專利名稱：透鏡以及具有該透鏡的全方位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、以及具有該透鏡的全方位照明裝置。
背景技術(shù)：
由于LED光源具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，LED光源可以在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，LED的成本越來越低并且光效也得到了增力口。固態(tài)發(fā)光(SSL)來取代傳統(tǒng)的發(fā)光裝置已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。美國(guó)的Energy Star標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于全方位SSL替代燈(參見附圖1)提出了一定的要求。在0-135度的區(qū)域內(nèi)，在任意角度的光強(qiáng)與在0-135度的區(qū)域內(nèi)的平均的光強(qiáng)之間的差值不高于20%。在135-180度的區(qū)域內(nèi)的光通量應(yīng)當(dāng)占總的光通量至少5%。在與起始平面呈45度和90度的垂直平面內(nèi)的測(cè)量結(jié)果應(yīng)當(dāng)是相同的。大部分的LED光強(qiáng)度分布是朗伯型的而非均勻一致的，因此，二次光學(xué)設(shè)計(jì)是必不可少的。對(duì)于SSL替代燈，為了滿足這些要求，通常需要設(shè)計(jì)光學(xué)組件實(shí)現(xiàn)光的再分配?，F(xiàn)有技術(shù)中，存在多種獲得LED燈的光源再分配的方案。第一種方案是優(yōu)化LED陣列；第二種方案是利用反射器對(duì)于光進(jìn)行分配。W02009/059125A1中公開了一種光學(xué)組件，包括一個(gè)LED燈和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè)計(jì)的反射型的光轉(zhuǎn)換器，該光轉(zhuǎn)換器提供了具有預(yù)先計(jì)算的光強(qiáng)分布的全方位光分布圖案。EP2180234A1中公開了一種全向燈殼，包括透光的本體件以及位于本體件的末端的接觸件，其可以旋入到傳統(tǒng)的燈殼座中建立電連接。燈殼也包括至少一個(gè)盤狀物和支撐桿。大量的LED背靠背的沿著每一個(gè)盤狀物的周邊布置，以實(shí)現(xiàn)全向照明。

US2002/0114170A1公開了一種白熾燈光源，被全向分布所替代。光導(dǎo)從光源接收光輸出并且引導(dǎo)光輸出。光導(dǎo)還從光源處向外延伸。反射器定位在光導(dǎo)中并且反射通過光導(dǎo)引導(dǎo)的光以提供恰當(dāng)?shù)倪吘壵彰鳌Ｉ鲜龈鞣桨钢芯刺岢鲆环N通過透鏡的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)全方位照明的方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，提出一種用于全方位照明的透鏡以及具有該透鏡的全方位照明裝置，其能克服現(xiàn)有技術(shù)中的各種解決方案的缺點(diǎn)，具有制造成本低、制造工藝簡(jiǎn)單、光分布均勻、同時(shí)實(shí)現(xiàn)全方位照明的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面提出一種用于全方位照明的透鏡，其特征在于，所述透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的并且包括分別旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè)計(jì)的光入射面、第一光折射面、第一光反射面、第二光折射面以及第三光折射面，所述第一光折射面將經(jīng)過所述光入射面的光的第一部分經(jīng)折射出射產(chǎn)生第一出射光，所述第一光反射面將經(jīng)過所述光入射面的光的第二部分反射至所述第二光折射面并經(jīng)所述第二光折射面折射出射產(chǎn)生第二出射光，所述第三光折射面將經(jīng)過所述光入射面的光的第三部分經(jīng)折射出射產(chǎn)生第三出射光，所述第一出射光、第二出射光以及第三出射光共同實(shí)現(xiàn)全方位照明。
根據(jù)本發(fā)明提出通過將透鏡設(shè)計(jì)為具有多個(gè)折射面和反射面來提供全方位照明。其中通過第一光折射面提供前向照明的第一出射光，而通過第三光折射面實(shí)現(xiàn)的第三出射光實(shí)現(xiàn)了光線相對(duì)于前向照明不同的后向照明，通過第一光反射面和第二光折射面的相互配合提供后向照明的第二出射光，補(bǔ)充了第三出射光，從而總體上提供了全方位照明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，所述透鏡包括底面、頂面以及連接所述頂面和所述底面的側(cè)面，所述底面部分地彎曲以形成用于光源的光入射面，所述頂面包括所述第一光折射面和第一光反射面，所述側(cè)面包括所述第二光折射面和所述第三光折射面。利用第一光折射面，實(shí)現(xiàn)了頂部區(qū)域的前向照明，利用第三光折射面，實(shí)現(xiàn)了側(cè)向上的傾斜向下照明，利用第二光折射面和第一光反射面，實(shí)現(xiàn)了光線方向的折轉(zhuǎn)，使得光線向下照明，實(shí)現(xiàn)了后向照明。