一種光學(xué)元件、光學(xué)模組及照明裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)元件，尤其是一種具有微棱鏡的光學(xué)元件、光學(xué)模組及照明裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)視場中某光源或物體的亮度比人眼已適應(yīng)的亮度大得多時(shí)，人就會(huì)有眩目的感覺，此現(xiàn)象稱之為眩光。國家標(biāo)準(zhǔn)GB50034-2004中對(duì)眩光、均勻性都有明確規(guī)定:工作房間或作業(yè)區(qū)內(nèi)照度均勻度應(yīng)不小于0.7;圖書館、閱覽室、辦公場所、醫(yī)療診室等等場所要求統(tǒng)一眩光值UGR〈19。市場上較多的大角度照明面板燈具，多以朗伯配光為主。較少的采用光學(xué)元件方案的照明燈具，一般也僅僅是將朗伯配光光型進(jìn)行收窄，很難做到蝙蝠翼配光，這就無法滿足國標(biāo)中的統(tǒng)一眩光值UGR以及均勻性的規(guī)定，長時(shí)間使用這種燈具，輕微的會(huì)使人視覺疲勞，嚴(yán)重的則使人深感不舒服，造成緊張、心神煩亂，并且隨著時(shí)間的推移影響會(huì)越來越嚴(yán)重。所以需要一種照明范圍廣、工作面照度均勻、低眩光UGR值的照明產(chǎn)品。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種照度均勻，低眩光的具有微棱鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件及采用這種光學(xué)元件的光學(xué)模組和照明裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。
[0005]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種光學(xué)元件，包括基部，微棱鏡，基部具有相對(duì)的上、下表面及一對(duì)側(cè)壁，所述微棱鏡自所述上表面凸起并形成光學(xué)元件的出光面，微棱鏡包括具有凹槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)斜面，兩個(gè)位于內(nèi)斜面和上表面之間并與它們相鄰的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面與上表面的夾角為銳角。
[0006]優(yōu)選地，微棱鏡的內(nèi)斜面由位于凹槽兩側(cè)的第一斜面和第二斜面構(gòu)成，第一斜面和第二斜面分別與相鄰的側(cè)面相交形成第一頂點(diǎn)及第二頂點(diǎn)。第一頂點(diǎn)和第二頂點(diǎn)沿橫軸方向的間距大于2mm。
[0007]優(yōu)選地，當(dāng)?shù)谝恍泵婊虻诙泵娴娜肷涔饩€的入射角大于0°且小于45°時(shí)，入射光在第一斜面或第二斜面發(fā)生折射。
[0008]優(yōu)選地，當(dāng)?shù)谝恍泵?124)或第二斜面(125)的入射光線的入射角大于等于45°且小于90°時(shí)，入射光在所述第一斜面或第二斜面發(fā)生全反射。
[0009]優(yōu)選地，當(dāng)微棱鏡的側(cè)面的入射光線的入射角大于等于45°且小于90°時(shí)，入射光在微棱鏡的側(cè)面發(fā)生全反射。
[0010]優(yōu)選地，當(dāng)微棱鏡側(cè)面的入射光線的入射角大于0°且小于45°時(shí)，入射光在所述微棱鏡的側(cè)面發(fā)生折射。
[0011]優(yōu)選地，所述第一頂點(diǎn)區(qū)域和第二頂點(diǎn)區(qū)域?yàn)閳A弧，圓弧的半徑大于等于0.3mm。
[0012]優(yōu)選地，上述光學(xué)元件的基部的上表面到所述微棱鏡的第一頂點(diǎn)或第二頂點(diǎn)的高度小于所述基部的下表面到上表面高度的二分之一。
[0013]優(yōu)選地，微棱鏡為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左右對(duì)稱于通過所述內(nèi)斜面的中心線并垂直于出光面的平面。
[0014]優(yōu)選地，內(nèi)斜面凹槽是V形槽。
[0015]優(yōu)選地，光學(xué)元件是由亞克力或PC材料制成。
[0016]本實(shí)用新型還提供一種光學(xué)模組包括擴(kuò)散板、以上所述的光學(xué)元件，光學(xué)元件設(shè)置于所述擴(kuò)散板上方，入射光線由擴(kuò)散板進(jìn)入光學(xué)模組，由所述光學(xué)元件出射。
[0017]優(yōu)選地，所述光學(xué)元件的下表面貼合設(shè)置在所述擴(kuò)散板上。
[0018]優(yōu)選地，擴(kuò)散板包括至少兩個(gè)互成角度的出光面，光學(xué)元件設(shè)有與所述擴(kuò)散板的出光面對(duì)應(yīng)的互成角度的至少兩個(gè)區(qū)域。
[0019]本實(shí)用新型還提供一種照明裝置，包括LED光源及以上所述的光學(xué)模組，光源發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)模組均勻出射。
[0020]上述通過設(shè)計(jì)光學(xué)兀件表面微棱鏡的面型、高度、微棱鏡的排布情況等方式改變了光線傳播方向，產(chǎn)生蝙蝠翼配光，實(shí)現(xiàn)低眩光、工作面照度均勻。
[0021]具有微棱鏡的光學(xué)元件和擴(kuò)散板結(jié)合形成光學(xué)模組，利用擴(kuò)散板對(duì)光線的散射、微棱鏡對(duì)光線的反射、折射作用改變光線傳播方向，提供了一種照明范圍廣、工作面照度均勻、低眩光UGR的照明效果，而且這種光學(xué)模組由于其緊湊的結(jié)構(gòu)，可以很方便的應(yīng)用于照明裝置中。
