技术领域本公开涉及照明技术领域。更具体地，本公开涉及光导管照明技术领域。
背景技术：
光导管照明是一种特殊的照明技术，人们利用光导管控制灯光的照明效果已经有数十年的历史。一根光导管通常由透明或半透明的材料构成。众所周知，当光线在折射率高于空气的材料中传播并入射到该材料和空气的界面处时，如果光线与光导管内表面的夹角小于某一个临界角，那么光线将被反射回光导管内部，且反射角与入射角相同。因此，从理论上说，只要光导管设计合理并且光线的入射角度在一个范围之内，所有进入光导管的光线都能够发生全发射并传输到光导管的另一端。然而，如果人为的破坏光线的全反射条件，比如改变光导管的材料特性或者结构，那么光线在传输到光导管的另一端之前就将逸出管壁，使得光导管本身成为一个发光体。通过合理的结构设计，可以控制在光导管的不同位置处出光的强度，实现均匀的或者特殊设计的照明效果。这就是光导管照明技术的基本原理。例如，美国专利US6,836,661公开了一种楔形光导管装置。该光导管沿着导光方向具有不同面积的截面。一般地，靠近光源处的截面面积较大，远离光源处的截面面积较小。这样，有一部分光线在光导管内传输的时候始终无法满足全反射条件，这部分光线将在光导管内壁发生折射并最终从光导管一侧出射。通过设计不同光导管不同位置处的截面大小，可以实现相对均匀的出光或特殊的照明效果。美国专利US6,347,874公开了一种具有突起部分的光引出装置。该装置也具有楔形结构。同时，它还具有一个大体与光输出表面相对的光改向结构表面。该光改向结构表面包括许多细微的突起部分，这些细微突起结构与光导管表面呈一定角度，当光线在光导管内传输并入射到这些突起处时，由于不满足全反射条件，一部分光线将从光改向结构表面出射；另一部分光线将被反射回光导管，这部分光线由于经过了光改向结构表面的细微突起结构的转向，传播到光输出表面时将不满足全反射条件而从光输出表面出射，进而达到特定的照明效果。
技术实现要素：
根据本公开的一个方面，提供了一种光导管，该光导管包括：光输入端；光导管本体，该光导管本体在其长度方向上具有基本恒定的厚度和宽度；光导向面；以及光输出面；该光输入端为该光导管本体的长度方向上的两个末端中之一，靠近该光输入端设置有光源；该光导向面为该光导管本体的一个主外表面，且该光输出面为该光导管本体的另一个主外表面，并与该光导向面相对；其中该光导向面为光滑的，多个中空的三维光提取结构设置在该光导管本体内，且临近该光输出面。根据本公开的另一个方面，提供了一种室内照明系统，该室内照明系统集成了根据本公开的光导管。根据本公开的又一个方面，提供了一种车内照明系统，该车内照明系统集成了根据本公开的光导管。根据本公开的光导管具有平滑的表面，易于生产加工和安装固定。此外，由于能够根据实际需要优化设计本公开的光导管内的光提取结构的形状、尺寸和分布，因而可以控制光导管的出光效率及分布，达到理想的出光效果。附图说明图1为根据本公开的光导管系统的原理示意图；图2为根据本公开的一种光导管系统的示意图；图3为根据本公开的另一种光导管系统的示意图；图4为根据本公开的又一种光导管系统的示意图；图5为根据本公开的另一种光导管系统的示意图；图6为集成有根据本公开的光导管的室内或车内照明系统的示意图。这些附图不一定按比例绘制。这些附图中使用的类似附图标记指代类似的部件。然而，将会理解，使用附图标记来指代给定附图中的部件并不意欲对另一附图中以相同附图标记标识的部件进行限制。具体实施方式以下将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。将会懂得，考虑了其他实施方式，且不脱离本公开的范围或精神，可以实施这些其他实施方式。因此，以下的详细描述是非限制性的。