CN104603528B - 用于照明系统的导光单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于照明系统的导光单元。导光板具有安排在其上的多个结构件以用于从该导光板耦合出光。这些结构件是立方形的和/或圆柱形的。这些结构件与该导光板之间的或者这些结构件本身之内的各个过渡都优选是垂直的。此外，这些结构件被设计成使得光仅可以在这些结构件的侧面处离开。而这些结构件的底表面会反射光。一种根据本发明的照明系统包括该导光单元和一个眩光抑制单元。该眩光抑制单元具有多个准直元件，这些准直元件与这些结构件是成对的并且使光偏斜以使得从该照明系统发射出光。

Description

用于照明系统的导光单元

本发明涉及一种用于照明系统的导光单元和一种用于均匀地输出光的照明系统。具体地讲，该导光单元包括一个导光板，该导光板具有用于发射光的多个特定结构件。该照明系统包括带有多个准直元件的一个眩光去除单元，这些准直元件与这些结构件相关联并且从发射出的光中去除眩光。

现有技术披露了一种用于均匀地发射光的照明系统，该照明系统具有与一个微金字塔形结构件相结合的一个激光构造的导光板。该微金字塔形结构件适用于减少从该照明系统以浅的角度发射的光的亮度、即去从光中除眩光。任选地，还可能减少以陡的角度发射的光的亮度。这样一种具有微金字塔结构的光学单元的照明系统的缺点在于限制了所能够产生的光量。

现有技术还披露了一种具有导光板的照明系统，具有作为眩光去除元件的多个截头金字塔的一个棱镜板被通过一个光学耦合单元而附接到该导光板上。该导光板被用于从该照明系统发射的光中去除眩光。缺点再次在于限制了所能够产生的光量。

US 5,396,350阐述了一种使用微棱镜安排的装置。这些微棱镜被安排在波导的一个表面上并且具有相对于该波导的表面倾斜的多个侧表面。

US 5,555,109阐述了一种使用微棱镜安排的照明系统。这些微棱镜被安排在波导上并且具有多个倾斜的侧壁。除此之外，可以在这些微棱镜上方安排一种微透镜安排以便将从这些微棱镜发射的光准直。

本发明所基于的目的是改善已知的现有技术的缺点。具体地讲，本发明的目的是开发一种导光单元以及可以产生高光量的照明系统。此外，有可能有效地且容易地影响所产生的光的分布特性。

本发明的目的是通过根据本发明的独立权利要求的一种导光单元和一种照明系统来实现的。从属权利要求有利地发展了本发明的核心概念。

本发明涉及一种用于照明系统的导光单元，该导光单元包括一个导光板和多个结构件，该多个结构件被安排在该导光板上以用于从该导光板发射光，其中这些结构件是平行六面体形的和/或圆柱形的并且被配置成使得仅可以在这些结构件的侧面发射光。

该导光单元被配置成使得光由于全反射而被引导通过该导光板并且因此不在该导光板的表面处显现。然而，该光可以进入这些结构件并且通过所述结构件的侧面引导离开该导光板。这些结构件可以例如是平行六面体形的、圆柱形的或立方形的。还可能使用不同类型或形状的结构件的组合。从这些结构件的侧面(即侧壁)显现的光于是就可以去除眩光。出于此目的，该导光单元可以被集成到例如具有常规眩光去除单元的一个照明系统中，以便从该导光单元显现的光中去除眩光。通过这些特定的结构件，可以提高由这样一种照明系统产生的光量。

优选地，每个结构件都被配置成使得撞击该结构件的一个底表面的光被反射。

出于此目的，这些结构件优选地是与该导光板一体形成的。于是，在这些结构件的底表面上以与在该导光板的表面处完全相同的方式发生光的全反射。然而，这些结构件还可以是与该导光板分离的元件。该底表面然后例如可以配备有一个反射层。光从这些底表面反射这一事实意味着光会被部分地反射回该导光板中并且在随后的时间可以在另一个结构件或同一个结构件的一个侧面显现出来。因此，与已知的解决方案相比总体上可以实现更高的光量。

优选地，每个结构件都被配置成使得该结构件的侧面与该导光板的一个表面之间的一个第一角度是大约90°，并且该结构件的侧面与该结构的底表面之间的一个第二角度是大约90°。

