CN101963318A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置，其包括一个光源，一个电力储存装置，一个太阳能电池及一个透光封装体。该光源包括至少一个发光二极管及一个与该至少一个发光二极管光学耦合的光学元件，该光学元件用于使该至少一个发光二极管发出的光线偏折向该光源的侧向并沿路面的延伸方向出射，且经由该光学元件出射的光线与路面的夹角在路面两侧非对称分布。该电力储存装置与该至少一个发光二极管电性连接。该太阳能电池与该电力储存装置电性连接，用于将太阳光直接转化为电能并将电能储存在该电力储存装置中。该光源及该太阳能电池包覆在该透光封装体中。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置，尤其涉及一种具有防眩光功能的照明装置。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域，具体可参见Joseph Bielecki等人在文献2007IEEE，23rd IEEE SEMI-THERM Symposium中的ThermalConsiderations for LED Components in an Automotive Lamp一文。
眩光(glare)作为一种光害，一般包括直接眩光和间接眩光。直接眩光是指来自视场中高亮度或没有充分遮蔽的眩光源/发光物发出的光线直接对眼睛造成的刺激，眩光源发光物处于被观察物的同一方向或邻近方向。间接眩光是指眩光源处于非观察方向产生的眩光，通常由高度光滑的表面的反射光引起。如图1所示，当光源101位于人眼102上方时，自人眼102所在垂直面103偏转45度至85度之间的范围内，光源101会对人眼102造成直接眩光。
现有的路灯照明装置普遍会对驾驶者的眼睛造成直接眩光。如图2所示，路灯201发出的光线以其自身为中心向路面进行投射，现有技术中可以实现路灯201在车辆行驶的X方向上的辐射范围大于与X方向垂直的Y方向的辐射范围，以有效地提高路灯201的光利用率。然而，路灯201在X方向上形成的辐射范围是以路灯201为中心对称分布的，即路灯201在X方向上向其两侧的辐射角θ1与θ2相等，通常θ1＝θ2＝75度，这会对人眼产生直接眩光，在此，辐射角也可称为半峰边角(half-peak side angle)，是指以垂直路面为中心向左右两侧量测最大光强度的一半所得的角度，也就是光源所发出的发光强度为平面上最大发光强度的50％的光线与垂直线的夹角。在此，可参见图3所示路灯201的配光曲线，图中A点对应光线的光强度为该路灯201在0度到90度中最大光强度的50％，B点对应光线的光强度为该路灯201在0度到90度中的最大光强度，路灯201的辐射角θ约等于70度。由此可见，现有的路灯照明装置还是会对驾驶者的眼睛造成直接眩光。
所以，有必要提供一种具有防眩光功能的照明装置。
发明内容
下面将以实施例说明一种具有防眩光功能的照明装置。
一种照明装置其包括一个光源该光源包括至少一个发光二极管以及一个光学元件，该发光元件发出的光线经过该光学元件偏折向该光源的两侧并沿路面的延伸方向出射，且经由该光学元件出射的光线在该光源的两侧分布具有非对称的形式；一个电力储存装置，其与该至少一个发光元件电性连接；一个太阳能电池，其与该电力储存装置电性连接，用于将太阳光直接转化为电能并将电能储存在该电力储存装置中；一个透光封装体，该光源及该太阳能电池包覆在该透光封装体中。
相对于现有技术，所述照明装置发出的光线沿路面延伸方向的光分布具有不对称性，从而不会对车辆中的驾驶员造成直接眩光的影象。同时，包覆在透光封装体中的太阳能电池将太阳光直接转化为电能并将电能储存在该电力储存装置中，从而利于夜间电力储存装置提供电力给发光元件以作为路面照明之用，使得该路面照明装置具有节能环保之功效。
附图说明
图1是现有技术中产生眩光的原理示意图。
图2是一种现有路灯对路面进行照射的状态示意图。
图3是一种现有路灯的配光曲线图。
图4是本发明第一实施例提供的具有第一种光学元件照明装置的剖面示意图。
图5是图4中照明装置的配光曲线图。
图6是图4中照明装置的配光曲线图。
图7是本发明第一实施例提供的照明装置中第二种光学元件的剖面示意图。
图8是本发明第一实施例提供的照明装置中第三种光学元件的剖面示意图。
图9是本发明第二实施例提供的具有第一种光源的照明装置的剖面示意图。
图10是图9中光学元件的示意图。
图11是图9中光学元件的示意图。
图12是本发明第二实施例提供的照明装置中第二种光源的剖面示意图。
