专利名称：照明光束整型系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明光束整型系统，尤其涉及一种在照明系统出射面可出射均勻 照明亮度的照明光束整型系统。
背景技术：
照明系统依型态有远程投射、近端照明及衬底背光和交通信号灯显光等类型，目 前，由于LED技术臻于成熟，主要为其粒径细小，及发光照射角度易于规范，形成可指向性 的照明应用，或小空间仅需求低功率的辅助照明而被大量转用，已占有照明器一席之地，更 在波长及色温的调制上也愈趋视觉所接受，虽无法完全替代传统具有情境美学文化的灯 具，但由于LED体积微小，确有其正面用途，它利于照明器具将外观制作更为细小精美，所 以有关业界大力将其应用于台灯或信号灯光指向照明的器材，如展示柜用灯甚至是大型户 外灯。
由于LED体型细小，发生功率即受材料耐压所限，因此为了较高流明度(Lumens) 的使用，通常需要以累积数量的方式进行序列或数组的安排，以获得较高流明度的照明使 用，但以序列或数组组体的安排，由于其先天性为细小的点状发光，因此工作时，目视其发 光照射面，会比对出有多点强烈对比的亮点，与传统的灯具尤如荧光灯均勻发光的表现，存 在有凸秃的落差，以及其发光角度为指向一夹角锥型发光，作用在照射面，尤其是近端台灯 的实施，照射面会形成有区块状明暗差异的照度光谱，因此有必要使其总体出射光予以均 勻分布。
有关上述均勻扩散的方式，可采用菲涅尔镜、多孔板、或多重反射技术、或散射效 应光栅。这些方式的实施，都能适度对LED激光芯片进行光束转型，但这些实施方式对于 光的流动率大有影响而会损耗照射的流明。而采用光束整型扩散的方式，则可大幅消除流 明损耗。由德国申请人所申请的第095106675号中国台湾专利文献，其公开了此类光学扩 散技术及其发光组件，如图1所示，该文献公开了一种发光组件进行光束扩散的技术，其包 含一光电部件，一用以产生激光芯片101的发光光线，及一分离的光学组件102，具有一光 学轴，一发光光线出口面及出口面具有一凹形弯区部及一凸形弯区部，凸形弯区部至少部 份于离该光学轴的一距离上围绕该凹形弯区部，该光学轴穿过该凹形弯区部，凸形弯区部 具有一第一区及一第二区，第一区的弯度小于该第二区的弯度，于是可将光源出射光束进 行扩大角度及范围内的不等区块量能的分散。
其后，中国台湾工研院提出的第095U9762号中国台湾专利，也公开了一种光学 扩散模块，如图2所示，该专利文献所公开的光学扩散模块，包括一第一扩散结构103，具 有若干个第一微透镜及若干个第二微透镜，这些第一微透镜以及这些第二微透镜相互连续 交错排列地连接，微透镜的连接点的曲率皆不为0 ；—第二扩散结构104，具有若干个第三 微透镜以及若干个第四微透镜，相互连续交错排列地连接，微透镜的连接点的曲率皆不为 0，其中，来自一光源的光线通过该第一扩散结构以及该第二扩散结构而被扩散，并再设置 有扩散膜105来辅助出射光再扩散。依照上述文献的叙述，所述”第一及第二和第三及第四3透镜相互连续交错排列”，其中因“交错”二字意思是指透镜的形体为有线性，且如图2所示 为多数并排的柱面镜一般；再由柱面镜折射的光束形体，呈一平面垂直于柱面镜子午面的 扇形光束，在柱面镜纵向靠两端位置因离开激光芯片较远，受其距离平方因素，折射量能明 显少于中央点，则是系统出射面的照明光束分布，同样在出射面中央折射流明较高，更由于 多数柱面镜并排的结果，其所得激光芯片的光束经过后，会有类如双狭缝的干涉效应，如杨 格的双狭缝干涉实验证明一般，使出射光束作用到被照射物体表面的时候，会有明暗相间 的条纹，即有明暗差异，则不利均分目的；另外，该技术完全利用扩散的概念，利用前后二组 扩散结构为先前二阶段扩散，终极利用一扩散膜105作最后再扩散，而且，第一及第二扩散 结构又分别设有二组透镜所组成，且其透镜依幅面前后渐序分布出不同的折射曲率，除制 作上要求高精密度之外，所组成构造组件数量繁多，组合后易于走样，其空间利用可以更精 良ο
上述现有技术，都是在灯具出光面的罩体位置才进行整型，终极解决光扩散的效 果，但其工作的组件因距离光源较远，因此在光子量能已受距离的平方削弱后，再来进行换 向折射操作，此际其工作效应会因量能大幅减弱而降低，其降低的原因，也因先天折射组件 的折射率的条件所限。发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种系统照射面可获得更均勻的照明亮度 的照明光束整型系统。
本发明的另一目的在于提供一种照明光束整型系统，其锥状光柱作用于扩散组 件，扩散组件的入射面，设有内凹曲率，使其法线与锥状光柱的光轴重合，以避免光的折射 损耗。
