CN104421839B - 一种led透镜、摄像装置及照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种LED透镜、摄像装置及照明装置。本发明适用于光学技术领域，提供了一种LED透镜，包括一旋转对称的本体，本体的底部开设有用于放置LED的凹槽，凹槽具有位于LED出射方向且中间部分凹向LED的内凹面，以及环绕于LED四周的侧壁，内凹面为自由曲面，本体还包括位于LED出射方向的出射面，以及外侧面；LED发出的部分光束经过内凹面及出射面以±30°的角度射出，另一部分光束经过侧壁进入本体并由外侧面进行全反射，最后经出射面以±28°～±35°的角度射出。本发明通过内凹面、侧壁及外侧面的配合，使LED发出的光分为两束，分别以±30°及±28°～±35°的角度射出，获得半光强角为70°的均匀照明光束适用于照相补光、生产生活、艺术照明等。

Description

一种LED透镜、摄像装置及照明装置
技术领域
本发明属于光学技术领域，特别涉及一种LED透镜、摄像装置及照明装置。
背景技术
人们在日常生活中广泛采用摄像镜头记录信息，例如照相机、带有拍照功能的手机、手提电脑等，特别是拍照手机，它的出现使得人们对信息的记录更加便利。但使用摄像镜头拍照或录影都需要有照明光，在光线比较暗或在晚上拍摄时，必须对镜头进行补光。目前，大部分手机或摄像监控器的镜头旁边都装有LED进行补光，但这种照明光都是由LED发出直接照射在被拍物体上，其光束的角度、均匀度和光照度一般都不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED透镜，旨在对LED发出的光进行调整，使之满足摄像补光的照明角度、照度和均匀度的要求。
本发明是这样实现的，一种LED透镜，包括一旋转对称的本体，所述本体的底部开设有用于放置LED的凹槽，所述凹槽具有位于LED出射方向且中间部分凹向LED的内凹面，以及环绕于LED四周的侧壁，所述内凹面为自由曲面，所述本体还包括位于LED出射方向的出射面，以及外侧面；所述LED发出的部分光束经过所述内凹面及出射面以±30°的角度射出，另一部分光束经过所述侧壁进入所述本体并由所述外侧面进行全反射，最后经所述出射面以±28°～±35°的角度射出。
本发明的另一目的在于提供一种摄像装置，包括摄像镜头及补光组件，所述补光组件包括LED及罩设于所述LED之上的配光透镜，所述配光透镜采用所述的LED透镜。
本发明的另一目的在于提供一种照明装置，包括发光组件，所述发光组件包括LED及罩设于所述LED之上的配光透镜，所述配光透镜采用所述的LED透镜。
本发明通过对凹槽的内凹面、侧壁及透镜的外侧面进行上述设计，使LED发出的±50°及±50°～±90°的两束光分别经过内凹面及侧壁进入透镜本体，±50°内的光束最终经过出射面以±30°的角度射出，±50°～±90°的光束则经过外侧面的全反射并最终以±28°～±35°的角度于出射面射出，两束光叠加后形成半光强角为70°的均匀照明光束，适用于照相补光及具有上述照明需求的环境中。
附图说明
图1是本发明实施例提供的LED透镜的立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的LED透镜的侧视结构示意图；
图3是本发明实施例提供的LED透镜的光路图；
图4是本发明实施例提供的LED透镜配光的光强曲线；
图5是本发明实施例提供的LED透镜配光的光照度效果图；
图6是本发明实施例提供的LED透镜配光的光照度曲线。
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。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
图1示出了本发明实施例提供的LED透镜的立体结构示意图，图2示出了本发明实施例提供的LED透镜的侧视结构示意图，图3示出了本发明实施例提供的LED透镜的光路图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。
如图1、2，该LED透镜包括一旋转对称的本体1，该本体1可以采用高透光的PMMA材料射出成型。本体1的底部开设有用于放置LED的凹槽2，凹槽2具有位于LED的出射方向的内凹面21和环绕LED四周的侧壁22，其中，内凹面21的面型是中间凹向LED的自由曲面，侧壁22为一环状壁，优选为上窄下宽的圆台结构，相对本体1的中心轴Z成一较小斜角，这样便于本体1的成型脱模并便于光路设计。该本体1还包括出射面11和外侧面12，出射面11为光线的最终射出面，而外侧面12可作为光线在本体1中传播的一个反射面，将来自LED的光线进行全反射，最终经出射面11射出，当然，外侧面12还可做为一折射面，将来自LED的光线折射出本体1，通过对本体结构的合理设计，可尽量减少折射部分，以避免光损失。如图3，凹槽2中的LED发出的一定角度（如±50°）内的光束L1经内凹面21折射后射向本体1的出射面11，经过出射面11的第二次折射后以±30°的出射角射出透镜；另一角度（±50°～±90°）内的光束L2则经过侧壁22折射后射向外侧面12，经过外侧面12的全反射后由出射面23以±28°～±35°的角度射出。这两部分光束叠加后形成均匀的半光强角为70°的照明光束，可以很好的满足照相补光的要求。
