專利名稱：具有l(wèi)ed的光學(xué)元件以及包括該光學(xué)元件的光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及照明設(shè)計(jì)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)光學(xué)元件以及被設(shè)置用于對(duì)采用諸如燈泡之類的白熾光源的照明器改裝(retrofit)的光源。
背景技術(shù)：
常規(guī)的白熾光源通常通過將電流施加到典型地由鎢制成的燈絲而將電流轉(zhuǎn)化成光，將電流施加到燈絲使得燈絲發(fā)光。燈絲通常懸掛在玻璃燈泡中心附近，從而提供可以用來(lái)照明例如房間的具有徑向分布的光。這樣的常規(guī)白熾光源典型地用在枝形吊燈中。由于發(fā)光燈絲的高亮度廣lMcd/m2)的原因，枝形吊燈中的晶體表現(xiàn)出裝飾性的閃爍光效。然而， 白熾光源的壽命典型地相對(duì)較短，通常限制為燈絲的壽命。此外，玻璃燈泡通常由于燈絲的高溫而變得非常熱，造成使與玻璃燈泡接觸的物體燃燒的潛在危險(xiǎn)。利用LED光源替換白熾光源通常減輕或消除上述問題。此外，這樣的替換提供了效能的顯著增加，所述效能即光源產(chǎn)生的光通量與產(chǎn)生該光通量所需能量(或功率)的量之比。然而，大多數(shù)LED僅能夠?qū)⒐獍l(fā)射到半球(立體角2 π sr)中，而采用發(fā)光燈絲的白熾光源通常將光均勻地發(fā)射到整球(立體角4 π sr)中。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以提供一種包括圓柱形光導(dǎo)的光源，該圓柱形光導(dǎo)具有設(shè)置在其一端的反射器以及一個(gè)或多個(gè)LED，所述一個(gè)或多個(gè)LED設(shè)置在另一端并且位于圍繞著LED具有反射壁的圓柱狀腔內(nèi)。這樣的配置可以允許實(shí)現(xiàn)光源的各種各樣的光強(qiáng)度分布。然而，這樣的配置通常需要層壓在腔的內(nèi)壁上的高反射箔或類似物以便實(shí)現(xiàn)光源的高光學(xué)效率。另一種類似的方法是利用光導(dǎo)的下部作為反射腔。因此，依照該方法，不需要容納LED的圓柱狀腔。這樣的配置通常需要將反射涂層施加到光導(dǎo)的下部。兩種方法都可以用于實(shí)現(xiàn)具有高光學(xué)效率的光源。然而，這樣的反射箔或涂層可能增加整個(gè)設(shè)備的成本，因?yàn)榭赡苄枰郊拥牟牧弦约案郊拥闹圃觳襟E。而且，上述方法通常要求光導(dǎo)的尺寸相對(duì)較大，然而，在照明設(shè)計(jì)中通常希望保持尺寸盡可能地小。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠發(fā)射具有類似于白熾光源的光強(qiáng)度分布的光的光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有低成本并且允許與常規(guī)的設(shè)備相比更容易制造。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有類似于白熾光源的光強(qiáng)度分布的LED光源， 該光源具有低成本并且允許與常規(guī)的設(shè)備相比更容易制造。這些和其他目的完全或部分地由依照獨(dú)立權(quán)利要求的光學(xué)元件和光源實(shí)現(xiàn)。依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種包括光透射光導(dǎo)的光學(xué)元件，該光透射光導(dǎo)具有輸入端、輸出端以及它們之間的中心區(qū)，該光導(dǎo)沿軸向延伸。所述光學(xué)元件還包括包括至少一個(gè)LED的光單元，該光單元被設(shè)置成鄰近輸入端以便將光射入中心區(qū)；以及反射器，其被設(shè)置成使得至少一部分入射到該反射器上的光被反射。光導(dǎo)被設(shè)置成使得其折射率高于光導(dǎo)外部的介質(zhì)的折射率，并且光導(dǎo)的內(nèi)部邊界表面的至少一部分包括棱鏡表面， 該棱鏡表面包括沿軸向連續(xù)地設(shè)置的多個(gè)棱鏡，其中每個(gè)棱鏡與軸向成角度地設(shè)置。包括光導(dǎo)內(nèi)部邊界表面的至少一部分的棱鏡表面的棱鏡允許將從所述光單元發(fā)射的光反射回光導(dǎo)中。這些棱鏡與軸向的角度可以被選擇成使得從光單元發(fā)射并且在棱鏡上反射的光的大部分被傳送到光導(dǎo)的輸出端，而在光導(dǎo)中鄰近輸入端處發(fā)生的光的多次反射最少。棱鏡與軸向的角度可以被選擇成使得其足夠大以便發(fā)生入射到棱鏡上的光的全內(nèi)反射。可替換地，每個(gè)棱鏡在軸向的延伸和/或與軸向的角度通?？