優(yōu)選地，所述頂面包括位于中央的第一光折射面以及位于邊緣的圍繞所述第一光折射面的第一光反射面。從而利用第一光折射面，實(shí)現(xiàn)了頂部區(qū)域的中央范圍內(nèi)的前向照明。同時(shí)，第一光反射面則更便于與側(cè)向上的第二光折射面相配合。優(yōu)選地，所述側(cè)面包括與所述第一光反射面相接的第二光折射面和與所述底面相接的第三光折射面。上述設(shè)計(jì)更加優(yōu)化了第一光反射面和第二光折射面的配合以及第三光折射面對(duì)于經(jīng)過所述光入射面的光的第三部分的折射。優(yōu)選地，所述第二光折射面具有從所述第一光反射面開始傾斜向中央延伸的輪廓以與所述第一光反射面呈銳角。第二光折射面的設(shè)計(jì)取決于第一光反射面的設(shè)計(jì)。第二光折射面與第一光反射面的傾斜角度的數(shù)值以及第二光折射面傾斜向中央延伸的程度取決于第一光反射面的大小、位置以及具體輪廓?？傮w原則是使得第二出射光的出射范圍要符合預(yù)期的光分布。優(yōu)選地，所述第二光折射面傾斜地向中央延伸至使得來自于所述第一光反射面的光線全部經(jīng)所述第二光折射面出射。以將經(jīng)過所述光入射面的光的第二部分以高的光效轉(zhuǎn)換為第二出射光。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述底面包括位于中央的凹陷的光入射面和位于邊緣的圍繞所述光入射面的平坦的承載基面。從而凹陷的光入射面提供了用于光源的容納腔，并且平坦的承載基面為安置透鏡提供了便利性。優(yōu)選地，第三光折射面與所述承載基面相接并且具有從所述承載基面開始傾斜向中央延伸的輪廓以與所述承載基面呈銳角。以盡量實(shí)現(xiàn)第三出射光在側(cè)向上盡量向后的光投射。優(yōu)選地，所述第三光折射面向中央延伸至入射到所述第一光反射面的所述光的第二部分的邊界。以實(shí)現(xiàn)了光的第二部分和光的第三部分的清楚的劃界，并且盡量實(shí)現(xiàn)第三出射光在側(cè)向上盡量向后的光投射。優(yōu)選地，所述第一光反射面是平坦的表面或者是傾斜表面。根據(jù)預(yù)期的第二出射光來設(shè)計(jì)第一光反射面。優(yōu)選地，所述第一光折射面、所述第二光折面和所述第三光折射面在橫截面上分別為樣條曲線。

優(yōu)選地，所述光入射面在橫截面上為圓弧面。更優(yōu)選地，所述光入射面在橫截面上為半圓面。從而盡量不改變來自光源的光分布。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面提出一種全方位照明裝置，包括定向光源和具有上述特征的透鏡。從而利用透鏡將來自定向光源的光在全向方向上進(jìn)行了分配。根據(jù)本發(fā)明的透鏡和全方位照明裝置具有制造成本低、制造工藝簡(jiǎn)單、光分布均勻、同時(shí)實(shí) 現(xiàn)全向方位照明的優(yōu)點(diǎn)。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(duì)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(hào)表示。圖中示出:圖1是現(xiàn)有技術(shù)中SSL替換燈；圖2是通過旋轉(zhuǎn)形成根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)對(duì)成圖形的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的截面完整輪廓圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的第一立體圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的第二立體圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的第一光線分布示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的第二光線分布示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的配光曲線圖；圖10-12是根據(jù)本發(fā)明的全方位照明裝置的第一具體實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2是通過旋轉(zhuǎn)形成根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)對(duì)成圖形示意圖。根據(jù)本發(fā)明的透鏡10設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。因此，圖2示意出了通過旋轉(zhuǎn)最終形成根據(jù)本發(fā)明的透鏡10的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形，即示意出了一個(gè)象限的透鏡的橫截面輪廓圖。該旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圖形包括頂邊、底邊以及連接頂邊和底邊的側(cè)邊。頂邊、底邊和側(cè)邊旋轉(zhuǎn)之后形成透鏡10的頂面、底面以及連接頂面和底面的側(cè)面。圖3是根據(jù)本發(fā)明的透鏡10的第一具體實(shí)施例的截面完整輪廓圖。從中可以看出，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后獲得的透鏡10的截面完整輪廓圖。