CN102654269B - 一种led聚光透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED聚光透镜，所述聚光透镜为呈圆台状的回转体，并具有与回转体的回转轴重合的光轴，所述聚光透镜包括对应聚光透镜小端的光源容纳槽、对应聚光透镜大端的出光面以及位于聚光透镜外侧壁的全反射面，所述光源容纳槽为底部具有向外突出的第一锥面的圆柱形槽，所述出光面的中部向内凹陷，并形成位于出光面中部并向外突出的第二锥面和环绕所述第二锥面的环面，所述第一锥面与所述第二锥面的顶点位于所述光轴上，所述第一锥面与所述第二锥面共同界定出一中心聚光部分。与现有技术相比较，本发明对LED具有高效的聚光功能，LED发出的光线经本发明LED聚光透镜作用后，其出射光几乎与光轴平行；本发明还可提高灯具对LED光通量的利用率。

Description

一种LED聚光透镜
技术领域
本发明涉及LED(Light Emitting Diode，发光二极管)聚光透镜技术领域，更具体地说，是涉及一种具有高效聚光功能的透镜。
背景技术
为了实现对LED的聚光，现有技术的一种做法是采用具有抛物面的反光杯实现聚光，但是这种方式却难以应用于发光角小(如当发光角小于5度)的场合，必须将反光杯尺寸增大，否则发光角较小的光线无法被利用，最终将增大光线的发光角。
现有技术中也出现了采用凸透镜对LED进行聚光的技术方案，但这些方案存在LED光通量利用率较低的问题，具体表现在发光角较大的光线无法被利用，最终降低了灯具的光效。
另外，现有技术中还出现了一些新型的LED聚光透镜，透镜的材质通常为PC(Poly Carbonate，聚碳酸酯)或PMMA(Polymethyl Methacrylate聚甲基丙烯酸甲酯)，其原理是利用光的全反射和折射，制作成比较聚光的透镜，实现对光线的汇聚。但这些LED聚光透镜通常存在成型工艺要求较高，加工难度较大等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种LED聚光透镜，其具有高效的聚光功能，并且具有较高的LED光通量利用率。
为解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：提供一种LED聚光透镜，所述聚光透镜为呈圆台状的回转体，并具有与回转体的回转轴重合的光轴，所述聚光透镜包括对应聚光透镜小端的光源容纳槽、对应聚光透镜大端的出光面以及位于聚光透镜外侧壁的全反射面，所述光源容纳槽为底部具有向外突出的第一锥面的圆柱形槽，所述出光面的中部向内凹陷，并形成位于出光面中部并向外突出的第二锥面和环绕所述第二锥面的环面，所述第一锥面与所述第二锥面的顶点位于所述光轴上，所述第一锥面与所述第二锥面共同界定出一中心聚光部分。
更具体地，所述第二锥面的顶点与所述环面位于同一平面。
更具体地，所述第一锥面与所述第二锥面的母线与所述光轴的夹角θ1、θ2均满足以下公式：
Figure BDA0000048923950000021
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在14-16°之间。
更具体地，所述透镜材料的折射率n为1.59，所述母线与所述光轴的夹角θ为77°。
更具体地，所述第一锥面与所述第二锥面的直径相等。
更具体地，所述光源容纳槽的直径不大于9毫米，所述第一锥面的顶点与所述小端之间的距离为3毫米。
更具体地，所述回转体的母线由多段线段首尾连接而成，由所述小端至所述大端，所述多段线段与所述光轴之间的夹角依次减小。
更具体地，所述多段线段与光轴的夹角β满足以下公式：
Figure BDA0000048923950000022
式中，n为透镜材料的折射率，m为自所述小端开始，所述多段线段中各线段的序号数，λ的取值在4-6°之间。
更具体地，λ的取值为5°，所述多段线段包括13段线段
为解决上述技术问题，本发明的另一种技术方案是：提供一种LED聚光透镜，所述聚光透镜是由多个上述的LED聚光透镜相交并成为一体而构成，所述多个聚光透镜出光面的环面位于同一平面，各第二锥面顶点在平面上均匀分布。
