CN204062850U - 一种广角度的led透镜以及具有该透镜的led灯具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种广角度的LED透镜(100)以及具有该透镜的LED灯具，其特征在于，其包括透镜本体(101)和用于安装所述LED透镜(100)的安装部件(102)，其中，所述透镜本体(101)包括多个反射或折射面，并且所述多个反射或折射面构成了轴向开设在所述透镜本体(101)顶部的盆状出光口(103)，所述多个反射或折射面同时也限定了用于容纳LED光源的底部空腔(104)。本实用新型体积小，出光均匀，光斑中心没有暗区，可以运用在各种LED照明装置中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种LED照明领域，尤其涉及一种广角度的LED透镜以及具有该透镜的LED灯具。
背景技术
目前，LED照明装置获得广角度或大出光角度的方式主要有两种方式：第一种，利用光学透镜。通过折射反射原理，改变光的传播路径来获得大出光角度。但普通的LED透镜体积大，并且出光角度越大透镜的体积越大，既增大了产品结构又增加了生产成本。第二种，不采用透镜，通过改变LED光源的结构形式，如将常用的LED面光源形式变成一个球面或圆柱面的发光体，以此形成一个大出光角的光源，从而获得大出光角的LED光。这种方式虽然解决了产品体积大的问题，但是需要多个LED光源组合使用，这不仅增加了产品成本而且电路设计变得复杂，并且该种方式一般只适用于LED球泡灯或蜡烛灯，通用性不强，不能用于更多的LED照明装置。
现有技术中的LED大角度透镜大部分能达到180度左右，即使是做到200度以上，也有很多发光不均匀，光斑中心有严重的暗区等现象。中国专利CN203131701U公布了一种大角度透镜，在一定程度上解决了体积大、成本高的问题，但是其出光角度不够大，远不能满足人们对大出光角LED照明装置的需求，并且其出光的均匀性也未可知，不能保证获得良好照明效果。
实用新型内容
本实用新型针对以上现有技术之不足，提供了一种广角度透镜，可以实现单颗或多颗LED光源的大角度出光，并且体积小，出光均匀，光斑中心没有暗区，可以运用在各种LED照明装置中。其具体技术方案为：一种广角度的LED透镜，其特征在于，其包括透镜本体和用于安装所述LED透镜的安装部件，其中，所述透镜本体包括多个反射或折射面，并且所述多个反射或折射面构成了轴向开设在所述透镜本体顶部的盆状出光口，所述多个反射或折射面同时也限定了用于容纳LED光源的底部空腔。
根据一个优选实施方式，所述多个折射或反射面包括底部平整进光面、平整出光顶面、周向外表面、弧形出光顶面、顶部边缘面和底部环形面，其中，所述底部平整进光面和所述底部环形面构成了所述底部空腔的内表面，并且所述底部平整进光面平行于所述LED光源的发光面，所述底部环形面相对于所述底部平整进光面呈环形斜面的形式，所述平整出光顶面与所述弧形出光顶面两者限定了所述盆状出光口，并且所述平整出光顶面平行于所述LED光源的发光面，所述弧形出光顶面是从所述平整出光顶面向所述透镜本体顶部延伸的自由曲面，所述周向外表面构成了所述透镜本体的周向外壁，所述顶部边缘面被形成为与所述弧形出光顶面相邻接的、且沿所述盆状出光口的周向边缘环形延伸的平面。
根据一个优选实施方式，所述底部平整进光面和所述底部环形面构成了所述LED透镜的入射面，并且所述平整出光顶面、所述周向外表面、所述弧形出光顶面和所述顶部边缘面构成了所述LED透镜的出光面。
根据一个优选实施方式，在俯视图中，所述平整出光顶面的面积明显小于所述底部平整进光面，并且所述平整出光顶面和所述底部平整进光面保持相互匹配的圆形、椭圆形或多边形。
根据一个优选实施方式，所述底部环形面与光轴的夹角大于1°。
根据一个优选实施方式，在所述周向外表面上形成有用于固定所述安装部件的凸起，所述凸起包括两个彼此相互垂直的表面：第一表面和第二表面，其中，所述第一表面平行于光轴，所述第二表面垂直于光轴。
根据一个优选实施方式，所述安装部件固定至所述第一表面，所述第二表面所在平面的高度至少高于所述底部平整进光面所在平面的高度，使得安装部件以不影响所述LED光源出光的方式固定至所述凸起。
根据一个优选实施方式，所述盆状出光口呈开口朝向所述LED透镜顶部的喇叭状。
根据一个优选实施方式，所述安装部件设有螺纹或卡扣结构，使得所述LED透镜以螺纹连接或卡扣连接的方式固定至LED灯具。