結(jié)合圖2，圖3，可以看出，在該具體實(shí)施例中頂面從中央到邊緣處依次包括第一光折射面2和第一光反射面3，側(cè)面包括第二光折射面4和第三光折射面5。第二光折射面4與第一光反射面3相接，第三光折射面5與底面相接。第二光折射面4和第三光折射面5之間的可以直接相接或者可以通過一個(gè)表面相連接。從圖2中可以看出，經(jīng)過光入射面I的光的劃分為三部分，第一部分Al、第二部分A2以及第三部分A3。第一部分Al與第一光折射面2對(duì)應(yīng)，第一光折射面2用于將第一部分Al折射后出射。第二部分A2與第一光反射面3以及第二光折射面4對(duì)應(yīng)，經(jīng)過光入射面I的光的第二部分A2射到第一光反射面3上，第一光反射面3進(jìn)而將第二部分A2反射至第二光折射面4并經(jīng)第二光折射面4折射出射。第三部分A3與第三光折射面5對(duì)應(yīng)，第三光折射面5用于將第三部分A3折射后出射。從圖3中可以看出，透鏡10的底面部分地彎曲以形成用于光源的光入射面I。底面包括位于中央的凹陷的光入射面I和位于邊緣的圍繞光入射面I的平坦的承載基面。光入射面I形成了用于光源的容納腔。經(jīng)過光入射面I的光產(chǎn)生了如上的三部分光-第一部分Al、第二部分A2以及第三部分A3。為了盡量不改變光源產(chǎn)生的光的方向，光入射面在橫截面上為圓弧面。在該具體實(shí)施例中，光入射面在橫截面上為半圓面。圖4是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的示意圖。從中可以看出，出射光包括三個(gè)部分，第一出射光B1、第二出射光B2以及第三出射光B3。這三個(gè)部分的出射光B1、B2、B3分別與經(jīng)過光入射面I的光的三部分-第一部分Al、第二部分A2以及第三部分A3相對(duì)應(yīng)。第一部分Al產(chǎn)生第一出射光BI，第一出射光BI為在第一象限的朝向頂部的前向照明。第二部分A2產(chǎn)生第二出射光B2，第二出射光B2為部分覆蓋第一象限和第四象限的后向照明。第三部分A3產(chǎn)生第三出射光B3，第三出射光B3為朝向側(cè)后方的后向照明。圖4僅僅示意出了一個(gè)象限的出射光的示意圖，由于根據(jù)本發(fā)明的透鏡是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，因此，通過透鏡周向方向上的出射光的重疊，最終實(shí)現(xiàn)了更好的照明。結(jié)合圖2、圖4可以看出，為了實(shí)現(xiàn)上述的出射光，第二光折射面4具有從第一光反射面3開始傾斜向中央延伸的輪廓以與第一光反射面3呈銳角。根據(jù)不同的光分布的要求，可以設(shè)計(jì)不同的第一光 反射面3和第二光折射面4，使得來自于第一光反射面3的光線全部經(jīng)第二光折射面4出射。根據(jù)該具體實(shí)施例，第一光反射面3設(shè)計(jì)為平坦的。第一光折射面2和第三光折射面5在橫截面上分別為樣條曲線。根據(jù)本發(fā)明的透鏡未示出的第二具體實(shí)施例，第一光反射面3設(shè)計(jì)為傾斜表面。同樣，第三光折射面5與底面的平坦部分-承載基面相接并且具有從承載基面開始傾斜向中央延伸的輪廓以與承載基面呈銳角。第三光折射面5延伸到入射到第一光反射面3的光的第二部分A2的邊界處。圖5，圖6分別是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的第一和第二立體圖。根據(jù)本發(fā)明的透鏡10包括兩個(gè)部分，即第一部分和第二部分。第一部分是由第三光折射面5和底面旋轉(zhuǎn)形成的第一球冠，第二部分是由第一光折射面2、第一光反射面3以及第二光折射面4旋轉(zhuǎn)形成的第二球冠。圖7，圖8是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的第一光線和第二光線分布示意圖。從中可以看出根據(jù)本發(fā)明的透鏡10基本上實(shí)現(xiàn)了全向照明。圖9是根據(jù)本發(fā)明的透鏡的第一具體實(shí)施例的出射光的光分布圖；在-140度至140度的范圍內(nèi)的光強(qiáng)均勻分布。圖10-12是根據(jù)本發(fā)明的全向照明裝置100的第一具體實(shí)施例的示意圖。該全向照明裝置100為改型燈，包括承載LED光源的燈殼本體和電連接部12，燈殼本體外表面上設(shè)置有散熱片11，由于透鏡10容納LED光源并且透鏡10可以根據(jù)LED光源的大小而設(shè)計(jì)不同的尺寸，占用空間較小，因此，給布置散熱片11留下了較大的布置空間。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(duì)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)。
標(biāo)號(hào)列表10 透鏡100全向照明裝置I光入射面2第一光折射面3第一光反射面4第二光折射面5第三光折射面Al第一部分 A2第二部分A3第三部分BI第一出射光B2第二出射光B3第三出射光
權(quán)利要求
