CN102759066B - 一种led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LED泛光全反射透镜及使用该透镜的LED灯具，该全反射透镜为回转体，该转体由折线绕全反射透镜的光轴回转形成。全反射透镜的入光面设有用于安装LED光源的盲孔，盲孔的轴线与全反射透镜的光轴重合，LED光源置于盲孔内，其发光芯片落在全反射透镜的入光面上且其光轴与全反射透镜的光轴重合。该全反射透镜的出光面还设有凹球面，凹球面的球心落在所述光轴上。本发明的全反射透镜采用了折线作为旋转母线，使得LED灯具在满足照度要求的前提下，体积可以做到尽可能的小且光效利用率高；出光面的凹球面能将LED近光轴部分的光的角度扩大从而使得该部分的光强不至于太集中，使得LED灯具在发光角为20°的照射区域内具有比较高的照度均匀度。

Description

一种LED泛光全反射透镜及使用该透镜的LED灯具

技术领域

本发明涉及一种透镜，更具体地说，涉及一种适用于LED的具有泛光配光功能的透镜及使用该透镜的灯具。

背景技术

对LED的泛光方式一般采用反光杯配光，但是这种方式对光线的处理不是很理想，虽然可以通过反射器配光，但是通过反射器配光会使得该反光杯沿着LED光轴方向的光强较大，即中间部分的光强偏高。

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发光角较大的光线无法被利用，最终导致灯具的光效利用率过低。

目前还有一类泛光镜，是在LED聚光全反射镜(如图1所示)的基础上，在其出射面(图1中的100)上加工出密布的小凸点(或凹孔)来实现泛光的效果，也有采用出射面磨砂处理的方式，这些处理方式达到的泛光效果都不够均匀，而且泛光角度一般较小，对光的利用率较低。

此外，现有反光杯的侧面旋转母线一般为直线或抛物线，因此满足配光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LED泛光全反射透镜及使用该透镜的灯具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种LED泛光全反射透镜，该全反射透镜为回转体，所述回转体由折线绕所述全反射透镜的光轴回转形成；

所述全反射透镜的入光面设有用于安装LED光源的盲孔，所述盲孔的轴线与所述全反射透镜的光轴重合，所述LED光源置于所述盲孔内，其发光芯片落在所述全反射透镜的入光面上且其光轴与所述全反射透镜的光轴重合；所述全反射透镜的出光面还设有凹球面，所述凹球面的球心落在所述光轴上；

所述凹球面的半径为R，所述凹球面(与所述光轴的交点至所述全反射透镜入光面的垂直距离为L，透镜材料折射率为n，γ为修正系数，则R和L满足以下关系：

R＝L/[1+(γ-1)/(n-1)]，其中，γ为1.1～1.3；

所述出光面的直径与所述全反射透镜的深度之比为0.9667～1.3667，且所述全反射透镜的出光角为19.5～20.5°。

本发明所述的LED泛光全反射透镜，其中，所述折线由至少六条线段依次相接形成，且每条线段的终点与所述全反射透镜底面中心的连线与所述光轴的夹角沿入光到出光方向以9.5-10.5°的夹角递增，而每条线段与所述光轴的夹角沿入光到出光方向依次递减。本发明所述的LED泛光全反射透镜，其中，所述折线由六条线段首尾依次相接形成，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；所述全反射透镜的入光面直径为D，以所述LED光源的发光中心为原点，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，则：

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°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35.5°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28°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25.5°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18°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10.5°夹角。

本发明所述的LED泛光全反射透镜，其中，所述全反射透镜的出光面直径为19-23mm，所述全反射透镜的深度为16-20mm。

本发明所述的LED泛光全反射透镜，其中，所述全反射透镜的入光面直径D为8mm。

本发明所述的LED泛光全反射透镜，其中，所述全反射透镜由透明材料注塑成型。

本发明所述的LED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LED泛光全反射透镜，其中，所述透明材料的折射率大于1.5。

本发明所述的LED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，包括上述所述的LED泛光全反射透镜、和设于所述盲孔内的LED光源，且所述LED光源的发光角为110-130°。

实施本发明的小尺寸LED泛光全反射透镜，具有以下有益效果：该全反射透镜采用了折线作为旋转母线，使得LED灯具在满足照度要求的前提下，体积可以做到尽可能的小且光效利用率高；出光面的凹球面能将LED近光轴部分的光的角度扩大从而使得该部分的光强不至于太集中，使得LED灯具在发光角为20°的照射区域内具有比较高的照度均匀度。

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LED反射透镜的结构示意图；

图2是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例的结构示意图；

图3是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例的侧视图；

图4是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例的主视图；

图5是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例中主视图中的A-A剖面图；

图6是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例中各参数图；

图7是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例的光路图；

图8是本发明一种小尺寸LED泛光全反射透镜优选实施例的配光曲线图。

具体实施方式

下面结合图示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、图4和图5。该全反射透镜1为回转体，该回转体由折线绕全反射透镜1的光轴回转形成。全反射透镜1的入光面设有用于安装LED光源的盲孔2，盲孔2的轴线与全反射透镜1的光轴重合。将LED光源置于盲孔2内，使其发光芯片落在全反射透镜1的入光面上且让它的光轴与全反射透镜1的光轴重合。此外，全反射透镜1的出光面还设有凹球面，该凹球面的球心落在全反射透镜1的光轴上。

