CN210511507U - 用于改变光分布的装置、照明器系统和模具 - Google Patents
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Abstract
用于改变光分布的装置、照明器系统和模具。一种用于改变光分布的装置(201)，其包括透明体(203)，透明体包括第一表面(204)、在透明体(203)的相反侧上的第二表面(205)，以及接合第一表面(204)的第三表面(206)。第二表面(205)限定背向第一表面(204)开口的腔。第二表面(205)朝向第三表面(206)反射经由第一表面(204)接收的光中的至少一部分光。第三表面(206)朝向第二表面(205)反射从第二表面(205)反射的光。第二表面(205)用作从第三表面(206)反射的光的光出射表面。第三表面(206)包括凹槽(207)，使得从第二表面(205)反射的一部分光在被第三表面(206)反射之前传播穿过凹槽(207)。
Description
技术领域
本公开总体涉及照明工程。更具体地，本公开涉及一种用于改变光源产生的光的分布的装置，光源可以例如(但不必然)是发光二极管“LED”。
背景技术
在某些应用中，由光源产生的光的分布可能是重要的，或甚至是关键的。该光源可以例如(但不必然)是发光二极管“LED”、白炽灯或气体放电灯。图1示出了用于改变由光源102产生的光的分布的根据现有技术的示例性装置101的截面图。截面平面与坐标系199的xz 平面平行。装置101包括由透明材料制成的透明体103，透明材料例如是丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅树脂或玻璃。透明体103可以关于几何线125旋转对称。然而，当沿着坐标系199的z轴观察时，透明体103具有非圆形形状也是可能的。透明体103包括用作光进入表面的第一表面104，用作光出射表面的第二表面105，以及构成围绕第一表面并接合第一表面的区域的第三表面106。第二表面105被构造用以朝向第三表面106反射从光源102经由第一表面接收的光中的至少一部分光。第三表面106被构造用以朝向第二表面105反射从第二表面反射的光，使得光穿透第二表面105。在图1中，由光源102产生的一些光束用虚线箭头表示。
在许多情况下，需要设计图1所示类型的装置，使得光源和装置的组合在被照射的表面上产生所需的照明图案。例如，可能希望避免在上述照明图案中具有较高和较低光强的环形区域。与图1中所示类型的装置相关的固有挑战是：由于光不应该通过第三表面106泄漏，上述的第二和第三表面105和106必须成形为使得在第三表面106上的所有位置处满足全内反射“TIR”的条件。该要求限制了设计第二和第三表面105和106的形状的自由度，因此可能需要折衷。
发明内容
以下给出简化概述，以便提供对本发明的各种实施例的一些方面的基本理解。该概述不是对本发明的广泛综述。它既不旨在标识本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。以下概述仅以简化形式呈现本发明的一些构思，作为对本发明的示例性实施例的更详细描述的序言。
在本文献中，当用作前缀时，“几何”一词意味着不必然是任何物理对象的一部分的几何概念。几何概念可以是例如几何线、几何平面、非平面几何表面、几何空间，或一维、二维或三维的任何其他几何实体。
根据本发明，提供了一种用于改变光源产生的光分布的新装置。根据本发明的装置包括由折射率大于1的透明材料制成的透明体。该透明体包括第一表面，相对于第一表面在透明体的相反侧上的第二表面，以及接合第一表面的至少一个第三表面，其中：
-第二表面限定背向第一表面开口的腔，
-第二表面构造用以朝向第三表面反射经由第一表面接收的光中的至少一部分光，
-第三表面构造用以朝向第二表面反射从第二表面反射的光，
-第二表面构造为用作从第三表面反射的光的光出射表面，以及
-第三表面包括在从第二表面反射的一部分光的传播路径上的至少一个凹槽，使得从第二表面反射的该部分光在从第三表面反射之前传播穿过凹槽。
经由上述的第二表面离开透明体的光的分布可以通过调节所述至少一个凹槽的形状、尺寸和/或位置来调整。因此，所述至少一个凹槽增加了在设计装置以便获得所需的光分布图案时的自由度。
根据本发明，还提供了一种新的照明器系统，其包括至少一个光源和至少一个根据本发明的用于改变由每个光源产生的光的分布的装置。每个光源可以是例如发光二极管“LED”、白炽灯或气体放电灯。
根据本发明，还提供了一种新模具，该新模具具有适合通过模铸来制造实体材料(例如塑料)件的形式(form)，该实体材料件具有根据本发明的装置的形状。
在所附的从属权利要求中描述了本发明的多个示例性和非限制性实施例。
当结合附图阅读时，从以下对具体示例性实施例的描述中将关于结构和操作方法最好地理解本发明的各种示例性和非限制性实施例，以及其附加的目的和优点。
动词“包含”和“包括”在本文中用作开放限制，既不排除也不要求存在未记载的特征。除非另有明确说明，从属权利要求中记载的特征可相互自由组合。此外，应该理解，在整个文献中使用的“一”，即单数形式，并不排除多个。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明的示例性和非限制性实施例及其优点，其中：
图1示出了根据现有技术的用于改变光分布的装置，
