CN102748707B - 一种泛光全反射透镜及使用该透镜的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泛光全反射透镜，该全反射透镜为旋转母线为折线的回转体，该回转体的旋转母线为四条线段依次相接形成的折线，全反射透镜的入光面设有光源安装孔，出光面中心设有顶点落在全反射透镜对称轴上的圆锥形凹面；光源安装孔包括圆柱形盲孔、以及由圆柱形盲孔向内延伸形成的圆锥形凹孔；圆柱形盲孔的对称轴与全反射透镜的对称轴重合，圆锥形凹孔的顶点落在全反射透镜的对称轴上。本发明的泛光全反射透镜的旋转母线采用了折线，使得该全反射透镜在满足发光角要求和实现泛光照明的同时体积可以做到尽可能的小；其出光面的圆锥形凹面和底部的圆锥形凹孔能够扩大光源近光轴部分的光线角度，极大提高了灯具在发光角内的照度均匀度。

Description

一种泛光全反射透镜及使用该透镜的LED灯具

技术领域

本发明涉及透镜技术领域，更具体地说，涉及一种泛光全反射透镜及使用该透镜的LED灯具。

背景技术

对LED灯一般采用反光杯配光，但是这种方式对光型的处理不是很理想，尤其是沿着LED光轴方向的光强较大，但通过反射器进行配光又总会出现近光轴部分的光强偏高。此外，也有采用凸透镜对LED进行聚光的，但这种方式对LED光通量的利用率较低，表现在LED发光角较大的光线无法被利用，最终导致灯具的光效利用率低。目前还有一类泛光透镜，是在LED聚光全反射透镜(如图1所示)的基础上，在其出光面(图1中的100)上加工出密布的小凸点或采用磨砂处理来实现泛光的效果，这些处理方式达到的泛光效果都不够均匀，而且泛光角度小，对光的利用率低。

此外，现有透镜的旋转母线一般为直线或者抛物线，依次满足配光要求的透镜尺寸都比较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种泛光全反射透镜及使用该全反射透镜的LED灯具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种泛光全反射透镜，该全反射透镜旋转母线为折线的回转体，所述回转体的旋转母线为四条线段依次相接形成的折线，所述全反射透镜的入光面设有光源安装孔，所述全反射透镜的出光面中心设有顶点落在所述全反射透镜对称轴上的圆锥形凹面；

所述光源安装孔包括圆柱形盲孔、以及由所述圆柱形盲孔向内延伸形成的圆锥形凹孔；所述圆柱形盲孔的对称轴与所述全反射透镜的对称轴重合，所述圆锥形凹孔的顶点落在所述全反射透镜的对称轴上。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述四条线段依次为第一线段、第二线段、第三线段和第四线段，以所述全反射透镜的入光面中心为原点，其对称轴为X轴，与X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，所述全反射透镜的入光面直径为d，则：

所述第一线段以Y轴上距原点d/2处为起点，与X轴呈36.5°夹角，与Y轴呈10°夹角；

所述第二线段以所述第一线段的终点为起点，与X轴呈26.5°夹角，与Y轴呈20°夹角；

所述第三线段以所述第二线段的终点为起点，与X轴呈16.5°夹角，与Y轴呈30°夹角；

所述第四线段以所述第三线段的终点为起点，与X轴呈6.5°夹角，与Y轴呈40°夹角。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述圆锥形凹面的母线与所述全反射透镜对称轴的夹角为θ，所述圆锥形凹面顶点到所述全反射透镜入光面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ＝90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α＝15°，η＝1.9～2.0，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述圆锥形凹槽的母线与所述全反射透镜的夹角为θ，所述圆柱形盲孔的深度为

则θ与满足以下公式：

$\mathrm{\θ}=90-\mathrm{\α}(\mathrm{\η}-l)/(2n-2)$

式中，α＝15°，η＝1.9～2.0，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述全反射透镜由透明材料注塑成型，所述透明材料包括光学玻璃或光学塑料。

本发明所述的泛光全反射透镜，其中，所述透明材料的折射率大于1.45。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案为：构造一种LED灯具，包括LED，该灯具还包括上述所述的泛光全反射透镜。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED的发光角为110-130°。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED的外径小于或等于5mm。

