一種用于光源的透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于光源的透鏡,透鏡包括出射面和與出射面相對設(shè)置的入射面,其中,透鏡包括第一光學(xué)結(jié)構(gòu)和第二光學(xué)結(jié)構(gòu),第一光學(xué)結(jié)構(gòu)限定出從出射面向入射面延伸的通孔,并且從透鏡的截面上看,第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括圍繞通孔設(shè)置的齒狀的具有第一厚度和第一寬度的第一齒狀結(jié)構(gòu)和圍繞第一齒狀結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)具有第二厚度和第二寬度的第二齒狀結(jié)構(gòu)。
【專利說明】—種用于光源的透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于光源的透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]為了調(diào)節(jié)來自例如LED光源的光線的光通量,需要使用復(fù)雜的光學(xué)透鏡,以便盡可能多的收集來自光源的光線,并且將這些光線引導(dǎo)至出射口,最終形成用于對需要照明區(qū)域進(jìn)行照明的光分布。一般情況下,來自光源的光線可被分成兩個(gè)部分,一部分光線在出射后具有較小的出射角,所以在出射光的光分布中靠近該光分布的峰值區(qū),另一部分光線在出射后具有較大的出射角,所以在出射光的光分布中會遠(yuǎn)離該光分布的峰值區(qū)。
[0003]對于定向照明裝置而言,通常使用了反射器或者是全內(nèi)反射透鏡。對于反射器,來自光源的第一部分光線會直接發(fā)射至遠(yuǎn)光場的區(qū)域,來自光源的第二部分光線會經(jīng)反射器反射后發(fā)射至遠(yuǎn)光場的區(qū)域。對于全內(nèi)反射透鏡,光源的第一部分光線會經(jīng)過折射后發(fā)射至遠(yuǎn)光場的區(qū)域,光源的第二部分光線會被折射后發(fā)射至全內(nèi)反射表面上,從而被反射朝向遠(yuǎn)光場區(qū)域。但是根據(jù)這些方案的光學(xué)透鏡裝置,會因?yàn)闉榱藵M足其光學(xué)特性,而往往需要設(shè)計(jì)具有體積較大的透鏡裝置,這勢必會限制透鏡裝置的應(yīng)用范圍和提高制造成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提出一種新型的用于光源的透鏡,這樣的透鏡可以較大的節(jié)省透鏡的空間體積,并能合適的實(shí)現(xiàn)收集來自光源的光線,根據(jù)其具有類似齒狀的設(shè)計(jì)和孔狀的設(shè)計(jì),避免了光吸收和改善了光效率,從而進(jìn)一步改善了對遠(yuǎn)光場的區(qū)域的照明效果。
[0005]本發(fā)明的目的通過這樣一種用于光源的透鏡來實(shí)現(xiàn),即所述透鏡包括出射面和與出射面相對設(shè)置的入射面,其中,透鏡包括第一光學(xué)結(jié)構(gòu)和第二光學(xué)結(jié)構(gòu),第一光學(xué)結(jié)構(gòu)限定出從出射面向入射面延伸的通孔,并且從透鏡的截面上看,第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括圍繞通孔設(shè)置的齒狀的具有第一厚度和第一寬度的第一齒狀結(jié)構(gòu)和圍繞第一齒狀結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)具有第二厚度和第二寬度的第二齒狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì),來自光源的光線分別經(jīng)過第一和第二光學(xué)結(jié)構(gòu)出射,實(shí)現(xiàn)了通過多個(gè)結(jié)構(gòu)對光源的光線的收集和發(fā)射,并使得部分光線直接經(jīng)過通孔出射同時(shí)減少光被吸收的可能性,同時(shí),通孔和齒狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯著節(jié)省了透鏡的空間體積。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案,第一光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為使得通過所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的來自光源的第一光線直接出射至遠(yuǎn)場區(qū)。這樣,光源的第一部分光線直接出射,并會在出射后在遠(yuǎn)光場形成集中的高效率的照明效果。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案,第二光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為使得通過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)的來自光源的光線的至少一部分經(jīng)所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)折射并反射后出射至遠(yuǎn)場區(qū)。