具有虚拟光源的照明装置技术领域
本发明一般涉及照明装置领域。具体地，本发明涉及能够提供虚拟光源的照明装
置。
背景技术
传统的白炽灯照明装置具有自然的全向光传播，因为灯丝的上部与照明装置的螺
钉基座间隔开。因此，光不仅向前和侧向发射，而且向后发射。传统的基于固态(solid
state based)的照明装置，诸如基于发光二极管(LED)的照明装置，与这种白炽照明装置相
比具有更定向的光扩散，因为光源(如LED)本身是平坦的，并且通常附接到基座，以用于经
由布置在基座处的散热器提供来自光源的足够的散热。因此，LED的光传播模式通常是朗伯
(Lambertian)型的，这意味着光主要从照明装置向前发射。
为了类似于传统的白炽灯照明装置的更全向的光传播，基于固态的照明装置可以
包括用于引导由光源发射的光并且从远离(诸如在其上)照明装置的基座的位置发射它的
光导。另一种替代方案是提供用于例如通过重定向和/或折射来自光源的光而在真实光源
上方产生虚拟光源的光学特征。因此，虚拟光源与照明装置的基座间隔开，因此在侧向和向
后方向上扩展光。在US20120320580A1中示出了这种照明装置的示例。这种照明装置的缺点
是包括用于折射光的光学特征的光学盖(或封套)可能是复杂的并且制造昂贵。
发明内容
有利的是实现克服或至少减轻上述缺点的照明装置。特别地，期望能够实现制造
更简单且更便宜的照明装置。
为了更好地解决这些问题中的一个或多个，提供了具有在独立权利要求中限定的
特征的照明装置。优选的实施例在从属权利要求中限定。
因此，根据一方面，提供了一种照明装置。该照明装置包括基座、布置在基座处的
至少一个光源、至少一个透光光学元件以及布置成覆盖该至少一个光源和至少一个光学元
件的透光封套。该至少一个光学元件的至少一部分具有在朝向基座的方向上增加的厚度，
所述部分侧向地布置在至少一个光源的光轴旁边，以折射由至少一个光源发射的光，以用
于产生与基座间隔开的至少一个虚拟光源。
光学元件提供负透镜作用并且使由至少一个光源发射(特别是在侧向方向上)的
光远离照明装置的光轴，即更加朝向照明装置的向后方向折射。因此，出现与基座(例如在
光源与封套之间)间隔开(诸如在其上方)的虚拟光源。当虚拟光源与基座间隔开时，光强度
在侧向和后向方向上增加，这产生照明装置的更全向的光扩散。
在本发明的上下文中，在虚拟光源下方将被理解为物理光源的图像。这可通过产
生该图像的透镜来实现。此外，该图像不需要是精确的图像，它可以在一定程度上变形或模
糊。该虚拟光源的基本部分是，看起来光源位于照明装置中的某处，但是它并不物理地存在
于该位置。在本发明的意义上，来自例如光导的散射输出表面不被认为是虚拟光源，因为这
不表示真实光源的图像。
此外，由于(实际)光源布置在基座处，所以可以有助于从光源散热，因为基座可以
例如与照明装置的散热器或环境空气结合。此外，本方面使得能够使用若干和/或更大的光
源，而光学元件不必变得更笨重，因为具有增加的厚度的部分侧向地布置在光源的光轴旁
而不是布置在光源上(或上方)。相比之下，具有耦合到光源的用于将光引导远离基座的光
导的常规解决方案随着光源的尺寸和/或数量增加而变得更大，因为光导必须由于光源的
更大的输出表面而被做得更大。因此，与这些传统解决方案相比，本方面具有更少的光源依
赖性。此外，本方面的优点在于，朝向光源反射回的光量减少，这是基于常规光导的解决方
案的常见问题。因此，提高了照明装置的效率。
为了在虚拟光源和基座之间获得更大的空间，从而改善全向光扩散，光折射光学
特征的厚度变化需要相当大。仅具有厚度朝向基座(并且没有光学元件)强烈增加的封套，
该封套可能难以从用于模制封套的注射模具释放。因此，需要更复杂的注射成型技术以实
现更大的厚度变化。这种注射成型技术可以包括例如使用具有可折叠芯部的模具，使用可
在从模具释放期间变形的硅树脂封套或使用玻璃吹制。本方面的优点在于，封套和光学元
件中的每一个可以单独制造，例如通过标准注射成型技术，其比上述注射成型技术更不复
杂及更便宜。因此，标准封套可以与具有变化厚度的光学元件组合使用。
在本说明书中，侧向方向可以是与至少一个光源的光轴交叉(诸如基本上垂直)的
