CN213777604U - 光扩散透镜及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种光扩散透镜及照明装置,所述光扩散透镜包括包括主体,所述为旋转对称轴结构;所述主体的底面中间位置凹入形成入光面;所述主体的四周形成有环形出光面,所述环形出光面朝向远离所述主体的底部的一侧;除所述入光面和所述环形出光面之外,所述主体的表面均为全反射面;所述主体的顶面凹入形成第一全反射面;所述主体的侧壁形成环形的第二全反射面。进入所述光扩散透镜的光线经过第二全反射面和第一全反射面的多次全反射后由出光面出射,在出光面附近的光线的偏折角度已经基本足够大,所以最终在出光面出射时不需要在进行较大偏折,所以出光面上的入射角不会大于临界角,不存在全反射,这种新型的光扩散透镜的扩散角度会比双曲面透镜更大。

Description

光扩散透镜及照明装置
技术领域
本实用新型涉及照明技术领域,尤其地涉及一种光扩散透镜及包括所述光扩散透镜的照明装置。
背景技术
发光二极管(light emitting diode,LED)作为一种高效的发光源,具有环保、省电、寿命长等诸多特点已经被广泛的运用于各种领域,特别是背光照明领域。在背光照明领域,为了均匀光线,发光二极管光源通常会搭配扩散透镜使用,使发光二极管光源的光线能以较大角度出射,从而达到大面积照明的效果。
请参阅图1a,图1a为现有技术中提供的一种光扩散透镜100的结构示意图,光扩散透镜100包括一入光面121、出光面122以及连接入光面121和出光面122的环形透镜体123,透镜体123的一侧设有第一凹槽1231,其另一侧设有一凸起1232,入光面121为第一凹槽1231的底面,出光面122为凸起1232的表面,出光面122的中心区域具有第二凹槽124。扩散透镜120具有一贯穿其入光面121和出光面122的旋转对称轴,扩散透镜120的入光面121和出光面122均相对于该旋转对称轴旋转对称。
光源130发出的光线,经由入光面121射入到扩散透镜120的内部,其中大部分光线经由出光面122折射出扩散透镜120,少部分光线会在透镜体123内发生全反射,无法从出光面122射出,存在少部分光线从其他表面(例如图1a中所示的下表面)射出。如图所示,扩散角度也较小,并且,光源130发出的光线在扩散透镜120中的光程较短,颜色混合效果有限,所以经常会有黄蓝分离的现象。
请参阅图1b,图1b为现有技术中提供的另一种光扩散透镜200的结构示意图,其与光扩散透镜100的结构类似,具有入光面221、出光面222、透镜体223、第一凹槽2231和第二凹槽224。并且光扩散透镜200和光扩散透镜100也存在同样的技术问题。也就是说,在光扩散透镜200中,从入光面221进入的光线,无法全部从出光面222射出,会存在少部分光线从其他表面(例如图1b中所示的上表面)射出。
因此,确有必要来开发一种新型的光扩散透镜,以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种光扩散透镜及照明装置,其能够解决已知技术中扩散透镜的扩散角度较小,以及光线在扩散透镜中的光程较短导致的颜色混合效果有限,进而会出现黄蓝分离的现象的问题。
为实现上述目的,本实用新型提供一种光扩散透镜,所述光扩散透镜包括主体,所述为旋转对称轴结构;所述主体的底面中间位置凹入形成入光面;所述主体的四周形成有环形出光面,所述环形出光面朝向远离所述主体的底部的一侧;除所述入光面和所述环形出光面之外,所述主体的表面均为全反射面。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述主体的顶面凹入形成第一全反射面;所述主体的侧壁形成环形的第二全反射面,所述第二全反射面位于所述入光面和所述出光面之间,所述第二全反射面朝向远离所述主体的顶部的一侧;所述入光面、所述第二全反射面、所述出光面、所述第一全反射面依序围绕所述主体。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述入光面用来接收来自于外部的光线;所述第二全反射面用来反射来自于所述入光面的光线;所述第一全反射面用来反射来自于所述入光面的光线和来自于所述第二全反射面的光线;所述出光面用来将来自于所述入光面的光线、来自于所述第二全反射面的光线、以及来自于所述第一全反射面的光线射出。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述主体沿着其旋转对称轴的纵截面呈翼形。