這樣,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)郁金香型(tulip)透鏡的效果并且減少厚度和體積占用,而且光源的另一部分光線會在出射后在遠(yuǎn)光場形成集中的高效率的照明效果。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案,通孔設(shè)計(jì)為具有漏斗形的輪廓。漏斗形的輪廓有助于對光源的光線進(jìn)行收集,并且光源的部分光線可直接通過該通孔出射,而不會經(jīng)過透鏡出射,從而減少了因?yàn)椴牧衔展舛斐蓪庑实挠绊憽?br>
[0009]優(yōu)選的是,第一光學(xué)結(jié)構(gòu)包括第一部分和第二部分,至少第一部分同時(shí)構(gòu)成第一齒狀結(jié)構(gòu)的第一折射面,來自光源的第二光線經(jīng)過第一折射面折射后進(jìn)入所述透鏡;第二部分確保來自光源的光線的至少一部分直接出射至遠(yuǎn)場區(qū)。光源的第二光線可通過第一齒狀結(jié)構(gòu)進(jìn)入透鏡,并再被反射后出射至透鏡外,實(shí)現(xiàn)了對光源的光線的高效率收集并利用的可能性。
[0010]優(yōu)選的是,從透鏡的截面上看,第一部分設(shè)計(jì)為直線狀,并且第二部分設(shè)計(jì)為凸曲線狀。這樣,基于第一部分和第二部分的設(shè)計(jì),可在制造加工過程中,有利于例如脫模的過程,并可根據(jù)具體的對出射光的光分布的效果的要求形成一部分的出射光。
[0011]優(yōu)選的是,從透鏡的截面上看,第一部分設(shè)計(jì)為直線狀,并且第二部分設(shè)計(jì)為直線狀。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì),可較為簡單地生產(chǎn)和加工該透鏡,可實(shí)現(xiàn)滿足對出射光的不同的光分布的要求的可能性。
[0012]優(yōu)選的是,從透鏡的截面上看,第一部分和第二部分設(shè)計(jì)為一體化,并設(shè)計(jì)為曲線狀。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)有利于對該透鏡的加工和脫模過程,并可實(shí)現(xiàn)滿足對出射光的不同的光分布的要求的可能性。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案,第一齒狀結(jié)構(gòu)和第二齒狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)。這樣的設(shè)計(jì),有效的實(shí)現(xiàn)了對光源的光線的高效收集并利用,同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)節(jié)省透鏡的空間體積的可能性。
[0014]優(yōu)選的是,第一厚度與第二厚度彼此相同或者不同。這樣,在例如第一厚度和第二厚度不同時(shí),實(shí)現(xiàn)較好的對光源的光線進(jìn)行收集的可能性,并可實(shí)現(xiàn)對光源的光線以不同形式的收集的可能性。
[0015]優(yōu)選的是,第一寬度與第二寬度彼此相同或者不同。這樣,可實(shí)現(xiàn)對光源的光線以不同形式的收集的可能性。
[0016]優(yōu)選的是,第一齒狀結(jié)構(gòu)包括第一折射面和第一反射面,來自光源的第二光線經(jīng)過第一折射面折射并被第一反射面反射后通過出射面出射。這樣,光源的部分光線是經(jīng)過折射和反射后,從透鏡的出射面出射。
[0017]優(yōu)選的是,第一折射面和第一反射面構(gòu)成預(yù)定夾角。這樣的夾角可根據(jù)要求調(diào)節(jié),以實(shí)現(xiàn)以不同的形式收集光源的光,并反射后出射,最終形成不同的出射光的光分布。
[0018]優(yōu)選的是,從透鏡的截面上看,第一反射面設(shè)計(jì)為在從入射面至出射面的方向上背離透鏡的光軸傾斜。這樣,光源的部分光線在被反射后,會朝向靠近光軸的方向發(fā)射,以達(dá)成例如匯聚的效果,從而形成合適的出射光的光分布。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案,第二齒狀結(jié)構(gòu)包括第二折射面和第二反射面,來自光源的第三光線經(jīng)過第二折射面折射并被第二反射面反射后通過出射面出射。這樣,光源的另一部分的光線可通過第二齒狀結(jié)構(gòu)的折射和反射后出射,從而形成了對光源的另一部分的光線的收集和高效地利用的可能性。
[0020]優(yōu)選的是,從透鏡的截面上看,第二折射面和第二反射面構(gòu)成預(yù)定夾角。這樣的夾角可根據(jù)要求調(diào)節(jié),以實(shí)現(xiàn)以不同的形式收集光源的光,并反射后出射,最終形成不同的出射光的光分布。
