CN103759221B - 发光二极管透镜及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管透镜，包括底面、顶面及侧面；所述底面开设有腔体，所述腔体包括全反射入光面及折射入光面；所述顶面包括全反射出光面及设置于全反射出光面的折射出光面，所述折射出光面相对于所述反射出光面凸起；所述侧面连接于所述底面与顶面，所述侧面为全反射面；部分光线由全反射出光面进入发光二极管透镜后由侧面折射，而后由全反射出光面射出；部分光线由折射入光面进入发光二极管透镜后折射出光面射出。本发明的发光二极管透镜及照明装置使用光学透镜来改变光强分布，实现极限或任意矩形光强，同时最大限度提高光源转换率，减少光效损失。本发明还公开一种照明装置。

Description

发光二极管透镜及照明装置
技术领域
本发明涉及一种发光二极管透镜及照明装置。
背景技术
现有技术中，大功率发光二极管是一种定向发光的点光源，需要使用光学透镜来定向改变光强分布曲线，以达到有效应用目的，但同时光学透镜的设计会影响发光二极管的光源转换率，好的光学透镜的设计是要在有效应用和效率转换上实现最佳平衡，并且减少光源眩光及光不均匀的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种发光二极管透镜，从而改变光强分布，实现极限或任意矩形光强，同时最大限度提高光源转换率，减少光效损失。
一种发光二极管透镜，包括底面、顶面及侧面；
所述底面开设有腔体，所述腔体包括全反射入光面及折射入光面；
所述顶面包括全反射出光面及设置于全反射出光面的折射出光面，所述折射出光面相对于所述反射出光面凸起；
所述侧面连接于所述底面与顶面，所述侧面为全反射面；
部分光线由全反射出光面进入发光二极管透镜后由侧面折射，而后由全反射出光面射出；部分光线由折射入光面进入发光二极管透镜后折射出光面射出。
进一步的，所述全反射出光面为一个由折射出光面截取形成的环面，所述折射出光面为由侧面截取形成的圆柱外周面。
进一步的，设有经过光源中心点的底面法线k，经所述侧面反射后的光线与底面法线k之间的夹角为α，且0°≤α≤6°。
进一步的，所述腔体在底面形成矩形的开口，光源设置于开口中心，所述开口的中心与底面的中心重合。
进一步的，所述光源采用发光二极管，所述发光二极管的发光半径为R0，底面法线k与折射入光面之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R1，所述发光二极管发光半径R0与R1之间的比例关系为：R0＜R1≤7R0，所述两个全反射入光面相互平行，两个全反射入光面51之间的垂直距离为L0，所述4R0≤L0≤6R0。
进一步的，所述底面法线k与全反射出光面之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R2，且14R0≤R2≤16R0。
进一步的，所述底面法线k与折射出光面之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R3，且16R0≤R3≤18R0。
进一步的，所述全反射出光面与折射出光面相交形成的两条线之间的最短直线距离为L1，且10R0≤L1≤14R0。
一种照明装置，包括光源及对应光源设置的发光二极管透镜，所述发光二极管透镜采用如前所述的发光二极管透镜，发光二极管透镜的底面设有开口，所述光源中心点位于所述底面所在平面且位于所述开口中心。
进一步的，所述照明装置设有多个光源，所述多个光源沿折射出光面延伸方向呈直线排布。
相较于现有技术，本发明的发光二极管透镜及照明装置使用光学透镜来改变光强分布，实现极限或任意矩形光强，同时最大限度提高光源转换率，减少光效损失。本发明的发光二极管透镜及照明装置采用特定透镜设计，光源转换率更高。采用本发明的发光二极管透镜形成阵列组合，产品制成容易、光学设计灵活，可任意组合出用户对光强分布的要求，适合应用于航空障碍灯、助航灯、路灯，隧道灯、高杆灯等特种照明灯。
