是按照比例绘制的。附图中使用的类似标号是指类似组件。然而，应当理解，在给定附图中使用序号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同序号标记的部件。
具体实施方式
本公开提供一种镜内衬光管道中的照明光分路器的新型构造。具体来讲，本公开讲述这样一种能力，其使用光转向器将穿过光管道行进的部分准直光分到两个不同的光管道中，同时从每个光管道以及从公共的相交区域提取一部分光。在一些情况下，由于光转向器的存在，相交区域内的照明的视觉外观可看起来不一致，并且本公开提供一种照明光管道分路器构造，该构造使在相交区域内的照明管道产生的输出均匀化。
用于提取和分配来自光管道的光的技术和设备在例如以下专利中已有描述：名称为LIGHT DUCT BEND(光管道弯头)的美国专利8,251,527；名称为SWITCHABLE LIGHT DUCTEXTRACTION(可转换的光管道提取)的专利公布US2012/0057350；名称为LIGHT DUCTTEEEXTRACTOR(光管道T形提取器)的专利公布WO2012/138503；名称为LIGHT DUCT TEESPLITTER(光管道T形分路器)的专利公布WO2012/138595；以及2012年5月2日提交的名称为RACK MOUNTED LIGHT(支架安装的光)的美国专利申请61/641,405(代理人档案号69657US002)。
所描述的照明光管道分路器可整体应用于以“T”形构造相交的矩形光管道，诸如在名称为LIGHT DUCT TEE SPLITTER(光管道T形分路器)的PCT专利公布WO2012/138595中描述的那些。在一些情况下，可以从光管道的顶部和底部提取光，也可以从公共的相交区域提取光。在一个具体实施例中，可通过使用效率非常高的镜来作为光管道内表面的内衬(诸如得自3M公司(3M Company)的VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)膜)，使得光管道提供最高效率。ESR膜可易于绕单个曲率轴线弯曲，诸如矩形横截面光管道中共用的曲率。
在以下说明中参考附图，附图形成说明的一部分并且通过举例说明的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，设想并可进行其它实施例。因此，以下详细说明不被认为具有限制性意义。
除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性而变化。
除非内容明确指定，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代对象的实施例。除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求中使用的术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
空间相关的术语包括但不限于“下面”、“上面”、“在...下面”、“在...之下”、“在...之上”和“在顶部”，如果在本文中使用，则用于便于描述一个元件相对于另一个元件的空间关系。除了图中描述的和本文所述的具体取向外，此类空间相关术语涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果图中所描绘的对象翻过来或翻转过来，那么先前描述的在其他元件之下或下面的部分就在这些其他元件之上。
如本文所用，例如当元件、组件或层描述为与另一元件、组件或层形成“一致界面”，或在另一元件、组件或层“上”、“连接到”、“耦合到”或“接触”另一元件、组件或层，其意为直接在...之上，直接连接到，直接耦合到或直接接触，或例如居间的元件、组件或层可能在特定元件、组件或层之上，或连接到、耦合到或接触特定元件、组件或层。例如当元件、组件或层被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到另一元件”、“直接与另一元件耦合”或“直接与另一元件接触”时，则没有居间的元件、组件或层。
在一个具体实施例中，由于光生成方法，注入光管道中的光是部分准直光。此部分准直光通常可被描述为包括在锥内，所述锥具有在中心光传播方向的准直角θ内的边界光线。
通常，注入光管道中的光的准直角θ应该被限制为不大于约30度，或不大于约25度，或不大于约20度，或者甚至不大于约15度。在一个具体实施例中，准直角θ可为约18.4度。用于将光注入管道中的各种光学元件的精度会影响所得的准直角θ。
图1示出根据本公开一个方面的光管道分路器100的俯视横截面示意图。在一个具体实施例中，光管道分路器100可被描述为光管道“T”形分路器，因为光管道以T形状相交。光管道分路器100包括第一光导管110，其限定能够沿第一传播方向142传输输入光140的光传输腔114。光管道分路器100还包括第二光导管120，其限定能够沿第二传播方向152传输第二光150的第一光转向腔124。光管道分路器100还包括第三光导管180，其限定能够沿第三传播方向162传输第三光160的第二光转向腔184。在一个具体实施例中，第二光导管120和第三光导管180可包括具有相同横截面面积的管道，并且T形分路器可围绕第一光导管110的中心轴线123对称。