由于是直角，不可控制的光线被最小化。其结果是，增大了可以由照明系统中的眩光去除单元以符合标准的方式来从其中去除眩光的光量。

优选地，该导光板的一个侧表面被设计成将光引导至该导光板中，并且这些结构件的高度和/或底面积随着这些结构件离该侧表面的距离的增大而增大。

通过这些不同底面积的结构件和不同高度的结构件，进入对应的结构件的并且可以在这些结构件的侧面显现的光的量会受到影响。结果就获得了来自该导光板的不对称的光发射，这抵消了在该导光板内的光的降低。从该导光单元输出的光因此可以被设定成靠近光被引入的一侧与离该侧一定距离处是等同的。

更加优选地，该导光板的两个相反的侧表面被设计成将光引导至该导光板中，并且安排成使得邻近这些侧表面之一的结构件的高度和/或底面积比安排在这两个侧表面中间的结构件的高度和/或底面积更小。

优选地，因此在两个相反的侧表面引入光，以便增大光量。再一次，由这些不同底面积和/或高度的结构件实现不对称的光发射，这抵消了在该导光板内从这些侧表面朝向该导光板的对称中心的光的降低。从该导光单元输出的光因此可以在其整个长度上是均匀设定的。

优选地，这些结构件的高度和/或底面积随着这些结构件从这些侧表面之一直至这两个侧表面之间的中心的距离的增大而增大。

这种增大可以是稳定地、连续地或者突然地发生的。理想情况下，这些结构件的高度和/或底面积的增大准确地与该导光板内从这些侧表面朝向中心的光的降低相匹配。

本发明还进一步涉及一种用于均匀输出光的照明系统，该照明系统包括：一个如上所述的导光单元；至少一个光单元，该至少一个光单元被附接到该导光板的一个侧表面上以用于将光引导至该导光板中；以及一个眩光去除单元，该眩光去除单元被附接到该导光单元上并且多个准直元件被安排在该眩光去除单元上，其中每个结构件都指配了一个准直元件；并且其中每个准直元件都被设计成使在其所指配的结构件的侧面处显现的光偏斜，从而使得所述光从该照明系统显现出来。

一个准直元件使来自该光的眩光准直并去除该眩光并且将光引导离开该照明系统。准直度与该照明系统的所要求的光分布特性相匹配，例如要求的发光密度分布。还可以把一个微透镜用作准直元件。理想情况下，这些准直元件具有的外部形状为具有圆形底面积在顶部截断的锥状结构或者为具有矩形或正方形底面积在顶部截断的金字塔状结构。这些准直元件的侧表面可以是平面的，例如在锥形或金字塔形的情况下。然而，有利地，这些侧表面还可以是弯曲的、优选是向外弯曲的，以便获得期望的光度影响。例如，通过特定设计的曲率，可以获得期望的发光密度分布。在面向这些结构件的截切表面上，安排了一个开口以完全容纳这些结构件。这些开口可以是圆形的、矩形的或方形的，就像该底面积一样。优选地，底面积和开口形状重合但它们也可以是不同的。与类似的常规照明系统相比，平行六面体形的、立方形的和/或圆柱形的结构件和对应相关联的准直元件的组合可以使得增大来自根据本发明的照明系统的光量。在这些结构件的侧面处显现的光在这些准直元件中通过全反射而偏斜，并且其结果是最终从该照明系统输出。确定这些准直元件的形状的方式就使得显现的光已经去除了眩光并且满足预定的光度标准(例如光分布、一致化的眩光率(UGR)和/或监控屏幕工作场所的适应性(BAP))。

优选地，每个准直元件都具有一个开口，并且每个结构件都伸出进入其所指配的准直元件中。

结果，就可以将从这些结构件显现出的光有效地耦合到这些准直元件中。

优选地，每个结构件都被完全容纳在其所指配的准直元件中。

因此，该结构件由该准直元件围绕。结果，就可以将从这些结构件显现出的光特别有效地耦合到这些准直元件中。

优选地，每个结构件都是与其所指配的准直元件光学解耦的。

没有必要存在例如通过适合的黏合剂或者其他适合的联接技术的光学耦合。结果，就可以更简单地生产该照明系统。除此之外，还可以使用不同尺寸的结构件(即具有不同的底面积和/或高度)，而同时使用尺寸一致的准直元件(具有相同的底面积和/或高度)。结果是可以改变光的分布而不必对该照明系统的眩光去除单元进行适配。

