(5)(第6项挑战涉及LED照明元件的特定设计）：
[0032] (I)LED发射的光通量是从具有亮度角分布的照明设备发出的，亮度角分布在发射 区域上基本上是均匀的。照明设备的发射区域通常比设备的发射区域大很多数量级，使得 最大亮度要小很多数量级。
[0033] (2)任何准直光源中的LED设备均可以紧密地聚集在占据小区域的阵列内，并且从 此处到观察者的所有路径均涉及远距离和多重反射。对于相对于照明设备处于任何位置以 及观察照明设备的发射表面的任何地方的任何观察者而言，入射到观察者眼睛的光线可以 根据其角分辨率通过系统追踪到LED设备。由于光管道内的多重反射、行进的距离以及阵列 的小尺寸，这些轨迹基本上均匀地降落并分布在阵列上。这样，观察者的眼睛无法识别来自 各个设备的发射光，而只能识别这些设备的平均值。
[0034] (3)照明设备发射区域相对于LED的典型数量级增长意味着调整由照明设备发出 的光的角分布的伴随能力，与由LED发射的角分布无关。LED发出的光通过光源准直并且通 过保持该准直的反射镜内衬管道被引导至发射区域。亮度的发射角分布继而在发射表面内 通过所包括的适当微观结构表面进行调整。另选地，照明设备远场的角分布通过调节通量 进行调整，该通量通过一系列面向不同方向的周边段发射。这两种角控制方法都是可行的， 只因为光管道内部准直的产生和维护。
[0035] (4)由于它们在物理上紧密接近，LED光源可以被移除和更换，而无需破坏或更换 照明系统本体。
[0036] (5)系统的每项性能属性均主要受一个部件影响。例如，光透射区域的形状和尺寸 或横跨光输出区域的穿孔ESR的局部开口面积百分比（如果使用）决定发射的空间分布，并 且任选的去准直膜结构的形状(本文也称为"导向膜"结构)很大程度上决定交叉管道的角 分布。因此生产和销售一系列有限的分立部件(例如，具有一系列开口面积百分比的狭缝或 穿孔ESR，以及一系列均匀照明的标准半角去准直膜)是可行的，这允许用户组装大量不同 种类的照明系统。
[0037]照明系统的光管道部分的一个功能是有效地从光管道的所需部分提取光的能力， 并且不会不利地降低穿过光管道到达管道式照明系统其余部分的光通量。如果不具备有效 提取光的能力，任何远程照明系统都将仅局限于短期光管道，这将大大地降低针对内部照 明分布高强度光的吸引力。
[0038] 对于那些被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，期 望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。在该设 备的一些部分中，可能期望的是利用一般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。在此类设备中，可能期望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设备，如本文所述。
[0039] 在多层光学膜用于任何光学设备中的情况下，应当理解，多层光学膜可以层合至 支撑件(其本身可以是透明的、不透明反射的，或它们的任意组合），或多层光学膜可以其他 方式使用任何合适的框架或其他支撑结构支撑，因为在一些情况下，多层光学膜本身可能 并不是足够刚性的，无法在光学设备中自支撑。
[0040] 针对弯曲光管道，沿交叉管道方向的发射控制是可用的，弯曲光管道的横截面包 含从光管道中心线到目标照明表面上的点的连续或离散的多个外部表面法线。在一些情况 下，可将转向膜卷绕以形成圆筒并将其插入壁光滑的透明管中，其中棱镜的顶点面向内及 其轴圆周。然后可将具有预定光透射区域的ESR卷绕以形成圆筒并将其插入转向膜内。穿过 该光提取管道的光以表面的法线为中心，此时平行棱镜微观结构的夹角为约69度。光管道 的表面上的不同圆周位置可以照明目标表面上的不同局部区域。调整不同位置处的狭缝或 穿孔ESR的开口面积百分比以改变发射亮度的局部强度提供了在目标表面上产生所需的照 明图案的方法。
