專利名稱：燈具和光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是發(fā)光。具體地，本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件和一種燈具。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用中，點光源的使用為其產(chǎn)品的開發(fā)者和提供者帶來了挑戰(zhàn)。點光源的例子例如是不同類型的半導(dǎo)體光源，諸如LED和0LED。LED(發(fā)光二極管)的進一步發(fā)展(例如更高亮度)為它們的使用打開了新的領(lǐng)域。例如，LED現(xiàn)在可以用于諸如燈具之類的通用照明應(yīng)用。因此由LED技術(shù)提供的諸如窄帶寬發(fā)光、增強的控制和低能量消耗之類的優(yōu)點可以用于以前未開發(fā)的使用領(lǐng)域。然而，因為例如LED提供的高亮度，LED在一般照明中的使用對所使用的光學(xué)器件提出了很高的要求。廣泛使用TIR(全內(nèi)反射)準直器以將LED光整形為可用光束。它們通常包括 入口部分，其中LED光被耦合到光導(dǎo)媒介中；準直光束的錐形光導(dǎo)部分；以及出射窗口，其中光束離開光導(dǎo)媒介。出射窗口可以是光滑的，但其也可以包含細微結(jié)構(gòu)以進一步對光束整形。例如，光束寬度可以通過應(yīng)用如圖la-c所示的出射窗口上的霧化表面或透鏡列來展寬。圖Ia示出了具有用于在發(fā)光設(shè)備(未示出)的出射位置對光束整形的圓形透鏡16的光學(xué)器件15。類似地，圖lb-c示出了分別具有跨出射窗口的直透鏡17和霧化玻璃32的光學(xué)器件15。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述考慮及其它考慮而做出本發(fā)明。鑒于以上，因此期望實現(xiàn)一種改進的燈具。具體地，實現(xiàn)一種具有改進的混合特性并減少光束的不均勻度的燈具將是有利的。為了更好的解決這些考慮中的一個或多個，在本發(fā)明的第一方面中，提供了適于對光束整形的光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有折射表面，光束被允許通過該折射表面行進，其中該折射表面具有多個用于對光束整形的徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)。有益地，由于徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)，光可以主要在相對光束的角或方位角方向上被折射。因此在方位角方向上的光可以被模糊(smear out)，而在方位角方向上的光的混合可以被增強。當整形來自發(fā)光設(shè)備(諸如燈具)的圍繞發(fā)光設(shè)備的光軸分布的若干光源的光時，這可能是尤其有利的。而且，諸如漫射體和混合腔之類的對發(fā)光設(shè)備的內(nèi)部光學(xué)器件的要求可以減少，和/或上述光學(xué)元件可以從發(fā)光設(shè)備中去除。因此，可以提供更具成本效率和更簡單的發(fā)光設(shè)備。作為比較，現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)器件如上面所討論的那樣在徑向上(對于圓形透鏡)或在關(guān)于透鏡延伸的方向的垂直方向上(對于直透鏡)是起伏的。然而這些光學(xué)器件在方位角方向上基本不具有彎曲，并分別主要在徑向和水平/縱方向上提供光束展寬和混
I=I O
多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)可以呈現(xiàn)在折射表面的角方向上的周期性起伏圖樣，從而提供折射結(jié)構(gòu)在角方向上沿著折射表面的均勻分布。本文中起伏將被理解為任何波狀形狀，諸如凹-凹，凸-凹，凸-凸等。因此，光亮度可以在方位角方向上被均勻地模糊。光學(xué)元件可以具有中心和外圍，并且其中多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)從中心朝外圍向外延伸。關(guān)于此，光可以沿著光學(xué)元件的任意環(huán)形部分在方位角方向上被模糊。所述多個徑向延伸折射結(jié)構(gòu)中的每一個可以具有在角方向上作為離光學(xué)元件中心的距離的函數(shù)線性增加的寬度。因此可以實現(xiàn)折射結(jié)構(gòu)的均勻分布。所述多個徑向延伸折射結(jié)構(gòu)中的每一個可以是透鏡狀的。