CN102654271A - 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，所述光源容纳槽为半球形槽，所述出光面向内凹陷，并形成位于其中部并向外突出的锥面部分和环绕所述锥面部分的平面部分，所述锥面部分的顶点及所述光源容纳槽的球心均位于所述光轴上，所述光源容纳槽与所述锥面部分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

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，所述光源容纳槽为半球形槽，所述出光面向内凹陷，并形成位于其中部并向外突出的锥面部分和环绕所述锥面部分的平面部分，所述锥面部分的顶点及所述光源容纳槽的球心均位于所述光轴上，所述光源容纳槽与所述锥面部分共同界定出一中心聚光部分。
更具体地，所述锥面部分的顶点及所述光源容纳槽的球心均位于所述光轴上，所述锥面部分的顶点与所述平面部分位于同一平面。
更具体地，所述锥面部分的母线与所述光轴的夹角θ满足以下公式：
Figure BDA0000048922290000021
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在5-10°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63°。
更具体地，所述光源容纳槽的直径与所述锥面部分的直径相等。
更具体地，所述光源容纳槽的半径为2.45毫米。
更具体地，LED芯片位于所述光源容纳槽的球心位置。
更具体地，所述回转体的母线为一抛物线段。
更具体地，所述抛物线段的焦距不小于所述光源容纳槽的半径。
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平面部分位于同一平面，各锥面部分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。
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为半球形槽，所述出光面2的中部向内凹陷，并形成位于其中部并向外突出的锥面部分21和环绕所述锥面部分21的平面部分22，所述锥面部分21的顶点及所述光源容纳槽1的球心均位于所述光轴上。所述光源容纳槽1与所述锥面部分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。
以下对本实施例作进一步详细介绍。
请参照图3及图4，所述锥面部分21的顶点及所述光源容纳槽1的球心均位于所述光轴上，所述锥面部分21的顶点与所述平面部分22位于同一平面。即所述锥面部分21的顶点与所述平面部分22的圆心重合。
本实施例中，所述锥面部分21的母线与所述光轴A的夹角θ满足以下公式：
Figure BDA0000048922290000041
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在5-10°之间。
较佳的方案是采用折射率为1.59的PC材料，所述锥面部分21的母线与所述光轴的夹角θ为63°。所述光源容纳槽1的直径与所述锥面部分21的直径相等。所述光源容纳槽的半径为2.45毫米。
这样，由所述光源容纳槽1与所述锥面部分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，所述回转体的母线为一抛物线段。抛物线段的焦距可根据透镜的尺寸确定。通常，所述抛物线段的焦距须不小于所述光源容纳槽1的半径。
请参照图4，LED芯片位于所述光源容纳槽1的球心位置，LED芯片射出的光线中，由光源容纳槽1侧边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的平面部分22射出，在经过所述平面部分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，半球形的光源容纳槽1以及锥面部分21都很容易成型，所以可大大降低LED聚光透镜的加工成本。
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个聚光透镜出光面的平面部分位于同一平面，锥面部分顶点之间的距离相等。这样，各个LED聚光透镜的光轴之间呈等边三角形排列，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，各锥面部分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 (10)

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，所述光源容纳槽为半球形槽，所述出光面向内凹陷，并形成位于其中部并向外突出的锥面部分和环绕所述锥面部分的平面部分，所述锥面部分的顶点及所述光源容纳槽的球心均位于所述光轴上，所述光源容纳槽与所述锥面部分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：所述锥面部分的顶点与所述平面部分位于同一平面。
3.如权利要求2所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述锥面部分的母线与所述光轴的夹角θ满足以下公式：
Figure FDA0000048922280000011
式中，n为透镜材料的折射率，α的取值在5-10°之间。
4.如权利要求3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63°。
5.如权利要求2所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述光源容纳槽的直径与所述锥面部分的直径相等。
6.如权利要求5所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述光源容纳槽的半径为2.45毫米。
7.如权利要求6所述的LED聚光透镜，其特征在于：LED芯片位于所述光源容纳槽的球心位置。
8.如权利要求1至7任意一项所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述回转体的母线为一抛物线段。
9.如权利要求8所述的LED聚光透镜，其特征在于：所述抛物线段的焦距不小于所述光源容纳槽的半径。
10.一种LED聚光透镜，所述聚光透镜是由多个如权利要求1至9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平面部分位于同一平面，各锥面部分顶点在平面上均匀分布。
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