第二光导管120和第三光导管180与第一光导管110相交，使得光传输腔114和第一光转向腔124和第二光转向腔184相接，并且形成由第一光导管110的输出横截面116、第二光导管120的第一输入横截面126和第三光导管180的第二输入横截面128限定的相交区域117。相交区域117进一步由第一光导管110和第二光导管120的相交处的第一拐角111限定，还由第一光导管110和第三光导管180的相交处的第二拐角113限定。输出横截面116可具有第一光导管宽度W1，并且第一输入横截面126和第二输入横截面128可分别具有宽度W2，W3，它们可以全部相同，或者它们可以各不相同。
在一个具体实施例中，第一传播方向142位于沿与第一光导管110的中心轴线123相同的方向上。输入光140是沿第一传播方向142行进的部分准直光，并且包括在准直角θ内的光；即，所有的输入光140包括在某个光锥内，该光锥在第一传播方向142上居中并且在准直角θ处具有边界光线144。在一些情况下，输入光140可源自日光，其在注入第一光导管110中之前被收集和聚集。在一些情况下，输入光可以是通过任何已知的技术生成的“人造光”，诸如卤素灯、弧光灯、发光二极管(LED)、白炽灯等。
光转向器170在光传输腔114和第一光转向腔124及第二光转向腔184之间延伸。光转向器170包括：第一反射器130，其设置为与第一传播方向142成第一转向器角；以及第二反射器131，其设置为与第一传播方向142成第二转向器角。对于图1所示的具有沿各管道轴线的光传播方向的T形光管道，第一转向器角和第二转向器角通常都等于45度。第一反射器130和第二反射器131彼此在设置于相交区域117的第一边缘136相交。第一反射器130和第二反射器131中的每一个还包括第二边缘134,138，第二边缘分别设置在相交区域117外的第一光转向腔124和第二光转向腔184中。在一个具体实施例中，第二边缘134,138中的每一个可被设置为紧邻相应的第二光导管120和第三光导管180。
对于100％的分光效率，输入光140的准直角θ、第一光导管110、第二光导管120和第三光导管180的各自的相对宽度、第一边缘136的位置(即，β角)以及第二边缘134,138的位置之间的关系可从系统的几何形状来计算，如本领域技术人员所知的。在一个具体实施例中，对于第二传播方向152和第三传播方向162相互平行并且均垂直于第一传播方向142的情况，限制关系由以下关系给出：
和
θ<45度并且β≥θ。光转向器170可设置在光管道分路器100内，使得在几何学上，对于截取光转向器的任何光均可实现100％分光效率(仅由于高效反射器的任何少量的吸收或散射而减少)，如本文别处所述。
通常，在第一传播方向142的准直角θ内传播的与第一反射器130的反射表面132相交的输入光140转向为第二光导管120中的在第二传播方向152的准直角θ内传播的第二光150。另外，在第一传播方向142的准直角θ内传播的与第二反射器131的反射表面132相交的输入光140转向为第三光导管180中的在第三传播方向162的准直角θ内传播的第三光160。
在一个具体实施例中，第一光导管110、第二光导管120、第三光导管180和相交区域117中的每一个的至少一个光管道表面可包括光提取元件，以便将与该表面相交的一部分光重新导向到光管道的外部。在一些情况下，第一导管底表面190、第二导管底表面192、第三导管底表面193、第一相交区域底表面191、以及第二相交区域底表面194中的至少一个可包括光提取元件。
可使用具有多个空隙的有孔ESR、具有平行V形槽结构表面的可选转向膜、以及具有平面或透镜状平行表面的可选导向膜的组合来实现公共相交区域以及来自第一光导管110、第二光导管120、第三的光导管180、以及从T形延伸的相交区域117的光提取和光重新导向，诸如名称为RECTANGULAR LIGHT DUCT EXTRACTION(矩形光管道提取)的美国专利申请61/720,118(代理人档案号70058US002，2012年10月30日提交)中描述的那些，该专利申请的公开内容全文并入本文。
对于那些设计用于将光从一个位置透射到另一个位置的装置，诸如光管道，所需的是光学表面吸收并透射入射到其上的最少量的光，同时反射基本上所有的光。在该装置的一些部分，可能所需的是利用一般的反射性光学表面将光递送到所选择的区域，然后允许光按已知的预定方式透射到装置外。在此类装置中，可能所需的是将光学表面的一部分提供为具有局部反射性，从而允许光以预定方式离开该装置，如本文所述。
多层光学膜诸如ESR膜在任何光学装置中使用，因此应当理解，它能够被层合至载体(其本身可以是透明的、不透明的反射性结构或它们的任何组合)，也可以利用任何合适的框架或其他支撑结构对其进行支撑，因为在一些实例中，多层光学膜自身可能没有足够的刚性来在光学装置中自支撑。