图13是本发明第二实施例提供的照明装置中第三种光源的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图4，本发明第一实施例提供的照明装置100，其用于对路面11进行照明，其中，路面的延伸方向为X，该照明装置100包括一个光源12，一个电力储存装置13，一个太阳能电池14，一个透光封装体15。
光源12包括一个发光元件121及一个光学元件122。
发光元件121可为发光二极管，发光二极管芯片或其他发光体。该发光元件121可为一个，也可为多个。
光学元件122与发光元件121光学耦合，即发光元件121发出的光线直接进入光学元件122，并经由光学元件122的光学作用射出。在本实施例中，光源12设置在路面11上，发光元件121发出的光线向上射出至光学元件122中，光学元件122用于使发光元件121发出的光线偏折向该光源12的侧向并沿路面11的延伸方向X出射。
光学元件122具有一纵轴1220，该光学元件122具有一个垂直于路面11的延伸方向X的纵轴1220路面11的延伸方向分为+X方向和-X方向。光学元件122包括漏斗状(funnel-shaped)顶面1221、1222及垂直侧壁1223、1224。发光元件121设置在光学元件122底部的几何中心处，与顶面1221、1222相对。顶面1221、1222为一个二次曲面，在本实施例中，该光学元件122顶面1221、1222为一抛物线面，顶面1221的斜率小于顶面1222的斜率，顶面1221、1222的内表面为反射面，垂直侧壁1224相对于路面11的高度高于垂直侧壁1223相对于路面11的高度。
电力储存装置13，例如电池，与发光元件121电性连接。电力储存装置13用于储存电能，并给发光元件121提供电能。
透光封装体15设置在路面11上，并且光源12和太阳能电池14包覆在透光封装体15中。在本实施例中，透光封装体15具有截顶圆锥的轮廓，其具有一顶面151及环绕该顶面151的侧面152，该光源12位于透光封装体15的底部，而太阳能电池14与该光源12相对地设置在透光封装体15的顶部且邻近于顶面151，这样有利于太阳能电池14直接吸收太阳光，提高了太阳能电池14的吸收效率。
在本实施例中，发光元件121发出的光线主要射向顶面1221，并且在顶面1221处发生全反射后经由垂直侧壁1223射向透明封装体15的侧面152，并在侧面152处发生折射后射向路面11，并且射向路面11的光线与路面11的-X方向之间的夹角为θ1。发光元件121发出的光线主要射向顶面1222，并且在顶面1222处发生全反射后经由垂直侧壁1224射向透明封装体15的侧面152，在侧面152处发生折射后射向路面11，射向路面11的光线与路面11的+X方向之间的夹角为θ2。由于光学元件122的垂直侧壁1224相对于路面11的高度高于垂直侧壁1223的，因此，该发光元件121发出的光线经光学元件122及透光封装体15出射后沿着路面11在光源12的两侧的光场分布是不对称的，即θ1＜θ2。所以，该照明装置100发出的强光，在来车方向(-X方向)不会直接射向车辆中的驾驶员的眼睛，主要射向路面，而在去车方向(+X方向)，对于车辆中的驾驶员来说能够进一步看清楚前方路面。
在本实施例中，θ1、θ2在一预定的范围内，例如，-15度＜θ1＜+15度、-30度＜θ2＜+30度，其中，经由发光元件121的顶面1221反射的光线形成的配光曲线可参见图5，而经由发光元件121的顶面1222反射的光线形成的配光曲线可参见图6。优选地，-10度＜θ1＜+10度、-20度＜θ2＜+20度。在此，夹角θ1、θ2是指经由该光学元件122出射的发光强度为平面上最大发光强度的50％的光线与路面11的夹角。
可以理解的是，光源12所包括的光学元件的结构并不限于此，还可以采用其它设计只要光学元件在结构上不对称，以使得光源12发出的光线与路面11之间的夹角θ在一预定范围内且在路面两侧的光线分布是非对称的，以下将举例说明几种具有不同光学元件的光源。
请参阅图7，一种光源32，其包括一发光元件321，一个与发光元件321光学耦合的光学元件322。该光学元件322具有一个垂直于路面11的延伸方向X的纵轴3220，路面11的延伸方向分为+X方向和-X方向。光学元件322包括漏斗状(funnel-shaped)第一顶面3221、第二顶面3222，第一侧面3223及与第一侧面3223相对的第二侧面3224。发光元件321设置在光学元件322底部的几何中心处，与第一顶面3221及第二顶面3222相对。第一顶面3221及第二顶面3222为一个具有多个不同斜率平面的曲面，在本实施例中，第一顶面3221、第二顶面3222的斜率由内向外依次变小。第一侧面3223及第二侧面3224为一平滑曲面，第一侧面3223相对于路面11的高度小于第二侧面3224的。从发光元件321发出的光线主要射向第一顶面3221及第二顶面3222，在第一顶面3221、第二顶面3222发生全反射并以与纵轴3220几乎成90度角射出。从发光元件321发出的光线直接射向第一侧面3223及第二侧面3224的光线也会以与纵轴3220几乎成90度角射出。经由该光学元件322的第一侧面3223出射的光线中大部分平行于路面11的延伸方向+X，少部分会偏离路面11的延伸方向+X些许角度，在此，经由该光学元件322出射的光线与路面11之间的夹角为θ1。经由该光学元件322的第二侧面3224出射的光线中大部分平行于路面11的延伸方向-X，少部分会偏离路面11的延伸方向-X些许角度，在此，经由该光学元件322出射的光线与路面11之间的夹角为θ2。
