CN101649991B - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置，其包括一个发光模组，一个第一光学元件，一个第二光学元件以及一个第三光学元件。该发光模组包括多个阵列排布的固态发光元件。该第一光学元件为一个反射式光学元件，其与该多个固态发光元件相对设置，用于反射该发光模组发出的部分光线。该第二光学元件为一个透镜阵列，其包括多个透镜单元，该第二光学元件设置在该第一光学元件的与该发光模组相对的一侧，每个透镜单元与一个固态发光元件相对应，该第二光学元件用于透射经过该第一光学元件反射的光线以及部分由该发光模组直接发出的光线。该第三光学元件设置在该第二光学元件的与该第一光学元件相对的一侧，该第三光学元件为一个具有微结构的透镜。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置，特别是一种能够调整照明光场形状的照明装置。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具光质佳(也即光源述出的光谱)及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)作为照明装置的发光元件，具体可参见Michael S.Shur等人在文献Proceedings of the IEEE，Vol.93，No.10(2005年10月)中发表的“Solid-State Lighting：Toward SuperiorIllumination”一文。
对于现有采用发光二极管作为发光元件的照明装置，其通常具有近似圆对称的光场(如图1所示)，这些光场的中心光强度较强，由中心向四周扩散的区域光强度越来越弱，而实际中并不总是需要此类型的光场(即中心光强度最强而四周的光强度逐渐变弱的光场)。例如，对于路灯而言，由于通常的道路都是长条状，故其希望可以得到光强度分布较广且光照均匀的光场以提高路灯所发出的光线的利用效率，然而，对于光场为近似圆对称的路灯而言，由于其辐射范围不大，且其光场的光强度分布不均匀，故采用该路灯无法获得较佳的光场形状和光均匀度。
有鉴于此，有必要提供一种能够调整照明光场形状，以提高光线利用效率和出光均匀度的照明装置。
发明内容
以下将以实施例说明一种能够调整照明光场形状，以提高光线利用效率和出光均匀度的照明装置。
一种照明装置，其包括一个发光模组，一个第一光学元件，一个第二光学元件以及一个第三光学元件。该发光模组包括多个阵列排布的固态发光元件。该第一光学元件为一个反射式光学元件，其与该多个固态发光元件相对设置，用于反射该发光模组发出的部分光线。该第二光学元件为一个透镜阵列，其包括多个透镜单元，该第二光学元件设置在该第一光学元件的与该发光模组相对的一侧，每个透镜单元与一个固态发光元件相对应，该第二光学元件用于透射经过该第一光学元件反射的光线以及部分由该发光模组直接发出的光线。该第三光学元件设置在该第二光学元件的与该第一光学元件相对的一侧，该第三光学元件为一个具有微结构的透镜。
相对于现有技术，所述照明装置的第一光学元件将该发光模组发出的周围的光线反射至该第二光学透镜，该第二光元件能扩大该照明装置的光学场形，并将光线透射至该第三光学元件，该第三光学元件进一步将光线发散，从而扩大了该照明装置的出光角度及出光均匀度。通过该第二光学元件的形状与该第三光学元件的微结构的形状的搭配可有效的调整，以将发光模组产生的初始光场调整至一具有预定形状的照明光场，从而得到较佳的光场形状，提高了光源的光利用效率以及出光均匀度。
附图说明
图1是一种扩散型光场形状的效果图。
图2是本发明第一实施例光学透镜的结构分解图。
图3是本发明第一实施例光学透镜的剖面示意图。
图4是图1中微结构为圆弧状凸起的剖面示意图。
图5是图1中微结构为尺寸不同的锯齿状凸起的剖面示意图。
图6是图1中微结构为锯齿状凸起与圆弧状凸起的组合的剖面示意图。
图7是图1中微结构形成在第三光学元件两侧的剖面示意图。
图8是本发明第二实施例光学透镜的剖面示意图。
图9是图8中微结构形成在靠近第二光学元件的一侧的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图2和图3，本发明第一实施例提供的照明装置10，其包括一个发光模组11，一个第一光学元件12，一个第二光学元件13以及一个第三光学元件14。
该发光模组11包括一个基板110与多个设置在基板110上的固态发光元件111。该固态发光元件111可以为发光二极管芯片或发光二极管。
