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CN101424384B - 光罩及采用该光罩的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光罩及采用该光罩的照明装置。所述光罩包括多个阵列排布的透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面及一个与该入光面相对的出光面，该入光面及该出光面中至少一者为沿第一方向延伸的凹面，该凹面用于扩展光线沿与第一方向成一预定夹角的第二方向的辐射范围，且至少一透镜单元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的条状微结构，该透镜单元的入光面及出光面中有一者为凸面，该凸面用于压缩光线沿第一方向的辐射范围。该照明装置采用该光罩对固态光源发出的光线进行折射，该光罩可使得固态光源在第二方向上的辐射范围大于在第一方向上的辐射范围，并使固态光源产生的光场的光强度均匀化，从而提高固态光源的光利用效率和光均匀度。

Description

光罩及采用该光罩的照明装置
技术领域
本发明涉及一种光罩，特别涉及一种具较佳光利用效率和光均匀度的光罩，并进一步涉及一种采用该光罩的照明装置。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，L ED)因具光质佳(也即LED光源射出的光谱)及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)作为照明装置的发光元件，具体可参阅Mich ael S.Shur等人在文献Proceedings of the IEEE，Vol.93，No.10(2005年10月)中发表的“Solid-State Lighting：Toward Superior Illumination”一文。
对于现有采用发光二极管作为发光元件的照明装置，其通常具有近似圆对称的光场(如图1所示)，这些光场的中心光强度较强，由中心向四周扩散的区域光强度越来越弱，而实际中并不总是需要此类型的光场(即中心光强度最强而四周的光强度逐渐变弱的光场)。例如，对于路灯而言，由于通常的道路都是长条状，故其希望可以得到长条状且光强度分布均匀的光场以提高路灯所发出的光线的利用效率，然而，对于光场为近似圆对称的路灯而言，由于其辐射范围与道路的形状不符，且其光场的光强度分布不均匀，故采用该路灯无法获得较佳的光利用效率和光均匀度。
有鉴于此，有必要提供一种具较佳光利用效率和光均匀度的光罩及采用该光罩的照明装置。
发明内容
以下将以实施例说明一种光罩及采用该光罩的照明装置，其具较佳光利用效率和光均匀度。
一种光罩，其包括多个阵列排布的透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面及一个与该入光面相对的出光面，该入光面及该出光面中至少一者为沿第一方向延伸的凹面，该凹面用于扩展光线沿与第一方向成一预定夹角的第二方向的辐射范围，且至少一透镜单元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的条状微结构，该透镜单元的入光面及出光面中有一者为凸面，该凸面用于压缩光线沿第一方向的辐射范围。
一种照明装置，包括至少一固态光源，用于发射光；一个光罩，其与至少一固态光源相对设置，该光罩包括多个阵列排布的透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面及一个与该入光面相对的出光面，该入光面及该出光面中至少一者为沿第一方向延伸的凹面，该凹面用于扩展光线沿与第一方向成一预定夹角的第二方向的辐射范围，且至少一透镜单元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的条状微结构，该透镜单元的入光面及出光面中有一者为凸面，该凸面用于压缩光线沿第一方向的辐射范围。
相对于现有技术，所述光罩及照明装置通过设置具有一个入光面与一个出光面的透镜单元，以及将该入光面及该出光面中至少一者设置为沿第一方向延伸的凹面，并进一步在该凹面配置至少一沿第一方向延伸的条状微结构，可使得至少一固态光源在第二方向上的辐射范围大于在第一方向上的辐射范围，并使至少一固态光源产生的光场的光强度均匀化，从而提高至少一固态光源的光利用效率和光均匀度。
附图说明
图1是现有的一种近似圆对称光场的模拟图。
