TW201350754A - 多光束光引擎 - Google Patents

Abstract

本案提供用於多光束光引擎的系統、方法和裝置。在一態樣中，光源與光學薄膜耦合，以使得從該光源發射的光穿過該光學薄膜。該光學薄膜可以是包括一或多個區段的複合薄膜，每一個區段配置成對從該光源發射的輸入光束不同地操作。該光學薄膜可配置成產生不同顏色、方向及/或束寬的一或多個輸出光束。

Description

多光束光引擎

本案一般涉及照明系統和燈具的領域，諸如用於大面積照明或建築照明。

用於各種照明應用中的習知燈具會遭受照明低效率，諸如在該燈具的實體孔徑處向上看時的不需要的強光、以及在感興趣的區域之外被浪費的錯誤定向的光。此外，許多燈具被限定於單個應用。

本案的系統、方法和設備各自具有若干創新性態樣，其中並不由任何單個態樣全權負責本文所揭示的期望屬性。

本案中所描述的標的的一個創新性態樣可在照明系統中實現。該照明系統包括配置成產生窄角寬輸入光束的窄角光源和耦合至該光源的至少一個光學薄膜。該光學薄膜至少包括配置成產生第一輸出光束的第一區段和配置成產生第二輸出光束的第二區段。該第一輸出光束與該第二輸出光束在第一子午線中的束寬和束方向中的至少一者上相異。

本文中所描述的標的的另一個創新性態樣可在用於 製造照明系統的方法中實現。該方法包括提供配置成產生窄角寬輸入光束的窄角光源，以及佈置至少一個光學薄膜以使得該輸入光束被定向至朝向該光學薄膜。該光學薄膜至少包括配置成產生第一輸出光束的第一區段和配置成產生第二輸出光束的第二區段。該第一輸出光束與該第二輸出光束在第一子午線中的束寬和束方向中的至少一者上相異。

本文中所描述的標的的又一個創新性態樣可在照明系統中實現，該照明系統包括用於產生窄角寬輸入光束的手段、以及耦合至該輸入光束產生手段的至少一個光學薄膜。該光學薄膜至少包括配置成產生第一輸出光束的第一區段和配置成產生第二輸出光束的第二區段。該第一輸出光束與該第二輸出光束在束方向、第一子午線中的束寬和顏色中的至少兩者上相異。

本說明書中所描述的標的的一或多個實現的詳情在附圖及以下描述中闡述。其他特徵、態樣和優點將從該描述、附圖和申請專利範圍中變得明瞭。注意，以下附圖的相對尺寸可能並非按比例繪製。

101‧‧‧圓形光導板

103‧‧‧光轉向薄膜

105‧‧‧中央圓柱形表面

106‧‧‧後表面

107‧‧‧前表面

108‧‧‧放大視圖

109‧‧‧光發射器組裝件

111‧‧‧彎曲表面

112‧‧‧光引擎

113‧‧‧反射器

115‧‧‧光線

117‧‧‧示例射線

118‧‧‧傳播射線

119‧‧‧射線

123‧‧‧射線

125‧‧‧射線

127‧‧‧端子

129‧‧‧光學薄膜

131‧‧‧區段

133‧‧‧光學薄膜129的一部分

169‧‧‧第一輸出光束

170‧‧‧中心線

170,172‧‧‧中心線

171‧‧‧第二輸出光束

172‧‧‧中心線

圖1A是圓形光導的實現的橫截面透視圖，該圓形光導可被用來接收來自一或多個中心放置的發光二極體(LED)的光。

圖1B和圖1C圖示了包括圖1A的圓形光導的光引擎的實現的橫截面透視圖。

圖1D圖示了帶有光轉向薄膜的圓形光導板的另一 實現的分解示意圖。

圖2A圖示了包括與光學薄膜耦合的光引擎的照明系統的實現的透視圖。

圖2B圖示了複合光學薄膜的實現的平面圖。

圖3A圖示了包括與複合光學薄膜耦合的光引擎的照明系統的實現的透視圖。

圖3B圖示了圖3A中所示的光學薄膜的透視圖。

圖3C圖示了圖3A和圖3B中所示的光學薄膜的放大橫截面圖。

圖3D圖示了由圖3A-C中所示的光學薄膜所提供的遠場圖案。

圖4A圖示了照明系統的另一實現的放大橫截面圖。

圖4B圖示了由圖4A中所示的照明系統所提供的遠場圖案。

圖4C和圖4D圖示了照明系統的附加實現的放大橫截面圖。

圖5A和圖5B圖示了光學薄膜堆疊的一種實現的放大透視圖。

圖5C圖示了由圖5A和圖5B中所示的堆疊光學薄膜所提供的遠場圖案。

圖5D和圖5E圖示了光學薄膜堆疊的另一實現的放大透視圖。

圖5F圖示了由圖5D和圖5E中所示的堆疊光學薄膜所提供的遠場圖案。

圖6A圖示了包括光引擎和光學薄膜的照明系統的另一實現的分解透視圖。

圖6B圖示了圖6A中所示的光學薄膜的放大橫截面圖。

圖6C圖示了圖6A和圖6B中所示的照明系統的實現中的所發射光的示意圖。

圖7A圖示了包括光引擎和光學薄膜的照明系統的另一實現的透視圖。

圖7B圖示了圖7A中所示的照明系統的實現中的所發射光的示意圖。

圖7C圖示了照明系統的另一實現中的所發射光的示意圖。

圖8A圖示了包括光引擎和堆疊光學薄膜的照明系統的分解透視圖。

圖8B圖示了由圖8A中所示的堆疊光學薄膜所提供的遠場圖案。

圖9A圖示了三部分複合光學薄膜的示意透視圖，連同該光學薄膜的各部分的放大細節橫截面圖。

圖9B圖示了由圖9A中所示的三部分複合光學薄膜所提供的遠場圖案。

在各附圖中相似的元件符號和標記指示相似的元件。

以下描述針對用於描述本案的創新性態樣的某些實 現。然而，本領域一般技藝人士將容易認識到，本文中的教導能以大量不同方式來應用。所描述的實現可在任何可被配置成提供照明的設備或系統中實現。具體而言，構想了所描述的各實現可被包括於用於各式各樣應用的照明中或與其相關聯，該等應用諸如但不限定於：商用、住宅、汽車、航空以及航海照明。各實現可包括但不限定於辦公室、學校、製造設施、零售點、餐館、俱樂部、醫院及診所、會議中心、酒店、圖書館、博物館、文化機構、政府建築、倉庫、軍事設備、研究設施、健身房、運動競技場、顯示器的背光、標牌、告示牌中的照明，或者其他類型環境或應用中的照明。在各種實現中，照明可以是頂部照明並且可以向下投射比照明器具的空間範圍更遠(例如，遠若干倍或者許多倍)的距離。因此，該等教導並不意欲限定於單單在各附圖中圖示的實現，而是具有對於本領域一般技藝人士來說容易顯而易見的寬泛應用。