该第一光学元件12为一个反射式光学元件。该第一光学元件12包括多个阵列排布的中空圆台体121，该多个中空圆台体121的内侧壁122为反射面。每个中空圆台体121对应一个固态发光元件111，其用于反射与之对应的该固态发光元件111所发出的部分光线。
该第二光学元件13为一个透镜阵列，其设置在该第一光学元件12的与该发光模组11相对的一侧。该第二光学元件13包括多个透镜单元131，每个第二光学元件13的透镜单元131与一个固态发光元件111相对设置。
每个透镜单元131包括一本体1311，该本体1311具有一入光面1312，一与该入光面1312相对的出光面1313。该入光面1312为一个向该本体1311内凹设延伸的凹曲面。优选的，该凹曲面为沿Y方向延伸的柱状凹曲面。该出光面1313为一个向该本体1311外凸设的凸曲面。优选的，该凸曲面为沿X方向延伸的柱状凸曲面。
该第二光学元件13用于透射经过该第一光学元件12反射的光线以及部分由该发光模组11直接发出的光线。
可以理解的是，该入光面1312及该出光面1313也可分别为球面、锥形面或其它具有不同曲率的双曲面，菲涅耳锯齿面，非球面或自由形曲面。
该第三光学元件14为一个平板形的柱状透镜阵列，其具有一个第一表面141以及一个与该第一表面141相对的第二表面142。该第一表面141与该第二光学元件13相对设置。该第二表面142上具有多个微结构143，该多个微结构143为锯齿状凸起。该多个微结构143能增加该第三光学元件14的折射性能，有效的将经该第二光学元件13透射后的光线经由该第三光学元件14折射后的光场放大，以拓展该照明装置10的辐射范围。
该多个固态发光元件111发出的光线经由该第一光学元件12射出，其中，中央部分的光线直接入射至该第二光学元件13，周围部分的光线在中空圆台体121的内侧壁122发生反射后射出，因此，该多个固态发光元件111发出的光线经过该第一光学元件12后进行第一次光场形状调整，使其光场缩小，从而光线强度集中，亮度高。
该第二光学元件13的入光面1312为柱状凹曲面，以使入射至该入光面1312的光线在X方向上产生辐射状偏转，即由柱状凹曲面的底部向该柱状凹曲面较高的两端偏转，从而使该多个固态发光元件111发出的光线经由该透镜单元13折射后在X方向上的光场形状放大。也就是说，该入光面1312拓展了该照明装置10在X方向上的辐射范围。
同时，该第二光学元件13的出光面1313为柱状凸曲面，以使从其上出射的光线在该Y方向上由该柱状凸曲面的两端向其顶部产生会聚状偏转，从而使该多个固态发光元件111发出的光线经由该透镜单元13折射后在Y方向上的光场形状减小。也就是说，该出光面1313压缩了该照明装置10在Y方向上的辐射范围。
因此，该多个固态发光元件111发出的光线经过该第二光学元件13后进行第二次光场形状调整，在X方向上拓展了的辐射范围，同时，在Y方向上压缩了的辐射范围。
经该第二光学元件13透射后的光线入射至该第三光学元件14。该多个微结构143能增加该第三光学元件14的折射性能，有效的将经该第二光学元件13透射后的光线经由该第三光学元件14折射后的光场放大，以拓展该照明装置10的辐射范围，经过该第三光学元件14透射后，该照明装置的出光角度大于等于120度，且呈一非对称形状。
可以理解的是，该多个微结构143不限于锯齿状凸起，也可以为其它形状，请参见图4，该多个微结构143为圆弧形凸起或圆柱状条形凸起阵列排布。
请参见图5，该多个微结构143为尺寸不同的锯齿状凸起或菱柱状凸起。
请参见图6，该多个微结构143为交错排布的锯齿状凸起，菱柱状凸起，圆弧形凸起，圆柱状条形凸起。
请参见图7，该多个微结构143形成在该第三光学元件14的该第一表面141与该第二表面142。该第一表面141上的多个微结构143为圆弧形凸起，圆柱状条形凸起，该第二表面142上的多个微结构143为锯齿状凸起，菱柱状凸起。当然，形成在该第一表面141与该第二表面142的多个微结构143也可以为其他组合。
在本实施例中，在第三光学元件14的第一表面141上的微结构143上形成一个抗反射层144，以防止光线在该多个微结构143上发生反射，进而可增加出光效率。
请参见图8，本发明第二实施例提供的照明装置20，本实施例与第一实施例结构基本相同，其包括：一个发光模组21，一个第一光学元件22，一个第二光学元件23以及一个第三光学元件24。
本实施例与第一实施例不同之处在于，该第三光学元件24为一个曲面的透射式的透镜阵列。该第三光学元件24的第一表面241为平面，第二表面242为柱状凸曲面。该第三光学元件24的第二表面242上具有多个微结构243。该微结构243呈锯齿状凸起，菱柱状凸起。该微结构243能增加该第三光学元件24的折射性能，有效的将经该第二光学元件23透射后的光线经由该第三光学元件24折射后的光场放大，以拓展该照明装置20的辐射范围。
