CN104676472A - 透镜组件及应用该透镜组件的灯具 - Google Patents

Abstract

一种透镜组件，其为聚光透镜，包括光线入射面、光线出射面及连接面，所述光线入射面与所述光线出射面分别位于透镜组件的相对两端，并通过所述连接面相连接，所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面，射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面，射入所述第二入射面的光线经过被折射后入射到所述连接面，所述连接面反射该光线后入射到所述光线出射面，所述光线出射面折射该光线后相互叠加射出。本发明还提供一种应用上述透镜组件的灯具。该灯具的中心光强和聚光角度均可以同时满足照明要求，所述透镜组件组成的配光系统满足了所述灯具的配光要求。

Description

透镜组件及应用该透镜组件的灯具

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及一种透镜组件及应用所述透镜组件的灯具。

背景技术

发光二极管（light emitting diode，LED）作为能够将电能转化为光能的半导体，以其效率高、能耗低、寿命长等优点被广泛地应用于各种照明灯具中，如手电筒、矿灯等，这些灯具已经成为人们生活、工作中不可缺少的照明用器具。这些灯具一般包括壳体、光源、反光镜、灯罩等组件，该光源及反光镜安装于所述壳体内，该反光镜可反射所述光源发出的光线，该灯罩装设于所述壳体上，并将所述光源和反光镜封装于所述壳体内，所述光源发射的光线和该反光镜反射的光线由该灯罩投射出去。

现有的手电筒大多采用聚光反光杯配合LED光源的设计方式来实现照明的要求，这些手电筒为了达到小角度聚光和照度要求往往采用多个反光杯组合而成一个整体。然而，这样的组合设计会增大反射镜的外形尺寸和设计复杂度，进而会增加灯具的整体重量。此外，为了配合多个反光杯，还需要采用多个LED芯片，这样会导致灯具的电路排布过于紧凑，不利于所述灯具工作时散热。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、且具有较小聚光角度的透镜组件。

本发明还提供一种应用所述透镜组件的灯具。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜组件，所述透镜组件为聚光透镜，包括光线入射面、光线出射面及连接面，所述光线入射面与所述光线出射面分别位于透镜组件的相对两端，并通过所述连接面相连接，所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面，射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面，射入所述第二入射面的光线经过被折射后入射到所述连接面，所述连接面反射该光线后入射到所述光线出射面，所述光线出射面折射该光线后相互叠加射出。

其中，所述透镜组件由光学级聚甲基丙烯酸甲酯材料射出成型工艺制成。

其中，所述光线入射面还包括第一雾化面及第二雾化面，所述第一雾化面的一侧连接于所述第二入射面的周侧边缘，该第一雾化面的另一侧连接于所述第二雾化面的一侧，该第二雾化面的另一侧边与所述连接面连接。

其中，所述第一雾化面及第二雾化面对射入的光线进行漫反射，以增加光的利用率及防止杂散光影响所述灯具。

其中，所述光线出射面包括第一出射面，所述第一出射面为圆形平面，部分光线在该第一入射面处发生折射后入射到该第一出射面，并该在该第一出射面处发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。

其中，所述光线出射面还包括第二出射面，所述第二出射面为一曲面，其边缘连接于所述第一出射面的圆周，部分光线在第二入射面处发生折射后入射到所述连接面，并在该连接面处发生反射后入射到所述第二出射面，并在该第二出射面处发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。

其中，所述光线出射面还包括第三出射面，所述第三出射面为圆环形平面，其内圆周连接于所述第二出射面的另一边缘，其外圆周连接于所述连接面，部分光线在第二入射面处发生折射后入射到所述连接面，并在该连接面处发生全反射后入射到所述第三出射面，并在该第三出射面处发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。

其中，所述第一入射面为一内凹面，所述第二入射面为一斜面，其连接于所述第一入射面的周侧边缘，所述连接面为一曲面。

本发明还提供了一种灯具，包括光源，该灯具还包括上述的透镜组件，所述光源发出的光线在所述第一入射面及所述第二入射面处发生折射，并由所述光线出射面折射后相互叠加射出。

其中，所述透镜组件一端开设有容置腔，该容置腔由所述光线入射面围成，所述发光部容置于该容置腔内，其发出的光线照射至该光线入射面上。

本发明所提供的灯具中，所述透镜组件的结构简单，其组成了该灯具的配光系统，所述光源发出的光线由所述光线入射面折射后直接入射到所述光线出射面，或由该光线入射面折射后入射到所述连接面，在该连接面反射后入射到所述光线出射面，并在该光线出射面处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。因此，该灯具的中心光强和聚光角度均可以同时满足照明要求，所述透镜组件组成的配光系统满足了所述灯具的配光要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的灯具的立体示意图。

