CN105359007A - 用于改变光分布图案的光导 - Google Patents
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Abstract
提供了一种光导(201)，该光导(201)包括透明元件。该透明元件包括第一表面(203)和第二表面(204)，该第一表面(203)用作为光入射表面，该第二表面(204)用作为光出射表面。第二表面包括隆起部(205)，该隆起部(205)用于引导部分光进入相对于另一部分以及更大部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的方向。每个隆起部成形为向隆起部的表面的第一点上的光束提供全内反射，并且在隆起部的表面的第二点上使该反射的光束折射以便侧向引导光束。该侧向引导的光允许从小视角观察光导的观察者容易地看见光是否是打开的或是关闭的。
Description
发明领域
本发明大体上涉及照明工程。更具体地，本发明涉及一种光导，用于改变光源的光分布图案，该光源例如但是不一定地能够是发光二极管“LED”。
背景技术
由光源产生的光分布在某些应用中能够是很重要的甚至是关键的。该光源例如但是不一定能够是发光二极管“LED”、白炽灯、或者气体放电灯。图1示出从根据现有技术用于改变光源102的光分布图案的示例的光导101截取的剖面视图。由光源102发射的一些光束在图1中用虚线箭头描绘。光导101能够是相对于图1所示的几何线120旋转对称的。该几何线120平行于坐标系199的z轴线。光导101由具有大于一的折射率的透明材料制成。光导包括用作为用于接收由光源102发射的光的光入射表面的第一表面103，以及用作为光离开光导的光出射表面的第二表面104。光导的第一和第二表面两者都包括棱柱脊，该棱柱脊用于使由光源102发射的光准直。在图1中，第一表面103的一个棱柱脊用附图标记111表示，并且第二表面104的一个棱柱脊用附图标记112表示。在光导是旋转对称的情况下，棱柱脊有利地是围绕几何线120同心地形成。图1所示的种类的光导在例如公开US20110286221中被提出。
与上述种类的光导相关的不便之处在于，当光导101被看见以使图1所示的视角α是小的时，可能非常难以看见光源102是否是打开或关闭。例如，连同厨房及其他家庭的照明应用一起，同样当视角是小的时，如果能够看见光源是打开或是关闭的将是有益的。
概要
下面提供简化的概要以便提供各种发明实施例的某些方面的基本理解。该概要不是本发明广泛的综述。其既不旨在识别本发明的关键或者决定性元件，也不旨在描绘本发明的范围。下面的概要仅仅是以简化的形式提出本发明的某些概念，作为防止本发明的示例的实施例的更详细的说明。
根据本发明，提供一种新型光导，用于改变光源的光分布图案。根据本发明的光导包括由具有大于一的折射率的透明材料制成的透明元件。该透明元件包括：
-用作为光入射表面用于接收光的第一表面，以及
-用作为光离开透明元件的光出射表面的第二表面。
第二表面包括一个或多个隆起部，该隆起部用于引导第一部分光进入相对于第二部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的一个或多个方向，其中第二部分光多于通过第二表面离开透明元件的光的一半。每个隆起部成形为向属于第一部分光的光束在隆起部的表面的第一点处提供全内反射，并且在隆起部的表面的第二点处使该反射的光束折射以便侧向引导光束。
在光导被看见以使视角是小的情况中，侧向引导的光使光源是否打开或者关闭被更容易地看见。被隆起部侧向引导的部分光有利地最多是通过第二表面离开透明元件的所有光的10％。在许多情况下，侧向的直射光仅仅是通过第二表面离开透明元件的光的百分之几例如3-5％是足够的。这能够被实现以使上述隆起部是结节(nodule)，每个该结节被结节之间的第二表面的区域所围绕，并且能够围绕一个或多个结节的基底的最小圆的直径最多为结节的相邻的那些之间的最小距离的10％。