进一步的,在其中一实施例中,其中光腔形成于所述主体的底面的中间位置,且位于所述主体的旋转对称轴上。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述入光面为锥面,所述第一全反射面为锥面。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述入光面为一曲面,在所述纵截面上,所述入光面自上而下逐渐远离旋转对称轴,所述入光面的斜率从靠近所述旋转对称轴到远离所述旋转对称轴逐渐减小。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述第二全反射面为一曲面,在所述纵截面上,所述第二全反射面自下而上逐渐远离所述旋转对称轴,所述第二全反射面的斜率从靠近所述旋转对称轴到远离所述旋转对称轴的方向逐渐增加。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述第一全反射面为一曲面,在所述纵截面上,所述第一全反射面自下而上逐渐远离所述旋转对称轴,其斜率从靠近所述旋转对称轴到远离所述旋转对称轴的方向逐渐减小。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述出光面形成环状,在所述纵截面上,所述出光面自上而下逐渐远离所述旋转对称轴。
进一步的,在其中一实施例中,其中从所述入光面进入的光线在所述第一全反射面的反射光线相互平行。
进一步的,在其中一实施例中,其中从所述入光面进入的光线在所述第二全反射面会发生全反射产生的反射光线,会接着在所述第一全反射面发生全反射。
进一步的,在其中一实施例中,其中从所述第二全反射面发生全反射产生的反射光线在所述第一全反射面的反射光线相互平行。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述透镜的折射率的范围为1~2。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述光扩散透镜表面具有微结构和/或所述光扩散透镜表面进行磨砂粗化处理。
为实现上述目的,本实用新型还提供一种照明装置,包括本发明涉及地所述光扩散透镜;光源板,设于所述入光面一侧,所述光扩散透镜的底面与所述光源板相接;光源,设于所述光源板上且位于所述光扩散透镜的光腔内,所述光源与所述入光面存在间隙。
进一步的,在其中一实施例中,其中所述光扩散透镜的底面采用粘胶的方式与所述光源板相接。
相对于已知技术,本实用新型的有益效果在于:本实用新型提供一种光扩散透镜及照明装置,进入透镜的光线经过在第二全反射面和第一全反射面的多次全反射后由出光面出射,在出光面附近的光线的偏折角度已经基本足够大,所以最终在出光面出射时不需要在进行较大偏折,所以出光面上的入射角不会大于临界角,不存在全反射,这种新型的光扩散透镜的扩散角度会比双曲面透镜更大。
进一步地,进入透镜的光线在透镜内部经过多次的全反射折射,光程够长,在透镜内部可以更好地混光混色,出射光的颜色一致性会有较大改善。
附图说明
下面结合附图,通过对本实用新型的具体实施方式详细描述,将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1a为现有技术提供的一种光扩散透镜的结构示意图;
图1b为现有技术提供的另一种光扩散透镜的结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的光扩散透镜的结构示意图;
图3为本实用新型实施例提供的光扩散透镜中光线在第一全反射面的光路示意图;
图4为本实用新型实施例提供的光扩散透镜的第一全反射面宽度的定义示意图;
图5为本实用新型实施例1提供的光扩散透镜的光路示意图;
图6为本实用新型实施例提供的照明装置的结构示意图。
背景技术中的附图标记说明:
光扩散透镜-100; 入光面-121;
