CN101761868A - 一种配光透镜及其led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配光透镜及其LED灯具，所述配光透镜用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，其包括呈半球壳状的透镜本体，其中，所述透镜本体的外表面为球面，内表面中部下凹，与所述外表面组成凹透镜，用于发散所述LED光源发出的中心强度较强光线；所述内表面周边凸起，与所述外表面组成凸透镜，用于会聚所述LED光源发出的四周强度较弱光线。本发明通过采用非球面与球面相结合的透镜，并通过中心处构成的凹透镜发散中心强光线，以及通过周边的凸透镜会聚四周的强度较弱光线，实现了对光线的精确控制，以达到被照面照度均匀的效果，在距离为2m、直径为4.4m的圆形被照区域内，照度均匀度可达到86％以上。

Description

一种配光透镜及其LED灯具

技术领域

本发明涉及一种配光透镜，尤其涉及一种采用非球面均匀配光的配光透镜及其LED灯具。

背景技术

大功率贴片式Led的发展如火如荼，LED二次光学配光透镜也随之起步并得以发展，因为裸光源LED配光一般都是lambertain型发光，比较单一，而市场所需的配光又是多种多样，因此目前市场上应用的绝大多数LED都配有二次光学透镜，通过二次透镜实现了LED泛光、投光、聚光等配光形式。

目前大多数LED二次透镜均由普通的半球壳状的球面镜120实现，如图1所示，光源110设置在其球面中心位置。采用该透镜，被照面的光斑照度会从中心开始向四周衰减，即中心亮四周暗，给应用带来局限性，并且不均匀的照明会给人以疲劳的视觉感受，此类透镜的配光曲线中心高周边低，特定距离的光斑效果也是中心照度高，并向周边衰减很快，被照面的均匀度低。

另一种方案是利用光的全反射原理设计的LED二次透镜140，如图2所示，光源130也是从其底面中心处发光，该透镜通过透射面141、透射面142和反射面143的面型实现各种角度的配光。虽然此设计方案也可以实现均匀配光效果，但目前此类透镜材料常采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯，材料特性决定了在透镜的全反射面143底部光线难以达到全反射角，部分光线还是通过透镜侧边出射，损失了部分能量，灯具效率不高。

因此，现有技术有待改进和提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种照度均匀性，配光角度大，适用于近距离下的均匀照明，能提高光能量利用率的非球面均匀配光透镜及其LED灯具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种配光透镜，用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，包括呈半球壳状的透镜本体，其中，所述透镜本体的外表面为球面，内表面中部下凹，与所述外表面组成凹透镜，用于发散位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的中心强度较强光线；所述内表面周边凸起，与所述外表面组成凸透镜，用于会聚位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的四周强度较弱光线。

本发明所述的配光透镜，其中，所述透镜本体内表面的横截面为以Y轴为对称轴对称的曲折线，由多段直线段连接组成，其中，在X轴正方向上，各直线段端点横纵坐标依次为：

(0.5，5.7)，(1，5.4)，(1.5，5.1)，(2，4.6)，(2.5，4.0)，(3，3.0)，(3.5，2.1)，(4，1.4)，(4.5，0.9)，(5，0.4)，(5.5，0)。

本发明所述的配光透镜，其中，所述透镜本体采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

本发明所述的配光透镜，其中，所述半球壳状透镜本体对应球心处设置有光源固定位，用于固定LED光源。

一种LED灯具，包括配光透镜和LED光源，其中，所述配光透镜包括呈半球壳状的透镜本体，所述LED光源固定设置在所述半球壳状透镜本体的球心处；

所述透镜本体的外表面为球面，内表面中部下凹，与所述外表面组成凹透镜，用于发散位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的中心强度较强光线；

所述内表面周边凸起，与所述外表面组成凸透镜，用于会聚光源四周的弱光，用于会聚位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的四周强度较弱光线。

本发明所述的LED灯具，其中，所述透镜本体内表面的横截面为以Y轴为对称轴对称的曲折线，由多段直线段连接组成，其中，在X轴正方向上，各直线段端点横纵坐标依次为：

(0.5，5.7)，(1，5.4)，(1.5，5.1)，(2，4.6)，(2.5，4.0)，(3，3.0)，(3.5，2.1)，(4，1.4)，(4.5，0.9)，(5，0.4)，(5.5，0)。

本发明所述的LED灯具，其中，所述半球壳状透镜本体对应球心处设置有光源固定位。

本发明所述的LED灯具，其中，所述光源固定位为两个固定脚，用于适配LED光源上的固定孔。

本发明所述的LED灯具，其中，所述透镜本体采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

本发明通过采用非球面与球面相结合的透镜，并通过中心处构成的凹透镜发散中心强光线，以及通过周边的凸透镜会聚四周的强度较弱光线，实现了对光线的精确控制，以达到被照面照度均匀的效果，在距离为2M、直径为4.4M的圆形被照区域内，照度均匀度达到86％以上。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的配光透镜结构图一；

图2是现有技术的配光透镜结构图二；

图3是本发明实施例一的LED光源配光曲线；

图4是本发明实施例一的配光透镜立体图；

图5是本发明实施例二的安装有光源的配光透镜立体图；

图6是本发明实施例二的安装有光源的配光透镜剖视图；

图7是本发明实施例一的配光透镜光学原理图；

图8是本发明实施例一的配光透镜的配光曲线；

图9是本发明实施例一的配光透镜内表面的横截面曲线坐标。

具体实施方式

本发明的配光透镜及LED灯具适合采用120°发散的LED光源，该LED光源的lambertain配光曲线如图3所示，其中心光线一般较强，四周的光线较弱。下面结合图示，对本发明的优选实施例作详细介绍。

