專利名稱：一種改變光強(qiáng)空間分布的裝置及采用該裝置的照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種改變光強(qiáng)空間分布的裝置以及采用 該裝置的照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)為半導(dǎo)體發(fā)光器件。其不但發(fā)光強(qiáng)度 高，而且還具有體積小，壽命長，顯色指數(shù)高等特點(diǎn)，是一種新型的綠色環(huán)保照明光源。目前商用大功率LED光通量已經(jīng)達(dá)到lOOlm/w，實(shí)驗(yàn)室可達(dá)到1651m/w，并且總光 通量以每18-24個(gè)月翻一翻的摩爾定律發(fā)展，具有成為第四代光源的巨大潛力。LED光源發(fā)出的光近似朗伯型，即光強(qiáng)在半空間呈余弦分布，直接用于照明時(shí)，路 面上形成一個(gè)中間亮邊緣暗的不均勻的圓斑，中心處很亮，徑向衰減很快。而根據(jù)道路照明 特點(diǎn)，路燈照明的最佳配光方式為類似矩形分布光場(chǎng)分布，因此有必要對(duì)LED發(fā)出的光做 進(jìn)一步的光束整形，以達(dá)到道路照明的需求和提高光能的利用率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種改變光強(qiáng)空間分布的裝置，以解決上述LED光源無法直接滿 足道路照明的問題。本實(shí)用新型提供的一種改變光強(qiáng)空間分布的裝置，包括一底壁以及沿所述底壁邊 緣圍置的兩對(duì)相對(duì)的側(cè)壁；所述兩對(duì)側(cè)壁分別具有相對(duì)的第一內(nèi)凹弧面和第二內(nèi)凹弧面。優(yōu)選的，所述第一內(nèi)凹弧面由以下方式形成以兩底端對(duì)置的第一復(fù)合拋物線段 為掃描軌跡，以第二復(fù)合拋物線段為掃描截面掃描而成；所述第二內(nèi)凹弧面由以下方式形成以一直線段為掃描軌跡，以所述第二復(fù)合拋 物線段為掃描截面掃描而成；其中，任一復(fù)合拋物線段為拋物線上截取的部分線段。優(yōu)選的，任一復(fù)合拋物線段由如下方式形成以拋物線y2 = 4fx的軸在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)θ i角度的軸為基準(zhǔn)軸，經(jīng)過所述基準(zhǔn)軸 上的兩定點(diǎn)且與該基準(zhǔn)軸垂直的直線與拋物線相交，且相交于該基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)的拋 物線上兩點(diǎn)；所述拋物線上兩點(diǎn)之間的線段為復(fù)合拋物線段；所述角度θ i稱為復(fù)合拋物線的軸旋轉(zhuǎn)角；所述的兩定點(diǎn)為拋物線的焦點(diǎn)在所述基準(zhǔn)軸上的投影點(diǎn)以及沿所述基準(zhǔn)軸在拋 物線開口方向距該投影點(diǎn)距離為L = f cos θ ysin2 θ i的點(diǎn)；其中f為該拋物線的焦距?？蛇x的，所述第一復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角和第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角不 同。可選的，所述第一復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角為60度，第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn) 角為30度。[0017]可選的，所述底壁呈平板狀，在所述底壁中央設(shè)有開孔。可選的，在所述裝置的底壁和側(cè)壁內(nèi)側(cè)設(shè)置有反光層?？蛇x的，所述反光層為金屬層。本實(shí)用新型還提供一種照明設(shè)備，使用上述任一所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝 置；在所述裝置中設(shè)置照明光源。可選的，所述照明光源為朗伯型發(fā)光體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置包括一底壁以及沿所述 底壁邊緣圍置的兩對(duì)相對(duì)的側(cè)壁；所述兩對(duì)側(cè)壁分別具有相對(duì)的第一內(nèi)凹弧面和第二內(nèi)凹 弧面；應(yīng)用本實(shí)用新型的裝置可改變光強(qiáng)在空間上的分布。在本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述裝置的第一內(nèi)凹弧面由以下方式形成以 兩底端對(duì)置的第一復(fù)合拋物線段為掃描軌跡，以第二復(fù)合拋物線段為掃描截面掃描而成； 所述第二內(nèi)凹弧面由以下方式形成以一直線段為掃描軌跡，以所述第二復(fù)合拋物線段為 掃描截面掃描而成；在應(yīng)用于LED作為光源的路燈時(shí)，本裝置能夠?qū)⒗什凸鈴?qiáng)分布改變 為近似矩形分布，可滿足對(duì)道路照明的要求。此外，相對(duì)于用LED光源加透鏡的整形方式，應(yīng)用該裝置的照明設(shè)備具有光能利 用率較高、制造成本低等優(yōu)勢(shì)。

圖1為本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置的實(shí)施例的示意圖；圖2為圖1沿EE方向的剖面示意圖；圖3為圖1沿DD方向的剖面示意圖；圖4為本實(shí)用新型中一種復(fù)合拋物線段的示意圖；圖5為本實(shí)施例的裝置的底壁3內(nèi)側(cè)面形狀示意圖。
