CN101709834A - 一种环形发光装置 - Google Patents

Abstract

一种环形发光装置，该装置包括光源和引导来自该光源所发的光的导光装置，所述光源是由至少一个环状发光体或由三个以上点光源形成发光环的环形光源，所述光源设置在导光装置上，光源发出的光经导光装置的反射、折射均匀地投射到一个与之相对且共轴的具有内凹弧面的受光体上，并经由所述内凹弧面的漫反射实现均匀发光。本发明以一种相对较小的发光源对一种相对较大的内凹弧面受光体进行均匀光照射，并通过内凹弧面的反射，令与内凹弧面对应的弦方向亮度均匀且不感到刺眼，且结构简单，易于装配。

Description

一种环形发光装置

【技术领域】

本发明涉及发光装置，特别是涉及一种能为内凹弧面投射均匀光线，并通过内凹弧面的反射，令与内凹弧面对应的弦方向亮度均匀且不感到刺眼的环形发光装置。

【背景技术】

在人们生活中广见各种各样的发光装置，它们为人们生活、工作、学习和娱乐提供了极大便利。随着社会的发展和城市化的进程，人们对于城市灯光以及可发光用品对城市生活的美化效果提出了更高的要求。目前，作为新光源的LED发光装置已广泛应用于路灯照明、广告灯箱、发光伞、无影照明等领域。但由于未解决某些关键技术问题，其应用并未达到理想的效果。如，传统的广告灯箱为了实现均匀发光的目的，通常都采用相对发光面积比例较大的发光装置，其灯箱与发光装置的尺寸比例通常都小于2∶1，这既增加了制作成本，又增加了重量，不仅不易于搬动，且无法设计为折叠式以减小存放体积。此外，在传统的灯箱制品中，为使其均匀发光，通常是在所设定的单位区域里布设光源体(LED或灯泡等)，这必然需要大范围地布设光源体，而大范围地布设光源体则往往受到结构或成本的限制。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种以一种相对较小的发光源对一种相对较大的内凹弧面受光体进行均匀光照射，并通过内凹弧面的反射，令与内凹弧面对应的弦方向亮度均匀且不感到刺眼，且结构简单，易于装配的微型化的环形发光装置。

为实现上述目的，本发明提供一种环形发光装置，该装置包括光源和引导来自该光源所发的光的导光装置，所述光源是由至少一个环状发光体或由三个以上点光源形成发光环的环形光源，所述光源设置在导光装置上，光源发出的光经导光装置的反射、折射均匀地投射到一个与之相对且共轴的具有内凹弧面的受光体上，并经由所述内凹弧面的漫反射实现均匀发光。

环状发光体为环状霓虹灯管或环状灯管。

由三个以上点光源形成发光环的光源包括柔性线路板和多个贴片发光二极管，其中，柔性线路板形成上大下小的锥形体，其表面涂覆有反光材料，该柔性线路板设于所述透明折光环的内孔内，其上端与固定环相接，下端延伸入挡光环内孔内，所述多个贴片发光二极管沿圆周方向间隔地设置于柔性线路板上。

导光装置包括固定环、透明折光环及挡光环，其中，固定环和挡光环分别设于上下两端，透明折光环位于固定环与挡光环之间，所述固定环及挡光环的内径与所装设的管状体的外径相对应，透明折光环的内孔径大于固定环与挡光环的内径。

透明折光环为透明环状体，其包括一个由弧状的外表面形成的折射面，一个由内孔的上段内表面所形成的弧形采光面，一个由内孔的下段内表面所形成的全反射面，一个由环状体的上半部形成的折光区和一个由环状体的下半部形成的聚光区。