在該上下文中，透鏡狀將被解釋為在方位角方向上是透鏡狀的。而且，透鏡狀可以意為例如凸、凹、凸-凹等等。上文描述的光學(xué)元件可以包括在燈具中，該燈具包括適于提供光束的至少一個光源和用于光束準直的準直光學(xué)元件。光學(xué)元件可以呈現(xiàn)燈具的光束的出射窗口。出射窗口在該上下文中將被解釋為燈具中沿著光軸的最后元件，光從該最后元件從燈具中發(fā)射。折射表面可以限定光學(xué)元件相對于所述至少一個光源的遠側(cè)。因此，折射表面被定位在燈具的“外”側(cè)上，由此第一側(cè)是光入射在其上的第一側(cè)。因此，當光首先經(jīng)由平坦表面進入致密媒介，并且在進入空氣時被折射時，可以實現(xiàn)光束的增強的控制。相反地，如果光首先被折射結(jié)構(gòu)折射然后被平坦表面折射時，光線具有更大的概率在第一側(cè)(例如平坦表面)具有TIR(全內(nèi)反射)，并停留在材料內(nèi)部(并因此不受控地被散射)。燈具可以包括多個光源，每個光源位于至少離所述燈具的光軸0距離d處，其中所述光學(xué)元件的半徑r至少像所述距離d那樣大。因此每個光源可以通過光學(xué)元件被高效地折射。準直光學(xué)元件可以包括用于準直光束的旋轉(zhuǎn)對稱的楔，該楔被布置在所述至少一個光源和所述光學(xué)元件之間。因此光可以在進入光學(xué)元件之前被準直并在大面積上分布。本發(fā)明的以上及其它方面將從下文描述的實施例變得明顯，并且將參考下文描述的實施例來闡明。


現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明實施例的附圖更詳細地描述本發(fā)明的該方面及其它方面。圖la-c示出現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)出射窗口元件的透視圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燈具的透視圖。圖3示出了圖2中的燈具的截面視圖。圖4示出了圖1中的燈具的LED布置的頂視圖。圖5是圖1中的燈具的光學(xué)元件的放大視圖。圖6是圖5中的光學(xué)元件的一部分的頂視圖。圖7a_c是示出光束由圖5中的光學(xué)元件整形的示意圖。
具體實施例方式參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的燈具1的實施例。燈具1除其它外包括殼體2、插座3、帽8、多個光源4(其在整個描述中將以LED為例)、和光學(xué)元件5。在燈具1的操作性使用中，光學(xué)元件5提供用于光從LED 4發(fā)射的出射窗口。更具體地，光學(xué)元件5具有代表折射表面13的折射側(cè)14，該折射側(cè)包括在折射表面13上的角方向27上形成起伏圖樣7的多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)6。借助折射結(jié)構(gòu)6，從多個LED中發(fā)射的光束可以在折射表面13的角方向27上被高效地混合，角方向27下文中稱為方位角方向。有益地，通過放置離光源一定距離并呈現(xiàn)光束的出射窗口的光學(xué)元件5，可以以相對小的展度(etendue)損失(即更少的光束展寬)獲得光的高效混合。在本例中，可以是多色或單色的多個LED 4被放置在圍繞燈具1的中心光軸0的環(huán)形形式中。每個LED 4被放置在距光軸0距離d處。由于徑向折射結(jié)構(gòu)6，光束主要在方位角方向27上展寬而不是在如圖1所示的徑向20上展寬，由此光束均勻度得到增加。圖3示出了圖2中的燈具1沿著軸A的截面視圖。在示范燈具1中，燈具1的準直光學(xué)器件11包括用于準直、在大面積上分布光、并展寬從多個LED 4發(fā)射的光束(未示出)的旋轉(zhuǎn)對稱的楔9。每個LED 4被從光軸0位移距離d。光學(xué)元件7呈現(xiàn)光束的出口窗，并且可以是不透明的帽8可以阻擋燈具1的中央分布的光。燈具1可以由驅(qū)動元件12 控制和供能。LED 4以光軸0為中心環(huán)形地放置，如圖4中的頂視圖所示。參考圖5，示出了圖2中的光學(xué)元件5的透視圖。在示范實施例中，光束從左側(cè)入射。因此，光在呈現(xiàn)基本上平坦的第一表面23的第一側(cè)30進入光學(xué)元件。隨后，光束經(jīng)由折射側(cè)14上的折射表面13出射。光學(xué)元件5具有圍繞中心31直徑為D的孔，由此徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)6從離光軸0(中心31)距離D延伸到光學(xué)元件5的外圍26。