用于改变光源的光分布图案的光导元件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于改变光源(202)的光分布图案的光导元件(201)。光源将第一光束发射至第一四分之一空间(203)，并且将第二光束发射至第二四分之一空间(204)，其中第一四分之一空间和第二四分之一空间由相互垂直的空间平面限定(xy，xz)，并且空间平面中的一个(xy)构成第一四分之一空间和第二四分之一空间之间的平面边界。光导元件包括：在第一光束路径上的透明材料(207)，用于改变第一光束的光分布图案；和反射面(208)，用于将第二光束的至少一部分反射至第一四分之一空间。第二光束的路径上的固体材料的表面包括槽(213)，用于使第二光束的光分布图案在空间平面之间的分区线的方向(±y)上扩散。
【专利说明】用于改变光源的光分布图案的光导元件
【技术领域】
[0001]本发明大致涉及照明工程。更具体地，本发明涉及一种用于改变光源的光分布图案的光导元件，该光源能够例如但不必须是发光二极管“LED”。
【背景技术】
[0002]由光源产生的光分布在一些应用中能够是重要的甚至是关键的。光源能够例如但不必须是发光二极管“LED”、白炽灯或气体放电灯。图1a示出了街道照明应用的示意图，其中路灯122和123被布置为照亮路120。图1b示出沿图1a中所示的线Al-Al截取的截面图，图1c示出沿图1a中所示的线A2-A2截取的截面图。例如，路灯122和123中的每个可以包括:照明装置，照明装置包括多个光源，例如发光二极管“LED” ；以及光导元件，光导元件中的每个被布置为改变一个或更多个光源的光分布图案。图1e和If中示出了根据现有技术的示例性光导元件101，其中图1f示出了沿图1e中所示的线A-A截取的截面图。光源102被布置为将第一光束发射至第一四分之一空间103，并且将第二光束发射至第二四分之一空间104，其中第一四分之一空间和第二四分之一空间由相互垂直的空间平面105和106限定，使得空间平面105构成第一四分之一空间和第二四分之一空间之间的平面边界。在图1e和If中，第一光束中的一些用点划线箭头表示，并且第二光束中的一些用虚线箭头表示。应当注意的是，上述空间平面105和106仅是用于说明性目的的纯粹的几何概念，而不是光导元件101或光源102的物理元件。空间平面105与坐标系统199的yz平面平行，并且空间平面106与坐标系统199的xy平面平行。光导元件101包括第一光束的路径上的透明材料107,用于改变第一光束的光分布图案，其中透明材料的折射率大于联合体(unity)的折射率。光导元件101包括反射面108，用于将第二光束反射至第一四分之一空间103，如图1e和If所示。反射面108是腔室109的表面。选择腔室109的几何形状和透明材料107的折射率，使得在反射面108发生全反射。
[0003]图1d示出了当上述的那种光导元件用于如下示例性的情况时，在道路120的表面上的模拟亮度分布的极坐标图，在该情况下，相邻路灯之间的距离D约为路灯杆高度H的
4.5倍，并且车道121的宽度W是路灯杆高度H的大约一半。实线的极坐标图示出了图1a中所示的线Al-Al上的亮度分布，并且虚线的极坐标图示出了在车道121中间的线A2-A2上的亮度分布。在图1c中限定角φ!?并且在图1b中限定角f2，理想情况应该是，在道路的表面上亮度为合适的水平且是均匀的。在图1d中，圆弧124示出了亮度均匀分布的情况。
[0004]固有地，当相邻路灯之间的距离D增加时，获得在道路120的纵向方向上的足够均匀的亮度分布变得越来越具有挑战性。另一方面，街道照明的成本能够通过增加距离D而减少。因此，对于增加相邻路灯之间的距离D具有明显的经济激励。
【发明内容】
[0005]下面给出简化的
【发明内容】
概要，以便提供对本发明的各个实施例的一些方面的基本理解。概要不是本发明的广泛概述。它既不旨在确定本发明的关键或决定要素，也不划定本发明的范围。下面的概要仅仅以简化的方式给出了本发明的一些概念，作为本发明的示例性实施例的更详细描述的前序。
