CN102788312B - 泛光透镜及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泛光透镜及灯具。一种泛光透镜，包括以透镜光轴为对称轴的圆台型透明本体，所述透明本体包括直径较小的入射面和直径较大的出射面及连接所述入射面和所述出射面的侧面，所述入射面的中部向内凹陷形成一用于容置光源的容置腔，所述出射面的中部向内凹陷形成凹球面，所述侧面为全反射面，所述圆台形透明本体的母线为由多条线段依次连接形成的折线，每条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°至28.5°。上述泛光透镜包括入射面、出射面及连接入射面和出射面的侧面，通过这三个面的独特设计，使经过该泛光透镜的光线的出射角保持在100°左右，同时照度均匀度较好，提高了光效利用率。

Description

泛光透镜及灯具

【技术领域】

本发明涉及透镜技术领域，尤其涉及一种适用于LED的泛光透镜。

【背景技术】

现有的对LED(Light Emitting Diode，发光二极管)的泛光方式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，但是不能通过反射器配光，因此反射器配出的泛光，总是会出现中间部分的光强偏高。

业内也有采用凹透镜对LED进行聚光的，但这种方式对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太低。

还有一类泛光透镜，是在LED聚光全反射透镜的基础上，在其出射面做成密布的网状小凸点(或凹孔)结构来实现泛光的效果，也有采用出射面磨砂处理的。然而，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，更严重的是对光的利用率太低。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种具有高光利用率的泛光透镜及使用该泛光透镜的灯具。

一种泛光透镜，包括以透镜光轴为对称轴的圆台型透明本体。所述透明本体包括直径较小的入射面和直径较大的出射面及连接所述入射面和所述出射面的侧面。所述入射面的中部向内凹陷形成一用于容置光源的容置腔。所述出射面的中部向内凹陷形成凹球面。设所述凹球面的半径为R，则R＝L/[1+(γ-1)/(n-1)]。其中L为所述凹球面的顶点到所述入射面的距离，n为透明本体的折射率，1.3≤γ≤1.5。所述侧面为全反射面。所述圆台形透明本体的母线为由多条线段依次连接形成的折线，每条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°至28.5°。所述出射面的最大直径a与所述入射面到所述出射面的距离h之间的比值满足3.13≤a/h≤3.53。

在优选的实施例中，1mm≤R≤2mm。

在优选的实施例中，每条线段的两个端点与所述入射面的中心的连线所形成的夹角相等。

在优选的实施例中，所述夹角为9.5°至10.5°。

在优选的实施例中，所述折线由三条线段依次连接形成；

第一条线段与所述透镜光轴所成的角度为28.5°；

第二条线段与所述透镜光轴所成的角度为18.5°；

第三条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°。

在优选的实施例中，2.5mm≤h≤3.5mm。

在优选的实施例中，所述容置腔为圆柱形。

在优选的实施例中，所述透明本体的材质为聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。

一种灯具，包括LED光源和泛光透镜。所述泛光透镜包括以透镜光轴为对称轴的圆台型透明本体。所述透明本体包括直径较小的入射面和直径较大的出射面及连接所述入射面和所述出射面的侧面。所述入射面中部向内凹陷形成一用于容置所述LED光源的容置腔。所述出射面中部向内凹陷形成凹球面。所述侧面为全反射面。所述圆台形透明本体的母线为由多条线段依次连接形成的折线，每条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°至28.5°。所述出射面的最大直径a与所述入射面到所述出射面的距离h之间的比值满足3.13≤a/h≤3.53。

在优选的实施例中，所述LED光源经所述泛光透镜后的光线出射角为99.5°至100.5°。

上述泛光透镜包括入射面、出射面及连接入射面和出射面的侧面，通过这三个面的独特设计，使经过所述泛光透镜的光线出射角保持在100°左右，同时照度均匀度较好，提高了光效利用率。

【附图说明】

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为一实施例的灯具的立体组装图，该灯具包括LED光源和一实施例的泛光透镜；

图2为沿图1中II-II线的剖视图；

图3为图1所示灯具的侧视图；

图4为图1所示灯具的工作原理图；

图5为图1所示灯具的出射光线配光曲线示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1，一实施例的灯具300包括泛光透镜100和设于泛光透镜100一侧的LED光源200。

请参阅图2，泛光透镜100的作用是用于将LED光源200所发出的光线泛化。泛光透镜100包括大致呈圆台形的透明本体10。透明本体10是以透镜光轴11为旋转对称轴的旋转体。透明本体10的材料可以是光学玻璃或光学塑料，为了便于成型，透明本体10的材料优选为聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

透明本体10包括入射面12和出射面13，及连接入射面12和出射面13的侧面14。入射面12和出射面13大致为圆形平面，且相互平行。入射面12的直径小于出射面13的直径。设出射面13的最大直径为a、入射面12到出射面13的距离为h，则3.13≤a/h≤3.53。2.5mm≤h≤3.5mm，本实施例中，h优选为3mm。侧面14由圆台形的透明本体10的母线绕透镜光轴11旋转形成。

入射面12的中部向内凹陷形成一个容置腔121。容置腔121的形状优选为圆柱形，当然，也可以为球形或是别的形状。LED光源200容置于容置腔121内。容置腔121的直径为d，直径d的大小根据LED光源200的具体尺寸大小选择，优选为5mm。容置腔121的深度优选为1mm。本实施例中，LED光源200为发光角(半光强角)在110～130°之间的LED芯片。LED光源200放置在LED容置腔121内时，LED光源200的光轴与透镜光轴11重合，LED芯片与入射面12对齐。LED光源200的外径尺寸应该选取比较小的，最好不大于5mm。入射面12的直径D优选为8mm。

