CN104279508A

CN104279508A - 一种用于光源的透镜

Info

Publication number: CN104279508A
Application number: CN201310293518.4A
Authority: CN
Inventors: 鲍静; 程迎军; 诺贝特·林德
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-14
Also published as: WO2015003851A1

Abstract

本发明涉及一种用于光源的透镜，透镜包括出射面和与出射面相对设置的入射面，其中，透镜包括第一光学结构和第二光学结构，第一光学结构限定出从出射面向入射面延伸的通孔，并且从透镜的截面上看，第二光学结构包括围绕通孔设置的齿状的具有第一厚度和第一宽度的第一齿状结构和围绕第一齿状结构的至少一个具有第二厚度和第二宽度的第二齿状结构。

Description

一种用于光源的透镜

技术领域

本发明涉及一种用于光源的透镜。

背景技术

为了调节来自例如LED光源的光线的光通量，需要使用复杂的光学透镜，以便尽可能多的收集来自光源的光线，并且将这些光线引导至出射口，最终形成用于对需要照明区域进行照明的光分布。一般情况下，来自光源的光线可被分成两个部分，一部分光线在出射后具有较小的出射角，所以在出射光的光分布中靠近该光分布的峰值区，另一部分光线在出射后具有较大的出射角，所以在出射光的光分布中会远离该光分布的峰值区。

对于定向照明装置而言，通常使用了反射器或者是全内反射透镜。对于反射器，来自光源的第一部分光线会直接发射至远光场的区域，来自光源的第二部分光线会经反射器反射后发射至远光场的区域。对于全内反射透镜，光源的第一部分光线会经过折射后发射至远光场的区域，光源的第二部分光线会被折射后发射至全内反射表面上，从而被反射朝向远光场区域。但是根据这些方案的光学透镜装置，会因为为了满足其光学特性，而往往需要设计具有体积较大的透镜装置，这势必会限制透镜装置的应用范围和提高制造成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种新型的用于光源的透镜，这样的透镜可以较大的节省透镜的空间体积，并能合适的实现收集来自光源的光线，根据其具有类似齿状的设计和孔状的设计，避免了光吸收和改善了光效率，从而进一步改善了对远光场的区域的照明效果。

本发明的目的通过这样一种用于光源的透镜来实现，即所述透镜包括出射面和与出射面相对设置的入射面，其中，透镜包括第一光学结构和第二光学结构，第一光学结构限定出从出射面向入射面延伸的通孔，并且从透镜的截面上看，第二光学结构包括围绕通孔设置的齿状的具有第一厚度和第一宽度的第一齿状结构和围绕第一齿状结构的至少一个具有第二厚度和第二宽度的第二齿状结构。根据这样的设计，来自光源的光线分别经过第一和第二光学结构出射，实现了通过多个结构对光源的光线的收集和发射，并使得部分光线直接经过通孔出射同时减少光被吸收的可能性，同时，通孔和齿状结构的设计显著节省了透镜的空间体积。

根据本发明的优选方案，第一光学结构设计为使得通过所述第一光学结构的来自光源的第一光线直接出射至远场区。这样，光源的第一部分光线直接出射，并会在出射后在远光场形成集中的高效率的照明效果。

根据本发明的优选方案，第二光学结构设计为使得通过第二光学结构的来自光源的光线的至少一部分经所述第二光学结构折射并反射后出射至远场区。这样，不仅能够实现郁金香型（tulip）透镜的效果并且减少厚度和体积占用，而且光源的另一部分光线会在出射后在远光场形成集中的高效率的照明效果。

根据本发明的优选方案，通孔设计为具有漏斗形的轮廓。漏斗形的轮廓有助于对光源的光线进行收集，并且光源的部分光线可直接通过该通孔出射，而不会经过透镜出射，从而减少了因为材料吸收光而造成对光效率的影响。

优选的是，第一光学结构包括第一部分和第二部分，至少第一部分同时构成第一齿状结构的第一折射面，来自光源的第二光线经过第一折射面折射后进入所述透镜；第二部分确保来自光源的光线的至少一部分直接出射至远场区。光源的第二光线可通过第一齿状结构进入透镜，并再被反射后出射至透镜外，实现了对光源的光线的高效率收集并利用的可能性。

