CN102356270B - 照明单元和用于道路和/或街道照明的照明器 - Google Patents

Abstract

照明单元(10)，用在照明器(1)，特别是用于道路和/或街道照明的照明器中，包括多个光源(12)和被布置在所述光源(12)的前面以控制由所述光源(12)发射的光的分布的反射器单元(20)。所述反射器单元(20)包括彼此平行布置的多个反射器元件(22)，其中所述反射器元件(22)中的至少一些包括适于全反射的第一部分(23)和适于部分反射的第二部分(24)。

Description

照明单元和用于道路和/或街道照明的照明器

技术领域

本发明涉及照明单元和被用于道路和/或街道照明的照明器。特别地，本发明指向具有多个光源和被布置在所述光源的前面以控制由所述光源发射的光的分布的反射器单元的照明单元。

背景技术

作为城市区域中用于街道和/或道路照明的照明器的惯例，已知的街道照明照明器被安装在立柱上或墙前部上，具有垂直于待照明的街道或道路的纵向方向被引导的对称的平面。从而，照明器必须将产生的光从对称的平面投向人行道，使得在照明器的左边和右边均匀地照亮街道或道路的一部分。此外，光的一部分还沿对称平面照射，使得还照亮在照明器前面的街道或马路的整个宽度。

当发展用于街道照明的照明器时，必须考虑不同的需求。首先，照明器的快速且有效的安装是期望的。此外，需要高的利用率和效率，同时刺眼的强光的等级须保持尽可能低。如在所有的照明应用中，应该获得好的的可视水平，且对天空发光的贡献应该达到最小。

从现有技术已知用于道路照明照明器的不同方案通常可分为两类。

传统的道路照明照明器通常装备有一个灯和相应的反射器系统，其中该反射器系统被设计为以获得期望的光分布的方式影响光。

此外，已知的道路照明照明器包括多个光发射设备，特别是LED。在此情况下，LED以非常特定的图案被布置，其中每个LED将其光发射至特定方向。在两种情况下，已知的照明器在道路的一侧或两侧上被规则地隔开。

上面提到的传统的照明器在大多数情况下包括高压钠灯或金属卤化物灯，对于它们燃烧器发射的光由反射器控制以获得期望的街道照明。通过改变光相对于反射器的位置将光分布调整至不同的期望的照明配置(即照明器之间的特定距离或道路的特定宽度)是已知的。然而，能以这种方式被调整的光分布的范围是有限的，且这种传统的照明器的利用率还被限制在0.45至0.5之间的值。为了获得这些照明器的光分布特性的显著改变，必须改变反射器或使用影响发射的光的另外的光学元件。

关于其中照明器基于多个发光设备的第二主要种类，已经提出不同方法。根据第一方案，具有不同倾斜度和朝向的若干光源被提供以获得适于道路照明的组合光分布。然而，该方法趋向于增加系统的复杂性并且难以获得对刺眼强光的限制。在另外的方法中，所有的光源被布置在相同的平坦表面上且照明器的照明头倾斜相对较大的角度(大约20°到30°)以便获得期望的对称的光分布以同样照亮道路的相对侧。最终，能够将光源布置在接近水平(0°到15°)的相同的平坦表面上，并能够通过将微反射器或其它光学元件增加到每个光源而获得期望的横向对称的光分布。

然而，从现有技术已知的所有的方案存在这样的缺点：非常复杂且难于调整照明器的光分布特性。仅能通过改变光源的布置或使用多个不同的光学元件来获得光分布的显著改变。

发明内容

因此，需要允许以快速且有效的方式调整用于街道和/或道路照明的照明器的光分布特性的新的方案。

该目的通过具有独立权利要求1的特征的用于在照明器中使用的照明单元实现。本发明的优选实施例和进一步发展为从属权利要求的主题内容。

本发明基于提供一种用于以期望的方式引导由多个光源发射的光的新的光学系统的想法。特别地，该新的光学系统包括被布置在所述光源前面并包含彼此平行布置的若干反射器元件的反射器单元，其中所述反射器元件中的至少一些包括适于全反射的第一部分和适于部分反射的第二部分。

因此，根据本发明，提供一种照明单元，用于在照明器，特别是用于道路和/或街道照明的照明器中使用，所述照明单元具有多个光源和被布置在所述光源的前面以控制由所述光源发射的光的分布的反射器单元，其中所述反射器单元包括彼此平行布置的多个反射器元件，并且其中所述反射器元件中的至少一些包括适于全反射的第一部分和适于部分反射的第二部分。

