CN104075237A - 光学系统及具有该光学系统的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学系统，其包括一个透镜及一个棱镜，该透镜包括一个第一出光面、一个与该第一出光面相对的底面、以及连接该第一出光面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近第一出光面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容槽，该透镜对应该收容槽的底部具有一个第一入光面；该棱镜具有相互平行的第二入光面及第二出光面，且该棱镜的入光面上开设多个阵列排布的三角形条状凹槽，该棱镜对应每个条状凹槽具有相互连接的第一折射面及第二折射面，且该棱镜具有一个第一侧及一个第二侧，该第一侧与该第二侧相对棱镜的中心轴对称。本发明还涉及一种采用该光学系统的照明装置。所述照明装置可同时满足相隔一定角度方向的聚光照明需求。

Description

光学系统及具有该光学系统的照明装置
技术领域
本发明涉及照明领域，更涉及一种光学系统及采用该光学系统的照明装置。
背景技术
随着传统的白炽灯泡慢慢淡出历史舞台，以发光二极管(Light EmittingDiode，LED)为代表的第四代固态光源逐渐建立起在照明领域的核心领导地位。目前，LED以其效率高、光色纯、能耗低、寿命长、无污染等优点成为21世纪最具有竞争力的新型光源之一。随着LED光通量及光效的不断提高，LED在照明领域的应用也越来越广泛。然而，LED芯片的表面出光为兰伯特(Lambertian)分布，无法直接应用于照明系统，因此，以LED作为光源的光学系统设计显得尤为重要。
然而，目前市场上以LED为光源的聚光灯具主要以单方向聚光照明为主(一般为0度±10度)，即光源发出的光能量主要集中在较小的角度上。这种传统的聚光灯具无法同时满足相隔一定角度(如40度)方向的聚光照明需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学系统，以及一种采用该光学系统的照明装置，用以解决现有机场光学系统及照明装置存在的技术问题。
所述光学系统包括：
一个透镜，该透镜包括一个第一出光面、一个与该第一出光面相对的底面、以及连接该第一出光面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近第一出光面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容槽，该透镜对应该收容槽的底部具有一个第一入光面；以及
一个棱镜，该棱镜具有相互平行的第二入光面及第二出光面，且该棱镜的入光面上开设多个阵列排布的三角形条状凹槽，该棱镜对应每个条状凹槽具有相互连接的第一折射面及第二折射面，且该棱镜具有一个第一侧及一个第二侧，该第一侧与该第二侧相对棱镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光分别由该第一入光面入射至透镜中，并由第一入光面及环形侧面准直成平行光后由第一出光面出射，进而由该棱镜的第二入光面入射至该棱镜中，位于所述棱镜第一侧的多个第一折射面将平行光折射向与其相背的第二侧并形成第一光束，位于所述棱镜第二侧的多个第二折射面将平行光折射向与其相背的第一侧并形成第二光束，所述第一光束与第二光束由该第二出光面出射。
所述照明装置包括一个发光二极管光源和一个光学系统。所述光学系统包括一个透镜及一个棱镜，该透镜包括一个第一出光面、一个与该第一出光面相对的底面、以及连接该第一出光面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近第一出光面的方向凹陷形成一个收纳发光二极管光源的收容槽，该透镜对应该收容槽的底部具有一个第一入光面；该棱镜具有相互平行的第二入光面及第二出光面，且该棱镜的入光面上开设多个阵列排布的三角形条状凹槽，该棱镜对应每个条状凹槽具有相互连接的第一折射面及第二折射面，且该棱镜具有一个第一侧及一个第二侧，该第一侧与该第二侧相对棱镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光分别由该第一入光面入射至透镜中，并由第一入光面及环形侧面准直成平行光后由第一出光面出射，进而由该棱镜的第二入光面入射至该棱镜中，位于所述棱镜第一侧的多个第一折射面将平行光折射向与其相背的第二侧并形成第一光束，位于所述棱镜第二侧的多个第二折射面将平行光折射向与其相背的第一侧并形成第二光束，所述第一光束与第二光束由该第二出光面出射。
