CN101761869A - 一种均匀配光透镜及其led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均匀配光透镜及其LED灯具，其中均匀配光透镜用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，包括呈半球状的透镜本体，透镜本体靠近LED光源的近侧面为球面，远离所述LED光源的远侧面为高次非球面；其中，高次非球面上各点坐标Z的计算公式为：

；其中C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；α₁值为零，α₂取值范围为0.003～0.007；α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。本发明的LED灯具采用一片均匀配光透镜，即可实现LED光源在一定范围内的照度均匀性达80％的配光效果。

Description

一种均匀配光透镜及其LED灯具

技术领域

本发明涉及照明灯具，尤其涉及一种均匀配光透镜及其LED灯具。

背景技术

当前大功率LED光源的应用愈加广泛，相应的LED二次光学配光透镜也显得越来越重要。

目前市场上应用较多的LED配光透镜均由普通的球面镜实现，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，照度不均匀，而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，照明均匀度低。

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，提供一种均匀配光透镜，能够提高LED灯具在特定的被照面的照度均匀性。

本发明的另一目的在于，提供一种使用以上均匀配光透镜的LED灯具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种均匀配光透镜，用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，包括呈半球状的透镜本体，其中，所述透镜本体靠近所述LED光源的近侧面为球面，远离所述LED光源的远侧面为高次非球面。

本发明所述的均匀配光透镜，其中，所述高次非球面上各点坐标Z的计算公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_{1}r+{\mathrm{\α}}_2{r}^2+{\mathrm{\α}}_3{r}^3;$

其中所述C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；

所述α₁值为零，所述α₂取值范围为0.003～0.007；

所述α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。

本发明所述的均匀配光透镜，其中，所述透镜本体中间厚度值为5～7mm。

本发明所述的均匀配光透镜，其中，所述近侧面为半径为无穷大的球面。

本发明还提供了一种LED灯具，包括LED光源，还包括用于给所述LED光源配光的均匀配光透镜，所述均匀配光透镜包括呈半球状的透镜本体，所述透镜本体靠近所述LED光源的近侧面为球面，远离所述LED光源的远侧面为高次非球面；所述LED光源和所述均匀配光透镜之间的距离可调节。

本发明所述的LED灯具，其中，所述高次非球面上各点坐标Z的计算公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_{1}r+{\mathrm{\α}}_2{r}^2+{\mathrm{\α}}_3{r}^3;$

其中所述C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；

所述α₁值为零，所述α₂取值范围为0.003～0.007；

所述α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED灯具还包括镜筒，所述均匀配光透镜安装在镜筒的一端，所述LED光源通过螺纹连接在所述镜筒内，以调节所述LED光源和所述均匀配光透镜之间的距离。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED光源距离所述均匀配光透镜的距离在4.5±1.5mm范围内可调节。

本发明所述的LED灯具，其中，所述透镜本体中间厚度值为5～7mm。

本发明所述的LED灯具，其中，所述近侧面为半径为无穷大的球面。

本发明充分利用高次非球面面型对光线的折射原理，及光源位置不同其角放大率不同的调焦原理，使LED灯具采用一片均匀配光透镜，即可实现LED光源在50～68度范围、或更大范围内的照度均匀性达80％的配光效果。

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为本发明实施例的均匀配光透镜结构示意图；

图2为本发明实施例的均匀配光透镜的光路原理示意图；

图3为本发明实施例的具有均匀配光透镜的LED的灯具结构示意图；

图4为本发明实施例的均匀配光透镜50度配光曲线示意图；

图5为本发明实施例的均匀配光透镜60度配光曲线示意图；

图6为本发明实施例的均匀配光透镜68度配光曲线示意图；

图7为本发明实施例的均匀配光透镜调焦原理图。

具体实施方式

下面结合图示，对本发明的优选实施例作详细介绍。

本发明较佳实施例的均匀配光透镜结构示意如图1所示，同时参阅图3，所述均匀配光透镜1用于对LED光源发出的光线进行均匀配光，其包括呈半球状的透镜本体10，透镜本体10靠近LED光源2的近侧面11为球面，远离LED光源的远侧面12为高次非球面。

一般高次非球面面型的计算公式如下式(1)所示：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_{1}r+{\mathrm{\α}}_2{r}^2+{\mathrm{\α}}_3{r}^3+{\mathrm{\α}}_4{r}^4+...+{\mathrm{\α}}_{20}{r}^{20}---\left(1\right)$

高次非球面面型与球面面型公式相比，多了二次曲率系数K及高次项，随r值的变化高次非球面高次项可灵活改变面型以改变光线的出射角度，以保证光线能量的任意分配，非球面透镜光能量分配示意图如图1所示。

本实施例中，均匀配光透镜1的高次非球面上各点坐标Z的计算公式如下式(2)所示：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_{1}r+{\mathrm{\α}}_2{r}^2+{\mathrm{\α}}_3{r}^3---\left(2\right);$

式(2)中，C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；α₁值为零；α₂取值范围为0.003～0.007；α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。

其中，C的优选绝对值取值范围为0.07264～0.09264，C取负值；α₂取值范围为0.005～0.007；α₃的绝对值取值范围为0.00017～0.0003，其中α₃取负值，以达到最好的配光效果，使LED光源2照度均匀性。

