CN105121952B - 包括led光源和反射器的用于光输出的装备 - Google Patents

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Abstract

一种用于光输出的安排，该安排包括：一个用于产生光并且使该光以主发射方向(R)发射的LED光源(2)、一个用于对该光产生光学影响的反射器(3)、以及一个用于对该光产生光学影响的光学元件(4)，其中，该光学元件(4)被安排成首先在该LED光源(2)与其次在该反射器(3)之间起作用，该光学元件在该主发射方向(R)以向前弯曲的方式构型，并且在本案中是由光传输性材料构成的。

Description

包括LED光源和反射器的用于光输出的装备
本发明涉及一种用于光输出的安排，该安排包括LED光源(LED：发光二极管)和反射器。
图7示出了如从现有技术已知的这样一种用于光输出的安排的示意性截面。该安排包括LED光源200和用于影响该LED光源200所发出的光的反射器300。光是通过该安排、经由该反射器3形成的一个开口320 而最终被输出到外部。在LED光源200与反射器300之间安排了一个漫射器圆盘400，该漫射器圆盘使LED光源200发出的光发生漫散射，从而使得从外部观察时，不再能察觉到LED光源200本身。漫射器圆盘400 可以说是被安排在反射器300的底部区域中。
LED光源200被安排在由该漫射器圆盘400覆盖的腔室的底部壁上。这个腔室还称作“混合室”，该腔室能使来自LED光源200的光在所述腔室内发生混合。
所示出的安排是由多个此种安排组装成的系统的一部分，从而使得该安排形成了一个LED单元网格。所述单元网格被提供作为灯的构成部分。
在此种安排中，LED光源200被明显地安排在反射器300所限定的空间的外部并且在反射器300的底部区域之外，可以说是深陷于该相应灯的内部。由于这种构型，出现的情况是：来自LED光源200的一部分光并没有到达反射器300而是在之前由于吸收就被损失掉了，使得其结果是此种安排的效率受到限制。另外，在这种安排中，不能使得该反射器300对光产生最佳影响。
本发明所基于的目的是说明一种针对光输出的相应改进安排和一个改进系统。具体地讲，旨在准许改进的更有效率的光输出。
根据本发明，这一目标是通过独立权利要求中所述的主题来实现的。在从属权利要求中说明了本发明的具体实施类型。
根据本发明，提供了一种用于光输出的安排，该安排包括：一个用于产生光并且使光在主发射方向上发射的LED光源、一个用于对光产生光学影响的反射器、以及一个用于对光产生光学影响的光学元件。该光学元件被安排成一方面在该LED光源与另一方面在该反射器之间起作用。该光学元件在主发射方向上是以向前弯曲的方式构型的并且是由光传输性材料构成的。
事实是，与现有技术不同的是，该光学元件具有在主发射方向上向前弯曲的形状，这意味着LED光源也可以被进一步向前安排，因此这意味着可以实现该安排的光的更高产率并且从而实现改善的利用系数和更高效率。
该光学元件优选由透明材料构成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 或聚碳酸酯(PC)。通过使用这样的透明材料，有可能使来自LED光源的光与光学元件相互作用过程中的光的损失保持特别小。
该光学元件优选地延伸远至一个平面，该平面相对于该主发射方向垂直定向并且穿过该LED光源的发光区域。这使得有可能使来自LED光源的特别高比例的光落在反射器上。特别优选地是，该光学元件在各侧上都延伸远至这个平面。以此方式，有可能的是：该LED光源在半部空间中发出的光全部落在该光学元件上并且因而可以在进一步过程上使用。
