CN104214668B - 透镜及其应用该透镜的led灯具 - Google Patents

Abstract

一种透镜，其为凹凸型多项式曲面透镜，包括第一曲面、第二曲面及连接该第一曲面与所述第二曲面的连接面，所述第一曲面整体为半球形面，所述第二曲面整体为多项式曲面，该第一曲面接收入射光线，该入射光线经过所述第一曲面直射进入所述透镜，并传输至所述第二曲面，光线在所述第二曲面处发生折射并向所述透镜的四周扩散，以形成蝙蝠翼型配光。本发明还提供一种应用上述透镜的LED灯具。所述透镜组成了该LED灯具的配光系统，光源发出的光线经过所述第一曲面及所述第二曲面，从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线，因此，所述透镜射出的光线不但可以改善被照面上光斑的明暗对比，而且能够减少能量的浪费，满足了所述LED灯具的配光需求。

Description

透镜及其应用该透镜的LED灯具

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及一种透镜及应用所述透镜的LED（light emittingdiode，发光二级管）灯具。

背景技术

LED作为能够将电能转化为光能的半导体器件，以其效率高、能耗低、寿命长等优点被广泛地应用于各种照明灯具中，这些灯具已经成为人们生活、工作中不可或缺的照明用器具。然而，由于LED本身属于郎伯型光源，其发光强度大多是两边较低，中心处较高，所以LED一般无法直接应用于照明领域。因此，对LED光源进行光学配光就显得尤为重要。

目前，市场上对LED光源进行配光的配光系统以透镜和反射器主，其通过非成像光学设计透镜或反射器外形，对LED光源发出的光线进行重新分配，从而得到预期的光强分布。常用的配光透镜以形成纺锥型配光曲线为主，然而，这种配光曲线的角度小，而且中心光强大，如此会造成人眼因明暗对比而感到不适；此外，如果以这种方式布设灯具进行照明，则有用的光线会比较少，进而造成能量的浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种透镜，其能够提高光斑边缘处的光强，而且可以改善被照面的明暗对比，有效地减少能量浪费。

本发明还提供一种应用上述透镜的LED灯具。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜，所述透镜为凹凸型多项式曲面透镜，包括第一曲面、第二曲面及连接该第一曲面与所述第二曲面的连接面，所述第一曲面整体为半球形面，所述第二曲面整体为多项式曲面，所述第一曲面接收入射光线，该入射光线经过所述第一曲面直射进入所述透镜，并传输至所述第二曲面，所述光线在所述第二曲面处发生折射并向所述透镜的四周扩散，以形成蝙蝠翼型配光。

其中，所述透镜整体呈其中一个底面为自由曲面过渡的圆柱体状，其材料为聚甲基丙烯酸甲酯塑料、PC塑料或玻璃。

其中，所述透镜通过一体成型设计而制成。

其中，所述第二曲面位于所述透镜的外侧，经由所述第一曲面射入的光线在所述第二曲面处发生折射并向所述透镜的四周扩散形成角度为160度的蝙蝠翼型配光。

其中，所述连接面位于同一平面上，其整体呈圆环状平面，所述连接面为通过咬花雾化处理而形成的咬花面。

其中，所述透镜的第二曲面的直径为20毫米，其高度为6毫米，所述透镜的第一曲面的直径为8毫米。

其中，所述第二曲面的母线解析表达式为：

，其中，a_n为该第二曲面的母线的系数，n的取值范围为大于等于0且小于等于25。

本发明还提供了一种LED灯具，包括光源，所述LED灯具还包括上述的透镜，所述透镜对准所述光源，该光源发出的光线照射至所述透镜上。

其中，所述光源包括发光部，所述发光部整体呈半球状，所述发光部的曲率半径等于所述第一曲面的曲率半径，所述发光部位于所述透镜的第一曲面内，其发出的光线射入所述透镜，并由所述透镜进行光学处理。

其中，所述发光部对准并容置于所述第一曲面内，并位于所述第一曲面的球心处，则所述光源的发光部发出的光线照射至所述第一曲面上，并直射至所述透镜内。

本发明实施提供的LED灯具中，所述透镜为一个凹凸型多项式曲面透镜，其组成了该LED灯具的配光系统，所述光源发出的光线经过所述第一曲面直射至所述第二曲面，并在该第二曲面处发生折射而向所述透镜的四周扩散，从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线，因此，所述透镜射出的光线不但可以改善被照面上光斑的明暗对比，而且能够有效减少能量的浪费，该透镜组成的配光系统满足了所述LED灯具的配光需求。

