光学结构、照明单元和制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明单元、用于在照明单元中使用的光学结构、和制造方法。
【背景技术】
[0002]已知可通过无线远程控制来控制的照明单元。事实上，现在对于无线可控照明产品的需求不断增加。远程控制系统可以例如基于RF电路，从而要求至少接收天线和RF接收器电路被构建于照明单元中。
[0003]RF无线传输电路当然广泛用于许多不同的无线应用，诸如移动电话，以用于发送和接收无线信号。然而，将这样的电路集成到照明产品中存在挑战。
[0004]有许多方法来实现无线功能，从而给出不同的选项。所选的选项将取决于期望的设计灵活性、性能和成本。例如，天线可以是基于接线的或者它可以替代地与RF和控制电路一起印刷在PCB上。
[0005]天线的性能对于无线可控照明产品的整体性能非常重要。
[0006]典型的LED照明单元可以分为如图1示意性示出的不同构造块。基本元件包括壳体1、LED驱动器电路板2、其可以包括其上安装有LED裸片的电路板的LED封装件4、以及光束成形部件6。壳体1可以提供散热功能以帮助从灯的散热。照明单元具有用于连接到电插座的电连接器7。
[0007]光束成形部件通常处理从一个或多个LED输出的光。每个LED典型地具有3平方毫米大小且被安装在陶瓷支撑基板上。光束成形部件被用于提供期望的输出光束形状，并且还用于掩饰LED的点源外观。光束成形部件可以是折射部件(诸如透镜)或反射部件(诸如反射准直器)。
[0008]天线通常被集成到灯内的LED驱动器PCB 2或LED板上。因此，无线信号会被由通常是诸如铝合金之类的金属的导热材料制成的灯的部件(包括散热器或壳体)所屏蔽。无线信号的出射/接收窗口还受到PCB尺寸的限制，PCB在灯内做的尽可能小。US2002/274208A1公开了具有前盖的灯，并且天线在其散热器上方，并被放置在PCB上。US2007/138978A1公开了固态灯具，其具有光学处理元件，以用于将固态源输出转换成虚拟源。而且US20120026726A1公开了一种灯，该灯在其散热器上方具有光学元件及无线控制模块2620。
[0009]US 2013/0063317公开了集成天线的方法，其中该天线被设置在透镜的表面上。
【发明内容】
[0010]在US 2013/0063317中，天线的集成难以利用非平面透镜表面实施，而且它还对系统的光学性能产生影响，因为天线的尺寸可能需要是大的以实现期望的辐射性能。因此，它可能阻挡光或变得可见。
[0011]如果没有足够的面积用于天线印刷或期望不影响光学性能，这些方法不能容易地被米用。
[0012]为了更好地解决这些关注点，有利的是，具有其可以使得能够携带大尺寸天线而不影响光学性能的光学结构。
[0013]根据本发明，如在独立权利要求中所要求保护的，提供了光学结构、照明单元和制造的方法。
[0014]在一个方面，本发明提供光学结构，用于处理由照明单元输出的光，该光学结构包括:
[0015]光学层，其被成形为限定用于光学处理光输出的第一光束处理结构，并且所述光学层具有偏离第一光束处理结构的至少一个区域；和
[0016]天线，形成于至少一个区域内或之上。
[0017]这种结构将天线与照明单元的光束成形部件集成。通过将天线提供在光学层的专用区域中或之上，该区域远离光束处理光学元件，天线的大小和形状可以自由地选择，而不会显著影响光学输出。
[0018]第一光束处理结构可包括透镜。这一透镜可以例如用于准直光输出，或用于其他光束成形功能。第一光束处理结构可以包括透镜阵列，并且至少一个区域则可以包括那些透镜之间的空间。
[0019]第一光束处理结构可以替代地包括反射器或漫射器。
[0020]天线可以因此被集成到照明单元的光学设计已经要求的任何光学部件中。
[0021]光学层可以由塑料材料形成，诸如聚碳酸酯或PMMA。这为天线提供了低成本支持。天线可以被印刷在光学层的至少一个区域上，例如通过3D表面印刷。
[0022]至少一个区域可以是平面的，并且这使得天线的应用更简单直接，例如通过印刷。然而，替代地，至少一个区域可以是曲面的。
[0023]至少一个区域可以包括在下层基底之上的突出部，突出部。突出部和基底可以由单一形状的光学层形成。这使得天线面积能够大于第一光束处理结构的光束成形元件之间的可用侧向空间。
[0024]本发明还提供了照明单元，其包括:
[0025]印刷电路板，其承载有电路部件；
[0026]照明装置，包括在印刷电路板上的至少一个照明单元；和
[0027]本发明的光学结构，设置在照明装置之上，其中在光学结构的天线和PCB上的电路部件之间提供电连接。
[0028]这一照明单元提供在PCB之上的天线，该PCB承载有连接到天线的部件。天线可被定位为使得避免屏蔽，因为它处于比PCB更高的水平。
[0029]可以提供在PCB上的至少一个焊接弹簧接触，天线与至少一个焊接弹簧接触进行接触。
[0030]在优选的示例中，照明单元包括LED单元。
[0031]PCB上的电路部件可包括与天线耦合的无线接收器和/或发射器电路，以用于接收和/或发射无线照明控制信号。
