CN105805696A - 透镜、具有该透镜的照明装置及导光罩 - Google Patents

Abstract

一种透镜，整体呈纵长型，包括相对设置的入光面与出光面，该透镜水平设置时的长度方向定义为第一方向、宽度方向定义为第二方向，所述第一方向与第二方向相互垂直，该出光面为一外凸的自由曲面，该出光面沿第一方向的长度大于沿第二方向的长度，该出光面沿第一方向的曲率半径大于沿第二方向的曲率半径，该入光面为一内凹的部分椭球面，该入光面的长轴平行于所述透镜的第二方向，该入光面的短轴平行于所述透镜的第一方向，该出光面沿第一方向的曲率半径大于该入光面沿第一方向的曲率半径，该出光面沿第二方向的曲率半径小于该入光面沿第二方向的曲率半径。本发明还提供一种具有该透镜的照明装置及导光罩。

Description

透镜、具有该透镜的照明装置及导光罩

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种透镜、具有该透镜的照明装置及导光罩。

背景技术

发光二极管（lightemittingdiode，LED）作为一种高效的发光源，具有环保、省电、寿命长等诸多特点，已经被广泛的运用于道路照明装置之中。

由于发光二级管的出射光线的发散角为120度左右，一般会选择在LED光源的光线出射方向上设置一个反射板（reflector），用于调整LED光源的出射光线的发散角以使其满足照明范围需求。然而，这种照明装置所形成的照明区域大多为圆形，一部分光线照出道路范围之外，导致LED光源的出射光线利用率较低。如此，则要求道路照明装置所形成的照明区域大致呈长方形为佳，即在道路行车方向上具有较大的照明范围，而在垂直于道路行车方向上具有较小的照明范围，以充分利用LED光源的出射光线。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种透镜、具有该透镜的照明装置及导光罩。

一种透镜，整体呈纵长型，包括相对设置的入光面与出光面，该透镜水平设置时的长度方向定义为第一方向、宽度方向定义为第二方向，所述第一方向与第二方向相互垂直，该出光面为一外凸的自由曲面，该出光面沿第一方向的长度大于沿第二方向的长度，该出光面沿第一方向的曲率半径大于沿第二方向的曲率半径，该入光面为一内凹的部分椭球面，该入光面的长轴平行于所述透镜的第二方向，该入光面的短轴平行于所述透镜的第一方向，该出光面沿第一方向的曲率半径大于该入光面沿第一方向的曲率半径，该出光面沿第二方向的曲率半径小于该入光面沿第二方向的曲率半径。

一种照明装置，包括至少一LED光源及与该至少一LED光源配合的一透镜。该透镜整体呈纵长型，包括相对设置的入光面与出光面，所述至少一LED光源面向该透镜的入光面设置。该透镜水平设置时的长度方向定义为第一方向、宽度方向定义为第二方向，所述第一方向与第二方向相互垂直。该出光面为一外凸的自由曲面，该出光面沿第一方向的长度大于沿第二方向的长度，该出光面沿第一方向的曲率半径大于沿第二方向的曲率半径。该入光面为一内凹的部分椭球面，该入光面的长轴平行于所述透镜的第二方向，该入光面的短轴平行于所述透镜的第一方向，该出光面沿第一方向的曲率半径大于该入光面沿第一方向的曲率半径，该出光面沿第二方向的曲率半径小于该入光面沿第二方向的曲率半径。

一种导光罩，包括一基板及位于基板上的多个透镜。该透镜整体呈纵长型，包括相对设置的入光面与出光面。该透镜水平设置时的长度方向定义为第一方向、宽度方向定义为第二方向，所述第一方向与第二方向相互垂直。该出光面为一外凸的自由曲面，该出光面沿第一方向的长度大于沿第二方向的长度，该出光面沿第一方向的曲率半径大于沿第二方向的曲率半径。该入光面为一内凹的部分椭球面，该入光面的长轴平行于所述透镜的第二方向，该入光面的短轴平行于所述透镜的第一方向，该出光面沿第一方向的曲率半径大于该入光面沿第一方向的曲率半径，该出光面沿第二方向的曲率半径小于该入光面沿第二方向的曲率半径。

所述透镜的入光面和出光面相配合可以让照明装置发出的光线照射到一个大致呈长方形的区域中，从而可以满足隧道灯等产品的要求，提高光线的利用效率。

附图说明

图1为使用本发明一实施例的透镜的导光罩的立体结构示意图。

图2为图1中所示导光罩的倒置的立体结构示意图。

图3为图1中所示导光罩中一透镜的立体结构示意图。

图4为图3中所示透镜的另一角度的立体结构示意图。

图5为使用图3所示透镜的一照明装置的剖面示意图，其中所述照明装置是沿图3所示透镜的V-V剖开。

图6为图5中所示照明装置的另一角度的剖面示意图，其中所述照明装置是沿图3所示透镜的VI-VI剖开。

图7为图5所示照明装置的照度分布图。

图8为图5所示照明装置的光强分布曲线图。

主要元件符号说明

透镜	10
		入光面	11
出光面	12
		基座	13
缺口	14
		基板	20
上表面	21
		下表面	22
凹槽	23
		螺孔	24
线槽	25
		LED光源	30
导光罩	100
		第一曲面部	121
第二曲面部	122
		顶面	131
底面	132
		照明装置	200
第一方向	X
		第二方向	Y
光轴	PP’
		长轴	a
短轴	b
		交点	O

