專利名稱：泛光透鏡及燈具的制作方法
泛光透鏡及燈具
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透鏡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于LED的泛光透鏡。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的對(duì)LED(Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)的泛光方式一般采用反光杯配光，但是這種方式對(duì)光型的處理不是很理想，尤其是沿著LED光軸方向的光強(qiáng)較大，但是不能通過反射器配光，因此反射器配出的泛光，總是會(huì)出現(xiàn)中間部分的光強(qiáng)偏高。業(yè)內(nèi)也有采用凹透鏡對(duì)LED進(jìn)行聚光的，但這種方式對(duì)LED光通量的利用率比較低，表現(xiàn)在LED發(fā)光角較大的光線無法被利用，最終導(dǎo)致燈具的光效利用率太低。還有一類泛光透鏡，是在LED聚光全反射透鏡的基礎(chǔ)上，在其出射面做成密布的 網(wǎng)狀小凸點(diǎn)(或凹孔)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)泛光的效果，也有采用出射面磨砂處理的。然而，這些處理方式達(dá)到的泛光效果都不夠均勻，而且泛光角度一般較小，更嚴(yán)重的是對(duì)光的利用率太低。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種具有高光利用率的泛光透鏡及使用該泛光透鏡的燈具。一種泛光透鏡，包括以透鏡光軸為對(duì)稱軸的圓臺(tái)型透明本體。所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側(cè)面。所述入射面的中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置光源的容置腔。所述出射面的中部向內(nèi)凹陷形成凹球面。設(shè)所述凹球面的半徑為R，則R = L/[l+(Y-l)/(n-l)]。其中L為所述凹球面的頂點(diǎn)到所述入射面的距離，η為透明本體的折射率，1.3 < Y <1.5。所述側(cè)面為全反射面。所述圓臺(tái)形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°至43. 5°。所述出射面的最大直徑a與所述入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足I. 45 ( a/h ( I. 85。在優(yōu)選的實(shí)施例中，3. Imm ^ R ^ 4. 1_。在優(yōu)選的實(shí)施例中，每條線段的兩個(gè)端點(diǎn)與所述入射面的中心的連線所形成的夾
角相等。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述夾角為9. 5°至10. 5°。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述折線由五條線段依次連接形成；第一條線段與所述透鏡光軸所成的角度為43. 5° ；第二條線段與所述透鏡光軸所成的角度為33. 5° ；第三條線段與所述透鏡光軸所成的角度為23. 5° ；第四條線段與所述透鏡光軸所成的角度為13.5° ；第五條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°。在優(yōu)選的實(shí)施例中，8mm ^ h ^ 9mm。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述容置腔為圓柱形。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述透明本體的材質(zhì)為聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。一種燈具，包括LED光源和泛光透鏡。所述泛光透鏡包括以透鏡光軸為對(duì)稱軸的圓臺(tái)型透明本體。所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側(cè)面。所述入射面中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置所述LED光源的容置腔。所述出射面中部向內(nèi)凹陷形成凹球面。所述側(cè)面為全反射面。所述圓臺(tái)形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°至43.5°。所述出射面的最大直徑a與所述入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足
I.45 ( a/h ( I. 85?！ぴ趦?yōu)選的實(shí)施例中，所述LED光源經(jīng)所述泛光透鏡后的光線出射角為59. 5 °至60. 5°。上述泛光透鏡包括入射面、出射面及連接入射面和出射面的側(cè)面，通過這三個(gè)面的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使經(jīng)過所述泛光透鏡的光線出射角保持在60°左右，同時(shí)照度均勻度較好，提高了光效利用率。

