CN106461187A - 照明设备和灯具 - Google Patents

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Abstract

公开的是照明设备(1)，照明设备(1)包括：透镜(200、300)，包括环状准直结构(100)的透镜(200、300)具有中心对称轴(202)，所述结构包括光出射表面(105)和中间区域(120)，中间区域在接近所述轴的内区域(110)和远离所述轴的外区域(130)之间，其中内区域和外区域中的一个由以第一高度(h1)从光出射表面延伸的单个棱镜(112)构成，并且内区域和外区域中的另一个包括以最大第二高度(h2)从光出射表面延伸的多个棱镜(132)，其中第一高度至少为最大第二高度，并且中间区域具有以小于第一高度的另一最大高度(h3)与光出射表面分开的中间区域表面(120’)；以及多个固态照明元件(20)，多个固态照明元件(20)以圆形图案设置在载体表面(25)上，使得固态照明元件与中间区域表面(120’)对准并且面对中间区域表面(120’)；并且其中环状准直结构由具有折射率的材料制成，使得第一区域是折射区域，并且单个棱镜和多个棱镜均将固态照明元件发射的光反射向光出射表面。还公开了包括这种照明设备的灯具。

Description

照明设备和灯具
技术领域
本发明涉及透镜，诸如用于包括固态照明元件的照明设备的透镜。
本发明进一步涉及包括这种透镜的照明设备。
本发明还进一步涉及包括这种照明设备的灯具。
背景技术
随着人口的持续增长，变得越来越难以满足世界能量需求以及限制温室气体排放(诸如被认为造成了全球变暖现象的二氧化碳排放)。这些担忧引发了朝向更高效率地用电的驱使以便试图减少能量消耗。
一个这样的相关领域是照明应用(在家用场景下或者在商用场景下)。存在使用能量效率更高的代替品替换因高耗电而声名狼藉的常规白炽灯泡的明显趋势。事实上，在很多辖区内，生产和销售白炽灯泡是非法的，因此迫使消费者购买节能备选物(例如当替换白炽灯泡时)。
一种特别有希望的备选方案是由包括固态照明(SSL)元件的照明设备提供的，固态照明元件可以以白炽灯泡的部分能量成本产生单位发光输出。这种SSL元件的示例是发光二极管。
阻碍这种照明设备渗透消费市场的问题是，至少以有成本效益的方式控制这种设备的光输出的形状非比寻常。当需要高方向性的光输出时(例如具有高准直度或者小光束角度(例如小于30°的光束角度)的灯泡)，这是特别的问题。
这种光束角度可以通过将准直透镜包括到照明设备中进行控制。图1示意性地描绘了用于准直SSL元件20的发光输出的现有技术准直透镜10的截面。准直透镜10包括由全内反射棱镜14包围的中心折射部分12，其中SSL元件20相对于中心折射部分12处于中心并且与中心折射部分12相对。
已知这种准直透镜10给出好的准直结果，但是这一透镜的缺点是，尤其当需要SSL元件20的发光输出的高准直度时，其可能变得相对笨重。这是因为所需要的透镜材料的量与要实现的光束角度呈负相关。在需要多个SSL元件实现期望的发光输出的照明设备中，这可能是特别成问题的，因为准直透镜10的尺寸对可以被适配在照明设备的界限内的SSL元件/准直透镜对的数目施加了物理限制。当照明设备是灯泡时，这是特别有意义的。
为了处理这一问题，提出了所谓的圈状透镜，诸如圈状透镜30，在图2中示意性地描绘了圈状透镜30的截面，圈状透镜30本质上包含围绕圈状透镜30的孔径34的环状形式的准直透镜10。换句话说，准直透镜10的中心在中心对称轴32上。这种圈状透镜30可以与SSL元件20的圆形图案组合使用，其中如之前解释那样，每个SSL元件20相对于准直透镜部分10的中心折射部分12处于中心。
这具有如下优势，即单个准直透镜(即圈状透镜30)可以结合多个SSL元件20使用，因此相比于其中每个SSL元件20被提供有单独的(圆形)准直透镜10的解决方案，这提供了更紧凑的解决方案。然而，被圈状透镜30占据的大空间被孔径34占据，即圈状透镜30趋向于具有相对大的孔径34，这因此危害了这种透镜的准直性能。