出光面-122; 透镜体-123;
第一凹槽-1231; 凸起-1232;
第二凹槽-124;
光扩散透镜-200; 入光面-221;
出光面-222; 透镜体-223;
第一凹槽-2231; 第二凹槽-224。
具体实施方式中的附图标记说明:
光扩散透镜-300; 主体-310;
旋转对称轴-101; 入光面-301;
底面-302; 第二全反射面-303;
出光面-304; 第一全反射面-305;
光腔-306;
光源板-400; 光源-500;
照明装置-10。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供一种光扩散透镜300,请参阅图2,所述光扩散透镜300包括主体310、入光面301、连接面302、第二全反射面303、出光面304、第一全反射面305和光腔306。
所述主体310具有旋转对称结构。更具体地讲,所述主体310的旋转对称结构具有一旋转对称轴101,所述主体沿着其旋转对称轴101的纵截面呈翼形。需要说明的是,所述旋转对称轴101在图2中用虚线画出,其作用仅仅是描述用的基准线。所述纵截面就是指所述主体310沿着旋转对称轴线纵向剖开后的截面,如图2所示的平面图就是用来表现所述所述主体310的纵截面结构,因此图中不再对所述纵截面进行标记或指引。
所述主体310的底面的中间位置凹入形成光腔306,且所述光腔306位于所述主体310的旋转对称轴101上,用于放置光源。
所述入光面301位于所述光腔306的内侧壁。更进一步地讲,在本实施例中,所述光腔306的内侧壁成为所述入光面301。所述入光面301为一曲面且整体表现为锥面,在所述纵截面上,所述入光面301自上而下逐渐远离旋转对称轴101,所述入光面301的斜率从靠近所述旋转对称轴101到远离所述旋转对称轴101逐渐减小。以连接面302所处平面为参考面,所述入光面301相对于所述参考面为凹面。所述入光面301用来接收来自于外部光源的光线。
所述主体310的四周形成有环形出光面304,所述环形出光面304朝向远离所述主体310的底部的一侧。在本实施例中,所述出光面304形成环状,所述出光面304连接所述第二全反射面303和所述第一全反射面305,在所述纵截面上,所述出光面304自上而下逐渐远离所述旋转对称轴101。所述出光面304用来将来自于所述入光面301的光线、来自于所述第二全反射面303的光线、以及来自于所述第一全反射面305的光线射出。
所述主体310的顶面凹入形成所述第一全反射面305。在本实施例中,所述主体310的上方侧壁成为所述第一全反射面305。所述第一全反射面305为一曲面且整体表现为锥面,在所述纵截面上,所述第一全反射面305自下而上逐渐远离所述旋转对称轴101,其斜率从靠近所述旋转对称轴101到远离所述旋转对称轴101的方向逐渐减小。以连接面302所处平面为参考面,所述第一全反射面305相对于所述参考面为凸面。所述第一全反射面305用来反射来自于所述入光面301的光线和来自于所述第二全反射面303的光线。
所述主体310的侧壁形成环形的所述第二全反射面303,位于所述入光面301和所述出光面304之间,所述第二全反射面303朝向远离所述主体310的顶部的一侧。在本实施例中,所述主体310的下方侧壁成为所述第二全反射面303。所述第二全反射面303为一曲面,在所述纵截面上,所述第二全反射面303自下而上逐渐远离所述旋转对称轴101,所述第二全反射面303的斜率从靠近所述旋转对称轴101到远离所述旋转对称轴101的方向逐渐增加。以连接面302所处平面为参考面,所述第二全反射面303相对于所述参考面为凹面。所述第二全反射面303用来反射来自于所述入光面301的光线。
所述入光面301、所述连接面302、所述第二全反射面303、所述连接面307、所述出光面304、所述第一全反射面305依序围绕所述主体。更具体地讲,在本实施例中,所述入光面301、所述连接面302、所述第二全反射面303、所述出光面304、以及所述第一全反射面305环绕在一起围绕所述主体。在所述纵截面上,在所述旋转对称轴101一侧的所述入光面301的一端与连接面302连接,另一端与在所述旋转对称轴101另一侧的所述入光面301连接;所述连接面302的一端与所述第二全反射面303连接,另一端与所述入光面301连接;所述第二全反射面303的一端与所述出光面304连接,另一端与所述连接面302连接;所述出光面304的一端与所述第二全反射面303连接,另一端与所述第一全反射面305连接;所述第一全反射面305一端与所述出光面304连接,另一端与在所述旋转对称轴101另一侧的所述第一全反射面305连接。