图2是本发明第一实施例光罩的结构示意图。
图3是图2所示光罩中透镜单元的结构示意图。
图4是图2所示光罩的透镜单元的剖面示意图。
图5-8是图2所示光罩的透镜单元经变更后的剖面示意图。
图9是本发明第二实施例照明装置的结构示意图。
图10是图9所示照明装置光罩的部分结构示意图。
图11是图10所示照明装置产生的光场的模拟图。
图12是本发明第三实施例光罩的结构示意图。
图13是图12所示光罩取代图9所示光罩所形成的照明装置的结构示意图。
图14是图12所示光罩经变更后取代图9所示光罩所形成的照明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图2，本发明第一实施例提供的光罩10，其包括多个阵列排布的透镜单元11。
请一起参阅图3，每个透镜单元11包括一个入光面110及一个出光面112。该入光面110为一个凹面，该出光面112为一个凸面。本实施例中，该凹面具体设置为沿X方向延伸的柱状凹面，该凸面具体设置为沿Y方向延伸的柱状凸面，该X方向与该Y方向成一预定夹角(未标示)。
该多个透镜单元11中，至少一透镜单元11的凹面配置至少一沿X方向延伸的条状微结构111。可以理解的是，该多个透镜单元11可拼合组成，其也可为一体结构。
请进一步参阅图4，本实施例中，该至少一透镜单元11的凹面所配置的条状微结构111，其沿垂直于X方向的截面形状为三角形，即该条状微结构111为一个三角锥形条状凸起。当然，该条状微结构111也可定义为由凹面向至少一透镜单元11内开设的条状凹槽。如图5所示，配置在透镜单元11凹面上的条状微结构111为一个三角锥形条状凹槽，其截面形状也为一个三角形。
请参阅图6至图8，该至少一透镜单元11上配置的条状微结构111的形状还可根据需要作出适当变更。如图6所示，该条状微结构111的截面形状为圆弧形，如图7所示，该条状微结构111的截面形状为梯形。当然，该条状微结构111的截面形状也可为前述三角形、圆弧形、梯形等的任意组合，如图8中示出的圆弧形与三角形的组合。
请参阅图9，本发明第二实施例提供的照明装置40，其采用前述的光罩对光源产生的光场作调整。该照明装置40包括至少一固态光源，如至少一LED光源41等，及一个本发明第一实施例提供的光罩10。该至少一LED光源41与该光罩10相对设置。工作时，至少一LED光源41所发出的光线经由光罩10的入光面110射至透镜单元11内，进而由透镜单元11的出光面112出射。
本实施例中，至少一LED光源41的数目设置为多个，且该多个LED光源41分别相对光罩10中的多个透镜单元11设置。进一步地，该照明装置40还包括一个反射板42。该反射板42包括多个沿Y方向延伸且沿X方向平行排列的梯形凹槽420，该多个LED光源41通过与其对应的多个电路板410设置在该多个梯形凹槽420的底部且形成多个线性LED光源阵列。该梯形凹槽420的侧壁422形成有反射膜以反射至少一LED光源41发出的光线。
请参阅图10，本实施例中，该每一LED光源阵列配置十七个沿Y方向线性分布的LED光源(图10中仅示出代表性的三个)，且该十七个LED光源分为一第一LED光源组、一第二LED光源组及一第三LED光源组。该第一LED光源组包括六个LED光源，且该六个LED光源所对应的透镜单元11没有配置条状微结构111。该第二LED光源组包括三个LED光源，且该三个LED光源所对应的透镜单元11配置三个条状微结构111。该第三LED光源组包括八个LED光源，且该八个LED光源所对应的透镜单元11配置五个条状微结构。
该透镜单元11上的凹面用于扩展至少一LED光源41发出的光线沿Y方向的辐射范围。具体地，该凹面可使入射到其上的光线在Y方向上产生辐射状偏转，即由凹面的底部向该凹面较高的两端偏转，以使光线经由该透镜单元11折射后，其在Y方向上的辐射范围变大，也就是说，该透镜单元11的凹面拓展了至少一LED光源41在Y方向上的辐射范围。
该透镜单元11上的凸面用于压缩至少一LED光源41发出的光线沿X方向的辐射范围。该凹面可使从其上出射的光线在该X方向上由该凸面的两端向其顶部产生会聚状偏转，从而使光线经由该透镜单元11折射后，其在X方向上的辐射范围变小，也就是说，该凸面压缩了至少一LED光源41在X方向上的辐射范围。
请参阅图11，其示出了至少一LED光源41发出的光线经由光罩10透射后形成的光场。该光场大致呈一长条状，由该光场可看出，至少一LED光源41在Y方向上的辐射范围大于在X方向上的辐射范围，且与图1示出的近似圆对称的光场相比，该光场的光强度更加均匀。在此，该光罩10即可应用于光场在Y方向上的辐射范围大于在X方向上的辐射范围的情形，从而提高至少一LED光源41的光利用效率和光均匀度。
