CN1125941C - 照明设备 - Google Patents

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Abstract

具有一个缝隙式灯(1)的照明设备，具有两个相互靠接的光学装置(8，9)，其中，在垂直于灯纵轴线的截面上看，至少第一光学装置(8)是弯曲的，第一光学装置(8)使发自缝隙范围内的每个面元的、宽的光分布朝相应面元的法线方向集中。第二光学装置(9)使来自第一光学装置的光束的至少一部分倾斜一个倾角，其中，光束的至少一部分的倾角是不同大的。据此，发自弯曲的缝隙表面的光可定向地被转向，譬如可被“平行化”。

Description

照明设备
                      技术领域
本发明涉及具有一个缝隙式电灯和一个光学系统的照明设备。此外，本发明还涉及一种用于转向缝隙式灯的光束的方法。
                      背景技术
用于该照明设备的灯具有一个两端封闭的管形灯管。为了提高灯的亮度，灯管在内侧或外侧上具有一个用于可见光的反射器，其中，沿纵轴线的一个限定的范围是留有空隙的。据此，得出一个缝隙，灯光通过该缝隙射出(缝隙式灯)。反射器也可以是通过一层具有适宜厚度的荧光粉层构成的。该灯也是作为缝隙式荧光灯公开的。
基于其光转向功能，上述类型的照明设备适用于效果照明及工位照明。
此外，在补充有光导板的情况下，这种照明设备还譬如适用于对显示，特别是对液晶显示(LCD)而且还对大面积的发光广告牌进行后照明。液晶显示避免在控制台、飞机座舱中有多种多样的用途并且也愈来愈多地用在汽车、娱乐电子系统及通讯电子系统中并且越来越多地用作个人计算机(PC)的显示屏。
在这种场合中，灯、光学系统和光导板是相互调谐的，使灯光可通过光导板的至少一个窄边被馈入该光导板(所谓的“边光技术”)。借助在被敷在光导板的下边上的、譬如漫射的反射层上的反射，该灯光经由光导板的前面射出并据此起到平面的、相应于光导板的尺寸有所扩展的光源的作用。
灯管可为直管形，但也可为折弯的，譬如L形或U形。在灯管为折弯形的情况下，灯光经由光导板的两个或者三个边被馈入该光导板。为了使光馈入光导板，当然也可在各包括光学系统的情况下采用两个或两个以上的灯。
如本文开头所提及的，本发明所述及的照明设备是一种具有一个管形的缝隙式灯的照明设备。灯的截面是弯曲的，特别是圆形的或也可为椭圆的、滴状的等等。其中，该灯的缝隙表面的每个足够小的面元很近似地以较宽的角向分布、特别是以朗伯的或至少类似朗伯的分布发射光，为了完成本文开头提及的照明任务，该角向分布必须相宜地被整形，特别是被缩窄，以便达到所需的照明强度和/或改善照明设备的有效的总效率。其中，基于缝隙式灯的管形几何形状，基本上只有垂直于灯的纵轴线的截面上的角向分布是关键的。换言之，朝灯的纵轴线发射的角向分布只有次要的意义。因此，光束的分布或导向的在此原本存在的圆柱形问题可近似地压缩成在垂直于灯的纵轴线的截面上的光分布或光导向问题。
                        发明内容
本发明的任务在于提供一种的照明设备，该照明设备可更好地使离开缝隙的光进行转向或集束。
本发明提出一种照明设备，包括：一个具有一个管形的、带缝隙的灯管的灯；一个用于对在灯工作中由灯在缝隙的范围内发射的光束施加影响的光学系统；其特征在于，该光学系统包括一个第一弯曲光学装置和一个第二光学装置，其中，在垂直于灯的纵轴线的截面上看，第一光学装置对分别发自缝隙范围内的每个面元的光分布朝相应面元的法线方向集中；并且第二光学装置使来自第一光学装置的光束的至少一部分倾斜一个倾角，该倾角被定义为相应光束的原始主发射方向和相应光束经过倾斜的主发射方向之间的夹角，其中，光束的至少一部分的倾角的大小是不同的。
发明的另一方面涉及把灯的离开缝隙的光馈入光导板。
希望的是，离开缝隙的光的绝大部分借助一个光学系统适当地被馈入光导。为此困难在于，缝隙表面本身是有曲率的，因为缝隙表面是管形的灯表面的构成部分。
