CN103712158A - 透镜和led发光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光源的透镜（1），其特征在于，包括：载体（15）；设置在所述载体（15）上的第一侧（11）的多个第一微透镜元件（13）；设置在所述载体（15）的与所述第一侧（11）相对的第二侧（12）上的多个第二微透镜元件（14），所述第一微透镜元件（13）设置用于产生出射光束在第一方向上的光强分布，并且所述第二微透镜元件（14）设置用于产生出射光束在第二方向上的光强分布，其中所述第一方向和第二方向不同。本发明还涉及一种LED发光模块。

Description

透镜和LED发光模块

技术领域

本发明涉及一种透镜和包括该透镜的LED发光模块。

背景技术

由于LED光源具有寿命长、节约能源、环境友好、防止震动等优点，因此，LED光源可以在广泛的领域内得到应用。

LED光源应用在轨道灯中，通常由于被照明物体变化，因此有时需要具有不同的光束角的灯来满足需要，例如圆形光分布或者是椭圆形光分布。

在现有技术中，存在透镜组件和LED发光模块，以提供相应的光学需求。该种方案包括LED模块、准直透镜以及外罩透镜，其中准直透镜在光路上安装在外罩透镜之前。其中准直透镜将来自LED模块的光调整成平行光束，之后外罩透镜调整来自准直透镜的光线的方向，以实现所需要的光分布。但是该种方案的缺点在于，例如在形成椭圆形光分布的情况下，外罩透镜所包括的微透镜阵列决定椭圆形的长轴方向的光强度分布，椭圆形的短轴方向的光强度分布由准直透镜来决定。即由准直透镜和外罩透镜构成的透镜组件共同决定光分布。该方案在满足不同的光束角的灯方面存在一定的不足，需要替换透镜组件来实现不同的光束角的转换。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种透镜，其能克服现有技术中的各种解决方案的缺点，具有便于满足不同的光分布的需求、安装方便、设计自由度高等各种优点。

根据本发明提出了一种用于光源的透镜，其特征在于，包括：载体；设置在所述载体上的第一侧的第一微透镜元件；设置在所述载体的与所述第一侧相对的第二侧上的第二微透镜元件，所述第一微透镜元件设置用于产生出射光束在第一方向上的光强分布，并且所述第二微透镜元件设置用于产生出射光束在第二方向上的光强分布，其中所述第一方向和第二方向不同。由于本发明的透镜包括第一微透镜元件和第二微透镜元件，二者分别用于产生出射在第一方向上和第二方向上的光强分布，因此，省去了现有技术中的透镜组件共同决定透镜的光强分布的设计，而是仅仅由透镜本身就决定了经过透镜的光强分布。因此，在需要满足不同的光束角的情况下，仅仅更换透镜即可。此外，由于第一微透镜元件和第二微透镜元件分别负责第一方向和第二方向上的光强分布，因此，提供了一定的设计自由度，通过分别设计第一微透镜元件和第二微透镜元件，就可以实现不同的光束角。此外，由于透镜本身就决定了光强分布，因此，当需要其他的光束角的时候，仅仅需要将透镜换下就可以了，因此安装方便，便于实现不同的光束角需求。

根据本发明的一个优选方案，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直。在该种情况下，尤其适用于椭圆形光斑和类似于矩形光斑。

根据本发明的进一步的优选方案，所述出射光束形成椭圆形的光斑，其中所述第一方向为椭圆的短轴方向，所述第二方向为椭圆的长轴方向。从而在形成椭圆形光斑的情况下，可以获得不同的椭圆光束。

根据本发明的一个优选方案，所述第一微透镜元件和/或第二微透镜元件为形成在所述载体上的凸起或在所述载体中的孔穴。从而便于加工透镜以及制造成本低。

优选地，所述第一微透镜元件具有球冠形曲面。该球冠形曲面提供了椭圆的短轴方向的光强分布。

优选地，所述多个第一微透镜元件分别分布在多个彼此平行的行中，其中所述行包括至少一个第一微透镜元件。从而尽量减小了光损失，实现了多个第一微透镜单元的光强分布的作用叠加。

