CN104075239A - 光学系统及具有该光学系统的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学系统，其包括一个透镜及一个透镜，该透镜包括一个阶梯型齿状面、一个与该阶梯型齿状面相对的底面、以及连接该阶梯型齿状面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近阶梯型齿状面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容孔，该透镜对应该收容孔的底部具有一个入光面，该透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透镜的中心轴对称。本发明还涉及一种采用该光学系统的照明装置。所述照明装置可以形成双向偏折光束，达到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，与LED相配备使用的光学系统，在小范围聚光的应用中常用的是光学准直透镜。例如，光需要产生偏光进行照明时，常在准直透镜的基础上改进形成光学系统，达到偏光效果。

目前，市场上的偏光透镜多以准直透镜连接偏折透镜组成，本发明的发明人发现这样的偏光透镜往往存在以下缺陷：

1、该偏折透镜通常只能使光线朝单一方向进行偏折，无法产生双向偏折光线；

2、该准直透镜与偏折透镜的组合使得整个偏光透镜的厚度和重量增加。

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，该透镜包括一个阶梯型齿状面、一个与该阶梯型齿状面相对的底面、以及连接该阶梯型齿状面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近阶梯型齿状面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容孔，该透镜对应该收容孔的底部具有一个入光面，该透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透镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光由该入光面入射至透镜中，并由入光面及环形侧面准直成平行光后由阶梯型齿状面出射，位于所述透镜第一侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第一光束，位于所述透镜第二侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第二光束；以及位于该中心轴相对两侧的两个固定架，该两个固定架与该阶梯型齿状面相匹配以固定该透镜。

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位于该中心轴相对两侧的两个固定架，该透镜包括一个阶梯型齿状面、一个与该阶梯型齿状面相对的底面、以及连接该阶梯型齿状面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近阶梯型齿状面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容孔，该透镜对应该收容孔的底部具有一个入光面，该透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透镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光由该入光面入射至透镜中，并由入光面及环形侧面准直成平行光后由阶梯型齿状面出射，位于所述透镜第一侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第一光束，位于所述透镜第二侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第二光束；该两个固定架与该阶梯型齿状面相匹配以固定该透镜。

相对于现有技术，发光二极管光源发出的光线经由透镜的入光面及环形侧面准直成平行光，该平行光由阶梯型齿状面出射时，位于所述透镜第一侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第一光束，位于所述透镜第二侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第二光束，由此可以形成双向偏折光束，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所示光学系统的剖视图；

图3是图1所示光学系统的侧视图；

图4是图1所示光学系统的俯视图；

图5是本发明第二实施例提供的照明装置的光路示意图；

图6是图5所示照明装置其中一种实施方式的配光曲线图；

图7是图5所示照明装置另外一种实施方式的配光曲线图；

图8是图5所示照明装置另外一种实施方式的照度图。

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及两个固定架30。本实施例中，所述光学系统100所包含的透镜10可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包括一个阶梯型齿状面11、一个与该阶梯型齿状面11相对的底面13、以及连接该阶梯型齿状面11与该底面13的环形侧面15，其中，所述底面13为圆形平面，环形侧面15为一个自由曲面。

如图2所示，该透镜10具有一个第一侧10a及一个第二侧10b，该第一侧10a与该第二侧10b相对透镜10的中心轴M对称。

本实施例中，如图2所示，所述阶梯型齿状面11由中心轴M相对的两侧向中心轴M凹陷，且所述阶梯型齿状面11由垂直该中心轴M的投影面形成一个椭圆形外轮廓F，如图4所示。该阶梯型齿状面11的外径轮廓大于该底面13的外径，该环形侧面15的外径由底面13向阶梯型齿状面11逐渐变大。

该透镜10由该底面13向邻近该阶梯型齿状面11的方向凹陷形成一个收容孔17，具体应用时，所述收容孔17用于收纳发光二极管光源。另外，该透镜10对应该收容孔17具有一个与该底面13相连的侧壁171、以及一个入光面172。所述入光面172与所述侧壁171相连。本实施例中，所述侧壁171为圆柱形，所述入光面172为一个自由曲面。本实施例中，该收容孔17的外径为16.682mm，深度为20.068mm。

如图2所示，该透镜10上对应该阶梯型齿状面11的每个锯齿110具有相互连接的第一齿面111及第二齿面112，本实施例中，位于所述第一侧10a的第一齿面111与位于所述第二侧10b的第一齿面111大致平行，而位于所述第一侧10a的第二齿面112与位于所述第二侧10b的第二齿面112在延伸方向上形成一个夹角β，本实施例中，该夹角β为一个锐角。

