CN106152052A - 透镜以及具有该透镜的照明装置 - Google Patents
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Abstract
一种透镜，用于汇聚包含有多个发光二极管芯片的灯珠发出的光线，该透镜呈圆台状，该透镜具有入光面、与入光面相对设置的出光面、连接该入光面和出光面的全反射面，所述入光面和出光面分别位于该透镜的相对两端，所述全反射面位于该透镜的侧壁，所述出光面为一水平面，所述入光面朝向透镜内凹并围设出一收容所述灯珠的容置槽，所述灯珠发出的光线从入光面射入到透镜内，其中一部分光线未经反射而直接由出光面射出透镜外，其余光线被全反射面反射后朝向出光面传播并最终从出光面射出透镜外。本发明所述透镜的入光面、出光面及全反射面相互相配合，从而汇聚包含有多个发光二极管芯片的灯珠发出的光线。本发明还提供一种具有该透镜的照明装置。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种透镜以及具有该透镜的照明装置。
背景技术
发光二极管（light emitting diode，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照明装置之中。
为了获得足够的光照强度，通常会将多个发光二极管芯片集成于一颗灯珠之内以构成面光源。相比于具有单个发光二极管芯片的点光源灯珠来说，对集成了多个发光二极管芯片的面光源灯珠进行二次光学设计就困难得多，如果透镜设计不当，很容易出现杂散光、黄斑、眩光、照度分布不均等现象。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有合理光型分布的透镜以及具有该透镜的照明装置。
一种透镜，用于汇聚包含有多个发光二极管芯片的灯珠发出的光线，该透镜大致呈圆台状，该透镜具有入光面、与入光面相对设置的出光面、以及连接该入光面和出光面的全反射面，所述入光面和出光面分别位于该透镜的相对两端，所述全反射面位于该透镜的侧壁，所述出光面为一水平面，所述入光面朝向透镜内凹并围设出一容置槽，所述灯珠收容于该容置槽内，所述灯珠发出的光线从入光面射入到透镜内，其中一部分光线未经反射而直接由出光面射出透镜外，其余部分光线被全反射面反射后朝向出光面传播并最终从出光面射出透镜外。
一种照明装置，包括包含多个发光二极管芯片的灯珠以及与该灯珠配合的一透镜，该透镜用于汇聚所述灯珠发出的光线，该透镜大致呈圆台状，该透镜具有入光面、与入光面相对设置的出光面、以及连接该入光面和出光面的全反射面，所述入光面和出光面分别位于该透镜的相对两端，所述全反射面位于该透镜的侧壁，所述出光面为一水平面，所述入光面朝向透镜内凹并围设出一容置槽，所述灯珠收容于该容置槽内，所述灯珠发出的光线从入光面射入到透镜内，其中一部分光线未经反射而直接由出光面射出透镜外，其余部分光线被全反射面反射后朝向出光面传播并最终从出光面射出透镜外。
本发明中，所述透镜的入光面、出光面及全反射面相互相配合，从而汇聚包含有多个发光二极管芯片的灯珠发出的光线，使得光型分布更加集中、照度更加均匀，有效避免杂散光、黄斑、眩光效应。
附图说明
图1为本发明第一实施例透镜的立体结构示意图。
图2为图1中所示透镜另一角度的立体结构示意图。
图3为使用图1中所示透镜的一照明装置的剖面示意图，其中透镜是沿着图1中III-III线剖开。
图4为图3中所示照明装置的灯珠内发光二极管芯片的排布示意图，其中封装体被隐藏。
图5为图3中所示照明装置的 配光曲线图。
图6为本发明第二实施例透镜的立体结构示意图。
图7为使用图6中所示透镜的另一照明装置的剖面示意图。
图8为图7中所示照明装置的 配光曲线图。
主要元件符号说明
| 透镜 | 10、10a |
| 透镜的端部 | 11、13 |
| 侧壁 | 12 |
| 容置槽 | 14 |
| 灯珠 | 20 |
| 电路板 | 21 |
| 发光二极管芯片 | 22 |
| 封装体 | 23 |
| 导线 | 24、25 |
| 照明装置 | 100、100a |
| 入光面 | 111 |
| 第一入射面 | 112 |
| 第二入射面 | 113 |
| 全反射面 | 121 |
| 出光面 | 131 |
| 光轴 | X |
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3，为本发明第一实施例的透镜10以及使用该透镜10的照明装置100。该照明装置100还包括一集成有多个发光二极管芯片22的灯珠20，所述透镜10用于汇聚该灯珠20发出的光线。