折射面为椭圆面，采光面为内凹圆弧面，全反射面为外凸圆弧面。

采光面与全反射面分别由折射面的上下两端向内孔的孔内延伸并相交而形成。

调整透明折光环的折射面、采光面、全反射面的几何曲率，可在与之相对且共轴的内凹弧面上形成直径可调的光带，在光由空气射入介质条件下，所述曲率按下式调整：

Sinα＝Sinα₁×R，其中，α为入射角，α₁为折射角，R为材料折射率，参见图8A。

该环形发光装置所发的光在所述的内凹弧面的漫反射光与透明折光环的折射光照亮内凹弧面所对应的弦平面。

该环形发光装置的外围尺寸相对于受光体的尺寸比例为1∶20～80。

本发明的贡献在于，它有效解决了如何以相对较小的发光源对一种相对较大的内凹弧面受光体进行均匀光照射的问题。本发明通过该微型的发光装置对光的放大作用，可实现某一区域的匀称发光或聚焦光带等功效，且通过改变透明折光环的曲面形状特征可实现局部或全部及多个自由角度的聚、散、变光等目的。本发明还具有微型化、结构简单、易于装配等特点。

【附图说明】

图1是本发明的环形发光装置与受光体的实施例结构剖视图。

图2是本发明的整体结构实施例示意图。

图3是本发明的安装使用实施例示意图。

图4是本发明的柔性线路板实施例结构示意图，其中，图4A为平面示意图，图4B为展开状态示意图。

图5是本发明的透明折光环实施例结构剖视图。

图6是本发明的贴片发光二极管发光特性实施例示意图，其中，图6A为等光强线示意图，图6B为等光强线由第一位置发生偏移至第二位置示意图，图6C为等光强线由第二位置发生偏移至第三位置示意图，图6D为等光强线由第三位置发生偏移至第四位置示意图，图6E为等光强线由第四位置发生偏移至第五位置示意图，图6F为等光强线第一位置受到环形发光装置综合光作用后偏移至第五位置示意图。

图7是本发明的贴片发光二极管发光通过环形发光装置综合光作用后得到的等光强线在受光体中的示意图。

图8是本发明的透明折光环功能示意图，其中，图8A为折光区的类三棱镜的折光示意图，图8B为聚光区的类凸透镜的聚光示意图，图8C为全反射区的类凸镜的反光示意图。

图9是本发明在发光伞上的应用实施例示意图。

图10是本发明的光源为多环光源时，透明折光环实施例示意图。

【具体实施方式】

参见图1～图3，本发明的环形发光装置包括光源10和引导来自该光源所发的光的导光装置20。所述光源10是由一个环状发光体或由三个以上点光源12形成发光环的环形光源。本实施例中，光源10是由八个贴片发光二极管122及柔性线路板121构成，如图4A、图4B所示，该柔性线路板121为上大下小的锥形体，其表面涂覆有反光材料，形成光反射面。在柔性线路板121上沿圆周方向间隔地设有八个贴片发光二极管122，连接柔性线路板121的导线由所装设的管状体内的中空处引出。当所述柔性线路板121通电时，八个贴片发光二极管122发出的光即形成一发光环，并形成本发明的环形光源。如图2，该柔性线路板121设于所述透明折光环22的内孔226内，其上端与固定环21相接，下端延伸入挡光环23内孔231内。

如图2所示，所述导光装置20包括固定环21、透明折光环22及挡光环23，所述固定环21和挡光环23分别设于上下两端，透明折光环22位于固定环21与挡光环23之间，透明折光环22的内孔径大于固定环21与挡光环23的内径，因而形成了装设导光装置20的空腔。所述固定环21和挡光环23是由白色工程塑料制成的环状体，它们的孔径与所装设的管状体，例如雨伞的伞柄的外径相对应，以固定在伞柄上。挡光环23的底面为平面，其顶面是与透明折光环22的底面相对应的弧面。透明折光环22结构如图5所示，它是由透明材料，例如透明玻璃，透明聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等材料成型的透明环状体，本例中为透明聚甲基丙烯酸甲酯。透明折光环22上设有折射面221、采光面222、全反射面223、折光区224及聚光区225，其中，折射面221位于折光环环体外侧，该折射面为椭圆面，光源10所发的光在该折射面发生折射。所述采光面222为内凹圆弧面，其可减少界面的光损耗，采光面位于折光环环体内侧，且由折光环内孔226的上段内表面所形成，光源10所发的光经该采光面222进入透明折光环22内。所述全反射面223为折光环的外侧凸起的外凸圆弧面，光线射到这个区域由于入射角较大，即Sinα₁×R大于1，即发生全反射，全反射面223可减少界面的光损耗，其由折光环内孔226的下段内表面所形成，它用于将折射面221所折射的光线反射到透明折光环22外部。如图5所示，在所述折射面221、采光面222、全反射面223所围成的环形区域内形成一个折光区224和一个聚光区225，其中，折光区224位于环状体的上半部，其具有类三棱镜的折光作用。聚光区225位于环状体的下半部，其具有类凸透镜的聚光作用。全反射面223则具有类凸镜的反光作用。图5中，所述采光面222由折射面221的上端向折光环内孔226的孔内延伸，全反射面223则由折射面221的下端向折光环内孔226的孔内延伸，采光面222与全反射面223在靠折光环内孔的下部相交。