该反射器优选地具有反射性区域，该反射性区域被构型为以会聚的方式在一方面在该反射器的开口与另一方面在该反射器的邻接该光学元件的底部区域之间延伸。以此方式，对于该安排的光输出而言有可能的是：特别小的比例的光在光学元件与反射器之间的路线中被损失掉。与在开篇处提及的现有技术不同，该光学元件以此方式并不在该反射器之外延伸而是在由该反射器所限定的空间内延伸。
该光学元件优选地具有一个表面区，该表面区具有多个光学结构。以此方式，可以特别具体地对光产生影响，例如，至少使大部分的光或使光全部偏转到反射器上。另外，以此方式有可能的是，在观察该光学元件时，该LED光源本身不再是可察觉到的，也就是说，可以说，由该LED 光源的一个LED形成的“LED点”“消失”了，或者如果该LED光源包括多个LED，这些相应的“LED点”“消失”了。
这些结构优选是线性结构、和/或棱柱状结构、和/或不规则的和/或混乱的结构。这些结构特别好地适于对光产生适当影响。
优选地，具有这些光学结构的该表面区包括该光学元件的面向该 LED光源的表面区和/或该光学元件的背离该LED光源的表面区。例如，这些结构有利地包括线性结构，这些线性结构在该面向该LED光源的表面区上是沿着与该光学元件的背离该LED光源的表面区不同的方向上形成和构型的。优选地，这些结构被构型的方式为：在与该主发射方向相反来观察该光学元件时，该LED光源的发光区域可能不再像原来那样定位。以此方式，对于该安排的观察者的眩光可能性得以减小，并且来自该安排的光的特别均匀的光输出变得可能。
这些结构优选地具有侧翼区域，这些侧翼区域各自在穿过LED光源的一个侧翼平面中延伸，或者各自沿着一个锥体表面延伸，该锥体的顶点穿过该LED光源。以此方式，有可能的是，光通过该光学元件被特别适当地偏转到反射器上以及该反射器的反射性区域上，而损失特别小。
优选地，该光学元件被特别适当地成形，使得在截面上观察时，其大致限定了梯形形状，这些侧翼区域是在该梯形形状的两个肢边上形成的。
该安排优选被构型的方式为：通过该光学元件增大了光落在该反射器上的比例。以此方式，有可能的是，特别大的比例的光落在反射器上并且可以因此通过该反射器而被特别适当地偏转。具体地讲，以此方式，可以对该安排的光分布曲线施加特别适当的影响，这种曲线是以对该安排的光输出的角度相关性为特征的。
该反射器优选地具有一个反射性的结构化表面区，以用于影响该光。以此方式，可以有利地实现对于光的特别具体的大范围的光偏转影响。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于光输出的系统，该系统包括根据本发明的用于光输出的安排，以及根据本发明的用于光输出的至少一个另外的安排，其中该首先命名的用于光输出的安排的反射器以及用于光输出的至少一个另外的安排的对应的至少一个另外的反射器是结合地、尤其是一件式地构型的。
在下文中将使用一个示例性实施例并且参考附图来更详细地说明本发明，在附图中：
图1示出了与根据本发明的用于光输出的安排的原理相关的截面示意图，
图2示出与示例性实施例相关的截面示意图，
图3示出与示例性实施例相关的一个另外的更详细的示意图，
图4示出与光的光路相关的示意图，
图5示出了一个系统的透视图，该系统包括多个用于光输出的安排，
图6示出了所述系统的来自另一个观察方向的透视示意图，并且
图7示出了与根据现有技术的相应的用于光输出的安排相关的示意图。
图1示出了用于说明根据本发明的用于光输出的安排的原理的截面示意图。该安排包括LED光源2，该光源用于产生光并且以主发射方向R 发射光。该LED光源2可以具有一个LED或多个LED，例如如图1中指示的两个LED。此外，该LED光源2可以具有一个LED电路板，该LED光源2的至少一个LED被安排在该电路板上。该LED电路板可以具体具有一个平面表面，该至少一个LED被安排在该平面表面上。
