專利名稱：用于光源等等的透鏡元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明首先是涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分所述的用于光源透鏡元件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的透鏡元件由透明的塑料例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)由 發(fā)光二極管(LED)發(fā)射的光的會聚，以便得到一種狹窄發(fā)射的光分布。這樣的光線發(fā)射是 符合要求的，目的在于例如能夠經(jīng)由大的距離對準(zhǔn)目標(biāo)地照明建筑物表面，或者在光源內(nèi) 部便能進(jìn)一步處理光線，并且該光線例如可以通過反射裝置被導(dǎo)向所希望的建筑物空間角 部。不過仍存在這樣的需要，S卩，在建筑物照明燈具中使用新式的光源，例如發(fā)光二極 管，它們能優(yōu)化光分布。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，進(jìn)一步開發(fā)一種具有權(quán)利要求1前序部分特征的用于 光源的透鏡元件，借其可以實現(xiàn)優(yōu)化的光分布。本發(fā)明利用權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)了上述目的，據(jù)此，其特征在于，光導(dǎo)部分具有 這樣的一些界面，它們將來自光源的并且射到第一中心部分上的光分量導(dǎo)向第二邊緣部分 以及將來自光源的并且射到第一邊緣部分的光分量導(dǎo)向第二中心部分。本發(fā)明的原理主要在于將透鏡元件這樣設(shè)計，即，設(shè)置一些相對于現(xiàn)有技術(shù)有所 改變的界面。在現(xiàn)有技術(shù)中，由光源發(fā)射的光在中心通過透鏡元件，而未受到全反射，只有 徑向靠外的光分量在位于外面的各界面上受到全反射；在按照本發(fā)明的透鏡元件中，則設(shè) 置一個位于內(nèi)部的、允許全反射的界面。這使得那些靠近透鏡元件的光軸發(fā)射的光分量能 夠首先由于全反射而向外導(dǎo)向位于外面的各界面，并且能夠從那里由于繼續(xù)的反射或全反 射而發(fā)射出去。這些光分量因此基本上是沿著一個光發(fā)射面的基本上呈環(huán)形的第二邊緣部 分發(fā)射的。然而，那些從光源出發(fā)的不是在中心、而是在邊緣側(cè)上發(fā)射的(亦即相對于透鏡 元件的光軸徑向靠外的)光分量，則由于在位于外面的界面上的反射，例如由于這些界面 的鏡面化或者由于在這些界面上的全反射，被轉(zhuǎn)向內(nèi)部，亦即轉(zhuǎn)向靠近光軸的區(qū)域。這些光 分量可以通過光發(fā)射面的一個第二中心部分發(fā)出。就此而言，在本專利申請的范圍內(nèi)，說到位于徑向外面的界面上的反射，一方面就 意味著由于全反射，亦即取決于一定的入射角，達(dá)到了光線在各界面的反射。另一方面，在 本專利申請的意義上，所說在靠外的界面上反射的概念也包括在成鏡面的界面上的反射。 特別是，為了避免產(chǎn)生漫射光，鏡面化是絕對有利的。本發(fā)明涉及這樣的透鏡元件，其由導(dǎo)光材料，如亞克力玻璃、PMMA、玻璃等材料構(gòu) 成。涉及的是這樣的透鏡元件，其提供一種狹窄的光分布。按照本發(fā)明，可以實現(xiàn)平行的射 束或者幾乎平行的射束。
優(yōu)選地，透鏡元件由一種透明的材料構(gòu)成。該透鏡元件用作與光源、優(yōu)選至少一個發(fā)光二極管(LED)或多個LED共同作用。不 過，作為光源，也可以設(shè)置光混合單元或者特別是顏色混合單元，其構(gòu)成一種復(fù)合光源。該 光混合/顏色混合源可以包括例如多個LED、一個光導(dǎo)元件和一個漫射薄膜。透鏡元件優(yōu)選在其面向光源的那側(cè)具有一第一空腔。在該空腔中可以插進(jìn)光源 或使其靠近第一空腔設(shè)置。透鏡元件優(yōu)選是固定在一印刷電路板上，在其上已事先固定了 LED。就此而言，透鏡元件至少可以以其第一空腔搭接光源。透鏡元件具有一光導(dǎo)入面，其面向光源，并且由光源發(fā)射的光是通過它進(jìn)入透鏡 元件的。透鏡元件還具有一光導(dǎo)部分，其保證光線從光導(dǎo)入面向光發(fā)射面繼續(xù)傳導(dǎo)。光導(dǎo) 部分可以具有許多具有不同光學(xué)技術(shù)功能的不同界面。透鏡元件還包括一光發(fā)射面，其背離光源。光發(fā)射面用作從透鏡元件往外發(fā)射光。光導(dǎo)入面可以分為兩個不同的部分，亦即分為一個第一中心部分和一個第一邊緣 部分。第一中心部分相對于透鏡元件的縱向中心軸線是設(shè)置在中央。