本发明实施例一提供了一种配光透镜，用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，其结构如图4所示，包括呈半球壳状的透镜本体210，该半球壳状配光透镜相对应的球心处可设置光源固定位，以固定LED光源。透镜本体210的剖视图如图6所示，其外表面211为球面，内表面212中部下凹，与外表面211组成凹透镜，可发散位于半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的中心强度较强光线；内表面212周边凸起，与外表面211组成凸透镜，可会聚位于半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的四周强度较弱光线。

本发明实施例二提供了一种LED灯具，如图5所示，包括实施例一中的配光透镜和LED光源220，其中配光透镜的结构描述参见实施例一，在此不再重复。可在半球壳状的透镜本体210底面中心处，即对应的球心处，设置一光源固定位213，以固定LED光源220，该光源固定位213可以为两个固定脚，以适配LED光源220上的固定孔。

以上实施例一和二中所采用的透镜本体210的内表面的横截面为曲线状，将其置于XY坐标系中，如图9所示，根据点光源的配光原理，其是由多段直线段连接组成，位于第一象限相连接的各直线段端点的横纵坐标依次为：(0.5，5.7)，(1，5.4)，(1.5，5.1)，(2，4.6)，(2.5，4.0)，(3，3.0)，(3.5，2.1)，(4，1.4)，(4.5，0.9)，(5，0.4)，(5.5，0)，坐标长度单位可以是厘米、毫米、米或其整数倍；其位于第二象限的曲线与第一象限以Y轴为对称轴相对称，对应的坐标在此不再赘述。

以上曲折线是经多次配光试验所得的最优的配光曲线，可以使配光透镜达到最优的均匀配光效果，其光路图如图7所示。中心的强光通过凹透镜发散，四周的光线通过凸透镜汇聚后，可以均匀的照在被照面300上，配光曲线示意图如图8所示，可实现在2米远的被照面80％以上的均匀度，在距离为2M、直径为4.4M的圆形被照区域内，照度均匀度达到86％以上。

以上实施例一和二中透镜本体210可采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，由于其结构上的改进，不会出现如现有技术方案二中的问题，可以达到很好的均匀配光的效果，同时可大大节省灯具的制作成本。

本发明充分利用非球面和球面面型对光线的不同折射效果，重新分配了lambertain发光的LED光源的光能量分布，实现了LED 110-130度均匀配光效果。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种配光透镜，用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，包括呈半球壳状的透镜本体，其特征在于，所述透镜本体(210)的外表面(211)为球面，内表面(212)中部下凹，与所述外表面(211)组成凹透镜，用于发散位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的中心强度较强光线；

所述内表面(212)周边凸起，与所述外表面(211)组成凸透镜，用于会聚位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源发出的四周强度较弱光线。

2.根据权利要求1所述的配光透镜，其特征在于，所述透镜本体(210)内表面(212)的横截面为以Y轴为对称轴对称的曲折线，由多段直线段连接组成，其中，在X轴正方向上，各直线段端点横纵坐标依次为：

(0.5，5.7)，(1，5.4)，(1.5，5.1)，(2，4.6)，(2.5，4.0)，(3，3.0)，(3.5，2.1)，(4，1.4)，(4.5，0.9)，(5，0.4)，(5.5，0)。

3.根据权利要求1或2所述的配光透镜，其特征在于，所述透镜本体(210)采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的配光透镜，其特征在于，所述半球壳状透镜本体(210)对应球心处设置有光源固定位，用于固定LED光源。

5.一种LED灯具，包括配光透镜和LED光源(220)，其特征在于，所述配光透镜包括呈半球壳状的透镜本体(210)，所述LED光源(220)固定设置在所述半球壳状透镜本体(210)的球心处；

所述透镜本体(210)的外表面(211)为球面，内表面(212)中部下凹，与所述外表面(211)组成凹透镜，用于发散位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源(220)发出的中心强度较强光线；

所述内表面(212)周边凸起，与所述外表面(211)组成凸透镜，用于会聚位于所述半球壳状的透镜本体的球心处的LED光源(220)发出的四周强度较弱光线。

6.根据权利要求5所述的LED灯具，其特征在于，所述透镜本体(210)内表面(212)的横截面为以Y轴为对称轴对称的曲折线，由多段直线段连接组成，其中，在X轴正方向上，各直线段端点横纵坐标依次为：

(0.5，5.7)，(1，5.4)，(1.5，5.1)，(2，4.6)，(2.5，4.0)，(3，3.0)，(3.5，2.1)，(4，1.4)，(4.5，0.9)，(5，0.4)，(5.5，0)。

7.根据权利要求6所述的LED灯具，其特征在于，所述半球壳状透镜本体(210)对应球心处设置有光源固定位(213)。

8.根据权利要求7所述的LED灯具，其特征在于，所述光源固定位(213)为两个固定脚，用于适配LED光源上的固定孔。

9.根据权利要求5所述的LED灯具，其特征在于，所述透镜本体(210)采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。

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