用于改變光分布的光學裝置及其制造模具和照明裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于改變光分布的光學裝置及其制造模具和照明裝置，所述光學裝置包括光入射表面(101)和光出射表面(102)。光入射表面包括凸形區(qū)域(103，104)并且光出射表面包括隆起(105，106)，使得凸形區(qū)域被構(gòu)造成向隆起引導光。每個隆起被構(gòu)造成關于該隆起的高度方向側(cè)向偏轉(zhuǎn)被引導至該隆起的光中的至少一部分。光入射表面的凸形區(qū)域可以受控的方式將光引導至隆起，并且與例如光入射表面是平滑的或者具有與隆起對應的凹陷而使得光入射表面和光出射表面之間的材料厚度是恒定的情形相比，光學裝置的光學性質(zhì)可更自由地設計。
【專利說明】
用于改變光分布的光學裝置及其制造模具和照明裝置
技術領域
[0001]本公開總體涉及照明工程。更具體地，本公開涉及一種用于改變由光源產(chǎn)生的光的分布的光學裝置，所述光源例如可以(但并非必須)是發(fā)光二極管“LED”。
【背景技術】
[0002]由光源產(chǎn)生的光線分布在某些應用中可能是重要的，或者甚至是極為重要的。光源例如可以(但并非必須)是發(fā)光二極管“LED”、白熾燈或者氣體放電燈。在很多情況下，需要平滑由光源所發(fā)射的光的分布，例如使得在不同觀察方向上的亮度大體上是相同的或者在允許限度之內(nèi)變化。用于平滑光分布圖案的裝置的傳統(tǒng)例子是普通的燈罩。在很多情形中，普通燈罩的工作至少部分地基于位于光傳播路徑上并吸收部分光的材料。然而，這一方法會導致部分光損失并且在吸收該部分光的材料中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃康那樾巍Ｓ糜谄交夥植紙D案的另一方法是基于折射和/或反射光線的透明和/或反射片。該反射可以是鏡面類型的反射或者在透明材料內(nèi)的全內(nèi)反射“TIR”?；谕该骱头瓷淦难b置的傳統(tǒng)示例是切割玻璃吊燈。
[0003]盡管如此，在很多情形中需要光學裝置提供比傳統(tǒng)的燈罩和切割玻璃吊燈更受控的且確定的用于平滑光分布圖案的光學性質(zhì)。與基于透鏡、棱柱和/或其他光學元件的許多光學裝置相關的不便在于，需要能夠機械地支撐光學元件的機械支撐結(jié)構(gòu)，使得光學元件關于彼此的位置是足夠精確的。通常，如果光學元件關于彼此的位置偏離它們的期望位置，那么其光學性質(zhì)就會偏離期望要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]下文提供簡單的概要，以便提供各種的發(fā)明實施例的一些方面的基本理解。該概要不作為本發(fā)明的廣泛概述。其既不旨在標示本發(fā)明的關鍵或者決定性元件，也不是用于描繪本發(fā)明的范圍。下面的概要僅僅是以簡化的形式說明本發(fā)明的某些構(gòu)思，作為本發(fā)明的示例性實施例的更詳細描述的序言。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于改變光線分布的新型的光學裝置。根據(jù)本發(fā)明的光學裝置，包括:
[0006]-第一表面，其作為用于接收光線的光入射表面，以及
[0007]-第二表面，其作為光出射表面。
[0008]第一表面包括多個凸形區(qū)域，并且第二表面包括多個隆起，使得凸形區(qū)域被構(gòu)造成向隆起中的至少一些隆起引導光。隆起中的至少一些隆起中的每個隆起被構(gòu)造成關于該隆起的高度方向大體側(cè)向偏轉(zhuǎn)被引導至該隆起的光中的至少一部分光。
[0009]第一表面的凸形區(qū)域使得能夠以受控的方式將光引導光至隆起，并且與例如第一表面是平滑的或者具有與隆起對應的凹陷而使得第一和第二表面之間的材料厚度是大體上恒定的情形相比，光學裝置的光學性質(zhì)可更自由地設計。
[0010]光學裝置有利地是單塊材料。在該示意性情形中，不需要用于機械支撐光學元件的機械支撐結(jié)構(gòu)，使得光學元件關于彼此的位置是足夠精確的。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的光學裝置例如可以通過模鑄來制造。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新型的光學裝置制造模具，其具有適于通過模鑄來制造根據(jù)本發(fā)明的光學裝置的形狀。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種新型照明裝置，其包括至少一個光源以及至少一個根據(jù)本發(fā)明的光學裝置。該至少一個光源可以包括例如一個或多個發(fā)光二極管“LED”。
