用于修改光分布的光学装置

文档序号:1836057 发布日期:2021-11-12 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 用于修改光分布的光学装置 (Optical device for modifying light distribution ) 是由 奥利·萨阿尼奥 于 2020-01-17 设计创作,主要内容包括:一种光学装置,该光学装置包括第一和第二光学元件(302、303),该第一和第二光学元件能够相对于彼此围绕该光学装置的几何光轴旋转。该第一光学元件包括第一表面(304),该第一表面用于修改离开该第一光学元件的光的分布,并且该第二光学元件包括第二表面(305),该第二表面面向该第一表面并且用于进一步修改该光的上述分布。该第一和第二表面中的一个表面包括凸区域,而这些表面的另一个表面包括凹区域,以使得该光学装置的光学效应能够通过使得所述第一和第二光学元件相对于彼此旋转而改变。所述第一和第二光学元件包括滑动表面(309、310),这些滑动表面用于沿垂直于该几何光轴的径向方向相对于该第一光学元件机械地支撑该第二光学元件。(An optical device comprises first and second optical elements (302, 303) which are rotatable relative to each other about a geometric optical axis of the optical device. The first optical element comprises a first surface (304) for modifying the distribution of light leaving the first optical element, and the second optical element comprises a second surface (305) facing the first surface and for further modifying the above-mentioned distribution of the light. One of the first and second surfaces comprises a convex region and the other of the surfaces comprises a concave region, such that the optical effect of the optical device can be changed by rotating said first and second optical elements relative to each other. Said first and second optical elements comprise sliding surfaces (309, 310) for mechanically supporting the second optical element with respect to the first optical element in a radial direction perpendicular to the geometrical optical axis.)

用于修改光分布的光学装置

技术领域

本发明总的涉及照明工程。更特别地是,本发明涉及一种光学装置,该光学装置用于修改由光源产生的光的分布,该光源可以例如是但不必需是发光二极管“LED”。

背景技术

在某些应用中,由光源产生的光的分布可能很重要或者甚至很关键。该光源可以例如是但不必需是发光二极管“LED”、白炽灯或气体放电灯。可以利用诸如透镜、反射器以及组合的透镜-反射器装置之类的光学装置来修改由光源产生的光的分布,该光学装置包括用作透镜的部分和用作反射器的部分。在许多情况下,需要这样一种光学装置,该光学装置可调节,以调谐由光源和该光学装置产生的光分布图案的形状。例如,可能需要在用于照亮一个位点的狭窄光分布图案和用于照亮较大区域的较宽光分布图案之间平滑地改变光分布图案的宽度。

公开WO2006072885描述了一种光学装置,该光学装置用于调节光分布图案的形状。WO2006072885的光学装置包括第一光学元件和第二光学元件,以用于修改由光源产生的光的分布。第一和第二光学元件接连地处在光的路径中,以使得该第二光学元件接收离开该第一光学元件的光。WO2006072885的光学装置包括调节机构,该调节机构用于调节第一和第二光学元件之间沿着该光学装置的光轴的距离,并且由此用于改变光分布图案的形状。与WO2006072885的光学装置相关的不便之处在于,需要所述调节机构来调节第一和第二光学元件之间沿着高光学装置的光轴的距离。与WO2006072885的光学装置相关的另一不便之处在于,当光分布图案的形状改变时,该光学装置的物理长度也正改变。关于许多照明应用,例如在光学装置嵌入天花板或墙壁结构中而使得每个光学装置的前表面与墙壁或天花板表面基本齐平的情况下,改变物理长度是不期望的特性。

发明内容

以下给出简化概要以提供对各个本发明实施例的一些方面的基本理解。这一概要不是对于本发明的广泛概述。它既不旨在标识本发明的关键或重要元件,也不旨在描绘本发明的范围。以下概要仅以简化形式呈现本发明的一些概念,作为对本发明示例性实施例的更详细描述的开端。

在本文献中,“几何”一词在用作前缀时意指这样的几何概念,该几何概念不必需是任何物理对象的一部分。该几何概念可以例如是几何点、直线或弧形几何线、几何平面、非平面几何表面、几何空间或零、一、二或三维的任何其它几何实体。

根据本发明,提供一种新型光学装置,该新型光学装置用于修改由光源产生的光的分布。

根据本发明的光学装置包括:

-第一光学元件,该第一光学元件是第一透明材料块并且包括第一表面,该第一表面用于修改穿过第一表面离开第一光学元件的光的分布,以及

-第二光学元件,该第二光学元件是第二透明材料块并且包括第二表面,该第二表面面向第一表面并且用于进一步修改穿过第二表面进入该第二光学元件的光的分布。

该第二光学元件能够围绕该光学装置的几何光轴相对于第一光学元件旋转。上述第一和第二表面中的一个表面包括凸区域,而第一和第二表面中的另一个表面包括凹区域,用于在该第二光学元件相对于第一光学元件处于第一旋转位置中从而使得凸区域和凹区域相对于彼此对准时,至少部分地补偿凸区域的光学效应。该第一和第二表面的组合光学效应能够通过使得该第二光学元件从第一旋转位置朝向第二旋转位置旋转而改变,在该第二旋转位置中,凹区域和凸区域彼此不对准。因此,可以在不改变第一和第二光学元件之间的距离、即不改变光学装置的物理长度的情况下改变光分布图案的形状。

第一和第二光学元件包括滑动表面,这些滑动表面用于相对于彼此滑动并且用于沿垂直于几何光轴的径向方向相对于彼此机械地支撑该第一和第二光学元件。因此,与能够相对于彼此旋转的光学元件未设有用于将光学元件保持在相对于彼此的期望径向位置中的滑动表面的情况相比,用于支撑第一和第二光学元件的机械结构可以更为简单。

根据本发明,还提供一种新型照明装置,包括:

-光源;以及

-根据本发明的光学装置,该光学装置用于改变由光源发射的光的分布。

该光源可以例如包括一个或多个发光二极管“LED”。

根据本发明,还提供一种新型模具组,包括:

-第一模具,该第一模具具有适合于通过模铸来制造第一透明材料块的形式,该第一透明材料块构成根据本发明的光学装置的第一光学元件;以及

-第二模具,该第二模具具有适合于通过模铸来制造第二透明材料块的形式,该第二透明材料块构成根据本发明的光学装置的第二光学元件。

在所附从属权利要求中描述示例性和非限制性实施例。

当结合附图阅读时,从具体的示例性实施例的以下描述中将最佳地理解关于构造和操作方法的各个示例性和非限制性实施例及其附加的目的和优点。

动词“包括”和“具有”在本文献中用作开放性限制,其既不排除也不要求存在未阐述的特征。除非另有明确说明,否则从属权利要求中阐述的特征可以相互自由组合。此外,应当理解,本文献通篇使用的“一”或“一个”、即单数形式并不排除复数。

附图说明

下面参照附图更详细地解释示例性和非限制性的实施例及其优点,附图中:

图1a和图1b示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置的细节,

图2a和图2b示出了根据另一示例性和非限制实施例的光学装置的细节,

图3a、图3b、图3c以及图3d示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置,

图4a、图4b、图4c以及图4d示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置,

图5和图6示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置的细节,以及

图7a示出了通过图7b中示出的根据示例性和非限制实施例的照明装置产生的光分布图案。

具体实施方式

下面给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确陈述,否则在下面给出的描述中提供的示例的列表和组不是穷举性的。

图1a和图1b示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置的细节。该光学装置包括第一光学元件102,该第一光学元件包括第一表面104,该第一表面用于修改穿过第一表面104离开第一光学元件102的光的分布。该光学装置包括第二光学元件103,该第二光学元件包括第二表面105,该第二表面面向第一光学元件102的第一表面104。该第二表面105适合于进一步修改已离开第一光学元件102的光的分布。在图1a和图1b中,示例光束由虚线箭头示出。第二光学元件103相对于第一光学元件102受到机械地支撑,以使得第二表面105能够相对于第一表面104与该第一表面104平行地移动。在该示例性光学装置中,第一表面104包括凸区域,并且第二表面105包括凹区域。在图1a和图1b中,第一表面104的其中一个凸区域由附图标记106指代,而第二表面105的其中一个凹区域由附图标记107指代。然而,第二表面105也可能包括凸区域,并且第一表面104也可能包括凹区域。如图1a中所示,当第二光学元件103相对于第一光学元件102处于第一位置中从而使得该第二表面105的凹区域与第一表面104的凸区域对准时,该第二表面105的凹区域至少部分地补偿该第一表面104的凸区域的光学效应。第一表面104和第二表面105的组合光学效应能够通过使得第二光学元件103相对于第一光学元件102移动而改变。图1b示出了示例情况,在该示例情况中,该第二光学元件103相对于第一光学元件102处于第二位置中,以使得第二表面105的凹区域不与第一表面104的凸区域对准。如图1b中所示,该光学装置传播最初准直的光。

