CN104373894A - 透镜组及使用该透镜组的光源装置 - Google Patents

透镜组及使用该透镜组的光源装置 Download PDF

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种透镜组，包括透镜以及与该透镜配合的微透镜组，该透镜包括入光面以及与该入光面相对的出光面，该透镜具有一中心轴，该透镜的入光面和出光面分别关于该中心轴对称，该微透镜组排列于该透镜的出光面上，该微透镜组包括多个逐圈排列于透镜出光面上的环状微透镜单元，每一环状微透镜单元包括第一散射面以及与第一散射面交接的第二散射面，每一环状微透镜单元的第一散射面与第二散射面分别相对于该透镜中心轴呈倾斜设置。本发明中该透镜的出光面上设置了微透镜组，LED光源光轴附近区域的光线经由微透镜单元散射出透镜组后朝向空间的各个方向传播，降低了光场中心区域能量，消除了光场中央的亮点。本发明还涉及一种使用该透镜组的光源装置。

Description

透镜组及使用该透镜组的光源装置
技术领域
本发明涉及一种透镜组及使用该透镜组的光源装置。
背景技术
发光二极管（light emitting diode，LED）作为一种高效的发光源，具有环保、省电、寿命长等诸多特点已经被广泛的运用于各种领域，特别是背光照明领域。在背光照明领域，为了均匀光线，LED光源通常会搭配扩散透镜使用，使LED光源的光线能以较大角度出射，从而达到大面积照明的效果。
然而，在实际使用中，LED光源发出的光线经过透镜的扩散之后，由于光线在LED光源的光轴附近比较集中，并不能完全消除光场中央的亮点（hot spot），当应用于背光照明中时会降低整体出光效果。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能获得均匀出光效果的透镜组及使用该透镜组的光源装置。
一种透镜组，包括一透镜以及与该透镜配合的微透镜组，该透镜包括一入光面以及与该入光面相对的出光面，该透镜具有一中心轴，该透镜的入光面关于该中心轴对称，该透镜的出光面关于该中心轴对称，该微透镜组排列于该透镜的出光面上，该微透镜组包括多个逐圈排列于透镜的出光面上的环状微透镜单元，每一环状微透镜单元包括第一散射面以及与第一散射面交接的第二散射面，每一环状微透镜单元的第一散射面与第二散射面分别相对于该透镜的中心轴呈倾斜设置。
一种光源装置，包括一LED光源及与该LED光源配合的透镜组，该透镜组包括一透镜以及与该透镜配合的微透镜组，该透镜包括一入光面以及与该入光面相对的出光面，该透镜具有一中心轴，该透镜的入光面关于该中心轴对称，该透镜的出光面关于该中心轴对称，该微透镜组排列于该透镜的出光面上，该微透镜组包括多个逐圈排列于透镜的出光面上的环状微透镜单元，每一环状微透镜单元包括第一散射面以及与第一散射面交接的第二散射面，每一环状微透镜单元的第一散射面与第二散射面分别相对于该透镜的中心轴呈倾斜设置，该LED光源与该透镜组的透镜的入光面正对设置。
与现有技术相比，本发明中该透镜的出光面上设置了微透镜组，LED光源光轴附近区域的光线经由该微透镜组的微透镜单元的第一散射面和第二散射面散射出透镜组后朝向空间的各个方向传播，从而降低了光场中心区域的能量，消除了光场中央的亮点，并形成了均匀的光场分布。
附图说明
图1为本发明第一实施例的光源装置的立体结构示意图。
图2为图1所示光源装置中透镜的倒置立体结构示意图。
图3为图1所示光源装置沿III-III线方向的剖视示意图。
图4为图1所示光源装置IV-IV部分的放大示意图。
图5为现有技术中一光源装置的光强分布示意图。
图6为图4中所示光源装置的光强分布示意图。
图7为本发明第二实施例的光源装置中透镜组的部分剖面示意图。
主要元件符号说明
光源装置 1
透镜 2
微透镜组 3
LED光源 4
透镜组 10
出光面 20
第一圆柱面 21
第二出光曲面 22
安装面 23
入光面 24
容置空间 25
微透镜单元 31
平面 221
第一散射面 311
第二散射面 312
凹槽 313
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1至图3，本发明第一实施例的光源装置1包括一LED光源4以及与该LED光源4配合的透镜组10。该透镜组10包括一透镜2以及位于该透镜2顶部的微透镜组3。该微透镜组3包括多个环状微透镜单元31，这些环状微透镜单元31由内至外逐圈排列于该透镜2的顶部。该LED光源4发出的光线中位于光轴附近区域的光线入射至该透镜2并经由该透镜2顶部的该微透镜组3散射出该透镜组10外。