图3示意性地描绘了另一熟知的准直透镜40的截面，其是包括中心折射部分42和围绕中心折射部分42的多个环状棱镜44的菲涅耳型透镜，这些环形棱镜趋向于在向外的方向上(在从中心折射部分42向着准直透镜40的外边缘的方向上)增加尺寸。如之前那样，SSL元件20相对于折射透镜部分42处于中心并且与折射透镜部分42相对。这种透镜的示例例如在US 8,220,975 A1中进行了公开。这种菲涅耳型透镜40比准直透镜10更紧凑，并且允许更大面积被用于准直而不增加透镜的高度。然而，菲涅耳型透镜的相对大的侧向尺寸可能使得难以形成仍然实现足够的准直度的侧向紧凑圈状透镜。
发明内容
本发明力求提供包括多个固态照明元件和实现高准直度的透镜的照明设备。
本发明还进一步力求提供包括这种照明设备的灯具。
根据一个方面，提供如下照明设备，该照明设备包括：透镜，包括环状准直结构的透镜具有中心对称轴，所述结构包括光出射表面和中间区域，中间区域在接近所述轴的内区域和远离所述轴的外区域之间，其中内区域和外区域中的一个由以第一高度从光出射表面延伸的单个棱镜构成，并且内区域和外区域中的另一个包括以最大第二高度从光出射表面延伸的多个棱镜，其中第一高度至少为最大第二高度，并且中间区域具有中间区域表面，中间区域表面与光出射表面分开小于第一高度的另一最大高度；以及多个固态照明元件，该多个固态照明元件以圆形图案设置在载体表面上，使得固态照明元件与中间区域表面对准并且面对中间区域表面；并且其中环状准直结构由具有折射率的材料制成，使得第一区域是折射区域，并且单个棱镜和多个棱镜均将固态照明元件发射的光反射向光出射表面。
本发明基于如下认识，即可以通过提供这种具有不对称环状准直结构的透镜实现具有更高效的准直特性的照明设备，其中内反射区域和外反射区域具有不同数目的棱镜，例如大的圈状棱镜和多个全内反射棱镜。因此，由这种透镜占据的体积可以更有效地用透镜材料填充，该透镜材料有助于通过透镜实现的准直，这便于透镜的改善的准直效率并且提供了更紧凑的照明设备，因为实际上SSL元件的环可以被放置在由单个棱镜(具有第一高度)并且可选地由多个棱镜(假如第二高度等于第一高度)限定的腔内或者靠近该腔放置。这保证了相比于现有技术照明设备而言，紧凑照明设备具有由改善的准直特性造成的出色的光学效率和改善的发光峰值功率。
优选地，固态照明元件与光出射表面间隔开不超过第一高度的距离，使得SSL元件的发光分布(如本身已被熟知的，通常呈现180o的散布)被透镜完全捕获，因为实际上SSL元件与上述腔对准或者在上述腔内。这因此将发光效率最大化。
单个棱镜可以具有设置为接收由固态照明元件发射的光的第一表面部分和设置为将由第一表面部分接收的光反射向光出射表面的第二弯曲表面部分。已经发现，这种弯曲反射表面特别适合于使用紧凑棱镜或者小面实现期望的准直度。
在实施例中，第二弯曲表面部分被成形为使得由第一表面部分接收的光的至少50％被反射向光出射表面，以便实现特别好的光学性能。
多个棱镜中的每个棱镜可以包括设置为接收由固态照明元件发射的光的第一表面部分和设置为将由第一表面部分接收的光反射向光出射表面的第二表面部分。棱镜例如可以是菲涅耳型的小面。优选地，所述多个棱镜的高度在远离固态元件的圆形图案的方向上递增，使得所述圆形图案远端的棱镜具有所述最大第二高度。这可以促进照明设备的更均匀的发光输出，因为实际上棱镜均可以收集由SSL元件发射的特定范围的光束角度，其中可以选择每个棱镜的高度使得每个棱镜收集近似相同量的光。
在实施例中，内区域由单个棱镜构成。例如，如果透镜是要准直照明设备的相对小数目的SSL元件的发光输出，则这是合适的实施例，因为透镜的折射区域(这种SSL元件通常以圆形方式放置为与该折射区域相对)定位为更靠近透镜的中心(比起透镜的边缘)。这允许透镜的外区域中的更大数目的棱镜，这因此改善了被向着透镜的外边缘引导并且在与SSL元件的发光表面的相对浅的角度下离开SSL元件的光的准直。这种透镜可以被认为是诸如准直透镜10之类的常规准直透镜和菲涅耳型透镜(例如菲涅耳型透镜40)的混合。为此，单个棱镜可以具有超过外反射区域中的每个棱镜的高度的高度。单个棱镜中的相对大量的材料便于通过透镜的内反射区域的好的准直度。
