光漫射器的制作方法

本发明一般地涉及光学设备，并且更特别地，涉及一种尤其用在诸如灯具之类的照明设备中的光漫射器。在本发明的一些方面中，光漫射器适于具有可变光漫射属性。

背景技术：

光漫射器广泛用在照明设备中，例如用在灯具中，并且允许以希望的方式散布或者散射光，以便提供例如更适于均匀照明的漫射光。

静态且均匀的光漫射器是众所周知的，其可以基于漫射反射器或者例如用磨砂玻璃制成的半透明设备。

然而，在大多数应用中，可能希望的是光漫射器被配置用于易于调适，即光漫射器具有可调节的光漫射属性。这样的光属性包括光漫射、眩光和束宽或者通常通过首字母缩写fwhm指称的半高全宽。针对灯具调节所有这些属性的能力是非常希望的。

美国专利号us8,553,341b2涉及一种电激活光学设备，其包括可变形聚合物膜衬底以及在衬底上提供的在一个实施例中为漫射结构的刚性光学元件。电极连接到衬底以便使得衬底能够变形，这进而使得刚性元件能够在衬底的位置移位。

公布的国际专利申请wo2014/013389涉及一种包括部分透明的第一层和相邻的透明的第二层的漫射器，第一层连续并且包括可拉伸弹性体，第二层为包括具有高有效刚度的材料的分段层，所述有效刚度被测量为该材料的厚度和该材料的弹性模量的乘积。

然而，上面两篇参考文献中描述的光漫射器涉及在生产中不一定容易设计和组装的复杂硬件结构，并且进一步涉及借助于电极对可拉伸结构起作用的主动执行器。再者，这样的结构相对较厚，这使得难于容易地将它们集成到灯具中而不影响其紧凑性或者装饰方面。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种光漫射器，其具有简单且廉价的设计，同时易于调节。依照本发明不同方面的光漫射器的另一个优点在于，它与现有技术中已知的光漫射器相比显著更薄，使得将它集成到紧凑的灯具中容易得多。

本发明由权利要求限定。

依照一个示例，提供了一种光漫射器，其包括光漫射元件，其中该光漫射元件包括柔性半透明材料，该光漫射器包括第一板和第二板，所述第一和第二板是刚性且半透明的，光漫射元件以这样的方式布置在所述第一和第二板之间，使得光漫射元件的一个第一面与第一板耦合，并且光漫射元件的一个第二面与第二板耦合，所述第一或第二面中的至少一个包括多个腔和/或突起（excrescence）。

基本上由夹层结构组成的光漫射器的这种配置的一个优点在于，它具有简单的结构，该简单的结构可以尤其是与如上面所描述的现有技术中已知的光漫射器结构相比以相对较低的生产成本制成。所需的元件的数量为低，并且简单地通过一块包括腔或突起的柔性材料形成的光漫射元件的制造是容易且廉价的。

在本发明的一个实施例中，第一和第二板适于被移动得更接近或者更远离彼此。

这样的实施例提供了一种简单地通过改变所述两个板之间的距离来调适光漫射器的光漫射属性的简单方式。

在本发明的一个实施例中，所述第一或第二面中的至少一个可以包括多个随机深度的腔和/或随机高度的突起。

在本发明的实施例中，柔性半透明材料可以包括硅树脂橡胶。

此外，在本发明的其他实施例中，所述第一和第二板可以用透明玻璃制成。

此外，在本发明的其他实施例中，所述第一和第二板可以基本上是平坦的。

在本发明的其他实施例中，所述第一或第二板中的至少一个可以具有透镜形状。

在本发明的其他实施例中，光漫射器可以进一步包括被配置用于改变所述第一板与第二板之间的距离的动力元件。所述动力元件可以例如包括附接到第一板的第一螺纹柱体以及附接到第二板的第二螺纹柱体，这些螺纹柱体包括匹配的螺纹部分。

本发明的另一个方面为一种灯具，其包括外壳、光源以及像在所描述的各实施例中的任一个中的那样的光漫射器。该灯具可以例如进一步包括用于改变第一和第二板之间的距离的马达引擎。该灯具可以例如进一步包括用于至少操作马达引擎的电源和驱动电路系统。