具體實(shí)施方式
在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新 型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新 型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
以下結(jié)合附圖具體說明本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置。圖1為本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置的實(shí)施例的示意圖。本實(shí)施例的改變光強(qiáng)空間分布的裝置為設(shè)置有開口的腔體結(jié)構(gòu)。包括有底壁和側(cè) 壁；底壁和側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面(即朝向腔體內(nèi)部的側(cè)面)構(gòu)成所述改變光強(qiáng)分布裝置的反射面， 用于將光源發(fā)出的光反射后經(jīng)由該腔體結(jié)構(gòu)的開口出射。反射后出射的光與直接經(jīng)由該腔 體結(jié)構(gòu)開口出射的光相疊加后的光強(qiáng)空間分布狀態(tài)即為該改變光強(qiáng)空間分布的裝置改變 的光源的光強(qiáng)空間分布狀態(tài)。下面結(jié)合圖1詳細(xì)進(jìn)行說明。請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型的實(shí)施例的改變光強(qiáng)空間分 布的裝置包括底壁3、側(cè)壁1-1、側(cè)壁1-2、側(cè)壁2-1和側(cè)壁2-2。所述側(cè)壁1_1、側(cè)壁1_2、側(cè) 壁2-1和側(cè)壁2-2沿所述底壁3的邊緣圍置，從而形成一側(cè)具有開口的空腔。其中，所述側(cè) 壁1-1和側(cè)壁1-2相對(duì)設(shè)置，側(cè)壁2-1和側(cè)壁2-2相對(duì)設(shè)置。
4[0035]所述側(cè)壁1-1和側(cè)壁1-2內(nèi)側(cè)為凹弧面，稱為第一內(nèi)凹弧面，兩側(cè)壁1-1和1-2的 第一內(nèi)凹弧面相對(duì)。圖3為圖1沿DD方向的剖面示意圖，如圖3所示的第一內(nèi)凹弧面相對(duì) 設(shè)置的情形。所述側(cè)壁2-1和2-2內(nèi)側(cè)也為凹弧面，稱為第二內(nèi)凹弧面，兩側(cè)壁2-1和2_2的第 二內(nèi)凹弧面相對(duì)。圖2為圖1沿EE方向的剖面示意圖，如圖2所示的第二內(nèi)凹弧面相對(duì)設(shè) 置的情形。底壁3、側(cè)壁1-1、側(cè)壁1-2、側(cè)壁2-1和側(cè)壁2-2可以直接由反光材料構(gòu)成，其內(nèi)側(cè) 面直接可以作為反射面。此外，所述底壁3、側(cè)壁1-1、側(cè)壁1-2、側(cè)壁2-1和側(cè)壁2-2還可以有其它材料構(gòu) 成，在底壁和側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面設(shè)置反光層。所述反光層的可以是金屬層或者其它介質(zhì)層、金屬 層包括例如鋁層、銀層或者其它合金層，其可以通過電鍍的方式形成；介質(zhì)層包括半導(dǎo)體材 料層例如，氧化硅，其可以通過沉積的方式形成。當(dāng)然，所述底壁或者側(cè)壁的反光材料或者設(shè)置于底壁或側(cè)壁內(nèi)側(cè)的反光層的材料 需要根據(jù)改變光強(qiáng)空間分布的光源的波長而決定，一般需要選擇具有較大反射率、較少吸 收的材料作為反光材料或反光層。任何能夠起到反光作用的材料或者反光層或者其它方案 均可以應(yīng)用于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)做出相應(yīng)的選擇、替換和改變。其中，所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置的開口形狀、底壁和側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面形狀即 所述第一內(nèi)凹弧面和第二內(nèi)凹弧面的形狀會(huì)影響該裝置對(duì)光強(qiáng)空間分布的影響。因而，需 要根據(jù)光源的類型、出射后光強(qiáng)的空間分布狀態(tài)設(shè)計(jì)該裝置的開口形狀以及相應(yīng)的內(nèi)凹弧 面的形狀。本實(shí)施例中，以照明光源為朗伯光源(例如LED光源)，需要改變后的光強(qiáng)空間分 布為矩形光束為例說明本實(shí)施例的改變光強(qiáng)空間分布的裝置的底壁和側(cè)壁內(nèi)側(cè)面。圖5為本實(shí)施例的裝置的底壁3內(nèi)側(cè)面形狀示意圖。請(qǐng)參考圖5，本實(shí)施例的底壁3呈平板狀，其內(nèi)側(cè)面為平面，其邊緣由直線段4-1和
4-2以及四個(gè)復(fù)合拋物線段5-1、5-2、5-3和5_4圍置而成。其中，所述直線段長度相同，且4-1和4-2相對(duì)設(shè)置，四個(gè)復(fù)合拋物線段5-1、5_2、