通常，所述多个空隙的定位和分布、转向膜的结构化表面、以及导向膜的结构化表面的组合可独立地调节以便控制穿过光管道提取器离开的光束的方向和准直。在下管道方向上的发射控制会受到多个空隙的分布和邻近多个空隙设置的转向膜的结构的影响。在横跨管道方向上的发射控制也会受到多个空隙的分布和邻近转向膜设置的导向膜的结构的影响。
在一个具体实施例中，穿过管道传播的部分准直光束包括具有在来自中心光线的输入光发散角θ(即，准直半角θ)内的传播方向的光锥。部分准直光束的发散角θ可以在围绕中心光线的锥中对称分布，或者可以不对称分布。在一些情况下，部分准直光束的发散角θ可在约0度至约30度，或约0度至约25度，或约0度至约20度，或者甚至约0度至约15度的范围内。在一个具体实施例中，部分准直光束的发散角θ可为约23度。
部分准直光线沿光管道轴线的方向注入到光管道内部。光管道的有孔反射衬里(例如，有孔3M增强镜面反射器(ESR)膜)作为光管道中需要光提取的区域的衬里。通常，ESR的反射衬里在大部分的可见光波长上具有至少98％的反射率，反射光中有不超过百分之2指向距镜面方向0.5度以上。
撞击在ESR上的孔之间区域的光线发生镜面反射，并且返回到与入射光相同方向的锥内的光管道。撞击在孔上的光线则穿过ESR，方向不发生改变。(注意：ESR平面内的孔的尺寸被假设为相对于其厚度较大，使得只有非常少的光线撞击在孔的内边缘上。)光线撞击孔并因此离开光管道的概率与有孔ESR的开孔区域的局部百分比成正比。因此，从光管道中提取的光的比例可以通过调节此开孔区域百分比来控制。
在周边方向上从光管道中提取的光的半角相当于光管道内的准直半角。纵向上的半角为光管道内的半角的约二分之一；即，紧邻ESR内部的方向只有一半有机会通过孔逸出。因此，在所需的方向上引导光的方向的精度随光管道内的半角的减小而增大。
穿过孔的光线接下来会遇到棱镜转向膜。光线以基本上平行于转向膜平面且垂直于棱镜轴线的方向撞击棱镜，这些入射角从该法向的发散度由光管道内的准直决定。这些光线中的大多数折射穿过遇到的第一棱镜表面从而进入膜，然后从相对的表面经历全内反射(TIR)，最后折射穿过膜底部。垂直于光管道轴线的传播方向没有净变化。可使用转向膜棱镜材料的折射率和棱镜的夹角来容易地计算沿光管道轴线方向的净变化。一般来讲，对其进行选择以产生以膜的向下法线为中心的透射角分布。由于大多数光线被透射，很少的光返回到光管道中，这有助于保持光管道内的准直。
穿过转向膜的光线接下来会遇到去准直膜或板(也称为导向膜)。遇到导向膜的光线撞击在与膜平面基本上垂直的该膜的结构化表面。穿过结构化表面的这些光线中的大多数折射到由该结构的局部倾斜度决定的方向中，然后穿过底表面。对于这些光线，沿光管道轴线的传播方向没有净变化。垂直于轴线的方向的净变化由该结构的折射率和表面倾斜度的分布决定。导向膜结构可以是平滑的曲面，诸如圆柱形或非球面的脊状透镜，或者可以是分段平坦的，诸如近似为平滑的弯曲透镜结构。一般来讲，对导向膜结构进行选择以产生在目标表面上的照明的指定分布，与发射表面的横跨管道维度相比，该照明发生在距离光管道更远的地方。同样，由于大多数光线被透射，很少的光返回到光管道中，从而保持了光管道内的准直。
在许多情况下，转向膜和导向膜(如果存在)可使用围绕光管道的透明支撑板或支撑管(具体取决于光管道构型)。在一个具体实施例中，透明载体可以层合至最外侧的膜组件，并且可以包括最外侧表面上的防反射涂层。层合和AR涂覆两者增加了穿过最外侧组件的透射并减少了其反射，从而增大了照明系统的总效率，更好地保持了光管道内的准直。
所述多个空隙可被制成具有从约5％至约95％的任何所需的开孔(即，非反射)区域百分比。在一个具体实施例中，开孔区域百分比在约5％至约60％，或约10％至约50％的范围内。各个空隙的尺寸范围也可以变化，在一个具体实施例中，空隙的主要尺寸可在约0.5mm至约5mm，或约0.5mm至约3mm，或约1mm至约2mm的范围内。
在一些情况下，空隙可以在提取表面上均匀地分布，并且可以具有一致的尺寸。然而，在一些情况下，空隙可以有不同的尺寸和分布，并可导致空隙(即，开孔)在光输出区域上的可变区域分布。所述多个空隙可以任选地包括可转换元件(未示出)，这些可转换元件可用于通过使空隙开孔区域从完全闭合逐渐改变成完全打开来调节光管道的光的输出，诸如名称为SWITCHABLE LIGHT-DUCT EXTRACTION(可转换的光管道提取)的美国专利公布US2012-0057350中描述的那些。
空隙可以是可由任何合适的技术(包括例如冲切、激光切割、模制、成形等)形成的物理孔隙。这些空隙另外可为可由许多不同的材料或构造提供的透明窗口。各种区域可由多层光学膜或任何其他透射或部分透射材料制成。允许光透射穿过这些区域的一个方法是在光学表面上提供部分反射和部分透射的区域。可以采用各种技术来赋予各区域中的多层光学膜部分反射性。
