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1、(10)申请公布号 CN 103133993 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103133993 A *CN103133993A* (21)申请号 201110397957.0 (22)申请日 2011.12.02 F21V 5/04(2006.01) F21Y 101/02(2006.01) (71)申请人 欧司朗股份有限公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 明玉生 陈鹏 李爱爱 陈小棉 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人 余刚 李慧 (54) 发明名称 透镜和照明装置 (57) 摘要 本发明涉及一种用于照明装置的透镜(1)， 。
2、包 括基板 (2) 和形成在基板 (2) 上的微透镜阵列， 其中微透镜阵列包括多个微透镜 (3)， 微透镜 (3) 具有分别朝向照明装置的光源 (S) 一侧的光入射 面 (4) 和背离光源 (S) 一侧的光出射面 (5)， 其 中光入射面 (4) 为限定出朝向光源 (S) 开放的腔 体 (R) 的第一曲面 (4)， 光出射面 (5) 为第二曲面 (5)， 第二曲面 (5) 设计为将经第一曲面 (4) 入射 的光线 (L) 以均匀的漫透射方式射出。通过该透 镜出射的光线可以漫射在待照射的物体上实现预 期的光分布效果。本发明还涉及一种具有上述类 型的透镜的照明装置。 (51)Int.Cl. 权利要。
3、求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103133993 A CN 103133993 A *CN103133993A* 1/1 页 2 1. 一种用于照明装置的透镜 (1)， 包括基板 (2) 和形成在所述基板 (2) 上的微透镜阵 列， 其中所述微透镜阵列包括多个微透镜 (3)， 所述微透镜 (3) 具有分别朝向所述照明装置 的光源 (S) 一侧的光入射面 (4) 和背离所述光源 (S) 一侧的光出射面 (5)， 其特征在于， 所 述光入射面(4)为限定出朝向所。
4、述光源(S)开放的腔体(R)的第一曲面(4)， 所述光出射面 (5) 为第二曲面 (5)， 所述第二曲面 (5) 设计为将经所述第一曲面 (4) 入射的光线 (L) 以均 匀的漫透射方式射出。 2. 根据权利要求 1 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第一曲面 (4) 的和所述第二曲面 (5) 的轮廓根据由所述微透镜 (3) 射出的所述光线 (L) 产生的预期的光分布图案的光束角 来设计。 3. 根据权利要求 2 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 在所述微透镜 (3) 的纵截面上看， 所 述第二曲面 (5) 包括凹面弯曲的中间区域 (5a) 和位于所述中间区域 (5a) 两侧的凸面弯曲。
5、 的边缘区域 (5b)， 并且所述中间区域 (5a) 与所述边缘区域 (5b) 平滑过渡。 4. 根据权利要求 3 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第二曲面 (5) 为旋转对称曲面。 5. 根据权利要求 3 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第二曲面 (5) 在对称纵截面上的 轮廓曲线可以用以下方程限定 ： y 0.0171x4-0.132x3+0.0667x2-0.1225x+4.3336。 6. 根据权利要求 2 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第一曲面 (4) 为旋转对称的曲 面， 在所述微透镜 (3) 的纵截面上看， 包括中央的第一子区域 (4a) 和位于所述第一。
6、子区域 (4a) 两侧的第二子区域 (4b)。 7. 根据权利要求 6 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第一曲面 (4) 在对称纵截面上的 轮廓曲线可以用以下方程限定 ： y -0.004x6+0.0634x5-0.3759x4+1.0004x3-1.2068x2+0.6735x+3.9442。 8. 根据权利要求 7 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第一子区域 (4a) 为球面。 9. 根据权利要求 7 所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述第二子区域 (4b) 为锥面。 10. 根据权利要求 1-9 中任一项所述的透镜 (1)， 其特征在于， 所述基板 (2) 和所述微 。
7、透镜阵列一体形成。 11.根据权利要求1-9中任一项所述的透镜(1)， 其特征在于， 所述透镜(1)由PC制成。 12.一种照明装置， 其特征在于， 所述照明装置具有根据权利要求1至11中任一项所述 的透镜 (1)。 权 利 要 求 书 CN 103133993 A 2 1/4 页 3 透镜和照明装置 技术领域 0001 本发明涉及一种透镜和一种具有该透镜的照明装置。 背景技术 0002 随着 LED 照明技术的发展， 人们越来越多地将 LED 照明装置作为光源应用到各种 环境中。 由于LED芯片的制造公差的原因， LED芯片发出的光线在待照射物体上形成的实际 光斑的亮度通常并不均匀。一些时候。
