CN102748709B - 一种全反射透镜和使用该透镜的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全反射透镜，该全反射透镜为回转体，该全反射透镜的旋转母线为五条线段依次首尾相接形成的折线，所述全反射透镜的入光面和出光面分别设有用于发散光线的圆锥形凹面和圆锥形凹槽，所述圆锥形凹面和圆锥形凹槽的顶点均落在所述全反射透镜的对称轴上；所述全反射透镜的入光面中心设有用于放置光源的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔向内延伸有所述圆锥形凹槽。本发明中，分别位于全反射透镜出光面和底部的圆锥形凹面和圆锥形凹槽主要用于发散LED光源近光轴部分的光线，使得该部分的光线不至于太集中。此外，相比起旋转母线为直线或者抛物线的全反射透镜，旋转母线为折线的全反射透镜在满足配光要求的前提下，体积可以做到尽可能的小。

Description

一种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，涉及一种全反射透镜和使用该全反射透镜的LED灯具。

背景技术

LED灯通常采用反光杯进行配光，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；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LED发光角加大的光线无法被利用，最终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)上加工出密布的网状小点，或者进行磨砂处理，但是这些处理方式达到的泛光效果都不够均匀，而且泛光角度小对光的利用率低。

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：构造一种全反射透镜，该全反射透镜为回转体，所述回转体的旋转母线为五条线段依次相接形成的折线，所述全反射透镜的入光面和出光面分别设有用于发散光线的圆锥形凹槽和圆锥形凹面，所述圆锥形凹槽和圆锥形凹面的顶点均落在所述全反射透镜的对称轴上；

所述全反射透镜的入光面中心设有用于放置光源的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔向内延伸有所述圆锥形凹槽。

本发明所述的全反射透镜，其中，所述圆柱形盲孔的直径大于所述光源插入所述圆柱形盲孔部分的外径，所述圆柱形盲孔的深度大于所述光源插入所述圆柱形盲孔部分的长度。

本发明所述的全反射透镜，其中，位于所述全反射透镜底部的圆锥形凹槽的母线与所述对称轴的夹角为θ，圆柱形盲孔的深度为

则θ与

满足以下公式：

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

式中，α＝15°，η＝1.8～1.9，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

本发明所述的全反射透镜，其中，位于所述全反射镜出光面的圆锥形凹面的母线与所述对称轴的夹角为θ，其顶点到所述全反射透镜入光面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ＝90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α＝15°，η＝1.8～1.9，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

本发明所述的全反射透镜，其中，所述折线分别为第一线段、第二线段、第三线段、第四线段和第五线段；以所述全反射透镜的入光面中心为原点，所述全反射透镜的对称轴为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，所述全反射透镜的入光面直径为d，则所述全反射透镜的出光面直径D和深度h由以下参数决定：

所述第一线段以Y轴上距原点d/2处为起点，与Y轴呈10°夹角，与X轴呈43.5°夹角；

所述第二线段以所述第一线段的终点为起点，与Y轴呈20°夹角，与X轴呈33.5°夹角；

所述第三线段以所述第二线段的终点为起点，与Y轴呈30°夹角，与X轴呈23.5°夹角；

所述第四线段以所述第三线段的终点为起点，与Y轴呈40°夹角，与X轴呈13.5°夹角；

所述第五线段以所述第四线段的终点为起点，与Y轴呈50°夹角，与X轴呈3.5°夹角。

本发明所述的全反射透镜，其中，所述全反射透镜由透明材料旋压成型。

本发明所述的全反射透镜，其中，所述透明材料包括光学玻璃或光学塑料。

本发明所述的全反射透镜，其中，所述透明材料的折射率大于1.45。

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全反射透镜。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED灯的发光角为110-130°。

实施本发明的全反射透镜，具有以下有益效果：本发明中，分别位于全反射透镜出光面和底部的圆锥形凹面和圆锥形凹槽主要用于发散LED光源近光轴部分的光线，使得该部分的光线不至于太集中。此外，相比起旋转母线为直线或者抛物线的全反射透镜，旋转母线为折线的全反射透镜在满足配光要求的前提下，体积可以做到尽可能的小。

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结构示意图；

图2是本发明一种全反射透镜优选实施例的结构示意图；

图3是本发明一种全反射透镜优选实施例的主视图；

图4是本发明一种全反射透镜优选实施例中主视图中的A-A视图；

图5是本发明一种全反射透镜优选实施例的结构参数图；

图6是本发明一种全反射透镜优选实施例的光路图；

图7是本发明一种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进一步说明。

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，该全反射透镜为回转体，该回转体的旋转母线为五条线段依次连接形成的折线。全反射透镜的出光面和底部分别设有用于发散光线的圆锥形凹面2和圆锥形凹槽3，且圆锥形凹面2和圆锥形凹槽3的顶点均落在全反射透镜的对称轴上。

上述圆锥形凹面2和圆锥形凹槽3主要用于发散LED光源近光轴部分的光线，使得该部分的光线不至于太集中。此外，相比起旋转母线为直线或者抛物线的全反射透镜，旋转母线为折线的全反射透镜在满足配光要求的前提下，体积可以做到尽可能的小。

进一步地，全反射透镜的入光面中心设有用于放置光源的圆柱形盲孔1，圆柱形盲孔1向内延伸有圆锥形凹槽2。在本发明的优选实施例中，光源为LED灯，且LED灯的外径应不大于5mm。值得注意的是，本发明适用于发光角(半光强角)为110-130°之间的LED灯，圆柱形盲孔1的直径应该根据LED灯的外径来确定，在放置LED灯时，应该使LED灯的光轴与全反射透镜的光轴重合，其发光芯片与全反射透镜入光面所在平面对齐。