任何方向。至少一个光源的光轴可以与照明装置的光轴重合。
应当理解，虚拟光源可以不一定是真实光源的完美图像。虚拟光源例如可以变形、
模糊或在不同位置分裂成多个虚像。
在本说明书中，术语“基座”例如可以包括照明装置中的支撑表面以用于支撑光源
以及可选地还支撑光学元件和/或封套。此外，光学元件和透光的封套可以包括它们例如是
透明的或半透明的。光学元件的具有朝向基座增加的厚度的部分例如可以包括：光学元件
的该部分具有在远离基座的方向上渐缩的横截面。
根据一个实施例，至少一个光学元件和封套可以是分离的(或不同的)部分。优选
地，它们可以单独制造。当组装在照明装置中时，它们可以互连或不互连。因此，它们可以单
独地安装在照明装置中，或者它们可以在安装在照明装置中之前彼此连接(例如胶合)。
根据一个实施例，至少一个光学元件可以(直接地或间接地)耦合到基座并且在远
离基座的方向上延伸。例如，光学元件可以被布置为使得具有朝向基座增加的厚度的一个
或多个部分位于基座上的至少一个光源的侧向旁边。
根据一个实施例，封套可以具有(基本上)均匀的厚度，诸如厚度的小于10％的变
化。例如，封套可以是标准封套部件，其便于制造照明装置。这是可能的，因为在光学元件中
提供了用于实现光的期望折射的厚度变化。或者，封套可以具有朝向基座稍微增加的厚度，
以便增加光折射效果。优选地，封套的厚度的这种变化可以足够小，以允许使用用于形成封
套的标准注射成型技术。
根据一个实施例，至少一个光学元件的该部分的厚度可以朝向基座连续增加，由
此减小光强度分布的不规则性。因此，光学元件的该部分可以具有在远离基座的方向上连
续地逐渐变细的横截面。光学元件的该部分的厚度例如可以朝向基座线性地或非线性地增
加。
可以设想具有变化厚度的各种形状的光学元件以实现期望的光折射效果。下面将
描述这种形状的一些示例。
在一个实施例中，至少一个光学元件可以包括附加封套，其被布置为覆盖至少一
个光源并且具有在朝向基座的方向上增加的厚度。因此，(光学元件的)附加封套可以布置
在主封套的内部。
根据一个实施例，至少一个光学元件可以包括至少一个柱体(诸如环形)部分，其
围绕至少一个光源的光轴侧向布置，并且具有厚度朝向基座增加的至少一部分。柱体部分
例如可以侧向地围绕光源，使得从光源沿侧向方向发射的光被光学元件折射。本实施例的
优点在于，针对由光源发射的光穿过的透光材料的最小厚度(其可仅由封套厚度构成)与最
大厚度(其可由封套厚度与光学元件的最大厚度之和构成)之间的比率增加，因为柱体部分
可具有开口端。因此，向前发射的光可仅穿过封套，而沿侧向发射的光可穿过光学元件和封
套两者。本实施例的优点在于，由于光学元件可以沿远离具有较窄厚度的柱体光学元件的
开口的方向从模具释放，所以其能够具有增加的厚度变化。
根据一个实施例，至少一个光学元件可以被成形为使得光学元件的外表面跟随封
套的内表面。例如，光学元件可以布置成邻近(紧密靠近)封套。因而，光学元件的外部形状
可以与面向光学元件的封套部分的内部形状匹配(或配合)。本实施例的优点在于，从封套
外部较难看到光学元件，因为它可能看起来是封套的一部分。
根据一个实施例，至少一个光学元件可以包括至少一个棱柱状形状部分，诸如具
有基本上三角形横截面的部分，其在远离基座的方向上渐缩。例如，光学元件可以包括具有
基本上三角形横截面的柱体部分(如上所述)，其中三角形横截面的基座可以(直接或间接
地)耦合到基座。然后柱体部分可以被称为具有一个或多个棱柱状形状部分。
在一个实施例中，至少一个光学元件可以包括多个部分，该多个部分具有在朝向
基座的方向上增加的厚度，并且被侧向地布置在至少一个光源的光轴旁边，以折射由至少
一个光源发射的光，以用于创建与基座间隔开的多个虚拟光源。本实施例的优点在于，其使
得能够更高程度地弯曲由光源发射的光，由此提高照明装置的全向光扩散。例如，这些部分
可以在照明装置的径向方向上彼此并排地布置。在本说明书中，径向方向可以与照明装置
的侧向方向相同，诸如与照明装置的光轴垂直的任何方向。因此，朝向基座具有增加的厚度