请参阅图12，本发明第三实施例的光罩50，其与本发明第一实施例的光罩10大致相同，差别仅在于：该光罩50的入光面510设置为平面，而出光面512设置为凹面。
请一起参阅图13，可以理解的是，当该光罩50取代光罩10应用于本发明第二实施例的照明装置40时，其同样可以拓展至少一LED光源41在Y方向上的辐射范围。
当然，当该光罩50的入光面510设置为凸面时，其也同样可以压缩至少一LED光源41在X方向上的辐射范围，如图14所示。
该凹面及该凸面除了可为第一、第二及第三实施例所采用的单一曲率半径的柱状凹面及柱状凸面外，其也可为具有不同曲率半径的凹面及凸面；另外，通过变换至少一透镜单元11、51的数目和至少一透镜单元11、51中条状微结构111、511的数目等，可使至少一LED光源41产生的光场具有不同的辐射范围和光均匀度。
另外，该X方向与该Y方向之间的预设夹角可为锐角或直角，以调整至少一LED光源41发出的光线经由该光罩10、50折射后在X方向上与Y方向上的光场，从而更加适应实际需要。
本发明第一、第三实施例所提供的光罩10、50，及第二实施例所提供的照明装置40，其通过设置具有入光面110、510与出光面112、512的透镜单元11、51，以及将该入光面110、510及该出光面112、512中至少一者设置为沿X方向延伸的凹面，并进一步在该凹面配置至少一沿X方向延伸的条状微结构111、511，可使得至少一LED光源41在Y方向上的辐射范围大于在X方向上的辐射范围，并使至少一LED光源41产生的光场的光强度均匀化，从而提高至少一LED光源41的光利用效率和光均匀度。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种光罩，其包括多个阵列排布的透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面及一个与该入光面相对的出光面，其特征在于：该入光面及该出光面中至少一者为沿第一方向延伸的凹面，该凹面用于扩展光线沿与第一方向成一预定夹角的第二方向的辐射范围，且至少一透镜单元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的条状微结构，该透镜单元的入光面及出光面中有一者为凸面，该凸面用于压缩光线沿第一方向的辐射范围。
2.如权利要求1所述的光罩，其特征在于：该条状微结构为一个条状凸起。
3.如权利要求1所述的光罩，其特征在于：该条状微结构为一个条状凹槽。
4.如权利要求1所述的光罩，其特征在于：该条状微结构沿垂直于第一方向的截面选自三角形、圆弧形及其任意组合。
5.如权利要求1所述的光罩，其特征在于：该第一方向与该第二方向相互垂直。
6.如权利要求1所述的光罩，其特征在于：该凹面为柱状凹面，该凸面为柱状凸面。
7.一种照明装置，包括：
至少一固态光源，用于发射光；
一个光罩，其与至少一固态光源相对设置，该光罩包括多个阵列排布的透镜单元，每个透镜单元包括一个入光面及一个与该入光面相对的出光面，该入光面及该出光面中至少一者为沿第一方向延伸的凹面，该凹面用于扩展光线沿与第一方向成一预定夹角的第二方向的辐射范围，且至少一透镜单元的凹面配置至少一沿第一方向延伸的条状微结构，该透镜单元的入光面及出光面中有一者为凸面，该凸面用于压缩光线沿第一方向的辐射范围。
8.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于：该光罩是权利要求2-6中任意一项所述的光罩。
9.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，该照明装置还包括一个反射板，该反射板包括多个沿第一方向设置且沿第二方向平行排列的梯形凹槽，该多个固态光源设置在该多个梯形凹槽的底部且形成多个线性固态光源阵列，每个梯形凹槽的侧壁用来反射设置在该梯形凹槽底部的固态光源所发出的光线。
10.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于：该至少一固态光源设置为多个，该多个固态光源分别与该多个阵列排布的透镜单元相对。
11.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于：该至少一固态光源为至少一LED光源。
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