CN104515064B - 一种透镜和包括该透镜的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透镜，具有安装面，所述透镜沿平行于所述安装面的一个方向延伸，所述透镜包括构成透镜内轮廓的入光面和构成透镜外轮廓的出光面，所述入光面和出光面间由安装面连接，所述透镜垂直于延伸方向的截面左右对称，所述入光面为内凹的曲面，形成一个凹陷部分，所述凹陷部分可容纳多个光源，所述截面的外轮廓线为一段圆弧线，内轮廓线为自由曲线。与现有技术相比，本发明通过的透镜设计，使得LED出射光与从朗伯型配光，变为在180度方向上，各个方向光强几乎相等的配光。采用了该透镜的灯管和现有LED灯管相比，出光角更大，应用更广。

Description

一种透镜和包括该透镜的照明装置
技术领域
本发明涉及一种透镜和一种包括该透镜的照明装置。
背景技术
由于LED具有体积小、寿命长、光效高、发热低、无辐射、低能耗和环保无汞等优点，所以属于绿色节能环保照明产品，各国政府都在积极鼓励发展LED照明技术以节约能源、降低污染。随着LED照明的飞速发展，现有传统光源产品正逐步被LED光源产品所替代。目前市场上的LED灯管，多数采用白光LED，排成一列，然后外面套一根雾面的圆柱形扩散罩，以此来替代传统的荧光灯管。
但是荧光灯管和LED灯管配光差异较大，这在很大程度上限制了LED灯管的发展。从图1可以看出荧光灯管和LED灯管的配光差异，荧光灯管是360度都发光的，而LED灯管发光角度较小，图中A为荧光灯管，B、C表示为LED灯管。后来有一些产品，通过增加灯罩表面的扩散程度，来增大出光角，但是这样又带来了光效下降的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种LED灯管用的大角度透镜和包括该透镜的照明装置。
本发明的技术方案为，提供一种透镜，具有安装面，所述透镜沿平行于所述安装面的一个方向延伸，所述透镜包括构成透镜内轮廓的入光面和构成透镜外轮廓的出光面，所述入光面和出光面间由安装面连接，所述透镜垂直于延伸方向的截面左右对称，所述入光面为内凹的曲面，形成一个凹陷部分，所述凹陷部分可容纳多个光源，所述截面的外轮廓线为一段圆弧线，内轮廓线为自由曲线。
优选的，所述内轮廓线的自由曲线使得所述入光面的光线的入射角i和出射角γ满足以下方程式γ=C3•i ³+C2•i²+C1•i+C0，其中C3=-6.4674744E-05，C2=1.8103132E-03，C1= 1.2487639，C0= 0.16066865。
优选的，所述外轮廓线圆弧的圆心在所述光源的下方。
优选的，所述出光面表面经雾面喷砂处理。
本发明还提供了一种​​照明​装置，包括​上​述​​透镜、两个以上沿直线排列的光源、承载所述光源的电路板，所述透镜覆盖于所述光源之上。
优选的，在所述透镜外还包括一面罩。
优选的，所述面罩包括荧光粉层或包含荧光粉。
优选的，在所述光源为蓝光LED，所述荧光粉为黄色荧光粉。
本发明由于采用了上述技术方案，使之与现有技术相比，本发明通过的透镜设计，使得LED出射光与从朗伯型配光，变为在180度方向上，各个方向光强几乎相等的配光。采用了该透镜的灯管和现有LED灯管相比，出光角更大，应用更广。
附图说明
图1是荧光灯管和LED灯管的配光差异图示；
图2是本发明透镜的结构示意图；
图3是本发明透镜的剖面图；
图4是本发明透镜的光线追迹图；
图5是本发明透镜入光面入射角和出射角函数关系图；
图6是本发明透镜的光学仿真配光图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的透镜和包括该透镜的照明装置作进一步详细的说明。α1 β1
具体实施例请参考图2、图3,本实施例为一个用于灯管的照明模块，包括透镜1和led灯条2，透镜1和led灯条2安装在同一个平面上，led灯条2被透镜1所覆盖。在一些其他实施例中，因为透镜支架或者其他的一些安装方式，透镜1和led灯条2可能未安装在同一平面，这里为了说明方便，我们所称的安装平面是指透镜1和支持部分的接触平面。本实施例采用LED作为光源，这里所述LED可指封装的LED、未封装的LED、表面贴装LED、板上芯片LED、包括某一类型光学元件的LED。本实施例的LED灯条的光源采用SMT封装的LED，如2323、5630、3014等。
