CN101832507B - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
一种照明装置，其包括一个光源，一个光学透镜以及一个驱动模组。该光学透镜具有多个透镜单元，该多个透镜单元使得光源发出的光通过每个透镜单元后产生相应的配光曲线，该驱动模组驱动该光学透镜在空间中移动以使该光源发出的光通过该光学透镜的不同透镜单元射出，从而变换该光源的配光曲线。本发明还涉及一种可以变换光源配光曲线的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明装置，尤其涉及一种可变换配光曲线的照明装置。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域，具体可参见Joseph Bielecki等人在文献2007 IEEE，23rd IEEE SEMI-THERM Symposium中的ThermalConsiderations for LED Components in an Automotive Lamp一文。发光二极管是一种可将电流转换成特定波长范围的光的半导体元件。
所谓光源的配光曲线是表示光源发出的光线在空间中的分布情况。传统光源本身的配光曲线是固定不变的，并且通常具有近似放射状或各向同性(Isotropic)的特点，因此，使用该光源的照明装置的配光曲线一般由照明装置的光学元件来决定，例如灯罩或灯具。
请参见图1，一种现有的具有发光二极管的光源的配光曲线，其呈朗伯分布(Lambertian)。由图可知，光源的半高全宽角(Full Width at Half Maximum，FWHM)在±60°内，也即该半高全宽角为120°。若要变换该光源的配光曲线，则需改变其发光二极管的一次光学元件或者改变光源的光学元件，以得到新的配光曲线。所以，不能随意变换该光源的配光曲线。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可以变换光源配光曲线的照明装置。
一种照明装置，其包括一个光源，一个光学透镜以及一个驱动模组。该光学透镜具有多个透镜单元，该多个透镜单元使得光源发出的光通过每个透镜单元后产生相应的配光曲线。该驱动模组驱动该光学透镜在空间中移动以使该光源发出的光通过该光学透镜的不同透镜单元射出，从而变换该光源的配光曲线。
一种可以用于变换光源配光曲线的方法，该方法包括步骤：提供一个光源；提供一个光学透镜，该光学透镜具有多个透镜单元，该多个透镜单元使得光源发出的光通过每个透镜单元后产生相应的配光曲线；驱动该光学透镜在空间中移动以使该光源发出的光通过该光学透镜的不同透镜单元射出，从而变换该光源的配光曲线。
与现有技术相比，所述照明装置以及可以用于变换光源配光曲线的方法中的光学透镜具有多个透镜单元，该多个透镜单元使得光源发出的光通过每个透镜单元后产生相应的配光曲线，且光学透镜可在空间中移动，以使光源发出的光经过光学透镜的不同透镜单元射出，从而得到光源的不同的配光曲线。该照明装置结构简单，利用物理的方式变换光源的配光曲线，其灵活性较高。同时，由于该照明装置可以根据需要变换光源的配光曲线，从而将光源的发出的光线变换至需要照明的区域，其可达到节能的目的。
附图说明
图1是现有技术中裸露的点光源的配光曲线图。
图2是本发明第一实施例提供的照明装置的结构示意图。
图3是本发明第二实施例提供的照明装置的结构示意图。
图4a-4d分别是图3中光学透镜包括的四个透镜单元的剖面示意图。
图5a-5d分别是图3中光源发出的光分别经过光学透镜的四个透镜单元后的配光曲线图。
图6a-6b是图3中透镜单元及微结构为其他形式的结构示意图。
图7是本发明第三实施例提供的照明装置的结构示意图。
图8是图7中的光学透镜的多个透镜单元呈阵列排布的结构示意图。
图9是本发明第四实施例提供的照明装置的结构示意图。
具体实施方式
请参照图2，本发明第一实施例提供的照明装置100的结构示意图。该照明装置100包括一个光源11，一个光学透镜12以及一个驱动模组13。
该光源11包括一个基板111以及多个设置在该基板111上的发光元件112。该多个发光元件112所在面为该光源11的出光面。该发光元件112可以为荧光灯，冷阴极荧光灯，节能灯，气体放电灯，卤素灯，发光二极管芯片、发光二极管或发光二极管模组。