在备选实施例中，外区域由单个棱镜构成。例如，如果透镜是要准直照明设备的相对大数目的SSL元件的发光输出，则这是合适的实施例，因为透镜的折射区域(这种SSL元件通常以圆形方式放置为与该折射区域相对)定位为更远离透镜的中心(比起透镜的边缘)，从而增加了SSL元件的圆形图案的半径，并且便于更大数目的SSL元件被放置在这一圆形图案中。这允许透镜的内区域中的更大数目的棱镜，这因此改善了被向着透镜的中心引导并且在与SSL元件的发光表面的相对浅的角度下离开SSL元件的光的准直。再次，这种透镜可以被认为是诸如准直透镜10之类的常规准直透镜和菲涅耳型透镜(例如菲涅耳型透镜40)的混合。为此，单个棱镜可以具有超过内反射区域中的每个棱镜的高度的高度。单个棱镜中的相对大量的材料便于通过透镜的外反射区域的好的准直度。
单个棱镜和多个棱镜优选地是全内反射(TIR)棱镜，以最大化发光效率和照明设备的准直。
材料可以是聚合物，诸如聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、以及聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，因为这种聚合物材料具有出色的光学性质并且允许以有成本效益的方式(例如通过成型)直接地制造照明设备的透镜。
透镜的光出射表面可以是光滑的，例如平坦或者弯曲表面。备选地，光出射表面可以包括光束成形元件，例如微透镜、散射元件等，以进一步对照明设备的发光输出进行成形。
在实施例中，照明设备是灯泡。合适的灯泡尺寸的非限制性示例包括但不限于MR11、MR16、GU4、GU5.3、GU6.35、GU10、AR111、Par20、Par30、Par38、BR30、BR40、R20、R50灯泡等。
根据本发明的另一方面，提供了包括根据本发明的实施例的照明设备的灯具。这种灯具可以例如是照明设备的固定物或者照明设备集成在其中的装置。
附图说明
参照附图更详细地并且通过非限制性示例的方式描述了本发明的实施例，其中：
图1示意性地描绘了现有技术准直透镜的截面；
图2示意性地描绘了现有技术圈状透镜的截面；
图3示意性地描绘了现有技术菲涅耳型透镜的截面；
图4示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括准直透镜的照明设备的一个方面的截面；
图5示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括准直透镜的照明设备的截面；
图6示意性地描绘了图5的照明设备的一个方面的透视图；
图7示意性地描绘了根据本发明的备选实施例的包括准直透镜的照明设备的一个方面的截面；
图8示意性地描绘了根据本发明的备选实施例的包括准直透镜的照明设备的截面；
图9示意性地描绘了图8的照明设备的一个方面的透视图；
图10描绘了图6的照明设备和现有技术照明设备的发光强度分布；并且
图11描绘了图9的照明设备和现有技术照明设备的发光强度分布。
具体实施方式
应该理解的是，附图仅是示意性的并且未按比例绘制。还应该理解的是，贯穿附图使用相同的附图标记指示相同或者相似的部分。
在本申请的上下文中，棱镜是多面体或者突起，其包括如下的至少一个表面或者小面，该至少一个表面或者小面用于将入射光折射向至少一个其它表面或者小面，至少一个其它表面或者小面用于在期望的方向上反射由至少一个表面接收的折射光。如本身已知那样，这种期望的反射可以通过控制小面的这些表面的形状实现。在至少一些实施例中，至少一个其它表面或者小面实现全内反射。注意，这种棱镜有时还被称为小面，例如当指代菲涅耳型透镜和准直器时。