[0021]優(yōu)選的是,從透鏡的截面上看,第二反射面設(shè)計(jì)為在從入射面至出射面的方向上背離透鏡的光軸傾斜。這樣,光源的另一部分光線在被反射后,會被朝向特定的方向發(fā)射,從而形成合適的出射光的光分布。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案,透鏡設(shè)計(jì)為相對于透鏡的光軸旋轉(zhuǎn)對稱的。這樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了,使得經(jīng)透鏡處理后的光源光線在出射后可具有旋轉(zhuǎn)對稱的光分布的可能性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]附圖構(gòu)成本說明書的一部分,用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明。這些附圖圖解了本發(fā)明的實(shí)施例,并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標(biāo)號表示。圖中示出:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡的截面圖;
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡的立體圖;
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡的光路圖;
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的透鏡的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示的,并參見圖2,圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡100的截面圖,圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡100的立體圖。根據(jù)這樣的設(shè)計(jì),示出的透鏡100包括作為頂面的出射面2和與出射面2相對設(shè)置的作為底面的入射面3,在所示入射面3上設(shè)置有光源,該光源可采用例如利用LED技術(shù)的光源,以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的照明效果。從圖1可以看出,在該透鏡100的中央處設(shè)置有一限定出通孔6的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)4,通過該第一光學(xué)結(jié)構(gòu)4在出射面2上朝向入射面3限定出該通孔6,即該通孔6是從出射面2朝向入射面3的方向延伸,這樣來自光源I的第一光線LI可以直接從該通孔6出射出去,而不會受到出射途中的透鏡的影響,可避免出射光的光效率因?yàn)椴牧衔展舛艿接绊憽?br>
[0029]此外,具體的,該通孔6的內(nèi)壁可設(shè)計(jì)由兩個(gè)部分41、42構(gòu)成,其中第一部分41設(shè)計(jì)為靠近光源1,第二部分42設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)離光源1,并且至少由第一部分41構(gòu)成圍繞通孔6設(shè)計(jì)的第一齒狀結(jié)構(gòu)51的第一折射面511。從例如圖1的透鏡100的截面上看,根據(jù)上述的第一部分41和第二部分42的設(shè)計(jì),第一部分41和第二部分42可分別設(shè)計(jì)為直線狀和曲線狀中的任一種,即第一部分41設(shè)計(jì)為具有直線狀的截面的同時(shí),第二部分42也可設(shè)計(jì)為直線狀的截面,這樣在透鏡100的截面上看,形成了例如圖1所示的折線狀的截面,來自光源I的第二光線L2在至少經(jīng)過第一部分41和第二部分42的其中一個(gè)折射后進(jìn)入第一齒狀結(jié)構(gòu)51。當(dāng)然,類似的,第一部分41和第二部分42還可分別設(shè)計(jì)為具有其他形狀(下文將詳細(xì)闡述)。
[0030]此外,圖1還示出了,透鏡100還包括第二光學(xué)結(jié)構(gòu)5,從透鏡100的截面上看,這樣的第二光學(xué)結(jié)構(gòu)5設(shè)計(jì)為具有第一齒狀結(jié)構(gòu)51和第二齒狀結(jié)構(gòu)52。根據(jù)這樣的第一和第二齒狀結(jié)構(gòu)51、52的設(shè)計(jì),可最終形成了透鏡100的例如菲涅爾透鏡的效果。當(dāng)然,從數(shù)量上來說,透鏡100可不僅具有如圖1所示的兩個(gè)齒狀結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境和設(shè)計(jì)的需求,可相應(yīng)的設(shè)計(jì)例如三個(gè)或三個(gè)以上的多個(gè)齒狀結(jié)構(gòu),以例如構(gòu)成多層次的菲涅爾透鏡的效果。
[0031]還需要說明的是,從透鏡100的截面上看,第一齒狀結(jié)構(gòu)51和第二齒狀結(jié)構(gòu)52分別具有第一厚度hi和第一寬度wl以及第二厚度h2和第二寬度《2,第一厚度hi可設(shè)計(jì)為與第二厚度h2相同或者不同,第一寬度wl和第二寬度《2可設(shè)計(jì)為相同或者不同,這樣,根據(jù)對光源I的光線的集光率的要求的不同,可分別相應(yīng)的改變上述的厚度和寬度,以滿足要求。