梢员粏为?dú)地選擇以獲得希望的反射角。通過這樣的配置，即使在光單元中采用了相對(duì)較大尺寸的LED，例如來(lái)自首爾半導(dǎo)體的4瓦Acriche LED，光導(dǎo)的尺寸也可以保持為小。另外，所述光學(xué)元件不需要任何附加的反射箔或類似物，從而降低了該光學(xué)元件的成本和/或簡(jiǎn)化了其制造。例如，光導(dǎo)的配置允許通過注射成型制造該光導(dǎo)，因?yàn)樵摴鈱?dǎo)可以被配置成使得沿軸向的棱鏡間距(棱鏡表面上相鄰棱鏡之間在軸向的距離)相對(duì)較大。例如，光單元于是可以安裝到諸如印刷電路板 (PCB)之類的襯底上，并且光導(dǎo)可以隨后直接安裝到PCB上。同時(shí)，相比于常規(guī)的設(shè)備，光導(dǎo)的配置允許維持或改善光學(xué)元件的光學(xué)效率。另外，依照所述光學(xué)元件的配置，不必將光單元設(shè)置在反射腔內(nèi)。因此，光導(dǎo)較低的輸入端中的任何多次反射可以基本上被消除，并且從而可以基本上避免將從光單元發(fā)射且射入光導(dǎo)中的光反射回光單元。這也允許將光導(dǎo)的尺寸保持為小。依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種光源，其被設(shè)置用于對(duì)采用白熾光源的照明器改裝，包括依照本發(fā)明第一方面或其實(shí)施例的光學(xué)元件。因此，提供了一種LED光源，其通常比常規(guī)的LED光源更容易制造，同時(shí)相比于常規(guī)的LED光源維持相同或改進(jìn)的光學(xué)效率。另外，通過這樣的配置，提供了一種光源，其克服或減輕了如前所述的常規(guī)白熾光源的缺點(diǎn)，也提供了光源效能的顯著增加。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“改裝”是指裝配到通常用于白熾光源的燈具中，所述白熾光源例如燈絲燈泡、鹵素?zé)舻?。換句話說，對(duì)通常采用白熾光源的照明器改裝依照本發(fā)明的光源是指利用依照本發(fā)明的光源替換照明器中的白熾光源。另外，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“光學(xué)效率”是指從光學(xué)元件(或光源)輸出的光通量與設(shè)置的光通量的初始量的比值。此外，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部邊界表面，，是指在光導(dǎo)與光導(dǎo)的直接圍繞物之間界面的表面，該表面在光導(dǎo)中具有面向內(nèi)的法線。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述棱鏡中的至少一個(gè)在軸向的延伸不同于其他棱鏡在軸向的延伸。依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述棱鏡中的至少一個(gè)與軸向成角度地設(shè)置， 該角度不同于其他棱鏡與軸向的角度。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)棱鏡在軸向的延伸不同于其他棱鏡在軸向的延伸。此外，依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)棱鏡與軸向的角度不同于其他棱鏡與軸向的角度。通過上面這四種配置中的每一種，在光單元中采用變化的尺寸和數(shù)量的LED方面，實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)性的增加，而基本上不使光學(xué)元件的制造過程復(fù)雜， 同時(shí)相比于常規(guī)的設(shè)備仍然維持或改善了光學(xué)元件的光學(xué)效率。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述棱鏡表面被設(shè)置成緊鄰光導(dǎo)的輸入端。通過這種方式，可以進(jìn)一步最小化光導(dǎo)中鄰近輸入端處的光的任何多次反射，因?yàn)槔忡R可以有效地將從光單元發(fā)射的大部分光引導(dǎo)到光導(dǎo)的輸出端。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述反射器包括下列各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)金屬涂層，例如鋁涂層；干涉濾光器，例如多層薄的SW2和ZiO2層；漫射涂層以及磷光體涂層。通過漫射涂層，可以大大減小所發(fā)射的光的亮度，這在一些提高視覺舒適性的應(yīng)用中可能是希望的。通過施加金屬涂層，例如鋁，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)廉價(jià)然而高反射的表面。