CN204647968U - 用于反射来自光源的光的光学设备和包含光学设备的灯具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于反射来自光源的光的光学设备，包括在具有中心轴的堆叠排列中的较低反射器和较高反射器。较低反射器具备用于将来自光源的光朝向较高反射器传递的中心区域，该堆叠排列的中心轴穿过较低反射器的该中心区域。光源可以定位在该中心区域下方，其发射侧面向该两个反射器，从而使得从光源发射的光的一部分由较低反射器反射，同时该光的剩余部分能够穿过较低反射器的中心区域进入该堆叠排列，以由较高反射器反射。光学设备可以用于洗墙灯，其中LED光源提供对于墙壁表面的间接照明。该反射器的特定结构能够产生均匀的光分布，同时允许实现紧凑的尺寸。

Description

用于反射来自光源的光的光学设备和包含光学设备的灯具

技术领域

本实用新型涉及照明领域，尤其涉及一种用于反射来自光源的光的光学设备，并且涉及包括这样的光学设备的灯具。

背景技术

洗墙灯相当流行，用于照亮城市区域中的建筑物正面。它可以按照不同类型进行分类。一种是泛光照明，其特别用于照亮在远处的建筑物；然而，均匀性并不令人满意，尤其在靠近建筑物的区域周围；此外，在该靠近区域的正面上明显地形成令人不快的圆锥形光效果。另一种是线性洗墙灯，其均匀性已改善很多，但效果仍然差强人意。此外，当前的洗墙灯尺寸大，这不仅不美观，而且需要更多的空间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种紧凑光学设备，用于在反射来自光源的光的同时，生成均匀的光分布。

根据本实用新型，该光学设备包括在具有中心轴的堆叠排列中的较低反射器和较高反射器，较低反射器和较高反射器中的每一个被布置成反射来自光源的光，其中较低反射器具有用于将来自光源的光朝向较高反射器传递的中心区域，该堆叠排列的中心轴穿过该较低反射器的中心区域。

换言之，该光学设备包括两个反射器：装备在堆叠的较低端的较低反射器和装备在该堆叠的较高端的较高反射器，其中较低反射器具备在其中心的区域。光源可以放置在该中心区域之下，其发射侧面向该两个反射器，从而使得从光源发射的光的一部分由较低反射器反射，同时另一部分经由该中心区域穿过较低反射器，以由较高反射器反射。较低反射器的中心区域可以是孔。

在一个实施例中，光学设备还包括安置在较低和较高反射器之间的中间反射器，其中该中间反射器具有用于将来自光源的光朝向较高反射器传递的中心区域，并且其中该堆叠排列的中心轴穿过较低和中间反射器的中心区域，较低反射器的中心区域大于中间反射器的中心区域。在该实施例中，至少一个另外的反射器装备在较低和较高反射器之间。除了较高反射器之外，所有的反射器都具备中心区域（诸如孔），并且中心区域的尺寸从较低反射器朝向较高反射器逐渐减小。光源可以放置在较低反射器的中心区域下方，其发射侧面向堆叠排列的反射器，从而使得从光源发射的光的一部分由较低反射器反射，同时该光的剩余部分经过该堆叠排列而朝向较高反射器，每一个更高的反射器反射其一部分。

在一个实施例中，较低反射器被布置成将来自光源的光朝向第一目标区域反射并且较高反射器被布置成将来自光源的光朝向第二目标区域反射，第一目标区域被安置为比第二目标区域更靠近光源。第一和第二目标区域可以被安置在垂直于堆叠排列的中心轴的平面中。

在一个实施例中，较低和较高反射器中的每一个都包括多个子反射器，每个子反射器被布置成将光朝向该平面内的位置反射，该位置距中心轴的距离与子反射器距中心轴的距离成反比。换言之，每个子反射器以这样的方式被配置，使得子反射器的某个部分越靠近中心轴，反射光就将到达平面上更远的地方。

在一个实施例中，每个子反射器是凹镜。换言之，在平行于中心轴的平面中，每个子反射器的纵向横截面包括向上的凸曲线的截面，以使每个子反射器基本上作为凹镜工作，只不过在其不同部分上设计特定的曲率，从而使得光在不同部分上以不同的方向和光强度被反射。