由于，光学元件322的第一侧面3223相对于路面11的高度小于第二侧面3224的，因此，该发光元件321发出的光线经光学元件322及透光封装体15出射后沿着路面11在光源32的两侧的光场分布不对称的，发光元件321发出的光线经由光学元件322出射后的光线与路面的夹角θ1＜θ2，且θ1、θ2在一预定的范围内，例如：-10度＜θ1＜+10度、20度＜θ2＜+20度。在此，夹角θ1、θ2是指经由该光学元件322出射的发光强度为平面上最大发光强度的50％的光线与路面11的夹角。另外，光学元件322的第一顶面3221上还可设置一反射层3225，在第二顶面3222上可设置一反射层3226以进一步提高反射效率。
参阅图8，一种光源42，其包括一发光元件421，一个与发光元件421光学耦合的光学元件422。光学元件422具有一垂直于路面的延伸方向X的纵轴4220，路面11的延伸方向分为+X方向和-X方向。光学元件422包括一底部4221及顶部4222。该底部4221中央位置具有一用于收容该发光二极管421的凹陷4223。该底部4221的外表面4224为一平滑曲面。该顶部4222包括漏斗状圆锥形顶面4225、4226及垂直侧壁4227、垂直侧壁4228，顶面4225、4226的内表面为反射面。从发光二极管421发出的光线经由凹陷4223的底面与侧面进入光学元件422中，进入底部4221的光线中的大部分会以与纵轴4220几乎成90度角经由外表面4224射出，而被外表面4224反射的光线会进入顶部4222或被再次反射而经由外表面4224射出。进入顶部4222的光线在顶面4225、4226发生全反射并以与纵轴4220几乎成90度角经由垂直侧壁4227、4228射出。所以，经由该光学元件422出射的光线中大部分平行于路面11的延伸方向+X或-X，少部分会偏离路面11的延伸方向些许角度，经由该光学元件422出射的光线与路面11的延伸方向-X方向之间的夹角为θ1，与路面11的延伸方向+X方向之间的夹角为θ2。
由于，光学元件422的垂直侧壁4227相对于路面11的高度小于垂直侧壁4228的高度，因此，该发光元件421发出的光线经光学元件422及透光封装体15出射后沿着路面11在光源42的两侧的光场分布不对称的，所以发光元件421发出的光线经由光学元件422出射后的光线与路面的夹角θ1＜θ2，且θ1、θ2在一预定的范围内，例如：-10度＜θ1＜+10度、20度＜θ2＜+20度。在此，夹角θ1、θ2是指经由该光学元件422出射的发光强度为平面上最大发光强度的50％的光线与路面11的夹角。
请参阅图9，本发明第二实施例提供第一种光源的照明装置200，其用于对路面11进行照明，其中，路面的延伸方向为X，该照明装置200与所述的第一实施例照明装置100基本相同，其不同之处在于光源22包括一个圆柱状的基板221及多个发光元件222，两个与发光元件221光学耦合的光学元件223、224，所述光学元件223相对于路面11的高度小于所述光学元件224的。光学元件223、224，多个发光元件222结合于该基板221的圆周侧面上，从而形成一个环状的放射光源使发光元件222产生的光经由光学元件223、224后沿该光源22的侧向方向出射。
请参阅图10、图11，该光学元件223、224具有一个平行于路面11延伸方向X的中心对称轴2220，路面11的延伸方向分为-X、+X。该光学元件223具有一个与发光元件222相对的出光面2231。该出光面2231上具有多个锯齿状微结构2232，当然，该微结构也可为其它形状，如梯形锯齿状凸起等，每个微结构2232包括一个第一平面2232a以及一个连接该第一平面2232a的第二平面2232b。该第一平面2232a与该第二平面2232b所成的角度为锐角β1。该微结构2232可使光均匀分布于出光面2231上以实现光均匀化。该光学元件224具有一个与发光元件222相对的出光面2241。该出光面2241上具有多个锯齿状微结构2242，当然，该微结构也可为其它形状，如梯形锯齿状凸起等，每个微结构2242包括一个第一平面2242a以及一个连接该第一平面2242a的第二平面2242b。该第一平面2242a与该第二平面2242b所成的角度为锐角β2，并且，β2＞β1。该微结构2242可使光均匀分布于出光面2241上以实现光均匀化。
