CN102654270B - 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球面的圆柱形槽，所述出光面的中部向外突出，并形成位于其中部并向外突出的锥面和环绕所述锥面的环面，所述锥面的顶点与所述球面的球心位于所述光轴上，所述球面与所述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，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。
Description
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球面的圆柱形槽，所述出光面的中部向外突出，并形成位于其中部并向外突出的锥面和环绕所述锥面的环面，所述锥面的顶点与所述球面的球心位于所述光轴上，所述球面与所述锥面共同界定出一中心聚光部分。
更具体地，所述锥面的母线与所述光轴的夹角θ满足以下公式：
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在5-10°之间，η为修正值，取值在0.3-0.8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76°。
更具体地，所述球面的半径R的取值范围是：15≤R≤30，且所述球面的顶点与所述小端的距离为3毫米。
更具体地，所述光源容纳槽的直径不大于9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：
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8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球面11的圆柱形槽，所述出光面2的中部向外突出，并形成位于其中部并向外突出的锥面21和环绕所述锥面21的环面22。所述球面11的顶点与所述锥面21的球心均位于所述光轴上。所述球面11与所述锥面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，所述球面11的顶点与所述锥面21的球心均位于所述光轴上。所述光源容纳槽1的直径D不大于9毫米。
本实施例中，所述锥面21的母线与所述光轴A的夹角θ满足以下公式：
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在5-10°之间，η为修正值，取值在0.3-0.8之间。
较佳的方案是采用折射率为1.59的PC材料，所述球面11与所述锥面21的母线与所述光轴的夹角θ为76°。
本实施例中，所述球面的半径R的取值范围是：15≤R≤30，所述球面11的顶点与所述小端之间的距离为3毫米。
这样，由所述球面11与所述锥面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。
请结合参照图2及图3，本实施例回转体的母线由8段线段(即图2中所示的线段301-308)首尾连接而成。从而，所述全反射面3由8个圆台面构成。由所述聚光透镜的小端至大端，所述8段线段与所述光轴之间的夹角依次减小。
本实施例中，所述8段线段与光轴A的夹角β满足以下公式：
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，λ的取值在4-6°之间。
本实施例中，λ的取值5°，这样，所述8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 | 43.43° |
| 线段302与光轴A的夹角 | 41.86° |
| 线段303与光轴A的夹角 | 40.32° |
| 线段304与光轴A的夹角 | 38.79° |
| 线段305与光轴A的夹角 | 37.29° |
| 线段306与光轴A的夹角 | 35.84° |
| 线段307与光轴A的夹角 | 34.43° |
| 线段308与光轴A的夹角 | 33.08 |
请参照图4，在LED芯片射出的光线中，由光源容纳槽1侧壁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，所述球面11与所述锥面21的尺寸都比较容易控制，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。
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5个上述的LED聚光透镜L相交并成为一体而构成，所述5个聚光透镜出光面位于同一平面，各锥面顶点在平面上均匀分布。当然，聚光透镜的数量还可以为3个、4个、6个或者其他数量。
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 (8)
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：所述聚光透镜用于将入射光转化为几乎与光轴平行的出射光，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球面的圆柱形槽，所述出光面的中部向外突出，并形成位于其中部并向外突出的锥面和环绕所述锥面的环面，所述锥面的顶点与所述球面的球心位于所述光轴上，所述球面与所述锥面共同界定出一中心聚光部分；
所述锥面的母线与所述光轴的夹角θ满足以下公式：
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在5-10°之间，η为修正值，取值在0.3-0.8之间。
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76°。
3.如权利要求1所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述球面的半径R的取值范围是：15mm≤R≤30mm，且所述球面的顶点与所述小端的距离为3毫米。
4.如权利要求3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。
5.如权利要求1至4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。
6.如权利要求5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：
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。
7.如权利要求6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8段线段。
8.一种LED聚光透镜，所述聚光透镜是由多个如权利要求1至7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，各锥面顶点在平面上均匀分布。
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