CN102748708B - 一种泛光全反射透镜和使用该透镜的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泛光全反射透镜，该透镜为旋转母线绕透镜的对称轴旋转而成的回转体，所述旋转母线由三条线段首尾相接构成；该透镜的出光面中心设有顶点落在所述透镜光轴上的圆锥形凹面，该透镜的入光面中心设有LED安装孔，所述LED安装孔向内延伸形成一圆锥形凹槽，该圆锥形凹槽的顶点位于所述对称轴上。本发明的泛光全反射透镜采用了折线作为旋转母线，在满足灯具发光角要求的同时体积能够做到尽可能的小，且透镜出光面的圆锥形凹面和底部的圆锥形凹槽能够扩大透镜近光轴部分的光线角度，从而使得灯具的照度更加均匀。

Description

一种泛光全反射透镜和使用该透镜的LED灯具

技术领域

本发明涉及透镜技术领域，更具体地说，涉及一种泛光全反射透镜和使用该透镜的LED灯具。

背景技术

LED灯一般采用反光杯配光，但是这种方式对光型的处理不是很理想，尤其是沿着LED光轴方向的光强较大，通过反射器配出的光又容易出现中间部分光强偏高的现象。也有采用凸透镜对LED进行聚光的，但是这种方式对LED光通量的利用率比较低，表现在无法充分利用LED发光角较大的光线，从而导致灯具的光效利用率低。目前还有一类泛光透镜，是在LED聚光全反射透镜(如图1所示)的基础上，在其出光面(图1中的100)加工出密布的网状小点或在其出光面上做磨砂处理，但是这些方式达到的泛光效果都不够均匀，而且泛光角度一般较小，对光的利用率也不高。

此外，现有透镜的旋转母线一般为直线或者抛物线，因此满足配光要求的透镜尺寸都比较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种泛光全反射透镜和使用该透镜的LED灯具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种泛光全反射透镜，该透镜为回转体，所述回转体的旋转母线由三条线段依次相接构成；该透镜的出光面中心设有顶点落在所述透镜光轴上的圆锥形凹面，该透镜的入光面中心设有LED安装孔，所述LED安装孔向内延伸形成一圆锥形凹槽，该圆锥形凹槽的顶点位于所述透镜的光轴上。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述LED安装孔为圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔的直径大于所述LED插入所述圆柱形盲孔部分的外径，所述圆柱形盲孔的深度要大于所述LED插入所述圆柱形盲孔部分的长度。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述圆锥形凹面的母线与所述透镜光轴的夹角为θ，所述圆锥形凹面的顶点到所述透镜入射面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ＝90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α＝15°，η＝2.0～2.1，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述圆锥形凹槽的母线与所述透镜光轴的夹角为θ，所述LED安装孔的深度为

则θ与

满足以下公式：

$\mathrm{\θ}=90-\mathrm{\α}(\mathrm{\η}-l)/(2n-2)$

式中，α＝15°，η＝2.0～2.1，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述回转体的旋转母线由第一线段、第二线段和第三线段依次首尾相接形成，以所述透镜的入射面中心为原点，所述透镜的光轴为X轴，与所述X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，所述透镜的入射面直径为d，则：

所述第一线段以Y轴上距原点d/2处为起点，与X轴呈28.5°夹角，与Y轴呈10°夹角；

所述第二线段以所述第一线段的终点为起点，与X轴呈18.5°夹角，与Y轴呈20°夹角；

所述第三线段以所述第二线段的终点为起点，与X轴呈8.5°夹角，与Y轴呈30°夹角。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述透镜采用透明材料注塑成型，且所述透明材料的折射率大于1.45。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述透明材料包括光学玻璃或光学塑料。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，该透镜的侧面还镀有增反膜。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案为：构造一种LED灯具，包括LED，该灯具还包括上述所述的泛光全反射透镜。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED的发光角为110-130°，且该LED的外径小于或等于5mm。

实施本发明的泛光全反射透镜，具有以下有益效果：本发明的泛光全反射透镜采用了折线作为旋转母线，在满足灯具发光角要求的同时体积能够做到尽可能的小，且透镜出光面的圆锥形凹面和底部的圆锥形凹槽能够扩大透镜近光轴部分的光线角度，从而使得灯具的照度更加均匀。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中泛光透镜的的结构示意图；

图2是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的结构示意图；

图3是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的主视图；

图4是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例主视图中的A-A视图；

图5是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的结构参数图；

图6是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的光路图；

图7是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的配光曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明。

如图2所示，同时参见图3和图4。在本发明的优选实施例中，该透镜为旋转母线为折线的回转体，折线由三条线段依次相接形成，其出光面中心设有顶点落在透镜光轴(即回转体的对称轴)上的圆锥形凹面1，底部中心设有LED安装孔，LED安装孔向内延伸有圆锥形凹槽2。

优选地，LED安装孔为圆柱形盲孔3，且上述圆锥形凹槽2的入射面直径与圆柱形盲孔3的直径相等且其顶点需要落在透镜的光轴上。上述圆锥形凹面1和圆锥形凹槽2的作用均为发散近LED的光轴部分的光线，使得该部分的光强不至于太集中，从而使得灯具有较高的照度均匀度。

进一步地，上述LED安装孔为圆柱形盲孔3，此外，圆柱形盲孔3的直径应该要大于LED插入该圆柱形盲孔3部分的外径，其深度要大于LED插入圆柱形盲孔3部分的长度。在本发明的优选实施例中，LED为发光角为110-130°的LED，且，该LED灯的外径应该尽量不大于5mm，以得到好的照射效果。值得注意的是，在安装LED灯时，应该使LED灯的光轴与透镜的光轴重合，使其发光芯片尽量落在透镜的入射面所在的平面上。

又，上述圆锥形凹面1的母线与透镜光轴的夹角为θ，其顶点到透镜入射面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ＝90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α＝15°，η＝2.0～2.1，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。在本式中，L应该略小于透镜的深度h，一般取L＝0.6-0.8h。

且，圆锥形凹槽2的母线与透镜光轴的夹角为θ，LED安装孔的深度为

则θ与

满足以下公式：

$\mathrm{\θ}=90-\mathrm{\α}(\mathrm{\η}-l)/(2n-2)$

式中，α＝15°，η＝2.0～2.1，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

上述公式是根据灯具对发光角的要求逆向推到而来，两个θ的值可以相同也可以不同，以保证该透镜在发散近光轴部分的光线时，还能够使光线尽量落在灯具要求的发光角内，以提高灯具对光的利用率。

进一步地，上述回转体的旋转母线由第一线段101、第二线段102和第三线段103依次相接形成，以透镜的入射面中心为原点，其光轴为X轴，与X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，定义透镜的入射面直径为d，则：

所述第一线段以Y轴上距原点d/2处为起点，与X轴呈28.5°夹角，与Y轴呈10°夹角；

所述第二线段以所述第一线段的终点为起点，与X轴呈18.5°夹角，与Y轴呈20°夹角；

所述第三线段以所述第二线段的终点为起点，与X轴呈8.5°夹角，与Y轴呈30°夹角。

旋转母线为折线的透镜可以使透镜在满足照度要求的前提下，体积做到尽可能的小。以上折线的参数在一定程度上决定了该透镜的出光面直径D和深度h，同时也会影响灯具的发光角，在本发明的优选实施例中，灯具的发光角为100°。

下面结合具体结构参数对本发明的优选实施例作进一步说明。

假如采用PC材料作为透镜材料，则PC材料的折射率为1.59，旋转母线采用上述的折线参数，LED灯插入圆柱形盲孔1部分的外径小于2mm，其他结构参数如下表所示：

则满足上述结构参数的透镜，其光路图如图6所示，从图中可看出LED近光轴部分的光线经过透镜折射后扩大了角度，其他部分的光线经过透镜的全反射后出射。光线朝透镜光轴一侧方向出射的光，其出射方向朝光轴的另一侧方向，光线经全反射后的光线呈交叉方式出射。此外，满足上述结构参数的透镜其配光曲线图如图7所示，从图中可看出，灯具发光角为100°，且在该区域内实现泛光照明，具有比较高的照度均匀度。

优选地，透镜采用透明材料注塑成型，且透明材料的折射率应该大于1.45。同时，为了增大透镜的反射效率，还可以在透镜的侧面镀上增反膜。透明材料则可以采用光学玻璃或光学塑料。其次，为了提高全反射透镜的反射效率，还可以在全反射透镜的侧面镀上增反膜。

在本发明的另一具体实施例中，一种LED灯具，包括LED和上述的泛光全反射透镜。在该LED灯具中，LED为发光角在110°，也可以是120°或130°，且为了保证使用效果，LED的外径应为5mm，也可以为3mm。该LED灯具有在一定发光角内照度均匀的优点。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种泛光全反射透镜，其特征在于，该透镜为回转体，所述回转体的旋转母线由三条线段依次相接构成；该透镜的出光面中心设有顶点落在所述透镜光轴上的圆锥形凹面（1），所述圆锥形凹面（1）的母线与所述透镜光轴的夹角为θ，所述圆锥形凹面的顶点到所述透镜入射面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ=90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α=15°，η=2.0～2.1,且η>n,n为全反射透镜的折射率；

该透镜的入光面中心设有LED安装孔，所述LED安装孔向内延伸形成一圆锥形凹槽（2），该圆锥形凹槽（2）的顶点位于所述透镜的光轴上。

2.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述LED安装孔为圆柱形盲孔（3），所述圆柱形盲孔（3）的直径大于所述LED插入所述圆柱形盲孔（3）部分的外径，所述圆柱形盲孔（3）的深度要大于所述LED插入所述圆柱形盲孔（3）部分的长度。

3.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述圆锥形凹槽（2）的母线与所述透镜光轴的夹角为θ，所述LED安装孔的深度为

则θ与

满足以下公式：

式中，α=15°，η=2.0～2.1,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

4.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述回转体的旋转母线由第一线段（101）、第二线段（102）和第三线段（103）依次相接形成，以所述透镜的入射面中心为原点，所述透镜的光轴为X轴，与所述X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，所述透镜的入射面直径为d，则：

所述第一线段（101）以Y轴上距原点d/2处为起点，与X轴呈28.5°夹角，与Y轴呈10°夹角；

所述第二线段（102）以所述第一线段（101）的终点为起点，与X轴呈18.5°夹角，与Y轴呈20°夹角；

所述第三线段（103）以所述第二线段（102）的终点为起点，与X轴呈8.5°夹角，与Y轴呈30°夹角。

5.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述透镜采用透明材料注塑成型，且所述透明材料的折射率大于1.45。

6.根据权利要求5所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述透明材料包括光学玻璃或光学塑料。

7.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，该透镜的侧面还镀有增反膜。

8.一种LED灯具，包括LED，其特征在于，该灯具还包括如权利要求1至7任一项所述的泛光全反射透镜。

9.根据权利要求8所述的LED灯具，其特征在于，所述LED的发光角为110-130°，且该LED的外径小于或等于5mm。

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