5-3和5-4形狀相同，稱為第一復(fù)合拋物線段。所述第一復(fù)合拋物線段5-1和5-2底端對(duì)置 且位相呈180度設(shè)置，第一復(fù)合拋物線段5-3和5-4底端對(duì)置且位相呈180度設(shè)置。位相 呈180設(shè)置的兩組復(fù)合拋物線段相對(duì)設(shè)置，四復(fù)合拋物線段頂端分別與直線段4-1和4-2 連接。兩組復(fù)合拋物線段相應(yīng)底端之間的距離一般等于照明光源的長度。從而便于將照 明光源設(shè)置于該兩組復(fù)合拋物線之間。其中一種設(shè)置方式是直接將照明光源貼附于底壁3 上；此外，還可以在底壁3上設(shè)置開口 6，由底壁3的外側(cè)邊通過所述開口 6將照明光源設(shè) 置于該底壁3的內(nèi)側(cè)。所述開口 6的形狀和大小根據(jù)照明光源而確定。以一第二復(fù)合拋物線段為掃描截面，分別以所述底壁3的邊緣為掃描軌跡，將第 二復(fù)合拋物線的凹陷朝向內(nèi)側(cè)，并將該第二復(fù)合拋物線段的底端沿底壁3的邊緣掃描一 周，可形成圖1的側(cè)壁的內(nèi)側(cè)面。具體的，以所述直線段4-1和4-2為掃描軌跡，第二復(fù)合拋物線段為掃描截面掃描可構(gòu)成側(cè)壁2-1和2-2內(nèi)側(cè)面，即兩相對(duì)的第二內(nèi)凹弧面。以所述第一復(fù)合拋物線段5-1、 5-2,5-3和5-4為掃描軌跡，第二復(fù)合拋物線段為掃描截面，可構(gòu)成側(cè)壁1-1和1_2的內(nèi)側(cè) 面，即兩相對(duì)的第一內(nèi)凹弧面。所述的第一復(fù)合拋物線段、第二復(fù)合拋物線段的形狀決定相 應(yīng)的第一內(nèi)凹弧面、第二內(nèi)凹弧面的形狀。其中，復(fù)合拋物線段為拋物線上截取的部分線 段。其中，任一所述復(fù)合拋物線段可以由如下方式形成請(qǐng)參考圖4，拋物線y2 = 4fx(其中f為該拋物線的焦距)的軸為yy’，焦點(diǎn)為Q點(diǎn)，將軸yy’繞Q點(diǎn)順時(shí)針(當(dāng)然也 可以做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則后續(xù)選擇是需要在右側(cè)拋物線上截取一段作為復(fù)合拋物線段)旋轉(zhuǎn) θ ^乍為基準(zhǔn)軸，然后將基準(zhǔn)軸向右平移a’的距離，平移后的軸為YY’，Q點(diǎn)在YY’上的投 影為Y點(diǎn)，所述Y點(diǎn)沿所述YY’軸在拋物線開口方向距該投影點(diǎn)Y的距離為L = f cos θ 乂 Sin29i的點(diǎn)為Y’點(diǎn)。經(jīng)過Y、Y’兩點(diǎn)做垂直于YY’的直線，該直線與ΥΥ’右側(cè)(該基準(zhǔn)軸 旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)的拋物線)的拋物線相較于兩點(diǎn)P、Q，其中，拋物線段PQ即為復(fù)合拋物線段 (其中，P為復(fù)合拋物線段的底端，Q為復(fù)合拋物線段的頂端)。ΥΥ’可稱為該復(fù)合拋物線段 的軸。所述角度θ巧爾為復(fù)合拋物線的軸旋轉(zhuǎn)角；2a’為PQ之間的距離。所述第一復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角和第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角不同，也可以 相同。其中，所述第一復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角越大，該改變光強(qiáng)空間分布的裝置在圖1所 示的DD方向上將光分散的尺寸越大，而所述第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角越大，該改變光 強(qiáng)空間分布的裝置在圖1所示的EE方向上將光分散的尺寸越大。因而，可以根據(jù)需要選擇 合適的軸旋轉(zhuǎn)角。本實(shí)施例中，所述第一復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角為60度，第二復(fù)合拋物 線段的軸旋轉(zhuǎn)角為30度。利用上述實(shí)施例的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，在所述裝置中設(shè)置照明光源，例如 LED光源，可形成照明設(shè)備，例如路燈。以所述的第一復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角為60度，第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角 為30度時(shí)構(gòu)成改變光強(qiáng)空間分布的裝置，照明光源為郎伯型光源構(gòu)成的照明設(shè)備為例，選 擇光源為120W的LED光源，總的光通量為10000流明為例。將上述照明設(shè)備作為路燈，置于 10米高空時(shí)，照射于地面光強(qiáng)分布沿圖1所示的DD方向可達(dá)120°，沿EE方向?yàn)?0°。光 斑近似矩形分布，中間照明范圍達(dá)到10米。光能的利用率為96% ；照度的均勻性為0. 51。可見，本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置在應(yīng)用于LED作為光源的路燈時(shí)， 能夠?qū)⒗什凸鈴?qiáng)分布改變?yōu)榻凭匦畏植?，可滿足對(duì)道路照明的要求。