一種透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)包括至少一個(gè)LED模組，以及至少一個(gè)分別與所述LED模組對應(yīng)的被照射面。所述LED模組包括至少一個(gè)LED燈和一個(gè)設(shè)置在該LED燈出光方向上的透鏡柱。所述透鏡柱包括一個(gè)主光軸，一個(gè)第一副光軸，以及一個(gè)第二副光軸。在任意一個(gè)沿所述透鏡柱徑向的截面上，所述第一、第二副光軸分別設(shè)置在所述主光軸的兩側(cè)，且所述第一副光軸對應(yīng)的透鏡為正透鏡，所述第二副光軸所對應(yīng)的透鏡為負(fù)透鏡。正透鏡射出的光由于射向離LED模組較遠(yuǎn)處會(huì)比負(fù)透鏡射向離LED模組較近處由于路程遠(yuǎn)會(huì)有更大的衰減，從而可以相互中和使離LED模組較近處與離LED模組較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。
【專利說明】 一種透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)，特別是一種可以提供均勻照度的透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在一般的日常生活中，隨處都可見到各種照明設(shè)備，例如，日光燈、路燈、臺(tái)燈、藝術(shù)燈等。在上述的照明設(shè)備中，傳統(tǒng)上大部分是以鎢絲燈泡做為發(fā)光光源。近年來，由于科技日新月異，已利用發(fā)光二極管(LED)作為發(fā)光來源。甚者，除照明設(shè)備外，對于一般交通號志、廣告牌、車燈等，亦都改為使用發(fā)光二極管做為發(fā)光光源。如前所述，使用發(fā)光二極管作為發(fā)光光源，其好處在于省電，且亮度更大，故于使用上已逐漸普通化。
[0003]如圖1所示，為一種現(xiàn)有技術(shù)中使用LED作為光源的照明系統(tǒng)的光路示意圖。該照明系統(tǒng)包括一個(gè)被照射面1，一個(gè)設(shè)置在該被照射面I 一側(cè)的LED光源2。該LED光源2包括一個(gè)出光面3，該出光面3射出無數(shù)燈光線4并照射在被照射面I上?？梢韵氲降氖牵瑹o論所述LED光源2放置在被照射面I的哪個(gè)位置，出光面3射出的光線4中的一部分一定會(huì)射向被照射面I的近端，而另一部分則一定會(huì)射向被照射面I的遠(yuǎn)端。正是由于以上不可避免的光線照射結(jié)構(gòu)，射向被照射面I近端的光線相對于射向被照射面I遠(yuǎn)端的光線衰減將較小，而無論是射向遠(yuǎn)端的光線還是射向近端的光線，其初始亮度值是相等的，因此會(huì)導(dǎo)致由于被照射面I相對于LED光源2的遠(yuǎn)近不同，其明亮度也不同，即被照射面I各處的照度不同。
[0004]這種不均勻的光照效果對于一些場合，如展覽廳、展示會(huì)，又或是一些商場中的照明場合，由于光照效果不均勻，即照度不均勻?qū)?huì)降低被展示的物品給參觀者或購買者視覺效果，從而降低展示物品給人視覺上的品質(zhì)感。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，有必要提供一種可以提供均勻照度的透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)，以克服上述不足。
[0006]一種透鏡柱包括一個(gè)主光軸、一個(gè)第一副光軸，以及一個(gè)第二副光軸。在任意一個(gè)沿所述透鏡柱徑向的截面上，所述第一、第二副光軸分別設(shè)置在所述主光軸的兩側(cè)，所述第一副光軸對應(yīng)的透鏡為正透鏡，所述第二副光軸所對應(yīng)的透鏡為負(fù)透鏡。
[0007]一種照明系統(tǒng)包括至少一個(gè)LED模組，以及至少一個(gè)分別與所述LED模組對應(yīng)的被照射面。所述LED模組包括至少一個(gè)LED燈和一個(gè)設(shè)置在該LED燈出光方向上的透鏡柱。所述透鏡柱包括一個(gè)主光軸，一個(gè)第一副光軸，以及一個(gè)第二副光軸。在任意一個(gè)沿所述透鏡柱徑向的截面上，所述第一、第二副光軸分別設(shè)置在所述主光軸的兩側(cè)，且所述第一副光軸對應(yīng)的透鏡為正透鏡，所述第二副光軸所對應(yīng)的透鏡為負(fù)透鏡。