一种非对称光分布照明光学系统及照明装置的制作方法

本实用新型涉及照明系统技术领域，特别是涉及一种非对称光分布照明光学系统。本实用新型还涉及一种照明装置。

背景技术：

现有技术中，应用于桌面照明的照明光源，主流使用的为直下式对称光分布光学系统，这种直下式对称光分布光学系统的结构主要包括一块不带任何光学器件的裸led电路板以及出光面扩散面板，这种照明光学系统存在以下缺点：光学系统投射出的光照度分布为近似朗伯分布的对称分布，最大照度点在光源出光面正下方，而在用户办公的区域光照度迅速下降，也就是说照明系统投射出的很大部分光没有投射在需要照明的区域，可见这种照明光学系统投射出的光实际利用率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种非对称光分布照明光学系统，能够将光投射到需要照明的区域，能够提高投射光的有效利用率。本实用新型还提供一种包括上述非对称光分布照明光学系统的照明装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种非对称光分布照明光学系统，包括电路板和导光部，所述电路板设置有用于产生光的发光体，所述导光部包括入光凹槽、位于所述入光凹槽两侧的反射面以及位于所述导光部背向所述入光凹槽一侧的出光面；

所述入光凹槽的内表面包括曲面，所述曲面用于引导所述发光体投射到所述曲面的光从所述导光部的出光面透射出，并调控该部分光在所述曲面的出射角度；

所述反射面用于引导所述发光体投射入所述入光凹槽内的且未投射到所述曲面的光从所述导光部的出光面透射出，并调控该部分光在所述反射面的出射角度。

优选的，所述曲面包括相互连接的第一曲面和第二曲面，所述第一曲面用于调控所述发光体投射到所述第一曲面的光在所述第一曲面的出射角度，所述第二曲面用于调控所述发光体投射到所述第二曲面的光在所述第二曲面的出射角度。

优选的，以被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向为+z轴方向建立三维直角坐标系，所述电路板的发光体对应朝向所述入光凹槽，所述第一曲面用于将所述发光体投射到所述第一曲面的光在所述第一曲面的出射角度限制在相对于+z轴为0度到δ1度的范围内，所述第二曲面用于将所述发光体投射到所述第二曲面的光在所述第二曲面的出射角度限制在相对于+z轴为δ2度到δ3度的范围内。

优选的，所述导光部包括位于所述入光凹槽一侧的第一反射面以及位于所述入光凹槽另一侧的第二反射面；

以被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向为+z轴方向建立三维直角坐标系，所述电路板的发光体对应朝向所述入光凹槽，所述第一反射面用于将所述发光体投射到所述入光凹槽内的、且未投射到所述曲面而投射到所述第一反射面的光在所述第一反射面的出射角度限制在相对于+z轴为α1度到α2度的范围内，所述第二反射面用于将所述发光体投射到所述入光凹槽内的、且未投射到所述曲面而投射到所述第二反射面的光在所述第二反射面的出射角度限制在相对于+z轴为α3度到α4度的范围内。

优选的，所述电路板的发光体对应朝向所述入光凹槽，所述电路板相对于被照明光学系统照明的工作面之间具有γ度夹角。

优选的，所述曲面包括相互连接的第一曲面和第二曲面，以被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向为+z轴方向建立三维直角坐标系，所述电路板的发光体对应朝向所述入光凹槽，在所述γ度夹角的作用下所述第一曲面将所述发光体投射到所述第一曲面的光在所述第一曲面的出射角度限制在相对于+z轴为γ度到γ+δ1度的范围内，所述第二曲面将所述发光体投射到所述第二曲面的光在所述第二曲面的出射角度限制在相对于+z轴为-γ+δ2度到-γ+δ3度的范围内。

优选的，所述导光部包括位于所述入光凹槽一侧的第一反射面以及位于所述入光凹槽另一侧的第二反射面；

以被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向为+z轴方向建立三维直角坐标系，所述电路板的发光体对应朝向所述入光凹槽，在所述γ度夹角的作用下所述第一反射面将所述发光体投射到所述入光凹槽内的、且未投射到所述曲面而投射到所述第一反射面的光在所述第一反射面的出射角度限制在相对于+z轴为γ+α1度到γ+α2度的范围内，所述第二反射面将所述发光体投射到所述入光凹槽内的、且未投射到所述曲面而投射到所述第二反射面的光在所述第二反射面的出射角度限制在相对于+z轴为-γ+α3度到-γ+α4度的范围内。