[0013]本發(fā)明的一些示例性且非限制性的實施例在所附權利要求書中描述。
[0014]本發(fā)明的各種示例性且非限制性的實施例，無論是結(jié)構(gòu)上還是操作方法上，與另外的目的和優(yōu)勢一起，將從具體示例性實施例的以下描述結(jié)合附圖閱讀時得到更好的理解。
[0015]在本文中所使用的動詞“包括”和“具有”是開放性的限定，其既不排除也不要求未列舉的特征的存在。
[0016]除非有特殊聲明，在從屬權利要求中所列舉的特征可以互相自由地結(jié)合。此外，應該理解的是，在本文各處使用的“一”或者“一個”，即單數(shù)的方式，并不排除多個。
【附圖說明】
[0017]將在下文中參考附圖更詳細地解釋本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例及其優(yōu)勢，其中:
[0018]圖1a示出了包括根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的照明裝置的立體圖，
[0019]圖1b示出了照明裝置的頂視圖，并且圖1c示出了照明裝置的部分剖視圖，
[0020]圖2示意了根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的細節(jié)，
[0021]圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的細節(jié)，并且
[0022]圖4示意了根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的細節(jié)。
【具體實施方式】
[0023]下面給出的描述中提供的具體示例不應該被理解為限制所附權利要求書的范圍和/或適用性。下面給出的描述中提供的示例的清單和組不是窮舉的，除非另外明確地表不O
[0024]圖1a示出了照明裝置120的立體圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置100。圖1b示出了照明裝置的頂視圖，并且圖1c示出了照明裝置的部分剖視圖。該剖面是沿著圖1b中示出的分段線(fract1nal line)A_A截取的。與圖1a-1c相關的觀察方向借助于坐標系199來示意。照明裝置120進一步包括光源121，其在圖1c中被示意地圖示。該光源可以包括例如(但非必須地)一個或多個發(fā)光二極管“LED”，一個或多個白熾燈，或者一個或多個氣體放電燈。光學裝置100可以由折射率大于一的透明或者半透明的固體材料制成。該透明或者半透明材料可以是例如丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光學硅樹脂或玻璃。光學裝置100的制造方法例如可以是模鑄。
[0025]在下文中，將參考圖1c更詳細地描述光學裝置100。光學裝置100包括:作為用于接收光線的光入射表面的第一表面101 ；以及作為光出射表面的第二表面102。第一表面101包括多個凸形區(qū)域，并且第二表面102包括多個隆起，使得凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導至隆起。在圖1c中，凸形區(qū)域中的兩個用附圖標記103和104表示，并且隆起中的兩個用附圖標記105和106表示。隆起中的每個隆起被構(gòu)造成關于考慮中的隆起的高度方向大體側(cè)向偏轉(zhuǎn)被引導至考慮中的隆起的光中的至少一部分光。在圖1c中，示例性的光束由設有箭頭的虛線描繪。表示該示例性光束的虛線圖示了隆起之一是如何關于該隆起的高度方向大體側(cè)向偏轉(zhuǎn)光束的。在該示例性情形中，如虛線所圖示，每個隆起被形成為對從第一表面101引導至考慮中的隆起的光中的至少一部分提供全內(nèi)反射“TIR”，并且在反射光經(jīng)由屬于考慮中的隆起的第二表面102的一部分離開光學裝置100時，折射所反射的光中的至少一部分。值得注意的是，根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學裝置可以進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隨后被折射的如上所述類型的隆起之外，還可以存在其中光束僅被折射的隆起。
[0026]在圖1a-1c中圖示的示例性光學裝置100中，隆起中的每個隆起朝向考慮中的隆起的頂端漸縮。在圖1c中，隆起中的一個的頂端由附圖標記107表示。每個隆起的頂端可以被形成為允許從第一表面101引導至頂端的光經(jīng)由該頂端離開光學裝置。頂端的形狀可以是例如球面拱頂?shù)男螤?。又例如，頂端可以是平坦的。在圖1a-1c中圖示的示例性光學裝置100中，每個隆起是大體圓錐形的，并且大體旋轉(zhuǎn)對稱。
