CN1768232A - 光作用元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光作用元件(6)，即一种用于使从光源(4)所发出的光偏转到一预定角度范围内的元件。这种光作用元件包括多个肋条状光栅元件(7，12)，这些肋条状光栅元件设置有反射侧壁，并且设置成规则结构。光栅元件(7，12)的最大高度(H)等于5毫米。光作用元件可使光线成形具有很大的自由度，并且能提供一种颇具吸引力的照明灯。

Description

光作用元件
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分所述的用于对从一光源发出的光进行引导的光作用元件(light influencing elment)。尤其是，本发明涉及一种称为照明器光栅。
背景技术
光栅是已知的用于照明器的光学元件，光栅通常用于把从一光源发出的光聚集或限制到一预定的角度范围。这样，就可以防止从照明器发出的光对人造成耀眼。此外，还避免了分散性的反射，尤其是在竖直直立表面上-例如在显示屏幕上-的反射。于是，这些光栅就可以用于设置有工作台的室内。
上述类型的照明器光栅通常由具有规则结构的带有镜侧壁的光栅元件构成，从发光方向看，这些光栅元件设置在光源的前面。为了实现把光线聚集到一预定范围的良好光学效果，就必须使各个光栅元件的间距和高度保持一种特定的相互关系。
例如在US6139169中公开的上述类型的一种典型的光栅。正如在这篇公开文献中所示，与光源相比较，光栅元件通常具有若干厘米的高度，通常约5厘米，其中，在每种情况下两个光栅元件之间的间距要稍微大一些。因此，减小这种照明器的结构高度的可能性就受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的光作用元件，它可使得照明器的结构高度减小。同时，还应获得典型的照明器光栅的光学特性。
利用具有独立权利要求中的特征的光作用元件就能实现上述发明目的。
至于典型的照明器光栅，根据本发明的光作用元件具有多个肋条状光栅元件，每个光栅元件具有反射侧壁，并且这些光栅元件设置成一规则结构。
根据本发明的第一方面，光栅元件的最大高度为5毫米，优选是1毫米。在两个光栅元件之间的间距最好相当于光栅元件高度的约两倍。
根据本发明的这种解决方案，提供了一种具有微型的光栅元件的照明器光栅，其中能获得所期望的光引导或光聚集特性。由于这些微型光栅具有小的高度，因此，在照明器的结构方面具有更大的自由度。尤其是，能够实现一种结构高度非常小的照明器。不仅如此，根据本发明的光作用元件还可以使得照明器具有颇具人们喜欢的光学外观。此外，甚至当沿以光线发射的角度去看照明器时，也可以减小耀眼效果。
根据本发明的第二方面，光栅元件被设置在一透明基板上。这样，就能提供一种新型的光作用元件，这种光作用元件同样具有所希望的照明器光栅的光学特性，而且可使照明器具有不同的外观。优选是光栅元件的最大高度为5毫米。
此外，本发明的一些改进构成了从属权利要求中的主题。
从剖面看，肋条状薄片可呈任何形状，这种形状使得光线能以期望的方式被引导。例如，可以把这些薄片做成V形，这在传统的照明器光栅中是很常见的。此外，也可以采用抛物线形状或肋条状结构。
光栅元件最好由塑料制成的，尤其是由PMMA制成的，由于光栅元件尺寸小，因此它们是一种相当不稳定的物体。为了提高光作用元件的稳定性，可以利用一侧框架来把这些光栅元件固定在一起。
根据本发明第二方面，进一步提高光作用元件稳定性的可能性还包括：把光栅元件设置在一透明基板上。尤其是，这些光栅元件可以与基板形成一个整体件。做为它的一种可替换的方案，还可以把基板与光栅元件胶粘在一起。
在光栅元件的与基板对置的一侧上，可设置另一透明板，该透明板不仅可以进一步提高稳定性，而且使得对光作用元件的清洗变得更简单。此外，还可以从根本上更好地防止光栅被污染。
