CN101893200A - 一种聚光透镜及使用该聚光透镜的灯具 - Google Patents

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本发明涉及一种聚光透镜以及聚光透镜组，该聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线，所述光源容置腔为半球型容置腔，所述光源容置腔球心与LED光源中心以及所述母线焦点重合。本发明对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制聚光透镜出射光线发光角小于5度，充分利用LED光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。

Description

一种聚光透镜及使用该聚光透镜的灯具
【技术领域】
本发明涉及一种透镜，尤其涉及一种适用于LED光源的聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具。
【背景技术】
随着制造科技和半导体技术的发展，LED光源以其耗电少、亮度强日益成为传统光源的替代品。
但是，LED光源受本身特性所限，辐射角度很大，容易扩散。在使用LED光源时需要对其进行聚光。
目前，对LED光源的聚光方式一般采用抛物面的反光杯，但是这种方式要实现发光角非常小(如发光角小于5度)需要将反光杯尺寸做得比较大，否则LED光源发光角较小的光线无法被利用，导致LED光源最终的发光角较大，同时浪费大量的制造材料。也有采用凸透镜对LED光源进行聚光的，但这种方式LED发光角较大的光线无法被利用，对LED光源光通量的利用率比较低，最终导致灯具的光效利用率太低。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种充分利用LED光源光线，发光角小于5度的聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具。
一种聚光透镜，所述聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线，所述光源容置腔为半球型容置腔，所述光源容置腔球心与LED光源中心以及所述母线焦点重合。
优选的，所述光源容置腔表面为供光源光线入射到所述聚光透镜的半球面。
优选的，所述凸球面半径为R，且满足：
1/R＝1/[2(n-1)L]，
其中，L为凸球面的球面顶点到LED光源中心距离，n为聚光透镜折射率。
优选的，所述母线焦距大于等于所述光源容置腔的球面半径。
优选的，所述光源容置腔球面半径为2.45mm，所述折射率n为1.59，所述凸球面的球面顶点到光源中心距离L为14mm，所述凸球面半径R为8.25mm，所述母线焦距为3.5mm。
优选的，所述聚光透镜的材质采用聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
一种包括上述所述聚光透镜的灯具。
优选的，所述灯具包括三个同一水平分布，规则设置的聚光透镜。
优选的，所述每一个聚光透镜独立的对应一个LED光源。
上述聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具，第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔，第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，侧壁为全反射面，圆台型透镜的母线为抛物线，光源容置腔为半球型容置腔，且球心与光源中心和母线焦点重合，从而对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制聚光透镜出射光线发光角小于5度，充分利用LED光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。
【附图说明】
图1是一个实施例中聚光透镜结构剖面图；
图2是一个实施例中聚光透镜结构俯视图；
图3是一个实施例中聚光透镜结构侧视图；
图4是一个实施例中聚光透镜原理图；
图5是一个实施例中聚光透镜出射光线配光曲线示意图；
图6是一个实施例中灯具结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
该聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一个用于适配容置LED光源的光源容置腔，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，圆台型透镜的母线为抛物线，该母线绕透镜光轴旋转360度形成聚光透镜的侧壁，光源容置腔为半球型容置腔，其球心与LED光源中心以及母线焦点重合。
图1是一个实施例中聚光透镜结构剖面图。图2是一个实施例中聚光透镜结构俯视图。图3是一个实施例中聚光透镜结构侧视图。结合图1和图3，该聚光透镜为圆台型透镜，包括第一端面100、第二端面200以及连接第一端面100和第二端面200的侧壁300。
第一端面100中部向内凹陷形成光源容置腔110。该实施例中，光源容置腔110为半球型容置腔。LED光源光线经光源容置腔110的半球面111入射进聚光透镜。光源容置腔110球面半径为R1，大小根据LED光源的具体尺寸确定。光源容置腔110球心与LED光源中心重合。
第二端面200为出射面，其中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面200的凸球面210。凸球面210半径为R2。设凸球面210的球面顶点(即凸球面210与透镜光轴400的交点)到LED光源中心的距离为L，聚光透镜的折射率为n，则R2满足以下公式：
1/R2＝1/[2(n-1)L]
侧壁300为全反射面，对LED光源入射的光线进行全反射，使得光线经全反射后与透镜光轴400接近平行出射。侧壁300由母线500绕透镜光轴400旋转360度形成。母线500为抛物线，焦点与光源容置腔300的球心重合，且焦距F≥R1。
在优选实施方式中，该聚光透镜高度为15mm，最大外半径为16.22mm，折射率n＝1.59，光源容置腔110球面半径R1＝2.45mm，凸球面210球面顶点到LED光源中心的距离L＝14mm，半径R2＝8.25mm，母线500的焦距F＝3.5mm。
图4是一个实施例中聚光透镜原理图。图5是一个实施例中聚光透镜出射光线配光曲线示意图。结合图1至图5，LED光源设置在光源容置腔110中。LED光源的光线经半球面111入射到聚光透镜。凸球面210对LED光源发出的角度较小的光线进行折射，折射后形成的出射光线与透镜光轴400接近平行。侧壁300对LED光源发出的角度较大的光线进行全发射，全反射后光线与透镜光轴接近平行，最后由第二端面200射出。经测定，该聚光透镜出射光线发光角小于5度，聚光效果良好。第二端面200中间以外部分为平面，有效的减少了光衰。
该实施例中，该聚光透镜采用透明材料，便于注塑成型，优选采用聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质。
此外，本发明还提供一种包括上述所述聚光透镜的灯具；根据需要，该灯具可以包括两个以上同一水平分布规则设置的上述的聚光透镜，且每个聚光透镜独立的对应一个LED光源，如图6所示，该灯具包括3个上述的聚光透镜，3个聚光透镜呈水平分布规则设置，且每个聚光透镜对应一个LED光源。经测定，该灯具出射光线配光曲线与单个聚光透镜出射光线配光曲线一致，聚光效果良好，同时该灯具光通量得到极大提高，光照度得到极大提升。
上述聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具，第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔，第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，圆台型透镜的母线为抛物线，该母线绕透镜光轴旋转360度形成聚光透镜的侧壁，光源容置腔为半球型容置腔，且球心与光源中心和母线焦点重合，从而对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制聚光透镜出射光线发光角小于5度，充分利用LED光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种聚光透镜，其特征在于，所述聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线，所述光源容置腔为半球型容置腔，所述光源容置腔球心与LED光源中心以及所述母线焦点重合。
2.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容置腔表面的外形构造为供光源光线入射到所述聚光透镜的半球面。
3.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述凸球面半径为R，且满足：
1/R＝1/[2(n-1)L]，
其中，L为凸球面的球面顶点到LED光源中心距离，n为聚光透镜折射率。
4.根据权利要求3所述的聚光透镜，其特征在于，所述母线焦距大于等于所述光源容置腔的球面半径。
5.根据权利要求4所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容置腔球面半径为2.45mm，所述折射率n为1.59，所述凸球面的球面顶点到光源中心距离L为14mm，所述凸球面半径R为8.25mm，所述母线焦距为3.5mm。
6.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述聚光透镜的材质采用聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
7.一种包括权利要求1至6任一所述聚光透镜的灯具。
8.根据权利要求7所述的灯具，其特征在于，所述灯具包括三个同一水平分布，规则设置的聚光透镜。
9.根据权利要求8所述的灯具，其特征在于，所述每一个聚光透镜独立的对应一个LED光源。
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