CN103851537A - Led灯具及其透镜 - Google Patents

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本发明公开了一种LED灯具及其透镜。LED灯具包括LED光源及透镜。透镜包括一反射面及设于反射面两端的入光面及出光面，反射面由对称的两弧线绕其对称轴旋转180度而成，且两弧线对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大，入光面包括由反射面的一端朝向出光面方向延伸的圆锥凹面以及由圆锥凹面的顶部沿远离出光面方向延伸的自由凸面，圆锥凹面及自由凸面形成一用于设置光源的容置槽；出光面上设有多个相互平行设置的柱形镜，柱形镜的柱面包括凸弧面及平面，多个柱形镜的凸弧面的突出方向相同，多个柱形镜的平面相互平行。利用柱形镜的凸弧面将出光光线折射偏向设有平面的一侧，形成偏心效果，使得整个LED灯具实现偏心椭圆形配光。

Description

LED灯具及其透镜
技术领域
本发明涉及LED灯配光领域，尤其涉及一种LED灯具及其透镜。
背景技术
随着传统的白炽灯泡慢慢淡出历史舞台,以LED为代表的第四代固态光源逐渐建立起在照明领域的核心领导地位。LED（Light Emitting Diode）以其效率高，光色纯、能耗低、寿命长、无污染等优点成为21世纪具有竞争力的新型光源。随着LED光通量及光效的不断提高，LED在照明领域的应用也越来越广泛。然而，LED芯片的表面出光为Lambertian分布，无法直接应用于照明系统。因此，以LED为光源的二次配光设计显得尤为重要。
目前，市场上对LED光源的二次配光设计主要以在被照面上形成圆形光斑的透镜为主，此类配光透镜能够满足普通的对称型立体空间的配光要求；然而，如果将这种圆形的对称配光用于墙角或者狭窄的巷道边缘等完全非对称的立体空间中，不仅会造成照度分布严重不均匀，更重要的是会造成LED光能的极大浪费，从而造成电能的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在被照面形成偏心椭圆形光斑的LED灯具及其透镜。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜，所述透镜包括一反射面及设于所述反射面两端的入光面及出光面，所述反射面由对称的两弧线绕其对称轴旋转180度而成，且所述两弧线对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大，所述入光面包括由所述反射面的一端朝向所述出光面方向延伸的圆锥凹面以及由所述圆锥凹面的顶部沿远离所述出光面方向延伸的自由凸面，所述圆锥凹面及自由凸面形成一用于设置光源的容置槽；
所述出光面上设有多个相互平行设置的柱形镜，所述柱形镜的柱面包括凸弧面及平面，多个所述柱形镜的凸弧面的突出方向相同，多个所述柱形镜的平面相互平行。
其中，所述平面平行于所述透镜的光轴。
其中，所述凸弧面的横截面为圆周角为90°的圆弧。
其中，所述平面与相邻柱形镜的凸弧面相切连接。
其中，所述圆弧的半径为0.5mm。
其中，所述棱镜柱形镜的数目为25~35个。
其中，所述两弧线对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大2~3倍，所述透镜沿光轴方向总长度为所述两弧线在入光处的端点间距离的1~1.5倍。
其中，所述两弧线对称点在出光处端点间的距离为14.447mm、在入光处端点间的距离为6mm，所述透镜沿光轴方向的总长度为8mm。
其中，所述LED光源位于所述透镜的光轴上且朝向所述自由凸面，所述自由凸面的周向边缘与LED光源发光点之间的连线和所述透镜光轴的夹角为35°~45°。 
同时，本发明还提供了一种LED灯具，包括前述的透镜及LED光源，所述LED光源固定在所述透镜的容置槽中。
本发明提供的LED灯具及其透镜，利用柱形镜增大LED灯具整体在柱形镜径向上的照射范围，而不改变LED灯具整体在柱形镜长度方向的照射范围，从而实现椭圆配光；由于凸弧面将出光光线折射偏向设有平面的一侧，而设置凸弧面一侧的光线较少，从而形成偏心效果，使得整个LED灯具实现偏心椭圆形配光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施方式提供的透镜的示意图；
图2是图1的透镜的侧面正投影图；
图3是本发明优选实施方式提供的LED灯具的轴向剖面图；
图4是图3中的柱形镜处光线折射示意图；
图5是图3的LED灯具在1米处的照度图；
图6是图3的LED灯具的配光曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请一并参阅图1至图3，本发明实施方式提供的一种LED灯具，包括透镜1及LED光源2。透镜1包括一反射面11及设于反射面11两端的入光面12及出光面13，反射面11由对称的两弧线11a、11b绕其对称轴旋转180度而成，且两弧线11a、11b对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大，入光面12包括由反射面11的一端朝向出光面方向延伸的圆锥凹面121以及由圆锥凹面121的顶部沿远离出光面方向延伸的自由凸面122，圆锥凹面121及自由凸面122形成一用于设置光源的容置槽10，LED光源2固定在容置槽10中。
在本实施例中，透镜1还包括连接于反射面11与入光面之间的底端面15。当然，此处反射面11与入光面12之间也可以直接连接，而不设置底端面15。
作为优选，反射面11为全反射面，即透镜1为TIR（TotalInternalReflection , 全内反射）透镜。
