CN104373896A - 光学透镜及采用该光学透镜的灯具 - Google Patents

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袁尤智
张谦
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2101/00—Point-like light sources

Abstract

本发明涉及一种光学透镜及采用该光学透镜的灯具。该光学透镜包括具有上表面和下表面的透镜本体，透明本体的下表面形成有多圈同心凸起的第一齿纹，多圈第一齿纹的齿顶相对于光学透镜的最下端平面的高度从外周向中心呈增大的趋势，从而形成大致的拱形，其中，每一第一齿纹具有相对靠近中心的第一表面和与第一表面相交的相对远离中心的第二表面，第一表面为透射面，第二表面为全反射面，入射光经第一齿纹的第一表面折射进入第一齿纹并由第一齿纹的第二表面全反射后经透镜本体的上表面射出。该光学透镜能纳入更多的LED光源所发出的光线进入可调节的范围，实现超薄空间的全方位控光，且光线调节的偏转角度大，不产生颜色分离现象。

Description

光学透镜及采用该光学透镜的灯具
技术领域
本发明涉及照明技术，更具体地说，涉及一种光学透镜及采用该光学透镜的灯具。
背景技术
随着LED照明灯具的功率越来越高，LED器件的尺寸也越来越大。现在广泛使用的大功率COB或由多颗中小功率LED拼成的LED模组，都有较大的发光尺寸，这就导致传统的LED光学配光元件也需要较大的尺寸，对于有尺寸要求的标准光源和灯具类产品的设计造成很大的困难。
为此，目前市场上出现了LED超薄透镜。但这些超薄透镜大都基于菲涅尔透镜的原理，以光轴为中心，把传统的透镜分割分成很多小份，把对应的分割后的曲面在曲率微调的情况下重组形成一个更薄的菲涅尔透镜。菲涅尔透镜利用光的折射原理，折射原理会产生色散现象，造成颜色的分离，另外对光线方向调节的偏转角度有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种不会产生颜色分离现象且光线方向调节偏转角度大的光学透镜、以及采用该光学透镜的灯具。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种光学透镜，包括具有上表面和下表面的透镜本体，所述透明本体的下表面形成有多圈同心凸起的第一齿纹，所述多圈第一齿纹的齿顶相对于所述光学透镜的最下端平面的高度从外周向中心呈增大的趋势，从而形成大致的拱形，其中，每一所述第一齿纹具有相对靠近中心的第一表面和与所述第一表面相交的相对远离中心的第二表面，所述第一表面为透射面，所述第二表面为全反射面，入射光经所述第一齿纹的第一表面折射进入第一齿纹并由第一齿纹的第二表面全反射后经所述透镜本体的上表面射出。
根据本发明的光学透镜中，所述第一齿纹的第二表面为平面或曲面。
根据本发明的光学透镜中，所述透镜本体的下表面具有位于中心区域的聚光光学特征，所述多圈第一齿纹围绕所述中心区域设置。
根据本发明的光学透镜中，所述聚光光学特征包括菲涅尔透镜形式的多圈同心凸起的第二齿纹。
根据本发明的光学透镜中，所述聚光光学特征包括光滑透镜平面或光滑透镜凸面。
根据本发明的光学透镜中，所述多圈第一齿纹的齿顶相对于所述光学透镜的最下端平面的高度从外周向中心逐渐增大。
根据本发明的光学透镜中，所述透镜本体的上表面设有对出射光进行折射的光学特征。
根据本发明的光学透镜中，所述光学特征包括光滑平面、光滑凸面、环状凸纹阵列、条状凸纹阵列、多边形凸纹阵列或半球形凸纹阵列。
本发明为解决其技术问题还提出一种灯具，包括LED光源，还包括如上所述的光学透镜，所述LED光源设置于所述光学透镜的下方中部。
本发明的光学透镜利用透镜本体下表面上多圈凸起的齿纹通过透射的折射原理和全反射原理对光线的方向进行调节，光线方向调节的偏转角度可以更大，有利于光学设计，而且利用全反射原理调光不会产生颜色分离现象。采用该光学透镜的灯具使得LED所发的光线都能纳入光学透镜可调节配光的范围内，实现超薄空间内的全方位控光。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一个实施例的光学透镜的剖面结构示意图；
图2是图1所示的光学透镜的下表面视图；
图3是图1所示的光学透镜与LED光源配合的结构示意图；
图4是图3所示的光学透镜的光路示意图；
图5是本发明另一个实施例的光学透镜的上表面结构示意图；
