CN102116453A - 光学透镜以及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学透镜，用于对光源发出的光线进行调整，其包括一个主体，该主体具有一个第一表面以及一个与第一表面相对的第二表面，该第一表面上设置有一方形凹槽，该方形凹槽的侧面为柱面，其底面为一对称曲面，该方形凹槽的底面作为该光学透镜的入光面以使光源射出的光线经由该方形凹槽的底面射入该主体，该第二表面包括一个非对称的马鞍形非球面，该第二表面作为该光学透镜的出光面，该方形凹槽的底面及该第二表面用以对光源发出的光线进行调整以形成非对称光场。本发明还涉及一种使用该光学透镜的照明装置。

Description

光学透镜以及照明装置
技术领域
本发明涉及光学***，尤其涉及一种用于形成非对称光场的光学透镜以及使用该光学透镜的照明装置。
背景技术
随着半导体照明技术的发展，发光二极管(Light emitting diode，LED)的光效不断提高，现正逐步取代传统光源。一种新型发光二极管可参见Daniel A.Steigerwald等人在文献IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics，Vol.8，No.2，March/April2002中的Illumination With Solid State Lighting Technology一文。
针对LED光源，如何有效地分配LED发出的光能是该LED光源中光学***设计要解决的关键问题。目前的LED光源所形成的照明区域大多为圆形，有时为了更节能且实现更大区域的照明，例如路灯，需要将照明区域调整为非对称光场，如光线主要分布在沿道路的延伸方向，而尽量避免光线分布在垂直道路的延伸方向，以造成光线的浪费。所以，有必要提供一种用于形成非对称光场的照明装置。
发明内容
下面将以实施例说明一种用于形成非对称光场的光学透镜以及使用该光学透镜的照明装置。
一种光学透镜，用于对光源发出的光线进行调整，其包括一个主体，该主体具有一个第一表面以及一个与第一表面相对的第二表面，该第一表面上设置有一方形凹槽，该方形凹槽的侧面为柱面，其底面为一对称曲面，该方形凹槽的底面作为该光学透镜的入光面以使光源射出的光线经由该方形凹槽的底面射入该主体，该第二表面包括一个非对称的马鞍形非球面，该第二表面作为该光学透镜的出光面，该方形凹槽的底面及该第二表面用以对光源发出的光线进行调整以形成非对称光场。
一种照明装置，包括一个光源以及一个光学透镜，该光源包括一个基板以及设置在该基板上的发光元件，该光学透镜相对该发光元件的出光面设置。该光学透镜包括一个主体。该主体具有一个第一表面以及一个与第一表面相对的第二表面，该第一表面上设置有一方形凹槽，该方形凹槽的侧面为柱面，其底面为一对称曲面，该方形凹槽的底面作为该光学透镜的入光面以使该发光元件射出的光线经由该方形凹槽的底面射入该主体，该第二表面包括一个非对称的马鞍形非球面，该第二表面作为该光学透镜的出光面，该方形凹槽的底面及该第二表面用以对光学元件发出的光线进行调整以形成非对称光场。
相较于现有技术，该光学透镜中方形凹槽的底面与该马鞍形第二表面对光源射出的光线具有校正作用，即该光源射出的光线进入该光学透镜的主体后，由于该方形凹槽的底面的面形特征可使进入的光线射向该第二表面上的预定位置，并且由于该第二表面的面形特征可使入射至其上的光线按预定光路射出，从而形成非对称光场，因此，具有该种光学透镜的照明装置，可使光源发出的光线形成非对称光场，从而满足实际需要。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的照明装置的结构示意图。
图2是图1所示照明装置沿II-II的剖面图。
图3是图1的发光元件经过光学透镜所形成的光场的照度模拟图。
图4是图1中的发光元件经过光学透镜所形成的光场的坎德拉图。
图5是本发明第二实施例提供的照明装置的结构示意图。
图6是图5所示照明装置沿VI-VI的剖面图。
图7是图5的发光元件经过光学透镜所形成的光场的照度模拟图。
图8是图5的发光元件经过光学透镜所形成的光场的坎德拉图。
主要元件符号说明
  照明装置   10、20
  光源   11、21
  基板   111、211
  内表面   1111
  发光元件   112、212
  光学透镜   12、22
  第一表面   121、221
  第二表面   122、222
  马鞍形非球面   1222
  方形凹槽   13、23
  侧面   131、231
  底面   132、232
具体实施方式
下面将结合附图，以对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1与图2，本发明第一实施例提供的一种照明装置10，其包括光源11以及一个光学透镜12。
该光源11包括一个基板111以及设置在该基板111上的发光元件112。优选地，该基板111的剖示图呈U型，且具有一个内表面1111，该发光元件112设置在该基板111的内表面1111上。对于本领域的技术人员来说，该发光元件112可为任意光源，如卤素灯，或发光二极管等。当然，该基板111也可以为平板状。
