CN105351886B - 一种扩散透镜及具有其的照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种扩散透镜及具有其的照明装置。具体地，本发明的扩散透镜包括空腔、光入射表面和光出射表面，空腔、光入射表面和光出射表面沿同一直线方向延伸，以使空腔容纳沿直线方向间隔排列的多个发光元件，从而使多个发光元件射出的光经光入射表面进入扩散透镜内，再经由光出射表面射出。本发明的扩散透镜及具有其的照明装置中因为扩散透镜沿一直线方向延伸呈长条状，且扩散透镜具有可容纳多个发光元件的空腔，发光元件的数量、位置可在空腔内进行相对自由的调整，使扩散透镜和照明装置的适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及灯具，特别是涉及一种扩散透镜及具有其的照明装置。
背景技术
目前市场上用于超薄灯具的扩散透镜大都是单颗透镜配合单颗LED灯的形式，这种方案虽然可以实现超薄灯具表面亮度均匀的特点，但这种方案装配复杂，每颗透镜都要单独进行定位安装，对定位精度要求高，装灯效率低，且相邻透镜交合处容易出现亮度均匀性不佳的问题。市场上也有一少部分采用将多颗透镜阵列固定成一个整体，形成一个光源模组的方案，这种方案装配简单，会有效的提升装灯效率，但这又会带来另外一些问题：光源模组能适配的LED颗数以及每颗LED的位置都已经固定，不可变动，由于LED数量已固定，所以灯具功率也有一定限制，实际应用时自由度不大，可适用的灯具范围小。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的扩散透镜及具有其的照明装置，可使发光元件的数量、位置进行相对自由的调整，且使照明装置的出光面亮度均匀。
特别地，本发明提供了一种扩散透镜，其包括空腔、光入射表面和光出射表面，所述空腔、所述光入射表面和所述光出射表面沿同一直线方向延伸，以使所述空腔容纳沿所述直线方向间隔排列的多个发光元件，从而使多个所述发光元件射出的光经所述光入射表面进入所述扩散透镜内，再经由所述光出射表面射出。
可选地，所述光入射表面和所述光出射表面均关于一平行于所述直线方向的几何对称平面对称。
可选地，所述光入射表面为向远离所述多个发光元件方向凸出的圆滑曲面。
可选地，所述光出射表面包括：
中部出射表面，其为向所述多个发光元件方向凸出的圆滑曲面；
两个侧部出射表面，设置于所述中部出射表面的两侧，且均为向远离所述多个发光元件方向凸出的圆滑曲面。
可选地，所述光入射表面垂直于其延伸方向的截面轮廓线由多个第一离散点拟合而成，且所述多个第一离散点根据预设的第一离散点计算公式确定出，所述第一离散点计算公式为：
其中
以所述多个发光元件在所述光入射表面的截面轮廓线所在的平面上的投影为原点，以垂直于所述几何对称平面、且穿过所述原点的直线为X轴，以垂直于所述X轴且穿过所述原点的直线为Y轴，建立平面直角坐标系，且
所述光入射表面的截面轮廓线与Y轴的交点为第一个第一离散点，
i为自然数且i≥1，
Sx(i)、Sy(i)分别为X、Y方向的单位方向矢量，
x(i)、y(i)分别为第i个第一离散点在X、Y方向的坐标值，
x(i+1)、y(i+1)分别为第i+1个第一离散点在X、Y方向的坐标值，
和θ(i+1)分别为经过第i+1个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角。
可选地，所述光出射表面垂直于其延伸方向的截面轮廓线由多个第二离散点拟合而成，且所述多个第二离散点根据预设的第二离散点计算公式确定出，所述第二离散点计算公式为：
其中
以所述多个发光元件在所述光出射表面的截面轮廓线所在的平面上的投影为原点，以垂直于所述几何对称平面、且穿过所述原点的直线为X轴，以垂直于所述X轴且穿过所述原点的直线为Y轴，建立平面直角坐标系，且
所述光出射表面的截面轮廓线与Y轴的交点为第一个第二离散点，
i为自然数且i≥1，
Sx(i)、Sy(i)分别为X、Y方向的单位方向矢量，
x(i)、y(i)分别为第i个第二离散点在X、Y方向的坐标值，
x(i+1)、y(i+1)分别为第i+1个第二离散点在X、Y方向的坐标值，
