反射器和光学组件以及具有该光学组件的照明装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种反射器（100），包括基板（1），该基板（1）包括第一侧面（A），在第一侧面（A）上形成有反射面（2），其中反射面（2）通过围绕基板（1）的对称轴（X）旋转一曲线获得，其中该曲线设计为使得第一光源（3）的部分光线经过反射面（2）反射后投射到第一侧面（A）面对的第一半球区域中。此外，本发明还涉及一种具有上述类型的反射器（100）的光学组件以及一种具有上述类型的光学组件的照明装置（300）。
【专利说明】反射器和光学组件以及具有该光学组件的照明装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种反射器。此外本发明还涉及一种具有上述类型的反射器的光学组件和具有该光学组件的照明装置。
【背景技术】
[0002]由于LED光源具有寿命长、节能、环保、抗震动等优点，因此，LED光源可以在广泛的领域内得到应用。随着制造技术的不断发展，LED的成本越来越低并且光效也得到了增力口。固态发光(SSL)来取代传统的发光装置已经成为一种趋势。
[0003]美国的Energy Star标准对于全向SSL替代灯提出了一定的要求。在0-135度的区域内，在任意角度的光强与在0-135度的区域内的平均的光强之间的差值不高于20%。在135-180度的区域内的光通量应当占总的光通量至少5%。在与起始平面呈45度和90度的垂直平面内的测量结果应当是相同的。大部分的LED光强度分布是朗伯型的而非均匀一致的，因此，二次光学设计是必不可少的。对于SSL替代灯，为了满足这些要求，通常需要设计光学组件实现光的再分配。
[0004]现有技术中，存在多种获得LED灯的光源再分配的方案。第一种方案是优化LED阵列；第二种方案是利用反射器对于光进行分配。
[0005]在照明装置领域，全向照明装置可以实现大面积的照明效果，因此具有较大的应用前景。在现有的全向照明装置中，一类照明装置具有直接设置在灯壳中央的立体光源、例如LED芯片阵列，这种以柱形或盘形阵列排布的光源可以在360度的周向方向上进行照明。光源发出的光直接穿过灯壳射出，由此实现简单的全向照明效果。这种全向照明装置例如由EP2180234A1和WO 2009/091562A2所公开。但是当上述光源阵列中的一个或多个光源损坏时，便无法再实现全向照明效果。在这种照明装置中需要安装多个光源，并且分别将这些光源和电路板电连接。因此这种照明装置需要消耗大量的电能，并且相应地产生过多的热量。为了加强对柱状光源阵列的散热效果，例如可以在柱状光源阵列的周向外表面上设置散热体、例如多个散热肋，这例如在WO 2010/058325A1中所公开。但是对于上述照明装置而言，无论是在制造或装配过程中，还是在使用过程、维护过程中，都要花费较多的成本。另一种全向照明装置是应用反射原理来实现全向照明的效果。WO 2009/059125A1公开了一种照明装置，其中唯一的光源被布置在盆形反射体的底部区域中，由此可以借助于反射体的反射面将光线朝向尽可能大的区域进行反射，但同时必须保证反射体具有足够大的反射面。因此这种照明装置的体积较大。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出了一种反射器，该反射器能够将光源的光线反射到一个半球区域中，从而解决了常规的LED照明装置无法向与光发射方向相反方向照射的技术问题。此外，本发明还提出了一种具有上述类型的反射器的光学组件，该光学组件允许照明装置实现全向照明。此外，本发明还提出了一种具有上述类型的光学组件的照明装置，根据本发明的照明装置能够实现全向照明，同时其发射的光线在各个方向上都具有基本上相同大小的光强。
[0007]本发明的第一个目的通过一种反射器由此实现，该反射器，包括基板，该基板包括第一侧面，在第一侧面上形成有反射面，其中，反射面通过围绕基板的对称轴旋转一曲线获得，其中曲线设计为使得第一光源的部分光线经过反射面反射后投射到所述第一侧面面对的第一半球区域中。在本发明的设计方案中，位于反射面对面的第一光源在将光线投射到反射面上后，光线投射到第一侧面面对的第一半球区域中，而实际上，反射回来的光线并不完全覆盖整个第一半球区域，反射回来的光线是无法投射到在第一半球区域中的一个相对于对称轴旋转对称的圆锥形区域中的。然而，在使用根据本发明的反射器的情况下，反射回来的光线在第一半球区域中能够覆盖至少100度的角度范围，也就是说在圆锥形区域两侧的各至少50度的范围。