通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為一實(shí)施例的燈具的立體組裝圖，該燈具包括LED光源和一實(shí)施例的泛光透鏡;圖2為沿圖I中II-II線的剖視圖；圖3為圖I所示燈具的側(cè)視圖；圖4為圖I所示燈具的工作原理圖；圖5為圖I所示燈具的出射光線配光曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。請(qǐng)參閱圖I，一實(shí)施例的燈具300包括泛光透鏡100和設(shè)于泛光透鏡100 —側(cè)的LED 光源 200。請(qǐng)參閱圖2，泛光透鏡100的作用是用于將LED光源200所發(fā)出的光線泛化。泛光透鏡100包括大致呈圓臺(tái)形的透明本體10。透明本體10是以透鏡光軸11為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)體。透明本體10的材料可以是光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料，為了便于成型，透明本體10的材料優(yōu)選為聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。透明本體10包括入射面12和出射面13，及連接入射面12和出射面13的側(cè)面14。入射面12和出射面13大致為圓形平面，且相互平行。入射面12的直徑小于出射面13的直徑。設(shè)出射面13的最大直徑為a、入射面12到出射面13的距離為h，則I. 45 ( a/h ≤ I. 85。8mm ≤ h ≤ 9mm,本實(shí)施例中，h優(yōu)選為8. 5mm。側(cè)面14由圓臺(tái)形的透明本體10的母線繞透鏡光軸11旋轉(zhuǎn)形成。入射面12的中部向內(nèi)凹陷形成一個(gè)容置腔121。容置腔121的形狀優(yōu)選為圓柱形，當(dāng)然，也可以為球形或是別的形狀。LED光源200容置于容置腔121內(nèi)。容置腔121的直徑為d，直徑d的大小根據(jù)LED光源200的具體尺寸大小選擇，優(yōu)選為5mm。容置腔121的深度優(yōu)選為1mm。本實(shí)施例中，LED光源200為發(fā)光角(半光強(qiáng)角)在110 130°之間的LED芯片。LED光源200放置在LED容置腔121內(nèi)時(shí)，LED光源200的光軸與透鏡光軸11重合，LED芯片與入射面12對(duì)齊。LED光源200的外徑尺寸應(yīng)該選取比較小的，最好不大于5mm。入射面12的直徑D優(yōu)選為8mm。出射面13的直徑a優(yōu)選為14mm。出射面13的中部向內(nèi)凹陷形成一個(gè)凹球面131。設(shè)凹球面的半徑為R，則R滿足R = L/[l+(y-l)/(n-l)]其中L為凹球面131的頂點(diǎn)到入射面12的距離；n為透明本體的折射率，η優(yōu)選的為I. 59 ; Y為修正系數(shù)，I. 3≤Y≤I. 5。3. Imm≤R≤4. lm，優(yōu)選的，R為3. 6mm。請(qǐng)一并參閱圖3，側(cè)面14為全反射面。為進(jìn)一步提高光的利用率，還可以采取在側(cè)面14的表面鍍上一層增反膜。側(cè)面14由圓臺(tái)形透明本體的母線15旋轉(zhuǎn)形成。母線15為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°至43. 5°。本實(shí)施例中，母線15優(yōu)選由五條線段151、152、153、154及155依次連接形成。每條線段的兩個(gè)端點(diǎn)與入射面12的中心O的連線所形成的夾角相等。本實(shí)施例中，該夾角為10°。當(dāng)然該夾角也可為其他合適度數(shù)，例如為9. 5°至10. 5°。第一條線段151的起點(diǎn)在Y軸上距離入射面12的中心O長(zhǎng)度為D/2的位置。第一條線段151的終點(diǎn)與中心O的連線與Y軸形成的夾角為10°。第一條線段151與透鏡光軸(圖3上的X軸)所成的角度為43. 5°。本實(shí)施例中，D等于8mm。第二條線段152的起點(diǎn)為第一條線段151的終點(diǎn)。第二條線段152的終點(diǎn)與中心O的連線與第一條線段151的終點(diǎn)與中心O的連線形成的夾角為10°。第二條線段152與透鏡光軸所成的角度為33. 5°。第三條線段153的起點(diǎn)為第二條線段152的終點(diǎn)。第三條線段153的終點(diǎn)與中心O的連線與第二條線段152的終點(diǎn)與中心O的連線形成的夾角為10°。第三條線段153與所述透鏡光軸所成的角度為23. 5°。第四條線段154的起點(diǎn)為第三條線段153的終點(diǎn)。第四條線段154的終點(diǎn)與中心O的連線與第三條線段153的終點(diǎn)與中心O的連線形成的夾角為10°。第四條線段154與透鏡光軸所成的角度為13. 5°。第五條線段155的起點(diǎn)為第四條線段154的終點(diǎn)。第五條線段155的終點(diǎn)與中心O的連線與第四條線段154的終點(diǎn)與中心O的連線形成的夾角為10°。第五條線段155與透鏡光軸所成的角度為3. 5°。請(qǐng)參閱圖4，當(dāng)LED光源200裝配在容置腔121時(shí)，LED光源200發(fā)出的光大部分入射于容置腔121的底壁和側(cè)壁。然后，LED光源200發(fā)出的靠近中央的光LI將在出射面13的凹球面131的折射作用下向偏離光軸的方向擴(kuò)散。LED光源200發(fā)出的稍微偏離中央的光L2會(huì)直接在出射面13發(fā)生折射,從而向偏離光軸的方向擴(kuò)散。而LED光源200發(fā)出的入射到側(cè)面14的光線L3，將會(huì)在側(cè)面14處發(fā)生全反射，從而從出射面13出射，并向靠近光軸的方向呈交叉方式出射。請(qǐng)參閱圖5，所示為燈具300采用上述實(shí)施例中優(yōu)選值所獲得的配光曲線。由圖5可知，LED光源200經(jīng)泛光透鏡100后的光線出射角為59. 