根据本发明，同样提供一种新型照明器装置，其包括至少一个光源以及至少一个根据本发明的光导。该至少一个光源可以包括例如，一个或多个发光二极管“LED”。
根据本发明的示例的而非限制的实施例的光导是能够被制造例如通过模型铸造的单片的透明材料。根据本发明，同样提供一种新型模具，其具有适于通过模型铸造而制造上述单片透明材料的形状。
本发明的许多示例的而非限制的实施例在所附从属权利要求中被描述。本发明的各种示例的而非限制的实施例，不但关于结构而且关于操作的方法与另外的其目的和其优点一起，当连同附图阅读时将从具体的示例的实施例的以下描述得到最好地理解。
在本献中所使用的动词“包括”和“包括”是开放性的限定，其既不排除又不要求还未列举的特征的存在。除非另作明确地声明，在从属权利要求中所列举的特征可以互相自由地结合。此外，应该理解的是在本文献各处使用的“一”或者“一”(即单数形式)并不排除多个。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本发明的示例的而非限制的实施例和它们的优点，其中：
图1示出根据现有技术的光导的剖面视图。
图2a、2b、2c和2d示出根据本发明的示例的实施例的光导。
图3a示出根据本发明的示例的实施例的光导的细节。
图3b和3c示出根据本发明的示例的实施例的光导。
图4a和4b示出根据本发明的示例的实施例的光导。
图5示出根据本发明的示例的实施例的光导的剖面视图，
图6示出根据本发明的示例的实施例的光导的剖面视图，以及
图7a和7b示出根据本发明的示例的实施例的照明器装置。
图1已经在本文献的背景技术部分进行过解释。
示例的实施例的说明
图2a、2b、2c和2d示出根据本发明的示例的实施例的光导201，本发明用于改变光源202的光分布图案，例如但是不一定地，该光源202可以包括一个或多个发光二极管“LED”、一个或多个白炽灯、或者一个或多个气体放电灯。图2b示出光导201的剖面的视图，其中该剖面沿图2a中示出的线A-A被截取。此外，图2b示出光源202相对于光导201的配置。图2c示出图2b的部分的放大，并且图2d示出图2a的部分的放大。
光导201包括透明元件215，该透明元件215由具有大于一的折射率的固体透明材料制成。该透明材料能够是，例如，丙烯酸塑料，聚碳酸酯，光学硅酮，或者玻璃。透明元件215的制造方法例如能够是模型铸造。透明元件215包括第一表面203和第二表面204，该第一表面203用作为用于接收由光源202发射的光的光入射表面，该第二表面204用作为光离开光导201的光出射表面。第二表面204包括隆起部，该隆起部用于引导第一部分光的进入相对于光通过第二表面204离开透明元件215的方向的侧向的方向，其中第二部分光多于通过第二表面204离开透明元件215的所有光的一半。被隆起部侧向引导的第一部分光有利地是通过第二表面204离开透明元件215的所有光的最少3％并且最多20％。隆起部中的一个在图2a-2d中用附图标记205表示。在图2b和2c中，属于侧向引导的第一部分光的光束中的某些用点划线箭头描绘并且属于第二部分光的光束中的某些用虚线箭头描绘。
如图2c所示，隆起部205被成形为向属于第一部分光的第一部分光束在隆起部表面的第一点208处提供全内反射，并且在隆起部表面的第二点209处使该反射的光束折射以便侧向引导光束。隆起部有利地成形以致示出在图2c的角度β为最少80度。角度β能够被限定为第二部分光的辐射波瓣的对称轴线和侧向引导的第一部分光的强度最大的方向之间的角度。举例来说，角度β能够借助于与坐标系299的z轴线垂直并且被布置为接收第二部分光的第一投影屏幕以及借助与第一投影屏幕垂直并且被布置为接收侧向引导的第一部分光的第二投影屏幕而被测量。隆起部是结节，每个都朝向结节的尖端逐渐减小，并且被在结节之间的第二表面的区域所围绕。