图4示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括准直透镜的照明设备的一个方面。图4示意性地描绘了诸如圈状透镜之类的透镜的准直结构100的截面，该准直结构100可以被成形为围绕透镜的中心区域的环状物或者环，以形成具有非对称准直部分100的对称圈状透镜(如将借助于图5更详细地解释的)。
在本申请的上下文中，圈状透镜可以是具有圆形形状并且包括围绕非零面积的中心部分的环状准直结构100的任何透镜。该中心部分可以是圈状透镜的孔径，或者可以由诸如还形成环状准直结构100的相同材料之类的材料形成。
准直结构100具有：包括第一数目的反射棱镜112的内反射区域110；包括第二数目的反射棱镜132的外反射区域130；以及内反射区域110和外反射区域130之间的折射区域120。诸如固态照明(SSL)元件20之类的光源通常与折射区域120的中心相对放置，使得准直结构100如图4中的单个箭头指示那样准直源自SSL元件20的发光输出。折射区域120的面对SSL元件20的表面可以具有任何合适的形状。在实施例中，折射区域120具有面对SSL元件20的凸表面，但是应该理解的是，可以设想其它表面形状，诸如例如折射多面表面。
在本申请的上下文中，在涉及内反射区域110的情况下，这一区域位于圈状透镜的中心部分和折射区域120之间，即接近对称轴202，然而在涉及外反射区域130的情况下，这一区域位于折射区域120和这种圈状透镜的外围之间，即远离对称轴202。
发明人已经意识到，圈状透镜的环状准直结构100不是必须对称成形，以便当在包括多个SSL元件20(例如LED)的照明设备1中使用时获得好的准直结果。更特别地，已经意识到，通过具有在这种环状准直结构100的折射区域120的两侧的不同数目的反射元件，可以更高效率地使用可用体积(其中圈状透镜包括环状准直结构100)，从而改善透镜的准直效率。特别地，通过将具有单个圈状棱镜的区域和具有多个菲涅耳型棱镜的区域组合，可以实现包括具有特别好的准直效率的紧凑透镜的照明设备1，从而提供如下照明设备1，该照明设备1可以产生优于包括相同数目SSL元件的现有的基于SSL元件的照明设备的准直光强度。换句话说，根据本发明的实施例的照明设备1可以使用比现有技术类似设备更少的SSL元件实现期望的准直光强度，从而改善能量效率并且便于照明设备1的更容易的热管理。
此外，包括这种透镜的照明设备1使得以圆形图案设置SSL元件20数目成为可能，其中SSL元件20之间的间隔被优化。这种优化可以例如力求在由SSL元件20生成的热量的有效消散(如果SSL元件20进一步间隔开，则这变得更容易)和避免这种照明设备的发光输出中出现斑点(如果单独SSL元件20的发光输出未被有效地混合，则该斑点可能出现，这可以通过将单独的SSL元件20紧邻彼此放置来避免)之间取得平衡。
得到的经优化的SSL元件20的圆形图案的直径可以被用于限定环状准直结构100的折射区域120的位置，因为折射区域120通常被放置为与SSL元件20相对，使得SSL元件20相对于折射区域120而言处于中心。这样确定的折射区域120的位置可以被用于根据折射区域120和透镜的中心部分之间的可用空间来优化内反射区域110的准直功能。这种优化可以包含限定内反射区域110中的反射棱镜112的形状。这样确定的折射区域120的位置可以进一步被用于根据折射区域120和透镜的外围之间的可用空间来优化外反射区域130的准直功能。这种优化可以包含限定外反射区域110中的反射棱镜132的适当数目。
在图4中，内反射区域110包括从光出射表面105延伸的单个反射棱镜112，而外反射区域130包括从光出射表面105延伸的多个反射棱镜132。内反射区域110的单个反射棱镜112可以具有大于外反射区域130的任何反射棱镜132的高度的高度h1(如从光出射表面105到与这一光出射表面相对的单个反射棱镜112的端点(extremity)测量的)，即高度h1大于反射棱镜132的最大高度h2(如从光出射表面105到与这一光出射表面相对的任何反射棱镜132的最远端点测量的)。单个反射棱镜112中的附加材料通过如上文解释那样的单个棱镜而便于更大的准直度，使得内反射区域110和外反射区域130两者都可以实现好的准直度，特别是当外反射区域130中的可用体积被多个反射棱镜132占据时。