优选地，所述球冠的底边具有六边形轮廓，所述多个第一微透镜元件的各个六边形轮廓彼此邻接以限定出类蜂窝状阵列。从而尽量减小了光损失，而同时不影响所实现的光分布作用。

根据本发明的一个优选方案，所述第二微透镜元件具有柱面。该柱面提供了椭圆的长轴方向的光强分布。

优选地，多个第二微透镜元件形成在多个彼此平行的行中，其中每一个行包括一个第二微透镜元件。即每一个第二微透镜元件构成一个行，多个第二微透镜元件构成了多个行。从而尽量减小了光损失，实现了多个第二微透镜元件单元的光强分布的作用叠加。

优选地，所述柱面的末端具有过渡曲面轮廓，所述过渡曲面轮廓的半径与所述柱面的半径不同。从而尽量减小了光损失，而同时不影响所实现的光分布作用。

优选地，所述柱面的半径为0.20mm并且连接相邻两个柱面的过渡曲面轮廓的半径为0.03mm。上述柱面的尺寸是实现较好的光强分布和较低光损失的优选数值。

优选地，所述第一侧为背离所述光源的一侧并且所述第二侧为面对所述光源的一侧。从而尤其在实现椭圆形光分布的情况下是有利的。

优选地，所述载体为环形，所述第一微透镜分别分布在多个平行于直径的行中，所述第二微透镜元件分别分布在多个平行于直径的行中。

优选地，所述载体、第一微透镜阵列以及第二微透镜元件阵列一体形成。从而便于制造和成型。该透镜可以由塑料例如PC或者玻璃制成。

根据本发明还涉及一种LED发光模块，其特征在于，包括具备上述特征的透镜。

根据本发明的一个优选方案，还包括发光组件以及准直光学元件，其中所述准直光学元件在光路上设置在作为外罩透镜的所述透镜之前。该准直光学元件为准直透镜，而具备上述特征的透镜为外罩透镜。这样，准直透镜对光线进行预调整，而外罩透镜决定最终的光分布。

优选地，还包括热沉，所述热沉在第一侧面承载所述发光组件，以及包括支座，用于容纳所述外罩透镜，所述准直光学元件和所述支座支撑在所述第一侧面，并且所述支座在周向上包围所述准直光学元件。这样实现了LED发光装置的紧凑布局。

优选地，所述准直光学元件将来自所述发光组件的光准直为圆形光束。从而经过二次光学元件-即具备上述特征的外罩透镜重新调整光分布为椭圆形或者矩形等其它的调整后的光分布。

根据本发明的透镜和LED发光模块具有便于满足不同的光分布的需求、安装方便、设计自由度高等各种优点。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

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发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1是根据本发明的LED发光模块的***图；

图2是根据本发明的透镜的第一实施例的立体图，其中示出了第一微透镜元件；

图3是根据图2的沿着B-B截面获得的第一微透镜元件的截面图；

图4是根据本发明的透镜的第一实施例的立体图，其中示出了第二微透镜元件；

图5是根据图2的沿着B-B截面获得的透镜的截面图；

图6是根据图5的第二微透镜元件的截面的放大图；

图7是根据本发明的LED发光模块的光路图；

图8是根据图7的LED发光模块的在经过外罩透镜的放大光路图。

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发明的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“前导”、“尾随”等方向性术语参考所描述的附图的方向使用。由于本发明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，并且在不背离本发明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，并且本发明由所附的权利要求限定。

图1是根据本发明的LED发光模块的***图。LED发光模块尤其适用于轨道灯和商店用灯。如图1所示，LED发光模块100包括：作为外罩透镜的透镜1；以及支座2，外罩透镜可以安装到该支座2中；以及准直光学元件3；发光组件5，该发光组件包括电路板51和安装在电路板上的LED芯片52；以及热沉4，该热沉作为外壳使用，该热沉在一侧承载所述发光组件5；用于LED发光模块的安装座53，该热沉4在另一侧安装到安装座上。热沉4在周边上还具有多个散热片41，实现对于LED光源的有效散热。

从光路上看，准直光学元件3在光路上设置在作为外罩透镜的所述透镜之前，以由准直光学元件对光束进行预调整并最终经外罩透镜出射并由外罩透镜确定最终的光分布。准直光学元件3具有支脚，固定到热沉4或者电路板51，从而接收来自发光组件5的光线。外罩透镜可以从一侧安装到支座2中并且支座2自身在另一侧安装到热沉4或者电路板51，并且在周向上包围准直光学元件3。在该实施例中，上述热沉4、电路板51、准直光学元件3以及外罩透镜都形成为圆形，从而形成筒式灯。

