CN102748710B - 一种泛光全反射透镜及使用该透镜的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泛光全反射透镜，该全反射透镜由折线绕所述全反射透镜的对称轴回转形成，该全反射透镜的出光面中心设有圆锥形凹面，所述圆锥形凹面的顶点落在所述全反射透镜的对称轴上；该全反射透镜的入光面中心开有用于放置LED灯的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔的顶部向内延伸形成一圆锥形凹槽，所述圆锥形凹槽的入光面直径和所述圆柱形盲孔的直径相等且其顶点落在所述全反射透镜的对称轴上。本发明中，全反射透镜的旋转母线采用了折线，使得透镜在实现泛光照明的同时，体积可以做到尽可能的小；此外，出光面的圆锥形凹面和底部的圆锥形凹槽能够对LED近光轴部分的光线起到发散作用，因此使得灯具在一定的发光角内发光更加均匀。

Description

一种泛光全反射透镜及使用该透镜的LED灯具

技术领域

本发明涉及透镜技术领域，更具体地说，涉及一种适用于LED灯的具有泛光配光功能的泛光全反射透镜。本发明还涉及一种使用泛光全反射透镜的LED灯具。

背景技术

LED灯一般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，尤其是近LED光轴的范围内的光强加大，导致中间部分的光强偏高；也有采用凸透镜进行聚光的，但是这种方式对LED光通量的利用率比较低，表现在LED发光角较大的光线无法被利用，最终导致光效利用率低；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，在其出射面（图1中的100）加工出密布的网状小点（或凹孔）来实现泛光的效果，也有采用出射面磨砂处理的，这些处理方式达到的泛光效果都不是很均匀，而且泛光角度一般较小，同时对光效的利用率也不高。此外，现有透镜的侧面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一般都比较大。

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及使用该透镜的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，该全反射透镜由折线绕所述全反射透镜的对称轴回转形成，其出光面中心设有圆锥形凹面，所述圆锥形凹面的顶点落在所述全反射透镜的对称轴上；入光面中心开有用于放置LED灯的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔的顶部向内延伸有圆锥形凹槽，所述圆锥形凹槽的入光面直径和所述圆柱形盲孔的直径相等且其顶点落在所述全反射透镜的对称轴上；

所述圆锥形凹面的母线与所述全反射透镜对称轴的夹角为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=1.6～1.7,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全反射透镜对称轴的夹角为β，圆柱形盲孔的深度为

则β与

满足以下公式：

式中，α=15°，η=1.6～1.7,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，所述折线由六条线段依次相接形成，分别为第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段和第六线段；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38.5°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26°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23.5°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11°夹角；

所述第六线段以所述第五线段的终点为起点，与Y轴呈60°夹角，与X轴呈0°夹角。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述全反射透镜为由透明材料注塑成型的全反射透镜。

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，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，所述全反射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°。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED的发光芯片落在所述全反射透镜的入光面上，所述LED的光轴与所述全反射透镜的对称轴重合。

实施本发明的泛光全反射透镜，具有以下有益效果：本发明中，全反射透镜的旋转母线采用了折线，使得透镜在实现泛光照明的同时，体积可以做到尽可能的小；此外，出光面的圆锥形凹面和底部的圆锥形凹槽能够对LED近光轴部分的光线起到发散作用，因此使得灯具在一定的发光角内发光更加均匀。

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是现有技术中全反射透镜的结构示意图；

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中主视图中的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，该全反射透镜由折线绕其对称轴回转形成，其出光面中心设有圆锥形凹面3，该圆锥形凹面3的顶点落在全反射透镜的对称轴上；同时，入光面中心还开有用于放置LED的圆柱形盲孔1，该圆柱形盲孔1的顶部向内延伸形成一圆锥形凹槽2，可以理解的，圆锥形凹槽2的入光面直径和圆柱形盲孔1的直径是相等的且其顶点落在全反射透镜的对称轴上。

灯具的泛光照明可以通过调节折线中各线段的倾斜角度和长度来实现，同时在满足照度要求的前提下，允许该全反射透镜的体积做到尽可能的小。而底部中心开设的圆锥形凹槽2和顶部的圆锥形凹面3能够扩大近LED光轴部分的光线角度，从而使得在该范围内的光强不至于太集中，满足灯具在一定发光角内照度均匀的要求。