在图2a-2d示出的示例的光导201中，第一表面203包括第一部分206以及围绕第一部分的第二部分。第一表面的第二部分提供有用于引导光朝向第二表面204的棱柱脊，以致每个棱柱脊被成形为提供用于进入所考虑的棱柱脊的光束的全内反射。在图2b中，棱柱脊中的一个用附图标记211表示。如由示出在图2a中的虚线的圆所示，棱柱脊形成为同心地围绕示出在图2b中的几何线220。然而，该棱柱脊并不一定需要是旋转对称的。第二表面204包括第一部分207和围绕第一部分的第二部分。第二表面204的第二部分包括结节，该结节用于引导第一部分光进入相对于第二部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的方向。
在图2a-2d示出的示例的光导201中，第一表面203的第一部分206以及第二表面204的第一部分207两者都被成形为如图2b所示的凸面。在根据本发明其它示例的实施例的光导中，第一表面203的第一部分206能够是平面的或者凹入的。相应地，第二表面204的第一部分207能够是平面的或者凹入的。
如图2a和2d所示，光导201的每个结节相对于与所考虑的结节的的高度的方向平行的(即与坐标系299的z轴线平行的)几何线是旋转对称的。然而，应当注意的是结节不一定必须旋转对称的。图3a示出根据本发明另一个示例的实施例的光导301的细节。图3a示出与图2d中所示的其对应的视图。在图3a中示出的示例的例子中，每个隆起部是具有与光导301的透明元件315的其余部分连接的方形基底的结节。在图3a中，隆起部中的一个，即结节中的一个用附图标记305表示。同样可能的是光导包括具有相互不同形状的结节或者其他隆起部。
在根据本发明的示例的实施例的光导中，能够围绕每个结节的基底的最小圆的直径最多是结节中的相邻那些之间的最小距离的25％。在根据本发明另一个示例的实施例的光导中，能够围绕每个结节的基底的最小圆的直径最多是结节中的相邻那些之间的最小距离的10％。在实践中，在结节中的相邻那些之间的最小距离能够是例如10毫米，并且能够围绕每个结节的基底的最小圆的直径能够是例如0.6毫米。上述能够围绕每个结节基底的最小圆的直径在图2d和3a中用D表示，并且上述结节中的相邻那些之间的最小距离在图2d和3a中用d表示。
图3b和3c示出根据本发明的示例的实施例的用于改变光源302的光分布图案的光导301b。图3c示出光导301b的剖面视图，其中该剖面沿图3b中示出的线A-A截取。此外，图3c示出光源302相对于光导301b的配置。光导301b包括透明元件315b，该透明元件315b由具有大于一的折射率的固体透明材料制成。透明元件315b包括第一表面303和第二表面304，该第一表面303用作为光入射表面，该第二表面304用作为光出射表面。第二表面304包括隆起部，该隆起部用于引导第一部分光进入相对于第二部分以及更大部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的方向。隆起部中的一个在图3b和3c中用附图标记305b表示。属于侧向引导的第一部分光的一个光束用点划线箭头描绘，并且属于第二部分光的某些光束用虚线箭头描绘。在这个示例的例子中，用于侧向引导光的隆起部是结节，其位于如由图3b所示的不规则图案中。
图4a和4b示出根据本发明的示例的实施例的用于改变光源402的光分布图案的光导401。图4a示出光导401的剖面视图，其中该剖面沿与坐标系499的xz平面平行的截面截取。此外，图4a示出光源402相对于光导401的配置。图4b示出图4a的部分的放大。光导401包括透明元件415，该透镜元件415由具有大于一的折射率的固体透明材料制成。透明元件415包括第一表面403和第二表面404，该第一表面403用作为光入射表面，该第二表面404用作为光出射表面。第二表面404包括隆起部，该隆起部用于引导第一部分光进入相对于第二部分以及更大部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的方向。隆起部中的一个在图4a和4b中用附图标记405表示。在图4a和4b中，属于侧向引导的第一部分光的某些光束用点划线箭头描绘，并且属于第二部分光的某些光束用虚线箭头描绘。
