光学透镜及照明装置的制作方法

1.本发明涉及一种光学透镜及照明装置，属于照明技术领域。


背景技术：

2.目前，led灯等照明装置被广泛使用在各种场景作为照明设备，光学透镜是led灯中的配光元件，用于扩散/聚拢led灯的灯珠发出的光束，使得从led灯上发射出来的光线从点射变成面射。
3.现有技术中的光学透镜为平滑透镜，光源直接通过光学透镜发射出光线，使得正对光源的接受面上的单点的光亮度和照度较高，而其他接受面上的光亮度和照度较低，整体的亮度均匀性和照度均匀性均不高。
4.有鉴于此，确有必要提供一种光学透镜及照明装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种提高亮度均匀性和照度均匀性的光学透镜。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种光学透镜，位于光源组件的出光线路上，用于改变所述光源组件的出光，所述光学透镜包括远离所述光源组件的顶端和靠近所述光源组件的底端，所述底端向远离所述光源组件的方向凹陷形成入光面，所述光学透镜还包括背离所述入光面设置的出光面，所述出光面上设有若干凸出所述出光面的调光结构，所述光源组件发出的光线依次经过所述入光面、所述出光面及所述调光结构射出。
7.作为本发明的进一步改进，若干所述调光结构沿周向布置在所述出光面上，每个所述调光结构自所述出光面毗邻所述顶端的第一端延伸至所述出光面靠近所述底端的第二端。
8.作为本发明的进一步改进，所述调光结构包括夹角设置的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面相交的位置为顶点，所述顶点与所述出光面之间的距离自所述第一端至所述第二端均相同。
9.作为本发明的进一步改进，所述第一面和所述第二面在所述第一端具有第一夹角，所述第一面和所述第二面在所述第二端具有第二夹角，所述第二夹角大于所述第一夹角，且所述第一夹角和所述第二夹角的平均值大于90
°
小于180
°
。
10.作为本发明的进一步改进，所述第一夹角小于90
°
，所述第二夹角大于90
°
。
11.作为本发明的进一步改进，所述调光结构包括夹角设置的第一面和第二面，所述第一面和所述第二面相交的位置为顶点，所述顶点与所述出光面之间的距离自所述第一端至所述第二端依次增加。
12.作为本发明的进一步改进，所述第一面和所述第二面之间的夹角自所述第一端至所述第二端均相同，且该夹角大于90
°
小于180
°
。
13.作为本发明的进一步改进，所述入光面上设有规则排列的配光结构，所述配光结构布满所述入光面。
14.作为本发明的进一步改进，所述配光结构为球型珠面，所述球型珠面沿六边形结构排布在所述入光面上。
15.作为本发明的进一步改进，所述调光结构和所述光学透镜一体成型设置。
16.本发明还提供了一种照明装置，包括光源组件和前述的光学透镜。
17.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明应用在照明装置上的光学透镜，通过在出光面上设有若干凸出出光面的调光结构，以使得光源组件发出的光线依次经过入光面、出光面和调光结构后射出，光线在调光结构内进行多次折射，使得光线由直接折射变成来自于每个调光结构的均匀折射之和，以在不改变整体亮度的前提下，降低光源组件的单点亮度，有效避免光线刺眼，同时提高具有该光学透镜的照明装置的亮度均匀性。另外，由于光线经每个调光结构折散后，发光角度变得更大，并且每个角度的出光更加均匀，进而提高具有该光学透镜的照明装置的照度均匀性。
附图说明
18.图1是本发明优选实施例的照明装置的结构示意图。
19.图2是图1的剖视图。
20.图3是本发明第一实施例的光学透镜的立体图。
21.图4是图3中光学透镜的俯视图。
22.图5是图3中调光结构的立体图。
23.图6是图3中调光结构的另一角度的立体图。
24.图7是本发明第二实施例的光学透镜的立体图。
25.图8是图7的照明装置的俯视图。
26.图9是本发明第三实施例的光学透镜的立体图。
27.图10是光学透镜加调光结构前的亮度图。
28.图11是光学透镜加调光结构后的亮度图。
29.图12是光学透镜加调光结构前的单点亮度图。
30.图13是光学透镜加调光结构后的单点亮度图。
31.图14是光学透镜加调光结构前的配光图。
32.图15是光学透镜加调光结构后的配光图。
