CN104235755A - 透镜以及具有该透镜的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于照明装置的透镜，包括两个彼此相对布置的子透镜，其中子透镜分别具有两个彼此相对的表面，其中至少一个表面设计成波浪状表面结构，两个子透镜彼此之间能够这样地相对在第一相对位置和第二相对位置之间移动，使得来自照明装置的光源的平行光束在第一相对位置时经一个子透镜入射并经另一个子透镜出射后产生平行光束并且在第二相对位置时经一个子透镜入射并经另一个子透镜出射后产生非平行光束。此外，本发明还涉及一种照明装置。

Description

透镜以及具有该透镜的照明装置

技术领域

本发明涉及一种用于照明装置的透镜以及具有该透镜的照明装置。

背景技术

LED照明技术因其发光效率高、能耗低和绿化环保的优点而越来越多地为人们所关注，并广泛地应用到各种类型的照明装置中。然而，需要对LED芯片发射的光线进行二次光学处理，以满足不同的照明需求。通常需要为LED芯片配备专门设计的透镜，从而获得不同的光束角，以满足预定的要求。由此使照明装置获得例如可沿垂直方向、水平方向或者同时在两个方向上改变的光分布。

为此，在现有技术中提出了一种解决方案，该解决方案通过调节光源与光学单元之间的距离，改变光束的角度，使得该角度变窄或者变宽，从而改变光分布，由此使得光分布变得集中或者发散。该解决方案虽然可以在一定程度上调节光分布，但是在透镜与光源之间的距离相对较远时，光源发射的光束一部分可能会不经过光学单元出射，这降低了应用该方案的照明装置的照明效率。

在现有技术的另一个解决方案中，提出通过使用变焦***，在对来自光源的光束进行调焦后，并再改变该变焦***的焦距以改变该光束的角度，从而达到调节光束的光分布的目的。但是该方案的成本较高，并且光学效率也较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于照明装置的透镜，该透镜能方便的改变来自光源的光束的聚焦情况，并可改变光束的角度，从而实现光束的出射方向的改变，以获得不同的光分布。此外，本发明还提出了一种具有上述类型的透镜的照明装置。

本发明的第一个目的通过一种用于照明装置的透镜实现，即该透镜包括两个彼此相对布置的子透镜，其中子透镜分别具有两个彼此相对的表面，其中每个子透镜的至少一个表面设计成波浪状表面结构，两个子透镜彼此之间能够这样地相对在第一相对位置和第二相对位置之间移动，使得来自照明装置的光源的平行光束在第一相对位置时经一个子透镜入射并经另一个子透镜出射后产生平行光束并且在第二相对位置时经一个子透镜入射并经另一个子透镜出射后产生非平行光束。在本发明的设计方案中，通过在垂直于光源的光轴的方向上调整两个子透镜之间的相对位置来改变光源发出的光线的出射角度，从而将来自光源的平行光线调整为平行光线或者聚焦光线或者发散光线，进而获得不同的光分布的可能性。

根据本发明提出，波浪状表面结构具有在第一方向或与第一方向垂直的第二方向上顺序排列的至少一个波峰和至少一个波谷，在相邻的波峰和波谷之间的间距为0至λ/2，其中，子透镜彼此这样地相对移动，使得在一个子透镜上的在第一方向上顺序排列的波峰和波谷相对于在另一个子透镜上的波浪状表面结构的在第一方向顺序排列的波峰和波谷0至λ/2的距离在第一方向上偏移，或者使得在一个子透镜上的在第二方向上顺序排列的波峰和波谷相对于在另一个子透镜上的波浪状表面结构的在第二方向顺序排列的波峰和波谷以0至λ/2的距离在第二方向上偏移。通过在第一方向上或者第二方向上实现的子透镜之间的相对偏移，可实现将入射的平行光线调整成其他角度的光束的可能性，从而达到改变输出的光的光分布的目的。

