光学元件、照明器件和灯具制造技术

公开了一种光学元件（100），用于根据由放置在光学元件的光轴（105）上的限定位置处的光源（200）生成的亮度分布创建准直光束，所述光学元件包括：以所述光轴为中心的内部区（110），所述内部区具有多个内部区区域，所述多个内部区区域用于在离透镜限定的距离处生成所述亮度分布的第一多个部分重叠图像，所述第一多个部分重叠图像限定具有在限定的距离处的第一图像宽度的第一叠加图像；以及围绕所述内部区的外部区（130），所述外部区具有第二多个外部区区域，所述第二多个外部区区域用于在限定的距离处生成所述亮度分布的第二多个部分重叠图像，所述第二多个部分重叠图像限定具有在限定的距离处的小于第一图像宽度的第二图像宽度的第二叠加图像，所述第二叠加图像在限定的距离处叠加在所述第一叠加图像上。还公开了包括所述光学元件的照明器件和包括所述照明器件的灯具。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学元件、照明器件和灯具
本专利技术涉及用于创建由光源生成的亮度分布的准直光束的光学元件。本专利技术进一步涉及一种包括这种光学元件的照明器件。本专利技术更进一步涉及一种包括这种照明器件的灯具。
技术介绍
与例如卤素和白炽光源相比，由于固态照明器件（即发光二极管（LED））优越的寿命和能量效率，越来越多地使用固态照明器件（即发光二极管（LED））来实现白色光源。LED通常集成在封装中，该封装进一步包括一种或多种磷光体以转换LED的（部分）发射光谱以便创建期望色温的发光输出。由于LED和磷光体的空间分离，这种封装的发光输出倾向于呈现颜色分离，即由LED生成的未转换的光的区域以及由一种或多种磷光体转换的光的区域。从美学角度来看，这种颜色分离被认为是不可接受的。这样的颜色分离可以使用漫射器来校正，该漫射器基本上随机地散射，即增加来自封装的光的集光率，以实现有效的颜色混合。这特别适用于其中漫射光是可接受的应用，但不太适用于其中需要照明器件产生具有有限的集光率的光（即更准直的光）的应用领域，例如聚光灯应用。例如，可以使用准直器来实现这种更加聚焦的光输出。然而，准直器通常不适合校正LED封装的发光输出中的颜色分离，因为当光源被放置在准直器的焦点时，准直器在远场中创建光源（例如，LED封装）的图像。这有时被称为“关于位置的颜色”。因此，在需要准直的应用领域中，多个光学元件（例如与漫射箔组合的准直器）通常集成在照明器件中以分别实现光束整形和颜色混合。这种方法的缺点在于在照明器件中多个光学元件的集成增加了照明器件的制造复杂性和成本。因此，存在使用单个光学元件来实现颜色混合准直光的需要。
技术实现思路
本专利技术试图提供一种能够在所述输出内生成具有有效颜色混合的准直光束的光学元件。本专利技术进一步试图提供一种包括这种光学元件的照明器件。本专利技术更进一步试图提供一种包括这种照明器件的灯具。根据一方面，提供了一种光学元件，用于在离光学元件的限定的有限距离处创建由放置在光学元件的光轴上限定位置处的光源生成的亮度分布的准直光束，所述光学元件包括具有多个内部区区域的内部区，所述多个内部区区域用于在限定的有限距离处生成所述亮度分布的第一多个部分重叠图像，所述第一多个部分重叠图像限定具有在限定的有限距离处的第一图像宽度的第一叠加图像；以及围绕所述内部区的外部区，所述外部区具有第二多个外部区区域，所述第二多个外部区区域用于在限定的有限距离处生成所述亮度分布的第二多个部分重叠图像，所述第二多个部分重叠图像限定具有在限定的距离处的小于第一图像宽度的第二图像宽度的第二叠加图像，第二叠加图像在限定的距离处叠加在第一叠加图像上。本专利技术基于这样的认识，（圆形）光学元件的不同区域通常对光源的亮度分布的不同视图成像，其中光学元件的更周边区域（即外部区域）对亮度分布的倾斜视图成像，而由于这些中心区域和光源之间的角度关系，光学元件的更中心区域通常对亮度分布的正视图成像，使得更中心的区域可能限定所形成的准直光束的光束宽度。因此，中心区域特别适合于限定由光学元件在光学元件的限定的距离处（例如在光学元件被包括在用于向下照明应用的聚光灯中的情况下约1-1.5米的距离）产生的图像的总体光束角度。由区区域（zoneregion）产生的各个图像的部分重叠或拼接进一步确保了在限定的有限距离处的图像模糊，而由各个区区域创建的叠加图像在彼此之上的叠加和在离光学元件限定的距离处（例如在远场中的一点处）的第一图像部分内，在该点处在整个图像中实现了进一步的图像模糊，而没有准直的损失。例如在由于一种或多种磷光体与一个或多个LED的空间分离而在其有限宽度上生成空间分离的颜色的LED封装的情况下，这样的图像模糊可以补偿亮度分布中的颜色分离。光学元件可以具有任何合适的形状，例如圆形、正方形、长方形或甚至非对称形状，然而就设计和制造的容易性而言圆形是特别有利的。在特别有利的实施例中，内部区被布置成根据朗伯亮度分布创建具有跨第一图像宽度的恒定亮度的第一叠加图像，其中第一图像宽度可选地限定准直光束的光束宽度。优选地，外部区被布置成根据朗伯亮度分布创建具有跨第二光束宽度的可变亮度的第二叠加图像，其中可变亮度具有在限定的距离处可选地与光轴一致的最大值。在该实施例中，目标照度可由光学元件凭借生成目标照度的不同部分的不同区来近似，所述目标照度的不同部分彼此叠加以近似总体目标照度。更具体地说，目标照度以轴对称方式分区，例如水平划分，其中内部区生成目标照度的下部部分并且外部区生成目标照度的上部部分。目标照度可以是高斯分布，在这种情况下，可变照度跨第二图像宽度呈现高斯分布。更一般地，第二叠加图像的可变照度通常限定由光学元件产生的光束中的对比度。