该灯具可以进一步包括通信装置，该通信装置用于将控制信号接收到用于通过改变关联的驱动电路的操作参数来调节马达引擎的操作的信号中。

本发明的另一个方面为一种用于改变穿过光漫射器的光的漫射属性的方法，该方法包括以下步骤：

-提供包括光漫射元件的光漫射器，该光漫射元件具有与第一刚性半透明板耦合的第一主表面以及与第二刚性半透明板耦合的第二主表面，光漫射元件的所述主表面中的至少一个包括多个腔或突起；

-改变所述第一板与所述第二板之间的距离，从而改变光漫射器的光漫射属性。

附图说明

现在将参照附图详细地描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了依照本发明的光漫射器的第一示例性实施例；

图2示出了本发明一个示例性实施例中的光漫射元件；

图3示出了如本发明第二示例性实施例中的分别与光漫射器分离和被光漫射器包括的光漫射元件的放大部分；

图4a和图4b分别示出了依照第二示例性实施例的光漫射器在光漫射被改变时的放大部分及其示出光线轨迹的简化截面图；

图5a和图5b示出了如本发明第二示例性实施例中的分别不包括光漫射器和包括光漫射器的灯具；

图6示出了具有不同光漫射设置的图5b所图示的灯具；

图7示出了被依照本发明的灯具或光漫射器包括的动力元件的一个示例；

图8示出了依照本发明一个方面的一种用于改变穿过光漫射器的光的漫射属性的方法。

具体实施方式

图1示出了依照本发明的光漫射器1的第一示例性实施例的透视图。在图1所图示的非限制性示例性实施例中，光漫射器1包括布置在第一板11与第二板13之间的光漫射元件10。

仍然以非限制性方式，第一和第二板11、13的形状可以基本上为球体的一部分的形状。由于光漫射元件10的柔性结构的原因，光漫射元件10的形状采用与第一和第二板11、13相同的形状，但是优选的是光漫射元件单独——即不布置在第一和第二板11、13之间时——的全局形状基本上类似于第一和第二板11、13的形状。

在其他实施例中，诸如例如此后参照图3描述的第二示例性实施例中，第一和第二板11、13以及光漫射元件10可以基本上为平坦的。

第一板11和第二板13可以是透明的、部分透明的或者半透明的。类似地，光漫射元件10可以是透明的、部分透明的或者半透明的。为了简单起见，措词“半透明”在以下描述中将是优选的。

第一板11和第二板13可以由刚性材料制成。例如，第一板11和第二板13可以由透明或者磨砂玻璃、聚（甲基丙烯酸甲酯）（pmma）或者任何具有足够的刚性和透光度属性的聚合物、有机或无机材料制成。

在简单实施例中，第一板11和/或第二板13可以具有简单的结构，像在图示的示例性实施例中那样基本上具有彼此基本上平行的两个表面。然而，这不是必需的，并且可能优选的是，第一板11和/或第二板13具有更复杂的结构。例如，第一板11和/或第二板13可以是透镜状，以便充当光束定形器，使得光漫射器1不仅允许漫射光，而且允许形成具有希望的形状的光束。光学设备领域的普通技术人员将能够容易地设计适当的透镜形状以便实现希望的光束模式。

光漫射元件10可以包括半透明柔性材料。例如，光漫射元件10可以由具有足够的弹性属性和足够的透明度属性的硅树脂橡胶制成。可以获得折射率在1.40和1.43之间并且透光性在可见范围内高于90%的良好结果。

光漫射元件10以这样的方式布置在第一和第二板11、13之间，使得光漫射元件10的一个第一主表面（图1中的上表面）与第一板11耦合，并且光漫射元件10的一个第二主表面（图1中的底部表面）与第二板13耦合。

光漫射元件10以及第一和第二板11、13形成的夹层结构使得能够容易地调节光漫射器1的光漫射属性。事实上，由于此后参照图2详细地描述的光漫射元件的结构的原因，由于第一和第二板11、13引起的压力改变，光漫射元件10的光漫射属性相应地改变。

图2示出了本发明一个示例性实施例中的光漫射元件的透视图。

依照本发明的特殊性，光漫射元件10以这样的方式配置，使得适于与第一或第二板11、13接触的它的各表面中的至少一个具有一定表面状况，例如表面粗糙度，该表面粗糙度使得它呈现多个腔200。在图2所图示的非限制性示例中，光漫射元件10的两个主表面包括多个腔200和突起201。在图中未描绘的其他实施例中，光漫射元件10的所述两个主表面中的仅仅一个可以包括这样的腔200或者突起201。

