CN101457901B - 光场调节装置及采用该光场调节装置的照明装置 - Google Patents

光场调节装置及采用该光场调节装置的照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光场调节装置及采用该光场调节装置的一种照明装置。该光场调节装置包括多个透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面、一个与该入光面相对的出光面、一个第一端面以及一个与该第一端面相对的第二端面，该第一端面与该第二端面分别连接该入光面与该出光面，该每个透镜单元的第一端面贴附在与该透镜单元相邻之透镜单元的第二端面上，从而形成一个透镜阵列，该入光面及该出光面中的一者为沿第一方向延伸的凸面，该第一端面与该第二端面分别具有两条垂直于第一方向的第一边，且该每个透镜单元的第一端面的第一边的长度大于第二端面的第一边的长度。该光场调节装置及采用该光场调节装置的照明装置具有较佳的光利用效率。

Description

光场调节装置及采用该光场调节装置的照明装置
技术领域
本发明涉及一种光场调节装置，特别涉及一种具有较佳光利用效率的光场调节装置，以及一种采用该光场调节装置的照明装置。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具光质佳(也即LED光源射出的光谱)及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)成为照明装置中的发光元件，具体可参阅Michael S.Shur等人在文献Proceedings of theIEEE，Vol.93，No.10(2005年10月)中发表的“Solid-State Lighting：TowardSuperior Illumination”一文。
对于现有采用发光二极管作为发光元件的照明装置，其通常具有近似圆对称的光场(如图1所示)，这些光场的中心光强度较强，由中心向四周扩散的区域光强度越来越弱，然而实际生活中并不总是需要此类型的光场，例如，对于现有的路灯20而言，其通常设置在道路22的两旁，因此，路灯20产生的光场无法完全位于道路22内(如图2所示)，导致该路灯20无法获得较佳的光利用效率。
有鉴于此，有必要提供一种具较佳光利用效率的光场调节装置及采用该光场调节装置的照明装置。
发明内容
以下将以实施例说明一种光场调节装置及采用该光场调节装置的照明装置，其具有较佳的光利用效率。
一种光场调节装置，其包括多个透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面、一个与该入光面相对的出光面、一个第一端面以及一个与该第一端面相对的第二端面，该第一端面与该第二端面分别连接该入光面与该出光面，该每个透镜单元的第一端面贴附在与该透镜单元相邻之透镜单元的第二端面上，从而形成一个透镜阵列，该入光面及该出光面中的一者为沿第一方向延伸的凸面，另一者为一凹面，该凹面沿一与第一方向垂直的第二方向延伸，该第一端面与该第二端面分别具有两条垂直于第一方向的第一边，且该每个透镜单元的第一端面的第一边的长度大于第二端面的第一边的长度。
一种照明装置，包括至少一光源，用于发射光；一个光场调节装置，其与至少一光源相对设置，该光场调节装置包括多个透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面、一个与该入光面相对的出光面、一个第一端面以及一个与该第一端面相对的第二端面，该第一端面与该第二端面分别连接该入光面与该出光面，该每个透镜单元的第一端面贴附在与该透镜单元相邻之透镜单元的第二端面上，从而形成一个透镜阵列，该入光面及该出光面中的一者为沿第一方向延伸的凸面，另一者为一凹面，该凹面沿一与第一方向垂直的第二方向延伸，该第一端面与该第二端面分别具有两条垂直于第一方向的第一边，且该每个透镜单元的第一端面的第一边的长度大于第二端面的第一边的长度。
相对于现有技术，所述光场调节装置通过设置具有一个入光面及一个出光面的透镜单元，并将该入光面及该出光面中的一者设置为沿第一方向延伸的凸面，以及将每个透镜单元的第一端面的第一边的长度设置为长于第二端面的第一边的长度，从而可使得包含该光场调节装置且设置在道路边的照明装置所产生的光场发生偏移，以使该光场完全位于道路内并达成提高照明装置的光利用效率的目的。
附图说明
图1是现有的一种近似圆对称光场的模拟图。
图2是现有的路灯的结构示意图。
图3是本发明第一实施例所提供的光场调节装置的结构示意图。
图4是图3所示光场调节装置的透镜单元的结构示意图。
图5是本发明第二实施例所提供的照明装置的结构示意图。