优选的是，从透镜的截面上看，第一部分设计为直线状，并且第二部分设计为凸曲线状。这样，基于第一部分和第二部分的设计，可在制造加工过程中，有利于例如脱模的过程，并可根据具体的对出射光的光分布的效果的要求形成一部分的出射光。

优选的是，从透镜的截面上看，第一部分设计为直线状，并且第二部分设计为直线状。根据这样的设计，可较为简单地生产和加工该透镜，可实现满足对出射光的不同的光分布的要求的可能性。

优选的是，从透镜的截面上看，第一部分和第二部分设计为一体化，并设计为曲线状。根据这样的设计，可实现有利于对该透镜的加工和脱模过程，并可实现满足对出射光的不同的光分布的要求的可能性。

根据本发明的优选方案，第一齿状结构和第二齿状结构构成菲涅耳透镜结构。这样的设计，有效的实现了对光源的光线的高效收集并利用，同时还可实现节省透镜的空间体积的可能性。

优选的是，第一厚度与第二厚度彼此相同或者不同。这样，在例如第一厚度和第二厚度不同时，实现较好的对光源的光线进行收集的可能性，并可实现对光源的光线以不同形式的收集的可能性。

优选的是，第一宽度与第二宽度彼此相同或者不同。这样，可实现对光源的光线以不同形式的收集的可能性。

优选的是，第一齿状结构包括第一折射面和第一反射面，来自光源的第二光线经过第一折射面折射并被第一反射面反射后通过出射面出射。这样，光源的部分光线是经过折射和反射后，从透镜的出射面出射。

优选的是，第一折射面和第一反射面构成预定夹角。这样的夹角可根据要求调节，以实现以不同的形式收集光源的光，并反射后出射，最终形成不同的出射光的光分布。

优选的是，从透镜的截面上看，第一反射面设计为在从入射面至出射面的方向上背离透镜的光轴倾斜。这样，光源的部分光线在被反射后，会朝向靠近光轴的方向发射，以达成例如汇聚的效果，从而形成合适的出射光的光分布。

根据本发明的优选方案，第二齿状结构包括第二折射面和第二反射面，来自光源的第三光线经过第二折射面折射并被第二反射面反射后通过出射面出射。这样，光源的另一部分的光线可通过第二齿状结构的折射和反射后出射，从而形成了对光源的另一部分的光线的收集和高效地利用的可能性。

优选的是，从透镜的截面上看，第二折射面和第二反射面构成预定夹角。这样的夹角可根据要求调节，以实现以不同的形式收集光源的光，并反射后出射，最终形成不同的出射光的光分布。

优选的是，从透镜的截面上看，第二反射面设计为在从入射面至出射面的方向上背离透镜的光轴倾斜。这样，光源的另一部分光线在被反射后，会被朝向特定的方向发射，从而形成合适的出射光的光分布。

根据本发明的优选方案，透镜设计为相对于透镜的光轴旋转对称的。这样的设计实现了，使得经透镜处理后的光源光线在出射后可具有旋转对称的光分布的可能性。

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是根据本发明的第一实施例的透镜的截面图；

图2是根据本发明的第一实施例的透镜的立体图；

图3是根据本发明的第一实施例的透镜的光路图；

图4是根据本发明的第二实施例的透镜的截面图。

具体实施方式

如图1所示的，并参见图2，图1是根据本发明的第一实施例的透镜100的截面图，图2是根据本发明的第一实施例的透镜100的立体图。根据这样的设计，示出的透镜100包括作为顶面的出射面2和与出射面2相对设置的作为底面的入射面3，在所示入射面3上设置有光源，该光源可采用例如利用LED技术的光源，以实现高效节能的照明效果。从图1可以看出，在该透镜100的中央处设置有一限定出通孔6的第一光学结构4，通过该第一光学结构4在出射面2上朝向入射面3限定出该通孔6，即该通孔6是从出射面2朝向入射面3的方向延伸，这样来自光源1的第一光线L1可以直接从该通孔6出射出去，而不会受到出射途中的透镜的影响，可避免出射光的光效率因为材料吸收光而受到影响。

