專利名稱：透鏡及具有該透鏡的led發(fā)光裝置及l(fā)ed燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于LED發(fā)光組件的光學(xué)元件，具體地是涉及一種透鏡。另夕卜，本實(shí)用新型還涉及具有該透鏡的LED發(fā)光裝置及LED燈具。
背景技術(shù)：
LED作為一種新光源，由于其具有效率高、光色純、能耗低、壽命長、可靠耐用、污染少、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。LED所發(fā)出的光為朗伯(Lambertian)分布,這樣的光分布如果不經(jīng)過合適的光學(xué)元件處理而直接應(yīng)用的話，將在大多數(shù)應(yīng)用情況下都難以滿足照明需求。因此，對(duì)以LED為光源的照明系統(tǒng)進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)以改善其光分布是十分必要的。特別地，LED發(fā)光組件的光學(xué)元件設(shè)計(jì)對(duì)LED燈的光分布及光學(xué)輸出效率至關(guān)重要。尤其是在例如路燈照明和洗墻燈照明的應(yīng)用場(chǎng)合中，為了滿足使用的需求，更加期望LED燈能夠照度均勻、效率高等。為了解決這種問題，人們發(fā)現(xiàn)矩形光分布所產(chǎn)生的照明比較均勻，因而越來越多地將矩形光分布應(yīng)用于LED領(lǐng)域中。另外，特別對(duì)于街燈等應(yīng)用場(chǎng)合，特別期望形成這樣的照明效果，S卩，僅照亮所期望照亮的路面，而對(duì)于這些路面之外的區(qū)域(例如，鄰街的居民住宅等)期望能夠?qū)崿F(xiàn)無照明，以避免照明影響這些區(qū)域(例如，鄰街的影響居民的夜晚休息等)。例如，期望用于道路照明的LED路燈發(fā)出的所有光剛剛可以覆蓋住道路，而道路之外的光污染幾乎為零。SP，希望從LED燈發(fā)出的所有光朝向特定的方向(例如，朝向道路)偏離，這稱為“偏軸分布(off-axis light distribution,偏光分布)，，。目前，存在以下兩種已知方案。第一種方案是采用反射器。在這種方案中，在LED的周圍設(shè)置反射器，可以通過反射器的反射來形成特定形狀的光分布。但是這種方案存在至少以下缺陷:I)即使可以通過改變反射器的形狀來調(diào)整光分布，但是仍然難以實(shí)現(xiàn)良好的矩形分布；2)反射器的使用難以改變LED所發(fā)出的照度分布，S卩，使用反射器所形成的光分布在靠近光分布的中心部分的照度高于靠近光分布的邊緣處的照度，從而所產(chǎn)生的照度不均勻；3 )反射器通常由具有反射性的材料制成，例如，涂覆有反射材料(如Ag)的反射杯。但是，反射材料通常對(duì)光具有一定的吸收性，從而在反射光線的同時(shí)吸收一部分光，從而降低了光效率；4)正如上所述，要通過反射器來形成特定形狀的光分布，必須十分精密地控制反射器的形狀。在諸如由鋁等材料形成的反射器的情況下，這種對(duì)反射器形狀的控制體現(xiàn)在對(duì)反射器表面的公差的控制，大大增加了加工的難度和復(fù)雜性，增加了制造成本。另外，還存在一種解決方法，即通過設(shè)置透鏡來改變光分布。這種方案例如在中國實(shí)用新型專利200820229577.X中所公開的。請(qǐng)參照中國實(shí)用新型專利200820229577.X的圖1-4 (本申請(qǐng)中未示出)，該實(shí)用新型專利公開了一種矩形光分布LED，包括芯片、支架、熒光膠及封裝材料；芯片固定在支架上，其上涂布熒光膠，封裝材料封裝于芯片之外；該封裝材料從橫向縱截面看，其外表中心部分為向里凹的內(nèi)凹面，內(nèi)凹面以外的外側(cè)曲面是由多個(gè)曲率不同的球面構(gòu)成；從橫向縱截面看，封裝材料為圓形；從俯視看，封裝材料為對(duì)稱橫向排列的兩個(gè)類似球狀體。實(shí)用新型專利200820229577.X通過對(duì)封裝材料外表面進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即其外部發(fā)光面采用多個(gè)不同曲率的球面設(shè)計(jì)。雖然該實(shí)用新型專利基本上可以實(shí)現(xiàn)一種矩形分布的光，但是其仍然具有以下缺點(diǎn):I)如圖1-3所示以及如上所述，其是通過一種具有復(fù)雜曲面的透鏡來實(shí)現(xiàn)的。