CN103775967A - 透镜以及led改型灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发光组件的透镜（100），所述透镜（100）包括底面（1）、顶面（2）和连接所述底面和所述顶面（2）的侧面（3）），其中，所述底面（1）包括入射面，所述顶面（2）包括出射面，其特征在于，所述侧面（3）包括从顶面（2）到底面的方向上依次设置的第一侧面部分和第二侧面部分，第一侧面部分和第二侧面部分由不同的曲面限定并且均设计为反射面。

Description

透镜以及LED改型灯

技术领域

本发明涉及一种透镜以及LED改型灯。 

背景技术

在照明领域，传统的卤素灯通常能够容易产生贝壳形状的光分布,但是对于LED灯而言，通常比较难产生贝壳形状的光分布。现有技术中也提出一些使得LED灯产生贝壳形状的光分布的方案，但是这些方案均是通过反射器来实现的。现有技术中也提出一些利用透镜的方案，但是其所设计的透镜形状复杂，并且无法获得很好的效果。 

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种透镜以及LED改型灯，其能提供产生贝壳形状的光分布的出光照明，并具有光效高等各种优点。 

根据本发明提出了一种用于发光组件的透镜，所述透镜包括底面、顶面和连接所述底面和所述顶面的侧面，其中，所述底面包括入射面，所述顶面包括出射面，其特征在于，所述侧面包括从顶面到底面的方向上依次设置的第一侧面部分和第二侧面部分，所述第一侧面部分和第二侧面部分由不同的曲面限定并且均设计为反射面。由于第一侧面部分和第二侧面部分作为反射面由不同的曲面限定而成，因此提供了形成贝壳形光分布的边缘和中央的不同光分布的可能性。 

根据本发明的一个优选方案，所述第一侧面部分接收来自所述入射面的第一入射光束并将其反射至所述出射面形成第一出射光束，并且所述第二侧面部分接收来自所述入射面的第二入射光束并将其反射至所述出射面形成第二出射光束，所述出射面接收来自所述入射面的第三入射光束并将其直接出射形成第三出射光束，第一、第二、第三出射光束共同形成贝壳型光分布，其中所述第二出射光束和第三出射光束形成光分布的中央部分，第一出射光束形成光分布的位于中央部分两侧的边缘部分。从而确保了良好的贝壳形光分布。 

根据本发明的一个优选方案，所述第一侧面部分和第二侧面部分均设计为全内反射面。所述第一侧面部分和第二侧面部分本身设计为全内反射面，因此基本上无光线损耗，从而提高了光效。 

进一步优选地，所述第一侧面部分的横截面上的轮廓线的每一点处的切线斜率大于所述第二侧面部分横截面上的轮廓线的每一点处的切线斜率。从而确保了第一侧面部分对应的第一出射光束的位置在中央，而第二侧面部分对应的第二出射光束的位置在边缘部分。 

进一步优选地，所述第一侧面部分在横截面上为倾斜直线。根据光学模拟效果显示，倾斜直线有助于形成良好的贝壳形光分布。 

进一步优选地，所述第二侧面部分在横截面上为二次有理贝塞尔曲线或者样条曲线或者二次曲线。二次有理贝塞尔曲线的表达为  $p\left(t\right)=\frac{{(1-t)}^2{\mathrm{\ω}}_0{v}_0+2t(1-t){\mathrm{\ω}}_1{v}_1+t^2{\mathrm{\ω}}_2{v}_2}{{(1-t)}^2{\mathrm{\ω}}_0+2t(1-t){\mathrm{\ω}}_1+t^2{\mathrm{\ω}}_2},0\≤t\≤1.$

其中给定控制顶点V₀，V₁,V₂,及其权因子ω₀，ω₁，ω₂。 

进一步优选地，所述顶面为水平面。根据光学模拟效果显示，顶面为平坦面有助于形成良好的贝壳形光分布。 进一步优选地，所述入射面限定出容纳腔并且包括限定出容纳腔的底面的第一入射面部段和限定容纳腔的侧壁的第二入射面部段，其中所述第一入射面部段接收所述第三入射光束，所述第二入射面部段接收所述第一和第二入射光束。其中第一入射面部段设计为控制入射光束，使得折射光线垂直出射。 

