透鏡和led發光模塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于光源的透鏡（1），其特征在于，包括：載體（15）；設置在所述載體（15）上的第一側（11）的多個第一微透鏡元件（13）；設置在所述載體（15）的與所述第一側（11）相對的第二側（12）上的多個第二微透鏡元件（14），所述第一微透鏡元件（13）設置用于產生出射光束在第一方向上的光強分布，并且所述第二微透鏡元件（14）設置用于產生出射光束在第二方向上的光強分布，其中所述第一方向和第二方向不同。本發明還涉及一種LED發光模塊。
【專利說明】透鏡和LED發光模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種透鏡和包括該透鏡的LED發光模塊。
【背景技術】
[0002]由于LED光源具有壽命長、節約能源、環境友好、防止震動等優點，因此，LED光源可以在廣泛的領域內得到應用。
[0003]LED光源應用在軌道燈中，通常由于被照明物體變化，因此有時需要具有不同的光束角的燈來滿足需要，例如圓形光分布或者是橢圓形光分布。
[0004]在現有技術中，存在透鏡組件和LED發光模塊，以提供相應的光學需求。該種方案包括LED模塊、準直透鏡以及外罩透鏡，其中準直透鏡在光路上安裝在外罩透鏡之前。其中準直透鏡將來自LED模塊的光調整成平行光束，之后外罩透鏡調整來自準直透鏡的光線的方向，以實現所需要的光分布。但是該種方案的缺點在于，例如在形成橢圓形光分布的情況下，外罩透鏡所包括的微透鏡陣列決定橢圓形的長軸方向的光強度分布，橢圓形的短軸方向的光強度分布由準直透鏡來決定。即由準直透鏡和外罩透鏡構成的透鏡組件共同決定光分布。該方案在滿足不同的光束角的燈方面存在一定的不足，需要替換透鏡組件來實現不同的光束角的轉換。
【發明內容】
[0005]因此本發明的目的在于，提出一種透鏡，其能克服現有技術中的各種解決方案的缺點，具有便于滿足不同的光分布的需求、安裝方便、設計自由度高等各種優點。
[0006]根據本發明提出了一種用于光源的透鏡，其特征在于，包括:載體；設置在所述載體上的第一側的第一微透鏡元件；設置在所述載體的與所述第一側相對的第二側上的第二微透鏡元件，所述第一微透鏡元件設置用于產生出射光束在第一方向上的光強分布，并且所述第二微透鏡元件設置用于產生出射光束在第二方向上的光強分布，其中所述第一方向和第二方向不同。由于本發明的透鏡包括第一微透鏡元件和第二微透鏡元件，二者分別用于產生出射在第一方向上和第二方向上的光強分布，因此，省去了現有技術中的透鏡組件共同決定透鏡的光強分布的設計，而是僅僅由透鏡本身就決定了經過透鏡的光強分布。因此，在需要滿足不同的光束角的情況下，僅僅更換透鏡即可。此外，由于第一微透鏡元件和第二微透鏡元件分別負責第一方向和第二方向上的光強分布，因此，提供了一定的設計自由度，通過分別設計第一微透鏡元件和第二微透鏡元件，就可以實現不同的光束角。此外，由于透鏡本身就決定了光強分布，因此，當需要其他的光束角的時候，僅僅需要將透鏡換下就可以了，因此安裝方便，便于實現不同的光束角需求。
[0007]根據本發明的一個優選方案，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直。在該種情況下，尤其適用于橢圓形光斑和類似于矩形光斑。
[0008]根據本發明的進一步的優選方案，所述出射光束形成橢圓形的光斑，其中所述第一方向為橢圓的短軸方向，所述第二方向為橢圓的長軸方向。從而在形成橢圓形光斑的情況下，可以獲得不同的橢圓光束。
[0009]根據本發明的一個優選方案，所述第一微透鏡元件和/或第二微透鏡元件為形成在所述載體上的凸起或在所述載體中的孔穴。從而便于加工透鏡以及制造成本低。
