CN104676463A - 一种透镜和包括该透镜的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜，可覆盖多个光源，所述多个光源所在平面为安装面，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所述多个光源，所述透镜的入射光和光源光轴方向的夹角为i，出射光和光源光轴方向的夹角为γ，当γ等于定值ζ时，对应的i等于定值ε，对应的出射光线在所述截面的外轮廓线上的出射点在所述外轮廓线上的切线和安装面的夹角θ等于定值φ，φ≤90°。该透镜可实现蝙蝠翼配光。

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灯管产品很多有逐步替代传统荧光灯管的趋势，同时采用LED灯管的灯盘也应运而生。 

但是传统的LED灯盘，大多是通过加反射器来形成蝙蝠翼配光。具体来说，使用0.4mm~0.6mm的铝板，进行滚压或者冲压，得到理想配光的反射器面形。这样制作的灯盘结构比较复杂，并且铝片容易变形，反射器的面形精度很难控制。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种LED灯管用的可实现蝙蝠翼配光效果的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，可覆盖多个光源，所述多个光源所在平面为安装面，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所述多个光源，所述透镜的入射光和光源光轴方向的夹角为i，出射光和光源光轴方向的夹角为γ，当γ等于定值ζ时，对应的i等于定值ε，对应的出射光线在所述截面的外轮廓线上的出射点在所述外轮廓线上的切线和安装面的夹角θ等于定值φ，φ≤90°。 

优选的，所述定值ζ是被照面边缘点和光源中心点的连线与光源光轴所成的夹角。 

优选的，所述定值ζ的取值范围为30°到50°，对应的ε的范围为60°到80°。 

优选的，当i＜ε时，γ及θ随着i的增大而增大；当i＞ε时，θ等于所述定值φ或等于90°。 

优选的，所述透镜垂直于延伸方向的截面的内轮廓线为半圆形或半椭圆形的二次曲线，外轮廓线为样条曲线。 

本发明还提供一种照明装置，包括根据权利上述的透镜、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。 

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，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灯管实现蝙蝠翼配光效果，省去了反射器。结构简单，成本低，并且透镜面形精度更容易控制。 

附图说明

图1是本发明透镜的结构示意图； 

图2是本发明透镜实施例一的剖面图；

图3是本发明透镜实施例二的剖面图。

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。 

具体实施例请参考图1,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led灯条2所在的平面。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。 

实施例一 

透镜1为拉伸式透镜，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。在一个具体实施例中，其横截面形状，如图2所示。由于要实现蝙蝠翼配光效果，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的截面为一段样条曲线构成外轮廓线，入光面101的截面为一段圆弧线构成内轮廓线，led灯条2在该圆弧线的圆心位置，因此该圆弧线为一段半圆弧。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。

图2是本实施例的一个截面图，该截面垂直于透镜1的延伸方向，且通过led灯条2的其中一个LED光源的发光面的中心，经过该中心并垂直于安装面的直线为该LED光源的光轴。入射角i为从该LED光源发出的光和光轴的夹角，在本实施例中由于入光面101为一个半圆弧曲面，而led灯条2在半圆的圆心出，因此，入射光线经过入光面101时不发生折射。出射角γ为从透镜1出射的线光和光轴的夹角。角θ为外表面轮廓的切线和安装面的夹角。 

在透镜设计时，我们需要考虑光线经透镜折射后的照射区域，我们需要的被照面边缘点和LED发光面中心点的连线，与LED光轴方向所成的夹角的值为ζ，对于灯盘ζ的范围为30°~50°。然后考虑到注塑问题，大角度的入射光对应的外表面轮廓曲线很难脱模，那为满足照明要求，我们会把绝大部分入射光的能量利用起来，比如让在LED光轴附近一定角度以内的光通过透镜后，能覆盖到整个被照区域，既ζ以内的区域，而不考虑该角度以外的光，这个角度我们用ε来表示，ε的范围在60°到80°，以保证绝大部分的光的能量能打到被照面上。由于出光面102为样条曲面，我们设计透镜实现入射角i等于ε时，出射角γ等于ζ，此时角θ等于φ，为了保证注塑件脱模容易，φ≤90°。而在出光面样条曲线的其他点上，实现在入射角i＜ε的区间，出射角γ和角θ，都随着入射角i的增大而增大。在入射角i＞ε的区间，角θ都等于φ，或者都等于90度。 

