專(zhuān)利名稱(chēng)：照明設(shè)備,光學(xué)元件以及照明物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含一組光源和一組光學(xué)元件的照明設(shè)備。所述的照明設(shè)備具體地說(shuō)是一種由發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成的光源。
這種照明設(shè)備可以用作例如街道照明或用來(lái)在商店櫥窗中照明物體。由于LED變得越來(lái)越有效且功率強(qiáng)大，所以為了所述目的而采用LED的可能性不斷增大，從而用于所要求的光輸出所需要的LED的數(shù)量不斷減少。已知的是將每個(gè)LED安放在光學(xué)元件或其自己的透鏡后面，這樣每個(gè)LED的光就能夠被引導(dǎo)到所要照明的街道或物體處。
這種照明設(shè)備存在的缺點(diǎn)在于單獨(dú)的LED與相應(yīng)的透鏡的光分布不是被均勻地分布的，這是由LED的入射光不是均勻地分布的這個(gè)事實(shí)引起的。由于整個(gè)光束是這些單獨(dú)的不均勻地分布的光束的總和，所以最終結(jié)果也是一種非均勻地分布的光束。
本發(fā)明的目的在于減輕上述缺點(diǎn)，提供一種具有分布更均勻的光束的照明設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備包含一組突出地設(shè)在第一平面中的光源；以及一組突出地設(shè)在第二平面中的光源，第二平面大致與第一平面平行，至少一個(gè)光源相對(duì)于對(duì)著所述光源的光學(xué)元件的位置與其它光源之一相對(duì)于對(duì)著所述其它光源的光學(xué)元件的位置不同。由于單獨(dú)的LED相對(duì)于引導(dǎo)其光線(xiàn)的光學(xué)元件的位置總是不同的，所以其效果和當(dāng)在不同的位置中通過(guò)不同的LED照明一個(gè)光學(xué)元件的時(shí)候所獲得效果是相同的。因此，結(jié)果導(dǎo)致入射在光學(xué)元件上的光更加均勻地分布，并且向外發(fā)出的光分布更加均勻。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，選擇光源的數(shù)量可以與光學(xué)元件的數(shù)量無(wú)關(guān)。因此，照明設(shè)備的光強(qiáng)可以更加容易通過(guò)添加或去掉光源來(lái)調(diào)節(jié)，或者通過(guò)將它們打開(kāi)或關(guān)上來(lái)調(diào)節(jié)，而不會(huì)影響所要求的光圖案。
光源組和光學(xué)元件組最好形成矩陣，這些矩陣具有基本相同的尺寸，而兩個(gè)矩陣的列數(shù)和/或行數(shù)是不同的。一個(gè)矩陣的行數(shù)和/或列數(shù)比另一個(gè)矩陣的行數(shù)和或列數(shù)超出1的實(shí)施方案在實(shí)際中產(chǎn)生出良好的結(jié)果。通過(guò)這種矩陣布置，就能夠獲得一種能容易制造的照明設(shè)備。
這些光源最好是平行光源。通過(guò)這樣引導(dǎo)來(lái)自每一個(gè)LED的光以獲得平行光束，并在光線(xiàn)入射在光學(xué)元件組上之前通過(guò)反射和/或衍射，從而獲得光分布更加精確的向外發(fā)出的光束。
這些光學(xué)元件最好是矩形的，并且在它們周邊的至少一部分上方相互鄰接。由于其優(yōu)點(diǎn)，就能夠確保由LED發(fā)出的整個(gè)光束通過(guò)光學(xué)元件組，這樣就沒(méi)有光損失。
這些光學(xué)元件最好在一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上設(shè)有具有不同的傾斜角的斜面。傾斜角最好由物體應(yīng)該被照射出的照明圖案中計(jì)算出。由于其優(yōu)點(diǎn)，就有可能產(chǎn)生出一種非常復(fù)雜且精確的光分布以滿(mǎn)足用戶(hù)的具體要求。這種光學(xué)元件甚至可以投影文本。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這些光學(xué)元件具有鋸齒形結(jié)構(gòu)，其斜面由基本上平行的棱鏡形成。沿著在光學(xué)元件的平面中的方向所看的棱鏡最好具有彎曲的側(cè)面。這些棱鏡能夠容易通過(guò)金屬切削工具被設(shè)在透鏡或透鏡矩陣上。
本發(fā)明還涉及一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件在一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上設(shè)有具有不同的傾斜角的斜面。