因而，在透鏡的制造過程中必須嚴(yán)格地控制透鏡的各個(gè)曲面的曲率，否則不當(dāng)?shù)那蕦?huì)明顯改變光分布和/或照度的均勻性。顯然，這種對(duì)透鏡形狀的復(fù)雜控制會(huì)大大增加加工的難度，進(jìn)而增加制造成本；2)如圖4所明顯示出的，雖然該實(shí)用新型專利基本上可以實(shí)現(xiàn)一種矩形分布的光，但是這種光分布不是前述的偏軸分布，從而其仍然不能滿足道路照明等特定應(yīng)用場(chǎng)合的需要。因而，需要一種簡單的新光學(xué)元件來改變光線發(fā)射的方向，以便可以提供偏軸分布和矩形光分布，并且提供更高的效率和更好的均勻性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，從而提供一種光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)均勻的偏軸矩形光分布。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種透鏡，透鏡包括具有入射面的底面、作為出射面的頂面以及連接底面和頂面的側(cè)面，并且頂面具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)樗狡矫?，第二區(qū)域包括相對(duì)于水平平面傾斜的基面和設(shè)置在基面上的至少一個(gè)條狀的折射關(guān)齒。進(jìn)一步地，第二區(qū)域的基面以低于第一區(qū)域所在的水平平面的方式相對(duì)于水平平面傾斜。進(jìn)一步地，第二區(qū)域的基面與水平平面的傾角以及折射突齒對(duì)應(yīng)于偏軸的矩形光分布設(shè)置。進(jìn)一步地，第一區(qū)域?yàn)榈谝话雸A，第二區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)于第一半圓傾斜的第二半圓，第一區(qū)域與第二區(qū)域的基面的分界線分別構(gòu)成第一半圓和第二半圓的直徑。進(jìn)一步地，至少一個(gè)條狀的折射突齒布置在整個(gè)基面上。進(jìn)一步地，在基面上設(shè)置有平行的多個(gè)條狀的折射突齒。進(jìn)一步地，在基面上設(shè)置有平行于直徑的多個(gè)條狀的突齒。進(jìn)一步地，多個(gè)條狀折射突齒等間距地布置。進(jìn)一步地，每個(gè)條狀折射突齒均包括頂邊以及從頂邊向下延伸的兩個(gè)側(cè)平面。進(jìn)一步地，兩個(gè)側(cè)平面中的朝向第一區(qū)域的側(cè)平面設(shè)置成垂直于第一區(qū)域。進(jìn)一步地，條狀折射突齒的兩個(gè)側(cè)平面中的遠(yuǎn)離第一區(qū)域的側(cè)平面相對(duì)于水平面的傾斜角度彼此不同。進(jìn)一步地，條狀折射突齒的兩個(gè)側(cè)平面中的遠(yuǎn)離第一區(qū)域的側(cè)平面相對(duì)于基面以一銳角傾斜。進(jìn)一步地，底面包括至少部分地凹陷的區(qū)域，至少部分凹陷的區(qū)域作為光入射面限定出容納光源的容納腔。進(jìn)一步地，光入射面的橫截面為多線段樣條曲線。進(jìn)一步地，多線段樣條曲線為由位于頂部的曲線段以及從曲線段的兩端向下延伸的兩條傾斜直線構(gòu)成的軸對(duì)稱曲線。進(jìn)一步地，曲線段設(shè)置成相對(duì)于兩條傾斜直線凹入地彎曲。進(jìn)一步地，多線段樣條曲線為由位于頂部的水平直線段以及從水平直線段的兩端向下延伸的兩條傾斜直線構(gòu)成的軸對(duì)稱曲線。進(jìn)一步地，側(cè)面形成為全反射面。進(jìn)一步地，側(cè)面為軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)全反射面。進(jìn)一步地，透鏡的出射面直徑為60mm，高度為40mm，第二區(qū)域相對(duì)于水平面傾斜的角度為5°，條狀折射突齒的數(shù)量為59，條狀折射突齒之間的間距為0.5mm。進(jìn)一步地，透鏡通過注塑工藝一體形成。進(jìn)一步地，透鏡由PC材料或亞克力材料形成。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種LED發(fā)光裝置，其包括前述任一種透鏡。根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，提供一種LED燈具，其包括前述的LED發(fā)光裝置。