CN108087841B - 一种导光中空透镜以及led灯珠 - Google Patents

一种导光中空透镜以及led灯珠 Download PDF

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Abstract

一种导光中空透镜以及LED灯珠，其中导光中空透镜包括透镜主体以及分别位于透镜主体内侧和外侧的入射面和出射面，所述透镜主体为回转体，入射面为开口向下的回转抛物面，出射面为回转球形面，回转体、回转抛物面和回转球形面具有相同的回转轴；位于入射面正上方的透镜主体还设有反射面，该反射面为开口向上的回转锥形面，回转锥形面与回转抛物面具有相同的回转轴；所述LED灯珠包括LED光源以及上述结构的导光中空透镜，所述LED光源位于导光中空透镜中入射面的焦点上。本发明使得光源射出的光束具有更大的发光角度，使灯具形成更大的照明光圈；它能够对光源的光束进行折射偏转、反射以及散射功能，显著提高了LED灯具的视觉照明效果。

Description

一种导光中空透镜以及LED灯珠
技术领域
本发明涉及照明领域，尤其一种导光中空透镜以及LED灯珠。
背景技术
近年来，随着污染以及能源问题的日益突出，更加节能环保的LED灯得到的大规推广应用；LED灯一般包括发光二极管以及发光二极管上方的灯罩，目前直接自发光二极管出射的光线往往不能很好地满足照明需求，一般采用在发光二极管上加装透镜的方式来对其输出光型进行调整。
在实际应用中，为了提高光照视觉效果，LED光源外还需要安装具有光线调节效果的透镜，目前常用的透镜一般为散光型透镜，其典型结构为中国专利ZL201710327387.5公开的一种插件LED灯珠透镜以及透镜组，它记载了“单颗透镜(2)，为空心半椭实体，外部由光滑样条曲面构成透镜出射面(7)，内部由光滑半球形曲面构成透镜入射面(9)；单颗透镜(2)内部为灯珠容置腔(8)”的技术方案，其光路图如其公开文本记载的图5和图6所示，它将来自于发光二极管的点状光束经透镜调节为发散状光束，然而这种经过这种透镜调节的LED灯具因光束偏转较小，亮度集中，视觉效果较差，尤其光照过于集中在灯具下方，照明效果差；因此，提高透镜对光束的偏转性，使LED具有更大的照明光圈，对提高LED灯具的视觉照明效果具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种导光中空透镜以及LED灯珠，它具有结构紧凑，光照均匀和光束扩散好的优点。
本发明是这样来实现的，一种导光中空透镜，它包括透镜主体以及分别位于透镜主体内侧和外侧的入射面和出射面，其特征在于，所述透镜主体为回转体，入射面为开口向下的回转抛物面，出射面为回转外凸弧形面，回转体、回转抛物面和回转外凸弧形面具有相同的回转轴。
位于入射面正上方的透镜主体还设有反射面，该反射面为开口向上的回转锥形面，回转锥形面与回转抛物面具有相同的回转轴。
出射面和反射面顶部之间的连接面为散射面。
可选地，透镜主体由硅胶、玻璃或透明PC材料制成。
本发明还记载了一种LED灯珠，它包括LED光源，其特征在于，它还包括上述结构的导光中空透镜，所述LED光源位于导光中空透镜中入射面的焦点上。
所述LED光源与导光中空透镜固定在一起不可拆卸。
该LED光源包括发光二极管以及驱动电路板，发光二极管的上方还设有与驱动电路板卡接配合的防护罩。
驱动电路板的下表面还连接有固定贴片，固定贴片和透镜主体的外缘之间连接有密封胶圈。
可选地，防护罩的下部设有卡位环，驱动电路板上具有与该卡位环配合的定位槽。
本发明的有益效果为：本发明是一种结构规则的异形中空透镜，一方面能够利用导光中空透镜的外形结构对光源功能件起到很好的防护作用，另一方面，光源的光束经中空透镜的偏转，LED光源射出的光束具有更大的发光角度，使灯具形成更大的照明光圈；通过对中空透镜的结构优化设计，它能够对光源的光束进行折射偏转、反射以及散射功能，将光线集中到更大的偏转角，角度更大的光圈提高灯具照射的均匀性和一致性，显著提高了LED灯具的视觉照明效果。
附图说明
图1为本发明导光中空透镜一个实施例的结构透视图。
图2为图1所示实施例的光路示意图。
图3为本发明LED灯珠的结构透视图。
图4为图3中A-A处的结构剖面图。
图5为图3所示实施例的结构装配图。
图6为图3所示实施例的结构***图。
