CN102803835B - 街道照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于街道、道路等的照明设备，具有包含发光元件和在主照射方向上设置在发光元件前的透镜的发光单元，透镜用于生成预定的光强度特性，其中透镜在面向发光元件的光耦入侧上具有光耦入面且在背离发光元件的光耦出侧上具有光耦出面，光在光耦入面和光耦出面上被折射，其中透镜的光耦入面和/或光耦出面在与发光元件的光轴垂直的方向上被形成为使得耦出的光的光强度从与光轴相交的中心平面开始随着相对于光轴的照射角的上升而至少部分地根据正切函数而上升。

Description

街道照明装置

技术领域

本发明涉及一种用于街道、道路等的照明装置，具有包含发光元件的发光单元和在主照射方向上设置在发光元件前面的用于生成预定光分布特性的透镜，其中透镜在面向发光元件的光耦入侧上具有光耦入面，而在背离发光元件的光耦出侧上具有光耦出面，光在这些面上发生折射。

背景技术

DE10330261A1公开了一种用于车辆的照明装置，其除了发光元件和发射器之外还具有在光照射方向上设置在发光元件前面的透镜。透镜被构造为相对于发光元件的光轴旋转对称，并且在背离发光元件的侧上具有全反射面，从而落到其上的光垂直于主照射方向地朝着周边侧(randseitig)的光耦出面被反射。因此在侧向方向上朝着反射器面进行偏转。透镜因此基本上用作为朝着侧面反射器面方向上进行偏转的光偏转装置，并不仅仅用于生成预定的光分布。

EP1916468A1公开了一种用于街道、道路等的具有发光单元的照明装置，其具有发光元件和在光照射主方向上设置在该发光元件前面的透镜，用于生成预定的光分布。透镜被构造为是圆拱形的并且相对于发光元件的光轴上的点成点对称，其中在透镜的背离发光元件的光耦出侧上构造有多个分块的自由型面设置在面向发光元件的光耦入侧上的光耦入面被构造为是球形的。根据透镜的光耦出面的曲率，可以生成较大或较小的矩形光分布。当然，发光单元只适合于照亮要照射的街道空间的部分区域。为了照亮要照射的整个街道空间，要求将发光单元与不同轮廓或不同地成形的透镜相互组合。

发明内容

因此，本发明的任务在于对照明装置进行进一步改进，使得以简单的方式根据需求实现预定的光分布以均匀地照亮空间。

为了实现该任务，结合权利要求1前序部分的本发明的特征在于：透镜的光耦入面和/或光耦出面在与发光元件的光轴垂直的方向上被形成，使得被耦出的光的光强度从与光轴相交的中心面开是随着与光轴构成的照射角的增大而至少部分地根据正切函数增大。

本发明的特别的优点在于：通过符合(abstimmen)发光元件照射特性的透镜能发射光束，其中其光强度随着相对于光轴的照射角的增大而按照正切函数增大。有利地，因此可以实现对优选为矩形的面、尤其是街道的均匀照亮。

根据本发明的一有利实施方式，透镜的光耦入面和/或光耦出面被构造为使得光强度的正切函数形上升在纵向上增大直到第一特征角(Kennwinkel)并且在横向上增大直到第二特征角，其中第一特征角大于第二特征角。第一特征角可以位于55°到75°的角度范围中。对于具有朗伯特性的LED发光元件，特征角大约为55°。第一特征角和第二特征角分别是光强度在纵向或横向上达到其最大值的相对于光轴的照射角。在照射角超过特征角的情况下，光强度又降低，其中于是可以优选余弦形地从光强度的最大值进行下降。有利地，可以实现对一个面的均匀的矩形的照亮，其中同时可以避免对于远处人员的不期望的耀眼。在这种情况下应假设，发光单元的光轴垂直于要照射的街道面定向地被设置，从而不对以相对平坦角度看到照明装置的远处交通参与者产生耀眼。