[0010]優選地，所述第一微透鏡元件具有球冠形曲面。該球冠形曲面提供了橢圓的短軸方向的光強分布。
[0011]優選地，所述多個第一微透鏡元件分別分布在多個彼此平行的行中，其中所述行包括至少一個第一微透鏡元件。從而盡量減小了光損失，實現了多個第一微透鏡單元的光強分布的作用疊加。
[0012]優選地，所述球冠的底邊具有六邊形輪廓，所述多個第一微透鏡元件的各個六邊形輪廓彼此鄰接以限定出類蜂窩狀陣列。從而盡量減小了光損失，而同時不影響所實現的光分布作用。
[0013]根據本發明的一個優選方案，所述第二微透鏡元件具有柱面。該柱面提供了橢圓的長軸方向的光強分布。
[0014]優選地，多個第二微透鏡元件形成在多個彼此平行的行中，其中每一個行包括一個第二微透鏡元件。即每一個第二微透鏡元件構成一個行，多個第二微透鏡元件構成了多個行。從而盡量減小了光損失，實現了多個第二微透鏡元件單元的光強分布的作用疊加。
[0015]優選地，所述柱面的末端具有過渡曲面輪廓，所述過渡曲面輪廓的半徑與所述柱面的半徑不同。從而盡量減小了光損失，而同時不影響所實現的光分布作用。
[0016]優選地，所述柱面的半徑為0.20mm并且連接相鄰兩個柱面的過渡曲面輪廓的半徑為0.03mm。上述柱面的尺寸是實現較好的光強分布和較低光損失的優選數值。
[0017]優選地，所述第一側為背離所述光源的一側并且所述第二側為面對所述光源的一偵U。從而尤其在實現橢圓形光分布的情況下是有利的。
[0018]優選地，所述載體為環形，所述第一微透鏡分別分布在多個平行于直徑的行中，所述第二微透鏡元件分別分布在多個平行于直徑的行中。
[0019]優選地，所述載體、第一微透鏡陣列以及第二微透鏡元件陣列一體形成。從而便于制造和成型。該透鏡可以由塑料例如PC或者玻璃制成。
[0020]根據本發明還涉及一種LED發光模塊，其特征在于，包括具備上述特征的透鏡。
[0021]根據本發明的一個優選方案，還包括發光組件以及準直光學元件，其中所述準直光學元件在光路上設置在作為外罩透鏡的所述透鏡之前。該準直光學元件為準直透鏡，而具備上述特征的透鏡為外罩透鏡。這樣，準直透鏡對光線進行預調整，而外罩透鏡決定最終的光分布。
[0022]優選地，還包括熱沉，所述熱沉在第一側面承載所述發光組件，以及包括支座，用于容納所述外罩透鏡，所述準直光學元件和所述支座支撐在所述第一側面，并且所述支座在周向上包圍所述準直光學元件。這樣實現了 LED發光裝置的緊湊布局。
[0023]優選地，所述準直光學元件將來自所述發光組件的光準直為圓形光束。從而經過二次光學元件-即具備上述特征的外罩透鏡重新調整光分布為橢圓形或者矩形等其它的調整后的光分布。
[0024]根據本發明的透鏡和LED發光模塊具有便于滿足不同的光分布的需求、安裝方便、設計自由度高等各種優點。[0025]應該理解，以上的一般性描述和以下的詳細描述都是列舉和說明性質的，目的是為了對要求保護的本發明提供進一步的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]附圖構成本說明書的一部分，用于幫助進一步理解本發明。這些附圖圖解了本發明的實施例，并與說明書一起用來說明本發明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表示。圖中示出:
[0027]圖1是根據本發明的LED發光模塊的爆炸圖；
[0028]圖2是根據本發明的透鏡的第一實施例的立體圖，其中示出了第一微透鏡元件；
[0029]圖3是根據圖2的沿著B-B截面獲得的第一微透鏡元件的截面圖；
[0030]圖4是根據本發明的透鏡的第一實施例的立體圖，其中示出了第二微透鏡元件；
[0031]圖5是根據圖2的沿著B-B截面獲得的透鏡的截面圖；
