用于改变光分布的光学装置及其制造模具和照明装置的制造方法
【专利摘要】一种用于改变光分布的光学装置及其制造模具和照明装置，所述光学装置包括光入射表面(101)和光出射表面(102)。光入射表面包括凸形区域(103，104)并且光出射表面包括隆起(105，106)，使得凸形区域被构造成向隆起引导光。每个隆起被构造成关于该隆起的高度方向侧向偏转被引导至该隆起的光中的至少一部分。光入射表面的凸形区域可以受控的方式将光引导至隆起，并且与例如光入射表面是平滑的或者具有与隆起对应的凹陷而使得光入射表面和光出射表面之间的材料厚度是恒定的情形相比，光学装置的光学性质可更自由地设计。
【专利说明】
用于改变光分布的光学装置及其制造模具和照明装置
技术领域
[0001]本公开总体涉及照明工程。更具体地，本公开涉及一种用于改变由光源产生的光的分布的光学装置，所述光源例如可以(但并非必须)是发光二极管“LED”。
【背景技术】
[0002]由光源产生的光线分布在某些应用中可能是重要的，或者甚至是极为重要的。光源例如可以(但并非必须)是发光二极管“LED”、白炽灯或者气体放电灯。在很多情况下，需要平滑由光源所发射的光的分布，例如使得在不同观察方向上的亮度大体上是相同的或者在允许限度之内变化。用于平滑光分布图案的装置的传统例子是普通的灯罩。在很多情形中，普通灯罩的工作至少部分地基于位于光传播路径上并吸收部分光的材料。然而，这一方法会导致部分光损失并且在吸收该部分光的材料中转变为热量的情形。用于平滑光分布图案的另一方法是基于折射和/或反射光线的透明和/或反射片。该反射可以是镜面类型的反射或者在透明材料内的全内反射“TIR”。基于透明和反射片的装置的传统示例是切割玻璃吊灯。
[0003]尽管如此，在很多情形中需要光学装置提供比传统的灯罩和切割玻璃吊灯更受控的且确定的用于平滑光分布图案的光学性质。与基于透镜、棱柱和/或其他光学元件的许多光学装置相关的不便在于，需要能够机械地支撑光学元件的机械支撑结构，使得光学元件关于彼此的位置是足够精确的。通常，如果光学元件关于彼此的位置偏离它们的期望位置，那么其光学性质就会偏离期望要求。
【发明内容】
[0004]下文提供简单的概要，以便提供各种的发明实施例的一些方面的基本理解。该概要不作为本发明的广泛概述。其既不旨在标示本发明的关键或者决定性元件，也不是用于描绘本发明的范围。下面的概要仅仅是以简化的形式说明本发明的某些构思，作为本发明的示例性实施例的更详细描述的序言。
[0005]根据本发明，提供一种用于改变光线分布的新型的光学装置。根据本发明的光学装置，包括:
[0006]-第一表面，其作为用于接收光线的光入射表面，以及
[0007]-第二表面，其作为光出射表面。
[0008]第一表面包括多个凸形区域，并且第二表面包括多个隆起，使得凸形区域被构造成向隆起中的至少一些隆起引导光。隆起中的至少一些隆起中的每个隆起被构造成关于该隆起的高度方向大体侧向偏转被引导至该隆起的光中的至少一部分光。
[0009]第一表面的凸形区域使得能够以受控的方式将光引导光至隆起，并且与例如第一表面是平滑的或者具有与隆起对应的凹陷而使得第一和第二表面之间的材料厚度是大体上恒定的情形相比，光学装置的光学性质可更自由地设计。
[0010]光学装置有利地是单块材料。在该示意性情形中，不需要用于机械支撑光学元件的机械支撑结构，使得光学元件关于彼此的位置是足够精确的。
[0011]根据本发明的光学装置例如可以通过模铸来制造。根据本发明，还提供一种新型的光学装置制造模具，其具有适于通过模铸来制造根据本发明的光学装置的形状。
[0012]根据本发明，还提供一种新型照明装置，其包括至少一个光源以及至少一个根据本发明的光学装置。该至少一个光源可以包括例如一个或多个发光二极管“LED”。
[0013]本发明的一些示例性且非限制性的实施例在所附权利要求书中描述。
[0014]本发明的各种示例性且非限制性的实施例，无论是结构上还是操作方法上，与另外的目的和优势一起，将从具体示例性实施例的以下描述结合附图阅读时得到更好的理解。
[0015]在本文中所使用的动词“包括”和“具有”是开放性的限定，其既不排除也不要求未列举的特征的存在。
