CN104676471A - 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，其为泛光透镜，包括光线入射面、定位面、第一光线出射面、光线反射面及第二光线出射面，所述光线入射面、所述定位面、第一光线出射面、光线反射面及所述第二光线出射面依次连接，所述定位面与光轴方向垂直，射入该光线入射面的部分光线被折射后入射到所述第二光线出射面，或入射到该光线入射面的部分光线经过折射后入射到所述光线反射面，经由该光线反射面发射后入射到第一光线出射面，该第一光线出射面与所述第二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，满足了该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（light emitting 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、定位面、第一光线出射面、光线反射面及第二光线出射面，所述光线入射面、所述定位面、所述第一光线出射面、所述光线反射面及所述第二光线出射面依次连接，所述定位面与光轴方向垂直，射入所述光线入射面的部分光线被折射后入射到所述第二光线出射面，或入射到该光线入射面的部分光线经过折射后入射到所述光线反射面，经由该光线反射面发射后入射到所述第一光线出射面，所述第一光线出射面与所述第二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，其连接于所述光线入射面与所述第一光线出射面之间，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，部分光线在所述光线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所述第一光线出射面，并在该第一光线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160°～180°的区域内射出。

其中，部分光线在所述光线入射面处发生折射后，部分光线直接入射到所述第二光线出射面，并在该第二光线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170°的区域内射出。

其中，所述第一光线出射面与所述第二光线出射面射出的光线相互叠加形成半光强角度为170°的出射光，其中心光强为16坎德拉。

其中，所述光线反射面为一曲面，其连接于所述第一光线出射面的第二光线出射面之间，并与该第二光线出射面平滑过渡。

其中，所述光线入射面整体为一内凹面，所述定位面为一圆环状平面，其连接于所述光线入射面与所述第一光线出射面之间，并与所述光源的光轴垂直，所述第一光线出射面为一曲面，其连接于所述定位面与所述光线反射面之间，所述第二光线出射面为球面，其边缘与所述光线反射面连接。

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光线入射面处发生折射，并由所述第一光线出射面及所述第二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，所述光源的发光部容置于该容置腔内，其发出的光线照射至所述光线入射面上。

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第二光线出射面，或由该光线入射面折射后入射到所述光线反射面，经由该光线反射面反射后入射到所述第一光线出射面，并在该第一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16坎德拉。

图6是本发明实施例提供的LED灯具的照度图。

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整体大致呈盘状，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可为盘状泛光透镜，其表面包括光线入射面42、定位面43、第一光线出射面44、光线反射面45及第二光线出射面46。所述光线入射面42、所述定位面43、所述第一光线出射面44、所述光线反射面45及所述第二光线出射面46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48，该容置腔48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48，且该光源20的发光部22容置于该容置腔48内。所述光线入射面42围成了所述容置腔48，位于该容置腔48内的发光部22发出的光线照射至该光线入射面42上。

在本发明的实施例中，所述光线入射面42整体大致为一内凹面，所述光源20发出的光线在该光线入射面42处发生折射后，部分光线直接入射到所述第二光线出射面46，并在该第二光线出射面46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）。

此外，所述光源20发出的光线在所述光线入射面42处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面45，经由该光线反射面45处发生全反射后入射到所述第一光线出射面44，并在该第一光线出射面44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）。

所述定位面43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43为一圆环状平面，其连接于所述光线入射面42与所述第一光线出射面44之间，即，该光线入射面42连接于所述定位面43的内圆周边缘，该第一出线出射面44连接于所述定位面43的外圆周边缘。该定位面43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43。

所述光线反射面45连接于所述第一光线出射面44的第二光线出射面46之间，并与该第二光线出射面46平滑过渡。在本发明的实施例中，所述光线反射面45为一曲面，其可反射所述光线入射面42折射后的光线，并将反射后的光线入射到所述第一光线出射面44。

在本发明实施例中，所述第一光线出射面44为一曲面，其连接于所述定位面43与所述光线反射面45之间，可折射所述光线入射面42射出的光线。具体为，所述光源20发出的部分光线在所述光线入射面42处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面45，经由该光线反射面45处发生全反射后入射到所述第一光线出射面44，并在该第一光线出射面44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160°～180°的区域（即，与光轴夹角为±80°～±90°区间）内射出（如图4中所示的光线②）。