通過本實(shí)用新型的各種實(shí)施例，至少可以實(shí)現(xiàn)以下效果中的一種或多種:I)根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡可以實(shí)現(xiàn)高效率的、均勻的偏軸矩形光分布；2)根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡由于相對(duì)于傳統(tǒng)透鏡來說簡單地附加形成傾斜面及突齒，因而相比于現(xiàn)有方案中的復(fù)雜曲率控制來說結(jié)構(gòu)簡單，易于制造；3)根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡可以在傳統(tǒng)的全反射面透鏡上進(jìn)行改進(jìn)獲得，因而能夠保持透鏡的標(biāo)稱尺寸，且進(jìn)而使得對(duì)注塑模具的改動(dòng)設(shè)計(jì)量小；4)可一體注塑形成，透鏡的制造簡單；5)相對(duì)于現(xiàn)有方案(例如,背景技術(shù)中描述的第一種現(xiàn)有方案中，即，用反射材料形成矩形分布的方案)，提高了光效率；6)根據(jù)本實(shí)用新型，可以根據(jù)透鏡的大小和形狀等來實(shí)現(xiàn)所需的偏軸矩形光分布，從而使得本實(shí)用新型的方案在實(shí)際應(yīng)用中可以適用于多種需求，具有很好的靈活性；因而，以LED道路照明為例，根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡可以很好地滿足道路照明要求，使得LED路燈的光形成偏軸矩形分布，路燈發(fā)出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路，而馬路之外的光污染幾乎為零。這樣，對(duì)于道路照明來說，只要將具有這種透鏡的LED發(fā)光裝置或LED燈具簡單地按照直線方向排列即可，從而可以簡化路燈機(jī)構(gòu)、散熱及控制電源的設(shè)計(jì)。由于每一個(gè)LED燈具都可以在整個(gè)矩形照明區(qū)域內(nèi)形成均勻的照度分布，所以可以根據(jù)實(shí)際路面的照明要求及燈桿的高度，簡單地改變LED的數(shù)量，而不用改動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，就會(huì)具有使用靈活性。

附圖構(gòu)成本說明書的一部分，用于幫助進(jìn)一步理解本實(shí)用新型。附圖圖解了本實(shí)用新型的實(shí)施例，并與說明書一起用來說明本實(shí)用新型的原理。在附圖中相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖中示出:圖1示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡的立體圖；圖2以立體圖的方式示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡的橫截面圖；圖3示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡的橫截面圖；圖4示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡的折射突齒的局部放大立體圖；圖5示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡在僅設(shè)置相對(duì)于水平平面傾斜的基面時(shí)的光線折射圖；圖6示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡在設(shè)置有基面以及折射突齒時(shí)的光線折射圖；圖7示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡的光線光軸夾角與光強(qiáng)度的關(guān)系以及根據(jù)一種傳統(tǒng)透鏡的光線光軸夾角與光強(qiáng)度的關(guān)系的曲線圖；以及圖8示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡所形成的偏軸矩形光分布。
具體實(shí)施方式