优选地，每个光单元都具有至少一个LED。

根据本发明的导光单元和照明系统具有的优点是与已知的用于均匀输出光的照明系统相比有可能有更高的光量。除此之外，可以对光输出的分布特性施加更加有效且更简单的影响。

以下将通过参照附图予以更详细地描述本发明。

图1以分解视图示出了穿过本发明的照明系统的一个截面。

图2以分解视图示出了穿过本发明的照明系统的一个透视图示。

图3示出了穿过本发明的照明系统的一个截面。

图4示出了穿过本发明的照明系统的一个透视图示。

图5示出了穿过本发明的导光单元的一个截面。

图6示出了穿过本发明的导光单元的一个截面。

图1示出了穿过本发明的照明系统1的一个截面。照明系统1包括一个导光单元2和一个眩光去除单元3。在图1中，导光单元2和眩光去除单元3是以分解视图展示的。然而，在实际的照明系统1中，这两个单元2和3是附接到彼此上的。这可以是通过适合的连接技术来实施的，例如黏合剂粘结或螺钉装配或类似技术。

导光单元2具有一个导光板21。该导光板21例如是一种常规的光学波导，在该波导中至少在从大约400nm至大约700nm波长范围的光会在内表面处经历全反射并且因此可以沿导光板21延伸的方向向前引导。出于此目的，导光板21例如可以是由玻璃、丙烯酸酯、聚碳酸酯或聚酯生产的。导光板21具有两个相反的侧表面24，在这些侧表面处可以将光引导至导光板2中。光可以在这些侧表面24中一个或两个侧表面处从附接到其上的至少一个光单元4耦合进入。每个光单元4都可以例如包含一个LED、OLED或其他发光装置。

导光单元2进一步具有被安排在导光板21的一个外表面23上的多个结构件22。由于在导光板21的表面23(更准确地讲是对应于表面23的内表面)处全反射，所以光不能显现在这些结构件22之间但能够通过这些结构件22耦合离开导光板21。

这些结构件22和导光板21优选地被制成一体。可替代地，这些结构件22可以是与导光板21光耦合的，例如被粘性结合到该导光板上。导光板21可以在每个结构件22上方都具有透明部段。这些结构件22可以具有与导光板21相同的材料。可替代地，这些结构件22可以由一种透明的材料、例如一种聚合物制成，底表面22b配备有一个反射层。这些结构件22还可以由多个透明的反射部分组装而成。

这些结构件22在导光板21的表面23上优选地是平行六面体、立方形或圆柱形的。例如，有可能将多个平行六面体、立方形和/或圆柱形的结构件安排在一个导光板21上并且还使它们彼此组合。从导光板21进入这些结构件22之一的光如果其撞击一个侧壁(即一个结构件22的一个侧面22a)就会从导光单元2输出。在另一方面，如果光撞击了一个结构件22的一个底表面22b，则光会被反射，优选地其方式为使得该光被引导进入导光板21。保留在导光板21中的光在其撞击一个结构件22的侧面22a的情况下可以在随后的时间通过所述结构件而显现。如果这些结构件22与导光板21是一体形成的，则光在这些底表面22b处经历全反射，因为这些底表面优选地平行于导光板21的表面23，如图1中示出的那样。

眩光去除单元3包括具有一个表面32的一个基板31，多个准直元件33(或者是微透镜)被安排在该表面上。在此，这些准直元件33优选地是以与导光板21上的结构件22相同的数目存在的。这些结构件22各自被指配给这些准直元件33之一。这些准直元件33优选地被配置成使得从指配给一个准直元件33的一个结构件22显现的光被所述相关联的准直元件33偏转并且被耦合离开该照明系统。这些准直元件33优选地被配置成使得光优选地已经以一种符合标准的方式去除了眩光。这些准直元件33优选地具有的外部形状为具有圆形底面积在顶部截断的锥形或者为具有矩形或正方形底面积在顶部截断的金字塔形。在一个眩光去除单元3中可以组合不同形状的准直元件。在每个准直元件的通过截切产生的表面上形成了一个开口33a以完全容纳这些结构件22。各个开口33a的深度优选地至少对应于指配给该准直元件的结构件22的高度。

图2以分解视图示出了根据本发明的一个照明系统1的透视图示。图2示出了这些结构件22可以是如何分布在导光板21的表面23上的。这些准直元件33在基板31的表面32上的分布优选是根据这些结构件22的分布来选择的。每个准直元件33都可以指配一个结构件22，并且每个准直元件33优选地只接受从其所指配的结构件22显现的光。

图3和图4示出了根据本发明的处于组装好的状态的照明系统1。在此，可以看到眩光去除单元3优选地被附接到导光单元2上从而使得这些结构件22伸出进入这些准直元件33的开口33a中。更准确地讲，每个结构件22于是都伸出进入指配给所述结构件22的准直元件33的开口33a中。有利地，每个结构件22都伸出进入对应的准直元件33的开口33a中直至每个结构件22都被相关联的准直元件33完全容纳、即全部围绕的一种程度。这意味着每个结构件22都完全沉到其所指配的准直元件中。结果，在一个结构件22的侧面22a处显现的光必然进入这些相对应的准直元件33并且不可能到达两个准直元件33之间。