透鏡元件的縱向中心 軸線構(gòu)成了所述本體(該本體上準(zhǔn)備好透鏡元件)的光軸，。光軸一方面是優(yōu)選旋轉(zhuǎn)對稱 地設(shè)計的透鏡元件的旋轉(zhuǎn)軸線，而另一方面規(guī)定了由透鏡元件發(fā)射出的光的主發(fā)射方向。第一邊緣部分基本上成環(huán)形、優(yōu)選成圓環(huán)形地圍繞第一中心部分。光發(fā)射面同樣具有一個居于中央的中心部分和一個成環(huán)形圍繞它的邊緣部分。光 發(fā)射面的邊緣部分稱為第二邊緣部分，以及，光發(fā)射面的中心部分稱為第二中心部分。第一中心部分和第二中心部分可以具有不同大小的表面區(qū)域，第一邊緣部分和第 二邊緣部分也可以具有不同的表面/面積。優(yōu)選的是，透鏡元件構(gòu)造為，使得光導(dǎo)入面明顯小于光發(fā)射面。透鏡元件的外廓近 似地設(shè)計為例如基本上成圓錐形的結(jié)構(gòu)，其橫截面一直擴(kuò)大到光發(fā)射面。透鏡元件的光導(dǎo)部分具有一些界面。在本發(fā)明的一種有利設(shè)計形式中，特別是這 樣的光學(xué)作用表面構(gòu)成了所述界面，這些表面由透鏡元件的限定出透鏡元件輪廓的外面所 形成。對此，在本專利申請的意義上，如下所述的全部表面都稱為界面，這些表面形成兩 個不同介質(zhì)之間的邊界面，例如在介質(zhì)空氣與塑料之間的過渡面，并且它們有助于實現(xiàn)光 線轉(zhuǎn)向，亦即光線折射，或者有助于實現(xiàn)部分反射。在本發(fā)明的另一可選設(shè)計形式中，對于界面，在本發(fā)明的意義上可以是光學(xué)作用 的光轉(zhuǎn)向面或光導(dǎo)面，它們并不限定透鏡元件的輪廓。透鏡元件在光導(dǎo)入面的區(qū)域內(nèi)包括一些彎曲的界面。彎曲的第一界面設(shè)置在第一 中心部分的區(qū)域內(nèi)，以及，彎曲的第二界面設(shè)置在第一邊緣部分的區(qū)域內(nèi)。彎曲的第三界面提供透鏡元件的一個外面界面的靠近光源的第一部分。彎曲的第 四界面提供透鏡元件的外面界面的遠(yuǎn)離光源的部分。最后設(shè)置一個平面構(gòu)造的第五界面，它設(shè)置在第二中心部分附近。本發(fā)明的作用原理則規(guī)定使來自于光源而照射到第一中心部分上的光分量首先 轉(zhuǎn)向平面構(gòu)造的第五界面，從那里，由于全反射被轉(zhuǎn)向第四界面，亦即徑向往外轉(zhuǎn)向。從該 第四界面，由于全反射而實現(xiàn)了向第二邊緣部分的反射，而使這些光分量能離開透鏡元件。從光源出發(fā)照射到第一邊緣部分上的這些光分量，從那里被轉(zhuǎn)向到第三界面，亦即轉(zhuǎn)向透鏡元件的位于外面的界面的靠近光源的部分，從那里由于全反射而轉(zhuǎn)向第二中心 部分。這樣，該光分量就在光發(fā)射面的區(qū)域內(nèi)從透鏡體發(fā)射出去，所述區(qū)域處于第二邊緣區(qū) 域內(nèi)部中央。借此使從光源出發(fā)的在中心設(shè)置的光分量和在外面設(shè)置的光分量在其通過光導(dǎo) 部分的路徑中就其徑向定位而言被相互交換。借此，一方面可以獲得一種具有大的口徑、亦即開口寬度的透鏡元件，其總體上允 許實現(xiàn)狹窄的、均勻的光分布。而另一方面，利用按照本發(fā)明的透鏡元件還可以實現(xiàn)這樣一 種光分布，其不再能分辨光源的光發(fā)射結(jié)構(gòu)，例如其輪廓。借此可以達(dá)到明顯更為均勻的光 分布。進(jìn)一步有利地規(guī)定，透鏡元件包括第一和第二界面。第一界面將來自光源的并且 射到第一中心部分上的各光分量由于全反射而相對于光軸導(dǎo)向外面，并且第二界面將這些 光分量由于繼續(xù)的全反射而導(dǎo)向第二邊緣部分。借此可以實現(xiàn)這樣一種透鏡元件設(shè)計結(jié) 構(gòu)，設(shè)計結(jié)構(gòu)在其中心區(qū)域或者中央沒有傳統(tǒng)的透鏡，而是有一光轉(zhuǎn)向元件。進(jìn)一步有利地規(guī)定將各界面構(gòu)造為，致使光線在光導(dǎo)部分內(nèi)部相交。借此便使得 光分量的徑向交換成為可能。透鏡元件進(jìn)一步有利地具有兩個空腔。第一空腔設(shè)置在面向光源的那側(cè)，第二空 腔設(shè)置在背離光源的那側(cè)。兩空腔允許實現(xiàn)透鏡元件的一種節(jié)省材料的設(shè)計，并使光源插 裝到第一空腔中。借此可以保持微小的光損失或者避免光損失。進(jìn)一步有利的是，將第二空腔的橫截面構(gòu)造為基本上呈三角形的。它由平的、構(gòu)成 界面的各側(cè)面所限定。三角形的頂點處在光軸的區(qū)域內(nèi)。借此可以實現(xiàn)界面的適當(dāng)布置形 式，這種布置形式一方面允許中央發(fā)射的光分量的全反射，以及還允許邊緣側(cè)發(fā)射的光分 量的光轉(zhuǎn)向。進(jìn)一步有利的是，第一空腔由一種圓篷式橫截面構(gòu)成。它具有一對彎曲的側(cè)壁和 一對彎曲的頂壁。該圓蓬式橫截面在光軸的區(qū)域內(nèi)具有篷頂點。特別是，第一空腔的橫截 面相對于透鏡體的光軸而言被構(gòu)造成鏡面對稱的。第一空腔的側(cè)壁和頂壁都是彎曲的，就此而言，便已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)中央的以及邊緣 側(cè)的光分量的聚焦。進(jìn)一步有利的是，彎曲的側(cè)壁和彎曲的頂壁分別經(jīng)由定向拐點相互連接。這樣，能 夠清楚地分開這些滿足不同光學(xué)技術(shù)功能的側(cè)壁和頂壁。進(jìn)一步有利的是，透鏡元件的光導(dǎo)部分相對于光軸而言在橫截面中是構(gòu)造為基本 上鏡面對稱的。這樣能夠達(dá)到一種旋轉(zhuǎn)對稱的光分布。進(jìn)一步有利的是，光導(dǎo)部分相對于光軸而言是構(gòu)造為基本上旋轉(zhuǎn)對稱的。這樣能 夠達(dá)到一種特別是旋轉(zhuǎn)對稱的光分布。進(jìn)一步有利的是，光導(dǎo)部分在第一中心部分的區(qū)域內(nèi)和在第二中心部分的區(qū)域 內(nèi)，優(yōu)選在光軸的區(qū)域內(nèi)具有最小的壁厚。借此，在透鏡元件作為注塑成型件進(jìn)行制造時， 在注塑成型過程中可以實現(xiàn)塑料材料的非常有利的導(dǎo)送。特別是，按這種方式可以優(yōu)化流 動性能并且也允許制造非常大的(亦即在光發(fā)射面的區(qū)域內(nèi)具有很大直徑的)透鏡元件。進(jìn)一步有利地規(guī)定，與透鏡元件的本體成一體材料接合地連接有固定安裝座。這 些固定安裝座用于例如固定元件如螺釘?shù)陌惭b。
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本發(fā)明還涉及一種按照權(quán)利要求12前序部分所述的用于光源的透鏡元件。 本發(fā)明的目的還是在于，進(jìn)一步開發(fā)一種已知型式的透鏡元件，從而可實現(xiàn)優(yōu)化 的光分布。本發(fā)明利用權(quán)利要求12的特征實現(xiàn)上述目的，據(jù)此，其特征在于界面具有一個 靠近光源的第一部分和一個遠(yuǎn)離光源的第二部分，其中，第一部分將來自光源的直接的光 分量導(dǎo)到光發(fā)射面的靠近光軸的區(qū)域上，并且，界面的第二部分在來自光源的間接的光分 量在一個位于內(nèi)部的界面上發(fā)生全反射之后才收到這些間接的光分量并將其導(dǎo)到光發(fā)射 面的遠(yuǎn)離光軸的區(qū)域上。基本原理主要在于透鏡元件的位于徑向外面的界面被分為兩部分。居于外面的 界面包括一個靠近光源的第一部分和一個遠(yuǎn)離光源的第二部分。第一部分將直接來自光源 的光分量導(dǎo)到光發(fā)射面的一個靠近透鏡體光軸的區(qū)域，優(yōu)選導(dǎo)到中心區(qū)域。居于外面的界面的第二部分將來自光源的間接的各光分量(它們首先在光導(dǎo)部 分的一個位于內(nèi)部的界面上被全反射)導(dǎo)到光發(fā)射面的一個遠(yuǎn)離光軸的區(qū)域，優(yōu)選導(dǎo)到第 二邊緣區(qū)域。借此，前文已述及的、光分量在從光導(dǎo)入面到光發(fā)射面的路徑上的徑向交換便成 為可能。關(guān)于該發(fā)明的優(yōu)點，為了避免重復(fù)，可參閱上文針對權(quán)利要求1和各從屬權(quán)利要 求所描述的優(yōu)點和作用。本發(fā)明按照權(quán)利要求13是涉及透鏡元件的一種成組件(透鏡組)，在這里，其特 點是不同的透鏡元件具有一種同樣的成比例的幾何結(jié)構(gòu)，但在其尺寸、亦即其大小方面有 所區(qū)別。就此而言，各透鏡元件對此無疑是可以分級的，并且能適應(yīng)于相應(yīng)的需要，例如適 應(yīng)于光源的尺寸規(guī)格和/或適應(yīng)于燈具的尺寸規(guī)格，或者用于實現(xiàn)所要求的光分布狹窄程度。進(jìn)一步有利的是，本發(fā)明包括一種按照要求14所述的燈具。作為燈具，在本專利申請的意義上，應(yīng)該被理解為任何在建筑物一側(cè)固定設(shè)置的 燈具，其具有至少一個光源。該燈具固定在第一個建筑物表面上并且用于第二個建筑物表 面、例如建筑物的天花板面、地面或壁面的照明，或者用于外部空間、或物體如塑像、或家具 件等等的照明。該燈具可以具有反射元件和/或第三鏡組(Tertiaroptiken )，亦即其他的光