在一个方面，各区域可包括单轴拉伸的多层光学膜，其允许具有一个偏振面的光透射，同时反射具有与透射光正交的偏振面的光，诸如名称为“High Efficiency OpticalDevices”(高效光学装置)的美国专利7,147,903(Ouderkirk等人)中所述。在另一方面，各区域可包括在选定区域中已畸变的多层光学膜，以便将反射膜转变为透光膜。可例如通过加热膜的一些部分来减少膜的层状结构，从而实现此类畸变，如例如名称为“InternallyPatterned Multilayer Optical Films using Spatially Selective BirefringenceReduction”(使用空间选择性双折射减少的内部图案化多层光学膜)的PCT公布WO2010075357(Merrill等人)中所述。
选择性双折射减少可通过下述方法进行：将适当量的能量审慎地递送至第二区，以便将其中的内层中的至少一些选择性加热至下述温度，所述温度为足够高，以在减少或消除原有光学双折射的材料中产生松弛，而且为足够低，以保持膜内的层结构的物理完整性。双折射的减小可以为部分减小，或其可以为完全减小，在此情况下，使第一区域中为双折射的内部层变成第二区域中的光学各向同性的层。在示例性实施例中，至少部分地通过将光或其它辐射能量选择性地递送至膜的第二区域来实现选择性加热。
在一个具体实施例中，转向膜可以是微结构化膜，诸如得自3M公司(3M Company)的VikuitiTM图像引导膜。转向膜可包括多个平行脊状微结构形状，或一个以上的不同平行脊状微结构形状，诸如具有用于在不同方向引导光的各种夹角，如其他地方所述。
通常，穿过管道表面上的任何光提取元件的沿管道方向的光线半角为光管道内准直半角的大约二分之一，因为通常在撞击空隙的光线锥内只有一半的光线将离开光管道。在一些情况下，所需的是增大沿管道方向的半角，而不改变横跨管道方向上发射的角分布。增大沿管道方向的半角将拉长发射表面上对目标表面上的任何点的照明提供实质性贡献的区段。这继而可以降低表面附近的对象导致遮蔽的发生率，并可以降低入射在表面上的亮度的最大值，从而减少发生眩光的可能性。通过仅增大光管道内的半角来增大沿光管道的半角通常是不可接受的，因为这将改变横跨管道的分布，并最终降低横跨管道控制的精度。
例如，沿管道的分布大致以折射率1.6的69度转向棱镜的法线为中心。对于小于69度的夹角，它以具有小的反向分量的方向为中心(相对于在光管道内的传播方向)；对于大于69度的夹角，则以具有正向分量的方向为中心。因此，与完全由69度棱镜构成的膜相比，由具有多个夹角(包括小于69度的一些和大于69度的一些)的棱镜组成的转向膜可以产生大致以法线为中心但具有更大的沿管道半角的沿管道分布。
现在返回图1，第一光导管110、第二光导管120和第三光导管180以及光转向器170可由建筑管道系统常用的任何材料加工而成，包括例如金属片，诸如钢、镀锌金属片、铝、塑料等。在一个具体实施例中，第一光导管110的内表面112、第二光导管120的内表面122和第三光导管180的内表面182，以及光转向器170的反射表面132全部由具有高镜面反射率的材料制成。高镜面反射率可允许沿建筑物光导管内可出现的相当大的距离有效地传输光。在一些实施例中，高镜面反射率可利用诸如高度抛光的金属、金属化聚合物膜和电介质多层反射器的材料来实现。在一个具体实施例中，诸如得自3M公司(3M Company)的VikuitiTM增强型镜面反射器(ESR)膜的多层光学膜可为优选材料。虽然光提取可在整个T形分路器上发生，但可以看出，第一光转向器130和第二光转向器131的存在可充当屏蔽物，阻挡光转向器170内的第二相交区域的底表面194接收穿过相交区域117传播的任何光。
图2A示出被遮蔽的光管道分路器200的透视示意图，诸如图1中根据本公开一个方面的光管道分路器100的一个实施例。图2A中所示的元件210-295的每一个对应于图1中所示的具有相似编号的元件，其先前已描述。例如，图2A中的第一光导管210对应于图1中的第一光导管110，以此类推。被遮蔽的光管道分路器200包括第一光导管210、第二光导管220和第三光导管280，它们在相交区域217相遇。准直输入光240进入第一光导管210，然后分裂成在第二光导管220中行进的第二光250和在第三光导管280中行进的第三光260。
在一个具体实施例中，光提取元件设置在被遮蔽的光管道分路器200的每个底表面上，如其他地方所述。应当理解，光提取元件可设置在被遮蔽的光管道分路器的任何或所有表面上；然而为了简洁起见，如本文所述，每个底表面包括提取元件。这样，在被遮蔽的光管道分路器200中行进的一部分光从第一导管底表面290被提取成为提取的准直光295a，从第二导管底表面292被提取成为提取的准直第二光255，以及从第三导管底表面293被提取成为提取的准直第三光265。在相交区域217内行进的一部分光从相交底表面291被提取成为提取的准直光束295b；然而，没有光可以从被遮蔽的相交底表面294被提取，因为该区域被阻挡，不能接收光(被图1所示和所描述的第一光转向器130和第二光转向器131阻挡)。被遮蔽的相交底表面294使光管道不太美观，并且相交区域内光的减少也会影响对T形分路器附近的区域的照明。