从至少一个光单元4引导至导光板21中的光在该导光板21中通过全反射被向前引导直至光进入这些结构件22中的一个结构件中并且撞击所述结构件22的一个侧面22a。然后该光从导光单元2输出并且进入眩光去除单元3的一个准直元件33。在准直元件33中，光通过全反射而偏斜，其方式为使得光从眩光去除单元3并且因此从照明系统1显现出来。准直元件33中的偏转优选地被实施成使得符合光度标准(例如预定的光分布、UGR或BAP适宜性的条件)。这些准直元件33是适当地确定形状并且构型的。通过根据本发明的照明系统1，有可能产生总体上更高的光量。

图5详细地示出了在导光板21上的这些结构件22的一种有利构型。如所描述的，这些结构件22是圆柱形的、立方形的或平行六面体形的。在此，优选地各个结构件22与导光板21之间的以及各个结构件22之内的过渡都是矩形的。这意味着侧面22a与导光板21的表面23之间的角度φ优选地是大约90°。以完全相同的方式，侧面22a与一个结构件22的底表面22b之间的角度θ是大约90°。由此而使得不可控制的光线最小化。结果，可以由眩光去除单元3控制的光线的光量被最大化并且有可能产生总体上更高的光量。

为了确保照明系统1的均匀的外观，有利的是根据到至少一个光引入侧的距离来限定导光板21上的这些结构件22的有效截面。

例如图6示出了邻近或靠近将光耦合进入导光板21的这些侧表面24中的一个侧表面定位的多个结构件22是比安排在这两个侧表面24中间的结构件22更小的。如果光只在一个侧表面24上引入，那么靠近该侧表面24的这些结构件22应当优选地小于离这个侧表面24一个距离的结构件22。结构件22的大小是由其底面积(在圆柱形的情况下这可由半径描述)和/或其高度决定的。对于第一实例而言，这意味着导光板21的对称中心中的结构件22具有较大的底面积和/或较大的高度。

优选地，所有这些准直元件33都是同样大的、即具有相同的底面积和高度。这些准直元件33优选地被配置成使得它们可以恰好容纳这些不同结构件22之中最大的。然而，还可能将不同大小的准直元件33安排在眩光去除单元3上。较少的光通过较小的结构件22引导进入相对应指配的准直元件33。结果，可以补偿导光板21中的从这些侧表面24直至这些侧表面24之间的中心的光的下降。没有这种补偿的话，更多的光将从靠近侧表面24的结构件22显现出来。

代替改变这些结构件22的大小使光输出均匀的另一种可能方式是改变其在导光板21上的安排密度。例如，这些结构件22的安排密度可以随着这些结构件22从这些侧表面24之一直至中心的距离增大而变得更大。这适用于在两个侧表面24引入光的情况。靠近这两个侧表面24处，这些结构件22被安排得较不稠密，并且因此在相同的面积上存在较少的结构件22。在这两个侧表面24中间、即在照明系统1的对称中心，出于此目的在相同的面积上存在较多的结构件22；因此该安排密度是较高的。除此之外，光因此可以从导光单元2的对称中心更强烈地显现出来，如以上所描述的，这抵消了导光板21中的光的下降。同样可以按不同的密度来与按不同密度安排的结构件22相对应地安排眩光去除单元3上的准直元件33。

通过这些结构件22在导光板21上的所述安排，就可以容易地影响照明系统1的发光密度分布。还可以后装地、即在该照明系统交付之后容易地改变该发光密度分布。还可想到的是在一个照明系统1内，将不同的导光板21安排成彼此排成行。在此，不同的导光板21可以具有不同底面积和/或高度的结构22或者不同安排密度的结构件22。因此，照明系统1能够以一种有针对性的方式匹配一种希望的发光密度分布。例如，光可以针对工作场所特定地瞄准。

由于这些结构件22不允许光通过它们的底表面22b显现而仅允许光从这些侧面22a显现，所以就可以大大地避免进入这些准直元件33的不可控制的光线。除此之外，光被从这些底表面22b反射回导光板21中并且因此不会损失。借助于这些准直元件33，就有可能获得从照明系统1显现的较高的光量。通过适配这些结构件22的大小或分布，就可以额外地实现已经以符合标准的方式去除眩光的光的均匀输出。

