CN110966525A

CN110966525A - 一种透镜和发光器件

Info

Publication number: CN110966525A
Application number: CN201911327236.5A
Authority: CN
Inventors: 刘贤金; 郑永生; 侯宇; 曾照明; 肖国伟
Original assignee: APT Electronics Co Ltd
Current assignee: APT Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: CN110966525B

Abstract

本发明提供一种透镜和发光器件，涉及光学器件领域。该透镜，包括透镜本体具有出射面和用于接收光源光线的入射面，所述出射面和所述入射面相对设置；所述入射面包括第一入射面和向所述出射面凹陷的第二入射面，所述第一入射面和所述第二入射面相连，所述第一入射面为棱形面，所述第二入射面为表面有若干凸点的曲面；所述出射面包括第一出射面和向所述入射面凹陷的第二出射面，所述第一出射面和所述第二出射面相连，所述第二出射面为表面设有若干颗粒的曲面。本发明的透镜，应用于发光器件，能够达到大角度发光、高均匀度的效果。

Description

一种透镜和发光器件

技术领域

本发明涉及光学器件领域，特别是涉及一种透镜和发光器件。

背景技术

随着照明品质的提升，人们对灯具发光均匀度要求越来越高。为了达到发光均匀的目的，一般采用增加发光体数量的方式，但是这种方式的成本较高，给企业和消费者带来一定的经济负担。为了控制成本，减少发光体的使用，可以用透镜进行二次配光，以扩大发光角度，提高光能利用率。但是，现有的透镜受到自身形状等因素限制，其光能分配和光能利用效果仍然不够理想，依旧无法达到大角度发光及高均匀度的效果。

发明内容

基于此，有必要针对现有的透镜无法做到大角度发光和高均匀度的问题，提供一种透镜，能够达到大角度发光、高均匀度的效果。

一种透镜，包括透镜本体，所述透镜本体具有出射面和用于接收光源光线的入射面，所述出射面和所述入射面相对设置；

所述入射面包括第一入射面和向所述出射面凹陷的第二入射面，所述第一入射面和所述第二入射面相连，所述第一入射面为棱形面，所述第二入射面为表面有若干凸点的曲面；

所述出射面包括第一出射面和向所述入射面凹陷的第二出射面，所述第一出射面和所述第二出射面相连，所述第二出射面为表面设有若干颗粒的曲面。

本领域技术人员知晓，LED的发光光束角是朗伯型110-120°，对于市场的常规透镜来讲，LED光束角大于120°的部分光线会不停地折射和反射，直至光能量消耗完，该部分光线根本无法通过透镜进行二次配光得到有效利用。因此，本发明的透镜采用多种入射面和出射面，首先，本发明的第一入射面为菱形面，可以将LED大于120°的部分光线进行折射和发射后，一部分传播至第一出射面，并通过第一出射面透射至受照面对距离中心光强比较远的环形光斑带进行亮度的补偿，其次，第一入射面的棱形面之间彼此的反射光线进行二次或者多次的折射后投射至第一出射面，如前所述实现亮度及更大发光角度的二次或者多次补偿，可见使用棱形结构的第一入射面的可以更高效地利用LED发出的光线，同时通过第一入射面改变光线的传播路径，在受照面达到高均匀度及更大发光角度的要求。另外，另一部分光束角大于120°光线束与小于120°的光线束一起传播至第二入射面，第二入射面上设置有凸点，可以将光线束透射至每个凸点的表面球面折射和发散处理，将LED发出的小于120°原始光线束进行第一次的发光角度扩大处理。本发明入射面上的凸点呈颗粒状，可以有效的控制光线进行有序反射或折射传播，使光线通过出射面后被分解形成不同角度的多束光线，达到将光线分配更广更均匀的目的。

在其中一个实施例中，所述第一入射面为多级棱形面。棱形面的级数与角度能够满足将更多LED大于120°的光线进行二次或者多次的折射后投射至第一出射面即可。多级棱形面彼此之间的反射光线进行二次或者多次的折射后投射至第一出射面，有利于更高效的利用LED发出光线，实现亮度及更大发光角度的二次或者多次补偿。

