CN110678796A - 准直器设备、照明设备、灯和照明器 - Google Patents

准直器设备、照明设备、灯和照明器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于照明应用的准直器设备，其包括准直器面板，该准直器面板具有接收输入光的第一端面和提供准直光的第二端面。第二端面与第一端面相对。准直器面板包括多个壁，该多个壁在第一端面和第二端面之间延伸以获得单元的格栅。单元在第一端面和第二端面之间延伸以获得准直光。至少多个壁被布置成获得形成拉胀结构的相关联的单元的截面。通过改变相关联的单元的截面，准直器面板可从第一结构变形为第二结构，以将准直光从第一空间分布改变为具有第二空间分布的准直光。第一空间分布与第二空间分布不同。

Description

准直器设备、照明设备、灯和照明器
技术领域
本发明涉及一种用在照明应用中的准直器设备，涉及一种包括该准直器设备的照明设备，涉及一种包括照明设备的灯，并且涉及一种包括照明设备的照明器。
背景技术
准直器在跨许多技术领域的各种应用中被采用。通常，它们是更复杂的设备的零件的组成部分。广义地讲，准直器是一种以某种方式限制电磁辐射束的大小和扩散角度的设备。
准直器可以以多种方式实现。用于使可见光准直的已知准直器是所谓的蜂窝状准直器。这种准直器例如在EP0531045中公开，并且由被壁分离的六边形单元组成。撞击到单元的壁的一侧的光可以被吸收或重定向以提供准直光。
然而，这种已知的准直器不能很好地适用于所有空间光分布和照明应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生改进的光准直度的准直器设备。
本发明公开了根据独立权利要求1的准直器设备。优选实施例由从属权利要求限定。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于照明应用的准直器设备，其包括准直器面板，该准直器面板具有接收输入光的第一端面和提供准直光的第二端面。第二端面与第一端面相对。准直器面板包括多个壁，该多个壁在第一端面和第二端面之间延伸以获得单元的格栅。单元在第一端面和第二端面之间延伸以获得准直光。至少多个壁被布置成获得形成拉胀结构(auxetic structure)的相关联的单元的截面。通过改变相关联的单元的截面，准直器面板可从第一结构变形为第二结构，以将具有第一空间分布的准直光改变为具有第二空间分布的准直光。第一空间分布与第二空间分布不同。
因此，本发明提供了一种能够产生改进的光准直度的准直器设备。原因是，不是使用静态准直器面板，而是使用可变形的准直器面板，该可变形的准直器面板包括形成拉胀结构的单元。拉胀结构具有负泊松比，并且优点在于允许同时增加其长度和宽度(和/或同时减小其长度和宽度)。包括形成拉胀结构的单元的可变形的准直器面板允许在两个方向上同时增大单元的尺寸。因此，拉伸可变形的准直器面板(包括形成拉胀结构的单元)增加了其长度，但是也增加了其宽度。这样，可以同时增加两个方向上的准直。
例如，如EP0531045中公开的所谓的蜂窝状准直器由于不能很好地适用于所有空间光分布和照明应用而不能产生改进的光准直度。即使准直器的单元是可变形的，它也不能同时增加两个方向上的准直度。原因是规则结构(诸如具有规则六边形单元的蜂窝状结构)具有正的泊松比。因此拉伸普通结构会增加其长度，但会减小其宽度。
在一个实施例中，壁可以是吸收光、反射光或漫射光的。侧壁也可以具有表面结构，该表面结构也可以引起反射。所获得的效果是改进的光准直度。该准直器设备非常适合于许多空间光分布和照明应用，因为光的准直度在两个方向上都可调整。原因是撞击到单元的壁的一侧的输入光可以被吸收或被重定向为重定向光。重定向光的大部分和没有撞击到壁的侧面的输入光是准直光。壁可以是漫反射的或镜面反射的。优选地，壁的反射率为至少80％。更优选地，壁的反射率为至少87％。更优选地，壁的反射率为至少90％。壁的反射率越高，准直器设备的效率越高。壁也可以是漫射半透明的。例如，壁可以由包括气泡或散射颗粒(诸如，例如Al2O3、BaSO4和/或TiO2颗粒)的透明塑料(诸如，例如PMMA、PC、PET或任何其他聚合物材料)制成。壁可以是吸收光的。壁也可以由金属或金属涂覆的表面制成。优选地，壁可以吸收撞击在壁上的输入光的至少50％。更优选地，壁可以吸收撞击在壁上的输入光的至少60％。最优选地，壁可以吸收撞击在壁上的输入光的至少70％。例如，壁可以吸收撞击在壁上的输入光的80％。壁可以具有黑色。例如，壁可以由包括黑色颜料(诸如，例如炭黑)的塑料制成。
在一个实施例中，壁可以以与第一端面成从60度至120度的范围内的角度布置。更优选地，壁以与第一端面成从75度至105度的范围内的角度布置。最优选地，壁以与第一端面成从85度至95度的范围内的角度布置。例如，壁与第一端面所成的角度可以沿着准直器面板的直径从85度至95度倾斜，以便获得对称的准直器面板。所获得的效果是提高了效率。原因是输入光可能是发散的光束。电磁束的束发散度是束直径或半径随距光学孔径的距离而增加的角度测量，电磁束从该光学孔径出现。如果壁以与第一端面成从60度至120度的范围内的角度布置，或以与第一端面成从75度至105度的范围内的角度布置，或以与第一端面成从85度至95度的范围内的角度布置，则溢出光减少并且光被准直，但仍然有些发散。
