CN202691900U - 透镜和包括该透镜的照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种透镜(10)，包括顶壁(1)、底壁(2)和连接所述顶壁(1)和底壁(2)的周壁(3)，其中所述底壁(2)的至少部分区域弯曲以限定出容纳腔(4)，所述至少部分区域包括入射面(5)，其特征在于，所述顶壁(1)包括第一区域和第二区域(7)，至少所述第一区域设置为具有薄片透镜结构的出射面(6)。此外，本实用新型还涉及一种包括该透镜的照明装置。

Description

透镜和包括该透镜的照明装置

技术领域

本实用新型涉及一种透镜和一种包括该透镜的照明装置。

背景技术

随着照明技术的发展，全内反射(TIR)透镜越来越多地应用在各种照明装置中，特别是以LED为光源的照明装置中。在全内反射透镜的范畴中，为了获得光束角较小的出射光，通常将透镜设计为凸透镜，由此实现对光线的汇聚。但是凸透镜基于自身的几何形状，具有一定的高度。因此在很多应用场合，特别是在设计用于容纳该透镜的容纳腔在结构空间方面受限的情况下，无法将具有这种出射面设计为球形凸面的透镜安装在相应的照明装置中。在考虑结构空间的情况下，也可以将用于照明装置的透镜的出射面、即透镜的至少部分顶面设计为平坦的面。然而这种设计方式显著地降低了透镜的设计自由度。特别是对于采用COB技术安装的LED光源而言，通常需要与其对应的透镜具有面积较大的出射面和较小的结构高度。在此情况下，现有技术中将凸透镜曲面用作出射面的透镜很难满足具有这种光源的照明装置的要求。

实用新型内容

因此本实用新型的一个目的在于，提出一种用于照明装置的透镜，该透镜具有结构简单、厚度薄和重量轻的优点，特别适合应用在对透镜厚度即透镜的结构高度有要求的照明装置中。

根据本实用新型的透镜，包括顶壁、底壁和连接所述顶壁和底壁的周壁，其中所述底壁的至少部分区域弯曲以限定出容纳腔，所述至少部分区域包括入射面，其特征在于，所述顶壁包括第一区域和第二区域，至少所述第一区域设置为具有薄片透镜结构的出射面。

根据本实用新型的透镜的出光面位于顶壁中。在本实用新型中的透镜的出光面并不在光轴方向上从顶壁开始远离底壁凸起，而是具有薄片透镜结构。这种透镜可以广泛地安装在内部结构空间较小、特别是容纳透镜的空间高度较小的照明装置中，具有较强的通用性。为了实现减小透镜厚度的目的，优选地将出光面到底壁的距离设计地小于或者等于顶壁到底壁的距离。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述出射面设计为菲涅耳透镜结构。菲涅耳透镜具有凸透镜的光学特性、即对光线产生汇聚效果，因此可以以菲涅耳透镜结构代替凸透镜的凸面来作为透镜的出射面，以便使穿过透镜射出的光线聚焦。菲涅耳透镜结构具有特别的优点，即其出射面并非类似于球形凸起的曲面，而是由凸透镜的凸面部分“坍陷”到一个平面上所形成的曲面，因此在对应于透镜的光源的光轴方向上看，该出射面类似平面。由于菲涅耳透镜结构是平面化的聚光镜结构，因此对于作用相同的凸透镜而言，以这种菲涅耳透镜结构作为出射面的透镜相具有厚度小、重量轻、价格低的优点。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述入射面为朝向所述底壁凸起的曲面。透镜的入射面在此优选地设计为球形凸起的曲面，因此有利于将来自光源的光线以汇聚的方式折射入透镜中。在此可以将透镜的入射面视为凸透镜部分。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述出射面的面积大于所述入射面的面积。由此可以使来自光源的大量光线经过面积足够大的出射面射出，避免不必要的光损失。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述出射面和入射面对中心地设置。将出射面和入射面分别设置在透镜的顶壁和底壁中，并且和透镜具有共同的光轴，可以使来自光源的光线以最优选的光路穿过透镜射出，并且实现均匀的照明效果。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述透镜为全内反射透镜。通过这种全内反射透镜可以获得光束角较小的出射光，即通过根据本实用新型的透镜可以改变将来自光源的光线的光路，使其以汇聚的形式由透镜的出射面射出。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述出射面位于所述顶壁的中央。由此可以使光源发出的光线居中地从出射面射出，以便实现均匀的光分布。

