CN103883898B - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光装置（11；31），其具有带有至少一个光学元件的光学系统（20），通过至少一个固定区域（25）将所述光学系统（20）固定在发光装置（11）上，其中，所述光学系统（20）至少在一个方向上力配合地固定住，所述的至少一个固定区域（25）设计为弹簧元件，并且所述光学系统（20）能通过至少一个固定区域（25）在力配合地固定的方向上运动。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置，其具有带有至少一个光学元件的光学系统，光学系统通过至少一个固定区域固定在发光装置上。本发明特别是可以应用于半导体发光装置，特别是改型灯。
背景技术
具有一个或多个发光二极管（LED）作为光源的LED灯是已知的，其中，光学元件、例如透镜或反射器连接在LED的下游。光学元件典型地通过至少一个固定区域形状配合地固定、例如通过定位的方式来实现，和/或材料配合地固定、例如通过粘合的方式来实现。为了补偿装配误差或空隙，在形状配合的连接中已知的是，为光学元件额外配备弹簧元件。于是，光学元件可以在由形状配合连接确立的狭窄界限内典型地进行短距离移动。然而，仍需为进行安装而准确匹配光学元件。也无法有效地补偿形状配合地保持光学元件的保持件的位置误差或取向误差。
发明内容
本发明的目的在于，至少部分地克服现有技术的缺点，并且特别是提供简化发光装置的光学元件取向的可能性。
本发明根据独立权利要求所述的特征来实现。优选的实施方式特别地由从属权利要求中得出。
本发明通过具有带有至少一个光学元件的光学系统的发光装置来实现，通过至少一个固定区域将光学系统固定在发光装置上，其中，光学系统至少在一个方向上力配合地（kraftschlüssig）固定住，至少一个固定区域设计为弹簧元件，并且光学系统能通过至少一个弹簧元件在力配合地固定的方向上运动。
至少一个光学系统因此可以通过至少一个弹簧元件在光学系统“仅仅”力配合地保持住的方向上运动，条件是至少一个弹簧元件在这个方向上施加力，所述的力克服力配合所需的力。所以，可以通过至少一个弹簧元件将没有正确定位的光学系统移至预期的位置。这还可以实现通过发光装置对光学系统的自身调节，而不需进行外部调节。
发光装置可以是灯、发光体、发光体系统或发光模块。
固定区域尤其可以是光学系统的设置用于固定光学系统的区域或发光装置的保持光学系统的部件的区域，例如接片或销钉。
在至少一个方向上力配合地固定光学系统，特别是意味着，能在这个方向上通过施加相应指向的力使光学系统移动明显的距离，该距离特别是比形状配合连接的典型空隙长。
光学系统可以具有一个或多个光学元件。如果光学系统具有多个光学元件，则光学系统具有用于各个光学元件的夹具。可替换地，光学元件可以一体地彼此相连接，例如通过压铸法生产。可以使多个光学元件光学并联和/或串联。
光学系统特别是连接在发光装置下游的至少一个光源。至少一个光源特别是具有至少一个半导体光源。优选地，至少一个半导体光源包括至少一个发光二极管。在具有多个发光二极管时，这些发光二极管可以发出相同颜色或不同颜色的光。颜色可以是单色（例如红色、绿色、蓝色等）或 多色（例如白色）。由至少一个发光二极管发出的光也可以是红外线光（IR-LED）或紫外线光（UV-LED）。多个发光二极管可以产生混合光；例如白色混合光。至少一个发光二极管可以包含至少一种波长变化的发光材料（转换LED）。可替换地或作为补充，可以将发光材料远离发光二极管地布置（“Remote Phosphor（远程荧光粉）”）。至少一个发光二极管可以以至少一个单独具有壳体的发光二极管的形式或以至少一个LED芯片的形式存在。可以将多个LED芯片安装在共同的基板（“Submount”）上。可以为至少一个发光二极管配备至少一个自身的和/或共同的光学系统用于引导光束，例如至少一个菲涅耳透镜、准直仪等等。替代例如基于InGaN或AlInGap的无机的发光二极管或除其以外，通常也可以使用有机LED（OLEDs，例如聚合物OLED）。可替换地，至少一个半导体光源例如可以具有至少一个二极管激光器。该激光器特别是可以照射至少一种布置得较远的、具有发光材料的转换区域（“LARP”：Laser Activated Remote Phosphor（激光激活远程荧光粉））。
一种设计方案为，光学系统具有反射器。该反射器尤其可以是半壳反射器。