图6是图5所示照明装置产生的光场的模拟图。
图7是将图5所示照明装置作为路灯设置在路边的示意图。
图8是本发明第三实施例所提供的光场调节装置的结构示意图。
图9是本发明第四实施例所提供的照明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图3，本发明第一实施例提供的一种灯罩10，其作为一种光场调节装置，包括多个透镜单元11。
请一起参阅图4，每个透镜单元11包括一个入光面110、一个出光面112，以及连接该入光面110与该出光面112的一个第一端面114与一个第二端面116，该入光面110与该出光面112相对，该第一端面114与该第二端面116相对。该每个透镜单元11的第一端面114贴附在与该透镜单元11相邻之透镜单元11的第二端面116上，从而形成一个透镜阵列。
本实施例中，该入光面110为一个凹面，该出光面112为一个凸面。其中，该凹面为沿X方向延伸的柱状凹面，该凸面为沿Y方向延伸的柱状凸面，该X方向与该Y方向相互垂直。进一步地，定义垂直于XY平面为Z方向，如图4所示，该第一端面114具有平行于Z方向的第一边L1；对应地，该第二端面116也具有平行于Z方向的第一边L2，该第一边L1的长度大于第一边L2的长度。
进一步地，该灯罩10中，每个透镜单元11的入光面110上还配置至少一条状微结构111。该微结构111沿X方向延伸，且其沿垂直于X方向的截面形状为三角形，即该条状微结构111为一个三角锥形条状凸起。当然，该条状微结构111也可定义为由凹面110向每个透镜单元11内开设的条状凹槽。当然，该条状微结构111的形状还可根据需要作出适当变更，其截面形状可设置为圆弧形、梯形，或前述三角形、圆弧形、梯形等的任意组合等。
请参阅图5，本发明第二实施例提供的照明装置40，其采用上述的灯罩10对光源产生的光场作调整。该照明装置40包括至少一光源41，如至少一LED光源等，及一个本发明第一实施例提供的灯罩10。该至少一光源41与该灯罩10相对设置。工作时，至少一光源41所发出的光线经由灯罩10的入光面110入射至透镜单元11内，进而由透镜单元11的出光面112出射。
本实施例中，至少一光源41的数目设置为多个，且该多个LED光源41分别相对灯罩10中的多个透镜单元11设置。进一步地，该照明装置40还包括一个反射板42。该反射板42包括多个沿Y方向延伸且沿X方向平行排列的梯形凹槽420，该多个LED光源41通过与其对应的多个电路板410设置在该多个梯形凹槽420的底部且形成多个线性LED光源阵列。该梯形凹槽420的侧壁422形成有反射膜以反射至少一光源41发出的光线。
该入光面110上的凹面可扩展至少一光源41发出的光线沿Y方向的辐射范围，同时使至少一光源41发出的光线的沿Y方向产生一定的偏转。具体地，该凹面可使入射到其上的光线在Y方向上产生辐射状偏转，即由凹面的底部向该凹面较高的两端偏转，以使光线经由该透镜单元11折射后，其在Y方向上的辐射范围变大，也就是说，该透镜单元11的凹面拓展了至少一光源41在Y方向上的辐射范围。
该透镜单元11上的凸面可压缩至少一光源41发出的光线沿X方向的辐射范围，即该凸面可使从其上出射的光线在该X方向上由该凸面的两端向其顶部产生会聚状偏转，从而使光线经由该透镜单元11折射后，其在X方向上的辐射范围变小，也就是说，该凸面压缩了至少一光源41在X方向上的辐射范围。进一步地，由于该凸面连接在第一端面114与第二端面116之间，而第一端面114的第一边L1的长度大于第二端面116的第一边L2的长度，因此，该凸面还可使得至少一光源41发出的光线整体上沿X方向产生一定的偏移。
请参阅图6，其示出了至少一光源41发出的光线经由灯罩10透射后形成的光场。该光场大致呈一长条状，由该光场可看出，至少一光源41在Y方向上的辐射范围大于在X方向上的辐射范围，且与图1示出的近似圆对称的光场相比，该光场的中心光强度在X轴方向发生了偏移。另外，由于设置了条状微结构111对至少一光源41发出的光线进行折射，所以，图6示出的光场的光强度相对于图1示出的近似圆对称的光场，其光强度分布更加均匀。
请一起参阅图7，当该照明装置40作为路灯设置在路边，以对道路400起照明作用时，由于照明装置40所形成的光场的中心光强度向着X轴发生一定的偏移，使得设置在路边的照明装置40产生的光场均可位于该道路400内，且该光场沿Y轴方向成一长条状结构，其正对应于道路400的延伸方向，因此，该光场可沿道路400的延伸方向均匀分布，从而提高照明装置40的光利用效率。
可以理解的是，本实施例中的照明装置40，其入光面110与出光面112的位置可以互换，即可将凸面作为入光面110，凹面作为出光面112，只要将该照明装置40设置在路边后，该照明装置40产生的光场位于该道路400内即可，并不局限于具体实施例。