以下將參照示出了本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。但是，本實(shí)用新型可以以多種不同形式來實(shí)施，而不應(yīng)該僅限于這里所闡述的示例性實(shí)施例來構(gòu)造。當(dāng)然，提供這些示例性實(shí)施例是為了使本公布更全面和完整，并能夠向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本實(shí)用新型的范圍。下面，參照附圖描述本實(shí)用新型的透鏡。參照?qǐng)D1-4，根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡100包括具有底面101、頂面102以及連接底面101和頂面102的側(cè)面103，其中，底面101為入射面，而頂面102作為出射面。優(yōu)選地，透鏡100的側(cè)面103形成為全反射面(因而，下文中透鏡100亦可稱為全反射透鏡)。更優(yōu)選地，該側(cè)面為軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)全反射面。將側(cè)面103設(shè)置為軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)全反射面至少具有以下優(yōu)點(diǎn):1)具有軸對(duì)稱全反射面的傳統(tǒng)透鏡是常見透鏡，因而本實(shí)用新型能夠保持傳統(tǒng)透鏡的標(biāo)稱尺寸，僅對(duì)在傳統(tǒng)透鏡的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)即可，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑模具的改動(dòng)設(shè)計(jì)小、易于加工等目的；2)另外，因?yàn)榫哂羞@種軸對(duì)稱形狀的傳統(tǒng)透鏡的頂面形成為圓形，在規(guī)則的圓形頂上形面成第一區(qū)域和第二區(qū)域(第一區(qū)域和第二區(qū)域?qū)⒃谙旅嬖敿?xì)描述)時(shí)能夠容易控制；3)此外，具有軸對(duì)稱全反射面的透鏡能夠使所有從作為入射面的底面101進(jìn)入的光線均從頂面102出射，防止了從側(cè)面103透射出光線，提高了光學(xué)元件的效率；4)而且，由于所有光線均從頂面102出射而不從側(cè)面103透射出去，因而更加有利于通過根據(jù)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)對(duì)光線進(jìn)行控制從而形成偏軸的矩形光分布；5)另夕卜，包括折射突齒在內(nèi)的整個(gè)透鏡100可以簡單地通過注塑工藝一體形成，例如透鏡100可由諸如PC材料或亞克力材料等透光度良好的材料模制形成，從而通過這種簡單的制造方法即可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的透鏡。透鏡100的頂面102具有第一區(qū)域1021和第二區(qū)域1022。如圖所示，第一區(qū)域1021為水平平面，第二區(qū)域1022包括相對(duì)于水平平面傾斜的基面和設(shè)置在基面上的至少一個(gè)條狀的折射突齒104。傾斜的基面用來使從第二區(qū)域1022出射的光偏軸以形成偏軸的光分布，而折射突齒是為了進(jìn)一步調(diào)整該偏軸的光分布以最終形成均勻的偏軸矩形光分布，這些將在稍后參照?qǐng)D5-8更加詳細(xì)地描述。[0063]參照?qǐng)D1-4，為了形成偏軸的光分布，第二區(qū)域1022的基面以低于第一區(qū)域所在的水平平面的方式相對(duì)于該水平平面傾斜，如圖中所示的傾斜角e所示。優(yōu)選地，第一區(qū)域1021為第一半圓，第二區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)于第一半圓傾斜的第二半圓，第一區(qū)域與第二區(qū)域1022的基面的分界線分別構(gòu)成第一半圓和第二半圓的直徑，S卩，第二區(qū)域的基面通過所述直徑。換句話說，第一區(qū)域與第二區(qū)域1022各自占據(jù)頂面的一半。進(jìn)一步地，可在整個(gè)基面上均布置條狀的折射突齒，即，使得折射突齒的布置區(qū)域占據(jù)頂面的一半。如圖1-4所示的，基面上的折射突齒104互相平行，并且優(yōu)選地，這些折射突齒104均平行于所述直徑。由于平行齒104的加工制造相對(duì)容易，因而相比于現(xiàn)有方案(例如在中國實(shí)用新型專利200820229577.X中所公開的透鏡)中的復(fù)雜曲率控制來說，根據(jù)本實(shí)用新型的折射突齒的設(shè)計(jì)及制造均相對(duì)簡單得多，大大降低了成本。