CN204534442U - 光学元件和照明装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光学元件和照明装置。光学元件包括导光柱(100)和第一空腔(106)，导光柱(100)的外周面形成第一光学表面(102)，导光柱(100)的光反射面形成屋脊棱镜面结构(110)，第一空腔(106)在沿着所述导光柱(100)的中心轴线(x)剖开的截面观察时呈从所述光入射面朝向所述光反射面逐渐缩小的子弹头状。根据本公开的光学元件和照明装置能够可靠地较多量的光向指定方向照射，能满足照明要求，并且结构简单、美观大方。

Description

光学元件和照明装置

技术领域

本公开的实施方式涉及一种光学元件，特别地涉及用于蜡烛灯的光学元件的改进以将更多光量向指定方向传递。本公开的实施方式还涉及一种包括这种光学元件的照明装置。

背景技术

LED灯因其高效性和节能性越来越多地受到关注并且用来替换白炽灯。这对于LED灯提出了更多细致的要求。例如在很多种应用中，期望LED灯将更多的光辉照射到指定方向。

作为这种应用的一个示例，蜡烛灯广泛地用于商业或家用场所，蜡烛灯不仅起到照明作用而且还能起到良好的装饰效果，在商业领域中颇有前景。在很多蜡烛灯应用中，归因于兰伯特光分布特性，LED灯发出的光在半球范围内。图1示出了LED灯发出光的光强图。如图1所示，沿逆时针方向从90°位置至270°的位置为灯的下方的空间，通常将该空间的光通量称为向下光。从图1容易看出，从LED灯发出的光大量地分布灯的上方空间，而下方空间的光通量非常小，这会导致下方空间的照明不足。因此，期望改进现有技术的LED灯，以将更多的光量向指定方向(例如下方)照射，以满足照明要求。

实用新型内容

有鉴于此，本公开实施方式的目的之一在于提供一种光学元件和照明装置，其解决或减轻上述问题。

根据本公开的一个方面，提供一种光学元件，包括：导光柱，导光柱具有中心轴线，导光柱包括光入射面、外周面和在中心轴线方向上与光入射面相对布置的光反射面，导光柱的外周面形成第一光学表面，光反射面形成为屋脊棱镜面结构，并且屋脊棱镜面结构被配置成适于将射向光反射面的至少一部分光反射并且透过第一光学表面射出光学元件；以及相对于中心轴线旋转对称的第一空腔，第一空腔在导光柱的中心处沿中心轴线从光入射面朝向光反射面延伸，第一空腔在导光柱的内壁面处形成第二光学表面，第一空腔在沿着导光柱的中心轴线剖开的截面观察时呈从光入射面朝向光反射面逐渐缩小的子弹头状，其中第二光学表面在靠近光入射面处大致垂直于光入射面；其中第一光学表面和第二光学表面形成第一光传输路径，从照明模块发射出的光的至少一部分适于经由第一光传输路径传递至光反射面。

根据本公开的一个实施例，第一光学表面为相对于中心轴线旋转对称的、母线为大致内凹弧线的回转面，并且光反射面的外周缘距中心轴线的距离比导光柱的中部的外周缘距中心轴线的距离大。

根据本公开的一个实施例，在导光柱的光入射面附近靠近导光柱的外周面形成相对于中心轴线旋转对称的第二空腔，第二空腔在邻近中心轴线的一侧形成第三光学表面，第二光学表面和第三光学表面形成第二光传输路径，使得从照明模块发射出的光的至少一部分沿第二光传输路径传输并且在导光柱的中部附近沿第一光传榆路径传递至光反射面。

根据本公开的一个实施例，在沿着导光柱的中心轴线剖开的截面观察时，第三光学表面大致垂直于光入射面。

根据本公开的一个实施例，屋脊棱镜面结构为从导光柱的外周向中心凹陷的形状并且包括沿导光柱的径向排列的多个槽，槽从屋脊棱镜面结构的外周延伸到导光柱的中心轴线，并且槽的表面形成适于对射向光反射面的光进行反射的全反射棱镜面。