[0027]圖1a-1c中圖示的示例性光學裝置100大體上是圓頂，用于改變例如光源121的大體點狀光源的光分布。圓頂?shù)膬?nèi)表面是用于接收來自光源121的光的第一表面102，并且圓頂?shù)耐獗砻媸怯米鞴獬錾浔砻娴牡诙砻妗Ｔ谠撌疽庑郧樾沃?，該圓頂大體上是半球形的。然而，還可能的是，根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學裝置具有某些其它彎曲形狀，使得第一表面在彎曲形狀的內(nèi)側(cè)，并且第二表面在彎曲形狀的外側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學裝置可以是例如直的或彎曲的細長凹槽，用于改變通過直的或彎曲的細長光源或者通過直的或者彎曲的一列許多點狀光源發(fā)射的光的分布。細長凹槽可以被成形為形成例如字母、數(shù)字或其它符號，使得例如照明廣告能夠借助于根據(jù)本發(fā)明的合適實施例的光學裝置來構(gòu)造。
[0028]圖2示意了根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的細節(jié)。圖2示出了與圖1c中所示的截面表面110對應的截面表面。表示截面表面的對角影線在圖2中被省略掉，以便保持附圖的簡明。光學裝置包括:作為用于接收光的光入射表面的第一表面201;以及作為光出射表面的第二表面202。第一表面201包括多個凸形區(qū)域，并且第二表面202包括多個隆起，使得凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導至隆起。在圖2中，凸形區(qū)域中的一個用附圖標記203表示，并且隆起中的一個用附圖標記205表示。在圖2中，示例性光束由帶有箭頭的分段線描繪。
[0029]在圖2中圖示的示例性光學裝置中，凸形區(qū)域中的每個，例如凸形區(qū)域203，被構(gòu)造成將光引導至隆起中的一個，并且凸形區(qū)域中的不同的凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導至隆起中的不同的隆起。如圖2中所示，經(jīng)由第二表面202離開光學裝置的示例性光束被相對較好地混合至不同方向(mixed to different directins) ο
[0030]圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的細節(jié)。圖3示出了與圖1c中所示的截面表面110對應的截面表面。標示截面表面的對角影線在圖3中被省略掉，以便保持附圖的簡明。光學裝置包括:作為用于接收光的光入射表面的第一表面301;以及作為光出射表面的第二表面302。第一表面301包括多個凸形區(qū)域，并且第二表面302包括多個隆起，使得凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導至隆起。在圖3中，凸形區(qū)域中的一個用附圖標記303表示，并且隆起中的一個用附圖標記305表示。在圖3中，示例性光束由帶有箭頭的分段線描繪。
[0031 ]在圖3中所示的示例性光學裝置中，凸形區(qū)域中的每個，例如凸形區(qū)域303，被構(gòu)造成將光引導至隆起中的一個，并且凸形區(qū)域中的不同的凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導向至隆起中的不同的隆起。如圖3中所示，經(jīng)由第二表面302離開光學裝置的示例性光束被相對較好地混合至不同方向。
[0032]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性且非限制性的實施例的光學裝置的細節(jié)。圖4所示的是與圖1c中所示的截面表面110對應的截面表面。標示截面表面的對角影線在圖4中被省略掉，以便保持附圖的簡明。光學裝置包括:作為用于接收光的光入射表面的第一表面401;以及作為光出射表面的第二表面402。第一表面401包括多個凸形區(qū)域，并且第二表面402包括多個隆起，使得凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導至隆起。在圖4中，凸形區(qū)域中的兩個用附圖標記403表示，并且隆起中的一個用附圖標記405表示。在圖4中，示例性光束由帶有箭頭的分段線描繪。
[0033]在圖4中所示的示例性光學裝置中，第一表面401的凸形區(qū)域構(gòu)成相互鄰接的凸形區(qū)域的組，例如凸形區(qū)域402，使得相互鄰接的凸形區(qū)域的組中的每個組被構(gòu)造成將光引導至隆起中的一個隆起，并且互相鄰接的凸形區(qū)域的組中的不同的組被構(gòu)造成將光引導至隆起中的不同的隆起。如圖4中所示，經(jīng)由第二表面402離開光學裝置的示例性光束被相對較好地混合至不同方向。