该光学透镜12与该光源11的出光面相对设置。该光学透镜12呈板状，其包括两个透镜单元121a与121b。该透镜单元121a为平凹透镜。该透镜单元121a可以将该光源11发出的光发散。该透镜单元121b为平凸透镜。该透镜单元121b可以将该光源11发出的光汇聚于一个区域。
该光学透镜12可由以下材料制成，如硅胶(Silicone)、玻璃、压克力(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(Epoxy)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)等。
该驱动模组13包括一个驱动单元130以及一个旋转轴131。该驱动单元130与该旋转轴131相连接。该旋转轴131与该光学透镜12相连接。
在本实施例中，该光学透镜12包括的透镜单元也可不限于两个，也可以为多个。且该透镜单元的形状也不限于平凸透镜、平凹透镜，也可以为其他形状，如凸透镜、凹透镜、球面镜或菲涅尔透镜等。
由于光源11发出的光经过该光学透镜12的具有不同的透镜单元121后，可以使该光源11发出的光经过不同的透镜单元121后产生相应的配光曲线。因此，该驱动单元130驱动该旋转轴131旋转，从而带动该光学透镜12旋转，以使该光源11发出的光分别经过该光学透镜12的透镜单元121a与121b射出，从而可以得到该光源11的不同的配光曲线。
该照明装置100结构简单，利用物理的方式变换光源11的配光曲线，其灵活性较高，可得到光源11的多种不同的配光曲线。同时，由于该照明装置100可以根据需要变换光源的配光曲线，从而将光源11的发出的光线变换至需要照明的区域，达到节能的目的。
请参照图3，本发明第二实施例提供的照明装置200的结构示意图。该照明装置200与第二实施例提供的照明装置100结构基本相同，其包括一个光源21，一个光学透镜22以及一个驱动模组23。
该照明装置200与第一实施例不同之处在于：该光学透镜22呈平板状，其包括四个透镜单元221a、221b、221c、221d。每个透镜单元具有一个与该光源21相对的入光面以及一个与其入光面相对的出光面。每个透镜单元221a、221b、221c、221d的出光面上分别对应的设置有微结构222a、222b、222c、222d。
请一并参见图4a-4d。图4(a)为透镜单元221a上具有的微结构222a的剖面示意图。该透镜单元221a上具有的微结构222a为多个锯齿状凸起。具体的，每个锯齿状凸起具有一个与透镜单元221a出光面垂直的第一锯齿面225以及一个与第一锯齿面225相连的第二锯齿面226，该第二锯齿面226与第一锯齿面225成一个锐角。光源21发出的光线在该第二锯齿面226折射后出射。当然，该第一锯齿面225也可以不垂直于该透镜单元221a，也可以通过改变该微结构222a的第一锯齿面225以及第二锯齿面226与该透镜单元221a所成的角度，从而得到偏折方向不同的出射光线。
图4(b)为透镜单元221b上具有的微结构222b的剖面示意图。该微结构222b为多个锯齿状凸起，且该微结构222b所包括的多个锯齿状凸起与微结构222a所包括的多个锯齿状凸起镜像对称。因此，该光源21发出的光线经过微结构222a后朝与图4(a)中相反的方向偏射。
图4(c)为该透镜单元221c上具有的微结构222c剖面示意图。该微结构222c包括一个第一微结构227以及一个第二微结构228。该第一微结构227与微结构222a结构相同，该第二微结构228与该第一微结构227关于对称轴AA1镜像对称。具体的，该第一微结构227所包括的锯齿状凸起的第二锯齿面226与第二微结构228所包括的锯齿状凸起的第二锯齿面226相连接，从而使该光源21发出的光经过该微结构222c后发散出射。
图4(d)为该透镜单元221d上具有的微结构222d剖面示意图。该微结构222d包括一个第一微结构227以及一个第二微结构228。该第一微结构227与微结构222b结构相同，该第二微结构228与该第一微结构227关于对称轴BB1镜像对称。具体的，该第一微结构227所包括的锯齿状凸起的第一锯齿面225与第二微结构228所包括的锯齿状凸起的第一锯齿面225相连接，从而使该光源21发出的光经过该微结构222d折射后汇聚于第一微结构227与第二微结构228的对称轴BB1方向出射。
该驱动模组23包括一个驱动单元230以及一个旋转轴231。该驱动单元230与该旋转轴231相连接。该旋转轴231与该光学透镜22相连接。