的一个部分可以布置在另一部分的外部。也就是说，一个这样的部分可以布置在朝向基座
具有增加的厚度的另一部分与封套之间。例如，光学元件可以包括具有不同直径并且同心
布置的多个柱体部分。根据另一示例，具有朝向基座的增加的厚度的部分可以在沿着至少
一个光源的光轴的方向上彼此上下布置。例如，光学元件可以包括具有周向延伸的脊的柱
体部分。例如，光学元件的多个部分可以是多个棱柱状部分。
根据一个实施例，封套和/或光学元件可以由塑料制成，其是相对便宜且坚固的材
料，由此可以降低制造成本。封套和光学元件可以彼此分离地注射成型，这允许使用不太复
杂的注射成型技术。或者，封套和/或光学元件可以由玻璃制成。
根据一个实施例，至少一个光源可以是基于固态的光源，诸如发光二极管(LED)。
基于固态的光源的类朗伯(Lambertian)状光发射图案可以通过光学元件被重定向成更全
向的光发射图案。
根据一个实施例，封套可以是透明的(即清晰的)，由此虚拟光源将更清晰可见。或
者，封套可以是半透明的(即漫射的)。
根据一个实施例，封套可以具有圆顶状(或球状)形状，优选地包围光源和光学元
件。
根据一个实施例，接近至少一个光源的区域可以是白色、黑色和/或镜面反射的。
这样的区域例如可以是光源耦合到的基座的区域和/或电路板的区域。这样的区域可以通
过由光学元件提供的光折射效果可见，特别是当光源关闭时。对于本实施例，这样的区域可
以在视觉上感觉为更中性。在区域是白色或反射的情况下，其在视觉上与由光学元件产生
的虚像中的光源融合。在接近至少一个光源的区域是黑色的情况下，其具有低反射率，这增
加了虚拟光源相对于其周围环境的对比度。
注意，本发明的实施例涉及权利要求中所述的特征的所有可能的组合。
附图说明
现在将参考示出各实施例的附图更详细地描述该方面和其他方面。
图1示出了根据实施例的照明装置。
图2示出了根据另一实施例的照明装置。
图3示出了根据又一实施例的照明装置。
图4示出了根据又一实施例的照明装置。
图5示出了根据又一实施例的照明装置。
图6示出根据实施例的照明装置的光强度分布。
图7示出了现有技术的照明装置的光强度分布。
图8示出了根据另一个发明构思的照明装置。
所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明实施例所
必需的部分，其中可以省略或仅仅建议其他部分。贯穿本说明书，相同的附图标记指代相同
的元件。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本方面，附图中示出了当前优选的实施
例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施
例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并且将本方面的范围充分地传达给本领
域技术人员。
将参照图1描述根据实施例的照明装置。图1是照明装置100的横截面，照明装置
100包括基座5、(直接或间接地)耦合到基座5的光源4和被布置成覆盖光源4的封套(或盖)
6。封套6可以是透光的(诸如透明的)，并且可以优选地(直接或间接地)耦合到基座5。封套6
例如可以成形为圆顶(或灯泡)。基座5和封套6可以一起包围光源4。光源4例如可以是基于
固态的光源，诸如发光二极管(LED)。封套6可以具有均匀的厚度。例如，封套6可以是标准塑
料(诸如聚碳酸酯，PC)封套。封套6的圆顶形状使得能够通过使用标准注射成型技术来制造
封套6，而在封套6的外侧上不留下任何可见接头。
照明装置100还可以包括散热器2，散热器2被布置为散发由光源1产生的热量，并
且优选地还散发由用于驱动光源4的驱动器(未示出)产生的热量。散热器2可以布置在基座
5。在本示例中，基座5在散热器2处形成用于光源4的支撑表面。光源4可以耦合到诸如印刷
电路板(PCB)之类的电路板(未示出)，其继而可以耦合到基座5。位于光源4附近的电路板
和/或基座5的区域9，诸如在距光源4的至少几毫米内的区域9，可以优选地是反射性的。例
如，反射层、涂层或元件可以施加到基座5和/或电路板。优选地，区域9可以是镜面反射的。