第二叠加图像可以以第一叠加图像为中心以创建在光束的中心具有其最大对比度的光束，例如创建高斯光分布。可替换地，第二叠加图像可以包围暗区域，例如在圆形光学元件的情况下可以是环形图像，其中暗区域以第一第二叠加图像为中心，以创建在光束的周边区域中具有其最大对比度或强度的光束。在一个实施例中，内部区是折射区和/或外部区是全内反射区，以便优化光学元件的光收集效率。每个外部区区域可以包括反射小平面，这些小平面组合以实现第二多个部分重叠图像。此外，至少一些内部区区域可以包括小平面。这例如是用于利用具有比产生朗伯分布的光源的最大尺寸大的直径的光学元件生成高斯分布的特别合适的实施例，例如LED封装。对于不同的应用，其他设计选择可能更合适，例如，诸如全内反射内部区的反射性内部区和/或折射性外部区。为了在由特定区的区区域生成的各个图像中创建部分重叠，区区域可以在光轴上具有不同的焦点。例如，焦点可以是区区域的径向位置的函数，即可以作为光学元件中的区的径向位置的函数而变化，以便创建图像拼接。光学元件可以进一步包括位于内部区和外部区之间的至少一个中间区，所述至少一个中间区包括多个进一步的区区域，用于在限定的有限距离处生成所述照明图案的进一步的多个部分重叠图像，所述进一步的多个部分重叠图像限定在限定的距离处具有进一步的图像宽度的进一步的叠加图像，所述进一步的图像宽度小于在光学元件的较小径向位置处的每个区的图像宽度，并且大于在光学元件的较大径向位置处的每个区的图像宽度，所述进一步的叠加图像在限定的距离处叠加在第一叠加图像上。包括用于图像模糊的附加区允许提供具有（基本上）大于光源的光发射表面的最大尺寸的直径的光学元件，同时保持光学元件的期望的分布轮廓和颜色混合特性。应注意的是，包括在光学元件设计中的区的数量原则上是任意的，然而所包括的区域的增加的数量将改进目标发光轮廓的近似，并且如果光学元件尺寸需要改变（例如用于具有不同尺寸的不同照明器件），有利于从光学元件设计中排除区，而不需要光学元件的全面重新设计。光学元件可以具有包括阶梯状轮廓的主表面，其中每个阶梯勾画所述各个区中的一个。换言之，透镜可以呈现明显不连续的区，每个实现特定的光学功能。根据另一方面，提供了一种照明器件，其包括上述实施例中的任一个的光学元件以及放置在光学元件的光轴上并布置成将其光分布朝光学元件定向的光源，光学元件可选地具有大于光源的光发射表面的最大尺寸的直径。这种照明器件可以仅使用单个光学元件产生具有改进的颜色输出均匀性的准直光。光源优选包括发光二极管封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件（100），用于在离光学元件限定的有限距离处根据由放置在光学元件的光轴（105）上的限定位置处的光源（200）生成的亮度分布创建准直光束，所述光学元件包括：以所述光轴为中心的内部区（110），所述内部区具有多个内部区区域，所述多个内部区区域用于在限定的有限距离处生成所述亮度分布的第一多个部分重叠图像，所述第一多个部分重叠图像限定具有在限定的有限距离处的第一图像宽度的第一叠加图像；以及围绕所述内部区的外部区（130），所述外部区具有第二多个外部区区域，所述第二多个外部区区域用于在限定的有限距离处生成所述亮度分布的第二多个部分重叠图像，所述第二多个部分重叠图像限定具有在限定的距离处的小于第一图像宽度的第二图像宽度的第二叠加图像，所述第二叠加图像在限定的有限距离处叠加在所述第一叠加图像上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.07 EP 15184054.31.一种光学元件（100），用于在离光学元件限定的有限距离处根据由放置在光学元件的光轴（105）上的限定位置处的光源（200）生成的亮度分布创建准直光束，所述光学元件包括：以所述光轴为中心的内部区（110），所述内部区具有多个内部区区域，所述多个内部区区域用于在限定的有限距离处生成所述亮度分布的第一多个部分重叠图像，所述第一多个部分重叠图像限定具有在限定的有限距离处的第一图像宽度的第一叠加图像；以及围绕所述内部区的外部区（130），所述外部区具有第二多个外部区区域，所述第二多个外部区区域用于在限定的有限距离处生成所述亮度分布的第二多个部分重叠图像，所述第二多个部分重叠图像限定具有在限定的距离处的小于第一图像宽度的第二图像宽度的第二叠加图像，所述第二叠加图像在限定的有限距离处叠加在所述第一叠加图像上。2.根据权利要求1所述的光学元件（100），其中所述内部区（110）被布置成根据朗伯亮度分布创建具有跨第一图像宽度的恒定亮度的第一叠加图像，其中所述第一图像宽度可选地限定准直光束的光束宽度。3.根据权利要求2所述的光学元件（100），其中所述外部区（130）被布置成根据朗伯亮度分布创建具有跨第二图像宽度的可变亮度的第二叠加图像。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学元件（100），其中所述外部区区域包括多个反射小平面（132），小平面组合以生成第二多个部分重叠图像。5.根据权利要求4所述的光学元件（100），其中所述外部区（130）是全内反射区。6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学元件（100），其中所述内部区（110）是折射区。7.根据权利要求1-6中任一项所述的光学元件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：HHP戈姆曼斯，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL