一種透鏡及使用該透鏡的照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種透鏡及使用該透鏡的照明系統(tǒng)包括至少一個透鏡，以及至少一個被照射面。所述透鏡包括至少一個透鏡單元。每一個透鏡單元包括一個光軸，一個垂直設(shè)置在所述光軸上的光源設(shè)置處，一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的全反射面，一個接收所述全反射面的出射光的第一出射面，以及至少一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的第二出射面。雖然第一出射面射出光由于射向離透鏡較遠(yuǎn)處會比射向離模組較近處的第二出射面的射出光有更大的衰減，但是由于第一出射面與第二出射面相比，其接收到來自光源設(shè)置處更多的出光量，從而彌補(bǔ)了該第一出射面的射出光由于到達(dá)離透鏡較遠(yuǎn)處而導(dǎo)致的更多的衰減，進(jìn)而可以使離透鏡較近處與離透鏡較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。
【專利說明】—種透鏡及使用該透鏡的照明系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)，特別是一種可以提供均勻照明的透鏡及使用該透鏡的照明系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在一般的日常生活中，隨處都可見到各種照明設(shè)備，例如，目光燈、路燈、臺燈、藝術(shù)燈等。在上述的照明設(shè)備中，傳統(tǒng)上大部分是以鎢絲燈泡做為發(fā)光光源。近年來，由于科技日新月異，已利用發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光來源。甚者，除照明設(shè)備外，對于一般交通號志、廣告牌、車燈等，亦都改為使用發(fā)光二極管做為發(fā)光光源。如前所述，使用發(fā)光二極管作為發(fā)光光源，其好處在于省電，且亮度更大，故于使用上已逐漸普通化。
[0003]如圖1所示，為一種現(xiàn)有技術(shù)中使用LED作為光源的照明系統(tǒng)的光路示意圖。該照明系統(tǒng)包括一個被照射面1，一個設(shè)置在該被照射面I 一側(cè)的LED光源2。該LED光源2包括一個出光面3，該出光面3射出無數(shù)燈光線4并照射在被照射面I上。可以想到的是，無論所述LED光源2放置在被照射面I的哪個位置，出光面3射出的光線4中的一部分一定會射向被照射面I的近端，而另一部分則一定會射向被照射面I的遠(yuǎn)端。正是由于以上不可避免的光線照射結(jié)構(gòu)，射向被照射面I近端的光線相對于射向被照射面I遠(yuǎn)端的光線衰減將較小，而無論是射向遠(yuǎn)端的光線還是射向近端的光線，其初始亮度值是相等的，因此會導(dǎo)致由于被照射面I相對于LED光源2的遠(yuǎn)近不同，其明亮度也不同，即被照射面I各處的照度不同。
[0004]這種不均勻的光照效果對于一些場合，如展覽廳、展示會，又或是一些商場中的照明場合，由于光照效果不均勻，即照度不均勻?qū)档捅徽故镜奈锲方o參觀者或購買者視覺效果，從而降低展示物品給人視覺上的品質(zhì)感。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，有必要提供一種可以提供光照效果均勻的透鏡及使用該透鏡的照明系統(tǒng)，以克服上述不足。
[0006]一種透鏡包括至少一個透鏡單元。每一個透鏡單元包括一個光軸，一個垂直設(shè)置在所述光軸上的光源設(shè)置處，一個設(shè)置在所述光源設(shè)置處正對面并接收來自光源設(shè)置處的出射光的全反射面，一個只接收所述全反射面的出射光的第一出射面，以及至少一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的第二出射面。
[0007]一種照明系統(tǒng)，其包括至少一個透鏡，以及至少一個分別與相應(yīng)的透鏡對應(yīng)的被照射面。所述透鏡包括至少一個透鏡單元。每一個透鏡單元包括一個光軸，一個垂直設(shè)置在所述光軸上的光源設(shè)置處，一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的全反射面，一個接收所述全反射面的出射光的第一出射面，以及至少一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的第二出射面。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然第一出射面射出光由于射向離LED模組較遠(yuǎn)處會比射向離模組較近處的第二出射面的射出光有更大的衰減，但是由于第一出射面與第二出射面相t匕，其接收到來自光源設(shè)置處更多的出光量，從而彌補(bǔ)了該第一出射面的射出光由于到達(dá)離LED模組較遠(yuǎn)處而導(dǎo)致的更多的衰減，進(jìn)而可以使離LED模組較近處與離LED模組較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0010]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的照明系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明提供的一種照明系統(tǒng)的光路示意圖。