进一步地，上述圆锥形凹面3的母线与该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应满足以下公式：

θ=90°-α(η-L)/(2n-2)

式中，α=15°，η=1.6～1.7,且η>n,n为全反射透镜的折射率。其中，L应该比全反射透镜的深度h略小，一般L为60%h～80%h。

同时，圆锥形凹槽2的母线与全反射透镜对称轴的夹角为β，圆柱形盲孔的深度为

则β与

满足以下公式：

式中，α=15°，η=1.6～1.7,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

由于灯具有发光角的要求，因此，在圆锥形凹面3和圆锥形凹槽2起到发散光线的同时，应该还要让折射后的光线尽量落在要求的发光角内以尽可能地提高全反射透镜对光线的利用率。上述公式即根据前述要求逆向推导而来。且值得注意的是，在本发明的优选实施例中，θ和β取的是相同的值，这只是为了计算上的方便，如需要对全反射透镜的结构参数进行调整，那么θ和β也可以取不同的值。

优选地，该全反射透镜的旋转母线折线由六条线段依次相接形成，分别为第一线段101、第二线段102、第三线段103、第四线段104、第五线段105和第六线段106。若以全反射透镜的入光面中心为原点，其对称轴为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，令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38.5°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26°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23.5°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11°夹角；

第六线段106以第五线段105的终点为起点，与Y轴呈60°夹角，与X轴呈0°夹角。

现结合具体的结构参数来对本发明作进一步说明。假设采用PC材料作为该全反射透镜的材料，则材料的折射率为1.59，同时全反射镜的母线满足上述条件，其他结构参数如下表所示：

则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6中可以看出，近光轴（全反射镜的对称轴）部分光线的角度被扩大了，而从配光曲线图7中亦可看出，该灯具的发光角约为40°且在该范围内照度亦十分均匀。

优选地，全反射透镜为由透明材料注塑成型的全反射透镜。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。

优选地，为了进一步提高全反射透镜的折射率，还可以在全反射透镜的侧面还镀上增反膜。

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。LED采用的是半光强角为110°，也可以是120°或130°。上述圆柱形盲孔1的直径应该根据选定LED的外形尺寸来确定，LED的尺寸应该选取比较小的，尽量不要超过5mm，即选用4mm或3mm。而圆柱形盲孔1的直径应该大于LED插入圆柱形盲孔1部分的外径，其深度

要大于LED灯插入圆柱形盲孔1部分的长度。

进一步地，在安装LED时，应该使LED的发光芯片落在全反射透镜的入光面上，其光轴应该与全反射透镜的对称轴重合，只有这样才能得到好的泛光照明效果。

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 (10)

1.一种泛光全反射透镜，其特征在于，该全反射透镜由折线绕所述全反射透镜的对称轴回转形成，该全反射透镜的出光面中心设有圆锥形凹面(3)，所述圆锥形凹面(3)的顶点落在所述全反射透镜的对称轴上；该全反射透镜的入光面中心开有用于放置LED的圆柱形盲孔(1)，所述圆柱形盲孔(1)的顶部向内延伸形成一圆锥形凹槽(2)，所述圆锥形凹槽(2)的入光面直径和所述圆柱形盲孔(1)的直径相等且其顶点落在所述全反射透镜的对称轴上;

所述圆锥形凹面(3)的母线与所述全反射透镜对称轴的夹角为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=1.6～1.7,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

2.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述圆锥形凹槽(2)的母线与所述全反射透镜对称轴的夹角为β，圆柱形盲孔(1)的深度为

则β与

满足以下公式：

式中，α=15°，η=1.6～1.7,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

3.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述折线由六条线段依次相接形成，分别为第一线段(101)、第二线段(102)、第三线段(103)、第四线段(104)、第五线段(105)和第六线段(106)；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38.5°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26°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23.5°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11°夹角；

所述第六线段(106)以所述第五线段(105)的终点为起点，与Y轴呈60°夹角，与X轴呈0°夹角。

4.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜为由透明材料注塑成型的全反射透镜。

5.根据权利要求4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。

6.根据权利要求4所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述透明材料的折射率大于1.45。

7.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射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，该灯具包括权利要求1至7任一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°。

10.根据权利要求8或9所述的LED灯具，其特征在于，所述LED的发光芯片落在所述全反射透镜的入光面上，所述LED的光轴与所述全反射透镜的对称轴重合。

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