33.附图标记说明：
34.100-光学透镜、
35.110-顶端、120-底端、130-容纳腔、140-入光面、150-出光面、160-调光结构、161-第一端、162-第二端、163-第一面、164-第二面、170-安装部、180-配光结构、
36.200-照明装置、
37.210-光源组件、
38.θ
1-第一夹角、θ
2-第二夹角、a-正接受面。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
40.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
41.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.请参阅图1-2所示，为本发明优选实施例的照明装置200，照明装置200包括光源组件210及光学透镜100。光学透镜100位于光源组件210的出光线路上，用于改变所述光源组件210的出光，降低照明装置200的单点亮度，在不影响整体亮度和照度的前提下，提高照明装置200的亮度均匀性和照度均匀性。该照明装置200可以为台灯、照明灯、吸顶灯、筒灯、投射灯等家用照明装置200，也可以为其他非家用的照明装置200，例如手术灯等医用照明领域或汽车车灯等汽车领域，本发明对此不予限制。
43.请继续参阅图3-6，并结合图1-2所示，为本发明第一较佳实施例的光学透镜100。光学透镜100为透光材料制成，包括远离光源组件210的顶端110和靠近光源组件210的底端120。顶端110和底端120之间为连续的曲面，即光学透镜100整体呈现出连续的半球形。光学透镜100的底端120向远离光源组件210的方向凹陷形成容纳腔130，光源组件210设置在该容纳腔130内或者设置在容纳腔130的下方，光源组件210朝向容纳腔130的方向出光，使得容纳腔130的表面为入光面140。光学透镜100还包括背离入光面140设置的出光面150，出光面150上设有若干凸出出光面150的调光结构160，光源组件210发出的光线依次经过入光面140、出光面150及调光结构160射出。通过在出光面150上设有若干凸出出光面150的调光结构160，以使得光源组件210发出的光线依次经过入光面140、出光面150和调光结构160后射出，光线在调光结构160内进行多次折射，使得经过光学透镜100的光线由直接折射变成来自于每个调光结构160的均匀折射之和，以在不改变整体亮度的前提下，降低光源组件210的单点亮度，有效避免光线刺眼，同时提高具有该光学透镜100的照明装置200的亮度均匀性。另外，由于光线经每个调光结构160折散后，发光角度变得更大，并且每个角度的出光更加均匀，进而提高具有该光学透镜100的照明装置200的照度均匀性。
44.在本实施例中，光学透镜100为非等厚结构。自光学透镜100的顶端110至底端120的方向，光学透镜100的厚度依次递增。也就是说入光面140和出光面150在垂直于水平面的平面上的投影的两条曲线的曲率不同。入光面140在垂直于水平面的平面上的投影的曲率大于出光面150在垂直于水平面的平面上的投影的曲率。即，入光面140的投影为抛物线或椭圆曲线，而出光面150的投影为圆弧曲线。此时，光源组件210发出的光线经入光面140和出光面150扩散的投射角度大于普通曲面的光线扩散的投射角度，从而进一步提高具有该光学透镜100的照明装置200的发光效果。
45.当然，在其他实施例中，入光面140和出光面150的投影也可以是同一种曲线，而曲率不同。或者，光学透镜100的入光面140在垂直于水平面的平面上的投影的曲率小于出光面150在垂直于水平面的平面上的投影的曲率，此时，光学透镜100为自光学透镜100的顶端110至底端120的方向，光学透镜100的厚度依次递减的非等厚结构，此时，经过入光面140和出光面150后的光线会出现会聚的光照效果。或者，光学透镜100为等厚结构，即入光面140
和出光面150之间的距离均是相等的。本发明对此不予限制。
46.请继续参阅图1-6所示，在光学透镜100的出光面150上设有若干均匀连续设置的调光结构160，该若干调光结构160呈辐射状沿周向布置在出光面150上，且布满整个出光面150。在本实施例中，调光结构160采用与光学透镜100同样的透光材料制成，调光结构160和光学透镜100一体成型设置。在其他实施例中，调光结构160也可采用与光学透镜100的透光材料不同的透光材料制成，或者调光结构160通过粘结等方法固定在光学透镜100的出光面150上。
