一种光学元件、光学模组及照明灯具的制作方法

本实用新型涉及一种光学元件、光学模组及照明灯具。

背景技术：

照明是利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。利用太阳和天空光的称“天然采光”；利用人工光源的称“人工照明”。照明的首要目的是创造良好的可见度和舒适愉快的环境。

随着照明市场的蓬勃发展，各种类型的照明灯具层出不穷。相较于传统光源，LED照明具有体积小、节能、寿命长、高亮度、环保等特点。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来的发簪趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。

现有技术中，通常采用侧入光式的导光板实现上和/或下方向的出光，并尽可能实现均匀配光。即，发光源的出射光线自导光板的侧边入射后，自与侧边邻接的一对上和/或下表面(出光面)出射。然而，导光板需要在出光面表面进行激光或镭射打点并进行丝印、硬化等工序，因此工序繁多导致成本高昂。

因此，亟需一种能够解决或至少部分解决以上问题的光学元件、光学模组及照明灯具。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种低成本、结构简单的光学元件。

本实用新型的又一目的在于提供一种具有上述光学元件的光学模组。

本实用新型的又一目的在于提供一种具有上述光学模组的照明灯具。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种光学元件，其包括侧入光面，用于接受一发光源的入射光线；出光面，邻接所述侧入光面；其中出光面设置有微结构组合，其包括n个微结构，微结构配置为每一微结构处出射的出射光线的光能大致为入射光线的总光能的1/n，其中n≥2。

优选地，所述微结构为凹槽，自出光面凹陷形成，其中所述凹槽具有宽度和深度，所述宽度与该凹槽距离侧入光面的距离成反比，所述深度与该凹槽距离侧入光面的距离成正比。

优选地，所述微结构为突起，自出光面突出形成，其中所述凸起具有宽度和高度，所述宽度与该突起距离侧入光面的距离呈反比，所述高度与该突起距离侧入光面的距离成正比。

优选地，所述光学元件包括沿第一方向延伸的主体部及自主体部一端沿与第一方向垂直的第二方向延伸的侧部，所述主体部具有相对设置的上、下表面，所述出光面为上表面或下表面，所述侧入光面形成于所述侧部。

优选地，所述主体部的上表面或下表面为出光面，则另一表面为平面。

优选地，所述凹槽沿第二方向延伸并彼此平行设置。

优选地，所述凹槽为具有变化曲率的弧形曲面，当入射光线的入射角满足发生全反射并继续在光学元件内进行传播，否则自出光面折射并出射；其中i：入射角；n1：光学元件的折射率。

本实用新型第二方面提供一种光学模组，其包括光源模组及如上任一项所述的光学元件，其中所述光源模组包括发光源，该发光源面对所述光学元件的侧入光面。

优选地，所述发光源为发光二极管，光源模组包括光源基板及贴设于光源基板的至少一个发光二极管。

优选地，所述发光源为冷阴极荧光灯管。

优选地，还包括反射元件，其设置于与出光面相对的光学元件的主体部的另一表面。

优选地，还包括扩散罩，其设置于出光面侧，并具有高透过率。

优选地，所述扩散罩的一次透过率为65％-80％。

本实用新型第三方面提供一种照明灯具，其包括如上任一项所述的光学膜组模组及收容所述光学模组的底盘。

本实用新型所提供的光学元件、光学模组及照明灯具，结构简单、成本低廉并易于加工。

附图说明

图1为符合本实用新型优选实施方式的照明灯具的立体视图；

图2为图1所示的照明灯具的立体分解图；

图3为符合本实用新型优选实施方式的照明灯具的剖视图；及

图4为符合本实用新型优选实施方式的光学元件的光路示意图。

具体实施方式

下面结合符合和优选实施方式，对本实用新型做进一步详细描述。以下优选实施方式用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上方”、“下方”、“上下方向”、“左右方向”、“前后方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

请参阅图1至图3，符合本实用新型优选实施方式的照明灯具100包括底盘1、收容于底盘1内的光学元件4、光源模组3及分别位于光学元件4上方及下方的反射元件2及扩散面罩5。其中，所述光源模组3及光学元件4组成本实用新型的光学模组。

光源模组3可以是若干发光二极管贴设于光源基板组成，或为冷阴极荧光灯管。于本实用新型优选实施方式中，光源模组3包括设置于竖直平面内的光源基板30及沿该光源基板30的主要延伸方向(下文界定为第二方向)设置的若干发光源31。

光学元件4，于本实用新型优选实施方式中，为棱镜板。该棱镜板4包括侧入光面41、及邻接所述侧入光面41的出光面42。于本实用新型优选实施方式中，光学元件4包括沿第一方向延伸形成的主体部40及自主体部40一端沿与第一方向垂直的第二方向延伸形成的侧部44，所述侧入光面41形成于所述侧部44，所述出光面42为主体部40相对上、下表面中的下表面。所述光源模组3与该侧部44相对，且发光源31的出射光线作为光学元件4的入射光线自该侧部44的侧入光面41入射，并在主体部40内发生全反射及折射。于主体部40的上表面一侧(上表面具体为平面)，设置有反射元件2，于本实用新型优选实施方式中，该反射元件2为反射纸，用于将全反射至上表面的入射光线反射至出光面42的方向。此外，出光面42设置有微结构组合，其配置为沿所述第二方向延伸并彼此平行的若干凹槽状微结构420，凹槽自出光面42凹陷形成。进一步地，通过设计每一个凹槽微结构420的宽度、深度及面型和相邻两个微结构420之间的间距，使得经过每一微结构420的入射光线发生折射后的出射光能量大致相同，为微结构420的个数的倒数，如果设微结构420的数目为n，则每一微结构420处出射的出射光线的光能为入射光线的总光能的1/n。由于本实用新型的光学元件42采用软件进行模拟，并每次设置不同的参数(宽度、深度、间距等参数)，由此模拟得到最终的光学元件4的微结构420的分布，因此只要按照最终模拟得到的微结构构型，即可一次成型得到光学元件4，并保证每一微结构420处的出光能量大致相等。因此，再经过扩散面罩5的匀光后，可以保证照明灯具100各处的出射光线均匀。于其他优选实施方式中，微结构420还可以是相互平行的若干突起，其自出光面42突出形成。同理，通过设计每一个突起微结构420的宽度、高度及面型和相邻两个微结构420之间的间距，使得经过每一微结构420的入射光线发生折射后的出射光能量大致相同，为微结构420的个数的倒数，如果设微结构420的数目为n，则每一微结构420处出射的出射光线的光能为入射光线的总光能的1/n。由于本实用新型的光学元件42采用软件进行模拟，并每次设置不同的参数(宽度、高度、间距等参数)，由此模拟得到最终的光学元件4的微结构420的分布，因此只要按照最终模拟得到的微结构构型，即可一次成型得到光学元件4，并保证每一微结构420处的出光能量大致相等。因此，再经过扩散面罩5的匀光后，可以保证照明灯具100各处的出射光线均匀。