[0016]除非有特殊声明，在从属权利要求中所列举的特征可以互相自由地结合。此外，应该理解的是，在本文各处使用的“一”或者“一个”，即单数的方式，并不排除多个。
【附图说明】
[0017]将在下文中参考附图更详细地解释本发明的示例性且非限制性的实施例及其优势，其中:
[0018]图1a示出了包括根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的照明装置的立体图，
[0019]图1b示出了照明装置的顶视图，并且图1c示出了照明装置的部分剖视图，
[0020]图2示意了根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的细节，
[0021]图3示意了根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的细节，并且
[0022]图4示意了根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的细节。
【具体实施方式】
[0023]下面给出的描述中提供的具体示例不应该被理解为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。下面给出的描述中提供的示例的清单和组不是穷举的，除非另外明确地表不O
[0024]图1a示出了照明装置120的立体图，其包括根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置100。图1b示出了照明装置的顶视图，并且图1c示出了照明装置的部分剖视图。该剖面是沿着图1b中示出的分段线(fract1nal line)A_A截取的。与图1a-1c相关的观察方向借助于坐标系199来示意。照明装置120进一步包括光源121，其在图1c中被示意地图示。该光源可以包括例如(但非必须地)一个或多个发光二极管“LED”，一个或多个白炽灯，或者一个或多个气体放电灯。光学装置100可以由折射率大于一的透明或者半透明的固体材料制成。该透明或者半透明材料可以是例如丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅树脂或玻璃。光学装置100的制造方法例如可以是模铸。
[0025]在下文中，将参考图1c更详细地描述光学装置100。光学装置100包括:作为用于接收光线的光入射表面的第一表面101 ；以及作为光出射表面的第二表面102。第一表面101包括多个凸形区域，并且第二表面102包括多个隆起，使得凸形区域被构造成将光引导至隆起。在图1c中，凸形区域中的两个用附图标记103和104表示，并且隆起中的两个用附图标记105和106表示。隆起中的每个隆起被构造成关于考虑中的隆起的高度方向大体侧向偏转被引导至考虑中的隆起的光中的至少一部分光。在图1c中，示例性的光束由设有箭头的虚线描绘。表示该示例性光束的虚线图示了隆起之一是如何关于该隆起的高度方向大体侧向偏转光束的。在该示例性情形中，如虚线所图示，每个隆起被形成为对从第一表面101引导至考虑中的隆起的光中的至少一部分提供全内反射“TIR”，并且在反射光经由属于考虑中的隆起的第二表面102的一部分离开光学装置100时，折射所反射的光中的至少一部分。值得注意的是，根据本发明的实施例的光学装置可以进一步包括不以如上所述的方式工作的隆起。例如，除了其中光束首先被反射且随后被折射的如上所述类型的隆起之外，还可以存在其中光束仅被折射的隆起。
[0026]在图1a-1c中图示的示例性光学装置100中，隆起中的每个隆起朝向考虑中的隆起的顶端渐缩。在图1c中，隆起中的一个的顶端由附图标记107表示。每个隆起的顶端可以被形成为允许从第一表面101引导至顶端的光经由该顶端离开光学装置。顶端的形状可以是例如球面拱顶的形状。又例如，顶端可以是平坦的。在图1a-1c中图示的示例性光学装置100中，每个隆起是大体圆锥形的，并且大体旋转对称。