如图2所示，所述光源10装在折光环22内侧的空腔内，光源的柔性线路板121的上端与固定环21相接，下端延伸入挡光环23内孔231内。调整透明折光环22的折射面221、采光面222、全反射面223的几何曲率，可在与之相对且共轴的内凹弧面上形成直径可调的光带。在光由空气射入介质条件下，所述曲率按下式调整：

Sinα＝Sinα₁×R，其中，α为入射角，α₁为折射角，R为材料折射率。

该环形发光装置的外围尺寸相对于受光体的优选尺寸比例为1∶30以上，由此可见，本发明的环形发光装置可以很小的体积覆盖大于自身数十倍的受光面积。

图6示出了本发明的贴片发光二极管的发光特性实施例，其中，图6A为等光强线示意图，图6A中，122为贴片发光二极管，L1、L2均为其等光强线。以等光强线L1为例，在受到柔性线路板表面的白色反光材料的反射作用下，等光强线L1发生偏移。图6B中，A1为被柔性线路板表面白色反光材料反射的部分，使等光强线L1发生偏移至等光强线L3。由于光介面的损耗使L1和L 3围成的区域面积A2略小与L2的区域面积。等光强线L 3在受到透明折光环全反射面223的类凸镜反光和聚光区225的类凸透镜聚光的共同作用下发生偏移。图6C中，A3为被透明折光环全反射面223的类凸镜反光和聚光区225的类凸透镜聚光共同作用的部分，使等光强线L3发生偏移至等光强线L4。由于光介面的损耗使L 3和L4围成的区域面积A4略小与A3的区域面积。等光强线L4在受到折光区224的类三棱镜的折光作用下发生偏移。图6D中，A6为被受到折光区224的类三棱镜的折射作用发生偏移的部分，使等光强线L4偏移至等光强线L5，由于光介面的损耗使L4和L5围成的区域面积A5略小与A6的区域面积。等光强线L5在受到聚光区225的类凸透镜的聚光作用发生偏移。图6E中，A7为被受到聚光区225的类三棱镜的折射作用发生偏移的部分，使等光强线L5偏移至等光强线L6，由于光介面的损耗使L5和L6围成的区域面积A8略小与A7的区域面积。图6F中，贴片发光二极管122的等光强线L1在受到环形发光装置综合光作用后偏移至等光强线L6。

图7示出了由贴片发光二极管发光通过环形发光装置综合光作用后得到的等光强线L6在受光体中的示意图。等比例放大等光强线L6可得到等光强线L7，由图示可见等光强线L7基本平行于受光体30的圆弧面31，再通过受光体圆弧面31的漫反射以实现受光体的圆弧面31，弦平面32均匀受光的目的，其中挡光环23起到挡光的作用，避免在弦平面32的中部形成强光区。

图8A、8B、8C分别示出了折光区的类三棱镜的折光示意图，聚光区的类凸透镜的聚光示意图以及全反射区的类凸镜的反光示意图。

图8A中，透明折光环22的材料为透明聚甲基丙烯酸甲酯，其折射率为1.5，根据公式Sinα＝Sinα₁×R，得出光线L8，图中L9为法线，L10为透明折光环折光区224的类三棱镜折射的偏光角。图8B中，透明折光环22的材料折射率为1.5，根据公式Sinα＝Sinα₁×R，得出光线L11，图中L12为法线，L13为透明折光环聚光区225的类凸透镜聚光的偏光角。图8C中，透明折光环22的材料折射率为1.5，根据公式Sinα＝Sinα₁×R，大于1时发生全反射，得出光线L14。图中L15为法线，L16为透明折光环全反射面223的类凸镜反光和聚光区225的类凸透镜聚光共同作用的偏光角。