图2a和图2b示出了根据另一示例性和非限制实施例的光学装置的细节。该光学装置包括第一光学元件202,该第一光学元件包括第一表面204,该第一表面用于修改穿过第一表面204离开第一光学元件202的光的分布。该光学装置包括第二光学元件203,该第二光学元件包括第二表面205,该第二表面面向第一光学元件202的第一表面204。该第二表面205适合于进一步修改已离开第一光学元件202的光的分布。在图2a和图2b中,示例光束由虚线箭头示出。第二光学元件203相对于第一光学元件202受到机械地支撑,以使得第二表面205能够相对于第一表面204与该第一表面平行地移动。在该示例性光学装置中,第一表面204包括凸区域和凸区域之间的凹区域。对应地是,该第二表面205包括凸区域和凸区域之间的凹区域。在图2a和图2b中,第一表面204的其中一个凸区域由附图标记206指代,而第二表面205的其中一个凹区域由附图标记207指代。如图2a中所示,当第二光学元件203相对于第一光学元件202处于第一位置中以使得第二表面205的凹区域与第一表面204的凸区域对准时,第二表面205的凹区域至少部分地补偿该第一表面204的凸区域的光学效应,并且相应地是,第二表面205的凸区域至少部分地补偿第一表面204的凹区域的光学效应。第一和第二表面204和205的组合光学效应能够通过使第二光学元件203相对于第一光学元件202移动而改变。图2b示出了示例情况,在该示例情况中,该第二光学元件203相对于第一光学元件202处于第二位置中,以使得第二表面205的凹区域和第一表面204的凸区域并不相对于彼此对准。如图2b中所示,该光学装置传播最初准直的光。

图3a和图3b示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置301的剖视图。几何截面平面与坐标系399的xz平面平行。该光学装置301包括第一光学元件302,该第一光学元件是透明材料块并且包括第一表面304,该第一表面用于修改穿过第一表面304离开第一光学元件302的光的分布。该光学装置301包括第二光学元件303,该第二光学元件是透明材料块并且包括第二表面305,该第二表面面向第一光学元件302的第一表面304。该第二表面305适合于进一步修改已离开第一光学元件302的光的分布。该第二光学元件303能够围绕该光学装置301的几何光轴313相对于第一光学元件302旋转。几何光轴313与坐标系399的z轴平行。图3c示出第一光学元件302的等轴视图,图3d示出第二光学元件303的等轴视图。

第一和第二光学元件302和303包括滑动表面309和310,这些滑动表面用于相对于彼此滑动,并且用于至少沿垂直于几何光轴313的径向方向相对于彼此机械地支撑该第一光学元件302和第二光学元件303。在该示例性光学装置301中,第一光学元件302包括空腔,该空腔与几何光轴313同心,并且第二光学元件303包括突部,该突部与几何光轴同心并且处在该第一光学元件的空腔中。空腔的壁和突部的壁构成滑动表面309和310,用于相对于彼此支撑第一和第二光学元件。在该示例性情况下,滑动表面309和310具有垂直于径向方向的第一部分和垂直于几何光轴313的第二部分。滑动表面的第一部分包括第一光学元件302的空腔的圆柱形侧表面和第二光学元件303的突部的圆柱形侧表面,并且这些第一部分沿径向方向相对于彼此支撑第一光学元件302和第二光学元件303。滑动表面的第二部分包括空腔的底部的一部分和突部的端面的一部分,这些第二部分沿与几何光轴相平行的轴向方向相对于彼此支撑第一光学元件302和第二光学元件303。在该示例性情况下,滑动表面的第二部分确定第一表面304和第二表面305之间的最小距离。根据示例性和非限制性实施例的光学装置的第一和第二光学元件也可能例如包括锥形滑动表面。

