CN104214670A - 灯具及其透镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜包括第一入光面、第二入光面和出光面，第一入光面和第二入光面为内凹曲面，出光面为外凸曲面，当光源置于透镜时，光源发出的光的第一光束通过第一入光面折射至出光面，再通过出光面折射出，以形成第一光束，光源发出的光的第二光束通过第二入光面折射至出光面，再通过出光面折射出，以形成第二光束，其中，第一光束与光源的中心轴之间的夹角在正负70度的范围内，第二光束与光源的中心轴之间的夹角在正负35度的范围内。本发明还提供了一种灯具。本发明提供的灯具和透镜，利用所述第一入光面、第二入光面及出光面能将光源发出的光折射后照射在用户所需的范围内，进而避免了光能的浪费。

Description

灯具及其透镜

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及一种灯具及其透镜。

背景技术

目前随着发光二极管芯片和封装工艺的成熟，发光二极管亮度要求足以满足各个照明领域的需求。因此，发光二极管在各个领域被广泛应用。在具体应用领域中，为符合该领域的行业或国家标准，需要对发光二极管应用进行二次光学设计。而在进行发光二极管应用的二次光学设计中，由于发光二极管的发光角度的原因，发光二极管的大部分光线不经反射体而直接照射出去，而未能照射到用户所需的范围，从而造成了光能损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够形成照度和颜色均匀的矩形光斑的灯具及其透镜。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜，应用于灯具内，以罩覆所述灯具的光源并对所述光源发出的光进行配光，以形成矩形光斑。所述透镜包括第一入光面、第二入光面和出光面，所述第一入光面和所述第二入光面为内凹曲面，所述出光面为外凸曲面，当所述光源置于所述透镜时，所述光源发出的光的第一光束通过所述第一入光面折射至所述出光面，再通过所述出光面折射出，从而形成第一光束，所述光源发出的光的第二光束通过所述第二入光面折射至所述出光面，再通过所述出光面折射出，从而形成第二光束，其中，所述第一光束与所述光源的中心轴之间的夹角在正负70度的范围内，所述第二光束与所述光源的中心轴之间的夹角在正负35度的范围内。

其中，所述透镜还设有收容空间，用于收容所述光源，所述第一入光面和所述第二入光面为所述收容空间的内表面。

其中，所述透镜还包括底壁，所述收容空间从所述底壁向所述出光面延伸。

其中，所述底壁的底面和外侧面为咬花面。

其中，所述第一入光面、所述第二入光面及所述出光面为椭球形的自由曲面。

其中，形成所述自由曲面的曲线为样条曲线。

其中，所述透镜为折射型透镜，所述透镜的材质为高透光率的塑胶材质。

其中，所述透镜是轴对称结构，并为椭球状。

本发明还提供一种灯具，包括光源及上述透镜，所述透镜用于罩覆所述光源并对所述光源发出的光束进行配光。

其中，所述光源为朗伯型发光二极管。

本发明提供的灯具和透镜，利用所述第一入光面和出光面将光源发出的光束经过折射后形成的第一光束与光源的中心轴之间的夹角在正负70度的范围内，及所述第二入光面和出光面将光源发出的光束经过折射后形成的第二光束与光源的中心轴之间的夹角在正负35度的范围内，从而光源发出的光束可照射在用户所需的范围内，进而避免了光能的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施方式提供的透镜的立体示意图；

图2是图1所示的透镜的平面示意图；

图3是图2中沿直线III-III的剖视示意图；

图4是图2中沿直线IV-IV的剖视示意图；

图5是图1所示的透镜的入射光线、出射光线及法线三者之间关系的示意图；

图6是灯具的第一光束的光路图；

图7是灯具的第二光束的光路图；

图8是灯具的照射效果图；及

图9是灯具的配光曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1和图5，本发明较佳实施方式提供一种灯具100。所述灯具100包括光源10及透镜20。所述透镜20用于罩覆所述光源10并对所述光源10发出的光束进行配光。

在本实施方式中，光源10为朗伯型发光二极管，透镜20为折射型透镜。

请同时参阅图2至图4，所述透镜20包括第一入光面22、第二入光面24和出光面28，出光面28为外凸曲面，第一入光面22和第二入光面24为内凹曲面。光源10发出的光从经过第一入光面22和第二入光面24进入透镜20内部，并经出光面28射出。

在本实施方式中，所述透镜20是轴对称结构，并大致为椭球状，从而出光面28均为椭球面。所述透镜20的材质为高透光率的塑胶材质，如亚克力材质。

如图5所示，本发明的透镜20根据公式：

$N_x=\frac{A_x-B_x}{\sqrt{2}\sqrt{\left|A\right|-A\·A^{\′}}}$

$N_y=\frac{A_y-B_y}{\sqrt{2}\sqrt{\left|A\right|-A\·A^{\′}}}$

$N_z=\frac{A_z-B_z}{\sqrt{2}\sqrt{\left|A\right|-A\·A^{\′}}}$

N=N_xi+N_yj+N_zk;

A=A_xi+A_yj+A_zk;A’=B_xi+B_yj+B_zk;