[0006]根据本发明，提供一个用于改变光源的光分布图案的新光导元件，光源将第一光束发射至第一四分之一空间，并且将第二光束发射至第二四分之一空间，第一四分之一空间和第二四分之一空间由相互垂直的空间平面限定，使得空间平面中的一个构成第一四分之一空间和第二四分之一空间之间的平面边界。根据本发明的光导元件包括:
[0007]在第一光束的路径上的透明材料，透明材料用于改变第一光束的光分布图案，透明材料的折射率大于联合体的折射率；和
[0008]反射面，反射面用于将第二光束的至少一部分至反射第一四分之一空间。
[0009]在第二光束的路径上的固体材料表面包括相互平行的槽，槽用于使第二光束的光分布图案在空间平面之间的分区线的方向上扩散，槽基本上垂直于分区线。光导元件的物理结构是这样的，光导元件包括透明件，透明件包括第一腔室和第二腔室，第一腔室用于光源，第二腔室的表面构成反射面，使得当第二光束从透明件内部到达所述第二腔室的表面上时，发生全反射。第二光束的光分布图案被以上述方式由槽扩散的事实，便于实现，例如，当上述光导元件用在街道照明应用时在道路的纵向方向上的亮度的充分均匀分布。
[0010]根据本发明，还提供一种新的照明装置，照明装置包括至少一个光源和至少一个根据本发明的光导元件。所述至少一个光源可包括，例如，一个或更多个发光二极管“LED”。
[0011]根据本发明，还提供一种新系统，系统包括道路和至少一个路灯，所述至少一个路灯包括至少一个根据本发明的照明装置，其中，所述至少一个照明装置的一个或更多个光导元件的槽基本上垂直于道路的纵向方向。
[0012]根据本发明的示例性和非限制性的实施例的光导元件，是单件的透明材料件，例如，可通过模具铸造制成。根据本发明，还提供一种新模具，模具的形式适合于通过模具铸造制成上述单件的透明材料件。
[0013]本发明的多个示例性和非限制性实施例在从属权利要求中描述。
[0014]当结合附图进行阅读时，本发明的各个示例性和非限制性实施例的结构和操作方法，以及其他的目的和优点，将从特定示例性实施例的以下描述中更好地理解。
[0015]在本文件中使用的动词“包括”和“具有”为开放式限制，既不排除也不需要未描述的其他特征的存在。从属权利要求中描述的特征可以相互自由地组合，除非另有明确说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]参照附图，本发明的示例性和非限制性实施例及其优点在下面更详细地说明，其中:
[0017]图la、lb和Ic示出了根据现有技术的街道照明应用的示意图，
[0018]图1d示出了当使用根据现有技术的光导元件时，在图1a-1c中所示的道路表面上的模拟亮度分布的极坐标图，
[0019]图1e和If示出了根据现有技术的光导元件，
[0020]图2a和2b示出了根据本发明的示例性实施例的光导元件，
[0021]图3a和3b示出了根据本发明的示例性实施例的光导元件，
[0022]图4a、4b、4c、4d和4e示出了可适用于根据本发明的示例性实施例中的光导元件的槽的轮廓，
[0023]图5a和5b示出了根据本发明的示例性实施例的照明装置，
[0024]图6a、6b和6c示出了采用根据本发明的示例性实施例的照明装置的街道照明应用的不意图，以及
[0025]图6d示出了当使用根据本发明的示例性实施例的光导元件时，在图6a_6c中所示的道路表面上的模拟亮度分布的极坐标图。
[0026]图1a-1f已经在本文件的【背景技术】部分中进行说明。
【具体实施方式】
[0027]图2a和2b不出根据本发明不例性实施例的用于改变光源202的光分布图案的光导元件201，光源能够例如但不必须是发光二极管“LED”、白炽灯或气体放电灯。图2b示出了沿图2a中所示的线A-A截取的截面图。光源202被布置为将第一光束发射到第一四分之一空间203，并且将第二光束到发射第二四分之一空间204，其中第一四分之一空间和第二四分之一空间由相互垂直的空间平面205和206限定，使得空间平面205构成第一四分之一空间和第二四分之一空间之间的平面边界。在图2a和2b中，第一光束中的一些用点划线箭头表示，并且第二光束中的一些用虚线箭头表示。应当注意的是，上述空间平面205和206仅是用于说明性目的的纯粹的几何概念，而不是光导元件201或光源202的物理元件。空间平面205与坐标系统299的yz平面平行，并且空间平面206与坐标系统299的xy平面平行。
