燈具及其透鏡的製作方法
2023-06-19 17:03:26
燈具及其透鏡的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種透鏡包括第一入光面、第二入光面和出光面，第一入光面和第二入光面為內凹曲面，出光面為外凸曲面，當光源置於透鏡時，光源發出的光的第一光束通過第一入光面折射至出光面，再通過出光面折射出，以形成第一光束，光源發出的光的第二光束通過第二入光面折射至出光面，再通過出光面折射出，以形成第二光束，其中，第一光束與光源的中心軸之間的夾角在正負70度的範圍內，第二光束與光源的中心軸之間的夾角在正負35度的範圍內。本發明還提供了一種燈具。本發明提供的燈具和透鏡，利用所述第一入光面、第二入光面及出光面能將光源發出的光折射後照射在用戶所需的範圍內，進而避免了光能的浪費。
【專利說明】燈具及其透鏡
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及照明領域，尤其涉及一種燈具及其透鏡。
【背景技術】
[0002]目前隨著發光二極體晶片和封裝工藝的成熟，發光二極體亮度要求足以滿足各個照明領域的需求。因此，發光二極體在各個領域被廣泛應用。在具體應用領域中，為符合該領域的行業或國家標準，需要對發光二極體應用進行二次光學設計。而在進行發光二極體應用的二次光學設計中，由於發光二極體的發光角度的原因，發光二極體的大部分光線不經反射體而直接照射出去，而未能照射到用戶所需的範圍，從而造成了光能損耗。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種能夠形成照度和顏色均勻的矩形光斑的燈具及其透鏡。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種透鏡，應用於燈具內，以罩覆所述燈具的光源並對所述光源發出的光進行配光，以形成矩形光斑。所述透鏡包括第一入光面、第二入光面和出光面，所述第一入光面和所述第二入光面為內凹曲面，所述出光面為外凸曲面，當所述光源置於所述透鏡時，所述光源發出的光的第一光束通過所述第一入光面折射至所述出光面，再通過所述出光面折射出，從而形成第一光束，所述光源發出的光的第二光束通過所述第二入光面折射至所述出光面，再通過所述出光面折射出，從而形成第二光束，其中，所述第一光束與所述光源的中心軸之間的夾角在正負70度的範圍內，所述第二光束與所述光源的中心軸之間的夾角在正負35度的範圍內。
[0005]其中，所述透鏡還設有收容空間，用於收容所述光源，所述第一入光面和所述第二入光面為所述收容空間的內表面。
[0006]其中，所述透鏡還包括底壁，所述收容空間從所述底壁向所述出光面延伸。
[0007]其中，所述底壁的底面和外側面為咬花面。
[0008]其中，所述第一入光面、所述第二入光面及所述出光面為橢球形的自由曲面。
[0009]其中，形成所述自由曲面的曲線為樣條曲線。
[0010]其中，所述透鏡為折射型透鏡，所述透鏡的材質為高透光率的塑膠材質。
[0011]其中，所述透鏡是軸對稱結構，並為橢球狀。
[0012]本發明還提供一種燈具，包括光源及上述透鏡，所述透鏡用於罩覆所述光源並對所述光源發出的光束進行配光。
[0013]其中，所述光源為朗伯型發光二極體。
[0014]本發明提供的燈具和透鏡，利用所述第一入光面和出光面將光源發出的光束經過折射後形成的第一光束與光源的中心軸之間的夾角在正負70度的範圍內，及所述第二入光面和出光面將光源發出的光束經過折射後形成的第二光束與光源的中心軸之間的夾角在正負35度的範圍內，從而光源發出的光束可照射在用戶所需的範圍內，進而避免了光能的浪費。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是本發明較佳實施方式提供的透鏡的立體示意圖；
[0017]圖2是圖1所示的透鏡的平面示意圖；