为了简单起见，可以认为光漫射元件10的主表面仅仅包括多个腔200。相反地，可以认为光漫射元件10的主表面仅仅包括多个突起201。

因此，通过调节第一和第二板11、13之间的距离或者第一和第二板11、13施加到光漫射元件10的相应主表面上的压力，有可能或多或少将突起201压到第一板11或第二板13的面向突起201的相应部分上。

所述多个腔200和/或突起201可以例如借助于形成光漫射元件10的一块柔性材料被实现之后的附加制造步骤依照规则的或者至少预定的模式进行布置。例如，多个腔200可以借助于应用到允许制造漫射元件10的模具的钻孔工艺来实现。在其他实施例中，这种模具的表面状况可以例如借助于化学或者机械侵蚀工艺来改变以用于在漫射元件10中形成腔的目的。类似地，漫射元件10本身的表面状况可以通过类似的工艺来改变。

具有其腔200和/或突起201的光漫射元件10可以借助于诸如注射成型或浇注之类的典型成型工艺来实现。

在其他实施例中，如各图所图示的，腔200和/或突起201的配置和分布可以是随机的。在这样的实施例中，光漫射器1的光漫射属性仍然可以进行很好的调节，因为总体上，所述多个腔200和/或突起201将提供可接受的光漫射属性。这样的实施例提供了这样的优点：需要简化的制造工艺，从而涉及低制造成本。

图3示出了如本发明第二示例性实施例中的分别与光漫射器分离和被光漫射器包括的光漫射元件的放大部分的透视图。

图3的顶部图示出与光漫射器结构1分离的光漫射元件10，其在所有方面类似于上文参照图2描述的光漫射元件10。

图3的底部图示出一种光漫射器1，其中光漫射元件10被轻轻地压缩在第一和第二板11、13之间。在该配置中，各突起201中的一些——即各突起201中的最高者——具有其被相应板的面对的部分挤压的自由端，并且因此具有平坦形状，这并不显著地影响通过的光线的方向。如下文尤其是参照图4b更详细地描述的，光穿过的漫射器1部分的折射率的变化事实上确定光线的轨迹，从而确定光漫射器1的全局光漫射属性。光线可以以下文中参照图4b例示的许多不同的可能顺序穿过以下介质：形成所述板中的任一个的材料、腔200的内部体积包括的材料、或者形成光漫射元件10的材料。

图4a和图4b分别示出了依照第二示例性实施例的光漫射器在光漫射改变时的放大部分及其示出光线轨迹的简化截面图。

图4a在截面图中图示出如图3所图示的光漫射器1的一部分。如图4a中可以看到的，当光漫射元件10如箭头所示被轻轻地压缩在第一和第二板11、13之间时，一些突起201a被第一板11或第二板13部分地挤压，并且从而在接触区上变平坦，而其他突起201b不与第一和第二板11、13中的任一个接触。如果施加更多的压力，即如果第一和第二板11、13置于更靠近彼此的邻近，那么很可能变平坦的表面区域将变宽，并且甚至更多的突起201将与第一和第二板11、13中的任一个接触。如上面已经提到的且通过图4b更明确地图示出的，无论配置如何，即无论分开第一和第二板11、13的距离或者由它们施加到光漫射元件10的两个主表面上的压力如何，总可以假设光漫射元件10的主表面包括具有不同形状和尺寸或者内部体积的多个腔。

现在参照图4b，绘出了一根第一光线401和一根第二光线402，它们在穿过形成光漫射器1的不同材料时具有不同的轨迹。应当理解的是，下文描述的配置、光线的方向、所描述的材料和各自的折射率仅仅作为示例而给出，并且不以任何方式限制本发明。图4b中图示出的光轨迹通过示例的方式给出，以用于更好地理解本发明的目的，并且可能并不确切地与实际轨迹相应。