例如，内反射区域110可以包括反射棱镜112，反射棱镜112被成形为诸如准直器10之类的准直器的棱镜，而外反射区域130可以包括限定菲涅耳型准直结构的多个棱镜132。
单个棱镜112通常包括充当针对由SSL元件20发射的光的光进入表面的第一表面部分112’和充当反射表面部分的第二表面部分112”，第二表面部分112”将通过光进入表面进入单个棱镜的光反射向单个棱镜112从其延伸的光出射表面105。优选地，第二表面部分112”是弯曲的(即凸面的)，以便优化准直结构100的准直特性。第二表面部分112”的曲率优选地被选择为使得通过第一表面部分112’进入单个棱镜112的光的至少50％被反射向光出射表面105。
在实施例中，外区域130中的多个棱镜132的高度递增，使得接近SSL元件20的棱镜具有最小的高度并且SSL元件20远端的棱镜具有最大的高度，即最大高度h2。这可以有助于照明设备1的均匀发光输出，因为实际上每个棱镜132收集大致相同量的由SSL元件20在不同光束角度下发射的光。每个棱镜132可以具有：充当针对由SSL元件20发射的光的光进入表面的面对SSL元件20的第一表面部分132’；和将通过光进入表面进入单个棱镜的光反射向单个棱镜112从其延伸的光出射表面105的充当反射表面部分的第二表面部分132”。
位于内区域110和外区域130之间的、SSL元件20与其相对地定位的中间区域120，通常包括面对SSL元件20的中间表面120’，该中间表面充当针对由SSL元件20发射的光中的一些光的光进入表面。中间区域120通常是折射区域以帮助由照明设备1发射的光的整体准直。在实施例中，中间表面120’具有弯曲的(优选地凸面的)形状以实现期望的准直度。中间区域120具有小于单个棱镜112的最大高度h1的最大高度h3，使得在中间区域120下形成凹处或者腔，SSL元件20可以放置或者定位在该凹处或者腔中，以如将在下文更详细解释那样最大化照明设备1的发光效率。
图5示意性地描绘了包括圈状透镜200和以圆形图案设置的多个SSL元件20的照明设备1的一个方面的截面，圈状透镜200包括如图4所示的环状准直结构100。环状准直结构100的中心位于对称轴202和圈状透镜200的中心区域204，如上文解释的，该中心区域204可以是透镜200中的孔径或者诸如透镜材料之类的材料的部分。SSL元件20可以被安装在例如印刷电路板等的载体25上。
在特别有利的实施例中，SSL元件20的光出射表面与透镜100的光出射表面105分开不超过并且优选地小于单个棱镜112的高度h1的距离D。这保证了由SSL元件20发射的几乎所有光都被透镜100收集，从而改善照明设备1的发光效率，特别是当多个棱镜132的最大高度h2接近高度h1时。然而，应该理解的是，例如如果在照明设备1的热性能和其光学效率之间需要权衡，例如以便防止圈状透镜200和/或SSL元件20的过热，则距离D可以超过高度h1小的量(例如大约10％)。然而，应该理解的是，优选的是，在不危害照明设备1的热性能的情况下，这一距离D被尽可能多地最小化。
在实施例中，最大高度h2可以等于最大高度h1，使得单个棱镜112和多个棱镜132中的最大棱镜可以将圈状透镜200支撑在接收表面上，该接收表面可以是载体25或者照明设备1的另一表面。
在图4和图5中，光出射表面105仅通过非限制性示例的方式被示出为光滑(例如平面)表面。应该理解的是，光出射表面105可以进一步包括光学元件，例如诸如微透镜、散射元件、或者其它漫射元件等之类的光束成形元件(如果需要的话)，例如以便模糊SSL元件20而不能直观。
图6示意性地描绘了照明设备1的透视图，照明设备1包括圈状透镜200以及SSL元件20相对于圈状透镜200的内棱镜112和外棱镜132之间的折射区域120以圆形图案的设置。