[0008]根据本发明提出，曲线如此设计，使得反射面包括中央凸起区域和形成在中央凸起区域四周的凹陷区域，其中中央突起区域至少在垂直于对称轴的方向上反射光线，这也就是说，如果第一光源的一条光线平行于光轴也就是对称轴射出，那么该光线在经过中央突起区域中的某一点反射后则在垂直于光轴的方向射出，由此确保了反射器反射的光线在第一半球区域中覆盖尽可能大的角度范围。在此需要强调的是，本发明中提到的对称轴实质上是光源的光轴。
[0009]优选的是，基板还包括第二侧面，第二侧面为平坦的承载面。该承载面提供了用于布置其他的光源以及为该其他光源服务的透镜或其他光学元器件的承载平台。
[0010]本发明的另一目的通过一种光学组件由此实现，该光学组件包括透镜。此外，光学组件还包括上述类型的反射器，透镜支承在反射器的承载面上，透镜使布置在反射器和透镜之间的第二光源的光线折射覆盖承载面面对的第二半球区域。由于反射器使第一光源的光线尽可能地覆盖了第一半球区域，而第二光源的光线则完全覆盖了第二半球区域，因此使用根据本发明的光学组件的照明装置能实现近乎全向照明。
[0011]根据本发明提出，透镜设计为相对于反射器的基板的对称轴旋转对称，由此，通过透镜出射的光线能够均匀地分布在第二半球区域中。
[0012]优选的是，透镜包括:光入射面；光出射面；以及连接光入射面和所述光出射面的连接面，连接面支承在承载面上，并且光入射面限定出容纳第二光源的容纳腔。在本发明的设计方案中，连接面优选设计为平坦的平面，因此在将连接面支承在承载面上时，在连接面和承载面之间进存在较小的间隙，这在很大程度上避免了污染物进入到容纳腔中。
[0013]有利的是，光入射面设计成球面的。球面的曲线比较简单，更加容易对其进行加工制造。
[0014]优选的是，光出射面设计成球面的，其中，光入射面和光出射面相互配合，使得第二光源的光线通过透镜出射后在各个方向上具有基本上相同大小的光强。在本发明的设计方案中光入射面和光出射面的曲率可能不同，这主要取决于设计人员需要获得何种类型的光强分布。
[0015]可选的是，光出射面包括第一部分和第二部分，其中通过第二部分出射的光线与第一光源的未经反射器反射的光线重叠，其中，重叠的光线与经过第一部分出射的光线以及通过反射器反射的光线具有基本上相同大小的光强。由于第一光源的部分光线会不经过反射器反射而直接照射到第二半球区域的某些范围中，而第二光源的部分光线经过透镜折射后也会进入到这些范围中，两部分光线叠加有可能导致该范围中的光强变大，为此需要对照射到该范围中的第二光源的光线进行配光。通过调整光出射面的第二部分的曲线轮廓而实现上述目的。
[0016]本发明的最后一个目的通过一种照明装置由此实现，该照明装置包括:第一光源；第二光源以及散热装置。此外，根据本发明的照明装置还包括上述类型的光学组件，该光学组件使得来自第一光源和第二光源的光线在全向方向上照射。通过使用简单的光学组件即可实现全向照明，无需现有技术中使用的复杂的透镜设计或者复杂的反射器设计或者使用较多的光源在空间上的复杂的布置方案。在此需要强调的是，所谓的全向照明并不是真正意义上的360度的照明，本发明中所提及的全向照明应该理解为接近360度的照明。
[0017]优选的是，散热装置包括圆柱形的基体和在基体的外表面上径向向外延伸的多个散热片，其中，圆柱形的基体的顶面形成第一光源的安装面。由于第一光源直接安装在该安装面上，因此第一光源的热量可以直接通过基体传递出去。
[0018]优选的是，散热片延伸超过安装面，形成用于支承光学组件的支架。在本发明的设计方案中，散热片本身在基体的外表面上径向向外延伸的同时还在周向上延伸并超过安装面，从而安装面和散热片的超过安装面的部分共同为第一光源限定了一个空间。此外，散热片本身又构成了光学组件的支架，从而避免了光学组件设置附加的支架，这在很大程度上降低了生产成本。
[0019]可选的是，照明装置还包括圆筒形的透明承载环，该透明承载环的一个端面支承在安装面上，另一个端面支承在反射器的基体的边缘上。与将散热片作为支架的方案不同的是，在此单独使用了透明的承载环，其优点在于，第一光源的光线不会受到散热片的阻挡。
