CN104344341A - 聚光透镜及使用该聚光透镜的led灯具 - Google Patents

聚光透镜及使用该聚光透镜的led灯具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚光透镜，所述聚光透镜为呈圆台状的回转体，且具有与该回转体的回转轴相重合的光轴，所述聚光透镜包括在其小端凹陷形成的光源容纳腔、在其大端向外凸出形成的出光面以及在其侧壁形成的全反射面，所述光源容纳腔为一回转腔体，所述光源容纳腔包括在其回转面形成的第一入射面和在其底端向外凸出形成的第二入射面，所述聚光透镜的配光角度为7-9度。光源发出的光经该聚光透镜后光斑均匀，在距光源一定距离处能形成规则光斑，并且该聚光透镜的光效率较高。相应地，本发明还提出了一种使用该聚光透镜的LED灯具。

Description

聚光透镜及使用该聚光透镜的LED灯具
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种聚光透镜以及使用该聚光透镜的LED灯具。
背景技术
LED是一种新型的绿色光源，其具有发光效率高，耗电量少，使用寿命长等优点，LED在照明领域的应用越来越广泛。在LED便携移动照明(如手电筒等)中，在探照时需对LED进行二次配光以达到聚光效果。
市场上的LED聚光灯具多数使用抛物线型的反射器达到聚光功能。这样的聚光反射器往往存在效率不高，光斑弥散，光损耗较大的缺陷。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种光斑均匀且光损耗较小的照明灯具。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种聚光透镜，所述聚光透镜为呈圆台状的回转体，且具有与该回转体的回转轴相重合的光轴，所述聚光透镜包括在其小端凹陷形成的光源容纳腔、在其侧壁形成的全反射面、以及在其大端向外凸出形成的出光面，所述光源容纳腔为一回转腔体，所述光源容纳腔包括在其回转面形成的第一入射面和在其底端向外凸出形成的第二入射面，
建立一纵轴与所述回转轴相重合的平面直角坐标系，所述第二入射面由第一自由曲线的函数绕所述纵轴回转形成，所述全反射面由第二自由曲线的函数绕所述纵轴回转形成，所述出光面由第三自由曲线的函数绕所述纵轴回转形成，所述聚光透镜的配光角度为7-9度。
其中，所述第一自由曲线由插值节点a1、a2、a3、a4、a5、a6和a7经样条插值形成，
插值节点a1的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-3.6371、-5.60133和38.6455465°；
插值节点a2的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-2.81390385、-4.95471686和37.15527544°；
插值节点a3的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-1.95573148、-4.35575057和31.91596577°；
插值节点a4的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-1.50129941、-4.09613199和27.26248674°；
插值节点a5的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-1.02351002、-3.88270156和20.46089903°；
插值节点a6的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-0.52057688、-3.73867976和11.03262124°；
插值节点a7的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为0、-3.68803913和0°。
其中，所述第二自由曲线由插值节点b1、b2、b3、b4、b5、b6和b7经样条插值形成，
插值节点b1的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-13.52513、-14.08651和58.64349865°；
插值节点b2的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-10.14978424、-8.57811053和58.12522729°；
插值节点b3的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-8.99449428、-6.76085834和56.72315907°；
插值节点b4的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-7.77354807、-4.98720925和53.0462512°；
插值节点b5的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-6.4608716、-3.28034488和51.25812192°；
插值节点b6的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-5.08177273、-1.62653013和49.3182135°；
插值节点b7的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-3.67051、0和48.86728287°。
其中，所述第三自由曲线由插值节点c1、c2、c3、c4、c5和c6经样条插值形成；
插值节点c1的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-13.55371、-16.56565和160.822076°；
插值节点c2的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-10.25200669、-17.68667342和162.094043°；
插值节点c3的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-6.90302738、-18.65550468和166.1385538°；
插值节点c4的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-5.2000293、-19.02852539和169.2710552°；
