一种三面出光的光学元件以及带有该光学元件的货架灯的制作方法

本实用新型涉及照明技术领域，特别是一种三面出光的光学元件以及带有该光学元件的货架灯。

背景技术：

超市、商场、博物院、展览厅等场所会大量的使用到货架来摆放被展示的物品，在实际使用中，一般货架都会设置至少两层层板。这些层板之间的照明一般来自两个方向的光源，一是建筑物如超市，商场等的顶部的光源，二是设置在每一层层板中设置了光源。

同时，为了更好的展示商品或者标识售价，货架上一般设有标识牌，为了能更清楚地显示标识牌的内容，还可以将标识牌设置成发光的形式，例如给标识牌通电照明或者直接使用电子屏。无论采用哪种方式，都需要通电，常见通电的方式是通过导线与电源连接。

可以看出，上述光源和标识牌都需要通电，此时，需要设置很多导线来实现通电，会出现导线缠绕的问题，既不美观也不安全。为了解决上述问题，有研究者采用将部分光导入标识牌的方法，让一部分光透出照亮下层货架，另一部分光反射进入导光板，并由导光板导引至价格标签，实现一根led灯条同时点亮下层货架层板和价格标签等需要照明的立体空间。

同时为了提高货架中的照明效果，希望可以对货物进行上下两道光照亮，但是这样设置需要增加灯条的数量，增加成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种三面出光的光学元件以及带有该光学元件的货架灯，以解决上述技术问题。

一种三面出光的光学元件，包括：

矩形导光板，包括用于出光的正面、用于导光的底面、用于入光的第一侧面以及与第一侧面相对的第二侧面；

光源设置处，设置在所述底面的外侧靠近第一侧面的位置，带有设置光源的中心轴，所述光源的出光方向背向所述矩形导光板，所述光源包括靠近所述中心轴的小角度光线和远离所述中心轴的大角度光线；

平行光透镜组，设置在所述光源设置处靠近所述矩形导光板的一侧；

全反射透镜组，设置在所述平行光透镜组和第一侧面之间，将来自平行光透镜组的一部分平行光进行至少一次全反射后形成平行所述正面的第一平行光，所述第一平行光射入所述第一侧面以使所述第二侧面出光；同时将来自平行光透镜组的另一部分平行光进行至少两次全反射后形成倾斜所述正面的第二平行光，所述第二平行光射入所述第一侧面以使所述正面发光。

优选的，所述平行光透镜组包括至少一个沿着所述光源的出光方向排布的凸透镜。

优选的，所述凸透镜包括设置在所述光源设置处一侧的平直入射面和弧形出射面。

优选的，所述凸透镜还包括设置在平直入射面和中心轴之间的弧形入射面以及沿着出光方向设置在所述弧形入射面外侧的平行光全反射面，所述平行光全反射面的反射光朝向全反射透镜组。