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是本发明实施例提供的LED灯具的光路示意图。

图2是图1所示的透镜的立体示意图。

图3是图1所示的透镜的平面示意图。

图4是图1所示的透镜的截面示意图。

图5是图1所示的透镜组件的配光曲线图。

图6本发明实施提供的LED灯具在1米处的照度图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施方式提供一种LED灯具100，其包括光源20及与所述光源20相对设置的透镜30，所述透镜30组成了该LED灯具100的配光系统，其能够在形成边缘光强大于中心光强的大角度（蝙蝠翼型泛光）配光曲线，该透镜30不仅能够改善被照面上的照明光斑的明暗对比，而且可以有效地减少能量浪费。所述光源20可根据照明需要发射出相应颜色、亮度的光线，并照射至所述透镜30，所述透镜30光学处理（如折射、反射）来自所述光源20的光线，将该光线向该透镜30的四周扩散，从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线。

在本发明实施例中，所述LED灯具100还包括灯具壳体、散热板、反射器、驱动组件、整流电路、灯罩等组件，所述灯具壳体作为该LED结构100的主体，其用于容纳所述光源20、透镜30、散热板、反射器、驱动组件、整流电路等组件于其内，所述灯罩可拆卸地罩设于该灯具壳体上，进而将所述光源20、透镜30，散热板、反射器、驱动组件、整流电路等灯具组件封装于所述灯具壳体内。

在本发明实施例中，所述光源20为LED芯片，其可通过表面贴装、焊接等方式安装于所述散热板（如，铝基板）上，该散热板可将该光源20工作时产生的热量传导散出去。所述光源20包括发光部22，该发光部22位于所述透镜30内，其发出的光线射入所述透镜30，以进行光学处理。

请一并参阅图2、图3及图4，所述透镜30整体大致呈其中一个底面为自由曲面过渡的圆柱体状，其可由聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）塑料、PC塑料等光学级塑料或玻璃通过一体成型设计而制成。在本发明实施例中，所述透镜30可为一凹凸型多项式曲面透镜，其包括第一曲面32、第二曲面34及连接该第一曲面32与所述第二曲面34的连接面35。

所述第一曲面32整体大致为球冠形面，具体为，该第一曲面32为一半径为R的半球形面。所述光源20的发光部22整体大致呈半球状，其曲率半径等于或近似于所述第一曲面32的曲率半径。所述发光部22对准并容置于所述第一曲面32内，具体为，该发光部22位于所述第一曲面32的球心处，则所述光源20的发光部22发出的光线照射至所述第一曲面32上，以保证该光线不会发生偏移，即，所述发光部22发出的光线经过所述第一曲面32之后按照原方向在所述透镜30内传输。

所述第二曲面34位于所述透镜30的外侧，其整体大致呈多项式曲面。该第二曲面34用于供经由所述第一曲面32射入的光线折射后射出所述透镜30，光线在该第二曲面34处发生折射并向所述透镜30的四周扩散形成角度大约为160度的蝙蝠翼型配光（如图5所示透镜30的配光曲线图）。可以理解的是，在本发明实施例中，所述第二曲面34的形状具体可由斯涅尔定律求出，其决定了所述LED灯具100光能量的分配及光强分布。

在本发明实施例中，所述连接面35位于同一平面上，其整体大致呈圆环状平面。可以理解的是，该连接面35还可通过咬花雾化处理而形成一咬花面，其通过对光线漫反射作用，以增加光的利用率及防止杂散光影响。

作为本发明的一个实施例，所述透镜30的设计参数之一可为：所述透镜30为凹凸型多项式曲面透镜，其第二曲面（即光线出射面）34的直径大约为20毫米，也即是所述透镜30的圆柱形底面的直径大约为20毫米，该第二曲面34的高度大约为6毫米；所述透镜30的第一曲面（即光线入射面）32为半球面，其直径大约为8毫米，即，该第一曲面32为的球面半径R等于4毫米。基于上述设计，所述光源20的发光部22发出的光线经过所述第一曲面32之后按照原方向在所述透镜30内传输，并传输至所述第二曲面34，则光线在该第二曲面34处发生折射并向所述透镜30的四周扩散形成角度大约为160度的蝙蝠翼型配光（如图5所示透镜30的配光曲线图），从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线，不但可以改善被照面上光斑的明暗对比，而且能够有效减少能量的浪费。可以理解的是，上述设计参数仅为该透镜30其中一个具体实施例，本申请并不仅仅限于上述设计参数，该透镜30的尺寸是根据所述LED灯具100的结构尺寸设计出来的，只要满足这种光学性能的设计参数均在本申请保护范围之内，在此不再赘述。

