CN101900293B - 聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具,该聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜,直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔,光源容置腔底面向外凸出形成第一球面;聚光透镜直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面;聚光透镜的侧壁为全反射面,该圆台型透镜的母线为折线,母线由多段线段依次连接形成,多段线段与透镜光轴所成角度为至其中,n为聚光透镜折射率。本发明对LED光源任意角度的光线进行聚光,充分利用LED光源光线,并使聚光透镜出射光线发光角小于5度,极大提高了聚光效果。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种透镜,尤其涉及一种适用于LED光源的聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具。
【背景技术】
随着制造科技和半导体技术的发展,LED光源以其耗电少、亮度强日益成为传统光源的替代品。
但是,LED光源受本身特性所限,辐射角度很大,容易扩散。在使用LED光源时需要对其进行聚光。
目前,对LED光源的聚光方式一般采用抛物面的反光杯,但是这种方式要实现发光角非常小(如发光角小于5度)需要将反光杯尺寸做得比较大,否则LED光源发光角较小的光线无法被利用,导致LED光源最终的发光角较大,同时浪费大量的制造材料。也有采用凸透镜对LED光源进行聚光的,但这种方式LED发光角较大的光线无法被利用,对LED光源光通量的利用率比较低,最终导致灯具的光效利用率太低。
【发明内容】
有鉴于此,有必要提供一种充分利用LED光源光线,发光角小于5度的聚光透镜以及聚光透镜组。
一种聚光透镜,所述聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜,直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔,所述光源容置腔底面向外凸出形成第一球面;所述聚光透镜直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面;所述聚光透镜的侧壁为全反射面,所述圆台型透镜的母线为折线,所述母线由多段线段依次连接形成,所述多段线段与透镜光轴所成角度为至其中,n为聚光透镜折射率。
优选的,所述第一球面半径为R1,所述第二球面半径为R2,R1和R2满足:
1/R1-1/R2=1/[2(n-1)L],
其中,L为第一球面的球面顶点到LED光源中心的距离。
优选的,所述折射率n为1.59,所述第一球面的球面顶点到LED光源中心的距离L为4mm,第一球面半径R1为10mm,所述第二球面半径R2为9mm。
优选的,所述母线由八段线段依次连接形成,由所述聚光透镜的第一端面至所述聚光透镜的第二端面分别为:第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段、第七线段以及第八线段。
优选的,
第一线段,与透镜光轴所成角度满足:
第二线段,与透镜光轴所成角度满足:
第三线段,与透镜光轴所成角度满足:
第四线段,与透镜光轴所成角度满足:
第五线段,与透镜光轴所成角度满足:
第六线段,与透镜光轴所成角度满足:
第七线段,与透镜光轴所成角度满足:
第八线段,与透镜光轴所成角度满足:
优选的,所述第一线段与透镜光轴所成角度为43.43°;
所述第二线段与透镜光轴所成角度为41.86°;
所述第三线段与透镜光轴所成角度为40.32°;
所述第四线段与透镜光轴所成角度为38.79°;
所述第五线段与透镜光轴所成角度为37.29°;
所述第六线段与透镜光轴所成角度为35.84°;
所述第七线段与透镜光轴所成角度为34.43°;
所述第八线段与透镜光轴所成角度为33.08°。
优选的,所述光源容置腔的侧面为圆柱面。
优选的,所述光源容置腔直径为8mm。
优选的,所述聚光透镜的材质为聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
一种包括上述所述聚光透镜的灯具。
上述聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具,第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔,光源容置腔底面向外凸出形成第一球面,第二端面中部向外凸出形成第二球面,侧壁为全反射面,该圆台型透镜的母线为折线,母线由多段线段依次连接形成,多段线段与透镜光轴所成角度为至从而实现对LED光源任意角度的光线进行聚光,有效充分的利用LED光源光线,并使聚光透镜出射光线发光角小于5度,极大的提高了聚光效果。
【附图说明】
图1是一个实施例中聚光透镜结构剖面图;
图2是一个实施例中聚光透镜结构俯视图;
图3是一个实施例中聚光透镜结构侧视图;
图4是一个实施例中聚光透镜原理图;
图5是一个实施例中聚光透镜出射光线配光曲线示意图;
图6是一个实施例中灯具结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述。
该聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜,直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一个用于适配容置LED光源的光源容置腔,光源容置腔底面向外凸出形成第一球面,直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面。聚光透镜的侧壁为全反射面,圆台型透镜的母线为折线,母线由多段线段依次连接形成,该圆台型透镜的母线绕透镜光轴旋转360度形成聚光透镜的侧壁;多段线段与透镜光轴所成角度为至其中,n为聚光透镜折射率,Arcsin(x)表示x的反正弦函数,其定义域为[-1,1],函数值域为[-90°,90°]。
图1是一个实施例中聚光透镜结构剖面图。图2是一个实施例中聚光透镜结构俯视图。图3是一个实施例中聚光透镜结构侧视图。结合图1和图3,该聚光透镜为圆台型透镜,包括第一端面100、第二端面200以及连接第一端面100和第二端面200的侧壁300。