除非另有指明，在所有情形中，说明书和权利要求中使用的用以表达特征大小、数量和物理性质的所有数字将被理解为均由术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，说明书和所附权利要求中给出的数字参数是能根据本领域技术人员利用本公开中公开的教导力图获得的理想特性而变化的近似值。如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一种”、“所述”包含具有多个指称对象的实施方式，除非其内容显然不进行这种教导。如本说明书和所附权利要求中所使用的，一般在包括“和/或”的意义上使用术语“或”，除非其内容显然不进行这种教导。与空间相关的术语，包括但不限于“下方”、“上方”、“在...下方”、“在...下面”、“以上”、“在顶部”，如果在本公开中使用，则用于方便描述，以说明一要素与另一要素的空间关系。这样的与空间相关的术语包含除附图所示和本文中所述的具体方位以外的、装置在使用中或运行中的不同方位。例如，如果附图中所示的物体被倒置或翻转，则之前被描述为在其他要素下方或下面的部分将变为在这些其他要素上方或上面。如本公开中使用的，例如，如果将一要素、部件或层描述为与另一要素、部件或层之间形成一致的接合，在该另一要素、部件或层上，连接到该另一要素、部件或层，与该另一要素、部件或层相耦合，或与该另一要素、部件或层接触，则该要素、部件或层可以是直接在该特定的要素、部件或层上，直接连接到该特定的要素、部件或层，直接与该特定的要素、部件或层相耦合，或直接与该特定的要素、部件或层接触。或者是，介于其间的要素、部件或层在在该特定的要素、部件或层上，连接到该特定的要素、部件或层，与该特定的要素、部件或层相耦合，或与该特定的要素、部件或层接触。当将一要素、部件或层称为直接在另一要素上，直接连接到另一要素，直接与另一要素相耦合，或直接与另一要素接触，则不存在介于其间的要素、部件或层。目前，正如之前所述，存在许多种光导管照明技术。但是，这些技术均存在一些不足。例如，就楔形光导管而言，如果其长度过长，则其末端可能变细为一薄边，而该薄边将难以制造或固定，并有可能在使用过程中折断或破裂。另一方面，通过形成细微突起结构来实现导光功能的光导管则对生产加工的精度提出了较高要求，从而导致光导管的生产成本上升。因此，需要提供一种光导管，其结构相对比较简单，易于生产加工，且便于安装固定。一方面，本公开提供了一种光导管，该光导管包括：光输入端；光导管本体，该光导管本体在其长度方向上具有基本恒定的厚度和宽度；光导向面；以及光输出面；该光输入端为光导管本体的长度方向上的两个末端中之一，靠近光输入端设置有光源；光导向面为光导管本体的一个主面，且光输出面为光导管本体的另一个主面，并与光导向面相对；其中光导向面为光滑的，多个中空的三维光提取结构设置在光导管本体内，且临近光输出面。一般地，当本公开的光导管被正常地放置时，其光导向面和光输出面即为其上下相对的两个面。整体上，本公开的光导管可以呈直线的长条状，也可以呈弯曲的长条状。然而，这两种形状仅仅是两个非限制性的例子。本领域普通技术人员将懂得，不脱离本公开的精神和范围，在其长度方向上具有基本相同的规则几何形状竖直截面的管型体均可作为本公开的光导管。此处，光导管的“竖直截面”是指用垂直于光导管的长度方向的竖直平面截取该光导管所得的截面。例如，作为非限制性的例子，本公开的光导管的该竖直截面具有矩形、正方向、圆形、椭圆形、蘑菇形、或梯形等几何形状。在本公开中，光导管的厚度是指，当用垂直于其长度方向的竖直平面截取该光导管时，分别居于所得的竖直截面上下两侧的两点之间的最大竖直距离；光导管的宽度是指，分别居于前述竖直截面左右两侧的两点之间的最大水平距离。