图2a和2b示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改变光分布的装置，
图3示出了根据本发明的另一示例性和非限制性实施例的用于改变光分布的装置的细节，
图4示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改变光分布的装置，
图5a和5b示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改变光分布的装置的操作。
图1已经在本文献的背景技术部分中进行了解释。
具体实施方式
以下给出的说明书中提供的具体实例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则在下面给出的说明书中提供的实施例列表和组不是穷尽性的。
图2a示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改变由光源202发射的光的分布的装置201的截面图。光源202可以例如(但不必然)是发光二极管“LED”、白炽灯或气体放电灯。图2a中所示的截面是沿图2b中所示的线A-A截取的，其中图2b示出了当沿坐标系299的正z方向观察时的装置201。截面平面与坐标系299的xz平面平行。装置201包括由折射率大于1的透明材料制成的透明体203。该透明材料可以是例如丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅树脂或玻璃。透明体203的制造方法可以是例如模铸。在图2a和2b所示的示例性情况中，透明体203关于与坐标系299的z轴平行的几何轴225旋转对称。然而，当沿着坐标系299的z轴观察时，根据本发明另一实施例的装置的透明体具有非圆形形状也是可能的。此外，也可能的是，根据本发明的实施例的装置的透明体的至少一部分在透明体的上述部分的整个长度上具有基本相同的横截面形状。横截面形状可以例如与图2a中所示的截面形状相似。
透明体203包括第一表面204，第二表面205和接合第一表面204 的第三表面206。第一表面204和第二表面205位于透明体203的相反侧上。如图2a所示，第二表面205限定了背向第一表面204开口的腔。在图2a中，由光源202产生的光束中的一些光束用虚线箭头表示。如虚线箭头所示，第二表面205被构造用以朝向第三表面206反射经由第一表面204接收的光中的至少一部分光。第三表面206被构造用以朝向第二表面205反射从第二表面反射的光。第二表面205被构造为用作从第三表面206反射的光的光出射表面。第三表面206包括凹槽 207。如图2a所示，从第二表面205反射的光中的部分光在从第三表面206反射之前传播穿过凹槽207。在透明体203旋转对称的该示例性情况下，凹槽207是圆形的，如图2b所示。第三表面203也可以设置有两个或更多个凹槽。可以通过调节第三表面206上的一个或多个凹槽的形状、尺寸和/或位置，来调整经由第二表面205离开透明体203 的光的分布。因此，所述一个或多个凹槽增加了当设计透明体203以便获得所需的光分布图案时的自由度。
在图2a和2b所示的示例性装置201中，凹槽207的横截面轮廓是基本上V形。然而，根据所需的光分布图案，也可能的是，凹槽的横截面轮廓需要具有另一种形状，以便获得所需的光分布图案。例如，凹槽可具有U形横截面轮廓。
图3示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改变光分布的装置的凹槽307。在图3中，用虚线箭头示出了通过凹槽307传播的示例性光束。在该示例性情况下，凹槽307的横截面轮廓具有：基本V形的底部区域；凹槽的第一壁317，其更靠近第一表面304，具有拱形横截面轮廓，使得第一壁317是凸起的；以及凹槽307的第二壁318，其更远离第一表面304，具有基本笔直的横截面轮廓。也可以是，凹槽的第一和第二壁两者均具有拱形横截面轮廓，以使得第一和第二壁是凸起的；或者远离第一表面304的第二壁具有拱形横截面，以使得第二壁是凸起的，而靠近第一表面304的第一壁具有基本笔直的横截面轮廓。
在图2a和2b所示的示例性装置201中，由第二表面205限定的腔基本上是圆锥形的。然而，取决于期望的光分布图案，也可能的是，腔需要具有非圆锥形状，以便实现期望的光分布图案。非圆锥形状可以是例如抛物面的形状。
在图2a和2b所示的示例性装置201中，第一表面204具有基本平坦的中心区域204a和限定截圆锥形的周围区域204b，该截圆锥形的锥形角朝向第二表面205开口。第一表面也可以设计成包括例如用作光源202的安放位置(place)的腔。
上述的装置201和光源202构成根据本发明实施例的照明器系统。该照明器系统还包括用于支撑装置201和光源202的机械支撑结构。该机械支撑结构未在图2a和2b中示出。根据本发明另一实施例的照明器系统可包括例如根据本发明实施例的伸长装置，其用于改变由伸长光源或者由放置在同一几何线上的一组点状光源发射的光的分布。伸长装置的透明体的横截面形状可以例如与图2a中所示的截面的形状相似。
