CN100380045C - 照明设备和用于该照明设备中的光学元件 - Google Patents

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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

本发明涉及照明设备和用于该照明设备中的光学元件。在根据本发明的具有光源的照明设备中，光源基本上位于一个第一平面内，该照明设备包括一个基本上位于一个第二平面内的光学元件，用多行平行棱镜构成所述光学元件的一个侧面或两个侧面，所述棱镜具有多个斜面，该斜面对于所述第二平面来说具有相互不同的倾斜角，其中相邻的斜面形成形状上为交替凹形和凸形的表面。这种设计的一个优点是光学元件的总构造需要一个较小的高度。

Description

照明设备和用于该照明设备中的光学元件
技术领域
本发明涉及一种适用于具有光源的照明设备，其中光源基本上位于一个第一平面内，该照明设备包括一个基本上位于一个第二平面内的光学元件，用多行平行棱镜构成所述光学元件的一个侧面或两个侧面，所述棱镜具有多个面(facets)，该面对于所述第二平面来说具有相互不同的倾斜角。本发明还涉及适用于这种照明设备的一种光学元件。
背景技术
DE-A-43 05 585公开了这种照明设备。通过这种照明装置可以改变平行光的方向。为了这个目的，面被可以通过两种不同方法被使用。第一种方法是在面处发生折射。这适合于将光线至多偏转30°角。第二种方法是在面的表面处发生全内反射。这适合于获得25°到90°之间的角度偏转。可能通过这类面的矩阵来形成不同方向的多个光束。在较远距离处，这些光束汇合在一起(被叠加)，可能使光束具有任何形状。从而，可能获得用户所需的较高复杂性和精度的光强度分布。甚至可能使用这种矩阵来投影出文本。
不过，制造这种面的矩阵是非常困难的。可以通过由多行面建立矩阵来有效地改善这种状况，每行中的面具有一个固定的角度，位于与该行垂直并与第二平面垂直的第三平面内，在第二平面上有一条垂线，并且通过与第二平面垂直的行形成与第四平面垂线的夹角，沿该行从一个面到下一个面该夹角逐渐改变。从一行到下一行该第三平面内的固定角发生变化。在一个实施例中，光学元件具有锯齿形结构，由大体上平行的棱镜形成面。在这种情形下，当从光学元件的平面的一个方向观看时，棱镜优选地具有弯曲的侧面。在透镜上或通过使用成形工具在使用一种简单的模铸方法所制成的透镜上形成这种棱镜。从而形成了照明设备的光学元件，适用于对中等宽度的光线进行整形，并且能够在工业上以一种可靠的方法成批制造。
不过，当需要形成大偏转角的光束时，问题就产生了。第一个问题是所需的在第四平面内的角度变化导致陡峭上升行的形成，它们将光学元件增大到一个不切实际地非常大的高度的结构。第二个问题是，在某种情况下由于相邻行棱镜尺寸的增加，在第一行面内被完全反射的光被第二个相邻行所遮断。那么就会产生一行或几行的阴影效应。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题。根据本发明，说明书开始段落所描述的这种照明设备具有用于该目的的一种光学元件，其中一行的相邻面形成形状上为交替凹形和凸形的表面。这种设计的一个优点是光学元件的总构造需要一个较小的高度。可以实现的另外一个改进是将相邻行与第二平面之间的距离设置为彼此不相同。当相邻行的面中为了全内反射，那些具有最大固定角的行与第二表面距离最大时，可以获得防止阴影效应这又一改进。从而可以实现照明设备所发出的光的光束形状的改进，同时保持光学元件具有相当小尺寸的优点。
在照明设备的一个优选实施例中，光源包括多个光源。优选地，这些光源为平行光源。从多个光源所发出的平行光束的形状，在该光束照射到光学元件之前，通过反射和/或折射，使它可能获得输出光束的精确的光强度分布。非常适宜的光源为发光二极管(LEDs)。
附图说明
现在将参照根据本发明照明设备实施例的附图更详细介绍本发明以上的和其它的方面。在附图中：
图1给出了一种照明设备，
图2为用于图1的照明设备的一种已知光学元件的正视图，
图3给出了根据本发明的一种光学元件，以及
图4给出了根据本发明的另一实施例的光学元件。
具体实施方式
图1给出了带有光源2的照明设备1，光源基本上位于第一平面V1，照明设备包括一个光学元件3，光学元件3基本上位于第二平面V2，在一侧光学元件具有面4。光源2包括多个平行光源20，在使用发光二极管(LEDs)21的情形中，每个光源具有一个准直透镜22。照明设备包括一个由光学元件3在一侧所封闭的外壳。
图2详细地给出了适用于图1所示照明设备的一种已知光学元件3。在图2中可以看出，光学元件3的面4具有彼此不同的倾斜角。面4由基本上平行的棱镜4a组成。面4被设置为若干行的面40，使得每一行的面包括固定角度α1，α2，α3，其中角α1，α2，α3位于与该行垂直并与第二平面V2垂直的第三平面V3内，在第二平面上具有垂线n2，并形成角度β，β沿该行从一个面到下一面逐渐变化，在第四平面V4内具有通过该行的垂线n2，第四平面与第二平面V2垂直。在第三平面内从行到行40固定角α1，α2，α3发生变化。从图中可以看出，对于由于全内反射(在1.6的折射率，角度α≥38°)而对光束的形成有贡献的面，被那些具有较小固定角α的面反射的光被具有较大固定角α的相邻行的面所遮断。
图3给出了根据本发明的一种光学元件3，具有一单行面4。这些相邻面4构成了交替为凹形402和凸形401的表面。从图2所示的一行面开始，在考虑它们各自角度(α，β)的条件下，通过改变它们的相互位置来得到这种光学元件。通过选择所改变面的宽度相当小，能在每行中多次重复这样形成的一系列面。因此就形成了交替的凹形和凸形表面，同时保持该行面的光束形成特性。例如，在已知光学元件形状的基础上通过计算机计算，可以获得所述光学元件的设计。
图4给出了根据本发明光学元件3的另一种变形，具有棱镜4a所形成的许多行面40，其中在包含用于全内反射的面的相邻行中那些具有最小固定角α的面与第二平面V2的距离最远。以一种与上述参照附图3光学元件的描述方法相似的方法，从已知光学元件的形状开始，图4中的光学元件可以通过相互交换面的行的位置而实现。另外，通过计算机计算可以实现这种设计。
本发明的保护范围不限于所给出的实施例。本发明存在于每个新颖特性和这些特性的任意组合中。术语“包括”的使用不排除出现权利要求中所提到的元件以外的元件。

Claims (6)

1.一种适用于具有光源的照明设备，其中光源基本上位于一个第一平面内，该照明设备包括一个基本上位于一个与第一平面平行或相交的第二平面内的光学元件，所述光学元件在一个侧面或两个侧面配有多行平行棱镜，所述棱镜具有多个面，所述面对于所述第二平面来说具有相互不同的倾斜角，并且其中相邻的面形成形状上为交替凹形和凸形的表面。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，相邻行的面在一个侧面上与第二平面之间的距离各不相同。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，为了发生全内反射，面的相邻行中具有最小固定角的那些行具有到第二平面的最大距离。
4.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述光源包括多个光源。
5.根据权利要求4所述的照明设备，其特征在于，所述光源为平行光源。
6.根据权利要求4或5所述的照明设备，其特征在于，所述光源为发光二极管。
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