该主发射方向R可以具体是这样一个方向，在该方向该LED光源2 在本质上输出的光最多。当然，LED或LED光源通常不只是在一个方向输出光而是以立体角输出光，在此因此是以围绕该主发射方向R的一个立体角。具体而言，该构型可以是使得该主发射方向R以直角延伸至该 LED电路板的表面并且背离该表面。
此外，该安排包括一个用于对光产生光学影响的反射器3。
此外，该安排包括一个用于对该光产生光学影响的光学元件4，其中，该光学元件4被安排成一方面在该LED光源2与另一方面在该反射器3 之间起作用。
该光学元件4被配置成使得该光学元件在主发射方向R向前弯曲；该光学元件是由光传输性材料构成。由于该光学元件4的向前弯曲的形状，有可能使该LED光源2发射的特别大的比例的光落到该反射器3上。以此方式，可以实现该安排的特别良好的利用系数。
光学元件4优选由透明材料、具体是透明玻璃构成。以此方式，特别大量的光能够穿过光学元件4并且由于吸收而损失的光特别少。具体地讲，以此方式，如与在开篇提及的现有技术相比，可以实现背向反射率的减小；因此有可能增大该安排的总效率。
例如，PMMA或者PC是特别适于作为针对光学元件4的材料。这两种材料具有针对光的相应适合的高传输水平。
反射器3优选地具有一个反射性区域，该反射性区域被构型为以会聚的方式在一方面在该反射器3的开口32与另一方面在该反射器3的底部区域31之间延伸。这种构型优选使得该反射器3的底部区域31邻接该光学元件4，具体是直接邻接。
反射器3的反射性区域优选是以环形形状闭合的并且具体被构型成是不透明的。
光学元件4优选地具有一个环形边缘41，其中该反射器3使其底部区域31在各方向上延伸远至紧邻该光学元件4的这个边缘41。
图3示出了图2中所示的示例性实施例的放大的且在某种程度上更大范围的示意图。该光学元件4优选地延伸远至一个平面E，该平面通常是相对于该主发射方向R垂直定向的并且穿过LED光源2发光区域。特别优选地，光学元件4在各方向延伸远至这个平面E。例如，可以做出的安排是：使光学元件4的边缘41环形地延伸远至这个平面E或者与这个平面E相交。
优选地，LED光源2限定一个光学主轴线HA，该光学主轴线例如穿过发光区域的中心、或者如果适当的话，穿过LED光源2的这些发光区域，并且是平行于该主发射方向R定向的。光学元件4优选被成形为使得该光学元件围绕其主轴线HA、以罩或杯的形式延伸，具体是带有一个闭合表面。例如，该光学元件4相对于主轴线HA被可旋转地对称地成形。然而，光学元件4可替代地还可以被构型的方式是使该光学元件在垂直于主轴线HA的截面是矩形的。
反射器3还优选地被成形为使得其围绕主轴线HA延伸，例如可旋转对称地或者矩形地，与该光学元件4相对应。具体地讲，可以做出的安排是使该反射器3延伸远至平面E并且穿过或者接触该平面(优选环状地)。
如图2中指示的，该光学元件4可以有利地具有一个表面区，该表面区具有多个光学结构5。通过这些光学结构5，在与主发射方向R相反地观察该光学元件4时，有可能使LED光源2不再是本身可察觉到的，也就是说，具体地讲，属于该LED光源2的一个LED的相应光点或多个 LED的多个光点似乎“消失”了。具体地讲，因而有可能使LED光源2 的发光区域不再像原来那样定位。
这些光学结构5例如可以是线性结构，例如截面是三角形的。如图2 所指示的这些结构5可以是棱柱状结构，它们可以是不规则的或混乱的结构。特别适合地，这些结构5是由线性结构形成，这些线性结构例如可以被成形为截面是三角形的。这些结构5还可以包括多个柱面透镜或交叉式柱面透镜。交叉式柱面透镜特别适于使来自LED光源2的这些光点彼此融合。
通过这些结构5，如与在开篇提及的现有技术相比，在这些结构中使用了漫射器圆盘，进一步可能的是使背向反射率特别地减小，以此方式，大范围地改善了该安排的效率。