另外，如果將折射突齒設(shè)置成平行于所述直徑，則能更容易地設(shè)定折射突齒的形狀(例如，下面將要提到的三角形突齒的側(cè)面1042的傾斜角度a )。但也是可以想到的是，也可以將平行的折射突齒設(shè)置成與所述直徑成一定角度，這樣同樣也可以實(shí)現(xiàn)偏軸的矩形光分布。進(jìn)一步地如圖1-4所示地，條狀折射突齒104彼此之間等間距地布置。該等間距的布置方式能夠進(jìn)一步使得折射突齒的設(shè)置變得容易，因而使得其設(shè)計(jì)及制造簡單，進(jìn)一步降低了成本。折射突齒104的形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。但是考慮到折射突齒的設(shè)計(jì)及制造的簡便性，可以將折射突齒104設(shè)置成具有三角形截面。具體地說，每個(gè)條狀折射突齒104均包括頂邊以及從頂邊向下延伸的兩個(gè)側(cè)平面1041和1042。從而，可以通過調(diào)整前述的傾斜角度9以及通過調(diào)整側(cè)平面1041和1042的角度來實(shí)現(xiàn)矩形光分布。為了進(jìn)一步使折射突齒的設(shè)計(jì)及制造簡便，優(yōu)選地將兩個(gè)側(cè)平面中的朝向第一區(qū)域的側(cè)平面1041設(shè)置成垂直于第一區(qū)域1021。從而，可以通過調(diào)整前述的傾斜角度0以及通過調(diào)整折射突齒104的遠(yuǎn)離第一區(qū)域的側(cè)平面1042的角度a來實(shí)現(xiàn)矩形光分布，而無需額外地調(diào)整折射突齒的側(cè)面1041的角度。如圖所示,條狀折射突齒104的兩個(gè)側(cè)平面中的遠(yuǎn)離第一區(qū)域的側(cè)平面1042相對(duì)于水平面可以一銳角a傾斜，從而更好地確保偏軸光分布。條狀折射突齒104的兩個(gè)側(cè)平面中的遠(yuǎn)離第一區(qū)域的側(cè)平面1042相對(duì)于水平面的傾斜角度可以彼此不同。每個(gè)折射突齒104的側(cè)平面1042的角度可以根據(jù)透鏡的大小和形狀、所需形成的偏軸矩形光分布的情況等各種情況來確定，從而使得本實(shí)用新型的方案在實(shí)際應(yīng)用中可以適用于多種需求，具有很好的靈活性。作為入射面的底面101包括至少部分地凹陷的區(qū)域，至少部分凹陷的區(qū)域作為光入射面限定出容納光源的容納腔1011。光源例如可以為LED發(fā)光組件。如圖3所示，光入射面的橫截面可以為多線段樣條曲線，從而通過調(diào)節(jié)樣條曲線的形狀可調(diào)節(jié)光入射到透鏡內(nèi)部的方向。圖3中所示的多線段樣條曲線為由位于頂部的曲線段1015以及從曲線段的兩端向下延伸的兩條傾斜直線1013構(gòu)成的軸對(duì)稱曲線。曲線段1015可以如圖3所示地設(shè)置成相對(duì)于兩條傾斜直線1013向下凹入地彎曲，從而使得入射的光線更好地聚集在頂面?；蛘呖商鎿Q地，曲線段1015也可以設(shè)置成相對(duì)于兩條傾斜直線1013向下凸出地彎曲?；蛘哌€可替換地，多線段樣條曲線還可以為由位于頂部的水平直線段1015以及從水平直線段的兩端向下延伸的兩條傾直線1013構(gòu)成的軸對(duì)稱曲線。也就是說，曲線段1015的形狀以及傾斜直線1013的傾斜角度的設(shè)置可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，尤其可以根據(jù)所期望的由光入射面進(jìn)入的光線不經(jīng)側(cè)面103反射而直接入射到出射頂面102上的光量來進(jìn)行調(diào)整，從而可以在一定程度上輔助于折射突齒的形狀調(diào)整、基面的傾斜角e的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)偏軸的矩形光分布。本實(shí)用新型的一個(gè)重要構(gòu)思是通過傾斜的基面以及設(shè)置于基面上的突齒來形成均勻的偏軸矩形光分布?；谠摌?gòu)思，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)上述所描述的特征進(jìn)行多種組合/子組合來對(duì)本說明書給出的上述實(shí)施方式進(jìn)行變型，從而實(shí)現(xiàn)偏軸的矩形光分布。例如，可以通過將基面的傾斜角、折射突齒的數(shù)量和間距、折射突齒的側(cè)面傾斜角、全反射面的設(shè)置、入射面的樣條曲線的各線段1013和1015的設(shè)置、第二區(qū)域所占據(jù)的頂面的區(qū)域大小等等特征進(jìn)行組合/子組合來實(shí)現(xiàn)偏軸矩形光分布。