锐的左边缘和右边缘之间具有平坦或较平坦的强度分布可能是可取的。即，期望的输出在强度对角度曲线图中可以为顶帽分布，其中在尖锐的左边缘和右边缘之间保持变化很小或无变化的高强度。此外，可能期望输出光的左边缘和右边缘之间的角分离度大幅高于单一的峰形光瓣，但仍限于一定范围内，例如，在10度至50度、或20度至40度的范围内。本发明所公开的任何光学膜均可通过加入有限或受控数量的光散射获得诸如此类的顶帽分布。散射可以足够低，由此使得输出光的左边缘和右边缘仍然尖锐，但也足够高以使得边缘之间的波动混合或共混到一起以提供更一致(更平坦)的强度水平。例如，漫射可具有10度或更小的FWHM角度扩展，例如设置有可得自Lumini t，LLC的光整形漫射光学膜，该漫射光学膜具有0.5度、1度、5度或10度的FWHM漫射体。左边缘和右边缘的尖锐程度可根据10%和90%强度水平之间的过渡角来定义，如共同转让的于2013年3月25日提交的美国专利申请13/850，276“Dual-Sided Film withCompound Prisms”(具有复合棱镜的双面膜)中所述。采用受控的漫射体时，左边缘和右边缘的10%至90%过渡角可以被保持为不超过10度。
[0137]图18为一种光学系统的示意图，其中本发明所公开的膜中的一个与受控数量的光散射相结合。在该系统中，双面光学膜为图17的膜1740，并且受控散射由漫射膜1860提供，该漫射膜被设置成靠近膜1740的第一结构化表面1740a。图18中包括的一些参考标号与图17中的参考标号相同，且不需要进一步说明。漫射膜1860可采用不损害双面膜的功能的任何期望的方式与双面光学膜结合，例如，膜I860可以只是位于双面膜顶上，或在较小的隔离区附接到双面膜上，和/或采用超低折射率(ULI)材料以保持第一结构化表面上小透镜的功會泛。
[0138]在图18A中，光学膜1740的输出光的角分布被复制(参见图17A)并标记为1802。曲线1804为近似的分布，其将是通过漫射体修改曲线1802后期望的，该漫射体在较小的角度范围内(例如，5度或更小、或4度或更小)散射光，以使共混或平均化快速角度波动。该结果更近似系统的输出光的角分布。
[0139]如本文所用的术语“强度”可以指光亮度或强度的任何合适的量度，包括标准(经余弦校正)亮度和未经余弦校正的亮度以及辐射率(经余弦校正和未经余弦校正)。
[0140]可以对本发明所公开的双面光学膜、光导及相关部件进行大量修改并向其中掺入多个特征结构。例如，双面光学膜或光导的任何给定的结构化表面可以为空间上一致的，即，结构化表面的各个元件或结构可形成占据该部件整个主表面的重复图案。参见例如图1B和图2。另选地，任何该结构化表面均可以这样的方式被图案化，所述方式为:结构化表面的一个或多个部分不包含此类单独元件或结构，或者所述一个或多个部分包含此类单独元件或结构，但已提供的此类元件或结构完全或部分不起作用。在结构化表面的一个或多个部分上不存在此类单独元件或结构可以通过以下实现:在整个主表面上形成元件或结构，并且然后通过任何合适的技术例如施加足够的热和/或压力以使元件或结构平坦，而在所需一个或多个部分中选择性地(图案状的)破坏或以其他方式移除它们。另选地，单独元件或结构的不存在可以通过以下来实现:当在结构化表面的其他区域中形成元件或结构(例如使用合适的图案化工具)时，不在结构化表面的所需部分(一个或多个)中形成它们。在其中所提供的单独元件或结构在结构化表面的所需一个或多个部分中完全或部分地起作用的情况下，结构化表面初始可以是空间均匀的，但可以然后用粘合剂、印刷介质或其他合适的材料以图案状方式来涂覆或以其他方式覆盖单独元件或结构，所述粘合剂、印刷介质或其他合适的材料的折射率匹配(包括基本上匹配)元件或结构的折射率，或至少具有不同于空气或真空的折射率。此类图案状施加材料，其可以在施加到结构化表面后固化或交联，可以使结构化表面的所需一个或多个部分齐平。无论各个元件或结构是否被省略或不起作用，光学系统均可以被设计为使得仅有一个结构化表面(例如，光导的结构化表面或双面膜的结构化表面)被图案化、或仅两个结构化表面被图案化、或仅三个结构化表面被图案化、或四个结构化表面被图案化。如果多于两个结构化表面被图案化，那么可以对任意两个图案化表面使用相同的图案，或可以使用不同图案。
[0141]在另选的替代方案中，对于适当设计的光导，两个双面光学膜可用于该光导的相背对侧。光导可以被配置为从其两个相背对的主表面中的每个提供斜光束，并且可在光导的每个主表面上提供一个双面膜以在该光导每一侧将斜光束转换为扇形输出光(包括在一些情况下的顶帽角分布)。例如，在图1B中，作为膜140的镜像(相对于x-y平面)的双面膜可以被布置在光导150的相背对侧，由此使得该光导被设置在两个镜像双面光学膜之间。
