CN204922849U - 光学组件以及照明设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光学组件以及照明设备，其中光学组件包括：光导元件，被配置成至少包括底表面、外顶表面、外侧表面、第一内侧表面、和内顶表面，其中所述外侧表面为出光表面；以及多个光源，被呈环形地布置在所述光导元件的底表面附近，所述底表面为入光表面；其中，所述光源发出的至少部分光至少经历以下光路：从所述外顶表面到所述内顶表面的反射、接着从所述内顶表面到所述外顶表面的反射、然后从所述外顶表面到所述外侧表面的反射，以及最后从所述外侧表面向外出射。通过本公开的光学组件，可以使得多种色温的光源的出光均匀性得到提高。

Description

光学组件以及照明设备

技术领域

本实用新型的各实施方式涉及照明领域，更具体涉及一种光学组件以及包括该光学组件的照明设备。

背景技术

发光二极管(LED)，由于其较高的发光效率(lm/w)，寿命等优点，其逐渐取代白炽灯成为市场的主要产品。

然而，现有的LED封装及其相应的灯仍然存在不足之处，例如，如图1所示，LED的烛光灯通常向上发光并且呈现从90°到0°到270°范围内的朗伯分布；而从90°到180°到270°范围的光(一般称之为“下向光”)明显不够。

另一方面，传统的白炽烛光灯在调光时，其色温将同时变化。因此，在使用LED的情况下，存在着模拟白炽灯调光时色温的变化效果的需求。

为了解决以上技术问题，已经提出了如图2所示的光学组件100’，其包括光导元件120’和如图3所示的LED电路板20’。

其中，为了实现如白炽灯的色温变化效果，图3中结合使用了3个以上的2200k的LED(如图2所示的标记为110’_1的3个LED)以及6个以上的2700k的LED(如图2所示的标记为110’_2的6个LED)，通过调节通过它们的电流来实现这一效果。

另外，为了获得显著的下向光，上述图3中所示的LED110’布置成环形，并且配置在图2所示的光导元件120’的底表面121’附近。光导元件120’被配置成引导从环形布置的LED110’发射的光，通过第一内侧表面124’、第二内侧表面127’和外侧表面123’之间的反射到达光导元件120’的顶表面122’，然后利用顶表面122’的反射，经由外侧表面123’向外输出下向光。

值得注意的是，上述第一内侧表面124’从所述底表面121’向上延伸并且汇聚到共同点上，形成类似锥形的结构，而由顶表面121’向外侧表面123’反射并且经由外侧表面123’的输出下向光基本上不触碰第一内侧表面124’。

上述现有的光导元件120’的设计可以显著地提升下向光的光量，并且能够很好地模拟白炽灯的色温变化效果。

然而，现有的光学组件100’仍然存在着混光的问题，即多种色温的LED所发出的光通过该光导元件并不能得到很好的混合，从而导致输出的光具有不均匀的颜色图案。

实用新型内容

本公开的目的之一在于提供一种改进的光学组件，其至少能够克服或者缓解背景技术中所提到的技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种光学组件，其包括：光导元件，被配置成至少包括底表面、外顶表面、外侧表面、第一内侧表面、和内顶表面，其中所述外侧表面为出光表面；以及多个光源，被呈环形地布置在所述光导元件的底表面附近，所述底表面为入光表面；其中，所述光源发出的至少部分光至少经历以下光路：从所述外顶表面到所述内顶表面的反射、接着从所述内顶表面到所述外顶表面的反射、然后从所述外顶表面到所述外侧表面的反射，以及最后从所述外侧表面向外出射。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述第一内侧表面从所述底表面向所述光导元件内延伸第一预定距离，并且和所述内顶表面形成所述光导元件内的圆台结构。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述内顶表面构成所述圆台结构的上表面，所述上表面小于所述圆台结构的下表面。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述内顶表面被布置成与所述外顶表面的中心部分相对，并且接近所述外顶表面。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述光导元件还包括从所述底表面向所述光导元件内部延伸第二预定距离的第二内侧表面，所述第二预定距离小于所述第一预定距离。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述第二内侧表面被布置用于接收从所述光源发射的在预定角度范围的光，并且将该光反射至所述第一内侧表面，所述第一内侧表面则将从所述第二内侧表面反射的光反射至所述外侧表面。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述外顶表面具有多个小面，构成中心对称的且整体上呈向外扩展的形状。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述外顶表面接收从所述外侧表面反射的光，并将大部分光反射至所述内顶表面，所述内顶表面将从所述外顶表面反射的光反射回所述外顶表面，至少部分所述光在所述外顶表面的小面之间进行反射，最后由所述外顶表面反射至所述外侧表面并且经由所述外侧表面向外出射。