根据本发明的一扩展方案，透镜被构造为是贝壳状的，并且具有两个相对的纵侧段它们经由中间段相互连接。纵侧段各自具有周边侧的侧面，相对于光轴以相对较大的照射角耦入的子光束在该周边侧的侧面上被全反射到光耦出侧的方向上。这些纵侧段延伸到纵向中心平面的两个侧面，从而通过由纵侧段对子光束进行的会聚偏转而在横向上实现更小的照射宽度。因此可以以简单的方式实现对街道的矩形照亮。

根据本发明的一有利实施方式，透镜具有由上升的侧翼和下降的侧翼构成的纵向段上升的侧翼具有一侧面，一部分耦入的光束在该侧面上被全反射，使得光束在光轴或纵向中心平面的方向上与其相交地被耦出。下降的侧翼只具有以下面，即耦入的光束在该面上在纵向中心轴的方向上被折射，而不与纵向中心轴相交。有利地，因此可以提供在横向上具有相对强的不对称性并优选使得能够实现更大的射程的发光单元。因为在下降的侧翼中光的耦出仅仅通过折射来实现，所以降低了材料成本。

根据本发明的一扩展方案，透镜的纵侧段可以被构造为相对于纵向中心轴是对称的或不对称的。对于纵侧段的对称构造，有利地照亮矩形面，其中发光单元基本上位于街道面的中央/中心点。对于纵侧段的非对称构造，矩形面被照亮，其中发光单元设置为与其中心点/中央间隔开。

根据第一变型方案，第一纵侧段的侧面和正面可以形成为使得耦入的光束以尖锐的偏转角被耦出。由此实现光通量的均质性这有利于生成均匀的光分布。

根据本发明的一扩展方案，第二纵侧段的侧面和正面被形成为使得耦入到第二纵侧段中的光束与光轴相交地以相对较大的偏转角被耦出。因此结合相对的第一纵侧段可以产生不对称的光分布，从而发光单元例如可以设置在要照明的街道的边沿处。此外，由此有利于线形的照亮。

根据本发明的一扩展方案，中间段的背离发光元件的正面被构造为是椭圆形的，面向发光元件的光耦入面被构造为是钟形的。椭圆形的耦出面(中间段的正面)与圆形耦出面相比具有以下优点：最大照射角度由纵侧段的周边侧区域确定。有利地，因此可以将透镜定位为与照明装置的其他部件更近，而不发生光分布的遮暗(Abschattung)。

根据本发明的一扩展方案，发光元件被构造为具有的张角大于70°的LED发光元件。对于张角更小的发光元件，侧面段的全反射面不会发生作用。

进一步的从属权利要求给出了本发明的其他优点。

附图说明

以下借助于附图详细地介绍本发明。

在附图中：

图1示出了发光单元的透镜的俯视图；

图2示出了根据第一实施方式的发光单元的纵剖面图；

图3示出了根据第一实施方式的发光单元的横截面；

图4示出了根据第一实施例的发光单元的光强度分布曲线；

图5示出了根据第一实施方式的用于对称地对街道空间进行照明的被用作路灯的发光单元的示意性纵断面；

图6示出了要照明的街道的示意性俯视图，其中根据第一实施方式的发光单元设置在照射面的中央；

图7示出了根据第二实施方式的发光单元的横截面；

图8示出了根据第二实施方式的发光单元的光强度分布；

图9示出了根据第二实施方式用于非对称地对街道空间进行照明的被用作路灯的发光单元的示意性纵断面；

图10示出了要照明的街道的示意性俯视图，其中根据第二实施方式的发光单元不设置在照射面的中心；

图11示出了根据另一实施方式的透镜的透视图；

图12示出了具有根据图11的透镜的发光单元的横截面；以及

图13示出了根据图12的发光单元在其横向上的光强度分布。

具体实施方式

用于街道、道路等的照明装置例如可以具有未示出的框架形壳体，该壳体经由底座与杆相连。在壳体中集成地设置有至少一个发光模块，从而在照明装置被接通时可以对街道面或街道空间进行照明。照明装置的壳体与街道面相距预定距离地被设置，其中该至少一个发光模块与街道面平行地延伸。

