CN201724154U - 一种改变光强空间分布的装置及采用该装置的照明设备 - Google Patents

Abstract

一种改变光强空间分布的装置，包括一底壁以及沿所述底壁边缘围置的两对相对的侧壁；所述两对侧壁分别具有相对的第一内凹弧面和第二内凹弧面。应用本实用新型的装置可改变光强在空间上的分布。本实用新型还提供一种采用该装置的照明设备。

Description

一种改变光强空间分布的装置及采用该装置的照明设备

技术领域

本实用新型设计光学技术领域，具体设计一种改变光强空间分布的装置以及采用该装置的照明设备。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)为半导体发光器件。其不但发光强度高，而且还具有体积小，寿命长，显色指数高等特点，是一种新型的绿色环保照明光源。

目前商用大功率LED光通量已经达到100lm/w，实验室可达到165lm/w，并且总光通量以每18-24个月翻一翻的摩尔定律发展，具有成为第四代光源的巨大潜力。

LED光源发出的光近似朗伯型，即光强在半空间呈余弦分布，直接用于照明时，路面上形成一个中间亮边缘暗的不均匀的圆斑，中心处很亮，径向衰减很快。而根据道路照明特点，路灯照明的最佳配光方式为类似矩形分布光场分布，因此有必要对LED发出的光做进一步的光束整形，以达到道路照明的需求和提高光能的利用率。

实用新型内容

本实用新型提供一种改变光强空间分布的装置，以解决上述LED光源无法直接满足道路照明的问题。

本实用新型提供的一种改变光强空间分布的装置，包括一底壁以及沿所述底壁边缘围置的两对相对的侧壁；所述两对侧壁分别具有相对的第一内凹弧面和第二内凹弧面。

优选的，所述第一内凹弧面由以下方式形成：以两底端对置的第一复合抛物线段为扫描轨迹，以第二复合抛物线段为扫描截面扫描而成；

所述第二内凹弧面由以下方式形成：以一直线段为扫描轨迹，以所述第二复合抛物线段为扫描截面扫描而成；

其中，任一复合抛物线段为抛物线上截取的部分线段。

优选的，任一复合抛物线段由如下方式形成：

以抛物线y²＝4fx的轴在其平面内旋转θ_i角度的轴为基准轴，经过所述基准轴上的两定点且与该基准轴垂直的直线与抛物线相交，且相交于该基准轴旋转方向对应的抛物线上两点；所述抛物线上两点之间的线段为复合抛物线段；

所述角度θ_i称为复合抛物线的轴旋转角；

所述的两定点为抛物线的焦点在所述基准轴上的投影点以及沿所述基准轴在抛物线开口方向距该投影点距离为L＝f cosθ_i/sin²θ_i的点；

其中f为该抛物线的焦距。

可选的，所述第一复合抛物线段的轴旋转角和第二复合抛物线段的轴旋转角不同。

可选的，所述第一复合抛物线段的轴旋转角为60度，第二复合抛物线段的轴旋转角为30度。

可选的，所述底壁呈平板状，在所述底壁中央设有开孔。

可选的，在所述装置的底壁和侧壁内侧设置有反光层。

可选的，所述反光层为金属层。

本实用新型还提供一种照明设备，使用上述任一所述的改变光强空间分布的装置；在所述装置中设置照明光源。

可选的，所述照明光源为朗伯型发光体。

与现有技术相比，本实用新型的改变光强空间分布的装置包括一底壁以及沿所述底壁边缘围置的两对相对的侧壁；所述两对侧壁分别具有相对的第一内凹弧面和第二内凹弧面；应用本实用新型的装置可改变光强在空间上的分布。

在本实用新型的优选技术方案中，所述装置的第一内凹弧面由以下方式形成：以两底端对置的第一复合抛物线段为扫描轨迹，以第二复合抛物线段为扫描截面扫描而成；所述第二内凹弧面由以下方式形成：以一直线段为扫描轨迹，以所述第二复合抛物线段为扫描截面扫描而成；在应用于LED作为光源的路灯时，本装置能够将朗伯型光强分布改变为近似矩形分布，可满足对道路照明的要求。

此外，相对于用LED光源加透镜的整形方式，应用该装置的照明设备具有光能利用率较高、制造成本低等优势。

附图说明

图1为本实用新型的改变光强空间分布的装置的实施例的示意图；

图2为图1沿EE方向的剖面示意图；

图3为图1沿DD方向的剖面示意图；

图4为本实用新型中一种复合抛物线段的示意图；

图5为本实施例的装置的底壁3内侧面形状示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合附图具体说明本实用新型的改变光强空间分布的装置。

图1为本实用新型的改变光强空间分布的装置的实施例的示意图。

本实施例的改变光强空间分布的装置为设置有开口的腔体结构。包括有底壁和侧壁；底壁和侧壁的内侧面(即朝向腔体内部的侧面)构成所述改变光强分布装置的反射面，用于将光源发出的光反射后经由该腔体结构的开口出射。反射后出射的光与直接经由该腔体结构开口出射的光相叠加后的光强空间分布状态即为该改变光强空间分布的装置改变的光源的光强空间分布状态。

