CN103225785B - 透镜以及具有该透镜的全方位照明装置 - Google Patents

透镜以及具有该透镜的全方位照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于全方位照明的透镜(10)，其特征在于，所述透镜(10)为旋转对称的并且包括分别旋转对称设计的光入射面(1)、第一光折射面(2)、第一光反射面(3)、第二光折射面(4)以及第三光折射面(5)，所述第一光折射面(2)将经过所述光入射面(1)的光的第一部分(A1)经折射出射产生第一出射光(B1)，所述第一光反射面(3)将经过所述光入射面(1)的光的第二部分(A2)反射至所述第二光折射面(4)并经所述第二光折射面(4)折射出射产生第二出射光(B2)，所述第三光折射面(5)将经过所述光入射面(1)的光的第三部分(A3)经折射出射产生第三出射光(B3)，所述第一出射光(B1)、第二出射光(B2)以及第三出射光(B3)共同实现全方位照明。根据本发明的透镜具有制造成本低、制造工艺简单、光分布均匀、同时实现全方位照明的优点。

Description

透镜以及具有该透镜的全方位照明装置
技术领域
本发明涉及一种透镜、以及具有该透镜的全方位照明装置。
背景技术
由于LED光源具有寿命长、节能、环保、抗震动等优点，因此，LED光源可以在广泛的领域内得到应用。随着制造技术的不断发展，LED的成本越来越低并且光效也得到了增加。固态发光(SSL)来取代传统的发光装置已经成为一种趋势。
美国的Energy Star标准对于全方位SSL替代灯(参见附图1)提出了一定的要求。在0-135度的区域内，在任意角度的光强与在0-135度的区域内的平均的光强之间的差值不高于20％。在135-180度的区域内的光通量应当占总的光通量至少5％。在与起始平面呈45度和90度的垂直平面内的测量结果应当是相同的。大部分的LED光强度分布是朗伯型的而非均匀一致的，因此，二次光学设计是必不可少的。对于SSL替代灯，为了满足这些要求，通常需要设计光学组件实现光的再分配。
现有技术中，存在多种获得LED灯的光源再分配的方案。第一种方案是优化LED阵列；第二种方案是利用反射器对于光进行分配。
WO2009/059125A1中公开了一种光学组件，包括一个LED灯和旋转对称设计的反射型的光转换器，该光转换器提供了具有预先计算的光强分布的全方位光分布图案。
EP2180234A1中公开了一种全向灯壳，包括透光的本体件以及位于本体件的末端的接触件，其可以旋入到传统的灯壳座中建立电连接。灯壳也包括至少一个盘状物和支撑杆。大量的LED背靠背的沿着每一个盘状物的周边布置，以实现全向照明。
US2002/0114170A1公开了一种白炽灯光源，被全向分布所替代。光导从光源接收光输出并且引导光输出。光导还从光源处向外延伸。反射器定位在光导中并且反射通过光导引导的光以提供恰当的边缘照明。
上述各方案中均未提出一种通过透镜的设计来实现全方位照明的方案。
发明内容
因此本发明的目的在于，提出一种用于全方位照明的透镜以及具有该透镜的全方位照明装置，其能克服现有技术中的各种解决方案的缺点，具有制造成本低、制造工艺简单、光分布均匀、同时实现全方位照明的优点。
根据本发明的第一个方面提出一种用于全方位照明的透镜，其特征在于，所述透镜为旋转对称的并且包括分别旋转对称设计的光入射面、第一光折射面、第一光反射面、第二光折射面以及第三光折射面，所述第一光折射面将经过所述光入射面的光的第一部分经折射出射产生第一出射光，所述第一光反射面将经过所述光入射面的光的第二部分反射至所述第二光折射面并经所述第二光折射面折射出射产生第二出射光，所述第三光折射面将经过所述光入射面的光的第三部分经折射出射产生第三出射光，所述第一出射光、第二出射光以及第三出射光共同实现全方位照明。