图7为本发明驱动电路板与固定贴片的连接结构示意图。
图8为本发明LED灯珠经中空透镜光束射出分布示意图。
图9为图8所示实施例LED灯珠光照分布示意图。
图10为本发明LED灯珠另外一个实施例的结构剖面图。
具体实施方式
本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本发明的原理和精神即可。
另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明是这样实现的，所述导光中空透镜包括透镜主体1(能够理解，所述导光中空透镜和透镜主体1可互换指代)，其具有分别位于透镜主体1内侧和外侧的入射面101和出射面102，其结构特点是，所述透镜主体1为回转体，入射面101为开口向下的回转抛物面，出射面102为回转外凸弧形面(例如，回转球形面)，回转体、回转抛物面和回转外凸弧形面具有相同的回转轴；本发明是一种结构规则的异形中空透镜，一方面能够利用导光中空透镜的外形结构对光源功能件起到很好的防护作用，另一方面，光源的光束如图2部分所示，光束首先经过入射面101进入到透镜主体1内，而后从出射面102射出，经过透镜主体1的折射，光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角，可使得来自于光源的发射状光束发生折射偏转，这样从出射面102发出的光束相对于传统光源射出光束具有更大的发光角度，形成更大的照明光圈；与此同时，根据光学原理，当透镜主体1内的光线入射角超过临界角时，就会发生全反射，部分光线经过入射面101返回到回转抛物面之间的空间中，被反射后与光源发出的光线一起经入射面101再次进入到透镜主体1，直至光线经出射面102射出，如图8所示。在具体实施时，为了提高出射面102处光圈照明强度，于入射面101正上方的透镜主体1还设有反射面103，该反射面103为开口向上的回转锥形面，回转锥形面与回转抛物面具有相同的回转轴；根据不同的临界角设置回转锥形面的夹角，使得射向反射面103的光线入射角均大于临界角，这就使得靠近回转轴并射向反射面103光线发生全反射，如图2所示，被反射的光线经过多次偏转最终从出射面102射出，这样就使得从光源发出的光线被集中到出射面102所在的光圈处，提高光照强度，满足了实际照明需要。
当然，为了更好地提高光照的视觉效果，所述出射面102和反射面103顶部之间的连接面为散射面104，该散射面104的纵向截面为倒立的等腰梯形结构，经过该散射面104折射而出的光线为稀疏的发散状光束，使得从出射面102至向反射面103之间能够发出可视连续的过渡光束，保持照明的均匀性，如图9所示；与此同时，为了提高散射效果，所述散射面104可采用磨砂面。
在具体实施时，所述透镜主体1可由硅胶、玻璃、透明PC等各种透明材料制成；根据不同材料对光线的折射、反射不同合理设计入射面101、出射面102、反射面103以及散射面104，以硅胶为例，其折射率约为1.4-1.5之间，可以计算出其临界角度约为40度左右，当入射光线与法线的角度大于该角度时，就会发生全反射，从而根据几何特征计算出反射面103的锥度小于100度(优选地，小于80度)，从而使中间方向的光线被全反射到。而入射面101、出射面102和散射面104根据透镜的规格、光圈大小进行设计，如图8所示，只要满足光束偏转折射的需要即可，在实际设计中，因透镜对光束的折射，可实现150-180度的发光角度，实现大角度、大光圈照明。
可选地，入射面101可与LED光源2的发光面曲率一致，使光线入射到入射面101时不产生改变方向的折射。
可选地，出射面101可采用不同于回转球面的样条曲线回转面、或其它任意适用曲面。如图3-图9所示，本发明还公开了一种LED灯珠，它包括LED光源2，其结构特点是，它还包括上述结构的导光中空透镜，所述LED光源2位于导光中空透镜中入射面101的焦点上；所述LED光源2与导光中空透镜1例如通过胶黏固定在一起不可拆卸。
在具体实施时，该LED光源2包括发光二极管201以及驱动电路板202，发光二极管201的上方还设有与驱动电路板202卡接配合的防护罩203，所述发光二极管201处于入射面101的焦点位置，所述驱动电路板202靠近发光二极管201的一面为反光层，这样从发光二极管20发出的光线进入到导光中空透镜中，大部分光线经导光中空透镜的出射面102和散射面104射出，而部分光线经过反射面103后返回入射面10与光源之间的空间，被再次反射后重新进入到导光中空透镜，如图8所示，直至从出射面102和散射面104射出，提高出光率。