优选的，还包括设置在所述导光部朝向被照明光学系统照明的工作面一侧的、用于扰动出射光的出光面板。

优选的，所述出光面板包括微结构阵列，微结构阵列的微结构单体为凸起或者凹槽。

优选的，所述入光凹槽沿所述导光部长度方向设置，且所述入光凹槽沿导光部宽度方向的截面形状一致。

一种照明装置，包括如以上所述的非对称光分布照明光学系统。

由上述技术方案可知，本实用新型所提供的一种非对称光分布照明光学系统包括电路板和导光部，其中电路板设置有用于产生光的发光体，导光部设有入光凹槽、位于入光凹槽两侧的反射面和位于导光部背向入光凹槽一侧的出光面，入光凹槽的内表面包括曲面，发光体投射到曲面的光由曲面引导而从导光部的出光面透射出，并调控这部分光在曲面的出射角度，发光体投射到入光凹槽内的且未投射到曲面的光由反射面引导从导光部的出光面透射出，并且反射面调控这部分光在反射面的出射角度。本非对称光分布照明光学系统通过设计导光部入光凹槽内的曲面以及反射面的形状，能够调控光的传播方向，因此通过导光部能够调控照明光学系统出射光的传播方向，能够将光投射到需要照明的区域，进而提高投射光的有效利用率。

本实用新型提供的一种照明装置，能够达到上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种非对称光分布照明光学系统的示意图；

图2为本实用新型实施例中导光部调控光线的出射角度的示意图；

图3为本实用新型又一实施例提供的一种非对称光分布照明光学系统的示意图；

图4为本实用新型实施例中出光面板的微结构单体扰动出射光的原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

请结合图1所示，本实施例提供的一种非对称光分布照明光学系统包括电路板10和导光部20，所述电路板10设置有用于产生光的发光体11，所述导光部20包括入光凹槽21、位于所述入光凹槽21两侧的反射面23以及位于所述导光部背向所述入光凹槽一侧的出光面24。

所述入光凹槽21的内表面包括曲面22，所述曲面22用于引导所述发光体11投射到所述曲面22的光从所述导光部的出光面24透射出，并调控该部分光在所述曲面22的出射角度。

所述反射面23用于引导所述发光体11投射入所述入光凹槽21内的且未投射到所述曲面22的光从所述导光部的出光面24透射出，以调控该部分光在所述反射面23的出射角度。

其中，在电路板10上设置有发光体11，作为本照明光学系统的发光光源。导光部20是用于引导光传播的光学介质。

其中需要说明的是，光投射到曲面的出射角度是指光投射到曲面后发生折射，透过曲面的光线与预设方向之间的夹角。光投射到反射面的出射角度是指光投射到反射面后发生反射，反射光线与预设方向之间的夹角，预设方向是指被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向，比如被照明光学系统照明的工作面可能是用户工作的桌面。

发光体11朝向导光部的入光凹槽21发出光，一部分光会投射到入光凹槽的曲面22上，经曲面22透射入导光部20内并从出光面24传播出，曲面22能够调控这部分光的出射角度。另一部分光投射到入光凹槽21内表面的其它部分，透射入导光部20后入射到反射面23，经反射面23反射后从导光部的出光面24传播出，反射面23能够调控这部分光在反射面23的出射角度，从而调控这部分光的传播方向。

本非对称光分布照明光学系统通过设计导光部入光凹槽内的曲面以及反射面的形状，能够调控光的传播方向，因此通过导光部能够调控照明光学系统出射光的传播方向，能够将光投射到需要照明的区域，进而提高投射光的有效利用率。

在具体实施时，导光部20入光凹槽的曲面22可以是由多个相互连接的曲面构成，每一曲面能够调控投射光在曲面的出射角度，可以根据对光学系统出射光的传播方向的要求，对各个曲面的形状进行设计，使得照明光学系统出射光的传播方向符合要求。示例性的请参考图2，图2为一实施例中导光部沿宽度方向的截面示意图，导光部20入光凹槽的曲面22包括相互连接的第一曲面220和第二曲面221，第一曲面220用于调控所述发光体11投射到所述第一曲面220的光在所述第一曲面220的出射角度，所述第二曲面221用于调控所述发光体11投射到所述第二曲面221的光在所述第二曲面221的出射角度。