在本文中所描述的各種實現中，光學薄膜被耦合到光源以使所發射的光能夠具有在形狀、大小、數目和圖案方面不同的各式各樣的輸出光束。在各種實現中，光引擎能發射窄角寬光束。舉例而言，在半峰全寬處，從光引擎發射的光束的各部分可在至少一條子午線中被包含於30度內。在一些實現中，光引擎可包括光源，或者與光學裝置耦合的一或多個LED，或者與光學裝置以及電子和熱管理元件耦合的一或多個LED。光源可以是薄縱斷面的光引擎，該薄縱斷面的光引擎可包括LED和來自LED的光被射入的細長光導。該光被引導 貫穿該光導的長度並在跨該光導的不同位置處被引出，以使得該光能從大面積表面均勻地輸出。一或多個光學薄膜可被佈置在光引擎的輸出孔徑的前方以對從該光引擎發射的光進行操作。在一些實現中，光學薄膜可對發射自光源的光束定形。光學薄膜可以是具有起伏狀表面(諸如具有複數個槽的表面)的薄片。在一些實現中，該等槽形成了具有鋸齒縱斷面的棱柱形結構。在不同實現中，傳播通過起伏狀薄片的光可藉由折射或者全內反射(「TIR」)或者此兩者而被該表面輪廓重定向。在一些實現中，具有不同功能性的複數個不同類型的光學薄膜可被一起縫合成複合薄膜。複合薄膜就可包括分開的區段，該等區段是複合光學薄膜的非重疊區域。在一些實施例中，每一個區段可包括一張薄膜或者一疊薄膜。複合光學薄膜的每一個區段可對單個輸入光束不同地操作以產生不同的輸出光束。例如，複合薄膜的一個區段可產生被定向在一個方向上的輸出光束，而另一個區段可產生被定向在另一個方向上的輸出光束。此兩個光束可具有不同的發散角。此兩個光束亦可在遠場中具有不同顏色、形狀及/或大小。

本案中所描述的標的的特定實現可被實現成達成一或多個以下潛在優勢。如本文中所揭示的耦合至光源的光學薄膜可在遠場中建立圖案，諸如形狀或圖形。另外，該光學薄膜可被用來將不同光束定向至不止一個空間位置，例如用於聚光燈。由於在來自單個燈具的光的分佈和方向上實現了較好控制，因此可提高頂部照明的照明效率。在一些實現中 ，單個光源(諸如具有光發射器和與光發射器耦合的光導的光引擎)被裝備成接納可互換的光學薄膜。使用者可由此容易地切換不同的光學薄膜以用於不同應用、調整所發射光的特性以達成期望的照明方案。

圖1A是圓形光導100的實現的橫截面透視圖。圓形光導板101的後表面上佈置有刻面式光轉向薄膜103。該光導板101的厚度可從中心向周界減小，由此建立錐形縱斷面。該光導板101亦包括中央圓柱形表面105，光可通過該中央圓柱形表面105射入到光導板101中。進入中央邊界105的光藉由全內反射徑向傳播穿過光導板101的主體。在光導板101為錐形的實現中，光導板101中所引導的光將藉由全內反射傳播，直至該所引導的光被錐形光導板101以相對於後表面106及/或光導板101的斜角射出。該斜角射出的光能可選地與光轉向薄膜103進行互動。在一些實現中，由錐形光導板101射出的光可以是具有與錐形板101的錐角近似的角寬的窄光束。在一些實現中，光轉向薄膜103能對光進行轉向，以使得輸出光束的中心與後表面106、前表面107及/或光導板101基本垂直。或者，光轉向薄膜103能被配置成對光進行轉向，以使得輸出光束的中心相對於前表面107呈任何角度。在一些實現中，光轉向薄膜103可具有金屬化表面以反射從光導板101發射的光，以使得該光被轉向並穿過光導板101輸出，並且從前表面107射出。

圖1B和1C圖示了與圖1A的圓形光導板101相組合的LED發射器的實現的橫截面透視圖。圖1C示出圖1B的橫截面 的放大視圖108。如圖所示，LED發射器組裝件109和徑向對稱的反射器111與圖1A中所示的光導板101相組合。此結構一起可構成光引擎112。光發射器組裝件109可包括一或多個光發射器，諸如發光二極體。從LED發射器組裝件109發射的光從徑向對稱的反射器113的彎曲表面111反射。在一些實現中，保留光學徑角性的反射器可被用來將來自LED發射器組裝件109的光耦合到光導板101。進入光導板101的光藉由在後表面106與前表面107之間進行全內反射來在光導板101中傳播，直至光由錐形光導板101以相對於後表面106的斜角射出。例如，圖1C中所示的光線115從反射器113重定向為朝向光導板101的圓柱形表面105的射線117。一旦進入，示例射線117被示為傳播射線118，傳播射線118從光導板101的前表面107反射為射線119並被重定向成返回朝向後表面106。以小於臨界角照射後表面106的光穿過後表面106朝向光轉向薄膜103並被逐出。剩餘的光繼續藉由全內反射在光導板101內傳播為射線123和125。如圖1A-1C中所圖示的，光轉向薄膜103被佈置在光導板101的後表面106之下並且是反射性的以將光定向到前表面107之外。