一种LED灯具，其至少包括LED光源、灯壳、驱动单元和散热器，其特征在于，所述LED灯具还包括如前所述的LED透镜。
附图说明
图1(a)是本实用新型的广角度的LED透镜的立体图；
图1(b)是本实用新型的广角度的LED透镜的立体图；
图2(a)是本实用新型的广角度的LED透镜的透镜本体的剖视图；
图2(b)是本实用新型的广角度的LED透镜的透镜本体的主视图；
图3(a)是本实用新型的广角度的LED透镜的左视图；
图3(b)是本实用新型的广角度的LED透镜的右视图；
图3(c)是本实用新型的广角度的LED透镜的俯视图；
图3(d)是本实用新型的广角度的LED透镜的仰视图；
图4是本实用新型的广角度的LED透镜所建立的坐标图；
图5是本实用新型的广角度的LED透镜的光线的路径图；
图6是本实用新型的广角度的LED透镜的配光曲线极坐标图；和
图7是本实用新型的广角度的LED透镜的光斑图。
附图标记列表
100：LED透镜 101：透镜本体 102：安装部件
103：盆状出光口 104：底部空腔 201：底部平整进光面
202：平整出光顶面 203：周向外表面 204：弧形出光顶面
205：顶部边缘面 206：底部环形面 301：凸起
302：第一表面 303：第二表面
具体实施方式
下面结合附图具体说明本实用新型。
图1(a)和图1(b)示出了一种广角度的LED透镜100，其包括透镜本体101和用于安装LED透镜100的安装部件102。透镜本体101包括多个反射或折射面。多个反射或折射面构成了轴向开设在透镜本体101顶部的盆状出光口103，所述多个反射或折射面同时也限定了用于容纳LED光源的底部空腔104。透镜本体100是由PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PP(聚甲基丙烯酸甲酯)等其它的光学级塑料以及光学级玻璃材质制成的，充分保证良好的照明效果，使光线全部透过透镜。现给出几种常用的光学塑料和玻璃的折射率仅供参考。PMMA的折射率：1.4935；PC的折射率：1.5896；BK7(光学玻璃)的折射率：1.519。安装部件102是具有高导热效率的塑料或者弹性塑料制成的，能够有效防止透镜本体101因长时间受热而发生的起翘变形。并且安装部件102能够有效地和灯具结合固定，避免了因用常规方法将透镜直接安装在灯具上而引起构件松动、安装不牢固等问题。
参见图2(a)，多个折射或反射面包括底部平整进光面201、平整出光顶面202、周向外表面203、弧形出光顶面204、顶部边缘面205和底部环形面206。底部平整进光面201和底部环形面206构成了底部空腔104的内表面，使得LED光源发出的光透过底部平整进光面和底部环形面进入到透镜本体101。底部平整进光面201平行于LED光源的发光面。底部环形面206相对于底部平整进光面呈环形斜面形式。底部环形面的作用除了将极少量的光线折射出来以外，还为了本实用新型在生产过程中能够更好的出模。平整出光顶面202与弧形出光顶面204两者限定了盆状出光口103。平整出光顶面202平行于LED光源的发光面，使得靠近光轴的部分光线从平整出光顶面折射出来，并且平整出光顶面是平面。弧形出光顶面204是从平整出光顶面202向透镜本体101顶部延伸的光滑的自由曲面。弧形出光顶面204通过全反射现象，可以将光线向更大的角度扩散，如图5所示。弧形出光顶面将远离光轴或者角度较大的大部分光线经过的发射或折射，从而扩大LED照明装置的出光角度。周向外表面203构成了透镜本体101的周向外壁。自由曲面的周向外表面203具有两个作用：一是将远离光轴或者角度较大的少部分光线折射出来；二是将从弧形出光顶面反射出来的光线进行折射，从而增大出光角度。顶部边缘面205被形成为与弧形出光面顶面204相邻接的、且沿盆状出光口103的周向边缘环形延伸的平面，使得少量的光线透过顶部边缘面折射出来。
在设计自由曲面的过程中，根据已知的光源，将光源的各个角度进行离散，即本透镜的入射光线；根据我们所需要的出射角度，来确定出射光线，然后通过斯涅尔定律来计算出射光线和入射光线的法线矢量。根据法线矢量来一点一点的确定各个自由曲面的节点。本透镜在设计中使用了100个离散的点，最后将这些离散的点连成光滑的曲线而形成。
在图4的坐标图中，呈自由曲面的弧形出光顶面204包括表1中的离散点。其中，x方向是垂直于纸面向外的。
表1
| x | y | z |
| 0 | 2.5 | 4.3 |