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，在所述反射表面上設(shè)置至少一個(gè)反射小平面 (facet)，使得至少一部分入射到該小平面上的光被反射。這樣的反射小平面可以用來(lái)產(chǎn)生作為用戶視角的函數(shù)的大量光強(qiáng)度變化。因此，通過這樣的配置，可以提供一種光學(xué)的發(fā)光設(shè)備，該發(fā)光設(shè)備展示出強(qiáng)的依賴于視角的閃爍光效。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述反射器包括至少一個(gè)透射部分，所述透射部分被設(shè)置成使得至少一部分入射到該透射部分上的光透射通過反射器。依照另一個(gè)實(shí)施例， 該透射部分包括沿軸延伸的通孔。例如，該軸可以是與光導(dǎo)的軸向重合或平行的筆直的軸。 通過這些配置，可以實(shí)現(xiàn)幾乎與視角無(wú)關(guān)的光強(qiáng)度，因?yàn)楣獗辉试S穿過透射部分或者在反射器處被反射。因此，發(fā)射的光可以使得其被基本上均勻地發(fā)射到整球(立體角4 π sr)中， 基本上類似于白熾光源的光強(qiáng)度分布。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述光導(dǎo)包括沿軸向延伸的顏色混合棒，其中該顏色混合棒包括光導(dǎo)的中心區(qū)的至少一部分。該顏色混合棒被設(shè)置用于混合來(lái)自多個(gè)源(即光單元中的所述一個(gè)或多個(gè)LED)的光并且可以具有六邊形截面。也可以設(shè)想，當(dāng)在垂直于軸向的平面中觀察時(shí)，該顏色混合棒可以具有正方形截面。這些所謂的六邊形和正方形顏色混合棒對(duì)于混合各種顏色的光都是非常有效的。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述反射表面被設(shè)置成使得該反射表面的至少一部分為凹入的和凸起的其中一種。通過該配置，來(lái)自光源的光可以具有與白熾光源的光強(qiáng)度分布基本上類似的空間強(qiáng)度分布。此外，取決于希望的照明應(yīng)用的要求，通過所述反射表面的至少一部分的凹入或凸起的形狀的特定選擇，來(lái)自光源的光通量可以關(guān)于垂直于軸向的平面基本上對(duì)稱或不對(duì)稱。因此，在本實(shí)施例中，可以制造各種各樣的采用LED的光源，依照特定的用戶需求和/或照明環(huán)境要求，每一個(gè)光源通常具有與其他光源不同的光強(qiáng)度特性。術(shù)語(yǔ)“凹入”和“凸起”分別是指向里彎曲或向內(nèi)凹陷，以及向外彎曲或向外凸出。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述光源還包括至少一個(gè)半透明外殼，該半透明外殼至少部分地包圍所述光學(xué)元件。通過這樣的配置，可以改善光學(xué)性能(即光強(qiáng)度分布)或視覺舒適性(例如亮度的減小)。該至少一個(gè)半透明外殼可以包括光散射元件(設(shè)置在該至少一個(gè)半透明外殼上)。通過這種方式，可以降低光源的亮度和/或可以使光源的光強(qiáng)度分布平滑。應(yīng)當(dāng)理解的是，由于這樣的半透明外殼可以被設(shè)置成使得其隱藏光源的其他光學(xué)元件不被用戶看見，其還可以用來(lái)提供裝飾性增強(qiáng)。例如，通過合適的表面處理，該半透明外殼可以被設(shè)置成使得其展示出磨砂的外觀，或者任選地或可替換地，可以設(shè)置該半透明外殼，使得其被散布在構(gòu)成所述半透明外殼的材料中的色素稍微地著色。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述光源還包括基座，光單元設(shè)置在該基座上，該基座包括電連接器，該電連接器被設(shè)置成與照明器或燈具的插座連接器配合。該基座還包括