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1和图2，为本发明一实施例的导光罩100，包括基板20以及位于基板20上的多个透镜10。该基板20大致呈矩形，所述多个透镜10沿着该基板20的长度方向排列成两行。

在本实施例中，所述多个透镜10与基板20均由透光率较高的塑料材质构成，比如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）或PC（聚碳酸酯），这样能有效提升光线出射效率、减小光损失。所述多个透镜10与基板20采用模具注塑的方式一体成型，从而能够对透镜10的表面形状进行精确控制。在其他实施例中，所述多个透镜10与基板20单独成型后再组接在一起以构成导光罩100。

该基板20具有相对设置的上表面21及下表面22。该基板20具有用于收容光源的一凹槽23，该凹槽23位于基板20的下表面22并朝向基板20的上表面21凹陷形成。该基板20于凹槽23的周缘设有多个螺孔24，这些螺孔24环绕所述多个透镜10的外围设置。该基板20于凹槽23的底部还设有若干线槽25以用于收容接引至导光罩100内的导线。

请参阅图3和图4，为图1和图2所示导光罩100中一透镜10的立体结构示意图。该透镜10整体呈纵长型，具有相对设置的一入光面11与一出光面12。该透镜10还包括一大致呈矩形的基座13。该基座13具有相对设置的顶面131和底面132。该透镜10的出光面12自基座13的顶面131朝向远离入光面11的一侧凸出。该透镜10的入光面11自基座13的底面132中央朝向出光面12的一侧凹陷。

该出光面12为一外凸的自由曲面。该入光面11为一内凹的部分椭球面。该入光面11具有一长轴a及一短轴b，长轴a与短轴b相交于点O。该透镜10具有一光轴PP’，该光轴PP’穿过该入光面11的长轴a与短轴b的交点O并依次贯穿该透镜10的入光面11和出光面12。

为了方便描述，将透镜10水平设置时的长度方向定义为第一方向X、宽度方向定义为第二方向Y，所述第一方向X与第二方向Y相互垂直。

请同时参照图5和图6，图5为本发明使用图3所示的透镜10的一照明装置200的剖面示意图，其中该照明装置200是沿图3所示透镜10的V-V线剖开时的示意图，图6为图5所示照明装置200沿图4所示透镜10的VI-VI线剖开时的示意图。该照明装置200包括一LED光源30及与该LED光源30配合的透镜10。该LED光源30面向该透镜10的入光面11设置。

该出光面12沿第一方向X的长度大于沿第二方向Y的长度。该出光面12沿第一方向X的曲率半径大于沿第二方向Y的曲率半径。

该入光面11的长轴a平行于所述透镜10的第二方向Y，该入光面11的短轴b平行于所述透镜10的第一方向X。该入光面11沿第二方向Y的长度大于沿第一方向X的长度。

该出光面12沿第一方向X的曲率半径大于该入光面11沿第一方向X的曲率半径。该出光面12沿第二方向Y的曲率半径小于该入光面11沿第二方向Y的曲率半径。该LED光源30出射的光线经由该透镜10的入光面11射入透镜10内并经由该透镜10的出光面12折射出透镜10之外。其中，该LED光源30发出的光线穿过透镜10后沿第一方向X发散传播、沿第二方向Y汇聚传播。

该入光面11关于光轴PP’对称设置。该出光面12沿平行于第一方向X的截面关于光轴PP’对称设置。该出光面12沿平行于第二方向Y的截面关于光轴PP’非对称设置。

该出光面12被一平行于第二方向Y且包含光轴的平面分隔为一第一曲面部121与一第二曲面部122。该第二曲面部122的曲率半径小于该第一曲面部121的曲率半径。该第二曲面部122与该第一曲面部121均为部分椭球面。

当该照明装置200用作道路照明时，该照明装置200沿第二方向Y（道路的宽度方向）出射的绝大部分光线汇聚并投射于道路上。相较于传统路灯沿道路宽度方向将光线均匀分配于道路上及路边缘（无效照明区域），本实施例中的照明装置200由于将绝大部分的光线汇聚投射于道路上，这显著地提升了整个照明装置200的光线利用效率。

该LED光源30收容于该透镜10的入光面11所围设的一缺口14中并沿着透镜10的第二方向Y排列。该LED光源30可以由一PCB板（图未示）及排布于PCB板上的一颗或者多颗LED晶粒（图未示）构成，晶粒的数量及排布方式视实际的照明需求而定。