[0012]圖3為圖2的照明系統(tǒng)中的透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為圖3的透鏡的截面示意圖。
[0014]圖5為圖3的透鏡的光路示意圖。
[0015]圖6為圖3的透鏡的各出射面的出射角度的示意圖。

【具體實施方式】
[0016]以下基于附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅作為實施例，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]請參閱圖2至圖6，為本發(fā)明提供的一種照明系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。該照明系統(tǒng)100包括至少一個LED模組10，以及至少一個與每一個LED模組10分別對應(yīng)的被照射面20。在實際應(yīng)用中，所述LED模組10可能會包括多個，這可以根據(jù)被照射面20的大小或多少來確定。在本實施例中，僅為了詳細(xì)說明本發(fā)明，故僅示出一個LED模組10和一個與該LED模組10相對應(yīng)的被照射面20。可以想到的是，該照明系統(tǒng)100還包括其他元器件，如柜體、用于設(shè)置LED模組10的燈架，燈罩等組件，以及用于給LED模組10供電的電源等等，因為諸如此類的組件不為本發(fā)明的重點，在此不再贅述。
[0018]所述LED模組10包括一個透鏡11，和一個與該透鏡11搭配使用的LED12。
[0019]請參閱圖3及圖4，所述透鏡11包括至少一個透鏡單元13。每一個透鏡單元13包括一個光軸131，一個用于設(shè)置LED12的光源設(shè)置處132，一個接收來自光源設(shè)置處132的出射光的全反射面133，一個接收所述全反射面133的出射光的第一出射面134，以及至少一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的第二出射面135。在本實施例中，所述透鏡11包括沿光軸131對稱設(shè)置的兩個透鏡單元13?？梢韵氲降氖?，根據(jù)配光要求，所述透鏡11可以包括多個透鏡單元13，該多個透鏡單元13可以具有單一的光軸，也可以具有多個光軸。
[0020]與所有透鏡一致，每一個透鏡都包括至少一根光軸。在本實施例中，所述透鏡11只包括一個光軸131，兩個透鏡單元13沿該光軸131對稱設(shè)置。該光軸131用于設(shè)置光源，即LED12，同時眾所周知的是該光軸131也是光路設(shè)計的導(dǎo)向。
[0021]所述光源設(shè)置處132用于設(shè)置光源，如LED12，或者是其他的光源，如熒光燈。在本實施例中，所述光源為LED12。可以想到的是，當(dāng)其他光源如熒光燈與透鏡11的尺寸比例和LED12與透鏡11的尺寸比例相當(dāng)時，則也可以使用熒光燈來作為光源，同樣可以達(dá)到本發(fā)明所要達(dá)到的技術(shù)效果。在本實施例中，所述光源設(shè)置處132為一個垂直所述光軸131開設(shè)在兩個透鏡單元13之間的一個沉孔。所述LED12可以設(shè)置在該沉孔的里面，也可以設(shè)置在該沉孔的外面，即沉孔的里面或外面皆可以作為光源的光源設(shè)置處132。當(dāng)LED12設(shè)置在沉孔中時，為了使透鏡11的利用最大化的同時，便于組裝該透鏡11與LED12，該LED12的出光面的相反側(cè)與所述沉孔的開口端齊平。當(dāng)LED12設(shè)置在沉孔的外面時，為了使LED12所有光全部能進(jìn)入透鏡11中，優(yōu)選的是，該LED12的出光面與所述沉孔的開口端齊平。在本實施例中，所述LED12的出光面與所述沉孔的開口端齊平。另外需要說明的是，所述光源設(shè)置處132的設(shè)置將由配光的要求，透鏡單元13的數(shù)量等因素決定。例如，當(dāng)只有一個透鏡單元13時，該光源設(shè)置處132將只設(shè)置在該一個透鏡單元13上。而在本實施例中，由于具有兩個光源設(shè)置處132，且如果只有一個光源LED12，為了使兩個透鏡單元13都接收到該光源LED12的光，該光源設(shè)置處132將設(shè)置在該兩個透鏡單元13之間。同時，為了使兩個透鏡單元13所接收到的光強(qiáng)一致，該光源設(shè)置處132設(shè)置在所述兩個透鏡單元13的正中間。
[0022]所述全反射面133用于接收來自光源LED12的出射光，并將該出射光反射向第一出射面134。該全反射面133根據(jù)光學(xué)全反射原理設(shè)計，該第一出射面134設(shè)置在所述光源設(shè)置處132的正對面，以盡可能接收多的光照。在本實施例中，該全反射面133的截面輪廓線為近似的拋物線。
