CN103649811A - 用于影响基本上点光源的光发射的光影响元件 - Google Patents

Abstract

一种用于影响基本上点光源（22）的光发射的光影响元件（30）包括并置并且整体地彼此相连接的至少两个透镜（35），每个透镜具有一个界定了该透镜（35）的光入射部分的空腔（37）以及一个与该光入射部分对置的光出射面（36），这些透镜（35）中的至少两个在它们的光入射部分方面是不同地进行设计。

Description

用于影响基本上点光源的光发射的光影响元件

本发明涉及光影响元件，该光影响元件被提供用于影响大体上点状光源、具体地说是LED的光发射。此外，本发明涉及具有这种光影响元件的灯具以及用于生产此类光影响元件的方法。

近年来LED开发的进展已经使得此类光源能够越来越多地用于照明目的。可以在LED辅助下获得的发光强度现在足够高，使得LED可以在几乎所有的应用领域中替代先前使用的常规光源，例如白炽灯、荧光灯或卤素灯。使用LED的优点在于这些LED提供了用于改变或修改光发射的非常好的选择。具体地说，例如基于LED的现代光源提供了设定所发射光的色彩或色温的选择。

原则上，LED在相对较大的立体角内发射光。因此，常规上将光学元件（例如小型反射器或透镜）指派给LED，借助这些光学元件将光发射约束或集中到空间中的特定区域。这样的结果是，可以确保由灯具发射的光总的来说不会导致观察者眩目或者在反光表面（例如屏幕或桌面）上导致令人不快的反射。

由于用于影响光发射的透镜的个别制造将会与极高费用相关联，因此通常使用由彼此相连接的几个透镜组成的光影响元件。在此，对透镜进行安排使得每个LED正好被指派一个透镜，其中所有透镜以相同方式影响相应LED的光。此类光影响元件接着被安排在LED下方并且接着形成灯具的该或一个光出射元件，其中这些光影响元件优选地使用注射模制方法来生产。

取决于灯具的应用领域，不同的光发射特性通常是所希望的。常规上，对灯具的光学元件进行设计使得光主要对称地朝下侧发射，具体而言不会使人眩目。相反地，当用于商行或商店时，通常需要以对准方式照亮沿着灯具横向地延伸的货架。在这种情况下，光也应不断地横向地发出，在其他情况中，为了避免非所希望的眩目，更可能避免这样做。不对称的光发射特性通常也是所希望的，例如，为了以对准方式使邻近的壁或物体变亮。

原则上，针对每个应用目的产生个别地经适当设计的光影响元件将是可行的。然而，这种程序与极高费用相关联，因为用于个别注射模制工具的成本非常高。另一个问题还在于以下事实，即，在多个灯具沿纵向方向一个接一个地安排的照明***的情况中，灯具将会部分地具有不同的发射特性，而另一方面均一的外观是所希望的。就是说，尽管灯具将以不同方式发射光，但是对于观察者来说它们应该至少看起来非常相似。

因此，本发明基于使用于制造合适光影响元件的新颖解决方案可用的目标，该解决方案首先要使得能够按照所希望的分布以相对简单的方式调整光发射特性，而且其次是要与合理的财务费用相关联。

该目标通过在独立权利要求中限定的发明来实现；本发明的有利发展是从属权利要求的主题。

根据本发明的解决方案的主要想法是基于可以使用透镜来影响光发射这个发现，这些透镜鉴于它们的光出射而原则上具有相同的设计，但是有可能以对准方式影响光发射或者通过调整透镜的光入射区域来获得所希望的光分布曲线。在此，明确地说，这与透镜有关，这些透镜的光入射区域由空腔形成，该空腔接着与对应光源相关联，其中这个空腔与透镜的光出射区域对置。

因此，根据本发明，提出一种用于影响大体上点状光源的光发射的光影响元件，其中该光影响元件具有一个接一个地安排并且整体地连接的至少两个透镜，这些透镜各自具有一个形成了该透镜的光入射区域的空腔以及一个与该光入射区域对置的光出射面，并且其中，根据本发明，这些透镜中的至少两个在其光入射区域方面具有不同设计。均一外观优选地依靠以下事实来确保，即，所有透镜具有拥有相同设计、优选地为矩形、具体地说是正方形的光出射面。

