CN102980134A - 会聚透镜以及配备所述会聚透镜的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种会聚来自光源的光的会聚透镜以及配备该会聚透镜的照明装置。该会聚透镜能使光基于发射角而选择性地入射在多个第一入射部分上，可以使用第二入射部分全反射通过多个第一入射部分折射的光，并可以使用第三入射部分折射所述被全反射的光。

Description

会聚透镜以及配备所述会聚透镜的照明装置

技术领域

本发明涉及一种会聚透镜以及配备该会聚透镜的照明装置，更具体地，涉及一种可以实施为利用单一部件使用多个会聚透镜的小型会聚透镜，以及配备该会聚透镜的照明装置。

背景技术

发光二极管（LED）指的是在电流流动时发射光的半导体器件，并且指的是一种电子元件，该电子元件是包括砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）光学半导体的P-N结二极管并且将电能转换成光能。

近来，已经开发了利用具有优良的物理和化学特性的氮化物实施的蓝光LED和紫外光LED，由于使用蓝光LED或紫外光LED和荧光物质可以产生白光或别的单色光，所以LED的应用范围扩大。

LED可具有长寿命、小尺寸和轻重量的特征，并且因为LED具有强的指向性，所以可以利用低电压操作。此外，LED耐冲击和振动，不需要预热时间，容易操作。因而，LED可以用于多种用途。例如，LED的应用范围已经扩大为包括：移动终端的小型照明、室内照明、室外照明、汽车的门控灯（courtesy light）、以及大型液晶显示器（LCD）的背光等。

通常，为了会聚从LED发出的光，使用二次透镜。二次透镜的一次入射面配置为成一直线，二次入射面利用一次入射面全反射光从而会聚光。传统的方案会具有以下缺点：透镜的尺寸大，并且制造额外的帽（cap）以用作单一透镜。

因此，需要一种减小了透镜尺寸而没有会聚性能的退化且能用作单一透镜并能用作透镜阵列的会聚透镜。

发明内容

本发明的一方面提供一种能形成小型会聚透镜的会聚透镜以及配备该会聚透镜的发光器件。

本发明的另一方面提供一种既能形成单一透镜又能形成透镜阵列作为集成透镜的会聚透镜，以及配备该会聚透镜的发光器件。

根据本发明的一方面，提供一种会聚来自光源的光的会聚透镜，该会聚透镜包括：第一入射部分，包括使从光源发出的光基于该光与会聚透镜的光轴之间的发射角而选择性地入射的多个折射面；第二入射部分，包括在前向方向上全反射入射到第一入射部分上的光之中的、具有大于预定角的发射角的光的多个全反射面；以及第三入射部分，包括使通过第二入射部分全反射的光以及未通过第二入射部分全反射的光入射从而在前向方向上折射所述光的多个折射面。

第一入射部分可以包括：第一折射面，设置在光源的前侧使得具有小于第一预定角的发射角的光入射到第一折射面上；第二折射面，设置为围绕第一折射面的外侧使得具有大于或等于第一预定角并且小于第二预定角的发射角的光入射到第二折射面上；以及第三折射面，设置为围绕第二折射面的外侧使得具有大于或等于第二预定角的发射角的光入射到第三折射面上。

第一折射面可以形成为垂直于该光轴，第二折射面可以形成为平行于该光轴，以及第三折射面可以形成为使用光源作为中心的圆的弧的形状。

第二入射部分可以包括：第一全反射面，设置为围绕第二折射面的外侧使得入射到第二折射面上的光在前向方向上全反射；以及第二全反射面，设置为围绕第三折射面的外侧使得入射到第三折射面上的光在前向方向上全反射以平行于光轴。

第一全反射面和第二全反射面的至少之一可以形成为使用光源作为抛物线焦点的抛物线形状。

第三入射部分可以包括：第四折射面，设置在第一全反射面和第一折射面的前侧，使得入射到第一折射面上的光以及被第一全反射面全反射的光入射；以及第五折射面，设置在第二全反射面的前侧，使得被第二全反射面全反射的光入射。

第四折射面可以形成为正面凸曲面使得入射到第一折射面上的光以及被第一全反射面全反射的光被折射以平行于光轴，以及第五折射面可以形成为垂直于光轴，使得被第二全反射面全反射的光被折射以平行于光轴。

