CN104823095B

CN104823095B - 蝙蝠翼配光的透镜反射器组合

Info

Publication number: CN104823095B
Application number: CN201380064506.2A
Authority: CN
Inventors: J.钦尼亚; B.L.尤德; G.R.艾伦
Original assignee: GE Lighting Solutions LLC
Current assignee: Karent Lighting Solutions Co ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: CN104823095A; BR112015014051A2; WO2014092948A1; US20140160766A1; US8864346B2; CA2893838A1; TW201428208A; JP6291506B2; MX2015007419A; TWI619900B; MX343233B; JP2016506595A; EP2929389A1

Abstract

本主题针对用于产生蝙蝠翼配光的系统和方法。透镜采用光源、优选地为LED来照射，以及透镜配置成沿与初始照射方向大体相反的方向内部反射回照射光的一部分。来自光源的光的另一部分可经过其他透镜表面，但是也可通过光源反射回，其中反射器定位在离光源的透镜的另一侧上。光源可安装在框架上，以便遮蔽来自其中的光以免观看。

Description

蝙蝠翼配光的透镜反射器组合

技术领域

本主题涉及照明。更具体来说，本主题涉及基于LED(发光二极管)的灯以及关联透镜和反射器组合件及方法。

背景技术

当前，对于照射房间、街道和商场以便对所照射区域创建均匀强度，蝙蝠翼配光(batwing light distribution)会是优选的。若干现有技术专利使用具有透镜和/或反射器组合的LED源。典型示例包括美国已发表专利申请US2009/0225543、US2010/0165637、US2011/0141729和US2011/0141734。

但是，发生的问题在于，在许多这些情况下，点亮的LED对观看者是可见的，因为LED面向光方向并且直接经过透镜发送光线。

易于这些已知问题，因此有利的是提供一种透镜和反射器配置，其将允许使用LED灯的均匀照射操作，同时避免LED灯的直接观测。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分提出，或者通过描述可以是显然的，或者可通过实施本发明来了解。

本主题涉及LED灯、透镜和反射器配置，其中LED设置成面向与光方向相反的方向，以及在一些实施例中被例如支承框架或散热器完全遮蔽。来自LED源的光的一部分通过来自弯曲表面的全内反射以及通过经过透镜的第二表面的折射来发送，以创建配光的蝙蝠翼部分。来自LED源的光的其余部分经过透镜发送给高反射性反射器，其将光扩散到蝙蝠翼分配的中心部分。

在本主题的第一示范实施例中，提供一种配光系统，其包括具有第一和第二表面的透镜。LED光源配置成使得把来自LED的光定向到第一表面。定向到第一表面的光经过透镜，并且至少部分从第二表面反射回，以沿与来自LED的光的初始方向大体相反的光方向产生蝙蝠翼配光。根据透镜的构造，有可能得到来自第二表面的全内反射，由此避免经过第二表面的漏光(杂散光)。

在本主题的其他实施例中，反射器定位成与透镜的第二表面相对(例如在第二表面远离LED光源的另一侧上)，使得经过透镜并且从第二表面以及从与透镜的侧表面对应的第三表面发出的光的至少一部分由反射器反射回，以在透镜所提供的蝙蝠翼配光的中心区域中提供补充光(fill light)。

在本主题的所选其他实施例中，第二表面沿中心线分开为两个对称部分，由此产生对称蝙蝠翼配光。在某些这类实施例中，第二表面沿中心线分开为不对称部分，由此产生不对称蝙蝠翼配光。在一些实施例中，两个不对称部分的每个具有从中心轴到峰值强度的点所限定的角度，其中角度之间的差处于大约5°和30°的范围中，以及在具体实施例中具有大约10°的峰值差。在其他实施例中，表面沿中心线分开为两个不对称部分，使得来自LED的光通量定向到第一部分，使得第一部分与第二部分之间的光量的相对比率大致在从大约20∶80至40∶60的范围中。在这类具体实施例中，比率为大约30∶70。

在本主题的又一些实施例中，透镜可以是轴对称或者线性延长的。在本主题的所选实施例中，透镜的第一表面大体是平坦的，而第二表面是分开的。在某些这类实施例中，分开的表面是对称的，而在其他这类实施例中，分开的表面是不对称的。在具体实施例中，第一表面可包括凹陷区域，以用于至少部分接纳LED光源。

本主题还涉及一种用于产生蝙蝠翼配光的方法。按照这种方法，光源沿初始光方向照射具有第一和第二表面的透镜，使得照射光的一部分照在第一表面，并且在透镜中沿与光源的初始光方向大体相反的方向从第二表面内部反射。在一些实施例中，该方法还提供沿朝第一表面的方向遮蔽光源以免直接观看。

