CN105276418A - 一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统 - Google Patents

一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，容纳光源O的封闭空间的壁面分别为：位于光源正前方的鞍形入射面(4)，位于光源上、下的第一半圆锥面入射面(5)和第二半圆锥面入射面(6)；该封闭空间的外围包括一个位于该封闭空间正前方的半圆柱面状的出射面(1)和位于封闭空间上、下部的第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)；所述出射面(1)由多个条状柱面镜单元沿半圆柱面一个挨一个阵列分布而成，条状柱面镜单元对光线具有汇聚作用；获得的线条光斑分布细窄，且边缘锐度好，光带分布均匀，适合用于室内外的装饰性照明的场合。

Description

一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统
技术领域
本发明涉及光学照明系统，尤其是一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，适合用于外墙立面、门窗、廊洞或室内装饰照明场合。
背景技术
线条光斑可应用各种勾勒直线的场合，同时实现光线的光影编织，给人们带来多种光影的艺术效果。现有照明光学系统无法实现较窄宽度的亮度均匀度的线条光斑。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述缺陷，提供一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，在一个方向以最大角度(本发明中在ZOY平面120-180°出射)出射光线，在其垂直平面内(ZOX平面内)以小角度(初射光线的发散角，角度范围为0-10°)出射光线，同时保证在线条灯带光斑上的照度尽量均匀，从而在光源的前方形成较窄的光带。该结构设计紧凑，可应用于许多照明场合。
本发明的技术方案如下：
一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，整体外形为半圆柱体，半圆柱体的内部为容纳光源O的封闭空间，该封闭空间的壁面分别为：位于光源正前方的鞍形入射面(4)，位于光源上、下的第一半圆锥面入射面(5)和第二半圆锥面入射面(6)；该封闭空间的外围包括一个位于该封闭空间正前方的半圆柱面状的出射面(1)和位于封闭空间上、下部的第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)；所述出射面(1)由多个条状柱面镜单元沿半圆柱面一个挨一个阵列分布而成，条状柱面镜单元对光线具有汇聚作用；第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)均为半喇叭口状或半漏斗状的全反射曲面；第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)为近似半圆锥面；第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)与所述半圆柱面相交形成光学照明系统的上下边界。
所述的光学照明系统，以光源O所在位置为坐标系圆点，光学照明系统的底平面所在的面为XOY平面，竖直方向为X轴，水平方向为Y轴，垂直该XOY平面沿光源光线出射方向为Z轴方向建立坐标系；所述出射面(1)所在的半圆柱面以所述X轴为中心轴；
所述的光学照明系统，所述的第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)是将一段四分之一周期的正弦曲线绕x轴180°旋转扫略得到的曲面，该曲面的最低点位于X轴上。
所述的光学照明系统，所述的鞍形入射面(4)为马鞍形状的入射曲面，入射光线经过该平面后在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，该马鞍形状的入射曲面是以Y轴为对称轴的抛物线绕x轴180°旋转得到的入射曲面；该入射曲面的上边界终止并相交于第一半圆锥面入射面(5)，下边界终止并相交于第二半圆锥面入射面(6)。
所述的光学照明系统，第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)为近似半圆锥面，是将一条与y轴成0-10°小角度的直线绕x轴旋转180°扫描形成的中间凸起的圆锥面。
所述的光学照明系统，位于原点处的光源O，其发射的光线中射入鞍形入射面(4)的中间部分光线，经鞍形入射面(4)折射后，出射光线将在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，而在yz平面并不改变光线光路。
所述的光学照明系统，位于原点处的光源O，其发射的光线中射入第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)的光线，经第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)折射后投射在第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)上，分别经第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)反射后在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，而在yz平面并不改变光线光路。
所述的光学照明系统，来自鞍形入射面(4)、第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)的光线投射在出射面(1)，经各个条状柱面镜单元汇聚后发射出去，在半圆柱面的外部空间一定距离内便形成了多条线状光带。
本发明公开的基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，其出射面简单，弧面阵列便于加工，能很好的实现在一个方向实现扩散，而在另一个方向仍然保持原先的小角度出射，获得的线条光斑分布细窄，且边缘锐度好，光带分布均匀，适合用于室内外的装饰性照明的场合。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为图2的A-A视图；
图4为图2的B-B视图；
图5为图1的局部放大图；
图6为从图3视图角度所得的光路图；
图7为从图4视图角度所得的光路图；
1第一出射面，2第一全反射弧面，3第二全反射弧面，4鞍形入射面，5第一半圆锥面入射面，6第二半圆锥面入射面。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，整体外形为半圆柱体，半圆柱体的内部为容纳光源O的封闭空间，该封闭空间的壁面分别为：位于光源正前方的鞍形入射面4，位于光源上、下的第一半圆锥面入射面5和第二半圆锥面入射面6；该封闭空间的外围包括一个位于该封闭空间正前方的圆柱面状的出射面1和位于封闭空间上、下部的第一全反射弧面2、第二全反射弧面3。