根据本发明的另一方面，提供一种照明装置，其包括：会聚透镜；发光器件，设置在会聚透镜的后侧以提供光到会聚透镜；以及电路基板，包含发光器件。会聚透镜包括：第一入射部分，包括使从光源发出的光基于光与会聚透镜的光轴之间的发射角而选择性地入射的多个折射面；第二入射部分，包括在前向方向上全反射入射到第一入射部分上的光之中的、具有大于预定角的发射角的光的多个全反射面；以及第三入射部分，包括使通过第二入射部分全反射的光以及未通过第二入射部分全反射的光入射从而在前向方向上折射光的多个折射面。

根据本发明的另一方面，提供一种照明装置，包括：透镜盖，会聚透镜形成在其中；发光器件，设置在会聚透镜的后侧以提供光到会聚透镜；以及电路基板，包含发光器件。多个发光器件设置在电路基板上的不同位置，会聚透镜形成在所述透镜盖中的、与发光器件相应的位置。此外，会聚透镜包括：第一入射部分，包括使从光源发出的光基于光与会聚透镜的光轴之间的发射角而选择性地入射的多个折射面；第二入射部分，包括在前向方向上全反射入射到第一入射部分的光之中的、具有大于预定角的发射角的光的多个全反射面；以及第三入射部分，包括使通过第二入射部分全反射的光以及未通过第二入射部分全反射的光入射从而在前向方向上折射光的多个折射面。

本发明的其它方面、特征和/或优点将在以下描述中部分地阐述，且部分将通过该描述变得显然或者可以通过对本发明的实践而习知。

本发明的实施方式可以提供一种会聚透镜以及配备该会聚透镜的照明装置，该会聚透镜可以形成小型会聚透镜，因此照明装置最小化。会聚透镜可以形成为小型的而没有会聚性能的退化，因而，照明装置可以形成为小的，设计自由度可以是高的，且可以易于获得用于安装的空间。

本发明的实施方式可以提供一种会聚透镜和配备该会聚透镜的照明装置。会聚透镜可以用作单一透镜以包括在单一发光器件中，并且可以用作集成多个会聚透镜的集成透镜。也就是说，可以改善会聚透镜的可扩展性（scalability）。

集成透镜可以是集成多个会聚透镜作为单一部件的透镜阵列，因而，当使用多个发光器件时，可以降低制造成本且可以缩短制作工序。

附图说明

通过结合附图对实施方式的以下描述，本发明的这些和/或其它方面、特征和优点将变得显然且更易于理解，在附图中：

图1是剖面图，示出根据本发明一实施方式的会聚透镜；

图2是示出来自光源的光通过图1的会聚透镜会聚的状态的视图；

图3是示出配备根据本发明一实施方式的会聚透镜的照明装置的一示例的视图；以及

图4是示出配备根据本发明一实施方式的会聚透镜的照明装置的另一示例的视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施方式，其示例在附图中示出，其中相似的附图标记通篇表示相似的元件。以下参考附图描述实施方式以说明本发明。

图1示出根据本发明一实施方式的会聚透镜的剖面图，图2示出来自光源的光通过图1的会聚透镜会聚的状态。

参考图1和图2，会聚透镜100可以指会聚来自光源10的光（R）的光学构件，并且可以包括会聚透镜体110、第一入射部分120、第二入射部分130、以及第三入射部分140。

光源10可以指产生R的物体，一般地，发光器件可以用作光源10。在下文中，实施方式可以使用与发光二极管（LED）封装的类型相应的光源10，该发光二极管（LED）封装包括设置在将电流转变成光的发光器件周围的荧光物质。然而，光源10的示例可以不限制于此，并且可以基于设计条件使用不同的光源。

会聚透镜体110可以是设置在光源10前侧的构件，可以由R能透过的透明材料形成。会聚透镜体110可以形成为覆盖光源10。

参考图1和图2，第一入射部分120可以包括能使R基于从光源10发出的R与会聚透镜100的光轴（A）之间形成的发射角θ而选择性地入射的多个折射面，例如第一折射面122、第二折射面124和第三折射面126。

这里，A可以指R的不发生双折射的路径或者当光学系统旋转时在光学方面没有产生差异的轴。如图1和图2所示，会聚透镜100的A可以形成为从中心到前向方向的方向上的直线形状。