[0032]圖6是根據圖5的第二微透鏡元件的截面的放大圖；
[0033]圖7是根據本發明的LED發光模塊的光路圖；
[0034]圖8是根據圖7的LED發光模塊的在經過外罩透鏡的放大光路圖。
【具體實施方式】
[0035]在下面詳細描述中，參考形成本說明書的一部分的附圖，其中，以例證的方式示出了可以實施本發明的具體實施例。關于圖，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“前導”、“尾隨”等方向性術語參考所描述的附圖的方向使用。由于本發明實施例的組件可以在許多不同方向上放置，所以方向術語僅用于說明，而沒有任何限制的意思。應該理解的是，可以使用其它實施例，并且在不背離本發明的范圍的前提下可以進行結構或邏輯改變。所以，下面詳細描述不應被理解為限制性的意思，并且本發明由所附的權利要求限定。
[0036]圖1是根據本發明的LED發光模塊的爆炸圖。LED發光模塊尤其適用于軌道燈和商店用燈。如圖1所示，LED發光模塊100包括:作為外罩透鏡的透鏡I ;以及支座2，外罩透鏡可以安裝到該支座2中；以及準直光學元件3 ;發光組件5，該發光組件包括電路板51和安裝在電路板上的LED芯片52 ;以及熱沉4，該熱沉作為外殼使用，該熱沉在一側承載所述發光組件5 ;用于LED發光模塊的安裝座53，該熱沉4在另一側安裝到安裝座上。熱沉4在周邊上還具有多個散熱片41，實現對于LED光源的有效散熱。
[0037]從光路上看，準直光學元件3在光路上設置在作為外罩透鏡的所述透鏡之前，以由準直光學元件對光束進行預調整并最終經外罩透鏡出射并由外罩透鏡確定最終的光分布。準直光學元件3具有支腳，固定到熱沉4或者電路板51，從而接收來自發光組件5的光線。外罩透鏡可以從一側安裝到支座2中并且支座2自身在另一側安裝到熱沉4或者電路板51，并且在周向上包圍準直光學元件3。在該實施例中，上述熱沉4、電路板51、準直光學元件3以及外罩透鏡都形成為圓形，從而形成筒式燈。
[0038]圖1的LED發光模塊中的透鏡I根據本發明與現有技術不同。
[0039]圖2是根據本發明的透鏡I的第一實施例的立體圖，其中示出了第一微透鏡元件。圖2示出了透鏡I的遠離發光組件5的一側，其中該透鏡I包括:載體15 ;設置在所述載體15的第一側11的多個第一微透鏡元件13 ;設置在所述載體15的與所述第一側11相對的第二側12的多個第二微透鏡元件14。第一微透鏡元件13設置用于產生出射光束在第一方向上的光強分布，并且所述第二微透鏡元件14設置用于產生出射光束在第二方向上的光強分布，其中所述第一方向和第二方向不同。在該具體實施例中，為了產生橢圓形光斑，其中第一方向和第二方向彼此垂直，其中第一方向為橢圓的短軸方向，所述第二方向為橢圓的長軸方向。
[0040]從圖2中可以看出，多個第一微透鏡元件13是形成在載體15上的凸起。從俯視圖上看，其中每一個第一微透鏡元件都和周圍的第一微透鏡元件彼此鄰接，構成了類蜂窩狀陣列。第一微透鏡元件分別分布在多個彼此平行的行中，即每一行包括至少一個第一微透鏡元件。如圖所示，這些第一微透鏡行分別平行于載體15的直徑方向。圖2中可以看到位于載體15的第二側12的第二微透鏡元件14的邊緣輪廓。
[0041]圖3是根據圖2的沿著B-B截面獲得的第一微透鏡元件13的截面圖。單獨的第一微透鏡元件具有球冠形曲面，也就是說，該球冠形曲面形成了第一微透鏡元件的光學面。而球冠的底面輪廓可以設計為六邊形，從而便于與其他的第一微透鏡元件13實現緊密的、無間隙的鄰接和配合。圖4是根據本發明的透鏡的第一實施例的立體圖，其中示出了第二微透鏡元件14。多個第二微透鏡元件14是形成在載體15上的凸起。第一微透鏡元件13和第二微透鏡元件14彼此突起的方向相反。從俯視圖上看，第二微透鏡元件14形成在多個彼此平行的行中，其中每一個行即為一個第二微透鏡元件14。其中每一個第二透鏡元件14都和周圍的第二透鏡元件14彼此鄰接，構成了多個線性陣列。