图2是图1所示的灯具的平面示意图。

图3是本发明实施例提供的灯具的部分剖视图。

图4是本发明实施例提供的灯具的另一角度的部分剖视图。

图5是本发明实施例提供的灯具的光路示意图。

图6是本发明实施例提供的灯具的配光曲线图（极坐标形式），其中，中心光强大约为5500坎德拉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1及图2，本发明实施方式提供一种灯具100，其可为手电筒、矿灯等照明灯具，在本发明实施例中，该灯具100以手电筒为例加以说明。所述灯具100包括光源20及与所述光源20对应设置的透镜组件40，所述透镜组件40组成了该灯具100的配光系统，其可形成所需聚光角度的出射光，满足了所述灯具100中对配光设计的要求。所述光源20可根据照明需要发射相应颜色、亮度的光线，并照射至所述透镜组件40上，该透镜组件40光学处理（如反射、折射）来自所述光源20的光线，从而在被照面上形成所需半光强角度的出射光。

在本发明实施例中，所述灯具100还包括灯具壳体、散热板、驱动组件、灯罩等组件，所述灯具壳体作为该灯具100的主体，其用于容纳所述光源20、透镜组件40、散热板、驱动组件等灯具组件于其内，所述灯罩可拆卸地罩设于该灯具壳体上，进而将所述光源20、透镜组件40、散热板、驱动组件等灯具组件封装于所述灯具壳体内。

请一并参阅图3及图4，所述光源20可为发光二极管（light emitting diode，LED）芯片，其可通过表面贴装、焊接等方式安装于所述散热板（如，铝基板）上，该散热板可将该光源20工作时产生的热量传导散出去。所述光源20包括发光部22，该发光部22位于所述透镜组件40内，其发出的光线照射至所述透镜组件40上，并由该透镜组件40的表面进行反射或折射。

在本发明实施例中，所述透镜组件40整体大致呈圆台状，其可由聚甲基丙烯酸甲酯（PolymethylMethacrylate，PMMA）材料制成，具体地，该透镜组件40可由光学级PMMA材料射出成型工艺制成。所述透镜组件40可为聚光透镜，其表面包括光线入射面42、光线出射面44及连接面45。所述光线入射面42与所述光线出射面44分别位于透镜组件40的相对两端，所述光线入射面42与所述光线出射面44之间由所述连接面45过渡连接，该光线入射面42与所述光线出射面44及连接面45组成该透镜组件40的外表面。

在本发明实施例中，所述透镜组件40开设有容置腔46，该容置腔46开设于该透镜组件40的光线入射端（即面积较小的一端），所述光源20对准该容置腔46，且该光源20的发光部22容置于该容置腔46内。所述光线入射面42围成了所述容置腔46，位于该容置腔46内的发光部22发出的光线照射至该光线入射面42上。所述光线入射面42由不同的入射面构成，具体为，该光线入射面42包括第一入射面422、第二入射面423、第一雾化面424及第二雾化面425，所述第一入射面422、所述第二入射面423、所述第一雾化面424及所述第二雾化面425依次连接，从而围成所述容置腔46。

在本发明的实施例中，所述第一入射面422整体大致为一内凹面，所述光源20发出的部分光线在该第一入射面422处发生折射后入射到所述光线出射面44，并该在光线出射面44处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线射出（如图5中所示的光线①）。所述第二入射面423整体可为一斜面，其连接于所述第一入射面422的周侧边缘。所述光源20发出的部分光线在第二入射面423处发生折射后入射到所述连接面45，并在该连接面45处发生全反射后入射到所述光线出射面44，并在该光线出射面44处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线射出（如图5中所示的光线②和光线③）。

所述第一雾化面424的一侧连接于所述第二入射面423的周侧边缘，该第一雾化面424的另一侧连接于所述第二雾化面425的一侧。在本发明实施例中，所述第一雾化面424整体大致呈圆环状，该第一雾化面424的内圆周连接于所述第二入射面423的周缘，其外圆周大致垂直连接于所述第二雾化面425的一侧边，该第二雾化面425的另一侧边与所述连接面45连接。所述第一雾化面424及第二雾化面425可对所述光源20发出的部分光线进行漫反射，以增加光的利用率及防止杂散光影响。具体为，因为LED光源一般为郎伯型光源，其发出的部分大角度的光线（如光线范围在±75°～±90°）通常比较弱，为了避免此角度范围内的杂散光线影响所述灯具100的整个照明效果。