该光学透镜12具有一个具有方形轮廓的主体，该主体具有一个第一表面121以及一个与该第一表面121相对的第二表面122。该第一表面121为平面，其与该基板111的内表面1111相对，以围合形成一个收容空间，从而收容该发光元件112。第一表面121上设置有一方形凹槽13。该方形凹槽13具有侧面131与底面132。在本实施例中，该方形凹槽13位于该光学透镜12的第一表面121的中心，且该方形凹槽的侧面131为垂直于第一表面121的柱面，该底面132为一个对称曲面。该第二表面122包括一个非对称的马鞍形非球面1222。一般地，该方形凹槽13的底面132作为该发光元件112发出的光线的入光面。该光学透镜12用于对该发光元件112发出的光线进行调整以形成非对称光场。
Figure G201010300043320100105D000042
该第一表面121不在同一平面上。
对于本领域技术人员来讲，用该照明装置10作为路灯照明时，仅需将该光学透镜12的第一表面121与所需照明的物体表面平行，如路面，则可得到如图3所示的非对称光场。
请参阅图5与图6，本发明第二实施例提供的一种照明装置20，其与第一实施例提供的照明装置10的结构基本相同。该照明装置20包括一个光源21以及一个光学透镜22。该光源21包括一个基板211以及设置在该基板211上的发光元件212。该光学透镜22的第一表面221上开设有一个方形凹槽23。该方形凹槽23具有侧面231与底面232。该方形凹槽的侧面231为垂直于第一表面221的柱面，该底面232为一个对称曲面。该光学透镜22的第二表面222为一个非对称的马鞍形非球面。
该照明装置20与照明装置10不同之处在于，该方形凹槽23的底面232以及该光学透镜20的第二表面222均符合下列表达式(3)：
Figure G201010300043320100105D000051
Figure G201010300043320100105D000061

Claims (21)

1.一种光学透镜，用于对光源发出的光线进行调整，其包括一个主体，该主体具有一个第一表面以及一个与第一表面相对的第二表面，该第一表面上设置有一方形凹槽，该方形凹槽的侧面为柱面，其底面为一对称曲面，该方形凹槽的底面作为该光学透镜的入光面以使光源射出的光线经由该方形凹槽的底面射入该主体，该第二表面包括一个非对称的马鞍形非球面，该第二表面作为该光学透镜的出光面，该方形凹槽的底面及该第二表面用以对光源发出的光线进行调整以形成非对称光场。
2.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，一个经过该方形凹槽的底面的中心且沿垂直于该马鞍形非球面延长的方向的平面与该凹槽的底面相交形成一个第一曲线，与该光学透镜的第二表面相交形成一个第二曲线，该第一曲线与该第二曲线均符合下列表达式：
Y＝MX+NX2+PX3
其中，M，N，P均不为0。
3.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，一个经过该方形凹槽的底面的中心且沿垂直该马鞍形非球面延长的方向的平面与该凹槽的底面相交形成一个第一曲线，与该光学透镜的第二表面相交一个第二曲线，该第一曲线与该第二曲线均具有一个最高点与一个最低点。
4.如权利要求3所述的光学透镜，其特征在于，该第一曲线的最高点与最低点分别位于该第一曲线的两端。
5.如权利要求3所述的光学透镜，其特征在于，该第一曲线的几何中心轴与该第二曲线的几何中心轴不在同一直线上。
6.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，该方形凹槽的底面符合下列表达式：
Z＝A1X2+A2X4+A3X6+A4X8+B1Y+B2Y2+
B3Y3+B4Y4+B5Y5+B6Y6+B7Y7+B8Y8+B9Y9
其中，A1，A2，A3，A4中至少有一个不为0，B1，B3，B5，B7，B9中至少有一个不为0，B2，B4，B6，B8，中至少有一个不为0。
7.如权利要求6所述的光学透镜，其特征在于，该方形凹槽的底面的函数的各系数如下表所示：
  系数   A1   A2   A3   A4   B1   数值   -2.6715952×10-1   6.86381×10-2   1.046678×10-4   -1.8830547×10-6   -4.3020893×10-1   系数   B2   B3   B4   B5   B6   数值   2.6198216×10-2   1.2308106×10-2   1.9743788×10-4   1.9513862×10-4   -1.3144802×10-5   系数   B7   B8   B9
  数值   1.4624037×10-8   -1.9687823×10-9   2.0971818×10-10
8.如权利要求6所述的光学透镜，其特征在于，该方形凹槽的底面的函数的各系数如下表所示：
  系数   A1   A2   A3   A4   B1   数值   -3.5290493×10-1   1.6001909×10-2   4.2567413×10-4   -2.2489143×10-5   -2.5393082×10-1   系数   B2   B3   B4   B5   B6   数值   3.2619842×10-2   4.1768372×10-3   -2.3357429×10-4   -3.043213×10-4   -6.9729936×10-6   系数   B7   B8   B9   数值   6.1875902×10-8   -2.8604671×10-9   -1.2223995×10-9
