CN104566204A - 具有聚光和泛光效果的透镜、灯组件和手电筒 - Google Patents

具有聚光和泛光效果的透镜、灯组件和手电筒 Download PDF

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Abstract

一种具有聚光和泛光效果的透镜、灯组件和手电筒，所述透镜中包括聚光透镜，包括聚光透镜主体和第一光源容纳腔，所述聚光透镜主体为第一曲线绕预设的聚光透镜的出射光光轴旋转形成的类圆台型，所述聚光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第一光源容纳腔；泛光透镜，包括泛光透镜主体和第二光源容纳腔，所述泛光透镜主体为第二曲线绕预设的泛光透镜的出射光光轴旋转形成的类圆台型，所述泛光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第二光源容纳腔。上述透镜中具有特定形状的聚光透镜和泛光透镜，使得具有所述透镜的灯组件或手电筒，能够同时提供较好的聚光效果和泛光效果。且所述透镜的尺寸较小，能够应用在小尺寸的灯组件中。

Description

具有聚光和泛光效果的透镜、灯组件和手电筒
技术领域
本发明涉及照明领域，特别是涉及一种具有聚光和泛光效果的透镜、灯组件和手电筒。
背景技术
目前随着LED芯片和封装工艺的成熟，LED亮度要求足以满足各个照明领域的需求，LED固态照明已经成为趋势。它具有节能，环保，安全，具有显色指数高，寿命长的等性能特点；同时其也具有体积小，光效高，能耗小等显著特点。LED光源以其明显的优势被广泛地应用到科研实验、生产、生活的各个领域。
现在一般的手电筒都是采用聚光反光透镜加LED光源的方式设计，有些电筒为了达到小角度聚光和照度要求而采用2～5个反光透镜组合而成一个整体的方式，而且透镜组合设计外形尺寸较大，有时还采用多颗LED芯片，其电路排布紧凑不利于散热。
并且目前市面上提供的如手电筒等便携灯具，通常只能提供聚光照明或者泛光照明。在一些既需要聚光又需要泛光的情况下，需要同时带上聚光灯或者泛光灯，这样需要携带的灯具多，并且很可能遗忘其中之一，带来出行不便。
发明内容
基于此，有必要针对既具有小角度聚光和符合照度要求，提供一种具有聚光和泛光效果的透镜，包括：
聚光透镜，包括聚光透镜主体和第一光源容纳腔，所述聚光透镜主体为第一曲线绕预设的聚光透镜的出射光光轴轴心旋转形成的类圆台型，所述聚光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第一光源容纳腔；
泛光透镜，包括泛光透镜主体和第二光源容纳腔，所述泛光透镜主体为第二曲线绕预设的泛光透镜的出射光光轴轴心旋转形成的类圆台型，所述泛光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第二光源容纳腔。
在其中一个实施例中，包括：
所述第一光源容纳腔包括第一内侧壁和第一内凹面，所述第一内侧壁与所述聚光透镜的出射光轴成-3°的拨模角度，所述第一内凹面由第三曲线绕所述聚光透镜的出射光光轴旋转形成；
所述第一曲线和第三曲线位于第一直角坐标系，所述第一直角坐标系中单位长度为mm，所述第一直角坐标系的X轴为聚光透镜出射光光轴；
所述第一曲线上的点包括：a1点（0.00，5.00，0.00）、b1点（2.47，7.28，0.00）、c1点（5.67，9.88，0.00）、d1点（10.14，12.75，0.00）、e1点（14.05，14.93，0.00），所述第三曲线上的点包括：f1点（7.87，4.54，0.00）、g1点（6.99，3.52，0.00）、h1点（6.16，2.44，0.00）、i1点（5.59，1.46，0.00）、j1点（5.28，0.00，0.00）。在其中一个实施例中，包括：
所述第二光源容纳腔包括第二内侧壁和第二内凹面，所述第二内侧壁与所述聚光透镜的出射光轴成-2°的拨模角度，所述第二内凹面由第四曲线绕出射光光轴旋转形成；