优选地，本发明提供一种优选的第一入射面，该第一入射面为四级棱形面，沿第一入射面到第二入射面的方向，四级棱形面与所述透镜本体底面的夹角分别为44～46°，78～84°，74～78°，85～90°。

更优选地，沿第一入射面到第二入射面的方向，四级棱形面与所述透镜本体底面的夹角分别为45°21′，81°33′，76.3°41′，88°36′。

在其中一个实施例中，所述第二入射面为抛物线弧面，该抛物线弧面的数值公式表示为y＝ax²，其中a＝-0.5～-0.2。上述数值公式是以透镜常规放置方向而得到的，常规放置方向即LED发光体位于底部时，该抛物线弧面开口朝下，当然，本产品也可以根据需要朝各个方向放置，第二入射面的形状和结构都不会因放置方向而改变。

在其中一个实施例中，a＝-0.35。

在其中一个实施例中，每个所述凸点的高度为0.31～0.33mm，最大径向距离为0.5～0.7mm，分布密度为230～250个/cm²。更优选地，凸点的最大径向距离为0.62mm。在第二入射面上设置凸点，可以有效的将光线非常集中的光线束进行第一次的分散。为了进一步达到较好的扩大发光角度，提高均匀度的效果，需要控制凸点的大小、高度及分布密度。最大径向距离是指单个凸点的最大宽度。

在其中一个实施例中，所述第二出射面为抛物线弧面，该抛物线弧面的数值公式表示为y＝bx²，其中b＝0.01～0.03。上述数值公式是以透镜常规放置方向而得到的，常规放置方向即LED发光体位于底部时，该抛物线弧面开口朝上，当然，本产品也可以根据需要朝各个方向放置，第二出射面的形状和结构都不会因放置方向而改变。

在其中一个实施例中，b＝0.025。

在其中一个实施例中，每个所述颗粒的高度为0.35～0.52mm，最大径向距离为0.7～0.9mm，分布密度为133～146个/cm²。在第二出射面上设置颗粒，可以将第二入射面上的发出的光线束进行多个方向发散，将比较密集的光线通过第二出射面上设置的颗粒进行发散处理，使得通过第二出射面的光线发光角度更大，均匀度更高。进一步地，可以通过控制颗粒的密度和高度，达到更好的扩大发光角度，提高均匀度的效果。如果密度太小或太大，则反应到受照面的光斑会明暗交替。除了控制颗粒的密度之外，还可以控制颗粒的高度，如果颗粒的高度过高，则由第二出射面上发出的光线角度将无法得到有效的控制。控制颗粒的密度和高度将发光角度控制在160-170°较佳。

优选地，颗粒的最大径向距离为0.86mm。

在其中一个实施例中，所述透镜还包括基座，所述透镜本体设于所述基座上。

在其中一个实施例中，所述基座上围绕所述透镜本体设有漫反射凸台。

在其中一个实施例中，所述漫反射凸台的表面设有若干凸台凸点，每个所述凸台凸点的体积为0.31～0.33mm³，最大径向距离为0.58～0.62mm，分布密度为230～250个/cm²。在漫反射凸台上设置凸台凸点，可以将第二出射面的高密度的光线束进行发散后反射到受照面，对除中心区域外辉度低的受照面区域进行辉度补偿。进一步地，为了达到更好的扩大发光角度，提高均匀度的效果，需要控制凸台凸点的体积、分布密度。

在其中一个实施例中，所述基座露出的表面为漫反射曲面；所述漫反射曲面上设有若干曲面凸点，每个所述曲面凸点的高度为0.55～0.72mm，最大径向距离为1.55-1.63mm，分布密度为32～38个/cm²。在漫反射曲面上设置曲面凸点，可以将系统中所有经过二次或者多次反射折射后的光线束进行发散后再次反射回受照面，对除中心区域外辉度低的受照面区域进行辉度补偿。进一步地，为了达到较好的扩大发光角度，提高均匀度的效果，需要控制曲面凸台凸点的高度、大小及分布密度。

