CN103133993B - 透镜和照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于照明装置的透镜(1)，包括基板(2)和形成在基板(2)上的微透镜阵列，其中微透镜阵列包括多个微透镜(3)，微透镜(3)具有分别朝向照明装置的光源(S)一侧的光入射面(4)和背离光源(S)一侧的光出射面(5)，其中光入射面(4)为限定出朝向光源(S)开放的腔体(R)的第一曲面(4)，光出射面(5)为第二曲面(5)，第二曲面(5)设计为将经第一曲面(4)入射的光线(L)以均匀的漫透射方式射出。通过该透镜出射的光线可以漫射在待照射的物体上实现预期的光分布效果。本发明还涉及一种具有上述类型的透镜的照明装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种透镜和一种具有该透镜的照明装置。
背景技术
随着LED照明技术的发展，人们越来越多地将LED照明装置作为光源应用到各种环境中。由于LED芯片的制造公差的原因，LED芯片发出的光线在待照射物体上形成的实际光斑的亮度通常并不均匀。一些时候照度并不是很均匀并且色彩也不是很均匀。为了解决上述问题，获得尽可能良好的照明效果，通常需要在LED芯片上安装一个透镜，利用该透镜对LED芯片发出的光线进行调整。在现有技术中，透镜的出射面被结构化，也就是说该出射面上形成有很多任意分布的凸起或者凹面，从而形成漫射面。该漫射面对来自LED芯片的光线进行调整。另外的一种解决方案是直接在透镜的顶部加上一个漫散屏，从而对LED芯片的光线进行调整。然而，经过上述类型的透镜和漫散屏调整的光线的光分布很难被预期或者很难被模拟。经过上述类型的透镜和漫散屏调整的光线的光分布是随意的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种用于照明装置的透镜，通过该透镜出射的光线可以漫射在待照射的物体上实现预期的光分布效果。此外，本发明还提出一种具有上述类型的透镜的照明装置。
本发明的第一个目的通过一种透镜由此实现，即该透镜包括基板和形成在基板上的微透镜阵列，其中微透镜阵列包括多个微透镜，微透镜具有分别朝向照明装置的光源一侧的光入射面和背离光源一侧的光出射面，其特征在于，光入射面为限定出朝向光源开放的腔体的第一曲面，光出射面为第二曲面，该第二曲面设计为将经第一曲面入射的光线以均匀的漫透射方式射出。在根据本发明的设计方案中，其中光入射面为限定出朝向光源开放的腔体的第一曲面，以使来自光源的光线尽可能地第一曲面上的不同位置以不同的入射角入射，来自光源的光线经过第一曲面入射后将光线尽可能地从多个方向折射到第二曲面上，第二曲面设计为使得出射的光线进一步以均匀的漫透射方式射出。由于将多个具有良好散射效果的微透镜以矩阵的方式组合形成一个透镜整体，可以实现均匀的漫射效果，并且获得理想的光分布图案。
根据本发明的一个优选的设计方案，所述第一曲面的和第二曲面的轮廓根据由所述微透镜射出的光线产生的预期的光分布图案的光束角来设计。根据应用环境的需要，为了获得不同的预期的光分布图案，可以根据这些光分布图案的光束角相应地调整第一曲面和第二曲面的轮廓，由此实现调整光束角的目的。
根据本发明的一个优选的设计方案提出，在所述微透镜的纵截面上看，第二曲面包括凹面弯曲的中间区域和位于中间区域两侧的凸面弯曲的边缘区域，并且中间区域与边缘区域平滑过渡。光出射面设计为这种类型的第二曲面，进一步获得均匀的光分布。
根据本发明的一个优选的设计方案，第二曲面为旋转对称曲面。通过旋转对称的设计可以确保光线通过该曲面均匀对称地射出。而且这种旋转对称的曲面也便于制造。
根据本发明的一个优选的设计方案，第二曲面在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定：y＝0.0171x4-0.132x3+0.0667x2-0.1225x+4.3336。
根据本发明的一个优选的设计方案，第一曲面为旋转对称曲面，在所述微透镜的纵截面上看，包括中央的第一子区域和位于第一子区域两侧的第二子区域。具有第一子区域和第二子区域的第一曲面由此限定出朝向光源开放的腔体。利用旋转对称的腔体可以广泛地接收来自光源的光线，并且确保光线在微透镜中被均匀对称地进行折射。
根据本发明的一个优选的设计方案，第一曲面在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定：y＝-0.004x6+0.0634x5-0.3759x4+1.0004x3-1.2068x2+0.6735x+3.9442。
