用于更改由光源发射的光的空间分布以提供在第一方向上伸长的伸长光束的光学元件、光学组件、照明设备和照明器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于更改由光源（4）发射的光的空间分布的光学元件（7；21）。光学元件包括用于接收由所述光源（4）发射的光的光输入表面（17；27），该光输入表面（17；27）限定光学元件（7；21）中的用于容纳光源（4）的腔（16）。光学元件还包括用于发射伸长光束（10）的光输出表面（9；22）。光输出表面（9；22）至少包括被布置为接收来自光输入表面（17；27）的行进的光的第一全内反射表面部分（12；23）。第一全内反射表面部分（12；23）被成形为经由全内反射向着平行于支撑表面（8；25）的平面反射光的至少一部分。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于更改由安装在载体上的光源发射的光的空间分布以提供伸 长光束的光学元件。本专利技术还涉及一种照明系统和一种光输出设备。
技术介绍
为了驾车者和行人等的安全，在夜晚时刻经常使用路灯来光照道路。 在街道照明中，挑战之一是实现选择性光照，即光照街道而不光照周围区域。这可 通过使用诸如反射器和/或透镜之类的光学元件来完成。这允许能量的更高效使用，因为 在不失去期望照明的情况下可增大相邻路灯之间的距离。此外，通过增大距离，需要较少路 灯并且因此其还减小安装和维护的成本。 然而，常规照明技术(诸如例如放电灯）需要大量的能量用于每个灯以便光照灯之 间的道路，特别是如果相邻路灯之间的距离增大的话。此外，它们需要频繁的维护。 近来，固态光源(例如发光二极管（LED))已在街道照明应用中实施。例如， W02012/080889A1公开了包括LED的阵列和光学元件的阵列的路灯，一个光学元件被布置 在每个LED前方。 根据W02012/080889A1的光学元件中的每个更改由其对应LED发射的光的空间分 布以提供道路上的伸长光照图案。这允许路灯之间增大的间隔。 然而，将期望的是，进一步改进光的空间分布并且在基于LED的街道照明中提供 改进的光照图案。
技术实现思路
鉴于上文，本专利技术的一般目的是提供一种改进的光学元件，其提供光的改进的空 间分布。 根据本专利技术，因此提供了一种用于更改由光源发射的光的空间分布以提供在第一 方向上伸长的伸长光束的光学元件，其中该光学元件包括：用于将该光学元件支撑在载体 上的支撑表面；用于接收由该光源发射的光的光输入表面，该光输入表面限定该光学元件 中的用于容纳该光源的腔；用于在光输入表面处的第一折射和光输出表面处的第二折射之 后发射伸长光束的光输出表面，其中光输出表面至少包括第一全内反射表面部分，第一全 内反射表面部分被布置为接收来自光输入表面的在与第一方向垂直的第二方向上行进并 且从平行于支撑表面的平面偏离小于45°的角度的光，第一全内反射表面部分被成形为经 由全内反射向着平行于支撑表面的平面反射光的至少一部分。 该光源可以有利地是所谓的固态光源，其是其中经由电子和空穴的再组合而生成 光的光源。固态光源的不例包括发光二极管（LED)和半导体激光器。 本专利技术是基于以下认识：通过提供向着支撑表面将否则将在非期望方向上发射的 光线引导回以致该光可被再循环的光学元件，可增大'有用'光照的比率。例如，因此由光学 元件再引导的光可以被散射反射器反射并且之后以更加称心的方向进入光学元件。例如， 该光源可以安装在载体上，载体可具有漫反射上表面。在这样的散射反射器处的反射之后， '再循环的'光线可贡献于'有用'的光照。 本专利技术人已经进一步认识到，可通过将光学元件的光输出表面的一部分适当成形 来经由全内反射便利地并且高效地实现向着载体的光线的上文提到的方向。 通过增大'有用'光照（即，否则将不会到达光照的意图区域的光）的比率，可减小 包括该光学元件的光输出设备的能耗，同时仍然提供相同量的'有用'光照。 因为第一 TIR表面被布置为接收在从平行于支撑表面(例如当光学元件被布置为 容纳布置在载体上的光源时该载体的表面）的平面偏离小于45°的角度的第二方向上的 光，第一 TIR表面部分被布置为接收以关于支撑表面的小角度从光源发射的光线。这意味 着否则将在非希望方向上从光学元件逃离的'发散'光可在该TIR表面部分被'捕获'并且 被向着载体再引导。 该光学元件可以由具有大于1的折射率的光学材料制造。适当光学材料的示例是 聚甲基丙烯酸甲酯（PMM)或聚碳酸酯（PC)，但是可以使用很多其它材料，例如玻璃。 第一 TIR表面部分可以有利地包括具有与第一全内反射表面之外的光输出表面 的相邻表面部分的曲率中心不同的曲率中心的表面部分。 