如图2和图3指示的，具有这些光学结构5的表面区可以包括该光学元件4的面向LED光源2的表面区。可替代地或者额外地，这个表面区还可以包括该光学元件4的背离LED光源2的表面区。在这个最后命名的情况中，可以做出的安排是，例如，使这些结构5包括线性结构，这些线性结构在该面向该LED光源2的表面区上是沿着与该光学元件4的背离该LED光源2的表面区不同的方向上形成和构型的。具体地讲，这两个线性结构可以被构型为相对于彼此横向地延伸。通过这种构型，有可能使光在两个不同的方向上散射；以此方式，特别有利地可能的是实现以下效果：在与主发射方向R相反的方向观察光学元件4时，LED光源2形成的这些光点彼此融合并且因此LED光源2的发光区域能不再像原来那样定位。
在所示的实例中情况就是这样，该构型优选是这样的使得借助于借助于该光源元件4，落在反射器2上的光的比例增大。甚至有可能致使光完全落在反射器3上。
这在图4中是通过举例的方式、通过使用示例性光束示出的，具体参照图4的简图，在LED光源2的右手侧上，情况是在光学元件4的内侧上形成了多个适当结构5，而在左手侧上，出于比较的目的，情况是该光学元件4不具有相应的结构。
如这些光束示出的，这些结构5以这样一种方式起作用：更多的光束落在反射器3上，也就是说更大比例的光落在反射器3上。以此方式，有可能使反射器3的作用得到加强。通过与其比较，如在图4的左侧上勾勒出的，相应的非结构化的光学元件4的情况下，LED光源2发出的更大比例的光直接经由反射器3的开口32而输出到外部，也就是说在反射器3处不具有先前的反射。
针对此目的，这些结构5可以有利地具有侧翼区域6(具体在面向 LED光源2的表面区上)，这些表面区还可以指示为“干扰侧翼”并且这些表面区被成形的方式为使得它们尽可能少地产生不希望的光散射。针对此目的，这些干扰侧翼6可以优选地各自在侧翼平面F1、F2中延伸，该侧翼平面穿过LED光源2或者穿过主轴线HA与平面E的交点。通过这些干扰侧翼6的这种构型，有可能使LED光源2发射的光的特别少地落在所述侧翼上。
可替代地，这些干扰侧翼6可以被成型使得它们各自沿着一个锥体的表面延伸，该锥体的顶点穿过该LED光源2。以此方式可以实现相同的效果。
在光学元件4以及反射器3的反射性区域在垂直于主轴线HA的截面中被成矩形地构型时，沿这些侧翼平面F1、F2形成这些干扰侧翼6是特别适合的；另一方面，在光学元件4和反射器3的反射性区域在垂直于主轴线HA的截面中被成圆形地构型时，沿锥形表面的相应的形成是特别适合的。
在这些干扰侧翼6之间，有可能形成“多个有效侧翼”7，这些有效侧翼可以形成和定向的方式为：它们使光偏转从而使光射到反射器3的反射性区域上。具体地讲，通过对这些有效侧翼7的形状和取向进行构型，有可能确定被偏转到反射器3上的光的比例并且确定越过该反射器3(因此直接穿过反射器3的开口32)的光的比例。以此方式，可以对光分布曲线施加影响，该光分布曲线是以该安排的光输出根据角度来变化为特征的，并且因此可以对该安排的照明性能施加影响，具体地讲例如眩光行为、可实现的发光强度等。
如在所示出的实例的情况下，光学元件4可以有利地被成形为使得在截面上观察，尤其在沿着主轴线HA的截面观察时，其大致限定梯形形状，这些干扰侧翼6和这些有效侧翼7是在该梯形的两个肢边上形成的。
然而，光学元件4不必以(如所示出的)大致截锥的形式来构型。例如，该光学元件还可以具有逐渐变细至一点的金字塔形状或者碟形形状。在任何情况下，事实是：光学元件4在主发射方向R的向前弯曲以希望的方式提供了对光输出进行影响的更好的可能性。
这些结构5优选被设计的方式为：这些结构准许针对光学元件4的适合的生产方法(例如，可变形的、可挤压的等)。
如果反射器3或反射器的反射性区域具有针对影响光的反射性的结构化表面区(这些附图中未示出)，就可以特别具体地大范围地使光偏转，并且因此具体地讲，可以对光的分布曲线产生大范围的影响。由此可以进一步增加该安排的照明质量。反射器3的结构化表面区例如可以包括柱状、和/或球状、和/或平圆面状结构。