与现有技术相比较，本发明对LED具有高效的聚光功能，LED发出的光线经本发明LED聚光透镜作用后，其出射光几乎与光轴平行，发光角非常小；在保证聚光功能的同时，本发明还可极大提高灯具对LED光通量的利用率；另外，本发明LED聚光透镜的加工成型也相对简单，其尺寸可以做的很小，有利于实现灯具的小型化。
附图说明
图1是本发明实施例一的立体示意图；
图2是图1的侧视示意图；
图3是图1的剖视示意图；
图4是图1所示实施例的光路原理图；
图5是图1所示实施例的配光曲线图；
图6是本发明实施例二的立体示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1至图3，为本发明的实施例一，所述聚光透镜L为呈圆台状的回转体，并具有与回转体的回转轴重合的光轴A，所述聚光透镜包括对应聚光透镜小端的光源容纳槽1、对应聚光透镜大端的出光面2以及位于聚光透镜外侧壁的全反射面3。所述光源容纳槽1为底部具有向外突出的第一锥面11的圆柱形槽，所述出光面2的中部向内凹陷，并形成位于出光面中部的第二锥面21和环绕所述第二锥面21的环面22。所述第一锥面11与所述第二锥面21的顶点位于所述光轴上。所述第一锥面11与所述第二锥面21共同界定出一中心聚光部分。
与现有技术相比较，本实施例对LED具有高效的聚光功能，LED发出的光线经本发明LED聚光透镜作用后，其出射光几乎与光轴平行，发光角非常小；在保证聚光功能的同时，本发明还可极大提高灯具对LED光通量的利用率；另外，本发明LED聚光透镜的加工成型也相对简单，其尺寸可以做的很小，有利于实现灯具的小型化。
以下对本实施例作进一步详细介绍。
请参照图3及图4，所述第一锥面11与所述第二锥面21的顶点位于所述光轴上，并且所述第二锥面21的顶点与所述环面22位于同一平面，即所述第二锥面21的顶点与所述环面22的圆心重合。
本实施例中，所述第一锥面11与所述第二锥面21的母线与所述光轴A的夹角θ1、θ2均满足以下公式：
Figure BDA0000048923950000041
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在14-16°之间，最好为15°。
较佳的方案是采用折射率为1.59的PC材料，所述第一锥面11与所述第二锥面21的母线与所述光轴的夹角θ1、θ2均为77°。
这样，由所述第一锥面11与所述第二锥面21共同界定出的中心聚光部分，即可对LED发光角比较小的光线起到折射的作用，经所述中心聚光部分折射后的出射光线几乎平行于光轴A，出射光的发光角很小，达到了极好的聚光性能。
请继续参照图3及图4，第一锥面11的直径(即光源容纳槽1的直径D)与所述第二锥面21的直径相等。较佳的方案是，所述光源容纳槽1的直径不大于9毫米，所述第一锥面11的顶点与所述小端之间的距离为3毫米。
请结合参照图2及图3，本实施例回转体的母线由13段线段(即图2中所示的线段301-313)首尾连接而成。从而，所述全反射面3由13个圆台面构成。由所述聚光透镜的小端至大端，所述13段线段与所述光轴之间的夹角依次减小。
所述多段线段与光轴A的夹角β满足以下公式：
Figure BDA0000048923950000051
式中，n为透镜材料的折射率，m为自所述小端开始，所述多段线段中各线段的序号数，分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。λ的取值在4-6°之间。
本实施例中，λ的取值5°，这样，所述13段线段与光轴A之间的夹角分别如下表所示：
  线段301与光轴A的夹角   45.00°
  线段302与光轴A的夹角   43.43°
  线段303与光轴A的夹角   41.87°
  线段304与光轴A的夹角   40.32°
  线段305与光轴A的夹角   38.79°
  线段306与光轴A的夹角   37.30°
  线段307与光轴A的夹角   35.84°
  线段308与光轴A的夹角   34.43°
  线段309与光轴A的夹角   33.08°
  线段310与光轴A的夹角   31.80°
  线段311与光轴A的夹角   30.60°
  线段312与光轴A的夹角   29.50°
  线段313与光轴A的夹角   28.50°
