CN102759063B - 一种led泛光透镜、led泛光灯及照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于照明领域，提供了一种LED泛光透镜、LED泛光灯及照明设备，该泛光透镜的底部设有容纳LED的半球形凹槽，出光面为平面；外侧面由一折线段围绕一中心轴旋转360°形成；中心轴与凹槽的中轴线重合；折线段包括至少三条线段，各线段相对泛光透镜底部中心点的张角相等且为8～12度；每条线段与中心轴的夹角为10～40°；出光面的外径与透镜深度的比值为1.67±0.2，泛光透镜的出射角为20±0.5°。本发明在泛光透镜底部设置凹槽，将透镜外侧面设计为以多段折线为旋转母线的旋转曲面，对各线段相对于透镜底部中心点的张角大小、各线段与透镜中心轴的夹角进行限定，使泛光透镜在获得均匀光照的同时提高光线利用率。

Description

一种LED泛光透镜、LED泛光灯及照明设备

技术领域

本发明属于照明领域，尤其涉及一种LED泛光透镜、LED泛光灯及照明设备。

背景技术

目前，LED的泛光方式一般以反光杯配光为主，但是反光杯配出的泛光通常会出现中间部分光强偏高的现象，对光型的处理不是很理想，尤其是靠近LED光轴附近的光强较大。现有技术也会采用凹透镜对LED进行泛光，但这种方式对LED光通量的利用率比较低，表现在发光角较大的光线无法被利用，最终导致灯具的光线利用率太低。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101制作密布的网状小凸点或凹孔结构来实现泛光效果，也有采用对出射面进行磨砂处理的方式实现泛光。上述这些处理方式达到的泛光效果都不够理想，表现在光照度不够均匀、照明空间的中间亮度过高以及光线利用率太低。并且，现有透镜的侧面旋转母线一般为直线或抛物线，因此导致满足配光要求的透镜的尺寸普遍稍大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED泛光透镜，使之在改善光照度的均匀性并提高光线利用率。

本发明是这样实现的，一种LED泛光透镜，其底部设有容纳LED光源的半球形凹槽，所述泛光透镜的出光面为平面；

所述泛光透镜的外侧面由一折线段围绕一中心轴旋转360°形成；

所述中心轴与所述凹槽的中轴线重合；

所述折线段包括至少三条线段，各线段相对于所述泛光透镜底部中心点的张角相等且为9～11°；

每条线段与所述中心轴的夹角为10～39°；

所述出光面的外径与透镜深度的比值为1.67±0.2，所述透镜深度为泛光透镜的底面与出光面之间的距离；

所述泛光透镜的出射角为20±0.5°。

本发明的另一目的在于提供一种LED泛光灯，包括若干个LED发光体，所述LED发光体包括LED光源和泛光组件，所述泛光组件采用上述的LED泛光透镜；

所述LED光源的光轴与所述LED泛光透镜的中心轴重合。

本发明的另一目的在于提供一种照明设备，包括发光件，所述发光件采用上述的LED泛光灯。

本发明的有益效果是：

本发明在泛光透镜的底部共轴设置了容纳LED光源的半球形凹槽，使LED光源发出的光得到初步扩散，适度减弱了出射光中心光强过高的现象；

本发明将泛光透镜的外侧面设计为以多段折线为旋转母线的旋转曲面，并且对各线段相对于泛光透镜底部中心点的张角大小、各线段与泛光透镜中心轴的夹角进行了适当设定，使该透镜在实现光线对称射出的基础上进一步实现了泛光角度内的均匀照明，并且具有更高的光线利用率。

附图说明

图1是现有泛光透镜的剖面结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的立体结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的剖面结构示意图；