图1的LED发光模块中的透镜1根据本发明与现有技术不同。

图2是根据本发明的透镜1的第一实施例的立体图，其中示出了第一微透镜元件。图2示出了透镜1的远离发光组件5的一侧，其中该透镜1包括：载体15；设置在所述载体15的第一侧11的多个第一微透镜元件13；设置在所述载体15的与所述第一侧11相对的第二侧12的多个第二微透镜元件14。第一微透镜元件13设置用于产生出射光束在第一方向上的光强分布，并且所述第二微透镜元件14设置用于产生出射光束在第二方向上的光强分布，其中所述第一方向和第二方向不同。在该具体实施例中，为了产生椭圆形光斑，其中第一方向和第二方向彼此垂直，其中第一方向为椭圆的短轴方向，所述第二方向为椭圆的长轴方向。

从图2中可以看出，多个第一微透镜元件13是形成在载体15上的凸起。从俯视图上看，其中每一个第一微透镜元件都和周围的第一微透镜元件彼此邻接，构成了类蜂窝状阵列。第一微透镜元件分别分布在多个彼此平行的行中，即每一行包括至少一个第一微透镜元件。如图所示，这些第一微透镜行分别平行于载体15的直径方向。图2中可以看到位于载体15的第二侧12的第二微透镜元件14的边缘轮廓。

图3是根据图2的沿着B-B截面获得的第一微透镜元件13的截面图。单独的第一微透镜元件具有球冠形曲面，也就是说，该球冠形曲面形成了第一微透镜元件的光学面。而球冠的底面轮廓可以设计为六边形，从而便于与其他的第一微透镜元件13实现紧密的、无间隙的邻接和配合。图4是根据本发明的透镜的第一实施例的立体图，其中示出了第二微透镜元件14。多个第二微透镜元件14是形成在载体15上的凸起。第一微透镜元件13和第二微透镜元件14彼此突起的方向相反。从俯视图上看，第二微透镜元件14形成在多个彼此平行的行中，其中每一个行即为一个第二微透镜元件14。其中每一个第二透镜元件14都和周围的第二透镜元件14彼此邻接，构成了多个线性阵列。

如图4所示，这些第二微透镜元件行分别平行于载体15的直径方向。图2中可以看到位于载体15的第一侧11的第一微透镜13的边缘轮廓。

图5是根据图2的沿着B-B截面获得的透镜的截面图。载体15在一侧突起，形成了第一微透镜元件13。从横截面上看，由于第一微透镜元件13在平行于直径的方向上的多个行中排布，各个行所包括的第一微透镜的数量不同，因此，在横截面上看，整个截面并不是保持恒定的截面轮廓。即在整个截面上截取了各行中的不同的第一微透镜元件13的不同部段。载体15在与一侧相对的另一侧突起，形成了第二微透镜元件14。第二微透镜元件14自身包括构成类似于柱状体的柱面的光学曲面，在该实施例中为半柱面。这些第二微透镜元件14构成了一个平行于直径的行，在横截面上看，整个截面基本上保持了恒定的截面轮廓。即整个截面上截取了各个第二微透镜元件14，获得了多个彼此相邻的圆弧。

图6是根据图5的第二微透镜元件的截面的放大图。从图中可以看出，类似于第一微透镜元件设计，第二微透镜元件具有柱状曲面，该柱状曲面是光学面。而柱状曲面的底面轮廓或者说柱面的末端为了便于与其他的第二微透镜元件14实现紧密的、无间隙的邻接和配合，设计为另一弧度过渡段。在该具体实施例中，所述柱面的半径为0.20mm并且连接相邻两个柱面的曲面的半径为0.03mm。

图7是根据本发明的LED发光模块的光路图。图8是根据图7的LED发光模块的在经过外罩透镜的放大光路图。

如图7,8所示，来自所述发光组件5的光源52的光被准直光学元件3准直为圆形光束，并进一步射向根据本发明的作为外罩透镜的透镜1。第一微透镜元件13所在的第一侧为背离所述光源52的一侧并且第二微透镜元件14所在的第二侧为面对光源52的一侧。光线首先经过第二微透镜元件14并进一步经过第一微透镜元件13。第一微透镜元件13和第二微透镜元件14分别用于产生出射在第一方向上和第二方向上的光强分布。在该实施例中，所述出射光束形成椭圆形的光斑，其中所述第一方向为椭圆的短轴方向，所述第二方向为椭圆的长轴方向。从图中可见，第二微透镜元件14的提供了在长轴方向的光强分布，而第一微透镜元件13提供了在短轴方向的光强分布。