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，當(dāng)所述第一副光軸所對應(yīng)的正透鏡的出射光射向被照射面相對于LED模組較遠(yuǎn)的一側(cè)，而所述第二副光軸所對應(yīng)的負(fù)透鏡的出射光射向被照射面相對于LED模組較近的一側(cè)，因此對于被照射面相對于LED模組較近和較遠(yuǎn)的兩側(cè)的同樣大小的受光區(qū)域內(nèi)，被照射面相對于LED模組較遠(yuǎn)的一側(cè)比較近的一側(cè)將接收更多的光，但是正透鏡射出的光由于射向離LED模組較遠(yuǎn)處會(huì)比負(fù)透鏡射向離LED模組較近處由于路程遠(yuǎn)會(huì)有更大的衰減，從而可以相互中和使離LED模組較近處與離LED模組較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0010]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的照明系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的一種透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)所包括的LED模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為圖2的LED模組的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為圖2的使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的一種透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)所包括的LED模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6為圖5的LED模組的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖7為本發(fā)明第三實(shí)施例所提供的一種透鏡柱及使用該透鏡柱的照明系統(tǒng)所包括的LED模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖8為圖7的LED模組的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下基于附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅作為實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]請參閱圖2至圖4，其為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種照明系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。所述照明系統(tǒng)100包括至少一個(gè)LED模組10，以及至少一個(gè)分別與每一個(gè)LED模組10對應(yīng)的被照射面20。在實(shí)際應(yīng)用中，所述LED模組10可能會(huì)包括多個(gè)，這可以根據(jù)被照射面20的大小或多少來確定。在本實(shí)施例中，僅為了詳細(xì)說明本發(fā)明，故僅示出一個(gè)LED模組10和一個(gè)與該LED模組10相對應(yīng)的被照射面20?？梢韵氲降氖?，該照明系統(tǒng)100還包括其他元器件，如柜體、用于設(shè)置LED模組10的燈架，燈罩等組件，以及用于給LED模組10供電的電源等等，因?yàn)橹T如此類的組件不為本發(fā)明的重點(diǎn)，在此不再贅述。
[0020]所述LED模組10包括至少一個(gè)LED燈12和一個(gè)設(shè)置在該LED燈12出光方向上的透鏡柱11。
[0021]所述透鏡柱11包括一個(gè)主光軸111，一個(gè)第一副光軸112，以及一個(gè)第二副光軸113。所述透鏡柱11為拉伸結(jié)構(gòu)，即該透鏡柱11為由一個(gè)截面沿該截面的法線方向拉伸成型。先來闡述所述主光軸111、第一副光軸112，以及第二副光軸113三者之間的關(guān)系。眾所周知的是，因?yàn)楣廨S是光學(xué)設(shè)計(jì)的導(dǎo)向，因此，在設(shè)計(jì)所述透鏡柱11時(shí)首先會(huì)選定一條主光軸111，對于普通透鏡，如經(jīng)典凸透鏡，其具有一條實(shí)際存在的主光軸，而在本實(shí)施例中，所述主光軸111為虛擬光軸，其僅作為光學(xué)設(shè)計(jì)的參照。