在一个实施例中，准直器面板可以是对称的光学元件。
在一个实施例中，壁可以垂直于第一端面布置。所获得的效果是改进的光准直度。原因是大量的溢出光减少或被重定向，从而导致较小的光束宽度或光束直径。光束宽度可以以在光束的最大强度(FWHM)的一半处的光束的整个宽度表示。
在一个实施例中，该拉胀结构可以具有在从-0.5至-1.5的范围内的泊松比。所获得的效果是可以同时在两个方向上增加准直度。原因是拉伸可变形的准直器面板会增加其长度，但也会增加其宽度。
在一个实施例中，该拉胀结构可以具有在从-0.8至-1.1的范围内的泊松比。所获得的效果是，准直度可以同时在两个方向上相似地增加。原因是拉伸可变形的准直器面板会增加其长度，但也会增加其宽度以及纵横比长度：宽度基本保持不变。
在一个实施例中，拉胀结构可以是双稳态的。所获得的效果是，拉胀结构可以处于两种状态中的任一种，即第一结构和第二结构。原因是，拉胀结构可以包括先进的形状或由在拉伸后保持其形状的材料制成。在本申请的上下文中，双稳态意指拉胀结构具有至少两个稳定状态。例如，该拉胀结构可以由金属制成，诸如，例如铜或铝，其可以包括涂层，诸如吸收光或漫射光的涂层。吸收光的涂层可以是黑色涂层，黑色涂层诸如，例如由聚合物粘合剂中的炭黑制成。
在一个实施例中，拉胀结构从第一结构到第二结构可变形至少十次(ten times)。所获得的效果是准直器设备的光准直特性在十次变形之后得以保持。原因是在十次变形之后，第一结构的形状和尺寸以及第二结构的形状和尺寸得以保持。
在一个实施例中，拉胀结构的单元具有以下形状中的一种或多种：拉胀六边形形状、拉胀正方形形状、拉胀矩形形状和拉胀三角形形状。这些拉胀结构形状对于光准直应用是优选的。原因是光在两个方向上都被准直。
在一个实施例中，该拉胀结构包括：多个壁中的至少第一壁，该第一壁散射光；以及多个壁中的至少第二壁，该第二壁吸收光。所获得的效果在设计准直器设备时的改进的程度。原因是一些单元和/或一些壁散射光，而其他单元和/或其他壁吸收光。吸收光的壁比漫射光的壁提供更高的准直度。漫射光的壁比吸收光的壁提供更高的效率。因此，可以在光准直性能和效率方面优化准直器设备。
在一个实施例中，准直器设备还包括附接装置，该附接装置被布置成将准直器设备附接至对象。所获得的效果是改进的组装。原因是准直器设备可以容易地附接到对象(诸如，例如照明器)。附接装置的示例包括但不限于：索环、环、扣、钩、纽扣、螺钉和线。
在一个实施例中，准直器设备至少包括最先提到的准直器面板和另外的准直器面板。所获得的效果是改进的光准直度。原因是，最先提到的准直器面板和另外的准直器面板可以串联布置，使得它们准直相同的光，并且因此更多的光将撞击在堆叠配置的壁上。最先提到的准直器面板和另外的准直器面板也可以平行布置，使得最先提到的准直器面板准直光的第一部分，并且另外的准直器面板准直光的第二部分。以这种方式，可以针对准直光的第一部分和准直光的第二部分，而分别优化最先提到的第一准直器面板和另外的准直器面板的准直特性。该另外的准直器面板可以是标准准直器面板，即不具有拉胀结构的准直器面板。
本发明公开了根据独立权利要求13的照明设备。
在一个实施例中，照明设备包括：提供光的光源和布置在光源的光学路径中的准直器设备。所获得的效果是光源的改进的光准直度。原因是光源相对于准直器设备光学对准。
在一个实施例中，照明设备包括反射器、透镜、透镜阵列和/或全内反射光学元件，其被布置在光源与准直器设备之间，并且被布置成对光源光进行预准直。
本发明公开了根据独立权利要求15的照明器或灯。
在一个实施例中，照明器或灯包括照明设备。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：
图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器设备在XY平面中的截面；
图2a和图2b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器面板在XZ平面中的截面；
图3a和图3b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器面板在XY平面中的截面；
图4示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器设备在XY平面中的截面；
图5示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器面板在XZ平面中的截面；
图6a和图6b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器面板在XY平面中的截面；
图7示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器设备在XY平面中的截面；
图8a和图8b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器设备在XY平面中的截面；
