專利名稱：透鏡和配有該透鏡的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡和一種配有該透鏡的照明裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，照明裝置被廣泛地應(yīng)用于日常生活中的各個(gè)領(lǐng)域。例如條形照明裝置經(jīng)常安裝在家具、櫥柜或其他待照明的物體的邊棱上。對于這種照明裝置來說，通常需要獲得長條形的光分布。為此通常將透鏡用作條形照明裝置的燈罩，用于使來自光源的出射光朝向預(yù)定的角度偏轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中主要存在兩種這樣的透鏡，一種是設(shè)計(jì)為TIR(全內(nèi)反射)擠出透鏡，另一種是帶有圓柱形條紋的透鏡。對于TIR擠出透鏡而言，與光軸的夾角較大的出射光部分在透鏡中進(jìn)行全內(nèi)反射，而在與光軸的夾角較小的出射光部分在透鏡部分中進(jìn)行折射。在此情況下所需的透鏡厚度較高。因此導(dǎo)致具有這種設(shè)計(jì)的透鏡的條形照明裝置在一些對照明裝置的高度或幾何形狀要求嚴(yán)格的環(huán)境下并不適合。對于帶有圓柱形條紋的透鏡而言，其整體具有凸透鏡的形狀。這種透鏡相對于第一種類型的透鏡，具有較小的厚度，但是這種透鏡上的圓柱形條紋均勻排布，因此無法針對入射角度不同的光均根據(jù)光學(xué)原理全面地進(jìn)行控制。另外通過這種帶有圓柱形條紋的透鏡很難獲得足夠細(xì)長并且均勻的光分布圖案。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提出一種透鏡，這種透鏡厚度較小，并且可以對不同入射角度的光全面地進(jìn)行折射和內(nèi)反射，以便獲得均勻細(xì)長的光分布圖案。根據(jù)本發(fā)明提出一種用于線性光源的透鏡，其特征在于，透鏡包括遠(yuǎn)離光源的外側(cè)面和面對光源的內(nèi)側(cè)面，外側(cè)面為平坦的出光面，內(nèi)側(cè)面包括第一凸出區(qū)域和關(guān)于第一凸出區(qū)域?qū)ΨQ的第二凹陷區(qū)域，其中各個(gè)第二凹陷區(qū)域微結(jié)構(gòu)，來自光源的光經(jīng)所述微結(jié)構(gòu)折射后并進(jìn)一步反射至出光面。設(shè)計(jì)為具有中央第一凸起區(qū)域和兩個(gè)關(guān)于第一凸起區(qū)域?qū)ΨQ的第二凹陷區(qū)域形狀的透鏡可以根據(jù)分割TIR透鏡的原理使透鏡的厚度減小。由于線性光源通常正對透鏡的中央部分設(shè)置在透鏡的下方，因此透鏡的內(nèi)側(cè)面上的各個(gè)區(qū)域到光源的距離不同，而且各個(gè)區(qū)域上獲得的入射光的角度也不相同。通過將內(nèi)側(cè)面設(shè)計(jì)為中間朝向光源凸出、兩側(cè)遠(yuǎn)離光源所在平面凹陷的連續(xù)曲面，并且將主要接收傾斜射入的光的第二凹陷區(qū)域設(shè)計(jì)為微結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)光學(xué)原理使入射光以預(yù)定的角度在透鏡其中進(jìn)行全內(nèi)反射后從出光面均勻地射出。這樣在確保達(dá)到較高的光效率的前提下可以獲得細(xì)長形的光分布。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，微結(jié)構(gòu)是連續(xù)的鋸齒結(jié)構(gòu)，該鋸齒結(jié)構(gòu)包括多個(gè)全內(nèi)反射的鋸齒單元。連續(xù)鋸齒結(jié)構(gòu)的表面有利地反射和折射具有不同入射角的入射光。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，全內(nèi)反射的鋸齒單元包括在橫截面中限定出具有頂點(diǎn)的朝向光源的夾角的第一鋸齒邊和第二鋸齒邊，第一鋸齒邊具有朝向光源的光入射面和背向光源的光折射面，第二鋸齒邊具有與光折射面相對的全內(nèi)反射面。由光源發(fā)出的光首先到達(dá)第一鋸齒邊的光入射面，然后經(jīng)過折射從光折射面射向第二鋸齒邊的全內(nèi)反射面，由此實(shí)現(xiàn)在透鏡中的全內(nèi)反射。