根据本发明进一步提出，在第二相对位置中，一个子透镜的波浪状表面结构的波峰与另一个子透镜的波浪状表面结构的波谷相对布置。根据这样的设计方案，由子透镜组成的光学结构具有均匀一致的材料厚度，并且可在子透镜之间形成具有均匀厚度的气隙，由此确保了平行入射的光线在经过根据本发明的透镜之后同样平行地出射，这形成了可调整的光分布中的一种分布情况。

根据本发明提出，在第一相对位置中，一个子透镜的波浪状表面结构的波峰与另一个子透镜的波浪状表面结构的波峰相对布置。在该第一相对位置中，一个子透镜的波峰与另一个子透镜的波峰相对，而通过这样的结构设计，可通过改变子透镜整体的材料厚度或者改变子透镜之间的气隙的厚度，并使得入射的平行光线改变其光束的角度，由此形成了可调整的光分布中的另一种分布。

优选的是，子透镜的一个表面上形成有波浪状表面结构并且另一个表面设计成平坦的表面。根据该方案，在经过子透镜间不同的厚度的气隙或者经过不同后度的子透镜后，入射的平行光线可改变其光束的角度，从而实现改变出射光的光分布的可能。

优选的是，子透镜彼此相对布置为使得具有波浪状表面结构的表面彼此相对布置，其中，波浪状表面结构的波峰和波谷在第一方向或第二方向上顺序排列。由于波浪状结构设计为相对布置，在第一方向或第二方向相对移动子透镜时，可在子透镜间形成具有不均匀厚度的气隙，并且可在第一方向或第二方向改变出射的光线的光束角度，达到改变光分布的目的。

优选的是，子透镜彼此相对布置为使得具有波浪状表面结构的所述表面彼此远离地布置，其中，波浪状表面结构的波峰和波谷在第一方向或第二方向上顺序排列。根据这样的设计，随着子透镜的相对移动，由分布在不同的子透镜上的波峰结构可相互结合形成具有例如椭圆截面的微型透镜，由此可改变出射的光线的光束角度。

优选的是，子透镜的两个表面分别具有波浪状表面结构，其中，同一子透镜的一个表面上的波浪状表面结构的波峰和/或波谷垂直于在另一个表面上的波浪状表面结构的波峰和/或波谷布置。在本设计方案中，可使两个子透镜在第一方向或第二方向上相对移动，从而改变出射的光线相对于第一方向或第二方向的光束角度，并且同时可使两个子透镜在第二方向或第一方向上相对移动，从而改变出射的光线相对于第二方向或第一方向的光束角度，进而达到在多个方向上改变光分布的可能性。

在本发明的一个优选的设计方案中，两个子透镜布置为使得彼此面对的波浪状表面结构的波峰和/或波谷垂直于彼此远离的波浪状表面结构的波峰和/或波谷布置。根据本发明的设计方案，由于两个子透镜的组合，可实现在相对移动子透镜后，形成多个方向上的对光分布的调整。

在本发明的一个优选的设计方案中，波峰和波谷设计成柱状面的一部分。这样，通过子透镜的相对移动，设置在不同子透镜上的波峰和波谷结构可相互结合形成具有均匀材料厚度或者不均匀材料厚度或者均匀厚度的气隙或者不均匀厚度的气隙的微型透镜，从而可达到改变出射的光线的光束角度的目的。

在本发明的一个优选的设计方案中，子透镜由玻璃或者塑料制成。具有该种材料的透镜可具有较好光学效果，不仅可满足光学设备的工业防护标准，节省成本，也可较好的实现本发明的发明效果。

本发明的另一个目的通过一种照明装置实现，包括光源和设置在光源的出光方向的下游的准直镜，照明装置还包括上述类型的透镜，其中，由准直镜出射的平行光线能够通过透镜调整至预定的出射角。这样的照明装置可实现，经过准直境调整后得到平行光线，并通过本发明的透镜的子透镜间的相互位置变化，实现改变出射光线的光分布的作用。