如图5和图6中透视性指示的，还可以提供一种用于光输出的系统，该系统包括一个相应的用于光输出的安排10、以及至少一个另外相应的用于光输出的安排10’、10”、10”’，其中首先命名的用于光输出的安排 10的反射器3以及该至少一个另外的用于光输出的安排10’、10”、10”’的相应的至少一个另外的反射器3’、3”、3’”是结合地、尤其是一件式地构型的。该系统优选还具有一个壳体11，该壳体以保护性方式环绕这些安排10、10’、10”、10”’。
在所示的实例中，该系统的这些安排10、10’、10”、10”’每个都是相同实施的。如从透视性展示中显现的是，在这些安排中，光学元件4和反射器3在垂直于主轴线HA的截面上观察都具有矩形截面。
在开篇中提及的现有技术的情况就是这样，所述系统还可以被构型为一个罐状网格阵列。
该系统不仅适合用于形成“平坦的”或矩阵形式的单元网格，如图5 和图6中指示的，而且还适用于形成相应线性构型的系统。更概括性地讲，该系统可以例如被可旋转地对称地成形、或线性地或方形地或矩形地或梯形地成形。
通过使用针对光输出的根据本发明的安排或根据本发明的系统，尤其与在开篇提及的现有技术相比，可以减小吸收损失。在主发射方向R 向前弯曲的“升高的”光学元件4可以使利用系数增大。可以维持常规网格光学的优点，例如防眩非常好、直接进入光源的视角减小、暗光百叶窗等。

Claims (31)

1.一种用于光输出的装备，该装备包括
-一个用于产生光并且使该光以主发射方向发射的LED光源，
-一个对该光产生光学影响的反射器，以及
-一个对该光产生光学影响的光学元件，该光学元件被安排为在该LED光源与该反射器之间起作用，
其特征在于
该光学元件是在该主发射方向上以向前弯曲的方式构型的并且是由光传输性材料构成的，并且具有在其上形成有多个光学结构的表面区，
其中该多个光学结构均为棱柱状结构，这些棱柱状结构均具有位于一个侧翼平面中的一个侧翼区域，这些侧翼平面各自穿过该LED光源，或者沿着一个锥体表面延伸，每个锥体的顶点在该LED光源处终止。
2.如权利要求1所述的装备，
其中，该光学元件由透明材料构成。
3.如权利要求2所述的装备，其中，所述透明材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的装备，
其中，该光学元件在各方向延伸远至一个平面，该平面相对于该主发射方向垂直定向并且穿过该LED光源的发光区域。
5.如以上权利要求1至3中之一所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性区域，该反射性区域被构型成以会聚的方式、一方面在该反射器的开口与另一方面在该反射器的底部区域之间延伸，该反射器的底部区域邻接该光学元件。
6.如权利要求4所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性区域，该反射性区域被构型成以会聚的方式、一方面在该反射器的开口与另一方面在该反射器的底部区域之间延伸，该反射器的底部区域邻接该光学元件。
7.如权利要求1所述的装备，
其中，具有该多个光学结构的该表面区包括该光学元件的面向该LED光源的表面区和/或该光学元件的背离该LED光源的表面区。
8.如权利要求1-3以及6-7之一所述的装备，
其中，该多个光学结构被构型的方式为：在与该主发射方向相反来观察该光学元件时，该LED光源的发光区域不能够再像原来那样定位。
9.如权利要求4所述的装备，
其中，该多个光学结构被构型的方式为：在与该主发射方向相反来观察该光学元件时，该LED光源的发光区域不能够再像原来那样定位。
10.如权利要求5所述的装备，
其中，该多个光学结构被构型的方式为：在与该主发射方向相反来观察该光学元件时，该LED光源的发光区域不能够再像原来那样定位。
11.如权利要求1-3、6-7以及9-10之一所述的装备，
