CN105276522A - 一种用于led灯具的偏光透镜及具有该偏光透镜的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于LED灯具的偏光透镜，设于光源的出光口，所述光源具有一光轴，其光输入口为一凹形结构，用于折射入射光，所述偏光透镜具有光输入口及与其相对的光输出口，所述光输入口为一凹形结构，用于将光线折射至所述光输出口；其中，所述光输入口还设置有至少两对成角设置的入射面和反射面，所述反射面将经由所述入射面折射的光线反射至所述光输出口，且所述光输入口与所述光输出口是沿与所述偏光透镜的横截面垂直的长度方向拉伸形成的两个表面。本发明还提供了一种LED灯具，包括一壳体、前述的偏光透镜以及至少两个光源，每一所述光源设于所述光输入口一侧且沿所述长度方向间隔排布。

Description

一种用于LED灯具的偏光透镜及具有该偏光透镜的LED灯具

技术领域

本发明涉及一种用于LED灯具的偏光透镜及具有该偏光透镜的LED灯具。

背景技术

LED洗墙灯已经成为城市照明工程中不可缺少的一种照明工具，由于其灯体大、散热效果佳的特性，并且大功率LED洗墙灯照射距离达1米至10米，非常适用于政府亮化工程、商业场所、地铁、高架立交桥、建筑外墙、建筑地标、客厅、娱乐场所等室内外场所的内、外墙面的全景式泛光照明。

在实际应用中，LED洗墙灯所配备的透镜根据不同的需求形状各异。市场上的LED洗墙灯所采用的透镜模块普遍较厚，且受限于较单一的结构，其出射光的角度受到限制，因此亟需一种较薄且具有更大发光角度的LED洗墙灯用透镜。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于LED灯具的偏光透镜及具有该偏光透镜的LED灯具。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于LED灯具的偏光透镜，设于光源的出光口，所述光源具有一光轴，所述偏光透镜具有光输入口及与其相对的光输出口，所述光输入口为一凹形结构，用于将光线折射至所述光输出口；其中，所述光输入口还设置有至少两对成角设置的入射面和反射面，所述反射面将经由所述入射面折射的光线反射至所述光输出口，且所述光输入口与所述光输出口是沿与所述偏光透镜的横截面垂直的长度方向拉伸形成的两个表面。

本发明公开的偏光透镜中，其中两个相邻的所述入射面相向设置于所述光轴两侧，所述两个相邻的入射面之间连接有一凸面，用于将分别照射至所述凸面与所述两个相邻的入射面的连接处的第一入射光和第二入射光范围内的中央光线折射至所述光输出口。

优选地，所述凸面两侧排布有相同数量的所述成角设置的入射面和反射面。

可选地，所述光输出口包括第一平面及与所述第一平面呈不同夹角的第二平面和第三平面，所述第二平面、第一平面和第三平面围成一背向所述光输入口的开口，且所述第一入射光和所述第二入射光关于所述光轴对称。优选地，所述第一入射光和所述第二入射光与所述光轴的夹角为30°～50°，所述中央光线经过所述凸面折射至所述第一平面，所述第一入射光和所述第二入射光范围外的外围光线依次经过所述入射面的折射和所述反射面的反射分别传播至所述第二平面和所述第三平面。更优选地，所述第一入射光和所述第二入射光与所述光轴的夹角均为40°。

可选地，所述光输出口是一平面，且所述光输入口关于所述光轴不对称。优选地，所述第一入射光与所述第二入射光关于所述光轴不对称。进一步优选地，所述第一入射光与所述光轴的夹角为30°～50°，且所述第二入射光与所述光轴的夹角为15°～25°。再优选地，所述第一入射光与所述光轴的夹角是40°，所述第二入射光与所述光轴的夹角是25°。

本发明公开的偏光透镜中，所述光输入口和/或所述光输出口是磨砂表面。

本发明公开的偏光透镜中，所述入射面为平面。

本发明公开的偏光透镜中，所述反射面为全反射面。

本发明公开的偏光透镜中，所述偏光透镜是光学塑料透镜。

本发明公开的偏光透镜中，所述偏光透镜是全内反射(TIR)透镜。

本发明第二方面提供一种LED灯具，包括壳体、前述的偏光透镜以及至少两个光源，每一所述光源设于所述光输入口一侧且沿所述长度方向间隔排布。优选地，所述壳体内壁与所述光输出口之间还设置有一透光板，所述透光板靠近所述光输出口的表面涂敷有荧光粉，且所述至少两个光源为蓝光LED。优选地，所述LED灯具是一种洗墙灯。