[0032]替代地，光学结构可以进一步包括形成在至少一个区域内或之上的无线接收器和/或发射器电路，以用于接收和/或发射无线照明控制信号。因此，与天线相关联的电路可以在PCB上，或者它还可以被设置在光学结构上(或中)。
[0033]本发明还提供制造用于处理由照明单元输出的光的光学结构的方法，其包括:
[0034]将光学层成形为限定用于光学处理来自相应照明单元的光输出的第一光束处理结构，并且将光学层(23)成形为限定偏离第一光束处理结构的至少一个区域；以及
[0035]将天线形成在至少一个区域之上或内。
[0036]成形步骤可包括将光学层提供为塑料材料并且将至少一个区域成形为偏离第一光束处理结构的突出部分；以及
[0037]所述形成步骤可以包括在突出部分的表面上印刷天线。
【附图说明】
[0038]本发明的示例现在将参照附图详细地描述，其中:
[0039]图1示出了 LED照明单元的已知结构；
[0040]图2示出了根据示例实施例的可以在照明单元内使用的光学结构的一个示例；
[0041]图3示出了根据示例实施例的可以在照明单元内使用的光学结构的另一示例；
[0042]图4以示意形式示出了光学结构的示例；
[0043]图5更详细地示出了照明单元的第一示例；
[0044]图6更详细地示出了照明单元的第二示例；
[0045]图7更详细地示出了照明单元的第三示例；
[0046]图8更详细地示出了照明单元的第四示例；并且
[0047]图9不出了天线布局的一个不例。
【具体实施方式】
[0048]本发明提供了用于处理由照明单元输出的光的光学结构，其中天线形成于该结构的光学层的区域内或上，其中该区域远离/偏离该层的光束处理部分。
[0049]天线可以是平面结构或3D结构，并且光学层的光束成形功能可以是透镜功能、漫射器功能或反射器功能。实现紧凑的设计，这最小化了对光学性能的影响。减小了对将由天线处理的信号的屏蔽，并且无线信号的出射窗口可以被最大化。
[0050]参考其示出照明单元的一般结构的图1，本发明提供各种设计，其中用于无线通信的天线被集成到光学部件6中。
[0051]图2更详细地示出基于LED的灯具100的一种可能实施方式，其包括准直光学元件12和LED灯15。准直光学元件12包括反射准直器13，诸如全内反射准直器。反射准直器13具有用于接收LED灯的第一孔。此外，反射准直器13具有用于允许出射光离开反射准直器13的第二孔或开口 19。第二孔19的尺寸(直径)通常比第一孔大。反射准直器13具有从第一孔延伸到第二孔19的外壁21。外壁21的内表面是反射性的，以便将从第一孔来的入射光朝向第二孔19引导，从而形成了全内反射准直器。
[0052]反射准直器13可以关于反射准直器13的光轴A旋转对称，光轴A在从第一孔的中心向第二孔19的中心的方向上延伸。反射准直器13具有一般杯状形式，其中第一孔位于杯的底部中心，并且第二孔19对应于杯的顶部开口。
[0053]具有直径D的凸透镜21被布置在第二孔19处，且至少覆盖部分的第二孔19。凸透镜21具有曲率r的半径。图示的凸透镜21是平凸透镜。平凸透镜的平面表面面对第二孔19。在一些情况下，凸透镜21可以是圆锥凸透镜。此外，其它非球面透镜的结构可以用来代替凸透镜21的球形表面。
[0054]优选的是，凸透镜21的光轴对应于反射准直器13的光轴A。
[0055]准直光学元件12包括表面板23，其限定了透镜形状或提供用于安装透镜的支撑。在任一情况下，板23和透镜一起限定光学层。在第二孔19内，光学层执行第一光束处理功能以用于光学处理LED灯输出。
[0056]表面板23覆盖第二孔19。表面板23由半透明材料制成。
[0057]图3示出替代灯具200，其再次包括准直光学元件12和LED灯15。灯具200的准直光学元件12与灯具100的准直光学元件12的不同在于凸透镜是菲涅耳透镜21’。
[0058]菲涅耳透镜包括还被称为菲涅耳区的多个小面24。小面24是透镜的同心环形部分。
[0059]菲涅尔透镜21’被示为与表面板23 —体形成。事实上，整个准直光学元件12可以形成为仅包括一种材料(诸如塑料)的一块。
[0060]本发明涉及照明单元和光学层，其中光学层延伸超出光输出的区域，即超出第二出射窗口 19。因此，光学层具有其目的为光束成形的区域(旨在于通过该区域提供从光源来的输出)、以及不旨在于提供光输出的附加区域。当然将会存在一些光泄漏，从而引起光穿过这些附加区域，但这些附加区域不旨在或设计为执行光束处理功能。
[0061]图4示出了光学部件6的示例。本示例用于提供针对三个光源的集的光束成形。光源通常是如图2和3的示例中的LED，但本发明并不限于LED照明，并且光源可以是其它类型的灯。该部件具有三个独立的光束成形部件21a、21b、21c。
[0062]这些光束成形部件示意性地示出在图4中。它们可以各自包括例如透镜(折射透镜或菲涅尔透镜)、准直器、漫射器或反射器、或事实上这些的组合。图2和图3的示例示出了透镜和反射准直器的组合，但这些纯粹通过示例的方式。此外，图2和图3仅示出了光学部件。灯还将包