插值节点c5的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-3.47800907、-19.30040952和172.7956416°；
插值节点c6的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为0、-19.52045439和0°。
其中，所述光源容纳腔为圆柱形腔体。
其中，所述光源容纳腔直径为7.341±1mm，长度为5.601±1mm。
其中，所述聚光透镜的大端外沿环绕设置有一固定板，所述固定板呈圆环状。
其中，所述固定板由不透光材料制成。
其中，所述固定板厚度为1.479-3.479mm。
本发明还提出了一种LED灯具，包括上述的聚光透镜。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：光源发出的光经该聚光透镜后光斑均匀，在距光源一定距离处能形成规则光斑，并且该聚光透镜的光效率较高。。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，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为本发明聚光透镜优选实施例的结构示意图；
图2为图1所示的聚光透镜的立体结构示意图；
图3为图1所示的聚光透镜的光路原理图；
图4为第一自由曲线、第二自由曲线和第三自由曲线的函数图象；
图5为本发明聚光透镜优选实施例的极坐标配光曲线图；
图6为本发明聚光透镜优选实施例的直角坐标配光曲线图；
图7为本发明聚光透镜优选实施例在1米远处的照度图；
图8为本发明LED灯具优选实施例的立体结构图。
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。
参照图1至图3，本发明提出了一种聚光透镜100，聚光透镜100为呈圆台状的回转体，聚光透镜100包括在其小端凹陷形成的光源容纳腔110、在其侧壁形成的全反射面120、以及在其大端向外凸出形成的出光面130，光源容纳腔110为一回转腔体，优选为圆柱形腔体，光源容纳腔110包括在其回转面形成的第一入射面111和在其底端向外凸出形成的第二入射面112。第二入射面112、全反射面120和出光面130均为自由曲面，其中，第二入射面112为第一自由曲线绕回转轴回转形成，全反射面120为第二自由曲线绕回转轴回转形成，出光面130为第三自由曲线绕回转轴回转形成。本发明聚光透镜100由透光材料聚甲基丙烯酸甲酯制成。
光源容纳腔110用于容纳LED光源200，LED光源200放置于光源容纳腔110的进口处并位于回转轴上。LED光源200发出的光经过聚光透镜100后可形成配光角度7-9度的光束，该光束的光轴与聚光透镜100的回转轴相重合。
本发明聚光透镜100的光源容纳腔110直径为7.341±1mm，长度为5.601±1mm，出光面130直径为27.107±1mm。优选地，光源容纳腔110的直径为7.341mm，长度为5.601mm，出光面130直径为27.107mm。
本发明采用多项式插值或样条插值的方式拟合形成第一自由曲线、第二自由曲线和第三自由曲线，多项式插值是根据少数给定的数据点（即插值节点）拟合构建一通过上述所有数据点的多项式函数，多项式插值的阶次不高于插值节点的个数；本发明所述的样条插值是指分段多项式插值，通过相邻的插值节点进行多项式插值，样条插值避免了使用高阶多项式插值出现的龙格现象。本发明优选采用二次样条插值或三次样条插值，且样条插值形成的曲线为光滑曲线。
为了描述自由曲线，引入直角坐标系，该直角坐标系包括横轴（X轴）、纵轴（Y轴）和原点O，其中纵轴与聚光透镜的回转轴相重合。样条插值需要给出插值节点的横坐标、纵坐标和斜率（或倾斜角）。
参照图4，第一自由曲线a包括7个插值节点：a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7。这7个插值节点的横纵坐标和倾斜角见下表：
根据上述的7个插值节点经样条插值可以拟合出第一自由曲线，第一自由曲线的函数绕Y轴回转可以形成第二入射面112。很显然地，a7点作为第二入射面112的顶点。
进一步参照图4，第二自由曲线b包括7个插值节点：b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7。这7个插值节点的横纵坐标和倾斜角见下表：
根据上述的7个插值节点经样条插值可以拟合出第二自由曲线b，第二自由曲线的函数绕Y轴回转可以形成全反射面120。很显然地，b1点位于全反射面的大端，b7点作为全反射面120的小端。
进一步参照图4，第三自由曲线c包括6个插值节点：c1,c2,c3,c4,c5,c6。这6个插值节点的横纵坐标和倾斜角见下表：
根据上述的6个插值节点经样条插值可以拟合出第三自由曲线c，第三自由曲线c的函数绕Y轴回转可以形成出光面130，很显然地，插值节点c6作为出光面的顶点。
上述的第一自由曲线、第二自由曲线和第三自由曲线还可以由上述的插值节点进行多项式插值形成，在进行多项式插值时，只需给出插值节点的横坐标和纵坐标，经多项式插值形成的自由曲线其在某插值节点的倾斜角不一定是上述各表中的倾斜角。
进一步而言，聚光透镜100的大端外环绕设置有一固定板140，固定板140呈圆环状。固定板140由不透光材料制成。固定板140厚度为1.479-3.479mm，优选为2.479mm。
参照图5和图6，图5为本发明聚光透镜优选实施例的极坐标配光曲线图，图6为本发明聚光透镜优选实施例的直角坐标配光曲线图，由图5和图6可以看出，光源200发出的光经过上述优选的聚光透镜可以形成一配光角度为8的光束。
参照图7，图7为本发明聚光透镜优选实施例在1米远处的照度图，由该照度图可知，光源200发出的光经过上述优选的聚光透镜后，在1米远处形成一个半径为130mm的规则光斑。经过测试，光源200发出光通量70.812流明的光，经过聚光透镜100后，测得其光通量为63.877流明，故聚光透镜100的光效率为0.90206。
参照图8，本发明还提出一种LED灯具，该灯具包括上述若干的聚光透镜100，在本优选实施例中，该LED灯具包括3个两两相邻排列的聚光透镜100，每一聚光透镜100的光源容纳腔110中对应设置有一LED光源。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种聚光透镜，所述聚光透镜为呈圆台状的回转体，且具有与该回转体的回转轴相重合的光轴，其特征在于，所述聚光透镜包括在其小端凹陷形成的光源容纳腔、在其侧壁形成的全反射面、以及在其大端向外凸出形成的出光面，所述光源容纳腔为一回转腔体，所述光源容纳腔包括在其回转面形成的第一入射面和在其底端向外凸出形成的第二入射面，