所述第二曲线和第四曲线位于第二直角坐标系，所述第二直角坐标系中单位长度为mm，所述第二直角坐标系的X轴为泛光透镜出射光光轴；
所述第二曲线上的点包括：a2点（0.00，6.03，0.00）、b2点（2.50，8.60，0.00）、c2点（6.40，12.58，0.00）、d2点（10.50，16.60，0.00）、e2点（14.00，19.95，0.00），所述第四曲线上的点包括：f2点（6.22，5.73，0.00）、g2点（5.94，4.79，0.00）、h2点（5.52，3.37，0.00）、i2点（5.17，1.43，0.00）、j2点（5.11，0.00，0.00）。在其中一个实施例中，所述透镜由材料ABS、PC或PMMA中的一种射出成型。
在其中一个实施例中，所述透镜具有磨砂处理的表面。
在其中一个实施例中，还包括：承载板，所述承载板适于与所述聚光透镜和泛光透镜敞口方向的末端相连，所述承载板包括与所述聚光透镜和泛光透镜相连的第一表面和相对的第二表面，所述聚光透镜和所述泛光透镜的主体敞口方向的末端面和所述泛光透镜主体敞口方向的末端面低于所述承载板的第二表面。
一种具有聚光和泛光效果的灯组件，包括：
如上所述的透镜；
第一光源，设置于所述第一光源容纳腔处，所述第一光源的发光面的中心点为所述第一直角坐标系的原点；
第二光源，设置于所述第二光源容纳腔处，所述第二光源的发光面的中心点为所述第二直角坐标系的原点。
在其中一个实施例中，所述第一光源和第二光源为LED，发光类型为朗伯型，发光角为90°，光通量为100lm。
在其中一个实施例中，所述第一光源从所述第一顶部开口射出光线的半光强角度为10°；所述第二光源从所述第二顶部开口射出光线的半光强角度为65°。
一种手电筒，包括如上所述的具有聚光和泛光效果的灯组件。
上述透镜、灯组件和手电筒中同时具有特定形状的聚光透镜和泛光透镜，使得具有所述透镜的灯组件或手电筒，能够同时提供较好的聚光效果和泛光效果。
且在可选实施方式中，所述透镜的尺寸可以做得很小，能够应用在小尺寸的灯组件中。
附图说明
图1为实施例提具有聚光和泛光效果的灯组件的示意图；
图2至图6为实施例中提供的聚光灯组件的示意图；
图7为所述聚光组件出射的聚光光强分布的示意图；
图8至图12实施例中提供的泛光灯组件的示意图；
图13为所述泛光组件出射的泛光光强分布的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细介绍。
图1所示为本实施例提供一种具有聚光和泛光效果的灯组件的示意图，如图中所示，本实施例提供的灯组件包括：
具有聚光和泛光效果的透镜、第一光源71和第二光源72。
所述具有聚光和泛光效果的透镜包括聚光透镜61、泛光透镜62和与所述聚光透镜61、泛光透镜62连在一起的承载板40。
所述聚光透镜61包括聚光透镜主体和第一光源容纳腔，所述聚光透镜主体为第一曲线绕预设的聚光透镜的出射光光轴旋转形成的类圆台型，所述聚光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第一光源容纳腔，所述第一光源71可安装于所述第一光源容纳腔，与所述聚光透镜61构成聚光透镜组件；
所述泛光透镜62包括泛光透镜主体和第二光源容纳腔，所述泛光透镜主体为第二曲线绕预设的泛光透镜的出射光光轴旋转形成的类圆台型，所述泛光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第二光源容纳腔，所述第二光源72可安装于所述第二光源容纳腔，与所述聚光透镜62构成泛光透镜组件；
所述承载板40适于与所述聚光透镜61和泛光透镜62敞口方向的末端相连，所述承载板40包括与所述聚光透镜61和泛光透镜62相连的第一表面和相对的第二表面，所述聚光透镜主体敞口方向的末端面14和所述泛光透镜主体敞口方向的末端面24低于所述承载板的第二表面。
另外，所述具有聚光和泛光效果的透镜由材料ABS、PC或PMMA中的一种射出成型，所述透镜具有磨砂处理的表面。所述磨砂处理为防具有聚光和泛光效果的透镜表面反射外界的光，从而造成眩光。
具体的，以下结合附图分别详解阐述所述聚光透镜61和泛光透镜62的结构和原理。