本发明的又一目的在于提供一种能全面接收发光组件的总光亮的照明光束整型 系统。
本发明又一目的在于提供一种可累积照明的功率的照明光束整型系统。
本发明又一目的在于提供一种可改变实际光学面的光强度的照明光束整型系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种照明光束整型系统，尤其是一种照明系统出射面可出射均勻照明亮度的照明 光束整型系统，其包括有发光组件和具有光扩散及折射能力的扩散组件，其中，本发明照明 光束整型系统还包括有分割装置，所述发光组件为激光芯片，可发生一具有照射角度的光 束；分割装置由多数具有曲率的曲面透镜、以数组方式平面组合而成，且由多数曲面透镜 的入光面组合成分割装置的输入侧，另一侧由多数曲面透镜的出射面组成分割装置的输出 侧，输入侧为面对上述发光组件的光束投映面，如此，发光组件的发出的光束所形成的光 源，在其出射路径中，经该分割装置将光源总光量进行区块状分割，并在每一区块转型出锥 状光柱；而扩散组件设有入射面及发光照射面，入射面朝着分割装置的输出侧，且前述位在 输出侧所发生的锥状光柱的锥底作用于实际光学面的位置之外，即每一锥状光柱远离焦点 的底部实际光学面，这些锥型光柱自扩散组件的入射面入射，经扩散组件扩散后出射，使系 统照射面可得到更均勻的照明亮度。
作为本发明的优选方案，本发明的实施例提供的照明光束整型系统进一步包括以下技术特征的部分或全部
优选地，所述组成分割装置的曲面透镜为方块状。
优选地，所述组成分割装置的曲面透镜，彼此曲率设为不相等。
优选地，所述组成分割装置的曲面透镜，彼此入光面面积为不相等。
优选地，所述扩散组件的入射面具有内凹曲率。
优选地，所述多数锥状光柱的锥底为实际光学面，各实际光学面彼此为交集。
优选地，所述多数锥状光柱的锥底为实际光学面，各实际光学面彼此为并集。
优选地，所述曲面透镜的曲率表面为朝向扩散组件，以及曲面透镜的入光面为平 面，入光面面积内每一点的位置提供激光芯片的光束有效射入，其射入角度小于折射临界 角度。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有如下有益效果
本发明将激光芯片的总光源，经事前分割手段后再经后置扩散，而使系统出射面 可照射出均勻照明光束；其锥状光柱作用于扩散组件，扩散组件的入射面，设有内凹曲率， 使其法线与锥状光柱的光轴重合，从而可避免光的折射损耗；此外，本发明系统中的分割装 置设有多数并列的曲面透镜，每一曲面透镜的入光面为方型，而可获得紧密排列、全面接收 发光组件的总光亮，而发光组件可为序列或数组安排，分割装置及扩散组件则与之配合，可 累积照明的功率；锥状光柱至少在其锥形底面彼此为可交集或并集，从而可改变实际光学 面的光强度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是第095106675号中国台湾专利的代表图式。
图2是第095U9762号中国台湾专利的代表图式。
图3是本发明的立体关系图。
图4是图3的侧视图。
图5是本发明的分割装置中央设置较小受光面积中心透镜的工作示意图。
图6是本发明在发光组件与分割装置之间设置有反射组件的示意图。
图7是本发明的扩散组件受光面为一曲率的安排示意图。
具体实施方式
有关本发明的光束整型系统，尤指使用于类似激光芯片，将其总光量经前置分割 手段以分割出多数数组的锥状光柱，锥状光柱的底部实际光学面同步作用于一光学扩散组 件，经由光学扩散组件的折射及漫射之后，在系统的发光照射面可得更均勻的照明亮度，本 式实施说明，不考虑透镜的斜射、或球面像差，先予说明。
下面结合附图详细说明本发明，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本 发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参 照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。以下在详细阐述具体实施例之前，为方便阅读，特将各组件在附图中的具体符号编排说明如下
发光组件1激光芯片10照明光束整型系统100
激光芯片101光学组件102第一扩散结构103
第二扩散结构104扩散膜105分割装置2
输入侧21输出侧22曲面透镜3
锥状光柱30实际光学面300入光面31
出射面32曲率表面320中心透镜33
锥状光束330扩散组件4照明光束40
入射面41发光照射面42曲形面43
反射组件5入射角度Ii、I2光束B
法线η 焦点F光轴S