這些組合/子組合可以根據(jù)透鏡的大小、形狀、所期望的光分布等等需求來進(jìn)行。例如，可以如下所述地設(shè)置透鏡:全反射透鏡100的出射面直徑為60mm，高度為40mm，第二區(qū)域1022相對(duì)于水平面傾斜的角度0為5°，條狀折射突齒占據(jù)半個(gè)出射頂面的區(qū)域且數(shù)量為59，條狀折射突齒之間的間距為0.5mm。其中，各個(gè)條狀折射突齒的傾斜角度a分別不同，可以通過實(shí)驗(yàn)、模擬等方式確定，此處不再贅述。下面，結(jié)合圖5-8簡要地說明根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡形成偏軸的矩形光分布的原理?？梢岳斫獾氖牵瑢?duì)于沒有設(shè)置根據(jù)本實(shí)用新型的傾斜基面以及折射突齒的傳統(tǒng)透鏡來說，從其頂面出射的光將形成圓形的分布。為了方便解釋本實(shí)用新型形成偏軸矩形光分布的原理，首先參照?qǐng)D5示意性地說明根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡在僅設(shè)置相對(duì)于水平平面傾斜的基面時(shí)的光線折射。參照?qǐng)D5，其示出了根據(jù)本實(shí)用新型的全反射透鏡100、光分布所要投射的投射面107以及全反射透鏡的對(duì)稱軸線X?，F(xiàn)在先看全反射透鏡100的第一區(qū)域1021(8卩，位于軸線X右側(cè)的區(qū)域)，全反射透鏡100的第一區(qū)域1021處于水平面內(nèi)，這與傳統(tǒng)的全反射透鏡是相同的，因而從第一區(qū)域1021出射的光線(例如，所示出的光線1061和1062)所形成的光分布相對(duì)于傳統(tǒng)全反射透鏡并沒有什么變化，即，在反射表面107上將形成位于軸線X右側(cè)的半圓形光分布。然后再看全反射透鏡100的第二區(qū)域1022 (即，位于軸線X左側(cè)的區(qū)域)，以所示出的光線1051為例，可以發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)透鏡中原本會(huì)投射在投射面107的位于軸線X左側(cè)部分的光線1051由于基面的傾斜而被偏離從而將投射在投射面107的位于軸線X右側(cè)部分。事實(shí)上，由于傾斜的基面的設(shè)置，除了少量光線(例如光線1052所示)仍朝向X軸的左側(cè)部分出射之外，從第二區(qū)域1022出射的光線的絕大部分均被偏離到X軸的右側(cè)。從而，傾斜的基面初步地實(shí)現(xiàn)了偏離的光分布。進(jìn)一步地，雖然圖5和6中由于圖幅大小的原因而將透鏡100示出得距離投射面107比較近，但在實(shí)際應(yīng)用中，例如，在街道照明等應(yīng)用中，透鏡100與投射面107的距離比較遠(yuǎn)，因而可以想象的到，在街道照明等應(yīng)用中，光線1051在投射面107上的分布通常位于從第一區(qū)域1021出射的光線在反射表面107上的半圓形光分布的外部，而且由于基面的傾斜，從第二區(qū)域1022出射的光線在反射表面107上的分布被橢圓化。從上面的描述可知，傾斜的基面實(shí)現(xiàn)了初步的偏軸光分布，但仍有部分光線1052朝向X軸的左側(cè)部分出射，而且所形成在光軸X右則的分布只一種類似于半橢圓形的光分布，即，不是矩形光分布。為了對(duì)該分布進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，在傾斜的基面上設(shè)置折射突齒104。圖6示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡在設(shè)置有基面以及折射突齒時(shí)的光線折射圖。突齒的設(shè)置的一個(gè)作用是改變光線1052的出射方向。參照?qǐng)D6，首先可以看到光線1052的方向由于折射突齒的設(shè)置而由原來的朝向X軸的左側(cè)部分出射改變?yōu)槌騒軸的右側(cè)部分出射。在優(yōu)選地將第二區(qū)域1022的基面設(shè)置為占據(jù)透鏡100的頂面的一半并且在第二區(qū)域的整個(gè)基面上均布置折射突齒的情況下，從而可以實(shí)現(xiàn)這樣的優(yōu)點(diǎn):傾斜的基面可將從透鏡100出射的一半的光偏移到X軸右側(cè)，即，將從占據(jù)透鏡100的頂面的一半的第二區(qū)域1022出射的全部光偏移到X軸右側(cè)。