一种透镜柱及使用该透镜柱的照明系统的制作方法
【专利摘要】一种透镜柱及使用该透镜柱的照明系统包括至少一个LED模组，以及至少一个分别与所述LED模组对应的被照射面。所述LED模组包括至少一个LED灯和一个设置在该LED灯出光方向上的透镜柱。所述透镜柱包括一个主光轴，一个第一副光轴，以及一个第二副光轴。在任意一个沿所述透镜柱径向的截面上，所述第一、第二副光轴分别设置在所述主光轴的两侧，且所述第一副光轴对应的透镜为正透镜，所述第二副光轴所对应的透镜为负透镜。正透镜射出的光由于射向离LED模组较远处会比负透镜射向离LED模组较近处由于路程远会有更大的衰减，从而可以相互中和使离LED模组较近处与离LED模组较远处有基本相同的照度。
【专利说明】 一种透镜柱及使用该透镜柱的照明系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种照明系统，特别是一种可以提供均匀照度的透镜柱及使用该透镜柱的照明系统。
【背景技术】
[0002]在一般的日常生活中，随处都可见到各种照明设备，例如，日光灯、路灯、台灯、艺术灯等。在上述的照明设备中，传统上大部分是以钨丝灯泡做为发光光源。近年来，由于科技日新月异，已利用发光二极管(LED)作为发光来源。甚者，除照明设备外，对于一般交通号志、广告牌、车灯等，亦都改为使用发光二极管做为发光光源。如前所述，使用发光二极管作为发光光源，其好处在于省电，且亮度更大，故于使用上已逐渐普通化。
[0003]如图1所示，为一种现有技术中使用LED作为光源的照明系统的光路示意图。该照明系统包括一个被照射面1，一个设置在该被照射面I 一侧的LED光源2。该LED光源2包括一个出光面3，该出光面3射出无数灯光线4并照射在被照射面I上。可以想到的是，无论所述LED光源2放置在被照射面I的哪个位置，出光面3射出的光线4中的一部分一定会射向被照射面I的近端，而另一部分则一定会射向被照射面I的远端。正是由于以上不可避免的光线照射结构，射向被照射面I近端的光线相对于射向被照射面I远端的光线衰减将较小，而无论是射向远端的光线还是射向近端的光线，其初始亮度值是相等的，因此会导致由于被照射面I相对于LED光源2的远近不同，其明亮度也不同，即被照射面I各处的照度不同。
[0004]这种不均匀的光照效果对于一些场合，如展览厅、展示会，又或是一些商场中的照明场合，由于光照效果不均匀，即照度不均匀将会降低被展示的物品给参观者或购买者视觉效果，从而降低展示物品给人视觉上的品质感。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，有必要提供一种可以提供均匀照度的透镜柱及使用该透镜柱的照明系统，以克服上述不足。
[0006]一种透镜柱包括一个主光轴、一个第一副光轴，以及一个第二副光轴。在任意一个沿所述透镜柱径向的截面上，所述第一、第二副光轴分别设置在所述主光轴的两侧，所述第一副光轴对应的透镜为正透镜，所述第二副光轴所对应的透镜为负透镜。
[0007]一种照明系统包括至少一个LED模组，以及至少一个分别与所述LED模组对应的被照射面。所述LED模组包括至少一个LED灯和一个设置在该LED灯出光方向上的透镜柱。所述透镜柱包括一个主光轴，一个第一副光轴，以及一个第二副光轴。在任意一个沿所述透镜柱径向的截面上，所述第一、第二副光轴分别设置在所述主光轴的两侧，且所述第一副光轴对应的透镜为正透镜，所述第二副光轴所对应的透镜为负透镜。
[0008]与现有技术相比，当所述第一副光轴所对应的正透镜的出射光射向被照射面相对于LED模组较远的一侧，而所述第二副光轴所对应的负透镜的出射光射向被照射面相对于LED模组较近的一侧，因此对于被照射面相对于LED模组较近和较远的两侧的同样大小的受光区域内，被照射面相对于LED模组较远的一侧比较近的一侧将接收更多的光，但是正透镜射出的光由于射向离LED模组较远处会比负透镜射向离LED模组较近处由于路程远会有更大的衰减，从而可以相互中和使离LED模组较近处与离LED模组较远处有基本相同的照度。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]以下结合附图描述本发明的实施例，其中:
[0010]图1为现有技术的照明系统的光路结构示意图。