进一步具体的，参考图2所示，以被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向为+z轴方向建立三维直角坐标系，本实施例中电路板的发光体对应朝向入光凹槽，那么第一曲面220用于将发光体11投射到第一曲面220的光在所述第一曲面220的出射角度限制在相对于+z轴为0度到δ1度的范围内。就δ1正负性可定义如下：在第一曲面220的出射光线与+y轴的夹角小于90度，则δ1为正，在第一曲面220的出射光线与-y轴的夹角小于90度，则δ1为负。在实际应用中可根据需要设置第一曲面的具体形状来调节δ1，δ1一般选正值。

第二曲面221用于将发光体11投射到第二曲面221的光在所述第二曲面221的出射角度限制在相对于+z轴为δ2度到δ3度的范围内。就δ2和δ3正负性可定义如下：在第二曲面221的出射光线与-y轴的夹角小于90度，则δ2或者δ3为正，在第二曲面221的出射光线与+y轴的夹角小于90度，则δ2或者δ3为负。在实际应用中可根据需要设置第二曲面的具体形状来调节δ2和δ3，在实际设计中δ2一般取0度，但是也可以根据实际需要取为正值，δ3一般取正值。

在其它实施方式中可以设置入光凹槽的曲面20由其它数量的子曲面构成，可以根据对出射光传播方向的调控要求具体设置，也都在本实用新型保护范围内。

在具体实施时，导光部20具体包括位于入光凹槽21一侧的第一反射面230以及位于入光凹槽21另一侧的第二反射面231。第一反射面230用于调控发光体11投射到所述入光凹槽内的且投射到第一反射面230的光的出射角度。具体为第一反射面230用于将发光体11投射到所述入光凹槽内的、且未投射到所述曲面22而投射到第一反射面230的光在第一反射面230的出射角度限制在相对于+z轴为α1度到α2度的范围内。就α1和α2正负性可定义如下：在第一反射面230的反射光线与+y轴的夹角小于90度，则α1或者α2为正，在第一反射面230的出射光线与-y轴的夹角小于90度，则α1或者α2为负。在实际应用中可根据需要设置第一反射面的具体形状来调节α1和α2，在实际设计中α1一般取正值，α2依据实际需要可以取正值，也可以取0或者负值。

第二反射面231用于调控发光体11投射到所述入光凹槽内的且投射到第二反射面231的光的出射角度。具体为第二反射面231用于将发光体11投射到所述入光凹槽内的、且未投射到所述曲面22而投射到第二反射面231的光在第二反射面231的出射角度限制在相对于+z轴为α3度到α4度的范围内。就α3和α4正负性可定义如下：在第二反射面231的反射光线与-y轴的夹角小于90度，则α3或者α4为正，在第二反射面231的出射光线与+y轴的夹角小于90度，则α3或者α4为负。在实际应用中可根据需要设置第二反射面的具体形状来调节α3和α4，在实际设计中α3一般取正值、α4一般取负值。

因此，本实施例非对称光分布照明光学系统通过导光部的入光凹槽内的曲面以及在入光凹槽两侧的反射面，通过设计导光部入光凹槽内的曲面以及反射面的形状，能够调控光的传播方向，因此通过导光部能够调控照明光学系统出射光的传播方向，能够调控发光体发出光的传播方向。

在优选实施方式中，请参考图3所示，本照明光学系统中电路板10的发光体11对应朝向入光凹槽21，可设置电路板10相对于被照明光学系统照明的工作面30具有夹角，电路板10相对于被照明光学系统照明的工作面30具有的夹角度数γ大于0度，优选小于60度，但是在一些特殊应用需求情况中夹角γ可设置大于60度。

