CN104566203A - 透镜及使用该透镜的光源模组 - Google Patents

透镜及使用该透镜的光源模组 Download PDF

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胡朝景
吴昆展
周昀佑
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    • F21V5/00—Refractors for light sources
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S2/005—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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Abstract

一种光源模组，包括一光源及正对该光源设置的透镜，该透镜包括与光源正对设置的入光面、与该入光面相对设置的出光面及连接该入光面与出光面的连接面，所述连接面为围绕该入光面设置的环状平面，所述出光面与连接面的外周缘相对接，所述出光面包括位于所述入光面上方的顶壁面及自所述连接面的外周缘向上延伸形成的、并与该顶壁面的外周缘相对接的侧壁面，所述顶壁面包括位于该入光面正上方的中央面及围绕该中央面设置的第一曲面及围绕该第一曲面设置并与该第一曲面平滑对接的第二曲面。与现有技术相比，本发明的光源模组实现了降低正向光强、增强侧向光强并扩大出光角度的光学效果。

Description

透镜及使用该透镜的光源模组
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种透镜及使用该透镜的光源模组。
背景技术
目前，在背光照明当中，为了均匀光线，通常会搭配扩散透镜使用，使光源发出的光线能以较大角度出射，从而达到大面积照明的效果。
然而，在实际使用中，光源发出的光线经过透镜的扩散之后，由于光线在光源的光轴附近比较集中，有时并不能完全消除中央亮点以及边缘黄晕的现象，不利于背光照明。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够对光源发出光线的作出指向性改善的透镜及使用该透镜的光源模组。
一种透镜，用以对一光源发出的光线进行调整，该透镜包括与光源正对设置的入光面、与该入光面相对设置的出光面及连接该入光面与出光面的连接面，所述连接面为围绕该入光面设置的环状平面，所述出光面与连接面的外周缘相对接，所述出光面包括位于所述入光面上方的顶壁面及自所述连接面的外周缘向上延伸形成的、并与该顶壁面的外周缘相对接的侧壁面，所述顶壁面包括位于该入光面正上方的中央面及围绕该中央面设置的第一曲面及围绕该第一曲面设置并与该第一曲面平滑对接的第二曲面。
一种光源模组，包括一光源及正对该光源设置的透镜，该透镜包括与光源正对设置的入光面、与该入光面相对设置的出光面及连接该入光面与出光面的连接面，所述连接面为围绕该入光面设置的环状平面，所述出光面与连接面的外周缘相对接，所述出光面包括位于所述入光面上方的顶壁面及自所述连接面的外周缘向上延伸形成的、并与该顶壁面的外周缘相对接的侧壁面，所述顶壁面包括位于该入光面正上方的中央面及围绕该中央面设置的第一曲面及围绕该第一曲面设置并与该第一曲面平滑对接的第二曲面。
使用中，当所述光源发出的光线经透镜的入光面进入透镜后，经由所述透镜的出光面射出透镜。自光源相对于其光轴以较小角度出射的光线分别经过透镜的中央面、第一曲面、第二曲面及侧壁面折射后以相对于其光轴较大角度出射，使得光线朝向透镜的周侧方向发散。与现有技术相比，本发明的光源模组实现了降低正向光强、增强侧向光强并扩大出光角度的光学效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的光源模组的立体示意图。
图2为图1中所示的光源模组的透镜的倒置示意图。
图3为图1中所示的光源模组沿III-III线的剖视示意图。
图4为图1中所示的光源模组在不同条件下沿其正向出光方向所测得的辉度值变化示意图。
主要元件符号说明
光源模组 100
光源 10
基座 12
发光二极管芯片 14
透镜 20
入光面 21
出光面 22
顶壁面 221
第一曲面 2210
第二曲面 2212
侧壁面 222
连接面 23
容置空间 24
支脚 25
散射粒子 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1至图3，本发明一实施例提供的光源模组100包括一光源10、正对该光源10设置的一透镜20及形成在该透镜20内的若干散射粒子30。所述透镜20包括与光源10正对设置的一入光面21、与该入光面21相对设置的一出光面22及连接该入光面21与出光面22的一连接面23。所述光源10具有一光轴I。该光源10发出的光线相对于该光轴I大致分布于180度内的空间角内，其中大部分光线相对于该光轴I集中分布于120度内的空间角内。
在本实施例中，所述光源10为发光二极管，包括基座12及固定于基座12上的发光二极管芯片14。所述基座12由环氧树脂、硅胶或陶瓷等绝缘材料制成。所述发光二极管芯片14由氮化镓、氮化铟镓、氮化铝铟镓等半导体材料制成，其可受电流激发产生可见光。
上述透镜20由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料一体制成，也可以分层制成。所述透镜20内可以进一步均匀掺杂有荧光粉，荧光粉可由钇铝石榴石、硅酸盐等荧光材料制成。