图2至图6所示为本实施例提供聚光灯组件的示意图。其中图2和图3为所述聚光灯组件的侧面图，图4为所述聚光灯组件剖面的示意图，图5为在图4中的剖面上标注坐标点的示意图，所述图6为图4中的剖面标示光线出射的示意图。
具体参考图2至图4所示，所述聚光灯组件包括：聚光透镜61和第一光源71。所述聚光透镜61包括聚光透镜主体16和位于聚光灯透镜主体16两端的端面12和端面14。所述聚光灯透镜主体为第一曲线绕预设的聚光透镜的出射光光轴轴心旋转形成的类圆台型。其中端面12为所述聚光透镜主体缩口方向的端面，所述端面14为所述聚光透镜主体敞口方向的端面。所述端面12内凹形成所述第一光源容纳腔，适于安装第一光源71。
所述第一光源容纳腔包括第一内侧壁13和第一内凹面15，所述第一内侧壁13与所述聚光透镜的出射光轴成-3°的拨模角度，所述第一内凹面15由第三曲线绕所述聚光透镜的出射光光轴旋转形成。
具体如图5所示，以所述聚光灯透镜主体缩口方向的端面12的中心为原点，所述聚光灯透镜的出射光的光轴方向为X轴的方向，建立第一直角坐标系，所述第一直角坐标系的单位长度为mm。所述第一曲线上的点包括：a1点（0.00，5.00，0.00）、b1点（2.47，7.28，0.00）、c1点（5.67，9.88，0.00）、d1点（10.14，12.75，0.00）、e1点（14.05，14.93，0.00），所述第三曲线上的点包括：f1点（7.87，4.54，0.00）、g1点（6.99，3.52，0.00）、h1点（6.16，2.44，0.00）、i1点（5.59，1.46，0.00）、j1点（5.28，0.00，0.00）。所述第一光源71的发光面的中心的坐标为（0.00,0.00,0.00）。
具体如图6所示，第一光源71发出的±45°光照到第一内凹面15，经第一内凹面15折射后射向所述聚光透镜主体敞口方向的端面14，在所述聚光透镜主体敞口方向的端面14产生第二次折射后形成±5°光射出。第一光源71发出的±45°～±90°的光射向第一内侧壁13产生第一次折射后射向聚光灯透镜主体16的侧面，在聚光灯透镜主体16的侧面产生全反射后再射向所述聚光透镜主体16敞口方向的端面14，最后光由所述聚光透镜主体16敞口方向的端面14产生折射，从而形成与所述聚光透镜的出射光光轴平行的光线射出。经所述聚光透镜主体16敞口方向的端面14叠加的光形成一束半光强角度为10度的光束。其中，可以看到所述光源发出的光被所述透镜反射并聚拢在一个小范围内，实现聚光效果。
由上可知，所述聚光透镜中，所述第一光源71与所述第一内凹面15的位置关系会影响射入所述第一内凹面15的光线的角度范围，所述第一内凹面15的形状会影响通过第一内凹面15折射后射向所述聚光透镜主体敞口方向的端面14光线的角度，从而影响所述聚光灯透镜61的出射光的聚光程度。所述第一光源71与所述第一内侧壁13的位置关系会影响射入所述第一内侧壁13的光线的角度范围，所述第一内侧壁13的倾斜度会影响在第一次折射后射向聚光灯透镜主体16的侧面的光线的角度，所述聚光灯透镜主体16的形状和位置，会影响在聚光灯透镜主体16的侧面产生全反射后再射向所述聚光透镜主体16敞口方向的端面14的光线的角度，从而影响所述聚光灯透镜61的出射光的聚光程度。
由此可见，所述聚光灯透镜61的中第一光源71与所述第一内凹面15的位置、第一内凹面15的形状、所述第一光源71与所述第一内侧壁13的位置关系、所述第一内侧壁13的倾斜度、所述聚光灯透镜主体16的形状和位置等因素是互相牵制，互相影响，任何一因素的改变，都会导致最终聚光效果的不同。
另外，本实施例中，所述第一光源71为LED。一般的，所述LED的发光类型为朗伯型，发光角为90°，光通量为100lm。优选的，本实施例中采用的LED为OSRAM OSLON的LED芯片，其功率为1W。
图7所示为所述聚光组件出射的聚光光强分布，其中可见，所述聚光组件的出射光中最大光强值可以达到2500cd。
图8至图12所示为本实施例提供泛光灯组件的示意图。其中图8和图9为所述泛光灯组件的侧面图，图10为所述泛光灯组件剖面的示意图，图11为在图10中的剖面上标注坐标点的示意图，所述图12为图10中的剖面标示光线出射的示意图。