下表为本实施例，在入射角i≤ε区间上，出射角γ和角θ的数值关系（其中ζ=41.96°，ε=60°，φ=88.13°），透镜截面图参见图2： 

i[°]	γ[°]	θ[°]
			0.00	0.00	0.00
1.99	2.06	1.36
			3.97	4.12	3.20
5.97	6.17	5.07
			7.96	8.20	6.99
9.97	10.21	8.98
			12.00	12.20	11.05
14.03	14.15	13.23
			16.09	16.08	15.52
18.17	17.96	17.95
			20.27	19.81	20.54
22.40	21.61	23.29
			24.56	23.37	26.23
26.77	25.09	29.37
			29.01	26.75	32.73
31.31	28.37	34.13
			33.66	29.94	40.16
36.08	31.46	44.27
			38.57	32.94	48.66
41.16	34.36	53.34
			43.85	35.74	58.32
46.67	37.07	63.61
			49.65	38.36	69.22
52.82	39.60	75.16
			56.24	40.80	81.45
60.00	41.96	88.13

实施例二

同实施例一，透镜1为拉伸透镜，其横截面形状，如图3所示。基本结构同实施例一这里就不再赘述。区别点在于入光面101为一个半椭圆形的二次曲面，在本实施例中椭圆离心率e=0.8，入射光线经过入光面101时发生折射，折射后的光线和光轴的夹角为i’，入射角i≥i’。其他各角度的定义同上一实施例。

下表是在本实施例中，在入射角i≤ε区间上，角i’、出射角γ和角θ的数值关系（其中ζ=41.87°，ε=70°，φ=89.35°），透镜截面图参见图3： 

i[°]	i'[°]	γ[°]	θ[°]
				0.00	0.00	0.00	0.00
2.15	1.70	2.07	0.71
				4.31	3.40	4.13	1.68
6.47	5.11	6.17	2.69
				8.65	6.83	8.21	3.75
10.83	8.56	10.22	4.88
				13.03	10.30	12.20	6.11
15.25	12.07	14.16	7.45
				17.50	13.85	16.08	8.92
19.77	15.66	17.97	10.53
				22.08	17.50	19.82	12.32
24.42	19.38	21.62	14.30
				26.81	21.30	23.38	16.49
29.25	23.27	25.09	18.92
				32.39	25.82	27.16	22.35
35.63	28.49	29.16	26.28
				39.02	31.31	31.08	30.79
42.58	34.32	32.93	36.02
				45.57	36.90	34.35	40.80
48.74	39.69	35.72	46.24
				52.12	42.76	37.04	52.44
55.78	46.19	38.32	59.58
				59.83	50.17	39.55	67.86
64.44	55.00	40.73	77.61
				70.00	61.36	41.87	89.36

另外在本实施例中，我们通过透镜形状设计的优化，以及在透镜的出光面做一些表面处理（如雾面喷砂、微结构等），使光斑变化更加平缓，避免清晰截至线出现。

上述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1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 (9)

1.一种透镜，可覆盖多个光源，所述多个光源所在平面为安装面，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所述多个光源，所述透镜的入射光和光源光轴方向的夹角为i，出射光和光源光轴方向的夹角为γ，当γ等于定值ζ时，对应的i等于定值ε，对应的出射光线在所述截面的外轮廓线上的出射点在所述外轮廓线上的切线和安装面的夹角θ等于定值φ，φ≤90°。

2.根据权利要求1所述的一种透镜，其特征在于所述定值ζ是被照面边缘点和光源中心点的连线与光源光轴所成的夹角。

3.根据权利要求2所述的一种透镜，其特征在于所述定值ζ的取值范围为30°到50°，对应的ε的范围为60°到80°。

4.根据权利要求1所述的一种透镜，其特征在于当i＜ε时，γ及θ随着i的增大而增大；当i＞ε时，θ等于所述定值φ或等于90°。

5.根据权利要求1所述的一种透镜，其特征在于所述透镜垂直于延伸方向的截面的内轮廓线为半圆形或半椭圆形的二次曲线，外轮廓线为样条曲线。

6.一种照明装置，包括根据权利要求1-5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。

7.根据权利要求6所述的一种照明装置，其特征在于在所述透镜外还包括一面罩。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求8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。