6連接到電連接器的電路，該電路被設(shè)置成從電連接器接收電力，并且借助于該電力操作所述光單元。通過這種方式，實(shí)現(xiàn)了將光源容易地裝配到通常采用白熾光源的燈具或照明器中。該光源還可以包括設(shè)置在基座中的散熱設(shè)備，該散熱設(shè)備適于驅(qū)散光單元產(chǎn)生的熱。因此，該光源的表面可以保持相對(duì)較涼以避免由于與光源接觸而造成對(duì)用戶的灼傷。另外，由于光源部件中的熱應(yīng)力和/或應(yīng)變較少，所述光源的壽命得以增加。依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述基座包括PCB。因此，所述光單元可以直接安裝到該P(yáng)CB上，該P(yáng)CB在容量要求(例如功率要求)方面提供了適應(yīng)性，并且也方便了光源的制造。本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的詳細(xì)公開、從所附權(quán)利要求以及從附圖中顯現(xiàn)出來(lái)。通常，權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)依照其在本技術(shù)領(lǐng)域中的普通含義進(jìn)行解釋，除非本文另有明確定義。所有對(duì)于“一 / 一個(gè)/該[元件、設(shè)備、部件、單元、裝置、步驟等]”的引用都應(yīng)當(dāng)開放地解釋為涉及所述元件、設(shè)備、部件、單元、裝置、步驟等中的至少一個(gè)實(shí)例，除非另有明確說明。應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中記載的特征的所有可能組合。


通過以下參照附圖對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的說明性且非限制性的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明的上述以及另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中相同的附圖標(biāo)記用于相同或相似的元件，其中
圖1是本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面圖加是本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的用于描述本發(fā)明工作原理的示意性截面?zhèn)纫?br> 圖2b是圖加所示實(shí)施例的一部分的截面圖； 圖3a是本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖北是從依照本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的光學(xué)元件發(fā)射的光的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)度角分布的示例性光強(qiáng)度分布圖4是本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面圖； 圖5是本發(fā)明又一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面圖；以及圖6是本發(fā)明又一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面圖，其中光學(xué)元件1包括沿軸向(ζ軸)延伸的光透射光導(dǎo)2，該光導(dǎo)2具有輸入端加、輸出端2b以及它們之間的中心區(qū)2c。光學(xué)元件1還包括包括一個(gè)或多個(gè)LED的光單元3，在該特定情況下，所述一個(gè)或多個(gè)LED為單個(gè)大尺寸的LED，例如來(lái)自首爾半導(dǎo)體的Acriche LED ；以及反射器4，其具有面向光導(dǎo)2的輸出端2b的反射表面如。因此，反射表面如具有指向光導(dǎo)2的輸出端2b的法線(未示出)。依照所示的實(shí)例，反射表面如被設(shè)置成使得該反射表面如的至少一部分是凹入的，即向內(nèi)彎曲到光導(dǎo)2內(nèi)(通常朝輸入端加彎曲)。如圖1所示，光導(dǎo)2還包括棱鏡表面5，其將在下面進(jìn)一步加以描述。應(yīng)當(dāng)理解，雖然附圖示出了這樣的光導(dǎo)，其在光導(dǎo)的內(nèi)部和光導(dǎo)的外部之間的界面的兩側(cè)上包括棱鏡表面，但是該光導(dǎo)僅僅需要在光導(dǎo)的內(nèi)部和光導(dǎo)的外部之間的界面的具有向內(nèi)指向該光導(dǎo)的法線的一側(cè)上包括這樣的棱鏡表面以便實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(換句話說，只要求光導(dǎo)的內(nèi)部邊界表面包括這樣的棱鏡表面以便實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn))。圖1所示的反射器4被配置成使得至少一部分入射到反射器4上的光被反射。從反射器4反射的光的份額取決于反射器4的反射率。反射器4進(jìn)一步被設(shè)置成使得其具有面向輸出端2b并且覆蓋輸出端2b的至少一部分的反射表面4a。例如，輸出端2b的表面的 80%到90%可以被反射表面如覆蓋。可替換地，反射表面如可以完全覆蓋輸出端2b的表面。