和θ(i+1)分别为经过第i+1个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角。
可选地，所述光出射表面上设置有第一蚀纹。
可选地，该扩散透镜还包括：两个连接表面，设置于所述光入射表面的两侧，且每个所述连接表面连接所述光入射表面和所述光出射表面，每个所述连接表面具有第一连接表面，每个所述第一连接表面垂直于所述几何对称平面，且连接于所述光入射表面的一侧边缘。
可选地，每个所述第一连接表面上设置有第二蚀纹。
特别地，本发明还提供了一种照明装置，其包括光源板和多个照明单元，特别地，每个所述照明单元包括多个发光元件和上述任一种扩散透镜，且
所述多个发光元件和所述扩散透镜均安装于所述光源板；
所述多个发光元件沿所述扩散透镜的长度方向间隔排列地设置于所述扩散透镜的空腔内。
可选地，该照明装置还包括出光面罩；且
所述多个照明单元位于所述光源板和所述出光面罩之间；
每个所述照明单元中每两个相邻的所述发光元件间的距离为发光元件间距，每个所述发光元件与所述出光面罩间的距离为光学高度，所述发光元件间距与所述光学高度之间的比值为1/5至5/7。
可选地，所述照明单元为一个，且所述光学高度与所述出光面罩的宽度之间的比值为0.18至0.22；或
所述照明单元为n个，n为大于1的自然数，n个所述照明单元的所述扩散透镜平行设置，且
所述光学高度与每两个相邻的所述扩散透镜的中心线间距离的比值为0.18至0.22；
所述出光面罩的宽度为每两个相邻的所述扩散透镜的中心线间距离的n倍。
本发明的扩散透镜及具有其的照明装置中因为扩散透镜沿一直线方向延伸呈长条状，且扩散透镜具有可容纳多个发光元件的空腔，发光元件的数量、位置可在空腔内进行相对自由的调整，使扩散透镜以及照明装置的可适用范围更广。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明一个实施例的扩散透镜的的示意性结构图；
图2是图1所示扩散透镜示意性截面图；
图3是本发明一个实施例的照明装置的示意性结构图；
图4是图3所示照明装置的示意性截面图；
图5是本发明另一个实施例的照明装置的示意性结构图；
图6是本发明又一个实施例的照明装置的示意性结构图。
具体实施方式
图1是本发明一个实施例的扩散透镜40的的示意性结构图，图2是图1所示扩散透镜40示意性截面图。如图1和图2所示并参考图3和图4，本发明实施例提供一种扩散透镜40，其可包括空腔41、光入射表面42和光出射表面43。空腔41、光入射表面42和光出射表面43沿同一直线方向延伸，以使空腔41容纳沿直线方向间隔排列的多个发光元件50，从而使多个发光元件50射出的光经光入射表面42进入扩散透镜40内，再经由光出射表面43射出。具体地，光入射表面42限定出上述空腔41，光出射表面43位于光入射表面42的外侧。该扩散透镜40可通过光入射表面42和光出射表面43之间不同的曲率变化和厚度变化来控制光线方向，进而达到被照射面照度均匀的特点。而且，光在扩散透镜40内部传播时遵循折射定律。
在本发明实施例中，由于扩散透镜40沿一直线方向延伸呈长条状，且扩散透镜40具有可容纳多个发光元件50的空腔41，可使发光元件50的数量、位置在空腔41内进行相对自由的调整，使扩散透镜40的可适用范围更广。进一步地，在照明装置组装时，可根据具体的需求(例如亮度等)使用合适长度的扩散透镜40以及使用合适数目的发光元件50。
在本发明的一些实施例中，如图2所示，光入射表面42和光出射表面43均关于一平行于直线方向的几何对称平面P对称。而且，光入射表面42为向远离多个发光元件50方向凸出的圆滑曲面。光出射表面43可包括中部出射表面和位于中部出射表面两侧的两个侧部出射表面。中部出射表面可为向多个发光元件50方向凸出的圆滑曲面。两个侧部出射表面均可为向远离多个发光元件50方向凸出的圆滑曲面。
例如，光入射表面42垂直于其延伸方向的截面轮廓线由多个第一离散点拟合而成，且多个第一离散点根据预设的第一离散点计算公式确定出。以多个发光元件50在光入射表面42的截面轮廓线所在的平面上的投影为原点，以垂直于几何对称平面P、且穿过原点的直线为X轴，以垂直于X轴且穿过原点的直线为Y轴，建立平面直角坐标系。第一离散点计算公式为：
其中：