根据本实用新型的一个优选的设计方案提出，所述第二区域设计为平坦面。在将第二区域、特别优选的是顶壁的边缘区域设计为平面时，一方面易于将透镜安装在例如照明装置或其他装置内部，另一方面有利于降低透镜的制造成本。

本实用新型的另一目的通过一种包括上述类型的透镜的照明装置来实现，其中所述光源位于所述容纳腔中。根据本实用新型的照明装置具有较小的结构高度，并且可以实现汇聚的照明效果，特别是利用COB工艺来安装光源的情况下，上述类型的透镜由于具有较小的结构高度而特别适合应用在照明装置中。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述出射面和入射面关于所述光源的光轴对中心地设置。由此可以使光源、入射面和出射面彼此对中心地布置，以便使由光源发出的光线均匀地穿过透镜射出，并且朝向光轴汇聚。

根据本实用新型的一个优选的设计方案，所述光源为LED光源。这种照明装置可以设计为PAR 16型灯和/或MR 16型灯。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本实用新型。这些附图图解了本实用新型的实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1示出了根据本实用新型的第一实施例的透镜的纵向剖面图；

图2示出了图1中的第一实施例的立体透视图。

具体实施方式

在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出了可以实施本实用新型的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“朝向”、“远离”、“水平”等方向性术语参考所描述的附图的方向使用。由于在本实用新型中的实施例的组件可以在许多不同方向上放置，所以方向术语仅用于说明，而没有任何限制的意思。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在不背离本实用新型的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本实用新型由所附的权利要求限定。

应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。

在图1中示出的第一实施例的透镜10是具有聚焦作用的全内反射透镜。透镜10包括顶壁1、底壁2和连接在顶壁1和底壁2之间的周壁3。底壁2的部分区域、在本实施例中为其中央区域设计为朝向顶壁1延伸的容纳腔4，用于容纳光源(在此未示出)或接收由光源发出的光线，其中容纳腔4包括远离顶壁1、即朝向底壁2凸起的曲面部段，该曲面部段设计为透镜10的入射面5。顶壁1包括第一区域和第二区域7，其中第一区域对应于入射面5设计为出射面6。出射面6设计具有薄片透镜结构。来自光源的光线经过入射面5射入透镜10中，与光轴夹角较小的一部分光线直接穿过出射面6射出，与光轴夹角较大的另一部分光线被周壁3反射后，由出射面6射出。

为了确保光线经过透镜10可以均匀高效地汇聚射出，因此除了将入射面5设计为凸透镜结构以外，还将出射面6设计具有聚焦的效果。根据本实施例的透镜10的出射面6特别地设计具有菲涅尔透镜结构，由此可以避免将出射面6设计为由顶壁1凸起的曲面，由此可以降低透镜10在垂直方向上的高度，并且不会影响透镜10自身的光学特性。因此也可以将透镜10看做包括凸透镜和菲涅耳透镜的组合透镜。

从图1中示出的纵向剖面图可以看出，以较粗的实线表示的菲涅尔透镜、即出射面6到底壁2的距离小于顶壁1到底壁2的平坦区域的距离，也可以说菲涅尔透镜所在的曲面相对于顶壁1而言，略微朝向底壁2凹陷。设计具有菲涅尔透镜结构的连续曲面可以被视为由凸透镜的表面部分“坍陷”到一个平面上所形成的曲面，因此菲涅尔透镜具有凸透镜的聚焦特性。在图1中示出纵向剖面图中，具有菲涅尔透镜结构的曲面、即出射面6由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点。每个凹槽都可以被视为一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。菲涅尔透镜是平面化的聚光镜，其相对于作用相同的凸透镜而言，具有厚度小、重量轻、价格低的优点。因此透镜10特别适合应用在结构空间狭窄或有限的照明装置中。透镜10一般由有机玻璃或其它透明塑料制成，也可以由玻璃制成。