[0028]光导元件201包括第一光束的路径上的透明材料207，用于改变第一光束的光分布图案，其中透明材料的折射率大于联合体的折射率。例如，透明材料能够为丙烯酸塑料或玻璃。光导元件201包括反射面208，用于将第二光束的至少一部分反射至第一四分之一空间203，如图2a和2b所示。除了第二光束，光源202可照射到第二四分之一空间204，该光束不落在反射面208上。第二光束的路径上的固体材料表面包括相互平行的槽213，用于使第二光束的光分布图案在空间平面205和206之间在分区线220的方向上扩散。槽213基本上垂直于分区线220。在图2a和图2b所示的示例性情况下，槽213位于反射面208上。应当注意的是，分区线220仅是用于说明性目的的纯粹的几何概念，而不是光导元件201或光源202的物理元件。分区线220与坐标系统299的y轴平行。因此，在反射面208上的槽213使第二光束的光分布图案在坐标系统299的正和负y方向上扩散。
[0029]在图2a和图2b所示的示例性情况下，光导元件201是单件的透明材料207件。透明材料件包括第一腔室215和第二腔室209，如图2b所示，第一腔室215用于光源202 ;如图2b所示，第二腔室209的表面构成反射面208，使得当第二光束从透明材料内部到达第二腔室209的反射面208时，发生全反射。第一腔室215和第二腔室209被形成为使得透明材料件的第一表面216包括构成第一腔室和第二腔室的凹陷(pit)，并且第一表面216在包围凹陷的区域中基本上是平坦的，并且透明材料件的第二表面217具有包围第一腔室和第二腔室的凸形形状。例如，第一表面216能够被安设为靠着如下的电路板，在该电路板的表面上安装有光源202。例如，构成光导元件201的透明材料件可以由丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅或玻璃制成。制造方法能够是例如模具铸造。
[0030]图3a和3b不出了根据本发明的不例性实施例的光导兀件401,用于改变光源402的光分布图案。图3b示出了沿图3a中所示的线A-A截取的截面图。光源402被布置为将第一光束发射到第一四分之一空间403并将第二光束发射至第二四分之一空间404，其中第一四分之一空间和第二四分之一空间由相互垂直的空间平面405和406限定，使得空间平面405构成第一四分之一空间和第二四分之一空间之间的平面边界。在图3a和3b中，第一光束中的一些用点划线箭头表示，并且第二光束中的一些用虚线箭头表示。光导元件401包括第一光束路径上的透明材料407，用于改变第一光束的光分布图案，其中透明材料的折射率大于联合体的折射率。光导元件401包括反射面408，用于将第二光束的至少一部分反射至第一四分之一空间403，如图3a和3b中所示。除了第二光束，光源402可照射到第二四分之一空间404，该光束不落在反射面408上。光导元件包括相互平行的槽413，槽413位于透明材料的壁414的表面上，如图3a中所示。透明材料的壁414在第二光束的路径上，位于反射面408之前，如图3a和3b所示。槽413被布置为，使落在反射面408上的第二光束的光分布图案，在坐标系统499的正和负y方向上扩散。也可能的是，在透明材料的壁414的表面和反射面408上都具有槽。
[0031]有利地，只在透明材料的壁414的中间区域设置有槽413，并且在中间区域两侧上的侧翼区域没有槽，如图3a所示。在这种情况下，只有第二光束的穿透中间区域的那些的光分布图案被槽扩散。仅在中间区域设置光扩散槽413，减少第二光束的光分布图案被过多扩散使得第二光束的太大部分不落在反射面408的风险。