图9a和图9b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备在XY平面中的截面；
图10a和图10b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备在XY平面中的截面；
图11示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明器的侧视图；
图12示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的灯的侧视图。
示意图不一定按比例绘制。
在不同附图中，具有相同功能的相同特征被相同的附图标记指示。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的准直器设备在XY平面中的截面。图2a和图2b示意性地描绘了根据本发明的实施例的准直器面板在XZ平面中的截面。图3a和图3b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器面板在XY平面中的截面。如图1所示，用于照明应用的准直器设备(100)包括准直器面板(101)，准直器面板(101)具有接收输入光(103)的第一端面(102)和提供准直光(105)的第二端面(104)。第二端面(104)与第一端面(102)相对。准直器面板(101)包括多个壁(106)，该多个壁(106)在第一端面(102)和第二端面(104)之间延伸以获得单元(107)的格栅。单元(107)在第一端面(102)和第二端面(104)之间延伸以获得准直光(105)。如图2a和图2b中所描绘的，至少多个壁(106)被布置成获得形成拉胀结构(109)的相关联的单元(107)的截面(108)。如图2a和图2b中所描绘的，通过改变相关联的单元(107)的截面(108)，准直器面板(101)可从第一结构(110)变形为第二结构(111)，以将具有第一空间分布(112)的准直光(105)改变为具有第二空间分布(113)的准直光(105)，如图3a和图3b中所描述的那样。如图3a和图3b中所描述的，第一空间分布(112)与第二空间分布(113)不同。第一空间分布(112)例如比第二空间分布(113)具有更高的准直度。单元(107)可以具有相对的壁。
优选地，两个相对的壁之间的距离可以在从1mm至30mm的范围内。更优选地，两个相对的壁之间的距离可以在从2mm至25mm的范围内。最优选地，两个相对的壁之间的距离可以在从3mm至20mm的范围内。
优选地，第一端面(102)和第二端面(104)之间的距离可以在从1mm至30mm的范围内。更优选地，第一端面(102)和第二端面(104)之间的距离可以在从2mm至25mm的范围内。最优选地，第一端面(102)和第二端面(104)之间的距离可以在从3mm至20mm的范围内。
如图1中所描绘的，多个壁(106)垂直于第一端面(102)布置。
如图2a和图2b中所描绘的，拉胀结构(109)可以是双稳态的。
如图2a和图2b中所描绘的，拉胀结构(109)可以从第一结构(110)到第二结构(111)可变形至少十次。
多个壁(106)是吸收光或漫射光的。撞击到单元(107)的壁(106)的一侧的输入光(103)可以被吸收或被重定向为重定向光(122)。重定向光(122)的大部分和没有撞击到壁(106)的侧面的输入光(103)是准直光(105)。壁(106)可以是漫反射的。优选地，壁(106)的反射率为至少80％。更优选地，壁(106)的反射率为至少87％。更优选地，壁(106)的反射率为至少90％。壁(106)的反射率越高，准直器设备(100)的效率越高。壁(106)也可以是漫射半透明的。例如，壁(106)可以由包括气泡或散射颗粒(诸如，例如Al2O3、BaSO4和/或TiO2颗粒)的透明塑料(诸如，例如PMMA、PC、PET或任何其他聚合物材料)制成。壁(106)可以是吸收光的。优选地，壁(106)可以吸收撞击在壁(106)上的输入光(103)的至少50％。更优选地，壁(106)可以吸收撞击在壁(106)上的输入光(103)的至少60％。最优选地，壁(106)可以吸收撞击在壁(106)上的输入光(103)的至少70％。例如，壁(106)可以吸收撞击在壁(106)上的输入光(103)的80％。壁(106)可以具有黑色。例如，壁(106)可以由包括黑色颜料(诸如，例如炭黑)的塑料制成。
图4示意性地描绘了根据本发明的实施例的准直器设备在XY平面中的截面。如图4中所描绘的，多个壁(106)以与第一端面(102)成从60度至120度的范围内的角度θ布置。
图5示意性地描绘了根据本发明的实施例的准直器面板在XZ平面中的截面。如图5中所描绘的，拉胀结构(109)的单元(107)具有以下形状中的一种或多种：拉胀六边形形状、拉胀正方形形状、拉胀矩形形状和拉胀三角形形状。
如图5中所描绘的，拉胀结构(109)可以具有在从-0.5至-1.5的范围内的泊松比。
如图5中所描绘的，拉胀结构(109)可以具有在从-0.8至-1.1的范围内的泊松比。