通过在偏光透镜的光输入口一侧增设多对成角设置的入射面和反射面、以及具有此类偏光透镜的LED灯具，可以有效地使用这些成角设置的入射面和反射面对部分角度范围内的入射光的光路进行改变，以改变其出射角度，从而扩大整个灯具的照射范围，同时还能增加出射光的偏光角度、消除光学黄斑，还能保证墙面照度的均一性，使出射光线照射至墙壁的范围更广，并且提高光源射出光线的利用率。

附图说明

图1为本发明的偏光透镜的一种实施例的侧视示意图；

图2为本发明的偏光透镜的一种实施例的光路示意图；

图3为本发明的偏光透镜的另一种实施例的侧视示意图；

图4为本发明的偏光透镜的另一种实施例的光路示意图；

图5为具有本发明的偏光透镜的LED灯具的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明第一方面公开了一种偏光透镜1，这种偏光透镜1是一种拉伸型的透镜，呈长条状。从横截面上可以观察到，该拉伸型偏光透镜1是以锯齿形截面沿长度方向拉伸制成的，其截面形状类似菲涅耳透镜的形状，但不同于菲涅耳透镜齿数较多、齿形规则的特点。本发明公开的偏光透镜1的齿数任意、齿形不受限制，可以根据实际需要来制作不同的齿形和齿数，从而可以应用于LED灯具领域中各种不同的需求中，如洗墙灯。当这种偏光透镜1放置于沿长度方向间隔设置的一排LED光源4上方时，能够形成一种长条形的投放型LED灯具，以适应墙壁照明的需求。由图可知，这种偏光透镜1设于光源4的出光口(光源4具有一光轴41)，并具有光输入口2和光输出口3。光输入口2呈现出一种上凹形的结构，用于折射照射至该光输入口2上的入射光，这种凹形结构一般是为了方便LED光源4的放置以及空间利用的最大化。

在本发明公开的一种具体实施例中，光输入口2上还设置有至少两对成角设置的入射面21和反射面22。从形状上看，入射面21和反射面22成组设置呈锯齿形，互相配合以改变入射光的光路，其中，反射面22用于反射经由入射面21折射的光线。在一般的透镜中，光束经过入射面和折射面的二次折射；或者在一些特定形状的透镜中，光束经过入射面折射至透镜的一个反射侧面，经过反射后再经由出射面折射出透镜。本发明公开的偏光透镜1中，增加了多个与透镜反射侧面具有同样作用的反射面22，即入射面21将入射光折射至反射面22上，再由反射面22将光线反射至光输出口3上，经过光输出口3折射出该偏光透镜1。为了使更多的光线能够打到墙壁上所需求的位置，偏光透镜1需要根据这种需求设计成不同的形状，其中一种方式就是通过偏转出射光的出射角度，从而扩大整个灯具的照射范围。在洗墙灯领域，性能好的洗墙灯打到墙面上，光的照度均一性良好，本发明的偏光透镜1增设了多对入射面21和反射面22，将部分入射光分成两部分、三部分或者更多的部分，从而偏转那些依次经过折射-反射-折射路径传播的光线。入射面21为平面，反射面22为曲面或者由两段自由曲面拼接而成的。本发明的偏光透镜1是一种拉伸型偏光透镜1，也就是说，光输入口2和光输出口3是沿与该偏光透镜1的横截面垂直的长度方向拉伸形成的两个光学表面，其中，该偏光透镜1具有长度方向、宽度方向和高度方向，三者尺寸最大者为长度方向，与光轴41同向为高度方向，图中所示的偏光透镜1的侧视横截面方向为宽度方向。拉伸型透镜可以扩大照射至墙壁上的整个光斑的宽度，利用拉伸透镜的工艺，可以适应任何宽度的墙壁的需求，其既可以是一个偏光透镜1模块拉伸形成的，也可以是几个偏光透镜1模块经过拉伸后拼接形成的。