出射面13的直径a优选为10mm。出射面13的中部向内凹陷形成一个凹球面131。设凹球面的半径为R，则R满足：

R＝L/[1+(γ-1)/(n-1)]

其中L为凹球面131的顶点到入射面12的距离；n为透明本体的折射率，n优选的为1.59；γ为修正系数，1.3≤γ≤1.5。1mm≤R≤2mm，优选的，R为1.5mm。

请一并参阅图3，侧面14为全反射面。为进一步提高光的利用率，还可以采取在侧面14的表面镀上一层增反膜。侧面14由圆台形透明本体的母线15旋转形成。母线15为由多条线段依次连接形成的折线，每条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°至28.5°。

本实施例中，母线15优选由三条线段151、152、153及依次连接形成。每条线段的两个端点与入射面12的中心O的连线所形成的夹角相等。本实施例中，该夹角为10°。当然该夹角也可为其他合适度数，例如9.5°至10.5°。

第一条线段151的起点在Y轴上距离入射面12的中心O长度为D/2的位置。第一条线段151的终点与中心O的连线与Y轴形成的夹角为10°。第一条线段151与透镜光轴(图3上的X轴)所成的角度为28.5°。本实施例中，D等于8mm。

第二条线段152的起点为第一条线段151的终点。第二条线段152的终点与中心O的连线与第一条线段151的终点与中心O的连线形成的夹角为10°。第二条线段152与透镜光轴所成的角度为18.5°。

第三条线段153的起点为第二条线段152的终点。第三条线段153的终点与中心O的连线与第二条线段152的终点与中心O的连线形成的夹角为10°。第三条线段153与所述透镜光轴所成的角度为8.5°。

请参阅图4，当LED光源200装配在容置腔121时，LED光源200发出的光大部分入射于容置腔121的底壁和侧壁。然后，LED光源200发出的靠近中央的光L1将在出射面13的凹球面131的折射作用下向偏离光轴的方向扩散。LED光源200发出的稍微偏离中央的光L2会直接在出射面13发生折射，从而向偏离光轴的方向扩散。而LED光源200发出的入射到侧面14的光线L3，将会在侧面14处发生全反射，从而从出射面13出射，并向靠近光轴的方向呈交叉方式出射。

请参阅图5，所示为灯具300采用上述实施例中优选值所获得的配光曲线。由图5可知，LED光源200经泛光透镜100后的光线出射角为为99.5°至100.5°，且在该区域内实现泛光照明，具有比较高的照度均匀度，提高了光效利用率。同时，在满足光学要求的前提下，泛光透镜100还具有体积较小的优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种泛光透镜，其特征在于：包括以透镜光轴为对称轴的圆台型透明本体，所述透明本体包括直径较小的入射面和直径较大的出射面及连接所述入射面和所述出射面的侧面，所述入射面的中部向内凹陷形成一用于容置光源的容置腔，所述出射面的中部向内凹陷形成一凹球面，设所述凹球面的半径为R，则R=L/[1+（γ-1）/(n-1)]；其中L为所述凹球面的顶点到所述入射面的距离，n为透明本体的折射率，1.3≤γ≤1.5；所述侧面为全反射面，所述圆台形透明本体的母线为由多条线段依次连接形成的折线，每条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°至28.5°，所述出射面的最大直径a与所述入射面到所述出射面的距离h之间的比值满足3.13≤a/h≤3.53；所述容置腔为圆柱形。

2.根据权利要求1所述的泛光透镜，其特征在于：1mm≤R≤2mm。

3.根据权利要求1所述的泛光透镜，其特征在于：每条线段的两个端点与所述入射面的中心的连线所形成的夹角相等。

4.根据权利要求3所述的泛光透镜，其特征在于：所述夹角为9.5°至10.5°。

5.根据权利要求3所述的泛光透镜，其特征在于：所述折线由三条线段依次连接形成；其中

第一条线段与所述透镜光轴所成的角度为28.5°；

第二条线段与所述透镜光轴所成的角度为18.5°；

第三条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°。

6.根据权利要求1所述的泛光透镜，其特征在于：2.5mm≤h≤3.5mm。

7.根据权利要求1所述的泛光透镜，其特征在于：所述透明本体的材质为聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。

8.一种灯具，包括LED光源和泛光透镜，其特征在于：所述泛光透镜包括以透镜光轴为对称轴的圆台型透明本体，所述透明本体包括直径较小的入射面和直径较大的出射面及连接所述入射面和所述出射面的侧面，所述入射面中部向内凹陷形成一用于容置所述LED光源的容置腔，所述出射面中部向内凹陷形成凹球面，设所述凹球面的半径为R，则R=L/[1+（γ-1）/(n-1)]；其中L为所述凹球面的顶点到所述入射面的距离，n为透明本体的折射率，1.3≤γ≤1.5；所述侧面为全反射面，所述圆台形透明本体的母线为由多条线段依次连接形成的折线，每条线段与所述透镜光轴所成的角度为8.5°至28.5°，所述泛光透镜出射面的最大直径a与所述泛光透镜入射面到所述出射面的距离h之间的比值满足3.13≤a/h≤3.53；所述容置腔为圆柱形。

9.根据权利要求8所述的灯具，其特征在于：所述LED光源经所述泛光透镜后的光线出射角为99.5°至100.5°。

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