CN103062704A - 透镜和配有该透镜的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于线性的光源(L)的透镜，其特征在于，透镜包括远离光源(L)的外侧面和面对光源(L)的内侧面，外侧面为平坦的出光面(F)，内侧面包括第一凸出区域(1)和关于第一凸出区域(1)对称的第二凹陷区域(2)，其中各个第二凹陷区域(2)形成微结构，来自光源(2)的光经微结构折射后反射至所述出光面(F)。此外本发明还涉及一种配有上述透镜的照明装置。根据本发明的透镜厚度较小，并且可以对入射角不同的光全面地进行折射和内反射，以便获得均匀细长的光分布图案。

Description

透镜和配有该透镜的照明装置

技术领域

本发明涉及一种透镜和一种配有该透镜的照明装置。

背景技术

当今，照明装置被广泛地应用于日常生活中的各个领域。例如条形照明装置经常安装在家具、橱柜或其他待照明的物体的边棱上。对于这种照明装置来说，通常需要获得长条形的光分布。为此通常将透镜用作条形照明装置的灯罩，用于使来自光源的出射光朝向预定的角度偏转。

现有技术中主要存在两种这样的透镜，一种是设计为TIR(全内反射)挤出透镜，另一种是带有圆柱形条纹的透镜。对于TIR挤出透镜而言，与光轴的夹角较大的出射光部分在透镜中进行全内反射，而在与光轴的夹角较小的出射光部分在透镜部分中进行折射。在此情况下所需的透镜厚度较高。因此导致具有这种设计的透镜的条形照明装置在一些对照明装置的高度或几何形状要求严格的环境下并不适合。对于带有圆柱形条纹的透镜而言，其整体具有凸透镜的形状。这种透镜相对于第一种类型的透镜，具有较小的厚度，但是这种透镜上的圆柱形条纹均匀排布，因此无法针对入射角度不同的光均根据光学原理全面地进行控制。另外通过这种带有圆柱形条纹的透镜很难获得足够细长并且均匀的光分布图案。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种透镜，这种透镜厚度较小，并且可以对不同入射角度的光全面地进行折射和内反射，以便获得均匀细长的光分布图案。

根据本发明提出一种用于线性光源的透镜，其特征在于，透镜包括远离光源的外侧面和面对光源的内侧面，外侧面为平坦的出光面，内侧面包括第一凸出区域和关于第一凸出区域对称的第二凹陷区域，其中各个第二凹陷区域微结构，来自光源的光经所述微结构折射后并进一步反射至出光面。设计为具有中央第一凸起区域和两个关于第一凸起区域对称的第二凹陷区域形状的透镜可以根据分割TIR透镜的原理使透镜的厚度减小。由于线性光源通常正对透镜的中央部分设置在透镜的下方，因此透镜的内侧面上的各个区域到光源的距离不同，而且各个区域上获得的入射光的角度也不相同。通过将内侧面设计为中间朝向光源凸出、两侧远离光源所在平面凹陷的连续曲面，并且将主要接收倾斜射入的光的第二凹陷区域设计为微结构，可以根据光学原理使入射光以预定的角度在透镜其中进行全内反射后从出光面均匀地射出。这样在确保达到较高的光效率的前提下可以获得细长形的光分布。

在根据本发明的一个优选的设计中，微结构是连续的锯齿结构，该锯齿结构包括多个全内反射的锯齿单元。连续锯齿结构的表面有利地反射和折射具有不同入射角的入射光。

在根据本发明的一个优选的设计中，全内反射的锯齿单元包括在横截面中限定出具有顶点的朝向光源的夹角的第一锯齿边和第二锯齿边，第一锯齿边具有朝向光源的光入射面和背向光源的光折射面，第二锯齿边具有与光折射面相对的全内反射面。由光源发出的光首先到达第一锯齿边的光入射面，然后经过折射从光折射面射向第二锯齿边的全内反射面，由此实现在透镜中的全内反射。

在根据本发明的一个优选的设计中，一个顶点与光源之间的连线与和该顶点相邻的两个顶点到所述光源之间的连线分别形成的两个第一夹角相等。这样设计有利于获得均匀的条形光分布。

