CN104676468B - 透镜组件及应用该透镜组件的led灯具 - Google Patents

Abstract

一种透镜组件，其泛光透镜，包括光线入射面、光线反射面、定位面及光线出射面，所述光线入射面、所述光线反射面、所述定位面及所述光线出射面依次连接，所述定位面与光轴方向垂直，所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面，射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面，射入所述第二入射面的光线经过折射后入射到所述光线出射面，或入射到所述光线反射面后经由该光线反射面发生反射后入射到所述光线出射面，所述光线出射面折射该光线后相互叠加射出。本发明还提供一种应用上述透镜组件的LED灯具。所述透镜组件组成了该LED灯具的配光系统，其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光，满足了所述LED灯具中对配光设计的要求。

Description

透镜组件及应用该透镜组件的LED灯具

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及一种透镜组件及应用所述透镜组件的LED（lightemitting diode，发光二极管）灯具。

背景技术

LED作为能够将电能转化为光能的半导体，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，这些以LED为光源的灯具已经成为人们生活、工作中不可缺少的照明用器具。这些灯具一般包括壳体、光源、反光镜、灯罩等组件，该光源及反光镜安装于所述壳体内，该反光镜可反射所述光源发出的光线，该灯罩装设于所述壳体上，并将所述光源和反光镜封装于所述壳体内，所述光源发射的光线和该反光镜反射的光线由该灯罩投射出去。

与白炽灯、金属卤素灯等360度全方向发光的传统光源不同的是，以LED为光源的灯具由其芯片封装的结构决定了发光的多样性。因此，在具体应用中，为了符合行业规范和使用要求，需要对该LED灯具进行二次光学设计，使其符合行业照明灯需求。然而，在进行LED灯具应用的二次光学设计中，由于发光角度的原因，LED发出的大部分光线未经反射而直接照射出去，这样必然会造成LED光能的大量损失。因此，如何有效利用这部分光能是LED灯具应用所要解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种照射面大、且照度过渡均匀的透镜组件。

本发明还提供一种应用所述透镜组件的LED灯具。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜组件，所述透镜组件为泛光透镜，包括光线入射面、光线反射面、定位面及光线出射面，所述光线入射面、所述光线反射面、所述定位面及所述光线出射面依次连接，所述定位面与光轴方向垂直，所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面，射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面，射入所述第二入射面的光线经过折射后入射到所述光线出射面，或入射到所述光线反射面后经由该光线反射面发生反射后入射到所述光线出射面，所述光线出射面折射该光线后相互叠加射出。

其中，所述透镜组件由光学级聚甲基丙烯酸甲酯材料射出成型工艺制成。

其中，所述定位面为一圆环状平面，其连接于所述光线反射面与所述光线出射面之间，该定位面用作所述透镜组件的安装基准以用于安装固定该透镜组件。

其中，所述光线出射面包括第一出射面，部分光线在该第一入射面处发生折射后入射到该第一出射面，并该在该第一出射面处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°的区域射出。

其中，所述光线出射面还包括第二出射面，所述第二出射面连接于所述定位面与所述第一出射面之间，部分光线在该第二入射面处发生折射后，部分光线直接入射到该第二出射面，并在该第二出射面处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°～200°的区域的射出。

其中，部分光线在第二入射面处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面，经由该光线反射面处发生全反射后入射到第二出射面，并在该第二出射面处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为100°～160°的区域射出。

其中，所述第一出射面为球面，所述第二出射面为一曲面。

其中，所述第一入射面为一内凹面，所述第二入射面为一曲面，其连接于所述第一入射面的周侧边缘，所述光线反射面为一曲面，其连接于所述光线入射面的第二入射面与所述定位面之间。

本发明还提供了一种LED灯具，包括光源，该灯具还包括上述的透镜组件，所述光源发出的光线在所述第一入射面及所述第二入射面处发生折射，并由所述光线出射面折射后相互叠加射出。