根据本公开进一步的实施例，其中，所述多个光源包括至少两种色温的LED。

根据本发明的另一方面，提供了一种照明设备，其包括根据第一方面中所提及的光学组件。

附图说明

在附图中，相似/相同的附图标记通常贯穿不同视图而指代相似/相同的部分。附图并不必按比例绘制，而是通常强调对本实用新型的原理的图示。在附图中：

图1示意性示出了常见的LED烛光灯的光线分布图；

图2示意性示出了现有的光学组件的示例；

图3示意性示出了适配于图2所示的光学组件的LED布局电路；

图4示意性示出了根据本公开的示例实施例的光学组件的横截面图及其光路图；

图5示意性示出了根据本公开的示例实施例的光学组件的透视图及其光路图；以及

图6示意性示出了配置有根据本公开的示例性光学组件的烛光灯示意图。

具体实施方式

以下将参考附图对本公开的各个实施例进行详细描述。实施例的一个或多个示例由附图所示出。实施例通过本公开的阐述所提供，并且不旨在作为对本公开的限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可能在另一个实施例中被使用以生成又一进一步的实施例。本公开旨在包括属于本公开范围和精神的这些和其他修改和变化。

图4示意性示出了根据本公开的示例实施例的光学组件100的横截面图及其光路图。

如图4所示，本公开的光学组件100类似于图2中所示的光学组件100’。具体而言，本公开的光学组件100可以类似地包括光导元件120和多个光源110。

多个光源110，类似于图2中所示的光源110’，被布置于光导元件120的入光表面121附近。根据本公开的各实施例，多个光源110可以包括适于向光导元件120的入光表面发射光的任何光源。该多个光源包括但不限于发光二极管(LED)。

为了适配光导元件110的入光表面121，多个光源110可以采用适配于该入光表面的光源布局。例如，可以配置与图3的LED光源布局相同或相似的环形结构，即多个光源110(比如LED)可以呈环形布置在光导元件的入光表面处或附近。另外，光源110的数量可以取决于环形入光表面121的实际区域而选择。

此外，为了模拟白炽灯的色温变化效果，本公开的多个光源除了可以包括相同色温的一定数量的光源之外，还可以另外地包括其他色温的一定数量的光源。当两种或两种以上的色温的光源被布置(例如呈环形布置)时，可以均匀地分布上述光源中的相同色温的光源，从而使得每种相同色温的光源都得到均匀布置。该均匀布置的示例例如可以参见图3的两种色温光源的布局。

光导元件120，也类似于如图2所示的光导元件120’，呈中间细长的大致圆柱结构，其被配置成至少包括底表面121、外顶表面122和外侧表面123，第一内侧表面125和内顶表面126。

其中，底表面121位于大致圆柱结构的一端，外顶表面122位于大致圆柱结构的另一端，外侧表面123在底表面121和外顶表面122之间延伸。

外顶表面122具有多个小面，构成中心对称的多个屋脊状棱柱，并且外顶表面122整体上呈向外扩展的花瓣形状。其中，多个小面的数量和形状可以根据实际光路设计的需要而变化。

外侧表面123从图4的光导元件的横截面图上看，呈其两侧向上延伸、中间内凹的弧线。

根据本公开的实施例，底表面121为入光表面，外侧表面123为出光表面，由此光从底表面121进入，经由光导元件120的引导，最后从外侧表面123向光导元件122的下侧方向出射。

如前所述，现有的如图2所示的光导元件120’存在着混光不均匀的问题，因此，为了解决这一问题，本公开的发明人意识到有必要重新设计光导元件120内部的光学引导结构。

如图4所示，本公开的光导元件120内部包括第一内侧表面125和内顶表面126，其中第一内侧表面125从底表面121向光导元件内延伸第一预定距离，内顶表面126位于与底表面121相对的另一侧，从而也可以理解成第一内侧表面125在内顶表面126和底表面121之间延伸。

