CN104180304B - Led灯具及其配光透镜 - Google Patents

Abstract

一种配光透镜，包括底面、顶面及透镜侧壁。透镜侧壁用于连接底面与顶面。透镜侧壁的内侧为第四表面，为全反射面。底面向内凹陷以形成圆柱孔，圆柱孔的底部向外凸出，以形成第一表面，第一表面为自由曲面，圆柱孔的侧壁为第二表面。顶面包括多个凸起单元，多个凸起单元形成第三表面。光线分别经第一表面及第二表面入射。光线经过折射及第四表面的全反射后，沿大致与顶面垂直的方向射向顶面。每一个凸起单元都能将射入的光线投射到一个近似于圆形的照明区域，形成圆形光斑。整个照明区域是由多个凸起单元所投射的圆形光斑在照明区域重叠而成。因此，上述配光透镜可实现光场叠加型照明，从而使得照度均匀性较高。此外，本发明还提供一种LED灯具。

Description

LED灯具及其配光透镜

技术领域

本发明涉及照明技术，特别是涉及一种LED灯具及其配光透镜。

背景技术

LED以其全固态、高光效、色度纯、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，由于LED芯片本身属于半空间朗伯型发光，其发光强度两边低中心高，无法直接应用于照明领域。

传统的LED灯具中，一般采用透镜和反射器对LED芯片进行二次配光，通过非成像光学设计透镜或者反射器外形，利用折射、反射等光学特性改变LED芯片的光线角度，从而得到预期的照度分布。然而，传统的二次配光通常使得被照面照度均匀度低，呈中间高四周低的高斯型，光分布不均匀。

发明内容

基于此，有必要提供一种照度均匀的LED灯具及其配光透镜。

一种配光透镜，包括：

底面，为圆形，所述底面向内凹陷以形成圆柱孔，所述圆柱孔为盲孔，所述圆柱孔的轴线穿过所述底面的圆心，所述圆柱孔的底部向外凸出，以形成第一表面，所述第一表面为自由曲面，所述圆柱孔的侧壁为第二表面；

顶面，为圆形，并与所述底面相对设置，所述顶面直径大于所述底面直径，且其圆心位于所述配光透镜的光轴，所述顶面上设置有多个凸起单元，所述多个凸起单元之间间隔设置，并覆盖所述顶面，所述多个凸起单元形成第三表面；及

连接所述底面与所述顶面的透镜侧壁，所述透镜侧壁为自由曲面，所述透镜侧壁的内侧为第四表面；

其中，所述第四表面为全反射面，从所述第二表面入射的光线，发生折射并射向所述第四表面，从所述第二表面入射的光线在所述第四表面发生全反射，光线经所述第四表面全反射后射向所述顶面，从所述第一表面入射的光线发生折射，并射向所述顶面。

在其中一个实施例中，所述底面直径等于所述圆柱孔的直径。

在其中一个实施例中，所述第二表面为圆锥面。

在其中一个实施例中，所述第二表面的拔模角度为2度。

在其中一个实施例中，所述多个凸起单元在所述顶面排列形成多个相互间隔并同心设置的圆环。

在其中一个实施例中，多个所述凸起单元在沿所述顶面直径的方向上形成扇形。

在其中一个实施例中，所述底面的直径为5.07毫米，所述顶面的直径为18.97毫米，所述顶面与所述底面之间的距离为12.82毫米。

一种LED灯具，包括：

如上述优选实施例中任一项所述的配光透镜；及

LED光源，设于所述圆柱孔的边缘，且其发光部位于所述圆柱孔内，所述LED光源的中心与所述底面的圆心重合。

上述LED灯具及其配光透镜，LED光源发出的光线分别经第一表面及第二表面入射。光线经过折射及第四表面的全反射后，沿大致与顶面垂直的方向射向顶面。顶面包括多个凸起单元，多个凸起单元形成第三表面。每一个凸起单元都能将射入的光线投射到一个近似于圆形的照明区域，形成圆形光斑。整个照明区域是由多个凸起单元所投射的圆形光斑在照明区域重叠而成。因此，上述LED灯具的照明方式为光场叠加型照明，从而使得其照度均匀性较高。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中LED灯具的结构示意图；

图2为图1所示LED灯具中配光透镜的立体结构示意图；

图3为图2配光透镜的剖面图；

图4为图1所示LED灯具在距出光口一米处所产生的光斑图；

图5为图1所示LED灯具的配光曲线图；

图6为图2配光透镜的尺寸示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明较佳实施例中的LED灯具10包括配光透镜100及LED光源101。

请一并参阅图2及图3，配光透镜100包括底面110、顶面120及透镜侧壁130。底面110与顶面120均为圆形，且顶面120的直径大于底面110的直径。底面110与顶面120相对设置，且两者的圆心均位于配光透镜100的光轴上。透镜侧壁130为自由曲面，用于连接底面110与顶面120。因此，配光透镜100大致呈圆台形结构。

底面110向内凹陷以形成圆柱孔112。圆柱孔112为盲孔，具有底部。圆柱孔112的轴线穿过底面110的圆心。具体的，LED光源101安装于圆柱孔112的边缘，且发光部位于圆柱孔112内。LED光源101的中心与底面110的圆心重合。因此，LED光源101发出的光线可相对于圆柱孔112的轴线对称分布，从而在进过配光透镜100配光后，可得到对称的光照分布。

在本实施例中，底面110直径等于圆柱孔112的直径。即底面110全部向内凹陷。需要指出的是，在其他实施例中，底面110可部分凹陷以形成圆柱孔112，则底面110的直径大于圆柱孔112的直径。

