光学元件以及包括该光学元件的光源制造技术

本实用新型专利技术提供了一种光学元件，包括光可透射的光导和反射器。光导沿轴向延伸且具有输入端，输出端及它们之间的中心区。光导折射系数高于光导外部的介质的折射系数。光导的输入端具有一腔体，腔体可容纳可发光元件且将可发光元件发射出的光至少部分地导入到光导中；光导的至少一部分边界面包括棱柱曲面，棱柱曲面由多个沿轴向顺序排列的棱镜形成，棱镜的第一边界面可将入射到第一边界面上的光的至少一部分朝光导的输出端反射，棱镜的第二边界面与光导的径向成一锐角且第二边界面朝输入端倾斜。反射器邻近于输出端并且使得至少一部分入射在反射器上的光被反射。本实用新型专利技术还提供了一种光源，其包括至少一个可发光元件及本实用新型专利技术提供的光学元件。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术总体上涉及照明设计领域。特别地，本技术涉及发光二极管(LED) 光学元件以及光源。
技术介绍
传统的白炽光源通常通过施加电流于灯丝使该灯丝发光来将电流转变为光。灯丝 通常被悬挂于玻璃灯泡的中心附近，由此提供具有径向分布的、可以用来照明的光。由于传 统白炽光源的寿命通常相对较短，功效较差，其正逐渐地被LED光源替代。然而，大多数LED仅能够将光发射到半球(立体角2 Jisr)范围内，而使用发光灯 丝的白炽光源一般将光均勻地发射到整球(立体角4Jisr)范围内。因此，LED光源通常需 要配备光学元件来对其发射光进行分布调整。例如在LED光源替代使用传统的白炽光源的 枝形吊灯的蜡烛灯时，需要将LED光源发射出的向上的兰伯特(Lambertian)光强分布转换 成向下的蝴蝶状(butterfly-like)的光强分布。为了解决这一问题，申请人提供了一种光学元件，其包括具有反射器的圆柱状光 导，所述反射器设置在圆柱状光导的一端，一个或多个LED设置在另一端并位于围绕着LED 的腔内。该圆柱状光导还包括棱柱曲面，该棱柱曲面由多个棱镜形成，每个棱镜被以与该光 导的轴向成一定角度而设置，用于引导从该光单元发出的光朝向该光导的输出端。该光学 元件的具体设计可参见申请人提交的PCT专利申请IB2010/050018。通过使用该光学元件， 整个LED灯的尺寸可以非常紧凑，而且可以使用较大尺寸的LED芯片，并且可以获得类似于 白炽光源的光强度分布的光。然而，申请人也发现在某些运用中，包含该光学元件的LED灯的光学效率 (optical efficiency)不太理想，有待进一步提高。
技术实现思路
本技术的一个目的是提供一种光学元件，其能够调整可发光元件发射出的光 的分布以使该光分布具有类似于白炽光源的光强度分布，并且该光学元件具有较高的光 效。本技术的另一个目的是提供一种具有类似于白炽光源的光强度分布的LED 光源。根据本技术的第一方面，提供一种光学元件，其包括光可透射的光导和反射 器。其中，该光导沿轴向延伸且具有输入端，输出端以及它们之间的中心区，而且该光导被 设置使得其折射系数高于所述光导外部的介质的折射系数。另外，该光导的输入端具有一 腔体，该腔体可容纳可发光元件且将所述可发光元件发射出的光至少部分地导入到所述光 导中；该光导的至少一部分边界面包括棱柱曲面，该棱柱曲面由多个沿所述轴向顺序排列 的棱镜形成，棱镜的第一边界面可将入射到所述第一边界面上的光的至少一部分朝所述光 导的所述输出端反射，棱镜的第二边界面与所述光导的径向成一锐角且所述第二边界面朝所述光导的所述输入端倾斜。反射器被设置邻近于所述输出端并且被设置使得至少一部分 入射在所述反射器上的光被反射。根据本技术的第二方面，提供一种光源，该光源包括至少一个可发光元件以 及根据本技术第一方面或其实施例的光学元件，该可发光元件设置在所述光学元件的 所述腔体中。可选择地，该光源可被设置用以翻新使用白炽光源的照明设备中。通过如此配置，位于腔体中的可发光元件发射出的光中的大多数经光导导向反射 器再经反射器反射到各方向，形成新的类似于白炽光源的光强度分布。重要的是，由于棱 柱曲面的特殊设计，发光元件所发出的光经棱柱曲面的反射或部分投射到顶部的反射器或 部分以较大的角度投射到偏离安装可发光元件的基板的空间，从而减少被安装发光元件的 基板所阻挡的光的数量，提高了光分布的效果和光效。该光学元件尤其适用于LED光源， 即使在光单元中使用相对大尺寸的LED发光元件，诸如来自Seoul Semicoductors的4瓦 Acriche型LED，该光导的尺寸也可以保持得很小。