由于该光学透镜22的具有不同微结构的多个透镜单元221可以用于变换该光源21的配光曲线。因此，该驱动单元230驱动该旋转轴231旋转，从而带动该光学透镜22旋转，以使该光源21发出的光分别经过该光学透镜22的透镜单元221a、221b、221c、221d射出，从而可以得到该光源21的不同的配光曲线。
具体的，请一并参见图5所示。图5(a)是光源21经过具有微结构222a的透镜单元221a后的配光曲线图。光源21发出的光经过微结构222a后朝一预定方向偏转。且随着第二锯齿面226与第一锯齿面225所成角度的增大，光源21发出的光经过该微结构222b后的折射光线越来越偏离该第二锯齿面226。
图5(b)是光源21经过具有微结构222b的透镜单元221b后的配光曲线图。光源21发出的光经过微结构222b后朝与5(a)中折射后光线的相反方向偏折。
图5(c)是光源21经过具有微结构222c的透镜单元221c后的配光曲线图。光源21发出的光经过微结构222c后发散并射出。
图5(d)是光源21经过具有微结构222d的透镜单元221d后的配光曲线图。光源21发出的光经过微结构222d折射后汇聚于第一微结构227与第二微结构228的对称轴BB1方向出射。
在本实施例中，该驱动单元230驱动该旋转轴231旋转，从而带动该光学透镜22旋转，以使该光源21发出的光经过该光学透镜22的不同透镜单元射出。具有不同微结构的透镜单元可以用于变换光源21的配光曲线，从而可得到光源21的不同的配光曲线。
该照明装置200结构简单，利用物理的方式变换光源21的配光曲线，灵活性较高，可得到光源21的多种不同的配光曲线。同时，由于该照明装置200可以根据需要变换光源的配光曲线，从而将光源21的发出的光线变换至需要照明的区域，达到节能的目的。
在本实施例中，该光学透镜22所包括的透镜单元也可以为两个或多个，其形状也不限于上述平板状，也可以为其他形状，如凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜、球面镜或菲涅尔透镜。其中，设置在该多个透镜单元上的微结构222也不限于上述锯齿状凸起，也可以为其他结构，如圆弧形凸起、圆柱状条形凸起、圆弧形凹槽或圆柱状条状凹槽等。请一并参见图6(a)，其为具有圆弧状凸起的平凹透镜单元。
当然，设置在该光学透镜22上的微结构也可以同时设置在该多个透镜单元的入光面与出光面，且设置于同一透镜单元的入光面与出光面上的微结构可以各不相同。请一并参见图6(b)，其为双面具有条状凸起的平板状透镜，且该条状凸起在入光面与出光面的延伸方向相互垂直。当然，形成在该多个透镜单元的入光面或出光面的微结构也可以为其他组合形式。
请参见图7，本发明第三实施例提供的照明装置300的结构示意图。该照明装置300与第二实施例提供的照明装置200结构基本相同，其包括一个光源31，一个光学透镜32以及一个驱动模组33。
该照明装置300与第二实施例提供的照明装置200不同之处在于，该光学透镜32为平板状，该驱动模组33为滚轮组。
该光学透镜32包括四个平板状的透镜单元321，每个透镜单元321的入光面320a与出光面320b上均具有微结构322。在本实施例中，该四个透镜单元321的入光面320a的微结构322为圆弧状凸起。该四个透镜单元321的出光面320b上分别设置有一种微结构322，其具体为锯齿状凸起、圆弧状条状凹槽、圆弧状条状凸起与锯齿状条状凸起。
该驱动模组33为滚轮组，其包括一个第一滚轮33a与一个第二滚轮33b。该第一滚轮33a与第二滚轮33b分别设置在该光学透镜32的两侧。优选的，该滚轮组由橡胶等材料制成，用以防止滚轮组在转动过程中磨损设置在该光学透镜32上的微结构322。
该第一滚轮33a沿A方向转动，该第二滚轮33b沿A1方向转动，从而带动该光学透镜32沿B方向平移，以使该光学透镜32的不同透镜单元321与该光源31相对设置，从而使该光源31发出的光通过该光学透镜32的多个透镜单元321射出。该具有不同微结构322的透镜单元321用于变换该光源31的配光曲线，因此，该光源31发出的光经过该光学透镜32的不同透镜单元321，可以得到该光源31的不同的配光曲线。
在本实施例中，该透镜单元321不限于长条形，也可以为其他形式，如该多个透镜单元321阵列排布。当然，该入光面320a与该出光面320b上的微结构322也可以为其他结构或组合。请一并参见图8所示，该多个透镜单元321呈阵列排布，且其入光面320a上具有不同的微结构322，其出光面320b为一个平滑面，不设置有微结构。