此外，要求对所述的、用于影响管形的缝隙式灯的光的一种方法进行保护。
发明的基本构思在于，备有两个相互前后相接的光学装置，其中，从垂直于灯的纵轴线的截面上看，第一光学装置是有曲率的。该第一光学装置对从缝隙范围内的每个面元分别发射的、宽的光束分布朝相应的面元的法向集束。第二光学装置使来自第一光学装置的光束的至少一部分倾斜一个倾角，其中，光束的至少一部分的倾角是大小不同的。据此，从弯曲的缝隙表面发射的光可定向地被转向，譬如被“平行化”或者可产生会聚的光束。
在这里“集束”指的是，光束的原本的宽角向分布被转变成较窄的角向分布，这就是说，在集束之后，作为替代，出现具有距相应的面元的主发射方向的大角度并具有小得多的比重的光线。在这里，所述的面元的光分布的那个有最大强度值的光线矢量的方向被理解为面元的主发射方向。
在这里，倾角限定为相应光束的原始主发射方向和相应光束被倾斜的主发射方向之间的角度。
第一光学装置的曲率最好是与灯在缝隙范围内的曲率相适配。据此，可使以宽的角向分布离开缝隙的光的大部分被馈入第一光学装置，光以大量较窄的光束的形式离开第一光学装置，这些较窄的光束至少部分地通过第二光学装置被倾斜。此外，为了尽量减少馈入损失，第一光学装置最好是基本上直接地设在缝隙的外表面上。
为了更好地理解发明的基本构思，参见图1，该图是很示意性的和简略的。图1示意地示出了具有圆形横截面的管形灯1的横截面。为清楚起见，在图1中没有示出灯1的及光学系统的其它细节，示出了缝隙的第一边缘2和第二边缘3、缝隙的中央光线4以及边缘光束的主发射方向的各矢量在没有本发明光学系统(图中未示出)5或者有本发明光学系统6情况下的。从图1中清楚看到，被倾斜的主发射方向的光矢量6的在平行于中央光线4的平行线7上的投影值(P2)大于原来的(未经倾斜的)主方向的光矢量5的在平行于中央光线4的平行线7上的投影值(P1)。按照本发明，这同样地基本上适用于全部的面元的所有主发射。其中，中央光线4由缝隙的中央面元的主发射方向构成。
据此，譬如可产生一个“准平行的”光束(未示出)。为此，第二光学装置的结构在于，各个光束的倾角δ随与缝隙的中央光线4的角距的增大而增大。
本发明的光学装置可通过适宜的光学结构，譬如微棱镜结构和/或全息结构或与此类似的结构实现。
考虑到使光馈入光导板，在灯管的直径较大，特别是等于或大于光导板的厚度的条件下，可突显示发明的出色效果。因此，在不采取特殊措施的情况下，从灯缝隙发射的光的一个相当大的部分会在光导板的馈入面上经过。而发明的出色效果不限于这样事态。在此，第二光学装置也可以是直接集成于光导中。
一个优选的实施形式采用一个适于介电放电的、具有一个管形的放电管的放电灯。该灯具有两个条状的、在放电管的内壁或外壁上平行于管的纵轴线和相互在直径方向设置的电极。据此，大的灯直径适于被利用于得出放电的相应的、尽可能大的火花间隙。因此，用于有介电阻碍的放电的点火电压和可馈入的、电的有效功率也随火花间隙的增大而增大。借助文献WO 94/22975所述的脉动工作方式，象人们所希望的这样，这最终导致上述的灯的光通量的提高。
因为光输出随缝隙宽度b和灯直径D之间的比b/D的缩小而明显减少，所以缝隙的宽度b也被选得尽可能地大。缝隙的宽度b最好是大致上等于光导板的厚度d。
缝隙宽度b和光导板的厚度d之比的其它优选的范围为b/d＞0.6、0.8和1。
                        对附图的描述
下面借助一个实施例，参照附图详细说明本发明。附图所示为：
图1用于说明发明的基本构思的示意示图。
图2具有光学系统的管形灯的横截面示意图，
图3图2所示的光学系统的位于缝隙中部的放大图A，
图4图2所示的光学系统的位于缝隙的边部的放大图B，
图5具有一个管形的、带光学系统和光导板的缝隙式荧光灯的整个照明设备局部横截面。