请参照图4，当LED射出的光线中，由光源容纳槽1进入的这些发光角比较大的光线射向所述全反射面3时，即发生全反射。并且绝大部分的光线被反射，反射光线的传播方向也几乎与光轴A平行，并从所述出光面2的环面22射出，在经过所述环面22后，光线基本上也不会发生偏折现象，仍然沿着平行于光轴A的方向传播。出射光的发光角很小，达到了极好的聚光性能。
本实施例的聚光透镜由透明材料注塑而成。可选择PC或者PMMA。当然是，对于其他透明材料，只要各项参数能够满足本实施例所提出各项要求，均可以作为应用于本实施例的候选材料。
而且，本实施例由于采用回转体结构，LED聚光透镜的加工成型也相对简单，其尺寸可以做的很小，有利于实现灯具的小型化。被实施例的聚光透镜的外径为12.1mm，高度为6.3mm，整个透镜的尺寸很小，真正实现了灯具的小型化。
请参照图5，为本实施例的配光曲线图，由该图可知，发光角不足5°。可见，本实施例具有高效的聚光功能，LED发出的光线经本发明LED聚光透镜作用后，其出射光几乎与光轴平行，发光角非常小。
请参照图6，为本发明的实施例二，所述聚光透镜是由3个上述的LED聚光透镜L相交并成为一体而构成，所述3个聚光透镜出光面位于同一平面，第二锥面顶点之间的距离相等。这样，各个LED聚光透镜的光轴之间互相平行呈等边三角形排列，因此可安装3个LED芯片。当然，还可以采用4个、5个或6个LED聚光透镜L，各第二锥面顶点在平面上须均匀分布。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LED聚光透镜，所述聚光透镜为呈圆台状的回转体，并具有与回转体的回转轴重合的光轴，其特征在于：所述聚光透镜包括对应聚光透镜小端的光源容纳槽、对应聚光透镜大端的出光面以及位于聚光透镜外侧壁的全反射面，所述光源容纳槽为底部具有向外突出的第一圆锥面的圆柱形槽，所述出光面的中部向内凹陷，于所述凹陷内形成位于出光面中部并向外突出的第二圆锥面，环绕所述第二圆锥面的环面；
所述第一圆锥面与所述第二圆锥面的顶点位于所述光轴上，且所述第一圆锥面的顶点设于所述光源容纳槽内，所述第二圆锥面的顶点与所述环面位于同一平面上，所述第一圆锥面与所述第二圆锥面的母线与所述光轴的夹角θ1、θ2均满足以下公式：
Figure FDA00003498783900011
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在14-16°之间；
所述第一圆锥面的底面直径与第二圆锥面的底面直径相等，所述第一圆锥面与所述第二圆锥面共同界定出一中心聚光部分。
2.如权利要求1所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述透镜材料的折射率n为1.59，所述母线与所述光轴的夹角θ为77°。
3.如权利要求1所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述光源容纳槽的直径不大于9毫米，所述第一圆锥面的顶点与所述小端之间的距离为3毫米。
4.如权利要求1至3任意一项所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述回转体的母线由多段线段首尾连接而成，由所述小端至所述大端，所述多段线段与所述光轴之间的夹角依次减小。
5.如权利要求4所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述多段线段与光轴的夹角β满足以下公式：
Figure FDA00003498783900021
式中，n为透镜材料的折射率，m为自所述小端开始，所述多段线段中各线段的序号数，λ的取值在4-6°之间。
6.如权利要求5所述的LED聚光透镜，其特征在于：λ的取值为5°，所述多段线段包括13段线段。
7.一种LED聚光透镜，所述聚光透镜是由多个如权利要求1至6任意一项所述的LED聚光透镜相交并成为一体而构成，所述多个聚光透镜出光面的环面位于同一平面，各第二圆锥面顶点在平面上均匀分布。
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