圖2和圖3中示出的帽8具有基本上上2*D的直徑。折射結(jié)構(gòu)6對于其上任何半徑r沿著折射側(cè)14的折射表面13在方位角方向27 上均勻地分布。因此可以實現(xiàn)光不均勻度的對稱減小。而且，每個折射結(jié)構(gòu)6是扇形，即任意兩個折射結(jié)構(gòu)6之間的寬度w隨著離中心31的距離增加而線性增加。寬度w因此是光學(xué)元件5的半徑的函數(shù)。因此，如果ri<r2，則wi<w2。每個折射元件6的寬度因此在方位角方向27上按照作為離光學(xué)元件5的中心31的距離r的函數(shù)而增加。沿著與光束輪廓相切的方位角方向27，折射結(jié)構(gòu)6是起伏7。起伏將被理解為任意波狀形狀，如凹-凹、凸-凸或凹-凸。然而在該具體例子中，起伏圖樣是凹-凸?？梢詮膱D6中的側(cè)面看到光學(xué)元件5的一部分。在方位角方向27上，折射結(jié)構(gòu)6呈現(xiàn)具有周期 P的周期性圖樣。在示范實施例中，周期P包括外凸Cl和內(nèi)凹C2。在實施例的變形中，例如凹-凹以及凸-凸周期P也是可能的。光學(xué)元件5沿著穿過圖5所示的z-y平面的原點的任意直線具有基本上零的曲率，但方位角方向27呈現(xiàn)起伏圖樣7。因此，光束可以主要在方位角方向27上展寬，因此提供來自LED 4的光沿著其中光束不均勻的方向的高效混合。圖7a_c示出了光學(xué)元件5如何混合由放置在圍繞光軸0的環(huán)中的四個LED 4提供的光的例子。示出了沿著光束25的光軸0的截面，其中LED 4被(在背景中)放置在12點、3點、6點和9點位置，因而例示其光源4分開的燈具。這樣的LED 4的布置先前對光學(xué)器件提出了高要求，從而暗示了光學(xué)系統(tǒng)的高成本。圖7b示出了光束在穿過光學(xué)元件5之前的遠場視圖。光束周圍的在離中心光軸 0任意距離!·處的小環(huán)形部分S被高亮。角亮度分布M被示意地圖示。為了簡化，亮度僅在截面S內(nèi)圖示。如圖7b中所見，亮度被聚集到圖7a中的接近LED 4的位置的區(qū)域。在方位角方向27上，在任意一對LED 4之間，亮度減小。值得注意的是，LED 4離光軸0的距離d典型地比光學(xué)元件5的半徑r小。當光束25已經(jīng)穿過出射窗口(即光學(xué)元件5)時的情形示出在圖7c中。對比圖 7b中所示出的，亮度M在環(huán)形截面S中被更均勻的分布(“模糊”)。這是由于借助由在方位角方向27上的每個折射結(jié)構(gòu)6所呈現(xiàn)的曲率以及每個折射結(jié)構(gòu)6徑向向外圍沈延伸而進行的對光的折射。在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，對以上呈現(xiàn)的那些內(nèi)容的其它變化也是可能的。例如，光學(xué)元件5可以是沒有中心孔的連續(xù)的盤。而且，光學(xué)元件5不一定是圓形的，而可以具有任意合適形狀。而且，折射結(jié)構(gòu)7也可以指向光源4，由此第一側(cè)30將提供光束的光出射側(cè)。并且，第一表面不一定是平坦的或基本上平坦的，而可以例如包括用于光進入光學(xué)元件5的入耦合的入耦合結(jié)構(gòu)，或其他用于光束整形的光學(xué)結(jié)構(gòu)。為了該目的，光學(xué)元件5可以例如被包括為準直結(jié)構(gòu)的一部分，由此當在例如燈具中被安裝時，折射側(cè)14可以呈現(xiàn)光束的出射窗口。更進一步，光源4不一定圍繞光軸0對稱布置，并且它們也不一定離光軸0距離d 處放置，而可以位于中心光軸0上(例如一個光源或多裸片LED封裝)。而且，光源可以離光軸0以變化的距離而放置。本發(fā)明的應(yīng)用包括但不限于諸如辦公室環(huán)境、家居環(huán)境、賓館、和購物中心之類的室內(nèi)環(huán)境、以及戶外環(huán)境。用于整形光的成本更高和/或更笨重的光學(xué)元件因而可以被本文呈現(xiàn)的本發(fā)明而取代。雖然本發(fā)明已經(jīng)在圖中和前面的描述中被詳細圖示和描述，但這樣的圖示和描述應(yīng)被視作說明性的或示例性的而不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。對所公開的實施例的其他變化可以被實施所請求保護的發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員通過對附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求的學(xué)習(xí)而理解和實現(xiàn)。