圖1D圖示了帶有光轉向薄膜的圓形光導板的另一實現的橫截面的分解示意圖。如所圖示的，光轉向薄膜103被佈置在光導板101的前表面107上。在此配置中，光從右側進入光導101並如上所述地傳播穿過光導板101。在一些實現中，後表面106可被金屬化以阻止光穿過後表面106被發射。光在光導板101內傳播，直至以相對於前表面107的斜角從前表 面107發射。從前表面107發射的光可與光轉向薄膜103進行互動。如所圖示的，光轉向薄膜103對光進行轉向以使得光基本垂直於光導板101和光導板101的前表面107離開光轉向薄膜103。在所圖示的實現中，光轉向薄膜103基本上不影響光的角束寬，舉例而言，光轉向薄膜103不影響光束的半峰全寬θ_FWHM。相反，光轉向薄膜103將來自圓形光導板103的入射光重定向。光轉向薄膜103的類稜鏡部件不需要是對稱的，並且僅出於說明目的被示為對稱的。儘管被示為將光轉向為垂直於前表面107，但在其他實現中，光轉向薄膜103可被配置成將光轉向為相對於前表面107呈任何角度。此外，光轉向薄膜103不需要是均勻的。例如，一部分可將光轉向為第一角度，而第二部分將光轉向為第二角度。

如圖所示，光導板101是錐形的，以使得光導板101的厚度從中央部分向周圍部分徑向減小。光導板101的錐形進一步輔助光被轉向成朝向光轉向薄膜103，並且從光導板101的表面107輸出。在一些實現中，光導板101可從其中央部分向其周圍部分以大約5度或更小的角度傾斜。在一些實現中，光導板101可以1度到10度之間的角度傾斜。在一些實現中，該角度的範圍可以從2度到7度。光導板101的斜率可與離開該光導板101的光束的寬度有關。在較佳較窄光束的一些實現中，從前表面107發射的光束具有例如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，或者5度或更小的束寬。在較佳較寬光束的其他實現中，從前表面107發射的光束具有例如θ_FWHM=120度或更小，或者90度或更小的束 寬。在光導板的斜率為了達到期望輸出束寬而可能太大以至於不切實際的一些實現中，光導板101可包括一或多個梯級，其中光導板的各區域按期望傾斜，而不是如所圖示的整個光導板101具有一個連續斜坡。在一些實現中，光轉向薄膜103或光導板101和光轉向薄膜103一起可被配置成除了僅對光進行轉向而不影響束寬之外亦影響光分佈的角寬。光提取部件的配置可輔助控制從光導板101輸出的光的方向和分佈。

在一些實現中，從LED發射器109發射的光可跨光導100的表面均勻分佈。在一些實現中，離開光導100的光基本是準直的。此外，由於光跨較大面積分佈，源的亮度降低。

在一些實現中，反射器113可由其他在功能上類似的耦合光學裝置替代，包括分段式反射器、透鏡、透鏡群組、光管段、全息圖等。如圖所示，(諸)LED發射器回應於施加到端子127的DC工作電壓而發光。在一些實現中，LED發射器組裝件109可具有不同形式的發光表面，諸如凸起的螢光體、凸起的透明封裝膠等。

圖2A圖示了包括與光學薄膜耦合的光引擎的照明系統的實現的透視圖。如所圖示的，光學薄膜129可被佈置在光引擎112前面。在各種實現中，光學薄膜129可包括光學薄膜、光學薄膜堆疊、複合光學薄膜，或其任何組合。在所圖示的配置中，從光引擎112發射的光構成了被定向成穿過光學薄膜129的輸入光束。光學薄膜129可被配置成以各式各樣的方式來調整光，包括所發射光的顏色、束寬以及方向。一或多個輸出光束以可能與輸入光束的特性不同的特性離開光學 薄膜129，此取決於光學薄膜129的設計。在各種實現中，光學薄膜129可包括小透鏡陣列、柱鏡薄膜、類柱鏡薄膜、漫射器(例如，表面或立體漫射器)、濾色片、透明窗口和切口。例如，光學薄膜129可包括濾色片，以使得輸出光束以不同於輸入光束的顏色為特徵。光學薄膜129能可移除地耦合至光學引擎112。此能允許在各種不同的光學薄膜129之間簡單地進行改變，該等光學薄膜129中的每一者能產生不同的複合輸出光束。相應地，各種不同光學薄膜129可與單個光引擎聯用以產生不同照明特性。例如，在一些實現中，光學薄膜129可安裝到配置成套在光引擎112的前側的環狀帽上。可使用螺絲釘或其他緊固機制來將該環狀帽緊固到光引擎112。

圖2B圖示了複合光學薄膜的實現的平面俯視圖。如圖所示，光學零件129可包括一或多個光學薄膜，每一個光學薄膜可包括多個區段131，每個區段對來自光引擎112的輸入光束不同地操作。每個區段131組成光學薄膜129的非重疊區域。在一些實現中，該等區段可被縫合、焊接，或以其他方式結合在一起以建立複合光學薄膜129，其中每一個區段已藉由浮雕、鑄模，或其他一般成形方法來形成，其中每一個主成形工具已針對期望的效能被配置。在一些實現中，可產生包括複數個分開區段131的單個光學薄膜129。例如，可藉由浮雕、鑄模，或其他一般方法來形成光學薄膜129，其中主成形工具被配置成包括具有不同特徵的不同區段。主成形工具的該等不同區段可對應於光學薄膜的各區段131。相應地，包括多個區段131的光學薄膜129可整體形成，而不是從分開形 成的區段131縫合在一起。在一些實現中，不同區段131可以取向成「圓形圖」取向，如圖2B中所圖示的。在其他實現中，可使用不同配置和取向。該等區段131可採取眾多的形狀和取向。此外，個體區段131的數目的範圍可以是從1個到很多。例如，在一些實現中，光學薄膜129可包括2個、3個、4個，或更多個區段。在其他實現中，光學薄膜可包括10個、20個、30個或更多個區段。每一個區段可被配置成對輸入光束不同地操作。在一些實現中，可以存在以類似或等同方式對輸入光束進行操作的兩個或兩個以上區段。在其他實現中，每一個區段可以按不同方式影響輸入光束。