[0042]如圖4所示，這些第二微透鏡元件行分別平行于載體15的直徑方向。圖2中可以看到位于載體15的第一側11的第一微透鏡13的邊緣輪廓。
[0043]圖5是根據圖2的沿著B-B截面獲得的透鏡的截面圖。載體15在一側突起，形成了第一微透鏡元件13。從橫截面上看，由于第一微透鏡元件13在平行于直徑的方向上的多個行中排布，各個行所包括的第一微透鏡的數量不同，因此，在橫截面上看，整個截面并不是保持恒定的截面輪廓。即在整個截面上截取了各行中的不同的第一微透鏡元件13的不同部段。載體15在與一側相對的另一側突起，形成了第二微透鏡元件14。第二微透鏡元件14自身包括構成類似于柱狀體的柱面的光學曲面，在該實施例中為半柱面。這些第二微透鏡元件14構成了一個平行于直徑的行，在橫截面上看，整個截面基本上保持了恒定的截面輪廓。即整個截面上截取了各個第二微透鏡元件14，獲得了多個彼此相鄰的圓弧。
[0044]圖6是根據圖5的第二微透鏡元件的截面的放大圖。從圖中可以看出，類似于第一微透鏡元件設計，第二微透鏡元件具有柱狀曲面，該柱狀曲面是光學面。而柱狀曲面的底面輪廓或者說柱面的末端為了便于與其他的第二微透鏡元件14實現緊密的、無間隙的鄰接和配合，設計為另一弧度過渡段。在該具體實施例中，所述柱面的半徑為0.20mm并且連接相鄰兩個柱面的曲面的半徑為0.03mm。
[0045]圖7是根據本發明的LED發光模塊的光路圖。圖8是根據圖7的LED發光模塊的在經過外罩透鏡的放大光路圖。
[0046]如圖7，8所示，來自所述發光組件5的光源52的光被準直光學元件3準直為圓形光束，并進一步射向根據本發明的作為外罩透鏡的透鏡I。第一微透鏡元件13所在的第一側為背離所述光源52的一側并且第二微透鏡元件14所在的第二側為面對光源52的一側。光線首先經過第二微透鏡元件14并進一步經過第一微透鏡元件13。第一微透鏡元件13和第二微透鏡兀件14分別用于產生出射在第一方向上和第二方向上的光強分布。在該實施例中，所述出射光束形成橢圓形的光斑，其中所述第一方向為橢圓的短軸方向，所述第二方向為橢圓的長軸方向。從圖中可見，第二微透鏡元件14的提供了在長軸方向的光強分布，而第一微透鏡元件13提供了在短軸方向的光強分布。
[0047]在本實施例中以橢圓形光斑作為示例說明了根據本發明的透鏡，然而，也可以考慮其它的例如矩形光斑來設計根據本發明的透鏡。此時第一微透鏡元件和第二微透鏡元件分別負責第一方向和第二方向上的光強分布，根據第一微透鏡兀件和第二微透鏡兀件的不同設計，就可以實現不同的光束。
[0048]由于根據本發明的透鏡本身就決定了光強分布，因此，安裝方便，便于實現不同的光束需求，并且提供了一定的設計自由度。
[0049]另外，盡管僅相對于多種實施方式中的一種公開了本發明的實施例的特定特征或方面，但是如任何給定或特定應用所要求的，這些特征或方面可以與其它實施方式的一個或多個其它特征或方面進行結合。
[0050]以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
[0051]標號列表
[0052]100LED發光模塊
[0053]I 透鏡
[0054]11 第一側
[0055]12 第二側
[0056]13第一微透鏡元件
[0057]14第二微透鏡元件
[0058]15 載體
[0059]2 支座
[0060]3準直光學元件
[0061]4 熱沉
[0062]41散熱片
[0063]5發光組件
[0064]51電路板
[0065]52LED 芯片
[0066]53安裝座
【權利要求】