根据本发明提出通过将透镜设计为具有多个折射面和反射面来提供全方位照明。其中通过第一光折射面提供前向照明的第一出射光，而通过第三光折射面实现的第三出射光实现了光线相对于前向照明不同的后向照明，通过第一光反射面和第二光折射面的相互配合提供后向照明的第二出射光，补充了第三出射光，从而总体上提供了全方位照明。
根据本发明的一个优选设计方案，所述透镜包括底面、顶面以及连接所述顶面和所述底面的侧面，所述底面部分地弯曲以形成用于光源的光入射面，所述顶面包括所述第一光折射面和第一光反射面，所述侧面包括所述第二光折射面和所述第三光折射面。利用第一光折射面，实现了顶部区域的前向照明，利用第三光折射面，实现了侧向上的倾斜向下照明，利用第二光折射面和第一光反射面，实现了光线方向的折转，使得光线向下照明，实现了后向照明。
优选地，所述顶面包括位于中央的第一光折射面以及位于边缘的围绕所述第一光折射面的第一光反射面。从而利用第一光折射面，实现了顶部区域的中央范围内的前向照明。同时，第一光反射面则更便于与侧向上的第二光折射面相配合。
优选地，所述侧面包括与所述第一光反射面相接的第二光折射面和与所述底面相接的第三光折射面。上述设计更加优化了第一光反射面和第二光折射面的配合以及第三光折射面对于经过所述光入射面的光的第三部分的折射。
优选地，所述第二光折射面具有从所述第一光反射面开始倾斜向中央延伸的轮廓以与所述第一光反射面呈锐角。第二光折射面的设计取决于第一光反射面的设计。第二光折射面与第一光反射面的倾斜角度的数值以及第二光折射面倾斜向中央延伸的程度取决于第一光反射面的大小、位置以及具体轮廓。总体原则是使得第二出射光的出射范围要符合预期的光分布。
优选地，所述第二光折射面倾斜地向中央延伸至使得来自于所述第一光反射面的光线全部经所述第二光折射面出射。以将经过所述光入射面的光的第二部分以高的光效转换为第二出射光。
根据本发明的一个优选方案，所述底面包括位于中央的凹陷的光入射面和位于边缘的围绕所述光入射面的平坦的承载基面。从而凹陷的光入射面提供了用于光源的容纳腔，并且平坦的承载基面为安置透镜提供了便利性。
优选地，第三光折射面与所述承载基面相接并且具有从所述承载基面开始倾斜向中央延伸的轮廓以与所述承载基面呈锐角。以尽量实现第三出射光在侧向上尽量向后的光投射。
优选地，所述第三光折射面向中央延伸至入射到所述第一光反射面的所述光的第二部分的边界。以实现了光的第二部分和光的第三部分的清楚的划界，并且尽量实现第三出射光在侧向上尽量向后的光投射。
优选地，所述第一光反射面是平坦的表面或者是倾斜表面。根据预期的第二出射光来设计第一光反射面。
优选地，所述第一光折射面、所述第二光折面和所述第三光折射面在横截面上分别为样条曲线。
优选地，所述光入射面在横截面上为圆弧面。更优选地，所述光入射面在横截面上为半圆面。从而尽量不改变来自光源的光分布。
根据本发明的第二个方面提出一种全方位照明装置，包括定向光源和具有上述特征的透镜。从而利用透镜将来自定向光源的光在全向方向上进行了分配。
根据本发明的透镜和全方位照明装置具有制造成本低、制造工艺简单、光分布均匀、同时实现全向方位照明的优点。
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是现有技术中SSL替换灯；
图2是通过旋转形成根据本发明的透镜的第一具体实施例的旋转对成图形的示意图；
图3是根据本发明的透镜的第一具体实施例的截面完整轮廓图；
图4是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的示意图；
图5是根据本发明的透镜的第一具体实施例的第一立体图；
图6是根据本发明的透镜的第一具体实施例的第二立体图；
图7是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的第一光线分布示意图；
图8是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的第二光线分布示意图；
图9是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的配光曲线图；