光入射表面42的截面轮廓线与Y轴的交点为第一个第一离散点；
i为自然数且i≥1；
Sx(i)、Sy(i)分别为X、Y方向的单位方向矢量；
x(i)、y(i)分别为第i个第一离散点在X、Y方向的坐标值；
x(i+1)、y(i+1)分别为第i+1个第一离散点在X、Y方向的坐标值；
和θ(i+1)分别为经过第i+1个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角。
具体地，先设定从发光元件50发出多条光线a，其中一条光线a通过第一个第一离散点，每两条相邻的光线之间的夹角为3°，则经过第二个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角已确定出来。可根据第一个第一离散点的坐标、经过第二个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角和上述第一离散点计算公式可确定出第二个第一离散点的坐标。进一步地，由于每两条相邻的光线之间的夹角为3°，则经过第三个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角已确定出来，可根据第二个第一离散点的坐标、经过第三个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角和上述第一离散点计算公式可确定出第三个第一离散点的坐标。依次类推，可以确定多个离散的第一离散点。将这些第一离散点连接成光滑的曲线即为透镜的初始的光入射表面42面型，然后在由该初始的光入射表面42面型进行更加精细的细节优化便可得到最终的光入射表面42面型，也就是说，由这些离散的第一离散点拟合成光入射表面42垂直于其延伸方向的截面轮廓线，然后由该轮廓线拉伸形成最终的光入射表面42。
进一步地，光出射表面43垂直于其延伸方向的截面轮廓线由多个第二离散点拟合而成，且多个第二离散点根据预设的第二离散点计算公式确定出。以多个发光元件50在光出射表面43的截面轮廓线所在的平面上的投影为原点，以垂直于几何对称平面P、且穿过原点的直线为X轴，以垂直于X轴且穿过原点的直线为Y轴，建立平面直角坐标系。第二离散点计算公式可为：
其中：
光出射表面43的截面轮廓线与Y轴的交点为第一个第二离散点；
i为自然数且i≥1；Sx(i)、Sy(i)分别为X、Y方向的单位方向矢量；
x(i)、y(i)分别为第i个第二离散点在X、Y方向的坐标值；
x(i+1)、y(i+1)分别为第i+1个第二离散点在X、Y方向的坐标值；
和θ(i+1)分别为经过第i+1个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角。
具体地，先设定从发光元件50发出多条光线a，且经过已确定的多个第一离散点进入扩散透镜40内部，经过折射后形成多条分别经过多个第二离散点的入射光b，则可确定出经过第二个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角。可根据第一个第二离散点的坐标、经过第二个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角和上述第二离散点计算公式可确定出第二个第二离散点的坐标。进一步地，也可确定出经过第三个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角，可根据第二个第二离散点的坐标、经过第三个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角和上述第二离散点计算公式可确定出第三个第二离散点的坐标。依次类推，可以确定多个离散的第二离散点。将这些第二离散点连接成光滑的曲线即为透镜的初始的光出射表面43面型，然后在由该初始的光出射表面43面型进行更加精细的细节优化便可得到最终的光出射表面43面型，也就是说，由这些离散的第二离散点拟合成光出射表面43垂直于其延伸方向的截面轮廓线，然后由该轮廓线拉伸形成最终的光出射表面43。
