CN103868019A - 透镜以及应用该透镜的发光二极管灯具 - Google Patents

透镜以及应用该透镜的发光二极管灯具 Download PDF

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Abstract

一种透镜，其包括承载部以及形成在该承载部上的光学部。所述承载部开设有收容发光二极管芯片的凹槽，该凹槽具有一入光面。所述光学部具有一内出光面以及一外出光面。该内出光面位于入光面的上方并且自入光面的上方倾斜向上、向外延伸，该外出光面位于入光面的外侧。所述发光二极管芯片发出的光线由入光面入射到透镜内部，部分光线由内出光面反射至外出光面射出。从而增大了发光二极管灯具的侧向出光角度，实现了大角度照明。本发明还提供一种应用该透镜的发光二极管灯具。

Description

透镜以及应用该透镜的发光二极管灯具
技术领域
本发明涉及一种透镜以及应用该透镜的发光二极管灯具。
背景技术
LED（发光二极管，Light-emitting diode）产业是近几年最受瞩目的产业之一，发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期时间长、且不含汞、具有环保效益等优点，因此被认为是新世代绿色节能照明的最佳光源。
目前在煤矿、厂房等场合通常会使用防爆灯等发光二极管灯具进行照明，该发光二极管灯具上设有多个LED，从而组成LED面光源来实现照明。但是由于发光二极管的出光角度一般只有90度至120度，从而限制了整个发光二极管灯具的照明角度，使发光二极管灯具无法满足大角度照明的要求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可实现大角度照明的透镜以及应用该透镜的发光二极管灯具。
一种透镜，其包括承载部以及形成在该承载部上的光学部。所述承载部开设有收容发光二极管芯片的凹槽，该凹槽具有一入光面。所述光学部具有一内出光面以及一外出光面。该内出光面位于入光面的上方并且自入光面的上方倾斜向上、向外延伸，该外出光面位于入光面的外侧。所述发光二极管芯片发出的光线由入光面入射到透镜内部，部分光线由内出光面反射至外出光面射出。
一种发光二极管灯具，其包括灯体、设置在灯体出光表面上的多个发光二极管芯片、以及罩设在发光二极管芯片上的至少一透镜。所述透镜包括承载部以及形成在该承载部上的光学部。所述承载部开设有收容发光二极管芯片的凹槽，该凹槽具有一入光面。所述光学部具有一内出光面以及一外出光面。该内出光面位于入光面的上方并且自入光面的上方倾斜向上、向外延伸，该外出光面位于入光面的外侧。所述发光二极管芯片发出的光线由入光面入射到透镜内部，大部分光线由内出光面反射至外出光面射出。
上述的透镜的包括承载部以及形成在该承载部上的光学部，承载部上开设收容发光二极管芯片的凹槽，光学部具有位于凹槽的入光面的上方的内出光面，该内出光面能够将发光二极管发出的光线反射至光学部的外出光面射出，从而增大了发光二极管灯具的侧向出光角度，实现了大角度照明。
附图说明
图1为本发明实施方式中的发光二极管灯具的俯视图。
图2为图1中的透镜的一个角度的立体结构示意图。
图3为图1中的透镜的另一个角度的立体结构示意图。
图4为图2中的透镜的沿IV-IV方向的截面图。
图5为图1中的透镜的光路图。
主要元件符号说明
发光二极管灯具 100
灯体 10
发光二极管芯片 20
透镜 30
螺丝 40
承载部 31
光学部 32
安装部 33
顶面 311
底面 312
内侧面 313
外侧面 314
端面 315、324
凹槽 316
入光面 317
侧壁 318
凸柱 319
第一入光面 317a
第二入光面 317b
外出光面 321
上出光面 322
内出光面 323
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施方式提供的一种发光二极管灯具100包括灯体10、设置在灯体10出光表面上的多个发光二极管芯片20以及罩设在发光二极管芯片20上的多个透镜30。
所述多个发光二极管芯片20围绕灯体10的出光表面的中心呈环状设置，所述透镜30罩设在发光二极管芯片20上。
所述每个透镜30为四分之一圆弧状，其采用透光率较高的亚克力（PMMA）或者聚碳酸酯(PC)等材料构成，在本实施方式中，包括4个透镜30，该4个透镜30首尾相连，组成一个圆形结构，并罩设位于灯体10最外围的一圈发光二极管芯片20上。