在本发明的一个优选实施例中，多对成角设置的入射面21和反射面22中，有两个相邻的入射面21是相向设置的，且这两个入射面21分别位于偏光透镜1光轴41的两侧。在这两个相邻的入射面21之间还连接有一凸面23，用于将入射光折射至光输出口3，其中，凸面23与这两个相邻的入射面21的连接处所接收到的光线称为第一入射光51和第二入射光52，在第一入射光51和第二入射光52范围内的入射光为中央光线。连接这两个相邻的入射面21的凸面23是由自由曲线拉伸而成的光输入口2的一部分，用于接收从光源4出射的光束中，靠近中心部分的光束，其接收入射光的角度范围例如可为位于光源4光轴41附近与光轴41夹角在40°，并且将这些光束直接折射至光输出口3，可以看出，这一部分的光束是经过两次折射后再出射的。假使凸面23是一种圆弧形凸面，则可以将入射光经过折射后变成一簇大致与光源4的光轴41平行的平行光束，再通过光输出口3的折射，从该偏光透镜1中出射，同时，通过调整光输出口3的面型，还能改变该平行光束的出射角度。本领域技术人员可知的是，凸面23也可以做成一个平面。

优选地，在凸面23的两侧排布有相同数量的成角设置的入射面21和反射面22。也就是说，同样数量的锯齿形的入射面21和反射面22设置在凸面23的两侧，比如凸面23两边各设置两对或三对成角设置的入射面21和反射面22。这样设置，可以使出射光斑的光强分布更加均匀，随着高度渐淡的效果更好。

本发明公开的偏光透镜1中，光输出口3一般是一个凹面，例如在本发明的一个实施例中，光输出口3是由位于水平面内的第一平面31及位于该第一平面31两侧并与其呈不同夹角的第二平面32和第三平面33组成。第二平面32、第一平面31和第三平面33围成一背向光输入口2的开口，并且第一入射光51和第二入射光52是关于光轴41对称的。如图1所示，在本实施例中，光输出口3由三部分组成，第一平面31、第二平面32和第三平面33所形成的向内凹设的开口，可以起到类似凹面镜的效果，在将光线从光密介质传播到光疏介质的过程中，起到会聚出射光线的作用，应用到洗墙灯领域，可以将靠近墙面的第二平面32(或第三平面33)的出射光的偏转角度增加，从而使出射光照射至墙面的入射角度变大，使其照射的范围增加。

如图2所示，第一入射光51和第二入射光52关于光轴41对称，也就是说光源4是放置在偏光透镜1的光轴41上的。同时优选地，第一入射光51以及第二入射光52与光轴41的夹角可以取为30°～50°中的一个角度，在这个角度范围内的中央光线经过凸面23折射至第一平面31。而在第一入射光51和第二入射光52之间范围之外的所有外围光线53、54、55、56，都依次经过入射面21的折射和反射面22的反射，然后分别传播至第二平面32和第三平面33，反映在图2中就是，位于凸面23左侧的外围光线53、55最终经过第二平面32折射后出射，位于凸面23右侧的外围光线54、56最终经过第三平面33折射后出射。在本发明的一个具体实施例中，第一入射光51和第二入射光52与光轴41的夹角取40°，成角设置的入射面21和反射面22以两对为例，整个偏光透镜1的光输入口2具有两对锯齿形的结构，其中靠近中间凸面23的一对反射面为第一反射面221，靠近边缘的一对反射面22为第二反射面222(是该偏光透镜1的两侧面)，靠近中间凸面23的一对锯齿形结构的齿尖相比靠近边缘的一对锯齿形结构的齿尖更加接近透镜本身。其中，靠近中间凸面23的一对入射面21是第一入射面211，接收与光源4的光轴41夹角为40°～55°的入射光，靠近边缘的一对入射面22是第二入射面212，接收与光轴41夹角大于55°的入射光。同时，第一反射面221、第二反射面222可以是一段自由曲线沿偏光透镜1的长度方向拉伸形成的反射面，光输出口3的第一平面31与水平面也有一定角度，可以是5°，也可以是10°，但角度应当较小，一般5°～10°为宜。本发明还可以通过对光输出口3的面型的设计，将出射光调节成大致平行的光束。

如图3所示，可选地，本发明的偏光透镜1中的光输出口3是一个平面，同时光输入口2关于光轴41不对称。从外观上来说，人们普遍喜欢平整利落的表面，从装配的角度上来说，平面更加利于装配。利用光输入口2的不对称结构，将入射光线朝一个方向(通常是面向墙体的方向)偏转一定角度(可以是5°，也可以是10°，具体可根据实际需要来设计)，使光线在一个角度范围内出射，这样的设计增大了照射至墙体上光斑的照射范围，并且能够消除黄斑。在本实施例中，优选地，第一入射光51与第二入射光52关于光轴41是不对称的，也就是说，凸面23关于光轴41是不对称的。由图4可知，在本发明的一个具体实施例中，整个光输入口2的不对称结构其实并不是不规则的，且凸面23两侧的入射面21和反射面22的数量是相同的。分析图4中每一反射面22的斜率可知，位于左侧的每一反射面22相对于光轴41的斜率普遍大于与其对应的右侧的反射面22，这样的设置能够使光线朝向反射面22的斜率普遍较大的那一侧偏转。因此，在上述实施例中，第一入射光51的入射角度可与光轴41夹角为30°～50°中任选一个角度，且第二入射光52的入射角度可与光轴41夹角为15°～25°中任选一个角度，在本实施例中，第一入射光51与光轴41的夹角是40°，第二入射光52与光轴41的夹角是25°。另外，上述入射角度具有差异的第一入射光51和第二入射光52的设置，是为了让加工注塑更容易，同时凸面23与两侧的入射面21的连接更加平滑。