与传统的照明器光栅的薄片一样，可将光栅元件相互平行的相邻设置，或者也可以设置成一种交叉结构。这种安排在采用细长荧光管作为光源的情况下是特别有利的。此外，还可以把光栅元件形成圆环形，并且把各圆环设置成蜂窝模式。这种安排在采用点式光源例如白炽灯的情况下或者采用二维光源(two dimensional light sources)的情况下特别有利。此外，也可以采用圆环形光源，在这里，原则上是涉及气体放电光源，因此，光栅元件可以被设置成呈同心圆形式。
如果光栅元件是由透明材料制成的，那么侧表面必须被镜化，并且优选地是，远离光源的端表面也必须被镜化。其可这样来实现，例如利用蒸汽沉积方法来为这些光栅元件提供一反射层。优选是光作用元件本身由注模方法来制造。
附图说明
下面，将参照附图对本发明进行更详细地描述。在附图中：
图1是根据本发明的具有光作用元件的照明器的剖面图；
图2是根据本发明第一实施例的光作用元件的放大示意图；
图3a和图3b是根据本发明第二实施例的光作用元件的变型；
图4a和图4b是根据本发明第三实施例的光作用元件立体示意图；
图5是根据本发明第四实施例的光作用元件；
图6是根据本发明的具有圆环形光栅元件的光作用元件；
图7是根据本发明的光作用元件与一特定结构的二维照明装置的结合。
具体实施方式
图1表示出了一种具有一细长光源4的凹入式顶装照明器1，这种照明器采用了根据本发明的光作用元件6，这是本发明应用的一个例子。当然，本发明的光作用元件还可用于其它类型的照明器的场合。尤其是，本发明并不局限用于具有细长光源的照明器。
图1所示的照明器1具有一个盒状的照明器外壳2，在该外壳2底面设置有用于连接光源4的连接装置3，光源4是一荧光管。借助设置在外壳2内的反射镜5，将从荧光灯4发射的光引导到外壳2的光出口，并且经这个光出口发射出来。
为了使从荧光灯4直接通向光出口或经反射镜5通向光出口的光线聚集或限制到一预定的角度范围内，在光出口设置一光作用元件6，该光作用元件用于使光线聚集于一个期望的范围。光作用元件6只有几个毫米高，因此，可以把照明器1的结构高度保持非常小。
图2以剖面图的形式表示出了光作用元件6的放大的局部细节A。在这个示例性的第一实施例中，光作用元件6具有一透明的基板9，在该基板9的平的下侧以规则结构的方式设置有一些肋条状的光栅元件7。在本实例中，这些光栅元件7制成细长薄片，并且相互平行地设置。这样就能实现把光线聚集到一期望的角度范围内，这是因为在同样也由透明材料制成的光栅元件7的侧表面和端表面设置有反光层8。与传统的照明器光栅一样，从光源发出并通过透明基板9的光线在光栅元件7的侧表面反射，从而可以使光仅在一个限制的角度范围内发射。
光栅元件7的高度H的最大值为5毫米，优选的是约1毫米。为了确保光线聚集到期望的角度范围，两个相邻的光栅元件7之间的间距D也必须不能太大。优选是该间距D大约相当于一个光栅元件7的高度的两倍。
与上述所指出的数值相比，通过采用平版印刷技术，甚至可以再进一步显著地减小光栅元件7的高度H和间距D，光栅元件的高度可做至约20微米，对应光栅元件的间距可以做至约40微米。通过把光栅元件做成小尺寸，就能显著地减小光作用元件6的结构高度，进而能显著减小照明器1的总体高度。尽管如此，仍能获得期望的聚光效果。与传统的光栅相比，两个相邻光栅元件7之间的微小间距甚至还会具有防耀眼效果，即使在沿着光发射角度看时，也能防耀眼。不仅如此，还真实地改善了照明器总体的外观。
如图2所示，从剖面图看，光栅元件7具有略呈V形，这可从传统的照明器光栅中得知。然而，如图3a和图3b所示的示例性实施例，也可以把光栅元件7构造成不同的结构。在图3a所示例子中，光栅元件7具有抛物面形的V结构。而在图3b中，光栅元件具有特殊的胁条结构，它是通过棱镜形或楔形的台阶部7a以一个位于另一个之上的形式来形成的。这种肋条结构是已知的，例如，在AT308901或EP0286890A1中公开了这种肋条结构。
在图2和图3a，3b所示的示例性实施例中，在每种情况中，光栅元件7与由透明材料制成的基板9连接成一整件形式。这是非常可取的，尤其是在根据本发明的光作用元件6是由透明塑料制成的并且以注模方法制成的情况下这样做是非常有利的。对于注模可以采用任何类型的塑料，只要这种塑料可以形成一透明工件并且适合于注模。优选是采用PMMA。