其中，该多个光学结构具有侧翼区域，这些侧翼区域各自在一个穿过该LED光源的侧翼平面中延伸，或者
这些侧翼区域各自沿着一个锥体表面延伸，该锥体的顶点穿过该LED光源。
12.如权利要求4所述的装备，
其中，该多个光学结构具有侧翼区域，这些侧翼区域各自在一个穿过该LED光源的侧翼平面中延伸，或者
这些侧翼区域各自沿着一个锥体表面延伸，该锥体的顶点穿过该LED光源。
13.如权利要求5所述的装备，
其中，该多个光学结构具有侧翼区域，这些侧翼区域各自在一个穿过该LED光源的侧翼平面中延伸，或者
这些侧翼区域各自沿着一个锥体表面延伸，该锥体的顶点穿过该LED光源。
14.如权利要求8所述的装备，
其中，该多个光学结构具有侧翼区域，这些侧翼区域各自在一个穿过该LED光源的侧翼平面中延伸，或者
这些侧翼区域各自沿着一个锥体表面延伸，该锥体的顶点穿过该LED光源。
15.如权利要求11所述的装备，
其中，该光学元件被成形为使得在截面上观察时其大致限定梯形形状，这些侧翼区域是在该梯形形状的两个肢边上形成的。
16.如以上权利要求12-14之一所述的装备，
其中，该光学元件被成形为使得在截面上观察时其大致限定梯形形状，这些侧翼区域是在该梯形形状的两个肢边上形成的。
17.如以上权利要求1-3、6-7、9-10以及12-15之一所述的装备，
该装备被构型的方式为使得落在该反射器上的光的比例通过该光学元件而得以增大。
18.如权利要求4所述的装备，
该装备被构型的方式为使得落在该反射器上的光的比例通过该光学元件而得以增大。
19.如权利要求5所述的装备，
该装备被构型的方式为使得落在该反射器上的光的比例通过该光学元件而得以增大。
20.如权利要求8所述的装备，
该装备被构型的方式为使得落在该反射器上的光的比例通过该光学元件而得以增大。
21.如权利要求11所述的装备，
该装备被构型的方式为使得落在该反射器上的光的比例通过该光学元件而得以增大。
22.如权利要求16所述的装备，
该装备被构型的方式为使得落在该反射器上的光的比例通过该光学元件而得以增大。
23.如以上权利要求1-3、6-7、9-10、12-15以及18-22之一所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
24.如权利要求4所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
25.如权利要求5所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
26.如权利要求8所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
27.如权利要求11所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
28.如权利要求16所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
29.如权利要求17所述的装备，
其中，该反射器具有一个反射性的结构化表面区以用于影响该光。
30.一种用于光输出的系统，该系统包括
-一种如以上权利要求之一所述的用于光输出的装备，以及
-至少一个另外的如以上权利要求之一所述的用于光输出的装备，
其中，该如以上权利要求之一所述的用于光输出的装备的反射器以及该至少一个另外的用于光输出的装备的对应的至少一个另外的反射器结合地构型。
31.如权利要求30所述的用于光输出的系统，其中，该如以上权利要求之一所述的用于光输出的装备的反射器以及该至少一个另外的用于光输出的装备的对应的至少一个另外的反射器一件式地构型。
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