请一并参阅图4，该灯珠20包括一电路板21、呈阵列排布于电路板21上的多个发光二极管芯片22以及位于该电路板21上并覆盖所述多个发光二极管芯片22的封装体23。所述多个发光二极管芯片22共同构成了面光源。
本发明实施例灯珠20所使用发光二极管芯片22的光学特性如下表所示。
| 电流I(A) | 电压 U(V) | 功率 P(W) | 光通量(lm) | 光效(lm/W) |
| 0.35 | 2.967 | 1.038 | 154.62 | 148.9 |
| 0.4 | 2.99 | 1.196 | 170.98 | 143 |
| 0.45 | 3.006 | 1.353 | 185.64 | 137.2 |
| 0.5 | 3.022 | 1.511 | 198.77 | 131.6 |
| 0.55 | 3.035 | 1.67 | 210.87 | 126.2 |
| 0.6 | 3.05 | 1.83 | 220.99 | 120.8 |
| 0.65 | 3.063 | 1.991 | 229.63 | 115.3 |
| 0.7 | 3.075 | 2.152 | 236.74 | 110 |
表1 发光二极管芯片的光学测试数据
从表1可以看出，当施加的电压值稳定在3V左右时，随着电流值的增加，光通量和功率也逐渐增加，但光效值却逐渐减低。
本发明实施例的灯珠20内封装9个发光二极管芯片22，这些发光二极管芯片22通过导线24、25彼此并联连接，从而利用并联电路稳压分流的特点来提升灯珠20的光效。举例来说，如灯珠20内仅封装一个发光二极管芯片22，当施加的电流为0.7安培、电压为3伏左右时，灯珠20的光效为110流明/瓦；而如果灯珠内封装两个发光二极管芯片22，当施加的总电流为0.7安培、电压为3伏左右时，流过每个发光二极管芯片22的电流减小到0.35安培，但每个发光二极管芯片22的光效却提升到了148.9流明/瓦，进而有效提升整个灯珠20的光效。可以理解地，该灯珠20内所封装的发光二极管芯片22的数量以及这些发光二极管芯片22之间的排布方式可依实际的出光效果作出调整。
请同时参阅图1-3，该透镜10具有入光面111、与入光面111相对设置的出光面131、以及连接该入光面111和出光面131的全反射面121。该入光面111和出光面131分别位于该透镜10的相对两端部11、13。该全反射面121位于该透镜10的侧壁12。
该透镜10大致呈圆台状，该透镜10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。该透镜10关于一光轴X旋转对称。该光轴X贯穿所述入光面111和出光面131。沿光轴X远离入光面111的方向，该全反射面121的直径逐渐增加。
该入光面111朝向透镜10内凹并围设出一容置槽14。该灯珠20收容于该容置槽14内，该灯珠20的电路板21与透镜10的端部11平齐。该出光面131为一水平面。该全反射面121相对出光面131倾斜设置。
该入光面111包括设于容置槽14底部的第一入射面112以及环绕第一入射面112设置的第二入射面113。该第一入射面112呈弧形且朝向灯珠20的方向凸设于容置槽14的底部。该第二入射面113、该全反射面121均为一锥形面。沿光轴X朝向出光面131的方向，该第二入射面113的直径逐渐减小，该全反射面121的直径逐渐增加。
该第一入射面112与出光面131共同配合形成一光线汇聚部，从而对灯珠20中心发出且位于光轴X附近的光线进行汇聚。
由于该第二入射面113朝向光轴131逐渐倾斜，该灯珠20内远离光轴X排布的发光二极管芯片22的出光经过该第二入射面113后将会发生偏折，偏折的光线被全反射面121（斜率固定）反射后朝向出光面131传播并最终从出光面131射出透镜10外。
请参阅图5，为本发明第一实施例的照明装置100沿光轴X方向上（即0°/180°方向）测得的配光曲线。从图5可以看出，灯珠20发出的光线穿过透镜10后，平均光束角约为41度，光照范围相对集中，有效提高了光线利用率，还能防止杂散光的形成，同时光型成对称式分布，光线均匀照射于被照物体上，有效防止黄斑、眩光效应。
请同时参阅图6-8，为本发明第二实施例的透镜10a及使用该透镜10a的照明装置100a。与图3所示的照明装置100不同之处在于，在本发明第二实施例照明装置100a中，透镜10a的入光面111为一椭球面，该全反射面121为一外凸的平滑自由曲面。该入光面111的长轴与光轴X重合。沿光轴X远离入光面111的方向，所述全反射面121不同部位的切平面与光轴X的夹角逐渐减小。