有关本发明的详细内容及工作原理，首先请参阅图3和图4，本发明照明光束:系统100，包括有电光作用的激光芯片的发光组件1、分割装置2及扩散组件4，由发光组件 1发生的光束经由系统的整型之后，会在扩散组件4的发光照射面42放射出均勻的照明光 束40。
本发明的整型概念是将发光组件1经电光作用由激光芯片10发生的光束B，在其 发射有效夹角的范围内及光行进路径中，取一截面光层位置，栅设有一分割装置2，则放射 光束B作用于分割装置2的光投映面，经由分割装置2区块状分割，分割后转型成多数排列 的锥状光柱30，每一锥状光柱30的底面为实际光学面，同步作用于一光学扩散组件4，经扩 散组件作用后，在系统照射面得到均勻照明光。
分割装置2是由多数具有曲率表面320的曲面透镜3以数组方式安排在光束B的 照射辐面内，并且光束B的夹角斜边角度为在分割装置2所设输入侧21的折射临界角的范 围内，多数的曲面透镜3的入光面31，将激光芯片10所发射的光束总光量作区块状分割，并 分别经过曲面透镜3的聚焦之后，在分割装置2的输出侧22，从曲面透镜3的出射面32依 光束相同的前进路径方向，转型出多数并排的锥状光柱30，锥状光柱30的底部远离焦点位 置，呈现一实际光学面300，多数实际光学面300被并排在扩散组件4的入射面41，借此光 能再前进，并通过扩散组件4的折射及漫射作用之后，会在扩散组件4的发光照射面42放 射出均勻的照明光束40，使系统得到对激光芯片扩散的目的。
其中由发光组件1所设激光芯片10发射的光束B，其两侧作用到分割装置2的输 入侧21，其外斜线的射入角入射角度Il为相关法线η可维持在折射临界角的角度范围之 内，避免折射损耗，相同经由分割装置2转型后的锥状光柱30，其并排在最外侧的斜向光 束，其射入射角度12相关法线η为在折射临界角的范围之内，也就是小于45度，因此能避 免其折射损耗。
多数的锥状光柱30作用在扩散组件4的入射面41，产生了多数的实际光学面 300，此时，实际光学面300为远离曲面透镜3的焦点，光束已被散开，视同光束扩散的一次 操作，实际光学面300通过扩散组件4的二次扩散作用，得在扩散组件4的发光照射面42 折射出高均度的照明光束40。
上述为单一个发光组件1所发生的整型过程，并在扩散组件4的发光照射面42发 射单区域的照明光束40，若发光组件1为前后序列状，则可安排出带状的照明光束40。6
上述每一锥状光柱30，它是经由分割装置2所设的曲面透镜3各别转型而形成，分 割装置2藉由它的曲率折射之后，会在分割装置2的输出侧22与扩散组件4的入射面41 之间形成聚焦的焦点F，而实际光学面300它与焦点F相对有一距离，通过该距离失焦，而让 实际光学面300所发生的光束事先被分散为第一次光扩散，实际光学面300再作用到扩散 组件4的入射面41，经扩散组件4的折射及漫射效应，得在发光照射面42发生高均度的照 明光束40。
上述每一锥状光柱30，作用在扩散组件4的入射面41，形成数组状的排列，其中每 一锥状光柱30的实际光学面300彼此之间为可交集、甚至并集的安排，如此可改变交集区 域的光强度，以及分割装置2所设的曲面透镜3，它的入光面31可为圆型或为方型并排方 式，利用方型并排可更有效吸收发光组件1所发生的光束，基本上能全量转型利用，相对所 转换出的锥状光柱30，也可得较高的光强度。
请再参阅图5，在光学现象中，光源出射后的损耗程度，为光束出射后，与其光程距 离平方成反比，因此由发光组件1经电光作用，由其所设激光芯片10发射的光通量光束B 作用于分割装置2的输入侧21，则输入侧21的表面中央是垂直于光束B的光束轴心，因此 为于输入侧21中央点的光强度会大于侧边的中心透镜33。其次，在单位透镜面积中，光束 通过量能的多寡会决定出射的光强度，于是吾人采用面积的变化，而在输入侧21所序列的 曲面透镜3，位于中心透镜33的位置其入光面面积小于周边的曲面透镜3，因此其通过光束 的总量小于侧边的曲面透镜3，于是侧边曲面透镜3所转型出的锥状光柱30，其光强度会因 此而平衡于中心透镜33所转型的锥状光束330，则是在扩散组件4的入射面41会得到均勻 的受光，通过扩散组件4折射及漫射扩散之后，会在扩散组件4的发光照射面42的幅面中， 得到很均勻亮度的照明光束40。
请再参阅图6，系统中发光组件1所发生的光束B，它会在一固定的夹角范围内作 全量的发射，但由于发光组件1的材质本身不可能绝对理想，因此在其影像会有部份散射 的光束，则本发明在发光组件1与分割装置2的输入侧21上表区域范围内，设有一反射组 件5，该反射组件5为椭圆曲率，它会将发光组件1所发生任何方向角度几近作用到输入侧 21，以避免发光组件1的光亮损耗，使得光能得到更充分地利用。