在根据本发明的一个优选的设计中，全内反射的锯齿单元的数量等于光源射入第二凹陷区域的光入射范围和第一夹角的比值。锯齿单元的数量越多，就可以得到越均匀的光分布。

在根据本发明的一个优选的设计中，第一锯齿边和光源的光轴之间的夹角为2°-5°。特别优选地，该夹角最小可以为2°。

在根据本发明的一个优选的设计中，第一凸出区域到出光面的第一距离小于第二凹陷区域的边缘区域到出光面的第三距离。特别优选地，该第三距离为3mm。由此，在第一凸出区域两侧分别形成中间远离光源所在平面并凹陷的拱形，其中透镜两侧的边缘区域基本和光源处于同一水平面内。

在根据本发明的另一个优选的设计中，锯齿单元的第一锯齿边和第二锯齿边分别随着第二凹陷区域到出光面的第二距离减小而增长。这说明了，在各个第二凹陷区域中第一和第二锯齿边的长度从拱形的拱顶分别朝向邻接第一凸出区域和边缘区域的拱形两端逐渐减小。

在根据本发明的另一个优选的设计中，透镜由PC或PMMA制成。透镜的材质、特别是其光学特性和锯齿单元的形状以及长度有关。

优选的，透镜为沿平行于线性光源的延伸方向拉伸的挤出透镜。

此外本发明还涉及一种照明装置，包括呈线状排布的多个光源，其中该照明装置配有上述透镜。

优选的，线状排布的光源为线性LED阵列。LED阵列的光轴垂直朝向第一凸出区域的中心。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1是根据本发明的透镜的截面图；

图2是图1中透镜的第二凹陷区域2的细节图；

图3是根据本发明的透镜的立体图；

图4是根据本发明的透镜的光路图；

图5是根据本发明的透镜的光分布图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的透镜的截面图，其中该透镜用于线性光源L。该线性光源L垂直于纸面向内延伸。根据本发明的透镜具有作为出光面F的平坦的外侧面和面对光源L的内侧面。为了在确保较高光效率的前提下获得均匀的条形光斑，将透镜的内侧面的中央区域设计为朝向光源L凸出的第一凸出区域1，并且在第一凸出区域1两侧设计对称地远离光源L凹陷的第二凹陷区域2，第二凹陷区域2的边缘区域3、即平行于光源L延伸方向的至少部分边缘区域基本上和光源L处于同一水平面，由此可以大致覆盖光源L的照射范围。由此形成中间远离光源L凹陷的拱形的第二凹陷区域2。更有利地是，在主要接收光源L的出射光的第二凹陷区域2上形成微结构、即由多个全内反射的锯齿单元T组成的连续锯齿结构。

每个锯齿单元T由第一锯齿边S1和第二锯齿边S2限定出具有顶点P并且朝向光源L的锐角形结构，其中第一锯齿边S1具有朝向光源L的光入射面a1和背向光源L的光折射面a2，而第二锯齿边S2的背离光折射面a2的面为全内反射面a3。各个锯齿单元T的形状并不相同，根据需要获取的光分布，可以灵活地设计锯齿单元T的长度以及锯齿边S1和S2的倾斜角度，由此改变光在透镜中的内反射角度，进而调整由出光面F射出的光与出光面F之间的倾角，使由光源L射入的光穿过该透镜朝向预定的方向偏转。