图2B示出图2A的根据本公开一个方面的被遮蔽的光管道分路器200沿图1的A-A'截面的横截面示意图。图2B中所示的每一个元件210-295对应于图1和图2A所示的具有相似编号的元件，其先前已描述。例如，图2B中的第一光导管210对应于图1中的第一光导管110和图2A中的第一光导管210，以此类推。准直输入光240行进穿过具有反射内表面212的第一光导管210。中心光线242和在中心光线242的准直角θ内的边界光线244平行于第一光导管210的中心轴线223传播。
中心光线242穿过边界216，然后通过相交区域217的第一转向器230的第一边缘236，从第一转向器230的反射表面232反射成为具有第二中心光线252的第二光250(并且随后传播穿过第二光导管220，从纸面向外)。平行的中心光线242a穿过相交区域217的边界216，然后也从反射表面232反射。然而，边界光线244a与包括有孔反射器295和转向膜296的第一导管底表面290相交，并且随后离开第一光导管210成为被提取的准直光295a；边界光线244b穿过边界216，进入相交区域217，与包括有孔反射器295和转向膜296的第一导管底表面290相交，随后离开相交区域217的相交底表面291成为被提取的准直光295b。
图3A示出光管道分路器300的透视示意图，诸如图1中根据本公开一个方面的光管道分路器100的一个实施例。图3A中所示的元件310-395的每一个对应于图1中所示的具有相似编号的元件，其先前已描述。例如，图3A中的第一光导管310对应于图1中的第一光导管110，以此类推。光管道分路器300包括第一光导管310、第二光导管320和第三光导管380，它们在相交区域317相遇。准直输入光340进入第一光导管310，然后分裂成在第二光导管320中行进的第二光350和在第三光导管380中行进的第三准直光360。
在一个具体实施例中，光提取元件设置在光管道分路器300的每个底面上，如其他地方所述。应当理解，光提取元件可设置在光管道分路器的任何或所有表面上；然而为了简洁起见，如本文所述，每个底表面包括提取元件。这样，在光管道分路器300中行进的一部分光从第一导管底表面390被提取成为提取的准直光395a，从第二导管底表面392被提取成为提取的准直第二光355，以及从第三导管底表面393被提取成为提取的准直第三光365。在相交区域317内行进的一部分光从相交区域底表面391被提取成为提取的准直光395b。通过结合第三转向器表面，消除了图2A所示的被遮蔽的相交底表面294，如下所述，从而消除了不太美观的特点，并且减少了图2A中被遮蔽的光管道分路器200的照明。
图3B示出图3A的根据本公开一个方面的光管道分路器300沿图1的A-A'截面的横截面示意图。图3B中所示的每一个元件310-395对应于图1和图3A所示的具有相似编号的元件，其先前已描述。例如，图3B中的第一光导管310对应于图1中的第一光导管110和图3A中的第一光导管310，以此类推。部分准直输入光340行进穿过具有反射内表面312的第一光导管310。中心光线342和在中心光线342的准直角θ内的边界光线344平行于第一光导管310的中心轴线323传播。
中心光线342穿过边界316，然后通过相交区域317的第一转向器330的第一边缘336，从第一转向器330的反射表面332反射成为具有第二中心光线352的第二光350(随后传播穿过第二光导管320，从纸面向外)。平行的中心光线342a穿过相交区域317的边界316，从第三转向器反射表面333反射，与包括有孔反射器395和转向膜396的相交区域底表面391相交，随后离开相交区域317成为被提取的准直光395c。第三转向器反射表面333设置成与第一导管底表面390成第三转向器角α，并且有助于消除图2A中所示的被遮蔽的相交底表面294。第三转向器角α可以是约2度至约30度范围内的任何所需的角度，例如约5度至约25度、或者例如约10度至约20度范围内。
边界光线344a与第一导管底表面390相交，然后离开第一光导管310成为被提取的准直光395a；边界光线344b穿过边界316，进入相交区域317，与包括有孔反射器395和转向膜396的相交区域底表面391相交，随后离开相交区域317的相交区域底表面391成为被提取的准直光395b。
图3C示出图3A的根据本公开一个方面的光管道分路器300沿图1的A-A'截面的横截面示意图，该光管道分路器具有来自顶部和底部两者的照明。图3C中所示的每一个元件310-395对应于图1和图3B所示的具有相似编号的元件，其先前已描述。例如，图3C中的第一光导管310对应于图1中的第一光导管110和图3B中的第一光导管310，以此类推。部分准直输入光340行进穿过第一光导管310。中心光线342和在中心光线342的准直角θ内的边界光线344平行于第一光导管310的中心轴线323传播。