进一步地，该凹面及该凸面除了可为第一及第二实施例所采用的单一曲率半径的柱状凹面及柱状凸面外，其也可为具有不同曲率半径的凹面及凸面；另外，通过变换至少一透镜单元11的数目和至少一透镜单元11中条状微结构111的数目等，可使照明装置40产生的光场具有不同的辐射范围和光均匀度。
请一并参阅图8及图9，本发明第三实施例的光场调节装置50，其与本发明第一实施例的灯罩10大致相同，差别仅在于：该光场调节装置50中，与至少一透镜单元51中的出光面512相对的入光面510设置为平面。
可以理解的是，当该光场调节装置50取代灯罩10应用于本发明第二实施例的照明装置40，从而形成本发明第四实施例的照明装置60时(如图9所示)，其同样可以使得至少一光源41发出的光场的中心光强度向着X轴方向发生偏移，从而使照明装置60设置在路边后，其产生的光场位于道路内。
本发明第一、第三实施例所提供的灯罩10、50，其通过设置具有入光面110、510及出光面112、512的透镜单元11、51，并将该出光面112、512设置为沿Y方向延伸的凸面，以及将每个透镜单元11、51的第一端面114、514的第一边L1设置为长于第二端面116、516的第一边L2，可使得设置在道路边的本发明第二、第四实施例所提供的照明装置40、60(其分别包含灯罩10、50)所产生的光场的中心光强度向着X轴发生一定的偏移，以使该光场完全位于道路内并达成提高照明装置40、60的光利用效率的目的。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (1)

10.1.一种光场调节装置，其包括多个透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面、一个与该入光面相对的出光面、一个第一端面以及一个与该第一端面相对的第二端面，该第一端面与该第二端面分别连接该入光面与该出光面，该每个透镜单元的第一端面贴附在与该透镜单元相邻之透镜单元的第二端面上，从而形成一个透镜阵列，其特征在于，该入光面及该出光面中的一者为沿第一方向延伸的凸面，另一者为一凹面，该凹面沿一与第一方向垂直的第二方向延伸，该第一端面与该第二端面分别具有两条垂直于第一方向的第一边，且该每个透镜单元的第一端面的第一边的长度大于第二端面的第一边的长度。
2.如权利要求1所述的光场调节装置，其特征在于，该透镜单元的凹面上配置至少一沿第二方向延伸的条状微结构。
3.如权利要求1所述的光场调节装置，其特征在于，该凸面为柱状凸面，该凹面为柱状凹面。
4.如权利要求2所述的光场调节装置，其特征在于，该条状微结构为一个条状凸起。
5.如权利要求2所述的光场调节装置，其特征在于，该条状微结构为一个条状凹槽。
6.一种照明装置，包括：
至少一光源，用于发射光；
一个光场调节装置，其与至少一光源相对设置，该光场调节装置包括多个透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面、一个与该入光面相对的出光面、一个第一端面以及一个与该第一端面相对的第二端面，该第一端面与该第二端面分别连接该入光面与该出光面，该每个透镜单元的第一端面贴附在与该透镜单元相邻之透镜单元的第二端面上，从而形成一个透镜阵列，该入光面及该出光面中的一者为沿第一方向延伸的凸面，另一者为一凹面，该凹面沿一与第一方向垂直的第二方向延伸，该第一端面与该第二端面分别具有两条垂直于第一方向的第一边，且该每个透镜单元的第一端面的第一边的长度大于第二端面的第一边的长度。
7.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，该光场调节装置是权利要求2-5中任意一项所述的光场调节装置。
8.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，该照明装置还包括一个反射板，该反射板包括多个沿第一方向设置且沿第二方向平行排列的梯形凹槽，该多个光源设置在该多个梯形凹槽的底部且形成多个线性光源阵列，每个梯形凹槽的侧壁用来反射设置在该梯形凹槽底部的光源所发出的光线。
9.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，该至少一光源设置为多个，该多个光源分别与该多个阵列排布的透镜单元相对。
10.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，该至少一光源为至少一LED光源。
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