下面结合图1详细进行说明。请参考图1，本实用新型的实施例的改变光强空间分布的装置包括底壁3、侧壁1-1、侧壁1-2、侧壁2-1和侧壁2-2。所述侧壁1-1、侧壁1-2、侧壁2-1和侧壁2-2沿所述底壁3的边缘围置，从而形成一侧具有开口的空腔。其中，所述侧壁1-1和侧壁1-2相对设置，侧壁2-1和侧壁2-2相对设置。

所述侧壁1-1和侧壁1-2内侧为凹弧面，称为第一内凹弧面，两侧壁1-1和1-2的第一内凹弧面相对。图3为图1沿DD方向的剖面示意图，如图3所示的第一内凹弧面相对设置的情形。

所述侧壁2-1和2-2内侧也为凹弧面，称为第二内凹弧面，两侧壁2-1和2-2的第二内凹弧面相对。图2为图1沿EE方向的剖面示意图，如图2所示的第二内凹弧面相对设置的情形。

底壁3、侧壁1-1、侧壁1-2、侧壁2-1和侧壁2-2可以直接由反光材料构成，其内侧面直接可以作为反射面。

此外，所述底壁3、侧壁1-1、侧壁1-2、侧壁2-1和侧壁2-2还可以有其它材料构成，在底壁和侧壁的内侧面设置反光层。所述反光层的可以是金属层或者其它介质层、金属层包括例如铝层、银层或者其它合金层，其可以通过电镀的方式形成；介质层包括半导体材料层例如，氧化硅，其可以通过沉积的方式形成。

当然，所述底壁或者侧壁的反光材料或者设置于底壁或侧壁内侧的反光层的材料需要根据改变光强空间分布的光源的波长而决定，一般需要选择具有较大反射率、较少吸收的材料作为反光材料或反光层。任何能够起到反光作用的材料或者反光层或者其它方案均可以应用于此，本领域技术人员可以根据本实用新型的教导做出相应的选择、替换和改变。

其中，所述的改变光强空间分布的装置的开口形状、底壁和侧壁的内侧面形状即所述第一内凹弧面和第二内凹弧面的形状会影响该装置对光强空间分布的影响。因而，需要根据光源的类型、出射后光强的空间分布状态设计该装置的开口形状以及相应的内凹弧面的形状。

本实施例中，以照明光源为朗伯光源(例如LED光源)，需要改变后的光强空间分布为矩形光束为例说明本实施例的改变光强空间分布的装置的底壁和侧壁内侧面。

图5为本实施例的装置的底壁3内侧面形状示意图。

请参考图5，本实施例的底壁3呈平板状，其内侧面为平面，其边缘由直线段4-1和4-2以及四个复合抛物线段5-1、5-2、5-3和5-4围置而成。

其中，所述直线段长度相同，且4-1和4-2相对设置，四个复合抛物线段5-1、5-2、5-3和5-4形状相同，称为第一复合抛物线段。所述第一复合抛物线段5-1和5-2底端对置且位相呈180度设置，第一复合抛物线段5-3和5-4底端对置且位相呈180度设置。位相呈180设置的两组复合抛物线段相对设置，四复合抛物线段顶端分别与直线段4-1和4-2连接。

两组复合抛物线段相应底端之间的距离一般等于照明光源的长度。从而便于将照明光源设置于该两组复合抛物线之间。其中一种设置方式是直接将照明光源贴附于底壁3上；此外，还可以在底壁3上设置开口6，由底壁3的外侧边通过所述开口6将照明光源设置于该底壁3的内侧。所述开口6的形状和大小根据照明光源而确定。

以一第二复合抛物线段为扫描截面，分别以所述底壁3的边缘为扫描轨迹，将第二复合抛物线的凹陷朝向内侧，并将该第二复合抛物线段的底端沿底壁3的边缘扫描一周，可形成图1的侧壁的内侧面。

具体的，以所述直线段4-1和4-2为扫描轨迹，第二复合抛物线段为扫描截面扫描可构成侧壁2-1和2-2内侧面，即两相对的第二内凹弧面。以所述第一复合抛物线段5-1、5-2、5-3和5-4为扫描轨迹，第二复合抛物线段为扫描截面，可构成侧壁1-1和1-2的内侧面，即两相对的第一内凹弧面。所述的第一复合抛物线段、第二复合抛物线段的形状决定相应的第一内凹弧面、第二内凹弧面的形状。其中，复合抛物线段为抛物线上截取的部分线段。