中心光线342穿过边界316，并且通过相交区域317的第一转向器330的第一边缘336，从第一转向器330的反射表面332反射成为具有第二中心光线352的第二光350(随后传播穿过第二导管320，从纸面向外)。平行的中心光线342a穿过相交区域317的边界316，从第三转向器反射表面333反射，与包括有孔反射器395和转向膜396的相交区域底表面391a相交，并且随后穿过相交区域底表面391a离开相交区域317成为被提取的准直光395c。第三转向器反射表面333设置成与第一导管底表面390a成第三转向器角α’，并且有助于消除图2A中所示的被遮蔽的相交底表面294。第三转向器角α’可以是约2度至约30度范围内的任何所需的角度，例如约5度至约25度、或者例如约10度至约20度范围内。
边界光线344a与第一导管底表面390a相交，然后离开第一光导管310成为被提取的准直光395a；边界光线344b穿过边界316，进入相交区域317，与包括有孔反射器395和转向膜396的相交区域底表面391a相交，随后离开相交区域317的相交区域底表面391a成为被提取的准直光395b。
第二平行的中心光线342b穿过相交区域317的边界316，从第四转向器反射表面335反射，与包括有孔反射器395和转向膜396的相交区域顶表面391b相交，随后离开相交区域317成为被提取的准直光397c。第四转向器反射表面335设置成与第一导管顶表面390a成第四转向器角α”，并且有助于消除相交区域317顶部的被遮蔽区域。第四转向器角α”可以是约2度至约30度范围内的任何所需的角度，例如约5度至约25度、或者例如约10度至约20度范围内。
边界光线344c与第一导管顶表面390b相交，并且离开第一光导管310成为被提取的准直光397a；并且边界光线344d穿过边界316，进入相交区域317，与包括有孔反射器395和转向膜396的相交区域顶表面391b相交，随后离开相交区域317的相交区域顶表面391b成为被提取的准直光397b。
以下为本公开的实施例的列表。
项1是一种照明光管道分路器，其包括：限定能够沿第一传播方向传输光的光传输腔的第一光导管；限定第一光转向腔和垂直于第一传播方向的第二传播方向的第二光导管；限定第二光转向腔和与第二传播方向平行且相反的第三传播方向的第三光导管，第二光导管和第三光导管与第一光导管相交，使得光传输腔与第一光转向腔和第二光转向腔在相交区域内相接；和设置为与第一传播方向成转向器角且平行于第二传播方向和第三传播方向的光转向器，该光转向器能够反射在第一传播方向的准直角θ内传播的入射光以与相交区域的底表面相交。
项2是根据项1所述的照明光管道分路器，其中相交区域的底表面包括具有多个空隙的反射器、转向膜、或者具有多个空隙的反射器和转向膜。
项3是根据项2所述的照明管道分路器，其中转向膜包括邻近相交区域的底表面且垂直于第一传播方向取向的多个平行V形槽。
项4是根据项1至项3所述的照明光管道分路器，其还包括设置为与第一传播方向成第二转向器角且平行于第二传播方向和第三传播方向的第二光转向器，该第二光转向器能够反射在第一传播方向的准直角θ内传播的入射光以与相交区域的顶表面相交。
项5是根据项1至项4所述的照明光管道分路器，其中相交区域的顶表面包括具有多个空隙的反射器、转向膜、或者具有多个空隙的反射器和转向膜。
项6是根据项5所述的照明光管道分路器，其中转向膜包括邻近相交区域的顶表面且垂直于第一传播方向取向的多个平行V形槽。
项7是根据项1至项6所述的照明光管道分路器，其中除相交区域外，第一光导管、第二光导管和第三光导管中的至少一个包括具有多个空隙的反射器。
项8是根据项1至项7所述的照明光管道分路器，其中除相交区域外，第一光导管、第二光导管和第三光导管中的至少一个包括转向膜，该转向膜邻近反射器且具有分别垂直于第一传播方向、第二传播方向和第三传播方向取向的多个平行V形槽。
项9是一种照明光管道分路器，其包括：限定能够沿第一传播方向传输光的光传输腔的第一光导管；限定第一光转向腔的第二光导管；限定第二光转向腔的第三光导管，第二光导管和第三光导管与第一光导管相交，使得光传输腔与第一光转向腔和第二光转向腔在相交区域内相接；光转向器，其包括：设置为与第一传播方向成第一转向器角的第一反射器；设置为与第一传播方向成第二转向器角的第二反射器，第一反射器和第二反射器在第一边缘处相交；和第三反射器，其垂直于第一反射器和第二反射器且与第一传播方向成第三转向器角，从而与相交区域的底表面和第一边缘相交，其中在第一传播方向的准直角θ内传播的与第一反射器相交的第一光线被转向成在第二光导管中在第二传播方向的准直角θ内传播的第二光线，其中在第一传播方向的准直角θ内传播的与第二反射器相交的第三光线被转向成在第三光导管中在第三传播方向的准直角θ内传播的第四光线，并且其中在第一传播方向的准直角θ内传播的与第三反射器相交的第五光线被转向成与相交区域的底表面相交的第六光线。
项10是根据项9所述的照明光管道分路器，其中第一转向器角和第二转向器角各自包括大约45度的角，并且第二传播方向和第三传播方向共线且各自垂直于第一传播方向。
项11是根据项9至项10所述的照明光管道分路器，其中相交区域的底表面包括具有多个空隙的反射器、转向膜、或者具有多个空隙的反射器和转向膜。
项12是根据项11所述的照明管道分路器，其中转向膜包括邻近相交区域的底表面且垂直于第一传播方向取向的多个平行V形槽。