此外，具体的，该通孔6的内壁可设计由两个部分41、42构成，其中第一部分41设计为靠近光源1，第二部分42设计为远离光源1，并且至少由第一部分41构成围绕通孔6设计的第一齿状结构51的第一折射面511。从例如图1的透镜100的截面上看，根据上述的第一部分41和第二部分42的设计，第一部分41和第二部分42可分别设计为直线状和曲线状中的任一种，即第一部分41设计为具有直线状的截面的同时，第二部分42也可设计为直线状的截面，这样在透镜100的截面上看，形成了例如图1所示的折线状的截面，来自光源1的第二光线L2在至少经过第一部分41和第二部分42的其中一个折射后进入第一齿状结构51。当然，类似的，第一部分41和第二部分42还可分别设计为具有其他形状（下文将详细阐述）。

此外，图1还示出了，透镜100还包括第二光学结构5，从透镜100的截面上看，这样的第二光学结构5设计为具有第一齿状结构51和第二齿状结构52。根据这样的第一和第二齿状结构51、52的设计，可最终形成了透镜100的例如菲涅尔透镜的效果。当然，从数量上来说，透镜100可不仅具有如图1所示的两个齿状结构，根据不同的应用环境和设计的需求，可相应的设计例如三个或三个以上的多个齿状结构，以例如构成多层次的菲涅尔透镜的效果。

还需要说明的是，从透镜100的截面上看，第一齿状结构51和第二齿状结构52分别具有第一厚度h1和第一宽度w1以及第二厚度h2和第二宽度w2，第一厚度h1可设计为与第二厚度h2相同或者不同，第一宽度w1和第二宽度w2可设计为相同或者不同，这样，根据对光源1的光线的集光率的要求的不同，可分别相应的改变上述的厚度和宽度，以满足要求。

参见图3，图3是根据本发明的第一实施例的透镜100的光路图。至少所述的第一部分41构成第一齿状结构51的第一折射面511，该第一齿状结构51还包括第一反射面512。通过第一折射面511和第一反射面512的共同作用，来自光源1的第二光线L2在经过第一折射面511的折射后进入第一齿状结构51，并射向第一反射面512，在透镜100的截面上看，因为该第一反射面512可设计为向偏离透镜100的光轴X的方向倾斜，第二光线L2在被第一反射面512反射后，会朝向远离光源1的方向，即朝向出射面2的方向，经过出射面2出射。类似的，在围绕所述第一齿状结构51的方向上设置有第二齿状结构52，该第二齿状结构52具有第二折射面521和第二反射面522，来自光源1的第三光线L3在经过第二折射面521折射后进入第二齿状结构52，并在被第二反射面522的反射后朝向出射面2出射。其中，第一折射面511和第一反射面512可形成预定的夹角，第二折射面521和第二反射面522可形成预定的夹角，这样，可实现以不同的方式对光源1的第三光线L3进行收集，并可相应调节光源光线朝向出射面2出射时的出射光角度。

此外，如图4所示，图4是根据本发明的第二实施例的透镜100的截面图。与上述的第一实施例的不同在于，第一光学结构4的第一部分41和第二部分42还可分别设计为具有直线的截面和曲线的截面，具有这样设计的第一光学结构4，可实现不同的对来自光源1的部分光线的收集的效果。

需要说明的是，在未示出的实施例中，由该第一部分41和第二部分42可共同构成一个具有一体化的截面，即从透镜100的截面上看，由第一部分41和第二部分42共同构成例如一个曲线状，具体的，可设计为凸曲线，即是朝向透镜100的光轴X凸出的曲线，这样的曲线状是平滑过渡的，并从出射面2朝向入射面3延伸，这样平滑的截面可满足通孔6的平滑的内壁的设计。