47.每个调光结构160均自出光面150毗邻顶端110的第一端161延伸至出光面150靠近底端120的第二端162。理论上，若干调光结构160的第一端161在光学透镜100的顶端110处交接，但是由于加工的工艺，在光学透镜100的顶端110会呈现一定的空白区域，该空白区域的面积越小，光学透镜100的性能越好，也就是使得经该光线透镜照出的光线的亮度和照度更加均匀。
48.调光结构160为弧形三棱锥结构，且该弧形三棱锥的表面弧度与光学透镜100的出光面150的弧度相匹配。包括夹角设置的第一面163和第二面164，第一面163和第二面164相交的位置为顶点。光源组件210发出的光线经第一面163和第二面164充分折射，进而在不降低整体亮度和照度的同时，降低单点亮度，提高亮度均匀性和照度均匀性。
49.在本实施例中，顶点与出光面150之间的距离自第一端161至第二端162均相同。第一面163和第二面164在第一端161具有第一夹角θ1，第一面163和第二面164在第二端162具有第二夹角θ2，第二夹角θ2大于第一夹角θ1，且第一夹角θ1和第二夹角θ2的平均值大于90
°
小于180
°
。如此设置，以防止光线产生全反射，提高出光面150的出光效率。
50.可选地，第一夹角θ1和第二夹角θ2均大于90
°
小于180
°
，此时，光线不会产生二次反射折回光源而是全部出射，可以进一步提高光学透镜100的出光效率。
51.由于光学透镜100为球型结构，故靠近顶端110的圆周的周长越小，使得越靠近顶端110的调光结构160之间的间距越小。为了避免调光结构160发生反射，而充分折射出去，故将每个调光结构160的第一面163和第二面164之间的夹角自第一端161至第二端162设置为区域渐增式设计，且为了降低加工难度，将第一夹角θ1设置为小于90
°
，而第二夹角θ2大于90
°
，最终使得第一夹角θ1和第二夹角θ2的平均值大于90
°
小于180
°
。优选地，第二夹角θ2设置为120
°
，此时，光线经调光结构160后能够充分折射，防止光线全反射，进而提高光学透镜100的调光性能。需要知道的是，不同夹角的棱镜折射效果不同，而且不同材质的透光率不同，故需要根据所需求的扩散角度和光学透镜100以及调光结构160的性能匹配适合的夹角，进而达到匹配的扩散角度。
52.在另一可选实施例中，调光结构160包括夹角设置的第一面163和第二面164，第一面163和第二面164相交的位置为顶点，顶点与出光面150之间的距离自第一端161至第二端162依次增加。如此设置，使得第一面163和第二面164之间的夹角自第一端161至第二端162均相同，且该夹角大于90
°
小于180
°
。优选地，在该实施例中，第一面163和第二面164的夹角自第一端161至第二端162均为120
°
。
53.在本实施例中，光学透镜100还包括台阶状的安装部170，安装部170为光学透镜100的底端120的外表面向远离内表面的方向周向延伸形成。通过设置安装部170，使得光学透镜100具有有较为平整的安装面，有利于实现光学装置更稳定地安装。
54.请参阅图7-8所示，为本发明第二较佳实施例的光学透镜100的立体图，该光学透镜100也具有连续的入光面140和出光面150，且在出光面150上一体成型设置由若干呈辐射状周向布满出光面150的调光结构160。该调光结构160与第一较佳实施例相同，本发明在此不予赘述。本实施例与第一较佳实施例的区别在于，光学透镜100不包括安装部170，而通过粘结或夹持等方式与光源组件210固定安装。
55.请参阅图9所示，为本发明第三较佳实施例的光学透镜100的立体图。该光学透镜100也具有连续的入光面140和出光面150，且在出光面150上一体成型设置由若干呈辐射状周向布满出光面150的调光结构160。该调光结构160与第一较佳实施例相同，本发明在此不予赘述。本实施例与第一较佳实施例的区别在于，在光学透镜100的入光面140上设有规则排列的配光结构180，且配光结构180布满整个入光面140。进一步地，配光结构180为球型珠面，球型珠面沿六边形结构排布在入光面140上。通过设置规则排列的配光结构180，以进一步对进入光学透镜100的光线进行调整，以重新分配光线，提高具有该光学透镜100的照明装置200的亮度均匀性和照度均匀性。