在制造出塑料件之后，光栅元件7的侧表面和端表面必须设置一反射层8。这最好利用一真空涂覆工艺的装置来实现，为此，应当考虑到位于光栅元件7之间的基板9的表面不被涂覆，但却仍然可以让光通过。
图2和图3所示的示例性的实施例的优点在于：由于基板9与光栅元件7连接成一整件结构，因此，根据本发明的光作用元件6的稳定性提高了。为了进一步提高这种稳定性，如图3所示，可以在光栅元件7的与基板9相反一侧另设一透明板10。采用这块附加的透明板10可以带来这样的优点，即，可以避免灰尘颗粒进入两个光栅元件7之间的中间间隔内。此外，还使得光作用元件6总体上能更好地清洗。
如图4a和图4b所示，根据本发明的光作用元件6也可以不设基板。在这种情况中，光栅元件7只相邻的相互平行设置。这样，由于总体结构的稳定性会显著减小，因此设置至少一个侧框架11，该侧框架11用于把这些光栅元件7固定在一起。此外，在这种情况中，可以利用注模方法来制造光作用元件6。
在图5所示的另一个示例性实施例中，光栅元件7和透明基板9并不是形成一整件。而是在一个后续步骤中把基板9与光栅元件7胶粘起来。这样也可以提高光作用元件6的稳定性。
在所描述的全部示例性实施例中，光栅元件是由一些相互平行设置的细长肋条构成的。这样，就可以对从光源沿一个方向发出的光线获得一种防耀眼效果。为了对于在另外一个方向即横向于上述方向的方向获得防耀眼效果，可以以交叉结构来设置这些光栅元件。采用图6所示的光栅也能获得相同的光学效果。在这种情况中，光栅元件呈环形构件12，这些环形构件以蜂窝方式来设置。单个环形构件的直径优选约为2毫米，而且还可以比这更小。
推荐采用这种环形结构，尤其是在采用点式光源例如白炽灯情况下并且光作用元件具有二次方程曲线形或圆形的情况下是有利的。为了获得期望的光束，至少在环形构件12的内侧再设置一反射层。一种替换的方案是，把光栅元件制造成同心排列的圆环，在采用环形光源例如采用相应形状的气体放电光源的情况下，这种替换的方案是非常有利的。此外，在这些示例性实施例中，光作用元件6也可以制造成具有很小的结构高度。
此外，这些光作用元件还可以与二维照明装置一起使用，因此，每个所述示例性实施例都能用作光作用元件。图7中表示出了二维照明装置和根据本发明的一光作用元件的一种特定的组合，其中的二维照明装置是已知的，例如在本申请人的WO99/40364A1中就公开了一种二维照明装置。在图13中，照明装置具有一基板13，在该基板的朝着光栅元件7的侧表面上设置有一些单独的光源14。这些光源14例如是由有机材料制成的，或者是由无机半导体材料制成的，这些光源一旦被施以电压就会发光。这些光源14具有非常小的尺寸，因此相对于光作用元件6，能把这些光源14设置成使它们专门向光栅元件7之间的自由空间发出它们的光线。以这种方式制成的照明器的效率就被优化了，这是由于光源14只覆盖两个光栅元件7之间的中间空间。当然，也可以采用其它的二维照明装置，其中，为了优化效率，优选是光栅元件7的上侧与照明装置的不发光的区域相联。图中所示的示例性实施例使得可以实现一种特别平的照明器，这是由于采用这种光作用元件，使得光源的高度非常小。
本发明可以获得从具有高度非常小的光学元件的光源发出的一种光束。采用本发明，一方面，可使照明器的外观设计具有更大的自由度。另一方面，还可使得照明器具有颇具吸引力的光学外观，而且还能获得理想的光学技术特征。

Claims (27)

1、一种光作用元件(6)，用于将从一光源(4)发出的光引导到一预定的角度范围内，其中光作用元件(6)具有多个肋条状的光栅元件(7，12)，这些光栅元件具有反射侧壁并且设置成规则结构，其特征在于，光栅元件(7，12)的最大高度(H)为5毫米。
2、根据权利要求1所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7，12)通过一侧框架(11)固定在一起。
3、根据权利要求1或2所述的光作用元件，其特征在于，光作用元件具有一透明基板(9)，光栅元件(7，12)设置在该透明基板的一个宽表面上。