或者，区域9可以是白色的(即漫反射的)。
照明装置100还包括与封套6分离并且被布置为折射由光源4发射的光的透光(诸
如半透明或透明)光学元件7。光学元件7可以(直接或间接)耦合到基座5，并且可以布置在
光源4旁边和/或围绕光源4延伸，以便折射从光源4在侧向方向上发射的光。光学元件7可以
具有一部分，该部分的横截面具有厚度D，其(优选为连续地但不必是线性地)朝向基座5增
加。因此，具有朝向基座5增加的厚度的光学元件7的至少一部分位于光源4的光轴10的侧向
旁边。在图1所示的本示例中，光学元件7具有柱体状，其厚度朝向基座5增加。因此，可以看
到光学元件7具有几个部分，其厚度朝向基座5增加、围绕光源4周向地延伸(柱体)，从而每
个部分被侧向地布置在光源4的光轴10旁边。优选地，柱体光学元件7的轴线可以与照明装
置100的光轴10重合。根据本示例的光学元件7的形状可以被称为棱柱状形状，因为光学元
件7的内表面和外表面彼此形成角度(其不一定需要是恒定的)。光学元件7的棱柱状形状可
以作为围绕光源4的脊延伸。此外，光学元件7的外表面11的形状可以遵循封套6的内部形状
12的形状，由此可以实现光学元件7和封套6的紧密配合，如图1所示。在本示例中，光学元件
7的内表面和外表面可以是弯曲的。或者，光学元件7的内表面和外表面中的仅仅一个是弯
曲的，或者没有一个是弯曲的。光学元件7可以与封套分离地制造(诸如模制)。
在下文中，仍将参考图1描述照明装置100的操作。由光源4朝向光学元件7(即主要
在侧向方向)发射的光由光学元件7沿着远离照明装置的光轴的方向(即，更为向后)折射，
在本示例中照明装置的光轴与光源4的光轴10重合。由于其变化的厚度D，光学元件7可以用
作负透镜，并且与真实光源4间隔开的虚拟光源8将是可见的。因为虚拟光源8位于比真实光
源4更高的基座5上方，所以随着基座5的遮蔽效应减小，它将在向后方向上提供更高的光强
度。使得封套6和光学元件7的厚度之和的更大变化成为可能，同时仍然能够使用标准注射
成型技术，因为封套6和光学元件7是可以单独制造的单独部件。因此，封套6和光学元件7中
的每一个的形状可以允许容易地分离模具。
可以设想光学元件7的几种不同形状，该光学元件具有其厚度朝向基座5增加的至
少一部分，以提供用于产生虚拟光源8的光折射效果，其中一些将在下面描述。下面描述的
照明装置可以类似地配置为参照图1描述的照明装置，但是可以具有略微不同配置的光学
元件。
图2示出了根据另一实施例的照明装置200。在本示例中，照明装置200包括多个光
源24，诸如3×3矩阵的LED。具有几个光源24而不是仅一个光源24是有利的，因为它提供了
更均匀的光扩散，而这是由于光学元件和封套26中的菲涅耳(Fresnel)反射所导致的光分
布的峰值可被减小。在本示例中，光学元件被形成为覆盖光源24并布置在封套26内部的附
加封套27。附加封套27可以具有朝向基座25增加的厚度。因此，附加封套27的上部可以比附
加封套27的下部更薄。附加封套26可以与(外)封套26间隔开或位于(外)封套26附近。
图3示出了根据又一实施例的照明装置300。在本示例中，光学元件37可以是柱体
的并且可以具有棱柱状形状，由此光学元件37的横截面的厚度在朝向基座35的方向上增
加。柱体光学元件37可以被布置以侧向地围绕光源34，使得光学元件37的每个部分位于光
源34的光轴30的侧向旁边。在本示例中，光学元件37的外表面31的形状并不遵循封套36的
内表面32的形状(这与参照图1所描述的光学元件相反)。
图4示出了根据又一实施例的照明装置400。在本示例中，光学元件47可以包括围
绕光源44布置的内柱体部分41和围绕内柱体部分41布置的外柱体部分42。每个柱体部分
41、42可以具有棱柱状形状，由此每个柱体部分41、42的横截面的厚度在朝向底座45的方向
上增加。换言之，光学元件47的棱柱状部分41、42(由柱体部分形成)在照明装置400的径向
方向上彼此相邻地布置。
图5示出了根据又一实施例的照明装置500。在本示例中，光学元件57可以是柱体
的，并且可以具有在沿着照明装置500的光轴50的方向上彼此上下布置的多个棱柱状部分