图2很示意地示出了管形的、具有一个由两个光学装置8、9组成的光学系统的本发明缝隙式灯1的横截面，为清楚起见，未示出该灯1的细节。
在图3、4中示出了光学系统的细节，具体地说，图3、4示意地分别示出了光学系统的位于缝隙的中部A和位于缝隙的边部B的放大图。下面述及的也涉及到图3和4。两个光学装置是在缝隙的范围内前后布置在灯1的灯管壁10的表面上的、透明的塑料薄膜8、9。从灯的中心点M出发(参见图2所示横截面)，缝隙构成夹角α。
第一薄膜8在其背向灯缝隙的管壁10的一侧上具有微棱镜结构。该微棱镜结构为多个等腰三角形形状的棱镜11，其中，棱镜11平行于灯1的纵轴线延伸。第一薄膜8的棱镜结构只发射那些在接收角之内射到薄膜8的面向灯缝隙的一侧上的光线。其中，接收角的角度值可通过每个棱镜的相应的棱镜角受到影响。其余的光线借助在相应的棱镜上的全发射朝灯缝隙或管壁10方向被反射回来并借助散射或者反射方法重新分布，直至这些光线在接收角之内射到第一薄膜8上并最终同样被发射为止。
特别是在缝隙是完全由荧光材料留有空白的情况下，在灯1的管壁10和第一薄膜8之间设置一个附加的漫射体对辅助重新分布很为有利。据此，界面损失被减至最小。该漫射体也可通过对缝隙范围内的管壁10的表面打毛加以实现。然而在灯的缝隙表面加有荧光材料的条件下，这些措施当然也是很有利的。
除中部A之外，第二薄膜9在其面向第一薄膜8的一侧上同样具有一个棱镜结构。不过，该结构为多个不等腰三角形的棱镜12，其中，棱镜12同样平行于管形的灯1的纵轴线延伸。借助不等腰三角形的棱镜，来自第一薄膜8的光束脱离其相应的主发射方向并朝向中央光束4倾斜。
相应的棱镜角γ因此还有不同的棱镜12的棱镜底的宽度朝边部B方向有所缩短。据此，边部B的倾角δ朝中部A方向有所缩小并在中部A完全消失，这就是说，中部A中的光束没被倾斜(δ＝0°)。棱镜角γ的变化与缝隙的或者薄膜9的弯曲几何结构相适配，使之总共得出一个比较平行的总光束，该总光束能在只有小损失的情况下被馈入一块光导板。
图5以截面示意图的形式示出了一个扁平的、用于对液晶显示(未示出)进行后照明的照明设备，该照明设备由一个缝隙式荧光灯19、一个相当于图3和4所示的光学系统110和一块光导板111组成。
荧光灯19由一个管形的放电管112、两个电板113、114和一个功能性的层系统组成。该层系统由一层由TiO2构成的反射层115和一层由三谱带荧光材料构成的荧光材料层116组成。三谱带荧光材料由蓝分量BaMgAl10O17：Eu、绿分量LaPO4：Ce，Tb，和红分量(Y，Gd)BO3：Eu的混合物组成。合成的颜色座标为x＝0.395和Y＝0.383，这就是说，白光产生了。反射层115可直接地涂敷在放电管112的内壁上，其中，空出宽度b＝8毫米的一个缝隙117。荧光材料层116是涂敷在反射层115上的或是在缝隙117的范围内直接涂敷在放电管112的内壁上的。由玻璃构成的放电管112的外径为约14毫米，其壁厚为约0.5毫米。在其两端用由放电管的材质成形的端盖(未示出)气密封闭的、管形放电管112的长度为约27厘米。具有充气压力为约17千帕的氙位于放电管112之内。两个电极113、114为在放电管112的内壁上平行于管的纵轴线和相互在直径方向设置的金属条结构。据此，在管形的放电管中尽可能大的火花间隙10被用于放电并据此，如本文开头所述，达到灯的相应高的光通量。两个电极113、114是用一层由玻璃焊剂构成的介电层100覆盖的。
光导板111由一块扁平的有机玻璃长方六面体构成，其厚度d为10毫米，其沿灯纵轴线的宽度B为27厘米，其垂直于灯纵轴线的长度L为20厘米。光导板111的四个窄侧中的第一窄侧118是平行于荧光灯19的纵轴线和面对灯的缝隙117设置的。为简化起见，该第一窄侧118在下面被称作“进入边”。此外，在截面示图中看，荧光灯19和光导板111是中心相互对准的，这就是说，至设想的中心线或光轴A的两侧，缝隙117的宽度b只分别小于光导板111的厚度d约1毫米(d/2-b/2＝1mm)，就是说，缝隙117的宽度b大致上等于光导板111的厚度d。