在任意一個(gè)沿該透鏡柱11徑向的截面上，所述第一副光軸112與第二副光軸113分別設(shè)置在所述主光軸111的兩側(cè)。同時(shí)在任意一個(gè)沿透鏡柱11徑向的截面上，所述第一副光軸112所對應(yīng)的透鏡為正透鏡，而所述第二副光軸113所對應(yīng)的透鏡為負(fù)透鏡。當(dāng)然所述透鏡柱11所包括的第一副光軸112所對應(yīng)的透鏡與第二副光軸113所對應(yīng)的透鏡是一體成型的，以保護(hù)該透鏡柱11所發(fā)出的光的均勻性。所述主光軸111、第一副光軸112，以及第二副光軸113有多種不同的配置方式，具體包括但不限于以下幾種方式。如所述主光軸111、第一副光軸112、以及第二副光軸113匯聚于一點(diǎn)，還可以為所述主光軸111與所這第一副光軸112匯聚于一點(diǎn)，而所述主光軸111與第二副光軸113匯聚于另一點(diǎn)。而對于所述主光軸111分別與所述第一、第二副光軸112、113匯聚于兩個(gè)不同點(diǎn)的情況，所述第一副光軸112會(huì)與第二副光軸113的延長線匯聚于一點(diǎn)，或者第二副光軸113與第一副光軸112的延長線匯聚于一點(diǎn)。另外，根據(jù)配光的要求，所述第一副光軸112還可以與第二副光軸113垂直。還可以想到的是，所述第一、第二副光軸112、113可以匯聚于一點(diǎn),而所述主光軸111與所述第一、第二副光軸112、113中的一條副光軸匯聚于另一點(diǎn)，且所述主光軸111與另一條副光軸平行。在本實(shí)施例中，所述主光軸111、第一副光軸112以及第二副光軸113匯聚于一點(diǎn),且第一、第二副光軸112、113不垂直。接下來闡述所述第一、第二副光軸112、113各自所對應(yīng)的透鏡的結(jié)構(gòu)形狀。如圖3所示，第一實(shí)施例所提供的透鏡柱11的入光面可以為一個(gè)平面，第一副光軸112所對應(yīng)的透鏡的出光面可以為一個(gè)由拋物線拉伸所形成的凸面，該凸面相對于作為入光面的平面為正曲率。因此由所述平面構(gòu)成的入光面和由所述拋物線拉伸所形成的凸面構(gòu)成所述第一副光軸112所對應(yīng)的正透鏡。同樣，所述第二副光軸113所對應(yīng)的透鏡的入光面也是一個(gè)平面，而出光面為一個(gè)由拋物線拉伸所形成的凹面，即該凹面相對于平面為負(fù)曲率。因此由所述平面構(gòu)成的入光面和由所述拋物線拉伸所形成的凹面構(gòu)成所述第二副光軸113所對應(yīng)的負(fù)透鏡。
[0022]所述LED(Light Emitting D1de)燈12是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光能。關(guān)于LED燈12的相關(guān)技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知，在此不再贅述。該LED燈12的中心設(shè)置在透鏡柱11的主光軸111上，由于在本實(shí)施例中，由于所述主光軸111、第一副光軸112以及第二副光軸113匯聚于一點(diǎn)，所述LED燈12則設(shè)置在該主光軸111、以及第一、第二副光軸112、113的匯聚點(diǎn)上。根據(jù)配光的要求，可以通過改變第一副光軸112與主光軸111的角度以及第二副光軸113與主光軸111的角度的大小的比例來配置所述LED燈12分配到所述第一副光軸112所對應(yīng)的正透鏡以及第二副光軸113所對應(yīng)的負(fù)透鏡上的光量的多少的比例，從而來適應(yīng)各種不同的配光要求，因此所述LED燈12所具有的燈光軸可以與透鏡柱11的主光軸重合，也可以與透鏡柱11的主光軸相交?？梢岳斫獾氖?，當(dāng)所述主光軸111與第一副光軸112及第二副光軸113分別匯聚于不同點(diǎn)時(shí)，可以分別在所述主光軸111與第一、第二副光軸112、113的兩個(gè)匯聚點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)LED燈12，以達(dá)到所需要的配光要求。
