一种用于改变光分布的光学装置的制作方法

本公开总体上涉及照明工程。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，该光源可包括例如但不是必需的一个或多个发光二极管“led”。

背景技术：

在一些应用中，由光源产生的光的分布可能是重要的或甚至是关键的。光源可以包括，例如但不是必需的，一个或多个发光二极管“led”、一个或多个白炽灯、或一个或多个气体放电灯。由光源产生的光的分布可以用诸如透镜、反射器和组合的透镜-反射器装置之类的光学装置来改变，该组合的透镜-反射器装置包括用作透镜的部分和用作反射器的部分。图1a和图1b示出了根据现有技术的用于改变光分布的示例性光学装置101的等距视图。光学装置101由折射率大于1的合适的透明材料制成。图1c示出了沿着图1a和图1b中所示的线a-a截取的截面的视图。该截平面平行于坐标系199的yz平面。此外，图1c示出了示出由光源120和光学装置101产生的光分布图案的极坐标图。在图1a至图1c中所示的示例性情形中，光学装置101的几何光轴121与坐标系199的z轴平行。光学装置101包括中心部分102，中心部分102包括透镜部104，所述透镜部104用于改变由光源120发射的光的第一部分的分布。光学装置101包括包围中心部分102并且包括锥形表面105的外围部分103。锥形表面105用作反射器表面，使得当光束从光源120到达锥形表面105处时，发生全内反射“tir”。在图1c中，用带箭头的虚线描绘了属于光的第一部分的示例性光束，用带箭头的点划线描绘了属于光的第二部分的示例性光束。

如图1c中所示的极坐标图所示，当光相对于光学装置101的几何光轴121的角度的绝对值超过约20度时，光的强度迅速降低。作为推论，当光学装置101被安装在天花板上时，诸如图1c中所示的角部区域130的区域可能保持被不充分地照明。通过增大锥形表面105的锥角和通过将透镜部104成形为较少准直，可以扩展(spread)光分布图案。但是，在许多情况下，需要将整个光分布图案保持在期望的限度内。例如，由图1c中所示的极坐标图所示的光分布图案相对于光学装置101的几何光轴121在约-45度和+45度之间。因此，在许多情况下，需要增加光分布图案的边缘区域(fringeareas)中的光强度。

技术实现要素：

下面是简要概述，以便提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。本概述不是本发明的广泛概要。其既不旨在识别本发明的重点或关键元件，也不旨在描绘本发明的范围。以下概述仅以简化形式解释本发明的一些概念，作为对本发明的示例性实施例的更详细描述的导言。

在本文中，当作为前缀使用时，“几何”一词不一定意味着是任何物理对象的一部分的几何概念。该几何概念可以是例如几何点、直的或弯曲的几何线、几何平面、非平面的几何表面、几何空间或任何其它零维、一维、二维或三维的几何实体。

根据本发明，提供了一种用于改变由光源产生的光的分布的新的光学装置。

根据本发明的光学装置由透明材料制成，并且该光学装置包括：

-中心部分，该中心部分包括透镜部，所述透镜部用于当光源相对于光学装置的几何光轴对称地定位时改变由该光源发射的光的第一部分的分布，以及

-外围部分，该外围部分包围该中心部分并且包括锥形表面，所述锥形表面用于改变由该光源发射的光的第二部分的分布。

锥形表面包括脊部，其中当光束从光源到达每个脊部的一个侧表面时，发生全内反射“tir”，并且当反射的光束到达所考虑的脊部的另一个侧表面时，发生表面穿透。因此，锥形表面既用作反射表面又用作折射表面以实现期望的光分布图案，使得当与图1c中所示的光分布图案相比较时，更多的光可以被引导到光分布图案的边缘区域。锥形表面沿着具有齿形的闭合路径与垂直于几何光轴的几何平面相交。

在本文件中，术语“锥形表面”不限于锥形表面与垂直于上述几何光轴的几何平面之间的几何截面曲线为圆形的情况。在根据本发明的光学装置中，几何截面曲线具有非圆形形状。

根据本发明，还提供了一种新的照明装置，该照明装置包括：

-光源，以及

-根据本发明的光学装置，所述光学装置用于改变由光源发射的光的分布，该光源相对于光学装置的几何光轴对称地定位。

光源可包括例如一个或多个发光二极管“led”。

根据本发明，还提供了一种新的模具，该模具的形状适于通过铸模来制造透明材料件(例如塑料)，该透明材料件具有根据本发明的光学装置的形状。

本发明的各种示例性和非限制性实施例在所附从属权利要求中描述。

当结合附图阅读时，通过以下对具体示例性实施例的描述，将最好地理解本发明关于构造和操作方法的示例性且非限制性实施例以及其附加的目的和优点。

在本文件中，动词“包含(tocomprise)”和“包括(toinclude)”用作开放性的限制，既不排除也不要求存在未列举的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中所列举的特征可以相互自由组合。此外，应当理解的是，贯穿本文的“一”或“一个”，即单数形式的使用并不排除多个。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的示例性且非限制性实施例及其优点，其中：