| 0 | 2.530362 | 4.524138 |
| 0 | 2.576502 | 4.748276 |
| 0 | 2.638232 | 4.972414 |
| 0 | 2.715438 | 5.196552 |
| 0 | 2.808075 | 5.42069 |
| 0 | 2.916165 | 5.644828 |
| 0 | 3.039802 | 5.868966 |
| 0 | 3.179149 | 6.093103 |
| 0 | 3.334446 | 6.317241 |
| 0 | 3.506012 | 6.541379 |
| 0 | 3.694257 | 6.765517 |
| 0 | 3.899688 | 6.989655 |
| 0 | 4.122926 | 7.213793 |
| 0 | 4.364723 | 7.437931 |
| 0 | 4.625986 | 7.662069 |
| 0 | 4.907811 | 7.886207 |
| 0 | 5.21152 | 8.110345 |
| 0 | 5.538723 | 8.334483 |
| 0 | 5.891394 | 8.558621 |
| 0 | 6.271986 | 8.782759 |
| 0 | 6.683591 | 9.006897 |
| 0 | 7.130186 | 9.231034 |
| 0 | 7.61702 | 9.455172 |
| 0 | 8.15125 | 9.67931 |
| 0 | 8.743061 | 9.903448 |
| 0 | 9.407849 | 10.12759 |
| 0 | 10.17094 | 10.35172 |
| 0 | 10.75 | 10.5 |
下面列举本实用新型的一个优选实施例。
假定LED光源的发光面为边长为10.5mm的正方形，本实用新型的各个反射或折射面的尺寸大小如下：
底部平整进光面和透镜底部的距离为1.5mm，底部平整进光面是直径为14.8mm的圆形面。平整出光顶面距离透镜底部的距离为4.3mm，平整出光顶面是直径为5mm的圆形面。顶部边缘面距离透镜底部的距离为10.5mm，即本透镜的高度为10.5mm，顶部边缘面是外径为25.6mm的环形平面。
结合图2(a)和图5，底部平整进光面201和底部环形面206构成了LED透镜100的入射面。平整出光顶面202、周向外表面203、弧形出光顶面204和顶部边缘面205构成了LED透镜100的出光面。平整出光顶面、周向外表面、弧形出光顶面和顶部边缘面将来自底部平整进光面和底部环形面的光线全部进行反射或者折射，改变光线的传播路径，从而大大增大了LED照明装置的出光角。
根据一个优选实施方式，在俯视图中，平整出光顶面202的面积明显小于底部平整进光面201。平整出光顶面202和底部平整进光面201保持相互匹配的圆形、椭圆形或多边形。
根据一个优选实施方式，底部环形面206与光轴的夹角大于1°。
参见图2(b)，在周向外表面203上形成有用于固定安装部件102的凸起301。凸起301包括两个彼此相互垂直的表面：第一表面302和第二表面303。第一表面302平行于光轴。第二表面303垂直于光轴。安装部件102固定至第一表面302。第二表面303所在平面的高度至少高于底部平整进光面201所在平面的高度，使得安装部件102以不影响LED光源出光的方式固定至凸起301。
根据一个优选实施方式，盆状出光口103呈开口朝向LED透镜100顶部的喇叭状。
根据一个优选实施方式，安装部件102设有螺纹或卡扣结构，使得LED透镜100以螺纹连接或卡扣连接的方式固定至LED灯具。
如图6所示，本实用新型至少能获得260°以上的出光角。并且在保证大出光角的前提下，本实用新型出光均匀，光斑中心没有暗区，如图7所示。
一种LED灯具，其至少包括LED光源、灯壳、驱动单元和散热器。LED灯具还包括如前所述的LED透镜100。
本实用新型至少具有以下优点：
1、体积小、制作简单、成本低。
2、本实用新型通过多个折射或反射斜面之间的配合，可以获得至少260°以上的出光角度。
3、本实用新型通用性强，可以使用单颗或多颗LED光源的大出光角度。
4、本实用新型可以应用在不同的LED照明装置上，不仅仅是球泡灯或蜡烛灯等，体积较小的LED模组也同样适用。
