CN104676475A - Led配光透镜及led灯具 - Google Patents

Abstract

一种LED配光透镜，包括：小头端，开设有凹槽。发散光线经外凸弧面折射成与光轴平行的第一平行光。发散光线经LED配光透镜的侧壁的内表面反射成与光轴平行的第二平行光。大头端的出光面为配光曲面。配光曲面上阵列分布有多个凸起单元，凸起单元的边缘为矩形，凸起单元沿矩形的长轴方向的截面为第一弧形，凸起单元沿矩形的短轴方向的截面为第二弧形，第一弧形与第二弧形的曲率半径相等，第一弧形所对应的圆弧的弦长为第二弧形所对应的圆弧的弦长的二倍。第一平行光及第二平行光入射到配光曲面上，经配光曲面折射成横向折射角的角度大于纵向折射角的角度的出射光，可形成一个矩形的光斑，可以达到较好的观景照明效果。还提供一种LED灯具。

Description

LED配光透镜及LED灯具

技术领域

本发明涉及一种LED照明结构，特别是涉及LED配光透镜及LED灯具。

背景技术

目前随着LED芯片和封装工艺的成熟，LED亮度要求足以满足各个照明领域的需求，LED固态照明已经成为趋势。LED由其芯片封装的结构决定了发光的多样性，如朗伯型、侧射型、蝙蝠型和聚光型几种。如果没有经过配光，照在地面上虽然范围比较宽阔，但边缘的光照度与中心的光照度差距过大，分布非常的不均匀，许多光能被集中于照明区域的中心，但良好的景观灯照明要求光照均匀，并且在指定区域光照度能达到一定程度。

景观灯在安装时，由于景观灯与照明区域有一定的距离，倘若没有经过一定的配光矫正，很难使景观灯进行合理的照明。并且根据照明区域的要求，景观灯的配光设计需要设计成为均匀的矩形光强分布，来达到较好照明景观的效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够实现矩形照明光斑的LED配光透镜。

一种LED配光透镜，用于对LED光源进行配光，所述LED配光透镜呈圆台形，所述LED配光透镜包括：

小头端，开设有凹槽，所述LED光源收容于所述凹槽的开口处，所述凹槽的底部为关于光轴对称的外凸弧面，所述LED光源发出的发散光线经所述外凸弧面折射成与所述光轴平行的第一平行光；

所述LED配光透镜的侧壁的内表面为全反射面，所述发散光线经所述凹槽的侧壁折射后，入射到所述全反射面上，所述发散光线经所述全反射面反射成与所述光轴平行的第二平行光；

与所述小头端相对的大头端，所述大头端的出光面为关于光轴对称的配光曲面，所述配光曲面上阵列分布有多个凸起单元，所述凸起单元的边缘为矩形，所述凸起单元沿所述矩形的长轴方向的截面为第一弧形，所述凸起单元沿所述矩形的短轴方向的截面为第二弧形，所述第一弧形与所述第二弧形的曲率半径相等，所述第一弧形所对应的圆弧的弦长为所述第二弧形所对应的圆弧的弦长的二倍；

所述第一平行光及所述第二平行光入射到所述配光曲面上，经所述配光曲面折射成横向折射角的角度大于纵向折射角的角度的出射光。

在其中一个实施例中，所述出射光的横向折射角的角度为18-22度，所述纵向折射角的角度为7-11度。

在其中一个实施例中，所述外凸弧面的曲率半径为4.3mm～4.5mm，所述LED光源距离所述外凸弧面的顶部的距离为3.3mm-3.7mm。

在其中一个实施例中，所述全反射面为抛物面。

在其中一个实施例中，所述第一弧形与所述第二弧形所对应的曲率半径均为3.25mm，所述第一弧形所在的圆弧的弦长为4mm，所述第二弧形所在的圆弧的弦长为2mm。

在其中一个实施例中，所述凹槽的侧壁相对于所述凹槽的底部倾斜设置，所述侧壁的倾斜角为0度～2度。

在其中一个实施例中，所述LED光源与所述外凸弧面的边缘之间的连线与所述光轴之间的夹角为35度。

在其中一个实施例中，所述LED配光透镜的折射率为1.4～1.6。

在其中一个实施例中，所述LED配光透镜的两端设有凸耳，所述凸耳用于与灯壳固定连接。

还提供一种LED灯具。

一种LED灯具，包括：

上述LED配光透镜；

光源组件，包括LED光源及固定板，所述LED光源设于所述固定板上，所述固定板收容与所述凹槽的开口处；

灯壳，开设有收容腔，所述LED配光透镜及所述LED光源收容于所述收容腔内。

含有上述LED配光透镜的LED灯具相较于传统的灯具，至少具有以下优点：

首先，采用LED光源做照明光源，在相同照度要求下比其他光源能耗更低，更环保。

其次，LED配光透镜的配光曲面可以使发散光线，横向折射形成的光束与纵向折射出来的光束相互叠加可形成一个矩形的光斑，从而可以形成具有矩形光斑的景观灯，即可以达到较好的观景照明效果。上述LED灯具实现矩形光斑、照度均匀过渡，提高了光能的利用率，非常适合矩形配光的灯具使用。