[0018]圖3是圖2中沿直線II1-1II的剖視示意圖；
[0019]圖4是圖2中沿直線IV-1V的剖視示意圖；
[0020]圖5是圖1所示的透鏡的入射光線、出射光線及法線三者之間關係的示意圖；
[0021]圖6是燈具的第一光束的光路圖；
[0022]圖7是燈具的第二光束的光路圖；
[0023]圖8是燈具的照射效果圖；及
[0024]圖9是燈具的配光曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0026]請參閱圖1和圖5，本發明較佳實施方式提供一種燈具100。所述燈具100包括光源10及透鏡20。所述透鏡20用於罩覆所述光源10並對所述光源10發出的光束進行配光。
[0027]在本實施方式中，光源10為朗伯型發光二極體，透鏡20為折射型透鏡。
[0028]請同時參閱圖2至圖4，所述透鏡20包括第一入光面22、第二入光面24和出光面28，出光面28為外凸曲面,第一入光面22和第二入光面24為內凹曲面。光源10發出的光從經過第一入光面22和第二入光面24進入透鏡20內部，並經出光面28射出。
[0029]在本實施方式中，所述透鏡20是軸對稱結構，並大致為橢球狀，從而出光面28均為橢球面。所述透鏡20的材質為高透光率的塑膠材質，如亞克力材質。
[0030]如圖5所示，本發明的透鏡20根據公式:
__- Bx_
[0031]尾-^a...:............................%—:...%.....,
tv.▲ *s*
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[0032]尋=/，/ I % 4 ,
^4.] — JS Ξ
[0033]美=——~/...............-,
^/'2 */? A1- A.A
1 1
[0034]N=Nxi+Nyj+Nzk;
[0035]A=Axi+Ayj+Azk;A，=Bxi+Byj+Bzk;
[0036]其中，N為法線矢量，A為入射光線矢量，A』為出射光線矢量，X為X方向的坐標，Y為Y方向的坐標，Z為Z方向的坐標，計算得出。計算時，將透鏡20曲面和目標光斑在橫向和縱向分成等量的網格，根據入射光線和出射光線斯涅耳(snell)定律，將網格的節點一一對應，整個曲面控制網格節點坐標由迭代計算求出。
[0037]如圖1、圖3和圖4所示，作為本發明的進一步改進，所述透鏡20還設有收容空間21和底壁23，收容空間21從底壁23的中間向出光面28延伸但未貫穿出光面28。
[0038]在本實施方式中,第一入光面22和第二入光面24均為收容空間21的內表面,光源10收容於收容空間21。
[0039]底壁23的底面和外側面為咬花面，以防止光源10發出的光線從底壁23的底面和外側面射出，以增強光源的利用率。
[0040]在本實施方式中，收容空間21大致為橢球狀，從而第一入光面22和第二入光面24為橢球面。
[0041]在本實施方式中，為了描述方面，把透鏡20的入光面定義為第一入光面22和第二入光面24,實際上第一入光面22和第二入光面24為同一曲面在不同方向的形狀。如圖3所示，為透鏡20在Y方向的剖視圖，第二入光面24為入光面在Y方向的形狀。其中，Y方向為矩形光斑的寬邊。如圖4所不,為透鏡20在X方向的剖視圖,第一入光面22為入光面X方向的形狀。其中，X方向為矩形光斑的長邊。
[0042]請同時參考圖6和圖7，當所述光源10置於所述透鏡20的收容空間21中時，所述光源10發出的光的第一光束通過所述第一入光面22折射至所述出光面28，再通過所述出光面28折射出，從而形成第一光束；所述光源10發出的光的第二光束通過所述第二入光面24折射至所述出光面28，再通過所述出光面28折射出，從而形成第二光束，其中，所述第一光束與所述光源10的中心軸之間的夾角在正負70度的範圍內，所述第二光束與所述光源10的中心軸之間的夾角在正負35度的範圍內。