本实施例中，发光元件222发出的光线主要射向光学元件223、224的出光面2231、2241后进入透光封装体25后在照明装置200的侧面252处发生折射后偏向路面11延伸方向+X、-X方向射向路面11，并且与路面11延伸方向+X方向的夹角为θ1，与路面11延伸方向-X方向的夹角为θ2。由于，光学元件223的出光面2231的微结构2232的第一平面2232a与该第二平面2232b所成的角度β1小于光学元件224的出光面2241的微结构2242的第一平面2242a与该第二平面2242b所成的角度β2，所以，光学元件223的出光面2231的微结构2232的第一平面2232a的倾斜度大于光学元件224的出光面2241的微结构2242的第一平面2242a的倾斜度，故，经由光学元件223出射于路面11的光线的汇聚好于经由光学元件224出射于路面11的光线的汇聚，因此，该发光元件222发出的光线经光学元件223及透光封装体25出射后沿着路面11在光源22的两侧的光场分布是不对称的，即θ1＜θ2。所以，照明装置200发出的强光，在来车方向(-X方向)不会直接射向车辆中的驾驶员的眼睛，主要射向路面，而在去车方向(+X方向)，对于车辆中的驾驶员来说能够进一步看清楚前方路面。
在本实施例中，θ1、θ2在一预定的范围内，例如，-10度＜θ1＜+10度、-20度＜θ2＜+20度。在此，夹角θ1、θ2是指经由该光学元件223、224出射的发光强度为平面上最大发光强度的50％的光线与路面11的夹角。
可以理解的是本实施例中的光源结构不限于此，下面举例说明不同于本实施例的光源结构。
请参阅图12，一个光源52，用于对路面11进行照明，其中，路面11的延伸方向为X，其包括一个圆柱状的基板521及至少一个发光元件522，一个与发光元件522光学耦合的光学元件523，该圆柱状的基板521具一个垂直于路面11的中心对称轴5210及第一侧面5211及与第一侧面5211以中心对称轴5210对称的第二侧面5212，该第二侧面5212延伸方向为路面11的+X延伸方向。该至少一个发光元件522，光学元件523结合于该基板521的第二侧面上从而形成一个半环状的放射光源使发光元件522产生的光经由光学元件523沿该光源52侧向方向出射。
该光学元件523具有一个平行于路面11的延伸方向X的中心对称轴5230，路面11的延伸方向分为-X、+X。该光学元件523具有一个与发光元件522相对的出光面5231，该出光面5231上具有多个锯齿状微结构5232，当然，该微结构也可为其它形状，如梯形锯齿状凸起等。该微结构5232可使光均匀分布于出光面5231上且产生光均匀化的效果。发光元件522发出的光线主要射向光学元件523的出光面5231后进入透明封装体25在照明装置200的侧面252处发生折射后偏向路面延伸方向+X方向射向路面，并且与路面延伸方向+X方向的夹角为θ，且θ在一预定的范围内，例如，-20度＜θ＜+20度。在此，夹角θ是指经由该光学元件523出射的发光强度为平面上最大发光强度的50％的光线与路面11的夹角。由于，发光元件522结合于基板521的第二侧面5212上，并且第二侧面5212延伸方向为路面11的+X延伸方向。所以，由光源52的发出的光线经光学元件523出射后只在路面11的+X延伸方向形成光场。
由于经光源52的发出的光线经光学元件523出射后只在路面11的+X延伸方向形成光场，而在路面11的-X延伸方向无光场形成，因此，在来车方向(-X方向)上就不会对车辆中的驾驶员造成直接的眩光影响。
请参阅图13，一个光源62，用于对路面11进行照明，其中，路面11的横向延伸方向为X，纵向延伸方向为Y，其包括一个圆柱状的基板621，至少一个发光元件622，一个光学元件623、一个光学元件624。
该圆柱状的基板621具有一圆周侧面6211，该圆周侧面6211具有一个几何对称中心点O。
发光元件622结合于该基板621的圆周侧面6211上，从而形成一个环状的放射光源。
该光学元件623、624与发光元件622光学耦合并且设置在发光元件622的两侧。该光学元件623、624以该圆柱状基板621的几何对称中心O为对称点设置在该圆柱状基板621的侧面6211上。该光学元件623、624分别具有一个内表面6231、6241，且内表面6231、6241为反射面，该反射面为圆滑的凸曲面，当然，该反射面也可为平面。