在本发明实施例中，所述透镜30的第二曲面34作为光线出射面，其为直径为20毫米的多项式曲面，该第二曲面34的母线解析表达式为：

其中，a_n为该第二曲面34的母线的系数，n为包括0在内的正整数，具体为，n的取值范围为大于等于0且小于等于25。所述第二曲面34的多项式曲面的母线系数如表1所示。

表1：第二曲面34的多项式曲面的母线系数

所述光源20的发光部22发出的光线照射至所述第一曲面32，并按照原来的传输方向射入所述透镜30内，并传输至所述第二曲面34，光线在该第二曲面34处发生折射，并向所述透镜30的四周扩散形成角度大约为160度的蝙蝠翼型配光（如图5所示透镜30的配光曲线图），从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线，不但可以改善被照面上光斑的明暗对比，而且能够有效减少能量的浪费。可以理解的是，上述第二曲面34的设计参数仅为该LED结构100其中一个具体实施例，本申请并不仅仅限于上述设计参数，所述透镜30的第二曲面34的尺寸是根据结构尺寸设计出来的，只要满足这种光学性能的设计参数均在本申请的保护范围之内，在此不再赘述。

请一并参阅图1至图4，使用时，所述光源20通过表面贴装、焊接等方式安装于所述散热板（如，铝基板）上，通电后，该光源20根据照明需要发出相应颜色及亮度的光线。所述光源20的发光部22对准并容置于所述第一曲面32内，并位于所述第一曲面32的球心处，则所述光源20的发光部22发出的光线照射至所述第一曲面32且不会发生折射，即所述发光部22发出的光线经过所述第一曲面32之后按照原方向在所述透镜30内传输。所述光线传输至所述第二曲面34，并在该第二曲面34处发生折射并向所述透镜30的四周扩散形成角度大约为160度的蝙蝠翼型配光，从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线（如图5所示透镜30的配光曲线图）。请一并参阅图6，图6本发明实施提供的透镜组件30在1米处的照度图，其表示物体被照面单位时间内所接受的光通量，由图6可知，所述被照面上形成的光斑边缘处的光强增加，且光斑的明暗对比得到了改善，有效地减少能量的浪费，该透镜30组成的配光系统满足了所述LED灯具100的配光需求。

综上所述，本发明实施例提供的LED灯具100中，所述透镜30为一个凹凸型多项式曲面透镜，其组成了该LED灯具100的配光系统，所述光源20发出的光线经过所述第一曲面32直射至所述第二曲面34，并在该第二曲面34处发生折射而向所述透镜30的四周扩散，从而形成边缘光强大于中心光强的大角度配光曲线，因此，所述透镜30射出的光线不但可以改善被照面上光斑的明暗对比，而且能够有效减少能量的浪费，该透镜30组成的配光系统满足了所述LED灯具100的配光需求。

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，所述透镜为凹凸型多项式曲面透镜，包括第一曲面、第二曲面及连接该第一曲面与所述第二曲面的连接面，所述连接面为通过咬花雾化处理而形成的咬花面；所述第一曲面整体为半球形面，所述第二曲面整体为多项式曲面，所述第一曲面接收入射光线，该入射光线经过所述第一曲面直射进入所述透镜，并传输至所述第二曲面，所述光线在所述第二曲面处发生折射并向所述透镜的四周扩散，以形成角度为160度的蝙蝠翼型配光。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜整体呈其中一个底面为自由曲面过渡的圆柱体状，其材料为聚甲基丙烯酸甲酯塑料、PC塑料或玻璃。

3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜通过一体成型设计而制成。

4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第二曲面位于所述透镜的外侧。

5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述连接面位于同一平面上，其整体呈圆环状平面。

6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜的第二曲面的直径为20毫米，其高度为6毫米，所述透镜的第一曲面的直径为8毫米。

7.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第二曲面的母线解析表达式为：

其中，a_n为该第二曲面的母线的系数，n的取值范围为大于等于0且小于等于25。

8.一种LED灯具，包括光源，其特征在于，所述LED灯具还包括权利要求1至7任意一项所述的透镜，所述透镜对准所述光源，该光源发出的光线照射至所述透镜上。

9.根据权利要求8所述的LED灯具，其特征在于，所述光源包括发光部，所述发光部整体呈半球状，所述发光部的曲率半径等于所述第一曲面的曲率半径，所述发光部位于所述透镜的第一曲面内，其发出的光线射入所述透镜，并由所述透镜进行光学处理。

10.根据权利要求9所述的LED灯具，其特征在于，所述发光部对准并容置于所述第一曲面内，并位于所述第一曲面的球心处，则所述光源的发光部发出的光线照射至所述第一曲面上，并直射至所述透镜内。