CN102221178B - Led光源透镜及led灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED光源透镜，包括柱体和自柱体顶端向上凸起的曲面体，柱体底面设有用于容置LED光源的盲孔；柱体侧表面与曲面体的凸出曲面平滑衔接，凸出曲面为光线出射面，其由两个曲面平滑衔接而成，其中一曲面为四分之一个旋转椭球面，另一曲面由两个对称的椭球面球冠曲面通过内凹的连接曲面平滑衔接而成。本发明还提供一种LED灯具，包括LED光源和如上所述的并罩于LED光源外部的LED光源透镜，LED光源容置于透镜的盲孔内。本发明透镜能获得非对称蝙蝠翼配光效果，模拟的最大光强角度大于65度，能在路面形成理想的均匀亮度照明。透镜各构成曲面均为平滑连接，曲面斜率单调变化且连续，不需设置分模线注塑成型，可直接压铸成型，成型成本低且效率高。

Description

LED光源透镜及LED灯具
技术领域
本发明涉及LED灯具及其光源光学系统领域，尤其涉及一种LED光源透镜及LED灯具。
背景技术
现在，在同一基板上设置多颗LED芯片阵列封装而得的集成光源的光源面积往往较单颗LED光源大很多。比如将100颗LED芯片进行集成封装时，光源面积可达到40mm×40mm。这种集成封装的LED光源的功率可达到几十甚至上百瓦，从而大大降低光源数量，减小灯具面积，降低光源成本和灯具成本。然而，面向这类光源的光学设计却较为困难。目前常用的面向这类大型光源的光学系统一般采用反射杯，但其能控制的光线有限，难以完成合理配光。
事实上，面向单颗LED的小型二次光学透镜可以完成较好的蝙蝠翼配光，通过同比例扩大透镜形状，也能满足这类大尺寸光源的配光设计要求，只是透镜尺寸很大，材料成本很高。更重要的是，加工难度很大，原因是很多能完成较好蝙蝠翼配光的透镜曲面的曲率存在不连续点，或者说透镜斜率有从正无穷大到负无穷大的转换点，必须在这个转换位置设置分模线，使用塑胶注塑方式完成模具制作和加工。当在透镜尺寸较小是，注塑加工难度不大；而当透镜尺寸增大数倍、体积增大100倍以上时，这种依靠塑胶注塑模具的加工工艺需要很长的注塑冷却时间，成本极其昂贵且很容易造成透镜变形。因此，目前很少看到利用注塑模具形成的尺寸大于100cm2的大透镜。
而利用玻璃进行压铸的方式虽然较易形成大透镜。但是，压铸工艺不允许曲面斜率有不连续点，或者说斜率从正负无穷转换的点。而一旦缺少这类斜率不连续曲面，又较难做到很理想的光学配光，尤其是最大光强角度大于65度的蝙蝠翼配光，因此，现有的大透镜产品均难以在路面形成亮度均匀的配光。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种LED光源透镜，其配光效果好，且便于成型，制造成本低。
本发明进一步所要解决的技术问题在于，提供一种LED灯具，其能获得优良的配光效果，且便于生产。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种LED光源透镜，所述透镜包括位于底部的柱体和自柱体顶端向上凸起的曲面体，柱体底面设有用于容置LED光源的盲孔；柱体的侧表面与曲面体的凸出曲面平滑衔接，所述凸出曲面为光线出射面，其由两个曲面平滑衔接而成，其中一侧的曲面为四分之一个旋转椭球面，而另一侧的曲面由两个对称的椭球面球冠曲面通过一内凹的连接曲面平滑衔接而成，所述旋转椭球面的宽度占曲面体总宽度的比例为2/5~1/2，所述旋转椭球面为旋转椭球面被两个均经过长轴的正交平面切割而成的四等分的曲面中的一个，所述椭球面球冠曲面是由垂直于球冠底部平面的平面截取球冠所得的曲面，所述连接曲面被垂直于透镜底面的相互平行的平面截取得到的轮廓曲线完全相同。
进一步地，所述柱体的横截面的轮廓线包括相互首尾衔接的半椭圆曲线和马鞍形曲线，所述半椭圆曲线是由长轴分割椭圆而得。
进一步地，所述盲孔直径大于柱体侧向最宽处的宽度的一半。
进一步地，所述柱体的底端缘处还设有一圈平行于底面的凸边。
进一步地，所述透镜由玻璃或合成树脂通过压铸工艺制成。
进一步地，所述透镜的长宽比范围为1：0.6至1：0.8，长高比范围在1：0.2到1：0.4之间。
另一方面，本发明还提供一种LED灯具，包括LED光源和罩设于LED光源外部的透镜，所述透镜为以上任一项所述的LED光源透镜，所述LED光源为由多颗LED芯片集成封装而成的LED光源，所述LED光源容置于透镜的盲孔内。
进一步地，LED光源的底面与透镜的底平面处于同一平面内。
通过采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：本发明通过合理的光学设计，设计出了一款面向大尺寸LED扩展光源的非成像光学透镜，透镜最大尺寸与允许放置的光源最大尺寸的比值仅约为2：1，而且能获得非对称蝙蝠翼配光效果，模拟的最大光强角度大于65度，从而可以在路面形成理想的均匀亮度照明。本发明透镜应用于集成模组LED路灯配光使用时，照明效果极佳。
此外，由于透镜的各构成曲面均为平滑连接，曲面斜率单调变化且连续，从而不需设置分模线注塑成型，即可直接压铸成型，不但模具成本低，而且成型效率更高。尤其适合采用玻璃材料来成型透镜。
附图说明
图1是本发明LED光源透镜的立体图。
图2是本发明LED光源透镜的主视图。
图3是本发明LED光源透镜的俯视图。
图4是本发明LED光源透镜沿图3中A-A线的剖视图。
图5是本发明LED光源透镜的模拟配光效果图。
图6是本发明LED光源透镜的实测配光效果图。
具体实施方式
请参考图1~图4所示，本发明提供一种LED光源透镜，用于集成封装的路灯配光。所述LED光源透镜包括位于底部的柱体1和自柱体1顶端向上凸起的曲面体2，柱体1的侧表面与曲面体2的凸出曲面平滑衔接。透镜的长宽比范围为1：0.6至1：0.8，长高比范围在1：0.2到1：0.4之间。
柱体1底面设有用于容置LED光源（图未示出）的盲孔10（图4所示）。盲孔的底面形状是矩形，孔深度方向是抛物线形状。优选地，所述盲孔的直径大于柱体1侧向最宽处的宽度的一半。所述柱体1的横截面的轮廓线包括相互首尾衔接的半椭圆曲线和马鞍形曲线，所述半椭圆曲线是由长轴分割椭圆而得。此外，还可在所述柱体1的底端缘处还设有一圈平行于底面的凸边12，该凸边12的作用在于，可将一露出曲面2的铁圈压在凸边12上，从而达到压紧整个透镜的目的，综合考虑机械强度和材料用量两个要求，该凸边的厚度一般在4mm到6mm之间。
所述曲面体2的凸出曲面由左右排布的两个曲面平滑衔接而成。位于凸出曲面一侧的曲面20为四分之一个旋转椭球面，宽度方向上，所述旋转椭球面的宽度占曲面体总宽度的比例为2/5~1/2，优选为2/5，所述旋转椭球面为旋转椭球面被两个均经过长轴的正交平面切割而成的四等分的曲面中的一个。而凸出曲面另一侧的曲面22由两个对称的椭球面球冠曲面220通过一内凹的连接曲面222平滑衔接而成。所述椭球面球冠曲面220是由垂直于球冠底部平面的平面截取球冠所得的曲面；而连接曲面222被垂直于透镜底面（即柱体1的底面）的相互平行的平面截取得到的轮廓曲线完全相同。
所述透镜可采用玻璃或合成树脂通过压铸工艺制成，优选采用玻璃。
另一方面，本发明还提供一种LED灯具，包括LED光源和罩设于LED光源外部的透镜，所述透镜即为以上所述的LED光源透镜，LED光源容置于透镜的盲孔内。LED光源的底面与透镜的底平面处于同一平面内。所述LED光源为由多颗LED芯片集成封装而成的LED光源，LED光源的形状可以是圆形或正方形的片状体。
如图5所示，通过模拟软件进行模拟配光可以发现，采用本发明透镜的LED灯具能获得非对称蝙蝠翼配光效果，模拟的最大光强角度大于65度。而图6是采用本发明透镜的LED灯具的实测配光效果图，其与图5所示的模拟配光效果大体上相似，从而可在路面形成理想的均匀亮度照明。