这些发光模块被构造为是直线的和/或延伸的，并且在一个共同的延伸面中延伸。例如，发光模块可以被设置为使得照明装置框架形地或线形地或星形地或十字形地被设置。发光模块根据第一实施方式具有多个行形设置的发光单元1，这些发光单元分别在一个公共的支撑体上设置在壳体的空隙内。发光模块(例如八个发光模块)的多个发光单元1或支撑体被一个公共的透明盖板封闭。

发光单元1主要具有构造为LED芯片的发光元件2和在主照射方向3上设置在发光元件前面的透镜4。

透镜4被构造为是贝壳状的或者被构造为在横截面上是蝙蝠翅膀状的，并且具有相对于纵向中心平面M_L对置的两个纵侧段5和连接纵侧段5的中间段6。根据本发明的第一实施方式，在图1至6中所示的发光单元1具有相同构造的纵侧段5，从而透镜4不仅相对于纵向中心平面M_L对称，而且相对于横向中心平面M_Q对称。

如从图2中能看出的那样，LED发光元件2在透镜4的光耦入侧7上部分地以与透镜4的钟形光耦入面9间隔开地设置在凹腔8中。钟形的光耦入面9优选被构造为相对于发光元件2或透镜4的光轴10是旋转对称的。

在透镜4的背离发光元件2的光耦出侧11上，至少一个中间段6具有在纵向上是椭圆形的光耦出面12。

透镜4的用作为耦入光学元件的光耦入面9和用作为耦出光学元件的光耦出面12因此在透镜4的纵向L上被形成为使得生成光强度分布曲线K₁(光强度特性)，其中光强度从在光轴10中值等于零的照射角θ出发在纵向上按照以下正切函数增大。

$I\left(\mathrm{\θ}\right)=I_{\max }\·\frac{\tan \left(\mathrm{\θ}\right)}{\tan \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Im\; ax}}\right)}$

I(θ)：角度θ方向上的光强度

I_max：产生的最大光强度

θ_Imax：出现最大光强度的角度

如从图4中可以看到的那样，光强度分布K₁在照射角θ_KL＝70°时达到其最大值，然后又朝着零下降知道照射角θ＝90°。光强度梯度在50°到80°的范围中最大。为了更容易理解，在图4中还示出了被构造为朗伯辐射体的LED发光元件2的光强度分布J。通过纵向L中光耦入面9和光耦出面12的几何尺寸，光射线13在透镜4的界面上分别从光轴10或横向中心面M_Q折射离开，从而在第一特征角θ_KL、-θ_KL的范围中产生最大值。光强度分布在按照数值的特征角θ_KL之上的下降以余弦形降低。

通过透镜4在纵向L上的几何尺寸，规定要照明的街道面14的长度l。通过透镜4在横向Q上的几何尺寸，规定被照明的街道面14的宽度b，如在图6中所示的那样。其中发光单元1位于该矩形照明面14的中心点或中央Z。

为了发光单元1在横向Q上的照射角特性小于纵向L中的，纵侧段5具有周边侧的侧面15和设置在光耦出侧11上的正面16，从而相对于光轴10以相对较大的角度耦入的子光束17在侧面15被全反射并且与透镜4的在纵向L上耦入的相应子光束17’相比更陡峭地照射到正面16。纵侧段5因此具有使在横向Q上相对于光轴10以相对较大的角度耦入的光射线与在纵向L上相对于光轴10以大角度耦入的光射线17’相比相对会聚的功能。光强度最大值因此已经在比θ_KL＝70°小的第二特征角θ_KQ1＝60°时达到了，参见图8。

根据第一实施例的光强度分布相对于纵向中心平面M_L和横向中心平面M_Q对称。

透镜4的中间段6优选具有散射效应，其中根据图2在纵向L上的散射效应还被扩展到侧面的边缘区域。

按照根据图7至10的发光单元21的第二实施方式，与按照第一实施方式的发光单元1不同，设置有在横向Q中非对称构造的透镜22，参见图7。在纵向L上，透镜22基本上相对于横向中心轴M_Q对称地构造。