其中，N为法线矢量，A为入射光线矢量，A’为出射光线矢量，X为X方向的坐标，Y为Y方向的坐标，Z为Z方向的坐标，计算得出。计算时，将透镜20曲面和目标光斑在横向和纵向分成等量的网格，根据入射光线和出射光线斯涅耳（snell）定律，将网格的节点一一对应，整个曲面控制网格节点坐标由迭代计算求出。

如图1、图3和图4所示，作为本发明的进一步改进，所述透镜20还设有收容空间21和底壁23，收容空间21从底壁23的中间向出光面28延伸但未贯穿出光面28。

在本实施方式中，第一入光面22和第二入光面24均为收容空间21的内表面，光源10收容于收容空间21。

底壁23的底面和外侧面为咬花面，以防止光源10发出的光线从底壁23的底面和外侧面射出，以增强光源的利用率。

在本实施方式中，收容空间21大致为椭球状，从而第一入光面22和第二入光面24为椭球面。

在本实施方式中，为了描述方面，把透镜20的入光面定义为第一入光面22和第二入光面24，实际上第一入光面22和第二入光面24为同一曲面在不同方向的形状。如图3所示，为透镜20在Y方向的剖视图，第二入光面24为入光面在Y方向的形状。其中，Y方向为矩形光斑的宽边。如图4所示，为透镜20在X方向的剖视图，第一入光面22为入光面X方向的形状。其中，X方向为矩形光斑的长边。

请同时参考图6和图7，当所述光源10置于所述透镜20的收容空间21中时，所述光源10发出的光的第一光束通过所述第一入光面22折射至所述出光面28，再通过所述出光面28折射出，从而形成第一光束；所述光源10发出的光的第二光束通过所述第二入光面24折射至所述出光面28，再通过所述出光面28折射出，从而形成第二光束，其中，所述第一光束与所述光源10的中心轴之间的夹角在正负70度的范围内，所述第二光束与所述光源10的中心轴之间的夹角在正负35度的范围内。

因光源10发出的光通过第一入光面22折射至所述出光面28，再通过所述出光面28折射后，形成的第一光束与所述光源10的中心轴之间的夹角在正负70度的范围内，同时，光源10发出的光的通过所述第二入光面24折射至所述出光面28，再通过所述出光面28折射后，形成的第二光束与所述光源10的中心轴之间的夹角在正负35度的范围内，从而光源10发出的光经过透镜20配光后形成矩形光斑，而且光源10发出的光经过透镜20配光后可照射在用户所需的范围内，进而避免了光能的浪费。

作为本发明的进一步改进，第一入光面22、第二入光面24及出光面28均为自由曲面，且形成自由曲面的曲线为样条曲线。换而言之，透镜20的入光面和出光面28均为自由曲面，且形成自由曲面的曲线为样条曲线。

因透镜20的入光面和出光面28均为自由曲面，且形成自由曲面的曲线为样条曲线，即所述入光面和出光面28是由无数的样条曲线形成的，从而光源10发出的光经过透镜20的配光后所形成的光斑，是由多个经过多个样条曲线将光源10发出的光投射到被照面上的同一个区域形成的微型光点重叠而成，进一步增加了光斑的照度和颜色的均匀性。

请继续参考图8，将一个朗伯型发光二极管安装于所述透镜20的收容空间21中。通过模拟仿真可知，通过所述透镜20对所述朗伯型发光二极管发出的光进行配光后，在2米远测试位置形成一个矩形光斑。

请继续参考图9，将一个朗伯型发光二极管安装于所述透镜20的收容空间21中。通过模拟仿真可知，通过所述透镜20对所述朗伯型发光二极管发出的光进行配光后，光强不重叠，从而在被照面形成的光斑不是圆形而是矩形光斑。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜，应用于灯具内，以罩覆所述灯具的光源并对所述光源发出的光进行配光，以形成矩形光斑，其特征在于：所述透镜包括第一入光面、第二入光面和出光面，所述第一入光面和所述第二入光面为内凹曲面，所述出光面为外凸曲面，当所述光源置于所述透镜时，所述光源发出的光的第一光束通过所述第一入光面折射至所述出光面，再通过所述出光面折射出，从而形成第一光束，所述光源发出的光的第二光束通过所述第二入光面折射至所述出光面，再通过所述出光面折射出，从而形成第二光束，其中，所述第一光束与所述光源的中心轴之间的夹角在正负70度的范围内，所述第二光束与所述光源的中心轴之间的夹角在正负35度的范围内。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜还设有收容空间，用于收容所述光源，所述第一入光面和所述第二入光面为所述收容空间的内表面。

3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括底壁，所述收容空间从所述底壁向所述出光面延伸。

4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述底壁的底面和外侧面为咬花面。

5.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第一入光面、所述第二入光面及所述出光面为椭球形的自由曲面。

6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，形成所述自由曲面的曲线为样条曲线。

7.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜为折射型透镜，所述透镜的材质为高透光率的塑胶材质。

8.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述透镜是轴对称结构，并为椭球状。

9.一种灯具，包括光源及如权利要求1-8任一项所述的透镜，所述透镜用于罩覆所述光源并对所述光源发出的光束进行配光，以形成矩形光斑。

10.根据权利要求9所述的灯具，其特征在于，所述光源为朗伯型发光二极管。