进一步的，可将内凹面21的边缘与LED的发光中心之间的连接线与本体1的中心轴Z之间的夹角设计为50°～60°，优选为50°，使LED发出的±50°范围内的光照射到内凹面21，再经出射面11的第二次折射后以±30°出射角射出透镜。
进一步的，凹槽2的侧壁22与透镜本体1的中心轴Z之间的夹角为1°～5°，优选为2°，既便于成型脱模，又便于控制光线的传输方向。若夹角过大，自LED发出的±50°～±90°的光束在该侧壁22上折射后会偏向本体1的出射面11，而射向外侧面12的光线减少，因此使±50°～±90°范围内的光束L2 的传输方向整体向出射面11方向偏移，未经过外侧壁12的全反射，使其出射角过大，不宜被利用。
进一步的，出射面11可以为平面结构，外侧面12优选为圆台结构，便于光路设计和结构成型。外侧面12相对本体1的中心轴Z的夹角可以为130°～140°，若该角度过大，则经过该外侧面12全反射的光线出射角仍然较大，部分光线以大角度射出，经过一定距离后会更加发散，最终形成的光斑会出现边缘不清晰，光能量不集中，光斑过于发散的现象；而当该夹角过小时，则全反射的光线出射角过小，光斑大小不满足照明要求。
当然，外侧面12与凹槽2的侧壁22的倾斜角度需要相辅相成，相互制约，一变俱变，才可以形成适度大小、照度足够大且均匀的照明光。作为一种优选的实现方式，当凹槽2的侧壁22与中心轴Z的夹角为2°时，外侧面12与中心轴Z的夹角为135°。这样使得LED发出的±50°～±90°范围内的光束最终以±28°～±35°的角度射出。再与经内凹面21及出射面11射出的±30°的光束叠加，恰好形成70°半光强角的照明光束。
经过上述设计后，可以获得半光强角为70°、1米处光斑直径为1.6m、中心照度为90lx的圆形光斑，适合用于照相补光。采用功率为1W的OSRAM OSLON80芯片模拟，在1米处采集了光斑效果及相应光强、光照度数据，如图4所示的光强分布曲线，最大光强值达到96cd，1米远中心照度为90lx，可以达到半径为0.8m的照射范围，光强在±35°时降为最大光强的一半，即半光强角为70°，可以覆盖视场角为70°的摄像区域。另外，0°和90°参考面的光强曲线近似重合，证明该照明光斑呈规则的圆形，亮度和照度均匀。
进一步参考图5，1米处照明光斑呈规则的圆形光斑，亮度和照度均匀，无明显亮环或暗斑，如图6，光照度最大可达到90lx，且在半径为0.2m的圆形区域内照度均匀，约90lx，证明其在中心较大范围内照度较高且均匀；在半径增大到0.6m时，照度均匀下降到50lx，未发生骤降，无明显亮暗环，光斑均匀；在半径增大至0.8m时，照度由50lx骤降到5lx以下，且仍是均匀下降，证明 光斑的边缘清晰，由亮到暗过度清晰，边缘无过多杂光，光能量都集中在半径为0.8m的圆形区域内。该照明光束中心高亮度范围较大，并自中心向外均匀变化，整个光斑足够大、亮、圆且均匀，适合用于拍照补光。
进而，本发明进一步提供一种摄像装置，包括摄像镜头及补光组件，补光组件包括LED及罩设于LED上的透镜，该透镜即采用上述的LED透镜，LED则设置于该LED透镜的凹槽中。采用了该透镜后，使得补光组件发出的光可以覆盖视场角为70°的摄像区域，且照射区域亮度高、均匀且光斑圆度好，光能利用率高，保证了高质量的摄像效果。
另外，本实施例提供的LED透镜还可用于其它场合，如用于生活照明或有上述照明要求的生产加工、艺术照明等场合，本实施例不局限于用于照相补光。
进而，本发明进一步提供一种照明装置，包括发光组件，该发光组件包括LED及罩设于LED上的透镜，该透镜采用上述的LED透镜，LED设置于该LED透镜的凹槽中。
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 (3)

1.一种LED透镜，其特征在于，包括一旋转对称的本体，所述本体的底部开设有用于放置LED的凹槽，所述凹槽具有位于LED出射方向且中间部分凹向LED的内凹面，以及环绕于LED四周的侧壁，所述内凹面为自由曲面，所述侧壁为上窄下宽的圆台结构，所述本体还包括位于LED出射方向的出射面，以及外侧面，所述外侧面为圆台结构；所述侧壁与所述本体的中心轴的夹角为2°，所述外侧面与所述本体的中心轴的夹角为135°；所述LED的发光中心与所述内凹面的边缘之间的连接线与所述本体的中心轴的夹角为50°；所述LED发出的部分光束经过所述内凹面及出射面以±30°的角度射出，另一部分光束经过所述侧壁进入所述本体并由所述外侧面进行全反射，最后经所述出射面以±28°～±35°的角度射出。
2.一种摄像装置，包括摄像镜头及补光组件，其特征在于，所述补光组件包括LED及罩设于所述LED之上的配光透镜，所述配光透镜采用权利要求1所述的LED透镜。
3.一种照明装置，包括发光组件，其特征在于，所述发光组件包括LED及罩设于所述LED之上的配光透镜，所述配光透镜采用权利要求1所述的LED透镜。
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