圆柱孔112的底部向外凸出，以形成第一表面111。其中，第一表面111为自由曲面。凸出的第一表面111相当于凸镜，对光线起到汇集作用。LED光源101发出的光线经第一表面111入射后，光线发射偏折，可沿大致与顶面120垂直的方向射向顶面120。圆柱孔112的侧壁为第二表面113。具体在本实施例中，第二表面113为圆锥面。LED光源101发出的光线经第二表面113入射，射向透镜侧壁130。

在本实施例中，第二表面113的拔模角度为2度。设置一定拔模角度主要是为了便于加工。配光透镜100通过倒模成型的过程中，由于具有2度拔模角度，可轻易的实现加工得到的器件与模具分离。需要指出的是，在其他实施例中，拔模角度可设置成其他度数。而且，当器件与模具分离方便时，也可不用设置拔模角度。

透镜侧壁130的内侧为第四表面131。而且，第四表面131为全反射面。从第二表面113入射的光线射向第四表面131后，发生全反射，光线经过第四表面131的全反射后沿大致与顶面120垂直的方向射向顶面120。

顶面120上设置有多个凸起单元1212，多个凸起单元1212之间间隔设置，并覆盖顶面120。多个凸起单元1212形成第三表面121。每个凸起单元1212相当于一个小型的透镜。因此，垂直射向顶面120的光线进过凸起单元1212折射后，相互交叉，在照明区域形成一大致呈圆形的光斑。

而照明区域的照明效果，则是由多个凸起单元1212所形成的光斑的叠加。因此，通过光线叠加，最终将在照明区域内得到较均匀的光线分布。如图4所示，在距离LED灯具10出光口1米处，所产生的光斑亮度均匀。进一步的，如图5所示，通过多个光斑的叠加，使得LED灯具10在照明区域内与传统LED灯相比，无论是光强还是光色的均匀性，均得到显著提升。

在本实施例中，多个凸起单元1212在顶面120排列形成多个相互间隔并同心设置的圆环。圆环为对称图形，通过使多个凸起单元1212排列成圆环，可使从第三表面121出射的光线分布均匀，从而便于得到更加均匀的照度。进一步的，多个凸起单元1212在沿顶面120直径的方向上形成扇形。需要指出的是，在其他实施例中，多个凸起单元1212在顶面120上不限于上述一种排列方式。例如，多个凸起单元1212可随机分布于顶面120上。

请参阅图6，在本实施例中，底面110的直径为5.07毫米，顶面120的直径为18.97毫米，顶面120与所述底面110之间的距离为12.82毫米。上述参数只是用于说明配光透镜100的常用尺寸。按照上述比例对配光透镜100进行缩放或在误差允许范围内进行小幅修改，均不会影响配光透镜100的功能。

综上所述，相较于传统LED灯，LED灯具10具有至少如下优点：

1、LED光源101发出的光线分别经第一表面111及第二表面113入射。光线经过折射及第四表面131的全反射后，沿大致与顶面120垂直的方向射向顶面120。顶面120上多个凸起单元1212形成第三表面121。每一个凸起单元1212都能将射入的光线投射到一个近似于圆形的照明区域，形成圆形光斑。而整个照明区域是由多个凸起单元1212所投射的圆形光斑在照明区域重叠而成。因此，LED灯具10的照度均匀性较高。

2、由于LED灯具10的照明方式为光场叠加型照明，各种单色光相互叠加后可得到颜色均一的光斑。因此，LED灯具10光色的均匀性也较高。

3、与传统使用的发射器相比，LED灯具10的配光透镜100先将LED光源101发出的光线进行准直（通过折射、全反射进行汇聚，将LED光源101发散的光线汇聚成大致平行的光束射向顶面120），再通过第三表面121形成叠加的光斑。因此，配光透镜100无需针对特定的一款LED光源101而特殊设计，因此通用性更强。

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 (7)

1.一种配光透镜，其特征在于，包括：

底面，为圆形，所述底面向内凹陷以形成圆柱孔，所述圆柱孔为盲孔，所述圆柱孔的轴线穿过所述底面的圆心，所述圆柱孔的底部向外凸出，以形成第一表面，所述第一表面为自由曲面，所述圆柱孔的侧壁为第二表面；

顶面，为圆形，并与所述底面相对设置，所述顶面直径大于所述底面直径，且其圆心位于所述配光透镜的光轴，所述顶面上设置有多个凸起单元，所述多个凸起单元之间间隔设置，并覆盖所述顶面，所述多个凸起单元形成第三表面；及

连接所述底面与所述顶面的透镜侧壁，所述透镜侧壁为自由曲面，所述透镜侧壁的内侧为第四表面；

其中，所述第四表面为全反射面，从所述第二表面入射的光线，发生折射并射向所述第四表面，从所述第二表面入射的光线在所述第四表面发生全反射，光线经所述第四表面全反射后射向所述顶面，从所述第一表面入射的光线发生折射，并射向所述顶面，所述多个凸起单元在所述顶面排列形成多个相互间隔并同心设置的圆环。

2.根据权利要求1所述的配光透镜，其特征在于，所述底面直径等于所述圆柱孔的直径。

3.根据权利要求1所述的配光透镜，其特征在于，所述第二表面为圆锥面。

4.根据权利要求3所述的配光透镜，其特征在于，所述第二表面的拔模角度为2度。

5.根据权利要求1所述的配光透镜，其特征在于，多个所述凸起单元在沿所述顶面直径的方向上形成扇形。

6.根据权利要求1所述的配光透镜，其特征在于，所述底面的直径为5.07毫米，所述顶面的直径为18.97毫米，所述顶面与所述底面之间的距离为12.82毫米。

7.一种LED灯具，其特征在于，包括：

如上述权利要求1～6任一项所述的配光透镜；及

LED光源，设于所述圆柱孔的边缘，且其发光部位于所述圆柱孔内，所述LED光源的中心与所述底面的圆心重合。