圖3A圖示了包括與複合光學薄膜耦合的光引擎的照明系統的實現的透視圖。如以上所論述的，從光引擎112發射的輸入光束穿過光學薄膜129，產生一或多個輸出光束。圖3B圖示了圖3A中所示的光學薄膜的透視圖。如圖所示，光學薄膜129包括四個分開的區段：A、B、C和D。在各種實現中，光學薄膜129可包括更多或更少的區段。

圖3C圖示了圖3A和圖3B中所示的光學薄膜的一部分的放大橫截面圖。具體而言，圖3C示出光學薄膜129的一部分133的放大視圖。在所圖示的橫截面中，圖示光學薄膜129的兩個區段A和B。第一區段A和第二區段B各自是類柱鏡薄膜，該類柱鏡薄膜調整入射光以提供與由光引擎112發射的輸入光束不同的輸出光束。傳統地，柱鏡薄膜包括形成緊密間隔的類半圓柱形部件陣列的薄膜，其中所有的半圓柱形部件或柱鏡是基本相同的。術語「類柱鏡」意欲擴展並進一步包括 、但不限於：(例如在兩個或兩個以上子午面中起作用的)小透鏡、能夠在一或多個子午線中擴散輸入光束的三角形、棱柱形、類半圓柱形、類正弦、類拋物線及/或類雙曲線元件。在各種實現中，類柱鏡薄膜可包括共享相同光學形狀及/或大小的元件，或具有不同光學形狀及/或大小的元件。在各種實現中，類柱鏡薄膜可具有光功率或不具有光功率。

類柱鏡薄膜可由子午面來表徵，該類柱鏡薄膜作用於在子午面中擴散光。子午面是由兩條正交軸(例如，x和y、z和x，或者正交笛卡爾軸的任何其他組合)形成的、包括子午弧的笛卡爾平面。例如，圖3C中的第一區段A的類柱鏡薄膜的子午面是沿著x-z平面取向的。圖3C中的第二區段B的類柱鏡薄膜的子午面是沿著y-z平面取向的。類柱鏡薄膜可作用於在子午面中擴散光。相應地，光學薄膜129的第一區段A將來自光引擎的輸入光束沿著x-z平面擴散出。光學薄膜129的第二區段B將來自光引擎的輸入光束沿著y-z平面擴散出。柱鏡的曲率與擴散量有關。

圖3D圖示了由圖3A-C中所示的光學薄膜所提供的遠場圖案。該遠場圖案包括兩條細長線。水平線對應於穿過第一區段A的光。如上所述，區段A的類柱鏡薄膜沿著x-z平面擴散光，產生在x方向上取向的線的遠場圖案。類似地，圖3D中所示的垂直線對應於穿過第二區段B的光。由於第二區段B的類柱鏡薄膜沿著y-z平面擴散光，因此所產生的遠場圖案是在y方向上取向的線。該兩區段光學薄膜的結果由此可以是遠場中的十字形圖案。可採用此辦法的變型以達成具有不同束 寬、方向及/或遠場圖案的數個不同輸出光束。例如，在一些實現中，該薄膜中的區段A和B可被設計成使得遠場圖案包括相交的兩條線，但不是在該兩條線各自的中心相交。在一些實現中，該薄膜中的區段A和B可被設計成使得遠場圖案包括基本上在兩條線各自的中心處相交的兩條線。在一些實現中，該薄膜中的區段A和B可被設計成使得遠場圖案包括基本上在一條線的中心處、但不在另一條線的中心處相交的兩條線。

圖4A圖示了照明系統的另一實現的放大橫截面圖。光導112被示為向光學薄膜129(在所圖示的實現中為類柱鏡薄膜)提供輸入光束。如所圖示的，光學薄膜129包括第一區段A和第二區段B。此兩個區段各自包括具有三角形橫截面的棱柱形部件。此類三角形部件用作分束器，該等部件的角度決定輸出光束的各部分被定向的角度。例如，入射在圖4A中第一區段A上的光被分裂成兩個光束，一個光束相對於輸入光束定向成朝左側，一個光束相對於輸入光束定向成朝右側。入射在圖4A中的第二區段B上的光亦是相同的。在所圖示的實現中，第一區段A的轉向部件比第二區段B的轉向部件成角更陡峭，因此第一區段A將輸入光束分裂成比第二區段B更寬。圖4B圖示了由圖4A中所示的照明系統所提供的遠場圖案。如圖所示，兩個最外面的圓對應於第一區段A，此是因為較大的分束效應。兩個最裡面的圓對應於第二區段B，此是因為較小的分束效應。

圖4C和圖4D圖示了照明系統的附加實現的放大橫 截面圖。如圖4A中所圖示的，光學薄膜129包括第一區段A和第二區段B，但是附加區段是可能的。在一些實現中，該光學薄膜的每一個區段可覆蓋光學薄膜129的等於大約為不同區段的數目分之一的分數的面積，其中每一個區段被配置成產生與其他區段的遠場光束特性不同的遠場光束特性。因此，例如，具有三個不同區段的光學薄膜129可使其表面的大約三分之一由每一個不同區段覆蓋。在其他實現中，該等區段中的一或多個區段比至少一個其他區段覆蓋光學薄膜129的表面的更大部分。遠場光束特性可包括第一子午線中的束寬、束方向和束顏色中的一或多者。儘管圖4A圖示了第一區段A和第二區段B被限定於光學薄膜129的分開的兩半，但其他配置亦是可能的。例如，如圖4C中所示，區段A的成角較陡峭的轉向部件可與區段B的成角較不陡峭的轉向部件交錯。結果所得的輸出光束是類似的，具有對應於第一區段A的最外面的圓(或取決於光引擎和光學薄膜的幾何形態的其他形狀)和對應於第二區段B的最裡面的圓(或其他形狀)。在圖4D中提供了進一步的變型，其中第三區段C包括成角甚至更不陡峭的轉向部件。此將導致對應於第三區段C的最裡面的圓(或其他形狀)，該最裡面的圓(或其他形狀)將位於對應於第二區段B的圓(或其他形狀)之內。取決於轉向部件的相對角和從照明系統到正被照明的區域的距離，不同的圓(或其他形狀)可在空間上重疊。相應地，藉由改變光學薄膜129的不同區段的轉向部件的角取向，可提供各種圖案。例如，具有各自具有成角略微不同的轉向部件的複數個區段可產生細長條，該 細長條是由光學薄膜129的每一個區段的分束效應引起的一系列圓(或其他形狀)的組合。本文中所圖示的分束效應可以各種方式調節及/或與其他類型的薄膜相組合以達到期望結果。