换言之，在包括第一 TIR表面部分和光输出表面的另一部分之间的连接的光学元 件的每个截面中，限定该截面的轮廓的曲线在该连接处具有中断点，使得轮廓曲线在该连 接处是不连续的。 光学元件可有利地具有横贯第一 TIR表面部分的对称平面。 这可以是有利地，例如发散节段为该对称平面的部分的情况，在该情况下可通过 TIR表面部分来收集发散光线并且将其反射回到载体。 TIR表面部分关于该对称表面的截面可以有利地由贝赛尔曲线来限定。 贝塞尔曲线是可通过三个点来限定的曲线并且是控制曲率的有效方式。通过使用 贝塞尔曲线限定第一全内反射表面部分的截面，可便于光学元件的设计。 光输出表面可有利地进一步包括第二TIR表面部分，第二TIR表面部分被布置为 关于光学元件的腔与第一 TIR表面部分相对，使得第二TIR表面部分被光学元件的对称平 面横贯。 为了进一步减小"向侧边"发射的杂散光的出现，该光学元件可附加地包括第二 TIR表面部分。例如，利用被布置为与第一 TIR表面部分相对的附加 TIR表面部分，可以使 发射的光束沿着两个TIR表面部分之间的维度更窄。 在一个实施例中，使第二TIR表面与第一 TIR表面类似，该实施例的光学元件可具 有相互垂直的两个对称平面。 光输入表面可以有利地包括折射表面部分，该折射表面部分被配置为使得在该表 面部分的切线与平行于支撑表面的平面之间的角度是至少40°。 折射表面部分被布置成使得光线在到达TIR表面部分之前可以被折射表面部分 折射。折射表面使光线折射以使得当它们到达TIR表面时光线的入射角是大的。当折射表 面部分的切线与平行于支撑表面的平面之间的角度是至少40°时，光输出表面的TIR表面 部分可以高效地将光向着载体反射回。 此外，光输入表面的折射表面部分可以有利地是平面的。然而，折射表面部分可以 另外是弯曲表面部分，只要该表面部分的切线满足与平行于支撑表面的平面的至少40°的 角度的条件。 折射表面部分被布置为与光输出表面的TIR表面部分相邻，使得光线在到达TIR 表面部分之前可被折射表面部分折射。在对称平面中，折射表面部分和TIR表面部分被布 置在关于腔的"同一侧上"。 光输出表面可有利地包括通过泽尔尼克多项式限定的表面部分。 换言之，与TIR表面部分相邻的表面部分可以通过泽尔尼克多项式限定。泽尔尼 克多项式被普遍用于描述光学像差，并且因此在设计具有高精度的光学器件时是有用的。 通过泽尔尼克多项式限定的表面形成弯曲表面。 在另一实施例中，光输出表面可有利地包括通过发散表面部分桥接的两个会聚表 面部分。该构造产生"花生"形状的表面，并且在将发射的光线收集到伸长形状中是高效的， 其中该伸长是在沿着"花生"形状的表面的纵轴的第一方向上。 有利地，TIR表面可被布置为与发散表面部分相邻。 换言之，TIR表面可被布置在"花生"的中间中的窄部分上。通过将TIR表面部分 布置成与发散节段相邻，可将在TIR表面部分的方向上发散的光线高效地反射回到载体。 根据本专利技术的各个实施例的多个光学元件可另外有利地布置在阵列中以形成光 学组件。这样的光学组件可包括不同光学元件，或者光学组件中的所有光学元件可当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于更改由光源（4）发射的光的空间分布以提供在第一方向（11）上伸长的伸长光束（10）的光学元件（7；21），其中所述光学元件（7；21）包括：支撑表面（8；25），其用于将所述光学元件（7；21）支撑在载体（5）上；光输入表面（17；27），其用于接收由所述光源（4）发射的光，所述光输入表面（17；27）限定所述光学元件（7；21）中的用于容纳所述光源（4）的腔（16）；光输出表面（9；22），其用于在所述光输入表面（17；27）处的第一折射和所述光输出表面（9；22）处的第二折射之后发射所述伸长光束（10），其中所述光输出表面（9；22）至少包括第一全内反射表面部分（12；23），所述第一全内反射表面部分（12；23）被布置为接收来自所述光输入表面（17；27）的在与所述第一方向（11）垂直的第二方向（13）上行进并且从平行于所述支撑表面（8；25）的平面偏离小于45°的角度的光，所述第一全内反射表面部分（12；23）被成形为经由全内反射向着平行于所述支撑表面（8；25）的所述平面反射所述光的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海锋，彭元静，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：新型
国别省市：荷兰;NL