線導(dǎo)引或光線定向或光線控制的元件。優(yōu)選的是，該燈具包括一種具有至少一個LED的光 源。此外還設(shè)置有上述型式的按照本發(fā)明的透鏡元件。該燈具也可以包括一光混合單元或顏色混合單元作為光源，其具有多個設(shè)置在一 箱形元件中的LED。該元件可以具有成鏡面的側(cè)壁，其中，在光射出口處可以設(shè)置一漫射元 件。顏色混合單元是加設(shè)在透鏡元件的第一空腔處，以使得已經(jīng)混色的光線進(jìn)入透鏡體的 光導(dǎo)入面。就此而言，透鏡元件除了實現(xiàn)特別狹窄的光分布外，還可確保實現(xiàn)特別良好的均 勻混色并且防止對于光發(fā)射結(jié)構(gòu)的可分辨性。


本發(fā)明的其它 優(yōu)點參見那些未在上文中引證的從屬權(quán)利要求以及下面對附圖中 所示本發(fā)明的實施例所做的說明。附圖中示出圖1現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件的部分剖開的示意圖，示出了一部分光線的延伸走向；圖2按照本發(fā)明的透鏡元件的第一實施例的類似于圖1的視圖；圖3圖2的透鏡元件的示意性透視圖；圖4圖3的透鏡元件大致沿著圖3中視向箭頭IV的俯視圖；圖5圖4的透鏡元件按圖4中視向箭頭V的視圖；圖6圖4的透鏡元件大致沿著圖4中剖切線VI-VI部分剖開的示意性視圖；圖7圖4的透鏡元件大致沿著圖4中剖切線VII-VII部分剖開的示意性視圖；圖8利用按圖1的現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件在待照明的建筑物表面上所產(chǎn)生的光分布 的大大簡化示意的視圖；圖9在不改變光源的情況下利用按圖2的本發(fā)明的透鏡元件所產(chǎn)生的光分布的類 似圖8的視圖；圖10按照本發(fā)明的透鏡元件連同在其上安裝的顏色混合箱的大大簡化示意的部 分剖開的視圖；圖11圖10的實施例，示意說明了光線的延伸走向；圖12按照本發(fā)明的透鏡元件的另一實施例連同在其上安裝的有所改變的顏色混 合箱的類似于圖11的視圖；圖13按照本發(fā)明燈具的一種實施例的部分剖開的示意圖，其使用了按照本發(fā)明 的透鏡元件。
具體實施例方式關(guān)于以下針對附圖的說明，首先應(yīng)清楚的一點是出于簡明起見，相同的或彼此相 當(dāng)?shù)牟考蛟?，即使涉及不同的實施例，都一律用相同的附圖標(biāo)記表示，只是部分地在后 面添加了小寫字母。借助圖1，首先來說明現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件20及其光學(xué)技術(shù)的工作模式圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件20，其具有一種大致呈H形的橫截面。透鏡體由兩 個垂直的H臂24a、24b和一個水平的H臂25構(gòu)成。透鏡元件包括一個面向光源23特別是 LED的第一空腔21和一個背離LED23的第二空腔22。水平的H臂25具有一個凸面彎曲的下面26和一個凸面彎曲的上面27?？傮w上， 水平的H臂25就此而言是構(gòu)成了一種聚光透鏡，亦即投影位置。用L1表示的來自LED23的中央光束發(fā)生兩次折射，并作為基本上平行的射束離開 透鏡元件20的上面27。透鏡元件20的水平的H臂25因此起到了一種聚光透鏡的作用?，F(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件20具有一個位于徑向外面的界面28，其構(gòu)造得輕微彎曲或 者幾乎為平面。在該界面28上，來自光源23的在邊緣側(cè)、亦即徑向靠外發(fā)射的并且射到界 面28上的光L2發(fā)生全反射。借此也發(fā)射出這樣一個射束，該射束基本上平行于透鏡元件 20的光軸M定向并且沿這個主發(fā)射方向M離開透鏡元件20。
與此相對，圖2則示出了按照本發(fā)明的透鏡元件10的第一實施例。該透鏡元件10設(shè)計得明顯比現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件更大，并且具有較大的開口寬 度W，即所謂口徑。不同于現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件20的基本結(jié)構(gòu)，按照本發(fā)明的透鏡元件10沒有H形 橫截面，而是具有一種基本上為W形的橫截面。該W形橫截面導(dǎo)致形成一個面向光源13的 第一空腔11和一個背離光源13的第二空腔12。 作為光源，對于該實施例首先是要采用LED13。第一空腔11具有一種基本上呈圓篷形的橫截面，其由兩個彎曲的側(cè)壁14a、14d和 兩個彎曲的頂壁14b、14c限定邊界。第二空腔12基本上成三角形地構(gòu)造并且由兩個平的側(cè)面15a、15b限定邊界。透鏡元件10的外輪廓可以分為一個靠近光源13的第一部分29和一個遠(yuǎn)離光源 的第二部分30。觀察按圖2的透鏡元件10的橫截面，可以看到，光源附近的部分29是由一對彎曲 的界面16a、16c所限定，而背離光源的部分30是由一對彎曲的界面16b、16d所限定。如同圖1的視圖那樣，在圖2中只是在透鏡元件10的一半橫截面范圍內(nèi)說明光束 延伸。