本实施例中，α₂采用正数值，α₃采用负数值；如果α₂、α₃的正负号取反，则配光效果截然相反，无法实现均匀配光。

本实施例中，如图1所示，透镜本体10靠近LED光源2的近侧面11设计为半径为95mm的球面；如图2所示，也可以设计为半径无穷大的球面，即为平面。

本实施例中，为达到更好的均匀配光效果，透镜本体10中间厚度值优选取为5～7mm。

本发明还提供了一种LED灯具，其结构示意图如图3所示，其包括LED光源2，还包括以上实施例中所描述的均匀配光透镜1，均匀配光透镜1采用压圈3固定在镜筒4的一端，LED光源2采用螺纹连接可旋转的连接在镜筒4内，通过移动LED光源2的位置来调节LED光源2与均匀配光透镜1之间的距离，可实现LED光源在50～68度之间任一角度均匀配光，也可用于50～68度连续可调均匀配光。

本实施例中，LED光源2距离均匀配光透镜1中心的距离为4.5±1.5mm，通过调节LED光源2与均匀配光透镜1中心之间的距离，可以实现50～68度的不同角度均匀配光，其焦距调节原理示意图如图7所示。

本实施例的LED灯具中，均匀配光透镜1的高次非球面上各点坐标Z的计算公式(2)中，C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；α₁值为零；α₂取值范围为0.003～0.007；α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。

其中，C的优选绝对值取值范围为0.07264～0.09264，C取负值；α₂取值范围为0.005～0.007；α₃的绝对值取值范围为0.00017～0.0003，其中α₃取负值，以达到最好的配光效果，使LED光源2照度均匀性。

图7中LED光源2在位置A时，距离均匀配光透镜1中心较远，LED光源2发出的光线经均匀配光透镜1配光后，出射光线的半光束角a为30度，实现60度均匀配光，配光曲线如图5所示。

图7中LED光源2在位置B时，距离均匀配光透镜1中心较近，距离约为3mm，LED光源2发出的光线经均匀配光透镜1配光后，出射光线的半光束角b为33.9度，实现68度均匀配光，配光曲线如图6所示。

本实施例的LED灯具采用以上实施例中的均匀配光透镜1进行50度均匀配光曲线如图4所示。

本发明充分利用高次非球面面型对光线的折射原理，及光源位置不同其角放大率不同的调焦原理，使LED灯具采用一片均匀配光透镜，即可使LED光源在50～68度范围、或更大范围内，实现照度均匀性达80％的配光效果。

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 (10)

1.一种均匀配光透镜，用于对LED光源(2)发出的光线进行均匀配光，包括呈半球状的透镜本体(10)，其特征在于，所述透镜本体(10)靠近所述LED光源的近侧面(11)为球面，远离所述LED光源的远侧面(12)为高次非球面。

2.根据权利要求1所述的均匀配光透镜，其特征在于，所述高次非球面上各点坐标Z的计算公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_{1}r+{\mathrm{\α}}_2{r}^2+{\mathrm{\α}}_3{r}^3;$

其中所述C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；

所述α₁值为零，所述α₂取值范围为0.003～0.007；

所述α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。

3.根据权利要求1所述的均匀配光透镜，其特征在于，所述透镜本体(10)中间厚度值为5～7mm。

4.根据权利要求1所述的均匀配光透镜，其特征在于，所述近侧面(11)为半径为无穷大的球面。

5.一种LED灯具，包括LED光源(2)，其特征在于，还包括用于给所述LED光源(2)配光的均匀配光透镜(1)，所述均匀配光透镜(1)包括呈半球状的透镜本体(10)，所述透镜本体(10)靠近所述LED光源的近侧面(11)为球面，远离所述LED光源的远侧面(12)为高次非球面；所述LED光源(2)和所述均匀配光透镜(1)之间的距离可调节。

6.根据权利要求5所述的LED灯具，其特征在于，所述高次非球面上各点坐标Z的计算公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-c^2{r}^2}}+{\mathrm{\α}}_{1}r+{\mathrm{\α}}_2{r}^2+{\mathrm{\α}}_3{r}^3;$

其中所述C为高次非球面的顶点曲率，C的绝对值取值范围为0.0666～0.105，C取负值；

所述α₁值为零，所述α₂取值范围为0.003～0.007；

所述α₃的绝对值取值范围为0.00005～0.00035，其中α₃取负值。

7.根据权利要求5所述的LED灯具，其特征在于，所述LED灯具还包括镜筒(4)，所述均匀配光透镜(1)安装在所述镜筒(4)的一端，所述LED光源(2)通过螺纹可旋转的连接在所述镜筒(4)内，以调节所述LED光源(2)和所述均匀配光透镜(1)之间的距离。

8.根据权利要求5所述的LED灯具，其特征在于，所述LED光源(2)与所述均匀配光透镜(1)之间的距离在4.5±1.5mm范围内可调节。

9.根据权利要求7所述的LED灯具，其特征在于，所述透镜本体(10)中间厚度值为5～7mm。

10.根据权利要求7所述的LED灯具，其特征在于，所述近侧面(11)为半径为无穷大的球面。

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