[发明专利]使用一组微棱镜的照明系统

说明书

与相关申请的相互参照

本申请是1994年1月11日提交的、题为“使用一组微棱镜的背后照明设备”的U.S.系列08/149,219号的部分延续。

发明背景

总的来说，本发明涉及一种光学照明系统，用于产生准直光，从而实现相对高的光传输。更具体地说，本发明言及一种照明系统，该系统含有多个光学微棱镜和微距镜，用以对来自非准直光源的光重新定向，或分别或组合地形成非散射或基本准直的光源输出。

许多光学和照明上的应用要求产生一种非散射或准直光源，以形成有效的光输出。准直光源所遇到的典型问题包括：(1)光的不均匀分布；(2)光的输出缺乏定向控制；(3)准直光的输出量相对非准直光的输入量效率低；(4)在紧凑设计或狭小轮廓时缺乏有效的准直光源。

因此，在光学和照明领域中需要一种在保持狭小轮廓的同时能提供能量有效光源的照明设备。

发明概述

本发明以一种光学照明系统为对象，该系统分别或组合地形成一种非散射或基本准直的光源，它是能量有效的(在下文中称为空间定向光源)。此外，本发明适用于任何需要低轮廓空间定向光源的照明应用。

本光学照明系统包括：一个紧邻于一个光传输装置的散射入射光源，一个反射装置，与所说的发射装置可操作地邻接配置，用以对来自光传输装置的光进行移动和重新定向。该反射装置包括一组微棱镜，或者组合地将一组微棱镜和一组微距镜光学协同使用，由此将微棱镜可操作地配置于光传输装置和微距镜之间。本发明的反射装置在一个低轮廓组件中形成一种空间定向光的能量有效分布。

在一个优选实施方案中，单个输入光源邻近光传输装置的光接收表面放置。光传播装置可以是通过反射传送光的任何结构，诸如光导管、光劈、波导或其他为本领域的技术人员所熟知的任何其它结构。光传输装置优选地包括一个波导，用以接收由输入光源产生的光，并通过全内反射(TIR)传送光。一组微棱镜附着在波导的一面。这组微棱镜包括一个与波导相接的光入射面和一个远离光入射面并与之平行的光射出面。这组微棱镜还包括四个侧壁，这四个侧壁形成一定角度，使通过波导的光能被微棱镜捕获并重新定向，通过微棱镜的TIR反射，从微棱镜出来的便是一个空间定向光源。空间定向光源是指包括在与光输出表面基本垂直方向上的一个基本准直光源，或与光输出表面法向成一角度的光源。

在一个替代实施方案中，一组微距镜可操作地邻近于微棱镜的光出射面而放置。每个微棱镜的四个侧壁形成一定角度，使从单个光源发出、通过波导的光被微棱镜捕获，通过微棱镜作TIR反射，从微距镜出来的便是一个空间定向光源。微距镜由合适的曲率形成，适当放置，以使从每个微棱镜发出的光被定向到一个相应的微距镜上。光穿过微距镜，出来的便是一个基本准直光源。

在另一个优选实施方案中，两个输入光源相邻于光传输装置的相对放置的光接收面放置。该光传输装置包括一个波导，接收产生于两个输入光源的光，并通过TIR输送光。一组微棱镜附着在波导的一个面上。这组微棱镜包括一个与波导相接的光入射面和一个远离光射面并与之平行的光出射面。这组微棱镜还包括四个倾斜的侧壁，它们形成一定角度，使从两个输入光源发出的经波导传播的光能被微棱镜捕获并重新定向，通过微棱镜作TIR反射，出来的便是一个空间定向光源。

还有另一个替代实施方案，一组微距镜有效地相邻于微棱镜的光出射面放置。每个微棱镜的4个侧壁形成一定角度，使从两个光源发出、通过波导的光被微棱镜捕获，通过微棱镜TIR反射，出来的便是一个空间定向光源，微距镜由合适的曲度形成，且适当放置，使从每个微棱镜发出的光被定向到一个相应的微距镜或多个微距镜上。光穿过微距镜，出来的便是一个基本准直光源。

许多照明应用可以利用这种采用微棱镜和微距镜配置结构的照明系统。在汽车制造业、宇航工业、商业及住宅市场均有这种应用。一些汽车制造应用，仅作为例证而非限制可能的应用，包括低轮廓汽车头灯和尾灯；低轮廓的汽车内置灯诸如阅读灯和地图灯；用于仪表柜显示的光源；用于平面板航向显示、平面板自动电视屏和平面板型电子设备显示的背景灯；交通灯；以及路标的背景灯。在宇航业的示意性例子包括：用于飞机的平面板驾驶室显示和客舱中平面板电视屏的背景灯；低轮廓阅读灯和飞机着陆灯；以及跑道着陆灯。住宅和商业应用包括：低轮廓室内外聚光灯及准直性较低的室内灯；用于平面板电视屏、LCD显示，诸如计算机、游戏机显示、仪表显示、机器显示和图像电话的背景灯。