在下文中将显示，反射器元件的特定布置和结构允许以非常有效的方式控制光分布。在不需要重新布置光源或使用另外的光学元件的情况下，照明器的总体光分布由此能容易地调整，以便对应于照明器关于道路及关于道路尺寸的布置。特别地，本发明允许以获得横向对称的光分布的方式影响光发射，其中由照明器发射的大部分光被引向道路且光的另外的较小部分被用于照亮在道路两侧的人行道。

如上所述，将在下面更详细讨论的特定反射器元件包括用于全反射的第一部分和用于部分反射的第二部分。根据本发明的优选实施例，当沿光源发射方向观察时，所述反射器元件的所述第一部分位于比所述反射器元件的所述第二部分更接近所述光源处。此外，反射器元件的所述第二部分能相对于所述第一部分被倾斜。通过选择所述反射器元件的所述第一部分与所述第二部分之间的特定角度，能以非常有效的方式控制光的发射。此外，本发明的反射器元件的结构允许将所述元件与所述光源一起布置在一平的或大致平的安装表面上。以这种方式，能够获得非常紧凑的照明单元，其能被容纳在相对小的外壳中，其中光仍然被发射以有效地照亮道路或街道。

根据本发明的一优选实施例，所述光源被布置为平行的排，其中单独的一排光源位于两个相邻的反射器元件之间。优选地，LED被用作光源。

本发明特别有利的是，本发明的照明单元允许光源和反射器单元的紧凑布置，其中仍然能获得期望的光分布。如果本发明的照明单元在用于道路和/或街道照明中使用，则不需要使用具有特定或放大的外壳以便容纳本发明的照明单元的照明头。此外，本发明允许照明器的照明头水平地延伸或相对于水平表面仅成0与15度之间的一小的锐角延伸。

因此，本发明提供允许产生具有高效率的街道照明的新方案，其中取决于实际情况的光分布的改变能被容易地执行。

附图说明

下文中，参照附图更详细地解释本发明。在这些附图中：

图1示意性显示用于街道照明照明器的期望的横向光分布；

图2显示根据本发明的街道照明照明器的一实施例的上部；

图3显示图2的照明器的照明头的底部视图；

图4显示本发明的照明单元容纳在其中的照明头的放大视图；

图5显示本发明的照明单元的第一实施例，其中照明单元的不同元件彼此分离；

图6显示组装的照明单元；

图7显示本发明的照明单元的剖视图；

图8显示在照明单元中使用的反射器元件的细节图；和

图9至图11显示能在本发明的照明单元中使用的反射器元件的不同实施例。

具体实施方式

在更详细讨论本发明的照明器之前，将参照图1对街道照明的问题进行简要说明。该图以侧视图显示一种情况，其中街道照明照明器100位于道路110旁边，其中人行道115位于道路110的两侧。从街道照明照明器100的照明头101发射的光应该以大部分光被引导至道路110本身的方式被引导。因此，期望首先获得照亮道路110的高亮度的第一光二面角部分(light dihedral)A。然而，道路110两侧的人行道115不应该完全黑暗，因此还需要两个另外的较小的低亮度二面角部分B和C。因此，照明器100的照明头101必须具有特定的光发射特性，该特定的光发射特性特别地导致沿C90-C270平面，即沿横向方向的对称的光分布。

从图1明显看出，街道照明照明器100的特定光分布仅适于用于特定的照明配置。如果照明器100相对于道路110的位置改变，则光分布特性必须因此调整，以便确保道路110仍以合适的方式被照亮。如果照明器100的立柱102的高度被修改或者道路110或人行道115的宽度改变，则产生相同问题。本发明现在提供一种方案，其允许容易且高效地调整街道照明照明器的光分布以确保街道在每种情况下以有效的方式被照亮。下文将对本发明的方案进行解释。

首先，图2和图3显示根据本发明的街道照明照明器的一实施例，所述照明器大致由1表示。图中显示的照明器1包括布置在部分显示的立柱3的上端部上的照明头2。在图中所示的实施例中，照明头2具有容纳本发明的照明单元的圆形外壳4，后文将详细解释本发明的照明单元。壳体4的底部开口由透明的盖覆盖，例如由玻璃板5或其他透明材料板覆盖。同样还能使用其它形状的照明头2，本发明不限于所示形状。此外，能够将照明头2直接安装到墙上。