此外，相對(duì)于用 LED光源加透鏡的整形方式，應(yīng)用該裝置的照明設(shè)備具有光能利用率較高、制造成本低等優(yōu) 勢(shì)。此外，本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置在應(yīng)用于照明設(shè)備時(shí)，可以根據(jù)其 復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角選擇不同的內(nèi)凹弧面形狀以及尺寸大小，還可以在其中放置其它 朗伯型光源，根據(jù)照明面積的大小以及光強(qiáng)度的需要而進(jìn)行相應(yīng)的改變即可。而且，所述改 變光強(qiáng)空間分布的裝置可單獨(dú)使用，也可以多個(gè)排列成矩陣同時(shí)使用。這里不再贅述，本領(lǐng) 域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)可以做出相應(yīng)的變更。此外，本實(shí)用新型的改變光強(qiáng)空間分布的裝置中的光源不但可以是主動(dòng)發(fā)光體， 例如LED，而且其也可以應(yīng)用于需要改變光強(qiáng)分布的光路中，這里不再進(jìn)行詳述。本實(shí)用新型雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本實(shí)用新型，任何
6本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因 此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于包括一底壁以及沿所述底壁邊緣圍置的兩對(duì)相對(duì)的側(cè)壁；所述兩對(duì)側(cè)壁分別具有相對(duì)的第一內(nèi)凹弧面和第二內(nèi)凹弧面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于所述第一內(nèi)凹弧面 由以下方式形成以兩底端對(duì)置的第一復(fù)合拋物線段為掃描軌跡，以第二復(fù)合拋物線段為 掃描截面掃描而成；所述第二內(nèi)凹弧面由以下方式形成以一直線段為掃描軌跡，以所述第二復(fù)合拋物線 段為掃描截面掃描而成；其中，任一復(fù)合拋物線段為拋物線上截取的部分線段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于任一復(fù)合拋物線段 由如下方式形成以拋物線I2 = 4fx的軸在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)θ i角度的軸為基準(zhǔn)軸，經(jīng)過所述基準(zhǔn)軸上的 兩定點(diǎn)且與該基準(zhǔn)軸垂直的直線與拋物線相交，且相交于該基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)的拋物線 上兩點(diǎn)；所述拋物線上兩點(diǎn)之間的線段為復(fù)合拋物線段；所述角度θ i稱為復(fù)合拋物線的軸旋轉(zhuǎn)角；所述的兩定點(diǎn)為拋物線的焦點(diǎn)在所述基準(zhǔn)軸上的投影點(diǎn)以及沿所述基準(zhǔn)軸在拋物線 開口方向距該投影點(diǎn)距離為L = f cos θ i/sin2 θ i的點(diǎn)；其中f為該拋物線的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于所述第一復(fù)合拋物 線段的軸旋轉(zhuǎn)角和第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于所述第一復(fù)合拋物 線段的軸旋轉(zhuǎn)角為60度，第二復(fù)合拋物線段的軸旋轉(zhuǎn)角為30度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于所述底壁 呈平板狀，在所述底壁中央設(shè)有開孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于在所述裝 置的底壁和側(cè)壁內(nèi)側(cè)設(shè)置有反光層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改變光強(qiáng)空間分布的裝置，其特征在于所述反光層為金屬層。
9.一種照明設(shè)備，其特征在于使用上述權(quán)利要求1至8任一所述的改變光強(qiáng)空間分 布的裝置；在所述裝置中設(shè)置照明光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明設(shè)備，其特征在于所述照明光源為朗伯型發(fā)光體。
專利摘要一種改變光強(qiáng)空間分布的裝置，包括一底壁以及沿所述底壁邊緣圍置的兩對(duì)相對(duì)的側(cè)壁；所述兩對(duì)側(cè)壁分別具有相對(duì)的第一內(nèi)凹弧面和第二內(nèi)凹弧面。應(yīng)用本實(shí)用新型的裝置可改變光強(qiáng)在空間上的分布。本實(shí)用新型還提供一種采用該裝置的照明設(shè)備。
文檔編號(hào)F21V19/00GK201724154SQ20102027942
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者任志君, 應(yīng)朝福, 范長江, 金洪震 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)