CN102472472A - 照明设备和适合用于这种照明设备的透镜 - Google Patents

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Abstract

照明设备（1）包括光源（2）和位于光源（2）前面的透镜（3,23,33,43,53,63）。透镜（3,23,33,43,53,63）在面向光源（2）的侧上设有光入射表面且在远离光源（2）的侧上设有光出射表面（14,38）。透镜（3,23,33,43,53,63）包括若干带状互连的细长光导元件（4,24,34,54,64），其第一端（7,27,37,57）和间隔开的第二端（5,25,35,55,65）分别包括光入射表面和光出射表面。由光源（2）发射的光束在细长的光导元件（4,24,34,54,64）中通过全内反射而被从第一端（7,27,37,57）传输到间隔开的第二端（5,25,35,55,65）。

Description

照明设备和适合用于这种照明设备的透镜
技术领域
本发明涉及一种包括光源和位于光源前面的透镜的照明设备，该透镜在面向光源的侧上设有光入射表面且在远离光源的侧上设有光出射表面。
本发明还涉及一种透镜。
背景技术
从EP2009345 A2中获知的这种照明设备包括具有布置在外围边缘周围的第一光学折射元件和位于透镜中心的第二光学折射元件。反射器位于诸如发光二极管（LED）之类的光源与透镜之间。LED的光的向前发射的部分直接前往透镜，同时侧向发射的部分在其前往透镜之前被反射器反射。
该已知照明设备的缺点在于，透镜的感知亮度（luminance）与光源的亮度具有相同的量级。在高功率LED的情况下，照明设备将发射强烈且炫目的光。
由于LED的极高亮度的原因，这种具有高功率LED的照明设备用于一般的室内照明是困难的。为了避免观看者直接暴露于LED的高亮度下，可以添加亮度变换器。然而，这样的亮度变换器具有以下缺点：它们导致光学效率降低和照明设备的成本增加。
发明内容
本发明的目的是提供具有简单结构、相对较高的光学效率和用于避免眩光的亮度变换的照明设备。
该目的是利用根据本发明的照明设备实现的，因为透镜包括若干带状互连的细长光导元件，其第一端和间隔开的第二端分别包括光入射表面和光出射表面，并且由光源发射的光束在细长的光导元件中通过全内反射而被从第一端传输到间隔开的第二端。
由于带状细长的光导元件和间隔开的第二端的原因，获得具有开放结构的透镜。由于带状细长光导元件的原因，在第一方向上从第一端到第二端的长度与在垂直于第一方向的第二方向上细长光导元件的长度处于相同的量级或比其小得多。该开放结构提供与光入射表面相比相对较大的光出射表面。光源的视亮度（brightness）在相对较大的光出射表面上分布，由此观察到的视亮度强烈减少。来自光源的光束通过全内反射而被传输，由此获得透镜的高光学效率。具有这种透镜的照明设备适用于广泛的室内和室外应用。
根据本发明的照明设备的实施例的特征在于细长光导元件的至少带状第二端相互平行地延伸。
以此方式，光出射表面将具有矩形形状，由此由照明设备发射的光可能看起来类似于由细长的荧光管发射的光。
优选地，细长的光导元件相互平行地从第一端向第二端延伸，这使得借助于挤压（extrusion）制造透镜成为可能，从而可以实现在垂直于第一方向的第二方向上从第一端到第二端的相对较大的长度。
具有这种透镜的设备适合作为用于商店照明的光线或用于公共汽车、火车或飞机的光线或隧道照明。这种透镜也适合用于防水照明器，因为只有一个或多个LED所在的小入射区域连同两侧端部必须是防水的。
根据本发明的照明设备的另一个实施例的特征在于至少细长光导元件的第二端是相对于彼此同心地定位的环形带。
以此方式，光出射表面将具有圆柱形形状，由此由照明设备发射的光可以看起来类似于由白炽灯泡发射的光。
优选地，细长光导元件从第一端到第二端是环形的，使得每个细长光导元件是杯状的。
具有这种透镜的设备适合用于居家照明或作为用于办公室照明或商店照明的向下照射的灯（downlighter）。
根据本发明的照明设备的又一个实施例的特征在于细长光导元件的至少一部分至少在第一端和/或第二端附近相互连接。
因此，可以获得连续的光入射表面和/或出射表面，假设透镜具有平滑的外观。细长光导元件互连的区域优选地尽可能小以防止细长光导元件中全内反射的干扰。
根据本发明的照明设备的另一个实施例的特征在于透镜的光出射表面的面积是光源的发光面积的至少100倍且优选地是至少10000倍。
由于光出射表面相对于光源的发光表面的增大，获得感知亮度的减少。根据期望的亮度，选择光入射表面与发光表面之间的比率以及细长光导元件的数量和形状。
根据本发明的照明设备的另一个实施例的特征在于细长光导元件的第一端的表面基本上垂直于指向所述细长光导元件的光源的光束延伸。
由光源朝向细长光导元件发射的所有光将进入细长光导元件，使得光学效率将是最优的。
根据本发明的照明设备的又一个实施例的特征在于光出射表面具有倾斜的、凸的或凹的形状。
光出射表面的形状进一步改进了由照明设备发射的光、其视觉外观，并且在大的程度上确定了从照明设备出现的波束图。这对于束控制是重要的应用而言是特别有益的，例如在汽车头灯系统中，例如用于生成暗光束。
根据本发明的照明设备的另一个实施例的特征在于透镜由丙烯、聚碳酸酯或其他透明材料制成。
根据这样的材料，可以容易生产相对廉价的透镜。
根据本发明的照明设备的另一个实施例的特征在于透镜通过注射模塑或挤压来制成。
这种制造过程相对容易。在注射模塑的情况下，透镜可以由一些部件装配出来以避免拔模角问题。
附图说明
将参照附图更详细地解释本发明，在附图中：
图1A和1B分别是根据本发明的照明设备的第一实施例的截面视图和透视顶视图，
图2是如图1中所示的照明设备的透镜的截面视图，其中光束由光源发射并且被透镜的细长光导元件内部反射，
图3是根据本发明的照明设备的第二实施例的透视图，
图4A是根据本发明的照明设备的第三实施例的截面，
图4B-4D是细长光导元件的第二端的不同实施例，