[0011]图2为本发明第一实施例所提供的一种透镜柱及使用该透镜柱的照明系统所包括的LED模组的结构示意图。
[0012]图3为图2的LED模组的截面结构示意图。
[0013]图4为图2的使用该透镜柱的照明系统的光路结构示意图。
[0014]图5为本发明第二实施例所提供的一种透镜柱及使用该透镜柱的照明系统所包括的LED模组的结构示意图。
[0015]图6为图5的LED模组的截面结构示意图。
[0016]图7为本发明第三实施例所提供的一种透镜柱及使用该透镜柱的照明系统所包括的LED模组的结构示意图。
[0017]图8为图7的LED模组的截面结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅作为实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
[0019]请参阅图2至图4，其为本发明第一实施例提供的一种照明系统100的结构示意图。所述照明系统100包括至少一个LED模组10，以及至少一个分别与每一个LED模组10对应的被照射面20。在实际应用中，所述LED模组10可能会包括多个，这可以根据被照射面20的大小或多少来确定。在本实施例中，仅为了详细说明本发明，故仅示出一个LED模组10和一个与该LED模组10相对应的被照射面20。可以想到的是，该照明系统100还包括其他元器件，如柜体、用于设置LED模组10的灯架，灯罩等组件，以及用于给LED模组10供电的电源等等，因为诸如此类的组件不为本发明的重点，在此不再赘述。
[0020]所述LED模组10包括至少一个LED灯12和一个设置在该LED灯12出光方向上的透镜柱11。
[0021]所述透镜柱11包括一个主光轴111，一个第一副光轴112，以及一个第二副光轴113。所述透镜柱11为拉伸结构，即该透镜柱11为由一个截面沿该截面的法线方向拉伸成型。先来阐述所述主光轴111、第一副光轴112，以及第二副光轴113三者之间的关系。众所周知的是，因为光轴是光学设计的导向，因此，在设计所述透镜柱11时首先会选定一条主光轴111，对于普通透镜，如经典凸透镜，其具有一条实际存在的主光轴，而在本实施例中，所述主光轴111为虚拟光轴，其仅作为光学设计的参照。在任意一个沿该透镜柱11径向的截面上，所述第一副光轴112与第二副光轴113分别设置在所述主光轴111的两侧。同时在任意一个沿透镜柱11径向的截面上，所述第一副光轴112所对应的透镜为正透镜，而所述第二副光轴113所对应的透镜为负透镜。当然所述透镜柱11所包括的第一副光轴112所对应的透镜与第二副光轴113所对应的透镜是一体成型的，以保护该透镜柱11所发出的光的均匀性。所述主光轴111、第一副光轴112，以及第二副光轴113有多种不同的配置方式，具体包括但不限于以下几种方式。如所述主光轴111、第一副光轴112、以及第二副光轴113汇聚于一点，还可以为所述主光轴111与所这第一副光轴112汇聚于一点，而所述主光轴111与第二副光轴113汇聚于另一点。而对于所述主光轴111分别与所述第一、第二副光轴112、113汇聚于两个不同点的情况，所述第一副光轴112会与第二副光轴113的延长线汇聚于一点，或者第二副光轴113与第一副光轴112的延长线汇聚于一点。另外，根据配光的要求，所述第一副光轴112还可以与第二副光轴113垂直。还可以想到的是，所述第一、第二副光轴112、113可以汇聚于一点,而所述主光轴111与所述第一、第二副光轴112、113中的一条副光轴汇聚于另一点，且所述主光轴111与另一条副光轴平行。在本实施例中，所述主光轴111、第一副光轴112以及第二副光轴113汇聚于一点,且第一、第二副光轴112、113不垂直。接下来阐述所述第一、第二副光轴112、113各自所对应的透镜的结构形状。如图3所示，第一实施例所提供的透镜柱11的入光面可以为一个平面，第一副光轴112所对应的透镜的出光面可以为一个由抛物线拉伸所形成的凸面，该凸面相对于作为入光面的平面为正曲率。因此由所述平面构成的入光面和由所述抛物线拉伸所形成的凸面构成所述第一副光轴112所对应的正透镜。同样，所述第二副光轴113所对应的透镜的入光面也是一个平面，而出光面为一个由抛物线拉伸所形成的凹面，即该凹面相对于平面为负曲率。因此由所述平面构成的入光面和由所述抛物线拉伸所形成的凹面构成所述第二副光轴113所对应的负透镜。