圖5A和圖5B圖示了光學薄膜堆疊的一種實現的放大透視圖。如所圖示的，圖示四個分開的薄膜：A1、A2、B1和B2。如圖5B中所示，A1和A2堆疊在彼此頂上，一起形成了複合光學薄膜129的第一區段的部分。類似地，B1和B2堆疊在彼此頂上，一起形成了複合光學薄膜129的第二區段的部分。A1和A2兩者均是類柱鏡薄膜，其中A1配置成在子午面中操作成使得光沿著x-z平面擴散，並且A2配置成在子午面中操作成使得光沿著y-z平面擴散。A1和A2兩者均可包括例如半圓柱形(具有半圓形橫截面的細長透鏡)或具有拋物線橫截面或其他非球面橫截面的細長透鏡。然而，如所圖示的，A1中的柱鏡的光功率不同於B1中的柱鏡的光功率。如所圖示的，A1和B2中的柱鏡是半圓柱形的，而A2和B1中的柱鏡是拋物線狀的。隨著柱鏡的曲率增加，擴散效應增強。相應地，與類柱鏡薄膜A1相比，類柱鏡薄膜B1在x-z平面中更遠地擴散光。A2和B2兩者亦均是類柱鏡薄膜。然而，如所圖示的，A2和B2兩者被取向為在y-z平面中擴散光，垂直於類柱鏡薄膜A1和B1的平面。柱鏡的曲率在A2與B2之間不同，以使得與B2中的柱鏡相比，A2作用於在y-z平面中更遠地擴散光。

圖5C圖示了由圖5A和圖5B中所示的堆疊光學薄膜所提供的遠場圖案。該結果是類十字形圖案，類十字形圖案 的尺寸由不同的類柱鏡薄膜A1、A2、B1和B2的光擴散功能決定。如將理解的，該遠場圖案由輸入光束的形狀和該輸入光束穿過光學薄膜的效應兩者來決定。類柱鏡薄膜A1和A2一起形成該十字形的分隔號。A1中的柱鏡橫向擴散光，因此A1決定該十字形的分隔號的寬度。A2中的柱鏡正交於此擴散光，因此A2決定該十字形的分隔號的高度。由類柱鏡薄膜B1和B2的堆疊達成類似效應，B1和B2一起建立了該十字形的水平條。B1的橫向擴散柱鏡決定該十字形的水平條的寬度，而B2的垂直擴散柱鏡決定該十字形的水平條的高度。相應地，每一個相對尺寸可藉由改變類柱鏡薄膜A1、A2、B1或B2的曲率、形狀及/或取向來獨立於其他尺寸被控制。

圖5D和圖5E圖示了光學薄膜堆疊的另一實現的放大透視圖。如圖5D中所示，圖示了兩個附加薄膜A3和B3。該等薄膜包括具有三角形橫截面的類柱鏡元件。如以上關於圖4A-C所描述的，該等元件可用作分束器。在與其他類柱鏡薄膜A4和B4堆疊時，該等堆疊一起可建立各種遠場圖案。光學薄膜A3被取向為沿著y軸分裂輸入光束，而光學薄膜B3被取向為沿著x軸分裂輸入光束。

圖5F圖示了由圖5D和圖5E中所示的堆疊光學薄膜所提供的遠場圖案。光學薄膜A4沿著x軸擴散光，而光學薄膜B4沿著y軸擴散光。單獨是薄膜A4和B4的操作將產生十字形圖案，類似於圖3D中所圖示的。與分束薄膜A3和B3協力，該十字形圖案沿著每一條軸被劃分，產生了矩形周界圖案。頂部和底部水平條中的每一個的長度由可歸因於光學薄膜A4的 擴散來決定(該等條的厚度可歸因於光引擎的不變的束寬，此是因為如所圖示的，未作出任何事情來改變頂部和底部條的厚度的子午線即y-z子午線中的束寬)，並且頂部條和底部條之間的距離由光學薄膜A3的分束功能來決定。類似地，兩個分隔號的長度由可歸因於光學薄膜B4的擴散來決定(如上所述，該等條的厚度可歸因於光引擎的不變的束寬)，而該等分隔號之間的距離由光學薄膜B3的分束功能來決定。藉由對此四個光學薄膜進行組合，可在遠場中建立矩形方塊圖案。可更寬泛地應用該等原理，由此藉由改變各種光學薄膜的取向和設計，可在遠場中建立各式各樣的圖案。

圖6A圖示了包括光引擎和光學薄膜的照明系統的另一實現的分解透視圖。在一些實現中，如以上所論述的，光引擎112可以是窄角光源，並且可發射與光引擎112的發射表面基本正交的光。然而，在其他實現中，光引擎112可被配置成更橫向地發射光，如圖6A中所圖示的。如圖所示，大多數光是從光引擎112以淺角發射的。為了清楚起見，光學薄膜129被圖示為從光引擎112分解出來。圖6B圖示了圖6A中所示的光學薄膜的放大橫截面視圖。如圖所示，該光學薄膜左邊的區段並不影響輸出光束的方向。例如，該光學薄膜左邊的區段可包括透明窗口、切口，或溫和的漫射器。如此，穿過該區段的光沿著其由輸入光束決定的路徑繼續，此處以相對於光學薄膜129的表面的淺角繼續。圖6B中另一所圖示的區段將來自輸入光束的光轉向，以使得輸出光束基本正交於光學薄膜129的表面。對該等區段的大量變型是有可能的。例如， 每一個區段可將光重定向至不同方向。此定向性亦可與如以上關於圖5A-5E所描述的束擴散、如以上關於圖4A-4C所描述的分束、漫射及/或與濾色相組合。