图4示出了根据本发明的示例性和非限制性实施例的用于改变由光源402发射的光的分布的装置401的截面图。截面平面与坐标系499 的xz平面平行。在图4中，由光源402产生的光束中的一些光束用虚线箭头表示。装置401包括由折射率大于1的透明材料制成的透明体 403。透明体403包括第一表面404、第二表面405和接合第一表面404 的第三表面406。第一表面404和第二表面405位于透明体403的相反侧。第三表面406包括凹槽407，使得从第二表面405反射的光中的部分光在从第三表面406反射之前传播穿过凹槽407。
在图4中所示的示例性装置401中，第二表面405的一部分包括起伏408，其适于改变穿透第二表面405的上述部分的光的分布。该起伏可以包括相对平滑形状的会聚偏差和发散偏差，使得设有起伏的表面是颜色混合表面。在颜色混合表面中，表现出不同波长的光束被有效混合，从而产生包含遍及光分布图案均匀分布的所有波长的光分布图案。在图4中所示的示例性情况中，起伏408是凹槽和凹槽之间的脊，其中凹槽和脊从第二表面405的边缘朝向由第二表面405限定的锥形腔的底部延伸。
图5a和5b示出了类似于上述装置401的第一装置以及第二装置之间的功能差异，所述第二装置在其它方面类似于第一装置，但没有与凹槽407类似的凹槽。在图5a中，曲线520和521表示作为图4中所示的极角α的函数的发光强度，即每单位立体角的发光功率。曲线 520表示第一种情况下的发光强度，其中第一装置改变光源发出的光的分布，曲线521表示第二种情况下的发光强度，其中第二装置改变由相同光源或相似光源发出的光的分布。可以看出，与使用不具有凹槽的第二装置时相比，当使用具有凹槽的第一装置时，坐标系499的正z 方向上(即α＝0)的发光强度明显更高。当使用第一装置时，凹槽的表面改变了通过凹槽传播的光的传播方向，从而较少的光穿过意图发生全内反射“TIR”的表面泄漏。因此，第一装置的效率高于第二装置的效率。图5b示出了通过使用第一装置而在平坦表面上产生的照明图案522和通过使用第二装置而在平坦表面上产生的相应的照明图案 523。可以看出，照明图案523包括具有最大局部强度的环形区域，而照明图案522实际上没有这种环形区域。
在上面给出的说明书中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则在上面给出的说明书中提供的实施例的列表和组并非是穷尽性的。
Claims (11)
1.一种用于改变光分布的装置(201、401)，所述装置包括由折射率大于1的透明材料制成的透明体(203、403)，并且所述透明体包括第一表面(204、404)、相对于所述第一表面在所述透明体的相反侧上的第二表面(205、405)，以及接合第一表面的至少一个第三表面(206、406)，其中：
-所述第二表面限定了背向所述第一表面开口的腔，
-所述第二表面构造用以朝向所述第三表面反射经由所述第一表面接收的光中的至少一部分光，
-所述第三表面构造用以朝向所述第二表面反射从所述第二表面反射的光，以及
-所述第二表面构造为用作从所述第三表面反射的光的光出射表面，
其特征在于，所述第三表面包括至少一个凹槽(207、307、407)，所述至少一个凹槽在从所述第二表面反射的一部分光的传播路径上，使得从所述第二表面反射的所述部分光在从所述第三表面反射之前传播穿过所述凹槽。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述透明体(203)是旋转对称的。
3.根据权利要求1所述的装置，其中由所述第二表面(205、405)限定的所述腔是圆锥形。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一表面(204)具有平坦的中心区域(204a)和限定截圆锥形的周围区域(204b)，所述截圆锥形的锥形角朝向所述第二表面开口。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述凹槽(207、407)的横截面轮廓是V形。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述凹槽(307)的横截面轮廓具有：V形的底部区域；所述凹槽的第一壁(317)，该第一壁更靠近所述第一表面，且具有拱形横截面轮廓，以使得所述第一壁是凸起的；以及所述凹槽的第二壁(318)，该第二壁远离所述第一表面，且具有笔直的横截面轮廓。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二表面的至少一部分包括起伏(408)，所述起伏(408)适于改变穿透所述第二表面的至少一部分的光的分布。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述起伏(408)是凹槽和所述凹槽之间的脊，所述凹槽和所述脊从所述第二表面的边缘朝向由所述第二表面限定的所述腔的底部延伸。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述透明材料是以下材料中的一种：丙烯酸塑料，聚碳酸酯，光学硅树脂，玻璃。
10.一种照明器系统，包括：
-至少一个光源(202)，和
-至少一个根据权利要求1所述的装置(201)，所述装置用于改变由所述至少一个光源发射的光的分布。
11.一种模具，所述模具具有适于通过模铸来制造透明材料件的形式，所述透明材料件具有根据权利要求1所述的装置的形状。
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| GR01 | Patent grant |