專利名稱：一種泛光透鏡以及具有該透鏡的led燈具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明燈具的配光透鏡，更具體地說，涉及一種一種泛光透鏡以及具有該透鏡的LED燈具。
背景技術：
采用LED光源進行泛光照明時，一般采用反光杯對LED光源進行配光，但是這種方式的配光效果不是很理想，這是因為，LED光源的近軸線部分的光強比較大，但這部分光線不能通過反光杯配光，因此反光杯配出的泛光，總是會出現(xiàn)中間部分的光強偏高。為了獲得較為均勻的泛光配光，也有采用凹透鏡對LED光源進行配光的，但這種方式對LED光源的光通量的利用率比較低，表現(xiàn)在LED光源的發(fā)光角較大的光線無法被利用，最終導致燈具的光效利用率太低。 除此之外，還有一類泛光全反射透鏡，是在LED光源的聚光全反射透鏡的基礎上改進而來的，如圖I所示，在透鏡的出射面I做成密布的網(wǎng)狀小凸點或凹球面結構來實現(xiàn)泛光的效果，也有采用出射面磨砂處理的，這些處理方式達到的泛光效果都不夠均勻，泛光角度一般較小，而且由于磨砂面或類磨砂的出射面，使光損耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的泛光透鏡的上述缺陷，提供一種配光效果好、光損失小的泛光透鏡，以及具有透鏡的LED燈具。本發(fā)明的目的之一在于提供一種泛光透鏡，用于LED光源的配光，其特征在于，所述泛光透鏡為回轉體，所述泛光透鏡具有一頂端面和一底端面，以及連接所述頂端面和底端面的回轉側面；所述底端面上設有半球形的凹球面，所述半球形的凹球面的球心位于所述回轉體的軸線上；所述頂端面的中部設有圓錐形的凹面，所述圓錐形的凹面的軸線與所述回轉體的軸線重合；所述回轉側面為全反射面，回轉側面的母線為折線，所述折線包括依次相連的三條直線段；設所述凹面的母線與所述回轉體的軸線的夾角為Θ，凹面的頂點到底端面的距離為L，所述泛光透鏡的材料的折射率為n，頂端面到底端面的距離為h，則Θ和L滿足如下關系Θ = 90-α ( η-1)/(η_1)，L 彡(1-tana /tan θ ) Xh，其中，α 15。，2 彡 η 彡 2· 1，η > n。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述泛光透鏡由光學玻璃或光學塑料制成。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述光學玻璃或光學塑料的折射率大于1.45。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述光學塑料為聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，以所述底端面的中心為原點，以回轉體的軸線為Z軸，以底端面的對稱軸為Y軸，建立笛卡爾直角坐標系時，所述母線的起點坐標為(O，d/2,O)，其中d大于所述LED光源的直徑，所述母線的每條直線段與Z軸的夾角為8 29°，所述母線的每條直線段與Z軸的夾角按照該直線段在母線由起點到終點的位置順序依次遞減，所述母線的每條直線段的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角為5 15°。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述母線的每條直線段與Z軸的夾角按照該直線段在所述母線的由起點到終點的位置順序依次為28. 5°、18. 5°、8. 5°。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述母線的每條直線段的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角為10°。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述d比LED光源的直徑大3 5mm。在本發(fā)明所述的泛光透鏡中，所述回轉側面上設置有增反膜。