反射器4或者可替換地反射表面如可以例如包括一個(gè)或多個(gè)以下各項(xiàng)金屬涂層，例如高反射鋁；高反射率干涉濾光器，例如多層薄的S^2和ZiO2層；白色漫射涂層以及磷光體涂層。所述干涉濾光器可以被設(shè)置成使得其特意地透射入射于其上的光的一小部分，例如使得其透射入射于其上的光的大約4%，并且反射剩余的入射光。通過漫射涂層，從光學(xué)元件發(fā)射的光的亮度可以大大減小，這在一些提高視覺舒適性的應(yīng)用中可能是希望的。所述漫射涂層也可以被設(shè)置成使得它們具有透反性(transflective)。光導(dǎo)2可以具有圓柱形狀，但是本發(fā)明并不限于這個(gè)特定的情況。相反地，適用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件1的功能和性能的光導(dǎo)2的任意幾何形狀都設(shè)想為處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)設(shè)想到，光導(dǎo)2可以輕微地向輸入端加漸縮，即由軸向和垂直于軸向的橫向所限定的平面內(nèi)的光導(dǎo)2的尺寸可以沿著朝向輸出端2b的軸向逐漸地變得更大。在具有圓柱形狀的光導(dǎo)2的示例性情況下，這意味著光導(dǎo)2的直徑隨著沿朝向輸出端2b的軸向的距離逐漸地變得更大。光導(dǎo)2可以由從透明聚合體、聚合體化合物、玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、其他類型的塑料以及它們的組合物形成的組中所選擇的物質(zhì)制成。圖加是說明本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D，其中反射表面如被設(shè)置成使得反射表面如的至少一部分是凹入的，即向內(nèi)彎曲到光導(dǎo)2中(通常朝向輸入端 2a)。圖2b是圖加中所示示例性實(shí)施例的視圖，示出了光導(dǎo)2的部分特寫視圖?，F(xiàn)在參照?qǐng)D加和圖2b描述依照本發(fā)明示例性實(shí)施例的光學(xué)元件1的工作原理。 從光單元3中的LED (或多個(gè)LED)發(fā)射的光射入(透射)到光導(dǎo)2的中心區(qū)2c中。應(yīng)當(dāng)理解，在輸入端加來(lái)自LED的光的一小部分(典型地大約為4%)在光導(dǎo)邊界處被反射，其余的光被射入光導(dǎo)2的中心區(qū)2c。然后，光導(dǎo)2中的光通常沿著光導(dǎo)2的延伸向輸出端2b傳送。如圖2b所示，包括光導(dǎo)2的內(nèi)部邊界表面2c —部分的棱鏡表面5的棱鏡fe、5b、 5c、……(在圖2b中僅其中的一些標(biāo)有附圖標(biāo)記)允許將從光單元3發(fā)射的光反射回光導(dǎo) 2中。可以以這樣的方式選擇棱鏡fe、5b、5c、……與軸向的角度，使得從光單元3發(fā)射并且在棱鏡fe、5b、5c、……上反射的大部分光朝光導(dǎo)2的輸出端2b傳送，而在光導(dǎo)2中鄰近輸入端加處發(fā)生的光的多次反射最少。棱鏡fe、5b、5c、……與軸向的角度可以被選擇成使得其足夠大以便發(fā)生入射到棱鏡上的光的全內(nèi)反射。可替換地，通常可以單獨(dú)地選擇每個(gè)棱鏡在光導(dǎo)2的軸向的延伸和/或每個(gè)棱鏡與光導(dǎo)2的軸向的角度以獲得希望的反射角。另外的可替換方案是對(duì)于所有棱鏡5ajb、5c、……選擇在軸向的不同延伸和/或與軸向的不同角度。因此，通過光導(dǎo)2的配置，特別是通過棱鏡表面5的配置，從光單元3發(fā)射的光的大部分可以在光導(dǎo)2中被向上反射，即在從輸入端加到輸出端2b的總方向上反射， 而不需要像常規(guī)設(shè)備中那樣在光單元2中設(shè)置例如附加的反射涂層。例如，光導(dǎo)2的這樣的配置允許通過注射成型而容易地制造光導(dǎo)2，因?yàn)楣鈱?dǎo)2可以被配置成使得棱鏡fe、5b、5c、……沿著軸向的間距(棱鏡表面上相鄰棱鏡之間在軸向的距離)相對(duì)較大。例如，光單元3于是可以安裝到諸如PCB之類的襯底上，并且光導(dǎo)2可以隨后直接安裝到襯底上。另外，通過該配置，所述光學(xué)元件的總尺寸可以保持為小。例如，依照示例性的情況，對(duì)于包括具有大約4mm χ 4mm的發(fā)射表面以及直徑大約為IOmm的LED圓頂?shù)膯蝹€(gè)LED (這對(duì)于來(lái)自首爾半導(dǎo)體的4瓦Acriche型LED而言是典型的)的光單元而言，光導(dǎo)的直徑 (假設(shè)圓柱形光導(dǎo)的示例性情況)可以小到大約12mm。光導(dǎo)的高度典型地大約為25mm。