[0023]所述被照射面20為所述LED模組10照射的位置，其可以為平面，也可以為曲面。在本實(shí)施例中，僅為了舉例說明本發(fā)明，該被照射面20為平面。該被照射面20可以為博物館中所要照亮的畫等物品，也可以是在超級市場中冰柜中的販賣品。如圖4所示，當(dāng)安裝所述LED模組10時(shí)，應(yīng)當(dāng)將所述透鏡柱11的主光軸111垂直于或至少不能平行于所述被照射面20，從而可以使所述第一、第二副光軸112、113所對應(yīng)的正負(fù)透鏡的出光面的出射光射向所述被照射面20。眾所周知的是，正透鏡對光有會(huì)聚作用，而負(fù)透鏡對光有發(fā)散作用，因此所述第一副光軸112所對應(yīng)的正透鏡的出射光應(yīng)當(dāng)射向被照射面20相對于LED模組10較遠(yuǎn)的一側(cè)，而所述第二副光軸113所對應(yīng)的負(fù)透鏡的出射光應(yīng)當(dāng)射向被照射面20相對于LED模組10較近的一側(cè)。現(xiàn)說明該照明系統(tǒng)100的工作原理。如圖4所示，其為所述照明系統(tǒng)100的光路圖。在該透鏡柱11中，由于所述第一副光軸112所對應(yīng)的正透鏡的出射光射向被照射面20相對于LED模組10較遠(yuǎn)的一側(cè)，而所述第二副光軸113所對應(yīng)的負(fù)透鏡的出射光射向被照射面20相對于LED模組10較近的一側(cè)，因此對于被照射面20相對于LED模組10較近和較遠(yuǎn)的兩側(cè)的同樣大小的受光區(qū)域內(nèi)，被照射面20相對于LED模組10較遠(yuǎn)的一側(cè)比較近的一側(cè)將接收更多的光，但是正透鏡射出的光由于射向離LED模組10較遠(yuǎn)處會(huì)比負(fù)透鏡射向離LED模組10較近處由于路程遠(yuǎn)會(huì)有更大的衰減，從而可以相互中和使離LED模組10較近處與離LED模組10較遠(yuǎn)處有基本相同的照度。在這里，需要說明“基本相同”的意思，該基本相同是指雖然用照度儀器測量離LED模組10較遠(yuǎn)或較近的被照射面20的兩側(cè)，其照度值可能不完全一樣，但是對于人們?nèi)庋塾^察則難以察覺這種不同，從而達(dá)到對于人們的視覺來說，被照射面20的光照效果即照度是一致的。
[0024]如圖5所示，為本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述照明系統(tǒng)包括至少一個(gè)LED模組30，以及至少一個(gè)與每一個(gè)LED模組30分別對應(yīng)的被照射面40。所述LED模組30包括一個(gè)透鏡柱31，和至少一個(gè)與該透鏡柱31搭配使用的LED燈32。所述透鏡柱31包括一個(gè)主光軸311, —個(gè)第一副光軸312,以及一個(gè)第二副光軸313。
[0025]所述第二實(shí)施例的照明系統(tǒng)與第一實(shí)施例的照明系統(tǒng)100的區(qū)別在所述第一副光軸312所對應(yīng)的正透鏡與第一副光軸313所對應(yīng)的負(fù)透鏡的結(jié)構(gòu)形狀不同，其他結(jié)構(gòu)及工作原理皆相同。因此，在這里僅對其不同點(diǎn)進(jìn)行說明，其他可以參照第一實(shí)施例。如圖6所示，所述第一副光軸312所對應(yīng)的正透鏡的入光面為一平面，出光面為一個(gè)由拋物線拉伸所形成的凸面，該凸面相對于作為入光面的平面的曲率為正曲率。因此由所述平面構(gòu)成的入光面和由所述拋物線拉伸所形成的凸面作為出光面構(gòu)成所述第一副光軸312所對應(yīng)的正透鏡。所述第二副光軸313所對應(yīng)的負(fù)透鏡的入光面為一個(gè)凹面，而出光面也為一個(gè)由拋物線拉伸所形成的凹面。在該負(fù)透鏡中，所述作為入光面的凹面，沿出光方面為正曲率，而作為出光面的凹面相對于入光面的凹面也為正曲率。因此，由所述凹面構(gòu)成的入光面和由所述相對于入光面為正曲率的凹面構(gòu)成所述第二副光軸313所對應(yīng)的負(fù)透鏡。
[0026]如圖7所示，為本發(fā)明第三實(shí)施例所提供的照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述照明系統(tǒng)包括至少一個(gè)LED模組50，以及至少一個(gè)與每一個(gè)LED模組50分別對應(yīng)的被照射面60。所述LED模組50包括一個(gè)透鏡柱51，和至少一個(gè)與該透鏡柱51搭配使用的LED燈52。所述透鏡柱51包括一個(gè)主光軸511，一個(gè)第一副光軸512，以及一個(gè)第二副光軸513。