[0022]照明裝置將該具有微棱鏡的光學(xué)元件和擴(kuò)散板結(jié)合形成光學(xué)模組，放置在光源上方，利用微棱鏡對(duì)光線的反射、折射作用改變光線傳播方向，實(shí)現(xiàn)蝙蝠翼配光，提供一種照明范圍廣、工作面照度均勻、低眩光UGR值，可達(dá)到110°以上大角度出光的照明效果。
[0023]根據(jù)以下參考附圖對(duì)本實(shí)用新型的描述，本實(shí)用新型的其他目標(biāo)和效用將變得顯而易見，并且讀者可全面了解本實(shí)用新型。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型光學(xué)元件的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0025]圖2是圖1所示的光學(xué)元件的主視圖；
[0026]圖3是光線在微棱鏡中的傳播方向示意圖；
[0027]圖4是本實(shí)用新型光學(xué)模組及照明裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是圖4照明裝置的配光曲線；
[0029]圖6是本實(shí)用新型光學(xué)模組及照明裝置又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7是圖6照明裝置的配光曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]有關(guān)本實(shí)用新型的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖的實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
[0032]下面結(jié)合圖1至圖3，對(duì)本實(shí)用新型的光學(xué)元件進(jìn)行描述。
[0033]光學(xué)兀件10,包括基部16,微棱鏡12,基部16具有相對(duì)的上、下表面14、15及一對(duì)側(cè)壁17、18,微棱鏡自上表面14凸起并形成光學(xué)兀件的出光面，微棱鏡包括具有凹槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)斜面，兩個(gè)位于內(nèi)斜面和光學(xué)元件的上表面之間并與它們相鄰的側(cè)面122、123，每個(gè)側(cè)面與上表面的夾角為銳角，可以設(shè)為60°到70°之間。
[0034]本實(shí)施例中，在XYZ坐標(biāo)系中，微棱鏡12在光學(xué)元件基部的上表面14上沿Y軸延伸并沿X軸方向平行設(shè)置，也可以沿其它方向設(shè)置而且也不限于平行設(shè)置，入射光線可以由下表面15入射光學(xué)元件；光學(xué)元件的兩個(gè)側(cè)壁17、18也可以作為入射面，使入射光線從光學(xué)元件的側(cè)壁進(jìn)入光學(xué)元件。
[0035]內(nèi)斜面的凹槽的形狀可以是V形，上述微棱鏡的內(nèi)斜面由位于凹槽兩側(cè)的第一斜面124和第二斜面125構(gòu)成，第一斜面和第二斜面分別與相鄰的側(cè)面122、123相交形成第一頂點(diǎn)及第二頂點(diǎn)。第一斜面與第二斜面的夾角為鈍角，如100°到120°之間。相交的第一頂點(diǎn)的區(qū)域和第二頂點(diǎn)的區(qū)域可以為圓弧m，圓弧m的半徑r大于等于0.3mm。第一頂點(diǎn)和第二頂點(diǎn)沿橫軸即X軸方向的間距W大于2mm。
[0036]微棱鏡為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左右對(duì)稱于通過所述內(nèi)斜面的中心線并垂直于出光面的平面。即在沿Z軸的截面上，內(nèi)斜面的第一斜面124和第二斜面125左右對(duì)稱于通過凹槽的中點(diǎn)并垂直于基部上表面的直線AX。為了方便加工生產(chǎn)以及精確的控制面型誤差，微棱鏡高度Hl控制在光學(xué)元件整體壁厚H的1/3以內(nèi)或微棱鏡的高度Hl小于基部上下表面之間高度的二分之一，即光學(xué)元件基部從上表面14到微棱鏡的頂點(diǎn)的高度Hl小于所述基部下表面15到頂點(diǎn)高度H的三分之一，以避免微棱鏡的高度太高使材料變形，影響了了微棱鏡的精度。
[0037]此外，光學(xué)元件整體壁厚H控制在3mm以內(nèi)，以便減少光學(xué)元件的整體重量并方便光學(xué)元件安裝固定。為了得到更好的光學(xué)效果，光學(xué)元件優(yōu)先選擇透明PMMA材料制成，次之也可選擇透明PC材料。
[0038]通過對(duì)微棱鏡的上述設(shè)計(jì)，當(dāng)微棱鏡側(cè)面122、123的入射光線的入射角大于等于45°且小于90°時(shí)，入射光在所述微棱鏡的側(cè)面發(fā)生全反射；當(dāng)所述微棱鏡側(cè)面的入射光線的入射角大于0°且小于45°時(shí)，入射光在所述微棱鏡的側(cè)面發(fā)生折射。當(dāng)所述第一斜面124或第二斜面125的入射光線的入射角大于0°且小于45°時(shí)，入射光在所述第一斜面或第二斜面發(fā)生折射；當(dāng)所述第一斜面或第二斜面的入射光線的入射角大于等于45°且小于90°時(shí)，入射光在所述第一斜面或第二斜面發(fā)生全反射。
[0039]圖3是入射光線在微棱鏡中的傳播方向示意圖，其中入射角是入射光線和入射面法線的夾角；與豎直方向的夾角為入射光線與縱軸Z方向的夾角。參照?qǐng)D3，入射光線I以入射角d，45° <d〈75，照射微棱鏡的一個(gè)側(cè)面122，在該側(cè)面上發(fā)生全反射；反射光線以入射角e，15° <e〈45°，照射到微棱鏡的內(nèi)斜面121的第一斜面124上，之后由第一斜面124折射后出射，出射光線與豎直方向的夾角約為20° -30°之間，其中，入射角e是光線和第一斜面124的法線的夾角，入射角d是入射光線I和側(cè)面122法線的夾角。
[0040]入射光線2以入射角f，75° <f〈90°，照射到微棱鏡的側(cè)面123，在該側(cè)面上發(fā)生全反射，反射光線以