结合图2中示出的细节图可以看出，在第二凹陷区域2的一个部段中，相邻的两个顶点P与光源L之间的连线形成的夹角为第一夹角α。第一锯齿边S1和光源L的光轴之间的夹角为第二夹角β。通过调整第一和第二夹角α，β的大小，可以影响锯齿单元T的形状和连续锯齿结构的曲线走向，这也直接决定了获得何种形状的光分布。第二夹角β可以是2°到5°之间的角度。第一夹角可以在设计时候人为设定。为了清晰地示出锯齿单元T，在图2中放大地示出了设定为5°的第二夹角β。由于相应于各个锯齿单元T的第二夹角β相等，因此各个锯齿单元T的第一锯齿边S1彼此平行。各个锯齿单元T的第一锯齿边S1的长度是这样确定的，例如从光源L出发并且具有第一夹角α的两个光束恰好可以经过相邻的两个顶点P。经过第一锯齿单元T1的顶点P的光束穿过第二锯齿单元T2的第一锯齿边S1，射向第二锯齿边S2的全内反射面a3，并且在此形成反射点P′，该反射点P′也是第三锯齿单元T3的第一锯齿边S1的端点。由此，第三锯齿单元T3的第一锯齿边S1的长度通过顶点P和端点P′确定出。此外，相应于图1可以看出，相邻的顶点P与光源L之间的连线形成的第一夹角α分别相等。而锯齿单元T的数量等于光源L对应于第二凹陷区域2的光入射范围和第一角度α的比值。例如第一夹角为10°，第二凹陷区域2覆盖的范围为0°-80°，则在每个第二凹陷区域2中各存在8个锯齿单元T。

根据本发明的透镜可以取决于使用环境根据上述几何关系设计得出。

图3是根据本发明的透镜的立体图。由此可以看出，根据本发明的透镜为沿平行于光源L的延伸方向拉伸的挤出透镜。透镜可以由PC或PMMA制成。

图4和图5分别示出了根据本发明的透镜的光路图和光分布图。从图4中可以看出，来自光源L的光经过透镜可以被均匀地射出。而从图5中看出，在例如距离光源L 0.5m远的目标平面上可以获得均匀的条形光分布图案。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

参考标号表

1     第一凸出区域

2     第二凹陷区域

3     边缘区域

a1    光入射面

a2    光折射面

a3    全内反射面

d1    第一距离

d2    第二距离

d3    第三距离

F     出光面

L     光源

P     顶点

P′   反射点/第一锯齿边S1的端点

S1    第一锯齿边

S2    第二锯齿边

T     锯齿单元

T1    第一锯齿单元

T2    第二锯齿单元

T3    第三锯齿单元

α    第一夹角

β    第二夹角

Claims (13)

1.一种用于线性的光源(L)的透镜，其特征在于，所述透镜包括远离光源(L)的外侧面和面对光源(L)的内侧面，所述外侧面为平坦的出光面(F)，所述内侧面包括第一凸出区域(1)和关于所述第一凸出区域(1)对称的第二凹陷区域(2)，其中各个第二凹陷区域(2)形成微结构，来自所述光源(2)的光经所述微结构折射后并进一步反射至所述出光面(F)。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述微结构是连续的锯齿结构，所述锯齿结构包括多个全内反射的锯齿单元(T)。

3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，全内反射的所述锯齿单元(T)包括在横截面中限定出具有顶点(P)的朝向所述光源(L)的夹角的第一锯齿边(S1)和第二锯齿边(S2)，所述第一锯齿边(S1)形成朝向所述光源(L)的光入射面(a1)和背向所述光源(L)的光折射面(a2)，所述第二锯齿边(S2)形成与所述光折射面(a2)相对的全内反射面(a3)。

4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，一个顶点(P)与所述光源(L)之间的连线与和所述顶点(P)相邻的两个顶点(P)到所述光源(L)之间的连线分别形成的两个第一夹角(α)相等。

5.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，全内反射的所述锯齿单元(T)的数量等于所述光源(L)射入所述第二凹陷区域(2)的光入射范围和所述第一角度(α)的比值。

6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述第一锯齿边(S1)和所述光源(L)的光轴之间的第二夹角(β)为2°-5°。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述第一凸出区域(1)到所述出光面(F)的第一距离(d1)小于所述第二凹陷区域(2)的边缘区域(3)到所述出光面(F)的第三距离(d3)。

8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述第三距离(d3)为3mm。

9.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述锯齿单元(T)的所述第一锯齿边(S1)和第二锯齿边(S2)分别随着所述第二凹陷区域(2)到所述出光面(F)的第二距离(d2)减小而增长。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜由PC或PMMA制成。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜为沿平行于线性所述光源(L)的延伸方向拉伸的挤出透镜。

12.一种照明装置，包括呈线状排布的多个光源(L)，其特征在于，配有根据权利要求1-11中任一项所述的透镜。

13.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于，所述线状排布的光源(L)为线性LED阵列。

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