如果照明设备1包括相对小数目的SSL元件20(图6中通过非限制性示例的方式示出了六个SSL元件20)，使得SSL元件20的圆形图案具有小的直径，即相对靠近中心轴202来定位，则图5和图6所示的设置是特别合适的。特别地，如可以在图6中看到的那样，圈状透镜200的环状准直结构100的非对称性质允许为了准直目的而高效率地使用圈状透镜200的大部分表面面积。可以马上认识到的是，对称准直器(即包括单个内棱镜112和作为内棱镜112的镜像的单个外棱镜)将占据圈状透镜的小得多的面积，使得准直效率将如将在下文更详细说明的那样减少。
此时注意，照明设备1通常将包括更多部件，诸如壳体、光出射窗、用于SSL元件20的驱动器电路等。然而，这些部件可以是与本申请的教导不相关的常规部件，因此这些部件已经为了清楚而从本申请中的附图省略。
然而，一些照明设备1可能要求集成更大数目的SSL元件20，使得这些SSL元件20的圆形图案具有如下直径，该直径使得比起圈状透镜的中心部分，SSL元件20被定位为更靠近圈状透镜的外围。图7示意性地描绘了包括可以在这种情况下使用的圈状透镜300的照明设备1的环状准直部分100的截面。圈状透镜300的截面在图8中示意性描绘。在这一实施例中，内反射区域110包括上文描述的多个反射棱镜132，并且外反射区域130包括上文描述的单个反射棱镜112。如之前的，单个反射棱镜112具有高度h1，高度h1至少与每个反射棱镜132的高度一样大或者优选地大于每个反射棱镜132的高度(即至少与最大高度h2一样大或者大于最大高度h2)，以便于外反射区域130中的好的准直度。如之前的，折射区域120位于内反射区域110和外反射区域130之间，其中折射区域120可以具有面对SSL元件20的中间表面120’，中间表面120’可以具有任何合适形状(诸如如上文解释那样的凸面形状)。如之前的，中间区域120的最大高度h3小于单个棱镜112的高度h1，使得通过紧邻中间表面120’放置SSL元件20，SSL元件20可以位于圈状透镜300内以便如上文解释的那样将发光效率最大化。
图8示意性地描绘了照明设备1的一个方面的截面，照明设备1包括以圆形图案设置的多个SSL元件20和包括如图7所示的环状准直结构100的圈状透镜300。环状准直结构100的中心位于对称轴202和圈状透镜300的中心区域304，如上文解释那样的，该中心区域304可以是透镜300中的孔径或者诸如透镜材料之类的材料的部分。图9示意性地描绘了圈状透镜300以及SSL元件20相对于圈状透镜300的内棱镜112和外棱镜132之间的折射区域120以圆形图案的设置的透视图。通过非限制性示例的方式，照明设备1包括二十个SSL元件20。
如果照明设备1包括相对大数目的SSL元件20，使得SSL元件20的优化圆形图案具有相对大的直径，即相对靠近圈状透镜300的外围定位，则图8和图9所示的设置是特别合适的。特别地，如可以在图9中看到的那样，圈状透镜300的环状准直结构100的非对称性质允许为了准直目的而高效率地使用圈状透镜300的大部分表面面积。可以马上认识到的是，对称准直器(即包括单个外棱镜132和作为外棱镜132的镜像的单个内棱镜)将占据圈状透镜300的小得多的面积，使得准直效率将如将在下文更详细说明的那样减少。
图10示出了由包括常规圈状透镜的照明设备和由包括图6所示的圈状透镜200的照明设备1产生的模拟发光强度分布。发光强度分布相对于这些透镜的中心轴(例如圈状透镜200的中心轴202)示出。常规圈状透镜通过提供对称环状准直结构创建，其中圈状透镜200的菲涅耳型外准直区域如上文解释那样被替换为内棱镜112的镜像。将从图10马上明白的是，这产生了包括无用外围区域(即对由与折射区域120相对的、圆形图案中的SSL元件20生成的光的准直没有帮助的区域)的常规圈状透镜。与之相比，在包括圈状透镜200的照明设备1中，不存在这种无用区域，因为菲涅耳型外准直区域延伸至圈状透镜200的外边缘。
