CN104662363A

CN104662363A - 具有光反射器的照明装置,具有该照明装置的灯具及制造紧凑的光反射器的方法

Info

Publication number: CN104662363A
Application number: CN201380029256.9A
Authority: CN
Inventors: 孙理伟; 李昀; 孙延萌; 郭庆
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-06-03
Also published as: CN104662363B

Abstract

本发明涉及一种照明装置，该装置包括：具有内表面(201)的光反射器(200，500)；和光源(205，505)；其中所述内表面具有形成菲涅耳结构状反射表面(202)的多个小平面(203)，并且所述内表面还可以具有圆锥体(504)，以避免来自所述光源的光被反射回所述光源；其中来自所述光源的所述光的至少部分被所述光反射器反射到输出方向。本发明还涉及一种包括根据本发明的照明装置的灯具。本发明还涉及一种制造用于聚光照明灯的光反射器的方法。所述方法包括形成碗状结构(S01)，所述碗状结构具有用于光发射的开口，并且在所述碗状结构的内表面上具有菲涅耳结构。

Description

具有光反射器的照明装置,具有该照明装置的灯具及制造紧凑的光反射器的方法

技术领域

本发明涉及一种照明器具，具体地涉及一种聚光照明装置，更具体地涉及一种具有光反射器的聚光照明灯，并且它还涉及一种制造这样的光反射器的方法。

背景技术

通常，光反射器是用于聚光照明的灯的最有用的光学器件之一。然而，具有光源105的聚光灯的传统反射器往往是大尺寸的，特别是其深度过大。如图1所示，光反射器100几乎占据了整个灯的体积的80％以上。

特别地，与卤素灯或白炽灯等相比，LED聚光照明灯需要多得多的空间以用于其驱动电路、热沉等等。因此，例如，LED聚光灯难以在具有这种传统的光反射器的传统聚光照明灯中使用。换句话说，由于其大的高度和尺寸，传统光反射器很难被用于具有诸如LED之类的照明元件的灯中。除了更小的尺寸，更好的防眩光性能对于聚光照明灯来说总是被期望的，并且在操作过程中合适的聚光灯轮廓也是优选的。

发明内容

关于现有技术的缺点，本发明可提供一种更紧凑和有效的具有光反射器的照明装置，具有这样的照明装置的灯具和制造这样的光反射器的方法。

本发明是基于这样的认识的，即，菲涅耳结构状(或其等同结构)反射表面可以被用于光反射器以有效地减小反射器的尺寸。

根据一个方面，本发明涉及一种照明装置，例如用于聚光照明的照明装置，其包括：具有内表面的光反射器；和光源；其中所述内表面具有多个形成菲涅耳结构状反射表面的小平面，并且优选地，所述内表面还具有圆锥体，以避免来自于所述光源的光被反射回所述光源；其中来自所述光源的光的至少一部分被所述光反射器反射到输出方向。因此，在本发明中，用于聚光灯的反射器中的菲涅耳结构的实施大大降低了反射器以及因此灯的深度和大小，并且使得LED能够被用于聚光照明灯，从而为诸如LED之类的照明元件的驱动电路和热沉节省了空间。

在根据本发明的照明装置的示例性实施例中，多个小平面呈环状、阶梯式小平面的形式，并且所述小平面中的每个均关于至少一个参数被单独布置，以便重新分配从光源发出的光的部分，其中对于小平面的至少一个参数包括其位置、斜率或尺寸中的至少一者。可替代地，在一个实施例中，所述多个小平面被成形为形成反射抛物面，并且光源被基本上定位在抛物面的焦点，使得来自光源的光在被反射后可以是被准直为平行光。

在根据本发明的照明装置的一个实施例中，所述光源沿所述光反射器的轴线方向或沿垂直于轴线方向的平面相对于所述光反射器是可动的。特别地，在一个实施例中，所述照明装置还具有用于相对于所述反射器支撑所述光源的保持器；其中，所述保持器被相对于所述反射器是固定的，而所述光源在所述保持器上是可动的，或者所述保持器相对于所述反射器是可动的，而所述光源被固定在所述保持器上。特别地，所述保持器具有用于将所述光源联接到电源的电连接件。从而，所述光源相对于所述光反射器的相对运动可以有效地改变输出光束的方向或轮廓。

在根据本发明的照明装置的另一个实施例中，所述圆锥体被以这样的方式成形，即，从光源发出并被透射在圆锥体上的光被反射到所述多个小平面，然后被反射到输出方向，优选地，成为准直光。