请接着参阅图2至图4，每个透镜30包括一承载部31以及形成在该承载部31表面的光学部32。所述承载部31为一弯曲呈四分之一圆弧状的长方形结构，包括一顶面311、一底面312、一内侧面313、一外侧面314以及两个端面315。顶面311与底面312平行相对，内侧面313和外侧面314平行相对并分别连接顶面311和底面312的相对两侧，内侧面313为一弯曲呈四分之一圆弧状的弧面，外侧面314与内侧面313平行并且也为一弯曲呈四分之一圆弧状的弧面（请参阅图2以及图3）。两个端面315均呈矩形且分别连接顶面311和底面312的相对两端以及内侧面313和外侧面314的相对两端。
承载部31的底面312上朝顶面311方向凹陷形成有一凹槽316，该凹槽316沿内侧面313和外侧面314的弧度轨迹方向延伸，并且贯通承载部31的两个端面315。凹槽316包括入光面317以及两平行相对的侧壁318，该入光面317包括一第一入光面317a以及一第二入光面317b。第一入光面317a和第二入光面317b均呈一与内侧面313和外侧面314弯曲弧度相同的弧面，其中第一入光面317a靠近承载部31的内侧面313并且与承载部31的底面312平行，第二入光面317b靠近承载部31的外侧面314并且自第一入光面317a由内倾斜向上、向外延伸。在本实施方式中，该第一入光面317a与第二入光面317b之间的夹角的最佳范围为15～18度，如16度、16.5度、17度、17.5度。凹槽316的两个侧壁318分别垂直连接在第一入光面317a靠近内侧面313一侧的边缘以及第二入光面317b靠近外侧面314一侧的边缘，并且平行内侧面313以及外侧面314垂直向下延伸。所述承载部31的两端面315上还分别向下延伸形成两凸柱319，该两凸柱319分别位于凹槽316的相对两侧，其用于与灯体10的出光表面上的若干孔洞（图未示）相配合，从而通过该凸柱319可以将透镜30嵌合于灯体10的出光表面上。
所述光学部32形成在承载部31的顶面311上，其为一与承载部31的弯曲弧度相同的四分之一圆弧状，并且纵向截面大致呈梯形。该光学部32包括外出光面321、上出光面322、内出光面323以及连接该外出光面321、上出光面322和内出光面323的两端面324。
外出光面321与承载部31的外侧面314连接，其为一与承载部31的外侧面314的弯曲弧度相同的弧面（请参阅图2以及图3），该外出光面321从承载部31的外侧面314上边缘自下向上延伸并且朝承载部31的内侧面313方向倾斜。在本实施方式中，光学部32的外出光面321与跟外出光面321连接处的承载部31的外侧面314的夹角的最佳范围为1～3度，如1.5度、2度、2.5度。
上出光面322平行承载部31的顶面311，其为一与承载部31的弯曲弧度相同的平面。该上出光面322与外出光面321的上缘连接。
内出光面323为一与承载部31的弯曲弧度相同的弧面，其一侧边缘与上出光面322远离外出光面321的边缘连接，另一侧边缘向下延伸至承载部31的顶面311上，并且该侧边缘与承载部31的内侧面313具有一定的间距，使的光学部32与承载部31共同形成一台阶。所述凹槽316的第二入光面317b对准光学部32的内出光面323。从光学部32的纵向截面来看（请参阅图4），所述内出光面323的中间突出，其曲率半径的最佳范围为18～25mm，如20mm、22mm、24mm。所述内出光面323位于凹槽316的上方，并且自凹槽316的上方倾斜向上、向外延伸。
所述承载部31的两端面315位置处分别形成有两安装部33，该安装部33形成在承载部31的顶面311上，其内侧面与光学部32的端面324贴接，外侧面与承载部31的端面315齐平。安装部33的外侧面上开设形成一半圆形的缺口331，该缺口331贯通安装部33的上表面和凹槽316的入光面317。在本实施方式中，所述承载部31、光学部32以及安装部33为一体注塑成型。
请再次参阅图1，在组装发光二极管灯具100时，将4个透镜30分别首尾相接嵌合于灯体10的出光表面上，4个透镜30组成一圆形结构，并罩设在发光二极管芯片20上。其中，4个透镜30的凹槽316之间相互连通，发光二极管芯片20被收容于凹槽316中。另外，相邻两个透镜30的安装部33的外端面相互对接，两个缺口331共同组成一圆形通孔，利用一锁固件如螺丝40穿过该圆形通孔可以将相邻两个透镜30锁固于灯体10的出光表面上。