如可以从模拟发光强度分布看到的那样，包括圈状透镜200的所发明的照明设备1产生具有显著增加的峰值强度的轮廓更锐利的发光分布；由所发明的圈状透镜200产生的发光输出的峰值强度为大约250lm，然而面对与圈状透镜200相同数目和类型的SSL元件20的常规圈状透镜产生大约180lm的峰值强度。这清楚地说明，相比于具有对称准直区域的常规圈状透镜，圈状透镜200的非对称环状准直区域100显著地增加了准直效率。
图11示出了由包括常规圈状透镜的照明设备和由包括图9所示的圈状透镜300的所发明的照明设备1产生的模拟发光强度分布。发光强度分布相对于这些透镜的中心轴(例如圈状透镜300的中心轴202)示出。常规圈状透镜通过提供对称环状准直结构创建，其中圈状透镜300的菲涅耳型内准直区域如上文解释那样被替换为外棱镜112的镜像。将从图11马上明白的是，这产生了包括对透镜的准直功能没有帮助的大的中心孔径的常规圈状透镜。与之相比，在圈状透镜300中，不存在这种大的孔径，因为菲涅耳型外准直区域延伸至圈状透镜200的外边缘。
如可以从模拟发光强度分布看到的那样，包括圈状透镜300的所发明的照明设备1产生具有显著增加的峰值强度的轮廓更锐利的发光分布；由所发明的圈状透镜300产生的发光输出的峰值强度为大约155lm，然而面对与圈状透镜300相同的SSL元件20的常规圈状透镜产生大约135lm的峰值强度。这清楚地说明，相比于具有对称准直区域(具有(相对大的)中心孔径的)的常规圈状透镜，照明设备1的圈状透镜300的非对称环状准直区域100显著地增加了准直效率。
为了完整性而要注意的是，由圈状透镜300产生的相比于圈状透镜200而言较低的峰值强度可以通过实际上在圈状透镜300中SSL元件20距离透镜的中心更远地定位进行解释，本身已知这会减少圈状透镜的准直效率。
根据本发明的实施例的照明设备1中的圈状透镜(诸如圈状透镜200和300)可以由任何合适的材料制成。可以使用具有折射率的任何材料，使得透镜的内区域110和外区域130呈现反射行为，并且中间区域120呈现折射行为。具有有利的光学性质的聚合物可能是特别合适的，因为其允许(例如通过成型)直接制造圈状透镜200和300。合适的聚合物的非限制性示例包括PC、PMMA、以及PET，但是其它示例对于技术人员而言将是显而易见的。
在实施例中，照明设备1可以是灯泡。灯泡的形状和尺寸不特别地进行限制，并且可以设想任何合适的形状和尺寸。这种合适的尺寸的非限制性示例包括MR11、MR16、GU4、GU5.3、GU6.35、GU10、AR111、Par20、Par30、Par38、BR30、BR40、R20、R50灯泡等。这种照明设备得益于产生了具有增强准直的发光输出，如已经借助于图10和图11中呈现的模拟进行说明的。
这种照明设备可以有利地集成到灯具中，以提供得益于能够产生具有增强准直的发光输出的灯具。可以设想任何合适的类型的灯具，诸如天花板吊灯、电枢、独立式灯具、包括照明设备的电子设备(例如抽油烟机、冰箱、微波炉)等。
应该注意的是，上述实施例说明而非限制了本发明，并且本领域技术人员将能够设计很多备选实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应该被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在权利要求中列出的那些元件或者步骤之外的元件或者步骤。元件前的词语“一(a)”或者“一个(an)”不排除存在多个这种元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件实施。在枚举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以由硬件的同一项来体现。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.一种照明设备(1)，包括：