此外，发射角θ可以指在R和A之间形成的角度。因此，随着R的发射角θ减小，R在接近前向方向的方向上发出。另一方面，随着R的发射角θ增大，关于左方向或右方向倾斜地发出R。

根据本发明的一方面，第一入射部分120可以包括第一折射面122、第二折射面124和第三折射面126。虽然第一折射面122、第二折射面124和第三折射面126在会聚透镜体110的后侧设置成基于A的圆形，但是配置不限于此并且可以基于设计条件和情况而不同地变型。

第一折射面122可以是来自光源10的R之中的、具有小于第一预定角（θ1）的发射角θ的第一光（R1）入射在其上的入射表面。折射面122可以设置为面对光源10的前侧。第一折射面122可以形成为垂直于A。例如，第一折射面122可以形成为圆形，其中A穿过该圆形的中心。

第二折射面124可以是来自光源10的R之中的、具有大于或等于θ1且小于第二预定角（θ2）的发射角θ的第二光（R2）入射在其上的入射面。第二折射面124可以设置为围绕第一折射面122的外侧。第二折射面124可以形成为平行于光轴。例如，第二折射面124可以沿第一折射面的边缘形成为平行于A的圆筒形。

第三折射面126可以是来自光源10的R之中的、具有大于或等于θ2的发射角θ的第三光（R3）入射在其上的入射面。第三折射面126可以设置为围绕第二折射面124的外侧。第三折射面126可以形成为使用光源10作为中心的圆的弧的形状。例如，第三折射面126可以形成为围绕第二折射面124的管的形状，R3入射在其上的部分可以形成为以光源10作为中心的球形面。

参考图1和图2，第二入射部分130可以包括在前向方向上全反射入射在第一入射部分120上的R之中的、具有大于θ1的发射角θ的R2和R3的多个全反射面，例如，第一全反射面132和第二全反射面134。

第二入射部分130可以包括第一全反射面132和第二全反射面134。

第一全反射面132可以是在前向方向上全反射入射在第二折射面124上的R2的表面。第一全反射面132可以设置为围绕第二折射面124的外侧。

第二全反射面134可以是在前向方向上全反射入射在第三折射面126上的R3使得R3平行于A的表面。第二全反射面134可以形成为围绕第三折射面126的外侧。

第一全反射面132和第二全反射面134的至少之一可以形成为利用光源10作为抛物线焦点的抛物线状。在下文中，实施方式可以描述第一全反射面132和第二全反射面134均形成为抛物线形状。

参考图1和图2，第三入射部分140可以包括能使被第二入射部分130全反射的R2和R3以及未被第二入射部分130全反射的R1入射的多个折射面，例如第四折射面142和第五折射面144，从而在前向方向上折射R1、R2和R3以使其平行于A。

根据本发明的一方面，第三入射部分140可以包括第四折射面142以及第五折射面144。

第四折射面142可以是入射在第一折射面122上的R1以及被第一全反射面132全反射的R2入射在其上的表面。第四折射面142可以设置在第一折射面122和第一全反射面132的前侧。第四折射面142可以形成为正面凸曲面（front facing convex curve），从而将R1和R2折射成平行于A。

第五折射面144可以是被第二全反射面134反射的R3入射在其上的表面。第五折射面144可以设置在第二全反射面134的前侧。第五折射面144可以形成为垂直于A，从而将R3折射成平行于A。

在下文中，将提供如前面描述地配置的会聚透镜100的功能。

在从光源10发出的R之中，R1以小于θ1的发射角θ入射在第一入射部分120的第一折射面122上。R1可以在发射角θ沿其减小的方向上通过第一折射面122被一次折射。

随后，R1可以穿过会聚透镜体110并且可以入射在第三入射部分140的第四折射面142上。R1可以在发射角θ沿其减小的方向上通过第四折射面142被二次折射。在该过程中，可以在会聚透镜100的前向方向上发射R1使其平行于A。

在从光源10发出的R之中，R2可以以大于或等于θ1并且小于θ2的发射角θ入射在第一入射部分120的第二折射面124上。R2可以在发射角θ沿其增大的方向上通过第二折射面124被一次折射。