优选地，第一子区域为球面。通过设计为球面的第一子区域，来自光源的光线通过透镜出射后所产生的光斑的边缘和中心的亮度都接近一致，而不会在光斑的中心形成较亮的区域，从而获得均匀的光分布。特别优选地，第二子区域为锥面。这样可以使来自光源的光线直接进入微透镜中，避免由于在平滑的侧壁上出现多次折射而产生的光损失。
根据本发明的一个优选的设计方案，基板和微透镜阵列一体形成。例如通过注塑或压铸或其他方式可以直接在基板上形成微透镜阵列，由此可以简单地进行制造并且确保了材料的单一性。
优选地，透镜由PC制成。透镜也可以例如由PMMA或其他适合的材料制成。
本发明的另一目的通过一种具有上述类型的透镜的照明装置实现，该照明装置能够产生均匀的光分布。
根据本发明的一个优选的设计方案，照明装置的光源是LED光源，LED光源作为绿色能源具有寿命长、光效高的特点。
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立体截面图；
图2是根据本发明的透镜的局部放大图，其中示出了微透镜的第一实施例的截面图；
图3是相应于图2中的微透镜的第一实施例的光分布图案；
图4是微透镜的第二实施例的截面图；
图5是相应于图4中的微透镜的第二实施例的光分布图案；
图6是根据本发明的照明装置；
图7是根据本发明的照明装置的配光曲线。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的透镜的立体截面图。从图中可见，该透镜1具有基板2和一体形成在基板2上的微透镜阵列，其中微透镜阵列由多个优选为均匀排列的微透镜3组成。微透镜3包括作为光入射面4的第一曲面4和作为光出射面5的第二曲面5。为了可以实现将来自光源S(参见图6)的光线L(参见图6)通过透镜1均匀地漫射出，特别地将第一曲面4和第二曲面5设计为不同的曲面，其中第一曲面4限定出朝向光源S开放的腔体R，第二曲面5为非球面曲面。
从图1中进一步可见，微透镜3关于自身的中心轴线旋转对称，也就是说，第一曲面4和第二曲面5优选地也是旋转对称的曲面。
图2示出了根据本发明的透镜的局部放大图，其中示出了微透镜的第一实施例的截面图。在该实施例中，微透镜3的第二曲面5包括凹面弯曲的中间区域5a和位于中间区域5a两侧的凸面弯曲的边缘区域5b，并且中间区域5a与边缘区域5b平滑过渡。该第二曲面5在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定：y＝0.0171x4-0.132x3+0.0667x2-0.1225x+4.3336。
微透镜3的第一曲面4包括中央的第一子区域4a和位于第一子区域4a两侧的第二子区域4b，其中第一子区域4a为球面，第二子区域4b为平滑的锥面，第一子区域4a和第二子区域4b平滑过渡。该第一曲面4在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定：y＝-0.004x6+0.0634x5-0.3759x4+1.0004x3-1.2068x2+0.6735x+3.9442。
第一曲面4限定出的空腔R的高度大于中间区域5a和第一子区域4a之间的距离。具有这种轮廓的微透镜3能够更好地对光线进行漫射，从而使光线分布更加均匀。结合图3可以看出，这样获得的光分布图案具有较大的光束角。
图4示出了微透镜的第二实施例的截面图。和图2中的第一实施例的区别之处在于，在图4中示出了通过改变第一曲面4和第二曲面5而获得的形状和轮廓略微改变的微透镜3。在该实施例，第一子区域4a的尺寸较小并且第二子区域4b相对于中心轴线的倾斜度较大，因此限定出的空腔R的高度低于第一实施例中的空腔R的高度。第二曲面5的中间区域5a具有相对于第一实施例较大的面积和深度，以获得与图3中光分布图不同的如图5中所示的光分布图案。参照图5示出的光分布图案可以看出，这种形状略微改变的微透镜3的可以实现的光束角小于图3中的示出的光束角。
图6示出了根据本发明的照明装置，其中该照明装置具有上面提到的透镜1。光源S和透镜1对中心地布置，使得射出的光线L可以均匀地穿过透镜1的第一曲面4和第二曲面5，有利于获得均匀的光分布图案。在该照明装置中，光源S可以是LED，透镜1可以由PC或其他适合的材料制成。
图7示出了根据本发明的照明装置的配光曲线。图中可以清楚地看出，描述根据本发明的照明装置的光强和光分布的曲线在配光曲线中均匀对称。
此外经过模拟计算得出，利用根据本发明的透镜可以在照明装置的光源输入量为100lm时，使出射光的均匀度达到95％，光输出量达到84.29lm，光效率达到84.29％.