5°至60.5°，且在該區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)泛光照明，具有比較高的照度均勻度，提高了光效利用率。同時(shí)，在滿足光學(xué)要求的前提下，泛光透鏡100還具有體積較小的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種泛光透鏡，其特征在于包括以透鏡光軸為對(duì)稱軸的圓臺(tái)型透明本體，所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側(cè)面，所述入射面的中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置光源的容置腔，所述出射面的中部向內(nèi)凹陷形成一凹球面，設(shè)所述凹球面的半徑為R，則R = L/[l+(Y-l)/(n-l)];其中L為所述凹球面的頂點(diǎn)到所述入射面的距離，η為透明本體的折射率，1.3^ Y ^ 1.5 ;所述側(cè)面為全反射面，所述圓臺(tái)形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°至43. 5°，所述出射面的最大直徑a與所述入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足I. 45 < a/h < I. 85。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于3.Imm彡R彡4. 1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于每條線段的兩個(gè)端點(diǎn)與所述入射面的中心的連線所形成的夾角相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泛光透鏡，其特征在于所述夾角為9.5°至10. 5°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泛光透鏡，其特征在于所述折線由五條線段依次連接形成； 第一條線段與所述透鏡光軸所成的角度為43. 5° ; 第二條線段與所述透鏡光軸所成的角度為33. 5° ; 第三條線段與所述透鏡光軸所成的角度為23. 5° ; 第四條線段與所述透鏡光軸所成的角度為13.5° ; 第五條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于8mm^ h ^ 9mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于所述容置腔為圓柱形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于所述透明本體的材質(zhì)為聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
9.一種燈具，包括LED光源和泛光透鏡，其特征在于所述泛光透鏡包括以透鏡光軸為對(duì)稱軸的圓臺(tái)型透明本體，所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側(cè)面，所述入射面中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置所述LED光源的容置腔，所述出射面中部向內(nèi)凹陷形成凹球面，設(shè)所述凹球面的半徑為R，則R = L/[l+(y-l)/(n-l)];其中L為所述凹球面的頂點(diǎn)到所述入射面的距離，η為透明本體的折射率，1.3彡Y彡I. 5;所述側(cè)面為全反射面，所述圓臺(tái)形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3. 5°至43. 5°，所述泛光透鏡出射面的最大直徑a與所述泛光透鏡入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足I. 45 ( a/h ( I. 85。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燈具，其特征在于所述LED光源經(jīng)所述泛光透鏡后的光線出射角為59. 5°至60. 5°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泛光透鏡及燈具。一種泛光透鏡，包括以透鏡光軸為對(duì)稱軸的圓臺(tái)型透明本體，所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側(cè)面，所述入射面的中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置光源的容置腔，所述出射面的中部向內(nèi)凹陷形成凹球面，所述側(cè)面為全反射面，所述圓臺(tái)形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為3.5°至43.5°。上述泛光透鏡包括入射面、出射面及連接入射面和出射面的側(cè)面，通過這三個(gè)面的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使經(jīng)過該泛光透鏡的光線的出射角保持在60°左右，同時(shí)照度均勻度較好，提高了光效利用率。
文檔編號(hào)F21V5/04GK102788313SQ20111012931
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者周明杰, 羅英達(dá) 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司