请参阅图3,图3为光线在第一全反射面305上发生全反射时的光路示意图。所述第一全反射面305为曲面,从所述入光面301进入的光线在所述第一全反射面305上发生全反射,其中θ1为光线在所述入光面301上的入射角,α为所述入光面301法线与所述第一全反射面305法限的夹角。
为实现光线在所述第一全反射面305发生全反射,θ1与α需要满足以下条件:α>arcsin(1/n)+arcsin(1/n·sinθ1),其中其中,n为透镜材料的折射率。在本实施例中,透镜材料采用聚碳酸酯,此时折射率n为1.586。
请参阅图4,图4为第一全反射面305宽度的定义示意图。实现光线在所述第一全反射面305上发生全发射,所述第一全反射面305的宽度W需要满足以下条件:W>h3·tanθ2+W1,其中其中,h3为入光面301与第一全反射面305的高度差,θ2为从入光面301进入的光线的折射角,W1是入光面301的平面结构上一点到旋转对称轴101的距离。
本实施例中所述第一全反射面305的曲面曲率满足从入光面301进入的光线在所述第一全反射面305发生全反射后的反射光线相互平行,使透镜拥有更大的发光角度。
请参阅图5,图5为光线在所述光扩散透镜300中的光路示意图,尤其表现出光线在第二全反射面303上发生全反射的光路示意图。所述第二全反射面303为曲面,从所述入光面301进入的光线一部分在所述第二全反射面303会发生全反射产生的反射光线,接着在所述第一全反射面305发生全反射。其中a为光线在所述入光面301上的入射角,c为光线在所述第二全反射面303的折射角,d为光线在所述第一全反射面305上的入射角。
为实现光线在所述第二全反射面303和所述第一全反射面305都发生全反射,c与d需要满足以下条件:c>arcsin(1/n)以及d>arcsin(1/n),其中其中,n为透镜材料的折射率。在本实施例中,透镜材料采用聚碳酸酯,此时折射率n为1.586。
本实施例中所述第二全反射面301的曲面曲率满足从所述第二全反射面303发生全反射产生的反射光线在所述第一全反射面305的反射光线相互平行。
根据麦克斯韦方程组,在边界上的连续性条件推导出来的光在两种介质界面上的折射和反射公式。折射和反射强度跟偏振有关,电矢量垂直于界面的为s光,平行于界面的为p光。θi为入射角,n1为入光介质的折射率,n2为折射介质的折射率,可以发现反射光强与入射角有关,且菲涅尔反射式材料本身特有的一种特性。在本实施例中,n1等于1,n2为1.586。
Figure BDA0002876749280000081
Figure BDA0002876749280000082
理论上,在所述第二全反射面301和所述第一全反射面305上所有的光线都100%全反射时透镜正上方会是暗区,但由于材料本身存在菲涅尔反射,以及全反射面实际不会100%全反射,会有一小部分杂散光没有发生全反射而从全反射面投射出去,所述光扩散透镜300正上方会有一定的光线能量分布,正好可以满足透镜正上方附近的亮度需要。
为了提高透镜的混光效果,光扩散透镜300表面可以具有微结构和/或透镜表面进行磨砂粗化处理。光扩散透镜300的出光面304可以具有微结构和/或进行磨砂等粗化处理,微结构形状可以是金字塔,半球以及半椭球等三维微结构。
请参阅图6,本实施例提供一种照明装置10,照明装置10包括所述的光扩散透镜300、光源板400和光源500。
所述光源板400设于所述入光面301一侧。在本实施例中,所述连接面302可以与所述光源板400相接,例如可以采用粘胶的方式与所述光源板400相接,当然也可以采用其他的连接方式。
所述光源500设于所述光源板400上且位于所述光扩散透镜的光腔306内,所述光源500与所述入光面301存在间隙。