在其他实施例中，该方法还提供沿与初始光方向大体相反的方向反射经过第二表面以及与第一和第二表面之间的侧表面对应的第三表面的照射光的一部分。例如，透镜的侧表面可连接第一和第二表面；因此，按照这种方式，侧表面可处于第一与第二表面之间。在某些这类实施例中，第二表面沿中心线分开为两个对称部分，由此产生对称蝙蝠翼配光。在其他这类实施例中，第二表面沿中心线分开为不对称部分，由此产生不对称蝙蝠翼配光。在具体实施例中，该方法规定，两个不对称部分从沿中心轴具有大约5°与30°之间的峰值差，而在其他实施例中，该方法规定，两个不对称部分按照从大约20∶80至40∶60的比率范围在第一部分与第二部分之间分配光。

通过参照以下描述和所附权利要求书，将会更好地理解本发明的这些及其他特征、方面和优点。结合在本说明中并且构成其组成部分的附图示出本发明的实施例，并且连同描述一起用于说明本发明的原理。

附图说明

针对本领域的技术人员的本发明的全面和开放公开、包括其最佳模式在说明书中提出，其中参照附图，附图包括：

图1是按照本主题、经过第一示范透镜来自LED的光的图示；

图2是按照本主题、经过第一示范透镜和反射器来自LED的光的图示；

图3是按照本主题的第一实施例、来自透镜反射器和支承框架组合的典型配光的图形表示；

图4是按照本主题的不对称透镜的第一变化的图示；

图5是按照经过第一变化不对称透镜来自LED、如从关联反射器所反射并且考虑支承框架的效果的光的图示；

图6是按照本主题的第一变化不对称透镜实施例、来自透镜反射器和支承框架组合的配光的图形表示；

图7是按照本主题的不对称透镜的第二变化的图示；

图8是按照经过第二变化不对称透镜来自LED、如从关联反射器所反射并且考虑支承框架的效果的光的图示；

图9是按照本主题的第二变化不对称透镜实施例、来自透镜反射器和支承框架组合的配光的图形表示；

图10是本主题的挤压透镜实施例的图示；

图11A和图11B分别示出按照本主题的另一实施例的轴对称透镜的仿真截面和等距视图；以及

图12A、图12B、图12C和图12D示出本主题的旋转透镜实施例。

本说明书和附图中的参考标号的通篇重复使用预计表示本发明的相同或相似特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，附图中示出其一个或多个示例。各示例作为对本发明的说明而不是限制来提供。实际上，本领域的技术人员将会清楚地知道，能够对本发明进行各种修改和变更，而没有背离本发明的精神和范围。例如，作为一个实施例所示或所述的特征能够与另一个实施例配合使用，以便产生又一个实施例。因此，预计本发明涵盖落入所附权利要求书及其等效体的范围之内的这类修改和变更。

图1示出按照本主题、经过第一示范透镜100来自LED 110的典型光路102、104、106、108。按照本主题的这个第一实施例，LED 110安装在支承框架130上，使得LED 110所产生的光定向到透镜100，并且基本上由支承框架130阻挡(遮蔽)。这样，来自LED 110的光理想地不是观看者直接看到的，而是LED 110所产生的光经过透镜100来扩散(折射或反射)。

按照本主题，透镜100以及本文所述的其他透镜可由刚性光学聚合物(例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和其他已知材料)经由挤压过程来形成。一般来说，透镜的其他实施例可由其他透明聚合物、硅酮、玻璃或陶瓷经由其他过程(包括机器加工和抛光、注射成型和浇铸)来形成。更一般来说，本主题的实现中采用的透镜可按照已知和公认构造技术从已知材料、或者通过有待开发的技术使用现有或新发现的材料来构成。

如在图1中能够看到，从LED 110沿初始方向传播的光可进入透镜100的第一表面150，以作为来自透镜100的大体平坦侧表面146、148的光路102、104出射。光路102、104大体沿来自LED 110的光的初始方向出射。其他光路、例如光路106、108在内部从与透镜100的弯曲表面142、144对应的第二表面152反射，并且经过分别与透镜100的侧表面146、148对应的第三表面154出射。又一些光路、例如杂散光路132、134在透镜100中部分折射，并且大体沿来自LED 110的光的初始方向从弯曲表面142、146出射。这样，透镜100配置成沿与来自LED110的光的初始方向大体相反的光方向提供蝙蝠翼配光，同时支承框架130不仅支承LED110，而且还理想地阻挡(遮蔽)观看者对LED 110的直接观看。应当理解，LED 110实际上可对应于LED的阵列或编组、例如LED的线性系列；而透镜110可对应于线性装置，例如图10所示，稍后更全面描述。应当理解，对LED或者“一LED”的任何提法也可适当地表示多个LED，或者可以仅表示单个LED。