第一光线401首先穿过典型地包括空气、因此具有折射率1的介质。然后，第一光线以给定入射角度进入由形成第二板13并且例如为具有折射率1.52的透明玻璃的材料组成的介质中。空气的折射率与形成第二板13的材料的折射率之间的差异引起第一光线401的方向的偏离。然后，第一光线401进入由形成光漫射元件10的材料组成的介质中，该材料例如为具有折射率1.41的透明硅树脂橡胶。玻璃的折射率与硅树脂橡胶的折射率之间的差异进而引起第一光线401的偏离。然后，第一光线401进入由形成第一板11的材料组成的介质中，该材料例如为具有折射率1.52的玻璃。硅树脂橡胶的折射率与玻璃的折射率之间的差异进而引起第一光线401的偏离。最终，第一光线401离开光漫射器1，换言之，它进入空气中，并且玻璃的折射率与空气的折射率之间的差异进而引起第一光线401的偏离。总之，第一光线401经历这样的偏离，其基本上相应于由第一光线401所穿过的所有介质的折射率差异所引起的加总的偏离。

类似地，第二光线依次穿过不同的介质，即空气，然后是玻璃，然后是由第一腔200a中包括的材料——即典型地为空气——组成的介质，然后是硅树脂橡胶，然后是第三腔200c包括的空气，然后再次为硅树脂橡胶，然后是第四腔200d包括的空气，然后是硅树脂橡胶，然后是玻璃，然后最后为空气。注意，在图4b的示例性图示中，第二光线在形成光漫射元件10的硅树脂橡胶与第二空气腔200b之间的界面处由于其到达这样的界面上时所具有的入射角度以及涉及的两种材料——即硅树脂橡胶和空气——各自的折射率的原因而被完全反射。总之，第二光线402经历了这样的偏离，其基本上相应于由第二光线402所穿过的所有介质的折射率差异所引起的加总的偏离。

图5a和图5b示出了如本发明第二示例性实施例中的分别不包括光漫射器和包括光漫射器的灯具。

参照图5a，灯具50可以包括光源501，光源501例如包括多个发光元件，所述发光元件诸如为通常通过首字母缩略词led指称的发光二极管，所述发光元件安装在衬底上，该衬底也包括适于利用适当的电流驱动led的电子部件。

灯具50也包括外壳500，光源501附接到该外壳。外壳500可以进一步包括反射器，该反射器适于反射光并且使光束适于应用需求。如图5a所图示的灯具50具有这样的结构，该结构是众所周知的并且不包括任何光漫射器，而是仅仅包括可能适于均匀地漫射光的屏幕503。

形成对照的是，如图5b所图示的灯具50具有与上面参照图4a所描述的灯具相应的总体结构，但是包括光漫射器51，该光漫射器具有在图示的示例中与上面参照图3、图4a和图4b所描述的第二实施例相应的结构。可以提供光漫射器51代替如图5a所描绘的屏幕503，或者可以除了屏幕503之外，还提供光漫射器51。

如图6所示，可以通过改变光漫射器1的第一和第二板11、13之间的距离来将不同的光漫射设置应用到灯具50。图6左上位置的第一配置(a)与灯具50未配备光漫射器1相应，某种程度上类似于图5a所图示的配置。然后，显示了一系列共9种配置，其与光漫射器的第一和第二板之间逐渐减小的距离相应。如图示的示例中可以看到的，两个板之间的距离越短，灯具50发射的光越散漫。

所有描述的实施例中的光漫射器包括的第一和第二板都可以适于被移动得远离彼此或者更靠近彼此，使得光漫射属性可以改变。

例如，在如图5a、图5b和图6所图示的灯具50中，第二板13可以牢固地固定到外壳500，而第一板11可以适于相对于第二板13移动。例如，这两个板11、13可以进一步适于总是保持彼此平行，只有它们之间的距离允许改变。

在优选的实施例中，光漫射器1可以进一步包括一个或多个被配置用于改变所述第一板11与第二板13之间的距离的动力元件。下文中参照图7描述了动力元件的一个示例。

如图7所图示的，动力元件70可以包括两个匹配的螺纹柱体711、713，螺纹至少在每个螺纹柱体711、713的外部的一部分上被实现。一个第一螺纹柱体711可以附接到第一板11，并且一个第二螺纹柱体713可以附接到第二板13。这两个螺纹柱体711、713可以具有共同的主轴；因此，如果一个螺纹柱体相对于另一个螺纹柱体旋转，那么可以改变两个板11、13之间的距离以及光漫射元件10的光漫射属性。螺纹柱体711、713可以与相应的板11、13互锁。