但對于專業(yè)技術(shù)人員來說很清楚的是，由于按照本發(fā)明的透鏡元件10具有旋轉(zhuǎn)對稱 的結(jié)構(gòu)設(shè)計，正如例如由圖3至7看出的那樣，因此，它原則上導(dǎo)致一種基本上旋轉(zhuǎn)對稱的 光分布，對此后文還要進(jìn)行說明。觀察圖2，可以清楚地看出來自設(shè)置在透鏡元件10光軸M區(qū)域內(nèi)的LED13的一個 徑向靠內(nèi)的居于中央的第一光線射束L1和一個徑向靠外的第二光線射束L2。光線射束L2 按圖2大致包括全部的那些來自LED13在0°與45°角度之間發(fā)射的光束。光線射束L2的 全部光束射到界面14a上并且由于其凸面的結(jié)構(gòu)而被聚焦。它們緊接著射到界面16a并被 在這里又重新被反射，例如由于該界面的鏡面化。按這種方式反射的光線射束L2'被徑向 轉(zhuǎn)向內(nèi)部并且射到界面15b上。在界面15b上，射線被略微折射并且作為光線射束L2"離 開透鏡元件10。光線射束L2"基本上平行于光軸M定向。徑向靠內(nèi)的第二光線射束L1包括全部的那些來自LED13在大于45°且小于90° 角度之間發(fā)射的光線射束。光線射束“的光線射到同樣凸面彎曲的界面14b上并因此被聚 束。該光線射束L1'被投到界面15b的內(nèi)面上并在其上全反射。其實現(xiàn)徑向向外的反射。 全反射的光束表示為L1 “并且投到透鏡元件10的外輪廓的界面16b上。在該界面16b上發(fā) 生一種繼續(xù)的反射，從而光線射束L1"由于反射而作為光線射束L1"‘離開透鏡元件10。 光線射束L1 “‘也基本上平行于透鏡元件10的光軸M定向?？傊簿涂梢源_定，界面15a、15b在第二中心部分33的區(qū)域內(nèi)一方面是全反射、 另一方面是光折射的。補充說明的是兩光束Lp L2的分組在45°的臨界角中是任意采取的。也有可能 在不同的臨界角情況下，例如在大于30°或小于60°的臨界角情況下采取兩光束LpL2之 間的區(qū)分。很明顯的是，第一空腔11的內(nèi)面提供一光導(dǎo)入面18，其具有一第一中心部分31 和一第一邊緣部分32。第一邊緣部分32基本上成環(huán)形圍繞第一中心部分31。由一對界面 14b、14c提供第一中心部分31以及由一對界面14a、14d提供第一邊緣部分32。
透鏡元件10還具有一光發(fā)射面19，其同樣具有一第二中心部分33和一第二邊緣 部分34。通過環(huán)形端面17提供第二邊緣部分34，并且通過一對界面15a、15b提供第二中 心部分33。

按圖2所示的各光線的延伸走向說明來自LED13的徑向靠內(nèi)的、亦即靠近光軸M 發(fā)射的光線在第二邊緣部分34的區(qū)域內(nèi)通過光反射面19離開透鏡體10。不過由LED13發(fā)射的邊緣的光分量(它們沿徑向觀察是處在上述光分量之外)在 第二中心部分33的區(qū)域內(nèi)離開透鏡體10。因此發(fā)生了光分量Lp L2到光線射束L2" ,L1"的徑向交換。通過該徑向交換，光 發(fā)射的光源13的結(jié)構(gòu)不再是可分辨的。透鏡元件10在按照本發(fā)明的燈具中可以用于建筑 物表面的照明，而不會在建筑物表面上或在由燈具得到的光分布中仍可以看到光源的結(jié)構(gòu) 或輪廓。這是特別符合要求的，從而實現(xiàn)對建筑物表面的均勻照明。此外，通過按照本發(fā)明的各光分量的轉(zhuǎn)向提供了這樣的可能性，S卩，提供一種具有 大開口寬度W的透鏡元件，由此實現(xiàn)非常狹窄地發(fā)射的光分布。借此，也可以以高的光通量 均勻地并且對準(zhǔn)目標(biāo)地照明那些即使遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開燈具40設(shè)置的建筑物表面。特別是，也能夠 將狹窄發(fā)射的光源如LED用于構(gòu)成一個聚點燈具。借助圖3可以看出按照本發(fā)明的透鏡元件10除本來的透鏡體35 (它包括光導(dǎo)入 面18、光發(fā)射面19和光導(dǎo)部分36)之外，還具有用于固定元件的固定安裝座37a、37b、37c、 37d。固定安裝座37a、37b、37c、37d由透明的導(dǎo)光材料PMMA成一體材料接合地構(gòu)成為注塑 成型件。圖4清楚地示出圍繞光軸M旋轉(zhuǎn)對稱地構(gòu)造透鏡元件10的本體35。而各固定 安裝座可以固定在角狀突出的凸緣38a、38b、38c、38d上，它們可以導(dǎo)致本體的上面基本上 呈現(xiàn)正方形輪廓。這樣，也允許沿著一個平面并排地設(shè)置成組的多個按照該設(shè)計形式構(gòu)造 的透鏡元件10，從而形成按照網(wǎng)柵方式的由多個相同的透鏡元件組成的排列狀或平面狀的 結(jié)構(gòu)和成組系統(tǒng)。對此，邊緣面39a、39b、39c、39d也可以提供用于各鄰接的透鏡元件的接 觸面并且能夠?qū)崿F(xiàn)它們的簡單定位。