在本实施例中以椭圆形光斑作为示例说明了根据本发明的透镜，然而，也可以考虑其它的例如矩形光斑来设计根据本发明的透镜。此时第一微透镜元件和第二微透镜元件分别负责第一方向和第二方向上的光强分布，根据第一微透镜元件和第二微透镜元件的不同设计，就可以实现不同的光束。

由于根据本发明的透镜本身就决定了光强分布，因此，安装方便，便于实现不同的光束需求，并且提供了一定的设计自由度。

另外，尽管仅相对于多种实施方式中的一种公开了本发明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。

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

标号列表

100LED发光模块

1透镜

11第一侧

12第二侧

13第一微透镜元件

14第二微透镜元件

15载体

2支座

3准直光学元件

4热沉

41散热片

5发光组件

51电路板

52LED芯片

53安装座

Claims (17)

1.一种用于光源的透镜（1），其特征在于，包括：载体（15）；设置在所述载体（15）上的第一侧（11）的多个第一微透镜元件（13）；设置在所述载体（15）的与所述第一侧（11）相对的第二侧（12）上的多个第二微透镜元件（14），所述第一微透镜元件（13）设置用于产生出射光束在第一方向上的光强分布，并且所述第二微透镜元件（14）设置用于产生出射光束在第二方向上的光强分布，其中所述第一方向和第二方向不同。

2.根据权利要求1所述的透镜（1），其特征在于，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直。

3.根据权利要求2所述的透镜（1），其特征在于，所述出射光束形成椭圆形的光斑，其中所述第一方向为椭圆的短轴方向，所述第二方向为椭圆的长轴方向。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的透镜（1），其特征在于，所述第一微透镜元件（13）和/或第二微透镜元件（14）为形成在所述载体（15）上的凸起或在所述载体（15）中的孔穴。

5.根据权利要求4所述的透镜（1），其特征在于，所述第一微透镜元件（13）具有球冠形曲面。

6.根据权利要求5所述的透镜（1），其特征在于，所述多个第一微透镜元件（13）分别分布在多个彼此平行的行中，其中每个所述行包括至少一个第一微透镜元件（13）。

7.根据权利要求5所述的透镜（1），其特征在于，所述球冠的底边具有六边形轮廓，所述多个第一微透镜元件（13）的各个六边形轮廓彼此邻接以限定出类蜂窝状阵列。

8.根据权利要求4所述的透镜（1），其特征在于，所述第二微透镜元件（14）具有柱面。

9.根据权利要求8所述的透镜（1），其特征在于，多个第二微透镜元件（14）形成在多个彼此平行的行中，其中每一个行包括一个第二微透镜元件（14）。

10.根据权利要求8所述的透镜（1），其特征在于，所述柱面的末端具有过渡曲面轮廓，所述过渡曲面轮廓的半径与所述柱面的半径不同。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的透镜（1），其特征在于，所述第一侧（11）为背离所述光源的一侧并且所述第二侧（12）为面对所述光源的一侧。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的透镜（1），其特征在于，所述载体（15）为环形，所述第一微透镜元件（13）分别分布在多个平行于所述载体（15）的直径的行中，所述第二微透镜元件（14）分别分布在多个平行于所述载体（15）的直径的行中。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的透镜（1），其特征在于，所述载体（15）、第一微透镜元件（13）以及第二微透镜元件（14）一体形成。

14.一种LED发光模块（100），其特征在于，包括根据权利要求1-13中任一项所述的透镜（1）。

15.根据权利要求14所述的LED发光模块（100），其特征在于，还包括发光组件（5）以及准直光学元件，其中所述准直光学元件在光路上设置在作为外罩透镜的所述透镜（1）之前。

16.根据权利要求15所述的LED发光模块（100），其特征在于，还包括热沉（4），所述热沉（4）在一侧承载所述发光组件（5），以及包括支座（2），用于容纳所述外罩透镜，所述准直光学元件和所述支座（2）支撑在该一侧，并且所述支座（2）在周向上包围所述准直光学元件。

17.根据权利要求15所述的LED发光模块（100），其特征在于，所述准直光学元件将来自所述发光组件（5）的光准直为圆形光束。

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