根据另一个方面，本发明涉及一种包括上述照明装置；和电源或市电电源输入端的灯具。

根据另一个方面，本发明涉及一种制造用于聚光照明灯的光反射器的方法。该方法包括：形成碗状结构，所述碗状结构具有用于光发射的开口并在其内表面上具有菲涅耳结构状表面。

在根据本发明的方法的一个实施例中，该方法进一步包括以下步骤：在碗状结构的内表面上形成反射材料或粘贴反射层。在另一个实施例中，形成碗状结构的步骤进一步包括：在所述内表面上形成圆锥体，所述圆锥体被布置以避免光被反射回光源。

根据本发明，由于光反射器以及因此灯具的结构将更加紧凑和有效，将获得至少一些优点，并且这样的光反射器的制造可以有效地被执行。

参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并被阐明。

附图说明

现在本发明的实施例将仅通过举例的方式，参考示意性附图被描述，其中相应的参考标记表示相应的部件，并且其中：

图1示意性地示出了用于聚光照明灯的传统光反射器的剖视图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的具有菲涅耳结构状反射表面的光反射器的剖视图；

图3和图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的具有菲涅耳结构状反射表面的光反射器，在菲涅耳结构状反射表面中环状菲涅耳薄片的至少一部分包括单独的子小平面；

图5示意性地示出了根据本发明的一个实施例的照明装置的剖视图；

图6示意性地示出了图5中的照明装置的立体图；

图7、图8和图9分别示意性地示出了光源相对于光反射器的不同位置，以及得到的不同的光束轮廓；

图10示意性地示出了UGR计算的变量的定义；

图11示意性地示出了根据本发明的一个实施例的制造光反射器的方法的步骤。

在附图中，除非另有说明，类似的附图标记通常是指结构的相似元件或部分。为了附图和描述的清楚，并非所有类似的元件或部分都在附图中由附图标记表示，尽管它们可以存在于其他附图所示的结构中。

具体实施方式

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的具有例如碗状形状的光反射器200的剖视图，其中该光发射器在其内表面201上包括菲涅耳结构状反射表面202。特别地，菲涅耳结构状反射表面202被布置成反射来自光源205的光，使得光射在光反射器的内表面上。

菲涅耳透镜结构透镜被广泛用于光学领域。一般而言，菲涅耳透镜是从传统透镜得到的，其中透镜的一部分被移除，并且所述部分以这样的方式被选择使得所述部分的移除引起穿过菲涅耳透镜的辐射光束的光路的改变，其中所述改变是所述辐射光束的半波长的倍数。菲涅耳透镜通常被设计用于特定波长。然而，本发明人惊奇地发现，菲涅耳结构状(或等同的)反射器可以被用来代替普通的反射器，并可以通过使光在锯齿状表面被反射有效地减少光反射器的厚度(曲面的深度)。

此外，如从图2中可以看到的，相对于菲涅耳结构状反射表面202，所述反射表面是由多个具有不同阶梯状侧面的小平面203组成的，其中，实际上每个小平面都可以被计算和优化，以实现所希望的具有不同的光束角度的光束图案。光反射器200的菲涅耳结构状反射表面202的每一个小平面203均可单独地重新分配来自于光源的一部分光。这意味着通过几个用于光反射器的优化的参数可以获得具有高自由度的设计样式。

此外，如图2所示，在其内表面具有菲涅耳结构状反射表面202的光学反射器200具有大大降低的深度并占用更少的空间，从而节省用于诸如那些在LED灯中使用的驱动电路和热沉元件的大量空间。

基于如上所述的特征，根据本发明的光反射器可以被实施以获得相对于现有技术显著的优点；一些额外的特征可以被实现以获得更多的优点，这将在下文中借助于本发明的一些示例性实施例，参照相关附图进行说明。例如，根据本发明的光反射器的菲涅耳结构状反射表面的至少一部分可以被形成为在每一个环形菲涅耳薄片上具有单独的子小平面，如在图3和图4中示例性地所示。由于单独的子小平面形成镜面反射表面这一事实，这样的布置可以帮助实现更好的光束均匀性性能和在目标照明表面上更好的颜色混合。因此，更大数目的子小平面导致对使目标区域上的照明均匀的更好的贡献。

图5示意性地示出了根据本发明的另一实施例的照明装置的剖视图；图6示意性地示出了图5中的照明装置的立体图。如图5和图6所示，在光反射器500的内表面内，圆锥体504被形成在例如内表面的中心(即，在菲涅耳结构状反射表面的中心)，并在光输出方向上具有优化的锥形端部。圆锥体504被布置成避免来自光源的光被反射回光源，这因此可以提高光反射器的效率并防止诸如LED之类的光源迅速老化。否则，从光源505发出的光可以被反射回光源，这就照明装置的效率和光学性能而言也是不利的。