相对于现有技术，发光二极管光源发出的光线经由透镜的第一入光面及环形侧面准直成平行光，进而由棱镜的第二入光面入射至该棱镜中，位于所述棱镜第一侧的多个第一折射面将平行光折射向与其相背的第二侧并形成第一光束，位于所述棱镜第二侧的多个第二折射面将平行光折射向与其相背的第一侧并形成第二光束，所述第一光束与第二光束由该第二出光面出射，由此可以形成双向聚向光束，达到同时满足相隔一定角度方向的聚光照明需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例提供的光学系统的结构示意图；
图2是图1所示光学系统所包含的透镜的结构图；
图3是图2所示透镜的剖视图；
图4是图2所示透镜的俯视图；
图5是图1所示光学系统所包含的棱镜的结构示意图；
图6是图5所示棱镜的侧视图；
图7是图5所示棱镜的俯视图；
图8是本发明第二实施例提供的照明装置的光路示意图；
图9是图8所示照明装置极坐标表示的配光曲线图；
图10是图8所示照明装置的光斑示意图；
图11是图8所示照明装置直角坐标表示配光曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请一并参阅图1，本发明第一实施例提供一种光学系统100，其包括一个透镜10及一个棱镜30。本实施例中，所述光学系统100所包含的透镜10及棱镜30可分别采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，亚克力)制成。在其它变更实施方式中，所述透镜10及棱镜30也可采用其它透明材料，如玻璃制成，并不局限于具体实施例。
请一起参阅图2至图4，该透镜10包括一个第一出光面11、一个与该第一出光面11相对的底面13、以及连接该第一出光面11与该底面13的环形侧面15，其中，第一出光面11和底面13均为圆形平面且相互平行，环形侧面15为一个自由曲面，该第一出光面的11的外径大于该底面13的外径，该环形侧面15的外径由底面13向第一出光面11逐渐变大。本实施例中，该底面13的外径为5.9mm，该第一出光面11的外径为18.3mm，第一出光面11与底面13之间的距离(也即透镜10的厚度)为9.94mm。
该透镜10由该底面13向邻近第一出光面11的方向凹陷形成一个收容槽17，具体应用时，所述收容槽17用于收纳发光二极管光源。另外，该透镜10对应该收容槽17具有一个与该底面13相连的侧壁171、以及一个第一入光面172。所述第一入光面172与所述侧壁171相连。本实施例中，所述侧壁171为圆柱形，所述第一入光面172为一个自由曲面。
请参阅图5至图7，该棱镜30为长方形板状结构。具体地，该棱镜30具有相互平行的第二入光面31及第二出光面32。如图6和图7所示，该棱镜30的第二入光面31上开设多个阵列排布的三角形条状凹槽33。
如图6所示，该棱镜30对应每个条状凹槽33具有相互连接的第一折射面331及第二折射面332，且该棱镜具有一个第一侧33a及一个第二侧33b，该第一侧33a与该第二侧33b相对棱镜30的中心轴M对称。本实施例中，所述棱镜30的长度为23mm，宽度为20mm，厚度为2.42mm。另外，该第一折射面331及第二折射面332所形成的顶角α为100度，如图6所示。
请一起参阅图8，本发明第二实施例还提供一种采用上述光学系统100的照明装置200。所述照明装置200包括发光二极管光源300和所述光学系统100，其中，所述发光二极管光源300设置在所述透镜10的收容槽17。所述发光二极管光源300具体可采用如美国欧司朗(OSROM)公司生产的Golden Dragon系列大功率LED光源。
使用时，该发光二极管光源300发出的光分别由该第一入光面172入射至透镜10中，并由第一入光面172及环形侧面15准直成平行光后由第一出光面11出射。具体地，在该过程中，环形侧面15对入射光线进行内部全反射(TotalInternal Reflection，TIR)使得其准直成平行光由第一出光面11出射。
当平行光线由第一出光面11出射后，其由该棱镜30的第二入光面31入射至该棱镜30中。具体地，位于所述棱镜30第一侧33a的多个第一折射面331将平行光折射向与其相背的第二侧33b(图中朝下)并形成第一光束I，位于所述棱镜30第二侧33b的多个第二折射面332将平行光折射向与其相背的第一侧33a(图中朝上)并形成第二光束II，所述第一光束与第二光束由该第二出光面32出射。所述第一光束I与所述第二光束II的夹角β优选地大于或等于40度，由此可以形成双向聚向光束，本实施例中，如图8所示，所述夹角β为45度。