根据本发明的解决方案的优点在于可以用比较简单且成本有效的方式来修改透镜的光入射区域这个事实。为此，明确地说，可以进行准备以便使用注射模制方法来生产光影响元件，这样需要提供适当注射模制工具。然而，在此，现在进行准备以使注射模制工具配备有一个或多个工具嵌件，该注射模制工具设定该光影响元件的总体结构，其中这些工具嵌件可以互换和/或位于注射模制工具中，使得它们可以被更换。这些工具嵌件现在限定空腔的形状，即，透镜的光入射区域，其中这些工具嵌件与整个注射模制工具相比可以用比较成本有效的方式以不同变体来生产。由于该嵌件或这些嵌件的互换或不同定位，因此可以用简单的方式来调整或修改光影响元件的性质。这不仅使得可以用成本有效的方式来产生不同的光影响元件，而且具体地说还使得透镜可以在一个整体地形成的光影响元件内具有不同的发射特性。抛开这一切不说，光影响元件的光出射区域在所有情况下都是相同的，并且因此，如先前所述，维持了所希望的均一外观。

因此，根据本发明，还提供一种用于制造光影响元件的方法，其中该光影响元件具有一个接一个地安排并且整体地连接的至少两个透镜，这些透镜各自具有一个形成了该透镜的光入射区域的空腔以及一个与该光入射区域对置的光出射面，并且其中，根据本发明，该光影响元件是通过注射模制来生产，其中该透镜的空腔各自由一个工具嵌件限定，该嵌件可以互换和/或位于注射模制工具中，使得它们可以被更换。如已经提到的，该工具嵌件在此情况中可以按照不同定向定位于该注射模制工具中，其中，另外地或替代地，还存在使用具有不同设计的工具嵌件的选择。此外，本发明还涉及一种对应的注射模制工具。

根据本发明的光影响元件的透镜优选地大体上具有平截头体状设计，其中，再次为了获得尽可能均一的外观，透镜的侧面可以具有相同设计。透镜的空腔可以取决于所希望的光发射特性而具有多边形截面或旋转对称的设计。在此，具体地说，可以依靠用对应方式修改空腔的基底区域来调整光发射特性。因此，通过举例，可以通过引入凹口来实现光束分离器，借助该凹口可以实现所发射光的较广分布或甚至***。此凹口的定向还可以取决于应用相应地进行调整，其中凹口在单个光影响元件内具有不同定向也完全是可行的。

通过工具嵌件的适当设计，具体地说，还存在沿特定方向导引光发射的选择。通过举例，如果透镜的光入射区域经设计而使得获得不对称光发射，那么可以通过适当地调整透镜的定向来以对准方式影响光发射的方向。这使得可以用对准方式将光导引到特定侧，并且例如形成了所谓的洗墙灯。相反地，通过适当设计的透镜的交替安排，又可以实现不同方向上的均一光发射。在所有这些变体中，可以用比较简单且成本有效的方式来生产对应的光影响元件。

在下文中，将基于附图更详细地阐释本发明。详情为：

图1和图2示出了灯具的视图，在该灯具中使用了根据本发明进行设计和生产的光影响元件；

图3示出了根据本发明的光影响元件的第一示例性实施例的视图；

图4和图5示出了用在图3的光影响元件中的透镜的视图；

图6和图7示出了透镜的第二实施例；

图8a和图8b示出了图4到图7中的透镜的光分布曲线；

图9示出了用于在使用不对称设计的透镜时获得对称光分布的示意程序；

图10示出了透镜与不对称光发射同时使用的可能变体，并且

图11示出了光影响元件的根据本发明的生产的示意描绘。

在更详细地阐释根据本发明的光影响元件的实施例和生产之前，先描述灯具的示例性实施例，在该灯具中优选地使用了此类光影响元件。描绘于图1和图2中并且总体上配备有参考符号1的此灯具是板条灯具，即，具有伸长设计的灯具，该灯具被提供用于母线***中。然而，根据本发明的光影响元件决非限于用在此类天花板灯具中，而是自然地也可以用在其他灯具中，这些其他灯具没有被提供用于连接到母线***。具体地说，这也包括壁式灯具和地板灯具。

首先，灯具1具有作为支撑元件的伸长型材主体2，该主体可以例如实施为铝挤压型材。型材主体2由两个侧壁3和4组成，这两个侧壁彼此平行延伸并且通过中央肢状物5连接到彼此。旋转攻螺丝10锚定在型材主体2的上部区域中，该攻螺丝实现了灯具1在支撑轨条100上的所谓机械附接以及此外还实现了在支撑轨条100内延伸的线的接触。为此，该旋转攻螺丝10具有对应突出部11和触点12，这些突出部和触点通过旋转在横向上向外枢转并且这样的结果是在支撑轨条100上的突出部后面接合或者与对应导体接触。此类旋转攻螺丝是已知的，就此来说参考例如本申请人的DE10025647A1，该案描述了对应母线***。