项13是根据项9至项12所述的照明光管道分路器，其中第一边缘设置在由光传输腔与第一光转向腔和第二光转向腔的相交所界定的区域内。
项14是根据项9至项13所述的照明光管道分路器，其中第一反射器在第一边缘和第一光转向腔之间延伸，并且第二反射器在第一边缘和第二光转向腔之间延伸。
项15是根据项9至项14所述的照明光管道分路器，其中第一边缘沿光传输腔的中心线定位。
项16是根据项9至项15所述的照明光管道分路器，其中准直角介于约0度与约30度之间。
项17是根据项9至项16所述的照明光管道分路器，其中光转向器的第一边缘设置在由第一光导管的输出横截面、第二光导管的第一输入横截面和第三光导管的第二输入横截面所限定的方形区域内。
项18是根据项9至项17所述的照明光管道分路器，其中光转向器的第二边缘设置在方形区域外的第一光转向腔中，并且光转向器的第三边缘设置在方形区域外的第二光转向腔中。
项19是根据项9至项18所述的照明光管道分路器，其中能够独立地调节第一转向器角和第二转向器角中的每一个以及第一反射器和第二反射器中的每一个，使得穿过光传输腔行进的光的可变部分能够转向至第一光转向腔和第二光转向腔。
项20是根据项9至项19所述的照明光管道分路器，其中第一传播方向垂直于第二传播方向和第三传播方向。
项21是根据项9至项20所述的照明光管道分路器，其中第二传播方向与第三传播方向共线。
项22是根据项9至项21所述的照明光管道分路器，其中除相交区域外，第一光导管、第二光导管和第三光导管中的至少一个包括具有多个空隙的反射器。
项23是根据项9至项22所述的照明光管道分路器，其中除相交区域外，第一光导管、第二光导管和第三光导管中的至少一个包括转向膜，该转向膜邻近反射器且具有分别垂直于第一传播方向、第二传播方向和第三传播方向取向的多个平行V形槽。
项24是根据项9至项23所述的照明光管道分路器，其中除相交区域外，第一光导管、第二光导管和第三光导管中的至少一个包括具有多个空隙的反射器和转向膜，该转向膜邻近反射器且具有分别垂直于第一传播方向、第二传播方向和第三传播方向取向的多个平行V形槽。
除非另外指明，在说明书和权利要求中使用的表示部件的尺寸、数量和物理特性的所有数字应当被理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性而变化。
本文中所引用的所有参考文献和出版物均明确地以全文引用方式并入本公开中，但它们可能会与本公开直接冲突的部分除外。尽管本文示出和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员应该明白，在不脱离本公开的范围的情况下，大量的替代形式和/或等同实施方式可替换所示和所述的特定实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的特定实施例的任何调整或变型。因此，本公开应仅由权利要求书及其等同物进行限定。

Claims (22)

1.一种照明光管道分路器，其包括：
限定能够沿第一传播方向传输光的光传输腔的第一光导管；
限定第一光转向腔和垂直于所述第一传播方向的第二传播方向的第二光导管；
限定第二光转向腔和与所述第二传播方向平行且相反的第三传播方向的第三光导管，所述第二光导管和所述第三光导管与所述第一光导管相交，使得所述光传输腔与所述第一光转向腔和所述第二光转向腔在相交区域内相接；
光转向器，包括：
第一反射器，其设置为与所述第一传播方向成第一转向器角且平行于所述第二传播方向和所述第三传播方向，所述第一反射器能够反射在所述第一传播方向的准直角θ内传播的入射光以与所述相交区域的底表面相交；和
一个或多个光提取元件，其设置在所述相交区域的底表面上，
其中所述一个或多个光提取元件包括具有多个空隙的反射器、转向膜、或者具有多个空隙的反射器和转向膜。
2.根据权利要求1所述的照明光管道分路器，其中所述转向膜包括邻近所述相交区域的底表面且垂直于所述第一传播方向取向的多个平行V形槽。
3.根据权利要求1所述的照明光管道分路器，其中所述光转向器还包括第二反射器，所述第二反射器设置为与所述第一传播方向成第二转向器角且平行于所述第二传播方向和所述第三传播方向，所述第二反射器能够反射在所述第一传播方向的准直角θ内传播的入射光以与所述相交区域的顶表面相交。
4.根据权利要求1所述的照明光管道分路器，其中所述相交区域的顶表面包括具有多个空隙的反射器、转向膜、或者具有多个空隙的反射器和转向膜。
5.根据权利要求4所述的照明光管道分路器，其中所述转向膜包括邻近所述相交区域的顶表面且垂直于所述第一传播方向取向的多个平行V形槽。
6.根据权利要求1所述的照明光管道分路器，其中除所述相交区域外，所述第一光导管、所述第二光导管和所述第三光导管中的至少一个包括具有多个空隙的反射器。
7.根据权利要求1所述的照明光管道分路器，其中除所述相交区域外，所述第一光导管、所述第二光导管和所述第三光导管中的至少一个包括转向膜，所述转向膜邻近所述反射器且具有分别垂直于所述第一传播方向、所述第二传播方向和所述第三传播方向取向的多个平行V形槽。