优选的，所述平行光全反射面为弧形面。

优选的，所述全反射透镜组包括：

第一全反射面，设置在所述平行光透镜组远离光源一侧，全反射来自所述平行光透镜组的平行光；

第二全反射面，设置在第一全反射面靠近所述矩形导光板一侧，形成第一平行光；

第三全反射面，设置在所述第二全反射面相对侧，形成第二平行光。

优选的，所述第一全反射面对应的入射面设置在所述平行光透镜组和全反射透镜组之间。

优选的，所述第一全反射面对应的入射面为弧形面。

优选的，所述矩形导光板和全反射透镜组一体成型制造。

优选的，所述矩形导光板、全反射透镜组和平行光透镜组一体成型制造。

优选的，所述第二侧面设有光扩散结构。

优选的，所述底面设有多个条形的导光曲面，所述导光曲面沿着所述平行第一侧面方向延伸，沿着垂直第一侧面方向相互平行排布。

优选的，相邻导光曲面之间的间隔距离随着远离所述光源设置处的方向越来越小。

优选的，所述导光曲面光源设置处的曲率随着远离所述光源设置处的方向越来越大。

优选的，还包括设置在所述光源设置处的聚光透镜。

优选的，所述聚光透镜包括：

第一入射面，设置在所述光源设置处出光方向上的中间区域；

第二入射面，设置在所述光源设置处出光方向上远离所述矩形导光板的一侧；

第一出射面，沿着出光方向设置在所述第一入射面的外侧；

第四全反射面，设置在所述第二入射面和第一出射面，用于全反射来自所述第二入射面的光到第一出射面。

优选的，所述聚光透镜和平行光透镜组一体成型制造。

优选的，所述矩形导光板为加有扩散剂的扩散板。

一种货架灯，包括安装支架，印刷电路板，光源和设置在所述安装支架上的三面出光的光学元件。

优选的，还包括设置在所述光源外并与所述安装支架连接的灯罩。

优选的，所述光学元件和灯罩一体成型制造。

优选的，所述灯罩在垂直所述印刷电路板长度方向的平面中为封闭腔体。

优选的，所述灯罩与所述光学元件组合形成所述的封闭腔体。

优选的，所述印刷电路板设置在所述灯罩中并将其分为背向所述矩形导光板的出光区域和朝向所述矩形导光板的电气元件区域。

优选的，所述灯罩采用扩散灯罩。

本实用新型的技术效果：

本实用新型的三面出光的光学元件以及带有该光学元件的货架灯，除了光源进行照明外，矩形导光板的正面出光用于点亮标签牌，并且通过导光在矩形导光板的另一侧出光，从而在单一光源的情况下实现三面出光，提高货架上的照明效果。

附图说明

以下结合附图描述本实用新型的实施例，其中：

图1为实施例1的三面出光的光学元件的结构示意图。

图2为实施例1的三面出光的光学元件的光路示意图。

图3为实施例1的货架灯的结构示意图。

图4为实施例1的货架灯的立体结构示意图。

图5为实施例1的货架灯的爆炸结构示意图。

图6为实施例1的货架灯的剖视结构示意图。

图7为实施例1的三面出光的光学元件(加扩散膜)的结构示意图。

图8为实施例1的三面出光的光学元件(在另一个位置加扩散膜)的结构示意图。

图9为实施例2的三面出光的光学元件的结构示意图。

图10为实施例2的三面出光的光学元件的光路示意图。

图11为实施例3的三面出光的光学元件的结构示意图。

图12为实施例4的三面出光的光学元件的光路示意图。

具体实施方式

以下基于附图对本实用新型的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本实用新型实施例的说明并不用于限定本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1～8所示，本实施例的三面出光的光学元件，包括：矩形导光板100、光源设置处200、平行光透镜组300和全反射透镜组400。

矩形导光板100包括用于出光的正面101、用于导光的底面102、用于入光的第一侧面103以及与第一侧面103相对的第二侧面104；矩形导光板100用于照亮安装在其正面101上的标识牌，其原理和现有技术一样，矩形导光板100在底面102用印上导光单元，利用第一侧面103光源发出来的光在矩形导光板100表面的停留，当光线射到各个导光单元时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由矩形导光板100的正面101射出。通过各种疏密、大小不一的导光单元，可使正面101均匀发光。还可以设置反射片500将背面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率，导光单元的结构多样，为了方便加工，本实施例中，底面102设有多个条形的导光曲面1021，所述导光曲面1021沿着平行第一侧面103方向延伸，沿着垂直第一侧面103方向相互平行排布。为了在正面101出光均匀，相邻导光曲面1021之间的间隔距离随着远离所述光源设置处200的方向越来越小，导光曲面光源设置处200的曲率随着远离所述光源设置处200的方向越来越大。

光源设置处200设置在所述底面102的外侧靠近第一侧面103的位置，带有设置光源001的中心轴002，光源001的出光方向背向矩形导光板100，这是因为光源001需要照亮标签牌后方的货品，货品设置在层板上。

平行光透镜组300设置在光源设置处200靠近矩形导光板100的一侧，用于将设置在光源设置处200的光源001靠近矩形导光板100的一侧光调整成平行光。此处的平行光并不是指绝对的平行，而是相对的，可以使这部分光平行进入矩形导光板100并在第二侧面104出射，具体的，全反射透镜组400设置在平行光透镜组300和第一侧面103之间，将来自平行光透镜组300的一部分平行光进行至少一次全反射后形成平行所述正面101的第一平行光401，第一平行光射入所述第一侧面103以使所述第二侧面104出光；同时将来自平行光透镜组300的另一部分平行光进行至少两次全反射后形成倾斜所述正面101的第二平行光402，第二平行光射入所述第一侧面103以使所述正面101发光。