再次，通过透镜器解决了LED光源自身发光特点所照成的配光困难，其结构简单，容易实现。

附图说明

图1为本实施方式的LED灯具的立体结构图；

图2为图1所示的LED配光透镜的右视图；

图3为图2所示的LED灯具的沿E-E方向的剖视图；

图4为图2所示的LED灯具的沿C-C方向的剖视图；

图5为图3所示的LED灯具的沿E-E方向的光路图；

图6为图4所示的LED灯具的沿C-C方向的光路图；

图7为图1所示的LED灯具的光强分布曲线图；

图8为图1所示的LED灯具的照度分布图；

图9为图1所示的LED灯具的照度分布图曲线图。

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方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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方式的目的，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、图2和图3，本实施方式的LED灯具100包括光源组件110、LED配光透镜120及灯壳（图未示）。

光源组件110包括LED光源111及固定板112。可以理解，LED光源111还可以为白炽灯、节能灯等。具体在本实施方式中，LED光源111固定在固定板112上。

具体在本实施方式中，LED光源111的型号为1pcs-Cree-XP-E。LED光源111光通量设定为500流明。

本实施方式的LED配光透镜120呈圆台形。LED配光透镜120包括小头端121、大头端123、全反射面125、配光曲面127及凸耳129。LED配光透镜120用于对LED光源111进行配光。

LED配光透镜120的折射率为1.4～1.6。

具体在本实施方式中，LED配光透镜120的材料为聚甲基丙烯酸甲酯缩（poly methyl methacryl ate），简称PMMA。可以理解，LED配光透镜120的材料还可以为聚碳酸酯（Polycarbonate），简称PC。

小头端121开设有凹槽122。固定板112收容于凹槽122的开口处。凹槽122的底部为关于光轴对称的外凸弧面122a。外凸弧面122a的曲率半径为4.3mm～4.5mm，LED光源111距离外凸弧面122a的顶部的距离为3.3mm-3.7mm。具体在本实施方式中，外凸弧面122a为的曲率半径为4.4mm，LED光源111距离外凸弧面122a的顶部的距离为3.5mm。请参阅图4，外凸弧面122a可将LED光源111发出的发散光线11经外凸弧面122a折射成与光轴平行的第一平行光13。

LED光源111与外凸弧面122a的边缘之间的连线与光轴之间的夹角为35度。LED光源111发出±35度的发散光线11通过外凸弧面122a产生折射后形成平行于光轴的第一平行光13。

具体在本实施方式中，凹槽122的侧壁122b相对于光轴倾斜设置，侧壁122b与光轴之间的夹角为倾斜角。倾斜角的大小为0度～2度。在当注塑成型之后，进行脱模的时候，具有2度倾斜角的侧壁122b可以方便脱模，方便操作。

全反射面125为LED配光透镜120的侧壁122b的内表面。全反射面125可以使发散光线经凹槽122的侧壁122b折射后，入射到全反射面125上发生全反射。并且全反射面125可将入射光线反射成与光轴平行的第二平行光14。具体在本实施方式中，全反射面125为抛物面。

请同时参阅图5及图6，具体的，LED光源111发出的与光轴夹角在±35°～±90°的发散光12通过凹槽122的侧壁122b发生第一次折射。然后入射到全反射面125，光在全反射面125发生全反射后形成平行于光轴的第二平行光14。配光曲面127为大头端123的出光面。配光曲面127关于光轴对称。配光曲面127上阵列分布有多个凸起单元128。凸起单元128的边缘为矩形。凸起单元128沿矩形的长轴方向的截面为第一弧形128a。凸起单元128沿矩形的短轴方向的截面为第二弧形128b。第一弧形128a与第二弧形128b的曲率半径相等。第一弧形128a所对应的圆弧的弦长为第二弧形128b所对应的圆弧的弦长的二倍。具体在本实施方式中，凸起单元128的长边相接，形成一列。配光曲面127上设有6列。凸起单元128的短边相接，形成一行。配光曲面127上设有18行。可以理解，多个凸起单元128还可以其他方式进行排列，例如5列×16行等。

具体在本实施方式中，第一弧形128a与第二弧形128b所对应的曲率半径均为3.25mm。第一弧形128a所在的圆弧的弦长为4mm。第二弧形128b所在的圆弧的弦长为2mm。