[0023]請結(jié)合圖5，所述第一出射面134與所述全反射面133連接，并只接收來自該全反射面133的反射光。由于該第一出射面134接收來自全反射面133的全部反射光,而由于全反射面133設(shè)置在所述光源設(shè)置處132的正對面，接收到最多的光照，因此，所述第一出射面134也將接收到最多的光照。該第一出射面134將接收到的全反射面133的反射光折射出去并照射在被照射面上。通過利用該第一出射面134處的折射角、所述全反射面133處的反射角，以及光源LED12的沿光軸131的位置等因素的設(shè)置，可以將第一出射面134處的出射光與光軸的角度保持在大約85度到65度之間，請參見圖6中的a角與b角。這里的“大約”的意思是由于光的特性所決定的，不能嚴(yán)格準(zhǔn)備地界定某一條光線，因為光在傳播過程中會有衍射、散射等光學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生，所以在這里大約是指在理想或理論上的角度。所述第一出射面134上還設(shè)置有波浪形突起1341。該波浪形突起1341的作用在于擴(kuò)大所述第一出射面134的出射光的出射角度。下面解釋一下該出射角度的意思，當(dāng)光照射在被照射面20上時,其將形成一個光斑。將該光斑分成縱向和橫向兩個方向，并將該第一出射面134假想成一個點光源，則該點光源與縱向或橫向便會形成一個角度，該角度便是縱向出射角度或橫向出射角度。因此，該波浪形突起1341是用于擴(kuò)大縱向出射角度還是擴(kuò)大橫向出射角度，其根據(jù)配光的要求來設(shè)定。在本實施例中，所述波浪形突起1341用于擴(kuò)大沿被照射面20的長度方向的橫向出射角度。同時，由于該波浪形突起1341的作用，全反射面133反射的光會被該波浪形突起1341反射，即該波浪形突起1341有一部分對于全反射面133反射的光成為全反射面，將部分入射光反射向全反射面133并從該全反射面133射出。該波浪形突起1341的曲率、弦長根據(jù)所要求縱向出射角度或橫向出射角度，以及所要反射的出光量來設(shè)定。
[0024]請結(jié)合圖5，所述第二出射面135用于接收來自光源設(shè)置處132的光源LED12的出射光，并經(jīng)折射后射出照射到被照射面20上。為了保證第一出射面134的出光量大于所述第二出射面135的出光量，所述第一出射面134的截面長度應(yīng)當(dāng)大于所述第二出射面135的截面長度。所述第二出射面135需要設(shè)置在第一出射面134的相對于全反射面133的另一側(cè)。所述第二出射面135可以包括多個。當(dāng)所述第二出射面135包括多個時，該多個第二出射135的截面長度朝遠(yuǎn)離第一出射面134的方向遞減。當(dāng)只包括一個第二出射面135時，通過利用該第二出射面135處的折射角、所述光源設(shè)置處132的沉孔的折射角，以及光源LED12的沿光軸131的位置等因素的設(shè)置，可以將第二出射面135處的出射光與光軸131的角度保持在大約65度到O度之間，請參見圖6中的c角與d角。而當(dāng)包括多個第二出射面135時，也可以通過利用每一個第二出射面135處的折射角、所述光源設(shè)置處132的沉孔的折射角，以及光源LED12的沿光軸131的位置等因素的設(shè)置，將每一個第二出射面135處的出射光與光軸131的角度依次排列，但，總得來說，該多個第二出射面135的出射光與光軸131的角度之和要保持在大約65度到O度之間。設(shè)置多個第二出射面135有利于使其照射到被照射面20上的光更均勻，但會增加光學(xué)透鏡的設(shè)計要求與精度。同所述第一出射面134，所述第二出射面135上也設(shè)置有波浪形突起1351。該波浪形突起1351的作用在于擴(kuò)大所述第二出射面135的出射光的出射角度。
[0025]所述LED(Light Emitting D1de) 12是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光能。該LED12的中心設(shè)置在透鏡11的光軸111。關(guān)于LED的相關(guān)技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知，在此不再贅述。
[0026]所述被照射面20為所述LED模組10照射的位置，其可以為平面，也可以為曲面。在本實施例中，僅為了舉例說明本發(fā)明，該被照射面20為平面。該被照射面20可以為博物館中所要照亮的畫等物品，也可以是在超級市場中冰柜中的販賣品。如圖2所示，當(dāng)安裝所述LED模組10時，應(yīng)當(dāng)將所述透鏡11的光軸131垂直于或至少不能平行于所述被照射面20，從而可以使所述第一出射面134射出的光射向被照射面20相對于LED模組10較遠(yuǎn)的一側(cè)，而使第二出射面135射出的光射向被照射面20相對于LED模組10較近的一側(cè)。