在本发明的优选实施例中，盲孔2的作用主要是用于放置LED光源。盲孔2是圆柱形的，需要注意的是，盲孔2的直径应该要大于LED光源插入部分的外径，其深度要略大于LED光源插入透镜部分的长度。另，在选择盲孔2的直径时，应该根据LED光源的具体尺寸大小来选择，LED光源的尺寸应该选取比较小的，LED光源的外径应不大于5mm，此外，本发明主要适用于发光角(半强角)为110-130°之间的LED光源，在放置LED光源时，应尽量使其发光芯片落在全反射透镜1的入光面上，同时让它的光轴与全反射透镜1的光轴重合，以得到好的出光效果。

在全反射镜1的出光面即出射面还设置了一个凹球面3，该凹球面3的球心是落在全反射透镜1的光轴上的，即，该凹球面3位于出射面的中央，其余部分为垂直与光轴的平面。凹球面3起折射作用，它能扩大LED光源近光轴部分的光的角度，使这部分的光强不至于太集中，而其余部分的光线经过全反射透镜1的全发射后从出射面射出。

进一步地，定义上述凹球面3的半径为R，凹球面3与全反射透镜1光轴的交点至全反射透镜1入光面的垂直距离为L，透镜材料折射率为n，γ为修正系数，则R和L应满足以下关系：

R＝L/[1+(γ-1)/(n-1)]，其中γ取1.1～1.3。

其中，上述全反射透镜1出光面的直径与全反射透镜1的深度之比为0.9667～1.3667，且全反射透镜1的出光角为19.5～20.5°。

优选地，折线由至少六条线段依次相接形成，且每条线段的终点与全反射透镜1底面中心的连线与光轴的夹角沿入光到出光方向以9.5-10.5°的夹角递增，而每条线段与所述光轴的夹角沿入光到出光方向依次递减。如图6所示，在本发明的优选实施例中，折线取六段，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。定义全反射透镜1的入光面直径为D，继而以LED光源的发光中心为原点，光轴为X轴，与所述X轴垂直并过原点的直线为Y轴(即落在入光面上且过入光面中心的直线)建立直角坐标系，则：

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°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35.5°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28°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25.5°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18°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10.5°夹角。

优选地，满足上述参数要求的全反射透镜1，其出光面直径可以取19-23mm，深度可以取16-20mm，而全反射透镜入光面的直径D可以为8mm。

假设本全反射透镜1采用的是PC材料作为透镜材料，其折射率为1.59，旋转母线满足上述条件，LED光源插入盲孔2部分的外径小于3mm，其他具体结构参数如下表所示：

则该全反射透镜1的光路图如图7所示，配光曲线图如图8所示。从图7可以看出，LED中间部分的光线经过凹球面3的折射扩大了角度，其他部分的光线经过透镜的全反射后从出光面射出，光线朝透镜中心线一侧方向出射的光，其出射方向朝中心线另一侧方向，即经全反射透镜1的全反射后呈交叉方式出射。从图8的配光曲线图可以看出，灯具的发光角为20°左右，且在该发光角内发光很均匀。

优选地，上述全反射透镜1由透明材料注塑成型，透明材料包括光学玻璃或光学塑料，且透明材料的折射率大于1.5。

优选地，全反射透镜1的侧面还可以镀上增反膜，增反膜可以减少透镜的透光量，增加反射光，从而提高光的反射效率。

在本发明的另一具体实施例中，一种LED灯具，包括上述的LED泛光全反射透镜、和设于盲孔2内的LED光源，且LED光源的发光角为110-130°。由于采用了上述LED泛光全反射透镜，使得该LED灯具在一定发光角内的照度更加均匀。

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LED泛光全反射透镜，其特征在于，该全反射透镜(1)为回转体，所述回转体由折线绕所述全反射透镜(1)的光轴回转形成；

所述全反射透镜(1)的入光面设有用于安装LED光源的盲孔(2)，所述盲孔(2)的轴线与所述全反射透镜(1)的光轴重合，所述LED光源置于所述盲孔(2)内，其发光芯片落在所述全反射透镜(1)的入光面上且其光轴与所述全反射透镜(1)的光轴重合；所述全反射透镜(1)的出光面还设有凹球面(3)，所述凹球面(3)的球心落在所述光轴上；

所述凹球面(3)的半径为R，所述凹球面(3)与所述光轴的交点至所述全反射透镜(1)入光面的垂直距离为L，透镜材料折射率为n，γ为修正系数，则R和L满足以下关系：

R=L/[1+(γ-1)/(n-1)]，其中，γ为1.1～1.3；

所述出光面的直径与所述全反射透镜(1)的深度之比为0.9667～1.3667，且所述全反射透镜(1)的出光角为19.5～20.5°。

2.根据权利要求1所述的LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述折线由至少六条线段依次相接形成，且每条线段的终点与所述全反射透镜(1)底面中心的连线与所述光轴的夹角沿入光到出光方向以9.5-10.5°的夹角递增，而每条线段与所述光轴的夹角沿入光到出光方向依次递减。

3.根据权利要求2所述的LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述折线由六条线段首尾依次相接形成，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)；所述全反射透镜(1)的入光面直径为D，以所述LED光源的发光中心为原点，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，则：

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°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35.5°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28°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25.5°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18°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10.5°夹角。

4.根据权利要求3所述的LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜（1）的出光面直径为19-23mm，所述全反射透镜（1）的深度为16-20mm。

5.根据权利要求4所述LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜（1）的入光面直径D为8mm。

6.根据权利要求1所述的LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜(1)由透明材料注塑成型。

7.根据权利要求6所述的LED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。

8.根据权利要求6所述的LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述透明材料的折射率大于1.5。

9.根据权利要求1所述的LED泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜(1)的侧面还镀有增反膜。

10.一种LED灯具，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的LED泛光全反射透镜、和设于所述盲孔（2）内的LED光源，且所述LED光源的发光角为110-130°。

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