4、一种光作用元件(6)，用于将从一光源(4)发出的光引导到一预定的角度范围内，其中光作用元件(6)具有多个肋条状的光栅元件(7，12)，这些光栅元件具有反射侧壁并且设置成规则结构，其特征在于，光作用元件具有一透明基板(9)，光栅元件(7，12)设置在该透明基板的一个宽侧面上。
5、根据权利要求4所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7，12)的最大高度(H)为5毫米。
6、根据权利要求3至5中任一项所述的光作用元件，其特征在于，基板(9)和光栅元件(7，12)制造成一个整体件。
7、根据权利要求3至5中任一项所述的光作用元件，其特征在于，基板(9)与光栅元件(7，12)胶粘。
8、根据权利要求3至7中任一项所述的光作用元件，其特征在于，在光栅元件(7，12)的与基板(9)对置的侧面上设置有另一透明板(10)。
9、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7，12)是透明材料制成的，其中至少光栅元件(7，12)的侧壁和远离光源(4)的端表面设置有反射层(8)。
10、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，其是利用一注模部件形成的。
11、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7，12)和可能采用的透明板(9，10)是由PMMA制成的。
12、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，两个光栅元件(7，12)之间的间距(D)相当于光栅元件(7，12)高度(H)的约两倍。
13、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7，12)的高度(H)约为1毫米，间距(D)约为2毫米。
14、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7)被制造成直线型，并且相互之间平行地相邻设置。
15、根据权利要求1至13中任一项所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(7)被制造成直线型，并且以交叉结构设置。
16、根据权利要求1至13中任一项所述的光作用元件，其特征在于，光栅元件(12)被制造成圆环形。
17、根据权利要求16所述的光作用元件，其特征在于，圆环形的光栅元件(12)被设置成蜂窝模式。
18、根据权利要求17所述的光作用元件，其特征在于，圆环的直径约为2毫米。
19、根据权利要求17所述的光作用元件，其特征在于，圆环形的光栅元件(12)被同心排列。
20、根据前述权利要求中任一项所述的光作用元件，其特征在于，从剖面看，光栅元件(7)呈V形。
21、根据权利要求1-19中任一项所述的光作用元件，其特征在于，从剖面看，光栅元件(7)具有抛物线形的V结构。
22、根据权利要求1-19中任一项所述的光作用元件，其特征在于，从剖面看，在每种情况中光栅元件(7)具有肋条结构。
23、根据权利要求22所述的光作用元件，其特征在于，肋条结构是通过棱镜形或楔形的台阶部段(7)以一个在另一个之上的方式排列形成。
24、一种照明器(1)，具有一光源(4)或其连接装置(3)；以及根据前述权利要求中任一项所述的被设置在光源(4)前面的一光作用元件(6)。
25、根据权利要求24所述的照明器，其特征在于，光源是二维的。
26、根据权利要求24所述的照明器，其特征在于，其作为照明装置有一底板(13)，在该底板(13)的朝着光栅元件(7)的侧表面上设置有单独的光源(14)。
27、根据权利要求26所述的照明器，其特征在于，相对于光作用元件(6)单独的光源(14)被设置成使得它们所发射出的光基本上进入到光栅元件(7)之间的自由空间内。
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