[0043]因光源10發出的光通過第一入光面22折射至所述出光面28，再通過所述出光面28折射後，形成的第一光束與所述光源10的中心軸之間的夾角在正負70度的範圍內，同時，光源10發出的光的通過所述第二入光面24折射至所述出光面28，再通過所述出光面28折射後，形成的第二光束與所述光源10的中心軸之間的夾角在正負35度的範圍內，從而光源10發出的光經過透鏡20配光後形成矩形光斑，而且光源10發出的光經過透鏡20配光後可照射在用戶所需的範圍內，進而避免了光能的浪費。
[0044]作為本發明的進一步改進，第一入光面22、第二入光面24及出光面28均為自由曲面，且形成自由曲面的曲線為樣條曲線。換而言之，透鏡20的入光面和出光面28均為自由曲面,且形成自由曲面的曲線為樣條曲線。
[0045]因透鏡20的入光面和出光面28均為自由曲面，且形成自由曲面的曲線為樣條曲線，即所述入光面和出光面28是由無數的樣條曲線形成的，從而光源10發出的光經過透鏡20的配光後所形成的光斑，是由多個經過多個樣條曲線將光源10發出的光投射到被照面上的同一個區域形成的微型光點重疊而成，進一步增加了光斑的照度和顏色的均勻性。
[0046]請繼續參考圖8，將一個朗伯型發光二極體安裝於所述透鏡20的收容空間21中。通過模擬仿真可知，通過所述透鏡20對所述朗伯型發光二極體發出的光進行配光後，在2米遠測試位置形成一個矩形光斑。
[0047]請繼續參考圖9，將一個朗伯型發光二極體安裝於所述透鏡20的收容空間21中。通過模擬仿真可知，通過所述透鏡20對所述朗伯型發光二極體發出的光進行配光後，光強不重疊，從而在被照面形成的光斑不是圓形而是矩形光斑。
[0048]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種透鏡，應用於燈具內，以罩覆所述燈具的光源並對所述光源發出的光進行配光，以形成矩形光斑，其特徵在於:所述透鏡包括第一入光面、第二入光面和出光面，所述第一入光面和所述第二入光面為內凹曲面，所述出光面為外凸曲面，當所述光源置於所述透鏡時，所述光源發出的光的第一光束通過所述第一入光面折射至所述出光面，再通過所述出光面折射出，從而形成第一光束，所述光源發出的光的第二光束通過所述第二入光面折射至所述出光面，再通過所述出光面折射出，從而形成第二光束，其中，所述第一光束與所述光源的中心軸之間的夾角在正負70度的範圍內，所述第二光束與所述光源的中心軸之間的夾角在正負35度的範圍內。
2.根據權利要求1所述的透鏡，其特徵在於，所述透鏡還設有收容空間，用於收容所述光源，所述第一入光面和所述第二入光面為所述收容空間的內表面。
3.根據權利要求2所述的透鏡，其特徵在於，所述透鏡還包括底壁，所述收容空間從所述底壁向所述出光面延伸。
4.根據權利要求3所述的透鏡，其特徵在於，所述底壁的底面和外側面為咬花面。
5.根據權利要求2所述的透鏡，其特徵在於，所述第一入光面、所述第二入光面及所述出光面為橢球形的自由曲面。
6.根據權利要求5所述的透鏡，其特徵在於，形成所述自由曲面的曲線為樣條曲線。
7.根據權利要求1所述的透鏡，其特徵在於，所述透鏡為折射型透鏡，所述透鏡的材質為高透光率的塑膠材質。
8.根據權利要求6所述的透鏡，其特徵在於，所述透鏡是軸對稱結構，並為橢球狀。
9.一種燈具，包括光源及如權利要求1-8任一項所述的透鏡，所述透鏡用於罩覆所述光源並對所述光源發出的光束進行配光，以形成矩形光斑。
10.根據權利要求9所述的燈具，其特徵在於，所述光源為朗伯型發光二極體。
【文檔編號】F21Y101/02GK104214670SQ201310215028
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2013年5月31日
【發明者】周明傑, 乃業利 申請人:海洋王（東莞）照明科技有限公司, 海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司