可替换的或补充设计方案为，光学系统具有透镜。该透镜尤其可以是TIR（“TotalInner Reflection”；全内反射）透镜。TIR透镜是有效的光学元件，该光学元件充分利用全内反射，以便于对准特别是按照朗伯光射束样式的例如由LED射出的光。
一种改进方案为，光学系统具有非成像透射元件，例如集中器，例如CPC集中器。
还有另一种设计方案为，至少一个固定区域设计为与光学系统集成在一起。为此，例如可以将至少一个固定区域与光学系统设计为一体，即特别是与光学系统的材料相同的区域一体。这例如可以通过低廉的生产方法，如塑料喷铸、玻璃铸造或类似方式来实现。可替换地，至少一个固定 区域可以与至少一个光学元件分开生产，但与之不可分离地相连接，例如通过粘合。
还有一种设计方案为，至少一个固定区域设计为与光学系统的保持件集成在一起。这在光学系统整体由易碎材料制成时特别有利，因为这可以排除固定区域折断的危险。
还有一种设计方案为，发光装置具有用于将光学系统压在支承面上的保持件。所述支承面通常对其表面提供形状配合，而不是沿着它的支承面来实现。沿其支承面力配合地保持光学系统，因此可以通过相应的力消耗使该光学系统与支承面平行地移动到该支承面上。所述支承面可以是全平面的，或者可以具有空隙。另外，保持件和光学系统通过多个弹簧元件彼此相连接，所述弹簧元件沿着光学系统的支承面在不同方向上对光学系统施加力。如果光学系统相对于夹具偏心，则一些弹簧元件比其它弹簧元件弹性变形严重。于是，变形比较严重的弹簧元件将力平行于支承面地施加在光学系统上，并将这个光学系统向偏心程度较低的位置移动。所以，通过安装保持件可以使光学系统相对于保持件而言自身集中。弹簧元件沿着光学系统的支承面在不同方向上对光学系统施加力，特别是意味着，弹簧元件在与支承面平行的不同方向上施加力，从而使光学系统也能二维地、并且不只是直线地移动。然而，一般也可以实现只是一维的或直线的移动。
特别是可以将弹簧元件设计为接片，特别是设计为能弹性偏转和/或能变形的接片。
其中一个设计方案为，保持件是环形盖板。这种盖板可以实现安全、全面的保持和较大的光辐射面。另外，可以采用简单的方法实现较大地改变在平行于支承面的光学系统上、即在力配合的固定的方向上施加的力的方向。例如可以借助于非环绕的剖面将弹簧元件设在盖板中。
其中一个设计方案适用于至少一个弹簧元件设计为与环形盖板集成在一起的情况，其中，盖板具有多个用于与光学系统接触的沿周向分布的弹簧元件。所以，可以以简单的方式实现光学系统的对称的自身调节。为此，盖板特别是可以具有沿周向均匀分布的弹簧元件。
其中一个设计方案适用于至少一个弹簧元件设计为与光学系统集成在一起的情况，光学系统具有多个用于与盖板接触的沿盖板的周向分布的弹簧元件。这可以简化光学系统的更换或不同光学系统的使用。
另外，一种设计方案为，光学系统位于安置至少一个光源、特别是半导体光源的电路板上。这可以实现特别紧凑和便宜的结构。
此外，一种设计方案为，发光装置是改型灯，特别是白炽灯-改型灯或卤素灯-改型灯。改型灯特别地具有至少一个半导体光源，并且特别是充当传统灯的替代品。另外，改型灯具有与要代替的传统灯相同的灯座和至少几乎相同的外轮廓或形状。
附图说明
结合下文中对实施例的示意性描述使本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式和方法更加清晰明确易懂，结合附图对所述的实施例做进一步说明。另外，为了清楚起见，可以采用相同的参考标号表示相同的或发挥相同作用的元件。
图1作为剖面图以侧视视角示出根据第一实施例的根据本发明的发光装置；
图2示出根据第一实施例的发光装置的光学系统；
图3以斜上方视角示出根据第二实施例的根据本发明的发光装置的具有盖板的光学系统；和
图4作为剖面图以斜视视角示出图3中的元件。
具体实施方式
图1作为剖面图以侧视视角示出白炽灯-改型灯形式的发光装置11。发光装置11示出了空心冷却体12，该冷却体具有用于安置驱动器14的驱动器腔13。可以通过接口16为驱动器14供电，接口16是后面的灯座17（此处为：Bipin灯座）的一部分。冷却体12在正面支撑载体电路板18。载体电路板18以其背面平放在冷却体12上，并在其正面27配备至少一个发光二极管19，所述发光二极管向前半部分空间发光。