图5是如图4A中所示的照明设备的第三实施例的透视底视图，
图6是根据本发明的照明设备的第四实施例的截面，
图7是根据本发明的照明设备的第五实施例的截面，
图8是根据本发明的照明设备的第六实施例的截面。
具体实施方式
在附图中，同样的部分由相同的附图标记来指示。
图1A、1B和2示出根据本发明的照明设备1的第一实施例。照明设备1包括作为光源的高功率LED 2和透镜3。透镜3包括若干细长光导元件4，它们在间隔开的第二端5附近借助于板6互连。细长光导元件的第一端7位于LED 2附近。第一端7被间隔开，使得第一端7之间的距离比板6处的第二端5之间的距离小得多。细长光导元件4是杯状的，使得第一端7和第二端5形成环形带。细长光导元件4的第一端7中的每一个设有光接收表面8。所有细长光导元件4的光接收表面8形成透镜3的光入射表面。光接收表面8以一定方式相对于彼此定位，使得LED 2的所有光束将进入光接收表面8之一并且没有光束将进入细长光导元件4之间的开口9。优选地，每个光接收表面8基本垂直于进入所述光接收表面8的光束延伸。这两个位于中心的细长光导元件4利用它们的第二端7彼此连接，然而就在第一端7之外，细长光导元件4被间隔开。在细长光导元件4之间，存在开口9，其在远离LED 2的方向上变得更宽。带状细长光导元件4在从LED 2朝向板6的方向上和在圆周方向上相对较长。细长光导元件4是弯曲的且被形成尺寸使得进入光接收表面8的光束10、11在细长光导元件4内侧被细长光导元件4的内和外表面12、13完全反射，直到光束10、11到达细长光导元件4的第二端5并且通过板6的光出射表面14离开第二端5。
由于细长光导元件4、其弯曲的形状和细长光导元件4之间的开口9的原因，互连细长光导元件4的第二端5的板6的光出射表面14比由细长光导元件4的光接收表面8形成的光入射表面大得多。优选地，光出射表面14的大小是LED 2的发光表面2’的至少100倍且更优选地是至少10000倍。LED 2的发光表面2’是例如1x1mm到3x3mm，并且亮度是例如107cd/m2。优选地，所感知的亮度大约为104cd/m2到5x104cd/m2。因此，透镜的光出射表面应当优选地大约为5x10-4m2到10-2m2。细长光导元件4的数量优选地是至少3且至多50。LED 2的亮度被强烈分割（fragment）并且低得多的亮度被观看者感知到。然而，由于全内反射的原因，透镜3的光学效率高并且几乎没有光丢失。
透镜3由丙烯、聚碳酸酯或其他透明材料制成并且优选地通过注射模塑制成。它可以由一些部件制出，以克服在注射模塑过程期间的拔模角问题。
图3示出根据本发明的照明设备的透镜23的第二实施例。透镜23具有与透镜3和如图1中所示的类似的截面。然而，取代圆形形状，透镜23具有更加矩形的形状。透镜23包括若干相互平行延伸的带状细长光导元件24。细长光导元件24在第二端5附近借助于矩形板26互连。细长光导元件24的第一端27位于通道31附近，若干LED 2可以以行或阵列而置于通道31内。第一端27被间隔开，第一端27之间的距离比第二端25之间的距离小得多，即在第二端进入板26的位置处。细长光导元件24的第一端27中的每一个设有光接收表面28，所有细长光导元件24的光接收表面28因此形成透镜23的光入射表面。光接收表面28以一定方式相对于彼此定位，使得LED 2的所有光束将进入光接收表面28之一并且没有光束将进入细长光导元件24之间的开口29。
通道31中的LED的行的光束将以如图2中所示的方式由通过细长光导元件24的全内反射引导。透镜23可以借助于挤压来制成，使得可以获得在挤压方向上例如1米的相对较长的透镜。这种透镜可以用于例如公共汽车、火车、飞机或停车库的照明设备。
LED 2的行或阵列的总发光表面是所有LED 2的发光表面2’的和。优选地，在板26处的透镜23的光出射表面的大小是LED 2的总发光表面的至少100倍且更优选地是至少10000倍。
透镜的其他形状可以通过研磨透镜23的外表面来制成。
图4A和5示出根据本发明的照明设备的透镜33的第三实施例。透镜33包括杯状的弯曲细长光导元件34。细长光导元件34的第一端37彼此靠着而定位并且形成光入射表面36。细长光导元件34的第二端35被间隔开，使得第二端35之间的距离比第一端37之间的距离大得多。开口39位于细长光导元件34之间。在第二端35附近，细长光导元件34设有光出射表面38，使得透镜33的光出射表面由光出射表面38所在的区域形成。光入射表面36的面积比透镜33的光出射表面38的面积小得多，由此照明设备的感知亮度比位于光入射表面36对面的LED 2的亮度低得多。细长光导元件34的第二端35可以设有分别如图4B、4C、4D所示的凸光出射表面40、凹光出射表面41或倾斜的光出射表面42，以按照期望改变发射的光。
图6示出根据本发明的照明设备的透镜43的第四实施例。透镜43与透镜33的不同之处在于第二端35位于凸平面中而不是普通的平坦平面中。
图7示出根据本发明的照明设备的透镜53的第五实施例。透镜53与透镜33的不同之处在于细长光导元件54在第一端57附近的厚度在透镜54外侧比内侧更大，同时所有细长光导元件54的第二端55附近的厚度相等。
图8示出根据本发明的照明设备的透镜63的第六实施例。透镜63与透镜53的不同之处在于外部杯状细长光导元件64的第二端65向外展开，使得其光出射表面68背对其他细长光导元件54的光出射表面58。
还有可能制造更加矩形的透镜，例如图3中所示具有  图6、7或8中所示的截面。
还有可能延伸外部细长光导元件34，使得第二端位于凸平面、波纹平面或任何不同成形的平面中。
还有可能提供具有微结构的细长光导元件的光出射表面，比如磨砂结构或扩散结构，以进一步改进光分布。
还有可能在第一和第二端之间的某处通过光导材料、或不透明材料或支架（holder）将细长光导元件彼此连接。
优选地，细长光导元件是刚性的。然而，还有可能制造柔性的细长光导元件，以使得每个细长光导元件的光出射表面的位置可以按照期望来改变。