图4是本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的侧视结构示意图；

图5是本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的光路图；

图6是本发明第二实施例提供的LED泛光透镜的侧视结构示意图；

图7是本发明第二实施例提供的LED泛光透镜的配光曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

本发明实施例提供了一种LED泛光透镜，其底部设有容纳LED光源的半球形凹槽，泛光透镜的出光面为平面；

泛光透镜的外侧面由一折线段围绕一中心轴旋转360°形成；

该中心轴与凹槽的中轴线重合；

该折线段包括至少三条线段，各线段相对于泛光透镜底部中心点的张角相等且为9～11°；

每条线段与中心轴的夹角为10～39°；

出光面的外径与透镜深度的比值为1.67±0.2，所述透镜深度为泛光透镜的底面与出光面之间的距离；

泛光透镜的出射角为20±0.5°。

本发明还提供了一种LED泛光灯，包括若干个LED发光体，LED发光体包括LED光源和泛光组件，该泛光组件采用上述的LED泛光透镜；

该LED光源的光轴与LED泛光透镜的中心轴重合。

本发明还提供了一种照明设备，包括发光件，该发光件采用上述的LED泛光灯。

以下结合具体实施例对本发明一种LED泛光透镜的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图2示出了本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的立体结构示意图，图3示出了本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的剖面结构示意图，图4示出了本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的侧视结构示意图，图5示出了本发明第一实施例提供的LED泛光透镜的光路图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

请参考附图2、3，该LED泛光透镜1主要用于罩在LED光源2外部以形成一个小尺寸的LED发光体。具体的，该LED泛光透镜1为旋转体结构，具有圆形的底面11和出光面12。该出光面12为平面，并与泛光透镜1的中心轴垂直。该泛光透镜1的底部设有一个用来容纳LED光源2的半球形凹槽111，该凹槽111的中心轴与泛光透镜1的中心轴重合。由于凹槽111的存在，LED光源2的出射光经过凹槽111射入泛光透镜的过程中会发生适度的扩散现象，使得光强不会过于集中在LED出射光束的中心，进而避免传统泛光透镜出射光束中心光强过高的现象，在一定程度上改善了泛光透镜出光的均匀性。

该泛光透镜1的外侧面13为旋转曲面，其转轴即为泛光透镜1的中心轴，其旋转母线为折线段，该折线段包括至少三条线段。具体的，每条线段相对于透镜底部中心点的张角(即线段的两个端点与透镜底部中心点的连线所成的夹角)相等且在9～11°之间。并且，自透镜的底面至出光面的方向，每条线段与泛光透镜的中心轴之间的夹角是逐渐减小的，因此自透镜底部起的第一条线段与中心轴的夹角最大，该最大角度不超过39°，与出光面相接的线段与中心轴的夹角最小，该最小角度不小于10°。并且该泛光透镜的出光面的外径a与透镜深度h的比值a/h＝1.67±0.2，如图4。通过合理设置线段的数量及各线段与泛光透镜的中心轴之间的夹角，可获得出射角为20±0.5°的均匀出射光。

结合附图5说明该LED泛光透镜的工作原理，LED光源2发出的光首先射入泛光透镜1内部，在泛光透镜底部的凹槽111与透镜实体之间的界面上发生第一次折射，使光线发生适度扩散，使得接近和远离LED光束中心的光强不至于相差过大，在一定程度上改善了光强的均匀性。

射入泛光透镜1的光线中，一部分光线51直接穿过泛光透镜1的出光面12射向外界，在出光面12处发生第二次折射，并且这部分折射光线背向泛光透镜中心轴的方向出射，扩大了中心光线的光出射角，改善了泛光透镜出光的均匀性。另一部分光线射向泛光透镜1的侧面，该泛光透镜的特殊结构可以使射向侧面的大部分光线发生全反射，全反射光再经过出光面射出并发生第二次折射，这部分光线趋向泛光透镜中心轴的方向射出。继续参考附图5，为了便于描述，此处引入对称面S，该对称面S是经过泛光透镜1的中心轴并垂直于泛光透镜出光面12的平面，可以理解，该对称面S有无数个，并且任意一个对称面S纵向平分该泛光透镜，透镜的一半位于对称面S的一侧(A侧)，另一半位于对称面S的另一侧(B侧)。经过全反射的光线以交叉的方式出射，自对称面A侧射出的光线52最终射向对称面的B侧，自对称面B侧射出的光线53最终射向对称面的A侧。由于该泛光透镜1为对称的旋转体结构，LED光源2又位于与泛光透镜同轴的凹槽111内，因此其出射光线也关于泛光透镜1的中心轴对称或近似对称分布，避免了中心轴两侧的光通量和光强分布不均的问题。