透镜22具有与透镜4的纵侧段5相同的第一纵侧段5以及相对的第二纵侧段23，第二纵侧段在横截面上被构造为比第一纵侧段5更鼓(bauchiger)。

鼓起的第二纵侧段23具有弓形侧面24，以相对陡峭的照射角耦入的子光束17”在该弓形侧面上以相对大的偏转角被全反射并且在第二纵侧段23的正面26处折射的情况下与光轴10或纵向中心平面M_L相交地辐射。

由发光元件2垂直于纵向中间平面M_L辐射的光射线18与相应的光射线19相比以更大的偏转角β1被偏转，光射线19入射到第一纵侧段5上并且以尖锐的偏转角α1被偏转。另一光射线18’在侧面24和正面26上以钝的角度β2向着光轴10被偏转。由此形成了根据图8的横向上的非对称的光分布，其中由第二纵侧段23产生的光强度分布K₂的相对最大值小于由第一纵侧段产生的最大值，并且在第二特征角θ_KQ2＝-40°时出现。因此可以矩形地照明街道面14，尽管发光单元21不是位于街道面14的中心Z处，而是相对于该中心侧向错开。通过提高第二纵侧段23的鼓起程度(Bauchigkeit)，可以进一步提高发光单元21的不对称的效应，从而发光单元21例如可以位于街道面14的边沿27处。该实施方式可以用于从一侧对街道进行照明，其中照明装置例如可以设置在街道与人行道之间的连接区中。

按照根据图11至13的本发明的另一实施方式，设置有发光单元31，该发光单元31如根据第二实施方式的发光单元21那样具有在横向Q上非对称地构造的纵侧段33、34。第一纵侧段33被构造为上升的侧翼，该侧翼基本上设置在透镜32的纵向中心平面M_L的第一侧上。第二纵侧段34被构造为下降的侧翼，这个下降的侧翼被设置在纵向中心平面M_L的相对侧上。

上升的侧翼33和下降的侧翼34经由中间段35而相互连接，中间段基本上在纵向中心平面M_L附近的区域中延伸。

上升的侧翼33具有向外拱起的光耦入面36，发光元件2发出的光射线37通过该光耦入面36基本上被折射到陡峭延伸的侧面38的方向上，其在该侧面38上被全反射，从而光射线37在上升的侧翼33的正面39处被耦出。正面39弓形地从侧面38的前边沿延伸；光耦入面36弓形地从侧面38的后边沿延伸，即相互前进直到中间段5。尤其地，侧面38的前段以相对陡峭的角度行进，即侧面38的前段相对于纵向中心平面M_L以相对小的尖锐的角度延伸，从而与根据第二实施方式的相比更大的光分量通过纵向中心平面M_L被向外反射到与纵向中心平面M_L相对的侧上或经由正面39被耦出。

下降的侧翼34在面向发光元件2的侧上具有弓形的光耦入面40以及正面41和相对于主照射方向向下倾斜的侧面42。通过尤其是侧面42的构造，耦入到下降的侧翼34中的光射线43仅仅被折射，具体地是折射到透镜32的纵向中心平面M_L的方向上。

中间段35具有光耦出面，从而耦入的光射线44朝着纵向中心平面M_L的两侧折射离开。

如从图13中可以看到的那样，在横向Q中产生光强度分布K’₂，该光强度分布K’₂与根据图8的第二实施方式的光强度分布K₂相比具有更强的非对称性。第一相对最大值I_max1’在第一特征角θ_KQ1＝65°的情况下产生，而按照第二实施方式I_max1在θ_KQ1＝60°的情况下产生。由此可以以根据本发明的透镜32相对提高射程。第二相对最大值I_max2’在θ_KQ2＝-30°的情况下产生。I_max2’等于0.38，从而第二相对最大值I_max2’与第一相对最大值I_max1’的商小于0.5。该商因此小于根据第二实施方式的相应的I_max2与I_max1的商，参见图8。发光元件31在横向上的光强度分布总共在从-40°到+75°的角度范围中。与前面的实施方式相比，尤其地，更大的光分量在横向上在50°到70°的角度范围内出现。由此可以实现射程提高。