由于该入光面111为椭球面，该灯珠20发出的光线几乎以垂直入光面111入射的方式进入透镜10a内，这使得进入透镜10a内的光线大致沿入射到透镜10之前的行进方向传播，其中一部分光线（位于光轴X附近的光线）未经反射而直接由出光面131射出透镜10a外，而剩余部分的光线（灯珠20内远离光轴X排布的发光二极管芯片22的出光）被全反射面121反射后朝向出光面131传播并最终由出光面131射出透镜10a外。
进一步地，由于该全反射面121为平滑的自由曲面，且沿光轴X远离入光面111的方向，该全反射面121的斜率逐渐增加，因此该全反射面121能够利用自身斜率渐变的特点将来自灯珠20的各个方向的光线尽量朝向出光面131的固定区域集中反射，形成连续的汇聚光束。
相较于第一实施例的照明装置100，本发明第二实施例的照明装置100a对灯珠20的光线的汇聚能力更强。由图8所示照明装置100a沿光轴X方向上（即0°/180°方向）测得的配光曲线可以看出，该照明装置100a的平均光束角约为17度，光照范围更加集中、光型分布更加对称。
可以理解地，本发明实施例中，所述容置槽14的深度远小于该透镜10沿光轴X方向的厚度，这能使得灯珠20发出的光线更多地投射到全反射面121上，从而利用全反射面121来调整大部分光线的光型分布。
还可以理解地，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据实际出光的需求来对多个透镜10、10a进行组合利用，比如通过注塑的方式将多个透镜10、10a集成于同一基材上使用，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，用于汇聚包含有多个发光二极管芯片的灯珠发出的光线，该透镜呈圆台状，其特征在于：该透镜具有入光面、与入光面相对设置的出光面、以及连接该入光面和出光面的全反射面，所述入光面和出光面分别位于该透镜的相对两端，所述全反射面位于该透镜的侧壁，所述出光面为一水平面，所述入光面朝向透镜内凹并围设出一容置槽，所述灯珠收容于该容置槽内，所述灯珠发出的光线从入光面射入到透镜内，其中一部分光线未经反射而直接由出光面射出透镜外，其余部分光线被全反射面反射后朝向出光面传播并最终从出光面射出透镜外。
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，该光轴贯穿所述透镜的入光面和出光面，该透镜关于该光轴旋转对称，沿光轴远离入光面的方向，所述全反射面的直径逐渐增加。
3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述入光面为一椭球面，该入光面的长轴与光轴重合，该全反射面为一外凸的平滑自由曲面。
4.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：沿光轴远离入光面的方向，所述全反射面的斜率逐渐增加。
5.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：该灯珠发出的光线经过透镜后所形成的光场的平均光束角约为17度。
6.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述入光面包括设于容置槽底部的第一入射面以及环绕第一入射面设置的第二入射面，该第一入射面呈弧形且凸设于容置槽的底部，该第二入射面为一锥形面，所述全反射面为一锥形面，沿光轴朝向出光面的方向，该第二入射面的直径逐渐减小，该全反射面的直径逐渐增加。
7.如权利要求6所述的透镜，其特征在于：该灯珠发出的光线经过透镜后所形成的光场的平均光束约为41度。
8.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述容置槽的深度远小于该透镜沿光轴方向的厚度。
9.一种照明装置，包括包含多个发光二极管芯片的灯珠以及与该灯珠配合的一透镜，该透镜用于汇聚所述灯珠发出的光线，其特征在于：所述透镜为权利要求2至8项中任一项所述的透镜。
10.如权利要求9所述的照明装置，其特征在于：所述灯珠包括一电路板、呈阵列排布于电路板上的多个发光二极管芯片、以及位于该电路板并覆盖所述多个发光二极管芯片的封装体，所述多个发光二极管芯片彼此并联连接。
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