随后，R2可以穿过会聚透镜体110，并且可以在发射角θ沿其减小的方向上被第二入射部分130的第一全反射面132反射。在该示例中，R2可以在前向方向上通过第一全反射面132被全反射，从而平行于A。

通过第一全反射面132被全反射的R2可以穿过会聚透镜体110，并且可以入射在第三入射部分140的第四折射面142上。R2可以在发射角θ沿其减小的方向上通过第四折射面142被二次折射。在该过程中，可以在会聚透镜100的前向方向上发射R2使其平行于A。

在从光源10发出的R之中，R3可以以大于或等于θ2的发射角θ入射到第一入射部分120的第三折射面126上。R3的发射角θ可以不通过第三折射面126折射，因为第三折射面126形成为中心是光源10的圆的弧的形状而且R3入射到第三折射面126上以垂直于第三折射面126。

随后，R3可以穿过会聚透镜体110并且可以在发射角θ沿其减小的方向上通过第二入射部分130的第二全反射面134被反射。在该示例中，R3可以在前向方向上通过第二全反射面134被反射，从而平行于A。

通过第二全反射面134被全反射的R3可以穿过会聚透镜体110，并且可以入射在第三入射部分140的第五折射面144上。R3可以不通过第五折射面144折射并且可以在会聚透镜100的前向方向上按现状发出，因为第五折射面144形成为垂直于A的平面形状而且R3竖直地入射到第五折射面144上。

如之前描述的，光源10的R可以基于发射角θ经由不同的路径被折射或反射，因而可以在会聚透镜100的前向方向上发出以平行于A，并且可以形成为小于传统的会聚透镜。

图3示出配备根据本发明一实施方式的会聚透镜的照明装置200。为了便于参考，在图3中使用的相同附图标记指代与图1和图2中相同的元件。

参考图3，照明装置200可以包括会聚透镜100、发光器件10以及电路基板210。会聚透镜100可具有与图1和图2的配置100类似的配置，发光器件10可以相应于图1和图2的光源10，因而为了简洁，将省略关于会聚透镜100和发光器件10的详细描述。

发光器件10可以设置在会聚透镜100的后侧，并且可以包含在电路基板210中。电路基板210可以配备用于控制发光器件10的操作的电路。此外，会聚透镜100还可以稳定地安装在电路基板210上。

照明装置200可以包括设置在电路基板210上的不同位置处的多个发光器件10，每个发光器件10配备会聚透镜100。也就是说，会聚透镜100可以用作安装在多个发光器件10的每个中的单一透镜。

照明装置200的会聚透镜100可以配置成紧凑的，因而，照明装置200可以形成为小于传统的照明装置。

图4示出配备根据本发明另一实施方式的会聚透镜的照明装置300。为了便于参考，在图4中使用的相同附图标记指代与图1和图2中相同的元件。

参考图4，照明装置300可以包括透镜盖320、发光器件10以及电路基板310。

多个会聚透镜100可以形成在透镜盖320上。会聚透镜100可具有与图1和图2的会聚透镜100相似的配置，发光器件10可以相应于图1和图2中的光源10，因而为了简洁，将省略关于会聚透镜100和发光器件10的详细描述。

发光器件10可以设置在会聚透镜100的后侧，多个发光器件10可以安装在电路基板310上。电路基板310可以配备用于控制发光器件10的操作的电路。此外，透镜盖320可以稳定地安装在电路基板310上。

照明装置300可以包括设置在电路基板310上的不同位置处的多个发光器件10，多个发光器件10可以形成为具有通过透镜盖320覆盖的结构。会聚透镜100可以形成在透镜盖320中分别与多个发光器件10相应的位置。因此，透镜盖320可以是集成多个会聚透镜100的集成透镜，例如透镜阵列，因而，照明装置300中包括的部件和装配器的总数可以减少。

因为照明装置300的透镜盖320可以配置成紧凑的，因而，照明装置300可以形成为小于传统的照明装置。

虽然已经显示并描述了本发明的一些实施方式，但是本发明不限于所描述的实施方式。替代地，本领域的技术人员将理解，可以对这些实施方式进行改变而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求书及其等效物定义。

本申请要求2011年9月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0089001的权益，其公开通过引用结合于此。

Claims (12)