从图4的放大视图中可以更清楚地看出，本发明的照明单元10被容纳在照明头2的外壳4内。当然，根据照明头2的尺寸和形状，还可以在一个照明头2内布置多个照明单元10。在图5和图6中更详细地显示照明单元10的结构，其中图5显示其元件彼此分离的照明单元10且其中图6显示最终组装的照明单元10。

与传统的街道照明照明器相比，本发明的照明单元10的第一特定特征为不再使用单个的光源。而是，新的照明单元10的光源包括LED形式的若干单独的光源。在这种情况下，使用总数量为8个的印刷电路板(PCB)11，每个印刷电路板(PCB)11承载六个LED12并彼此平行地被安装在支持热量分散的冷却元件15的前表面16上。此外，冷却元件15还容纳LED的电气插头(electricalcontact)和热力接点(thermal contact)。当然，电路板11的数量和布置在其上的LED的数量能够调整以获得期望尺寸的照明单元。优选地，从照明单元10应发射白光，该白光通过由连接发光二极管引起的蓝光激发的磷光体(phosphor)获得。采用这种方式，因此产生的LED矩阵提供平面的二维光源。

由LED12发射的光现在必须以获得图1中示意性显示的期望的光分布的方式被影响。为了获得这种光分布，特定的反射器单元20被使用，从图6中能获悉，该反射器单元20被布置在LED12的前面。该反射器单元20为本发明的照明单元10的实质部件(essential component)，因为它允许以期望方式引导LED12发射的光。此外，沿横向方向的光分布能容易地调整以便对应新的照明配置。反射器单元20包括彼此平行布置且通过两个侧部部件保持在一起的若干细长的反射器元件22。这些侧部部件再次优选是反射性的以提高照明单元10的效率，即，没有光丧失。可替换地，侧部部件32还能被赋予或被涂成黑色以分别反射或吸收以大于70°发射的光，以便更好控制刺眼的强光。

反射器单元20的反射器元件22的特征为：反射器元件22中的至少一些、优选几乎所有反射器元件22被分成具有不同反射系数特性的两部分。特别地且如图7和图8中所示，反射器元件22包括适于全反射的第一部分23和适于部分反射的第二部分24。所述两个部分23和24组合形成带状反射器元件22，该反射器元件22被轻微弯折一锐角α，如图7中所示的，其中角α在0°与45°之间的范围内。

图7进一步显示由被布置在两个相邻的反射器元件20之间的LED12发射的光由于两个反射器元件22的不同部分而以非常特殊的方式被影响。特别地，全反射光的第一部分23限定由LED12发射的光被引导的全部区域。然而，由于部分反射部分24，全部区域被分成包括主二面角部分I和两个侧二面角部分II和III的三个二面角部分，与主二面角部分I的亮度相比，两个侧二面角部分II和III具有较低亮度的光。

虽然图7仅概略地显示了反射器元件22的功能，但是射线追踪和试验结果已经显示反射器单元20实际能够沿横向方向提供期望的对称光分布。因此，如果第一部分的高度h1、第二部分24的高度h2、第二部分24的反射系数的等级以及弯折角度α被以合适的方式选择，则可以获得完美地满足特定道路照明配置的要求的光分布，其中光的主要部分照亮道路且其中两个另外的光二面角部分照亮人行道。在这种情况下，反射器元件22平行于道路的轴线布置。必须提到的是，不仅能选择光二面角部分的几何尺寸，还能选择其亮度。因此，还能控制用于照亮人行道的光的量。明显地，上面提及的四个参数(全反射部分的高度、部分反射部分的高度、第二部分的反射系数和弯折角度)能被容易地影响，并且因此本发明的照明单元10的光分布能以快速、优雅且有效的方式被调整。此外，还能通过改变两个连续排的反射器元件之间的间距或通过改变它们相对于LED源的位置而获得光分布的改变。

由于与被照亮的街道的宽度相比，街道照明照明器1的照明头2的尺寸较小，因此每个LED的光以同样的方式被影响在大多数情况下是足够的。因此，所有的反射器元件22可以被相同地设计，且成排的LED12和反射器元件22被交替布置使得一排LED12总是位于两个相邻的反射器元件22之间。在本情况下，八个PCB被使用，因此反射器单元包括九个反射器元件。

在该基本构造的进一步发展中，反射器元件22根据它们在照明头2内的位置被单独调整。在这种情况下，光分布能进一步改进，因为所有LED12的光能够以更好地组合到期望的总体光分布的方式被影响。此外，能够在照明单元20的端部部分处使用这种反射器元件，该反射元件为完全全反射的且不包括部分反射部分，以便中途阻止无用的光。