附图说明
图1是本发明的发光二极管透镜的结构示意图。
图2是本发明的发光二极管透镜的透视图。
图3是本发明的发光二极管透镜的剖面示意图。
图4是本发明的发光二极管透镜的另一剖面示意图。
图5是本发明的发光二极管透镜的光强分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
请参阅图1至图5，本发明提供了一种发光二极管透镜10，包括底面20、顶面30、侧面40。发光二极管透镜10可采用发光二极管作为光源，发光二极管靠近底面设置，发光二极管所发射的光线经发光二极管透镜10折射、发射后射出。所述侧面连接于底面20，顶面30连接于侧面40。可以理解的是，在本实施例中，所述“顶”、“底”、“侧”等方位指各个面之间的相对位置，而并非同于各个面在发光二极管透镜10实际应用时的具体设置位置。在本实施例中，建立以点O为原点的三维空间坐标系XYZ，所述底面20位于平面XOY中。
所述底面20上还开设有腔体50。所述腔体50形状为一由底面20所在平面所截取的圆柱形。发光二极管放置于腔体中，在本实施例中，发光二极管的中心点位于底面所在平面内。设经过发光二极管发光中心点的底面法线为底面法线k。
所述顶面30包括全反射出光面31及设置于全反射出光面31并相对于所述全反射出光面31凸起的折射出光面33。在本实施例中，全反射出光面31为一个由折射出光面33截取形成的环面。折射出光面33为由侧面40截取形成的圆柱外周面。全反射出光面31所在环面于折射出光面33所在圆柱体同轴。折射出光面33由一个圆绕一个和该圆共面的一个轴回转所生成，该轴即为与折射出光面33同轴的轴线。
侧面40连接于底面20与顶面30之间。发光二极管透镜10的两个侧面40连接于底面20相对设置的两个侧边，底面20与侧面40之间的角度大于90度。在本实施例中，侧面40所在平面与折射出光面33所在环面的中心相交。所述侧面40为全反射面，所述发光二极管所发射的光线经侧面40反射后与底面法线k之间的夹角为α，且0°≤α≤6°，用于控制所有全反射光线不能由穿过中心线的负方向射出。
如图3及图4所示为过底面法线k的剖面示意图，该剖面将发光二极管透镜10分为镜像对称的两半。所述腔体50在底面20形成矩形的开口500，发光二极管设置于该开口500的中心，并发射光线进入腔体50。在本实施例中，开口500的中心与发光二极管透镜10的底面20的中心重合，发光二极管设置于底面20所在的平面内。
腔体50内凹，且内侧形成两个全反射入光面51及一个折射入光面53。所述两个全反射入光面51连接于底面20。折射入光面53设置于全反射入光面51之间，且折射入光面53也连接于底面20。
所述全反射入光面51为平面，折射入光面53为弧面。全反射入光面51与折射入光面53的切平面之间的夹角大于或等于90度。在本实施例中，折射入光面53为一个被底面20截取圆柱形的的外周面。在本实施例中，两个全反射入光面51相互平行。
所述发光二极管发射光线，其为具有一定体积的发光光源。在本实施例中，发光二极管可视为具有一定面积的圆形光源，发光二极管发光半径为R0。
底面法线k与折射入光面53之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R1，所述发光二极管发光半径R0与R1之间的比例关系为：R0＜R1≤7R0，用于配合具有不同光束角的光源的通用性，同时能够使得用于全反射的光线可实现所要求的出光角度。
在本实施例中，两个全反射入光面51相互平行，两个全反射入光面51之间的垂直距离为L0，所述4R0≤L0≤6R0。用于配合具有不同光束角的光源的通用性，同时能够使得用于折射的光线可实现所要求的出光角度。
全反射出光面31为弧形曲面。底面法线k与全反射出光面31之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R2，14R0≤R2≤16R0。用于配合具有不同光束角的光源的通用性，能够使得被全反射的光源光线得到充分利用，同时容易实现所要求的出光角度。