本發(fā)明還涉及一種照明物體的方法，其中將一組光源突出地安放在第一平面，并且將一組基本上相同的光學(xué)元件突出地安放在大致與第一平面平行的第二平面中，至少一個(gè)光源相對(duì)于對(duì)著所述光源的光學(xué)元件被布置在與其它光源之一相對(duì)于對(duì)著所述其它光源的光學(xué)元件的位置不同的位置中。
參照下述實(shí)施方案將能夠闡明本發(fā)明的這些和其它方面并使它們清楚。
在這些附圖中

圖1為已知的照明設(shè)備的平面示意圖；圖2為沿著圖1中所示的照明設(shè)備的II-II線(xiàn)剖開(kāi)的剖視圖；圖3顯示出光學(xué)元件；圖4為照明設(shè)備的平面示意圖；并且圖5概略地顯示出在圖4中所示照明設(shè)備的效果。
圖1概略地顯示出已知的照明設(shè)備的平面圖，并且圖2是沿著II-II線(xiàn)剖開(kāi)的剖視圖。該照明設(shè)備包括容納了25個(gè)LED組件2的箱形外殼1。每一個(gè)這些組件2都包括發(fā)光二極管(LED)3和準(zhǔn)直透鏡4，該組件通過(guò)反射和衍射使得LED的光線(xiàn)成為平行光束。向外發(fā)出的平行光束基本上與LED組件2的對(duì)稱(chēng)軸5平行。這些LED組件2中的每一個(gè)都具有對(duì)稱(chēng)軸5，它們的軸線(xiàn)沿著相互平行的方向延伸。
外殼1具有設(shè)有其對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)與LED組件2的對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)5一致的25個(gè)光學(xué)元件或透鏡7的蓋6。每個(gè)透鏡7的出口平面設(shè)有鋸齒形結(jié)構(gòu)8，用于使由對(duì)應(yīng)的LED3產(chǎn)生出的向外發(fā)出的光折射。單獨(dú)的透鏡7可以這樣取向所折射的光束沿著平行的方向延伸。然而還可以使單獨(dú)的透鏡7以這樣的方式取向得到不同的所要求的照明圖案，例如在圖1中所示的圖案。而且對(duì)于不同的LED組件2，還可以采用具有不同的折射功率的鋸齒形結(jié)構(gòu)。還可以使用不同類(lèi)型的LEDs3，這樣就能夠獲得所要求的顏色和/或強(qiáng)度圖案。
圖3顯示出一種可以應(yīng)用在本發(fā)明中的矩形光學(xué)元件17。所述光學(xué)元件17包括由透明材料制成的平板，其中通過(guò)銑削在一側(cè)上形成一排棱鏡18。這些棱鏡18還可以設(shè)在光學(xué)元件的兩側(cè)上。在每個(gè)銑削位置處，光學(xué)元件的表面具有對(duì)于每個(gè)棱鏡18來(lái)說(shuō)不同的角度α以及根據(jù)特定的功能沿著棱鏡18的長(zhǎng)度變化的角度β，這樣沿著光學(xué)元件的平面中的方向看該透鏡是彎曲的。來(lái)自L(fǎng)ED的光折射的方向因此取決于光線(xiàn)進(jìn)入光學(xué)元件的位置。角度α和角度β的變量通過(guò)計(jì)算機(jī)由要在所照射的物體上產(chǎn)生出的所要求的光圖案計(jì)算出。該圖案可能非常復(fù)雜；人們甚至發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)這種光學(xué)元件來(lái)投影文本。
這樣一種光學(xué)元件或者用于這樣一種元件的矩陣可以通過(guò)以下方法被容易地制造出將一片矩形材料以特定的角度α夾在銑削機(jī)上，然后銑削出第一棱鏡，憑此該銑削切割機(jī)跟隨一條確定了角度β的變量的路線(xiàn)。接著以相應(yīng)的方式銑削出所有隨后的棱鏡。
根據(jù)圖4，如圖1和2所示25個(gè)LED組件以5×5的矩陣被布置在外殼中。然而在這種情況中，蓋子沒(méi)有以相應(yīng)的5×5的透鏡矩陣來(lái)形成而是以如圖3所示的2×4的相同的矩形光學(xué)元件17形成。
如果光源矩陣的行數(shù)和列數(shù)分別被稱(chēng)作Nsr和Nsc，并且沿著兩個(gè)方向的LEDs之間的間距被分別稱(chēng)作Wsr和Wsc，并且透鏡矩陣的行數(shù)和列數(shù)被分別稱(chēng)作NIr和Nlc，光學(xué)元件的尺寸被分別稱(chēng)作WIr和WIc，假設(shè)兩個(gè)矩陣都具有相同的尺寸的話(huà)，則可以應(yīng)用下列等式Nsr×Wsr＝Nlr×WlrNsc×Wsc＝Nlc×Wlc該等式確定了光學(xué)元件的尺寸和LED組件之間的距離之間的關(guān)系。
在這個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用了下式Nsr＝5，Nsc＝5，Nlr＝2和nlc＝4這樣一種布置的結(jié)果在于，LED組件2總是處于相對(duì)于光學(xué)元件17的不同位置中，并且這種布置的效果可與如圖5所示的將所有LED組件安放在一個(gè)光學(xué)元件17后面并與光學(xué)元件間隔非常小的位置處所得到的效果相比。然而由于LED組件2的尺寸的原因，所以該布置在物理上是不可能的。這樣，就得到了光學(xué)元件17的非常均勻的分布以及分布非常均勻的光束。