作为优选，两弧线11a、11b对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大2~3倍，透镜1的轴向总长度h为两弧线11a、11b在入光处的端点间距离d1的1~1.5倍，以达到最好的配光效果。在本实施方式中，两弧线11a、11b对称点在出光处端点间的距离d2为14.447mm、在入光处端点间的距离d1为6mm，透镜1沿光轴方向的总长度h为8mm。整个透镜1体积小，集成度更高，方便后续的LED整灯设计。
如图1所示，出光面13上设有多个相互平行设置的柱形镜14，如图4所示，柱形镜14的柱面包括凸弧面14a及平面14b，多个柱形镜14的凸弧面14a的突出方向相同，多个柱形镜14的平面14b相互平行，使得凸弧面14a朝向透镜的同一侧，利用凸弧面14a可将出光光线折射偏向设有平面14b的一侧，而设置凸弧面14a一侧的光线较少，从而形成偏心效果；利用柱形镜14增大LED灯具整体在柱形镜14径向上的照射范围，而不改变LED灯具整体在柱形镜14长度方向的照射范围，整体可实现偏心椭圆配光。
作为优选，平面14b平行于透镜的轴向，以便使尽可能多的光线射向凸弧面14a，进而偏向设有平面14b的一侧。
优选地，凸弧面14a的横截面为圆周角为90°的圆弧，其曲率一定，可使折射出的光线均匀过渡，光斑过渡平滑。进一步，平面14b与相邻柱形镜的凸弧面14a相切连接，可使平面14b通过同一柱形镜的凸弧面14a圆弧的圆心，进而使射到凸弧面14a上的光线全部折射偏向平面14b的一侧。
如图1至图3所示，作为优选，为了实现最佳的椭圆形配光效果，柱形镜14的数目为25~35个。在本实施方式中，柱形镜14的凸弧面14a圆弧的半径R为0.5mm（如图4所示），其数目约为28个，即柱形镜14的径向宽度为0.5mm，在透镜光轴上的高度为0.5mm。
如图3所示，在本实施例中，圆锥凹面121的母线与透镜1的光轴之间的夹角β为6.34°，即圆锥凹面121的母线与透镜1的横截面之间的夹角为83.66°，加工方便，同时便于将LED光源的四周侧面光线折射至透镜1的反射面11，并通过反射面11全反射呈平行于透镜1轴向的平行光束，利于将光照控制在一定范围内。
LED光源2位于透镜1的光轴上且朝向自由凸面122，自由凸面122的周向边缘与LED光源2之间的连线和透镜1光轴的夹角α为35°~45°。即LED光源2正前方大约0~40°±5°的光线会照射到自由凸面122上，通过自由凸面14a可起到聚光作用，使光线更加集中。LED光源2的侧面光线即40°±5°~90°的光线经圆锥凹面121及反射面11全反射至透镜1的出光面13。
具体地，在本实施例中，自由凸面122的周向边缘与LED光源2发光点之间的连线和透镜1光轴的夹角α为40°，自由凸面122对应控制LED光源0~40°的正前方光线，圆锥凹面122对应控制LED光源40°~90°的侧面光线。当然，此处角度由于LED光源2设置在容置槽10内的深度不同而有所偏差。
本实施方式提供的LED灯具的在1米处的照度图如图5所示，可见其在被照面上形成的光斑为偏心椭圆形光斑；如6图所示，LED灯具的配光曲线图，从曲线可见该LED灯具的配光为偏心配光。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜，其特征在于，所述透镜包括一反射面及设于所述反射面两端的入光面及出光面，所述反射面由对称的两弧线绕其对称轴旋转180度而成，且所述两弧线对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大，所述入光面包括由所述反射面的一端朝向所述出光面方向延伸的圆锥凹面以及由所述圆锥凹面的顶部沿远离所述出光面方向延伸的自由凸面，所述圆锥凹面及自由凸面形成一用于设置光源的容置槽；
所述出光面上设有多个相互平行设置的柱形镜，所述柱形镜的柱面包括凸弧面及平面，多个所述柱形镜的凸弧面的突出方向相同，多个所述柱形镜的平面相互平行。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述平面平行于所述透镜的光轴。
3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述凸弧面的横截面为圆周角为90°的圆弧。
4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述平面与相邻柱形镜的凸弧面相切连接。
5.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述圆弧的半径为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述棱镜柱形镜的数目为25~35个。
7.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述两弧线对称点之间的距离沿朝向出光面的方向逐渐增大2~3倍，所述透镜沿光轴方向总长度为所述两弧线在入光处的端点间距离的1~1.5倍。
8.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述两弧线对称点在出光处端点间的距离为14.447mm、在入光处端点间的距离为6mm，所述透镜沿光轴方向的总长度为8mm。
9.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述LED光源位于所述透镜的光轴上且朝向所述自由凸面，所述自由凸面的周向边缘与LED光源发光点之间的连线和所述透镜光轴的夹角为35°~45°。
10.一种LED灯具，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的透镜及LED光源，所述LED光源固定在所述透镜的容置槽中。
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