在图4a和4b中示出的示例的光导401中，透明元件的第二表面404包括波纹部414，该波纹部414在隆起部之间的区域上。该波纹部适于改变第二部分光的分布。例如，该波纹部可以包括从平面形状的会聚偏移和发散偏移，以致提供有该波纹部的表面是混色表面。在混色表面中，呈现不同波长的光束被有效地混合，从而产生光图案，其包含均匀分布在整个图案上的全部波长。通过以具有如上所述种类的混色表面装备光导401，由光源402中的缺陷造成的不同颜色被有效地混合从而产生稳固的光图案。
在根据本发明示例的实施例的光导中，波纹部414的波谷和波峰之间的高度差最多是隆起部的高度的50％。在图4b中，波纹部的波谷和波峰之间的高度差用h表示并且隆起部的高度用H表示。在根据本发明的示例的实施例的光导中，波纹部414的波谷和波峰之间的高度差h最多是隆起部的高度H的25％。
在图4a和4b示出的示例的光导401中，第一表面403包括第一部分406和另外第二部分，该第二部分包括用于引导光朝向第二表面404的棱柱脊。第二表面404包括第一部分407和另外第二部分，该第二部分包括上述隆起部和波纹部。透明元件415能够被加工成一定尺寸，例如以致引导至第一表面403的多于80％的光在第一表面的第一部分406处被接收并且通过第二表面404的第一部分407离开透明元件，并且小于20％的所述光在第一表面的第二部分处被接收并且通过第二表面的第二部分离开透明元件，并且小于5％的所述光被第二表面的第二部分的隆起部侧向地引导。第一和第二表面的第二部分能够被用于例如提供光分布图案，其产生了在照明和非照明区域之间的逐渐减弱的边界区域，而不是在照明和非照明区域之间的锐利的边界。
图5示出根据本发明的示例的实施例的用于改变光源502的光分布图案的光导501的剖面视图。该剖面沿与坐标系599的xz平面平行的截面截取。此外，图5示出光源502相对于光导501的配置。光导501包括透明元件515，该透明元件515由具有大于一的折射率的固体透明材料制成。透明元件515包括第一表面503和第二表面504，该第一表面503用作为光入射表面，该第二表面504用作为光出射表面。第二表面504包括隆起部，该隆起部用于引导第一部分光进入相对于第二部分以及更大部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的方向。隆起部中的一个在图5中用附图标记505表示。在图5中，属于侧向引导的第一部分光的某些光束用点划线箭头描绘，并且属于第二部分光的某些光束用虚线箭头描绘。在这个示例的例子中，透明元件515包括孔隙510，其允许部分光在没有被透明元件515的材料衰减的情况下传播。
图6示出根据本发明的示例的实施例的用于改变光源602的光分布图案的光导601的剖面视图。该剖面沿与坐标系699的xz平面平行的截面截取。此外，图6示出光源602相对于光导601的配置。光导601包括透明元件615，该透明元件615由具有大于一的折射率的固体透明材料制成。透明元件615包括第一表面603和第二表面604，该第一表面603用作为光入射表面，该第二表面604用作为光出射表面。第二表面604包括隆起部，该隆起部用于引导第一部分光进入相对于第二部分以及大更部分光通过第二表面离开透明元件的方向的侧向的方向。隆起部中的一个在图6中用附图标记605表示。在图6中，属于侧向引导的第一部分光的某些光束用点划线箭头描绘，并且属于第二部分光的某些光束用虚线箭头描绘。在这个示例的例子中，透明元件615包括反射表面612，其提供用于将落至反射表面612的光引导朝向第二表面604的全内反射。
图7a和7b示出根据本发明的示例的实施例的照明器装置。图7b示出沿图7a中所示的线A-A截取的剖面的视图。该照明器装置包括光源702a、702b和702c，以及光导701a、701b和701c。每个光导是根据本发明的实施例。每个光源702a-702c可以包括至少一个发光二极管“LED”。在图7a和7b中示出的示例的例子中，光导701a-701c是单片719的透明材料的部分。