优选地，利用张角大于70°的LED芯片作为发光元件。在纵向上，透镜4、22的轮廓被构造为使得光强度分布K₁、K₂的正切上升位于0到75°的照射角范围中。对于LED发光元件作为朗伯辐射体的实施方式，照射角θ的正切上升范围位于0到55°的范围中。

所述实施例的相同部件或部件功能以相同的附图标记表示。

根据本发明的一未示出的可选实施方式，照射角θ还可以仅仅示例性地对应于正切函数地行进；尤其是在光轴10附近的区域中，行进线路可以以更大或更小的上升而行进。

照明设备可以用于街道照明，但是也可以用于室内空间，例如用于厨房或卧室家具。

附图标记列表

1  发光单元

2  发光元件

3  主照射方向

4  透镜

5  纵侧段

6  中间段

7  光耦入侧(4)

8  凹腔

9  光耦入面

10 光轴

11 光耦出侧(4)

12 光耦出面

13 光射线

14 街道面

15 侧面

16 正面

17，17’ 子光束

18 光射线

19 光射线

20 光射线

21 发光单元

22 透镜

23 第二纵侧段

24  侧面

26  正面

27  边沿

b   宽度

J   光强度

K₁，K₂，K’₂ 光强度分布

L   纵向

l   长度

M_L  纵向中间平面

M_Q  横向中间平面

Q   横向

Z   中央

α1 偏转角

β1，β2 偏转角

θ 照射角

θ_KL  第一特征角

θ_KQ，θ_KQ” 第二特征角

31  发光单元

32  透镜

33  纵侧段

34  纵侧段

35  中间段

36  光耦入面

37  光射线

38  侧面

39  正面

40  光耦入面

41  正面

42  侧面

43  光射线

44  光射线

I_max’，I_max1’ 相对最大值

I_max2，I_max2’  相对最大值

Claims (14)

1.一种用于道路的照明设备，具有包含发光元件(2)和在主照射方向(3)上设置在该发光元件(2)之前的透镜(4，22，32)的发光单元(1，31)，该透镜用于生成预定的光强度特性(K₁，K₂)，其中所述透镜(4，22，32)在面向发光元件(2)的光耦入侧(7)上具有光耦入面(9)并且在背离发光元件(2)的光耦出侧(11)上具有光耦出面(12，39，41)，光(13，37)在光耦入面和光耦出面上被折射，其中，透镜(4，22，32)的光耦入面(9)和/或光耦出面(11，39，41)在与发光元件(2)的光轴(10)垂直的方向上被形成为使得耦出的光(13，17)的光强度(K₁，K₂)从与光轴(10)相交的横向中心平面(M_Q)或纵向中心平面(M_L)开始随着相对于光轴(10)的照射角(θ)的上升而至少部分地根据正切函数而上升，其特征在于，所述透镜具有包括上升的侧翼的第一纵向段和包括下降的侧翼的第二纵向段，其中上升的侧翼具有一个侧面，一部分耦入的光束在所述侧面上这样地被全反射，使得光束在光轴或纵向中心平面(M_L)的方向上与其相交地被耦出，下降的侧翼具有这样的面，即耦入的光束在所述这样的面上在纵向中心轴的方向上被折射，而不与纵向中心轴相交。

2.一种用于道路的照明设备，具有包含发光元件(2)和在主照射方向(3)上设置在该发光元件(2)之前的透镜(4，22，32)的发光单元(1，31)，该透镜用于生成预定的光强度特性(K₁，K₂)，其中所述透镜(4，22，32)在面向发光元件(2)的光耦入侧(7)上具有光耦入面(9)并且在背离发光元件(2)的光耦出侧(11)上具有光耦出面(12，39，41)，光(13，37)在光耦入面和光耦出面上被折射，其中，透镜(4，22，32)的光耦入面(9)和/或光耦出面(11，39，41)在与发光元件(2)的光轴(10)垂直的方向上被形成为使得耦出的光(13，17)的光强度(K₁，K₂)从与光轴(10)相交的横向中心平面(M_Q)或纵向中心平面(M_L)开始随着相对于光轴(10)的照射角(θ)的上升而至少部分地根据正切函数而上升，其特征在于，透镜被构造为是贝壳状的或在横截面上是蝙蝠翅膀状的，并且具有两个相对的纵侧段，这些纵侧段经由中间段相互连接，这些纵侧段各自具有周边侧的侧面(15，24)，相对于光轴以相对较大的照射角耦入的子光束在该周边侧的侧面上被全反射到光耦出侧(16，26)的方向上，这些纵侧段在纵向中心平面(M_L)的两侧延伸，使得通过由纵侧段对子光束进行的会聚偏转而在横向上实现较小的照射宽度。