如先前所提到，在本情况中，LED用作光源。为此，将多个LED模块20沿纵向方向一个接一个地安排在型材主体2的中央肢状物5的下侧上，这些LED模块各自具有伸长的印刷电路板21以及安排在其上的LED22。在常规长度的灯具的情况中，一般沿纵向方向一个接一个地安排大致四到五个此类LED模块20。这些LED模块优选地通过粘接来附接到中央肢状物5上，然而，螺旋连接或闩锁连接也是可行的。具体地说，LED模块20与中央肢状物5之间应存在良好热接触，以便在LED22的操作期间产生的热能够有效地耗散。应指出，术语LED在本情况中应被理解为表示个别LED和LED群集，例如RGB安排。

由LED22发出的光在光影响元件30的辅助下进行辐射，该光影响元件的实施例可以具体地从图3到图5中收集到。

由透明塑料材料组成的光影响元件30具有伸长的设计并且具有中央中间区域31，该中间区域由沿纵向方向一个接一个地安排的多个透镜35形成。在此情况中，透镜35的尺寸和安排使得每个LED22被指派一个单独的透镜35。具有一体式设计的光影响元件30优选地具有与LED印刷电路板20对应的长度。在两个横向地伸出的臂32的辅助下，可以将该元件附接在型材主体2上，其中这些臂优选地同样为透明的；例如，它可以被夹紧到型材主体上。

具体地说，个别透镜35的实施例可以从图4和图5中收集到。在此，每个透镜35具有大致平截头体状设计并且在其下侧上具有矩形、优选地为正方形的基底区域，该基底区域形成了光出射面36，并且光最后借助该基底区域发出。凹座或空腔37安排在透镜主体的与光出射面36对置的一侧上，该空腔的圆周面或基底区域形成了透镜35的光入射区域。

如可从图1的描绘中收集到，在光影响元件30组装在型材主体2上的状态中，LED22稍突出到相关联的空腔37中。由于来自LED22的光是在极广的立体角内大体上旋转对称地发出，因此光在基底区域上并且在空腔37的侧面上耦合到透镜主体中。在此情况中，一些光直接到达光出射面36并且通过光出射面发出。相反地，另一部分的光在平截头体状透镜主体的侧面38上经历全内反射并且以此方式被导引到光出射面36上。

在所描绘的示例性实施例中，透镜35的空腔37具有旋转对称的设计。这些空腔具有稍弯曲的侧面39以及弓形基底区域40。在此实施例中，获得如图8a中示意性地描绘的光分布。可以识别出存在直接朝向下侧的集中的光发射。通过举例，如果在平坦视角下应避免位于灯具附近的人感到眩目，那么此光发射是所希望的。

相反地，如果灯具是用在商业环境中，例如在彼此平行延伸的两行或两排货架之间，情况通常更可能是如图8b中示意性地描绘的光分布是所希望的。因此，在此情况中，应直接向下发射较少的光，但是应另外地发射到彼此对置的两个横向区域。

为了实现此类不同的光分布曲线，直到现在都需要开发全新的光影响元件。然而，用于此的对应的个别注射模制工具的生产与极高成本费用相关联。

根据本发明，现在提出一种解决方案，该解决方案明显地简化了对光分布特性的调整。此解决方案是基于以下发现，即，光分布可以视情况地进行调整，具体地说是通过透镜35的光入射区域的对应设计来进行调整。相反地，不需要修改透镜35的其他元件，具体地说是透镜主体的光出射面36和侧面38。首先，这带来的优点的是，甚至在不同光发射特性的情况中，光影响元件的外观保持不变。此外，具有经修改的光分布曲线的对应地设计的光影响元件的生产现在明显更成本有效。

在更详细地阐释用于生产光影响元件30的方法之前，首先应示出透镜35，借助该透镜可以获得图8b所示的光分布特性。图6和图7中所描绘的此透镜35是依靠光入射区域的空腔37具有凹口45这个事实来进行辨别。可以识别出此凹口45均延伸通过空腔37的基底区域40以及圆周面39。通过此凹口45实现了光束分离器，该光束分离器使入射光在横向上偏转或***，该光因而不受阻碍地发射到下侧，使得最终获得根据图8b的广受欢迎的、对称的、横向光发射。