在上面给出的描述中提供的具体的实例不应该被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。在以上给出的实例中，光导仅仅包括透明材料。然而，在某些情况下，光导还可以包括由不透明材料制成的部件，例如，用于向光源提供机械支撑的部件。
Claims (14)
1.一种光导(201、301、401、501、601)，用于改变光源的光分布图案，所述光导包括透明元件(215、315、415、515、615)，所述透明元件由具有大于一的折射率的透明材料制成，并且所述透明元件包括：
-第一表面(203、403、503、603)，所述第一表面用作为用于接收光的光入射表面，和
-第二表面(204、404、504、604)，所述第二表面用作为光出射表面，
其中所述第二表面包括一个或多个隆起部(205、305、405、505)，所述隆起部用于引导第一部分光进入相对于第二部分光通过所述第二表面离开所述透明元件的方向的侧向的一个或多个方向，所述第二部分光多于通过所述第二表面离开所述透明元件的所述光的一半，并且每个隆起部成形为向属于所述第一部分光的光束在所述隆起部的表面的第一点(208)处提供全内反射，并且在所述隆起部的表面的第二点(209)处使所反射的光束折射，其特征在于，所述隆起部是结节，每个所述结节被所述结节之间的所述第二表面的区域所围绕，并且能够围绕所述结节中的一个或多个的基底的最小圆的直径最多为所述结节中的相邻那些之间的最小距离的10％。
2.如权利要求1所述的光导，其中所述第二表面进一步包括波纹部(414)，所述波纹部(414)在所述隆起部之间的区域上，所述波纹部适于改变所述第二部分光的分布。
3.如权利要求2所述的光导，其中在所述波纹部的波谷和波峰之间的高度差最多是所述隆起部的高度的50％。
4.如权利要求3所述的光导，其中在所述波纹部的所述波谷和所述波峰之间的高度差最多是所述隆起部的高度的25％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光导，其中所述结节(205)中的每个相对于与所考虑的所述结节的高度的方向平行的几何线是旋转对称的。
6.如权利要求1-5中任一项所述的光导，其中所述第一表面包括第一部分(206)和第二部分，所述第二部分围绕所述第一部分并且提供有用于引导光朝向所述第二表面的棱柱脊(211)，以致每个棱柱脊成形为向进入所述棱柱脊的光束提供全内反射。
7.如权利要求6所述的光导，其中所述第一表面的所述第一部分成形为以下中的一个：凸形的、平面的、凹形的。
8.如权利要求6或7所述的光导，其中所述第二表面包括第一部分(207)和第二部分，所述第二部分围绕所述第一部分并且包括所述隆起部，所述隆起部用于引导所述第一部分光进入相对于所述第二部分光通过所述第二表面离开所述透明元件的方向的侧向的一个或多个方向。
9.如权利要求8所述的光导，其中所述第二表面的所述第一部分成形为以下中的一个：凸形的、平面的、凹形的。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的光导，其中被所述隆起部侧向引导的所述第一部分光是通过所述第二表面离开所述透明元件的所述光的最少3％并且最多20％。
11.如权利要求1-10中的任一项所述的光导，其中所述光导的所述透明材料是以下中的一个：丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅酮。
12.一种照明器装置，包括如权利要求1-11中的任一项所述的一个或多个光导701a-701c)、以及一个或多个光源(702a-702c)，所述一个或多个光源(702a-702c)用于发射光至所述光导的所述第一表面。
13.如权利要求12所述的照明器装置，其中所述一个或多个光导的所述透明元件是单片(719)的所述透明材料的部分。
14.一种模具，具有适于通过模型铸造来制造如权利要求1-11中的任一项所述的光导的所述透明元件的形状。
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