[0142]在其他另选的替代方案中，光学系统还可以包括二级结构以限制或减小由双面光学膜产生的输出光的光扩散程度。例如，常规的百叶窗式私密膜和/或覆盖物(例如，包括一个或多个遮光元件)可以在双面膜的输出中提供。这些二级结构可以通过将给定初始输出光的一部分锢囚在x-z平面内和/或在y-z平面内来操作，以提供修改的输出光束，所述修改的输出光束在咬合平面(一个或多个)内比初始输出光束窄。
[0143]光导和双面光学膜两者在总体形状上可以为基本上平面的，或其中一者或两者可以为非平面的。在图19A至图19E中示意性地示出示例性照明系统实施例。在这些附图的每个附图中，第一光源1934和第二光源1932沿着延伸本体的对置边缘设置。光源1934，1932可以与上面讨论的光源134，132相同或类似。延伸本体，在图19A中被标记为EBa，在图19B中被标记为EBb，在图19C中被标记为EBc，在图19D中被标记为EBd，而在图19E中被标记为EBe，可以表示光导、双面光学膜或两者。相对于与前面附图一致的笛卡尔x-y-z坐标系示出这些附图的延伸本体。与平面性的偏差可以表示柔性延伸本体或以非平面形式形成的物理刚性延伸本体。延伸本体EBa是基本上平面的，平行于x-y平面延伸。延伸本体EBb是非平面的，具有在y-z平面内但不在x-z平面内的曲率。延伸本体EBc也是非平面的，但具有在χ-ζ平面内而不在y-z平面内的曲率。另选的实施例可以具有在χ-ζ平面和y-z平面两者内的曲率。延伸本体EBd是非平面的，具有在y-ζ平面内但不在x-z平面内的曲率，并且在y-z平面内的曲率使得本体自身闭合以形成管状结构。该管状结构可以包括纵向狭槽或间隙，如图所示。管状结构可以具有基本上圆形形状的横截面(例如，在y-z平面的横截面)，或另选地为椭圆形或其他非圆形形状。延伸本体EBd是非平面的，但具有在x-z平面内而不在y-z平面内的曲率，并且在x-z平面内的曲率使得本体自身闭合以形成管状结构。该管状结构可以包括纵向狭槽或间隙，如图所示。该管状结构可以具有基本上圆形形状的横截面(例如，在x-z平面的横截面)，或另选地为椭圆形或其他非圆形形状。具有图19A至图19E的形状中的任何形状的照明系统可以任何所需的形状因数进行构造，所述形状因数包括与常规灯泡类似的形状因数，并且可以取代常规灯泡使用，具有增加的可根据通电的光源转换输出光束分布的功能。
[0144]除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数字都应被理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可以根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的所需特性而改变。并且不旨在将等同原则的应用限制在权利要求书范围内，至少应该根据所记录的有效数位的数目和通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。虽然给出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但就任何数值均在本文所述具体实例中列出来说，其记录尽可能地精确并且合理。然而，任何数值可以包括与测试或测量限制关联的误差。
[0145]为了方便起见，参照附图来使用本文提及的诸如“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”的任何方向以及其他方向和取向，但是这些方向和取向并非要对实际的装置、制品或系统或其使用进行限制。本文所述的装置、制品和系统可在各种方向和取向上使用。
[0146]在不脱离本发明的实质和范围的前提下，对本发明进行的各种修改和更改对于本领域内的技术人员来说将显而易见，并且应当理解，本发明不应当限于本文示出的示例性实施例。除非另外指明，否则读者应该假设一个所公开的实施例的特征也可以应用于所有其他所公开的实施例。应该理解，所有本文引用的美国专利、专利申请公布及其他专利和非专利文档都以其不与上述公开抵触的程度通过引用的方式并入。
[0147]本文公开了许多实施例，包括但不限于以下实施例:
[0148]项目1为一种具有相背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，该光学膜包括:
[0149]形成于第一结构化表面上的多个延伸的小透镜，所述小透镜沿平行于延伸轴的相应小透镜轴延伸;和
[0150]形成于第二结构化表面上的多个延伸的棱镜，所述棱镜具有同样平行于延伸轴的相应延伸的棱镜顶点；
[0151]其中棱镜被分组成彼此分开的多个棱镜簇，每个棱镜簇具有至少三个棱镜，并且每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联；
[0152]其中每个小透镜限定焦面，并且其中对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点设置在小透镜的焦面处或焦面附近。
[0153]项目2为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，所述小透镜具有轴向焦距，并且焦区包含焦面并且具有以差分距离DD与焦面分开的边界，所述差分距离DD等于轴向焦距的20%，并且其中与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦区中。
[0154]项目3为根据项目2所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在介于焦面和小透镜之间的焦区的一部分中。
[0155]项目4为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点处于平面中。
[0156]项目5为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，焦面在垂直于延伸轴的横截面中具有第一弯曲形状。
[0157]项目6为根据项目5所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点沿横截面中的第二弯曲形状布置。
[0158]项目7为根据项目6所述的光学膜，其中第一弯曲形状和第二弯曲形状均为凹形或均为凸形。
[0159]项目8为根据项目1所述的光学膜，其中每个棱镜簇包括5个棱镜。
[0160]项目9为根据项目8所述的光学膜，其中每个棱镜簇包括10个棱镜。
[0161]项目10为根据项目1所述的光学膜，其中棱镜簇各自包含相同数量N的棱镜，其中N为至少3，或至少5，或至少10。
[0162]项目11为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，相关联的棱镜簇具有N个棱镜，并且小透镜与其相关联的棱镜簇相结合，以在第二结构化表面被来自第一光源的斜光照明时提供限定N条成角度分离的光束的第一小透镜输出光，并且N为至少3。
[0163]项目12为根据项目11所述的光学膜，其结合设置的漫射膜以接收第一小透镜输出光并将N条成角度分离的光束转换为一条光束。
[0164]项目13为根据项目1所述的光学膜，其中光学膜限定膜平面，并且厚度轴垂直于膜平面，并且其中小透镜中的至少一些小透镜在垂直于延伸轴的横截面中具有复合曲率，此类小透镜还在横截面中具有相应的对称小透镜轴，并且其中对称小透镜轴中的至少一些对称小透镜轴相对于厚度轴倾斜。
[0165]项目14为根据项目1所述的光学膜，其中光学膜限定膜平面，并且厚度轴垂直于膜平面，并且其中棱镜在垂直于延伸轴的横截面中具有相应的对称棱镜轴，并且其中对称棱镜轴中的至少一些对称棱镜轴相对于厚度轴倾斜。
[0166]项目15为根据项目1所述的光学膜，其中小透镜按照小透镜间距间隔开，并且棱镜簇按照簇间距间隔开，并且其中小透镜间距等于簇间距。
[0167]项目16为根据项目1所述的光学膜，其中小透镜按照小透镜间距间隔开，并且棱镜簇按照簇间距间隔开，并且其中小透镜间距不等于簇间距。
[0168]项目17为根据项目1所述的光学膜，其结合被设置成靠近第一结构化表面的漫射膜。
[0169]项目18为一种光学系统，其包括:
[0170]根据项目1所述的光学膜;和
[0171]光导，其具有适于优先地以斜角发射光的主表面；
[0172]其中光学膜被设置成靠近光导并被取向成使得从光导的主表面发射的光穿过第二结构化表面进入光学膜。
[0173]项目19为根据项目18所述的光学膜，还包括被设置成靠近光导的相应的相背对的第一端部和第二端部的第一光源和第二光源，第一光源和所述第二光源提供从光导的主表面发射的不同的相应第一斜光束和第二斜光束。