根据本公开的一个实施例，屋脊棱镜面结构还包括靠近光反射面的外周设置在全反射棱镜面上的多个子棱镜面。

根据本公开的一个实施例，导光柱还包括在导光柱的大致中部处沿中心轴线方向环设在第一光学表面上的多个棱镜面。

根据本公开的一个实施例，多个棱镜面为相对于中心轴线旋转对称的圆锥面，圆锥面相对于中心轴线方向的倾斜角在40°～60°的范围内。

根据本公开的一个实施例，多个棱镜面相对于导光柱的中心轴线方向的倾斜角在从光入射面朝向光反射面的方向上逐渐减小。

根据本公开的一个方面，提供一种照明装置，包括上述光学元件和以环形的方式围绕第一空腔布置在光入射面处的多个照明模块。

根据本公开的光学元件和照明装置能够可靠地较多量的光向指定方向照射，能满足照明要求，并且结构简单、美观大方。

附图说明

现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本公开的实施例进行描述，其中：

图1是传统LED灯的光强分布示意图；

图2是根据本公开的一个实施例的光学元件的示意图；

图3是根据本公开的一个实施例的光学元件的屋脊棱镜面结构从斜上方观察的透视图；

图4是图2所示的光学元件的光强示意图；

图5是根据本公开的另一个实施例的光学元件的光路示意图；

图6是图5所示的光学元件的光强示意图；

图7是根据本公开的实施例的照明装置的示意图；以及

图8是根据本公开的实施例的照明模块的分布示意图。

具体实施方式

现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代技术方案。

本公开的实施方式的光学元件可用于将从照明模块发出的光更多的向预定方向投射。在本公开的示例性实施例中，照明模块为LED，应当理解的是，本公开不限于LED，也可以是其他光源。在例如蜡烛灯的应用场景下，通常照明装置沿上下方向布置，在这种情况下传统的照明装置存在向下的光强不足的问题，期望光学元件用于将更多的光向下方投射，但是在其它应用中，可能期望光学元件用于将更多的光向其它预定方向投射，例如侧方或上方等等。因此，这里为了简单起见以向下投射来进行说明，但是应当理解的是这不是限制性的，根据具体的应用而不同。此外，应当理解的是，术语下方不做狭义的解释，而是可以是例如在水平面内具有竖直向下分量的任何方向。

下面参照附图详细说明根据本公开的实施例。

图2-图4示出根据本公开的光学元件的一个实施例。图2是光学元件整体结构示意图；图3是光学元件的屋脊棱镜面结构从斜上方观察的透视图，示出屋脊棱镜面结构的细节；图4是图2所示的光学元件的光强示意图。

如图2所示，根据本公开实施例的光学元件包括：导光柱100，导光柱100具有中心轴线x，导光柱100包括光入射面、外周面和在中心轴线x方向上与光入射面相对布置的光反射面，导光柱100的外周面形成第一光学表面102，光反射面形成为屋脊棱镜面结构110，并且屋脊棱镜面结构110被配置成适于将射向光反射面的至少一部分光反射并且透过第一光学表面102射出光学元件；以及相对于中心轴线x旋转对称的第一空腔106，第一空腔106在导光柱100的中心处沿中心轴线x从光入射面朝向光反射面延伸，第一空腔106在导光柱100的内壁面处形成第二光学表面104，第一空腔106在沿着导光柱100的中心轴线x剖开的截面观察时呈从光入射面朝向光反射面逐渐缩小的子弹头状，其中第二光学表面104在靠近光入射面处大致垂直于光入射面；其中第一光学表面102和第二光学表面104形成第一光传输路径，从照明模块200发射出的光的至少一部分适于经由第一光传输路径传递至光反射面。

根据本公开的一个实施例，第一光学表面102为相对于中心轴线x旋转对称的、母线为大致内凹弧线的回转面，并且光反射面的外周缘距中心轴线x的距离比导光柱100的中部的外周缘距中心轴线x的距离大。这样的结构可以适于使导光柱100的下方较大，为在导光柱100的下方布置多个照明模块200提供便利性，并且由于下方较大，导光柱的安装牢固。此外，导光柱100的上方也较大，具有使屋脊棱镜面结构110将更多的光反射向下方优点。尽管在图示的实施例中，导光柱100形成为旋转对称的形状，当然也可以不是旋转对称的形状，可以根据具体的应用调整导光柱的形状。

根据本公开的一个实施例，在导光柱100的光入射面附近靠近导光柱100的外周面形成相对于中心轴线x旋转对称的第二空腔108，第二空腔108在邻近中心轴线x的一侧形成第三光学表面112，第二光学表面104和第三光学表面112形成第二光传输路径，使得从照明模块200发射出的光的至少一部分沿第二光传输路径传输并且在导光柱100的中部附近沿第一光传输路径传递至光反射面。这样的结构适于将更多的光通过第一传输路径和第二传输路径向上传递。