具体参考图8至图10所示，所述泛光灯组件包括：泛光透镜62和第二光源72。所述泛光透镜62包括泛光透镜主体26和位于泛光透镜主体26两端的端面22和端面24。所述泛光灯透镜主体为第二曲线绕预设的泛光透镜的出射光光轴轴心旋转形成的类圆台型。其中端面22为所述泛光透镜主体缩口方向的端面，所述端面24为所述泛光透镜主体敞口方向的端面。所述端面22内凹形成所述第二光源容纳腔，适于安装第二光源72。
所述第二光源容纳腔包括第二内侧壁23和第二内凹面25，所述第二内侧壁23与所述泛光透镜的出射光轴成-2°的拨模角度，所述第二内凹面25由第四曲线绕所述泛光透镜的出射光光轴旋转形成。
具体如图11所示，以所述泛光灯透镜主体缩口方向的端面22的中心为原点，所述泛光灯透镜的出射光的光轴方向为第二直角坐标系的X轴的方向，建立第二直角坐标系，所述的单位长度为mm。所述第二曲线上的点包括：a2点（0.00，6.03，0.00）、b2点（2.50，8.60，0.00）、c2点（6.40，12.58，0.00）、d2点（10.50，16.60，0.00）、e2点（14.00，19.95，0.00），所述第四曲线上的点包括：f2点（6.22，5.73，0.00）、g2点（5.94，4.79，0.00）、h2点（5.52，3.37，0.00）、i2点（5.17，1.43，0.00）、j2点（5.11，0.00，0.00）。所述第二光源72的发光面的中心的坐标为（0.00,0.00,0.00）。
具体如图12所示，第二光源72发出的±50°光照到第二内凹面25，经第二内凹面25折射后射向所述泛光透镜主体敞口方向的端面24，在所述泛光透镜主体敞口方向的端面24产生第二次折射后形成±30°光射出。第二光源72发出的±50°～±90°的光射向第二内侧壁23产生第一次折射后射向泛光透镜主体26的侧面，在泛光透镜主体26的侧面产生全反射后再射向所述泛光透镜主体26敞口方向的端面24，最后光由所述泛光透镜主体26敞口方向的端面24产生折射，从而形成与±28°～±33°的光线射出。经所述泛光透镜主体26敞口方向的端面24叠加的光形成一束半光强角度为65°的光束。其中，可以看到所述光源发出的光透过所述透镜实现泛光效果。
由上可知，所述泛光透镜62中，所述第二光源72与所述第二内凹面25的位置关系会影响射入所述第二内凹面25的光线的角度范围，所述第二内凹面25的形状会影响通过第二内凹面25折射后射向所述泛光透镜主体敞口方向的端面24光线的角度，从而影响所述泛光灯透镜62的出射光的泛光程度。所述第二光源72与所述第二内侧壁23的位置关系会影响射入所述第二内侧壁23的光线的角度范围，所述第二内侧壁23的倾斜度会影响在第一次折射后射向泛光透镜主体26的侧面的光线的角度，所述泛光透镜主体26的形状和位置，会影响在泛光透镜主体26的侧面产生全反射后再射向所述泛光透镜主体26敞口方向的端面24的光线的角度，从而影响所述泛光灯透镜62的出射光的泛光程度。
由此可见，所述泛光灯透镜62的中第二光源72与所述第二内凹面25的位置、第二内凹面25的形状、所述第二光源72与所述第二内侧壁23的位置关系、所述第二内侧壁23的倾斜度、所述泛光透镜主体26的形状和位置等因素是互相牵制，互相影响，任何一因素的改变，都会导致最终泛光效果的不同。
另外，本实施例中，所述第二光源72为LED。一般的，所述LED的发光类型为朗伯型，发光角为90°，光通量为100lm。优选的，本实施例中采用的LED为OSRAM OSLON80的LED芯片，其功率为1W。
图13所示为所述泛光组件出射的泛光光强分布，其中可见，所述泛光组件的出射光中最大光强值可以达到96cd。
上述透镜，同时具有特定形状的聚光透镜和泛光透镜，使得具有所述透镜的灯组件或手电筒，能够同时提供较好的聚光效果和泛光效果。且所述透镜的尺寸较小，能够应用在小尺寸的灯组件中。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有聚光和泛光效果的透镜，其特征在于，包括：