此外，圆锥体504可以适当地被确定尺寸成仅避免光被反射回光源505，而基本上不减少反射内表面的面积。例如，圆锥体504以这样的方式被成形，即使得从光源505发出并投射在圆锥体504上的光被反射到多个小平面上，然后被反射到输出方向，优选成为准直光。显然，本领域技术人员可以根据特定的要求调整设计。

来自光源并射在光反射器上的光的光路可以通过图5被示意性地示出，其中，光在菲涅耳结构状反射表面处被反射到输出方向。本领域技术人员应该理解，圆锥体504可以被成形为将来自于光源505的光反射到菲涅耳结构状反射表面的周围的环形薄片，然后绕过光源反射到输出方向。

根据本发明的另一个方面，用于聚光照明的灯包括具有菲涅耳结构状反射表面502的紧凑的光反射器500，和光源505，诸如LED、HID灯和卤素灯，以及其他适当元件。用于聚光照明的灯可以包括其它元件，例如电源、功率输入端、驱动电路、连接导线、外壳、热沉元件和联接元件等。

一般来说，包括根据本发明的光反射器的灯，如图5和图6所示，具有用于光反射器500的保持器506，用于支撑光源505，例如LED。保持器506被附接到紧凑的光反射器500。所述保持器506可以与光反射器500一体或与光反射器500分离。

特别地，保持器506被布置成使得保持器506上的光源505可以相对于紧凑的光反射器500在光反射器500的Z轴方向上运动。即，光源505和光反射器500之间的距离是可调节的。例如，如图7所示，光源705可位于更深的位置，从而使来自于灯705的光束被相对分散。可替代地，如图8所示，光源705可以位于中间位置，从而使光束被较少分散和更多准直。可替代地，如图9所示，光源705可以位于外部位置，使光束被更少分散并更多会聚。

此外，光源也可以相对于紧凑的光反射器500在垂直于Z轴方向的平面M内可移动。如本领域技术人员可以理解而没有在当前附图中示出的，采用这一设计，灯的光输出的主方向可调节，使得光输出可以在左、右、上或下方向上行进。

根据本发明的另一实施例，通过具有朝向反射表面的光源发光，来自光源的光的至少部分并且优选全部被菲涅耳结构状反射表面反射，并由此获得更好地防眩光效果。这是由于较少的或优选没有光朝向灯的主方向外的角度范围被直接发射，并且在主方向外的角度范围内得到减小的光强度这一事实，因为对于人类眼睛1001看起来，点光源被转换成面光源。

本发明人已经发现，光源和光反射器的反射表面之间距离的变化可导致聚光照明应用的FWHM(半最大值全宽度)光束角度在取决于具体设计的一定范围内的变化，这。一般，被称为UGR(统一眩光比)的参数也可以代表一个特定灯的眩光效果。UGR的公式为：

UGR＝8log[0.25/L_b*(∑L²ω/p²)]，

其中，参照图10，

L_b：是背景亮度；

L：是发光部1002的亮度；

ω：是发光部1002的立体角；

p：是古斯(Guth)位置索引。

一般地，UGR的值越大，灯的防眩光性能越差。全内反射(TIR)准直器是具有内部反射表面的准直器，例如全内反射透镜等，所述内部反射表面通过全内反射来反射和校准光。假定一个灯的强度分布相同，反射器解决方案总是比TIR准直器具有更低的L值(亮度与光源面积的倒数成比例)，这意味着反射器解决方案具有更好的防眩光性能。正常地，反射器解决方案的面积至少是TIR准直器的面积的2倍，这意味着反射器解决方案的性能在相同强度分布下至少比TIR准直器解决方案好两倍。此外，UGR值只针对比25D视角γ更宽的光强度被计算，其中25D是针对UGR计算的从竖直方向的有限视角(UGR仅从0度至25度的视角被计算)。对于传统的反射器，因为正常的反射器具有有限的重新分配能力，宽视角的强度始终很强。然而，这种新的反射器的重新分配能力接近于TIR准直器的能力，其可以重新分配从光源发出的所有光，这表明在宽视角下的强度可以如所希望的被抑制到所需要的值，并且UGR值可以比正常的反射器低得多。从LED705被用作发光元件的图7至图9所示的模拟中，可以观察到发射到反射器的每一个小平面的光的比值可根特定要求自由地分配。光束图案可以通过修改LED和反射器之间的距离在一定范围内灵活地改变。此外，所产生的光束图案可以由小平面通过其位置、斜率、尺寸等来确定。