在其中一个实施例中，所述透镜本体和基座的材质为折射率1.3～1.6的合成树脂。合成树脂可以选择PMMA、PC等。

本发明一方面还提供一种发光器件，包括LED发光体和上述透镜，所述LED发光体设置于所述透镜的入射面所形成的凹槽内。

上述发光器件，通过本发明的透镜对LED发光体发出的光线进行配光，使发光角度达到160～170°以上，而且具有高均匀度，可以大大减少了LED发光体的数量，节约成本，提高照明质量，改善视觉的舒适度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的透镜，采用了多种入射面和出射面，第一入射面为菱形面，第二入射面上有凸点，第二出射面上设有颗粒，可以将光线进行反射或折射，使光线通过出射面后被分解形成不同角度的多束光线，达到将光线分配更广更均匀的目的。

本发明的发光器件，采用本发明的透镜对LED发光体发出的光线进行配光，使发光角度达到160-170°以上，而且具有高均匀度，可以大大减少LED发光体的数量，节约成本，提高照明质量，改善视觉的舒适度。

附图说明

图1为实施例1所述透镜安装于发光器件的结构图；

图2为实施例1所述透镜的入射面的示意图；

图3为本发明所述透镜的俯视图；

图4为实施例2所述发光器件的俯视图；

图5为实施例2所述发光器件的光线走向示意图；

图6为实施例2所述发光器件的光均匀度测试图。

图中，1、透镜本体；2、LED发光体；3、PCB；4、受照体；100、入射面；101、第一入射面；102、第二入射面；1021、凸点；200、出射面；201、第一出射面；202、第二出射面；2021、颗粒；300、基座；301、漫反射曲面；400、漫反射凸台。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

一种透镜，如图1～3所示，包括透镜本体1和基座300，透镜本体1固定于基座300上，基座300为圆形，透镜本体1的中心与基座300的圆心重合；

透镜本体1和基座300由折射率1.3～1.6的合成树脂，例如PMMA或PC制作而成。透镜本体1的上表面为出射面200，下表面为入射面100，光源发出的光线由入射面100进入透镜本体1，再从出射面200射出。

入射面100由第一入射面101和第二入射面102连接而成；第一入射面101为四级棱形面，即由四种不同倾斜角度的斜面连接而成，从下至上，四级棱形面与透镜本体1底面的夹角分别为45°21′，81°33′，76.3°41′，88°36′°。第二入射面102为抛物线弧面，圆弧面的边缘与四级棱形面的上边缘连接，该抛物线弧面的数值公式表示为y＝ax²，其中a＝-0.35。

为了增大漫反射，第二入射面102表面设有若干凸点1021，单个凸点1021的高度为0.31～0.33mm，最大径向距离为0.62mm，分布密度为230～250个/cm²；凸点可通过以下方法形成：采用表面有极其微小的颗粒凹陷的模具，注塑得到的透镜本体1的第一入射面101呈现凸点状。

出射面200由第一出射面201和第二出射面202连接而成；第一出射面201为光滑曲面，光滑曲面可以为圆弧面或曲面；为了使出射光线经过出射面200时发生分解，第二出射面202上设有若干颗粒2021，单个颗粒2021的高度为0.35～0.52mm，最大径向距离为0.86mm，分布密度为133～146个/cm²；颗粒的形成与凸点的形成原理类似。

第二入射面102向出射面200凹陷，第二出射面202向入射面100凹陷，使得透镜本体1中间窄两边宽，有利于对第二入射面102输出的光线束进一步发散，降低中心光强，对除中心区域外辉度低的区域进行补偿的作用，从而达到配光角度更大，均匀度。

基座300上还设有漫反射凸台400，漫反射凸台400围绕透镜本体1形成环形，漫反射凸台400的表面设有若干凸台凸点，单个凸台凸点的体积为0.31～0.33mm³，分布密度为230～250个/cm²，漫反射凸台400与透镜本体1之间的距离为1.7～3.3mm；从第二出射面202反射出来的光线可以经过漫反射凸台400上的凸点，再次被折射或反射到受照面上；凸台凸点与第二入射面102上的凸点形成类似。

漫反射凸台400和透镜本体1之间的露出的基座300表面为漫反射曲面301，漫反射曲面301为环形，漫反射曲面301上也设有若干曲面凸点，单个曲面凸点的高度为0.55～0.72mm，最大径向距离为1.55～1.63mm，分布密度为32～38个/cm²；曲面凸点与上述第二入射面102上的凸点形成类似。