图10-12是根据本发明的全方位照明装置的第一具体实施例的示意图。
具体实施方式
图2是通过旋转形成根据本发明的透镜的第一具体实施例的旋转对成图形示意图。根据本发明的透镜10设计为旋转对称的。因此，图2示意出了通过旋转最终形成根据本发明的透镜10的旋转对称图形，即示意出了一个象限的透镜的横截面轮廓图。该旋转对称图形包括顶边、底边以及连接顶边和底边的侧边。顶边、底边和侧边旋转之后形成透镜10的顶面、底面以及连接顶面和底面的侧面。
图3是根据本发明的透镜10的第一具体实施例的截面完整轮廓图。从中可以看出，经过旋转之后获得的透镜10的截面完整轮廓图。结合图2，图3，可以看出，在该具体实施例中顶面从中央到边缘处依次包括第一光折射面2和第一光反射面3，侧面包括第二光折射面4和第三光折射面5。第二光折射面4与第一光反射面3相接，第三光折射面5与底面相接。第二光折射面4和第三光折射面5之间的可以直接相接或者可以通过一个表面相连接。
从图2中可以看出，经过光入射面1的光的划分为三部分，第一部分A1、第二部分A2以及第三部分A3。第一部分A1与第一光折射面2对应，第一光折射面2用于将第一部分A1折射后出射。第二部分A2与第一光反射面3以及第二光折射面4对应，经过光入射面1的光的第二部分A2射到第一光反射面3上，第一光反射面3进而将第二部分A2反射至第二光折射面4并经第二光折射面4折射出射。第三部分A3与第三光折射面5对应，第三光折射面5用于将第三部分A3折射后出射。
从图3中可以看出，透镜10的底面部分地弯曲以形成用于光源的光入射面1。底面包括位于中央的凹陷的光入射面1和位于边缘的围绕光入射面1的平坦的承载基面。光入射面1形成了用于光源的容纳腔。经过光入射面1的光产生了如上的三部分光-第一部分A1、第二部分A2以及第三部分A3。为了尽量不改变光源产生的光的方向，光入射面在横截面上为圆弧面。在该具体实施例中，光入射面在横截面上为半圆面。
图4是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的示意图。从中可以看出，出射光包括三个部分，第一出射光B1、第二出射光B2以及第三出射光B3。这三个部分的出射光B1、B2、B3分别与经过光入射面1的光的三部分-第一部分A1、第二部分A2以及第三部分A3相对应。第一部分A1产生第一出射光B1，第一出射光B1为在第一象限的朝向顶部的前向照明。第二部分A2产生第二出射光B2，第二出射光B2为部分覆盖第一象限和第四象限的后向照明。第三部分A3产生第三出射光B3，第三出射光B3为朝向侧后方的后向照明。图4仅仅示意出了一个象限的出射光的示意图，由于根据本发明的透镜是旋转对称的，因此，通过透镜周向方向上的出射光的重叠，最终实现了更好的照明。
结合图2、图4可以看出，为了实现上述的出射光，第二光折射面4具有从第一光反射面3开始倾斜向中央延伸的轮廓以与第一光反射面3呈锐角。根据不同的光分布的要求，可以设计不同的第一光反射面3和第二光折射面4，使得来自于第一光反射面3的光线全部经第二光折射面4出射。根据该具体实施例，第一光反射面3设计为平坦的。第一光折射面2和第三光折射面5在横截面上分别为样条曲线。
根据本发明的透镜未示出的第二具体实施例，第一光反射面3设计为倾斜表面。
同样，第三光折射面5与底面的平坦部分-承载基面相接并且具有从承载基面开始倾斜向中央延伸的轮廓以与承载基面呈锐角。第三光折射面5延伸到入射到第一光反射面3的光的第二部分A2的边界处。
图5，图6分别是根据本发明的透镜的第一具体实施例的第一和第二立体图。根据本发明的透镜10包括两个部分，即第一部分和第二部分。第一部分是由第三光折射面5和底面旋转形成的第一球冠，第二部分是由第一光折射面2、第一光反射面3以及第二光折射面4旋转形成的第二球冠。