图3及图9示出了本发明在发光伞上的应用实例。图3中，本发明的环形发光装置100装在位于发光伞30伞面内的管状体(伞柄)33上。图9中，A9为被集中照亮的区域，L17为伞离地面的高度，L18为持伞人站立的位置，L19为地面。由图9可见，光源10发出的光经导光装置20的反射、折射均匀地投射到发光伞30的内凹弧面31上，经由所述内凹弧面的漫反射实现均匀发光，并由所述的内凹弧面的漫反射光与透明折光环22的折射光照亮内凹弧面所对应的弦平面32(即地面)。

当光源为多环光源时，图10所示实施例中为两环，透明折光环为多种几何曲面的结合体。

Claims (10)

1.一种环形发光装置，其特征在于，该装置包括光源(10)和引导来自该光源所发的光的导光装置(20)，所述光源(10)是由至少一个环状发光体或由三个以上点光源(12)形成发光环的环形光源，所述光源(10)设置在导光装置(20)上，光源(10)发出的光经导光装置(20)的反射、折射均匀地投射到一个与之相对且共轴的具有内凹弧面的受光体上，并经由所述内凹弧面的漫反射实现均匀发光。

2.如权利要求1所述的环形发光装置，其特征在于，所述环状发光体为环状霓虹灯管或环状灯管。

3.如权利要求1所述的环形发光装置，其特征在于，由三个以上点光源(12)形成发光环的光源(10)包括柔性线路板(121)和多个贴片发光二极管(122)，其中，柔性线路板(121)形成上大下小的锥形体，其表面涂覆有反光材料，该柔性线路板(121)设于所述透明折光环(22)的内孔(221)内，其上端与固定环(21)相接，下端延伸入挡光环(23)内孔(231)内，所述多个贴片发光二极管(12)沿圆周方向间隔地设置于柔性线路板(121)上。

4.如权利要求3所述的环形发光装置，其特征在于，所述导光装置(20)包括固定环(21)、透明折光环(22)及挡光环(23)，其中，固定环(21)和挡光环(23)分别设于上下两端，透明折光环(22)位于固定环(21)与挡光环(23)之间，所述固定环(21)及挡光环(23)的内径与所装设的管状体的外径相对应，透明折光环(22)的内孔径大于固定环(21)与挡光环(23)的内径，所述固定环(21)、柔性线路板(121)、透明折光环(22)、挡光环(23)依次套设于所述管状体上。

5.如权利要求4所述的环形发光装置，其特征在于，所述透明折光环(22)为透明环状体，其包括一个由弧状的外表面形成的折射面(221)，一个由内孔的上段内表面所形成的弧形采光面(222)，一个由内孔的下段内表面所形成的全反射面(223)，一个由环状体的上半部形成的折光区(224)和一个由环状体的下半部形成的聚光区(225)。

6.如权利要求5所述的环形发光装置，其特征在于，所述折射面(221)为椭圆面，采光面(222)为内凹圆弧面，全反射面(23)为外凸圆弧面。

7.如权利要求6所述的环形发光装置，其特征在于，所述采光面(222)与全反射面(223)分别由折射面(221)的上下两端向内孔的孔内延伸并相交而形成。

8.如权利要求7所述的环形发光装置，其特征在于，调整透明折光环(22)的折射面(221)、采光面(222)、全反射面(223)的几何曲率，可在与之相对且共轴的内凹弧面上形成直径可调的光带，在光由空气射入介质条件下，所述曲率按下式调整：

Sinα＝Sinα₁×R，其中，α为入射角，α₁为折射角，R为材料折射率。

9.如权利要求1至8中任一条所述的环形发光装置，其特征在于，该环形发光装置所发的光在所述的内凹弧面的漫反射光与透明折光环(22)的折射光照亮内凹弧面所对应的弦平面。

10.如权利要求1至8中任一条所述的环形发光装置，其特征在于，该环形发光装置的外围尺寸相对于受光体的尺寸比例为1∶20～80。

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