所述透镜20位于所述光源10的正上方并与该光源10间隔设置。所述入光面21由该透镜20的底面中部向该透镜20内部凹陷而形成。所述连接面23为该透镜20的底面中围绕该入光面21设置的环状平面。所述出光面22包括位于所述入光面21上方的顶壁面221及自所述连接面23的外周缘向上延伸形成的、并与该顶壁面221的外周缘相对接的一侧壁面222。在本实施例中，所述侧壁面222为柱面，可以理解地，所述侧壁面222也可以为锥面或旋转曲面。在使用中，所述透镜20的连接面23与用以承载所述透镜20的安装平面（图未示）相贴合。所述出光面22的侧壁面222的底部周缘与连接面23的外周缘相对接。在本实施例中，该透镜20的入光面21为一自由曲面，可以理解地，该透镜20的入光面21也可以是椭球面、球面或者抛物面。该透镜20的入光面21围设出一容置空间24用以***述光源10。该出光面22的顶壁面221包括一第一曲面2210及围绕该第一曲面2210设置并与该第一曲面2210平滑连接的一第二曲面2212。所述第一曲面2210由该透镜20的顶面中部向该透镜20内部凹陷而形成。在本实施例中，该出光面22的顶壁面221的第一曲面2210为一自由曲面，可以理解地，该第一曲面2210也可以是椭球面、球面或者抛物面。所述出光面22的顶壁面221的第二曲面2212朝向远离入光面21的方向弯曲。在本实施例中，该第二曲面2212为一自由曲面，可以理解地，该第二曲面2212也可以是椭球面、球面或者抛物面。
在本实施例中，所述透镜20为中心轴对称结构，其具有一中心轴X。该透镜20的入光面21关于该透镜20的中心轴X呈中心轴对称。该透镜20的出光面22关于该透镜20的中心轴X呈中心轴对称。该出光面22的第一曲面2210关于该透镜20的中心轴X呈中心轴对称。该出光面22的第二曲面2212关于该透镜20的中心轴X呈中心轴对称。该透镜20的连接面23垂直于该透镜20的中心轴X。该透镜20的连接面23垂直于侧壁面222。所述光源10的光轴I与该透镜20的中心轴X相重合设置。
所述透镜20进一步包括由连接面23向下凸伸而出的若干支脚25。这些支脚25均匀、间隔设置，用以支撑并固定所述透镜20。在本实施例中，所述支脚25呈圆台状。
上述散射粒子30不规则地分布在所述透镜20的内部。在本实施例中，所述散射粒子30任意分布在透镜20的整个内部，可以理解地，根据实际出光需要，所述散射粒子30可以在透镜20的制程中选择性地集中分布在所述透镜20内部的部分位置，如靠近所述透镜20的入光面21的区域。所述散射粒子30由钛化合物（如TiO2）、硅化合物（如SiO3或SiO2）等材料制成。每一散射粒子30为球状微粒。所述散射粒子30在透镜20内掺杂的成分比例较佳为所述散射粒子对应占2%。
请同时参阅图1至图3，使用中，当所述光源10发出的光线经透镜20的入光面21进入透镜20后，由于透镜20在中部区域较中部区域外的周围区域在厚度上较薄，使得所述散射粒子30分布也较少，自光源10发出的光线在透镜20中部区域的出光较少受到影响，即大部分仍朝向相对于其光轴I以较小角度出射，而自光源10在透镜20中部区域外的周围区域的出光受到所述散射粒子30的反射，其中部分光线会转向相对于其光轴I以较小角度出射，最后所有光线再经过透镜20的第一曲面2210、第二曲面2212及侧壁面222折射后由出光面22出射。
与现有技术相比，本发明的光源模组100使得光源10发出的光线经过透镜20后相对集中分布在光源10的光轴I附近，即相对集中分布在所述光源10的正向发光方向的中部，同时也提高光源模组100正向照明的平均辉度。具体请参阅图4，所示为本发明的光源模组100的在正向出光方向上的辉度值在不同条件下的变化示意图，图示纵坐标为测量所得辉度数值，横坐标为由透镜20正对方向上沿其周围区域至中部区域再至周围区域沿直线所取的21个测量区域。其中，5条辉度值曲线分别取的条件是透镜20内不添加散射粒子30、透镜20内添加成分比例为0.5%的散射粒子30、透镜20内添加成分比例为1%的散射粒子30、透镜20内添加成分比例为1.5%的散射粒子30以及透镜20内添加成分比例为2%的散射粒子30，透镜20内不添加散射粒子30的条件下对应的辉度值曲线的中部对应辉度值相对最小，然后随着散射粒子30在透镜20成分比例的增加，辉度值曲线的中部对应的辉度值（亦为最大辉度值）越来越大，同时，整个辉度值曲线对应的平均辉度值也越来越大。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜，包括与光源正对设置的入光面、与该入光面相对设置的出光面及连接该入光面与出光面的连接面，所述连接面为围绕该入光面设置的环状平面，所述出光面与连接面的外周缘相对接，所述出光面包括位于所述入光面上方的顶壁面及自所述连接面的外周缘向上延伸形成的、并与该顶壁面的外周缘相对接的侧壁面，其特征在于：所述顶壁面包括位于入光面正上方的第一曲面及围绕该第一曲面设置并与该第一曲面平滑连接的第二曲面，所述透镜进一步包括形成在该透镜内的若干散射粒子，这些散射粒子用以反射照射至其上的光线。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述散射粒子由钛化合物或轨化合物材料所制成。
3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：每一散射粒子为球状微粒。
4.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述散射粒子在透镜内掺杂的成分比例为2%。
5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第一曲面朝向靠近入光面的方向弯曲，所述第一曲面为自由曲面、椭球面、球面、抛物面中的任一种。
6.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第二曲面为环状曲面，其朝向远离入光面的方向弯曲，所述第二曲面为自由曲面、椭球面、球面、抛物面中的任一种。
7.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述入光面由该透镜的底面中部向该透镜内部凹陷而形成，所述入光面为自由曲面、椭球面、球面、抛物面中的任一种。
8.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述透镜为中心轴对称结构，其具有一中心轴。
9.如权利要求8所述的透镜，其特征在于：所述入光面关于该透镜的中心轴呈中心轴对称，该透镜的出光面关于该透镜的中心轴呈中心轴对称，该透镜的连接面垂直于该透镜的中心轴。
10.一种光源模组，包括一光源及正对该光源设置的透镜，其特征在于：该透镜为如权利要求1-9中任一项所述的透镜。
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