通常，根据本发明，灯的防眩光效果可以通过使更多的或全部光在被引导到输出方向之前被反射器反射基本上得到改善。即，没有或仅有少量的光被直接从光源输出。因此，可以获得包括这种紧凑的反射器，具有比现有技术更好的防眩光效果的聚光照明灯。

根据本发明的另一个方面，紧凑的光反射器能够以如图11所示的方式被制造：

在步骤S01中，光反射器的主体是由成型或注塑或其他适当的工艺用塑料(或其它适当材料)制成的。具体地，碗状反射器结构被形成为具有用于输出光束的开口，并在碗状结构的内表面上设置有菲涅耳结构状表面，其中所述菲涅耳结构状表面从碗状结构的开口是可见的。

另外，在步骤S101期间，在内表面的中心形成圆锥体，以避免光被反射到光源上。

在步骤S02中，一些反射材料或表面可以被形成在碗状结构的内表面上，尤其是在菲涅耳结构状表面上。例如，所述反射材料可以是涂层。或者，所述反射材料可以是粘贴在反射器的内表面上的反射层。或以其他方式，反射器的基本材料可具有反射特性，其可满足用于构建这种紧凑的反射器的性能要求。因此，在内表面上施加涂层或粘贴层是可行的。

可替代地，所述反射材料可以与反射器主体的材料相同，并且是反射性金属材料，从而允许在步骤S01后省略上述步骤S02。但如本领域技术人员可理解的，可能具有使反射表面平滑的另一步骤。

应当指出的是，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围内将能够设计许多替代实施例。在权利要求中，动词“包括”及其变型的使用不排除其他元件或步骤的存在，并且在一个元件之前的冠词“一个(a)”或“一个(an)”并不排除多个这样的元件的存在。某些措施被在相互不同的从属权利要求中被列举的单纯事实并不意味着这些措施的组合不能被利用。在权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims

1.一种照明装置，包括：

具有内表面(201)的光反射器(200，500)；和

光源(205，505)；

其中所述内表面(201)包括形成菲涅耳结构状反射表面(202，502)的多个小平面(203)；并且

其中来自所述光源(205，505)的所述光的至少部分被所述光反射器反射到输出方向。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述内表面(201)进一步包括圆锥体(504)，以便避免来自所述光源(205，505)的光被反射回所述光源(205，505)。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述小平面(203)中的每个小平面均关于至少一个参数被单独布置，从而重新分配从所述光源(205，505)发出的所述光的部分，并且其中对于小平面的所述至少一个参数包括其位置、斜率和尺寸中的至少一个。

4.根据权利要求1、2或3所述的照明装置，其中所述多个小平面(203)被成形为形成反射抛物面，并且所述光源基本上被定位在所述抛物面的焦点，使得来自所述光源(205，505)的所述光在被反射后被准直成平行光。

5.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述多个小平面(203)呈环状、阶梯式小平面的形式。

6.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光源(205，505)沿所述光反射器的轴线方向(Z)或在垂直于所述轴线方向(Z)的平面(M)内相对于所述光反射器是可动的。

7.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述照明装置进一步具有用于相对于所述光反射器(200，500)支撑所述光源(205，505)的保持器(506)；并且

其中所述保持器(506)相对于所述光反射器(200，500)是固定的，而所述光源(205，505)在所述保持器(506)上是可动的，或者其中所述保持器(506)相对于所述光反射器(200，500)是可动的，而所述光源(205，505)被固定在所述保持器(506)上。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其中所述保持器(506)具有用于连接所述光源(205，505)和电源的电连接。

9.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述光源(205，505)是LED、HID灯和卤素灯之中的一个。

10.根据权利要求2所述的照明装置，其中所述圆锥体(504)被以这样的方式成形，即使得从所述光源发出并被投射在所述圆锥体上的光被反射到所述多个小平面，然后被反射到所述输出方向(N)。

11.根据权利要求10所述的照明装置，其中所述圆锥体(504)被以这样的方式成形，即使得从所述光源(205，505)发出并被投射在所述圆锥体(504)上的光被反射到所述多个小平面(203)，然后作为准直光束被反射到所述输出方向(N)。

12.一种灯具，包括：

根据权利要求1至11中任一项所述的照明装置；和

电源或市电电源输入端。

13.一种制造用于聚光照明装置的光反射器的方法，所述方法包括以下步骤：

形成碗状结构(S01)，其具有用于光发射的开口，并且在所述碗状结构的内表面上具有菲涅耳结构状表面。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：

在所述碗状结构的所述内表面上形成反射材料或粘贴反射层(S02)。

15.根据权利要求13所述的方法，其中形成碗状结构的所述步骤(S01)包括：

在所述内表面上形成圆锥体，所述圆锥体被布置成避免光被反射回所述光源。