[0041 ] 根据本公开的一个方面，图1A-1C示出了第一照明元件100a、第二照明元件IOOb和 第三照明元件IOOc的示意透视图。在图IA-1C中，第一照明元件IOOa、第二照明元件IOOb和 第三照明元件IOOc各自包括光管道110,该光管道具有纵向轴线105、第一端部115、相反的 第二端部117和反射内部表面112。第一照明元件I OOa、第二照明元件I OOb和第三照明元件 IOOc中的每一者还分别包括位于光输出区域140中的第一光透射区域130a、第二光透射区 域130b和第三光透射区域130c。任选的光传输区域142,144分别在光输出区域140与第一端 部115和第二端部117中的每一者之间延伸。任选的光传输区域142,144中的每一者包括光 管道110的节段，其中反射内部表面112在不附带光透射区域的情况下围绕光管道110完全 延伸，以提供从第一端部115或第二端部117中的任一者进入的光线（未不出）的传输和混 合。
[0042]由于传输区域142,144相对较短，进入第一端部115或第二端部117的光在其到达 光输出区域140时可能未完全混合，并且离开照明元件100a，100b，IOOc的光可表现出在较 长传输区域上方往往减弱的颜色和/或均匀度人工痕迹。例如，具有磷光涂层和带透镜输出 的LED可具有顺着纵向轴线105传播的光的磷光体彩色"环"，并且磷光体彩色环的一部分可 作为彩色光带离开光输出区域140。颜色的这种非均匀度可降低照明元件的视觉性能。 [0043]本发明人已经发现了令人惊讶和意料不到的结果:在任选光传输区域142,144的 一者或两者中插入重新分布板141，143可有助于降低从照明元件提取的光的颜色和/或强 度非均匀度。重新分布板141，143(本文也称为"定向加扰器板"）通常在准直光进入光管道 110的输出区域140之前在准直光的路径中提供光的部分去准直，并且可减少或消除在本发 明的相对较短光传输区域142,144中显而易见的颜色和/或强度人工痕迹。重新分布板可垂 直于照明元件100a, 100b, IOOc的纵向轴线105定位，或者其可以与纵向轴线105成角度定 位。适用于本公开的重新分布板包括通过以下技术制造的那些。
[0044]对结构进行选择，使得当重新分布板由围绕板的法线部分准直的入射亮度的角分 布照明时，沿主要光线路径透射穿过板的亮度表现出与所规定的透射亮度角分布的最小可 能平均平方偏差。
[0045]满足该标准的结构通过将区域平均透射亮度表示为表面法线的未知区域密度的 已知线性变换来确定。已知变换通过计算穿过重新分布板沿主要光线路径的折射重新定向 进行评估。平方偏差由此为表面法线密度中的二次型。法线的密度通过最小化受非负密度 约束的二次型来确定。
[0046] 随后通过用具有最佳法线密度的平面小平面的集合使微观结构的单元格倾斜来 确定适当结构。对小平面的顺序进行选择以最佳地满足附加标准，该附加标准阐述了例如 主要光线路径执行全部透射的程度或结构的应变能力(make-ability)。在一维结构的最简 单情况下，优选顺序通常为单元格的左边缘和右边缘之间的单调递减倾斜度。
[0047] 在一些情况下，在平均平方偏差中使用不均一加权。例如，当在水平重新分布板下 面的水平表面上需要所规定的照明图案时，通过透射方向与板法线之间的角度余弦的八次 方对亮度的平均平方偏差进行加权，以便对照明的偏差均匀地加权。
[0048] 具有在输入中心光线的输入准直半角（即，光线的第一角分布）内的光线的输入光 束与重新分布板(或膜)相交，并且被转换成输出光束，该输出光束具有在输出中心光线的 输出准直半角（即，光线的第二角分布）内的光线。重新分布板可起到将来自单个光源的光 混合/共混或者将来自多个光源的光混合/共混的作用。重新分布板具有如下表面，该表面 包括使部分准直入射光再成形以与所规定的透射光分布相匹配的最佳倾斜度分布。对于入 射光输入和所需光输出的每种组合，存在如下一系列表面，这些表面具有适于实现转化的 倾斜度分布;然而，最佳倾斜度分布与所需光输出最为匹配。