请再参阅图7，本发明照明光束整型系统100，所设的发光组件1发生的光束由分 割装置2作转型之后，会在分割装置2的输出侧22发生多数的锥状光柱30，多数的锥状光 柱30它会各别形成光轴S，该光轴S作用于扩散组件4的入射面41，会有不等角度的偏差， 于是本发明在扩散组件4的入射面41相关分割装置2的方向，以凹入方式设有曲形面43， 该曲形面43的工作法线η则会与每一锥状光柱30重合，让每一锥状光柱30的实际光学面 300能够以均等的光通量密度均勻作用在扩散组件4的入射面41，以避免类如光源与被照 物距离的平方的反比效应影响入射面41的受光程度不同，让扩散组件4的发光照射面42 能够均勻发射照明光束40。
着重说明的是，本发明的照明光束整型系统，主要概念是将类激光芯片的总光亮 做前置性的分割手段，之后通过后置扩散使系统光学出射面得到均勻的照明亮度，该分割 手段是利用分割装置所设的曲面透镜各别的入光面的表面积，迎对发光组件所发生的光束 做光强度的分割，分割之后再通过聚焦形成多数的实际光学面，投映在扩散组件的入射面， 该实际光学面为实际具有光的量能，接着前进能量通过扩散组件的折射及漫射效应之后，使在扩散组件的发光照射面得到高均度的照明光束，组体为以前置分割的手段设置在扩散 操作之前，分割后它可明确为区块均勻化分布，于是系统可得较均勻的照明光束。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
权利要求
1.一种照明光束整型系统，尤其涉及一种在照明系统出射面可出射均勻照明亮度的照 明光束整型系统，其包括有发光组件和具有光扩散及折射能力的扩散组件，其特征在于本 照明光束整型系统还包括有分割装置，所述发光组件为激光芯片，可发生一具有照射角度 的光束；分割装置由多数具有曲率的曲面透镜、以数组方式平面组合而成，且由多数曲面透 镜的入光面组合成分割装置的输入侧，另一侧由多数曲面透镜的出射面组成分割装置的输 出侧，输入侧为面对上述发光组件的光束投映面，如此，发光组件的发出的光束所形成的光 源，在其出射路径中，经该分割装置将光源总光量进行区块状分割，并在每一区块转型出锥 状光柱；而扩散组件设有入射面及发光照射面，入射面朝着分割装置的输出侧，且前述位在 输出侧所发生的锥状光柱的锥底作用于实际光学面的位置之外，即每一锥状光柱远离焦点 的底部实际光学面，这些锥型光柱自扩散组件的入射面入射，经扩散组件扩散后出射，使系 统照射面可得到更均勻的照明亮度。
2.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述组成分割装置的曲面 透镜为方块状。
3.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述组成分割装置的曲面 透镜，彼此曲率设为不相等。
4.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述组成分割装置的曲面 透镜，彼此入光面面积为不相等。
5.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述扩散组件的入射面具 有内凹曲率。
6.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述多数锥状光柱的锥底 为实际光学面，各实际光学面彼此为交集。
7.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述多数锥状光柱的锥底 为实际光学面，各实际光学面彼此为并集。
8.根据权利要求1所述的照明光束整型系统，其特征在于所述曲面透镜的曲率表面 为朝向扩散组件，以及曲面透镜的入光面为平面，入光面面积内每一点的位置提供激光芯 片的光束有效射入，其射入角度小于折射临界角度。
全文摘要
一种照明光束整型系统，尤指在照明系统的出射面可得到均匀照明亮度的照明光束整型系统，本发明利用一分割装置，将激光芯片总光量，经前置分割手段，再经后置扩散，使系统光学照射面可得均匀照明亮度，该分割装置为一数组式具有曲率的透镜所构成，输入侧应对于激光芯片放射光束夹角范围内，输出侧依每一透镜不同排列位置及折射角度不同，而转型出多数数组的锥状光柱，每一锥状光柱锥底实际光学面，作用于一光学扩散组件折射扩散处理，使系统出射面可得均匀照明亮度。
文档编号F21V5/08GK102032527SQ201010290259
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者魏清伟 申请人:金展精技工业有限公司, 魏吉良