附图说明本技术上述的、和另外的目的、特征和优点将通过下面的对本技术优选 实施例的说明性的而非限制性的详细描述，并参考附图更好地理解，在附图中相同的附图 标记用于相同或相似的元件，其中图1是本技术提供的光学元件的一个实施例的示意图；图2是图1所示实施例的一部分的截面图；图3是是图1所示实施例的一部分的截面放大示意图；图4是本技术提供的光源的一个实施例的示意图。具体实施方式图1是本技术提供的光学元件的一个实施例的示意图，其中光学元件1包括 沿轴向(Z轴)延伸的光可透射的光导2，该光导2具有输入端2a，输出端2b，以及它们之 间的中心区2c。输入端2a具有一腔体3，该腔体3可容纳可发光元件6且将可发光元件6 发射出的光至少部分地导入到光导2中。另外，该光导2的至少一部分边界面包括棱柱曲 面5，该棱柱曲面5由多个沿轴向顺序排列的棱镜形成。该光学元件1还包括反射器4，反 射器4被设置邻近于输出端2b并且被设置使得至少一部分入射在反射器4上的光被反射。 反射器4具有面对该光导2的输出端2b的反射面4a。从而该反射面4a具有朝该光导2的 输出端2b方向引导的法线(未示出)。根据所示的实例，设置该反射面4a使得该反射面 4a的至少一部分是凹入的，即向内弯曲到光导2内(一般朝向输入端2a)。为了更清楚地展示光导2的棱柱曲面5，图2和图3分别示出了图1所示的光导2 的部分截面图和特写视图。如图2所示，棱柱曲面5邻近于输入端2a，其由多个沿轴向顺序排列的棱镜5a， 5b，5c (在图2中仅其中的一些标有附图标记)形成。棱柱曲面5的棱镜5a，5b，5c设计成 允许将从腔体3射入的光中的大部分反射回光导2的中心区2c中，而发生光的多次反射 最少，且从腔体3射入的光中的少部分直接从棱镜部分导出到偏离安装发光元件1的基板 (未示出)的空间。反射回光导2的中心区2c中大部分光再通过输出端2b处设置的反射器4导向各方向进而和少部分直接从棱镜部分导出的光一起形成理想的光强分布。基于此设计思想，在一实施例中，如图3所示，每个棱镜的第一边界面51与光导的 轴向Z成一锐角0，每个棱镜的第二边界面52与光导的径向X成一锐角a且该第二边界 面52朝光导2的输入端2a倾斜。如图2所示，第一边界面51可将入射到该第一边界面51 上的光的至少一部分朝光导2的输出端2b反射。较佳地，第一边界面51为全内反射面，这 样可几乎将全部入射到该第一边界面51上的光朝光导2的输出端2b反射。由于第二边界 面52与光导的径向X成一锐角a且该第二边界面52朝光导2的输入端2a倾斜，第二边 界面52可将入射到该第二边界面52上的光的部分反射到第一边界面51，部分以较高的角 度出射，而不被安装发光元件1的基板所吸收或阻挡，并被导向偏离安装发光元件1的基板 的空间，使得最终的光学效率得以提高。选择棱镜5a，5b，5c的第一边界面51与轴向Z的角度0，使其对于入射在该边界 上的光的全内反射而言足够大。可选择地，一般而言，可以单独地选择每个棱镜朝光导2的 轴向的延伸和/或每个棱镜与光导2的轴向的角度以获得想要的反射角。在一实施例中， 棱镜中的至少一个被设置为其第一边界面51与轴向Z的角度0不同于其他棱镜的第一边 界面51与轴向Z的角度0。在另一实施例中，每个棱镜的第一边界面51与轴向Z的角度 3不同于其他棱镜的第一边界面51与轴向Z的角度3。类似地，选择棱镜5a，5b，5c的第二边界面52与径向X的角度a，使其对于入射在 该边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，其包括：光可透射的光导，其具有输入端，输出端以及它们之间的中心区，所述光导沿轴向延伸，其中所述光导被设置使得其折射系数高于所述光导外部的介质的折射系数；反射器，其被设置邻近于所述输出端并且被设置使得至少一部分入射在所述反射器上的光被反射；其特征在于：所述输入端具有一腔体，该腔体可容纳可发光元件且将所述可发光元件发射出的光至少部分地导入到所述光导中；以及该光导的至少一部分边界面包括棱柱曲面，该棱柱曲面由多个沿所述轴向顺序排列的棱镜形成，所述棱镜的第一边界面可将入射到所述第一边界面上的光的至少一部分朝所述光导的所述输出端反射，所述棱镜的第二边界面与所述光导的径向成一锐角且所述第二边界面朝所述光导的所述输入端倾斜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李蕴，
申请(专利权)人：飞利浦中国投资有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]