其中，所述透镜组件一端开设有容置腔，该容置腔由所述光线入射面围成，所述发光部容置于该容置腔内，其发出的光线照射至该光线入射面上。

本发明所提供的LED灯具中，所述透镜组件的结构简单，其组成了该LED灯具的配光系统，所述光源发出的光线由所述光线入射面折射后直接入射到所述光线出射面，或由该光线入射面折射后入射到所述连接面，经由该连接面反射后入射到所述光线出射面，并在该光线出射面处再次发生折射后形成照射面大且照度过渡均匀的光线射出。因此，该LED灯具的中心光强和照射面积均可以同时满足照明要求，所述透镜组件组成了该LED灯具的配光系统，其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光，满足了所述LED灯具中对配光设计的要求。

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灯具的立体示意图。

图2是本发明实施例提供的LED灯具的另一视角的立体示意图。

图3是本发明实施例提供的LED灯具的主视图。

图4是本发明实施例提供的LED灯具的光路示意图。

图5是本发明实施例提供的LED灯具的配光曲线图（极坐标形式），其中，中心光强大约为14坎德拉。

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及图2，本发明实施方式提供一种LED（light emitting diode，发光二极管）灯具100，其可为冶金、煤炭、石化行业巷道灯、港口码头路灯或景观路灯等照明灯具。所述LED灯具100包括光源20及与所述光源20对应设置的透镜组件40，所述透镜组件40组成了该LED灯具100的配光系统，其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光，满足了所述LED灯具100中对配光设计的要求。所述光源20可根据照明需要发射相应颜色、亮度的光线，并照射至所述透镜组件40上，该透镜组件40光学处理（如反射、折射）来自所述光源20的光线，从而在被照面上形成所需半光强角度的出射光。

在本发明实施例中，所述LED灯具100还包括灯具壳体、散热板、驱动组件、灯罩等组件，所述灯具壳体作为该LED灯具100的主体，其用于容纳所述光源20、透镜组件40、散热板、驱动组件等灯具组件于其内，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、透镜组件40、散热板、驱动组件等灯具组件封装于所述灯具壳体内。

请一并参阅图3及图4，所述光源20可为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位于所述透镜组件40内，其发出的光线照射至所述透镜组件40上，并由该透镜组件40的表面进行反射或折射。

在本发明实施例中，所述透镜组件40整体大致呈飞碟状，其可由聚甲基丙烯酸甲酯（PolymethylMethacrylate，PMMA）材料制成，具体地，该透镜组件40可由光学级PMMA材料射出成型工艺制成。所述透镜组件40可为泛光透镜，其表面包括光线入射面42、光线反射面43、定位面44及光线出射面45。所述光线入射面42、所述光线反射面43、所述定位面44及所述光线出射面45依次连接，从而组成所述透镜组件40的外表面。

在本发明实施例中，所述透镜组件40开设有容置腔46，该容置腔46开设于该透镜组件40的光线入射端，所述光源20对准该容置腔46，且该光源20的发光部22容置于该容置腔46内。所述光线入射面42围成了所述容置腔46，位于该容置腔46内的发光部22发出的光线照射至该光线入射面42上。所述光线入射面42由不同的入射面构成，具体为，该光线入射面42包括第一入射面422及第二入射面423，所述第一入射面422及所述第二入射面423依次连接，从而围成所述容置腔46。

在本发明的实施例中，所述第一入射面422整体大致为一内凹面，所述光源20发出的部分光线在该第一入射面422处发生折射后入射到所述光线出射面45，并在该光线出射面45处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线射出（如图4中所示的光线①）。所述第二入射面423可近似为平面，其连接于所述第一入射面422的周侧边缘。所述光源20发出的部分光线在所述第二入射面423处发生折射后，部分光线直接入射到所述光线出射面45，并在该光线出射面45处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线（如图4中所示的光线②）。此外，所述光源20发出的光线在所述第二入射面423处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面43，经由该光线反射面43处发生全反射后入射到所述光线出射面45，并在该光线出射面45处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线射出（如图4中所示的和光线③）。