[0032]參見圖3,圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡100的光路圖。至少所述的第一部分41構(gòu)成第一齒狀結(jié)構(gòu)51的第一折射面511,該第一齒狀結(jié)構(gòu)51還包括第一反射面512。通過第一折射面511和第一反射面512的共同作用,來自光源I的第二光線L2在經(jīng)過第一折射面511的折射后進(jìn)入第一齒狀結(jié)構(gòu)51,并射向第一反射面512,在透鏡100的截面上看,因?yàn)樵摰谝环瓷涿?12可設(shè)計(jì)為向偏離透鏡100的光軸X的方向傾斜,第二光線L2在被第一反射面512反射后,會朝向遠(yuǎn)離光源I的方向,即朝向出射面2的方向,經(jīng)過出射面2出射。類似的,在圍繞所述第一齒狀結(jié)構(gòu)51的方向上設(shè)置有第二齒狀結(jié)構(gòu)52,該第二齒狀結(jié)構(gòu)52具有第二折射面521和第二反射面522,來自光源I的第三光線L3在經(jīng)過第二折射面521折射后進(jìn)入第二齒狀結(jié)構(gòu)52,并在被第二反射面522的反射后朝向出射面2出射。其中,第一折射面511和第一反射面512可形成預(yù)定的夾角,第二折射面521和第二反射面522可形成預(yù)定的夾角,這樣,可實(shí)現(xiàn)以不同的方式對光源I的第三光線L3進(jìn)行收集,并可相應(yīng)調(diào)節(jié)光源光線朝向出射面2出射時(shí)的出射光角度。
[0033]此外,如圖4所示,圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的透鏡100的截面圖。與上述的第一實(shí)施例的不同在于,第一光學(xué)結(jié)構(gòu)4的第一部分41和第二部分42還可分別設(shè)計(jì)為具有直線的截面和曲線的截面,具有這樣設(shè)計(jì)的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)4,可實(shí)現(xiàn)不同的對來自光源I的部分光線的收集的效果。
[0034]需要說明的是,在未示出的實(shí)施例中,由該第一部分41和第二部分42可共同構(gòu)成一個(gè)具有一體化的截面,即從透鏡100的截面上看,由第一部分41和第二部分42共同構(gòu)成例如一個(gè)曲線狀,具體的,可設(shè)計(jì)為凸曲線,即是朝向透鏡100的光軸X凸出的曲線,這樣的曲線狀是平滑過渡的,并從出射面2朝向入射面3延伸,這樣平滑的截面可滿足通孔6的平滑的內(nèi)壁的設(shè)計(jì)。
[0035]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0036]參考標(biāo)號
[0037]I光源
[0038]2出射面
[0039]3入射面
[0040]4第一光學(xué)結(jié)構(gòu)
[0041]5第二光學(xué)結(jié)構(gòu)
[0042]6通孔
[0043]41第一部分
[0044]42第二部分
[0045]51第一齒狀結(jié)構(gòu)
[0046]52.第二齒狀結(jié)構(gòu)
[0047]511第一折射面
[0048]512第一反射面
[0049]521第二折射面
[0050]522第二反射面
[0051]X光軸
[0052]LI第一光線
[0053]L2第二光線
[0054]L3第三光線
[0055]hi第一厚度
[0056]h2第二厚度
[0057]wl第一寬度
[0058]w2第二寬度
【權(quán)利要求】
1.一種用于光源(I)的透鏡(100),所述透鏡(100)包括出射面(2)和與所述出射面(2)相對設(shè)置的入射面(3),其特征在于,所述透鏡(100)包括第一光學(xué)結(jié)構(gòu)(4)和第二光學(xué)結(jié)構(gòu)(5),所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)(4)限定出從所述出射面(2)向所述入射面(3)延伸的通孔(6),并且從所述透鏡(100)的截面上看,所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)包括圍繞所述通孔(6)設(shè)置的具有第一厚度(hi)和第一寬度(wl)的第一齒狀結(jié)構(gòu)(51)和圍繞所述第一齒狀結(jié)構(gòu)(51)的至少一個(gè)具有第二厚度(h2)和第二寬度(w2)的第二齒狀結(jié)構(gòu)(52)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)(4)設(shè)計(jì)為使得通過所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)(4)的來自所述光源(I)的第一光線(LI)直接出射至遠(yuǎn)場區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡(100),其特征在于,所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)設(shè)計(jì)為使得通過所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)的來自所述光源(I)的光線的至少一部分經(jīng)所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)(5 )折射并反射后出射至遠(yuǎn)場區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡(100),其特征在于,所述通孔(6)設(shè)計(jì)為具有漏斗形輪廓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)(4)包括第一部分(41)和第二部分(42),至少所述第一部分(41)構(gòu)成所述第一齒狀結(jié)構(gòu)(51)的第一折射面(511),來自光源(I)的第二光線(L2)經(jīng)過所述第一折射面(511)折射后進(jìn)入所述透鏡(100);所述第二部分(42)確保來自所述光源(I)的光線的至少一部分直接出射至遠(yuǎn)場區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡(100),其特征在于,從所述透鏡(100)的截面上看,所述第一部分(41)設(shè)計(jì)為直線狀,并且所述第二部分(42)設(shè)計(jì)為凸曲線狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡(100),其特征在于,從所述透鏡(100)的截面上看,所述第一部分(41)設(shè)計(jì)為直線狀,并且所述第二部分(42)設(shè)計(jì)為直線狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡(100),其特征在于,從所述透鏡(100)的截面上看,所述第一部分(41)和所述第二部分(42)設(shè)計(jì)為一體化,并設(shè)計(jì)為曲線狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一齒狀結(jié)構(gòu)(51)和所述第二齒狀結(jié)構(gòu)(52)構(gòu)成菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一厚度(hi)與所述第二厚度(h2)彼此相同或者不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一寬度(wl)與所述第二寬度(w2)彼此相同或者不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一齒狀結(jié)構(gòu)(51)包括所述第一折射面(511)和第一反射面(512),來自所述光源(I)的第二光線(L2)經(jīng)過所述第一折射面(511)折射并由所述第一反射面(512)反射后通過所述出射面(2)出射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的透鏡(100),其特征在于,所述第一折射面(511)和所述第一反射面(512)構(gòu)成預(yù)定夾角。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的透鏡(100),其特征在于,從所述透鏡(100)的截面上看,所述第一反射面(512)設(shè)計(jì)為在從所述入射面(3)至所述出射面(2)的方向上背離所述透鏡(100)的光軸(X)傾斜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡(100),其特征在于,所述第二齒狀結(jié)構(gòu)(52)包括第二折射面(521)和第二反射面(522),來自所述光源(I)的第三光線(L3)經(jīng)過所述第二折射面(521)折射并被所述第二反射面(522)反射后通過所述出射面(2)出射。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的透鏡(100),其特征在于,從所述透鏡(100)的截面上看,所述第二折射面(521)和所述第二反射面(522)構(gòu)成預(yù)定夾角。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的透鏡(100),其特征在于,從所述透鏡(100)的截面上看,所述第二反射面(522)設(shè)計(jì)為在從所述入射面(3)至所述出射面(2)的方向上背離所述透鏡(100)的光軸(X)傾斜。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡(100),其特征在于,所述透鏡(100)設(shè)計(jì)為相對于所述透鏡(100)的光軸(X)旋轉(zhuǎn)對稱的。
【文檔編號】F21V5/04GK104279508SQ201310293518
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】鮑靜, 程迎軍, 諾貝特·林德 申請人:歐司朗有限公司