所述固定架30包括一个支撑脚31及一个夹持部32，且所述夹持部32由该支撑脚31延伸出来，所述夹持部32为勾状且与位于所述透镜10侧边的第二齿面112相匹配，使用时，该两个固定架30分别由该透镜10的第一侧10a及第二侧10b夹持并固定该透镜10。本实施例中，所述支撑脚31的长度为45.289mm，所述两个固定架30的两个支撑脚31之间的距离为81.177mm。

请一起参阅图5，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的收容孔17。

使用时，该发光二极管光源300发出的光分别由该入光面172入射至透镜10中，并由入光面172及环形侧面15准直成平行光后由阶梯型齿状面11出射。具体地，在该过程中，该环形侧面15对入射光线进行内部全反射(Total InternalReflection，TIR)使得其准直成平行光由阶梯型齿状面11出射，而该入光面172对入射光线进行偏折并准直成平行光由阶梯型齿状面11出射。

当平行光线由阶梯型齿状面11出射时，位于所述透镜10第一侧10a的多个第二齿面112将平行光朝远离该中心轴M的方向(图中朝上)折射并形成第一光束I，位于所述透镜10第二侧10b的多个第二齿面112将平行光朝远离该中心轴M的方向(图中朝下)折射并形成第二光束II，所述第一光束I与第二光束II由该阶梯型齿状面11出射。所述第一光束I与所述第二光束II的夹角α优选地大于或等于40度，由此可以形成双向偏折光束。

图6及图7是所示照明装置200在不同实施方式下的配光曲线图，由该配光曲线图可见该照明装置200能够产生双向偏折光束。图8是照明装置200在1米远处的照度图，由图8可看出，所述发光二极管光源300发出的光在经过透镜10后偏折为第一及第二光束I、II两束光，达到同时满足相隔一定角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 (14)

1.一种光学系统，包括：

一个透镜，该透镜包括一个阶梯型齿状面、一个与该阶梯型齿状面相对的底面、以及连接该阶梯型齿状面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近阶梯型齿状面的方向凹陷形成一个用于收纳发光二极管光源的收容孔，该透镜对应该收容孔的底部具有一个入光面，该透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透镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光由该入光面入射至透镜中，并由入光面及环形侧面准直成平行光后由阶梯型齿状面出射，位于所述透镜第一侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第一光束，位于所述透镜第二侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第二光束；以及

位于该中心轴相对两侧的两个固定架，该两个固定架与该阶梯型齿状面相匹配以固定该透镜。

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，所述阶梯型齿状面由中心轴相对的两侧向中心轴凹陷。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述阶梯型齿状面由垂直该中心轴的投影面形成一个椭圆形外轮廓。

5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，该透镜上对应该阶梯型齿状面的每个锯齿具有相互连接的第一齿面及第二齿面，位于所述第一侧的第一齿面与位于所述第二侧的第一齿面平行，而位于所述第一侧的第二齿面与位于所述第二侧的第二齿面在延伸方向上形成一个夹角。

7.如权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述固定架包括一个支撑脚及一个夹持部，且所述夹持部由该支撑脚延伸出来，所述夹持部为勾状且与位于所述透镜侧边的第二齿面相匹配。

8.一种照明装置，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位于该中心轴相对两侧的两个固定架，该透镜包括一个阶梯型齿状面、一个与该阶梯型齿状面相对的底面、以及连接该阶梯型齿状面与该底面的环形侧面，且该透镜由该底面向邻近阶梯型齿状面的方向凹陷形成一个收纳发光二极管光源的收容孔，该透镜对应该收容孔的底部具有一个入光面，该透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透镜的中心轴对称，该发光二极管光源发出的光由该入光面入射至透镜中，并由入光面及环形侧面准直成平行光后由阶梯型齿状面出射，位于所述透镜第一侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第一光束，位于所述透镜第二侧的多个阶梯型齿状面将平行光朝远离该中心轴的方向折射并形成第二光束；该两个固定架与该阶梯型齿状面相匹配以固定该透镜。

9.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述环形侧面与所述入光面分别为一个自由曲面。

10.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述阶梯型齿状面由中心轴相对的两侧向中心轴凹陷。

11.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述阶梯型齿状面由垂直该中心轴的投影面形成一个椭圆形外轮廓。

12.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。

13.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，该透镜上对应该阶梯型齿状面的每个锯齿具有相互连接的第一齿面及第二齿面，位于所述第一侧的第一齿面与位于所述第二侧的第一齿面平行，而位于所述第一侧的第二齿面与位于所述第二侧的第二齿面在延伸方向上形成一个夹角。

14.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述固定架包括一个支撑脚及一个夹持部，且所述夹持部由该支撑脚延伸出来，所述夹持部为勾状且与位于所述透镜侧边的第二齿面相匹配。