图2是按照本主题、经过第一示范透镜200来自LED 210以及来自反射器220的光的图示。如先前在图1中所示，支承框架130大体阻挡(遮蔽)沿观看者的方向的光，其为了隐藏LED 210是有益的，但是引起光的不太均匀分配。通过放置于与LED 210的相对侧上的反射器220，某些光路、例如光路202、204(其先前按图1跟随远离观看者的光路)这时跟随经由透镜来自LED 210并且朝反射器220的光路，其中它们被反射，以便重定向到与来自LED 210的其初始光路大体相反的方向。还将会理解，图1中示为杂散光路132、134的光路232、234也将重定向到与来自LED 210的其初始光路大体相反的方向。这样，反射光路202、204、232、234通过类似的这类光路能够“补充”部分产生于由支承框架(在这里没有单独编号)从LED 210阻挡光的原本较少照射的区域222。

图3是按照本主题的第一实施例、来自如图2所示的示范透镜反射器和支承框架组合的示范配光图案的图形表示300。如在图3中看到，配光在截面图中表示为蝙蝠翼分配，其中原点310指示来自LED 110和支承130的区域的光并且主瓣306、308指示沿图表的径向的照射强度，而且还包括照射区域322，其在没有反射器220(图2)存在的情况下因从LED源的初始光方向以及来自LED支承结构的阻挡而提供有明显要少的照射。通过重定向这个光(其原本继续跟随其初始光路)，反射器还增加整体系统的光学效率。

这时参照图4-6，将描述本主题的第二示范实施例。在这点上，图4是按照本主题的不对称透镜400的第一类型的图示。虽然没有采用如图1中的重叠光线、支承框架和LED示出，但是应当理解，经过并且来自透镜400的光路与图1所示相当相似，除了蝙蝠翼配光基于透镜400的不对称形状是略微不对称的。例如，在图4所示的透镜400的示范配置中，峰值位置402、404的差是使得瓣606、608与参考线620之间的角差、即角θ₁和θ₂的差大约为10°。在其他实施例中，这个差的范围可从大约5°至大约30°，以供配光的增加控制。在本主题的这个实施例中，应当理解，与另一瓣608(θ₂)相比，由透镜400所产生、图6中示为类型1的不对称性涉及强度分配的一个瓣606集中在与中心轴620的不同角(θ₁)。

通过如图5所示添加反射器520，形成经过不对称透镜500来自LED 510的光路，其中光路的一部分从关联反射器520反射，而其他被支承框架530阻挡，以及又一些在透镜500中反射，以连同从反射器520所反射的那些光路一起沿与来自LED 510的光的初始方向大体相反的光方向产生来自LED 510的蝙蝠翼配光。

图6是来自图5所示的透镜反射器和支承框架组合的示范蝙蝠翼配光606、608的图形表示600。如通过查看图4-6显而易见，透镜400、500不对称地形成，以便至少部分使蝙蝠翼分配606、608偏斜到一侧(图6中的608)，作为用于控制配光的机制。

这时参照图7-8，将描述本主题的第三示范实施例。在这点上，图7是按照本主题的不对称透镜700的第二类型的图示，而图8示出经过不对称透镜800来自LED 810的光路，其中一部分从关联反射器820反射，而其他被支承框架830阻挡。图9是来自图8所示的透镜反射器和支承框架组合的大体蝙蝠翼配光906、908的图形表示900。

如通过查看图7-9显而易见，透镜700、800不对称地形成，以便至少部分使蝙蝠翼分配906、908偏斜到一侧(图9中的908)，作为用于控制配光的机制。在图7-9的示范配置中，图9中示为类型2的透镜700的峰值位置702、704的差连同区域706中的透镜700的附加不对称形成一起提供一种配置，其中明显更大的光通量定向到右侧908，而不管如下事实：指示强度分配的两个瓣的峰值的角θ1和θ2在中心轴920的任一侧大致相等地居中，使得左侧906与右侧908之间的光的分配的相对比率大约为30∶70。在其他实施例中，这个比率的范围可从大约20∶80至40∶60，以供配光的增加控制。