在图4中，示出了光输入口2一侧的锯齿形结构为三对的实施例，在离光轴41较远的区域，例如在凸面23的左侧，与光轴41夹角大于40°的光线，以及在凸面23的右侧，与光轴41夹角大于25°的光线，可通过锯齿形成对出现的入射面21和反射面22改变其光路，这些光线经过入射面21的一次折射、反射面22的一次反射、光输出口3的一次折射后，射出偏光透镜1；而在光轴41附近，例如在凸面23的左侧与光轴41夹角小于40°以及在凸面23的右侧与光轴41夹角小于25°范围内的入射光是经由凸面23折射至光输出口3的，也就是经过两次折射出射的光。将接收光轴41附近的入射角度的范围有较大差异的入射光的凸面23的结构，做成如图所示的非对称半弧面拉伸而成的自由曲面结构，一方面是为了适应这种具有入射角度差异入射光，另一方面是为了使其连接左右两侧的入射面21时，曲面连接的更平滑。

当然本领域技术人员可知的是，凸面23接收入射光的范围并不是局限于上述实施例所述的范围，而是在前述所提的一定角度范围内取值均可。同时锯齿形结构的入射面21和反射面22也可以设置为四对、五对，甚至可以设置更多。

在本发明的一个具体实施例中，光输入口2和光输出口3可以进行磨砂处理，可以同时为磨砂表面，也可以不同时为磨砂表面。磨砂表面可以将平行出射的光或者具有角度差异的出射光进行散射处理，一方面可以均匀化光斑各部分的光强，另一方面可以进一步消除黄斑，使出射光斑更加美观。

在本发明的一个具体实施例中，入射面21为平面，平面对于入射光的处理比较规则，且设计时更为方便。

在本发明的一个具体实施例中，反射面22为全反射面，利用全反射原理，由于透镜的介质相对于空气来说，通常为光密介质，因此将反射面22设置为全反射面可以保证整个灯具光线的利用效率，使得那些偏光透镜1内部传输的光线投射至反射面22时，光的损失最小，光的利用率最高。

本发明的一个具体实施例中，偏光透镜1是一种光学塑料透镜，其使用的材质可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质，也就是选用一种聚甲基丙烯酸甲酯透镜，也可以是聚碳酸酯(PC)材质，也就是选用一种聚碳酸酯透镜。光学塑料透镜的普遍优势为，光学利用率高、材质价格低廉，使用在LED洗墙灯领域属于物美价廉的选择。

本发明的一个具体实施例中，偏光透镜1是一种全内反射透镜(TIR)。全内反射透镜的好处是，该偏光透镜1中除了入射面21与光输出口3外，其他的表面都设计成遵循全反射定律偏转光线，这样，整个偏光透镜1的光线利用效率可以达到理论上的最大化。

本发明第二方面公开了一种LED灯具，如图5所示，包括一壳体6，其内设有偏光透镜1，以及至少两个光源4。每一光源4设于光输入口2一侧且沿着整个偏光透镜1的长度方向间隔排布。这种LED灯具通过对偏光透镜1进行加工，设置多对锯齿形的入射面21和反射面22，借鉴了菲涅耳透镜的原理，但又由于其齿数较少，在一些实施例中可以设计成超薄透镜，因此本发明公开的偏光透镜1比菲涅耳透镜加工更方便。在本发明的一些实施例中，前述LED灯具是一种洗墙灯，用于墙壁照明。

如图5所示的是本发明偏光透镜1应用于实际应用中的情况，壳体6收容偏光透镜1以及光源4，这种长条形的灯具可以根据建筑物的形状设计不同的长度或者宽度，使用范围广，并且结构简易、加工方便。其中，壳体6可以是玻璃材质的，例如石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃、高温玻璃、耐高压玻璃、防紫外线玻璃、防爆玻璃等光学玻璃材质，也可以是塑料透光材质的，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯丙烯腈(AS)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(MS)、聚4-甲基-1-戊烯(TPX)、透明聚酰胺等光学塑料材质。