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，一個(gè)頂點(diǎn)與光源之間的連線與和該頂點(diǎn)相鄰的兩個(gè)頂點(diǎn)到所述光源之間的連線分別形成的兩個(gè)第一夾角相等。這樣設(shè)計(jì)有利于獲得均勻的條形光分布。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，全內(nèi)反射的鋸齒單元的數(shù)量等于光源射入第二凹陷區(qū)域的光入射范圍和第一夾角的比值。鋸齒單元的數(shù)量越多，就可以得到越均勻的光分布。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，第一鋸齒邊和光源的光軸之間的夾角為2° -5°。特別優(yōu)選地,該夾角最小可以為2°。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，第一凸出區(qū)域到出光面的第一距離小于第二凹陷區(qū)域的邊緣區(qū)域到出光面的第三距離。特別優(yōu)選地，該第三距離為3mm。由此，在第一凸出區(qū)域兩側(cè)分別形成中間遠(yuǎn)離光源所在平面并凹陷的拱形，其中透鏡兩側(cè)的邊緣區(qū)域基本和光源處于同一水平面內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，鋸齒單元的第一鋸齒邊和第二鋸齒邊分別隨著第二凹陷區(qū)域到出光面的第二距離減小而增長。這說明了，在各個(gè)第二凹陷區(qū)域中第一和第二鋸齒邊的長度從拱形的拱頂分別朝向鄰接第一凸出區(qū)域和邊緣區(qū)域的拱形兩端逐漸減小。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，透鏡由PC或PMMA制成。透鏡的材質(zhì)、特別是其光學(xué)特性和鋸齒單元的形狀以及長度有關(guān)。優(yōu)選的，透鏡為沿平行于線性光源的延伸方向拉伸的擠出透鏡。此外本發(fā)明還涉及一種照明裝置，包括呈線狀排布的多個(gè)光源，其中該照明裝置配有上述透鏡。優(yōu)選的，線狀排布的光源為線性LED陣列。LED陣列的光軸垂直朝向第一凸出區(qū)域的中心。應(yīng)該理解，以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是列舉和說明性質(zhì)的，目的是為了對要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。


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。圖中示出圖1是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的截面圖；圖2是圖1中透鏡的第二凹陷區(qū)域2的細(xì)節(jié)圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的立體圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的光路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的光分布圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的透鏡的截面圖，其中該透鏡用于線性光源L。該線性光源L垂直于紙面向內(nèi)延伸。根據(jù)本發(fā)明的透鏡具有作為出光面F的平坦的外側(cè)面和面對光源L的內(nèi)側(cè)面。為了在確保較高光效率的前提下獲得均勻的條形光斑，將透鏡的內(nèi)側(cè)面的中央?yún)^(qū)域設(shè)計(jì)為朝向光源L凸出的第一凸出區(qū)域I，并且在第一凸出區(qū)域I兩側(cè)設(shè)計(jì)對稱地遠(yuǎn)離光源L凹陷的第二凹陷區(qū)域2，第二凹陷區(qū)域2的邊緣區(qū)域3、即平行于光源L延伸方向的至少部分邊緣區(qū)域基本上和光源L處于同一水平面，由此可以大致覆蓋光源L的照射范圍。由此形成中間遠(yuǎn)離光源L凹陷的拱形的第二凹陷區(qū)域2。更有利地是，在主要接收光源L的出射光的第二凹陷區(qū)域2上形成微結(jié)構(gòu)、即由多個(gè)全內(nèi)反射的鋸齒單元T組成的連續(xù)鋸齒結(jié)構(gòu)。