在图3a到3d中示出的示例性光学装置301中,第一光学元件302的空腔的底部构成光学上起作用的第一表面304的一部分,相应地是,第二光学元件303的突部的端面构成光学上起作用的第二表面305的一部分。在该示例性情况下,如图3a和图3b中所示,第二光学元件302的突部是中空的。因此,与对应的突部是实心的(即,非中空的)情况相比,在第二光学元件303的突部中传播的光较少地被第二光学元件303的透明材料衰减。因此,图3a到图3d中示出的光学装置301的构造在光学元件302和303之间的机械支撑方面以及光学装置301的光学特性方面是有利的。

在图3a到图3d所示的示例性光学装置301中,第一光学元件302包括反射器表面308,用于提供全内反射“TIR”,以将光反射到上述第一表面304。反射器表面308和第一光学元件302的用于接收来自点状光源311的光的表面例如可以成形为使得当点状光源311相对于光学装置处于预定位置时,该反射光是准直光。在图3a和图3b中,示例光束由虚线箭头示出。

在图3a到图3d所示的示例性光学装置301中,第一光学元件302的上述第一表面304包括凸区域和凸区域之间的凹区域。相应地是,第二光学元件303的上述第二表面305包括凸区域和凸区域之间的凹区域。如图3a中所示,当第二光学元件303相对于第一光学元件302处于第一旋转位置中以使得第二表面305的凹区域与第一表面304的凸区域对准时,第二光学元件303的第二表面305的凹区域至少部分地补偿第一光学元件302的第一表面304的凸区域的光学效应,并且相应地是,第二表面305的凸区域至少部分地补偿第一表面304的凹区域的光学效应。第一和第二表面的组合光学效应能够通过使得第二光学元件303围绕光学装置301的几何光轴313相对于第一光学元件302旋转而改变。图3b示出了示例性情况,在该示例性情况中,第二光学元件303已旋转,使得第二光学元件303的第二表面305的凹区域不与第一光学元件302的第一表面304的凸区域对准。如图3b中所示,第一和第二表面传播从反射器表面308到达的光。

第一光学元件302和第二光学元件303可以例如通过模铸制造。第一光学元件302可以例如由丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅胶或玻璃制成。相应地是,第二光学元件303可以例如由丙烯酸塑料、聚碳酸酯、光学硅胶或玻璃制成。

图3a和图3b中示出的光学装置301和光源311构成根据示例性和非限制性实施例的照明装置。该照明装置还包括机械支撑结构,这些机械支撑结构用于机械地支撑光学装置301和光源311。这些机械支撑结构并未在图3a和图3b中示出。

图4a和图4b示出了根据示例性和非限制实施例的光学装置401的剖视图。几何截面平面与坐标系499的xz平面平行。该光学装置包括第一光学元件402,该第一光学元件是透明材料块并且包括第一表面404,该第一表面用于修改穿过第一表面离开第一光学元件402的光的分布。在该示例性光学装置401中,第一光学元件402包括反射器表面408,用于提供全内反射“TIR”,以将光反射到上述第一表面404。在图4a和图4b中,示例光束由虚线箭头示出。该光学装置401包括第二光学元件403,该第二光学元件是透明材料块并且包括第二表面405,该第二表面面向第一光学元件402的第一表面404。该第二表面适合于进一步修改已离开第一光学元件402的光的分布。该第二光学元件403能够围绕该光学装置的几何光轴相对于第一光学元件402旋转。该几何光轴与坐标系499的z轴平行。图4c示出第一光学元件402的等轴视图,图4d示出第二光学元件403的等轴视图。

第一和第二光学元件402和403包括滑动表面409和410,这些滑动表面用于相对于彼此滑动,并且用于至少沿垂直于几何光轴的径向方向相对于彼此机械地支撑该第一和第二光学元件。在该示例性光学装置401中,第一光学元件402的滑动表面409处在第一光学元件的外边沿上,并且第二光学元件包括边沿部分412,该边沿部分围绕第一光学元件的滑动表面409。