此外，圆柱形盲孔1的直径要大于光源插入部分的外径，其深度要大于光源插入部分的长度。

进一步地，如图4所示，位于上述全反射透镜底部的圆锥形凹槽2的母线与全反射透镜对称轴的夹角为θ，圆柱形盲孔1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＝1.8～1.9，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

又，位于全反射镜出光面的圆锥形凹面3的母线与全反射透镜对称轴的夹角为θ，其顶点到全反射透镜入光面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ＝90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α＝15°，η＝1.8～1.9，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

上述公式中，圆锥形凹面3的顶点到全反射透镜入光面的垂直距离为L，全反射透镜的深度为h，则L略小于h，一般取L＝0.6h-0.8h。

上述公式根据灯具对发光角的要求逆向推导而来，即应该使全反射透镜反射后的光线尽量落在一定的发光角范围内，以提高全反射透镜对光线的利用率，在本发明的优选实施例中，灯具的发光角为60°。且值得注意的是，两个θ可以取相同的值也可以取不同的值，为了计算上的方便，在本发明的优选实施例中，两个θ的值相等。

优选地，如图5所示，上述折线分别为第一线段101、第二线段102、第三线段103、第四线段104和第五线段105。以全反射透镜的入光面中心为原点，全反射透镜的对称轴为X轴，与X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，定义全反射透镜的入光面直径为d，则全反射透镜的出光面直径D和深度h由以下参数决定：

第一线段101以Y轴上距原点d/2处为起点，与Y轴呈10°夹角，与X轴呈43.5°夹角；

第二线段102以第一线段101的终点为起点，与Y轴呈20°夹角，与X轴呈33.5°夹角；

第三线段103以第二线段102的终点为起点，与Y轴呈30°夹角，与X轴呈23.5°夹角；

第四线段104以第三线段103的终点为起点，与Y轴呈40°夹角，与X轴呈13.5°夹角；

第五线段105以第四线段104的终点为起点，与Y轴呈50°夹角，与X轴呈3.5°夹角。

折线的参数不仅决定了全反射透镜的出光面直径D和深度h，还在一定程度上影响全反射透镜的光效利用率，上述参数可得光线尽可能地落在灯具的发光角内，从而提高光效利用率。

现结合具体参数对本发明的优选实施例作进一步说明。假设采用PC材料作为全反射透镜的材料，PC材料的折射率为1.59，LED插入圆柱形盲孔部分的外径小于3mm，旋转母线满足上述条件，其他结构参数如下表所示：

满足上述参数的全反射透镜的光路图如图6所示，其配光曲线图如图7所示。从图7中可看出，灯具的发光角约为60°，且在该角度内发光十分均匀。

优选地，全反射透镜由透明材料旋压成型，其中透明材料包括光学玻璃或光学塑料，且透明材料的折射率应该大于1.45。此外，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和上述的全反射透镜。在该LED灯具中，LED的发光角为110°，也可以是120°或130°，且该灯具在一定的发光角内具有比较高的照度均匀度。

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)

1.一种全反射透镜，其特征在于，该全反射透镜为回转体，所述回转体的旋转母线为五条线段依次相接形成的折线，所述全反射透镜的入光面和出光面分别设有用于发散光线的圆锥形凹槽（2）和圆锥形凹面（3），所述圆锥形凹槽（2）和圆锥形凹面（3）的顶点均落在所述全反射透镜的对称轴上;

所述全反射透镜的入光面中心设有用于放置光源的圆柱形盲孔（1），所述圆柱形盲孔（1）向内延伸有所述圆锥形凹槽（2）;

所述五条线段分别为第一线段（101）、第二线段（102）、第三线段（103）、第四线段（104）和第五线段（105）；以所述全反射透镜的入光面中心为原点，所述全反射透镜的对称轴为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，所述全反射透镜的入光面直径为d，则所述全反射透镜的出光面直径D和深度h由以下参数决定：

所述第一线段（101）以Y轴上距原点d/2处为起点，与Y轴呈10°夹角，与X轴呈43.5°夹角；

所述第二线段（102）以所述第一线段（101）的终点为起点，与Y轴呈20°夹角，与X轴呈33.5°夹角；

所述第三线段（103）以所述第二线段（102）的终点为起点，与Y轴呈30°夹角，与X轴呈23.5°夹角；

所述第四线段（104）以所述第三线段（103）的终点为起点，与Y轴呈40°夹角，与X轴呈13.5°夹角；

所述第五线段（105）以所述第四线段（104）的终点为起点，与Y轴呈50°夹角，与X轴呈3.5°夹角。

2.根据权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，所述圆柱形盲孔（1）的直径大于所述光源插入所述圆柱形盲孔（1）部分的外径，所述圆柱形盲孔（1）的深度大于所述光源插入所述圆柱形盲孔（1）部分的长度。

3.根据权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，位于所述全反射透镜底部的圆锥形凹槽（2）的母线与所述对称轴的夹角为θ，圆柱形盲孔（1）的深度为

则θ与

满足以下公式：

式中，α=15°，η=1.8～1.9,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

4.根据权利要求3所述的全反射透镜，其特征在于，位于所述全反射镜出光面的圆锥形凹面（3）的母线与所述对称轴的夹角为θ，其顶点到所述全反射透镜入光面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ=90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α=15°，η=1.8～1.9,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

5.根据权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜由透明材料旋压成型。

6.根据权利要求5所述的全反射透镜，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5所述的全反射透镜，其特征在于，所述透明材料的折射率大于1.45。

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灯的发光角为110-130°。

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