另一个选择还在于对透镜的光入射区域进行实施使得获得不对称光发射，如例如图9的左上区域中示意性地描绘。此光发射特性还可以通过对应地调整透镜的空腔或光入射区域来获得，但不必为此而调整光出射区域或透镜主体的侧面的形状。如果仅使用具有不对称设计的此类透镜，那么光仅横向地发射到左下区域中并且可以例如用以照亮墙壁区域或位于此处的物体。因此，一种具有此类光影响元件的灯具可以用作洗墙灯，然而，观察者最初不能将它与具有依据图8a或图8b的光发射特性的灯具区别开，因为原则上光影响元件30在其光出射区域方面具有相同的设计。自然地，透镜同样地也可以进行设计使得光向右下侧发射，如图9的右上区域中所描绘。

然而，如果现在在一个光影响元件内交替地使用一方面主要向左侧发射且另一方面主要向右侧发射的透镜，那么总的来说获得如图9的下部区域中所示的光束特性。因此，再次获得对称地向两侧发射且与图8b的光分布曲线大体上对应的光分布曲线。

在图10中描绘了关于有利光影响元件的另一个选择。在此，连续透镜35在各自的情况下进行实施使得由箭头示意性地指示的不对称光发射在各自的情况下旋转了90°。结合起来，这样获得了所有四个主要方向上的光发射。此外，对为了获得不对称光发射而实施的透镜进行定向使得沿着灯具的纵向方向发生光发射也是可行的。这样的结果是，能够以对准方式照亮灯具的端部区域中的物体或墙壁。关于此的合适应用领域是例如黑板照明，其中可以省去为此而垂直于总照明进行排列的额外灯具。

所有这些示例性实施例阐明了个别地设计的光影响元件的生产是非常所希望的。然而，由于财务原因，以先前已知的方式，即，使用常规注射模制方法进行生产可能难以实现，因为必须为每个变体提供个别注射模制工具，这会导致非常高的成本。

然而，如先前已经提到的，根据本发明的解决方案的一个实质性优点也在于可以用非常简单的方式来实现和生产具有不同设计的透镜这个事实。这个优点是基于以下事实，即，可以用非常简单的方式来改变或修改透镜的光入射区域的设计，前提是透镜主体的其他区域基本上保持不变。

根据本发明，因此进行准备以便在注射模制方法的范围内再次生产光影响元件，即，在注射模制方法中将液态塑料引入到注射模制工具中且在此处固化。工具的空隙与光影响元件的后续形状对应，然而，现在进行准备以使用工具嵌件，借助工具嵌件可以进行透镜的光入射区域的成形。

此想法示意性地描绘于图11中，该图示意性地示出了注射模制工具50的截面，该注射模制工具形成了用于制造光影响元件的空隙55。在此，空隙55大体上由注射模制工具50限定，然而，另外提供了可以不同地定位和/或互换的阳模或工具嵌件51、52。这些阳模或嵌件51、52定位于工具50中使得它们约束空隙55，在该空隙中应用塑料材料填充形成后续空腔（即，关联透镜的光入射区域）的那个区域。与整个注射模制工具50相比，可以比较成本有效地生产此类嵌件51、52，其中现在工具50任选地可以配备有不同的嵌件51或52，例如，以便生产如图3到图5所描绘的透镜或者根据图6和图7中的描绘的透镜。

就是说，依靠替换工具中的阳模或嵌件51、52使得对透镜的光入射区域进行调整并且具备凹口状凹座，从如图8a中所描绘的光发射特性改变到根据例如图8b的发射特性是非常简单的。透镜的外观，具体地说是大小和形状，保持不变，但是获得了明显经过修改的发射特性。

嵌件也是可行的，借助这些嵌件可以获得不对称光发射，其中在此情况中，接着也可以进行准备以使此类嵌件以不同定向安排在工具50中，以便在各自的情况中在不同方向上获得光发射，如结合图9和图10所阐释。

可以看出，在此类程序的情况中可以容易地获得具有特定的所希望光发射特性的光影响元件。在此，具体地说，具有一体式设计的光影响元件的个别透镜具有不同设计也是可行的。在此情况中，可以获得整个光影响元件的光发射特性的极个别化调整，其中在此不需要提供特定为此而提供的注射模制工具。可以看出，此种解决方案是非常节约成本的。

