[发明专利]光学系统和包含该光学系统的照明装置有效

专利信息
申请号: 201380007897.4 申请日: 2013-01-30
公开(公告)号: CN104145158B 公开(公告)日: 2017-10-27
发明(设计)人: B·L·尤德;M·E·卡明斯基 申请(专利权)人: 通用电气照明解决方案有限责任公司
主分类号: F21V5/04 分类号: F21V5/04;F21V7/00;F21V13/04;F21Y115/10
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司72001 代理人: 肖日松,严志军
地址: 美国俄*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 光学系统 包含 照明 装置
【说明书】:

技术领域

本公开的主题涉及光照技术、照明技术、固态照明技术,以及相关技术。

背景技术

照明器材,包括凹入式照明器材,可以使用用于普通照明任务的泛光灯灯泡,产生强光的相对窄束的聚光灯灯泡,或者用于定向照明的其他灯。这些定向灯有助于突出一个对象或一个原本不亮的区域。常规地,现有技术利用单独的成像光学元件,包括透镜,反射器,和全内反射(TIR)光学器件或它们的组合,以使从光源发射的光形成束。这些成像元件通常设计成具有单个焦点,以使从理想点光源发出的光完全对准成位于焦点。备选地,现有技术的选定的示例改为利用设计有一个以上焦点的光学元件,但是,这些焦点仍定位成沿着光轴。

与这些类型的成像光学系统相关联的一个问题是,光源本身的任何位置的非均匀性,无论是相对于颜色或亮度,都被直接转换成光束。这些非均匀性可以存在于几乎所有类型的源,包括白炽、卤素、荧光、HID和固态光源。其结果是,当束被引导到一个表面时,非均匀性也被投射到该表面上,导致光束的在视觉上不吸引人的外观。为了防止这种情况发生,漫射元件如微透镜阵列(lenslet arrays)、全息图案化薄膜(holographically patterned films),甚至表面粗糙的材料被引入到光学系统来消除光束中的非均匀性。备选地,一定程度的漫射可以通过稍微移动源使其远离光学系统的焦点来实现。然而,在任一情况下,所增加的漫射也有助于扩宽整个光束,使其很难有效地形成许多应用所期望的窄而强烈的束。因此,增加的漫射所产生的视觉外观的改善带来了成本下降的光学性能。

发明内容

本公开描述了用于照明装置中的光学系统的实施例。装配有光学系统的照明装置的实施例用来替代各种灯及照明装置(例如,MR/PAR/R定向灯)。如更下方所讨论的,这些实施例使用具有使来自光源的光形成为光束的特征的光学元件。在一个实施例中,光学元件具有多个焦点,与常规的透镜和反射器不同,这些焦点不全部收敛到光源附近且离开光轴的单个焦点。更确切地说,焦点中的一个或多个与光源间隔开,因此焦点的集合配置使得光束表现出良好的特性。

在一个方面中,本发明包括一种照明装置。该装置包括对准在光轴上的光源,以及使来自光源的光形成为光束的束形成光学系统。束形成光学系统包括具有多个焦点的光学元件,多个焦点中的至少一个与光轴间隔开,并落在具有与光源间隔开的边界的成像区域之外。优选地,多个焦点中的至少三个与光轴间隔开,并落在具有与光源间隔开的边界的成像区域之外。

有多个特性限定这些实施例的性能,特别是,光学系统的实施例中创建的光束的性质。这些特性的测量通常发生在远的场地(例如,距离为灯的出口孔尺寸的至少5-10倍和/或离灯约半米或更远)。下列限定概括了可限定束图案的特性中的一个或多个,该束图案的峰靠近光束的中心,在光学系统的光轴上,随着从光轴向外移动到束的边缘和更远处具有通常降低的强度。

一个特性例如为最大束强度(还有最大束烛光度(MBCP)或者,由于MBCP可以发生在光轴上或靠近光轴,而为中心束烛光度(CBCP))。最大束强度测量光束的最大值或在中心处的光的感知亮度。另一个特性是束宽度,其由半最大值全宽(FWHM)表示。FWHM是在强度等于MBCP的一半处的光束的角宽度。束流明是与FWHM相关的另一个特性。束流明限定从光束中心向外到具有二分之一最大强度的强度轮廓的流明的集成,或在另一个示例中,流明集成向外到束的FWHM。在一个示例中,如果流明的集成在光束中继续向外至具有10%最大强度的强度轮廓,则集成的流明可以被称为照明装置的场流明。另一方面,如果束图案中的所有流明被集成,则其结果被称为照明装置的面流明,或者在另一示例中,所有的光从照明装置的面发出。如集成球中测得的,面流明可以与总流明大致相同,因为除了通过灯的输出孔以外,通常很少或没有光从灯的输出孔发出。