[0174]项目20为根据项目18所述的光学膜，其中光学膜和光导为非平面的。
[0175]项目21为根据项目18所述的光学膜，其中光学膜和光导为柔性的。
[0176]项目22为根据项目18所述的光学膜，其中光学膜附接到光导。
【主权项】
1.一种具有相背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，所述光学膜包括: 形成于所述第一结构化表面上的多个延伸的小透镜，所述小透镜沿平行于延伸轴的相应小透镜轴延伸;和 形成于所述第二结构化表面上的多个延伸的棱镜，所述棱镜具有同样平行于所述延伸轴的相应延伸的棱镜顶点； 其中所述棱镜被分组成彼此分开的多个棱镜簇，每个棱镜簇具有至少三个所述棱镜，并且每个棱镜簇与所述小透镜中的对应的一个小透镜相关联； 其中每个小透镜限定焦面，并且其中对于每个小透镜来说，与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在所述小透镜的焦面处或焦面附近。2.根据权利要求1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，所述小透镜具有轴向焦距，焦区包含所述焦面并且具有以差分距离DD与所述焦面分开的边界，所述差分距离DD等于所述轴向焦距的20%，并且其中与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在所述小透镜的焦区中。3.根据权利要求1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，所述焦面在垂直于所述延伸轴的横截面中具有第一弯曲形状。4.根据权利要求3所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点沿所述横截面中的第二弯曲形状布置。5.根据权利要求4所述的光学膜，其中所述第一弯曲形状和所述第二弯曲形状均为凹形或均为凸形。6.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述光学膜限定膜平面，并且厚度轴垂直于所述膜平面，并且其中所述小透镜中的至少一些小透镜在垂直于所述延伸轴的横截面中具有复合曲率，此类小透镜还在所述横截面中具有相应的对称小透镜轴，并且其中所述对称小透镜轴中的至少一些对称小透镜轴相对于所述厚度轴倾斜。7.一种光学系统，包括: 根据权利要求1所述的光学膜;和 光导，所述光导具有适于优先地以斜角发射光的主表面； 其中所述光学膜被设置成靠近所述光导并被取向成使得从所述光导的所述主表面发射的光穿过所述第二结构化表面进入所述光学膜。8.根据权利要求7所述的光学系统，还包括被设置成靠近所述光导的相应的相背对的第一端部和第二端部的第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源提供从所述光导的所述主表面发射的不同的相应第一斜光束和第二斜光束。9.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述光学膜和所述光导为非平面的。10.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述光学膜和所述光导为柔性的。
【专利摘要】本发明公开了一种光学膜，该光学膜具有其中形成有延伸的小透镜的结构化表面和其中形成有延伸的棱镜的相背对的结构化表面。小透镜平行于彼此并且平行于延伸轴延伸，该延伸轴大致平行于膜表面，并且棱镜也平行于彼此并且平行于延伸轴延伸。棱镜被分组成相邻透镜的多个独立的簇。每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联并且具有至少3个棱镜。每个小透镜限定焦点和焦面。棱镜簇中的棱镜的顶点被设置在相关联的小透镜的焦面处或焦面附近。当被斜光照明时，每个小透镜/棱镜簇对以及任选地作为整体的光学膜能够产生N条成角度分离的光束，N为每个棱镜簇中的棱镜的数量。
【IPC分类】G02B5/04, G02B3/00, G02B27/12, G02B27/22
【公开号】CN105492933
【申请号】CN201480047123
【发明人】迈克尔·J·希科劳
【申请人】3M创新有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月3日
【公告号】EP3042224A1, US20160202409, WO2015034896A1