该透镜2包括一入光面24以及与该入光面24相对的出光面20。该透镜2具有一贯穿该透镜2的中心轴X。该透镜2的入光面24关于该透镜2的中心轴X对称，该透镜2的出光面20关于该透镜2的中心轴X对称。
该透镜2还包括一连接该透镜2的入光面24与出光面20的环形的安装面23。该透镜2的入光面24位于该安装面23的中心，该入光面24自该环形的安装面23的内缘朝向该透镜2内部凹陷。该透镜2的入光面24为一内凹的曲面。该透镜2的入光面24与安装面23共同围设出一容置空间25用于收容该LED光源4。该LED光源4收容于该容置空间25内并正对该透镜组10的透镜2的入光面24设置。该LED光源4的光轴与该透镜2的中心轴X重合。
在本实施例中，该透镜2的入光面24为一椭球面，该入光面24的长轴位于该透镜2的中心轴X上。在其他实施例中，该透镜2的入光面24为球面或者抛物面。
该透镜2的出光面20为一外凸的曲面。该出光面20包括自该环形的安装面23的外周缘垂直向上延伸的第一圆柱面21以及自该第一圆柱面21的顶缘向内弯曲延伸的第二出光曲面22。该透镜2的第二出光曲面22正对入光面24的中央为一平面221。该多个环形微透镜单元31排列于该透镜2的第二出光曲面22的平面221上。
该透镜2的出光面20与入光面24间的距离自透镜2的出光面20的中央朝向该出光面20的外周缘先逐渐增加后逐渐减小，即该透镜2的厚度沿垂直于该透镜2的中心轴X的径向向外先逐渐增加后逐渐减小。
请一并参阅图4，每一环状微透镜单元31包括第一散射面311以及与该第一散射面311连接的第二散射面312。该第一散射面311和第二散射面312均为凹弧面。该第一散射面311和第二散射面312相对于该透镜2的中心轴倾斜设置。
在本实施例中，每一环状微透镜单元31的截面呈等腰三角形。每一环状的微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312构成的夹角θ为90度。第一散射面311和第二散射面312的宽度约为0.1毫米，即每一环状微透镜单元31的等腰三角形截面的腰长为0.1毫米。在其他实施例中，每一环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312构成的夹角θ以及第一散射面311和第二散射面312的宽度可以根据实际的出光需求做调整，比如每一环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312所构成的夹角θ为锐角或钝角。
该微透镜组3的多个环状微透镜单元31呈同心圆排列于该透镜2的第二出光曲面22的平面221上。该多个环状微透镜单元31的圆心位于该透镜2的中心轴X上。在本实施例中，该微透镜组3包括五个环状微透镜单元31，其中位于该微透镜组3中心的一环状微透镜单元31的第二散射面312与相邻的环状微透镜单元31的第一散射面311连接。
该微透镜组3的二相邻环状微透镜单元31间隔设置以暴露出该透镜2的第二出光曲面22的平面221的一部分，这样可以使得该LED光源4入射至该透镜2内的部分光线直接从透镜2的第二出光曲面22的平面221上折射出透镜组10而未被该微透镜组3所散射，以避免因为该微透镜组3对该LED光源4的光轴附近区域的光线的过度散射导致的光场中央光强过小的现象。所述二相邻且间隔设置的环状微透镜单元31共同围设出一宽度渐变的环形的凹槽313。该凹槽313的横截面宽度自该凹槽313的底部朝向开口端逐渐增加。
请参阅图5和图6，当该透镜2的出光面20上未设置微透镜组3时，该LED光源4的光线经过透镜2的出光面20后所形成的光场中，位于光场中心区域的部分能量较高（图5），光场分布不均匀。当该透镜2的出光面20上设置了该微透镜组3时，该LED光源4光轴（即透镜2的中心轴X）附近区域的光线入射至该透镜组10的透镜2中并经由该微透镜组3的环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312散射出该透镜组10后朝向空间的各个方向传播，从而降低了光场中心区域的能量，消除了光场中央的亮点（hot spot），并形成了均匀的光场分布（图6）。