1.一種用于全方位照明的透鏡(10)，其特征在于，所述透鏡(10)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的并且包括分別旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè)計(jì)的光入射面(I)、第一光折射面(2)、第一光反射面(3)、第二光折射面(4)以及第三光折射面(5)，所述第一光折射面(2)將經(jīng)過所述光入射面(I)的光的第一部分(Al)經(jīng)折射出射產(chǎn)生第一出射光(BI)，所述第一光反射面(3)將經(jīng)過所述光入射面(I)的光的第二部分(A2)反射至所述第二光折射面(4)并經(jīng)所述第二光折射面(4)折射出射產(chǎn)生第二出射光(B2)，所述第三光折射面(5)將經(jīng)過所述光入射面(I)的光的第三部分(A3)經(jīng)折射出射產(chǎn)生第三出射光(B3)，所述第一出射光(BI)、第二出射光(B2)以及第三出射光(B3)共同實(shí)現(xiàn)全方位照明。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡(10)，其特征在于，所述透鏡(10)包括底面、頂面以及連接所述頂面和所述底面的側(cè)面，所述底面部分地彎曲以形成用于光源的光入射面(I)，所述頂面包括所述第一光折射面(2)和第一光反射面(3)，所述側(cè)面包括所述第二光折射面(4)和所述第三光折射面(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透鏡(10)，其特征在于，所述頂面包括位于中央的第一光折射面(2)以及位于邊緣的圍繞所述第一光折射面(2)的第一光反射面(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透鏡(10)，其特征在于，所述側(cè)面包括與所述第一光反射面(3)相接的第二光折射面(4)和與所述底面相接的第三光折射面(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡(10)，其特征在于，所述第二光折射面(4)具有從所述第一光反射面(3)開始傾斜向中央延伸的輪廓以與所述第一光反射面(3)呈銳角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透鏡(10)，其特征在于，所述第二光折射面(4)傾斜地向中央延伸至使得來自于所述第一光反射面(3)的光線全部經(jīng)所述第二光折射面(4)出射。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的透鏡(10)，其特征在于，所述底面包括位于中央的凹陷的光入射面(I)和位于邊緣的圍繞所述光入射面(I)的平坦的承載基面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透鏡(10)，其特征在于，所述第三光折射面(5)與所述承載基面相接并且具有從所述承載基面開始傾斜向中央延伸的輪廓以與所述承載基面呈銳角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透鏡(10)，其特征在于，所述第三光折射面(5)向中央延伸至所述光的第二部分(A2)的邊界。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的透鏡(10)，其特征在于，所述第一光反射面(3)是平坦的表面或者是傾斜表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的透鏡(10)，其特征在于，所述第一光折射面(2)、所述第二光折面(4)和所述第三光折射面(5)在橫截面上分別為樣條曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的透鏡(10)，其特征在于，所述光入射面在橫截面上為圓弧面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的透鏡(10)，其特征在于，所述光入射面在橫截面上為半圓面。
14.一種全方位照明裝置，其特征在于，包括定向光源以及根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的透鏡(10)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的全方位照明裝置，其特征在于，所述全方位照明裝置是改型燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于全方位照明的透鏡(10)，其特征在于，所述透鏡(10)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的并且包括分別旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè)計(jì)的光入射面(1)、第一光折射面(2)、第一光反射面(3)、第二光折射面(4)以及第三光折射面(5)，所述第一光折射面(2)將經(jīng)過所述光入射面(1)的光的第一部分(A1)經(jīng)折射出射產(chǎn)生第一出射光(B1)，所述第一光反射面(3)將經(jīng)過所述光入射面(1)的光的第二部分(A2)反射至所述第二光折射面(4)并經(jīng)所述第二光折射面(4)折射出射產(chǎn)生第二出射光(B2)，所述第三光折射面(5)將經(jīng)過所述光入射面(1)的光的第三部分(A3)經(jīng)折射出射產(chǎn)生第三出射光(B3)，所述第一出射光(B1)、第二出射光(B2)以及第三出射光(B3)共同實(shí)現(xiàn)全方位照明。根據(jù)本發(fā)明的透鏡具有制造成本低、制造工藝簡(jiǎn)單、光分布均勻、同時(shí)實(shí)現(xiàn)全方位照明的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F21V5/04GK103225785SQ201210021809
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者林雪琴, 程迎軍 申請(qǐng)人:歐司朗股份有限公司