9.如权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，该马鞍形非球面符合下列表达式：
Z＝A1X2+A2X4+A3X6+A4X8+B1Y+B2Y2+
B3Y3+B4Y4+B5Y5+B6Y6+B7Y7+B8Y8+B9Y9
其中，A1，A2，A3，A4中至少有一个不为0，B1，B3，B5，B7，B9中至少有一个不为0，B2，B4，B6，B8，中至少有一个不为0。
10.如权利要求9所述的光学透镜，其特征在于，该马鞍形非球面的函数的各系数如下表所示：
  系数   A1   A2   A3   A4   B1   取值   6.4677853×10-3   -2.9407563×10-4   2.341043×10-7   -1.2410138×10-9   0.76531489   系数   B2   B3   B4   B5   B6   取值   -9.0638601×10-2   7.7596244×10-3   6.5303928×10-4   8.7980963×10-5   -1.4739223×10-6   系数   B7   B8   B9   取值   2.6172271×10-8   -6.4024795×10-10   9.6158865×10-11
11.如权利要求9所述的光学透镜，其特征在于，该马鞍形非球面的函数的各系数如下表所示：
  系数   A1   A2   A3   A4   B1   取值   1.6217233×10-3   2.824951×10-4   4.385228×10-7   -1.699195×10-9   0.32046131   系数   B2   B2   B4   B5   B6   取值   -1.9123229×10-1   -1.5327618×10-3   1.1685353×10-3   -5.4857556×10-5   -6.6363589×10-6   系数   B7   B8   B9   取值   2.2486306×10-7   -9.8377082×10-8   -7.9964588×10-10
12.一种照明装置，包括一个光源以及一个光学透镜，该光源包括一个基板以及设置在该基板上的发光元件，该光学透镜相对该发光元件的出光面设置，其特征在于，该光学透镜包括一个主体，该主体具有一个第一表面以及一个与第一表面相对的第二表面，该第一表面上设置有一方形凹槽，该方形凹槽的侧面为柱面，其底面为一对称曲面，该方形凹槽的底面作为该光学透镜的入光面以使该发光元件射出的光线经由该方形凹槽的底面射入该主体，该第二表面包括一个非对称的马鞍形非球面，该第二表面作为该光学透镜的出光面，该方形凹槽的底面及该第二表面用以对光学元件发出的光线进行调整以形成非对称光场。
13.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，一个经过该方形凹槽的底面的中心且沿垂直于该马鞍形非球面延长的方向的平面与该凹槽的底面相交形成一个第一曲线，与该光学透镜的第二表面相交形成一个第二曲线，该第一曲线与该第二曲线均符合下列表达式：
Y＝MX+NX2+PX3
其中，M，N，P均不为0。
14.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，一个经过该方形凹槽的底面的中心且沿垂直该马鞍形非球面延长的方向的平面与该凹槽的底面相交形成一个第一曲线，与该光学透镜的第二表面相交一个第二曲线，该第一曲线与该第二曲线均具有一个最高点与一个最低点。
15.如权利要求14所述的照明装置，其特征在于，该第一曲线的最高点与最低点分别位于该第一曲线的两端。
16.如权利要求14所述的照明装置，其特征在于，该第一曲线的几何中心轴与该第二曲线的几何中心轴不在同一直线上。
17.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，该发光元件的出光面与该光学透镜的第一表面在同一水平面上。
18.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，该方形凹槽的底面符合下列表达式：
Z＝A1X2+A2X4+A3X6+A4X8+B1Y+B2Y2+
B3Y3+B4Y4+B5Y5+B6Y6+B7Y7+B8Y8+B9Y9
其中，A1，A2，A3，A4中至少有一个不为0，B1，B3，B5，B7，B9中至少有一个不为0，B2，B4，B6，B8，中至少有一个不为0。
19.如权利要求18所述的照明装置，其特征在于，该发光元件设置在原点，其座标(X，Y)为(0，0)。
20.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，该马鞍形非球面符合下列表达式：
Z＝A1X2+A2X4+A3X6+A4X8+B1Y+B2Y2+
B3Y3+B4Y4+B5Y5+B6Y6+B7Y7+B8Y8+B9Y9
其中，A1，A2，A3，A4中至少有一个不为0，B1，B3，B5，B7，B9中至少有一个不为0，B2，B4，B6，B8，中至少有一个不为0。
21.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，该基板的剖面呈U型，其具有一个内表面，该基板的内表面与该光学透镜的第一表面相对。
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