56.请参阅图10-11所示，为光学透镜100加调光结构160前后的亮度图。通过图10可知，在光学透镜100加调光结构160前，光源组件210发出的光线经光学透镜100调光后，仅正对光源组件210的正接受面a(图10中圆圈部分)的亮度较高，而正接受面a的周边的亮度较低，且随着与正接受面a之间的距离越大，亮度越低。此时，整个亮度较高的面积(即正接受面a的面积)占整个透镜面积不足1/4。通过图11可知，在光学透镜100加调光结构160后，光源组件210发出的光线除了经光学透镜100的调光之外，还在调光结构160内进行充分的折射，使得整个亮度较高的面积(图11中圆圈部分的面积)占整个透镜面积大于1/2，显著的提高了亮度的均匀性。
57.请参阅图12-13所示，为光学透镜100加调光结构160前后的单点亮度图。图12和图13中圆圈部分为光学透镜100最亮的点，在图12中，光学透镜100加调光结构160前，该点的最大亮度为234550cd/m2，而在图13中，光学透镜100加调光结构160后，该点的最大亮度为1180920cd/m2，通过增加调光结构160使得单点亮度降低50％，进而可以有效地避免光线对眼睛的伤害，提高护眼能力。
58.请参阅图14-15所示，为为光学透镜100加调光结构160前后的配光图。通过对比，可以明显看出图15中加了调光结构160的光学透镜100的发光角度更大，而且接受面上测量点间的照度差值变小，即有效提高了照度的均匀性。
59.在本发明一较佳实施例中，将具有调光结构160的光线透镜组装在台灯中，即照明装置200为台灯，经过测量，得到该台灯在照射面的中心处的照度为1133lx，并在距离该中心处300mm和500mm处分别选择五个点进行照度测量，结果如表1所示：
60.表1距离该中心处300mm和500mm的照度
61.300mm(lx)770762751762756500mm(lx)420430411400414
62.由表1可知，该台灯在300mm处和500mm处的照度均匀性显著提升，各测量点间的照度差值较小。并且在300mm处的照度均匀性达到了1.5，在500mm处的照度均匀性达到了1.925，均低于台灯aaa标准(低于2为满分)对照度均匀性的要求，即，比台灯aaa标准具有更好的照度均匀性。
63.通过在光学透镜100的出光面150设置调光结构160以降低单点亮度，提高亮度均匀性和照度均匀性的原理是：由于未增加调光结构160的光学透镜100的单点光亮度是光线直接通过光滑的侧壁发射出的光。而增加了调光结构160的光学透镜100，通过调光结构160对光线进行多次折射后，使得正对接受面的出光角度的光来自于调光结构160折射后的不同角度。即接受面的整体亮度不变，但是光线的来源从直接折射变成了每一个调光结构160的均匀折射之和，进而有效降低单点亮度，而提高了整体的亮度均匀性。例如，假设将光源组件210发出的光线的发光角度等分成72份，无调光结构160的光学透镜100就是直接接收1/72的光，而加了调光结构160的光学透镜100的亮度总量也是1/72，但是其是由其他的角度经过调光结构160的偏折折射过来的光的和，所以单点亮度降低了，而整体亮度均匀性提高了。
64.与降低单点亮度，提高亮度均匀性的原理相似，光源组件210发出的光线被调光结构160折散后发光角度变大，并且使得每个角度发出的光更加均匀，进而提高具有该光学透镜100的照明装置200的照度均匀性。
65.综上所述，本发明应用在照明装置200上的光学透镜100，通过在出光面150上设有若干凸出出光面150的调光结构160，以使得光源组件210发出的光线依次经过入光面140、出光面150和调光结构160后射出，光线在调光结构160内进行多次折射，使得光线由直接折射变成来自于每个调光结构160的均匀折射之和，以在不改变整体亮度的前提下，降低光源组件210的单点亮度，有效避免光线刺眼，同时提高具有该光学透镜100的照明装置200的亮度均匀性。另外，由于光线经每个调光结构160的充分折射后，发光角度变得更大，并且每个角度的出光更加均匀，进而提高具有该光学透镜100的照明装置200的照度均匀性。
66.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。