[0022]所述LED(Light Emitting D1de)灯12是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光能。关于LED灯12的相关技术为本领域技术人员所习知，在此不再赘述。该LED灯12的中心设置在透镜柱11的主光轴111上，由于在本实施例中，由于所述主光轴111、第一副光轴112以及第二副光轴113汇聚于一点，所述LED灯12则设置在该主光轴111、以及第一、第二副光轴112、113的汇聚点上。根据配光的要求，可以通过改变第一副光轴112与主光轴111的角度以及第二副光轴113与主光轴111的角度的大小的比例来配置所述LED灯12分配到所述第一副光轴112所对应的正透镜以及第二副光轴113所对应的负透镜上的光量的多少的比例，从而来适应各种不同的配光要求，因此所述LED灯12所具有的灯光轴可以与透镜柱11的主光轴重合，也可以与透镜柱11的主光轴相交。可以理解的是，当所述主光轴111与第一副光轴112及第二副光轴113分别汇聚于不同点时，可以分别在所述主光轴111与第一、第二副光轴112、113的两个汇聚点设置两个LED灯12，以达到所需要的配光要求。
[0023]所述被照射面20为所述LED模组10照射的位置，其可以为平面，也可以为曲面。在本实施例中，仅为了举例说明本发明，该被照射面20为平面。该被照射面20可以为博物馆中所要照亮的画等物品，也可以是在超级市场中冰柜中的贩卖品。如图4所示，当安装所述LED模组10时，应当将所述透镜柱11的主光轴111垂直于或至少不能平行于所述被照射面20，从而可以使所述第一、第二副光轴112、113所对应的正负透镜的出光面的出射光射向所述被照射面20。众所周知的是，正透镜对光有会聚作用，而负透镜对光有发散作用，因此所述第一副光轴112所对应的正透镜的出射光应当射向被照射面20相对于LED模组10较远的一侧，而所述第二副光轴113所对应的负透镜的出射光应当射向被照射面20相对于LED模组10较近的一侧。现说明该照明系统100的工作原理。如图4所示，其为所述照明系统100的光路图。在该透镜柱11中，由于所述第一副光轴112所对应的正透镜的出射光射向被照射面20相对于LED模组10较远的一侧，而所述第二副光轴113所对应的负透镜的出射光射向被照射面20相对于LED模组10较近的一侧，因此对于被照射面20相对于LED模组10较近和较远的两侧的同样大小的受光区域内，被照射面20相对于LED模组10较远的一侧比较近的一侧将接收更多的光，但是正透镜射出的光由于射向离LED模组10较远处会比负透镜射向离LED模组10较近处由于路程远会有更大的衰减，从而可以相互中和使离LED模组10较近处与离LED模组10较远处有基本相同的照度。在这里，需要说明“基本相同”的意思，该基本相同是指虽然用照度仪器测量离LED模组10较远或较近的被照射面20的两侧，其照度值可能不完全一样，但是对于人们肉眼观察则难以察觉这种不同，从而达到对于人们的视觉来说，被照射面20的光照效果即照度是一致的。
[0024]如图5所示，为本发明第二实施例所提供的照明系统的结构示意图。所述照明系统包括至少一个LED模组30，以及至少一个与每一个LED模组30分别对应的被照射面40。所述LED模组30包括一个透镜柱31，和至少一个与该透镜柱31搭配使用的LED灯32。所述透镜柱31包括一个主光轴311, —个第一副光轴312,以及一个第二副光轴313。
[0025]所述第二实施例的照明系统与第一实施例的照明系统100的区别在所述第一副光轴312所对应的正透镜与第一副光轴313所对应的负透镜的结构形状不同，其他结构及工作原理皆相同。因此，在这里仅对其不同点进行说明，其他可以参照第一实施例。如图6所示，所述第一副光轴312所对应的正透镜的入光面为一平面，出光面为一个由抛物线拉伸所形成的凸面，该凸面相对于作为入光面的平面的曲率为正曲率。因此由所述平面构成的入光面和由所述抛物线拉伸所形成的凸面作为出光面构成所述第一副光轴312所对应的正透镜。所述第二副光轴313所对应的负透镜的入光面为一个凹面，而出光面也为一个由抛物线拉伸所形成的凹面。在该负透镜中，所述作为入光面的凹面，沿出光方面为正曲率，而作为出光面的凹面相对于入光面的凹面也为正曲率。因此，由所述凹面构成的入光面和由所述相对于入光面为正曲率的凹面构成所述第二副光轴313所对应的负透镜。
