[实用新型]光学元件和照明系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于提供改进的光利用率的光学元件。 

本实用新型还涉及一种包括上述光学元件和光源的光学系统。 

背景技术

传统的台灯包括LED类型的台灯和非LED类型的台灯。这些台灯可以产生对称的圆形光分布。所产生的光在半球面空间内被均匀分布，从而在灯的前方、后方都有光分布。然而，用户的阅读区域通常是在灯与用户之间，因此，现有的台灯发射到目标阅读区域的光比较少，几乎有一半的光被分散到灯的后方，从而光的利用率不高。 

此外，当人的眼睛和灯处于相同高度或者比灯更低时，台灯所产生的光会直接射入到人的眼睛中，导致视觉上感受到眩光。当水平放置台灯时，最大亮度点在台灯的最下方。如果用户希望将光分布调整到阅读区域，他需要将灯头移动的自己的头部附近，这会导致很不舒服的阅读感受。要么读者需要倾斜灯头朝向自己，这样将会导致更多的光被射入到人的眼睛中，从而产生眩光的效果。 

因此，在现有技术中存在着改进台灯的光利用效率的需求。 

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺点和问题，本实用新型的一个目的是提高在目标阅读区域上的光利用率。这是通过一种具有如下设置的光学元件来实现的。该光学元件用于二次分配来自光源的光，其具有用于安置光源的底面，相对设置的第一反射面和第二反射面，以及相对设置的第三反射面和第四反射面。其中，第一反射面和所述第二反射面非对称，并且第一反射面、第三反射面、第二反射面以及第四反射面顺序两两相连以使得经过二次分配的光产生近似矩形的光分布。与现有技术中的台灯相比，这种近似矩形的光分布与用户的常用阅读区域重合，优于当前的圆形阅读区域。由于第一反射面和第二反射面的非对称分布，可以将更多的光分配到到光学元件的一侧，从而避免了由于部分光线平均引导到各个方位而导致的光效率损失。 

根据本实用新型的一个优选实施例，第一反射面、第二反射面、第三反射面以及第四反射面为曲面或多个连续弯折的平面。根据该实施例的反射面可以简单地借助于曲面和连续弯折的平面实现，不需要非常复杂的元器件就能提高光利用率，因此，简单并且易于实现。 

优选地，第一反射面将光反射向第二反射面一侧，在第一反射面的底边所反射的光线与底面成第一角度，在第一反射面的顶边所反射的光线与底面成第二角度，以使得被反射的光线在第一角度和第二角度之间均匀分布。优选地，第一角度的范围是75°到90°，第二角度的范围是65°到75°。本领域技术人员可以了解，为了简洁起见，在这里的第二角度被定义为“在第一反射面的顶边与底面”所构成的角度，实际上指的是光线在该位置处相对于底面的出射角度，即，所述光线在第一反射面的顶边处与通过该顶边的底面平行面所构成的角度。类似的，在下文中，在各个反射面的顶边处与底面构成的角度也都是指在相应反射面的顶边处与通过该顶边的底面平行面所构成的角度。 

优选地，第二反射面由两部分组成，靠近底面的第一部分被用于将光线朝向第二反射面一侧反射，在第二反射面的底边所反射的光线与底面构成第三角度并且被所述第一部分所反射的光线在第三角度到90°的范围内均匀分布。远离底面的第二部分被用于将光线朝向第一反射面一侧反射，在第二反射面的顶边所反射的光线与底面成第四角度并且被所述第二部分所反射的光线在90°到第四角度的范围内均匀分布。优选地，所述第三角度的范围是50°到65°，并且第四角度的范围是60°到70°。第一反射面和第二反射面使得所反射的光大部分集中在台灯的正下方和前方，而不会有光被反射到台灯后方，从而相比现有技术的光反射器件，大大增强了被导引到目标阅读区域的光线。 

优选地，由所述第二反射面的第一部分所反射的光能量大于由所述第二反射面的第二部分所反射的光能量。根据该实施例的实用新型，第二反射面所反射的光主要朝向第二反射面的方向，而只有一小部分背离所述第二反射面的方向。这样保证了该光学元件的光分布具有比较明确的截止线。 

根据本实用新型的一个实施例，第三和第四反射面分别用于对称地将光反射到相对侧，在所述第三和第四反射面的底边处所反射的光线与底面成第五角度，在所述第三和第四反射面的顶边处所反射的光线与底面成第六角度，并且被反射的光线在第五角度和第六角度之间具有均匀分布。优选地，第五角度的范围是75°到85°，第六角度的范围是40°到50°。