因此，不同于图2的现有的内侧表面124’以及由内侧表面124’形成的类似锥形结构，本公开的内顶表面126和第一内侧表面125形成光导元件120内的类似圆台结构，并且内顶表面126构成该圆台结构的上表面，该上表面小于圆台结构的下表面。

进一步地，内顶表面126可以被布置成基本上与外顶表面122的中心部分相对，并且接近所述外顶表面122。根据本公开的实施例，内顶表面126的形状可以为略微上凸的曲面，但在其他的实施例中，内顶表面126的形状可以结合外顶表面122的结构而设计，从而适于将从外顶表面126一侧反射(或全反射)过来的光反射(或全反射)至外顶表面126的另一侧。

通过以上的描述可知，第一内侧表面125将与外侧表面123之间形成一个环形光导空间，该环形光导空间上面还通过内顶表面126和外顶表面122之间的间隔区域相互连通。

根据本公开的设计，第一内侧表面125被设计用于将光反射(或全反射)到外侧表面123。当构造适于反射(或全反射)的第一内侧表面时，第一内侧表面125和内顶表面126之间包围的空间可以被构造为例如从底表面121向光导元件120内部凹入的中空区域。

另外，为了适于将光从光导元件120的下部(即底表面121附近)向上引导，本公开的光导元件120还可以包括与图2的光导元件2中的第二内侧表面127’相类似的第二内侧表面127，该第二内侧表面127从底表面121向光导元件120内部延伸第二预定距离，该第二预定距离小于所述第一预定距离。第二内侧表面127适于接收从光源110经由入光表面发射的在预定角度范围(通常为较大的发射角范围，例如大约30度以上发射角)的光，即大角度的侧向光，并将该光反射(或全反射)至第一内侧表面125，第一内侧表面125则将从第二内侧表面127反射(或全反射)的光反射(或全反射)至所述外侧表面123。

由于第二内侧表面127的作用在于配合第一内侧表面125、外侧表面123将光从光导元件120的下部向光导元件120的上部引导光，故在实际设计中，第二内侧表面127从底表面121向上延伸的第二预定距离可以取决于第一内侧表面125和外侧表面123的曲线形状而确定。

为了适于第二内侧表面127反射(或全反射)从光源110发射的光，类似于上面第一内侧表面125和内顶表面126形成凹入的中空结构，也可以构造从底表面121向光导元件120内部凹入的另一中空结构，该另一中空结构除了包括上述第二内侧表面127外，还可以包括第三内侧表面128。

应当理解，在特定的实施例中，通过合理构造外侧表面123的形状，无需上述凹入的中空结构，或者无需上述第二内侧表面127、第三内侧表面128的技术方案也是可行的。

通过上面的结构描述，本领域技术人员将理解，光导元件120可以适于整体形成，例如通过模塑的方式。

由于第一内侧表面125、外侧表面123和可能存在的第二内侧表面127三者之间形成的向上延伸的环形光导设计，从光源110发射的光由此可以经由第一内侧表面125、外侧表面123和可能存在的第二内侧表面127三者之间相互反射到达外顶表面122。

上面描述的从光源110到外顶表面123的光导路径设计有些类似于现有的图2中的光导路径。然而，由于本公开的光导元件120的内部所具有的内顶表面126的设计，使得本公开的之后的光导路径截然不同于图2中的现有光导路径。

具体地，外顶表面122接收第一内侧表面125、可能的第二内侧表面127和外侧表面123三者之间形成的环形光导所引导过来的光线，并且将大部分光反射(或全反射)向内顶表面126，而内顶表面126则将光再次反射(或全反射)向外顶表面122。最后，由外顶表面122向外侧表面123反射(或全反射)，再经由外侧表面123向外出射。

为了展示这个光路，图5示意性示出了根据本公开的示例实施例的光学组件的光路图。

结合图4和图5中的光路展示，本领域技术人员将理解，上述第一内侧表面125、外侧表面123和可能存在的第二内侧表面127三者之间形成的环形光导内的光将会大部分汇聚到内顶表面126上，这意味着光在内顶表面126附近的大规模混光(称之为第一次混光)，而这对于使用包括多种颜色或色温的光源时是特别有利的。