所述连接面45为所述透镜组件40的侧面，其连接于所述光线入射面42与所述光线出射面44之间。在本发明实施例中，所述连接面45为一曲面，其可反射所述第二入射面423折射后的光线，并将反射后的光线摄像所述光线出射面44。

在本发明实施例中，所述光线出射面44位于所述透镜组件40的光线出射端（即，面积较大的一端），其可由不同的出射面构成。具体为，该光线出射面44包括第一出射面442、第二出射面443及第三出射面445，所述第一出射面442与所述第二出射面443及所述第三出射面445依次连接。

所述第一出射面442大致呈圆形平面，其可折射所述光源20发出的光线。具体为，所述光源20发出的部分光线在该第一入射面422处发生折射后入射到该第一出射面442，并该在该第一出射面442处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线（如与光轴夹角为5°的光束）射出（如图5中所示的光线①）。

在本发明实施例中，所述第二出射面443为一曲面，其边缘连接于所述第一出射面442的圆周，以折射所述光源20发出的光线。具体为，所述光源20发出的部分光线在第二入射面423处发生折射后入射到所述连接面45，并在该连接面45处发生全反射后入射到所述第二出射面443，并在该第二出射面443处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线（如与光轴夹角大约为5°的光束）射出（如图5中所示的光线②）。

在本发明实施例中，所述第三出射面445大致呈圆环形平面，其内圆周连接于所述第二出射面443的另一边缘，外圆周连接于所述连接面45。该第三出射面445与所述第一出射面442平行，且高于该第一出射面442所在的平面，即，该第一出射面442凹陷于所述透镜组件40内，并通过所述第二出射面443与所述第三出射面445过渡连接。所述第三出射面445折射所述光源20发出的光线，具体为，该光源20发出的部分光线在第二入射面423处发生折射后入射到所述连接面45，并在该连接面45处发生全反射后入射到所述第三出射面445，并在该第三出射面445处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线（如与光轴夹角大约为3°的光束）射出（如图5中所示的光线③）。

作为本发明的一个实施例，所述透镜组件40的设计之一可为：该透镜组件40为聚光透镜，其由光学级PMMA材料射出成型工艺制成；所述连接面45连接在所述光线入射面42和光线出射面44之间，所述连接面45为一曲面；所述第一入射面422整体大致为一内凹面，所述第二入射面423整体可为一斜面，其连接于所述第一入射面422的周侧边缘，所述第一雾化面424的一侧连接于所述第二入射面423的周侧边缘，该第一雾化面424的另一侧连接于所述第二雾化面425；所述第一出射面442大致呈圆形平面，所述第二出射面443为一曲面，其边缘连接于所述第一出射面442的圆周，所述第三出射面445大致呈圆环形平面，其内圆周连接于所述第二出射面443的另一边缘，外圆周连接于所述连接面45。可以理解的是，上述设计仅为该透镜组件40其中一个具体实施例，本申请并不仅仅限于上述设计，该透镜组件40的尺寸是根据所述灯具100的结构尺寸设计出来的，只要满足这种光学性能的设计参数均在本申请保护范围之内，在此不再赘述。

基于上述设计，所述第一出射面442、所述第二出射面443及所述第三出射面445出射的光线相互叠加并形成半光强角度为5°的出射光。因此，所述灯具100最终可形成如图6所示的光强，其中，中心光强大约为5500坎德拉，发光的半光强角度大约为5°。因此，该灯具100的中心光强和聚光角度均可以同时满足照明要求，所述透镜组件40组成的配光系统满足了所述灯具100的配光需求。