聚光透镜，包括聚光透镜主体和第一光源容纳腔，所述聚光透镜主体为第一曲线绕预设的聚光透镜的出射光光轴旋转形成的类圆台型，所述聚光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第一光源容纳腔；
泛光透镜，包括泛光透镜主体和第二光源容纳腔，所述泛光透镜主体为第二曲线绕预设的泛光透镜的出射光光轴旋转形成的类圆台型，所述泛光透镜主体缩口方向的端面内凹形成所述第二光源容纳腔。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，
所述第一光源容纳腔包括第一内侧壁和第一内凹面，所述第一内侧壁与所述聚光透镜的出射光轴成-3°的拨模角度，所述第一内凹面由第三曲线绕所述聚光透镜的出射光光轴旋转形成；
所述第一曲线和第三曲线位于第一直角坐标系，所述第一直角坐标系的X轴为聚光透镜出射光光轴；
所述第一曲线上的点包括：a1点（0.00，5.00，0.00）、b1点（2.47，7.28，0.00）、c1点（5.67，9.88，0.00）、d1点（10.14，12.75，0.00）、e1点（14.05，14.93，0.00），所述第三曲线上的点包括：f1点（7.87，4.54，0.00）、g1点（6.99，3.52，0.00）、h1点（6.16，2.44，0.00）、i1点（5.59，1.46，0.00）、j1点（5.28，0.00，0.00）。
3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，
所述第二光源容纳腔包括第二内侧壁和第二内凹面，所述第二内侧壁与所述聚光透镜的出射光轴成-2°的拨模角度，所述第二内凹面由第四曲线绕出射光光轴旋转形成；
所述第二曲线和第四曲线位于第二直角坐标系，所述第二直角坐标系中单位长度为mm，所述第二直角坐标系的X轴为泛光透镜出射光光轴；
所述第二曲线上的点包括：a2点（0.00，6.03，0.00）、b2点（2.50，8.60，0.00）、c2点（6.40，12.58，0.00）、d2点（10.50，16.60，0.00）、e2点（14.00，19.95，0.00），所述第四曲线上的点包括：f2点（6.22，5.73，0.00）、g2点（5.94，4.79，0.00）、h2点（5.52，3.37，0.00）、i2点（5.17，1.43，0.00）、j2点（5.11，0.00，0.00）。
4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜由材料ABS、PC或PMMA中的一种射出成型。
5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜具有磨砂处理的表面。
6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，还包括：承载板，所述承载板适于与所述聚光透镜和泛光透镜敞口方向的末端相连，所述承载板包括与所述聚光透镜和泛光透镜相连的第一表面和相对的第二表面，所述聚光透镜和所述泛光透镜的主体敞口方向的末端面和所述泛光透镜主体敞口方向的末端面低于所述承载板的第二表面。
7.一种具有聚光和泛光效果的灯组件，其特征在于，包括：
如权利要求1至6任一项所述的透镜；
第一光源，设置于所述第一光源容纳腔处，所述第一光源的发光面的中心点为所述第一直角坐标系的原点；
第二光源，设置于所述第二光源容纳腔处，所述第二光源的发光面的中心点为所述第二直角坐标系的原点。
8.根据权利要求7所述的聚光灯组件，其特征在于，所述第一光源和第二光源为LED，发光类型为朗伯型，发光角为90°，光通量为100lm。
9.根据权利要求7所述的聚光灯组件，其特征在于，所述第一光源从所述第一顶部开口射出光线的半光强角度为10°；所述第二光源从所述第二顶部开口射出光线的半光强角度为65°。
10.一种手电筒，其特征在于，包括如权利要求7至9中任一项所述的具有聚光和泛光效果的灯组件。
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