圖6C圖示了圖6A和圖6B中所示的照明系統的實現中的所發射光的示意圖。如圖6C中所示，第一輸出光束169是從複合光學薄膜129的一個區段發射的，第二輸出光束171是從複合光學薄膜129的另一個區段發射的。僅示出從光學薄膜129的兩個區段發射的光。然而，此處所解釋的原理可增加到包括兩個、三個、四個或更多區段。在所圖示的實現中，第一輸出光束169和第二輸出光束171至少在束取向上是不同的。各光束在束取向上不同的此類實現在其中單個燈既要提供向下的光以照明走廊、又要提供朝向牆壁的光以照明牆壁或牆壁上陳列的某物的應用中是有用的。在圖6C中，束方向由穿過每個光束的中心線的方向來指示。例如，穿過第一輸出光束169的中心線170對應於第一輸出光束的束方向，而穿過第二輸出光束171的中心線172對應於第二輸出光束的束方向。如以上所論述的，藉由改變光學薄膜129的各區段的屬性，可改變來自每個區段的輸出光束。作為結果，由光引擎112提供的單個輸入光束可被用來產生多個不同的輸出光束。如述及之，圖6C中的第一輸出光束169和第二輸出光束171僅在束方向上不同，如由其不平行的(此處為分歧的)中心線170和172所指示的。然而，光學薄膜129的設計可被用來控制輸出光束的各種特性。例如，如圖6C中所示，第一輸出光束169和第二輸出光束171可以是不同顏色或強度的。例如，不同區 段可包括濾光的材料。一個區段可包括比另一個區段更暗的濾光器。或者，一個區段可包括第一顏色的顏色吸收器，並且另一個區段可包括第二顏色的顏色吸收器。在一些實現中，例如，不同區段中可包括不同的顏色吸收染料。一些區段可比其他區段具有吸收性更強的材料(諸如吸收染料)以提供強度變化。在一些實現中，可使用二色性濾色器來提供濾色。在一些實現中，可採用染色塑膠板以用於濾色。

如圖6C中所示，第一輸出光束169和第二輸出光束171可具有不同的束寬。例如，第二輸出光束171可具有比第一輸出光束169窄的束寬。該等特性中的每一個特性(方向、強度、顏色和寬度)可被獨立控制。相應地，輸出光束可僅在該等特性之一上改變，或者輸出光束可在兩個或兩個以上特性上有所不同。亦可按期望地控制輸出光束的其他參數(例如，偏振)。

圖7A圖示了包括耦合到光學薄膜129的光引擎112的照明系統的另一實現的透視圖。圖7B圖示了圖7A中所示的照明系統的實現中的所發射光的示意圖。儘管複合光學薄膜129先前被描述為包括類餅狀區段，但是可採用其他配置。如將理解的，該等實例僅僅是說明性的，並且眾多其他配置是可能的。複合光學薄膜129的不同區段可以任何所期望的方式佈置以產生給定的一系列輸出光束。例如，如圖6A中所示，光學薄膜129的第一區段A可被第二區段B圍繞。第一區段A藉由對來自光引擎112的輸入光束進行操作來產生輸出光束171。在所圖示的實例中，輸出光束171具有相對較窄的束寬。例 如，此可藉由在區段A中使用包括透明或淺色窗、切口、溫和的漫射器，或具有低光功率的小透鏡陣列的光學薄膜129來完成。相反，第二區段B產生具有相對較寬的束寬的輸出光束169。例如，此相對較寬的束寬可藉由在區段B中使用包括相對中等到重度的漫射器，或具有相對較高的光功率的小透鏡陣列的光學薄膜129來完成。如所圖示的，第一輸出光束169和第二輸出光束171具有相同的束方向，如第一輸出光束169和第二輸出光束171的共用中心線170和172所指示的。在一些實現中，此兩個輸出光束亦可在顏色上有變化。藉由控制不同輸出光束的該等參數，可在遠場中產生各種圖案，如本文中更詳細描述的。

圖7C圖示了照明系統的另一實現中的所發射光的示意圖。儘管該輸出圖案類似於圖7B中所示的輸出圖案，但在圖7C所圖示的實現中，兩個區段A和B是交錯的，而不是被限制為光學薄膜129的分開實體部分。例如，第一區段A可包括配置成產生相對較窄的輸出光束的複數個透鏡或小透鏡，而第二區段B可包括配置成產生相對較寬的輸出光束的複數個透鏡或小透鏡，其中不同光功率的該等透鏡或小透鏡交錯遍及光學薄膜129。在一些實現中，區段A和B中的透鏡或小透鏡是徑向對稱的，並且不像一些所圖示的柱鏡實現中一般在x或y維中拉長，由此能產生圖7C中所圖示的圓形光束。此兩種類型的透鏡可跨光學薄膜129的整個表面均勻分佈。如圖7C中所圖示的，結果是具有由第一區段A決定的尺寸的較窄輸出光束和具有由第二區段B決定的尺寸的寬輸出光束。在其他實現中 ，可使用交錯遍及光學薄膜129的具有不同漫射功率的區域來形成不同寬度的兩個光束。

圖8A圖示了包括光引擎和堆疊光學薄膜的照明系統的分解透視圖。該照明系統包括光引擎112和複合光學薄膜129。如所圖示的，光學薄膜129包括類柱鏡薄膜A1和A2的堆疊，並且區段B由光學薄膜A1和A2包圍。在各種實現中，區段B可簡單地包括光學薄膜A1和A2的訊窗或切口，或者區段B可包括具有相對低光功率的透鏡或相對溫和的漫射器的光學薄膜以產生圓形輸出光束。類柱鏡薄膜A1和A2的堆疊一起組成了第一區段，而區段B可構成複合光學薄膜129的第二區段。應理解，在薄膜A1中，區段B可以簡單地是訊窗或切口(簡單地允許入射光藉由而無折射)，而薄膜A2可包括對應於區段B的區段，該區段包括訊窗或切口，或者替換地包括(與薄膜A1和A2的光束擴散功率相比)相對低的光功率的透鏡或小透鏡的陣列，或者(與薄膜A1和A2的光束擴散功率相比)相對溫和的漫射器。