[0027]現(xiàn)舉例說明該照明系統(tǒng)100的工作原理，對于圖4A中的透鏡，在工作時，其照明系統(tǒng)100的光路圖如圖2所示。在該透鏡11中，所述第一出射面134的出射光射向離LED模組10較遠(yuǎn)的一側(cè)，第二出射面135的出射光射向離LED模組10較近的一側(cè)。由于全反射面133設(shè)置在所述光源設(shè)置處132的正對面，接收到最多的光照，因此，所述第一出射面134也將接收到最多的光照。而第二出射面135相對于第一出射面134接收較長的光，因此，雖然第一出射面134射出的光由于射向離LED模組10較遠(yuǎn)處會比射向離LED模組10較近處的第二出射面135的射出光有更大的衰減，但是由于第二出射面135的出射光接收的光量較少，從而使得第一出射面134相對于第二出射面135彌補(bǔ)了第一出射面134的射出光由于到達(dá)離LED模組10較遠(yuǎn)處而導(dǎo)致的更多的衰減。所以，該照明系統(tǒng)100可以使離LED模組10較近處與離LED模組10較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。在這里，需要說明“基本相同”的意思，該基本相同是指雖然用照度儀器測量離LED模組10較遠(yuǎn)或較近的被照射面20的兩偵牝其照度值可能不完全一樣，但是對于人們?nèi)庋塾^察則難以察覺這種不同，從而達(dá)到對于人們的視覺來說，被照射面20的光照效果即照度是一致的。另外，由于第一出射面134上設(shè)置有波浪形突起1341，使得有部分光朝全反射面133反射而射出，該部分被反射出的光可以照亮所述透鏡11正對面的被照射面20。從而可以達(dá)到照亮整個被照射面20的目的。
[0028]綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然第一出射面134射出光由于射向離LED模組10較遠(yuǎn)處會比射向離LED模組10較近處的第二出射面114的射出光有更大的衰減，但是由于第一出射面134與第二出射面135相比，其接收到來自光源設(shè)置處132更多的出光量，從而彌補(bǔ)了該第一出射面134的射出光由于到達(dá)離LED模組10較遠(yuǎn)處而導(dǎo)致的更多的衰減，進(jìn)而可以使離LED模組10較近處與離LED模組10較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則的內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍的內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種透鏡，其包括至少一個透鏡單元，每一個透鏡單元包括一個光軸，一個垂直設(shè)置在所述光軸上的光源設(shè)置處，其特征在于:所述每一個透鏡單元還包括一個設(shè)置在所述光源設(shè)置處正對面并接收來自光源設(shè)置處的出射光的全反射面，一個只接收所述全反射面的出射光的第一出射面，以及至少一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的第二出射面。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于:所述透鏡包括兩個透鏡單元，該兩個透鏡單元以所述光軸對稱設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于:所述第一出射面的截面長度大于所述第二出射面的截面長度。
4.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于:所述第一出射面上沿光軸方向設(shè)置有波浪形突起，該波浪形突起用于擴(kuò)大所述第一出射面的出射光的出射角度。
5.如權(quán)利要求4所述的透鏡，其特征在于:所述波浪形突起將部分入射光反射向全反射面并從該全反射面射出。
6.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于:所述第二出射面上沿光軸方向設(shè)置有波浪形突起，該波浪形突起用于擴(kuò)大所述第二出射面的出射光的出射角度。
7.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于:當(dāng)所述透鏡單元包括多個第二出射面時，該多個第二出射面的截面長度朝遠(yuǎn)離第一出射面的方向遞減。
8.一種照明系統(tǒng)，其包括至少一個透鏡，以及至少一個分別與相應(yīng)的透鏡對應(yīng)的被照射面，所述透鏡包括至少一個透鏡單元，每一個透鏡單元包括一個光軸，一個垂直設(shè)置在所述光軸上的光源設(shè)置處，其特征在于:所述每一個透鏡單元還包括一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的全反射面，一個接收所述全反射面的出射光的第一出射面，以及至少一個接收來自光源設(shè)置處的出射光的第二出射面。
9.如權(quán)利要求8所述的透鏡，其特征在于:所述第一出射面射出的光射向被照射面相對于透鏡較遠(yuǎn)的一側(cè)，所述第二出射面射出的光射向被照射面相對于透鏡較近的一側(cè)。
10.如權(quán)利要求8所述的透鏡，其特征在于:當(dāng)所述透鏡單元包括多個第二出射面時，該多個第二出射面的截面長度朝遠(yuǎn)離第一出射面的方向遞減，該多個第二出射面的出射光逐次射向被照射面相對于透鏡較近的一側(cè)。
【文檔編號】F21V5/04GK104075240SQ201310125272
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】張發(fā)偉, 林萬炯 申請人:林萬炯