所述光线反射面43为所述透镜组件40的侧面，其连接于所述光线入射面42的第二入射面423与所述定位面44之间。在本发明的实施例中，所述光线反射面43为一曲面，其可反射所述第二入射面423折射后的光线，并将反射后的光线入射到所述光线出射面45。

所述定位面44用作所述透镜组件40的安装基准，其用于安装固定该透镜组件40。在本发明的实施例中，所述定位面44为一圆环状平面，其连接于所述光线反射面43与所述光线出射面45之间。该定位面44与所述光源20的光轴垂直，该光源20发出的光线并不会通过或照射至该定位面44。

在本发明实施例中，所述光线出射面45位于所述透镜组件40的光线出射端，其可由不同的表面构成。具体为，该光线出射面45包括第一出射面452及第二出射面453，该第一出射面452与所述第二出射面453连接。

在本发明实施例中，所述第一出射面452为一曲面，具体为，该第一出射面452为球面，其可折射所述第一入射面422射出的光线。具体为，所述光源20发出的部分光线在该第一入射面422处发生折射后入射到该第一出射面452，并该在该第一出射面452处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°的区域（即，如与光轴夹角为±60°的区间）射出（如图4中所示的光线①）。

在本发明的实施例中，所述第二出射面453为一曲面，其连接于所述第一出射面452的圆周边缘，具体为，该第二出射面453连接于所述定位面44与所述第一出射面452之间，以折射所述第二入射面423或所述光线反射面43射出的光线。具体为，所述光源20发出的部分光线在第二入射面423处发生折射后，部分光线直接入射到该第二出射面453，并在该第二出射面453处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°～200°的区域（即，与光轴夹角为±60°～±100°区间）的射出（如图4中所示的光线②）。此外，所述光源20发出的部分光线在第二入射面423处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面43，经由该光线反射面43处发生全反射后入射到第二出射面453，并在该第二出射面453处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为100°～160°的区域（即，与光轴夹角为±50°～±80°区间）射出（如图4中所示的和光线③）。

作为本发明的一个实施例，所述透镜组件40的设计之一可为：该透镜组件40为飞碟状泛光透镜，其由光学级PMMA材料射出成型工艺制成；所述光线入射面42与所述光线反射面43、所述定位面44及所述光线出射面45依次连接，从而组成所述透镜组件40的外表面；所述第一入射面422整体大致为一内凹面，所述第二入射面423为曲面，其连接于所述第一入射面422的周侧边缘；所述光线反射面43连接于所述光线入射面42的第二入射面423与所述定位面44之间，所述定位面44为一圆环状平面，其连接于所述光线反射面43与所述光线出射面45之间，并与所述光源20的光轴垂直；所述第一出射面452为球面，所述第二出射面453为一曲面，其连接于所述第一出射面452的圆周边缘。可以理解的是，上述设计仅为该透镜组件40其中一个具体实施例，本申请并不仅仅限于上述设计，该透镜组件40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。

基于上述设计，所述第一出射面452与所述第二出射面453射出的光线相互叠加可形成半光强角度为180°的出射光。因此，所述LED灯具100最终可形成如图5所示的光强，其中，中心光强大约为14坎德拉，发光的半光强角度大约为180°。因此，该LED灯具100的中心光强和照射面积均可以同时满足照明要求，所述透镜组件40组成了该LED灯具100的配光系统，其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光，满足了所述LED灯具100中对配光设计的要求。