根据本公开的一个实施例，在沿着导光柱100的中心轴线x剖开的截面观察时，第三光学表面112大致垂直于光入射面。这样的结构使得来自入射面的光的入射角适当，以适于更多地向上进行反射传导。

如图3所示，根据本公开的一个实施例，屋脊棱镜面结构110为从导光柱100的外周向中心凹陷的形状并且包括沿导光柱100的径向排列的多个槽114，槽114从屋脊棱镜面结构110的外周延伸到导光柱100的中心轴线x，并且槽114的表面形成适于对射向光反射面的光进行反射的全反射棱镜面。屋脊棱镜面结构110的下表面从下方传递到屋脊棱镜面结构110的光适于在屋脊棱镜面结构110的下表面上进行全反射，以使光向下传播。在一个实施例中，屋脊棱镜面结构110的下表面具有平滑的曲率，这样的曲率适于调节全反射角，增大反射的光量。在根据本公开的实施例中，屋脊棱镜面结构110的槽的数目和下凹成都可以根据需要进行改变。例如，在一个实施例中，可以具有12个槽，也可以具有其它适当数目的槽。

在图3所示的实施例中，屋脊棱镜面结构110还包括靠近光反射面的外周设置在全反射棱镜面上的多个子棱镜面116。多个子棱镜面116使得射向屋脊棱镜面结构110没有在屋脊棱镜面结构110发生全反射的光在透过屋脊棱镜面结构110之后产生一种闪烁效果，使得照明效果更佳。在图示的实施例中，有两个子棱镜面116，当然也可以有更多个子棱镜面，也可以在子棱镜面116上形成更多的子棱镜面。

图4示出了所示的光学元件的光强示意图。从图中可以看出，这种结构显著地提高了向下光的光强。图2中的实施例的结构简单，即使利用中低功率的LED(例如Nichia制造的1w 7572D)可实现令人满意的效果，光分布均匀并且具有较多的向下光线。此外，这种结构比较紧凑。

为了进一步改进光分布并且将更多的光投射到下方，还可以对图2所示的实施例进行进一步改进。图5示出是根据本公开的另一个实施例的光学元件及其光路示意图；图6是图5所示的光学元件的光强示意图。

如图5所示，在根据本公开的一个实施例，导光柱100还包括在导光柱的大致中部处沿中心轴线x方向环设在第一光学表面102上的多个棱镜面118。多个棱镜面118有助于将射向第一光学表面102的光更多的向下放射。

图5示出了光路示意图，图5示出了用①②③标识出的光路。光路①示出为：来自入射面的光在第一传输路径的一侧表面(图示右侧面)和第二传输路径的一侧面(图示左侧面)处连续发生全反射之后传输射向屋脊棱镜面结构110，射向屋脊棱镜面结构110的光进而在屋脊棱镜面结构110的平滑曲面处发生全反射，全反射的光透过第一光学表面102向下射出。光路②示出为：来自入射面的光在第一传输路径的一侧表面(图示左侧面)处发生全反射，而射向第二传输路径的一侧面(图示右侧面，即第一光学表面102的右侧表面)并且在该一侧面处继续发生全反射，全反射的光再射向第二传输路径的另一侧面(图示左侧面，即第一空腔106的靠右侧的表面)，在该另一侧面处发生折射进而经由第一空腔106射向第一空腔106的靠左侧的表面并且透过该表面之后最终透过第一光学表面102的左侧表面而向下射出。光路③与光路②类似，只是在不同的位置处被示出。

根据本公开的一个实施例，多个棱镜面118为相对于中心轴线x旋转对称的圆锥面，圆锥面相对于中心轴线x方向的倾斜角在40°～60°的范围内。这样的角度范围能够有利地调整射向第一光学表面102的入射角，以便于在第一光学表面102处发生全反射。

根据本公开的一个实施例，多个棱镜面118相对于导光柱的中心轴线x方向的倾斜角在从光入射面朝向光反射面的方向上逐渐减小。在这种的结构中，能够调节第一光学表面102在沿纵向轴线x不同位置处的全反射角，以增强向下反射光量。从图5中的光路②和③能够确认这一点。