当光导管呈弯曲的长条状时，为避免在该光导管的弯角处光线泄露过多，该光导管的弯曲半径(即其曲率半径)与其厚度之比应大于10∶1。该光导管可以由许多种透明或半透明的、光学性质合适的材料制成。这些材料包括聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)、聚丙乙烯(PPE)、玻璃、以及其他具有高折射率的塑料。为避免不必要的光学散射，本公开的光导管的整个外表面需经过光学抛光。由于本领域普通技术人员一般均知晓光学抛光的具体细节，本公开在此不再赘述。在本公开中，光导管的光导向面为“光滑”的，是指该光导向面的粗糙度满足对光进行全反射和导向的要求。由于本领域普通技术人员一般均知晓此类光导向面的具体细节，本公开在此不再赘述。除以上方面之外，本公开的光导管的另一个重要的方面在于其包含的光提取结构。在本公开中，光导管所包括的多个光提取结构位于光导管本体内部。这些光提取结构具有中空或称为空心的三维立体结构，即在这些光提取结构中，光的传播介质为空气。在本公开中，每个中空的三维光提取结构在光导管的不同于其光导向面和光输出面的两个侧面上开口，但不在其光导向面和/或光输出面上开口。这实际上意味着，在光导管的长度方向上，仅存在一列中空的三维光提取结构。换言之，在光导管的垂直于其长度方向的每个竖直截面上，最多存在一个光提取结构的截面。而且，这些中空的三维光提取结构在光导管本体内的深度，即这些光提取结构的距光输出面最近的面与光输出面间的距离，小于光导管的垂直于其长度方向的竖直尺寸(即光导管的厚度)的20％。然而，另一方面，该深度一般大于1mm。这是因为，当该深度小于1mm时，光导管及其内部的光提取结构将变得易于被外力破坏。优选的，该深度为1mm至2mm。优选地，本公开的光导管中包括的多个中空的三维光提取结构具有规则的几何形状。例如，作为非限制性的例子，这些中空的三维光提取结构可以采用常见的空心立方体、空心长方体、空心圆柱体、空心类梯形块等几何形状。换言之，当用平行于光导管的长度方向的竖直平面进行截取时，这些中空的三维光提取结构的截面呈正方形、长方形、直角梯形、或圆形；当用垂直于光导管的长度方向的竖直平面进行截取时，这些中空的三维光提取结构的截面呈正方形、长方形、圆形、椭圆形、或四边形。在不同的应用场合，根据光导管的长度以及对照明效果的要求，可以对本公开的光导管中包括的中空三维光提取结构的尺寸、数量及分布进行调整。例如，本领域普通技术人员懂得，若对照明均匀度要求较高，则需要较多尺寸较小的光提取结构。在靠近光源的地方光强度较高，可以分布较少的光提取结构，以减少逸出的光线强度；在远离光源的地方光强度较低，可以分布较多的光提取结构，以增加逸出的光线强度。此外，为避免局部照明的不均匀性，在这些中空的三维光提取结构中，相邻光提取结构之间的距离不宜超过它们在光导管长度方向上的尺寸(即它们本身的长度)的2倍。此外，就这些中空的三维光提取结构本身而言，根据实际需要，在垂直于光导管的长度方向的竖直方向上，这些中空的三维光提取结构的尺寸可以是基本恒定的，也可以是变化的。而且，为避免阴影的出现，在垂直于光导管的长度方向的竖直方向上，每个中空的三维光提取结构的尺寸与光导管的厚度之比处于1∶5至1∶50之间。图1为根据本公开的光导管系统的原理性示意图。具体地，图1中示出了光导管102中的光提取结构105的光入射面与光导管102的光输出面104之间存在一夹角的情形。具体地，设光提取结构105的光入射面与光导管102的光出射面104之间存在一夹角β。若光线在光导管102的光导向面103上的入射角为α，根据几何关系，可得出光线在光提取结构105的光入射面上的入射角为α-β。假设空气折射率为1，光导管102的折射率为n，则根据折射率公式，光线经过光提取结构105的光入射面后的折射角为θ＝arcsin[n*(α-β)]。