[0034]從圖2-4能夠看出，存在許多方法來調(diào)諧根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的光學裝置的光學性質(zhì)。例如，如果圖2中所示隆起的頂端與圖4中所示隆起的頂端類似，則用附圖標記211表示的光束將離開光學裝置，而不會以與圖2中所示的相同的方式被反射。作為另外的示例，例如從圖3中能夠看出，第一表面301的凸形區(qū)域是如此強烈地凸起，使得第二表面302包括沒有光或者僅僅非常少量的光被引導至其處的區(qū)域。作為第三個示例，圖4中所示的第一表面401的凸形區(qū)域被成形為使得大體上沒有光被引導至第二表面402的隆起的頂端。因此，光入射表面的凸形區(qū)域使得能夠以受控的方式將光引導至光出射表面的隆起，并且與例如光入射表面是平滑的或者具有與隆起對應的凹陷而使得在光入射和光出射表面之間的材料厚度是大體上恒定的情形相比，光學裝置的光學性質(zhì)可更自由地設計。
[0035]以上描述中提供的具體示例不應該被理解成是限制所附權利要求的范圍和/或適用范圍。以上描述中提供的示例的清單和組不是窮舉的，除非另外地明確表示。
【主權項】
1.一種用于改變光分布的光學裝置(100)，所述光學裝置包括: 第一表面(101，201，301，401)，所述第一表面(101，201，301，401)作為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)作為光出射面， 其特征在于，所述第一表面包括多個凸形區(qū)域(103，104，203，303，403)，并且所述第二表面包括多個隆起(105，106，205，305，405)，使得所述凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導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個隆起被構(gòu)造成相對于該隆起的高度方向側(cè)向偏轉(zhuǎn)被引導到該隆起的光中的至少一部分光。2.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中，所述隆起(105，106，205，305，405)中的所述至少一些隆起中的每個隆起被形成為對從所述第一表面引導至該隆起的光中的至少一部分光提供全內(nèi)反射，并且在所反射的光經(jīng)由屬于該隆起的所述第二表面的一部分離開所述光學裝置時，折射所反射的光中的至少一部分光。3.根據(jù)權利要求1或2所述的光學裝置，其中，所述凸形區(qū)域(203，303)中的每一個凸形區(qū)域被構(gòu)造成將光引導至所述隆起中的一個隆起，并且所述凸形區(qū)域中的不同的凸形區(qū)域被構(gòu)造將光引導至所述隆起中的不同的隆起。4.根據(jù)權利要求1或2所述的光學裝置，其中，所述凸形區(qū)域(402)構(gòu)成相互鄰接的凸形區(qū)域的組，使得所述相互鄰接的凸形區(qū)域的組中的每一個組被構(gòu)造成將光引導至所述隆起中的一個隆起，并且所述相互鄰接的凸形區(qū)域的組中的不同的組被構(gòu)造成將光引導至所述隆起中的不同的隆起。5.根據(jù)權利要求1或2所述的光學裝置，其中，所述隆起中的所述至少一些隆起中的每個隆起朝向該隆起的頂端(107)漸縮。6.根據(jù)權利要求5所述的光學裝置，所述頂端被成形為允許從所述第一表面引導至該頂端的光經(jīng)由該頂端離開所述光學裝置。7.根據(jù)權利要求6所述的光學裝置，其中，所述頂端具有球面拱頂?shù)男螤睿⑶以撀∑鸬钠渌糠志哂袌A錐體的形狀。8.根據(jù)權利要求1或2所述的光學裝置，其中，所述隆起中的所述至少一些隆起中的每個隆起是旋轉(zhuǎn)對稱的。9.根據(jù)權利要求1或2所述的光學裝置，其中，所述光學裝置具有彎曲形狀，使得所述第一表面在所述彎曲形狀的內(nèi)側(cè)上，并且所述第二表面在所述彎曲形狀的外側(cè)上。10.根據(jù)權利要求9所述的光學裝置，其中，所述光學裝置是圓頂，用于改變點狀光源的光分布，所述圓頂?shù)膬?nèi)表面為所述第一表面，并且所述圓頂?shù)耐獗砻鏋樗龅诙砻妗?1.一種光學裝置制造模具，所述模具具有適于通過模鑄來制造根據(jù)權利要求1所述的光學裝置的形狀。12.—種照明裝置(120)，所述照明裝置(120)包括至少一個光源(121)以及至少一個根據(jù)權利要求1所述的光學裝置(100)。
【文檔編號】F21V5/00GK205560624SQ201521079688
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月7日
【發(fā)明人】奧利·海凱萊
【申請人】萊迪爾公司