透镜1为拉伸式透镜，其横截面形状，如图3所示。由于要替代传统的荧光灯管，所以需要实现大角度配光效果。透镜1为拉伸型透镜，是沿着平行于安装平面的一个方向水平延伸，其垂直于延伸方向的各截面相同。截面图参见图3，透镜1包括构成透镜内轮廓的入光面101和构成透镜外轮廓的出光面102，所述入光面101和出光面102间由安装面103连接，其中出光面102的截面为一段圆弧线构成外轮廓线，入光面101的截面为自由曲线构成内轮廓线。入光面101限定出可容纳多个沿直线排列的光源，即led灯条2的凹陷空间，以垂直于安装面并经过led灯条2的光轴的平面为参考面，透镜1在所述参考面两侧呈对称形状。
为了实现大角度的配光效果，本实施例采用如下设计，图4为本实施例透镜的光线追迹图。如图3、图4所示，LED射出的光线经过入光面101后发生了一次折射，入射光线和LED光轴的夹角为i，出射入射光线和LED光轴的夹角为γ，这里所说的LED的光轴为一条垂直于安装面的虚拟的直线，入光面在截面图上表示为一段自由曲线，该自由曲线满足以下方程式γ=C3•i ³+C2•i²+C1•i+C0，其中C3=-6.4674744E-05，C2=1.8103132E-03，C1=1.2487639，C0= 0.16066865。图5为该方程式中入射角i和出射角γ的函数曲线。而出光面102在截面上的外轮廓线圆弧的圆心在所述LED灯条2的下方，在本实施例中，安装平面和LED灯条2在同一平面，也就是圆心在安装平面之下，圆弧的圆心在LED发光面的下方，更有利于光线朝大角度偏折。图6为本实施例透镜的光学仿真配光图，是两个平面上的配光曲线，图中中间部分类似椭圆形的区域是沿着透镜拉伸方向的平面，是类似朗伯型的配光；如图所示的蝴蝶形的配光图是垂直透镜拉伸方向的平面，为大角度配光，且在180度方向上，各个方向上光强几乎相等。
另外我们还可以通过透镜形状设计的优化，以及在透镜的出光面102做一些表面处理（如雾面喷砂等），来增大光线的出射角度。
本实施例中的透镜用于组装成LED灯管，灯管包括多个LED光源，这些LED光源呈直线排列于一电路板上，本实施例中的透镜覆盖于电路板之上，如图2所示，LED光源2位于透镜中间的长条形凹槽下方。作为一个灯管，在透镜外还包括一面罩，面罩形状为圆柱形，这样从形状和光学特性上，都更接近传统的荧光灯管。面罩为透光材质，可以由玻璃、诸如聚碳酸酯等透明树脂和透明陶瓷形成。根据需要，可以将扩散剂或磷光体涂布到面罩的内表面，或者扩散剂或磷光体可以包含在面罩中。在一个实施例中，采用远程荧光粉技术来解决由于LED排布稀疏而形成的颗粒感以及黄斑问题。LED灯条光源采用蓝光芯片，在光源上面放一根本发明描述的透镜，外面包覆一层玻璃或塑料面罩，面罩的内壁上涂敷黄色荧光粉。
上文对本发明优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本发明穷尽或局限于所公开的具体形式，显然，可能做出许多修改和变化，这些修改和变化可能对于本领域技术人员来说是显然的，应当包括在由所附权利要求书定义的本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种透镜，具有安装面，所述透镜沿平行于所述安装面的一个方向延伸，所述透镜包括构成透镜内轮廓的入光面和构成透镜外轮廓的出光面，所述入光面和出光面间由安装面连接，所述透镜垂直于延伸方向的截面左右对称，所述入光面为内凹的曲面，形成一个凹陷部分，所述凹陷部分可容纳多个光源，所述截面的外轮廓线为一段圆弧线，内轮廓线为自由曲线,所述内轮廓线的自由曲线使得所述入光面的光线的入射角i和出射角γ满足以下方程式γ＝C3·i3+C2·i2+C1·i+C0，其中C3＝-6.4674744E-05，C2＝1.8103132E-03，C1＝1.2487639，C0＝0.16066865。
2.根据权利要求1所述的一种透镜，其特征在于所述外轮廓线圆弧的圆心在所述光源的下方。
3.根据权利要求1所述的一种透镜，其特征在于所述出光面表面经雾面喷砂处理。
4.一种照明装置，包括根据权利要求1-3中任一项所述的透镜、两个以上沿直线排列的光源、承载所述光源的电路板，所述透镜覆盖于所述光源之上。
5.根据权利要求4所述的一种照明装置，其特征在于在所述透镜外还包括一面罩。
6.根据权利要求5所述的一种照明装置，其特征在于所述面罩包括荧光粉层或包含荧光粉。
7.根据权利要求6所述的一种照明装置，其特征在于在所述光源为蓝光LED，所述荧光粉为黄色荧光粉。
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