[0032]在图3a和图3b所示的示例性情况下，光导元件401是单件的透明材料407件。透明材料件包括第一腔室415和第二腔室409，如图3b所示，第一腔室415用于光源402 ;如图3b中所示，第二腔室409的表面构成反射面408，使得当第二光束从透明材料内部到达第二腔室409的反射面408时，发生全反射。第一腔室415和第二腔室409被形成为使得透明材料件的第一表面416包括构成第一腔室和第二腔室的凹陷，并且第一表面416在包围凹陷的区域中基本上是平的，并且透明材料件的第二表面417具有包围第一腔室和第二腔室的凸形形状。
[0033]图4a、4b、4c、4d和4e示出了适用于根据本发明的示例性实施例的光导元件的槽轮廓。图4a示出了槽具有V形轮廓的情况。图4b示出了槽具有凹U形轮廓的情况。图4c示出了相邻槽之间的脊部具有凸U形轮廓的情况。图4d示出了相邻槽之间的脊部具有四分之一圆轮廓的情况。图4e示出了槽具有凹U形轮廓并且相邻槽之间的脊部具有凸U形轮廓的情况。此外，图4e示出了槽如何使相互平行的入射光束510扩散。有利地，在反射面设置有光扩散槽的情况下，槽被设计为并且反射面被相对于入射光束定位为，使得每束光束只在反射面反射一次，从而使反射损失最小化。满足该条件的光学设计能够在模拟的辅助下获得。
[0034]图5a和5b示出了一种根据本发明的示例性实施例的照明装置。该照明装置包括:光源602a,602b,602c和602d ;以及光导元件601a,601b,601c和601d。光导元件中的每个是根据本发明的实施例的光导元件。例如，光导元件601a-601d能够是诸如图2a和2b所不的兀件。光源602a_602d中的每个可以包括至少一个发光二极管“LED”。在图5a和5b中所示的示例性情况下，照明装置还包括电路板618。光导元件601a - 601d是单件的透明材料件619的一部分，并且光导兀件601a - 601d相互平行。光源602a_602d位于电路板618的表面上并且在光导兀件601a_601d的腔室中，如图5b中所不。
[0035]图6a示出了街道照明应用的示意图，其中路灯722和723被布置为照亮道路720。图6b示出了沿图6a中所示的线Al-Al截取的截面图，并且图6c示出了沿图6a所示的线A2-A2的截取截面图。路灯722和723中的每个包括一个或更多个照明装置，照明装置中的每个包括:一个或更多个光源，例如发光二极管“LED”;以及一个或更多个光导元件，光导元件中的每个被布置成改变一个光源的光分布图案。每个光导元件能够是根据如图2a和2b或图3a和3b所示的光导元件。一个或更多个光导元件的光扩散槽基本上与道路720的纵向方向垂直。
[0036]图6d示出了当图2a和2b中所示的那种光导元件用于与图1d的情况类似的示例性情况时，在道路720的表面上的模拟亮度分布的极坐标图，在该情况下，相邻的路灯之间的距离D约为路灯杆高度H的4.5倍，并且车道721的宽度W是路灯杆高度H的大约一半。实线的极坐标图示出了图6a中所示的线Al-Al上的亮度分布，并且虚线极坐标图示出了在车道721中间的线A2-A2上的亮度分布。在图6c中限定角φ〗，并且在图6b中限定角理想的情况应该是，在道路表面上亮度为合适的水平且是均匀的。在图6d中，圆弧724示出了亮度是均匀分布的情况。可以看出，图6d的虚线极坐标图在,=45°...60°以及φ;=-45?5.,.-6(Γ范围内，不具有如图1d中的虚线极坐标图具有的凹进那样的凹进。因此，一个或更多个光导元件的光扩散槽便于实现在道路纵向方向上的亮度的充分均匀分布。
[0037]在上面给出的描述中提供的示例性例子，不应被视作对权利要求书的范围和/或适用性的限制。在上面给出的例子中，用于使光扩散的相互平行的槽，位于由反射面反射的光束路径上的反射面上或之前。然而，在一些情况下，相互平行的槽可以位于被反射的光束路径上的反射面之后的表面上。
【权利要求】