图6是图5所示的光学元件的光强示意图。从图6可以看出，光分布效果更好，并且向下光的光量更加多，且光分布更加均匀。

根据本公开的另一个方面，还提供一种照明装置。图7是根据本公开的实施例的照明装置的示意图，图8是根据本公开的实施例的照明模块的分布示意图。

如图所示，照明装置10包括上述光学元件和以环形的方式围绕第一空腔106布置在光入射面处的多个照明模块200。根据本公开的照明装置10具有上述光学元件的所有效果，为了简单起见，省略对其详细说明。在图8所示的实施例中，照明模块200以环形的方式围绕第一空腔106布置，但是这仅仅是示例性的，照明模块200也可以根据需要以任何其他形状进行排列。可以将照明模块布置在如上所述的光学元件的下方，由此来制作出照明装置。

根据本公开的实施例的光学元件和照明装置结构简单、能够有效地将大量光传递向预定方向，且光分布良好。

通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。

Claims (10)

1.一种光学元件，其特征在于，包括：

导光柱(100)，所述导光柱(100)具有中心轴线(x)，所述导光柱(100)包括光入射面、外周面和在所述中心轴线(x)方向上与所述光入射面相对布置的光反射面，所述导光柱(100)的外周面形成第一光学表面(102)，所述光反射面形成为屋脊棱镜面结构(110)，并且所述屋脊棱镜面结构(110)被配置成适于将射向所述光反射面的至少一部分光反射并且透过所述第一光学表面(102)射出所述光学元件；以及

相对于所述中心轴线(x)旋转对称的第一空腔(106)，所述第一空腔(106)在所述导光柱(100)的中心处沿所述中心轴线(x)从所述光入射面朝向所述光反射面延伸，所述第一空腔(106)在所述导光柱(100)的内壁面处形成第二光学表面(104)，所述第一空腔(106)在沿着所述导光柱(100)的中心轴线(x)剖开的截面观察时呈从所述光入射面朝向所述光反射面逐渐缩小的子弹头状，其中所述第二光学表面(104)在靠近所述光入射面处大致垂直于所述光入射面；其中所述第一光学表面(102)和所述第二光学表面(104)形成第一光传输路径，从照明模块(200)发射出的光的至少一部分适于经由所述第一光传输路径传递至所述光反射面。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一光学表面(102)为相对于所述中心轴线(x)旋转对称的、母线为大致内凹弧线的回转面，并且所述光反射面的外周缘距所述中心轴线(x)的距离比所述导光柱(100)的中部的外周缘距所述中心轴线(x)的距离大。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，在所述导光柱(100)的所述光入射面附近靠近所述导光柱(100)的外周面形成相对于所述中心轴线(x)旋转对称的第二空腔(108)，所述第二空腔(108)在邻近所述中心轴线(x)的一侧形成第三光学表面 (112)，所述第二光学表面(104)和所述第三光学表面(112)形成第二光传输路径，使得从所述照明模块(200)发射出的光的至少一部分沿所述第二光传输路径传输并且在所述导光柱(100)的中部附近沿所述第一光传输路径传递至所述光反射面。

4.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，在沿着所述导光柱(100)的中心轴线(x)剖开的截面观察时，所述第三光学表面(112)大致垂直于所述光入射面。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述屋脊棱镜面结构(110)为从所述导光柱(100)的外周向中心凹陷的形状并且包括沿所述导光柱(100)的径向排列的多个槽(114)，所述槽(114)从所述屋脊棱镜面结构(110)的外周延伸到所述导光柱(100)的中心轴线(x)，并且所述槽(114)的表面形成适于对射向所述光反射面的光进行反射的全反射棱镜面。

6.根据权利要求5中所述的光学元件，其特征在于，所述屋脊棱镜面结构(110)还包括靠近所述光反射面的外周设置在所述全反射棱镜面上的多个子棱镜面(116)。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述导光柱(100)还包括在所述导光柱的大致中部处沿所述中心轴线(x)方向环设在所述第一光学表面(102)上的多个棱镜面(118)。

8.根据权利要求7所述的光学元件，其特征在于，所述多个棱镜面(118)为相对于所述中心轴线(x)旋转对称的圆锥面，所述圆锥面相对于所述中心轴线(x)方向的倾斜角在40°～60°的范围内。

9.根据权利要求8所述的光学元件，其特征在于，所述多个棱镜面(118)相对于所述导光柱的中心轴线(x)方向的倾斜角在从所述光入射面朝向所述光反射面的方向上逐渐减小。

10.一种照明装置(10)，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的光学元件和以环形的方式围绕所述第一空腔(106)布置在所述光入射面处的多个照明模块(200)。