[0020]根据本发明提出，照明装置还包括泡壳，泡壳与散热装置共同限定出容纳光学组件、第一光源以及第二光源的容纳空间。泡壳将光学组件、第一光源以及第二光源封闭起来，阻止了外部污染物进入到容纳空间中，同时泡壳也使照明装置看起来更像传统的照明
>J-U ρ?α装直。
[0021]优选的是，第一光源和第二光源沿反射器的基板的对称轴布置。此外，第一光源和第二光源设计为点光源，并且第一光源和第二光源是LED光源。在实际的应用中，如果反射器的尺寸是LED芯片的尺寸的五倍，那么光源本身可以被视为点光源。
[0022]应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出:
[0024]图1是根据本发明的反射器的截面图；
[0025]图2是根据本发明的反射器反射的光线的光路图；
[0026]图3是根据本发明的反射器反射的光线的光强分布图；[0027]图4是第一光源的光线的光路图；
[0028]图5是第一光源的光线的光强分布图；
[0029]图6是根据本发明的光学组件的截面图；
[0030]图7是第二光源的光线的光路图；
[0031]图8是第二光源的光线的光强分布图；
[0032]图9是第一光源和第二光源的光线的光路图；
[0033]图10是第一光源和第二光源的光线的光强分布图；
[0034]图11是根据本发明的照明装置的截面图。
【具体实施方式】
[0035]在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“径向”、“轴向”等方向性术语参考所描述的附图的方向使用。由于本发明实施例的组件可以在许多不同方向上放置，所以方向术语仅用于说明，而没有任何限制的意思。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本发明由所附的权利要求限定。
[0036]图1示出了根据本发明的反射器100的截面图，从图中可见，该反射器100包括基板1，基板I包括第一侧面A，在第一侧面A上形成有反射面2，其中反射面2通过围绕基板I的对称轴X旋转一曲线获得，该曲线如此设计，使得反射面2包括中央凸起区域21和形成在中央凸起区域21四周的凹陷区域22。此外，基板I还包括第二侧面，第二侧面为平坦的承载面4，该承载面4提供了用于布置其他的光源以及为该其他光源服务的透镜或其他光学元器件的承载平台。
[0037]图2示出了根据本发明的反射器100反射的光线的光路图。从图中可见，反射面2使得第一光源3的部分光线经过反射面2反射后投射到第一侧面A面对的第一半球区域中。此外，从图中进一步可见，反射面2的中央突起区域21至少在垂直于对称轴X的方向上反射光线，这也就是说，如果第一光源3的一条光线平行于光轴也就是对称轴X射出，那么该光线在经过中央突起区域21中的某一点反射后则在垂直于光轴X的方向射出，由此确保了反射器100反射的光线在第一半球区域中覆盖尽可能大的角度范围。
[0038]参照图3示出的反射的光线的光强分布图，在本实施例中，位于反射面2对面的第一光源3在将光线投射到反射面2上后，光线投射到第一侧面A面对的第一半球区域中，而实际上，反射回来的光线并不完全覆盖整个第一半球区域，反射回来的光线是无法投射到在第一半球区域中的一个相对于对称轴X旋转对称的圆锥形区域中的。在本实施例中，反射回来的光线在第一半球区域中至少能够覆盖100度的角度范围，也就是说在圆锥形区域两侧的至少各50度的范围。
[0039]图4示出了第一光源3的光线的光路图。从图中可见，第一光源3的一部分光线通过反射器100反射到第一半球区域中，而第一光源3的另一部分光线则未经过反射器100反射，而是直接照射到了第二半球区域中。
[0040]图5示出了第一光源3的光线的光强分布图。在此需要强调的是，根据光强分布图，在本发明中提及的第一半球区域应该理解为在正90度至O度至负90度之间的区域，而第二半球区域应该理解为在正90度至180度至负90度之间的区域。
[0041]图6示出了根据本发明的光学组件的截面图。从图中可见，该光学组件包括反射器100和透镜200，其中，透镜200支承在反射器100的承载面4上。在本发明的设计方案中，透镜200设计为相对于反射器100的基板I的对称轴X旋转对称。