具体地，请参阅图4，为光学元件4的光路图，发光源31发出的入射光线从侧入光面41进入棱镜板4后，在棱镜板4内部传播到第一个微结构420之前绝大部分光线都以全反射的方式传播，在第一个微结构420处由于微结构420的存在，破坏了一小部分入射光线的全反射条件，使这一小部分光线不满足全反射条件而折射出棱镜板4，其余的大部分入射光线还是会以全反射的方式在棱镜板4内部传播到第二个微结构420处，在第二个微结构420处又会有一小部分入射光线不满足全反射条件而折射出棱镜板4，其余的大部分入射光线还是会以全反射的方式继续传播到第三个微结构420处……，依次传播下去。因此，具体地，微结构组合为多个不同凹槽状微结构420非等距离排列而成。于本实用新型优选实施方式中，凹槽微结构420的数目为96个，然而于其他优选实施方式中，凹槽微结构420的数目不限于此，优选为大于等于2个。通过设计优化微结构420的宽度、深度及彼此间的间距，使出射的这部分出射光线的光强占总光强的1/96，其余的大部分入射光线还是会以全反射的方式在棱镜板4内部传播到第二个微结构420处，在第二个微结构420处又会有一小部分光线出射，通过设计优化第二个微结构420，使出射的这部分出射光线的光强也为总光强的1/96，其余的入射光线还是会以全反射的方式继续传播到第三个微结构420处……，依次传播下去。如此，通过设计每一个凹槽状微结构420的宽度、深度以及凹槽的面型和相邻两个凹槽的间距等，保证从每个微结构420折射出来的光线能量大致相同(都为总光强的1/96，也就是微结构420数目n的倒数)，再经过扩散罩5的混光作用，即可实现照明灯具100为出光表面亮度均匀、厚度超薄的面板灯具。同时通过微结构420的面型，可以控制光线的折射方向，再选用透过率较高的扩散罩5(一次透过率优选在75％-80％之间，还可以优选为65％-80％)使照明灯具100的整灯角度控制在90°左右，有效减小眩光UGR值。如上所述，微结构420还可以是突起，同样可以配置其宽度、高度、面型以及间距。此处不再敷述。

以微结构420为凹槽为例，所述微结构420面型为特殊设计的具有变化曲率的弧形曲面，入射光线在棱镜板4内部入射到微结构420上时，不同的入射角会有不同的偏折方向，通过优化微结构420面型的曲率来控制光线折射方向，入射光线在棱镜板4内部传播时遵循折射定律(请参阅图4)：n₁sin i₁＝n₂sinθ₁，当入射角时发生全反射，入射光线折回到棱镜板4内部，在棱镜板4的主体部40内部继续传播。其中：

i：入射角；θ：折射角

n1：光学元件4的折射率

n2：空气的折射率

i1：经过第一个微结构420的入射角

θ1：经过第一微结构420的折射角

由于本实用新型对于上述微结构420的设计目标是使从每个凹槽状微结构420出射的光线能量都大致相同(本实例中共有96个微结构，所以每个凹槽微结构出射的光线能量都为总光强的1/96)，第一个微结构420使传播到其附近的总光线能量的1/96的光线自出光面42出射，剩余的95/96的总能量发生全反射继续在棱镜板4内部传播，直至传播到第二个微结构420处，第二个微结构使传播到其附近的总光线能量的1/95的光线自出光面42出射(此时第二个微结构处出射的光线能量占总能量的1/95*95/96＝1/96)，剩余的94/96的总能量发生全反射继续在棱镜板4内部传播，直至传播到第三个微结构420处，第三个微结构420使传播到其附近的总光线能量的1/94的光线自出光面42出射(第三个微结构420处出射的光线能量占总能量的1/94*94/95*95/96＝1/96)，剩余的93/96的总能量发生全反射继续在棱镜板4内部传播……，光线依据此能量分配比例在棱镜板4内部不停地传播下去，直至传播到最后一个微结构420，此时所有光线全部出射。这就要求锯齿状凹槽微结构420的凹槽宽度、深度、面型曲率都各不相同，并且距离光源模组3越近的凹槽，其深度越小、凹槽宽度越大；距离光源模组3越远的凹槽，其深度越大、凹槽宽度越小，也就是微结构的凹槽深度与距离侧入光面41之间的距离呈正比，而凹槽的宽度则与距离侧入光面41之间的距离呈反比。这种凹槽逐渐变化的设计保证了每个微结构420处的出光比例都大致相同，从而实现灯具表面亮度均匀的发光效果。

应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。