每個(gè)鋸齒單元T由第一鋸齒邊SI和第二鋸齒邊S2限定出具有頂點(diǎn)P并且朝向光源L的銳角形結(jié)構(gòu),其中第一鋸齒邊SI具有朝向光源L的光入射面al和背向光源L的光折射面a2，而第二鋸齒邊S2的背離光折射面a2的面為全內(nèi)反射面a3。各個(gè)鋸齒單元T的形狀并不相同，根據(jù)需要獲取的光分布，可以靈活地設(shè)計(jì)鋸齒單元T的長度以及鋸齒邊SI 和S2的傾斜角度，由此改變光在透鏡中的內(nèi)反射角度，進(jìn)而調(diào)整由出光面F射出的光與出光面F之間的傾角，使由光源L射入的光穿過該透鏡朝向預(yù)定的方向偏轉(zhuǎn)。
結(jié)合圖2中示出的細(xì)節(jié)圖可以看出，在第二凹陷區(qū)域2的一個(gè)部段中，相鄰的兩個(gè)頂點(diǎn)P與光源L之間的連線形成的夾角為第一夾角α。第一鋸齒邊SI和光源L的光軸之間的夾角為第二夾角β。通過調(diào)整第一和第二夾角α，β的大小,可以影響鋸齒單元T的形狀和連續(xù)鋸齒結(jié)構(gòu)的曲線走向，這也直接決定了獲得何種形狀的光分布。第二夾角β可以是2°到5°之間的角度。第一夾角可以在設(shè)計(jì)時(shí)候人為設(shè)定。為了清晰地示出鋸齒單元Τ，在圖2中放大地示出了設(shè)定為5°的第二夾角β。由于相應(yīng)于各個(gè)鋸齒單元T的第二夾角β相等，因此各個(gè)鋸齒單元T的第一鋸齒邊SI彼此平行。各個(gè)鋸齒單元T的第一鋸齒邊SI的長度是這樣確定的，例如從光源L出發(fā)并且具有第一夾角α的兩個(gè)光束恰好可以經(jīng)過相鄰的兩個(gè)頂點(diǎn)P。經(jīng)過第一鋸齒單元Tl的頂點(diǎn)P的光束穿過第二鋸齒單元Τ2 的第一鋸齒邊SI，射向第二鋸齒邊S2的全內(nèi)反射面a3，并且在此形成反射點(diǎn)P'，該反射點(diǎn)P^也是第三鋸齒單元T3的第一鋸齒邊SI的端點(diǎn)。由此，第三鋸齒單元T3的第一鋸齒邊SI的長度通過頂點(diǎn)P和端點(diǎn)P'確定出。此外，相應(yīng)于圖1可以看出，相鄰的頂點(diǎn)P與光源L之間的連線形成的第一夾角α分別相等。而鋸齒單元T的數(shù)量等于光源L對應(yīng)于第二凹陷區(qū)域2的光入射范圍和第一角度α的比值。例如第一夾角為10°，第二凹陷區(qū)域2 覆蓋的范圍為0° -80°，則在每個(gè)第二凹陷區(qū)域2中各存在8個(gè)鋸齒單元Τ。
根據(jù)本發(fā)明的透鏡可以取決于使用環(huán)境根據(jù)上述幾何關(guān)系設(shè)計(jì)得出。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的立體圖。由此可以看出，根據(jù)本發(fā)明的透鏡為沿平行于光源L的延伸方向拉伸的擠出透鏡。透鏡可以由PC或PMMA制成。
圖4和圖5分別示出了根據(jù)本發(fā)明的透鏡的光路圖和光分布圖。從圖4中可以看出，來自光源L的光經(jīng)過透鏡可以被均勻地射出。而從圖5中看出， 在例如距離光源L O. 5m 遠(yuǎn)的目標(biāo)平面上可以獲得均勻的條形光分布圖案。
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)。
參考標(biāo)號表
I第一凸出區(qū)域
2第二凹陷區(qū)域
3邊緣區(qū)域
al光入射面
a2光折射面
a3全內(nèi)反射面
dl第一距離
d2第二距離
d3第三距離
F出光面
L光源
P頂點(diǎn)
P,反射點(diǎn)/第一
SI第一鋸齒邊
S2第二鋸齒邊
T鋸齒單元
Tl第一鋸齒單元
T2第二鋸齒單元
T3第三鋸齒單元
a第一夾角
β 第二夾角
權(quán)利要求