请参阅图7，与图3所述的光源装置1不同的是，本发明第二实施例的光源装置1中，该微透镜组3的多个环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312所构成的夹角θ并不相同。具体地，该微透镜组3的多个环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312所构成的夹角θ的大小自该透镜2的出光面20的中心朝向该透镜2的出光面20的周缘的方向上逐渐增加，即该多个环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312所构成的夹角θ的大小沿垂直于该透镜2的中心轴X的径向向外逐渐增加。
该多个环状微透镜单元31中相邻环状微透镜单元31紧密排列在一起，任一微透镜单元31的第一散射面311与相邻内圈的微透镜单元31的第二散射面312连接，任一微透镜单元31的第二散射面312与相邻外圈的微透镜单元31的第一散射面311连接。
由于该LED光源4的出射光场为朗伯型分布，光场强度随着出射光线与光轴夹角的增加而迅速衰减。该多个环状微透镜单元31的第一散射面311和第二散射面312所构成的夹角θ的大小沿垂直于该透镜2的中心轴X的径向向外逐渐增加，该LED光源4光轴（即透镜2的中心轴X）中心区域较为密集的光线经由该微透镜组3大角度散射出透镜组10，而位于该LED光源4光轴（即透镜2的中心轴X）附近区域密度较小的光线经由该微透镜组3以小角度散射出透镜组10，即该透镜组10对LED光源4光轴中心区域的光线散射能力较对LED光源4光轴附近区域光线的散射能力强，该LED光源4出射的光线经过该透镜组10散射后所形成的光场分布更加的均匀。
可以理解的是，该微透镜组3可以与该透镜2一体成型。较佳地，该微透镜组3和该透镜2的材质为PMAA塑料（聚丙烯酸甲酯）、PC塑料（聚碳酸酯）或玻璃中的一种，该微透镜组3和该透镜2通过注塑的方式一体成型。
还可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜组，包括一透镜以及与该透镜配合的微透镜组，该透镜包括一入光面以及与该入光面相对的出光面，该透镜具有一中心轴，该透镜的入光面关于该中心轴对称，该透镜的出光面关于该中心轴对称，其特征在于：该微透镜组排列于该透镜的出光面上，该微透镜组包括多个逐圈排列于透镜的出光面上的环状微透镜单元，每一环状微透镜单元包括第一散射面以及与第一散射面交接的第二散射面，每一环状微透镜单元的第一散射面与第二散射面分别相对于该透镜的中心轴呈倾斜设置。
2.如权利要求1所述的透镜组，其特征在于：该透镜还包括一连接该透镜的入光面与出光面的环形的安装面，该透镜的入光面位于环形安装面的中心，该透镜的入光面自该环形的安装面的内缘朝向透镜内部凹陷。
3.如权利要求2所述的透镜组，其特征在于：该透镜的出光面包括自该环形的安装面的外缘垂直向上延伸的第一圆柱面以及自该第一圆柱面的顶缘向内弯曲延伸的第二出光曲面。
4.如权利要求3所述的透镜组，其特征在于：该透镜的的第二出光曲面正对入光面的中央为一平面，所述多个环状微透镜单元呈同心圆排列于该第二出光曲面的平面上。
5.如权利要求1所述的透镜组，其特征在于：每一环状微透镜单元的第一散射面和第二散射面均为凹弧面。
6.如权利要求1所述的透镜组，其特征在于：至少一环状微透镜单元的第二散射面与相邻环状微透镜单元的第一散射面连接。
7.如权利要求1所述的透镜组，其特征在于：至少二相邻环状微透镜单元间隔设置，所述二间隔设置的微透镜单元共同围设出一凹槽，该凹槽的宽度在透镜的中心轴延伸方向上渐变。
8.如权利要求1所述的透镜组，其特征在于：每一环状微透镜单元的截面为等腰三角形。
9.如权利要求1所述的透镜组，其特征在于：该微透镜组的多个环状微透镜单元的第一散射面与第二散射面之间构成的夹角大小自该透镜的出光面的中心朝向透镜的出光面的周缘逐渐增加。
10.一种光源装置，包括一LED光源及与该LED光源配合的透镜组，其特征在于：所述透镜组为如权利要求2至9项中任一项所述的透镜组，该LED光源与该透镜组的透镜的入光面正对设置。
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