参照图10，示出本主题的线性延长挤压透镜1000实施例。如从图10与图4的比较可看到，如在这些透镜的每个的图10中的端视图1002所看到的截面基本上相同。应当理解，诸如图1的透镜100和图7的700之类的透镜也可作为挤压来形成。这样，LED的线性阵列可适应具有截面的类似线性反射器，如分别在图2、图5和图8的220、520和820所示。当然，本领域的技术人员将会理解，还可连同与图4和图7所示的那些透镜400、700的变化对应的各种透镜配置一起采用包括例如抛物线、自由形式和棱镜反射器的其他反射器类型。本文所公开的LED和透镜组合也可与暗灯槽(troffer)、包括许多已知暗灯槽以及路灯反射器共同使用。

图11A和图11B示出采用轴对称透镜的本主题的另一实施例，其中透镜截面轴向旋转全360°。如在图11A中可最佳地看到，透镜1100的截面与图1的透镜100相似。在这个实施例中，透镜1100可以更具体适合与单个LED或者按照大体圆形或编组形成所配置的LED编组配合使用。

图12A-12D示出本主题的三维透镜实施例，其中透镜截面仅经过180°旋转。如在图12A和图12D中可以最易于看到，透镜1200具有大体平坦底面1202，其中具有用于至少部分接纳一个或多个LED光源(未单独示出)的凹陷区域1204。此外，如图12B和图12C中最佳地看到，顶面1210、1212形成为大体椭圆形状的分开部分，其配置成提供与先前参照图1-9所述的相似的配光的变化。在这点上，透镜的两个旋转部分可按照与图1、图4和图7所示透镜相似的方式对称或者不对称地配置，以便提供对称或者不对称配光图案。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本主题，并且还使本领域的技术人员能够实施本主题，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其它示例包括与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在落入权利要求书的范围之内。

Claims

1.一种配光系统，包括：

透镜，包括第一表面和第二表面；

LED光源，配置成沿初始方向将光定向到至少所述第一表面，其中定向到所述第一表面的光经过所述透镜，并且至少部分从所述第二表面反射回，以沿与来自所述LED光源的光的所述初始方向大体相反的光方向产生蝙蝠翼配光；以及

反射器，定位成与所述第二表面相对，

其中所述透镜包括形成所述第一与第二表面之间的侧表面的第三表面，通过其，光可经过并且大体沿来自所述LED光源的光的所述初始方向出射，

经过所述透镜并且从所述第二和第三表面出射的光的至少一部分由所述反射器反射，以在所述透镜所产生的所述蝙蝠翼配光的中心区域中提供补充光。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二表面沿中心线分开为两个对称部分，由此产生对称蝙蝠翼配光。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二表面沿中心线分开为两个不对称部分，由此产生不对称蝙蝠翼配光。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述两个不对称部分各具有从中心轴到峰值光强度的点所限定的角，其中所述角之间的差在从5°至30°的范围内。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述两个不对称部分各具有从中心轴到峰值强度的点所限定的角，其中所述角之间的所述差为10°。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二表面沿中心线分开为两个不对称部分，由此来自所述LED的光通量分别定向到第一部分和第二部分，使得所述第一部分与第二部分之间的光的分配的相对比率在从20∶80至40∶60的范围中。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述比率为30∶70。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述透镜是轴对称的。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述透镜是线性延长的。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一表面是大体平坦的，并且所述第二表面是分开的。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述分开的表面是对称的。

12.如权利要求10所述的系统，其中，所述分开的表面是不对称的。

13.如权利要求10所述的系统，其中，所述第一表面包括凹陷区域，以用于至少部分接纳所述LED光源。

14.一种用于产生蝙蝠翼配光的方法，包括：

采用光源沿光的初始方向照射具有第一表面和第二表面的透镜，使得所述照射光的一部分照在所述第一表面，并且在所述透镜中沿与所述光源的光的所述初始方向大体相反的方向从所述第二表面内部反射；

其中，所述透镜包括形成所述第一与第二表面之间的侧表面的第三表面，通过其，光可经过并且大体沿来自所述光源的光的所述初始方向出射，所述方法还包括：

沿与光的所述初始方向大体相反的方向反射经过所述第二表面和所述第三表面的光的一部分。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二表面沿中心线分开为两个对称部分，由此产生对称蝙蝠翼配光。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二表面沿中心线分开为两个不对称部分，由此产生不对称蝙蝠翼配光。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述两个不对称部分各具有从中心轴到峰值强度的点所限定的角，其中所述角之间的差在从5°至30°的范围内。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述两个不对称部分按照从20∶80至40∶60的比率范围在第一部分与第二部分之间分配光。