這可以參照?qǐng)D8看出，所形成的光分布全部位于X軸(即0-0軸)的一側(cè)。突齒的設(shè)置的另一個(gè)作用是將類似于半橢圓形的光分布修正為均勻的矩形光分布。雖然不能從圖6中很好地看出該作用，但是可以想象的到，從各個(gè)方向入射到折射突齒104的側(cè)面的光經(jīng)過突齒的側(cè)面的折射后將有一部分被折射到半橢圓形外部(確切地說，折射到最終形成的矩形光分布的角部處)，從而形成矩形光分布。這樣的折射還帶來一個(gè)好處，即，將本來照度較強(qiáng)的中心部分的光偏移到照度較弱的周邊部分，從而最終使得矩形光分布的照度均勻。參照?qǐng)D7，其示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡的光線光軸夾角與光強(qiáng)度的關(guān)系II以及根據(jù)傳統(tǒng)透鏡的光線光軸夾角與光強(qiáng)度的關(guān)系I的曲線圖。從該曲線圖上可以明顯地看出該傳統(tǒng)透鏡的光沒有形成偏軸光分布，而根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡形成了均勻的偏軸矩形光分布。該矩形光分布還可以從圖8中明顯地看出。而且，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量，根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡效率高，可高達(dá)86.4%以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種透鏡,所述透鏡(100)包括具有入射面的底面(101)、作為出射面的頂面(102)以及連接所述底面(101)和所述頂面(102)的側(cè)面(103)，其特征在于，所述頂面具有第一區(qū)域(1021)和第二區(qū)域(1022)，第一區(qū)域(1021)為水平平面，所述第二區(qū)域(1022)包括相對(duì)于水平平面傾斜的基面和設(shè)置在所述基面上的至少一個(gè)條狀的折射突齒(104)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述第二區(qū)域(1022)的基面以低于所述第一區(qū)域所在的水平平面的方式相對(duì)于水平平面傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述第二區(qū)域(1022)的基面與所述水平平面的傾角以及所述折射突齒對(duì)應(yīng)于偏軸的矩形光分布設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述第一區(qū)域(1021)為第一半圓，所述第二區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)于所述第一半圓傾斜的第二半圓，所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域(1022)的基面的分界線分別構(gòu)成所述第一半圓和所述第二半圓的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡，其特征在于，所述至少一個(gè)條狀的折射突齒布置在整個(gè)基面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，在所述基面上設(shè)置有平行的多個(gè)條狀的折射突齒(104)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透鏡，其特征在于，在所述基面上設(shè)置有平行于所述直徑的多個(gè)條狀的突齒(104)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透鏡，其特征在于，所述多個(gè)條狀折射突齒(104)等間距地布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 