圖6和7清楚地示出固定安裝座37a、37c設(shè)計為空心的結(jié)構(gòu)并且能夠?qū)⒐潭ㄔ?件穿過。圖13示出按照本發(fā)明的燈具40的部分剖開的示意視圖。在此可以看出一個印刷電路板41，在其上以傳統(tǒng)的方式固定著LED13，例如焊牢。 印刷電路板41在上面和/或在下面具有未示出的印制線路。特別是，還可以設(shè)置其他的未 示出的電氣及電子構(gòu)件。圖13也沒有示出用于光源13的供電導(dǎo)線。透鏡元件10以其下面43在一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)支承在印刷電路板41的上面42上。 固定安裝座37a、37c由螺釘元件44a、44b穿過，它們擰緊在印刷電路板41上。固定螺釘 44a,44b以其加寬的頭部45a、45b將透鏡體10壓到印刷電路板41的上面42。在透鏡元件10的第一空腔11中設(shè)置光源13。由多個LED13或至少一個LED13發(fā) 射的光以符合圖2中說明的光線特性離開透鏡元件10。另一所謂第三鏡組46可以在一個端封盤或一個漫射元件的范圍內(nèi)設(shè)置在燈具 上。印刷電路板41經(jīng)由殼體壁區(qū)域47a、47b相對于第三鏡組46固定?；蛘撸梢赃x擇用圖13中虛線示出的殼體48包圍印刷電路板41。按照本發(fā)明的燈具40用于產(chǎn)生一種狹窄的定向的光分布。借助圖8和9現(xiàn)在要說明的是，利用按圖1和2的透鏡元件可達(dá)到怎樣的光分布。

以下假定傳統(tǒng)的正方形幾何形狀的LED電路板的唯一一個LED與按現(xiàn)有技術(shù)的 傳統(tǒng)的透鏡元件20共同作用。按這種方式產(chǎn)生的光分布示于圖8中。圖8的左邊部分示 出了具有不同光強度的8個區(qū)域的圖例。圖8的右邊部分示出在照明的建筑物表面上所產(chǎn) 生的光分布。可以看出，在光分布中描繪出正方形的LED電路板的幾何形狀、亦即LED的光 發(fā)射面的輪廓。正方形的形狀是明顯可見的。圖9示出了這樣的光分布，其在使用相同LED的情況下在采用按照本發(fā)明的按圖2 的透鏡元件10時能夠?qū)崿F(xiàn)可以看出，LED電路板的正方形輪廓不再是可分辨的。而是達(dá) 到了 一種基本上旋轉(zhuǎn)對稱的光分布以及其對比適度。通過圖8和9的比較可明顯看出，在現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件中，居于中央設(shè)置的投影 透鏡描繪了光射出面的輪廓。按照本發(fā)明的視準(zhǔn)透鏡，在居于中央的、在中間設(shè)置的區(qū)域內(nèi) 未使用聚光透鏡并且首次不包括投影透鏡。以下要借助圖10至12說明作為光源13，按照本發(fā)明的燈具40也可以使用這樣 一種元件，它可稱為顏色混合箱或光混合箱。在圖10和11的實施例中，直接在光入射面18上加設(shè)一個光混合箱49。光混合 箱49可以具有例如為正方形的橫截面并且包括底壁50、側(cè)壁51a、51b和頂蓋元件52。在 底面50上設(shè)置多個例如不同顏色的LED 53a、53b。由LED 53a、53b，相應(yīng)于朗伯(Lambert) 分布將光發(fā)射出去。側(cè)壁51a、51b是鏡面化的或者設(shè)計為漫散射的。由于多次反射而導(dǎo)致 LED光的真正混勻，這一點例如借助圖11中示出的示意光線延伸走向加以說明。箱形元件49的頂蓋壁52由半透明的漫射薄膜提供。通過該漫射元件52還會繼 續(xù)混勻已經(jīng)由于多次反射而混色的光。因此，便由一種復(fù)合元件提供了初級的光源49。由漫射薄膜52發(fā)射的光進(jìn)入第一空腔11并且射到光入射面18上。在那里，按照 圖2的光線延伸走向被轉(zhuǎn)送。對此來說，在使用復(fù)合構(gòu)造的顏色混合箱49的情況下利用透 鏡元件10也達(dá)到了一種狹窄發(fā)射的光分布。此外，由于內(nèi)部的和外面的光分量Lp L2的徑 向交換，按照上面在圖2實施例中描述的光傳導(dǎo)實現(xiàn)了 使得繼續(xù)的混色成為可能。就此而 言，利用按照本發(fā)明的燈具40(它使用按照本發(fā)明的透鏡元件10和按照圖10和11實施例 的顏色混合箱49)，也可以得到一種特別好的混色效果并且阻止各個顏色不同的單光源的 分辨。在圖12的實施例中設(shè)置了一個類似于圖10和11的實施例的光混合箱49，不過它 沿著光軸M的方向在軸向構(gòu)造得較長。由此還可以增大反射的次數(shù)，從而進(jìn)一步改善混勻 的程度。同樣，按照本發(fā)明的透鏡元件10由于各光分量的徑向交換而保證了一種特別狹窄 發(fā)射的光分布，并且保證實現(xiàn)特別好的混色。應(yīng)該補充說明的是通過透鏡元件10延伸的 光線的數(shù)量，在圖12的實施例中，為簡明起見，相對于在顏色混合箱49內(nèi)示出的光線的數(shù) 量被明顯減少地表示。