[0027]所述第二實(shí)施例的照明系統(tǒng)與第一實(shí)施例的照明系統(tǒng)100的區(qū)別在所述第一副光軸512所對應(yīng)的正透鏡與第一副光軸513所對應(yīng)的負(fù)透鏡的結(jié)構(gòu)形狀不同，其他結(jié)構(gòu)及工作原理皆相同。因此，在這里僅對其不同點(diǎn)進(jìn)行說明，其他可以參照第一實(shí)施例。如圖8所示，所述第一副光軸512所對應(yīng)的正透鏡的入光面為一平面，出光面為一個(gè)由拋物線拉伸所形成的凸面，該凸面相對于作為入光面的平面的曲率為正曲率。因此由所述平面構(gòu)成的入光面和由所述拋物線拉伸所形成的凸面作為出光面構(gòu)成所述第一副光軸512所對應(yīng)的正透鏡。所述第二副光軸513所對應(yīng)的負(fù)透鏡的入光面為一個(gè)凹面，該凹面沿出光方向的曲率為正曲率。而其出光面可以為一個(gè)平面或凹面。當(dāng)所述出光面為凹面時(shí)，其沿出光方向的曲率為負(fù)曲率。在本實(shí)施例中，所述出光面為平面。因此由所述凹面所構(gòu)成的入光面和由所述平面所構(gòu)成的出光面共同形成所述第二副光軸513所對應(yīng)的負(fù)透鏡。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則的內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍的內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種透鏡柱，其包括一個(gè)主光軸，其特征在于:所述透鏡柱還包括一個(gè)第一副光軸和一個(gè)第二副光軸，在任意一個(gè)沿所述透鏡柱徑向的截面上，所述第一、第二副光軸分別設(shè)置在所述主光軸的兩側(cè)，所述第一副光軸對應(yīng)的透鏡為正透鏡，所述第二副光軸所對應(yīng)的透鏡為負(fù)透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡柱，其特征在于:所述主光軸與所述第一、第二副光軸匯聚于一點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡柱，其特征在于:所述主光軸與所述第一副光軸匯聚于一點(diǎn)，所述主光軸與所述第二副光軸匯聚于另一點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的透鏡柱，其特征在于:所述第一副光軸與所述第二副光軸的延長線匯聚于一點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的透鏡柱，其特征在于:所述第一、第二副光軸垂直。
6.如權(quán)利要求1所述的透鏡柱，其特征在于:所述第一、第二副光軸匯聚于一點(diǎn)，所述主光軸與所述第一、第二副光軸中的一條副光軸匯聚于另一點(diǎn)，并與另一條副光軸平行。
7.一種照明系統(tǒng)，包括至少一個(gè)LED模組，以及至少一個(gè)分別與所述LED模組對應(yīng)的被照射面，所述LED模組包括至少一個(gè)LED燈和一個(gè)設(shè)置在該LED燈出光方向上的透鏡柱，所述透鏡柱包括一個(gè)主光軸，一個(gè)第一副光軸，以及一個(gè)第二副光軸，在任意一個(gè)沿所述透鏡柱徑向的截面上，所述第一、第二副光軸分別設(shè)置在所述主光軸的兩側(cè)，且所述第一副光軸對應(yīng)的透鏡為正透鏡，所述第二副光軸所對應(yīng)的透鏡為負(fù)透鏡。
8.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述主光軸與所述第一、第二副光軸匯聚于一點(diǎn)，所述照明系統(tǒng)包括一個(gè)LED燈，該LED燈設(shè)置在所述主光軸與第一、第二副光軸的匯聚點(diǎn)上。
9.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述主光軸與所述第一副光軸匯聚于一點(diǎn)，所述主光軸與所述第二副光軸匯聚于另一點(diǎn)，所述照明系統(tǒng)包括兩個(gè)LED燈，該兩個(gè)LED燈分別設(shè)置在所述主光軸與第一副光軸的匯聚點(diǎn)上以及所述主光軸與第二副光軸的匯聚點(diǎn)上。
10.如權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述正透鏡射出的光射向被照射面相對于LED模組較遠(yuǎn)的一側(cè)，所述負(fù)透鏡射出的光射向被照射面相對于LED模組較近的一側(cè)。
【文檔編號】F21Y101/02GK104214672SQ201310226503
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】張發(fā)偉, 林萬炯 申請人:林萬炯