8.一种照明光管道分路器，其包括：
限定能够沿第一传播方向传输光的光传输腔的第一光导管；
限定第一光转向腔和垂直于所述第一传播方向的第二传播方向的第二光导管；
限定第二光转向腔和与所述第二传播方向平行且相反的第三传播方向的第三光导管，所述第二光导管和所述第三光导管与所述第一光导管相交，使得所述光传输腔与所述第一光转向腔和所述第二光转向腔在相交区域内相接；
光转向器，其包括：
设置为与所述第一传播方向成第一转向器角的第一反射器；
设置为与所述第一传播方向成第二转向器角的第二反射器，所述第一反射器和所述第二反射器在第一边缘处相交；和
第三反射器，其垂直于所述第一反射器和所述第二反射器且与所述第一传播方向成第三转向器角，从而与所述相交区域的底表面和所述第一边缘相交；和
一个或多个光提取元件，其设置在所述相交区域的底表面上，
其中在所述第一传播方向的准直角θ内传播的与所述第一反射器相交的第一光线被转向成在所述第二光导管中在所述第二传播方向的准直角θ内传播的第二光线，
其中在所述第一传播方向的准直角θ内传播的与所述第二反射器相交的第三光线被转向成在所述第三光导管中在所述第三传播方向的准直角θ内传播的第四光线，并且
其中在所述第一传播方向的准直角θ内传播的与所述第三反射器相交的第五光线被转向成与所述相交区域的底表面相交的第六光线，
其中所述一个或多个光提取元件包括具有多个空隙的反射器、转向膜、或者具有多个空隙的反射器和转向膜。
9.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述第一转向器角和所述第二转向器角各自包括大约45度的角，并且所述第二传播方向和所述第三传播方向共线且各自垂直于所述第一传播方向。
10.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述转向膜包括邻近所述相交区域的底表面且垂直于所述第一传播方向取向的多个平行V形槽。
11.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述第一边缘设置在由所述光传输腔与所述第一光转向腔和所述第二光转向腔的相交所界定的区域内。
12.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述第一反射器在所述第一边缘和所述第一光转向腔之间延伸，并且所述第二反射器在所述第一边缘和所述第二光转向腔之间延伸。
13.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述第一边缘沿所述光传输腔的中心线定位。
14.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述准直角介于约0度与约30度之间。
15.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述光转向器的第一边缘设置在由所述第一光导管的输出横截面、所述第二光导管的第一输入横截面和所述第三光导管的第二输入横截面所限定的方形区域内。
16.根据权利要求15所述的照明光管道分路器，其中所述光转向器的第二边缘设置在所述方形区域外的第一光转向腔中，并且所述光转向器的第三边缘设置在所述方形区域外的第二光转向腔中。
17.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中能够独立地调节所述第一转向器角和所述第二转向器角中的每一个以及所述第一反射器和所述第二反射器中的每一个，使得穿过所述光传输腔行进的光的可变部分能够转向至所述第一光转向腔和所述第二光转向腔。
18.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述第一传播方向垂直于所述第二传播方向和所述第三传播方向。
19.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中所述第二传播方向与所述第三传播方向共线。
20.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中除所述相交区域外，所述第一光导管、所述第二光导管和所述第三光导管中的至少一个包括具有多个空隙的反射器。
21.根据权利要求20所述的照明光管道分路器，其中除所述相交区域外，所述第一光导管、所述第二光导管和所述第三光导管中的至少一个包括转向膜，所述转向膜邻近所述反射器且具有分别垂直于所述第一传播方向、所述第二传播方向和所述第三传播方向取向的多个平行V形槽。
22.根据权利要求8所述的照明光管道分路器，其中除所述相交区域外，所述第一光导管、所述第二光导管和所述第三光导管中的至少一个包括具有多个空隙的反射器和转向膜，所述转向膜邻近所述反射器且具有分别垂直于所述第一传播方向、所述第二传播方向和所述第三传播方向取向的多个平行V形槽。
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