51。因此，每个棱柱状环形部分51可以具有在朝向基座55的方向上增加的厚度。棱柱状形状
部分51可以像脊一样沿着柱体光学元件57的外侧周向地延伸。柱体光学元件57可以布置在
光源54周围。
图6示出了表明根据实施例的照明装置的光强度分布的示图，并且图7示出了表明
现有技术的照明装置的光强度分布的示图。当比较图6和图7时，可以看出根据实施例的照
明装置的光扩展比现有技术照明装置的光扩展更宽。因此，与现有技术的照明装置相比，根
据本实施例的照明装置的侧向和反向方向上的强度更高。图6所示的曲线中间的峰值是由
光学元件和封套中的菲涅尔反射引起的。这种菲涅尔峰可以通过具有几个光源而不是仅仅
一个光源来减少。
根据另一个发明构思，提供一种照明装置。本发明构思的实施例在图8中示出。照
明装置800包括至少一个光源84，限定用于覆盖至少一个光源84的隔室82的透光封套86，以
及耦合到封套86并延伸穿过隔室82的半透明反射元件87，其中封套86具有其厚度朝向半透
明反射元件87增加的至少一部分81，并且其中半透明反射元件87和封套86的所述部分81被
布置成使得由至少一个光源发射的光被反射及折射，以便产生位于半透明反射元件87的位
置88处的至少一个虚拟光源。
利用本发明构思，由光源84发射的光的第一部分可以首先被半透明反射元件87反
射，然后被封套86的在更加朝向照明装置800的主向前发射方向的方向上具有朝向半透明
反射元件87增加的厚度的部分81所折射。此外，由光源84发射的光的第二部分可以首先由
半透明反射元件87透射，然后被封套86的在更加朝向照明装置8的向后方向的方向上具有
朝向半透明反射元件87增加的厚度的部分81所折射86。因此，可以在半透明反射元件87的
位置88处产生虚像。因此，封套86的具有朝向半透明反射元件87(主图朝向半透明反射元件
87到封套86的附接点)增加的厚度的部分81的厚度可以用作在半透明反射元件87的位置处
具有焦点的透镜装置以用于产生与光源84间隔开的光源的虚像，由此提高照明装置8的全
向光扩散。
光源84可以布置在由封套86限定的隔室82内部。半透明反射元件87可以布置在光
源84上方，以便将隔室82分成位于彼此上下的两个子隔室。封套86例如可以是球形的。
应当理解，半透明反射元件87可以具有既反射又透光的至少一部分(优选为主要
部分)。例如，半透明反射元件87可以包括其上涂覆有金属(诸如银或铝)反射层的透明基
板。金属层例如可以足够薄以允许一些光。可替代或附加地，金属层可以被图案化，诸如穿
孔(即包括通孔)，以用于允许由光源84发射的一些光。图案(或穿孔)可以足够精细以减少
阴影。或者，封套86可以是漫射的，以便减少来自图案或穿孔的阴影。根据另一示例，半透明
反射元件87可以包括被布置为通过全内反射(TIR)来反射一些光的凹槽(优选为径向延伸
的凹槽)。可选地，半透明反射元件87的位于光源84正上方的部分可以是漫透射(diffusely
transmissive)和漫反射(diffusely reflective)的，因为该部分位于虚拟光源的位置。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求
的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，光学元件可以不必是柱体或球形，而是可以替
代地被分成几个单独的部分，被布置为折射由光源发射的光以提供虚拟光源。
另外，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，通过研究附图、公开内容和所
附权利要求，可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除
其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中
陈述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标
记不应被解释为限制范围。