本发明公开的偏光透镜1，为了消除光源4(本实施方式为LED)间隔排布带来的颗粒感及黄斑现象，还可以使用蓝光LED以及远程荧光粉技术来实现。如图5所示，壳体6内壁与光输出口3之间还设置有一透光板7，通过远程荧光粉技术将荧光粉均匀涂敷在透光板7靠近光输出口3的表面，同时光源4均使用蓝光LED光源，这样的设置使得灯具的出光更加均匀，通过蓝光激发荧光粉，消除光源4的颗粒感，且消除光学黄斑。在本发明中，透光板7可为聚碳酸酯(PC)材料的透光板，相对于其他高性能的透光材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等光学塑料，聚碳酸酯板的耐候性更佳。

根据上述配置的偏光透镜1以及具有此类偏光透镜1的LED灯具，可以有效地通过改变其中部分光束的传播路径，改变其出射角度，从而扩大出射光斑的范围，使出射光线照射至墙壁的垂直高度更加高、出射光斑的光强更加均匀，进一步提高光源4射出光线的利用率。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种用于LED灯具的偏光透镜，设于光源的出光口，所述光源具有一光轴，

所述偏光透镜具有光输入口及与其相对的光输出口，

所述光输入口为一凹形结构，用于将光线折射至所述光输出口；

其特征在于，

所述光输入口还设置有至少两对成角设置的入射面和反射面，所述反射面将经由所述入射面折射的光线反射至所述光输出口，

且所述光输入口与所述光输出口是沿与所述偏光透镜的横截面垂直的长度方向拉伸形成的两个表面。

2.如权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于：

其中两个相邻的所述入射面相向设置于所述光轴两侧，

所述两个相邻的入射面之间连接有一凸面，用于将分别照射至所述凸面与所述两个相邻的入射面的连接处的第一入射光和第二入射光范围内的中央光线折射至所述光输出口。

3.如权利要求2所述的偏光透镜，其特征在于：所述凸面两侧排布有相同数量的所述成角设置的入射面和反射面。

4.如权利要求3所述的偏光透镜，其特征在于：所述光输出口包括第一平面及与所述第一平面呈不同夹角的第二平面和第三平面，所述第二平面、第一平面和第三平面围成一背向所述光输入口的开口，且所述第一入射光和所述第二入射光关于所述光轴对称。

5.如权利要求4所述的偏光透镜，其特征在于：

所述第一入射光和所述第二入射光与所述光轴的夹角为30°～50°，所述中央光线经过所述凸面折射至所述第一平面，

所述第一入射光和所述第二入射光范围外的外围光线依次经过所述入射面的折射和所述反射面的反射分别传播至所述第二平面和所述第三平面。

6.如权利要求5所述的偏光透镜，其特征在于：所述第一入射光和所述第二入射光与所述光轴的夹角均为40°。

7.如权利要求3所述的偏光透镜，其特征在于：所述光输出口是一平面，且所述光输入口关于所述光轴不对称。

8.如权利要求7所述的偏光透镜，其特征在于：所述第一入射光与所述第二入射光关于所述光轴不对称。

9.如权利要求8所述的偏光透镜，其特征在于：所述第一入射光与所述光轴的夹角为30°～50°，且所述第二入射光与所述光轴的夹角为15°～25°。

10.如权利要求9所述的偏光透镜，其特征在于：所述第一入射光与所述光轴的夹角是40°，所述第二入射光与所述光轴的夹角是25°。

11.如权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于：所述光输入口和/或所述光输出口是磨砂表面。

12.如权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于：所述入射面为平面。

13.如权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于：所述反射面为全反射面。

14.如权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于：所述偏光透镜是光学塑料透镜。

15.如权利要求1所述的偏光透镜，其特征在于：所述偏光透镜是全内反射透镜。

16.一种LED灯具，包括一壳体，其内设有如权利要求1-15所述的偏光透镜和至少两个光源，每一所述光源设于所述光输入口一侧且沿所述长度方向间隔排布。

17.如权利要求13所述的LED灯具，其特征在于：所述壳体内壁与所述光输出口之间还设置有一透光板，所述透光板靠近所述光输出口的表面涂敷有荧光粉，且所述至少两个光源为蓝光LED。

18.如权利要求13所述的LED灯具，其特征在于：所述LED灯具是一种洗墙灯。