在本发明的一个优选的设计方案中，光源设计成LED光源。LED技术具有节能、高效并且环保的优点，可实现并保证本发明的发明效果。

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1a-图1e是根据本发明的透镜的局部侧视图；

图2a是通过根据本发明的透镜出射的光线的光分布图；

图2b是通过根据本发明的透镜出射的光线的形成的光斑的坐标图；

图3a是通过根据本发明的第一实施例的透镜出射的光线的光分布图；

图3b是通过根据本发明的第一实施例的透镜出射的光线形成的光斑的坐标图；

图4a是通过根据本发明的第二实施例的透镜出射的光线的光分布图；

图4b是通过根据本发明的第二实施例的透镜出射的光线形成的光斑的坐标图；

图5a是通过根据本发明的第三实施例的透镜出射的光线的光分布图；

图5b是通过根据本发明的第三实施例的透镜出射的光线形成的光斑的坐标图。

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”、“上”、“下”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1a-图1e是根据本发明的透镜100的局部侧视图。根据本发明的透镜100是可由玻璃或者塑料制成的，不仅环保，也可在节省成本的同时实现本发明的发明效果。从图中可见，该用于照明装置的透镜100包括两个子透镜1，当然随着应用场合的不同，由多个子透镜1，例如三个或者四个，组成的透镜***也是可以实现的，并且每个子透镜1具有两个彼此相对的表面。其中，在图1a和图1b中可见，在每个子透镜1的其中一个表面设计具有特别的轮廓，例如图中示出的为波浪形的轮廓11，当然，根据实际需求，该轮廓也可设计为齿状或者其他类似结构。此外，具体地，该表面结构11可具有在第一方向或与第一方向垂直的第二方向上顺序排列的至少一个波峰111和至少一个波谷112，在相邻的波峰111和波谷112之间的间距为λ/2，其中，参考图1a-1e，第一方向可以理解为平行纸面的、从子透镜的上方至下方或者从下方至上方的方向，而第二方向可以理解为垂直于纸面的方向。此外，子透镜1的另一个表面可设计为是平坦的表面。随着具体需要的光分布的情况，可改变波浪状表面结构11的两个相邻的波峰之间的距离λ，可达到调节光分布的效果。

在图1a-图1b中的两个子透镜1分别具有波浪状结构11的表面，并且这两个子透镜1的波浪状结构11的表面是彼此背离地布置的，即每个子透镜1的、设计为平坦的表面是面对设置的。如图1a所示，当两个子透镜1之间彼此相对偏移λ/2时，即在第一方向上从第一相对位置（参见图1b）移动到第二相对位置时，其中一个子透镜1的波峰111和波谷112相对于另一个子透镜1的波峰111和波谷112具有λ/2的偏移，那么一个子透镜的波峰刚好与另一个子透镜的波谷相对应，此时，在整体上看，整个透镜具有均匀的材料厚度。在该实施例中，子透镜1之间也可具有均匀厚度的气隙。此时，由作为光源的例如LED发射的光线经过处于LED下游的准直透镜调整后输出平行光线，该平行光线通过本发明的透镜100后出射的光线仍可几乎保持为平行光线。这样，可达到经由本发明的透镜100出射的光线的光分布保持不变，即可具有原来的光斑，如图2a-2b所示，图2a是通过根据本发明的透镜100出射的光线的光分布图，图2b是通过根据本发明的透镜100出射的光线的形成的光斑的坐标图。