本发明所述的LED灯具，其中，所述LED的光轴与所述全反射透镜的对称轴重合。

实施本发明的泛光全反射透镜，具有以下有益效果：本发明的泛光全反射透镜的旋转母线采用了折线，使得该全反射透镜在满足发光角要求和实现泛光照明的同时体积可以做到尽可能的小；其出光面的圆锥形凹面和底部的圆锥形凹孔能够扩大光源近光轴部分的光线角度，极大提高了灯具在发光角内的照度均匀度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中泛光透镜的的结构示意图；

图2是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的结构示意图；

图3是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的主视图；

图4是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例中主视图中的A-A视图；

图5是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的结构参数图；

图6是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的光路图；

图7是本发明一种泛光全反射透镜优选实施例的配光曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明。

如图2所示，同时参见图3和图4。在本发明的优选实施例中，该全反射透镜为旋转母线为折线的回转体，其中，回转体的旋转母线由四条线段依次相接形成，其底部设有光源安装孔，其出光面中心设有顶点落在全反射透镜对称轴上的圆锥形凹面3。上述光源安装孔包括位于全反射透镜入光面中心的圆柱形盲孔1、和与圆柱形盲孔1相接的圆锥形凹孔2，其中圆柱形盲孔1用于安装光源。该圆柱形盲孔1的对称轴与全反射透镜的对称轴重合，圆锥形凹孔2的顶点落在全反射透镜的对称轴上，且可以理解的，圆柱形盲孔1的直径与圆锥形凹孔2的入光面半径相等。

圆锥形凹孔2和圆锥形凹面3能够发散光源近光轴部分的光线，使得该部分的光线不至于太集中从而使灯具在一定的照度范围内发光更加均匀。而全反射透镜的旋转母线采用了折线使得全反射透镜在满足发光角和泛光照明要求的前提下体积可以做到尽可能的小。值得注意的是，圆柱形盲孔1的直径应该根据光源的尺寸来确定，通常需要让圆柱形盲孔1的直径大于光源***部分的外径，其深度大于光源***部分的长度以获得好的照射效果。

进一步地，如图5所示，全反射透镜的旋转母线折线由四条线段依次相接形成，四条线段依次为第一线段101、第二线段102、第三线段103和第四线段104，以全反射透镜的入光面中心为原点，其对称轴为X轴，与X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，且定义全反射透镜的入光面直径为d，则：

第一线段101以Y轴上距原点d/2处为起点，与X轴呈36.5°夹角，与Y轴呈10°夹角；

第二线段102以第一线段101的终点为起点，与X轴呈26.5°夹角，与Y轴呈20°夹角；

第三线段103以第二线段102的终点为起点，与X轴呈16.5°夹角，与Y轴呈30°夹角；

第四线段104以第三线段103的终点为起点，与X轴呈6.5°夹角，与Y轴呈40°夹角。

四条线段的参数不仅决定了该全反射透镜的深度h和出光面直径D，还在一定程度上决定了该全反射透镜的发光角。在本发明的优选实施例中，满足上述参数的全反射透镜的发光角为80°。

进一步地，圆锥形凹面3的母线与全反射透镜对称轴的夹角为θ，其顶点到全反射透镜入光面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ＝90-α(η-L)/(2n-2)

式中，α＝15°，η＝1.9～2.0，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

在上述公式中，L通常略小于全反射透镜的深度h，一般取L＝0.6-0.8h。

又，圆锥形凹槽2的母线与全反射透镜的夹角为θ，圆柱形盲孔1的深度为

则θ与

满足以下公式：

$\mathrm{\θ}=90-\mathrm{\α}(\mathrm{\η}-l)/(2n-2)$

式中，α＝15°，η＝1.9～2.0，且η＞n，n为全反射透镜的折射率。

上述公式是根据灯具要求的发光角逆向推导而来，两个θ的值可以相同也可以不同，目的是尽可能让圆锥形凹槽2和圆锥形凹面3在发散光线的同时，能够将光尽量反射在灯具规定的发光角内以提高全反射透镜的光效利用率。

现结合全反射透镜的具体参数对本发明作进一步说明：

假设全反射透镜采用PC材料作为透镜材料，PC材料的折射率为1.59，旋转母线折线满足上述参数，光源***圆柱形盲孔1的外径小于3mm，其他具体结构参数如下表所示：