[0026]如图7所示，为本发明第三实施例所提供的照明系统的结构示意图。所述照明系统包括至少一个LED模组50，以及至少一个与每一个LED模组50分别对应的被照射面60。所述LED模组50包括一个透镜柱51，和至少一个与该透镜柱51搭配使用的LED灯52。所述透镜柱51包括一个主光轴511，一个第一副光轴512，以及一个第二副光轴513。
[0027]所述第二实施例的照明系统与第一实施例的照明系统100的区别在所述第一副光轴512所对应的正透镜与第一副光轴513所对应的负透镜的结构形状不同，其他结构及工作原理皆相同。因此，在这里仅对其不同点进行说明，其他可以参照第一实施例。如图8所示，所述第一副光轴512所对应的正透镜的入光面为一平面，出光面为一个由抛物线拉伸所形成的凸面，该凸面相对于作为入光面的平面的曲率为正曲率。因此由所述平面构成的入光面和由所述抛物线拉伸所形成的凸面作为出光面构成所述第一副光轴512所对应的正透镜。所述第二副光轴513所对应的负透镜的入光面为一个凹面，该凹面沿出光方向的曲率为正曲率。而其出光面可以为一个平面或凹面。当所述出光面为凹面时，其沿出光方向的曲率为负曲率。在本实施例中，所述出光面为平面。因此由所述凹面所构成的入光面和由所述平面所构成的出光面共同形成所述第二副光轴513所对应的负透镜。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围的内。
【权利要求】
1.一种透镜柱，其包括一个主光轴，其特征在于:所述透镜柱还包括一个第一副光轴和一个第二副光轴，在任意一个沿所述透镜柱径向的截面上，所述第一、第二副光轴分别设置在所述主光轴的两侧，所述第一副光轴对应的透镜为正透镜，所述第二副光轴所对应的透镜为负透镜。
2.如权利要求1所述的透镜柱，其特征在于:所述主光轴与所述第一、第二副光轴汇聚于一点。
3.如权利要求1所述的透镜柱，其特征在于:所述主光轴与所述第一副光轴汇聚于一点，所述主光轴与所述第二副光轴汇聚于另一点。
4.如权利要求3所述的透镜柱，其特征在于:所述第一副光轴与所述第二副光轴的延长线汇聚于一点。
5.如权利要求1所述的透镜柱，其特征在于:所述第一、第二副光轴垂直。
6.如权利要求1所述的透镜柱，其特征在于:所述第一、第二副光轴汇聚于一点，所述主光轴与所述第一、第二副光轴中的一条副光轴汇聚于另一点，并与另一条副光轴平行。
7.一种照明系统，包括至少一个LED模组，以及至少一个分别与所述LED模组对应的被照射面，所述LED模组包括至少一个LED灯和一个设置在该LED灯出光方向上的透镜柱，所述透镜柱包括一个主光轴，一个第一副光轴，以及一个第二副光轴，在任意一个沿所述透镜柱径向的截面上，所述第一、第二副光轴分别设置在所述主光轴的两侧，且所述第一副光轴对应的透镜为正透镜，所述第二副光轴所对应的透镜为负透镜。
8.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于:所述主光轴与所述第一、第二副光轴汇聚于一点，所述照明系统包括一个LED灯，该LED灯设置在所述主光轴与第一、第二副光轴的汇聚点上。
9.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于:所述主光轴与所述第一副光轴汇聚于一点，所述主光轴与所述第二副光轴汇聚于另一点，所述照明系统包括两个LED灯，该两个LED灯分别设置在所述主光轴与第一副光轴的汇聚点上以及所述主光轴与第二副光轴的汇聚点上。
10.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于:所述正透镜射出的光射向被照射面相对于LED模组较远的一侧，所述负透镜射出的光射向被照射面相对于LED模组较近的一侧。
【文档编号】F21Y101/02GK104214672SQ201310226503
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】张发伟, 林万炯 申请人:林万炯