光学系统以TIR透镜20的形式连接在发光二极管19的下游，TIR透镜在正面侧位于至少一个发光二极管19前面。图2中更加准确地示出了TIR透镜20。TIR透镜20具有带有底面的光射入面22和顶面的光射出面23的光导体21。TIR透镜20在底面具有多个从主体21向下倾斜的支脚24，所述的支脚安置在载体电路板18上。支脚24设计为与主体21集成为一体的，特别是在同一个工作步骤中联系在一起地生产。另外，在主体21的上部或前部区域，固定区域以一体集成地与主体21相连接的弹簧元件的形式在侧面向下倾斜，弹簧元件设计为在侧面并且倾斜地向后伸出的接片25。TIR透镜20由唯一一块弹性材料、例如塑料构成，从而使主体21上的接片24能够在弹性偏转并且/或者自身弹性弯曲。
TIR透镜20以其支脚24自由地安置在载体电路板18的正面27上，从而使正面27成为TIR透镜20的支承面。TIR透镜20在其平行于载体电路板表面（此处为：垂直于发光装置11的纵轴L）的运动中可以基本自由地移动，也就是说，例如并不是形状配合或材料配合地固定。在可能的情况下，至少一个发光二极管19充当止挡件，特别是用于在安装过程中对TIR透镜20进行松动的定位。
为了固定TIR透镜，更确切地说，借助于环形盖板26形式的保持件将TIR透镜20压到载体电路板18上，因此在此处在垂直于纵轴L的两个方向上力配合地将TIR透镜保持或固定住。因此TIR透镜20沿载体电路板18的正面27力配合地保持住。环形盖板26更准确地说压在TIR透镜20的接片25上，从而使环形盖板26通过接片25与TIR透镜20相连接或与其接触。
通过挤压盖板26使接片25弯曲并基于其倾斜的位置首先向正面27的法线方向施加力（“法向力”），通过该力将TIR透镜20压在载体电路板上，并且也平行于正面27施加力（“平行力”）。因为接片25在纵轴L方向上取向，相应的平行力向内指向纵轴L，然而其中不同的接片25沿着载体电路板18的正面27在不同的、有角度偏差的方向上施加平行力。另外，沿着围绕纵轴L的周向从而也沿着盖板26的周向旋转对称地布置接片25，从而有TIR-透镜20的（此处为：相对于纵轴L和至少一个发光二极管19居中的）静止位置或基准位置，在所述的位置上，各个接片25的平行力相互抵消。
为了安装，将TIR透镜20安置到载体电路板18正面27至少一个发光二极管19上方。另外，至少一个发光二极管19充当松动的止挡件并阻止TIR透镜20在侧面移动过多。然后，安置环形盖板26并固定在冷却体12上。如果TIR透镜20已经处于其静止或基准位置中，则通过盖板26将其固定在那里。相反，如果在安置盖板26时，TIR透镜20在侧面向盖板26移动，则接片25不均匀地变形，从而使平行力不再相互抵消。更确切地说，产生力差，所述力差在TIR透镜的静止或基准位置方向上压住TIR透镜20。因为只是将与载体电路板正面27平行的TIR-透镜20力配合地保持住，所以由接片25施加的平行力可以使TIR透镜20在其静止或基准位置方向上运动，并因此而促使自身对中或自身调节。此外，可以实现公差补偿。
图3在以斜上方视角示出发光装置31的具有环形盖板33的光学系统32。发光装置31可以具有基本上与发光装置11相类似的结构。图4作为剖面图以斜视视角示出了光学系统32和环形盖板33。光学系统再次、纯示意性地、设计为TIR透镜32，可以通过支脚24将其安置住，例如安置在如图1所示在至少一个发光二极管19上方安置在载体电路板18的正面27上。
在发光装置31中，设计为固定区域的接片34此时不再位于TIR透镜32上，而是位于充当保持件的盖板33上。也就是说，已经在盖板33中设置了穿过切口35的接片34。接片34因此是盖板33的一体集成的区域。这特别是对TIR透镜32的材料非常易碎、例如由玻璃或PMMA制成的情况有利，因为安装在光导体36上的接片容易折断。相反，盖板和接片34例如可以由比较不易碎的塑料或由金属制成、
如对于发光装置11的光学系统20的接片25那样，接片34此时也在纵轴L的方向上取向，并且沿盖板33或纵轴L的周向布置，但不再平均分布。更确切地说，此时有四个成对地在侧面处于相对位置的接片34，其中，以彼此相对较小的夹角布置夹板34的对，并在其间以相对较大的角度布置通风槽37。
接片34具有用于与光学系统32接触的底面的接触突出部38，更准确地说：是与在侧面从主体36伸出的环绕边缘39接触，该边缘39是基本上刚性的。于是，可以与发光装置11相类似地促使进行自身对中或自身调节和/或公差补偿，因为通过接片34可以对TIR透镜32施加相应的平行力。
尽管已经通过图中示出的实施例从细节上对本发明做了进一步图示说明和描述，但本发明并不限于此，专业人员可以从中推导出其它变体方案，而不超出本发明的保护范围。