在图4a到图4d所示的示例性光学装置401中,第一光学元件402的上述第一表面404包括凸区域和凸区域之间的凹区域。相应地是,第二光学元件403的上述第二表面405包括凸区域和凸区域之间的凹区域。如图4a中所示,当第二光学元件403相对于第一光学元件402处于第一旋转位置中以使得第二表面405的凹区域与第一表面404的凸区域对准时,第二光学元件403的第二表面405的凹区域至少部分地补偿第一光学元件402的第一表面404的凸区域的光学效应,并且相应地是,第二表面405的凸区域至少部分地补偿第一表面404的凹区域的光学效应。第一和第二表面的组合光学效应能够通过使得第二光学元件403围绕光学装置401的几何光轴相对于第一光学元件402旋转而改变。图4b示出了示例性情况,在该示例性情况中,第二光学元件403已旋转,使得第二光学元件403的第二表面的凹区域不与第一光学元件402的第一表面的凸区域对准。如图4b中所示,第一和第二表面传播从反射器表面408到达的光。

在根据示例性和非限制性实施例的光学装置中,该第一和第二光学元件成形为形成限制器,该限制器限制第二光学元件相对于第一光学元件的旋转角度。该第二光学元件相对于第一光学元件的极限旋转位置可以例如使得上述第一和第二表面的光学效应在一个极限旋转位置(即,凸区域和凹区域彼此对准)中尽可能多地彼此补偿,而在另一个极限旋转位置中,该第一和第二表面尽可能多地传播光。图5示出了根据这一示例性和非限制实施例的光学装置的细节。该光学装置的光轴与坐标系599的z轴平行。图5示出了第一光学元件502和第二光学元件503的局部剖视图。在其它方面中,第一光学元件502和第二光学元件503可以例如像图3a到图3d中所示的第一光学302和第二光学元件303。

在根据示例性和非限制性实施例的光学装置中,该第一和第二光学元件中的一个光学元件包括一个或多个凹槽,相对于第一和第二光学元件之间的旋转,该一个或多个凹槽的深度方向是径向的,并且该一个或多个凹槽的纵向方向是周向的,并且该第一和第二光学元件中的另一个元件包括在所述一个或多个凹槽中的一个或多个径向突部。所述一个或多个凹槽和所述一个或多个突部适合于沿与几何光轴平行的方向将第一和第二光学元件形状锁定在一起。第二光学元件在第一光学元件上的安装可以基于第一光学元件的透明材料的柔性和/或基于第二光学元件的透明材料的柔性。图6示出了根据这一示例性和非限制实施例的光学装置的细节。图6示出了第一光学元件602和第二光学元件603的局部剖视图。在其它方面中,第一光学元件602和第二光学元件603可以像图3a到图3d中所示的第一光学元件302和第二光学元件303。

图7a示出了通过根据示例性和非限制实施例的照明装置产生的光分布图案。在图7b中示出该照明装置的剖视图。几何截面平面与坐标系799的xz平面平行。根据示例性和非限制性实施例,该照明装置包括光源711和光学装置701。光学装置701包括第一光学元件702和第二光学元件703。第一光学元件702包括第一表面,该第一表面用于修改穿过第一表面离开第一光学元件702的光的分布,并且第二光学元件703包括第二表面,该第二表面面向第一表面并且用于进一步修改已离开第一光学元件702的光的分布。第一和第二表面包括凸区域和凹区域。第一光学元件702的第一表面可以例如如图3c中所示,并且第二光学元件703的第二表面可以例如如图3d中所示。图7b示出了示例情况,在该示例情况中,该第二光学元件703的第二表面的凹区域与第一光学元件702的第一表面的凸区域对准。光学装置701的光学效应能够通过使第二光学元件703相对于第一光学元件702围绕光学装置701的几何光轴旋转来改变。该几何光轴与坐标系799的z轴平行。在图7b中,利用点划线示出该几何光轴。

图7a中示出的曲线751、752和753中的每条曲线都表示根据观察方向与光学装置701的几何光轴之间的角度α的归一化的发光强度。在图7b中示出角度α。利用曲线751示出的归一化的发光强度对应于图7b中所示的示例情况,其中,第二光学元件703的第二表面的凹区域与第一光学元件702的第一表面的凸区域对准。利用曲线752示出的归一化的发光强度对应于这样的示例情况,在该示例情况中,第二光学元件703已从图7b中所示的位置围绕几何光轴旋转5度的角度。利用曲线753示出的归一化的发光强度对应于这样的示例情况,在该示例情况中,第二光学元件703已从图7b中所示的位置围绕几何光轴旋转10度的角度。

上文给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确陈述,否则上文给出的描述中提供的示例的列表和组并非是穷举性的。

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