图7，图8是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的第一光线和第二光线分布示意图。从中可以看出根据本发明的透镜10基本上实现了全向照明。
图9是根据本发明的透镜的第一具体实施例的出射光的光分布图；在-140度至140度的范围内的光强均匀分布。
图10-12是根据本发明的全向照明装置100的第一具体实施例的示意图。该全向照明装置100为改型灯，包括承载LED光源的灯壳本体和电连接部12，灯壳本体外表面上设置有散热片11，由于透镜10容纳LED光源并且透镜10可以根据LED光源的大小而设计不同的尺寸，占用空间较小，因此，给布置散热片11留下了较大的布置空间。
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。
标号列表
10透镜
100全向照明装置
1光入射面
2第一光折射面
3第一光反射面
4第二光折射面
5第三光折射面
A1第一部分
A2第二部分
A3第三部分
B1第一出射光
B2第二出射光
B3第三出射光

Claims (10)

1.一种用于全方位照明的透镜(10)，其特征在于，所述透镜(10)为旋转对称的并且包括分别旋转对称设计的光入射面(1)、第一光折射面(2)、第一光反射面(3)、第二光折射面(4)以及第三光折射面(5)，所述第一光折射面(2)将经过所述光入射面(1)的光的第一部分(A1)经折射出射产生第一出射光(B1)，所述第一光反射面(3)将经过所述光入射面(1)的光的第二部分(A2)反射至所述第二光折射面(4)并经所述第二光折射面(4)折射出射产生第二出射光(B2)，所述第三光折射面(5)将经过所述光入射面(1)的光的第三部分(A3)经折射出射产生第三出射光(B3)，所述第一出射光(B1)、第二出射光(B2)以及第三出射光(B3)共同实现全方位照明，
其中，所述透镜(10)包括底面、顶面以及连接所述顶面和所述底面的侧面，所述底面部分地弯曲以形成用于光源的光入射面(1)，所述顶面包括所述第一光折射面(2)和第一光反射面(3)，所述侧面包括所述第二光折射面(4)和所述第三光折射面(5)，
其中，所述顶面包括位于中央的第一光折射面(2)以及位于边缘的围绕所述第一光折射面(2)的第一光反射面(3)，
其中，所述侧面包括与所述第一光反射面(3)相接的第二光折射面(4)和与所述底面相接的第三光折射面(5)，
其中，所述底面包括位于中央的凹陷的光入射面(1)，和位于边缘的、围绕所述光入射面(1)的平坦的承载基面，
其中，所述第三光折射面(5)与所述承载基面相接并且具有从所述承载基面开始倾斜向中央延伸的轮廓以与所述承载基面呈锐角。
2.根据权利要求1所述的透镜(10)，其特征在于，所述第二光折射面(4)具有从所述第一光反射面(3)开始倾斜向中央延伸的轮廓以与所述第一光反射面(3)呈锐角。
3.根据权利要求2所述的透镜(10)，其特征在于，所述第二光折射面(4)倾斜地向中央延伸至使得来自于所述第一光反射面(3)的光线全部经所述第二光折射面(4)出射。
4.根据权利要求1所述的透镜(10)，其特征在于，所述第三光折射面(5)向中央延伸至所述光的第二部分(A2)的边界。
5.根据权利要求1‐4中任一项所述的透镜(10)，其特征在于，所述第一光反射面(3)是平坦的表面或者是倾斜表面。
6.根据权利要求1‐4中任一项所述的透镜(10)，其特征在于，所述第一光折射面(2)、所述第二光折面(4)和所述第三光折射面(5)在横截面上分别为样条曲线。
7.根据权利要求1‐4中任一项所述的透镜(10)，其特征在于，所述光入射面在横截面上为圆弧面。
8.根据权利要求7所述的透镜(10)，其特征在于，所述光入射面在横截面上为半圆面。
9.一种全方位照明装置，其特征在于，包括定向光源以及根据权利要求1‐8中任一项所述的透镜(10)。
10.根据权利要求9所述的全方位照明装置，其特征在于，所述全方位照明装置是改型灯。
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