底面法线k与折射出光面33之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R3，16R0≤R3≤18R0。用于配合具有不同光束角的光源的通用性，能够使得被折射出的光源光线可实现所要求的出光角度。
全反射出光面31与折射出光面33相交形成的两条线之间的最短直线距离为L1，所述10R0≤L1≤14R0。用于配合具有不同光束角的光源的通用性，能够使得折射的光源光纤得到充分利用，同时可实现所要求的出光角度。
本发明的发光二极管透镜使用光学级PC或光学级PMMA注塑而成，内表面和外表面均为镜面抛光设计，并达到光学设计要求。在本实施例中，发光二极管透镜设有单个发光二极管。但本发明的发光二极管透镜也可设置多个发光二极管。多个发光二极管沿折射出光面33延伸方向呈直线排布。
本发明还公开一种照明装置，包括光源及对应光源设置的发光二极管透镜，所述发光二极管透镜采用如前所述的发光二极管透镜，所述照明装置可设置单个光源，也可设置多个光源。
本发明的照明装置使用光学透镜来改变光强分布，实现极限或任意矩形光强，同时最大限度提高光源转换率，减少光效损失。本发明的发光二极管透镜及照明装置采用特定透镜设计，光源转换率更高。采用本发明的发光二极管透镜形成阵列组合，产品制成容易、光学设计灵活，可任意组合出用户对光强分布的要求，适合应用于航空障碍灯、助航灯、路灯，隧道灯、高杆灯等特种照明灯。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种发光二极管透镜，其特征在于：包括底面、顶面及侧面；
所述底面开设有腔体，所述腔体包括全反射入光面及折射入光面；
所述顶面包括全反射出光面及设置于全反射出光面的折射出光面，所述折射出光面相对于所述反射出光面凸起；
所述侧面连接于所述底面与顶面，所述侧面为全反射面；
部分光线由全反射出光面进入发光二极管透镜后由侧面折射，而后由全反射出光面射出；部分光线由折射入光面进入发光二极管透镜后折射出光面射出；
设有经过光源中心点的底面法线k，经所述侧面反射后的光线与底面法线k之间的夹角为α，且0°≤α≤6°；所述腔体在底面形成矩形的开口，光源设置于开口中心，所述开口的中心与底面的中心重合；所述光源采用发光二极管，所述发光二极管的发光半径为R0，底面法线k与折射入光面之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R1，所述发光二极管发光半径R0与R1之间的比例关系为：R0＜R1≤7R0，所述两个全反射入光面相互平行，两个全反射入光面51之间的垂直距离为L0，所述4R0≤L0≤6R0。
2.根据权利要求1所述发光二极管透镜，其特征在于：所述全反射出光面为一个由折射出光面截取形成的环面，所述折射出光面为由侧面截取形成的圆柱外周面。
3.根据权利要求2所述发光二极管透镜，其特征在于：所述底面法线k与全反射出光面之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R2，且14R0≤R2≤16R0。
4.根据权利要求2所述发光二极管透镜，其特征在于：所述底面法线k与折射出光面之间具有一交点，该交点与发光二极管发光中心点之间的直线距离为R3，且16R0≤R3≤18R0。
5.根据权利要求2所述发光二极管透镜，其特征在于：所述全反射出光面与折射出光面相交形成的两条线之间的最短直线距离为L1，且10R0≤L1≤14R0。
6.一种照明装置，其特征在于：包括光源及对应光源设置的发光二极管透镜，所述发光二极管透镜采用如权利要求1至5中任一项所述的发光二极管透镜，发光二极管透镜的底面设有开口，所述光源中心点位于所述底面所在平面且位于所述开口中心。
7.根据权利要求6所述照明装置，其特征在于：所述照明装置设有多个光源，所述多个光源沿折射出光面延伸方向呈直线排布。
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