在一个实施例中，较低和较高反射器中的每一个在垂直于中心轴的方向上都具有周线为多边形形状的横截面。

在一个实施例中，较低和较高反射器为凹镜，每一个都具有无缝反射性表面，并且，在垂直于中心轴的方向上，较低反射器具有环形横截面，并且较高反射器具有圆形横截面。

本实用新型的光学设备可以被合并于灯具中，其中该灯具还包括光源（其可以进而包括印刷电路板上的LED）。该灯具也可以还包括用于包裹该光学设备的半透明（translucent）外壳。在该灯具中，光源可以被在其光发射侧的图案掩模所遮盖，从而可以生成不同的图案。

本实用新型可以应用于各种场景中，其中光源（诸如基于LED的光源）提供对于目标区域的间接照明，该光源被定向为其背部朝向目标区域。实际的应用包括但不限于洗墙照明、天花板照明和广场地面照明。

当本实用新型用于洗墙应用中用于照亮建筑物正面时，光源并不直接照亮该正面。相反，从光源发射的光在到达该正面之前被较低和较高反射器反射。多个反射器的该结构产生相当均匀的光分布。此外，不会形成现有洗墙灯所产生的靠近建筑物的典型的圆锥形区域，这使得光分布变得柔和并使其看起来更加自然。

为了确保来自建筑物正面的所有反射光能够被站立于该建筑物前方的人均匀地感知到，堆叠排列的不同级别上的较低和较高反射器负责照亮目标建筑物正面的不同区域，并且对于每一个反射器，反射器上的不同反射部分生成不同方向和量的光（或不同光强度）。原则上，较低反射器负责间接照亮目标建筑物正面的区域，该区域比较高反射器所照亮的区域更靠近光源。

当设计较低和较高反射器时需要考虑两个重要的方面。第一方面是来自目标区域（诸如建筑物正面）的反射光的垂直光分量。当将站立于灯具和建筑物前方的人作为中心点时，来自目标区域的反射光越远，该反射光的垂直光分量将越少，并且进而能够由人感知到的光的量就越低。因此，必须将相对较多的光分布进入这样的更远区域以便生成更多的垂直光分量。第二方面是光源的性质。举例来说，LED光源可以在其发射区域的中心处产生相对较高的光强度。相应地，反射器可以被设计成将LED光源的中心部分周围具有更高光强度的光重定向到更远的区域以确保目标表面的所有区域都具有良好的均匀性。根据本实用新型的光学设备为了前面提及的两个重要方面而被优化。此外，因为光源可以被装备成使其发射表面朝向反射器，所以也可以实现紧凑的尺寸。

附图说明

参考示出本实用新型的示例实施例的附图，现在将详细地描述本实用新型的这些和其他方面，其中：

图1是根据本实用新型的实施例的光学设备的透视图；

图2是利用图1的光学设备能够获得的光分布的示意图；

图3是根据本实用新型的实施例的光学设备的透视图；

图4是根据本实用新型的实施例的光学设备的透视图；

图5是根据本实用新型的实施例的灯具的透视图；

图6示出图5的灯具如何能够安装于建筑物正面的前方；

图7是在光源之上具有图案掩模的灯具的实施例的透视图；以及

图8示出根据本实用新型的实施例的光学设备相对于现有技术的技术效果。

具体实施方式

在下面的描述中，参考用于建筑物正面的照明的洗墙灯来描述本实用新型。然而，应当注意，这绝不是限制本实用新型的范围，本实用新型等同地可应用于其他应用，诸如内部天花板的照明和广场地面的照明，仅列举几例。

图1示出根据本实用新型的光学设备的实施例。光学设备100包括两个堆叠的反射器：较低反射器110和较高反射器120。较低反射器110在其中心处具备孔1110，从而使得LED光源200可以定位在孔1110的下方。LED光源200被定向为其发射表面面向该两个反射器的反射表面，即该两个反射器的较低的表面。两个反射器均包括多个子反射器。在本实施例中，当从上方看时，较高反射器120看起来像六边形，但是三维地，它包含六个子反射器1220，每个子反射器基本上为具有一定曲率的向上竖立的倒三角体。从光学的观点，每个子反射器类似于凹反射器工作，因为每个子反射器的纵向横截面包括向上的凸曲线的截面，其中该纵向横截面被定义为穿过该光学设备的中心轴（或者如果只有一个LED源，则是LED光源的光轴）的平面中的横截面。同样地，较低反射器包含六个子反射器1120，只不过每个子反射器的向上的凸曲线的曲率从其中心部分到边缘部分趋于更平滑，而较高单元的曲率更陡峭。