进一步优选地，所述第一入射面部段为横截面上的样条曲线、圆弧或者二次曲线，所述第二入射面部段在横截面上为直线。从而有助于形成良好的贝壳形光分布。 

进一步优选地，所述第二入射面部段与竖直方向的夹角为2°到5°。从而不仅有利于将光线调整到侧面上，而且尤其便于在制造透镜的时候方便脱模。 

本发明同时涉及一种具有上述透镜的LED改型灯。尤其是用作洗墙灯。 

根据本发明的透镜和LED改型灯能提供产生贝壳形状的光分布的出光照明，并具有光效高等各种优点。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是根据本发明透镜的第一实施例的主视图； 

图2示意出了图1中的透镜的光路图； 

图3是根据本发明透镜的光分布图； 

图4是根据本发明的透镜所产生的光斑示意图； 

图5是根据本发明的包括至少一个透镜的透镜阵列。 

图6是根据图5的透镜阵列所产生的光斑示意图。 

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是根据本发明透镜的第一实施例的主视图，图2示意出了图1中的透镜的光路图。 

透镜100用于发光组件，调整来自发光组件的光源3出射的光的光分布，以形成预期的光分布。根据本发明的透镜主要应用于产生贝壳形状的光分布，尤其适合LED灯，使得LED灯作为洗墙灯使用。根据本发明，利用一种特殊透镜来实现这个效果。 

该透镜的原理在于利用透镜的侧面的分段式设计来分别实现贝壳形状的光分布的中央部分和两侧部分，因此，提出使得侧面分为第一侧面 部分31和第二侧面部分32，这两个侧面部分31，32以不同的反射角度分别反射来自入射面的第一入射光束L1’和第二入射光束L2’以形成第一出射光束L1和第二出射光束L2，以对应于贝壳形状的光分布的中央部分和两侧部分，从而实现贝壳形状的光分布。 

如图1，2所示，该透镜100包括底面1、顶面2以及连接底面1和顶面2的侧面3，其中，所述底面1包括入射面，入射面限定出容纳腔并且包括限定出容纳腔的底面的第一入射面部段11和限定容纳腔的侧壁的第二入射面部段12。容纳腔中设置有光源。顶面2包括出射面。侧面3包括从顶面到底面的方向上依次设置的第一侧面部分31和第二侧面部分32。根据本发明提出，所述第一侧面部分31和第二侧面部分32由不同的曲面限定并且均设计为反射面。在该具体实施例中，该反射面为全内反射面，从而减少光损失，提高光效。 

如上所述，通过使得侧面分为第一侧面部分31和第二侧面部分32，这两个侧面部分以不同的反射角度分别反射来自入射面的第一入射光束L1’和第二入射光束L2’以形成第一出射光束L1和第二出射光束L2，以对应于贝壳形状的光分布的中央部分和两侧部分，从而实现贝壳形状的光分布。而中央部分由于光通量较高，因此，第一入射面部段11设计为使得经过第一入射面部段11的第三入射光束L3’出射形成的第三出射光束L3也与经过第二侧面部分32反射后出射形成的第二出射光束L2一起，形成光分布的中央部分。如图3所示，根据本发明透镜的光分布图中的中央突起部分对应于第二出射光束L2和第三出射光束L3，边缘部分对应于第一出射光束L1，产生如图4示出的光斑。 

为了将第一入射光束L1’和第二入射光束L2’调整到预期的位置，所述第一侧面部分31的横截面上的轮廓线的每一点处的切线斜率大于所述第二侧面部分32横截面上的轮廓线的每一点处的切线斜率。在该具体实施例中，第一侧面部分31在横截面上为倾斜直线，即具有圆锥形的立体轮廓。而第二侧面部分32在横截面上为二次有理贝塞尔曲线  $p\left(t\right)=\frac{{(1-t)}^2{\mathrm{\ω}}_0{v}_0+2t(1-t){\mathrm{\ω}}_1{v}_1+t^2{\mathrm{\ω}}_2{v}_2}{{(1-t)}^2{\mathrm{\ω}}_0+2t(1-t){\mathrm{\ω}}_1+t^2{\mathrm{\ω}}_2},0\≤t\≤1.$ 其中给定控制顶点V₀，V₁,V₂,及其权因子ω₀，ω₁，ω₂，以起到对光线的准直作用。 