[0027]图1a-1c中图示的示例性光学装置100大体上是圆顶，用于改变例如光源121的大体点状光源的光分布。圆顶的内表面是用于接收来自光源121的光的第一表面102，并且圆顶的外表面是用作光出射表面的第二表面。在该示意性情形中，该圆顶大体上是半球形的。然而，还可能的是，根据本发明的实施例的光学装置具有某些其它弯曲形状，使得第一表面在弯曲形状的内侧，并且第二表面在弯曲形状的外侧。根据本发明的实施例的光学装置可以是例如直的或弯曲的细长凹槽，用于改变通过直的或弯曲的细长光源或者通过直的或者弯曲的一列许多点状光源发射的光的分布。细长凹槽可以被成形为形成例如字母、数字或其它符号，使得例如照明广告能够借助于根据本发明的合适实施例的光学装置来构造。
[0028]图2示意了根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的细节。图2示出了与图1c中所示的截面表面110对应的截面表面。表示截面表面的对角影线在图2中被省略掉，以便保持附图的简明。光学装置包括:作为用于接收光的光入射表面的第一表面201;以及作为光出射表面的第二表面202。第一表面201包括多个凸形区域，并且第二表面202包括多个隆起，使得凸形区域被构造成将光引导至隆起。在图2中，凸形区域中的一个用附图标记203表示，并且隆起中的一个用附图标记205表示。在图2中，示例性光束由带有箭头的分段线描绘。
[0029]在图2中图示的示例性光学装置中，凸形区域中的每个，例如凸形区域203，被构造成将光引导至隆起中的一个，并且凸形区域中的不同的凸形区域被构造成将光引导至隆起中的不同的隆起。如图2中所示，经由第二表面202离开光学装置的示例性光束被相对较好地混合至不同方向(mixed to different directins) ο
[0030]图3示意了根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的细节。图3示出了与图1c中所示的截面表面110对应的截面表面。标示截面表面的对角影线在图3中被省略掉，以便保持附图的简明。光学装置包括:作为用于接收光的光入射表面的第一表面301;以及作为光出射表面的第二表面302。第一表面301包括多个凸形区域，并且第二表面302包括多个隆起，使得凸形区域被构造成将光引导至隆起。在图3中，凸形区域中的一个用附图标记303表示，并且隆起中的一个用附图标记305表示。在图3中，示例性光束由带有箭头的分段线描绘。
[0031 ]在图3中所示的示例性光学装置中，凸形区域中的每个，例如凸形区域303，被构造成将光引导至隆起中的一个，并且凸形区域中的不同的凸形区域被构造成将光引导向至隆起中的不同的隆起。如图3中所示，经由第二表面302离开光学装置的示例性光束被相对较好地混合至不同方向。
[0032]图4图示了根据本发明的示例性且非限制性的实施例的光学装置的细节。图4所示的是与图1c中所示的截面表面110对应的截面表面。标示截面表面的对角影线在图4中被省略掉，以便保持附图的简明。光学装置包括:作为用于接收光的光入射表面的第一表面401;以及作为光出射表面的第二表面402。第一表面401包括多个凸形区域，并且第二表面402包括多个隆起，使得凸形区域被构造成将光引导至隆起。在图4中，凸形区域中的两个用附图标记403表示，并且隆起中的一个用附图标记405表示。在图4中，示例性光束由带有箭头的分段线描绘。
[0033]在图4中所示的示例性光学装置中，第一表面401的凸形区域构成相互邻接的凸形区域的组，例如凸形区域402，使得相互邻接的凸形区域的组中的每个组被构造成将光引导至隆起中的一个隆起，并且互相邻接的凸形区域的组中的不同的组被构造成将光引导至隆起中的不同的隆起。如图4中所示，经由第二表面402离开光学装置的示例性光束被相对较好地混合至不同方向。
[0034]从图2-4能够看出，存在许多方法来调谐根据本发明的不同实施例的光学装置的光学性质。例如，如果图2中所示隆起的顶端与图4中所示隆起的顶端类似，则用附图标记211表示的光束将离开光学装置，而不会以与图2中所示的相同的方式被反射。作为另外的示例，例如从图3中能够看出，第一表面301的凸形区域是如此强烈地凸起，使得第二表面302包括没有光或者仅仅非常少量的光被引导至其处的区域。作为第三个示例，图4中所示的第一表面401的凸形区域被成形为使得大体上没有光被引导至第二表面402的隆起的顶端。因此，光入射表面的凸形区域使得能够以受控的方式将光引导至光出射表面的隆起，并且与例如光入射表面是平滑的或者具有与隆起对应的凹陷而使得在光入射和光出射表面之间的材料厚度是大体上恒定的情形相比，光学装置的光学性质可更自由地设计。