图9是所示照明装置200采用极坐标表示的配光曲线图，由该配光曲线图可见该照明装置200能够实现夹角为45度的聚光照明。图10是照明装置200的光斑示意图，图11是照明装置200采用直角坐标表示的配光曲线图，由图10及图11可看出，所述第一及第二光束I、II在两个方向上形成两个聚光光斑，达到同时满足相隔一定角度(45度)方向的聚光照明需求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学系统，包括：
一个透镜，该透镜包括一个第一出光面、一个与该第一出光面相对的底面、以及连接该第一出光面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近第一出光面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容槽，该透镜对应该收容槽的底部具有一个第一入光面；以及
一个棱镜，该棱镜具有相互平行的第二入光面及第二出光面，且该棱镜的入光面上开设多个阵列排布的三角形条状凹槽，该棱镜对应每个条状凹槽具有相互连接的第一折射面及第二折射面，且该棱镜具有一个第一侧及一个第二侧，该第一侧与该第二侧相对棱镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光分别由该第一入光面入射至透镜中，并由第一入光面及环形侧面准直成平行光后由第一出光面出射，进而由该棱镜的第二入光面入射至该棱镜中，位于所述棱镜第一侧的多个第一折射面将平行光折射向与其相背的第二侧并形成第一光束，位于所述棱镜第二侧的多个第二折射面将平行光折射向与其相背的第一侧并形成第二光束，所述第一光束与第二光束由该第二出光面出射。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述环形侧面与所述第一入光面分别为一个自由曲面。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一折射面及第二折射面所形成的顶角为100度。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一光束与所述第二光束的夹角大于或等于40度。
5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统可采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。
6.一种照明装置，包括：
一个发光二极管光源；
一个光学系统，所述光学系统包括一个透镜及一个棱镜，该透镜包括一个第一出光面、一个与该第一出光面相对的底面、以及连接该第一出光面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近第一出光面的方向凹陷形成一个收纳发光二极管光源的收容槽，该透镜对应该收容槽的底部具有一个第一入光面；该棱镜具有相互平行的第二入光面及第二出光面，且该棱镜的入光面上开设多个阵列排布的三角形条状凹槽，该棱镜对应每个条状凹槽具有相互连接的第一折射面及第二折射面，且该棱镜具有一个第一侧及一个第二侧，该第一侧与该第二侧相对棱镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光分别由该第一入光面入射至透镜中，并由第一入光面及环形侧面准直成平行光后由第一出光面出射，进而由该棱镜的第二入光面入射至该棱镜中，位于所述棱镜第一侧的多个第一折射面将平行光折射向与其相背的第二侧并形成第一光束，位于所述棱镜第二侧的多个第二折射面将平行光折射向与其相背的第一侧并形成第二光束，所述第一光束与第二光束由该第二出光面出射。
7.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述环形侧面与所述第一入光面分别为一个自由曲面。
8.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述第一折射面及第二折射面所形成的顶角为100度。
9.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述第一光束与所述第二光束的夹角大于或等于40度。
10.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述光学系统可采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。
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