在本发明的实施例中，所述第二光线出射面46为一曲面，具体为，该第二光线出射面46可为球面，其边缘与所述光线反射面45连接，可折射所述光线入射面42射出的光线。具体为，所述光源20发出的部分光线在所述光线入射面42处发生折射后，部分光线直接入射到所述第二光线出射面46，并在该第二光线出射面46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170°的区域（即，与光轴夹角为±85°区间）内射出（如图4中所示的光线①）。

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为盘状泛光透镜，其由光学级PMMA材料射出成型工艺制成；所述光线入射面42、所述定位面43、所述第一光线出射面44、所述光线反射面45及所述第二光线出射面46依次连接，从而组成所述透镜组件40的外表面；所述光线入射面42整体大致为一内凹面，所述定位面43为一圆环状平面，其连接于所述光线入射面42与所述第一光线出射面44之间，并与所述光源20的光轴垂直；所述光线反射面45为一曲面，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43之间；所述第一光线出射面44为一曲面，其连接于所述定位面43与所述光线反射面45之间，所述第二光线出射面46可为球面，其边缘与所述光线反射面45连接。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，所述第一光线出射面44与所述第二光线出射面46射出的光线相互叠加可形成半光强角度为170°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16坎德拉，发光的半光强角度大约为170°。请一并参阅图6，图6是本发明实施例提供的LED灯具100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，所述透镜组件40可以在被照面上提供照射面大、且照度均匀过渡的照明光斑。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6，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48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±75°范围内的光线）在所述光线入射面42处发生折射后，部分光线直接入射到所述第二光线出射面46，并在该第二光线出射面46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170°的区域（即，与光轴夹角为±85°区间）内射出（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±75°～±90°范围内的光线）在所述光线入射面42处发生折射后，部分光线入射到所述光线反射面45，经由该光线反射面45处发生全反射后入射到所述第一光线出射面44，并在该第一光线出射面44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160°～180°的区域（即，与光轴夹角为±80°～±90°区间）内射出（如图4中所示的光线②）。所述第一光线出射面44与所述第二光线出射面46射出的光线相互叠加可形成半光强角度为170°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16坎德拉，发光的半光强角度大约为170°。请一并参阅图6，图6是本发明实施例提供的LED灯具100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，所述透镜组件40可以在被照面上提供照射面大、且照度均匀过渡的照明光斑。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第二光线出射面46，或由该光线入射面42折射后入射到所述光线反射面45，经由该光线反射面45反射后入射到所述第一光线出射面44，并在该第一光线出射面44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 (10)

1.一种透镜组件，其特征在于，所述透镜组件为泛光透镜，包括光线入射面、定位面、第一光线出射面、光线反射面及第二光线出射面，所述光线入射面、所述定位面、所述第一光线出射面、所述光线反射面及所述第二光线出射面依次连接，所述定位面与光轴方向垂直，射入所述光线入射面的部分光线被折射后入射到所述第二光线出射面，或入射到该光线入射面的部分光线经过折射后入射到所述光线反射面，经由该光线反射面发射后入射到所述第一光线出射面，所述第一光线出射面与所述第二光线出射面折射该光线后相互叠加射出。

2.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述定位面为一圆环状平面，其连接于所述光线入射面与所述第一光线出射面之间，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。

4.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，部分光线在所述光线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所述第一光线出射面，并在该第一光线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160°～180°的区域内射出。

5.根据权利要求4所述的透镜组件，其特征在于，部分光线在所述光线入射面处发生折射后，部分光线直接入射到所述第二光线出射面，并在该第二光线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170°的区域内射出。

6.根据权利要求5所述的透镜组件，其特征在于，所述第一光线出射面与所述第二光线出射面射出的光线相互叠加形成半光强角度为170°的出射光，其中心光强为16坎德拉。

7.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述光线反射面为一曲面，其连接于所述第一光线出射面的第二光线出射面之间，并与该第二光线出射面平滑过渡。

8.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述光线入射面整体为一内凹面，所述定位面为一圆环状平面，其连接于所述光线入射面与所述第一光线出射面之间，并与所述光源的光轴垂直，所述第一光线出射面为一曲面，其连接于所述定位面与所述光线反射面之间，所述第二光线出射面为球面，其边缘与所述光线反射面连接。

9.一种LED灯具，包括光源，其特征在于，该灯具还包括权利要求1至8任意一项所述的透镜组件，所述光源发出的光线在所述光线入射面处发生折射，并由所述第一光线出射面及所述第二光线出射面折射后相互叠加射出。

10.根据权利要求9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所述光线入射面上。