在可替换的实施例中，螺纹柱体711、713可以不完全与各自的板11、13互锁；例如，板11、13可以安装于在相应螺纹柱体711、713的内部中形成的凹槽中，使得由于板11、13与光漫射元件10之间的界面处的摩擦力的原因，光漫射元件10在螺纹柱体711、713相对于彼此旋转时不被弯曲。在这样的配置中，板11、13自由地相对于相应的螺纹柱体711、713旋转。

在也如图7所图示的其他实施例中，板11、13中的至少一个（在图示的示例中为二者）可以安装在与相应螺纹柱体711、713互锁的各自的基座部分711’、713’中，例如安装在基座部分中实现的如上文所描述的凹槽中。基座部分可以基本上为平坦的，并且具有适于容易与旋转工具耦合的外形。例如，基座部分可以具有多边形外形以便允许与扳手耦合。

在一些实施例中，螺纹柱体711、713也可以用透明或半透明材料制成；螺纹柱体711、713因此可以改进灯具50的装饰再现。

第一螺纹柱体711可以例如与它安装于其中的灯具外壳互锁。

在未图示出的其他实施例中，动力元件可以包括多个螺纹杆，例如四个螺纹杆，其在光漫射器基本上为平坦的并且像在图5b和图6所图示的示例性实施例中那样具有基本上方形或矩形的形状的情况下被布置成邻近光漫射器的四个角。当然，光漫射器可以具有不同的形状，并且相应地可以使用任何其他数量的螺纹杆。螺纹杆可以沿着其整个长度或者仅仅其一部分有螺纹。螺纹杆可以以这样的方式布置，使得它们穿过光漫射器的所有主要部件。例如，螺纹杆可以例如通过旋拧、压接胶合或者任何已知的固定技术牢固地固定到第二板。通孔可以通过光漫射器的主要部件来实现以便让螺纹杆以这样的方式穿过，使得螺纹杆可以穿过第二板的宽度、光漫射元件的宽度以及第一板的宽度，螺纹杆的至少一端延伸到第一板的外表面之外。各螺纹杆中的任一个的螺纹部分至少延伸到螺纹杆的延伸至第一板的外表面之外的一端。因此，可以将螺母旋拧在各螺纹杆的螺纹部分周围，并且拧紧或拧松螺母可以允许人类用户调节第一和第二板之间的距离。

在一个优选的实施例中，螺纹杆可以被例如用透明或半透明材料制成的各自的柱体包围。这些柱体因此可以改进灯具的装饰再现，同时确保光漫射器或者灯具包括的所有部件更好地机械定位和结合。

在可替换的实施例中，可以代替螺纹杆使用可能地半透明或者透明并且包括内螺纹部分的柱体，并且可以代替螺母使用螺钉以便允许调节光漫射属性。

在上面描述的实施例中，动力元件70可以进一步包括马达引擎，使得可以在无需人类任何身体努力的情况下自动地调节第一和第二板11、13之间的距离。

在其他实施例中，诸如上面参照图5b和图6所描述的灯具50之类的灯具可以包括这样的动力元件70。如果灯具50进一步包括马达引擎，那么灯具50的结构也可以包括关联的驱动电路系统和电源。

在上面描述的实施例中，灯具50可以进一步包括通信装置，例如诸如zygbee、蓝牙或wifi通信模块之类的无线连接装置，使得可以从远程命令设备接收适当的命令信号并且将其转化成用于通过改变关联的驱动电路的操作参数来调节马达引擎的操作的信号，使得可以利用用户借助于远程控制单元发送的命令相应地调节光漫射属性。

本发明的另一个方面是图8所图示的一种用于改变穿过光漫射器的光的漫射属性的方法。

依照本发明的一种用于改变穿过光漫射器的光的漫射属性的方法可以包括：步骤80，提供包括光漫射元件的光漫射器，该光漫射元件具有与第一刚性半透明板耦合的第一主表面以及与第二刚性半透明板耦合的第二主表面，光漫射元件的所述主表面中的至少一个包括多个腔或突起；接着是步骤81，改变所述第一板与所述第二板之间的距离，从而改变光漫射器的光漫射属性。

尽管在所述附图和前面的描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。

本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求的研究，能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，措词“包括”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并没有排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不意味着这些措施的组合不可以加以利用。权利要求中的任何参考符号都不应当被解释为限制范围。