在未示出的第二实施例中，具有菲涅尔透镜结构的曲面、即出射面6到底壁2的距离可以小于或等于顶壁1到底壁2的平坦区域的的距离。

此外在图1中清楚地示出，入射面5和出射面6设置在透镜10的中央，并且彼此对中心。为了通过透镜10获得高效均匀的照射效果，优选设计出射面6的面积大于入射面5的面积。由此可以使大量的光线经过出射面6射出。

图2示出了图1中的第一实施例的立体透视图。透镜10的顶壁1的中央设计具有大量的同心圆纹路。这些被称为“菲涅尔带”的纹路构成了透镜10的出射面6。在一种等效的情况下，可以将相同光学效果的凸透镜的曲面在其凸起方向上截取为多段曲率不变的曲面，这些被截取的曲面在凸起方向上的高度显著地小于原凸透镜的凸面。这些被截取的曲面构成了所谓的“菲涅尔带”，由于曲面被划分地非常细，因此出射面6在图2中被示为具有多圈纹路的曲面。为了节省制造成本，可以有针对性地仅仅将顶壁1的中央区域、即第一区域设计为出射面6，用于使出射光汇聚；而将顶壁1的边缘区域、即第二区域7设计为平行于底壁2的平面，便于简单地将透镜10安装在照明装置中。

在未示出的第三实施例中，透镜10的出射面6设计为从顶壁1朝向入射面5凹陷的同心圆环阵列。这些同心圆环阵列由多个彼此相连的环形棱镜构成。在类似于图1示出的纵向剖面中，入射面5具有朝向顶壁1凸起的中央曲面和围绕中央曲面对称设置的多个锯齿形凹槽，相邻的凹槽之间的夹角不同。

在未示出的第四实施例中，也可以根据实际应用需要，将透镜10的顶壁1全部设计为具有菲涅尔透镜结构的出射面6。出射面6因此可以具有尽可能大的面积，以便使进入透镜10的光线全部通过出射面6汇聚地射出。

由于根据本实用新型的透镜10具有结构高度较小的优点，因此其特别适合与利用COB技术安装在电路板上的光源组合使用。在采用LED芯片作为光源的情况下，具有透镜10的照明装置可以设计为PAR 16型灯和/或MR 16型灯或类似的灯具。

另外，尽管仅相对于多种实施方式中的一种公开了本实用新型的实施例的特定特征或方面，但是如任何给定或特定应用所要求的，这些特征或方面可以与其它实施方式的一个或多个其它特征或方面进行结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

参考标号

1  顶壁

2  底壁

3  周壁

4  容纳腔

5  入射面

6  出射面

7  第二区域

10 透镜

Claims (11)

1.一种透镜(10)，包括顶壁(1)、底壁(2)和连接所述顶壁(1)和底壁(2)的周壁(3)，其中所述底壁(2)的至少部分区域弯曲以限定出容纳腔(4)，所述至少部分区域包括入射面(5)，其特征在于，所述顶壁(1)包括第一区域和第二区域(7)，至少所述第一区域设置为具有薄片透镜结构的出射面(6)。

2.根据权利要求1所述的透镜(10)，其特征在于，所述出射面(6)设计为菲涅耳透镜结构。

3.根据权利要求1或2所述的透镜(10)，其特征在于，所述入射面(5)为朝向所述底壁(2)凸起的曲面。

4.根据权利要求3所述的透镜(10)，其特征在于，所述出射面(6)的面积大于所述入射面(5)的面积。

5.根据权利要求3所述的透镜(10)，其特征在于，所述出射面(6)和入射面(5)对中心地设置。

6.根据权利要求3所述的透镜(10)，其特征在于，所述透镜(10)为全内反射透镜。

7.根据权利要求3所述的透镜(10)，其特征在于，所述出射面(6)位于所述顶壁(1)的中央。

8.根据权利要求3所述的透镜(10)，其特征在于，所述第二区域(7)设计为平坦面。

9.一种照明装置，包括光源，其特征在于，还包括根据权利要求1-8中任一项所述的透镜(10)，其中所述光源位于所述容纳腔(4)中。

10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述出射面(6)和入射面(5)关于所述光源的光轴对中心地设置。

11.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述光源为LED光源。

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