最终，在两个反射器元件22被用于单独引导单排LED12的光的情况下，能获得更精确的光方向。在这种情况下，形成包括两个反射器元件22和放置在该两个反射器元件22之间的一排LED12的组，并且仅在反射器元件22之间的每个第二排由此被LED覆盖。在这种情况下，反射器元件22再次根据它们在照明头2内的位置被单独调整。

本发明的特定优点还在于照明器的整个平坦的光发射表面能通过如图4中所示将若干照明单元10组合而增加。虽然所有的单元可以是相同的，但还是能够组合具有不同特性，即不同的光分布和/或不同颜色，的照明单元，以进一步提高光的质量。

图9至图11最终显示能在本发明的反射器单元10中使用的反射器元件22的三个不同实施例。

在图9和图10中所示的实施例中，仅部分的第二部分24通过在反射器元件22中切割槽或其它切除部分25或开口获得，例如通过激光切割和/或冲压来获得梳状反射器。通过选择槽25之间的特定尺寸和/或距离，该部分24的反射度能增加或降低。此外，这种反射器元件22能容易地由金属条制造。

在图11中所示的可替换的实施例中，还能通过使用用于被整体和部分反射涂层覆盖的反射器元件的透明芯部材料而获得部分反射部分24。在这种情况下，获得具有封闭表面26的反射器元件，其同样包括具有不同反射性的两个部分。

因此，反射器单元的特定结构允许以期望的方式沿横向方向引导由LED发射的光。此外，获得能容易地容纳在具有小外壳的照明头中的非常紧凑的照明单元。

Claims (16)

1.照明单元（10），用在照明器（1）中，所述照明单元（10）具有多个光源（12）和被布置在所述光源（12）的前面以控制由所述光源（12）发射的光的分布的反射器单元（20），所述反射器单元（20）包括彼此平行布置的多个反射器元件（22），其特征在于：

其中所述反射器元件（22）中的至少一些包括适于全反射的第一部分（23）和适于部分反射的第二部分（24），其中，沿光射出方向观察，所述反射器元件（22）的所述第一部分（23）位于比所述反射器元件（22）的所述第二部分（24）更接近所述光源（12）处。

2.根据权利要求1所述的照明单元，所述照明器（1）是用于道路和/或街道照明的照明器。

3.根据权利要求1所述的照明单元，其中所述反射器元件（22）与所述光源（12）一起被布置在一平的或大致平的安装表面（16）上。

4.根据权利要求3所述的照明单元，其中所述安装表面（16）由冷却元件（15）的表面提供。

5.根据前述权利要求1至4之一所述的照明单元，其中所述光源（12）被布置为平行的排，一排光源（12）位于两个相邻的反射器元件（22）之间。

6.根据权利要求5所述的照明单元，其中成排的所述光源（12）和所述反射器元件（22）以交替方式被布置。

7.根据权利要求5所述的照明单元，其中包括两个反射器元件（22）和放置在所述反射器元件（22）之间的一排光源（12）的组被形成。

8.根据前述权利要求1至4之一所述的照明单元，其中所述光源为LED（12）。

9.根据前述权利要求1至4之一所述的照明单元，其中至少对于所述反射器元件（22）中的一些，所述第二部分（24）相对于所述第一部分（23）倾斜。

10.根据前述权利要求1至4之一所述的照明单元，其中所述反射器元件（22）的所述第二部分（24）包括部分反射涂层。

11.根据权利要求1至4之一所述的照明单元，其中所述反射器元件（22）的所述第二部分（24）包括切除部分或开口。

12.根据权利要求11所述的照明单元，其中所述切除部分是槽（25）。

13.用于道路和/或街道照明的照明器（1），所述照明器（1）包括具有外壳（4）的照明头（2），根据前述权利要求之一的至少一个照明单元（10）被容纳在所述外壳（4）中。

14.根据权利要求13所述的照明器，其中所述照明头（2）相对于水平表面成0至15度之间的锐角延伸。

15.根据权利要求13或14所述的照明器，其中若干照明单元（10）被容纳在所述照明头（2）中，所述照明单元（10）是相同的。

16.根据权利要求13或14所述的照明器，其中若干照明单元（10）被容纳在所述照明头（2）中，所述照明单元（10）在光分布和/或光颜色方面彼此不同。

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