Claims (8)

1.一种LED光源透镜，其特征在于，所述透镜包括位于底部的柱体和自柱体顶端向上凸起的曲面体，柱体底面设有用于容置LED光源的盲孔；柱体的侧表面与曲面体的凸出曲面平滑衔接，所述凸出曲面为光线出射面，其由两个曲面平滑衔接而成，其中一侧的曲面为四分之一个旋转椭球面，而另一侧的曲面由两个对称的椭球面球冠曲面通过一内凹的连接曲面平滑衔接而成，所述旋转椭球面的宽度占曲面体总宽度的比例为2/5~1/2，所述旋转椭球面为旋转椭球面被两个均经过长轴的正交平面切割而成的四等分的曲面中的一个，所述椭球面球冠曲面是由垂直于球冠底部平面的平面截取球冠所得的曲面，所述连接曲面被垂直于透镜底面的相互平行的平面截取得到的轮廓曲线完全相同。
2.如权利要求1所述的LED光源透镜，其特征在于，所述柱体的横截面的轮廓线包括相互首尾衔接的半椭圆曲线和马鞍形曲线，所述半椭圆曲线是由长轴分割椭圆而得。
3.如权利要求1或2所述的LED光源透镜，其特征在于，所述盲孔直径大于柱体侧向最宽处的宽度的一半。
4.如权利要求1或2所述的LED光源透镜，其特征在于，所述柱体的底端缘处还设有一圈平行于底面的凸边。
5.如权利要求1所述的LED光源透镜，其特征在于，所述透镜由玻璃或合成树脂通过压铸工艺制成。
6.如权利要求1所述的LED光源透镜，其特征在于，所述透镜的长宽比范围为1：0.6至1：0.8，长高比范围在1：0.2到1：0.4之间。
7.一种LED灯具，包括LED光源和罩设于LED光源外部的透镜，其特征在于，所述透镜为如权利要求1~6中任一项所述的LED光源透镜，所述LED光源为由多颗LED芯片集成封装而成的LED光源，所述LED光源容置于透镜的盲孔内。
8.如权利要求7所述的LED灯具，其特征在于，LED光源的底面与透镜的底平面处于同一平面内。
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