Claims (10)

1.一种包括光源（2）和位于光源（2）前面的透镜（3,23,33,43,53,63）的照明设备（1），透镜（3,23,33,43,53,63）在面向光源（2）的侧上设有光入射表面且在远离光源（2）的侧上设有光出射表面（14,38），其特征在于，透镜（3,23,33,43,53,63）包括若干带状互连的细长光导元件（4,24,34,54,64），其第一端（7,27,37,57）和间隔开的第二端（5,25,35,55,65）分别包括光入射表面和光出射表面，并且由光源（2）发射的光束（10,11）在细长的光导元件（4,24,34,54,64）中通过全内反射而被从第一端（7,27,37,57）传输到间隔开的第二端（5,25,35,55,65）。
2.根据权利要求1的照明设备（1），其特征在于细长光导元件（4,24,34,54,64）的至少带状第二端相互平行地延伸。
3.根据权利要求1的照明设备（1），其特征在于细长光导元件（4,24,34,54,64）的至少第二端是相对于彼此同心地定位的环形带。
4.根据前述权利要求中任一项的照明设备（1），其特征在于细长光导元件（4,24,34,54,64）的至少一部分至少在第一端和/或第二端附近相互连接。
5.根据前述权利要求中任一项的照明设备（1），其特征在于透镜（3,23,33,43,53,63）的光出射表面的面积是光源（2）的发光面积的至少100倍且优选地是至少10000倍。
6.根据前述权利要求中任一项的照明设备（1），其特征在于细长光导元件（4,24,34,54,64）的第一端的光接收表面（8,28）基本垂直于指向所述细长光导元件（4,24,34,54,64）的光源（2）的光束而延伸。
7.根据前述权利要求中任一项的照明设备（1），其特征在于光出射表面具有倾斜的、凸的或凹的形状。
8.根据前述权利要求中任一项的照明设备（1），其特征在于透镜（3,23,33,43,53,63）由丙烯、聚碳酸酯或其他透明材料制成。
9.根据前述权利要求中任一项的照明设备（1），其特征在于透镜（3,23,33,43,53,63）通过注射模塑或挤压来制成。
10.一种适合用在根据前述权利要求中任一项的照明设备（1）中的透镜（3,23,33,43,53,63）。
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