本实施方式中，以被照明光学系统照明的工作面的背向照明光学系统的法线方向为+z轴方向建立三维直角坐标系，那么由于电路板的倾角会对导光部各曲面出射光的出射角度产生叠加作用，比如在上述入光凹槽21的曲面22包括第一曲面220和第二曲面221的情况下，电路板10相对于被照明光学系统照明的工作面30具有的夹角为γ度，会使得第一曲面220将发光体11投射到所述第一曲面220的光在第一曲面220的出射角度限制在相对于+z轴为γ度到γ+δ1度的范围内，使得第二曲面221将发光体11投射到第二曲面221的光在第二曲面221的出射角度限制在相对于+z轴为-γ+δ2度到-γ+δ3度的范围内。

另外，由于电路板10相对于被照明光学系统照明的工作面30具有夹角γ，会使得第一反射面230将发光体11投射到入光凹槽内的且未投射到所述曲面22、而投射到第一反射面230的光在第一反射面230的出射角度限制在相对于+z轴为γ+α1度到γ+α2度的范围内，会使得第二反射面231将发光体11投射到入光凹槽内的且未投射到所述曲面22、而投射到第二反射面231的光在第二反射面231的出射角度限制在相对于+z轴为-γ+α3度到-γ+α4度的范围内。

因此，本实施例非对称光分布照明光学系统通过导光部的入光凹槽内的曲面以及在入光凹槽两侧的反射面，通过设计导光部入光凹槽内的曲面以及反射面的形状，并结合将电路板相对于被照明光学系统照明的工作面设置倾角，能够调控照明光学系统出射光的传播方向，能够将光投射到需要照明的区域，进而提高投射光的有效利用率。

进一步优选的，本实施例非对称照明光学系统还包括设置在所述导光部朝向被照明光学系统照明的工作面一侧的、用于扰动出射光的出光面板。所述出光面板包括微结构阵列，微结构阵列的微结构单体为凸起或者凹槽。具体请参考图4，图4为出光面板的微结构单体扰动出射光的原理示意图，如图所示，图中n1n2表示微结构单体表面p点的法线，ip表示入射光线，po表示出射光线。出射光线与入射光线关于法线遵守斯涅尔定律：sin(∠opn1)＝rf*sin(∠ipn2)，rf表示出光面板所用材质对空气的相对折射率。当微结构单体表面p点处的坐标数据确定，那么出射光线相对于入射光线的扰动量或者说偏离角δθ＝∠opn1－∠ipn2就是确定的。因此可以通过设定合适的微结构单体表面形状，来确定对入射光线或者说出光面板出射光线的扰动量，因此，出光面板对来自导光部的光线的扰动是受控的，使得由出光面板投射出的光的出射角度范围是受控的，有利于截光设计。

在具体实施时，优选微结构单体的表面为弧面，微结构单体的横截面形状可以是圆形或者正多边形，或者也可以是其它形状，都在本实用新型保护范围内。另外微结构单体的表面也可以不是弧面，可以根据应用需求相应设计微结构单体的表面形状。可选的，出光面板可以是塑胶出光面板，可以采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)面板、聚碳酸酯(pc)面板、硅胶面板或者abs塑料面板等。

优选的，出光面板可采用透明塑料材质面板，这样来自发光体和导光部的光线经过出光面板后相关色温值基本不会改变，即透明的出光面板对来自发光体和导光部的光线的相关色温基本不会造成扰动，因此也有利于出射光线目标相关色温的调控。

进一步具体的，本实施例非对称光分布照明光学系统中，入光凹槽沿导光部长度方向设置，且所述入光凹槽沿导光部宽度方向的截面形状一致，这样能够将电路板上的发光体阵列依次紧密地对应排列在入光凹槽内，有利于控制光学系统的尺寸，有利于系统结构紧凑。

可选的，在电路板上设置的发光体可以是led灯珠。

相应的，本实用新型实施例还提供一种照明装置，包括如以上所述的非对称光分布照明光学系统。

本实施例提供的照明装置，采用的非对称光分布照明光学系统通过设计导光部入光凹槽内的曲面以及反射面的形状，能够调控光的传播方向，通过导光部能够调控照明光学系统出射光的传播方向，因此本实施例照明装置能够将光投射到需要照明的区域，提高投射光的有效利用率。

可选的，本实施例照明装置应用于工作桌面照明，比如可以是用于学生读写作业的台灯，或者可以是用于电脑显示器的挂灯等。

以上对本实用新型所提供的一种非对称光分布照明光学系统及照明装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。