8、照度并不是很均匀并且色彩也不是很均匀。为了解决 上述问题， 获得尽可能良好的照明效果， 通常需要在 LED 芯片上安装一个透镜， 利用该透镜 对 LED 芯片发出的光线进行调整。在现有技术中， 透镜的出射面被结构化， 也就是说该出射 面上形成有很多任意分布的凸起或者凹面， 从而形成漫射面。该漫射面对来自 LED 芯片的 光线进行调整。另外的一种解决方案是直接在透镜的顶部加上一个漫散屏， 从而对 LED 芯 片的光线进行调整。然而， 经过上述类型的透镜和漫散屏调整的光线的光分布很难被预期 或者很难被模拟。经过上述类型的透镜和漫散屏调整的光线的光分布是随意的。 发明内容 0003 为解决上述问题，。
9、 本发明提出一种用于照明装置的透镜， 通过该透镜出射的光线 可以漫射在待照射的物体上实现预期的光分布效果。此外， 本发明还提出一种具有上述类 型的透镜的照明装置。 0004 本发明的第一个目的通过一种透镜由此实现， 即该透镜包括基板和形成在基板上 的微透镜阵列， 其中微透镜阵列包括多个微透镜， 微透镜具有分别朝向照明装置的光源一 侧的光入射面和背离光源一侧的光出射面， 其特征在于， 光入射面为限定出朝向光源开放 的腔体的第一曲面， 光出射面为第二曲面， 该第二曲面设计为将经第一曲面入射的光线以 均匀的漫透射方式射出。在根据本发明的设计方案中， 其中光入射面为限定出朝向光源开 放的腔体的第一曲面。
10、， 以使来自光源的光线尽可能地第一曲面上的不同位置以不同的入射 角入射， 来自光源的光线经过第一曲面入射后将光线尽可能地从多个方向折射到第二曲面 上， 第二曲面设计为使得出射的光线进一步以均匀的漫透射方式射出。由于将多个具有良 好散射效果的微透镜以矩阵的方式组合形成一个透镜整体， 可以实现均匀的漫射效果， 并 且获得理想的光分布图案。 0005 根据本发明的一个优选的设计方案， 所述第一曲面的和第二曲面的轮廓根据由所 述微透镜射出的光线产生的预期的光分布图案的光束角来设计。根据应用环境的需要， 为 了获得不同的预期的光分布图案， 可以根据这些光分布图案的光束角相应地调整第一曲面 和第二曲面的轮。
11、廓， 由此实现调整光束角的目的。 0006 根据本发明的一个优选的设计方案提出， 在所述微透镜的纵截面上看， 第二曲面 包括凹面弯曲的中间区域和位于中间区域两侧的凸面弯曲的边缘区域， 并且中间区域与边 缘区域平滑过渡。光出射面设计为这种类型的第二曲面， 进一步获得均匀的光分布。 0007 根据本发明的一个优选的设计方案， 第二曲面为旋转对称曲面。通过旋转对称的 说 明 书 CN 103133993 A 3 2/4 页 4 设计可以确保光线通过该曲面均匀对称地射出。而且这种旋转对称的曲面也便于制造。 0008 根据本发明的一个优选的设计方案， 第二曲面在对称纵截面上的轮廓曲线可以用 以下方程限定。
12、 ： y 0.0171x4-0.132x3+0.0667x2-0.1225x+4.3336。 0009 根据本发明的一个优选的设计方案， 第一曲面为旋转对称曲面， 在所述微透镜的 纵截面上看， 包括中央的第一子区域和位于第一子区域两侧的第二子区域。具有第一子区 域和第二子区域的第一曲面由此限定出朝向光源开放的腔体。 利用旋转对称的腔体可以广 泛地接收来自光源的光线， 并且确保光线在微透镜中被均匀对称地进行折射。 0010 根据本发明的一个优选的设计方案， 第一曲面在对称纵截面上的轮廓曲线可以用 以下方程限定 ： y -0.004x6+0.0634x5-0.3759x4+1.0004x3-1.2。
13、068x2+0.6735x+3.9442。 0011 优选地， 第一子区域为球面。 通过设计为球面的第一子区域， 来自光源的光线通过 透镜出射后所产生的光斑的边缘和中心的亮度都接近一致， 而不会在光斑的中心形成较亮 的区域， 从而获得均匀的光分布。特别优选地， 第二子区域为锥面。这样可以使来自光源的 光线直接进入微透镜中， 避免由于在平滑的侧壁上出现多次折射而产生的光损失。 0012 根据本发明的一个优选的设计方案， 基板和微透镜阵列一体形成。例如通过注塑 或压铸或其他方式可以直接在基板上形成微透镜阵列， 由此可以简单地进行制造并且确保 了材料的单一性。 0013 优选地， 透镜由 PC 制成。
14、。透镜也可以例如由 PMMA 或其他适合的材料制成。 0014 本发明的另一目的通过一种具有上述类型的透镜的照明装置实现， 该照明装置能 够产生均匀的光分布。 0015 根据本发明的一个优选的设计方案， 照明装置的光源是 LED 光源， LED 光源作为绿 色能源具有寿命长、 光效高的特点。 附图说明 0016 附图构成本说明书的一部分， 用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发 明的实施例， 并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号 表示。图中示出 ： 0017 图 1 是根据本发明的透镜的立体截面图 ； 0018 图 2 是根据本发明的透镜的局部放大图， 其中。