本发明实施例在泛光透镜的底部共轴设置了容纳LED光源的半球形凹槽，使LED光源发出的光得到初步扩散，适度减弱了出射光中心光强过高的现象；

本发明实施例将泛光透镜的外侧面设计为以多段折线为旋转母线的旋转曲面，并且对各线段相对于泛光透镜底部中心点的张角大小、各线段与泛光透镜中心轴的夹角进行了适当设定，使该透镜在实现光线对称射出的基础上进一步实现了泛光角度内的均匀照明，并且具有更高的光线利用率。

在本发明实施例中，泛光透镜1的材料优选高透光率的光学玻璃或光学塑料，材料的折射率大于1.45。本发明实施例可采用PC材料作为透镜材料，其折射率为1.59。

在本发明实施例中，还可以进一步将泛光透镜的底部外径限定在6～10mm，该尺寸限定配合上述的结构特征可使该泛光透镜在获得均匀光照及高光线利用率的基础上实现小型化。这样可以进一步将凹槽111的底部直径设置为4～6mm，比较适合容纳直径小于5mm的LED光源。本发明实施例中的LED光源插入凹槽部分的外径优选小于3mm。

本发明实施例提供的泛光透镜尤其适合用作半光强角在110～130°之间的LED光源的泛光透镜，此时可以使泛光透镜的侧面结构得到充分利用并具有较高的光线利用率。

实施例二：

图6示出了本发明第二实施例提供的LED泛光透镜的侧视结构示意图，图7是本发明第二实施例提供的LED泛光透镜的配光曲线示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

本发明实施例在上述实施例的基础上提供一种LED泛光透镜的优选结构。具体结合附图4，本实施例将折线段的每个线段相对于泛光透镜底部中心点的张角α设置为10±0.5°，进一步优选为10°。

进一步的，该多段折线包括六条线段，即第一选段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段，其中，第一线段与泛光透镜的中心轴的夹角为37.5～38.5°；第二线段与中心轴的夹角为35～36°；第三线段与中心轴的夹角为27.5～28.5°；第四线段与中心轴的夹角为25～26°；第五线段与中心轴的夹角为17.5～18.5°；第六线段与中心轴的夹角为10～11°。

进一步的，第一线段和第二线段的延长线与中心轴的夹角之差为2～3°；第二线段和第三线段的延长线与中心轴的夹角之差为7～8°；第三线段和第四线段的延长线与中心轴的夹角之差为2～3°；第四线段和第五线段的延长线与中心轴的夹角之差为7～8°；第五线段和第六线段的延长线与中心轴的夹角之差为7～8°。

具有上述结构的LED泛光透镜具有更好的泛光效果和更高的光线利用率。

图6示出了本发明实施例的一种具体的实现方式，该泛光透镜的侧面的旋转母线为由六条线段构成的多段折线，第一线段的延长线601与泛光透镜的中心轴的夹角为38°；第二线段的延长线602与中心轴的夹角为35.5°；第三线段的延长线603与中心轴的夹角为28°；第四线段的延长线604与中心轴的夹角为25.5°；第五线段的延长线605与中心轴的夹角为18°；第六线段的延长线605与中心轴的夹角为10.5°。折线段的每个线段相对于泛光透镜底部中心点的张角为10°，出光面的外径与透镜深度的比值为1.67。并且，该泛光透镜1的底部外径约8mm；凹槽111的直径约5mm。上述各种角度和尺寸限定，使该泛光透镜具有约18mm的透镜深度和直径约21mm的出光面，透镜整体的体积非常小。