圖8B圖示了由圖8A中所示的堆疊光學薄膜所提供的遠場圖案。類柱鏡薄膜A1和A2的堆疊可如上所述地操作用於在正交方向上擴散光以建立矩形圖案。相應地，該矩形的寬度對應於光學薄膜A1中的柱鏡的擴散功能，並且該矩形的高度對應於光學薄膜A2中的柱鏡的擴散功能。如所圖示的，區段B包括提供濾色片的光學薄膜，並且可以影響或者可以不影響輸入光束的方向或寬度。相應地，區段B對應於位於圖8B的矩形圖案的中心的圓，其中該圓的大小對應於區段B的光學 功能。類柱鏡薄膜A1和A2可同樣採用濾色來產生期望的效果或者可以不具有濾色片。如本文其他地方提及的，可改變各種光學薄膜的取向和設計來達到期望效果。具體而言，可關於光學薄膜129的每一個區段來獨立控制束寬、方向、強度和顏色。藉由組合若干不同區段的輸出光束，可達成大量遠場圖案。

圖9A圖示了三部分複合光學薄膜的示意透視圖，連同該光學薄膜的各部分的放大細節橫截面圖。此處，該複合薄膜包括三個區段：A、B和C。每一個區段包括類柱鏡薄膜，如橫截面視圖中所圖示的。類柱鏡薄膜A、B和C中的每一者包括類似配置的凸半圓柱形柱鏡。然而，柱鏡的取向在此三個區段之間變化，以使得類柱鏡薄膜A作用於沿著一個平面擴散光，而類柱鏡薄膜C作用於在幾乎正交的平面中擴散光。類柱鏡薄膜B作用於在類柱鏡薄膜A的平面和類柱鏡薄膜C的平面之間的平面中擴散光。此三個區段中的每一個區段由此產生拉長線。圖9B圖示了由圖9A中所示的三部分複合光學薄膜所提供的遠場圖案。當被組合時，與光學薄膜129的區段A、B和C對應的三個輸出光束可在遠場中建立類星形圖案。如所圖示的，在各種實現中，該複合光學薄膜可由不同區段形成，以使得從每一個區段發射的光至少部分地彼此疊加。寬範圍的其他光束形狀、佈置和遠場圖案可藉由不同地配置該薄膜來實現。例如，在一些實現中，該薄膜中的區段A、B和C可被設計成使得遠場圖案包括相交的三條線，但不在該三條線各自的中心相交。在一些實現中，該薄膜中的區段A、B和 C可被設計成使得遠場圖案包括基本上在三條線各自的中心處相交的三條線。在一些實現中，該薄膜中的區段A、B和C可被設計成使得遠場圖案包括在三條線各自中心中的一個或兩個中心處相交、但不在其他線的中心相交的三條線。在一些實現中，遠場圖案可包括完全不相交的三條線。

使用本文中所論述的概念，光學薄膜的實現可在遠場中建立諸如圖形或圖像之類的圖案。在一些實現中，光學薄膜可被用來將光定向至不止一個空間位置，例如以用於聚光燈。由於藉由使具有窄角寬光束的光穿過類柱鏡光學薄膜實現了對來自燈具的光的分佈和方向的較好控制，因此可提高頂部照明的利用效率。如本文中所使用的，利用效率是指被定向至試圖被照明的場地的光部分。使用在本文中所描述的實現中所實現的較好控制，大部分或幾乎全部光可被定向至任何數目的感興趣場地。在一些實現中，光源(諸如具有光發射器和與其耦合的光導的光引擎)被裝備成接納光學薄膜，並被配置成使得使用者能容易地切換不同光學薄膜以用於不同應用。光學薄膜可以在25μm與3mm厚之間，並且可具有範圍從1吋²到16吋²的表面積。

附加地，兩個或兩個以上光學薄膜可堆疊在彼此頂上以產生不同的輸出光束。在此實現中，此兩個或兩個以上光學薄膜彼此交疊以使得光線穿過該堆疊中的每一個光學薄膜以形成輸出光束的一部分。例如，第一光學薄膜可包括影響輸出光束的顏色的區段，而第二光學薄膜可包括影響輸出光束的方向或束寬的區段。在其他實現中，三或更多個光學 薄膜可堆疊在彼此頂上以產生期望照明圖案。如將理解的，各種配置均是可能的。藉由改變光學薄膜的個體區段的結構和取向，以及改變堆疊在彼此頂上的不同光學薄膜的數目和配置，許多排列是可能的，由此允許達成各式各樣的輸出光束。

對本案中描述的實現的各種改動對於本領域技藝人士可能是明顯的，並且本文中所定義的普適原理可應用於其他實現而不會脫離本案的精神或範圍。由此，請求項並非意欲被限定於本文中示出的實現，而是應被授予與本案、本文中所揭示的原理和新穎性特徵一致的最廣義的範圍。本文中專門使用詞語「示例性」來表示「用作示例、實例或圖示」。本文中描述為「示例性」的任何實現不必然被解釋為優於或勝過其他實現。另外，本領域一般技藝人士將容易領會，術語「上」和「下/低」有時是為了便於描述附圖而使用的，且指示與取向正確的頁面上的附圖取向相對應的相對位置，且可能並不反映如所實現的照明系統的正當取向。

本說明書中在分開實現的上下文中描述的某些特徵亦可組合地實現在單個實現中。相反，在單個實現的上下文中描述的各種特徵亦可分開地或以任何合適的子群組合實現在多個實現中。此外，儘管諸特徵在上文可能被描述為以某些組合的方式起作用且甚至最初是如此要求保護的，但來自所要求保護的組合的一或多個特徵在一些情形中可從該組合被切除，且所要求保護的組合可以針對子群組合，或子群組合的變體。

類似地，儘管在附圖中以特定次序圖示了諸操作，但此不應當被理解為要求此類操作以所示的特定次序或按順序次序來執行，或要執行所有所圖示的操作才能達成期望的結果。此外，附圖可能以流程圖的形式示意性地圖示一或多個示例程序。然而，未圖示的其他操作可被納入示意性地圖示的示例程序中。例如，可在任何所圖示操作之前、之後、同時或之間執行一或多個附加操作。在某些環境中，多工處理和並行處理可能是有利的。此外，上文所描述的實現中的各種系統元件的分開不應被理解為在所有實現中都要求此類分開，並且應當理解，所描述的程式元件和系統一般可以一起整合在單個軟體產品中或封裝成多個軟體產品。另外，其他實現亦落在所附申請專利範圍的範圍內。在一些情形中，請求項中敘述的動作可按不同次序來執行並且仍達成期望的結果。