由于第一弧形128a所在的圆弧的弦长为第二弧形128b所在的圆弧的弦长的二倍，则第一平行光13及第二平行光14入射到配光曲面127上并从配光曲面127上折射出去。出射光的横向折射角的角度大于纵向折射角的角度。横向为凸起单元128沿矩形的长轴方向。纵向为凸起单元128沿矩形的短轴方向。横向折射形成光束15与纵向折射出来的光束16相互叠加可形成一个矩形的光斑，从而可以形成具有矩形光斑的景观灯，即可以达到较好的观景照明效果。

出射光的横向折射角的角度为18-22度，所述纵向折射角的角度为7-11度。具体在本实施方式中，经配光曲面127折射成横向折射角为20度，纵向折射角为9度的出射光。第一平行光13及第二平行光14在配光曲面127上发生折射。在横向面上，折射后的第一平行光13及第二平行光14被扩散到正负各为20度的范围，最终照射到一个40度区域内。

在纵向面上，折射后的第一平行光13及第二平行光14被扩散到正负各为9度的范围，最终照射到一个18度区域内。因此，横向折射形成的光束15与纵向折射出来的光束16相互叠加最终形成一个横向为40度、纵向为18度的光斑。光斑照度均匀过渡，提高了光能利用率，非常适合均匀照度、矩形配光的LED灯具使用。LED光源111经反射器系统配光后，其相应的光强分布如图7。横向半光强角度为40度，纵向半光强角度为18度。在1米远的接收面，LED灯具100的中心光强值为2500cd。其照度分布如图8及图9所示。接受面的中心照度达到2600流明。

凸耳129设于LED配光透镜120的两端，凸耳129用于与灯壳固定连接。

灯壳开设有收容腔。LED配光透镜120及光源组件110收容于收容腔内。

含有上述LED配光透镜120的LED灯具相较于传统的灯具，至少具有以下优点：

首先，采用LED光源111做照明光源，在相同照度要求下比其他光源能耗更低，更环保。

其次，LED配光透镜120的配光曲面可以使发散光线，实现矩形光斑、照度均匀过渡，提高了光能的利用率，非常适合矩形配光的LED灯具使用。

再次，通过LED配光透镜120解决了LED光源111自身发光特点所照成的配光困难，其结构简单，容易实现。

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 (10)

1.一种LED配光透镜，其特征在于，用于对LED光源进行配光，所述LED配光透镜呈圆台形，所述LED配光透镜包括：

小头端，开设有凹槽，所述LED光源收容于所述凹槽的开口处，所述凹槽的底部为关于光轴对称的外凸弧面，所述LED光源发出的发散光线经所述外凸弧面折射成与所述光轴平行的第一平行光；

所述LED配光透镜的侧壁的内表面为全反射面，所述发散光线经所述凹槽的侧壁折射后，入射到所述全反射面上，所述发散光线经所述全反射面反射成与所述光轴平行的第二平行光；

与所述小头端相对的大头端，所述大头端的出光面为关于光轴对称的配光曲面，所述配光曲面上阵列分布有多个凸起单元，所述凸起单元的边缘为矩形，所述凸起单元沿所述矩形的长轴方向的截面为第一弧形，所述凸起单元沿所述矩形的短轴方向的截面为第二弧形，所述第一弧形与所述第二弧形的曲率半径相等，所述第一弧形所对应的圆弧的弦长为所述第二弧形所对应的圆弧的弦长的二倍；

所述第一平行光及所述第二平行光入射到所述配光曲面上，经所述配光曲面折射成横向折射角的角度大于纵向折射角的角度的出射光。

2.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述出射光的横向折射角的角度为18-22度，所述纵向折射角的角度为7-11度。

3.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述外凸弧面的曲率半径为4.3mm～4.5mm，所述LED光源距离所述外凸弧面的顶部的距离为3.3mm-3.7mm。

4.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述全反射面为抛物面。

5.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述第一弧形与所述第二弧形所对应的曲率半径均为3.25mm，所述第一弧形所在的圆弧的弦长为4mm，所述第二弧形所在的圆弧的弦长为2mm。

6.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述凹槽的侧壁相对于所述凹槽的底部倾斜设置，所述侧壁的倾斜角为0度～2度。

7.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述LED光源与所述外凸弧面的边缘之间的连线与所述光轴之间的夹角为35度。

8.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述LED配光透镜的折射率为1.4～1.6。

9.根据权利要求1所述的LED配光透镜，其特征在于，所述LED配光透镜的两端设有凸耳，所述凸耳用于与灯壳固定连接。

10.一种LED灯具，其特征在于，包括：

如权利要求1～9任意一项所述的LED配光透镜；

光源组件，包括LED光源及固定板，所述LED光源设于所述固定板上，所述固定板收容与所述凹槽的开口处；

灯壳，开设有收容腔，所述LED配光透镜及所述LED光源收容于所述收容腔内。