请一并参阅图1至图5，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容置于所述容置腔46内，并对准所述光线入射面42。该光源20发出的部分光线（如与光轴夹角在±30°范围内的光线）在该第一入射面422处发生折射后入射到该第一出射面452，并该在该第一出射面452处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°的区域（即，如与光轴夹角为±60°的区间）射出（如图4中所示的光线①）。所述光源20发出的部分光线（如与光轴夹角在±30°～±70°范围内的光线）在第二入射面423处发生折射后直接入射到该第二出射面453，并在该第二出射面453处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120～200度的区域（即，与光轴夹角为±60°～±100°区间）的射出（如图4中所示的光线②）。所述光源20发出的部分光线（如与光轴夹角在±70°～±90°范围内的光线）在第二入射面423处发生折射后入射到所述光线反射面43，经由该光线反射面43处发生全反射后入射到第二出射面453，并在该第二出射面453处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为100°～160°的区域（即，与光轴夹角为±50°～±80°区间）射出（如图4中所示的和光线③）。所述第一出射面452与所述第二出射面453射出的光线相互叠加可形成半光强角度为180度的出射光。因此，所述LED灯具100最终可形成如图5所示的光强，其中，中心光强大约为14坎德拉，发光的半光强角度大约为180°。因此，该LED灯具100的中心光强和照射面积均可以同时满足照明要求，所述透镜组件40组成了该LED灯具100的配光系统，其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光，满足了所述LED灯具100中对配光设计的要求。

综上所述，本发明所提供的LED灯具100中，所述透镜组件40的结构简单，其组成了该LED灯具100的配光系统，所述光源20发出的光线由所述光线入射面42折射后直接入射到所述光线出射面45，或由该光线入射面42折射后入射到所述连接面45，经由该连接面45反射后入射到所述光线出射面45，并在该光线出射面45处再次发生折射后形成照射面大且照度过渡均匀的光线射出。因此，该LED灯具100的中心光强和照射面积均可以同时满足照明要求，所述透镜组件40组成了该LED灯具100的配光系统，其可形成照射面大且照度过渡均匀的出射光，满足了所述LED灯具100中对配光设计的要求。

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 (7)

1.一种透镜组件，其特征在于，所述透镜组件为飞碟状泛光透镜，由光学级PMMA材料射出成型工艺制成，所述透镜组件包括光线入射面、光线反射面、定位面及光线出射面，所述光线入射面、所述光线反射面、所述定位面及所述光线出射面依次连接以组成所述透镜组件的外表面，所述定位面为一圆环状平面，其连接于所述光线反射面与所述光线出射面之间，所述定位面与光轴方向垂直，所述定位面用作所述透镜组件的安装基准以用于安装固定所述透镜组件；所述光线入射面包括第一入射面及第二入射面，所述光线出射面包括第一出射面及与所述第一出射面连接的第二出射面，所述第一出射面为球面，所述第二出射面为内曲面，其连接于所述定位面与所述第一出射面之间，射入所述第一入射面的光线被折射后入射到所述光线出射面的第一出射面，射入所述第二入射面的光线经过折射后入射到所述光线出射面的第二出射面，或入射到所述光线反射面后经由该光线反射面发生反射后入射到所述光线出射面的第二出射面，所述光线出射面的第一出射面与第二出射面折射该光线后相互叠加射出并形成半光强角度为180°的出射光。

2.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，部分光线在该第一入射面处发生折射后入射到该第一出射面，并该在该第一出射面处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°的区域射出。

3.根据权利要求2所述的透镜组件，其特征在于，部分光线在该第二入射面处发生折射后，部分光线直接入射到该第二出射面，并在该第二出射面处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为120°～200°的区域的射出。

4.根据权利要求3所述的透镜组件，其特征在于，部分光线在第二入射面处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面，经由该光线反射面处发生全反射后入射到第二出射面，并在该第二出射面处再次发生折射后形成所需出射角度和照度的光线，并从夹角为100°～160°的区域射出。

5.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述第一入射面为一内凹面，所述第二入射面为一曲面，其连接于所述第一入射面的周侧边缘，所述光线反射面为一曲面，其连接于所述光线入射面的第二入射面与所述定位面之间。

6.一种LED灯具，包括光源，其特征在于，该灯具还包括权利要求1至5任意一项所述的透镜组件，所述光源发出的光线在所述第一入射面及所述第二入射面处发生折射，并由所述光线出射面折射后相互叠加射出。

7.根据权利要求6所述的LED灯具，其特征在于，所述透镜组件一端开设有容置腔，该容置腔由所述光线入射面围成，所述光源的发光部容置于该容置腔内，其发出的光线照射至该光线入射面上。