1.一種用于光源的透鏡(1)，其特征在于，包括:載體(15);設置在所述載體(15)上的第一側(11)的多個第一微透鏡元件(13);設置在所述載體(15)的與所述第一側(11)相對的第二側(12)上的多個第二微透鏡元件(14)，所述第一微透鏡元件(13)設置用于產生出射光束在第一方向上的光強分布，并且所述第二微透鏡兀件(14 )設置用于產生出射光束在第二方向上的光強分布，其中所述第一方向和第二方向不同。
2.根據權利要求1所述的透鏡(1)，其特征在于，其中所述第一方向和第二方向彼此垂直。
3.根據權利要求2所述的透鏡(I)，其特征在于，所述出射光束形成橢圓形的光斑，其中所述第一方向為橢圓的短軸方向，所述第二方向為橢圓的長軸方向。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(I)，其特征在于，所述第一微透鏡元件(13)和/或第二微透鏡元件(14)為形成在所述載體(15)上的凸起或在所述載體(15)中的孔穴。
5.根據權利要求4所述的透鏡(I)，其特征在于，所述第一微透鏡元件(13)具有球冠形曲面。
6.根據權利要求5所述的透鏡(I)，其特征在于，所述多個第一微透鏡元件(13)分別分布在多個彼此平行的行中，其中每個所述行包括至少一個第一微透鏡元件(13)。
7.根據權利要求5所述的透鏡(I)，其特征在于，所述球冠的底邊具有六邊形輪廓，所述多個第一微透鏡元件(13)的各個六邊形輪廓彼此鄰接以限定出類蜂窩狀陣列。
8.根據權利要求4所述的 透鏡(I)，其特征在于，所述第二微透鏡元件(14)具有柱面。
9.根據權利要求8所述的透鏡(I)，其特征在于，多個第二微透鏡元件(14)形成在多個彼此平行的行中，其中每一個行包括一個第二微透鏡元件(14)。
10.根據權利要求8所述的透鏡(I)，其特征在于，所述柱面的末端具有過渡曲面輪廓，所述過渡曲面輪廓的半徑與所述柱面的半徑不同。
11.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(1)，其特征在于，所述第一側(11)為背離所述光源的一側并且所述第二側(12)為面對所述光源的一側。
12.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(1)，其特征在于，所述載體(15)為環形，所述第一微透鏡元件(13)分別分布在多個平行于所述載體(15)的直徑的行中，所述第二微透鏡元件(14)分別分布在多個平行于所述載體(15)的直徑的行中。
13.根據權利要求1-3中任一項所述的透鏡(1)，其特征在于，所述載體(15)、第一微透鏡元件(13)以及第二微透鏡元件(14) 一體形成。
14.一種LED發光模塊(100),其特征在于,包括根據權利要求1-13中任一項所述的透鏡(I)。
15.根據權利要求14所述的LED發光模塊(100)，其特征在于，還包括發光組件(5)以及準直光學元件，其中所述準直光學元件在光路上設置在作為外罩透鏡的所述透鏡(I)之N /.刖。
16.根據權利要求15所述的LED發光模塊(100)，其特征在于，還包括熱沉(4)，所述熱沉(4)在一側承載所述發光組件(5)，以及包括支座(2)，用于容納所述外罩透鏡，所述準直光學元件和所述支座(2)支撐在該一側，并且所述支座(2)在周向上包圍所述準直光學元件。
17.根據權利要求15所述的LED發光模塊(100),其特征在于,所述準直光學兀件將來自所述發光組件(5)的光準直 為圓形光束。
【文檔編號】F21V17/00GK103712158SQ201210380155
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月9日 優先權日:2012年10月9日
【發明者】李愛愛, 袁未來, 劉廷明, 李小慶 申請人:歐司朗股份有限公司