所可能的結(jié)果可以通過(guò)選擇LED矩陣和透鏡矩陣的行數(shù)和列數(shù)成不同來(lái)實(shí)現(xiàn)，即Nsr≠Nlr并且Nsc≠Nlc，最優(yōu)的結(jié)果在理論上可以通過(guò)選擇行數(shù)和列數(shù)的差只為1來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而生產(chǎn)-技術(shù)原因可以辯論采用不同的數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種照明設(shè)備，包括一組突出地設(shè)在第一平面中的光源以及一組突出地設(shè)在基本上與第一平面平行的第二平面中的基本上相同的光學(xué)元件，至少一個(gè)光源相對(duì)于對(duì)著所述光源的光學(xué)元件的位置與其它光源之一相對(duì)于對(duì)著其它光源的光學(xué)元件的位置不同。
2.如權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其特征在于，光源組和光學(xué)元件組都形成一種矩陣，這些矩陣具有基本上相同的尺寸，而這兩個(gè)矩陣的行數(shù)和列數(shù)不同。
3.如權(quán)利要求2所述的照明設(shè)備，其特征在于，一個(gè)矩陣的行數(shù)和列數(shù)比另一個(gè)矩陣的行數(shù)和列數(shù)超出1。
4.如前面權(quán)利要求1至3任一所述的照明設(shè)備，其特征在于，光源是平行光源。
5.如前面權(quán)利要求1至4任一所述的照明設(shè)備，其特征在于，光源是發(fā)光二極管(LED)。
6.如前面權(quán)利要求1至5任一所述的照明設(shè)備，其特征在于，光學(xué)元件是矩形的。
7.如前面權(quán)利要求1至6任一所述的照明設(shè)備，其特征在于，光學(xué)元件在它們周邊的至少一部分上是相互鄰接的。
8.如前面權(quán)利要求1至7任一所述的照明設(shè)備，其特征在于，光學(xué)元件在一個(gè)或兩個(gè)側(cè)面上設(shè)有具有不同傾斜角的斜面。
9.如權(quán)利要求8所述的照明設(shè)備，其特征在于，光學(xué)元件具有鋸齒形結(jié)構(gòu)，其斜面由基本上平行的棱鏡形成。
10.如權(quán)利要求9所述的照明設(shè)備，其特征在于，沿著光學(xué)元件的平面中的方向看，透鏡具有彎曲的側(cè)面。
11.一種在一個(gè)或兩個(gè)側(cè)面上設(shè)有斜面的光學(xué)元件，其特征在于，所述斜面具有不同的傾斜角。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)元件，其特征在于，光學(xué)元件具有鋸齒形結(jié)構(gòu)，這些斜面由基本上平行的棱鏡形成。
13.如權(quán)利要求11或12所述的光學(xué)元件，其特征在于，沿著光學(xué)元件的平面中的方向看棱鏡具有彎曲的側(cè)面。
14.一種照明物體的方法，其中將一組光源突出地設(shè)在第一平面中，并且將一組基本上相同的光學(xué)元件突出地設(shè)在基本上與第一平面平行的第二平面中，至少一個(gè)光源相對(duì)于對(duì)著所述光源的光學(xué)元件的位置與其它光源之一相對(duì)于對(duì)著其它光源的光學(xué)元件的位置不同。
15.一種如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，光學(xué)元件在其一個(gè)或兩個(gè)側(cè)面上設(shè)有具有不同的傾斜角的斜面，所述傾斜角是由要照射在物體上的照明圖案計(jì)算出的。
全文摘要
一種照明設(shè)備,包括一組主要設(shè)在第一平面中的光源(3)尤其是LED,以及一組主要設(shè)在基本上與第一平面平行的第二平面中的基本上相同的光學(xué)元件(7)。其中一個(gè)光源相對(duì)于對(duì)著所述光源的光學(xué)元件(7)的位置與其它光源之一相對(duì)于對(duì)著其它光源的光學(xué)元件的位置不同。
文檔編號(hào)F21V5/02GK1335920SQ00801826
公開(kāi)日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2000年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月27日
發(fā)明者M·H·科伊珀 申請(qǐng)人:拉米爾德斯照明設(shè)備有限公司