同理可得，光线在光导管的光输出面104上的入射角将θ的表达式代入，即可得到的解析表达式。由全反射定理可知，当大于全反射临界角arcsin(1/n)时，光线将从光导管102的光输出面104射出。反之，光线将被反射回光导管102内部，继续向前传播，直到下一个光提取结构再次改变它的传播路径。上述的解析表达式虽然是在图1所示的情形下经推导得出的，但是，本领域普通技术人员将懂得，其同样适用于那些具有与光导管的长度方向垂直的光入射面的中空三维光提取结构(如呈长方体、正方体、圆柱体形状的光提取结构)，此时，这些光提取结构的光入射面与光导管的光输出面之间的夹角β＝90度。而且，从上述的解析表达式可以看出，光线是否能够从光导管射出，和光提取结构的光入射面与光导管的光输出面之间的夹角β存在直接关系。具体而言，该夹角β确定了在一给定距离(即从光输入端至该光出射位置的距离)处光线从光导管中出射的比例。而当光提取结构为圆柱状空心结构时，圆柱结构的半径同样会影响光线出射的比例。图2为根据本公开的一种光导管系统的示意图。如图2所示，光导管202呈直线的长条状，且沿其长度方向具有基本恒定的厚度和宽度。更进一步地，如图2所示，在其长度方向上，光导管202的垂直于其长度方向的竖直截面具有基本相同的外周轮廓。在本实例中，光导管202的垂直于其长度方向的竖直截面具体呈正方形或接近正方形。光源201位于光导管202的光输入端前方。光导管202由透明或半透明的材料，如聚碳酸酯PC，或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA制成，其具有光滑的光导向面203和光输出面204。多个中空的三维光提取结构205位于光导管202的本体内，且开口于光导管202的不同于光导向面203以及光输出面204的两个侧面。为了取得较好的光提取效果，每个光提取结构205在光导管202内部的深度(即其距光输出面204最近的面与光输出面204之间的距离)占光导管202的垂直于其长度方向的竖直方向尺寸(即光导管202的厚度)的比例需要小于20％。然而，考虑到需要使光导管202及其光提取结构205不易于被外力破坏，该深度一般应大于1mm。此外，如图2所示，在垂直于光导管202的长度方向的竖直方向上，该多个光提取结构205的尺寸是基本恒定的。然而，本领域普通技术人员将懂得，根据实际需要，在垂直于光导管202的长度方向的竖直方向上，这些光提取结构205的尺寸也可以是变化的。这些光提取结构105具有规则的扁平长方体形状。换言之，如果用平行于光导管202长度方向的竖直平面截取光提取结构205，所得截面形状呈长方形，而用垂直于光导管202长度方向的竖直平面截取光提取结构205，所得截面形状也呈长方形。图3为根据本公开的另一种光导管系统的示意图。参见图3，其中示出一种呈圆柱形的光导管302，其垂直于其长度方向的竖直截面为圆形。光源301位于光导管302的光输入端前方。光导管302由透明或半透明的材料制成，其具有光滑的光导向面303和光输出面304。多个中空的三维光提取结构305位于光导管302内，并呈倒置的类梯形块状。换言之，如图3所示，当用平行于光导管302长度方向的竖直平面截取光提取结构305时，所得截面呈长方形，当用垂直于光导管302长度方向的竖直平面截取光提取结构305时，所得截面呈倒置的梯形。而且，这些中空的三维光提取结构305开口于光导管302的不同于其光导向面303和其光输出面304的两侧，且不在光导向面303和光输出面304上开口。此外，如图3所示，在垂直于光导管302的长度方向的竖直方向上，该多个光提取结构305的尺寸是基本恒定的。然而，本领域普通技术人员将懂得，根据实际需要，在垂直于光导管302的长度方向的竖直方向上，这些光提取结构305的尺寸也可以是变化的。