專利名稱：照明設(shè)備,光學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元件的照明設(shè)備。所述的照明設(shè)備具體地說是一種由發(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在商店櫥窗中照明物體。由于LED變得越來越有效且功率強大，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LED安放在光學元件或其自己的透鏡后面，這樣每個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)備存在的缺點在于單獨的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事實引起的。由于整個光束是這些單獨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，提供一種具有分布更均勻的光束的照明設(shè)備。
為了實現(xiàn)這個目的，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，至少一個光源相對于對著所述光源的光學元件的位置與其它光源之一相對于對著所述其它光源的光學元件的位置不同。由于單獨的LED相對于引導(dǎo)其光線的光學元件的位置總是不同的，所以其效果和當在不同的位置中通過不同的LED照明一個光學元件的時候所獲得效果是相同的。因此，結(jié)果導(dǎo)致入射在光學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)明的另一個優(yōu)點在于，選擇光源的數(shù)量可以與光學元件的數(shù)量無關(guān)。因此，照明設(shè)備的光強可以更加容易通過添加或去掉光源來調(diào)節(jié)，或者通過將它們打開或關(guān)上來調(diào)節(jié)，而不會影響所要求的光圖案。
光源組和光學元件組最好形成矩陣，這些矩陣具有基本相同的尺寸，而兩個矩陣的列數(shù)和/或行數(shù)是不同的。一個矩陣的行數(shù)和/或列數(shù)比另一個矩陣的行數(shù)和或列數(shù)超出1的實施方案在實際中產(chǎn)生出良好的結(jié)果。通過這種矩陣布置，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。通過這樣引導(dǎo)來自每一個LED的光以獲得平行光束，并在光線入射在光學元件組上之前通過反射和/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，就能夠確保由LED發(fā)出的整個光束通過光學元件組，這樣就沒有光損失。
這些光學元件最好在一個側(cè)面或兩個側(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算出。由于其優(yōu)點，就有可能產(chǎn)生出一種非常復(fù)雜且精確的光分布以滿足用戶的具體要求。這種光學元件甚至可以投影文本。
在優(yōu)選的實施方案中，這些光學元件具有鋸齒形結(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)明還涉及一種光學元件，該光學元件在一個側(cè)面或兩個側(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，至少一個光源相對于對著所述光源的光學元件被布置在與其它光源之一相對于對著所述其它光源的光學元件的位置不同的位置中。
參照下述實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線剖開的剖視圖；圖3顯示出光學元件；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線剖開的剖視圖。該照明設(shè)備包括容納了25個LED組件2的箱形外殼1。每一個這些組件2都包括發(fā)光二極管(LED)3和準直透鏡4，該組件通過反射和衍射使得LED的光線成為平行光束。向外發(fā)出的平行光束基本上與LED組件2的對稱軸5平行。這些LED組件2中的每一個都具有對稱軸5，它們的軸線沿著相互平行的方向延伸。
外殼1具有設(shè)有其對稱軸線與LED組件2的對稱軸線5一致的25個光學元件或透鏡7的蓋6。每個透鏡7的出口平面設(shè)有鋸齒形結(jié)構(gòu)8，用于使由對應(yīng)的LED3產(chǎn)生出的向外發(fā)出的光折射。單獨的透鏡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)。還可以使用不同類型的LEDs3，這樣就能夠獲得所要求的顏色和/或強度圖案。
圖3顯示出一種可以應(yīng)用在本發(fā)明中的矩形光學元件17。所述光學元件17包括由透明材料制成的平板，其中通過銑削在一側(cè)上形成一排棱鏡18。這些棱鏡18還可以設(shè)在光學元件的兩側(cè)上。在每個銑削位置處，光學元件的表面具有對于每個棱鏡18來說不同的角度α以及根據(jù)特定的功能沿著棱鏡18的長度變化的角度β，這樣沿著光學元件的平面中的方向看該透鏡是彎曲的。來自LED的光折射的方向因此取決于光線進入光學元件的位置。角度α和角度β的變量通過計算機由要在所照射的物體上產(chǎn)生出的所要求的光圖案計算出。該圖案可能非常復(fù)雜；人們甚至發(fā)現(xiàn)可以通過這種光學元件來投影文本。
這樣一種光學元件或者用于這樣一種元件的矩陣可以通過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夾在銑削機上，然后銑削出第一棱鏡，憑此該銑削切割機跟隨一條確定了角度β的變量的路線。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，蓋子沒有以相應(yīng)的5×5的透鏡矩陣來形成而是以如圖3所示的2×4的相同的矩形光學元件17形成。
如果光源矩陣的行數(shù)和列數(shù)分別被稱作Nsr和Nsc，并且沿著兩個方向的LEDs之間的間距被分別稱作Wsr和Wsc，并且透鏡矩陣的行數(shù)和列數(shù)被分別稱作NIr和Nlc，光學元件的尺寸被分別稱作WIr和WIc，假設(shè)兩個矩陣都具有相同的尺寸的話，則可以應(yīng)用下列等式Nsr×Wsr＝Nlr×WlrNsc×Wsc＝Nlc×Wlc該等式確定了光學元件的尺寸和LED組件之間的距離之間的關(guān)系。
在這個實施例中，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總是處于相對于光學元件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組件安放在一個光學元件17后面并與光學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)果可以通過選擇LED矩陣和透鏡矩陣的行數(shù)和列數(shù)成不同來實現(xiàn)，即Nsr≠Nlr并且Nsc≠Nlc，最優(yōu)的結(jié)果在理論上可以通過選擇行數(shù)和列數(shù)的差只為1來實現(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元件，至少一個光源相對于對著所述光源的光學元件的位置與其它光源之一相對于對著其它光源的光學元件的位置不同。
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，一個矩陣的行數(shù)和列數(shù)比另一個矩陣的行數(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，光學元件在一個或兩個側(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。
11.一種在一個或兩個側(cè)面上設(shè)有斜面的光學元件，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所述的光學元件，其特征在于，光學元件具有鋸齒形結(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所述的光學元件，其特征在于，沿著光學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，至少一個光源相對于對著所述光源的光學元件的位置與其它光源之一相對于對著其它光源的光學元件的位置不同。
15.一種如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，光學元件在其一個或兩個側(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元件(7)。其中一個光源相對于對著所述光源的光學元件(7)的位置與其它光源之一相對于對著其它光源的光學元件的位置不同。
文檔編號F21V5/02GK1335920SQ00801826
公開日2002年2月13日 申請日期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 申請人:拉米爾德斯照明設(shè)備有限公司