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
1透镜
2基板
3微透镜
4光入射面/第一曲面
4a第一子区域
4b第二子区域
5光出射面/第二曲面
5a中间区域
5b边缘区域
L光线
R腔体
S光源
Claims (10)
1.一种用于照明装置的透镜(1)，包括基板(2)和形成在所述基板(2)上的微透镜阵列，其中所述微透镜阵列包括多个微透镜(3)，所述微透镜(3)具有分别朝向所述照明装置的光源(S)一侧的光入射面(4)和背离所述光源(S)一侧的光出射面(5)，其特征在于，所述光入射面(4)为限定出朝向所述光源(S)开放的腔体(R)的第一曲面(4)，所述光出射面(5)为第二曲面(5)，所述第二曲面(5)设计为将经所述第一曲面(4)入射的光线(L)以均匀的漫透射方式射出，在所述微透镜(3)的纵截面上看，所述第二曲面(5)包括凹面弯曲的中间区域(5a)和位于所述中间区域(5a)两侧的凸面弯曲的边缘区域(5b)，并且所述中间区域(5a)与所述边缘区域(5b)平滑过渡，所述第二曲面(5)在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定：
y＝0.0171x4-0.132x3+0.0667x2-0.1225x+4.3336。
2.根据权利要求1所述的透镜(1)，其特征在于，所述第一曲面(4)的和所述第二曲面(5)的轮廓根据由所述微透镜(3)射出的所述光线(L)产生的预期的光分布图案的光束角来设计。
3.根据权利要求1所述的透镜(1)，其特征在于，所述第二曲面(5)为旋转对称曲面。
4.根据权利要求2所述的透镜(1)，其特征在于，所述第一曲面(4)为旋转对称的曲面，在所述微透镜(3)的纵截面上看，包括中央的第一子区域(4a)和位于所述第一子区域(4a)两侧的第二子区域(4b)。
5.根据权利要求4所述的透镜(1)，其特征在于，所述第一曲面(4)在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定：
y＝-0.004x6+0.0634x5-0.3759x4+1.0004x3-1.2068x2+0.6735x+3.9442。
6.根据权利要求5所述的透镜(1)，其特征在于，所述第一子区域(4a)为球面。
7.根据权利要求5所述的透镜(1)，其特征在于，所述第二子区域(4b)为锥面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的透镜(1)，其特征在于，所述基板(2)和所述微透镜阵列一体形成。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的透镜(1)，其特征在于，所述透镜(1)由PC制成。
10.一种照明装置，其特征在于，所述照明装置具有根据权利要求1至9中任一项所述的透镜(1)。
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| CN112377877B (zh) * | 2020-11-10 | 2022-12-02 | 浙江光锥科技有限公司 | 透镜的设计方法及系统、线条灯透镜 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201844310U (zh) * | 2010-10-11 | 2011-05-25 | 中强光电股份有限公司 | 光源单元及背光模块 |
| CN201852038U (zh) * | 2010-12-01 | 2011-06-01 | 浚洸光学科技股份有限公司 | 光学元件 |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| US6870681B1 (en) * | 1992-09-21 | 2005-03-22 | University Of Arkansas, N.A. | Directional image transmission sheet and method of making same |
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| KR101278202B1 (ko) * | 2009-06-09 | 2013-06-28 | 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. | 높은 광추출 효율을 가진 고체 광원 |
| US20120081618A1 (en) * | 2009-06-15 | 2012-04-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting module, illuminating device, display device, and television receiving device |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201844310U (zh) * | 2010-10-11 | 2011-05-25 | 中强光电股份有限公司 | 光源单元及背光模块 |
| CN201852038U (zh) * | 2010-12-01 | 2011-06-01 | 浚洸光学科技股份有限公司 | 光学元件 |
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