图2是利用图1的光学设备能够获得的光分布的示意图。图1的实施例设计为使得较高反射器120能够将反射光投射到距光源相对更远的目标区域的区域（在图2中这个区域被标记为F），而较低反射器110能够将反射光投射到相对更近的区域（标记为N）。在该实施例中，目标区域是建筑物正面。这种类型的光分布是能量高效的，因为利用来自两个反射器的光高效地照亮了目标区域，最小化了重叠。换言之，被投射的光的不同部分用于照亮目标区域的不同部分。此外，上述构造能够简化每个子反射器的具体结构并使得光学设备的整个尺寸更加紧凑。作为进一步的改动或变型，交换两个反射器的照亮区域是可能的，即，较高反射器可以将反射光重定向到更近的区域而较低反射器重定向到更远的区域。看看图2中较高反射器120的光路径，可以看到，来自较高反射器120的中心部分（在图2中，“中心”或“边缘”由距LED光源的光轴的径向距离定义）的反射光到达距光源最远的区域F，而来自边缘部分的反射光到达更靠近光源的区域N，这在图2中由交叉的光束图示出。这背后的机制是较高反射器的中心部分接收来自LED光源的最大强度的光分布，这是LED的性质，即，越靠近中心部分，生成越高的光强度。目标墙壁表面的区域距光学设备越远，将生成越多的水平反射光分量，该水平反射光分量平行于墙壁表面并将不会被重定向到人的眼睛中，并且将生成越少的垂直反射光分量，该垂直反射光分量能够由站立于墙壁前方的人感知到。因此，为了实现由站立于建筑物前方的人接收的均匀的光分布，必须增强墙壁上更远区域的垂直反射光分量。注意到图中没有示出这些水平和垂直光分量，但是，由于具有矢量分解的数学知识，本领域技术人员将理解这一点。一方面，来自较高反射器120的中心部分的反射光通过创造性地应用前面提及的LED光源的性质而将更多光提供到更远的墙壁区域。另一方面，该反射器的中心部分的反射表面被进一步设计为具有特定的曲率以生成更多的光分布进入该更远的墙壁区域。与此相反，如光路径所示，较高反射器120的边缘部分将光重定向到与更远的区域相比相对靠近光源的墙壁区域。由于被反射进入该相对近的墙壁区域的光的垂直光分量相对而言更大，所以进行补偿的需求更小。此外，该反射器的边缘部分从LED光源接收强度较小的光，所以使该反射器的边缘部分对应于相对靠近光源的墙壁区域是合理的。图1中所示的实施例的每个子反射器1120/1220被设计为具有特定的曲率以便确保墙壁上的光分布能够被均匀地感知到。根据前面的内容，对应的光学结构和/或曲率设计最优地补偿任何弱或较少的垂直光分量，由此实现均匀的光效果。

较低反射器110被设计为类似于较高反射器120，除了安置于较低反射器110的中心的孔1110之外。适当地选择较低反射器110的中心孔1110的直径（D_中心），使得来自光源200的光能够到达该较高反射器120的边缘并且不会超出该较高反射器120的边缘而直射出去。注意，尽管在该实施例中较低反射器110具有孔，但是为了本实用新型的目的，该区域可以使用适合传递光的任何形式，诸如非反射性的透明或半透明区域。

如附图2及图8所示，在中心轴的方向上，较高反射器120的底部比低反射器110的上边缘更高（H>h），以使得从该较高反射器120底部反射的光可以达到目标区域。参见图8，相比于现有技术中使用一个反射器的技术方案，根据本实用新型的实施例，通过使用堆叠设置的较高反射器120和较低反射器110，在系统厚度不变（即在中心轴的方向上，从光源200到较高反射器120最高点的距离）的情况下，可以使用直径更小的较高反射器（D_当前）来实现预期效果。从而，本实用新型的光学设备在结构上更加紧凑。

为了实现各种光效果或满足不同的现场安装要求，本实用新型的光学设备可以设计为具有多于两个发射器。在图3中所示的另一实施例中，光学设备100包括三个反射器：较低反射器110、中间反射器130和较高反射器120，其中较低和中间反射器在其中心具备孔，较低反射器的孔大于中间反射器的孔。对于横向空间有限的那些应用，本实施例可以是良好的选择，因为灯具可以设计成更加细长以便补偿有限的宽度。此外，较高反射器越细长，其在目标区域内能够到达的地方越远。根据前面描述的技术分析，三个反射器可以设计成将光投射到墙壁区域的三个基本上连续的部分。不同于较早前描述的实施例，本实施例的三个反射器每一个都具有八个子反射器。通过具有更多子反射器，光分布不仅更为精细、精确和均匀，而且能够产生更加别致的照明图案。