[0042]此外，从图6中进一步可见，透镜200包括:光入射面201 ;光出射面202 ;以及连接光入射面201和所述光出射面202的连接面203，连接面203支承在承载面4上，并且光入射面201限定出容纳第二光源5的容纳腔204。本实施例中，连接面203优选设计为平坦的平面，因此在将连接面203支承在承载面4上时,在连接面203和承载面4之间仅存在较小的间隙，这在很大程度上避免了污染物进入到容纳腔204中。
[0043]此外，光入射面201设计成球面的。在本发明的一个具体实施例中，光出射面202也设计成球面的，其中，光入射面201和光出射面202相互配合，使得第二光源5的光线通过透镜200出射后在各个方向上具有基本上相同大小的光强。
[0044]然而在图6示出的优选的实施例中，光出射面202并不是球面的。在本实施例中，光入射面202包括第一部分202a和第二部分202b。
[0045]图7示出了第二光源5的光线的光路图。从图中可见，第二光源5通过第一部分202a和第二部分201b出射的光线并不是均匀分布的。
[0046]参见图8示出的第二光源5的光线的光强分布图可见，来自第二光源5的光线通过光入射面201和第二部分202b之后具有经过调整的光强。
[0047]图9示出了第一光源3和第二光源5的光线的光路图。从图中可见，通过第二部分201b出射的光线与第一光源3的未经反射器100反射的光线重叠。
[0048]图10示出了第一光源3和第二光源5的光线的光强分布图，从图中可见，重叠的光线与经过第一部分202a出射的光线以及通过反射器100反射的光线具有基本上相同大小的光强。
[0049]图11示出了根据本发明的照明装置300的示意图。从图中可见，根据本发明的照明装置300包括:第一光源3 ;第二光源5 ;散热装置6 ;以及光学组件，该光学组件使得来自第一光源3和第二光源5的光线在全向方向上照射。从图中进一步可见，散热装置6包括圆柱形的基体61和在基体61的外表面上径向向外延伸的多个散热片62,其中，圆柱形的基体61的顶面形成第一光源3的安装面63。在本实施例中，散热片62延伸超过安装面63，从而安装面63和散热片62的超过安装面63的部分共同为第一光源3限定出一个空间。从图中可见，散热片62抵靠在反射器100的基板I的边缘上。
[0050]在本发明的另一具体实施例中，照明装置300还包括圆筒形的透明承载环，该透明承载环的一个端面支承在安装面63上，另一个端面支承在反射器的基板的边缘上。与将散热片作为支架的方案不同的是，在此单独使用了透明的承载环，其优点在于，第一光源3的光线不会受到散热片62的阻挡。
[0051]此外，从图6中进一步可见，照明装置300还包括泡壳7，泡壳7与所述散热装置6共同限定出容纳光学组件、第一光源3以及第二光源5的容纳空间。
[0052]在本发明的设计方案中，第一光源3和第二光源5沿反射器100的基板I的对称轴X布置，并且第一光源3和第二光源5作为LED光源设计为点光源。
[0053]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0054]参考标号
[0055]100反射器
[0056]1基板
[0057]2反射面
[0058]21中央凸起区域
[0059]22凹陷区域
[0060]4承载面
[0061]A第一侧面
[0062]B第二侧面
[0063]200透镜
[0064]201光入射面
[0065]202光出射面
[0066]202a第一部分
[0067]202b第二部分
[0068]203连接面
[0069]204容纳腔
[0070]300照明装置
[0071]3第一光源
[0072]5第二光源
[0073]6散热装置
[0074]61基体
[0075]62散热片
[0076]63安装面
[0077]7泡壳
[0078]X对称轴，光轴
【权利要求】
1.一种反射器(100)，包括基板(1)，所述基板(I)包括第一侧面(A)，在所述第一侧面(A)上形成有反射面(2)，其特征在于，所述反射面(2)通过围绕所述基板(I)的对称轴(X)旋转一曲线获得，其中所述曲线设计为使得第一光源(3)的部分光线经过所述反射面(2)反射后投射到所述第一侧面(A)面对的第一半球区域中。