1.一種用于線性的光源(L)的透鏡，其特征在于，所述透鏡包括遠(yuǎn)離光源(L)的外側(cè)面和面對光源(L)的內(nèi)側(cè)面，所述外側(cè)面為平坦的出光面(F)，所述內(nèi)側(cè)面包括第一凸出區(qū)域(I)和關(guān)于所述第一凸出區(qū)域(I)對稱的第二凹陷區(qū)域(2)，其中各個(gè)第二凹陷區(qū)域(2)形成微結(jié)構(gòu)，來自所述光源(2)的光經(jīng)所述微結(jié)構(gòu)折射后并進(jìn)一步反射至所述出光面(F)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)是連續(xù)的鋸齒結(jié)構(gòu)，所述鋸齒結(jié)構(gòu)包括多個(gè)全內(nèi)反射的鋸齒單元(T)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，全內(nèi)反射的所述鋸齒單元(T)包括在橫截面中限定出具有頂點(diǎn)(P)的朝向所述光源(L)的夾角的第一鋸齒邊(SI)和第二鋸齒邊(S2)，所述第一鋸齒邊(SI)形成朝向所述光源(L)的光入射面(al)和背向所述光源(L)的光折射面(a2)，所述第二鋸齒邊(S2)形成與所述光折射面(a2)相對的全內(nèi)反射面(a3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透鏡，其特征在于，一個(gè)頂點(diǎn)(P)與所述光源(L)之間的連線與和所述頂點(diǎn)(P)相鄰的兩個(gè)頂點(diǎn)(P)到所述光源(L)之間的連線分別形成的兩個(gè)第一夾角U)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡，其特征在于，全內(nèi)反射的所述鋸齒單元(T)的數(shù)量等于所述光源(L)射入所述第二凹陷區(qū)域(2)的光入射范圍和所述第一角度(α)的比值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡，其特征在于，所述第一鋸齒邊(SI)和所述光源(L)的光軸之間的第二夾角(β)為2° -5°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，所述第一凸出區(qū)域(I)到所述出光面(F)的第一距離(dl)小于所述第二凹陷區(qū)域(2)的邊緣區(qū)域(3)到所述出光面(F)的第三距離(d3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透鏡，其特征在于，所述第三距離(d3)為3mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透鏡，其特征在于，所述鋸齒單元(T)的所述第一鋸齒邊(SI)和第二鋸齒邊(S2)分別隨著所述第二凹陷區(qū)域(2)到所述出光面(F)的第二距離(d2)減小而增長。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡由PC或PMMA制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡為沿平行于線性所述光源(U的延伸方向拉伸的擠出透鏡。
12.一種照明裝置，包括呈線狀排布的多個(gè)光源(L)，其特征在于，配有根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于，所述線狀排布的光源(L)為線性LED陣列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于線性的光源(L)的透鏡，其特征在于，透鏡包括遠(yuǎn)離光源(L)的外側(cè)面和面對光源(L)的內(nèi)側(cè)面，外側(cè)面為平坦的出光面(F)，內(nèi)側(cè)面包括第一凸出區(qū)域(1)和關(guān)于第一凸出區(qū)域(1)對稱的第二凹陷區(qū)域(2)，其中各個(gè)第二凹陷區(qū)域(2)形成微結(jié)構(gòu)，來自光源(2)的光經(jīng)微結(jié)構(gòu)折射后反射至所述出光面(F)。此外本發(fā)明還涉及一種配有上述透鏡的照明裝置。根據(jù)本發(fā)明的透鏡厚度較小，并且可以對入射角不同的光全面地進(jìn)行折射和內(nèi)反射，以便獲得均勻細(xì)長的光分布圖案。
文檔編號F21V5/04GK103062704SQ201110326128
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者張奇輝, 胡瑾, 曾軍華, 黎安淼 申請人:歐司朗股份有限公司