其中，任一所述复合抛物线段可以由如下方式形成：请参考图4，抛物线y²＝4fx(其中f为该抛物线的焦距)的轴为yy’，焦点为Q点，将轴yy’绕Q点顺时针(当然也可以做逆时针旋转，则后续选择是需要在右侧抛物线上截取一段作为复合抛物线段)旋转θ_i作为基准轴，然后将基准轴向右平移a’的距离，平移后的轴为YY’，Q点在YY’上的投影为Y点，所述Y点沿所述YY’轴在抛物线开口方向距该投影点Y的距离为L＝f cosθ_i/sin²θ_i的点为Y’点。经过Y、Y’两点做垂直于YY’的直线，该直线与YY’右侧(该基准轴旋转方向对应的抛物线)的抛物线相较于两点P、Q，其中，抛物线段PQ即为复合抛物线段(其中，P为复合抛物线段的底端，Q为复合抛物线段的顶端)。YY’可称为该复合抛物线段的轴。所述角度θ_i称为复合抛物线的轴旋转角；2a’为PQ之间的距离。

所述第一复合抛物线段的轴旋转角和第二复合抛物线段的轴旋转角不同，也可以相同。其中，所述第一复合抛物线段的轴旋转角越大，该改变光强空间分布的装置在图1所示的DD方向上将光分散的尺寸越大，而所述第二复合抛物线段的轴旋转角越大，该改变光强空间分布的装置在图1所示的EE方向上将光分散的尺寸越大。因而，可以根据需要选择合适的轴旋转角。本实施例中，所述第一复合抛物线段的轴旋转角为60度，第二复合抛物线段的轴旋转角为30度。

利用上述实施例的改变光强空间分布的装置，在所述装置中设置照明光源，例如LED光源，可形成照明设备，例如路灯。

以所述的第一复合抛物线段的轴旋转角为60度，第二复合抛物线段的轴旋转角为30度时构成改变光强空间分布的装置，照明光源为郎伯型光源构成的照明设备为例，选择光源为120W的LED光源，总的光通量为10000流明为例。将上述照明设备作为路灯，置于10米高空时，照射于地面光强分布沿图1所示的DD方向可达120°，沿EE方向为60°。光斑近似矩形分布，中间照明范围达到10米。光能的利用率为96％；照度的均匀性为0.51。

可见，本实用新型的改变光强空间分布的装置在应用于LED作为光源的路灯时，能够将朗伯型光强分布改变为近似矩形分布，可满足对道路照明的要求。此外，相对于用LED光源加透镜的整形方式，应用该装置的照明设备具有光能利用率较高、制造成本低等优势。

此外，本实用新型的改变光强空间分布的装置在应用于照明设备时，可以根据其复合抛物线段的轴旋转角选择不同的内凹弧面形状以及尺寸大小，还可以在其中放置其它朗伯型光源，根据照明面积的大小以及光强度的需要而进行相应的改变即可。而且，所述改变光强空间分布的装置可单独使用，也可以多个排列成矩阵同时使用。这里不再赘述，本领域技术人员根据本实用新型的教导可以做出相应的变更。

此外，本实用新型的改变光强空间分布的装置中的光源不但可以是主动发光体，例如LED，而且其也可以应用于需要改变光强分布的光路中，这里不再进行详述。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种改变光强空间分布的装置，其特征在于：包括一底壁以及沿所述底壁边缘围置的两对相对的侧壁；所述两对侧壁分别具有相对的第一内凹弧面和第二内凹弧面。

2.根据权利要求1所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：所述第一内凹弧面由以下方式形成：以两底端对置的第一复合抛物线段为扫描轨迹，以第二复合抛物线段为扫描截面扫描而成；

所述第二内凹弧面由以下方式形成：以一直线段为扫描轨迹，以所述第二复合抛物线段为扫描截面扫描而成；

其中，任一复合抛物线段为抛物线上截取的部分线段。

3.根据权利要求2所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：任一复合抛物线段由如下方式形成：

以抛物线y²＝4fx的轴在其平面内旋转θ_i角度的轴为基准轴，经过所述基准轴上的两定点且与该基准轴垂直的直线与抛物线相交，且相交于该基准轴旋转方向对应的抛物线上两点；所述抛物线上两点之间的线段为复合抛物线段；

所述角度θ_i称为复合抛物线的轴旋转角；

所述的两定点为抛物线的焦点在所述基准轴上的投影点以及沿所述基准轴在抛物线开口方向距该投影点距离为L＝f cosθ_i/sin²θ_i的点；

其中f为该抛物线的焦距。

4.根据权利要求3所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：所述第一复合抛物线段的轴旋转角和第二复合抛物线段的轴旋转角不同。

5.根据权利要求4所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：所述第一复合抛物线段的轴旋转角为60度，第二复合抛物线段的轴旋转角为30度。

6.根据权利要求1至5任一所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：所述底壁呈平板状，在所述底壁中央设有开孔。

7.根据权利要求1至5任一所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：在所述装置的底壁和侧壁内侧设置有反光层。

8.根据权利要求7所述的改变光强空间分布的装置，其特征在于：所述反光层为金属层。

9.一种照明设备，其特征在于：使用上述权利要求1至8任一所述的改变光强空间分布的装置；在所述装置中设置照明光源。

10.根据权利要求9所述的照明设备，其特征在于：所述照明光源为朗伯型发光体。

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