图6是本发明又一个实施例的光学透镜的上表面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明一个实施例的光学透镜10的结构示意图。如图1所示，该光学透镜10包括透镜本体11，透镜本体11具有上表面111和下表面112。透镜本体11的上表面111呈光滑透镜凸面。透镜本体11的下表面112具有位于中心区域的聚光光学特征13、以及围绕该中心区域设置的多圈同心凸起的第一齿纹12。具体如图1和图2所示，该聚光光学特征13为菲涅尔透镜形式的多圈同心凸起的第二齿纹，正对LED光源上方，用于聚光(参见图4所示)。根据本发明的不同实施例中，该聚光光学特征13还可以采用具有聚光作用的光滑透镜凸面或平面的形式。围绕该中心区域的聚光光学特征13设置的多圈第一齿纹12具有相对靠近中心的第一表面121和与第一表面121相交的相对远离中心的第二表面122。并且，第一齿纹12的第一表面121为透射面，第二表面122为全反射面。入射光经第一齿纹12的第一表面121折射进入第一齿纹12，并由第一齿纹12的第二表面122全反射后经透镜本体11的上表面111射出(参见图4所示)。具体示例中，第一齿纹12的第二表面122可以是平面的，也可以是曲面的，只要满足如下全反射条件即可：
sin(θ)≥1/n
其中，θ为光线到达第一齿纹第二表面122的入射角度，n为齿纹材料的折射率。
进一步如图1所示，多圈第一齿纹12的齿顶相对于光学透镜10的最下端平面的高度从外周向中心呈增大的趋势，从而形成大致的拱形。具体如图1所示的示例中，多圈第一齿纹12的齿顶相对于光学透镜10的最下端平面的高度从外周向中心逐渐增大。但是本发明并不局限于图1所示的实施例。本申请中的表述“呈增大的趋势”指的是从最外圈的齿纹到最内圈的齿纹在整体的高度变化趋势上是增大的，包括按照等额高度差递增，也包括非等额高度差的递增，同时也不排除其中的某些局部相邻的齿纹高度相同。如此的设计使得光学透镜10的下表面呈大致的拱形，能够尽可能的将LED光源20(参见图3所示)所发射的光线都纳入光学透镜10可调节配光的范围内，实现全方位控光。
图3示出了光学透镜10应用于灯具中与LED光源20配合的结构示意图。LED光源20设置于光学透镜10的下方中部。LED光源20发出的一部分光线经聚光光学特征13聚光从光学透镜10的上表面射出，一部分光线经多圈第一齿纹12的第一表面121折射进入第一齿纹12并由第一齿纹12的第二表面122全反射后经光学透镜10的上表面射出，如图4的光路图所示。进一步如图3所示，可设置LED光源20的发光平面21位于多圈第一齿纹12中最外圈齿纹所在平面，从而使得LED光源20所发的所有光线都被纳入光学透镜10的调节配光的范围内，实现全方位控光。当然，本发明并不局限于此，LED光源的发光平面亦可低于最外圈齿纹所在平面。
此外，本发明的光学透镜还可以在透镜本体的上表面设置对出射光进行折射的光学特征，利用光的折射原理对光进行分散或集中。该光学特征可以是光滑平面、光滑凸面(参见图1)、环状凸纹阵列、条状凸纹阵列(参见图5)、多边形凸纹阵列(参见图6)或半球形凸纹阵列等等。通过在透镜本体的上表面形成对光线进行折射的光学特征，可以进一步调整出射光角度，提高光能的有效利用率，减少眩光和杂散光。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光学透镜，其特征在于，包括具有上表面和下表面的透镜本体，所述透明本体的下表面形成有多圈同心凸起的第一齿纹，所述多圈第一齿纹的齿顶相对于所述光学透镜的最下端平面的高度从外周向中心呈增大的趋势，从而形成大致的拱形，其中，每一所述第一齿纹具有相对靠近中心的第一表面和与所述第一表面相交的相对远离中心的第二表面，所述第一表面为透射面，所述第二表面为全反射面，入射光经所述第一齿纹的第一表面折射进入第一齿纹并由第一齿纹的第二表面全反射后经所述透镜本体的上表面射出。
2.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述第一齿纹的第二表面为平面或曲面。
3.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述透镜本体的下表面具有位于中心区域的聚光光学特征，所述多圈第一齿纹围绕所述中心区域设置。
4.根据权利要求3所述的光学透镜，其特征在于，所述聚光光学特征包括菲涅尔透镜形式的多圈同心凸起的第二齿纹。
5.根据权利要求3所述的光学透镜，其特征在于，所述聚光光学特征包括光滑透镜平面或光滑透镜凸面。
6.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述多圈第一齿纹的齿顶相对于所述光学透镜的最下端平面的高度从外周向中心逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述透镜本体的上表面设有对出射光进行折射的光学特征。
8.根据权利要求7所述的光学透镜，其特征在于，所述光学特征包括光滑平面、光滑凸面、环状凸纹阵列、条状凸纹阵列、多边形凸纹阵列或半球形凸纹阵列。
9.一种灯具，包括LED光源，其特征在于，还包括如权利要求1-8中任一项所述的光学透镜，所述LED光源设置于所述光学透镜的下方中部。
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