假設(shè)這些條件，并且進(jìn)一步假設(shè)反射表面如具有大約90%的反射系數(shù)，那么可以實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)元件的光學(xué)效率大于大約85% (考慮到光學(xué)元件中每個(gè)光學(xué)表面的菲涅耳損失)。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部邊界表面”是指光導(dǎo)2與光導(dǎo)2的直接圍繞物之間界面的表面，該表面在光導(dǎo)2中具有面向內(nèi)的法線。光導(dǎo)2優(yōu)選地被配置成使得光導(dǎo)2的折射率高于光導(dǎo)2外部的介質(zhì)的折射率，所述外部介質(zhì)典型地為折射率大約為1的空氣。換句話說，光導(dǎo)2優(yōu)選地被設(shè)置成使得其具有比光導(dǎo)2外部的介質(zhì)更高的光學(xué)密度。典型地，光導(dǎo)2被設(shè)置成使得其具有大約1.5或更高的折射率，盡管其并不限于該特定情況。光導(dǎo)2中光的傳送基于全內(nèi)反射。光導(dǎo)2中行進(jìn)的光在其到達(dá)光導(dǎo)2與光導(dǎo)2外部的介質(zhì)之間的邊界時(shí)，通常不離開光導(dǎo)2，而是反射回光導(dǎo)2中，所述介質(zhì)的光學(xué)密度比光導(dǎo)2小。一方面，當(dāng)入射到所述邊界上的光的入射角大于臨界角(即這樣的入射角，光在該入射角下被折射，使得其沿邊界表面行進(jìn))時(shí)，光無(wú)損失地被反射回來(lái)。另一方面，對(duì)于越來(lái)越小的入射角，越來(lái)越大的份額的入射光將通過邊界表面從光導(dǎo)2透射出去。在本發(fā)明的上下文中，除非另有規(guī)定，術(shù)語(yǔ)“入射角”是指入射到表面上的光線與該表面的入射點(diǎn)處的法線之間的角度。當(dāng)這樣在光導(dǎo)2中傳送的來(lái)自光單元3的光撞擊反射器4的反射表面如時(shí)，取決于反射表面如的反射率而反射一定份額的光。例如，反射表面如可以被設(shè)置成使得其具有接近1或基本上為1的反射系數(shù)。通過反射表面如的形狀，從反射表面如反射的大部分光在光導(dǎo)2與光導(dǎo)2外部的介質(zhì)之間的界面(即內(nèi)部邊界表面)處被折射，并且隨后離開光導(dǎo)2。通過適當(dāng)?shù)剡x擇反射表面如的形狀，在反射表面如處被反射之后離開光導(dǎo)2的光的強(qiáng)度可以基本上與白熾光源的光強(qiáng)度相似。通過圖1和圖加中的非限制性實(shí)例說明了兩個(gè)這樣的形狀。圖3a是說明本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。圖3a中所示的光學(xué)元件在許多方面與參照?qǐng)D1描述的光學(xué)元件相似。圖北是離開圖3a中所示光學(xué)元件的光導(dǎo)2的光的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)度角分布的示例性光強(qiáng)度分布圖。完整的三維強(qiáng)度是圍繞軸向(ζ軸)旋轉(zhuǎn)的表面。圖北中所示的光強(qiáng)度分布圖基于前述的示例性情況，其包括具有大約4mm χ 4mm的發(fā)射表面以及直徑大約為IOmm的 LED圓頂?shù)膯蝹€(gè)LED (這對(duì)于4瓦Acriche型LED而言是典型的)。
圖4是說明本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面圖，其中反射器4還包括透射部分6，該透射部分6被設(shè)置成使得至少一部分入射到該透射部分6上的光透射通過反射器4，從而來(lái)自光導(dǎo)2的光可以通過穿過透射部分6或者通過在反射器4處反射并且隨后從光導(dǎo)2耦合出去而離開所述光學(xué)元件。通過該配置，可以實(shí)現(xiàn)幾乎與視角無(wú)關(guān)的光強(qiáng)度。 應(yīng)當(dāng)理解，透射部分6還可以沿著與軸向成一定角度的軸延伸。透射部分6沿其而延伸的軸優(yōu)選地是筆直的，盡管一定程度上彎曲的透射部分6也是可以設(shè)想到的。例如，透射部分 6可以是反射器4的未覆蓋有反射材料的部分。透射部分6還可以包括沿軸向(ζ軸)延伸的通孔，允許光穿過該孔。此外，一些光可以在反射器4處反射。前面描述的實(shí)施例以及下文描述的實(shí)施例的任何光學(xué)元件可以包括這樣的透射部分6或通孔。圖5是說明本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的示意性截面圖，其中反射表面如設(shè)有反射小平面4b，其被設(shè)置成使得至少一部分入射到該小平面4b上的光被反射。前面描述的實(shí)施例以及下文描述的實(shí)施例的任何光學(xué)元件可以包括這樣的反射小平面4b。