1.一种光导元件(201、401)，所述光导元件用于改变光源的光分布图案，所述光源将第一光束发射到第一四分之一空间并且将第二光束发射到第二四分之一空间，所述第一四分之一空间和所述第二四分之一空间由相互垂直的空间平面限定，使得所述空间平面中的一个空间平面构成所述第一四分之一空间和所述第二四分之一空间之间的平面边界，所述光导元件包括: 所述第一光束的路径上的透明材料(207、407)，所述透明材料用于改变所述第一光束的光分布图案，所述透明材料的折射率大于联合体的折射率；和 反射面(208、408)，所述反射面用于将所述第二光束的至少一部分反射至所述第一四分之一空间， 其中，所述第二光束的路径上的固体材料的表面包括相互平行的槽(213、413)，所述槽用于使所述第二光束的光分布图案在所述空间平面之间的分区线的方向上扩散，所述槽大致垂直于所述分区线， 其特征在于:所述光导元件包括透明件，所述透明件包括第一腔室(215、415)和第二腔室(209、409)，所述第一腔室用于所述光源，所述第二腔室的表面构成所述反射面(208，408)，使得当所述第二光束从所述透明件内部到达所述第二腔室的所述表面上时，发生全反射。
2.根据权利要求1所述的光导元件，其中，所述槽(213)位于所述反射面上。
3.根据权利要求1所述的光导元件，其中，所述光导元件包括透明壁(414)，所述透明壁位于所述第二光束的路径上在所述反射面之前，并且所述槽(413)位于所述透明壁的表面上。
4.根据权利要求2所述的光导元件，其中，所述光导元件包括透明壁(414)，所述透明壁位于所述第二光束的路径上在所述反射面之前，并且所述槽(413)位于所述透明壁的表面上。
5.根据权利要求3所述的光导元件，其中，所述透明壁的中部区域设置有所述槽(413)，并且所述中间区域的两侧上的侧翼区域没有槽。
6.根据权利要求4所述的光导元件，其中，所述透明壁的中部区域设置有所述槽(413)，并且所述中间区域的两侧上的侧翼区域没有槽。
7.根据权利要求1所述的光导元件，其中，所述透明件的第一表面(216、416)包括构成所述第一腔室和第二腔室(215、415、209、409)的凹陷，并且所述第一表面在包围所述凹陷的区域上大致是平坦的，并且所述透明件的第二表面(217、417)具有包围所述第一腔室和所述第二腔室的凸形形状。
8.根据权利要求1所述的光导元件，其中，所述透明件由下列中的一种制成:丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅。
9.根据权利要求7所述的光导元件，其中，所述透明件由下列中的一种制成:丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅。
10.根据权利要求1-9中的任意项所述的光导元件，其中，所述槽具有V形轮廓。
11.根据权利要求1-9中的任意项所述的光导元件，其中，所述槽具有凹U形轮廓。
12.根据权利要求1-9中的任意项所述的光导元件，其中，相邻槽之间的脊部具有凸U形轮廓。
13.一种照明装置，所述照明装置包括光源(602)和根据权利要求1-9中的任意项所述的光导兀件(601a)。
14.根据权利要求13所述的照明装置，其中，所述照明装置还包括电路板(618)，并且所述光导元件是根据权利要求5所述的光导元件，所述透明件的第一表面的平坦区域靠着所述电路板，并且所述光源位于所述第一腔室之中。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其中，所述照明装置包括多个根据权利要求7所述的光导元件和多个光源，所述光导元件是单一的透明材料件(619)的部分，并且所述光导元件相互平行。
16.一种模具，所述模具的形式适合于通过模具铸造来制造根据权利要求1-9中的任意项所述的光导元件的透明件。
17.一种系统，所述系统包括道路(720)和路灯(722、723)，所述路灯包括至少一个根据权利要求13所述的照明装置，其中，所述至少一个照明装置的一个或多个光导元件的槽大致垂直于所述道路的纵向方向。
【文档编号】F21V5/08GK203930195SQ201490000011
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2013年1月10日
【发明者】奥利-佩卡·拉克基奥 申请人:莱迪尔公司