某些措施在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述的事實本身不代表不能使用這些措施的組合以達到有利效果。而且，權(quán)利要求中的任何參考標記不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種適于對光束整形的光學(xué)元件(5)，所述光學(xué)元件( 具有折射表面(13)，所述光束被允許穿過所述折射表面行進，其中所述折射表面(1 具有用于對所述光束整形的多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件(5)，其中所述多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)(6)在所述折射表面(1 的角方向(XT)上呈現(xiàn)周期性的起伏圖樣(7)，從而提供所述折射結(jié)構(gòu)(6) 沿著所述折射表面(1 在所述角方向(XT)上的均勻分布。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件(5)，其中所述光學(xué)元件( 具有中心(31) 和外圍(沈)，并且所述多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)(6)從所述中心(31)朝所述外圍06)向外延伸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件(5)，其中所述多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu) (6)中的每一個具有在角方向(XT)上作為離所述光學(xué)元件(5)的中心(31)的距離(r)的函數(shù)而線性增加的寬度(W)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)元件(5)，其中所述多個徑向延伸的折射結(jié)構(gòu) (6)中的每一個是透鏡狀的。
6.一種燈具(1)，包括:適于提供光束的至少一個光源，和根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的光學(xué)元件(5)，其適于對所述光束整形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燈具(1)，其中所述光學(xué)元件( 呈現(xiàn)來自所述燈具(1)的所述光束在穿過所述折射表面(1 之后的出射窗口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的燈具(1)，其中所述折射表面(1 限定所述光學(xué)元件 (5)的相對于所述至少一個光源的遠側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8之一所述的燈具(1)，包括多個光源G)，每個光源(4)位于至少離所述燈具(1)的光軸0距離d處，其中所述光學(xué)元件(5)的半徑r至少像所述距離d那樣大。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9之一所述的燈具(1)，進一步包括準直光學(xué)元件( )，其包括具有用于準直所述光束的中心部分的旋轉(zhuǎn)對稱的楔(9)， 所述楔(9)被布置在所述至少一個光源(4)和所述光學(xué)元件( 之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10之一所述的燈具(1)，包括多個光源G)，其中所述多個光源中的至少兩個適于發(fā)射不同顏色的光。
12.根據(jù)權(quán)利要求6-11之一所述的燈具(1)，其中所述至少一個光源(4)包括LED。
全文摘要
顯現(xiàn)了一種具有第一側(cè)(30)和折射的對側(cè)(14)的光學(xué)元件(5)。該折射側(cè)(14)呈現(xiàn)折射表面(13)并具有徑向延伸的折射結(jié)構(gòu)(6)以用于主要在入射光束的方位角方向(27)上折射光。光學(xué)元件(5)可以用作具有至少一個光源(4)的燈具(1)中的出射窗口，由此可以減少光不均勻度。
文檔編號F21Y101/02GK102549333SQ201080041323
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者B·尤特貝杰瑟, M·C·J·M·威森伯格, M·P·C·M·克里金 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司