2.根据权利要求1所述的反射器(100)，其特征在于，所述曲线如此设计，使得所述反射面(2)包括中央凸起区域(21)和形成在所述中央凸起区域(21)四周的凹陷区域(22)，其中所述中央突起区域(21)至少在垂直于所述对称轴(X)的方向上反射光线。
3.根据权利要求1或2所述的反射器(100)，其特征在于，所述基板(I)还包括与所述第一侧面(A)背离的第二侧面(B)，所述第二侧面(B)为平坦的承载面(4)。
4.一种光学组件，包括透镜(200)，其特征在于，所述光学组件还包括根据权利要求1至3中任一项所述的反射器(100)，其中，所述透镜(200)支承在所述反射器(100)的承载面(4 )上，所述透镜(200 )使布置在所述反射器(100 )和所述透镜(200 )之间的第二光源(5 )的光线折射后覆盖所述承载面(4)面对的第二半球区域。
5.根据权利要求4所述的光学组件，其特征在于，所述透镜(200)设计为相对于所述反射器(100)的所述基板(I)的所述对称轴(X)旋转对称。
6.根据权利要求5所述的光学组件，其特征在于，所述透镜(200)包括:光入射面(201);光出射面(202);以及连接所述光入射面(201)和所述光出射面(202)的连接面(203),所述连接面(203)支承在所述承载面(4)上，并且所述光入射面(201)限定出容纳所述第二光源(5)的容纳腔(204)。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，所述光入射面(201)设计成球面的。
8.根据权利要求7所述的光学`组件，其特征在于，所述光出射面(202)设计成球面的，其中，所述光入射面(201)和所述光出射面(202)相互配合，使得所述第二光源(5)的光线通过所述透镜(200)出射后在各个方向上具有基本上相同大小的光强。
9.根据权利要求7所述的光学组件，其特征在于，所述光出射面(202)包括第一部分(202a)和第二部分(202b)，其中通过所述第二部分(202b)出射的光线与所述第一光源(3)的未经所述反射器(100)反射的光线重叠，其中，重叠的光线与经过所述第一部分(202a)出射的光线以及通过所述反射器(100)反射的光线具有基本上相同大小的光强。
10.一种照明装置(300)，包括:第一光源(3);第二光源(5)以及散热装置(6)，其特征在于，所述照明装置(300)还包括根据权利要求4至9中任一项所述的光学组件，所述光学组件使得来自所述第一光源(3)和所述第二光源(5)的光线在全向方向上照射。
11.根据权利要求10所述的照明装置(300)，其特征在于，所述散热装置(6)包括圆柱形的基体(61)和在所述基体(61)的外表面上径向向外延伸的多个散热片(62),其中，圆柱形的所述基体(61)的顶面形成所述第一光源(3)的安装面(63)。
12.根据权利要求11所述的照明装置(300)，其特征在于，所述散热片(62)延伸超过所述安装面(63 )，形成用于支承所述光学组件的支架。
13.根据权利要求10所述的照明装置(300)，其特征在于，所述照明装置(300)还包括圆筒形的透明承载环，所述透明承载环的一个端面支承在所述安装面(63)上，另一个端面支承在所述反射器(100)的基板(I)的边缘上。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的照明装置(300)，其特征在于，所述照明装置(300)还包括泡壳(7)，所述泡壳(7)与所述散热装置(6)共同限定出容纳所述光学组件、所述第一光源(3)以及所述第二光源(5)的容纳空间。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的照明装置(300)，其特征在于，所述第一光源(3 )和所述第二光源(5 )沿所述反射器(100 )的基板(I)的对称轴(X)布置。
16.根据权利要求15所述的照明装置(300)，其特征在于，所述第一光源(3)和所述第二光源(5)设计为点光源。
17.根据权利要求15所述的照明装置(300)，其特征在于，所述第一光源(3)和所述第二光源(5)是LED光源。`
【文档编号】F21V7/04GK103511979SQ201210208425
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】林雪琴, 程迎军 申请人:欧司朗股份有限公司