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種LED燈具，至少包括LED光源，以及如以上所述的泛光透鏡，所述LED光源正對所述泛光透鏡底端面上的凹球面，所述LED光源的光軸與所述泛光透鏡的軸線重合。實施本發(fā)明的泛光透鏡以及具有該透鏡的LED燈具，具有以下有益效果本發(fā)明的泛光透鏡的底端面設有凹球面，頂端面設有圓錐形的凹面，LED光源的發(fā)光角較小的光線經(jīng)凹球面折射之后，發(fā)光角被第一次放大，經(jīng)過頂面的圓錐形的凹面折射后，發(fā)光角被第二次放大，經(jīng)過二次放大，近軸線部分的較強光線向四周擴散，發(fā)光角較大的光線則由回轉側面全反射后向軸線靠攏，解決了 LED光源的近軸線部分的光強較大的問題，可以實現(xiàn)更為均勻的泛光配光。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是現(xiàn)有技術的泛光透鏡的示意圖；圖2是本發(fā)明的泛光透鏡的優(yōu)選實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明的泛光透鏡的優(yōu)選實施例的頂面的示意圖；圖4是本發(fā)明的泛光透鏡的優(yōu)選實施例的剖視圖；圖5是本發(fā)明的反光全反射透鏡的優(yōu)選實施例的回轉側面的示意圖；圖6是本發(fā)明的泛光透鏡的配光的光路示意圖；圖7是本發(fā)明的泛光透鏡的配光效果示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。如圖2至圖5所示，為本發(fā)明的泛光透鏡的一個優(yōu)選實施例的示意圖，該泛光透鏡10為泛光全反射透鏡，用于LED光源30的配光。如圖所示，該泛光透鏡10為一回轉體，其由透明材料制成，例如可以是光學塑料或光學玻璃，透明材料的折射率優(yōu)選大于I. 45，在本實施例中，該泛光透鏡由聚碳酸酯制成，也即PC材料，其折射率為I. 59。該泛光透鏡10具有一頂端面11和一底端面12，以及連接頂端面11和底端面12的回轉側面13。在本實施例中，泛光透鏡10的底端面12上設有半球形的凹球面121，該半球形的凹球面121的球心位于回轉體也即泛光透鏡10的軸線上，凹球面121用于設置LED光源30，并使LED光源30發(fā)光角較小的光線有一定的擴散作用，使得中間部分的光強不至于太集中；在頂端面11的中部設有圓錐形的凹面111，該圓錐形的凹面111的軸線與回轉體也即泛光透鏡10的軸線重合；設該圓錐形的凹面111的母線與回轉體的軸線的夾角為Θ，凹面111的頂點即錐頂位置到底端面12的距離為L，泛光透鏡10的材料的折射率為n，頂端面11到底端面12的距離為h，則Θ和L滿足如下關系Θ = 90-α ( η-1)/(η_1)，(I)L ^ (1-tan a /tan θ ) Xh,(2)其中，α15。,K η ^ 2. I, η > η。 在本實施例的泛光透鏡中，泛光透鏡10的回轉側面13為全反射面，回轉側面13的母線14為折線，該折線包括依次相連的三條直線段21、22、23。母線14的參數(shù)有以下方式確定，以底端面12的中心為原點0，以回轉體即泛光透鏡10的軸線為Z軸，以底端面12的對稱軸為Y軸，建立笛卡爾直角坐標系，母線14的起點坐標為(0，(1/2，0)，其中(1大于所述LED光源的直徑，母線14的每條直線段與Z軸的夾角為8 29°，母線14的每條直線段與Z軸的夾角按照該直線段在母線14由起點到終點的位置順序依次遞減，所述母線14的每條直線段的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角為5 15°。具體的，在本實施例中，三條直線段依次為第一直線段21、第二直線段22、第三直線段23，如圖5所示，母線14的起點，也即第一直線段21的起點坐標為(0，d/2,0)，在本實施例中，d = 8mm,與本實施例的泛光透鏡10配合的LED光源30的直徑不大于5mm,在這里，LED光源30的直徑是指LED光源30的發(fā)光面31的直徑，d以大于LDE光源30的直徑3 5mm為宜，不宜過大。