在其他未示意出的实施例中，第二侧面部分32在横截面上也可以选择为样条曲线，或者二次曲线。此外，在该具体实施例中，第一入射面部段11为横截面上的样条曲线、作用是控制入射光线，使得折射光线垂直出射。第二入射面部段12在横截面上为直线。该直线与竖直方向的夹角为2°到5°。出射面为水平面。从而具有良好的贝壳形光分布。在其他未示意出的实施例中，第一入射面部段11在横截面上也可以为圆弧或者二次曲线。 

图5是根据本发明的包括至少一个透镜的透镜阵列。图6是根据图5的透镜阵列所产生的光斑示意图。该透镜阵列包括4个透镜，即四合一透镜。每一个透镜对应于相应的光源，同样可以实现贝壳形的光斑。该光斑可以相对于图4所示出的光斑略有调整。在本发明中，透镜可以是由塑料或者是玻璃制成。常见的塑料例如是PC。在利用塑料制造的情况下，可以采用注塑成型的工艺来形成透镜。在这样的情况下，第二入射面部段的倾斜角度设计为尤其有利于脱模。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 

100透镜 

1底面 

11第一入射面部段 

12第二入射面部段 

2顶面 

3侧面 

31第一侧面部分 

32第二侧面部分 

L1-L3第一至第三出射光束 

L1’-L1’第一至第三入射光束 

Claims (11)

1.一种用于发光组件的透镜（100），所述透镜（100）包括底面（1）、顶面（2）和连接所述底面（1）和所述顶面（2）的侧面（3）），其中，所述底面（1）包括入射面，所述顶面（2）包括出射面，其特征在于，所述侧面（3）包括从所述顶面（2）到所述底面（1）的方向上依次设置的第一侧面部分（31）和第二侧面部分（32），所述第一侧面部分（31）和第二侧面部分（32）由不同的曲面限定并且均设计为反射面。

2.根据权利要求1所述的透镜（100），其特征在于，所述第一侧面部分（31）接收来自所述入射面的第一入射光束（L1’）并将其反射至所述出射面形成第一出射光束（L1），并且所述第二侧面部分（32）接收来自所述入射面的第二入射光束（L2’）并将其反射至所述出射面形成第二出射光束（L2），所述出射面接收来自所述入射面的第三入射光束（L3’）并将其直接出射形成第三出射光束（L3），第一、第二、第三出射光束（L1、L2、L3）共同形成贝壳型光分布，其中所述第二出射光束（L2）和第三出射光束（L3）形成所述贝壳型光分布的中央部分，第一出射光束（L1）形成所述贝壳型光分布的位于所述中央部分两侧的边缘部分。

3.根据权利要求2所述的透镜（100），其特征在于，所述第一侧面部分（31）和第二侧面部分（32）均设计为全内反射面。

4.根据权利要求3所述的透镜（100），其特征在于，所述第一侧面部分（31）的横截面上的轮廓线的每一点处的切线斜率大于所述第二侧面部分（32）横截面上的轮廓线的每一点处的切线斜率。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述第一侧面部分（31）在横截面上为倾斜直线。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述第二侧面部分（32）在横截面上为二次有理贝塞尔曲线或者样条曲线或者二次曲线。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述顶面（2）为水平面。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述入射面限定出容纳腔并且包括限定出容纳腔的底面的第一入射面部段（11）和限定容纳腔的侧壁的第二入射面部段（12），其中所述第一入射面部段（11）接收所述第三入射光束（L3’），所述第二入射面部段（12）接收所述第一和第二入射光束（L1’、L2’）。

9.根据权利要求8所述的透镜（100），其特征在于，所述第一入射面部段（11）为横截面上的样条曲线、圆弧或者二次曲线，所述第二入射面部段（12）在横截面上为直线。

10.根据权利要求8所述的透镜（100），其特征在于，所述第二入射面部段（12）与竖直方向的夹角为2°到5°。

11.一种LED改型灯，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的透镜。

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