按照本發(fā)明的視準(zhǔn)透鏡10具有一壁厚T (這一點例如借助圖6可以清楚地看出)， 其在光軸M的區(qū)域內(nèi)是最小的。借此，在制造按照本發(fā)明的透鏡元件10時，在注塑成型過 程中可以優(yōu)化塑料流動。材料可以以需要的精度一直流到透鏡元件10的中心，并且按這種方式在冷卻時均勻地收縮，從而可以達(dá)到各界面的所要求的輪廓。按照本發(fā)明按圖6的透鏡元件10的橫截面特別是不受收縮約束的。第一收縮部(其在注塑成型材料從外向內(nèi)那邊流動時看去)是在中間在最小壁厚T區(qū)域內(nèi)的居于中心 的收縮部。但由于有利地在多個徑向靠外的注射點進(jìn)行注射，因此，塑料材料總是可以一直 流到中心，而沒有流動障礙。與現(xiàn)有技術(shù)的透鏡元件20相比，按照本發(fā)明的透鏡元件可以制造得明顯更大， 正如由圖1和2的比較所表明的那樣。空腔11也可以構(gòu)造得相當(dāng)大，以便安裝一個或 多個LED。特別是，在第一空腔11中現(xiàn)在可以安置小的和少量的、必要時僅僅唯一一 個的LED。另一方面，空腔的大尺寸也允許安置更多個LED。特別是也可以使用多片式 LED(Multi-Chip-LED)，直接將其裝入空腔11中即可，而這無需按照圖10至12實施例的顏 色混合箱49構(gòu)件。應(yīng)該補充說明的是第一空腔11的開口寬度B在圖6的實施例中例如為7mm。與 此相比，傳統(tǒng)的LED芯片的芯片尺寸目前約為IX 1mm。復(fù)式LED芯片(Multi-LED-Chip)具 有4 X 4mm的尺寸，因此可被安置于第一空腔11中。原則上還應(yīng)補充說明的是在使用小尺寸的LED和較大設(shè)計的按照本發(fā)明的視準(zhǔn) 透鏡10時，可以得到一種特別狹窄的光分布。不過，按照本發(fā)明的透鏡元件10也可以與較 大尺寸的光源一起使用，并且還總是能確保實現(xiàn)狹窄的光分布。
權(quán)利要求
1.用于光源(13)的透鏡元件(10)，特別是用于至少一個LED，該透鏡元件包括一個由 導(dǎo)光材料構(gòu)成的本體(35)，帶有一光導(dǎo)入面(18)、一光導(dǎo)部分(36)和一光發(fā)射面(19)，其 中，所述光導(dǎo)入面具有一個靠近本體的光軸(M)的居于中央的第一中心部分(31)和一個基 本上成環(huán)形圍繞所述第一中心部分的第一邊緣部分(32)，并且，所述光發(fā)射面具有一個靠 近本體的光軸的居于中央的第二中心部分(3 和一個基本上成環(huán)形圍繞所述第二中心部 分的第二邊緣部分(34)；其特征在于，所述光導(dǎo)部分具有這樣的界面(lfe、Mb、16b、16d)， 它們將來自光源(1 的并且射到第一中心部分(31)上的光分量(L1)導(dǎo)向第二邊緣部分 (34)；還具有這樣的界面(Ha、14d、16a、16C)，它們將來自光源的并且射到第一邊緣部分 (32)上的光分量(L2)導(dǎo)向第二中心部分(33)。
2.按照權(quán)利要求1所述的透鏡元件，其特征在于，所述界面包括第一界面(15a、15b)和 第二界面(16b、16d)，其中，所述第一界面(lfe、15b)使來自光源(13)的并且射到第一中 心部分(31)上的光分量(L1)由于全反射而相對于光軸(M)導(dǎo)向外面，所述第二界面(16b、 16d)使該光分量(L1")由于繼續(xù)的全反射或反射，特別是由于第二界面的鏡面化，而導(dǎo)向 第二邊緣部分(34)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的透鏡元件，其特征在于，各界面(14a、14b、14c、14d、15a、 15b、16a、16b、16c、16d)構(gòu)造為，致使光線在所述光導(dǎo)部分(36)內(nèi)部相交。
4.按照上述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件，其特征在于，所述本體(3 在其面向光 源(1 的那側(cè)具有一個第一空腔(11)以及在其背離光源的那側(cè)具有一個第二空腔(12)。
5.按照權(quán)利要求4所述的透鏡元件，其特征在于，所述第二空腔(12)的橫截面基本上 成三角形地構(gòu)造并且由平的側(cè)面(15a、15b)限定邊界。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的透鏡元件，其特征在于，所述第一空腔(11)具有一種圓 篷式橫截面，該圓篷式橫截面由一對彎曲的側(cè)壁(14a、14d)和一對彎曲的頂壁(14b、14c) 所構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求6所述的透鏡元件，其特征在于，各彎曲的側(cè)壁(Ha、14d)和頂壁 (14bU4c)分別通過定向拐點相互連接。