本领域普通技术人员也将懂得，光导管的垂直于其长度方向的竖直截面也可以选择其他形状。例如，图4为根据本公开的又一种光导管系统的示意图。具体地，如图4中所示，光导管402具有垂直于其长度方向的蘑菇形竖直截面。光导管402的这种蘑菇形竖直截面可看作由具有弧形外周轮廓的上部和矩形外周轮廓的下部组合而成。在实际中，具有这种几何形状的光导管更易于安装固定。在图4所示的实例中，光导管402由透明或半透明的材料制成，其具有光滑的光导向面403和光输出面404。多个中空的三维光提取结构405位于光导管402内，并呈类梯形块状。换言之，如图4所示，当用平行于光导管长度方向的竖直平面截取光提取结构405时，所得截面呈直角梯形，当用垂直于光导管长度方向的竖直平面截取光提取结构405时，所得截面呈长方形。而且，这些中空的三维光提取结构405开口于光导管402的不同于其光导向面403和其光输出面404的两侧，且不在光导向面403和光输出面404上开口。此外，如图4所示，在垂直于光导管402的长度方向的竖直方向上，该多个光提取结构405的尺寸是基本恒定的。然而，本领域普通技术人员将懂得，根据实际需要，在垂直于光导管402的长度方向的竖直方向上，这些光提取结构405的尺寸也可以是变化的。图5为根据本公开的另一种光导管系统的示意图。参见图5，其中示出一种呈弯曲的长条状的光导管502。光源501位于光导管502的光输入端前方。光导管502由透明或半透明的材料制成，其具有光滑的光导向面503和光输出面504。多个中空的三维光提取结构505位于光导管502内，并呈扁平的长方体形状。换言之，如图5所示，当用平行于光导管502长度方向的竖直平面截取光提取结构505时，所得截面呈形长方形，当用垂直于光导管502长度方向的竖直平面截取光提取结构505时，所得截面也呈长方形。而且，这些中空的三维光提取结构505开口于光导管502的不同于其光导向面503和其光输出面504的两侧，且不在光导向面503和光输出面504上开口。此外，如图5所示，在垂直于光导管502的长度方向的竖直方向上，该多个光提取结构505的尺寸是基本恒定的。然而，本领域普通技术人员将懂得，根据实际需要，在垂直于光导管502的长度方向的竖直方向上，这些光提取结构505的尺寸也可以是变化的。本领域普通技术人员将懂得，光提取结构不限于本公开中所描述或示出的各种形状，而可以根据实际需要采用任何形状的空心结构。可以采取以下方法形成所述的中空三维光提取结构：倚靠由车床切削的工具或其他成型表面，用模塑、压花、固化或其他方式对可注塑的树脂进行成型，该工具或成型表面由金属或其他耐久材料制成，并带有所需结构表面的负复型。制造这种成型表面以及模塑、压花或固化光提取结构的方法是本领域普通技术人员所熟知的。而且，使用合适的光线跟踪建模软件，诸如BreaultResearchOrganization，Inc.出品的“ASAP”、OpticalResearchAssociates出品的“CodeV”与“LightTools”、LambdaResearchCorporation出品的“TracePro”、WolframResearch，Inc.出品的“Optica”、或FocusSoftware，Inc.出品的“ZEMAX”等软件，无需构建实际的光提取结构，就可对各个光提取结构的具体设计性能进行评估。另一方面，可以使用光电探测仪测量和评价本公开的光导管的光学性能。通常，可以在距离光导管的光输出面的一定位置处放置测试屏幕，在测试屏幕上，沿光导管方向取若干探测点测量其照度。测试屏幕距离光导管的距离可以依照明应用环境不同而变化。可以将根据本公开的光导管应用于各种不同的场合。