[0035]以上描述中提供的具体示例不应该被理解成是限制所附权利要求的范围和/或适用范围。以上描述中提供的示例的清单和组不是穷举的，除非另外地明确表示。
【主权项】
1.一种用于改变光分布的光学装置(100)，所述光学装置包括: 第一表面(101，201，301，401)，所述第一表面(101，201，301，401)作为用于接收光的光入射表面，以及 第二表面(102，202，302,402),所述第二表面(102，202，302，402)作为光出射面， 其特征在于，所述第一表面包括多个凸形区域(103，104，203，303，403)，并且所述第二表面包括多个隆起(105，106，205，305，405)，使得所述凸形区域被构造成将光引导向所述隆起中的至少一些隆起，并且所述隆起中至少一些隆起中的每个隆起被构造成相对于该隆起的高度方向侧向偏转被引导到该隆起的光中的至少一部分光。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述隆起(105，106，205，305，405)中的所述至少一些隆起中的每个隆起被形成为对从所述第一表面引导至该隆起的光中的至少一部分光提供全内反射，并且在所反射的光经由属于该隆起的所述第二表面的一部分离开所述光学装置时，折射所反射的光中的至少一部分光。3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述凸形区域(203，303)中的每一个凸形区域被构造成将光引导至所述隆起中的一个隆起，并且所述凸形区域中的不同的凸形区域被构造将光引导至所述隆起中的不同的隆起。4.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述凸形区域(402)构成相互邻接的凸形区域的组，使得所述相互邻接的凸形区域的组中的每一个组被构造成将光引导至所述隆起中的一个隆起，并且所述相互邻接的凸形区域的组中的不同的组被构造成将光引导至所述隆起中的不同的隆起。5.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述隆起中的所述至少一些隆起中的每个隆起朝向该隆起的顶端(107)渐缩。6.根据权利要求5所述的光学装置，所述顶端被成形为允许从所述第一表面引导至该顶端的光经由该顶端离开所述光学装置。7.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述顶端具有球面拱顶的形状，并且该隆起的其它部分具有圆锥体的形状。8.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述隆起中的所述至少一些隆起中的每个隆起是旋转对称的。9.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述光学装置具有弯曲形状，使得所述第一表面在所述弯曲形状的内侧上，并且所述第二表面在所述弯曲形状的外侧上。10.根据权利要求9所述的光学装置，其中，所述光学装置是圆顶，用于改变点状光源的光分布，所述圆顶的内表面为所述第一表面，并且所述圆顶的外表面为所述第二表面。11.一种光学装置制造模具，所述模具具有适于通过模铸来制造根据权利要求1所述的光学装置的形状。12.—种照明装置(120)，所述照明装置(120)包括至少一个光源(121)以及至少一个根据权利要求1所述的光学装置(100)。
【文档编号】F21V5/00GK205560624SQ201521079688
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月7日
【发明人】奥利·海凯莱
【申请人】莱迪尔公司