上述结构使本实施例的光学元件具有三面发光的效果，首先是在光源设置处200的光源001的光线003，照亮矩形导光板100一侧，正面101出光具有光线004，用于点亮标签牌，第二侧面104出光具有光线005，照亮矩形导光板100另一侧，从而在单一光源的情况下实现三面出光，提高货架上的照明效果。

平行光的形成可以通过各种形式，为了方便设计和制造，本实施例中，平行光透镜组300包括至少一个沿着所述光源001的出光方向排布的凸透镜301。凸透镜301可以讲光源001的出光调整成相对的平行光。

具体的，为了简化结构，凸透镜301包括设置在所述光源设置处200一侧的平直入射面3011和弧形出射面3012。

全反射透镜组400所设置的全反射面越多，光线转过的角度越大，可以根据需要进行设置，本实施例中，全反射透镜组400包括：第一全反射面403、第二全反射面404和第三全反射面405。具体的，第一全反射面403设置在平行光透镜组300远离光源一侧，全反射来自平行光透镜组300的平行光；第二全反射面404设置在第一全反射面403靠近矩形导光板100一侧，将来自第一全反射面403的平行光反射，一部分形成第一平行光401；第三全反射面405设置在所述第二全反射面相对侧，将来自第二全反射面404的平行光反射形成第二平行光402。

第一全反射面403对应的入射面设置在所述平行光透镜组300和全反射透镜组400之间。第一全反射面403对应的入射面为弧形面，可以进一步将来自平行光透镜组300的光进行调整，提高平行度，第一全反射面403对应的入射面也可以定义为其中一个凸透镜301。即本实施例中，凸透镜301设有两个。

上述的光学元件可以分体制造之后组装固定在一起，为了便于制造，使结构紧凑，矩形导光板100和全反射透镜组400一体成型制造。矩形导光板100的第一侧面103向光源设置处200延伸，形成全反射透镜组400，进一步优选的，矩形导光板100、全反射透镜组400和平行光透镜组300一体成型制造。

为了增加第二侧面104的照明范围，第二侧面104设有光扩散结构，将第一平行光401扩散后具有更大的出光角度。

本实施例的货架灯，包括安装支架600，印刷电路板700，灯罩800，光源001和设置在所述安装支架600上的三面出光的光学元件1000。

安装支架600用于将本货架灯安装到货架、冰柜、展柜等，可以通过螺栓等固定连接，也可以通过卡扣结构连接，还可以通过胶水粘接，为了方便安装和拆卸，本实施例中，安装支架600包括货架连接件601和条形型腔602。

货架连接件601用于连接货架层板，层板所在的平面为水平面，采用便于拆装的卡口结构，条形型腔602设置在货架连接件601上，条形型腔602包括透明的前挡板603和后挡板604，矩形导光板100设置在前挡板603和后挡板604之间。前挡板603和后挡板604一方面可以固定矩形导光板100，另一方面可以保护矩形导光板100，透明的前挡板603透光，照亮固定在其表面的标识牌，为了方便标识牌的固定和更换，前挡板603外表面设有可拆卸的标识牌夹板900，前挡603外表面的两端设有凸起的卡扣6032，标识牌夹板900的两端设有与卡扣6032配合的卡槽901，实现标识牌夹板900与前挡板603的固定，标识牌设置在标识牌夹板900与前挡板603之。

印刷电路板700用于设置光源001，固定在底面102的一侧，可以是上侧也可以是下侧，本实施例中，印刷电路板700设置在底面102的下侧，优选的，光源001的光轴002相对正面101所在平面的夹角为30°～90°，相对水平面向下倾斜的角度为40°～80°，这是因为标识牌一般设置在层板的最外侧，而光源001需要照亮的范围在层板内侧。光源001设置在印刷电路板700的光源安装面上，出光方向背向矩形导光板100，形成光线003，用于自上而下照亮层板。

灯罩800设置在光源001外并与安装支架600连接，灯罩800可以起到密封保护的作用，还可以起到均光的作用，灯罩的两侧还设有密封的端盖801。

为了简化结构，便于制造和安装，光学元件1000和灯罩800一体成型制造。特别是可以采用挤出成型的方式，制造成本低且具有良好的平滑度，提高出光效果，还可以采用多色挤出，根据不同的需要来调整光学元件1000和灯罩800的颜色，得到更好地出光效果。