如图1b所示，当两个子透镜1为正好相对设置时，也就是处于第一相对位置时，此时两个子透镜1不具有上述的λ/2的偏移，其中一个子透镜1上的波浪状表面结构11的波峰111和波谷112与另一个子透镜1上的波峰111和波谷112是相互背离地布置。这样，由于波峰111和波谷112设计成柱状面的一部分，因此由两个子透镜1的具有波浪状表面结构11的表面构成了一种透镜结构，这样设计的透镜100具有不均匀的材料厚度，即此时的材料厚度随着两个波峰111的组合具有最大值，随着两个波谷112的组合具有最小值。在本实施例中，通过该透镜100的平行光线在经过波峰的区域出射后产生会聚的光束，而在经过波谷的区域出射后的产生发散的光束，从而使得通过透镜100出射的光线在预定的距离之后在总体上产生发散的光束。参照图1b示出的透镜100的第一相对位置中，通过透镜100出射的光线在第一方向或者与第一方向相反的方向上发生偏转。如图3a-3b、图4a-4b所示，图3a-3b示出了波浪状表面结构11的波峰和波谷在第一方向上顺序排列时，经过该透镜100出射的光线形成的光分布图以及光斑图。由图可见，原来的圆形的光斑呈现沿一特定方向延伸的趋势，即可实现在一特定方向上的线性的照明效果。图4a-4b示出了波浪状表面结构11的波峰和波谷在第二方向上顺序排列时，经过该透镜100出射的光线后形成的光分布图以及光斑图。由图可见，与图3a-3b类似，原有的圆形的光斑沿另一个特定的方向延伸，该方向与图3a-3b中的光斑的延伸方向垂直。

在图1c-1d中的两个子透镜1中，每个子透镜1的其中一个表面具有波浪状表面结构11，并且具有该结构11的表面彼此面对地布置，即该两个子透镜1组合后，每个子透镜1的另一表面是相互平行的。在本实施例，子透镜1彼此可相对地移动，即使得子透镜1上的波浪状表面结构11的波峰111和波谷112相对另一个子透镜1上的波峰111和波谷112在第一方向上移动时，并且移动的距离为λ/2。在图1c中，子透镜1移动到第二相对位置，也就是彼此偏移了λ/2。此时，由两个子透镜1组成的透镜100具有均匀的材料厚度，并且在两个子透镜1之间的气隙也具有均匀的厚度。这样，通过该设计的透镜100的平行光线可在出射后仍保持是平行光线，如图2a-2b所示。

在图1d中，在两个子透镜1不具有λ/2的偏移时，也就是说，两个子透镜1彼此之间未发生偏移并处于第一相对位置，其中一个子透镜1上的波峰111和波谷112与另一个子透镜1上的波峰111和波谷112相互面对地布置。此时，两个子透镜1的各个另一表面彼此平行地布置，但子透镜1之间的气隙具有不均匀的厚度，即在波谷112之间构成的气隙具有最大厚度，在波峰111之间构成的气隙具有最小厚度。这样，通过该设计的透镜100的平行光可在出射后产生非平行光束，并且可形成发散的光分布。正如图3a-3b、图4a-4b所示，根据该实施例，通过透镜100的平行光也可实现在第一方向上或与第一方向相反的方向上的光束的角度调整，从而实现如图所示的光分布。

此外，如图1e所示，该图示出了，子透镜1的其中一个表面上设计有波浪状表面结构11，该结构11的波峰111和/或波谷112在第一方向或与第一方向垂直的第二方向上顺序地排列，并且，在子透镜1的另一个表面上也设计有波浪状表面结构11，该结构11的波峰111和/或波谷112是在第二方向或的第一方向上顺序排列的。即当在一个表面上沿第一方向设计该结构11时，在另一个表面是沿与第一方向垂直的方向设计该结构11的。这样，在将具有上述结构特性的子透镜1组合成透镜100时，通过将两个子透镜1在第一方向或第二方向上，相互移动0至λ/2的距离时，通过该透镜100的平行光线会在出射后产生非平行光束，从而可形成在第一方向和第二方向都呈现延伸趋势的例如类似方形的光斑。正如如图5a-5b所示，图5a是通过根据本发明的第三实施例的透镜出射的光线的光分布图，图5b是通过根据本发明的第三实施例的透镜出射的光线形成的光斑的坐标图。