可以理解的是，该多个微结构243不限于锯齿状凸起，也可以为其它形状，如菱柱状凸起，圆弧形凸起，圆柱状条形凸起或者交错排的锯齿状凸起，菱柱状凸起，圆弧形凸起，圆柱状条形凸起。
当然，在本实施例中，该第三光学元件24的第一表面241不限于平面，也可以为曲面。当该第一表面241与该第二表面242均为曲面时，该第一表面241与该第二表面242在X方向与Y方向的曲率可以相同，也可以不同。
请参见图9，该多个微结构243仅形成在与该第三光学元件24的第一表面241。且在第三光学元件24的第一表面241上的微结构243上形成一个抗反射层244，以防止光线在该第三光学元件24的第一表面242上的多个微结构243上发生反射，进而可增加出光效率。
可以理解的是，该多个微结构243也可以同时形成在与该第三光学元件24的第一表面241与该第二表面242。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，如改变该微结构的形状及/或数量等只要其不偏离本发明的技术效果，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 (14)

1.一种照明装置，其包括一个发光模组，一个第一光学元件以及一个第二光学元件，该发光模组包括多个阵列排布的固态发光元件，该第一光学元件为一个反射式光学元件，其与该多个固态发光元件相对设置，用于反射该发光模组发出的部分光线，该第二光学元件为一个透镜阵列，其包括多个透镜单元，该第二光学元件设置在该第一光学元件的与该发光模组相对的一侧，每个透镜单元与一个固态发光元件相对应，该第二光学元件用于透射经过该第一光学元件反射的光线以及部分由该发光模组直接发出的光线；其特征在于：
该第二光学元件包括一个与该发光模组相对的入光面，且该入光面为凹曲面，该照明装置进一步包括一个第三光学元件，该第三光学元件设置在该第二光学元件的与该第一光学元件相对的一侧，该第三光学元件为一个具有微结构的透镜。
2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该微结构为锯齿状凸起或菱柱状凸起。
3.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该锯齿状凸起或菱柱状凸起的大小不同且呈阵列排布。
4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该微结构为圆弧形凸起或圆柱状条形凸起。
5.如权利要求4所述的照明装置，其特征在于：该圆弧形凸起或圆柱状条形凸起的大小不同且呈阵列排布。
6.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该微结构为交错排布的锯齿状凸起，菱柱状凸起，圆弧形凸起或圆柱状条形凸起。
7.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于：该第三光学元件具有一个与该第二光学元件相对的第一表面，以及一个与该第一表面相对的第二表面，该锯齿状凸起，菱柱状凸起，圆弧形凸起或圆柱状条形凸起中的至少一种排布在该第一表面与该第二表面。
8.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于：该第三光学元件的第一表面上的微结构的表面形成一个抗反射层。
9.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该第一光学元件为多个阵列排布的中空圆台体，每个中空圆台体对应一个固态发光元件。
10.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该固态发光元件为发光二极管。
11.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该第二光学元件的透镜单元具有一个与该第一光学元件相对的入光面，以及一个与该入光面相对的出光面，该入光面与该出光面为球面，锥形面，双曲面，菲涅耳锯齿面，非球面或自由形曲面。
12.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该第三光学元件为平板状。
13.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该第三光学元件为曲面结构。
14.如权利要求13所述的照明装置，其特征在于：该曲面结构为一双曲面结构。
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