1.一种会聚透镜，其会聚来自光源的光，所述会聚透镜包括：

第一入射部分，包括使从所述光源发出的光基于所述光与所述会聚透镜的光轴之间的发射角而选择性地入射的多个折射面；

第二入射部分，包括在前向方向上全反射入射到所述第一入射部分上的光之中的、具有大于预定角的发射角的光的多个全反射面；以及

第三入射部分，包括使通过所述第二入射部分全反射的光以及未通过所述第二入射部分全反射的光入射从而在前向方向上折射所述光的多个折射面。

2.根据权利要求1所述的会聚透镜，其中所述第一入射部分包括：

第一折射面，设置在所述光源的前侧使得具有小于第一预定角的发射角的光入射到所述第一折射面上；

第二折射面，设置为围绕所述第一折射面的外侧使得具有大于或等于所述第一预定角并且小于第二预定角的发射角的光入射到所述第二折射面上；以及

第三折射面，设置为围绕所述第二折射面的外侧使得具有大于或等于所述第二预定角的发射角的光入射到所述第三折射面上。

3.根据权利要求2所述的会聚透镜，其中所述第一折射面形成为垂直于所述光轴。

4.根据权利要求2所述的会聚透镜，其中所述第二折射面形成为平行于所述光轴。

5.根据权利要求2所述的会聚透镜，其中所述第三折射面形成为使用所述光源作为中心的圆的弧的形状。

6.根据权利要求2所述的会聚透镜，其中所述第二入射部分包括：

第一全反射面，设置为围绕所述第二折射面的外侧使得入射到所述第二折射面上的光在前向方向上全反射；以及

第二全反射面，设置为围绕所述第三折射面的外侧使得入射到所述第三折射面上的光在前向方向上全反射以平行于所述光轴。

7.根据权利要求6所述的会聚透镜，其中所述第一全反射面和所述第二全反射面的至少之一形成为使用所述光源作为抛物线焦点的抛物线形状。

8.根据权利要求6所述的会聚透镜，其中所述第三入射部分包括：

第四折射面，设置在所述第一全反射面和所述第一折射面的前侧，使得入射到所述第一折射面上的光以及通过所述第一全反射面全反射的光入射；以及

第五折射面，设置在所述第二全反射面的前侧，使得通过所述第二全反射面全反射的光入射。

9.根据权利要求8所述的会聚透镜，其中所述第四折射面形成为正面凸曲面，使得入射到所述第一折射面上的光以及被所述第一全反射面全反射的光被折射以平行于所述光轴。

10.根据权利要求8所述的会聚透镜，其中所述第五折射面形成为垂直于所述光轴，使得被所述第二全反射面全反射的光被折射以平行于所述光轴。

11.一种照明装置，包括：

会聚透镜；

发光器件，设置在所述会聚透镜的后侧以提供光到所述会聚透镜；以及

电路基板，包含所述发光器件，

其中所述会聚透镜包括：

第一入射部分，包括使从所述光源发出的光基于所述光与所述会聚透镜的光轴之间的发射角而选择性地入射的多个折射面；

第二入射部分，包括在前向方向上全反射入射到所述第一入射部分上的光之中的、具有大于预定角的发射角的光的多个全反射面；以及

第三入射部分，包括使通过所述第二入射部分全反射的光以及未通过所述第二入射部分全反射的光入射从而在前向方向上折射所述光的多个折射面。

12.一种照明装置，包括：

透镜盖，会聚透镜形成在其中；

发光器件，设置在所述会聚透镜的后侧以提供光到所述会聚透镜；以及

电路基板，包含所述发光器件，

其中：

多个发光器件设置在所述电路基板上的不同位置，会聚透镜形成在所述透镜盖中的与所述发光器件相应的位置，以及

其中所述会聚透镜包括：

第一入射部分，包括使从所述光源发出的光基于所述光与所述会聚透镜的光轴之间的发射角而选择性地入射的多个折射面；

第二入射部分，包括在前向方向上全反射入射到所述第一入射部分上的光之中的、具有大于预定角的发射角的光的多个全反射面；以及

第三入射部分，包括使通过所述第二入射部分全反射的光以及未通过所述第二入射部分全反射的光入射从而在前向方向上折射所述光的多个折射面。

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