另外，應(yīng)當(dāng)理解，包括任意合適數(shù)量的小平面的其他實(shí)施例也處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。這樣的小平面4b可以用來(lái)產(chǎn)生作為用戶視角的函數(shù)的大量光強(qiáng)度變化。通過這樣的配置，因而能夠產(chǎn)生大量空間光強(qiáng)度變化，例如當(dāng)用在照明器(例如枝形吊燈)中時(shí)，光學(xué)元件或LED光源可以被設(shè)計(jì)為具有增強(qiáng)的、依賴于視角的閃爍效果。圖6是說明依照本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的光源7的示意圖，光源7被設(shè)置用于對(duì)通常采用白熾光源的照明器或燈具(未示出)改裝，其包括依照本發(fā)明或其實(shí)施例的光學(xué)元件1。光學(xué)元件1可以任選地由一個(gè)或多個(gè)例如圖6中所示的半透明外殼8至少部分地包圍。光源7還可以包括基座9，光學(xué)元件設(shè)置在基座9上或光學(xué)元件1耦合到基座9，所述基座9包括優(yōu)選地帶螺紋的電連接器10，其被設(shè)置成使得其能夠與采用諸如燈絲燈泡或鹵素?zé)糁惖陌谉牍庠吹恼彰髌?未示出)的優(yōu)選地帶螺紋的插座連接器(未示出)配合?；?還可以包括散熱設(shè)備(未示出)，其被設(shè)置用于驅(qū)散光單元3所產(chǎn)生的熱。通過該散熱設(shè)備，光源的部件可以保持較涼，因而減少了光源部件中的熱應(yīng)變和/或應(yīng)變，并且因此延長(zhǎng)了光源的壽命。另外，可以避免由于與光源接觸而造成的對(duì)用戶的任何可能的灼傷。例如圖6中所示的半透明外殼8可以方便地用來(lái)改善光學(xué)性能(即光強(qiáng)度分布)或視覺舒適性(例如減小亮度)。任選地，例如光亮的玻璃燈泡的半透明外殼8可以設(shè)有光散射元件，所述光散射元件設(shè)置到該半透明外殼8上以便例如降低亮度并且使光強(qiáng)度分布變得平滑。由于半透明外殼8可以被設(shè)置成使得其隱藏其他光學(xué)元件不被用戶看見，其還可以用來(lái)提供裝飾性增強(qiáng)。例如，通過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，半透明外?可以被設(shè)置成使得其展示出磨砂的外觀，或者任選地或可替換地，半透明外殼8可以被設(shè)置成使得其被散布在構(gòu)成半透明外殼8的材料(例如純聚合物)中的色素稍微地著色。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“改裝”是指裝配到通常用于白熾光源的燈具中，該白熾光源例如燈絲燈泡、鹵素?zé)舻取Q句話說，對(duì)通常采用白熾光源的照明器改裝依照所說明的實(shí)施例的光源是指利用依照所說明的實(shí)施例的光源替換照明器中的白熾光源?？傊景l(fā)明涉及一種包括光導(dǎo)和反射器的光學(xué)元件，來(lái)自設(shè)置在光導(dǎo)一端的光單元中的一個(gè)或多個(gè)LED的光被射入到所述光導(dǎo)中，所述反射器設(shè)置在光導(dǎo)的另一端，其能夠反射入射到該反射器上的光。該光導(dǎo)還包括棱鏡表面，該棱鏡表面包括多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡與光導(dǎo)的軸向成角度地設(shè)置，用于朝光導(dǎo)的輸出端引導(dǎo)從光單元發(fā)射的光。
以上主要參照幾個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解的是，不同于以上所公開實(shí)施例的其他實(shí)施例同樣可能處于由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件(1)，包括光透射光導(dǎo)(2)，其具有輸入端(2a)、輸出端(2b)以及它們之間的中心區(qū)(2c)，該光導(dǎo)沿軸向延伸；光單元(3)，其包括至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED)，該光單元被設(shè)置成鄰近所述輸入端以便將光射入到所述中心區(qū)中；以及反射器(4)，其被設(shè)置成鄰近所述輸出端并且被設(shè)置成使得至少一部分入射到該反射器上的光被反射；其中所述光導(dǎo)被設(shè)置成使得其折射率高于該光導(dǎo)外部的介質(zhì)的折射率；并且該光導(dǎo)的內(nèi)部邊界表面的至少一部分包括棱鏡表面(5)，該棱鏡表面(5)包括多個(gè)沿所述軸向連續(xù)地設(shè)置的棱鏡(5ajb，5c)，每個(gè)棱鏡與所述軸向成角度地設(shè)置。