第一端面100中部向内凹陷形成光源容置腔110,光源容置腔110底面向外凸出形成第一球面120,光源容置腔110的侧面111为圆柱面。LED光源光线经侧面111和第一球面120入射进聚光透镜。该实施例中,光源容置腔110直径为D,大小根据LED光源的具体尺寸确定。放置LED光源时,LED光源中心与聚光透镜的透镜光轴400重合。
第二端面200为出射面,其中部向外凸出形成第二球面210。
该实施例中,第一球面120与第二球面210相对设置,在聚光透镜中部形成双凸透镜,分别对入射的光线进行折射。第一球面120半径为R1,第二球面210半径为R2。设第一球面120的球面顶点(即第一球面120与透镜光轴400的交点)到LED光源中心的距离为L,聚光透镜的折射率为n,则R1、R2满足以下公式:
1/R1-1/R2=1/[2(n-1)L]
侧壁300为全反射面,对LED光源入射的光线进行全反射,使得光线经全反射后与透镜光轴400接***行出射。侧壁300由母线310绕透镜光轴400旋转360度形成。圆台型聚光透镜的母线310为折线,由依次连接的多段线段组成。该实施例中,母线310由依次连接的八段线段组成,由第一端面100至第二端面200分别为:
第一线段311,与透镜光轴400所成角度满足:
第二线段312,与透镜光轴400所成角度满足:
第三线段313,与透镜光轴400所成角度满足:
第四线段314,与透镜光轴400所成角度满足:
第五线段315,与透镜光轴400所成角度满足:
第六线段316,与透镜光轴400所成角度满足:
第七线段317,与透镜光轴400所成角度满足:
第八线段318,与透镜光轴400所成角度满足:
在优选实施方式中,该聚光透镜折射率n=1.59,第一球面120的球面顶点到LED光源中心的距离L=4mm,半径R1=10mm,第二球面210半径R2=9mm,光源容置腔110的直径D=8mm,则:
第一线段311与透镜光轴400所成角度为43.43°;
第二线段312与透镜光轴400所成角度为41.86°;
第三线段313与透镜光轴400所成角度为40.32°;
第四线段314与透镜光轴400所成角度为38.79°;
第五线段315与透镜光轴400所成角度为37.29°;
第六线段316与透镜光轴400所成角度为35.84°;
第七线段317与透镜光轴400所成角度为34.43°;
第八线段318与透镜光轴400所成角度为33.08°。
图4是一个实施例中聚光透镜原理图。图5是一个实施例中聚光透镜出射光线配光曲线示意图。结合图1至图5,LED光源设置在光源容置腔110中。LED光源发出的角度较小的光线,经过第一球面120和第二球面210的折射后,出射光线与透镜光轴400接***行。LED光源发出角度较大的光线,经侧面111的折射到达侧壁300,侧壁300对光线进行全发射,经全发射的光线与透镜光轴400接***行,最后由第二端面200的第二球面210中间以外部分出射。经测定,该聚光透镜出射光线发光角小于5度,聚光效果良好。同时,第二端面200第二球面210以外部分为平面,有效的降低了光衰。
该实施例中,该聚光透镜采用透明材料,便于注塑成型,优选采用聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质。
此外,本发明还提供一种灯具,该灯具包括上述所述聚光透镜,根据需要可以包括两个以上同一水平分布规则设置的上述聚光透镜。如图6所示,该灯具包括5个上述的聚光透镜,5个聚光透镜呈同一水平分布规则设置,且每个聚光透镜对应一个LED光源。经测定,该灯具出射光线配光曲线与单个聚光透镜出射光线配光曲线一致,聚光效果良好,同时该灯具光通量得到极大提高,光照度得到极大提升。
上述聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具,第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔,光源容置腔底面向外凸出形成第一球面,第二端面中部向外凸出形成第二球面,侧壁为全反射面,圆台型透镜的母线为折线,母线由多段线段依次连接形成,多段线段与透镜光轴所成角度为至从而实现对LED光源任意角度的光线进行聚光,有效充分的利用LED光源光线,并使聚光透镜出射光线发光角小于5度,极大的提高了聚光效果。
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 (4)
1.一种聚光透镜,其特征在于,所述聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜,直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔,所述光源容置腔底面向外凸出形成第一球面;所述聚光透镜直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面;所述聚光透镜的侧壁为全反射面,所述圆台型透镜的母线为折线,所述母线由多段线段依次连接形成,所述多段线段与透镜光轴所成角度为至其中,n为聚光透镜折射率;
所述第一球面与第二球面相对设置,在所述聚光透镜中部形成双凸透镜;
所述母线由八段线段依次连接形成,由所述聚光透镜的第一端面至所述聚光透镜的第二端面依次分别为:第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段、第七线段以及第八线段;
所述折射率n为1.59,所述第一球面的球面顶点到LED光源中心的距离L为4mm,第一球面半径R1为10mm,所述第二球面半径R2为9mm;
第一线段,与透镜光轴所成角度满足:
第二线段,与透镜光轴所成角度满足:
第三线段,与透镜光轴所成角度满足:
第四线段,与透镜光轴所成角度满足:
第五线段,与透镜光轴所成角度满足:
第六线段,与透镜光轴所成角度满足:
第七线段,与透镜光轴所成角度满足:
第八线段,与透镜光轴所成角度满足:
所述光源容置腔直径为8mm。
2.根据权利要求1所述的聚光透镜,其特征在于,所述光源容置腔的侧面为圆柱面。
3.根据权利要求1所述的聚光透镜,其特征在于,所述聚光透镜的材质为聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
4.一种包括如权利要求1至3任一项所述聚光透镜的灯具。
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