在本发明的一些实施例中，扩散透镜40还包括两个连接表面45，设置于光入射表面42的两侧，且每个连接表面45连接光入射表面42和光出射表面43。每个连接表面45具有第一连接表面451、安装表面452和第二连接表面453。每个第一连接表面451垂直于几何对称平面P，且连接于光入射表面42的一侧边缘。每个安装表面452与第一连接表面451平行设置，且连接于光出射表面43的一侧边缘，并用于安装于照明装置的光源板30。第二连接表面453用于连接第一连接表面451和安装表面452。
优选地，在该实施例中，光出射表面43上设置有第一蚀纹。每个第一连接表面451上设置有第二蚀纹。第一蚀纹的高斯全角为11°至13°。第二蚀纹的高斯全角为14°至16°。光出射表面43和第一连接表面451都设置有一定浓度的蚀纹，目的是将光线进一步打散，防止光线过于集中在某一区域而使照明装置表面的亮度不均匀。采用合适高斯全角的蚀纹，可防止蚀纹太轻或太重，进一步提高照明装置表面亮度的均匀性。
在本发明的一些实施例中，每个发光元件50可为LED发光单元，空腔41的开口(光入射表面42的两个沿其长度方向延伸的边缘之间的距离)应尽量大一些，用以提高扩散透镜40和LED发光单元定位误差的容许偏差。扩散透镜40可采用挤出成型工艺制作，为了保证扩散透镜40的机械强度和模具精度，扩散透镜40的面型中厚度最小的地方最好大于1.2mm，例如可为2.5mm。从LED发光单元发出的朗伯型配光光线经过该扩散透镜40后，扩散角可增大到150°以上，最大光强的位置在65°至70°之间。扩散透镜40材料可为光学级透明PC或光学级透明PMMA或玻璃，当然也可为其它类型的光学材料。
图3是本发明一个实施例的照明装置的示意性结构图，图4是图3所示照明装置的示意性截面图。如图3和图4所示，本发明实施例还提供了一种照明装置，其可包括光源板30和多个照明单元。每个照明单元包括多个发光元件50和上述任一实施例中的扩散透镜40，且多个发光元件50和扩散透镜40均安装于光源板30，多个发光元件50沿扩散透镜40的长度方向间隔排列地设置于扩散透镜40的空腔41内。在本发明实施例中，每个照明单元中，使发光元件50的数量、位置在空腔41内进行相对自由的调整，以扩大适用范围。
在本发明的一些优选的实施例中，照明装置还可包括出光面罩60，出光面罩60也可被称为扩散面罩。多个照明单元位于光源板30和出光面罩60之间。每个照明单元中每两个相邻的发光元件50间的距离为发光元件间距，每个发光元件50与出光面罩60间的距离为光学高度，发光元件间距与光学高度之间的比值为1/5至5/7，以使发光元件50的数量控制在一定范围内，防止发光元件50太少，照明装置表面会有颗粒感，发光元件50太多，扩散透镜40中心线上会有一条亮线。
图5是本发明另一个实施例的照明装置的示意性结构图，如图5所示，在本发明的一些实施方式中，照明单元为一个，且光学高度与出光面罩60的宽度之间的比值为0.18至0.22。图6是本发明又一个实施例的照明装置的示意性结构图，如图6所示，在本发明的另一些实施方式中，照明单元为n个，n为大于1的自然数，n个照明单元的扩散透镜40平行设置。光学高度与每两个相邻的扩散透镜40的中心线间距离的比值为0.18至0.22；出光面罩60的宽度为每两个相邻的扩散透镜40的中心线间距离的n倍。
在本发明的一些实施例中，每个照明单元中，扩散透镜40可通过其安装表面452与光源板30贴合，扩散透镜40与发光元件50间的定位优选为足够精准，发光元件50的发光面的几何中心与扩散透镜40的空腔41的几何中心重合，发光元件50的发光面与第一连接表面451尽量重合，一般要求对位精度控制在±0.2mm以内为宜。发光元件50的中心距离扩散透镜40的端面的距离最好在6mm以上，距离太小，会使一部分光线未经过透镜的扩散作用就直接出射，影响出光面罩60的出光面的亮度均匀性。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (9)
1.一种扩散透镜，其特征在于，包括空腔、光入射表面和光出射表面，所述空腔、所述光入射表面和所述光出射表面沿同一直线方向延伸，以使所述空腔容纳沿所述直线方向间隔排列的多个发光元件，从而使多个所述发光元件射出的光经所述光入射表面进入所述扩散透镜内，再经由所述光出射表面射出；
所述光入射表面和所述光出射表面均关于一平行于所述直线方向的几何对称平面对称；