112‧‧‧光引擎

129‧‧‧光學薄膜

169‧‧‧第一輸出光束

170‧‧‧中心線

171‧‧‧第二輸出光束

172‧‧‧中心線

Claims (25)

1. 一種照明系統，包括：一光源，其配置成產生一輸入光束；及至少一個光學薄膜，其耦合至該光源以接收該輸入光束，以使得該輸入光束被定向至該至少一個光學薄膜，該至少一個光學薄膜至少包括配置成產生一第一輸出光束的一第一區段和配置成產生一第二輸出光束的一第二區段，其中該第一輸出光束與該第二輸出光束在一第一子午線中的一束寬和一束方向中的至少一者上相異。
2. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一輸出光束和該第二輸出光束各自被定向至不同於該輸入光束的一方向，或者該第一輸出光束和該第二輸出光束各自具有不同於該輸入光束的一束寬。
3. 如請求項1述及之照明系統，其中該輸入光束在至少一條子午線中具有小於30度的一半峰全寬。
4. 如請求項1述及之照明系統，其中該光源包括一錐形光導。
5. 如請求項1述及之照明系統，其中該光源包括一保留光學徑角性的反射器。
6. 如請求項1述及之照明系統，其中該至少一個光學薄膜包括一類柱鏡薄膜。
7. 如請求項1述及之照明系統，其中該至少一個光學薄膜進一步包括一類柱鏡薄膜堆疊。
8. 如請求項8述及之照明系統，其中該柱鏡薄膜堆疊包括一第一類柱鏡薄膜和一第二類柱鏡薄膜，其中該第一類柱鏡薄膜在一第一子午線中對光起作用，並且該第二類柱鏡薄膜在一第二子午線中對光起作用。
9. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段包括具有一種光學功能的一第一複數個柱鏡或小透鏡，並且該第二區段包括具有不同光學功能的一第二複數個柱鏡或小透鏡，並且其中該第一和第二複數個柱鏡或小透鏡是交錯的。
10. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段包括具有一種光學功能的一第一複數個柱鏡，並且該第二區段包括具有不同光學功能的一第二複數個柱鏡，並且其中該第一和第二複數個柱鏡不是交錯的。
11. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段配置成將該第一輸出光束定向在一第一方向上，並且該第二區段配置成將該第二輸出光束定向在不同於該第一方向的一第二方向上 。
12. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段配置成產生具有一第一束寬的一輸出光束，並且該第二區段配置成產生具有不同於該第一束寬的一第二束寬的一第二輸出光束。
13. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段包括一第一顏色的一濾色片，並且該第二區段包括以下一者：無濾色片和不同於該第一顏色的一第二顏色的一濾色片。
14. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段配置成使該第一輸出光束在遠場中具有一第一形狀，並且該第二區段配置成使該第二輸出光束在遠場中具有不同的一第二形狀。
15. 如請求項1述及之照明系統，其中該第一區段配置成使該第一輸出光束具有矩形的一遠場光束圖案。
16. 如請求項1述及之照明系統，其中該光學薄膜配置成提供包括選自以下形狀的一或多個形狀的一遠場圖案：一矩形、一正方形、一三角形、一星形和一十字形。
17. 如請求項1述及之照明系統，其中該至少一個光學薄膜進一步包括配置成產生一第三輸出光束的一第三區段，其中該第三輸出光束被定向至與該第一和第二輸出光束中的每一者 不同的一方向，或者該第三輸出光束具有與該第一和第二輸出光束中的每一者不同的一束寬。
18. 如請求項17述及之照明系統，其中該至少一個光學薄膜進一步包括配置成產生一第四輸出光束的一第四區段，其中該第四輸出光束被定向至與該第一、第二和第三輸出光束中的每一者不同的一方向，或者該第四輸出光束具有與該第一、第二和第三輸出光束中的每一者不同的一束寬。
19. 一種用於製造照明系統的方法，該方法包括以下步驟：提供配置成產生一輸入光束的一光源；及佈置至少一個光學薄膜，以使得該輸入光束被定向至該光學薄膜，該至少一個光學薄膜至少包括配置成產生一第一輸出光束的一第一區段和配置成產生一第二輸出光束的一第二區段，其中該第一輸出光束與該第二輸出光束在一第一子午線中的一束寬和一束方向中的至少一者上相異。
20. 如請求項19述及之方法，其中該第一輸出光束和該第二輸出光束各自被定向至不同於該輸入光束的一方向，或者該第一輸出光束和該第二輸出光束各自具有在一第一子午線中不同於該輸入光束的一束寬。
21. 如請求項19述及之方法，其中提供該光源包括提供一錐 形光導。
22. 如請求項19述及之方法，其中該第一區段配置成將該第一輸出光束定向在一第一方向上，並且該第二區段配置成將該第二輸出光束定向在不同於該第一方向的一第二方向上。
23. 如請求項19述及之方法，其中該第一區段配置成產生具有一第一束寬的一輸出光束，並且該第二區段配置成產生具有不同於該第一束寬的一第二束寬的一第二輸出光束。
24. 一種照明系統，包括：用於產生輸入光束的手段；及用於改變該輸入光束的一第一子午線中的一束寬、一束方向，或一顏色之一的光束改變手段，該光束改變手段耦合至該光束產生手段以接收該輸入光束，以使得該輸入光束被定向至該光束改變手段，該光束改變手段至少包括配置成產生一第一輸出光束的一第一區段和配置成產生一第二輸出光束的一第二區段，其中該第一輸出光束與該第二輸出光束在該第一子午線中的該束寬和該束方向中的至少一者上相異。
25. 如請求項24述及之照明系統，其中該光束產生手段包括一光引擎，或者其中該光束改變手段包括一光學薄膜。