请参见图9，本发明第四实施例提供的照明装置400的结构示意图。
该照明装置400与第二实施例提供的照明装置200结构基本相同，其包括一个光源41，一个光学透镜42以及一个驱动模组43。
该照明装置400与第一实施例提供的照明装置200不同之处在于，该驱动模组43包括齿轮。
在本实施例中，该光学透镜42的周边部具有第一齿圈425。该光学透镜42包括多个透镜单元421，每个透镜单元421的入光面420a上分别设置有不同的微结构422，其出光面420b为平滑面。
该驱动模组43包括一个与该第一齿圈425相互啮合的第二齿圈431。优选的，该驱动模组43进一步包括一个控制单元432，其与该第二齿圈431相连接。在本实施例中，该控制单元432为一个旋转轴承。
该控制单元432的转动带动该第二齿圈431旋转，该第二齿圈431旋转带动该第一齿圈425旋转，从而带动该光学透镜42在空间中旋转，以使该光学透镜42的多个透镜单元421分别与该光源41相对设置，从而使该光源41发出的光通过该光学透镜42的多个透镜单元421射出。该具有不同微结构422的透镜单元421用于改变该光源41的配光曲线，因此，该光源41发出的光经过该光学透镜42的不同透镜单元421，从而可得到该光源41的不同的配光曲线。
在本实施例中，该驱动模组43也不限于通过齿轮啮合以带动该光学透镜42放置，也可以通过橡胶与橡胶之间的磨擦力带动该光学透镜42旋转。具体的，在该光学透镜42的周边设置一个第一橡胶环，该驱动模组43包括一个与该第一橡胶环咬合的第二橡胶环。该控制单元432带动该第二橡胶环转动时，第一橡胶环与第二橡胶环相互咬合从而带动该光学透镜42旋转。
本发明提供的一种可以用于用以变换该光源的配光曲线的方法，该方法包括步骤：
步骤一：提供一个光源。优选的，该光源可以为荧光灯，冷阴极荧光灯，节能灯，气体放电灯，卤素灯，发光二极管或发光二极管模组。
步骤二：提供一个光学透镜，该光学透镜具有多个透镜单元，该多个透镜单元使得光源发出的光通过每个透镜单元后产生相应的配光曲线。具体的，该多个透镜单元包括凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜或球面镜或菲涅尔透镜等。当然，每个透镜单元具有一个与该光源相对的入光面以及一个与该入光面相对的出光面，也可以在每个透镜单元的入光面与出光面中至少一者上设置微结构。该微结构可以为锯齿状凸起、圆弧形凸起、圆柱状条形凸起、圆弧形凹槽或圆柱状条状凹槽。且每个透镜单元的入光面与出光面可以都具有微结构，且每个透镜单元的入光面与出光面具有的微结构互不相同。不同形状的透镜单元以及具有不同微结构的透镜单元可使得光源发出的光通过每个透镜单元后分别产生相应的配光曲线。
步骤三：驱动该光学透镜在空间中移动以使该光源发出的光通过该光学透镜的不同透镜单元射出。优选的，该光学透镜上设置有一个驱动模组，该驱动模组带动该光学透镜在空间中移动，以使该光源发出的色光通过该光学透镜的多个透镜单元射出。
本发明提供的照明装置以及可以用于变换光源配光曲线的方法中光源发出的光通过每个透镜单元后产生相应的配光曲线，且该光学透镜在空间中可以移动，以使光源发出的光经过光学透镜的不同透镜单元射出，从而得到光源的不同的配光曲线。该照明装置结构简单，利用物理的方式变换光源的配光曲线，其灵活性较高。同时，由于该照明装置可以根据需要变换光源的配光曲线，从而将光源的发出的光线变换至需要照明的区域，其可达到节能的目的。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，以用于本发明等设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。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 (18)
1.一种照明装置，其包括：一个光源以及一个光学透镜，其特征在于：该光学透镜具有多个透镜单元，该光源发出的光通过任意一个透镜单元后，产生与该透镜单元相应的配光曲线，该照明装置进一步包括一个驱动模组，该驱动模组驱动该光学透镜在空间中移动以使该光源发出的光通过该光学透镜的不同透镜单元射出，从而变换该光源的配光曲线。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学透镜呈圆盘形，其周边具有第一齿圈，该驱动模组包括一个与该第一齿圈相互啮合的第二齿圈。