15、示出了微透镜的第一实施例的截面 图 ； 0019 图 3 是相应于图 2 中的微透镜的第一实施例的光分布图案 ； 0020 图 4 是微透镜的第二实施例的截面图 ； 0021 图 5 是相应于图 4 中的微透镜的第二实施例的光分布图案 ； 0022 图 6 是根据本发明的照明装置 ； 0023 图 7 是根据本发明的照明装置的配光曲线。 具体实施方式 0024 图1示出了根据本发明的透镜的立体截面图。 从图中可见， 该透镜1具有基板2和 一体形成在基板 2 上的微透镜阵列， 其中微透镜阵列由多个优选为均匀排列的微透镜 3 组 成。微透镜 3 包括作为光入射面 4 的第一曲面 4 和作为光出射面。
16、 5 的第二曲面 5。为了可 说 明 书 CN 103133993 A 4 3/4 页 5 以实现将来自光源 S( 参见图 6) 的光线 L( 参见图 6) 通过透镜 1 均匀地漫射出， 特别地将 第一曲面 4 和第二曲面 5 设计为不同的曲面， 其中第一曲面 4 限定出朝向光源 S 开放的腔 体 R， 第二曲面 5 为非球面曲面。 0025 从图 1 中进一步可见， 微透镜 3 关于自身的中心轴线旋转对称， 也就是说， 第一曲 面 4 和第二曲面 5 优选地也是旋转对称的曲面。 0026 图 2 示出了根据本发明的透镜的局部放大图， 其中示出了微透镜的第一实施例的 截面图。在该实施例中， 微。
17、透镜 3 的第二曲面 5 包括凹面弯曲的中间区域 5a 和位于中间区 域 5a 两侧的凸面弯曲的边缘区域 5b， 并且中间区域 5a 与边缘区域 5b 平滑过渡。该第二曲 面5在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定 ： y0.0171x4-0.132x3+0.0667x2-0. 1225x+4.3336。 0027 微透镜 3 的第一曲面 4 包括中央的第一子区域 4a 和位于第一子区域 4a 两侧的第 二子区域4b， 其中第一子区域4a为球面， 第二子区域4b为平滑的锥面， 第一子区域4a和第 二子区域 4b 平滑过渡。该第一曲面 4 在对称纵截面上的轮廓曲线可以用以下方程限定 ： y 。
18、-0.004x6+0.0634x5-0.3759x4+1.0004x3-1.2068x2+0.6735x+3.9442。 0028 第一曲面4限定出的空腔R的高度大于中间区域5a和第一子区域4a之间的距离。 具有这种轮廓的微透镜 3 能够更好地对光线进行漫射， 从而使光线分布更加均匀。结合图 3 可以看出， 这样获得的光分布图案具有较大的光束角。 0029 图 4 示出了微透镜的第二实施例的截面图。和图 2 中的第一实施例的区别之处在 于， 在图 4 中示出了通过改变第一曲面 4 和第二曲面 5 而获得的形状和轮廓略微改变的微 透镜 3。在该实施例， 第一子区域 4a 的尺寸较小并且第二子区域。
19、 4b 相对于中心轴线的倾 斜度较大， 因此限定出的空腔 R 的高度低于第一实施例中的空腔 R 的高度。第二曲面 5 的 中间区域5a具有相对于第一实施例较大的面积和深度， 以获得与图3中光分布图不同的如 图 5 中所示的光分布图案。参照图 5 示出的光分布图案可以看出， 这种形状略微改变的微 透镜 3 的可以实现的光束角小于图 3 中的示出的光束角。 0030 图 6 示出了根据本发明的照明装置， 其中该照明装置具有上面提到的透镜 1。光 源 S 和透镜 1 对中心地布置， 使得射出的光线 L 可以均匀地穿过透镜 1 的第一曲面 4 和第 二曲面 5， 有利于获得均匀的光分布图案。在该照明装。
20、置中， 光源 S 可以是 LED， 透镜 1 可以 由 PC 或其他适合的材料制成。 0031 图 7 示出了根据本发明的照明装置的配光曲线。图中可以清楚地看出， 描述根据 本发明的照明装置的光强和光分布的曲线在配光曲线中均匀对称。 0032 此外经过模拟计算得出， 利用根据本发明的透镜可以在照明装置的光源输入量为 100lm 时， 使出射光的均匀度达到 95， 光输出量达到 84.29lm， 光效率达到 84.29 . 0033 以上仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人 员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、 等 。
21、同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 0034 参考标号 0035 1 透镜 0036 2 基板 0037 3 微透镜 说 明 书 CN 103133993 A 5 4/4 页 6 0038 4 光入射面 / 第一曲面 0039 4a 第一子区域 0040 4b 第二子区域 0041 5 光出射面 / 第二曲面 0042 5a 中间区域 0043 5b 边缘区域 0044 L 光线 0045 R 腔体 0046 S 光源 说 明 书 CN 103133993 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103133993 A 7 2/3 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103133993 A 8 3/3 页 9 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103133993 A 9 。