[0049]输入光线中的大多数穿过重新分布板的结构化表面，折射到由结构的局部倾斜度 确定的不同方向中，并且在输出方向上穿过底部表面。对于这些光线而言，如果需要，在沿 光管道轴线的传播方向上可不存在任何净变化;然而，结构化表面可包括可在两个正交方 向上的传播方向上实现变化的微观结构，诸如锥形突出部。在一些情况下，锥形突出部可为 复杂形状，该复杂形状包括通过迭代技术、数值技术或分析技术计算的局部倾斜度，以便将 入射光分布在更复杂的输出分布中。方向上的净变化通过折射率和结构的表面倾斜度的分 布确定。去准直膜微观结构可包括类似于球面或非球面透镜的平滑曲面或不规则曲面，或 者可为分段平坦的，诸如近似为平滑的弯曲透镜结构，或者可包括漫射体特性、全息特性、 菲涅耳特性等等。一般来讲，可对重新分布板结构进行选择，以在目标表面上形成照明的指 定分布，与发射表面的交叉管道维度相比，该照明发生在距离光管道更远的地方（即，远场 图像）。也可对重新分布板结构进行选择，以形成穿过光管道的光的颜色和强度两者的均匀 度的均化。
[0050] 在一个具体实施例中，图IA示出了第一照明元件100a，其具有第一光透射区域 130a，该第一光透射区域从靠近光管道110的第一端部115的第一位置132到靠近光管道110 的第二端部117的第二位置134在尺寸上有所增加。在一些情况下，第一光透射区域130a可 以用于从第一照明元件IOOa提取(并且更加均匀地分布)从第一端部115输入并且可以从第 二端部117反射的光。
[0051] 在一个具体实施例中，图IB示出了第二光透射区域130b，其从靠近光管道110的第 一端部115的第一位置133到中点位置135在尺寸上有所增加，然后从中点位置135到靠近光 管道110的第二端部117的第二位置137在尺寸上有所减小。在一些情况下，第二光透射区域 130b可以用于从第二照明元件IOOb提取(并且更加均匀地分布)从第一端部115和第二端部 117两者输入的光线。
[0052]在一个具体实施例中，图IC示出了第三光透射区域130c，其从靠近光管道110的第 一端部115的第一位置138延伸到靠近光管道110的第二端部117的第二位置139。第三光透 射区域130c从第一位置138到第二位置139在尺寸上可以是均匀的，或者尺寸可以根据需要 沿着平行于纵向轴线105的长度方向变化，以提取来自光管道110的任何所需的光分布。在 一些情况下，第三光透射区域130c可用于提取（并且更加均匀地分布）来自第三照明元件 IOOc的光，该光从第一端部115和第二端部117两者输入，或仅从第一端部115和第二端部 117中的一者输入。
[0053]图2A示出了根据本公开的一个方面的照明元件200的示意分解透视图。照明元件 200包括光管道210,其具有纵向轴线205和内部反射表面212。部分准直光束220可以有效地 沿着光管道210从第一端部215传输，其具有中心光线222和设置于纵向轴线205的输入准直 半角θ〇内的边界光线224。部分准直光束220的一部分可以穿过设置在内部反射表面212中 的光输出区域240离开光管道210,该内部反射表面具有在此处提取光线的光透射区域230。 光透射区域230可以是别处描述的任何光透射区域(例如130a，130b，130c)，包括具有从内 部反射表面212移除的部分，或位于内部反射表面212中的多个空隙（未示出）。具有多个平 行脊状微观结构252的转向膜250可被定位成邻近光输出区域240,使得对应于每个平行脊 状微观结构252的顶点254被定位成靠近光管道210的外部表面214。转向膜250可以截断穿 过光透射区域230离开光管道210的光线。在一个具体实施例中，转向膜250可被对准，使得 每个平行脊状微观结构252基本取向成垂直于纵向轴线205，然而，在一些情况下，平行脊状 微观结构252也可以与纵向轴线205呈不同于约90度的角度定位，诸如从约85度至约90度， 或从约80度至约90度，或从约75度至约90度，或甚至小于75度。
[0054]在一个具体实施例中，光透射区域230可以为物理孔，诸如完全