为了便于安装和制造，本实施例中，前挡板603靠近全反射透镜组400的一侧向外延伸并向后挡板604方向弯曲形成第一固定件6031，后挡板604靠近全反射透镜组4000的一侧为第二固定件6041，一体制造的光学元件1000和灯罩500设置在第一固定件6031和第二固定件6041之间，货架连接件601为设置在后挡板604外侧的卡扣，与层板2000连接。

为了结构的紧凑性，本实施例中，平行光透镜组300设置在灯罩800中。为了提高密封防水效果，灯罩800在垂直印刷电路板700长度方向的平面中为封闭腔体。进一步优选的，灯罩800与光学元件1000组合形成的封闭腔体。本实施例中，封闭腔体为圆筒结构。

印刷电路板700设置在灯罩800中并将其分为背向矩形导光板100的出光区域802和朝向矩形导光板100的电气元件区域803。本实施例中，通过在封闭腔内部设置插槽的形式来安装印刷电路板700。

为了使结构更紧凑，本实施例中，灯罩700为半封闭结构，一端连接到第三全反射面405靠近矩形导光板100的一侧，另一端连接到第一全反射面403的入射面的顶部。

灯罩800采用扩散灯罩，矩形导光板100为加有扩散剂的扩散板，可以破坏部分光线的折射角度，使正面101出光效果更加均匀，第二侧面104达到线光源的出光效果，具体的，矩形导光板100中的扩散剂的比例0.2～1g/kg。

平行光透镜组300和全反射透镜组400优选采用透明材质，矩形导光板100的透光度比灯罩800高，因此，在一体成型时，需要采用三色挤出技术，为了更便于制造，平行光透镜组300和全反射透镜组400可以采用与矩形导光板100相同的材质，此时，只需要进行双色挤出即可完成一体成型制造。

为了使第二侧面104达到线光源的出光效果，除了增加扩散剂以外，还可以通过设置扩散膜的方式实现，在矩形导光板100、平行光透镜组300和全反射透镜组400的光路上设置一层扩散膜即可，如图7和8所示，将扩散膜1200分别设置在平行光透镜组300和第二侧面104上方，扩散膜1200为椭圆光扩散膜，使用的型号为e-6010，当然，也可以选择其他型号，只要在长度方向对点光源001进行拉伸即可，例如e-1560，e-0160/6001，e-0190，为了达到比较好的拉伸扩散效果，选用该扩散膜时，两个方向的拉伸比值大于4。本实施例椭圆光扩散膜为正柱面微透镜阵列，膜形式体积小，便于安装，且可以进行弯曲设置，适应不同的灯具结构需求。

实施例2

如图9和10所示，本实施例中，除了凸透镜301的结构与实施例1不同以外，其余结构和实施例1相同。

本实施例中，凸透镜301包括设置在光源设置处200一侧的平直入射面3011和弧形出射面3012。为了将更多地光引导进入矩形导光板100，凸透镜301还包括设置在平直入射面3011和中心轴002之间的弧形入射面3013以及沿着出光方向设置在所述弧形入射面3013外侧的平行光全反射面3014，所述平行光全反射面3014的反射光朝向全反射透镜组400，为了提高平行光的平行度，平行光全反射面3014为弧形面，得到平行度更好的光线。

实施例3

如图11和12所示，本实施例中，在实施例1的基础上，增加了更多地光学结构，本实施例的光学元件还包括设置在所述光源设置处200的聚光透镜500。

聚光透镜500包括：第一入射面501、第二入射面502、第一出射面503和第四全反射面504。第一入射面501设置在所述光源设置处200出光方向上的中间区域，第二入射面502设置在所述光源设置处200出光方向上远离所述矩形导光板100的一侧；第一出射面503沿着出光方向设置在所述第一入射面501的外侧；第四全反射面504设置在所述第二入射面502和第一出射面503，用于全反射来自所述第二入射面502的光到第一出射面503。

上述结构可以对光源001的出光进行汇聚，提高出光效率和照明效果，本实施例中，还设有位于矩形导光板100的底面102后方的反光板105，进一步提交光效。

聚光透镜500和平行光透镜组300可以是分别制造后组装，为了使结构紧凑，聚光透镜500和平行光透镜组300一体成型制造，不过如果此时还与灯罩800一体挤出成型，加工会比较困难，因此，当灯罩800与光学元件1000一体成型制造时，可以取消聚光透镜500。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于局限本实用新型的保护范围，任何在本实用新型精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本实用新型的权利要求范围内。