图7所示为上述LED泛光透镜的配光曲线示意图，从图中可见，该泛光透镜可以在20度左右的角度内实现非常均匀的照明效果。

实施例三：

本发明实施例对上述实施例提供的泛光透镜进行进一步的改进，具体可以在泛光透镜1的侧面13镀增反膜，避免光线经侧面13射出，以进一步提高光线的利用率。

本发明在泛光透镜的底部共轴设置了容纳LED光源的半球形凹槽，使LED光源发出的光得到初步扩散，适度减弱了出射光中心光强过高的现象；将泛光透镜外侧面设计为以多段折线为旋转母线的旋转曲面，并且对各线段相对于泛光透镜底部中心点的张角大小、各线段与泛光透镜中心轴的夹角进行了适当设定，使该透镜在实现光线对称射出的基础上进一步实现了泛光角度内的均匀照明，并且具有更高的光线利用率。将泛光透镜的底部外径限定在6～10mm，该尺寸限定配合上述的结构特征使得该泛光透镜在获得均匀光照及高光线利用率的基础上实现了小型化。

本发明提供的LED泛光透镜主要用于罩在LED光源的外部以获得小体积的LED发光体，该LED发光体主要作为LED泛光灯的光源，该LED泛光灯可以直接用作照明灯具，也可以作为发光部件装载于大、小型照明设备内。

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泛光透镜，所述泛光透镜的底部设有容纳LED光源的半球形凹槽，所述泛光透镜的出光面为平面；所述泛光透镜的外侧面由一折线段围绕一中心轴旋转360°形成，其特征在于，

所述中心轴与所述凹槽的中轴线重合；

所述折线段包括至少三条线段，各线段相对于所述泛光透镜底部中心点的张角相等且为10±0.5°；

每条线段与所述中心轴的夹角为10～39°；

所述出光面的外径与透镜深度的比值为1.67±0.2，所述透镜深度为泛光透镜的底面与出光面之间的距离；

所述泛光透镜的出射角为20±0.5°；

所述泛光透镜的材料为PC材料，所述PC材料的折射率为1.59；

所述凹槽的底部直径为4～6mm。

2.如权利要求1所述的LED泛光透镜，其特征在于，所述泛光透镜的底部外径为6～10mm。

3.如权利要求1或2所述的LED泛光透镜，其特征在于，所述折线段包括六条线段，自所述泛光透镜的底部起依次为第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段和第六线段；

所述第一线段与所述中心轴的夹角为37.5～38.5°；

所述第二线段与所述中心轴的夹角为35～36°；

所述第三线段与所述中心轴的夹角为27.5～28.5°；

所述第四线段与所述中心轴的夹角为25～26°；

所述第五线段与所述中心轴的夹角为17.5～18.5°；

所述第六线段与所述中心轴的夹角为10～11°。

4.如权利要求3所述的LED泛光透镜，其特征在于，所述第一线段和第二线段与所述中心轴的夹角之差为2～3°；

所述第二线段和第三线段与所述中心轴的夹角之差为7～8°；

所述第三线段和第四线段与所述中心轴的夹角之差为2～3°；

所述第四线段和第五线段与所述中心轴的夹角之差为7～8°；

所述第五线段和第六线段与所述中心轴的夹角之差为7～8°。

5.一种LED泛光灯，包括若干个LED发光体，所述LED发光体包括LED光源和泛光组件，其特征在于，所述泛光组件采用权利要求1至4任一项所述的LED泛光透镜；

所述LED光源的光轴与所述LED泛光透镜的中心轴重合。

6.如权利要求5所述的LED泛光灯，其特征在于，所述LED光源的发光中心与所述LED泛光透镜的凹槽的球心重合。

7.如权利要求5所述的LED泛光灯，其特征在于，所述LED光源的半光强角为110～130°。

8.一种照明设备，包括发光件，其特征在于，所述发光件采用权利要求5至7任一项所述的LED泛光灯。