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。

参考标号

1      子透镜

11     波浪状表面结构

100    透镜

111    波峰

112    波谷

Claims (13)

1.一种用于照明装置的透镜（100），其特征在于，包括两个彼此相对布置的子透镜（1），其中所述子透镜（1）分别具有两个彼此相对的表面，其中每个所述子透镜（1）的至少一个所述表面设计成波浪状表面结构（11），两个所述子透镜（1）彼此之间能够这样地相对在第一相对位置和第二相对位置之间移动，使得来自所述照明装置的光源的平行光束在所述第二相对位置时经一个所述子透镜（1）入射并经另一个所述子透镜（1）出射后产生平行光束并且在所述第一相对位置时经一个所述子透镜（1）入射并经另一个所述子透镜（1）出射后产生非平行光束。

2.根据权利要求1所述的透镜（100），其特征在于，所述波浪状表面结构（11）具有在第一方向或与所述第一方向垂直的第二方向上顺序排列的至少一个波峰（111）和至少一个波谷（112），在相邻的所述波峰（111）和所述波谷（112）之间的间距为λ/2，其中，所述子透镜（1）彼此这样地相对移动，使得在一个所述子透镜（1）上的在所述第一方向上顺序排列的所述波峰（111）和所述波谷（112）相对于在另一个所述子透镜（1）上的所述波浪状表面结构（11）的在所述第一方向顺序排列的所述波峰（111）和所述波谷（112）以0至λ/2的距离在所述第一方向上偏移，或者使得在一个所述子透镜（1）上的在所述第二方向上顺序排列的所述波峰（111）和所述波谷（112）相对于在另一个所述子透镜（1）上的所述波浪状表面结构（11）的在所述第二方向顺序排列的所述波峰（111）和所述波谷（112）以0至λ/2的距离在所述第二方向上偏移。

3.根据权利要求2所述的透镜（100），其特征在于，在所述第二相对位置中，一个所述子透镜（1）的所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）与另一个所述子透镜（1）的所述波浪状表面结构（11）的所述波谷（112）相对布置。

4.根据权利要求2所述的透镜（100），其特征在于，在所述第一相对位置中，一个所述子透镜（1）的所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）与另一个所述子透镜（1）的所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）相对布置。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，每个所述子透镜（1）的一个所述表面上形成有所述波浪状表面结构（11）并且另一个所述表面设计成平坦的表面。

6.根据权利要求5所述的透镜（100），其特征在于，所述子透镜（1）彼此相对布置为使得具有所述波浪状表面结构的所述表面彼此相对布置，其中，所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）和所述波谷（112）在所述第一方向或所述第二方向上顺序排列。

7.根据权利要求5所述的透镜（100），其特征在于，所述子透镜（1）彼此相对布置为使得具有所述波浪状表面结构的所述表面彼此远离地布置，其中，所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）和所述波谷（112）在所述第一方向或所述第二方向上顺序排列。

8.根据权利要求2至4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述子透镜（1）的两个所述表面分别具有所述波浪状表面结构（11），其中，同一所述子透镜（1）的一个表面上的所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）和/或所述波谷（112）垂直于在另一个表面上的所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）和/或所述波谷（112）布置。

9.根据权利要求8所述的透镜（100），其特征在于，两个所述子透镜（1）布置为使得彼此面对的所述波浪状表面结构（11）的所述波峰（111）和/或所述波谷（112）垂直于彼此远离的所述波浪状表面结构的所述波峰（111）和/或所述波谷（112）布置。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述波峰（111）和所述波谷（112）设计成柱状面的一部分。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的透镜（100），其特征在于，所述子透镜（1）由玻璃或者塑料制成。

12.一种照明装置，包括光源和设置在所述光源的出光方向的下游的准直镜，其特征在于，所述照明装置（200）还包括根据权利要求1至11中任一项所述的透镜（100），其中，由所述准直镜出射的平行光线能够通过所述透镜（100）调整至预定的出射角。

13.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于，所述光源设计成LED光源。