8.按照上述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件，其特征在于，所述光導(dǎo)部分(36)相對于 光軸(M)而言在橫截面中是構(gòu)造為基本上鏡面對稱的。
9.按照上述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件，其特征在于，所述光導(dǎo)部分(36)相對于 光軸(M)而言是構(gòu)造為基本上旋轉(zhuǎn)對稱的。
10.按照上述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件，其特征在于，所述光導(dǎo)部分(36)在第 一中心部分(31)的區(qū)域內(nèi)和在第二中心部分(3 的區(qū)域內(nèi)，特別是靠近光軸(M)，具有最 小的壁厚。
11.按照上述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件，其特征在于，與本體(3 成一體材料 接合地連接有用于固定元件(44a、44b)如螺釘?shù)墓潭ò惭b座(37a、37b、37c、37d)。
12.用于光源(13)的透鏡元件(10)，特別是用于至少一個LED，該透鏡元件包括一個 由導(dǎo)光材料構(gòu)成的本體(35)，帶有一光導(dǎo)入面(18)、一光導(dǎo)部分(36)和一光發(fā)射面(19)， 其中，所述光導(dǎo)部分具有相對于本體的光軸(M)位于外面的、能實現(xiàn)反射的界面(16a、16b、 16c、16d)；其特征在于，所述界面具有一個靠近光源(1 的第一部分(16a、16c)和一個遠(yuǎn) 離光源的第二部分(16b、16d)，其中，所述第一部分(16a、16c)將來自光源的直接的光分量(L2)導(dǎo)到光發(fā)射面(19)的靠近光軸(M)的區(qū)域(33)上，并且，所述界面的第二部分(16b、 16d)在來自光源(13)的間接的光分量(L1)在一個位于內(nèi)部的界面(lfe、15b)上發(fā)生全反 射之后才收到該間接的光分量并將其導(dǎo)到光發(fā)射面(19)的遠(yuǎn)離光軸(M)的區(qū)域(34)上。
13.按照上述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件(10)的成組件，其特征在于，設(shè)置一個 較大的第一透鏡元件和一個較小的第二透鏡元件，它們具有同樣的成比例的幾何結(jié)構(gòu)，而 只是大小不同。
14.燈具(40)，包括至少一個光源(13)，特別是至少一個LED，還包括至少一個按照上 述權(quán)利要求之一項所述的透鏡元件(10)。
15.按照權(quán)利要求14所述的燈具，其特征在于，設(shè)置至少一個特別是發(fā)射單色光的LED 作為光源(13)。
16.按照權(quán)利要求14或15所述的燈具，其特征在于，設(shè)置至少一個發(fā)射可變色的光的 LED或許多個總體發(fā)射可變色的光的LED (53a、53b)作為光源。
17.按照權(quán)利要求14至16之一項所述的燈具，其特征在于，設(shè)置一顏色混合單元09) 作為光源，它包括一個箱形的、特別是沿著透鏡元件的光軸(M)方向延伸的元件(49)，該元 件具有鏡面化的側(cè)壁(51a、51b)，在其底面(50)上設(shè)置一個或多個LED。
18.按照權(quán)利要求17所述的燈具，其特征在于，在箱形元件09)的光射出口的區(qū)域內(nèi) 設(shè)置一漫射元件(52)，特別是漫射薄膜。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及一種用于光源(13)的透鏡元件(10)，特別是用于至少一個LED，包括由導(dǎo)光材料構(gòu)成的本體(35)，該本體具有光導(dǎo)入面(18)、光導(dǎo)部分(36)和光發(fā)射面(19)，其中，光導(dǎo)入面具有靠近本體的光軸(M)的居于中央的第一中心部分(31)和基本上成環(huán)形圍繞第一中心部分的第一邊緣部分(32)，并且光發(fā)射面具有靠近本體的光軸的居于中央的第二中心部分(33)和基本上成環(huán)形圍繞第二中心部分的第二邊緣部分(34)。其特點在于光導(dǎo)部分具有這樣的界面，它們將來自光源的并且射到第一中心部分(31)上的光分量(L1)導(dǎo)向第二邊緣部分(34)；還具有這樣的界面，它們將來自光源的并且射到第一邊緣部分(32)上的分量(L2)導(dǎo)向第二中心部分(33)。
文檔編號F21V19/00GK102072457SQ201010526070
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
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