然而，即使是对于个别光影响元件的透镜原则上具有相同设计的情况，也获得了成本优势，因为在此情况中也可以用简单的方式来生产不同地设计的光影响元件。其结果是，在根据图1和图2的灯具的情况中可以容易地在几乎整个长度上使用相同的光影响元件，这些光影响元件例如带来了横向光发射，但是在端面处安排一个光影响元件，借助该光影响元件可以在纵向方向上获得光发射。除了成本有效地生产不同光影响元件之外，这还获得了光影响元件具有均一外观的优点。

Claims (14)

1.一种用于影响大体上点状光源（22）的光发射的光影响元件（30），

其中该光影响元件（30）具有一个接一个地安排并且整体地连接的至少两个透镜（35），这些透镜各自具有

a）一个空腔（37），该空腔形成了该透镜（35）的一个光入射区域，以及

b）一个光出射面（36），该光出射面与该光入射区域对置，

其特征在于

这些透镜（35）中的至少两个在其光入射区域方面具有不同设计。

2.如权利要求1所述的光影响元件，

其特征在于

所有透镜（35）具有拥有一个相同设计、优选地为矩形、具体地说是正方形的光出射面（36）。

3.如权利要求1或2所述的光影响元件，

其特征在于

这些透镜（35）大体上具有一个平截头体状设计，其中这些透镜（35）的侧面（38）具有一个相同设计。

4.如以上权利要求之一所述的光影响元件，

其特征在于

至少一些透镜（35）的这些空腔（37）具有一个多边形截面。

5.如以上权利要求之一所述的光影响元件，

其特征在于

至少一些透镜（35）的这些空腔（37）具有一个旋转对称的设计。

6.如以上权利要求之一所述的光影响元件，

其特征在于

具有不同设计的这些透镜（35）的这些空腔（37）在基底区域（40）的设计方面不同。

7.如权利要求6所述的光影响元件，

其特征在于

这些空腔（37）中的至少一个空腔的基底区域（40）具有一个凹口（45）。

8.如权利要求7所述的光影响元件，

其特征在于

多个透镜（35）各自具有一个凹口（45），这些凹口具有不同的定向。

9.一种灯具（1），该灯具具有一个接一个地安排的多个大体上点状光源（22）以及具有被指派给这些光源（22）的透镜（35），这些透镜各自具有

a）一个空腔（37），该空腔形成了该透镜（35）的一个光入射区域，以及

b）一个光出射面（36），该光出射面与该光入射区域对置，

其特征在于

这些透镜（35）中的至少两个在其光入射区域方面具有不同设计。

10.如权利要求9所述的灯具，

其特征在于

这些透镜（35）是如以上权利要求之一所述的光影响元件（30）的一个部件。

11.一种用于制造光影响元件（30）的方法，该光影响元件具有一个接一个地安排并且整体地连接的至少两个透镜（35），这些透镜各自具有

a）一个空腔（37），该空腔形成了该透镜（35）的一个光入射区域，以及

b）一个光出射面（36），该光出射面与该光入射区域对置，

其特征在于

该光影响元件（30）是通过注射模制来生产，其中这些透镜（35）的这些空腔（37）各自由一个工具嵌件（51，52）限定，该嵌件可以互换和/或以不同定向定位于该注射模制工具（50）中。

12.一种光影响元件（30），该光影响元件是根据如权利要求11所述的方法来生产。

13.一种用于制造光影响元件（30）的注射模制工具，该光影响元件具有一个接一个地安排并且整体地连接的至少两个透镜（35），这些透镜各自具有

a）一个空腔（37），该空腔形成了该透镜（35）的一个光入射区域，以及

b）一个光出射面（36），该光出射面与该光入射区域对置，

其特征在于

每个透镜（35）的该空腔（37）分别由一个工具嵌件（51，52）限定，该嵌件可以互换和/或以不同定向定位于该注射模制工具（50）中。

14.一种用于调整光影响元件（30）的光发射特性的方法，该光影响元件是在一个注射模制工具的辅助下来生产并且该光影响元件具有一个接一个地安排并且整体地连接的至少两个透镜（35），这些透镜各自具有

a）一个空腔（37），该空腔形成了该透镜（35）的一个光入射区域，以及

b）一个光出射面（36），该光出射面与该光入射区域对置，

其特征在于

每个透镜（35）的该空腔（37）分别由一个工具嵌件（51，52）限定，该嵌件可以互换和/或以不同定向定位于该注射模制工具（50）中，

其中该光影响元件（30）的该光发射特性是通过交换和/或重新定位这些工具嵌件来进行调整的。

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