5、本实用新型不仅可以获得大的出光角度，并且其出光十分均匀，在光斑中心无暗区，能提供一个良好的照明效果。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本实用新型的目的，并非用于限制本实用新型。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种广角度的LED透镜(100)，其特征在于，其包括透镜本体(101)和用于安装所述LED透镜(100)的安装部件(102)，其中，
所述透镜本体(101)包括多个反射或折射面，并且所述多个反射或折射面构成了轴向开设在所述透镜本体(101)顶部的盆状出光口(103)，所述多个反射或折射面同时也限定了用于容纳LED光源的底部空腔(104)。
2.如权利要求1所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，所述多个折射或反射面包括底部平整进光面(201)、平整出光顶面(202)、周向外表面(203)、弧形出光顶面(204)、顶部边缘面(205)和底部环形面(206)，其中，
所述底部平整进光面(201)和所述底部环形面(206)构成了所述底部空腔(104)的内表面，并且所述底部平整进光面(201)平行于所述LED光源的发光面，所述底部环形面(206)相对于所述底部平整进光面呈环形斜面形式，
所述平整出光顶面(202)与所述弧形出光顶面(204)两者限定了所述盆状出光口(103)，并且所述平整出光顶面(202)平行于所述LED光源的发光面，所述弧形出光顶面(204)是从所述平整出光顶面(202)向所述透镜本体(101)顶部延伸的自由曲面，
所述周向外表面(203)构成了所述透镜本体(101)的周向外壁，
所述顶部边缘面(205)被形成为与所述弧形出光顶面(204)相邻接的、且沿所述盆状出光口(103)的周向边缘环形延伸的平面。
3.如权利要求2所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，所述底部平整进光面(201)和所述底部环形面(206)构成了所述LED透镜(100)的入射面，并且所述平整出光顶面(202)、所述周向外表面(203)、所述弧形出光顶面(204)和所述顶部边缘面(205)构成了所述LED透镜(100)的出光面。
4.如权利要求3所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，在俯视图中，所述平整出光顶面(202)的面积明显小于所述底部平整进光面(201)，并且所述平整出光顶面(202)和所述底部平整进光面(201)保持相互匹配的圆形、椭圆形或多边形。
5.如权利要求4所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，所述底部环形面(206)与光轴的夹角大于1°。
6.如权利要求5所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，在所述周向外表面(203)上形成有用于固定所述安装部件(102)的凸起(301)，所述凸起(301)包括两个彼此相互垂直的表面：第一表面(302)和第二表面(303)，其中，
所述第一表面(302)平行于光轴，
所述第二表面(303)垂直于光轴。
7.如权利要求6所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，
所述安装部件(102)固定至所述第一表面(302)，
所述第二表面(303)所在平面的高度至少高于所述底部平整进光面(201)所在平面的高度，使得安装部件(102)以不影响所述LED光源出光的方式固定至所述凸起(301)。
8.如权利要求1至7之一所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，所述盆状出光口(103)呈开口朝向所述LED透镜(100)顶部的喇叭状。
9.如权利要求1至7之一所述的广角度的LED透镜(100)，其特征在于，所述安装部件(102)设有螺纹或卡扣结构，使得所述LED透镜(100)以螺纹连接或卡扣连接的方式固定至LED灯具。
10.一种LED灯具，其至少包括LED光源、灯壳、驱动单元和散热器，其特征在于，所述LED灯具还包括如权利要求1至7之一所述的LED透镜(100)。
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