例如，也可以实现发光装置的混合形式，例如在光学系统上和保持件上都具有接片。
保持件通常可以是一体的或由两部分组成。
所以，要代替TIR透镜或除了TIR透镜，也可以采用其它形式的透镜或集中器。
对于透镜可替换地或除了透镜，光学系统也可以具有反射器。
通常，光学系统可以是多组分部件，例如具有不同的塑料或具有塑料和玻璃作为材料。特别地，光导体或起光学作用的主体可以由不同于机械部件、特别是至少一个固定区域的其它材料制成。特别是多组分塑料部件可以通过多组分压铸法生产而成。
一般地，只要没有明确指出，例如通过“正好一个”等的表达方式，“一个”等是指单数或复数，特别是指“至少一个”或者“一个或多个”。
只要没有明确指出，数字说明也可以既包括正好是给出的数字又包括通常的公差范围。
参考标号表
11 发光装置
12 冷却体
13 驱动器腔
14 驱动器
16 接口
17 灯座
18 载体电路板
19 发光二极管
20 TIR透镜
21 光导体
22 底面的光射入面
23 底面的光射出面
24 支脚
25 接片
26 盖板
27 正面
31 发光装置
32 TIR透镜
33 盖板
34 接片
35 切口
36 主体
37 通风槽
38 接触突出部
39 环绕边缘
L 纵轴。

Claims (15)

1.一种发光装置，具有带有至少一个光学元件的光学系统，通过多个关于光射出面对称分布的固定区域将所述光学系统固定在所述发光装置上，其中所述发光装置的纵轴垂直延伸穿过所述光射出面的中心点，并且其中，
-所述光学系统至少在一对方向上力配合地固定住，所述一对方向垂直于所述纵轴并且二者相互对称；
-所述固定区域设计为弹簧元件，并且
-所述光学系统能通过所述固定区域在力配合地固定的所述一对方向上运动。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述固定区域设计为与所述光学系统集成在一起。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述发光装置包括保持件，所述保持件用于将所述光学系统压在支承面上，其中，所述固定区域设计为与所述光学系统的所述保持件集成在一起。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其中
-所述发光装置具有用于将所述光学系统压在支承面上的保持件，
-所述光学系统沿所述支承面力配合地保持住；
-所述保持件和所述光学系统通过多个弹簧元件彼此相连，并且
-所述弹簧元件沿所述光学系统的支承面在不同方向上对所述光学系统施加力。
5.根据权利要求3所述的发光装置，其中
-所述光学系统沿所述支承面力配合地保持住；
-所述保持件和所述光学系统通过多个弹簧元件彼此相连，并且
-所述弹簧元件沿所述光学系统的支承面在不同方向上对所述光学系统施加力。
6.根据权利要求4所述的发光装置，其中，所述保持件是环形的盖板。
7.根据权利要求5所述的发光装置，其中所述保持件是环形的盖板。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中，环形的所述盖板具有多个沿周向分布的用于与所述光学系统接触的弹簧元件。
9.根据权利要求6所述的发光装置，其中，所述光学系统具有多个沿所述盖板周向分布的、用于与所述盖板接触的弹簧元件。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的发光装置，其中，所述光学系统具有反射器。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的发光装置，其中，所述光学系统具有透镜。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的发光装置，其中，所述光学系统具有多个光学元件。
13.根据权利要求3-9中任一项所述的发光装置，其中，所述发光装置具有至少一个半导体光源，所述光学系统连接在所述半导体光源的下游。
14.根据权利要求13所述的发光装置，其中，所述光学系统放置在承载所述至少一个半导体光源的电路板的正面上，其中所述正面是所述支承面。
15.根据权利要求1-9中任一项所述的发光装置，其中，所述发光装置是改型灯。
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