图6a和图6b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的准直器面板在XY平面中的截面。如图6a和图6b中所描绘的，拉胀结构(109)包括：多个壁(106)中的至少第一壁(114)，该第一壁(114)是漫射光的，以及多个壁(106)中的至少第二壁(115)，该第二壁(115)是吸收光的。
图7示意性地描绘了根据本发明的实施例的准直器设备在XY平面中的截面。如图7中所描绘的，准直器设备(100)还包括被布置成将准直器设备(100)附接到对象(117)的附接装置(116)。
图8a和图8b示意性地描绘了根据本发明的实施例的准直器设备在XY平面中的截面。如图8a中所描绘的，准直器设备(100)至少包括最先提到的准直器面板(101)和另外的准直器面板(118)，它们被堆叠在彼此之上并且均对相同的输入光(103)进行准直。如图8b中所描绘的，准直器设备(100)至少包括最先提到的准直器面板(101)和另外的准直器面板(118)，它们被布置在相同的平面内并且对输入光(103)的两个不同部分进行准直。
图9a和图9b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备在XY平面内的截面。如图9a和图9b中所描绘的，照明设备(200)包括提供光源光(120)的光源(119)和布置在光源(119)的光学路径上的准直器设备(100)。通过改变相关联的单元(107)的截面(108)，准直器面板(101)可从第一结构(110)变形为第二结构(111)，以将具有第一空间分布(112)的准直光(105)改变为具有第二空间分布(113)的准直光(105)，其中第一空间分布(112)与第二空间分布不同(113)。
图10a和10b示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备在XY平面的截面。如图10a和图10b所描绘的，照明设备(200)包括光学元件(121)，该光学元件选自反射器、透镜、透镜阵列和/或全内反射光学元件的组。光学元件(121)被布置在光源(119)与准直器设备(100)之间，并且被布置成对光源光(119)进行预准直。
图11示意性地描绘了照明器(300)的侧视图。如图11中所描绘的，照明器(300)包括准直器设备(100)。
图12示意性地描绘了灯(400)的侧视图。如图12中所描绘的，灯(400)包括准直器设备(100)。
照明设备200可以被配置成提供白光。本文中的术语白光是本领域技术人员已知的，并且涉及具有相关色温(CCT)在大约2000K和20000K之间的白光。在一个实施例中，CCT在2500K和10000K之间。通常，对于一般照明，CCT在大约2700K至6500K的范围内。优选地，它涉及具有距BBL(黑体轨迹)约15SDCM、10SDCM或5SDCM(颜色匹配的标准偏差)内的色点的白光。优选地，它涉及具有至少70至75的显色指数(CRI)的白光，用于一般照明至少为80至85。
本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”，诸如“基本上所有的光”或“基本上由......组成”。术语“基本上”还可以包括具有“完全”、“彻底”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词基本上也可以被去除。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别地99％或更高，甚至更特别地99.5％或更高，包括100％。术语“包括(comprise)”还包括其中术语“包括(comprises)”意指“由......组成(consists of)”的实施例。术语“和/或”特别地涉及在“和/或”之前和之后所提及的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”和类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。在一个实施例中，术语“包括(comprising)”可以指代“由......组成(consistingof)”，但是在另一实施例中还可以指代“至少包括所限定的种类和可选地一种或多种其他种类”。
另外，在本说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等是用于在类似的元件之间进行区分，并且不必用于描述依序的顺序或时间的顺序。还应当理解，这样使用的术语在适当环境中是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施例能够在除了本文中所描述的或说明的其他次序中操作。
本文中的设备是在操作期间所描述的其他设备。如本领域技术人员所清楚的，本发明不限于操作的方法或操作中的设备。
应当注意，上文所提及的实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多备选实施例。在权利要求中，被置于括号之间的任何参考符号不应当被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中所述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。本发明可以借助于包括数个不同元件的硬件并且借助于适当编程的计算机来实施。在列举了数个装置的设备权利要求中，这些装置中的数个装置可以由同一个硬件项目来实施。在相互不同的从属权利要求中所记载某些措施的纯粹的事实，并不指示这些措施的组合不可以被有利地使用。