如图2至4所示，光学系统110由两个棱镜薄膜8、9(为清楚起见，在图5中没有详细示出这两个薄膜)组成并具有在描述图2至图4时所说明的、让发自缝隙117的光束“平行化”的功能，使有效地馈入光导板得以实现。
上述照明设备的一种未示出的、用于对物体譬如工作面或用品以及装饰进行照明的派生形式基本上相当于图2所示的照明设备，唯独第二薄膜9的棱镜角的变化并据此，光束的主发射方向的变化与待照明的面相适配。

Claims (15)

1.照明设备，具有
-一个具有一个管形的、带缝隙(117)的灯管(112)的灯(1；19)  ，
-一个用于对在灯工作中由灯(1；19)在缝隙(117)的范围内发射的光束施加影响的光学系统，
其特征在于，
-该光学系统包括一个第一弯曲光学装置和一个第二光学装置，其中，在垂直于灯的纵轴线的截面上看，
-第一光学装置对分别发自缝隙范围内的每个面元的光分布朝相应面元的法线方向集中并且
-第二光学装置使来自第一光学装置的光束的至少一部分倾斜一个倾角(δ)，该倾角(δ)被定义为相应光束的原始主发射方向和相应光束经过倾斜的主发射方向之间的夹角，
-其中，光束的至少一部分的倾角的大小是不同的。
2.按照权利要求1所述的照明设备，其中，在垂直于灯纵轴线的截面上看，各个光束的倾角(δ)随与缝隙的中心(4)的角距的增大而增大。
3.按照权利要求2所述的照明设备，其中，倾角的变化这样选择，离开第二光学装置的光束的主发射方向是朝缝隙的中央面元的主发射方向倾斜，特别是基本上平行于中央面元的主发射方向的。
4.按照权利要求1所述的照明设备，其中，第一弯曲光学装置在其背向灯的缝隙的一侧上具有一个棱镜结构，该棱镜结构设计成，结构中的棱镜(11)平行于灯(1)的纵轴线延伸。
5.按照权利要求4所述的照明设备，其中，棱镜结构这样设计，只有那些在接收角之内射到第一弯曲光学装置的面向灯的缝隙一侧上的光线通过第一光学装置(8)被发射，并且其余的光线借助在相应的棱镜上的全反射朝灯的缝隙被反射回去。
6.按照以上权利要求1-5之一所述的照明设备，其中，第二光学装置在其面向第一弯曲光学装置的一侧上并在垂直于灯纵轴线的截面上看，在缝隙的中部之外具有棱镜结构，该棱镜结构的棱镜(12)平行于灯的纵轴线延伸，其中，该棱镜结构这样设计，即不同的棱镜(12)的相应棱镜角(γ)随相应棱镜到缝隙的中部(4)的距离发生变化。
7.按照以上权利要求1-5之一所述的照明设备，其中，在灯和第一光学装置之间设有一个漫射体。
8.按照权利要求7所述的照明设备，其中，该漫射体是通过在缝隙的范围内对灯的表面进行打毛实现的。
9.按照以上权利要求1-5之一所述的照明设备，其中，第一弯曲光学装置是直接设在缝隙的外表面上的。
10.按照以上权利要求之一所述的照明设备，其中，第二光学装置是直接设在第一光学装置上的。
11.按照以上权利要求1-5之一所述的照明设备，其中，至少是第一弯曲光学装置的曲率是与在缝隙范围内的灯的曲率相适配的。
12.按照以上权利要求1-5之一所述的、具有附加的一个带有光进入面(118)的光导(111)的照明设备，其中，灯(19)、光学装置和光学导体(111)这样相互设置，使得光学装置位于光进入面(118)的对面并且据此在灯工作中将发自灯(19)的缝隙(117)的光经由光进入面(118)馈入光导(111)。
13.按照权利要求12所述的照明设备，其中，光导为楔形的或长方六面体形的板(111)。
14.按照以上权利要求1-5之一所述的照明设备，其中，灯适于借助介电阻碍的放电来工作并为此具有至少一个电极(113、114)，通过电介质(100)使电极与放电分离。
15.按照权利要求13所述的照明设备，其中，灯的灯管直径等于或大于光导板(111)的厚度(d)。
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