照明系统1的所有单元都可以精确地且高质量地生产，例如通过激光构造。高质量不比现有技术更差。

Claims (21)

1.一种用于均匀输出光的照明系统(1)，其具有导光单元(2)；

该导光单元(2)包括：

一个导光板(21)；

多个结构件(22)，该多个结构件被安排在该导光板(21)上以用于从该导光板(21)发射光，

其中这些结构件(22)是平行六面体形的和/或圆柱形的并且被配置成使得仅能在这些结构件(22)的侧面(22a)发射光；

其中该照明系统(1)还包括：

至少一个光单元(4)，该至少一个光单元被附接到该导光板(21)的一个侧表面(24)上以用于将光引导至该导光板(21)中；以及

一个眩光去除单元(3)，该眩光去除单元被附接到该导光单元(2)上并且多个准直元件(33)被安排在该眩光去除单元上；

其中每个结构件(22)都指配了一个准直元件(33)；并且

其中每个准直元件(33)都被设计成使在其所指配的结构件(22)的侧面(22a)处显现的光偏斜从而使得所述光从该照明系统(1)显现出来；

其中每个准直元件(33)都具有一个开口(33a)；并且

每个结构件(22)都伸出进入其所指配的准直元件(33)中，

以及其中，这些准直元件具有外部形状，该外部形状为具有圆形底面积在顶部截断的锥形或者为具有矩形底面积在顶部截断的金字塔形，其中在每个准直元件的通过截切产生的表面上形成了一个开口(33a)以完全容纳这些结构件(22)。

2.如权利要求1所述的照明系统(1)，其中该矩形底面积为正方形底面积。

3.如权利要求1所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都被配置成使得撞击该结构件(22)的一个底表面(22b)的光被反射。

4.如权利要求2所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都被配置成使得撞击该结构件(22)的一个底表面(22b)的光被反射。

5.如权利要求3所述的照明系统(1)，其中各个结构件(22)都被配置成使得，

该结构件(22)的侧面(22a)与该导光板(21)的一个表面(23)之间的一个第一角度是90°，并且

该结构件(22)的侧面(22a)与该结构件(22)的底表面(22b)之间的一个第二角度(θ)是90°。

6.如权利要求4所述的照明系统(1)，其中各个结构件(22)都被配置成使得，

该结构件(22)的侧面(22a)与该导光板(21)的一个表面(23)之间的一个第一角度是90°，并且

该结构件(22)的侧面(22a)与该结构件(22)的底表面(22b)之间的一个第二角度(θ)是90°。

7.如权利要求1至6之一所述的照明系统(1)，其中

该导光板(21)的一个侧表面(24)被设计成将光引导至该导光板(21)中，并且

这些结构件(22)的高度和/或底面积随着这些结构件(22)离该侧表面(24)的距离的增大而增大。

8.如权利要求1至6之一所述的照明系统(1)，其中

该导光板(21)的两个相反的侧表面(24)被设计成将光引导至该导光板(21)中，并且

安排成邻近这些侧表面(24)之一的结构件(22)的高度和/或底面积比安排在这两个侧表面(24)中间的结构件(22)的高度和/或底面积更小。

9.如权利要求8所述的照明系统(1)，其中

这些结构件(22)的高度和/或底面积随着这些结构件(22)从这些侧表面(24)之一直至这两个侧表面(24)之间的中心的距离的增大而增大。

10.如权利要求1-6和9中任一项所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都被完全容纳在其所指配的准直元件(33)中。

11.如权利要求7所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都被完全容纳在其所指配的准直元件(33)中。

12.如权利要求8所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都被完全容纳在其所指配的准直元件(33)中。

13.如权利要求1-6、9、11和12中任一项所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都是与其所指配的准直元件(33)光学解耦的。

14.如权利要求7所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都是与其所指配的准直元件(33)光学解耦的。

15.如权利要求8所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都是与其所指配的准直元件(33)光学解耦的。

16.如权利要求10所述的照明系统(1)，其中

每个结构件(22)都是与其所指配的准直元件(33)光学解耦的。

17.如权利要求1-6、9、11、12和14-16中任一项所述的照明系统(1)，其中每个光单元(4)都具有至少一个LED。

18.如权利要求7所述的照明系统(1)，其中每个光单元(4)都具有至少一个LED。

19.如权利要求8所述的照明系统(1)，其中每个光单元(4)都具有至少一个LED。

20.如权利要求10所述的照明系统(1)，其中每个光单元(4)都具有至少一个LED。

21.如权利要求13所述的照明系统(1)，其中每个光单元(4)都具有至少一个LED。