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 光源

2 出射面

3 入射面

4 第一光学结构

5 第二光学结构

6 通孔

41 第一部分

42 第二部分

51 第一齿状结构

52. 第二齿状结构

511 第一折射面

512 第一反射面

521 第二折射面

522 第二反射面

X 光轴

L1 第一光线

L2 第二光线

L3 第三光线

h1 第一厚度

h2 第二厚度

w1 第一宽度

w2 第二宽度

Claims

1.一种用于光源（1）的透镜（100），所述透镜（100）包括出射面（2）和与所述出射面（2）相对设置的入射面（3），其特征在于，所述透镜（100）包括第一光学结构（4）和第二光学结构（5），所述第一光学结构（4）限定出从所述出射面（2）向所述入射面（3）延伸的通孔（6），并且从所述透镜（100）的截面上看，所述第二光学结构（5）包括围绕所述通孔（6）设置的具有第一厚度（h1）和第一宽度（w1）的第一齿状结构（51）和围绕所述第一齿状结构（51）的至少一个具有第二厚度（h2）和第二宽度（w2）的第二齿状结构（52）。

2.根据权利要求1所述的透镜（100），其特征在于，所述第一光学结构（4）设计为使得通过所述第一光学结构（4）的来自所述光源（1）的第一光线（L1）直接出射至远场区。

3.根据权利要求1或2所述的透镜（100），其特征在于，所述第二光学结构（5）设计为使得通过所述第二光学结构（5）的来自所述光源（1）的光线的至少一部分经所述第二光学结构（5）折射并反射后出射至远场区。

4.根据权利要求1或2所述的透镜（100），其特征在于，所述通孔（6）设计为具有漏斗形轮廓。

5.根据权利要求4所述的透镜（100），其特征在于，所述第一光学结构（4）包括第一部分（41）和第二部分（42），至少所述第一部分（41）构成所述第一齿状结构（51）的第一折射面（511），来自光源（1）的第二光线（L2）经过所述第一折射面（511）折射后进入所述透镜（100）；所述第二部分（42）确保来自所述光源（1）的光线的至少一部分直接出射至远场区。

6.根据权利要求5所述的透镜（100），其特征在于，从所述透镜（100）的截面上看，所述第一部分（41）设计为直线状，并且所述第二部分（42）设计为凸曲线状。

7.根据权利要求5所述的透镜（100），其特征在于，从所述透镜（100）的截面上看，所述第一部分（41）设计为直线状，并且所述第二部分（42）设计为直线状。

8.根据权利要求5所述的透镜（100），其特征在于，从所述透镜（100）的截面上看，所述第一部分（41）和所述第二部分（42）设计为一体化，并设计为曲线状。

9.根据权利要求1或2所述的透镜（100），其特征在于，所述第一齿状结构（51）和所述第二齿状结构（52）构成菲涅耳透镜结构。

10.根据权利要求9所述的透镜（100），其特征在于，所述第一厚度（h1）与所述第二厚度（h2）彼此相同或者不同。

11.根据权利要求9所述的透镜（100），其特征在于，所述第一宽度（w1）与所述第二宽度（w2）彼此相同或者不同。

12.根据权利要求5所述的透镜（100），其特征在于，所述第一齿状结构（51）包括所述第一折射面（511）和第一反射面（512），来自所述光源（1）的第二光线（L2）经过所述第一折射面（511）折射并由所述第一反射面（512）反射后通过所述出射面（2）出射。

13.根据权利要求12所述的透镜（100），其特征在于，所述第一折射面（511）和所述第一反射面（512）构成预定夹角。

14.根据权利要求12所述的透镜（100），其特征在于，从所述透镜（100）的截面上看，所述第一反射面（512）设计为在从所述入射面（3）至所述出射面（2）的方向上背离所述透镜（100）的光轴（X）倾斜。

15.根据权利要求1或2所述的透镜（100），其特征在于，所述第二齿状结构（52）包括第二折射面（521）和第二反射面（522），来自所述光源（1）的第三光线（L3）经过所述第二折射面（521）折射并被所述第二反射面（522）反射后通过所述出射面（2）出射。

16.根据权利要求15所述的透镜（100），其特征在于，从所述透镜（100）的截面上看，所述第二折射面（521）和所述第二反射面（522）构成预定夹角。

17.根据权利要求15所述的透镜（100），其特征在于，从所述透镜（100）的截面上看，所述第二反射面（522）设计为在从所述入射面（3）至所述出射面（2）的方向上背离所述透镜（100）的光轴（X）倾斜。

18.根据权利要求1或2所述的透镜（100），其特征在于，所述透镜（100）设计为相对于所述透镜（100）的光轴（X）旋转对称的。