请参阅图5，发光二极管灯具100在使用时，灯体10的出光表面上的发光二极管芯片20收容于透镜30的凹槽316中，发光二极管芯片20朝向内侧发出的部分侧向光从凹槽316的入光面317进入到透镜30内部，然后由承载部31的顶面311射出；发光二极管芯片20中心发出的光线从入光面317进入到透镜30内部，然后入射到光学部32的内出光面323上，其中部分光线可以透过该内出光面323射出，部分光线则由内出光面323的全反射效应，被反射至光学部32的外出光面321，从该外出光面321射出；发光二极管芯片20朝向外侧发出的部分侧向光由凹槽316的第二入光面317b被折射到光学部32的内出光面323上，然后再由该内出光面323反射，从光学部32的外出光面321射出。由此，发光二极管芯片20发出的大部分光线能够被光学部32的内出光面323反射，并从光学部32的外出光面321射出，从而增大了发光二极管灯具100的出光角度，实现了大角度照明。另外，凹槽316的第二入光面317b能够使发光二极管芯片20的更多的侧向光被折射到光学部32的内出光面323上，并由内出光面323反射，可以进一步增加发光二极管灯具100的侧向出光量。
可以理解的是，所述透镜30的数量并不限定于本实施方式中的4个，该透镜30的形状也并不限定于本实施方式中的四分之一圆弧状，也可以是圆形、半圆形、八分之一圆弧状或者直线状等等。多个透镜30所组成的形状也不限定于本实施方式中的圆形结构，也可以是椭圆形、方形等等，具体的可以根据发光二极管芯片的排布来限定。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种透镜，包括承载部以及形成在该承载部上的光学部，其特征在于：所述承载部开设有收容发光二极管芯片的凹槽，该凹槽具有一入光面，所述光学部具有一内出光面以及一外出光面，该内出光面位于入光面的上方并且自入光面的上方倾斜向上、向外延伸，该外出光面位于入光面的外侧，所述发光二极管芯片发出的光线由入光面入射到透镜内部，部分光线由内出光面反射至外出光面射出。
2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述光学部的内出光面为一中间突出的曲面，曲率半径的范围为18～25mm。
3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述承载部包括相反的顶面和底面以及相反的内侧面和外侧面，所述凹槽由承载部底面朝顶面方向凹陷形成，所述入光面包括第一入光面以及第二入光面，第一入光面靠近承载部的内侧面并且与承载部的底面平行，第二入光面靠近承载部的外侧面且自第一入光面由内倾斜向上、向外延伸，该第二入光面对准光学部的内出光面。
4.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：所述第一入光面与第二入光面之间的夹角的范围为15～18度。
5.如权利要求3所述的透镜，其特征在于：所述光学部形成在承载部的顶面上，所述外出光面与承载部的外侧面连接，并从承载部的外侧面向上并向承载部的内侧面倾斜延伸。
6.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述外出光面与跟外出光面连接处的承载部的外侧面的夹角的范围为1～3度。
7.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述光学部还包括一上出光面，该上出光面平行承载部的顶面，并且与外出光面的上缘连接，所述内出光面一侧与上出光面连接，另一侧向下延伸至承载部的顶面上，并且内出光面与承载部的顶面连接的边缘与承载部的内侧面具有一定的间距，使光学部与承载部共同形成一台阶。
8.一种发光二极管灯具，其包括灯体、设置在灯体上的多个发光二极管芯片、以及罩设在发光二极管芯片上的至少一透镜，其特征在于：所述透镜为权利要求1至8任意一项所述的透镜。
9.如权利要求8所述的发光二极管灯具，其特征在于：所述多个发光二极管芯片围绕灯体出光表面的中心呈环状设置，所述透镜的数量为四个，所述透镜的承载部为一弯曲呈四分之一圆弧状的长方形结构，所述光学部的纵截面呈梯形状，并且形成与承载部的弯曲弧度相同的四分之一圆弧状，所述承载部与光学部共同构成的透镜为四分之一圆弧状，所述四个透镜首尾相连，组成一个圆形结构，并罩设在发光二极管芯片上。
10.如权利要求9所述的发光二极管灯具，其特征在于：所述透镜的凹槽沿承载部的弧度轨迹方向延伸，并且贯通承载部的两端，所述承载部向下延伸形成两凸柱，该两凸柱分别位于凹槽的相对两侧，该凸柱用于嵌合于灯体上。
11.如权利要求9所述的发光二极管灯具，其特征在于：所述承载部的两端分别形成有两安装部，该安装部的外侧面上开设形成一贯通安装部的上表面和凹槽的半圆形的缺口，相邻两个透镜的安装部的外侧面相互对接，两个缺口共同组成一圆形通孔，通过利用一锁固件穿过该圆形通孔将相邻两透镜锁固于灯体上。
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