图4示出根据本实用新型的光学设备的另一实施例。光学设备100包括两个反射器：较低反射器110和较高反射器120，与之前看起来像拼接（split joint）的实施例相比，两者都被制作为单个无缝部件。通过无缝反射器，能够在建筑物正面上提供圆形的光分布。此外，无缝反射器制造起来容易得多。为了确保在建筑物正面上均匀的光分布，类似于之前的实施例，这样配置这两个反射器以使得每个反射器（110,120）的某个部分越靠近光学设备的中心轴，反射光的光强度就越高，并且反射光在建筑物正面上将到达越远的地方。作为结构的示例，较低反射器的上视图可以是环形的，其纵向横截面包括两个对称和分离的向上的凸曲线，而较高反射器的上视图为圆形的，其纵向横截面包括两个收敛的向上的凸曲线。

本实用新型的光学设备可以用作灯具的组件。图5示出洗墙灯灯具10，其包括如前面描述的光学设备100、LED光源200、半透明外壳300和PCB基板400。如图5所示，当将灯具10安装为基板400面向建筑物正面且LED的发射表面面向光学设备100的两个反射器时，该反射器将接收从LED发射的光并将其朝向墙壁反射以由在该墙壁前方的人感知到。对于该灯具，这样定位LED以使其被定向为其背朝墙壁，但是其发射表面面向反射器，这在图6中可以更清楚地看到。堆叠的反射器和LED光源的相对位置和定向有助于利用该灯具能够获得的紧凑尺寸和均匀的光效果。

在图7中所示的实施例中，图案掩模500装备在LED光源200之上以使得可以在墙壁上显示各种奇特的光图案。

此外，通过研究附图、公开内容和所附的权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的实用新型时能够理解和实现对于所公开的实施例的变型。举例来说，取决于使用目的，这些反射器的形状或不同排列可以不同于在图示的示例中所公开的。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

Claims (11)

1. 用于反射来自光源（200）的光的光学设备（100），所述光学设备包括在具有中心轴的堆叠排列中的较低反射器（110）和较高反射器（120），所述较低反射器和所述较高反射器中的每一个被布置成反射来自所述光源的光，其中所述较低反射器具有用于将来自所述光源的光朝向所述较高反射器传递的中心区域（1110），所述堆叠排列的所述中心轴穿过所述较低反射器的所述中心区域。

2. 根据权利要求1的所述光学设备，其中所述较低反射器被布置成将来自所述光源的光朝向第一目标区域反射并且其中所述较高反射器被布置成将来自所述光源的光朝向第二目标区域反射，所述第一目标区域被安置为比所述第二目标区域更靠近所述光源。

3. 根据权利要求2的所述光学设备，其中所述第一和第二目标区域被安置在垂直于所述中心轴的平面中。

4. 根据权利要求3的所述光学设备，其中所述较低和较高反射器中的每一个都包括多个子反射器（1120，1220），每个子反射器被布置成将光朝向所述平面内的位置反射，所述位置距所述中心轴的距离与该子反射器距所述中心轴的距离成反比。

5. 根据权利要求4的所述光学设备，其中每个子反射器是凹镜。

6. 根据权利要求5的所述光学设备，其中，在垂直于所述中心轴的方向上，所述较低和较高反射器中的每一个都具有周线为多边形形状的横截面。

7. 根据权利要求3的所述光学设备，其中所述较低和较高反射器为凹镜，每一个都具有无缝反射性表面，并且其中，在垂直于所述中心轴的方向上，所述较低反射器具有环形横截面，并且所述较高反射器具有圆形横截面。

8. 根据前面权利要求中任一项的所述光学设备，还包括安置在所述较低和较高反射器之间的中间反射器（130），该中间反射器具有用于将来自所述光源的光朝向所述较高反射器传递的中心区域，所述光学设备的所述中心轴穿过所述较低和中间反射器的所述中心区域，并且所述较低反射器的所述中心区域大于所述中间反射器的所述中心区域。

9. 灯具（10），包括根据前面权利要求中任一项的光学设备（100），并且还包括被安置在所述较低反射器的下方的所述光源（200），和包裹所述光学设备的半透明外壳（300）。

10. 根据权利要求9的所述灯具，其中所述光源被图案掩模（500）遮盖。

11. 根据权利要求9和10中任一项的所述灯具，其中所述光源包括LED。