3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学透镜呈平板状，该驱动模组包括设置在该光学透镜上的滚轮，滚轮的转动带动该光学透镜在空间中移动。
4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学透镜呈圆盘形，其周边具有第一橡胶环，该驱动模组包括与该第一橡胶环咬合的第二橡胶环，第一橡胶环与第二橡胶环相互咬合带动该光学透镜在空间中转动。
5.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，每个透镜单元具有一个与该光源相对的入光面以及一个与该入光面相对的出光面，每个透镜单元的入光面与出光面中至少一者具有微结构。
6.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，该多个透镜单元的入光面与出光面都具有微结构。
7.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，该微结构为锯齿状凸起、圆弧形凸起、圆柱状条形凸起、圆弧形凹槽或圆柱状条状凹槽。
8.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，该微结构为锯齿状凸起，该锯齿状凸起具有一个与光学透镜垂直的第一锯齿面以及一个与该第一锯齿面相连的第二锯齿面，该第一锯齿面与该第二锯齿面成锐角。
9.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，该微结构包括一个第一微结构与一个第二微结构，该第一微结构为锯齿状凸起，该锯齿状凸起具有一个与光学透镜垂直的第一锯齿面以及一个与该第一锯齿面相连的第二锯齿面，该第一锯齿面与该第二锯齿面成锐角，该第二微结构与该第一微结构镜像对称。
10.如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，该第一微结构所包括的锯齿状凸起的第一锯齿面与第二微结构所包括的锯齿状凸起的第一锯齿面相接触。
11.如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，该第一微结构所包括的锯齿状凸起的第二锯齿面与第二微结构所包括的锯齿状凸起的第二锯齿面相连接。
12.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该多个透镜单元包括凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜、球面镜或菲涅尔透镜。
13.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光源包括发光二极管或发光二极管模组。
14.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，该光学透镜的材料包括硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、压克力或玻璃。
15.一种可以用于变换光源配光曲线的方法，该方法包括步骤：提供一个光源；
提供一个光学透镜，该光学透镜具有多个透镜单元，该光源发出的光通过任意一个透镜单元后，产生与该透镜单元相应的配光曲线；驱动该光学透镜在空间中移动以使该光源发出的光通过该光学透镜的不同透镜单元射出，从而变换该光源的配光曲线。
16.如权利要求15所述的用以变换光源配光曲线的方法，其特征在于，该多个透镜单元包括凸透镜、平凸透镜、凹透镜、平凹透镜或球面镜或菲涅尔透镜，光源发出的光通过任意一个透镜单元后，产生与该透镜单元相应的配光曲线。
17.如权利要求15所述的用以变换光源配光曲线的方法，其特征在于，每个透镜单元具有一个与该光源相对的入光面以及一个与该入光面相对的出光面，每个透镜单元的入光面与出光面中至少一者具有微结构，光源发出的光通过每个具有微结构的透镜单元后产生相应的配光曲线。
18.如权利要求17所述的用以变换光源配光曲线的方法，其特征在于，微结构为锯齿状凸起、圆弧形凸起、圆柱状条形凸起、圆弧形凹槽或圆柱状条状凹槽。
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