实施例2

一种发光器件，如图4所示，在圆形PCB3板上固定有4个实施例1中的透镜，其中一个位于圆心，另外3个均匀分布于边缘，每个透镜入射面100所形成的凹槽内设置有一个LED发光体2。

本实施例中数个LED与透镜组合进行级联，使得图4中的A、B、C区域亮度明显增加，整体的均匀度也明显提升。

本实施例的工作原理如下，光线走向可参见图5：LED发光体2发出光线，图5中的光线束为L1、L2、L3，其中：

光线束L1通过透镜主体上的第一出射面201，被分解为光线束L1-1和L1-2，然后投射到受照体4上，成为高均匀度光斑的一部分；

光线束L2通过透镜主体上的第二出射面202，进行透射和折射，并通过第二出射面202上的密集颗粒2021将光线束L2分解为光线束L2-1和L2-2，然后投射到受照体4上；

光线束L3通过透镜主体上的第二出射面202，进行反射，并透过第一出射面201变为光线束L3-1，光线束L3-1投射到漫反射凸台400上，并通过漫反射凸台400上的凸点进行漫反射后，将光线束L3-1分解为光线束L3-1-1和L3-1-2，然后投射到受照体4上；

光线束L1-1、L1-2、L2-1、L2-2、L3-1-1、L3-1-2投射到受照体4，受照体4的受照面上也有若干凸点，会对投射到受照面的光线进行二次扩散和反射，反射的光线束L4投射到基座300的漫反射曲面301上，漫反射曲面301上的凸台凸点对光线束L4进行反射后再次投射到受照面，达到进一步提升受照面光斑均匀度的效果。受照体4的受照面上的凸点与第二入射面102上的凸点的尺寸和密度相同。

经测试该发光器件的发光均匀度较高，测试图如图6所示，采用本发明透镜方案的吸顶灯辉度均匀度关键指标如下：

均匀度＝最小值/平均值；

参考国标GB50034-2010均匀度计算方法。如图中所示，辉度最小值为3417.145，平均辉度值为3658.324，经计算均匀度为0.9341。采用本发明透镜不仅限于实现均匀度为0.9341。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种透镜，其特征在于，包括透镜本体，所述透镜本体具有出射面和用于接收光源光线的入射面，所述出射面和所述入射面相对设置；

所述出射面包括第一出射面和向所述入射面凹陷的第二出射面，所述第一出射面和所述第二出射面相连，所述第二出射面为表面有若干颗粒的曲面。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一入射面为四级棱形面，所述四级棱形面与所述透镜本体底面的夹角分别为44～46°，78～84°，74～78°，85～90°。

3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第二入射面为抛物线弧面，该抛物线弧面的数值公式表示为y＝ax²，其中a＝-0.5～-0.2。

4.根据权利要求1～3任一项所述的透镜，其特征在于，每个所述凸点的高度为0.31～0.33mm，最大径向距离为0.5～0.7mm，分布密度为230～250个/cm²。

5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第二出射面为抛物线弧面，该抛物线弧面的数值公式表示为y＝bx²，其中b＝0.01～0.03。

6.根据权利要求1或5所述的透镜，其特征在于，每个所述颗粒的高度为0.35～0.52mm，最大径向距离为0.7～0.9mm，分布密度为133～146个/cm²。

7.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，还包括基座，所述透镜本体设于所述基座上；所述基座上围绕所述透镜本体设有漫反射凸台。

8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述漫反射凸台的表面设有若干凸台凸点，所述凸台凸点的高度为0.31～0.33mm，最大径向距离为0.58～0.62mm，分布密度为230～250个/cm²；所述基座露出的表面为漫反射曲面，所述漫反射曲面上设有若干曲面凸点，每个所述曲面凸点的高度为0.55～0.72mm，最大径向距离为1.55～1.63mm，分布密度为32～38个/cm²。

9.根据权利要求7或8所述的透镜，其特征在于，所述透镜本体和基座的材质为折射率1.3～1.6的合成树脂。

10.一种发光器件，其特征在于，包括LED发光体和权利要求1～9任一项所述的透镜，所述LED发光体设置于所述透镜的入射面所形成的凹槽内。