图1a、图1b和图1c示出了根据现有技术的用于改变光分布的光学装置，并且

图2a、图2b、图2c和图2d示出了根据本发明的示例性且非限制性实施例的光学装置。

图1a至图1c已在本文件的背景技术部分中作了解释。

具体实施方式

在下面给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则在下面给出的描述中提供的示例的列表和分组不是穷举的。

图2a和图2b示出了根据本发明的示例性且非限制性实施例的光学装置201的等距视图。图2c示出了沿着图2a和图2b中所示的线a-a截取的截面的视图。该截平面平行于坐标系299的yz平面。此外，图2c示出了极坐标图，该极坐标图示出由光源220和光学装置201产生的光分布图案。光源220可包括例如一个或多个发光二极管“led”、一个或多个白炽灯或一个或多个气体放电灯。在图2a至图2c中所示的示例性情形中，光学装置201的几何光轴221与坐标系299的z轴平行。光学装置201由折射率大于1的透明材料制成。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201的制造方法例如可以是铸模。

光学装置201包括中心部分202，该中心部分202包括透镜部204，所述透镜部204用于改变由光源220发射的光的第一部分的分布。在该示例性情况下，透镜部204的光出射表面是凸的，并且透镜部204的光入射表面包括凹中心部分和包围凹中心部分的平坦部分。光学装置201包括包围中心部分202的外围部分203，该外围部分203包括锥形表面205，所述锥形表面205用于改变由光源发射的光的第二部分的分布。在图2c中，用带箭头的虚线描绘了属于光的第一部分的示例性光束，并且用带箭头的点划线描绘了属于光的第二部分的示例性光束。根据示例性且非限制性的本发明的实施例，光学装置201和光源220构成了照明装置。光源220被机械地支撑，使得光源220相对于光学装置的几何光轴221大致对称地定位。图2c中未示出用于支撑光源220的机械支撑结构。

如图2b中所示，上述锥形表面205包括脊部。在图2b中，脊部中的一个脊部用附图标记206表示。该脊部被定向成使得该脊部垂直于该锥形表面的周向方向。图2d示出了脊部206的截面图，使得截平面平行于坐标系299的xy平面。如图2d中所示，脊部206被成形为当光束从光源到达脊部206的侧表面207a和207b中的一者处时发生全内反射“tir”，并且当反射的光束到达侧表面207a和207b中的另一者处时发生表面穿透。因此，具有脊部的锥形表面205既用作反射表面又用作折射表面，以实现由图2c的极坐标图所示的光分布图案。通过比较图2c的极坐标图和图1c的极坐标图，可以看出，利用根据本发明实施例的光学装置201获得的光分布图案和利用根据现有技术的光学装置101获得的光分布图案都相对于几何光轴在约-45度和+45度之间，但是根据本发明实施例的光学装置201将更多的光引导到光分布图案的边缘区域。

在图2a至图2d中所示的示例性光学装置201中，中心部分202相对于几何光轴221大致旋转对称，并且锥形表面205的脊部的顶部作为切线与相对于几何光轴221大致旋转对称的几何锥形表面接触。图2d中的虚线222表示上述几何锥形表面和与图2d相关的截平面之间的几何截面曲线的一部分。该截平面平行于坐标系299的xy平面。上述几何锥形表面的锥角例如可以在30度至90度的范围内。在图2c中，锥角被表示为γ。但是，根据本发明实施例的光学装置同样可以具有细长形状，使得该光学装置适合于例如荧光管的细长光源。

在图2a至图2d中所示的示例性光学装置201中，脊部的截面如图2d中所示大致为v形。每个脊部的侧表面之间的角度α优选地在55度至70度的范围内，例如约60度，以便实现以下功能，从光源到达的光束在脊部的侧表面上以全内反射的方式被反射，并且反射的光束穿透脊部的另一侧表面。但是，根据本发明实施例的光学装置也可以具有带有弯曲的、即非平面的侧表面的脊部。

在图2a至图2d中所示的示例性光学装置201包括用于机械地支撑中心部分202和外围部分203的凸缘部分208。如图2c中所示，凸缘部分208在几何光轴221的方向上位于锥形表面205和透镜部204的光出射表面之间。值得注意的是，凸缘部分208是机械支撑结构，并且在根据本发明的不同实施例的光学装置中，不同的机械支撑结构是可能的。例如，代替在图2a至图2c中所示的凸缘部分208，可以存在峡部(isthmuses)以用于支撑中心部分202和外围部分203。作为另一示例，根据本发明实施例的光学装置可以包括被连接到透镜部的光入射侧的机械支撑部分。

在根据本发明的示例性且非限制性实施例的光学装置中，透镜部204的光入射表面是颜色混合表面，使得其包括相对于彼此交替定位的会聚部和发散部。在颜色混合表面中，表现出不同波长的光束被有效地混合，从而产生以下光图案，该光图案包含了被均匀分布在该图案上的所有波长。因此，颜色混合表面与表示不同颜色(即，不同波长)的光束混合，该不同颜色(即，不同波长)是由光源的可能的非理想性(nonidealities)导致的。

在上面给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另外明确地说明，否则在上面给出的描述中提供的示例的列表和分组不是穷举的。