请参阅图7和图8，图7为图5所示照明装置200的照度分布图，图8为图5所示照明装置200的光强分布曲线图。从图7的照度分布图可以看出，该照明装置200沿透镜10的第一方向X（长度方向）照射距离是该照明装置200沿透镜10的第二方向Y（宽度方向）照射距离的3倍。换句话说，当该照明装置200运用于道路照明时，照明装置200的照射范围大致呈一个长方形，比较符合道路照明需求。

从图8的光强分布曲线图可以看出，在平行于第一方向X且包含光轴PP’的截面内，该照明装置200的配光曲线关于透镜10的光轴PP’对称分布，从透镜10射出的光线的光强自光轴PP’朝向透镜10的两侧先逐渐增加，光强峰值出现在偏离光轴PP’约50度附近，随后光强再逐渐下降。在平行于第二方向Y且包含光轴PP’的截面内，该照明装置200的配光曲线关于透镜10的光轴PP’非对称分布，从透镜10射出的光线的光强自光轴PP’朝向透镜10的其中一侧（0度线的左侧）先逐渐增加，光强峰值出现在偏离光轴PP’约15度附近，随后光强再逐渐下降，而从透镜10射出的光线光强自光轴PP’朝向透镜10的其中另一侧（0度线的右侧）则逐渐下降。

相较于传统路灯沿道路的长度方向（行车方向）照射时光线过于集中可能导致的眩光相应，当本发明实施例的照明装置200用作道路照明时，该照明装置200沿第一方向X（道路的长度方向/行车方向）照射时光线发散传播，光线分布比较均匀，这能有效避免眩光现象的发生，从而减少因眩光引发的交通事故。

可以理解的是，本发明中透镜10的基座13不是必需的，该透镜10可以仅包括一相对设置的入光面11及出光面12，该出光面12自入光面11的周缘直接连接在一起；亦或是将该透镜10的出光面12入光面11设置为同心的曲面，该出光面12与入光面11间隔设置，该出光面12与入光面11的周缘通过一环形面连接在一起。

还可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜，整体呈纵长型，包括相对设置的入光面与出光面，该透镜水平设置时的长度方向定义为第一方向、宽度方向定义为第二方向，所述第一方向与第二方向相互垂直，其特征在于：该出光面为一外凸的自由曲面，该出光面沿第一方向的长度大于沿第二方向的长度，该出光面沿第一方向的曲率半径大于沿第二方向的曲率半径，该入光面为一内凹的部分椭球面，该入光面的长轴平行于所述透镜的第二方向，该入光面的短轴平行于所述透镜的第一方向，该出光面沿第一方向的曲率半径大于该入光面沿第一方向的曲率半径，该出光面沿第二方向的曲率半径小于该入光面沿第二方向的曲率半径。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：该透镜具有一光轴，该光轴穿过该入光面的长轴和短轴的交点并依次贯穿该透镜的入光面和出光面，该透镜的入光面关于光轴对称设置，该出光面沿平行于第一方向的截面关于光轴对称设置，该出光面沿平行于第二方向的截面关于光轴非对称设置。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：该出光面被一平行于第二方向且包含光轴的平面分隔为一第一曲面部与一第二曲面部，该第二曲面部的曲率半径小于该第一曲面部的曲率半径。

4.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：该出光面沿第一方向的长度大于该入光面沿第一方向的长度，该出光面沿第二方向的长度小于该入光面沿第二方向的长度。

5.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：该透镜还包括一基座，该基座具有相对设置顶面和底面，该出光面自基座的顶面向远离入光面的一侧凸出，该入光面自基座的底面中央区域朝向出光面的一侧凹陷。

6.一种照明装置，包括至少一LED光源及与该至少一LED光源配合的一透镜，该透镜整体呈纵长型，包括相对设置的入光面与出光面，所述至少一LED光源面向该透镜的入光面设置，其特征在于：所述透镜为如权利要求1至5项中任一项所述的透镜。

7.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于：在平行于第一方向且包含光轴的截面内，从透镜射出的光线的光强峰值出现在偏离光轴50度附近，在平行于第二方向且包含光轴的截面内，从透镜射出的光线的光强峰值出现在偏离光轴10-20度之间。

8.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于：在光轴所在的平行于第一方向的截面内，该照明装置的配光曲线关于透镜的光轴对称分布，从透镜射出的光线的光强自光轴朝向透镜的两侧先逐渐增加，光强峰值出现在偏离光轴50度附近，随后光强再逐渐下降；在光轴所在的平行于第二方向的截面内，该照明装置的配光曲线关于透镜的光轴非对称分布，从透镜射出的光线的光强自光轴朝向透镜的其中一侧先逐渐增加，光强峰值出现在偏离光轴15度附近，随后光强再逐渐下降，而从透镜射出的光线的光强自光轴朝向透镜的其中另一侧则逐渐下降。

9.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于：该照明装置沿透镜长度方向的照射距离是该照明装置沿透镜宽度方向的照射距离的3倍。

10.一种导光罩，包括一基板及位于基板上的多个透镜，其特征在于：所述透镜为如权利要求1至5项中任一项所述的透镜。