发光元件622发出的光线主要射向光学元件623、624，并且在光学元件623、624的内表面6231、6241处发生反射使光线主要朝发光元件622的一侧出射，即发光元件622出射的光线经光学元件623、624后出射向路面11的延伸方向+X、-X方向，并且路面11上的光场分布以圆柱状基板621的几何对称中心O为中心对称点对称分布，即在路面11的水平面XOY内光场的分布面积与在路面11的水平面-XO-Y内光场的分布面积相等，而在路面11的延伸方向-X、+X上光场的分布是不对称的。
因此，图9中所述的照明装置200设置在相对方向的车道之间的分隔标线上时，从该照明装置200发出的光分布在来车方向即在路面11的水平面XOY、-XO-Y内，不会对车辆中的驾驶员产生直接的眩光影响。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种照明装置，其包括：
一个光源，该光源包括至少一个发光元件以及一个光学元件，该发光元件发出的光线经过该光学元件偏折向该光源的两侧并沿路面的延伸方向出射，且经由该光学元件出射的光线在该光源的两侧分布具有非对称的形式；
一个电力储存装置，其与该至少一个发光元件电性连接；
一个太阳能电池，其与该电力储存装置电性连接，用于将太阳光直接转化为电能并将电能储存在该电力储存装置中；
一个透光封装体，该光源及该太阳能电池包覆在该透光封装体中。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，从该光源的一侧出射的光线与路面延伸方向的夹角大于等于20度或小于等于+20度，而从该光源的另一侧出射的光线与路面延伸方向的夹角大于等于10度或小于等于+10度。
3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，从该光源的一侧出射的光线与路面延伸方向的夹角大于等于30度或小于等于+30度，而从该光源的另一侧出射的光线与路面延伸方向的夹角大于等于15度或小于等于+15度。
4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该透光封装体具有截顶圆锥形轮廓，其具有一顶面及一环绕该顶面的侧面，该光源位于该透光封装体的底部，该太阳能电池与该光源相对地设置在该透光封装体的顶部且邻近于该透光封装体的顶面。
5.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该透光封装体具有一圆顶结构，该太阳能电池位于该圆顶结构的底部。
6.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学元件包括漏斗状顶面及两个不同高度的垂直侧壁，该顶面为全反射面，该发光元件设置在该光学元件底部的几何中心处且与该顶面相对。
7.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学元件包括漏斗状顶面及具有两个不同高度的侧面，该顶面为一个具有多个不同斜率平面的曲面，该发光二极管设置在该光学元件底部的几何中心处且与该顶面相对，该顶面用以对入射至其上的光线进行全反射，该侧面为一平滑曲面。
8.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学元件包括一底部及顶部，该底部中央位置具有一用于收容该发光元件的凹陷，该底部的外表面为一平滑曲面，该顶部包括漏斗状圆锥形顶面及两个不同高度的垂直侧壁，该圆锥形顶面为全反射面。
9.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学元件进一步包括一个反射层，且该光学元件具有漏斗状顶面及围绕该顶面的侧壁，该反射层设置在该漏斗状顶面上。
10.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光源进一步包括一个基板，该光源设置在该基板上，该发光元件与该基板电性连接，该光源、该太阳能电池及该基板均包覆在该透光封装体中。
11.如权利要求10所述的照明装置，其特征在于，该光学元件包括一个与发光元件相对的出光面，该出光面上设有多个微结构，该多个微结构可以使光均匀的分布于出光面。
12.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该微结构为锯齿形条状凸起，且每个微结构包括一个第一平面以及一个与第一平面相连接的第二平面，该第一平面与第二平面成锐角。
13.如权利要求10所述的照明装置，其特征在于，光学元件包括一个内表面，该内表面为反射面，该反射面为圆滑的凸曲面，也可为平面，该反射面用于反射光源发出的光线并使其延路面一侧射出。
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