例如，可以将根据本公开的光导管集成到室内或车内的照明系统之中。图6为集成有根据本公开的光导管的室内或车内照明系统的示意图。如图6中所示，当将根据本公开的光导管应用于车内或建筑内饰照明时，通常使用如下实现方式：光导管601位于被照明表面603的上方。被照明表面603通常是车内或建筑物内表面，如汽车门板，墙壁等。具体地，光线被光导管601内的光提取结构602a和602b导出并出射至被照明表面603上，在区域604a和604b内形成较强的照明效果。当光提取结构602a和602b之间的距离合理时，在被照明表面603上可以形成连续、均匀的照明效果。本领域普通技术人员将懂得，图6中所示的应用实例仅仅是根据本公开的光导管的具体应用的一个非限制性例子。根据本公开的光导管还可以以其他方式应用在其他照明系统之中。以下是本公开的一些实施方式。项1为一种光导管，其包括：光输入端；光导管本体，所述光导管本体在其长度方向上具有基本恒定的厚度和宽度；光导向面；以及光输出面；所述光输入端为所述光导管本体的长度方向上的两个末端中之一，靠近所述光输入端设置有光源；所述光导向面为该光导管本体的一个主外表面，且所述光输出面为所述光导管本体的另一个主外表面，并与所述光导向面相对；其中所述光导向面为光滑的，多个中空的三维光提取结构设置在所述光导管本体内，且临近所述光输出面。项2为根据权利要求1所述的光导管，其中每个所述中空的三维光提取结构在所述光导管的不同于所述光导向面和所述光输出面的两个侧面上开口，但不在所述光导向面和/或所述光输出面上开口。项3为根据项2所述的光导管，其中所述光导管呈直线的长条状。项4.为根据项2所述的光导管，其中所述光导管呈弯曲的长条状。项5为根据项4所述的光导管，其中所述光导管的弯曲半径与其厚度之比大于10∶1。项6为根据项3至5中任一项所述的光导管，其中所述光导管具有垂直于其长度方向的规则的竖直截面。项7为根据项6所述的光导管，其中所述竖直截面具有矩形、正方形、圆形、椭圆形、蘑菇性、或梯形的几何形状。项8为根据项1至7中任一项所述的光导管，其中，所述多个中空的三维光提取结构在所述光导管本体内的深度，即这些中空的三维光提取结构距所述光输出面最近的面与所述光输出面间的距离，小于所述光导管的垂直于其长度方向的竖直方向尺寸的20％，但大于1mm。项9为根据项1至8中任一项所述的光导管，其中，相邻三维光提取结构之间的距离不超过它们在光导管长度方向上的尺寸的2倍。项10为根据项1至9中任一项所述的光导管，其中，在垂直于所述光导管的长度方向的竖直方向上，每个所述三维光提取结构的尺寸与所述光导管的厚度之比处于1∶5至1∶50之间。项11为根据项1至10中任一项所述的光导管，其中，在垂直于所述光导管的长度方向的竖直方向上，所述多个中空的三维光提取结构的尺寸为恒定的。项12为根据项1至10中任一项所述的光导管，其中，在垂直于所述光导管的长度方向的竖直方向上，所述多个中空的三维光提取结构的尺寸为变化的。项13为根据项1至12中任一项所述的光导管，其中，当用平行于所述光导管的长度方向的竖直平面进行截取时，所述多个中空的三维光提取结构的截面呈正方形、长方形、直角梯形、或圆形；当用垂直于所述光导管的长度方向的竖直平面进行截取时，所述多个中空的三维光提取结构的截面呈正方形、长方形、圆形、椭圆形、或四边形。项14为一种集成有根据项1至13中任一项所述的光导管的室内照明系统。项15为一种集成有根据项1至13中任一项所述的光导管的车内照明系统。尽管本公开中已经示出和描述了具体的实施方式，但本领域技术人员将懂得，可以用各种替代的和/或等同的实施方式代替所示和所描述的具体实施方式，而不脱离本公开的范围。本申请意欲包括对本公开中讨论的具体实施方式的任何改进或更改。因此，本公开仅受限于权利要求及其等同物。