请同时参阅图5、图6所示,所述光源500发出的光线能够自所述入光面301进入所述光扩散透镜300中,所述第二全反射面303用来反射自所述入光面301进入的光线;所述第一全反射面305用来反射自所述入光面进入的光线和被所述第二全反射面303反射的光线;所述出光面304用来射出光线,例如可以将来自于所述入光面301的光线、来自于所述第二全反射面303的光线、以及来自于所述第一全反射面305的光线射出。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本实用新型实施例所提供的一种光扩散透镜及照明装置进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想;本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例的技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种光扩散透镜,其特征在于,包括主体,所述主体为旋转对称轴结构;所述主体的底面中间位置凹入形成入光面;所述主体的四周形成有环形出光面,所述环形出光面朝向远离所述主体的底部的一侧;所述主体在环形出光面内侧的顶面凹入形成第一全反射面;所述主体的侧壁形成环形的第二全反射面,所述第二全反射面位于所述入光面和所述出光面之间,所述第二全反射面朝向远离所述主体的顶部的一侧;所述入光面、所述第二全反射面、所述出光面、所述第一全反射面依序围绕所述主体。
2.根据权利要求1所述的光扩散透镜,其特征在于,所述入光面用来接收来自于外部的光线;所述第二全反射面用来反射来自于所述入光面的光线;所述第一全反射面用来反射来自于所述入光面的光线和来自于所述第二全反射面的光线;所述出光面用来将来自于所述入光面的光线、来自于所述第二全反射面的光线、以及来自于所述第一全反射面的光线射出。
3.根据权利要求1所述的光扩散透镜,其特征在于,所述主体沿着其旋转对称轴的纵截面呈翼形。
4.根据权利要求1所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述入光面为锥面,所述第一全反射面为锥面。
5.根据权利要求3所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述入光面为一曲面,在所述纵截面上,所述入光面自上而下逐渐远离旋转对称轴,所述入光面的斜率从靠近所述旋转对称轴到远离所述旋转对称轴逐渐减小。
6.根据权利要求3所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述第二全反射面为一曲面,在所述纵截面上,所述第二全反射面自下而上逐渐远离所述旋转对称轴,所述第二全反射面的斜率从靠近所述旋转对称轴到远离所述旋转对称轴的方向逐渐增加。
7.根据权利要求3所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述第一全反射面为一曲面,在所述纵截面上,所述第一全反射面自下而上逐渐远离所述旋转对称轴,其斜率从靠近所述旋转对称轴到远离所述旋转对称轴的方向逐渐减小。
8.根据权利要求3所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述出光面形成环状,在所述纵截面上,所述出光面自上而下逐渐远离所述旋转对称轴。
9.根据权利要求2所述的光扩散透镜,其特征在于,
从所述入光面进入的光线在所述第一全反射面的反射光线相互平行。
10.根据权利要求1所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述光扩散透镜的折射率的范围为1~2。
11.根据权利要求1所述的光扩散透镜,其特征在于,
所述光扩散透镜表面具有微结构和/或所述光扩散透镜表面进行磨砂粗化处理。
12.一种照明装置,其特征在于,包括
如权利要求1-11任一项所述的光扩散透镜;
光源板,设于所述入光面一侧,所述光扩散透镜的底面与所述光源板相接;
光源,设于所述光源板上且位于所述光扩散透镜的光腔内,所述光源与所述入光面存在间隙。
13.根据权利要求12所述的照明装置,其特征在于,
所述光扩散透镜的底面采用粘胶的方式与所述光源板相接。
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