在本實施例中，母線14的每條直線段的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角為10°，第一直線段21與Z軸的夾角為28. 5°，第二直線段22與Z軸的夾角為18. 5°，第三直線段23與Z軸夾角為8. 5°。由第一直線段21的起點、第一直線段21的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角、以及第一直線段21與Z軸的夾角，這三個參數(shù)確定下來即可確定第一直線段21的終點的坐標，也即確定了第二直線段22的起點的坐標，依次類推即可以確定每條直線段的起點和終點，也即確定下母線14，母線14繞Z軸旋轉一周即可得到回轉側面13。由上述參數(shù)即可確定泛光透鏡10的形狀。為了進一步提高光的利用率，可以在回轉側面13上鍍增反膜，以提高反射的效率。由以上參數(shù)既可以確定泛光透鏡的參數(shù)，本實施例的泛光透鏡的優(yōu)選實施例的參數(shù)如下凹球面121的直徑5_ ；泛光透鏡10的底端面12的直徑d 8mm ；圓錐形的凹面111的母線與軸線的夾角Θ 65° ；圓錐形的凹面111的頂點到第端面12的距離L :2. 4mm ；頂端面11到底端面12的距離h 3mm頂端面11的直徑10mm ；
由以上參數(shù)可以看出，該泛光透鏡10的所占空間最大為IOmmX IOmmX 3mm,體積
非常小。圖6示出了本發(fā)明的泛光透鏡10的配光的光路示意圖，靠近LED光源30的軸線的部分的光線由凹球面121進入透鏡時發(fā)生第一次折射，然后由圓錐形的凹面111經(jīng)第二次折射后射出，經(jīng)過兩次折射后，光線與軸線的夾角被放大；與LED光源30的軸線夾角稍大的部分的光線由凹球面121進入透鏡時發(fā)生第一次折射，然后由頂端面11的平面部分經(jīng)第二次折射后射出，經(jīng)過兩次折射后，這部分光線與軸線的夾角也被放大；進一步偏離LED光源30的軸線部分的光線由凹球面121進入透鏡時發(fā)生第一次折射，然后射向回轉側面13，在回轉側面13上發(fā)生全反射后射向頂端面11經(jīng)第二次折射后射出，該部分光線在經(jīng)歷第一次折射、全反射、第二次折射之后，光線由向軸線一側方向射出改變?yōu)橄蛳驅壬涑?；上述三部分光線經(jīng)泛光透鏡后呈交叉方式射出，由于LED光源30的靠近軸線部分的較強的光線的與軸線的夾角被放大，近軸線部分的較強光線向四周擴散，并與其他區(qū)域的光線交叉混合，這樣就可以獲得良好的泛光照明效果，而且，由于LED光源30各個區(qū)域發(fā)出的光都可以得到充分的利用，提高了光的利用效率。本發(fā)明的泛光透鏡10的配光效果如圖7所示， 由圖可以看出，在發(fā)光角為100°的范圍內，照度均勻度非常高。本發(fā)明除了提供上述泛光透鏡外，還提供一種LED燈具，該LED燈具至少包括LED光源30，以及泛光透鏡10，LED光源30正對泛光透鏡10的底端面12上的凹球面121，LED光源20的光軸與泛光透鏡10的軸線重合。LED光源30優(yōu)選發(fā)光角為110° -130°之間的LED光源，LED光源30的發(fā)光芯片與泛光透鏡10的底端面12齊平，LED光源30的球形的發(fā)光面31伸入到凹球面121內。本發(fā)明的泛光透鏡的底端面設有凹球面，頂端面設有圓錐形的凹面，LED光源的發(fā)光角較小的光線經(jīng)凹球面折射之后，發(fā)光角被第一次放大，經(jīng)過頂面的圓錐形的凹面折射后，發(fā)光角被第二次放大，經(jīng)過二次放大，近軸線部分的較強光線向四周擴散，發(fā)光角較大的光線則由回轉側面全反射后向軸線靠攏，解決了 LED光源的近軸線部分的光強較大的問題，可以實現(xiàn)更為均勻的泛光配光。上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。
權利要求