光学系统保持或改善了常规的定向灯和其他照明装置产生的光束的理想特性。例如,使用光学系统可以改善束均匀性(即,颜色和强度)和光学性能(例如,中心束烛光度(CBCP),束角,束流明),而无需对整个灯增加额外的成本。在一个实施例中,通过改善在透镜水平的束均匀性,采用以下光学系统的照明装置的示例可放弃使用某些漫射元件,包括中度至重度全息漫射膜,因为光学系统这样配置以执行漫射元件(例如,使来自光源的光平滑)的功能。

通过结合附图参照以下描述,公开的其它特征和优点将变得明显。

附图说明

现在参考附图来简要地进行说明,其中:

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  • 本实用新型公开了一种灯具透镜,其特征在于:包括镜壳体及位于镜壳体内的锥形体,该锥形体包括锥顶面、锥底面及锥侧面,所述锥顶面面积大于锥底面面积,且锥形体的锥顶面与镜壳体的顶面为同一个面,所述锥侧面的纵剖面的轮廓线为弧形线,底面上设有用于安置灯珠的容纳槽,所述容纳槽的槽底面为凸弧面,所述锥顶面上排布有若干折光部,该折光部包含一个凸弧形面及一个垂直于锥顶面的平面,该平面的外轮廓由直线和一曲线构成,所述直线所在的边沿与锥顶面相交,所述曲线所在的边沿与凸弧形面相交,且凸弧形面的其余边沿与锥顶面相交。
  • 一种矩形光斑的闪光灯透镜系统-201920336769.9
  • 江程;南基学 - 广东烨嘉光电科技股份有限公司
  • 2019-03-18 - 2019-10-18 - F21V5/04
  • 本实用新型系提供一种矩形光斑的闪光灯透镜系统,包括光源,光源的出光面设有微透镜阵列,微透镜阵列包括一体成型的若干微透镜单元,微透镜单元包括棱柱透镜部,棱柱透镜部靠近光源的一端一体成型有入光透镜部,棱柱透镜部远离光源的一端一体成型有出光透镜部;棱柱透镜部与入光透镜部之间设有入光矩形边框,入光矩形边框水平方向的长度和竖直方向的长度分别为a和b,出光透镜部的焦距满足以下方程:f=(a/2)/(HFOV/2),棱柱透镜部的厚度为t=f,出光透镜部的曲率半径为r=((n‑1)/n)*f。本实用新型利用大量离散化的矩形物像组成一个足够大的矩形光斑,光能的利用率极高,装配的容错率高,系统的出光口面积小。
  • 光发射装置和集成所述光发射装置的照明设备-201910521221.6
  • 乔治·E·史密斯;罗伯特·C·加德纳 - 夸克星有限责任公司
  • 2013-09-12 - 2019-10-15 - F21V5/04
  • 一种光发射装置包括:透镜,所述透镜具有折射率n、具有半径R的球面出射面;以及发光元件,所述发光元件被定位成使所述发光元件的发射面的边缘的至少一部分位于与所述出射面相对的具有半径R/n的球面上,由此所述发射面的所述边缘的所述部分由所述球面出射面等光程地成像。所述光发射装置还可包括一个或多个反射侧壁,所述一个或多个反射侧壁被布置来在从所述发光元件发射的光的一部分由所述出射面折射之前使其反射。还提供一种照明设备,所述照明设备集成有外壳和这种类型的光发射装置,所述照明设备可包括一个或多个附加光学元件,诸如用于进一步引导来自所述光发射装置的光并使其成形的反射器或透镜。
  • 一种格栅透镜以及格栅灯-201910662911.3
  • 吕佳川;胡志杰 - 长沙星奥照明有限公司
  • 2019-07-22 - 2019-10-15 - F21V5/04
  • 本发明公开了一种格栅透镜,包括透光材料一体注塑成型的格栅部和透镜部;格栅部为多个镂空栅格组成的阵列形格栅板;透镜部包括多个嵌置于所述镂空栅格内的透镜单元,多个所述透镜单元组成多个透镜单元列,且所述透镜单元列间隔分布。本技术方案开拓性的将格栅与透镜集于一体,利用透镜控制光能再分配,将最大光强角限制在30‑50度范围内,有效减少人眼水平直视时视野范围内因发光体亮度过高而产生的直接眩光,并且直射光线在格栅内经多次漫反射,形成柔光效果。
  • 透镜组件及应用该透镜组件的LED灯具-201310629054.X
  • 周明杰;乃业利 - 海洋王(东莞)照明科技有限公司;海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
  • 2013-11-29 - 2019-10-15 - F21V5/04
  • 一种透镜组件,其泛光透镜,包括光线入射面、光线反射面、定位面及光线出射面,所述光线入射面、所述光线反射面、所述定位面及所述光线出射面依次连接,所述定位面与光轴方向垂直,所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面,射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面,射入所述第二入射面的光线经过折射后入射到所述光线出射面,或入射到所述光线反射面后经由该光线反射面发生反射后入射到所述光线出射面,所述光线出射面折射该光线后相互叠加射出。本发明还提供一种应用上述透镜组件的LED灯具。所述透镜组件组成了该LED灯具的配光系统,其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光,满足了所述LED灯具中对配光设计的要求。
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