满足上述结构参数的全反射透镜的光路图如图6所示，光源中间部分的光线经过全反射透镜的折射而扩大了角度，其他部分的光线经过全反射后出射。光线朝全反射透镜对称轴一侧方向出射的光，其出射方向朝对称轴的另一侧方向，即光线呈交叉方式出射。配光曲线图如图7所示。从配光曲线图中可以看出，灯具发光角为80°，且在该发光角内照度十分均匀。

优选地，上述全反射透镜由透明材料注塑成型，透明材料包括光学玻璃或光学塑料，且透明材料的折射率大于1.45。此外，为了提高全反射透镜的反射率还可以再全反射透镜的侧面镀上增反膜。

在本发明的另一具体实施例中，一种LED灯具包括上述泛光全反射透镜和设于该泛光全反射透镜光源安装孔内的LED，该LED的发光角为110°，也可以是120°或130°。值得注意的是，为了保证泛光全反射透镜的使用效果，LED的外径最好不要超过5mm，该实施例中为4mm，根据需要，也可以是3mm。进一步地，在放置LED时，应保证LED的光轴与全反射透镜的光轴(即对称轴)重合，且应该让LED灯的发光芯片落在全反射透镜的入光面上。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵差范围。

Claims (9)

1.一种泛光全反射透镜，其特征在于，该全反射透镜为旋转母线为折线的回转体，该回转体的旋转母线为四条线段依次相接形成的折线，所述全反射透镜的入光面设有光源安装孔，所述全反射透镜的出光面中心设有顶点落在所述全反射透镜对称轴上的圆锥形凹面（3）；

所述光源安装孔包括圆柱形盲孔（1）、以及由所述圆柱形盲孔（1）向内延伸形成的圆锥形凹孔（2）；所述圆柱形盲孔（1）的对称轴与所述全反射透镜的对称轴重合，所述圆锥形凹孔（2）的顶点落在所述全反射透镜的对称轴上；

所述圆锥形凹面（3）的母线与所述全反射透镜对称轴的夹角为θ，所述圆锥形凹面的顶点到所述全反射透镜入光面的垂直距离为L，则θ与L满足以下公式：

θ=90°-α(η-L)/(2n-2)

式中，α=15°，η=1.9～2.0,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

2.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述四条线段分别为第一线段（101）、第二线段（102）、第三线段（103）和第四线段（104），以所述全反射透镜的入光面中心为原点，所述全反射透镜的对称轴为X轴，与X轴垂直并过原点的直线为Y轴建立直角坐标系，所述全反射透镜的入光面直径为d，则：

所述第一线段（101）以Y轴上距原点d/2处为起点，与X轴呈36.5°夹角，与Y轴呈10°夹角；

所述第二线段（102）以所述第一线段（101）的终点为起点，与X轴呈26.5°夹角，与Y轴呈20°夹角；

所述第三线段（103）以所述第二线段（102）的终点为起点，与X轴呈16.5°夹角，与Y轴呈30°夹角；

所述第四线段（104）以所述第三线段（103）的终点为起点，与X轴呈6.5°夹角，与Y轴呈40°夹角。

3.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述圆锥形凹槽（2）的母线与所述全反射透镜对称轴的夹角为θ’，所述圆柱形盲孔（1）的深度为l，则θ’与l满足以下公式：

θ’=90°-α(η-l)/(2n-2)

式中，α=15°，η=1.9～2.0,且η>n,n为全反射透镜的折射率。

4.根据权利要求1所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述全反射透镜由透明材料注塑成型，所述透明材料包括光学玻璃或光学塑料。

5.根据权利要求4所述的泛光全反射透镜，其特征在于，所述透明材料的折射率大于1.45。

6.一种LED灯具，包括LED，其特征在于，该灯具还包括权利要求1至5任一所述的泛光全反射透镜。

7.根据权利要求6所述的LED灯具，其特征在于，所述LED的发光角为110-130°。

8.根据权利要求6或7所述的LED灯具，其特征在于，所述LED的外径小于或等于5mm。

9.根据权利要求8所述的LED灯具，其特征在于，所述LED的光轴与所述全反射透镜的对称轴重合。

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