1.一種泛光透鏡，用于LED光源的配光，其特征在于，所述泛光透鏡(10)為回轉體，所述泛光透鏡(10)具有一頂端面(11)和一底端面(12)，以及連接所述頂端面(11)和底端面(12)的回轉側面(13)； 所述底端面(12)上設有半球形的凹球面(121)，所述半球形的凹球面(121)的球心位于所述回轉體的軸線上； 所述頂端面(11)的中部設有圓錐形的凹面(111)，所述圓錐形的凹面(111)的軸線與所述回轉體的軸線重合； 所述回轉側面(13)為全反射面，回轉側面(13)的母線(14)為折線，所述折線包括依次相連的三條直線段(21、22、23); 設所述凹面(111)的母線與所述回轉體的軸線的夾角為Θ，凹面(111)的頂點到底端面(12)的距離為L，所述泛光透鏡(10)的材料的折射率為n，頂端面(11)到底端面(12)的距離為h,貝丨J Θ和L滿足如下關系θ =90_α ( η-1)/(η_1) ,L彡(1-tan a/tan Θ )Xh,其中，α 15°，Κ η <2. I, η >η。
2.根據(jù)權利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于，所述泛光透鏡(10)由光學玻璃或光學塑料制成。
3.根據(jù)權利要求2所述的泛光透鏡，其特征在于，所述光學玻璃或光學塑料的折射率大于I. 45。
4.根據(jù)權利要求2所述的泛光透鏡，其特征在于，所述光學塑料為聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根據(jù)權利要求I至4任一項所述的泛光透鏡，其特征在于，以所述底端面(12)的中心為原點，以回轉體的軸線為Z軸，以底端面(12)的對稱軸為Y軸，建立笛卡爾直角坐標系時，所述母線(14)的起點坐標為(0，d/2,0),其中d大于所述LED光源的直徑，所述母線(14)的每條直線段與Z軸的夾角為8 29°，所述母線(14)的每條直線段與Z軸的夾角按照該直線段在母線(14)由起點到終點的位置順序依次遞減，所述母線(14)的每條直線段的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角為5 15°。
6.根據(jù)權利要求5所述的泛光透鏡，其特征在于，所述母線(14)的每條直線段與Z軸的夾角按照該直線段在所述母線(14)的由起點到終點的位置順序依次為28. 5°、18.5°、8. 5。。
7.根據(jù)權利要求5所述的泛光透鏡，其特征在于，所述母線(14)的每條直線段的起點和原點的連線與該直線段的終點和原點的連線的夾角為10°。
8.根據(jù)權利要求5所述的泛光透鏡，其特征在于，所述d比LED光源的直徑大3 5mm。
9.根據(jù)權利要求5所述的泛光透鏡，其特征在于，所述回轉側面(13)上設置有增反膜。
10.一種LED燈具，其特征在于，至少包括LED光源，以及如權利要求I至9任一項所述的泛光透鏡，所述LED光源正對所述泛光透鏡底端面(12)上的凹球面(121)，所述LED光源的光軸與所述泛光透鏡的軸線重合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泛光透鏡以及具有該透鏡的LED燈具，其泛光透鏡具有一頂端面和一底端面，以及回轉側面；該底端面上設有半球形的凹球面；該頂端面的中部設有圓錐形的凹面；該回轉側面的母線為折線，該折線包括依次相連的三條直線段。其LED燈具在于具有上述泛光透鏡。本發(fā)明的泛光透鏡的底端面設有凹球面，頂端面設有圓錐形的凹面，LED光源的發(fā)光角較小的光線經(jīng)凹球面折射之后，發(fā)光角被第一次放大，經(jīng)過頂面的圓錐形的凹面折射后，發(fā)光角被第二次放大，經(jīng)過二次放大，近軸線部分的較強光線向四周擴散，解決了LED光源的近軸線部分的光強較大的問題，可以實現(xiàn)更為均勻的泛光配光。
文檔編號F21S2/00GK102901037SQ20111021352
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者周明杰, 吳會利 申請人: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