当然，为了提高装配的可靠性，简化结构，提高灯珠的扁平化，还对其细节结构进行了优化设计，在具体实施时，驱动电路板202的下表面还连接有固定贴片3，固定贴片3和透镜主体1的外缘之间连接有密封胶圈4；其装配过程如图5-7所示，先将LED光源2通过驱动电路板202贴合在固定贴片3上，然后将导光中空透镜按照上述结构连接在LED光源2上，最后在固定贴片3和透镜主体1的外缘贴合一圈密封胶圈4；而为了减少灯珠的厚度，防护罩203的下部设有卡位环2031，驱动电路板202上具有与该卡位环2031配合的定位槽2021。
当然本发明的实施结构并不局限于上述结构，在具体实施时，还可采用如图10所示结构，此时，一方面简化了结构，省去了散射面104，出射面102采用中心角更大的弧形面。
另一方面，还可省去防护罩203，发光二极管201的晶片结合荧光粉胶形成上凸形状，被支架包围，与支架整体形成阶梯状，透镜主体1的下底面形成与之配合的阶梯结构，在装配时，晶片结合荧光粉胶向上伸入到入射面101所在空间中，并与入射面101接触定位，使LED光源2保持较好的结构稳定性，还避免了直接粘接结构强度差、增加产品整体厚度的问题。
具体地，所述入射面101的下部位置连同透镜主体1的下底面可呈倒阶梯形(形成回转面)，用于向上嵌入LED光源2(晶片结合荧光粉胶，LED光源2可为扁平上凸的圆柱或立方体造型、或半球形等任意形状)，这样，更有利于LED光源2的定位，减小了产品的整体厚度，并且，在加工过程中，粘合剂也不易于泄漏到LED光源2的发光部分。
相应地，驱动电路板(支架)202本身可为实心平整的片状、中空片状、中间下凹的片状、中间上凸的片状等任意可适用的形状，其与LED光源2的结合方式也可为任意适用方式。
最后，本领域的技术人员能够理解，对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种导光中空透镜(1)，其内侧面和外侧面分别具有入射面(101)和出射面(102)，其特征在于，
所述导光中空透镜(1)为回转体，入射面(101)为开口向下的回转抛物面，出射面(102)为回转外凸弧形面，回转体、回转抛物面和回转外凸弧形面具有相同的回转轴；
所述导光中空透镜(1)的外侧面的中央部分还设有反射面(103)；
出射面(102)和反射面(103)顶部之间具有作为连接面的散射面(104)；
其中，所述反射面(103)为开口向上的回转锥形面，该回转锥形面与回转抛物面具有相同的回转轴，并且，该回转锥形面的夹角被设置成使得射向反射面(103)的光线入射角均大于临界角；
所述散射面(104)的纵向截面为倒立的等腰梯形结构，所述散射面(104)采用磨砂面；
所述导光中空透镜(1)的底部呈倒阶梯形，用于向上嵌入LED光源(2)；所述入射面(101)与LED光源(2)的发光面曲率一致。
2.如权利要求1所述的导光中空透镜，其特征在于，所述导光中空透镜(1)由硅胶、玻璃或透明PC材料制成。
3.一种LED灯珠，它包括LED光源(2)，其特征在于，它还包括权利要求1或2所述的导光中空透镜(1)，所述LED光源(2)位于导光中空透镜(1)的入射面(101)的焦点上。
4.如权利要求3所述的LED灯珠，其特征在于，所述LED光源(2)包括发光二极管(201)以及驱动电路板(202)，所述LED光源(2)与导光中空透镜(1)固定在一起不可拆卸；所述驱动电路板202靠近发光二极管201的一面为反光层。
5.如权利要求4所述的LED灯珠，其特征在于，驱动电路板(202)的下表面还连接有固定贴片(3)，固定贴片(3)和所述导光中空透镜(1)的外缘之间连接有密封胶圈(4)。
6.如权利要求4或5所述的LED灯珠，其特征在于，发光二极管(201)的上方还设有与驱动电路板(202)卡接配合的防护罩(203)，防护罩(203)的下部设有卡位环(2031)，驱动电路板(202)上具有与该卡位环(2031)配合的定位槽(2021)。
7.如权利要求3所述的LED灯珠，其特征在于，所述LED光源(2)向上伸入所述透镜(1)主体的内侧中空部分。
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