参考图1-图5，以光源O所在位置为坐标系圆点，光学照明系统的底平面(安装平面)所在的面为XOY平面(竖直方向为X轴，水平方向为Y轴)，垂直该XOY平面沿光源光线出射方向为Z轴方向建立坐标系；所述出射面1由多个条状柱面镜单元沿半圆柱面一个挨一个阵列分布而成，半圆柱面以上述X轴为中心轴，该条状柱面镜单元为圆柱面的一部分，条状柱面镜单元对光线具有汇聚作用。
第一全反射弧面2、第二全反射弧面3均为半喇叭口状(或半漏斗状)的全反射曲面，或者可以描述为将一段四分之一周期的正弦曲线绕x轴180°旋转扫略得到的曲面，该曲面的最低点位于X轴上。
第一全反射弧面2、第二全反射弧面3与上述半圆柱面相交形成光学照明系统的上下边界。
鞍形入射面4为马鞍形状的入射曲面，入射光线经过该平面后在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，该马鞍形状的入射曲面近似为以Y轴为对称轴的抛物线绕x轴180°旋转得到的入射曲面。该入射曲面的上边界终止并相交于第一半圆锥面入射面5，下边界终止并相交于第二半圆锥面入射面6。
第一半圆锥面入射面5、第二半圆锥面入射面6为近似半圆锥面，是将一条与y轴成0-10°小角度的直线绕x轴旋转180°扫描形成的中间凸起的圆锥面。
鞍形入射面4，第一半圆形弧面入射面5、第二半圆形弧面入射面6共同围成容纳光源O的空腔。
位于原点处的光源O，其发射的光线分成3部分经容纳光源O的空腔内部的3个入射面(鞍形入射面4，半圆锥面入射面5、6)折射进入第一全反射弧面2、第二全反射弧面3，最终到达出射面1，如图6所示，射入鞍形入射面4的中间部分光线，经鞍形入射面4折射后出射光线将在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，而在yz平面并不改变光线光路。
射入第一半圆锥面入射面5、第二半圆锥面入射面6的光线，经第一半圆锥面入射面5、第二半圆锥面入射面6折射后投射在第一全反射弧面2、第二全反射弧面3上，分别经第一全反射弧面2、第二全反射弧面3反射后在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，而在yz平面并不改变光线光路；
来自鞍形入射面4、第一半圆锥面入射面5、第二半圆锥面入射面6的光线投射在出射面1上，经各个条状柱面镜单元汇聚后发射出去，由于多个条状柱面镜单元沿半圆柱面阵列分布，因此在半圆柱面的外部空间一定距离内便形成了多条线状光带。
该光学照明系统可以采用玻璃或者树脂经数控机床加工或采用磨具注塑成型。
以上所述，仅为本发明较好的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易的想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于柱面阵列的线条光斑的光学照明系统，其特征在于，整体外形为半圆柱体，半圆柱体的内部为容纳光源O的封闭空间，该封闭空间的壁面分别为：位于光源正前方的鞍形入射面(4)，位于光源上、下的第一半圆锥面入射面(5)和第二半圆锥面入射面(6)；该封闭空间的外围包括一个位于该封闭空间正前方的半圆柱面状的出射面(1)和位于封闭空间上、下部的第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)；所述出射面(1)由多个条状柱面镜单元沿半圆柱面一个挨一个阵列分布而成，条状柱面镜单元对光线具有汇聚作用；第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)均为半喇叭口状或半漏斗状的全反射曲面；第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)为近似半圆锥面；第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)与所述半圆柱面相交形成光学照明系统的上下边界。
2.根据权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，以光源O所在位置为坐标系圆点，光学照明系统的底平面所在的面为XOY平面，竖直方向为X轴，水平方向为Y轴，垂直该XOY平面沿光源光线出射方向为Z轴方向建立坐标系；所述出射面(1)所在的半圆柱面以所述X轴为中心轴；
3.根据权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，所述的第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)是将一段四分之一周期的正弦曲线绕x轴180°旋转扫略得到的曲面，该曲面的最低点位于X轴上。
4.根据权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，所述的鞍形入射面(4)为马鞍形状的入射曲面，入射光线经过该平面后在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，该马鞍形状的入射曲面是以Y轴为对称轴的抛物线绕x轴180°旋转得到的入射曲面；该入射曲面的上边界终止并相交于第一半圆锥面入射面(5)，下边界终止并相交于第二半圆锥面入射面(6)。
5.根据权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)为近似半圆锥面，是将一条与y轴成0-10°小角度的直线绕x轴旋转180°扫描形成的中间凸起的圆锥面。
6.根据权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，位于原点处的光源O，其发射的光线中射入鞍形入射面(4)的中间部分光线，经鞍形入射面(4)折射后，出射光线将在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，而在yz平面并不改变光线光路。
7.根据权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，位于原点处的光源O，其发射的光线中射入第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)的光线，经第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)折射后投射在第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)上，分别经第一全反射弧面(2)、第二全反射弧面(3)反射后在入射光线与x轴组成的平面内准直出射，而在yz平面并不改变光线光路。
8.根据权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，来自鞍形入射面(4)、第一半圆锥面入射面(5)、第二半圆锥面入射面(6)的光线投射在出射面(1)，经各个条状柱面镜单元汇聚后发射出去，在半圆柱面的外部空间一定距离内便形成了多条线状光带。
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