所述光入射表面垂直于其延伸方向的截面轮廓线由多个第一离散点拟合而成，且所述多个第一离散点根据预设的第一离散点计算公式确定出，所述第一离散点计算公式为：
其中
以所述多个发光元件在所述光入射表面的截面轮廓线所在的平面上的投影为原点，以垂直于所述几何对称平面、且穿过所述原点的直线为X轴，以垂直于所述X轴且穿过所述原点的直线为Y轴，建立平面直角坐标系，且
所述光入射表面的截面轮廓线与Y轴的交点为第一个第一离散点，
i为自然数且i≥1，
Sx(i)、Sy(i)分别为X、Y方向的单位方向矢量，
x(i)、y(i)分别为第i个第一离散点在X、Y方向的坐标值，
x(i+1)、y(i+1)分别为第i+1个第一离散点在X、Y方向的坐标值，
和θ(i+1)分别为经过第i+1个第一离散点的入射光与X、Y轴的夹角；
从所述发光元件发出多条光线，其中一条光线通过第一个所述第一离散点，其余每条光线通过其余的每个所述第一离散点，每两条相邻的光线之间的夹角为3°，以确定和θ(i+1)；
所述光出射表面垂直于其延伸方向的截面轮廓线由多个第二离散点拟合而成，且所述多个第二离散点根据预设的第二离散点计算公式确定出，所述第二离散点计算公式为：
其中
以所述多个发光元件在所述光出射表面的截面轮廓线所在的平面上的投影为原点，以垂直于所述几何对称平面、且穿过所述原点的直线为X轴，以垂直于所述X轴且穿过所述原点的直线为Y轴，建立平面直角坐标系，且
所述光出射表面的截面轮廓线与Y轴的交点为第一个第二离散点，
i为自然数且i≥1，
Sx(i)、Sy(i)分别为X、Y方向的单位方向矢量，
x(i)、y(i)分别为第i个第二离散点在X、Y方向的坐标值，
x(i+1)、y(i+1)分别为第i+1个第二离散点在X、Y方向的坐标值，
和θ(i+1)分别为经过第i+1个第二离散点的入射光与X、Y轴的夹角；
所述第一离散点与对应的所述第二离散点之间的距离中的最小值大于1.2mm。
2.根据权利要求1所述的扩散透镜，其特征在于，
所述光入射表面为向远离所述多个发光元件方向凸出的圆滑曲面。
3.根据权利要求1所述的扩散透镜，其特征在于，所述光出射表面包括：
中部出射表面，其为向所述多个发光元件方向凸出的圆滑曲面；
两个侧部出射表面，设置于所述中部出射表面的两侧，且均为向远离所述多个发光元件方向凸出的圆滑曲面。
4.根据权利要求1所述的扩散透镜，其特征在于，
所述光出射表面上设置有第一蚀纹。
5.根据权利要求1所述的扩散透镜，其特征在于，还包括：
两个连接表面，设置于所述光入射表面的两侧，且每个所述连接表面连接所述光入射表面和所述光出射表面，每个所述连接表面具有第一连接表面，每个所述第一连接表面垂直于所述几何对称平面，且连接于所述光入射表面的一侧边缘。
6.根据权利要求5所述的扩散透镜，其特征在于，
每个所述第一连接表面上设置有第二蚀纹。
7.一种照明装置，包括光源板和多个照明单元，其特征在于，
每个所述照明单元包括多个发光元件和根据权利要求1至6中任一项所述的扩散透镜，且
所述多个发光元件和所述扩散透镜均安装于所述光源板；
所述多个发光元件沿所述扩散透镜的长度方向间隔排列地设置于所述扩散透镜的空腔内。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，还包括出光面罩；且
所述多个照明单元位于所述光源板和所述出光面罩之间；
每个所述照明单元中每两个相邻的所述发光元件间的距离为发光元件间距，每个所述发光元件与所述出光面罩间的距离为光学高度，所述发光元件间距与所述光学高度之间的比值为1/5至5/7。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，
所述照明单元为一个，且所述光学高度与所述出光面罩的宽度之间的比值为0.18至0.22；或
所述照明单元为n个，n为大于1的自然数，n个所述照明单元的所述扩散透镜平行设置，且
所述光学高度与每两个相邻的所述扩散透镜的中心线间距离的比值为0.18至0.22；
所述出光面罩的宽度为每两个相邻的所述扩散透镜的中心线间距离的n倍。
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