3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，透镜(4，22)的光耦入面(9)和/或光耦出面(11)在纵向(L)上相同地被形成为使得耦出的光的光强度(K₁，K₂)在透镜(4)的纵向(L)上相对于与光轴(10)相交的横向中心平面(M_Q)对称地随着相对于光轴(10)的角度的上升而至少部分地根据正切函数而上升。

4.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，透镜(4，22)的光耦入面(9)和/或光耦出面(11)在纵向(L)上和/或在横向(Q)上被形成为使得耦出的光的光强度(K₁，K₂)在纵向(L)上从横向中心平面(M_Q)开始一直到第一特征角(θ_KL)都上升，而在横向上从纵向中心平面(M_L)开始一直到第二特征角(θ_KQ)都上升，然后随着照射角的上升而朝着零下降，其中第一特征角(θ_KL)大于第二特征角(θ_KQ)。

5.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，纵侧段(5，23)具有连接光耦出面(12)和光耦入面(9)的侧面(15，24)，相对于光轴(10)以大角度(θ)耦入的子光束(17)在该侧面上被全反射到光耦出侧(11)的方向上。

6.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，透镜(4，22)的纵侧段(5，23)被构造为相对于纵向中心平面(M_L)是对称的或非对称的。

7.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，所述两个相对的纵侧段的第一纵侧段(5)的侧面(15)和正面(16)被形成为使得耦入的光束(17)以尖锐的偏转角(α1)被耦出。

8.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，所述两个相对的纵侧段的第二纵侧段(23)的侧面(24)和正面(26)被形成为使得耦入到所述两个相对的纵侧段的第二纵侧段(23)中的光束(17)的至少一部分在与光轴(10)相交的情况下以钝角的偏转角(β2)被耦出。

9.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，透镜(32)在横截面上具有相对于所述两个相对的纵侧段的第一纵侧段上升的侧翼，在上升的侧翼中耦入的光(37)的至少一部分在上升的侧翼的侧面上被全反射为使得光(37)在纵向中心平面(M_L)方向上在与透镜(32)的纵向中心平面相交的情况下被耦出，并且透镜(32)在与纵向中心平面(M_L)相对置的侧上具有相对于所述两个相对的纵侧段的第二纵侧段下降的侧翼，第二纵侧段被形成为使得耦入的光(43)在下降的侧翼的侧面和正面上被折射到透镜(32)的纵向中心轴(M_L)的方向上。

10.根据权利要求9所述的照明设备，其特征在于，上升的侧翼和下降的侧翼被形成为使得耦入的光(37，43，44)在透镜(32)的横向(Q)上在角度(θ)在-40°和+75°之间的角度范围中被耦出。

11.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，纵侧段(5，23)被形成为使得透镜(22，32)的横向(Q)上的光强度分布(K₂，K₂’)被生成为具有两个光强度最大值(I_max1，I_max2，I_max1’，I_max2’)，其中第二相对最大值(I_max2，I_max2’)与第一相对最大值(I_max1，I_max1’)的商小于0.5。

12.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，透镜(4，22)的中间段(6)在光耦出侧(11)上具有椭圆形轮廓，用于将耦入的光折射离开光轴(10)。

13.根据权利要求2所述的照明设备，其特征在于，透镜(4，22)的中间段(6)的光耦入面在纵向(L)上钟形地延伸，而在横向(Q)上椭圆形地延伸。

14.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，发光元件(2)被构造为张角大于70°的LED发光元件。