更进一步地，经过内顶表面126第一次混光的光被分别反射至外顶表面122的各个小面上，由于本公开的外顶表面122的一个小面与邻近的小面形成向上凸起的屋脊结构，因此光进一步在这两个小面形成的向上凸起的屋脊结构之内反射。本领域技术人员将理解，该向上凸起的屋脊结构内光的反射构成对光的第二次混光。经过第二次混光之后的光被外顶表面122反射(或全反射)至外侧表面123，最后经由外侧表面123向外出射。

通过以上描述可知，上述第一次混光和第二次混光有效地提高了本公开的光源所出射的光的混光水平，从而使得本公开的光导元件所出射的光相比于现有的图2的光导元件具有显著更高的均匀性。

以上详细描述了本公开的光导元件的结构以及光路设计，值得注意的是，图4和图5中所示的光学路径仅仅是示意，其不构成对本公开的光学路径的任何限制。例如，在实际光路中，光在第一内侧表面125、可能的第二内侧表面127和外侧表面123三者之间形成的环形光导中可以经历彼此之间更多次的反射；以及光在从外顶表面126和内顶表面122两者之间可以经历更多次的反射。

通过以上描述，本领域技术人员将能够理解本公开的光学组件及其光导路径的优势在于可以更加有效地混合不同色温或颜色的光并且然后向外出射下向光。本领域技术人员还将理解的是本公开的光学组件可以适用于照明设备中，该照明设备包括但不限于烛光灯。

图6示意性示出了配置有根据本公开的示例性光学组件的烛光灯示意图。

如图6所示，本公开的烛光灯200包括灯头210，以及灯壳220，其中灯壳220内封装有本公开的光学组件100。

由于装配有本公开的光学组件100，本领域技术人员将理解，该照明设备(烛光灯)不但可以获得更多的下向光，而且所获得的下向光将更加均匀。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本实用新型，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本实用新型的范围。

Claims (10)

1.一种光学组件，其特征在于，包括：

光导元件(120)，被配置成至少包括底表面(121)、外顶表面(122)、外侧表面(123)、第一内侧表面(125)、和内顶表面(126)，其中所述外侧表面(123)为出光表面；以及

多个光源(110)，被呈环形地布置在所述光导元件(120)的底表面(121)附近，所述底表面(121)为入光表面；

其中，所述光源(110)发出的至少部分光至少经历以下光路：从所述外顶表面(122)到所述内顶表面(126)的反射、接着从所述内顶表面(126)到所述外顶表面(122)的反射、然后从所述外顶表面(122)到所述外侧表面(123)的反射，以及最后从所述外侧表面(123)向外出射。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征还在于，

所述第一内侧表面(125)从所述底表面(121)向所述光导元件内延伸第一预定距离，并且和所述内顶表面(126)形成所述光导元件内的圆台结构。

3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征还在于：

所述内顶表面(126)构成所述圆台结构的上表面，所述上表面小于所述圆台结构的下表面。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学组件，其特征还在于，

所述内顶表面(126)被布置成与所述外顶表面(122)的中心部分相对，并且接近所述外顶表面(122)。

5.根据权利要求2或3所述的光学组件，其特征还在于，

所述光导元件(120)还包括从所述底表面(121)向所述光导元件内部延伸第二预定距离的第二内侧表面(127)，所述第二预定距离小于所述第一预定距离。

6.根据权利要求5所述的光学组件，其特征还在于，

所述第二内侧表面(127)被布置用于接收从所述光源(110)发射的在预定角度范围的光，并且将该光反射至所述第一内侧表面(125)，所述第一内侧表面(125)则将从所述第二内侧表面(127)反射的光反射至所述外侧表面(123)。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的光学组件，其特征还在于，

所述外顶表面(122)具有多个小面，构成中心对称的且整体上呈向外扩展的形状。

8.根据权利要求7所述的光学组件，其特征还在于：

所述外顶表面(122)接收从所述外侧表面(123)反射的光，并将大部分光反射至所述内顶表面(126)，所述内顶表面(126)将从所述外顶表面(122)反射的光反射回所述外顶表面(122)，至少部分所述光在所述外顶表面(122)的小面之间进行反射，最后由所述外顶表面(122)反射至所述外侧表面(123)并且经由所述外侧表面(123)向外出射。

9.根据权利要求5所述的光学组件，其特征还在于，

所述多个光源(110)包括至少两种色温的LED。

10.一种照明设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的光学组件。