包括环状准直结构(100)的透镜(200、300)，具有中心对称轴(202)，所述结构包括光出射表面(105)和中间区域(120)，所述中间区域在接近所述轴的内区域(110)和远离所述轴的外区域(130)之间，其中所述内区域和所述外区域中的一个由从所述光出射表面以第一高度(h1)延伸的单个棱镜(112)构成，并且所述内区域和所述外区域中的另一个包括从所述光出射表面以最大第二高度(h2)延伸的多个棱镜(132)，其中所述第一高度至少为所述最大第二高度，并且所述中间区域具有中间区域表面(120’)，所述中间区域表面与所述光出射表面分开小于所述第一高度的另一最大高度(h3)；以及
多个固态照明元件(20)，以圆形图案设置在载体表面(25)上，使得所述固态照明元件与所述中间区域表面(120’)对准并且面对所述中间区域表面(120’)；并且
其中所述环状准直结构由具有折射率的材料制成，使得所述第一区域是折射区域，并且所述单个棱镜和所述多个棱镜均将所述固态照明元件发射的光反射向所述光出射表面。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述固态照明元件(20)以不超过所述第一高度(h1)的距离(D)与所述光出射表面(105)间隔开。
3.根据权利要求1或者2所述的照明设备(1)，其中所述单个棱镜(112)具有设置为接收由所述固态照明元件(20)发射的光的第一表面部分(112’)和设置为将由所述第一表面部分接收的光反射向所述光出射表面(105)的第二弯曲表面部分(112”)。
4.根据权利要求3所述的照明设备(1)，其中所述第二弯曲表面部分(112’)被成形为使得由所述第一表面部分接收的光的至少50％被反射向所述光出射表面(105)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述多个棱镜(132)中的每个棱镜包括设置为接收由所述固态照明元件(20)发射的光的第一表面部分(132’)和设置为将由所述第一表面部分接收的光反射向所述光出射表面(105)的第二表面部分(132”)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述多个棱镜(132)的高度在远离固态元件(20)的所述圆形图案的方向上递增，使得所述圆形图案远端的棱镜具有所述最大第二高度(h2)。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述中间区域表面(120’)是凸表面。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述内区域(110)由所述单个棱镜(112)构成。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述外区域(130)由所述单个棱镜(112)构成。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述单个棱镜(112)和所述多个棱镜(132)是全内反射棱镜。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述材料是聚合物材料。
12.根据权利要求11所述的照明设备(1)，其中所述聚合物材料从聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、以及聚对苯二甲酸乙二酯中选择。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的照明设备，其中所述光出射表面(105)包括光束成形元件。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明设备(1)，其中所述照明设备是灯泡。
15.一种灯具，包括根据权利要求1至14中的任一项所述的照明设备(1)。
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