2.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述棱鏡中的至少一個(gè)在所述軸向的延伸不同于其他棱鏡在所述軸向的延伸。
3.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述棱鏡中的至少一個(gè)與所述軸向成角度地設(shè)置，該角度不同于其他棱鏡與所述軸向的角度。
4.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中每個(gè)棱鏡在所述軸向的延伸不同于其他棱鏡在所述軸向的延伸。
5.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中每個(gè)棱鏡與所述軸向的角度不同于其他棱鏡與所述軸向的角度。
6.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述反射器包括反射表面(4a)，該反射表面(4a) 面向所述輸出端并且覆蓋該輸出端的至少一部分，其中所述反射表面被設(shè)置成使得該反射表面的至少一部分為凹入的和凸起的其中一種。
7.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中至少一個(gè)反射小平面(4b)設(shè)置在所述反射表面上，使得至少一部分入射到該小平面上的光被反射。
8.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述反射器包括至少一個(gè)透射部分(6)，該透射部分被設(shè)置成使得至少一部分入射到所述至少一個(gè)透射部分上的光透射通過所述反射器。
9.依照權(quán)利要求8的光學(xué)元件，其中所述透射部分包括沿軸延伸的通孔。
10.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述光導(dǎo)包括沿所述軸向延伸的顏色混合棒， 并且其中該顏色混合棒包括所述中心區(qū)的至少一部分，該顏色混合棒具有六邊形截面并且被設(shè)置用于混合來(lái)自所述光單元的多個(gè)光源的光。
11.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述反射器包括下列各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)金屬涂層；干涉濾光器；漫射涂層；以及磷光體涂層。
12.依照權(quán)利要求1的光學(xué)元件，其中所述光導(dǎo)包括從透明聚合體、聚合體化合物、玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、塑料以及它們的組合物形成的組中選擇的物質(zhì)。
13.一種光源(7)，被設(shè)置用于對(duì)采用白熾光源(1)的照明器改裝，包括依照權(quán)利要求 1-12中任何一項(xiàng)的光學(xué)元件。
14.依照權(quán)利要求13的光源，還包括至少一個(gè)半透明外殼(8)，該半透明外殼(8)至少部分地包圍所述光學(xué)元件。
15.依照權(quán)利要求13的光源，還包括基座(4)，所述光單元設(shè)置到該基座上，該基座包括電連接器(10)，該電連接器被設(shè)置成與采用白熾光源的照明器的插座連接器配合，所述基座還包括連接到所述電連接器的電路，其中該電路被設(shè)置成能夠從所述電連接器接收功率，并且借助于該功率操作所述光單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括光導(dǎo)，來(lái)自設(shè)置在該光導(dǎo)一端的光單元中的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的光射入所述光導(dǎo)中；以及反射器，其設(shè)置在光導(dǎo)的另一端，能夠反射入射到該反射器上的光。該光導(dǎo)還包括棱鏡表面，該棱鏡表面包括多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡與該光導(dǎo)的軸向成角度地設(shè)置，用于朝該光導(dǎo)的輸出端引導(dǎo)從光單元發(fā)射的光。本發(fā)明還涉及一種包括依照本發(fā)明的光學(xué)元件的光源，該光源被設(shè)置用于對(duì)采用白熾光源的照明器改裝。
文檔編號(hào)F21K99/00GK102272511SQ201080004191
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者劉燁, 李昀 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司