建立一纵轴与所述回转轴相重合的平面直角坐标系，所述第二入射面由第一自由曲线的函数绕所述纵轴回转形成，所述全反射面由第二自由曲线的函数绕所述纵轴回转形成，所述出光面由第三自由曲线的函数绕所述纵轴回转形成，
所述聚光透镜的配光角度为7-9度。
2.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第一自由曲线由插值节点a1、a2、a3、a4、a5、a6和a7经样条插值形成，
插值节点a1的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-3.6371、-5.60133和38.6455465°；
插值节点a2的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-2.81390385、-4.95471686和37.15527544°；
插值节点a3的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-1.95573148、-4.35575057和31.91596577°；
插值节点a4的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-1.50129941、-4.09613199和27.26248674°；
插值节点a5的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-1.02351002、-3.88270156和20.46089903°；
插值节点a6的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-0.52057688、-3.73867976和11.03262124°；
插值节点a7的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为0、-3.68803913和0°。
3.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第二自由曲线由插值节点b1、b2、b3、b4、b5、b6和b7经样条插值形成，
插值节点b1的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-13.52513、-14.08651和58.64349865°；
插值节点b2的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-10.14978424、-8.57811053和58.12522729°；
插值节点b3的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-8.99449428、-6.76085834和56.72315907°；
插值节点b4的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-7.77354807、-4.98720925和53.0462512°；
插值节点b5的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-6.4608716、-3.28034488和51.25812192°；
插值节点b6的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-5.08177273、-1.62653013和49.3182135°；
插值节点b7的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-3.67051、0和48.86728287°。
4.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第三自由曲线由插值节点c1、c2、c3、c4、c5和c6经样条插值形成；
插值节点c1的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-13.55371、-16.56565和160.822076°；
插值节点c2的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-10.25200669、-17.68667342和162.094043°；
插值节点c3的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-6.90302738、-18.65550468和166.1385538°；
插值节点c4的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-5.2000293、-19.02852539和169.2710552°；
插值节点c5的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为-3.47800907、-19.30040952和172.7956416°；
插值节点c6的横坐标、纵坐标和倾斜角分别为0、-19.52045439和0°。
5.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容纳腔为圆柱形腔体。
6.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容纳腔直径为7.341±1mm，长度为5.601±1mm。
7.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述聚光透镜的大端外沿环绕设置有一固定板，所述固定板呈圆环状。
8.根据权利要求5所述的聚光透镜，其特征在于，所述固定板由不透光材料制成。
9.根据权利要求5所述的聚光透镜，其特征在于，所述固定板厚度为1.479-3.479mm。
10.一种LED灯具，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的聚光透镜。
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