本发明还适用于包括在本说明书中所描述的和/或在附图中所示出的表征特征中的一个或多个表征特征的设备。本发明还涉及包括在本说明书中所描述的和/或在附图中所示出的表征特征中的一个或多个表征特征的方法或过程。
可以组合本专利中所讨论的各个方面，以便提供附加的优点。进一步地，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合多于两个的实施例。另外，特征中的一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种用于照明应用的准直器设备(100)，包括：
准直器面板(101)，具有用于接收输入光(103)的第一端面(102)和用于提供准直光(105)的第二端面(104)，其中所述第二端面(104)与所述第一端面(102)相对，
所述准直器面板(101)包括多个壁(106)，所述多个壁(106)在所述第一端面(102)和所述第二端面(104)之间延伸以用于获得单元(107)的格栅，所述单元(107)在所述第一端面(102)和所述第二端面(104)之间延伸，以用于获得所述准直光(105)，至少所述多个壁(106)被布置成用于获得形成拉胀结构(109)的相关联的所述单元(107)的截面(108)，并且
其中通过改变相关联的所述单元(107)的所述截面(108)，所述准直器面板(101)能够从第一结构(110)变形为第二结构(111)，以将具有第一空间分布(112)的所述准直光改变为具有第二空间分布(113)的准直光(105)，其中所述第一空间分布(112)与所述第二空间分布(113)不同。
2.根据权利要求1所述的准直器设备(100)，其中所述多个壁(106)是吸收光、反射光或漫射光的。
3.根据权利要求1和2所述的准直器设备(100)，其中所述多个壁(106)以与所述第一端面(102)成从60度至120度的范围内的角度(θ)布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的准直器设备(100)，其中所述多个壁(106)垂直于所述第一端面(102)布置。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，其中所述拉胀结构(109)具有在从-0.5至-1.5的范围内的泊松比。
6.根据前述权利要求中任一项所述的准直器设备(100)，其中所述拉胀结构(109)具有在从-0.8至-1.1的范围内的泊松比。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，其中所述拉胀结构(109)是双稳态的。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，其中所述拉胀结构(109)从所述第一结构(110)到所述第二结构(111)能够变形至少十次。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，其中所述拉胀结构(109)的所述单元(107)具有以下形状中的一种或多种：拉胀六边形形状、拉胀正方形形状、拉胀矩形形状和拉胀三角形形状。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，其中所述拉胀结构(109)包括：所述多个壁(106)中的至少第一壁(114)，所述第一壁(114)是漫射光的；以及所述多个壁(106)中的至少第二壁(115)，所述第二壁(115)是吸收光的。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，还包括附接装置(116)，所述附接装置(116)被布置成用于将所述准直器设备(100)附接到对象(117)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的准直器设备(100)，至少包括上述最先提到的所述准直器面板(101)和另外的准直器面板(118)。
13.一种照明设备(200)，包括：用于提供光源光(120)的光源(119)；以及根据前述权利要求中任一项所述的准直器设备(100)，并且所述准直器设备(100)被布置在所述光源(119)的光学路径中。
14.根据权利要求13所述的照明设备(200)，包括光学元件(121)，所述光学元件(121)选自反射器、透镜、透镜阵列和/或全内反射光学元件的组，并且被布置在所述光源(119)与根据前述权利要求中任一项所述的准直器设备(100)之间，并且被布置成对所述光源光(119)进行预准直。
15.一种照明器(300)或灯(400)，包括根据权利要求13和14所述的照明设备(200)。
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