请一并参阅图1至图5，使用时，所述光源20通过表面贴装、焊接等方式安装于所述散热板（如，铝基板）上，通电后，该光源20根据照明需要发出相应颜色及亮度的光线。所述光源20的发光部22容置于所述容置腔46内，并对准所述光线入射面42。该光源20发出的部分光线（如与光轴夹角在±25°范围内的光线）在该第一入射面422处发生折射后入射到该第一出射面442，并该在该第一出射面442处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线（如与光轴夹角为5°的光束）射出（如图5中所示的光线①）。所述光源20发出的部分光线（如与光轴夹角在±60°～±75°范围内的光线）在第二入射面423处发生折射后入射到所述连接面45，并在该连接面45处发生全反射后入射到所述第二出射面443，并在该第二出射面443处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线（如与光轴夹角大约为5°的光束）射出（如图5中所示的光线②）。该光源20发出的部分光线（如与光轴夹角在±25°～±60°范围内的光线）在第二入射面423处发生折射后入射到所述连接面45，并在该连接面45处发生全反射后入射到所述第三出射面445，并在该第三出射面445处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线（如与光轴夹角大约为3°的光束）射出（如图5中所示的光线③）。因为LED光源一般为郎伯型光源，其发出的部分大角度的光线（如光线范围在±75°～±90°）通常比较弱，所述第一雾化面424及第二雾化面425可对该范围内的光线进行漫反射，以增加光的利用率及避免杂散光光线影响所述灯具100的整个照明效果。所述第一出射面442、所述第二出射面443及所述第三出射面445出射的光线相互叠加并形成半光强角度为5°的出射光。因此，所述灯具100最终可形成如图6所示的光强，其中，中心光强大约为5500坎德拉，发光的半光强角度大约为5°。因此，该灯具100的中心光强和聚光角度均可以同时满足照明要求，所述透镜组件40组成的配光系统满足了所述灯具100的配光需求。

综上所述，本发明所提供的灯具100中，所述透镜组件40的结构简单，其组成了该灯具100的配光系统，所述光源20发出的光线由所述光线入射面42折射后直接入射到所述光线出射面44，或由该光线入射面42折射后入射到所述连接面45，在该连接面45反射后入射到所述光线出射面44，并在该光线出射面44处再次发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。因此，该灯具100的中心光强和聚光角度均可以同时满足照明要求，所述透镜组件40组成的配光系统满足了所述灯具100的配光要求。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜组件，其特征在于，所述透镜组件为聚光透镜，包括光线入射面、光线出射面及连接面，所述光线入射面与所述光线出射面分别位于透镜组件的相对两端，并通过所述连接面相连接，所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面，射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面，射入所述第二入射面的光线经过被折射后入射到所述连接面，所述连接面反射该光线后入射到所述光线出射面，所述光线出射面折射该光线后相互叠加射出。

2.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述透镜组件由光学级聚甲基丙烯酸甲酯材料射出成型工艺制成。

3.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述光线入射面还包括第一雾化面及第二雾化面，所述第一雾化面的一侧连接于所述第二入射面的周侧边缘，该第一雾化面的另一侧连接于所述第二雾化面的一侧，该第二雾化面的另一侧边与所述连接面连接。

4.根据权利要求3所述的透镜组件，其特征在于，所述第一雾化面及第二雾化面对射入的光线进行漫反射，以增加光的利用率及防止杂散光影响所述灯具。

5.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述光线出射面包括第一出射面，所述第一出射面为圆形平面，部分光线在该第一入射面处发生折射后入射到该第一出射面，并该在该第一出射面处发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。

6.根据权利要求5所述的透镜组件，其特征在于，所述光线出射面还包括第二出射面，所述第二出射面为一曲面，其边缘连接于所述第一出射面的圆周，部分光线在第二入射面处发生折射后入射到所述连接面，并在该连接面处发生反射后入射到所述第二出射面，并在该第二出射面处发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。

7.根据权利要求6所述的透镜组件，其特征在于，所述光线出射面还包括第三出射面，所述第三出射面为圆环形平面，其内圆周连接于所述第二出射面的另一边缘，其外圆周连接于所述连接面，部分光线在第二入射面处发生折射后入射到所述连接面，并在该连接面处发生全反射后入射到所述第三出射面，并在该第三出射面处发生折射后形成所需聚光角度的光线射出。

8.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述第一入射面为一内凹面，所述第二入射面为一斜面，其连接于所述第一入射面的周侧边缘，所述连接面为一曲面。

9.一种灯具，包括光源，其特征在于，该灯具还包括权利要求1至8任意一项所述的透镜组件，所述光源发出的光线在所述第一入射面及所述第二入射面处发生折射，并由所述光线出射面折射后相互叠加射出。

10.根据权利要求9所述的灯具组件，其特征在于，所述透镜组件一端开设有容置腔，该容置腔由所述光线入射面围成，所述发光部容置于该容置腔内，其发出的光线照射至该光线入射面上。