或2所述的透鏡，其特征在于，每個(gè)所述條狀折射突齒(104)均包括頂邊以及從所述頂邊向下延伸的兩個(gè)側(cè)平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的透鏡，其特征在于，所述兩個(gè)側(cè)平面中的朝向所述第一區(qū)域的側(cè)平面(1041)設(shè)置成垂直于所述第一區(qū)域(1021)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的透鏡，其特征在于，每個(gè)所述條狀折射突齒(104)的所述兩個(gè)側(cè)平面中的遠(yuǎn)離所述第一區(qū)域的側(cè)平面(1042)相對(duì)于水平面的傾斜角度彼此不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的透鏡，其特征在于，每個(gè)所述條狀折射突齒(104)的所述兩個(gè)側(cè)平面中的遠(yuǎn)離所述第一區(qū)域的側(cè)平面(1042)相對(duì)于所述水平面以一銳角傾斜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述底面(101)包括至少部分地凹陷的區(qū)域，所述至少部分凹陷的區(qū)域作為光入射面限定出容納光源的容納腔(1011)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的透鏡，其特征在于，所述光入射面的橫截面為多線段樣條曲線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的透鏡，其特征在于，所述多線段樣條曲線為由位于頂部的曲線段(1015)以及從所述曲線段的兩端向下延伸的兩條傾斜直線(1013)構(gòu)成的軸對(duì)稱曲線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的透鏡，其特征在于，所述曲線段(1015)設(shè)置成相對(duì)于所述兩條傾斜直線(1013)凹入地彎曲。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的透鏡，其特征在于，所述多線段樣條曲線為由位于頂部的水平直線段(1015)以及從所述水平直線段的兩端向下延伸的兩條傾斜直線(1013)構(gòu)成的軸對(duì)稱曲線。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述側(cè)面(103)形成為全反射面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的透鏡，其特征在于，所述側(cè)面(103)為軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)全反射面。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡(100)的出射面直徑為60mm，高度為40mm，所述第二區(qū)域(1022)相對(duì)于水平面傾斜的角度為5°，所述條狀折射突齒的數(shù)量為59，所述條狀折射突齒之間的間距為0.5mm。
21.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡(100)通過注塑工藝一體形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡(100)由PC材料或亞克力材料形成。
23.—種LED發(fā)光裝置，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)所述的透鏡。
24.一種LED燈具，其特征 在于，包括根據(jù)權(quán)利要求23所述的LED發(fā)光裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種透鏡及具有該透鏡的LED發(fā)光裝置及LED燈具。透鏡(100)包括具有入射面的底面(101)、作為出射面的頂面(102)以及連接底面(101)和頂面(102)的側(cè)面(103)，并且頂面具有第一區(qū)域(1021)和第二區(qū)域(1022)，第一區(qū)域(1021)為水平平面，第二區(qū)域(1022)包括相對(duì)于水平平面傾斜的基面和設(shè)置在基面上的至少一個(gè)條狀的折射突齒(104)。根據(jù)本實(shí)用新型的透鏡可以實(shí)現(xiàn)高效率的、均勻的偏軸矩形光分布。
文檔編號(hào)F21S2/00GK202947076SQ20122043920
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者汪祖志, 盧元, 程雄杰, 羅亞斌 申請(qǐng)人:歐司朗股份有限公司