透鏡及其應(yīng)用該透鏡的led燈具的制作方法
【專利摘要】一種透鏡，其為凹凸型多項式曲面透鏡，包括第一曲面、第二曲面及連接該第一曲面與所述第二曲面的連接面，所述第一曲面整體為半球形面，所述第二曲面整體為多項式曲面，該第一曲面接收入射光線，該入射光線經(jīng)過所述第一曲面直射進(jìn)入所述透鏡，并傳輸至所述第二曲面，光線在所述第二曲面處發(fā)生折射并向所述透鏡的四周擴(kuò)散，以形成蝙蝠翼型配光。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述透鏡的LED燈具。所述透鏡組成了該LED燈具的配光系統(tǒng)，光源發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一曲面及所述第二曲面，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線，因此，所述透鏡射出的光線不但可以改善被照面上光斑的明暗對比，而且能夠減少能量的浪費，滿足了所述LED燈具的配光需求。
【專利說明】透鏡及其應(yīng)用該透鏡的LED燈具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域,尤其涉及一種透鏡及應(yīng)用所述透鏡的LED(light emittingd1de，發(fā)光二級管)燈具。

【背景技術(shù)】
[0002]LED作為能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件，以其效率高、能耗低、壽命長等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于各種照明燈具中，這些燈具已經(jīng)成為人們生活、工作中不可或缺的照明用器具。然而，由于LED本身屬于郎伯型光源，其發(fā)光強(qiáng)度大多是兩邊較低，中心處較高，所以LED —般無法直接應(yīng)用于照明領(lǐng)域。因此，對LED光源進(jìn)行光學(xué)配光就顯得尤為重要。
[0003]目前，市場上對LED光源進(jìn)行配光的配光系統(tǒng)以透鏡和反射器主，其通過非成像光學(xué)設(shè)計透鏡或反射器外形，對LED光源發(fā)出的光線進(jìn)行重新分配，從而得到預(yù)期的光強(qiáng)分布。常用的配光透鏡以形成紡錐型配光曲線為主，然而，這種配光曲線的角度小，而且中心光強(qiáng)大，如此會造成人眼因明暗對比而感到不適；此外，如果以這種方式布設(shè)燈具進(jìn)行照明，則有用的光線會比較少，進(jìn)而造成能量的浪費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種透鏡，其能夠提高光斑邊緣處的光強(qiáng)，而且可以改善被照面的明暗對比，有效地減少能量浪費。
[0005]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述透鏡的LED燈具。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種透鏡，所述透鏡為凹凸型多項式曲面透鏡，包括第一曲面、第二曲面及連接該第一曲面與所述第二曲面的連接面，所述第一曲面整體為半球形面，所述第二曲面整體為多項式曲面，所述第一曲面接收入射光線，該入射光線經(jīng)過所述第一曲面直射進(jìn)入所述透鏡，并傳輸至所述第二曲面，所述光線在所述第二曲面處發(fā)生折射并向所述透鏡的四周擴(kuò)散，以形成蝙蝠翼型配光。
[0007]其中，所述透鏡整體呈其中一個底面為自由曲面過渡的圓柱體狀，其材料為聚甲基丙烯酸甲酯塑料、PC塑料或玻璃。
[0008]其中，所述透鏡通過一體成型設(shè)計而制成。
[0009]其中，所述第二曲面位于所述透鏡的外側(cè)，經(jīng)由所述第一曲面射入的光線在所述第二曲面處發(fā)生折射并向所述透鏡的四周擴(kuò)散形成角度為160度的蝙蝠翼型配光。
[0010]其中，所述連接面位于同一平面上，其整體呈圓環(huán)狀平面，所述連接面為通過咬花霧化處理而形成的咬花面。
[0011]其中，所述透鏡的第二曲面的直徑為20毫米，其高度為6毫米，所述透鏡的第一曲面的直徑為8毫米。
[0012]其中，所述第二曲面的母線解析表達(dá)式為:
[0013]y =，其中，8?為該第二曲面的母線的系數(shù)，η的取值范圍為大于等于O且小于等于25。
[0014]本發(fā)明還提供了一種LED燈具，包括光源，所述LED燈具還包括上述的透鏡，所述透鏡對準(zhǔn)所述光源，該光源發(fā)出的光線照射至所述透鏡上。
[0015]其中，所述光源包括發(fā)光部，所述發(fā)光部整體呈半球狀，所述發(fā)光部的曲率半徑等于所述第一曲面的曲率半徑，所述發(fā)光部位于所述透鏡的第一曲面內(nèi)，其發(fā)出的光線射入所述透鏡，并由所述透鏡進(jìn)行光學(xué)處理。
[0016]其中，所述發(fā)光部對準(zhǔn)并容置于所述第一曲面內(nèi)，并位于所述第一曲面的球心處，則所述光源的發(fā)光部發(fā)出的光線照射至所述第一曲面上，并直射至所述透鏡內(nèi)。
[0017]本發(fā)明實施提供的LED燈具中，所述透鏡為一個凹凸型多項式曲面透鏡，其組成了該LED燈具的配光系統(tǒng)，所述光源發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一曲面直射至所述第二曲面，并在該第二曲面處發(fā)生折射而向所述透鏡的四周擴(kuò)散，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線，因此，所述透鏡射出的光線不但可以改善被照面上光斑的明暗對比，而且能夠有效減少能量的浪費，該透鏡組成的配光系統(tǒng)滿足了所述LED燈具的配光需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明實施例提供的LED燈具的光路示意圖。
[0020]圖2是圖1所示的透鏡的立體示意圖。
[0021]圖3是圖1所示的透鏡的平面示意圖。
[0022]圖4是圖1所示的透鏡的截面示意圖。
[0023]圖5是圖1所示的透鏡組件的配光曲線圖。
[0024]圖6本發(fā)明實施提供的LED燈具在I米處的照度圖。

【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]請參閱圖1，本發(fā)明實施方式提供一種LED燈具100，其包括光源20及與所述光源20相對設(shè)置的透鏡30，所述透鏡30組成了該LED燈具100的配光系統(tǒng)，其能夠在形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度(蝙蝠翼型泛光)配光曲線，該透鏡30不僅能夠改善被照面上的照明光斑的明暗對比，而且可以有效地減少能量浪費。所述光源20可根據(jù)照明需要發(fā)射出相應(yīng)顏色、亮度的光線，并照射至所述透鏡30，所述透鏡30光學(xué)處理(如折射、反射)來自所述光源20的光線，將該光線向該透鏡30的四周擴(kuò)散，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線。
[0027]在本發(fā)明實施例中，所述LED燈具100還包括燈具殼體、散熱板、反射器、驅(qū)動組件、整流電路、燈罩等組件，所述燈具殼體作為該LED結(jié)構(gòu)100的主體，其用于容納所述光源20、透鏡30、散熱板、反射器、驅(qū)動組件、整流電路等組件于其內(nèi)，所述燈罩可拆卸地罩設(shè)于該燈具殼體上，進(jìn)而將所述光源20、透鏡30，散熱板、反射器、驅(qū)動組件、整流電路等燈具組件封裝于所述燈具殼體內(nèi)。
[0028]在本發(fā)明實施例中，所述光源20為LED芯片，其可通過表面貼裝、焊接等方式安裝于所述散熱板(如，鋁基板)上，該散熱板可將該光源20工作時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散出去。所述光源20包括發(fā)光部22，該發(fā)光部22位于所述透鏡30內(nèi)，其發(fā)出的光線射入所述透鏡30，以進(jìn)行光學(xué)處理。
[0029]請一并參閱圖2、圖3及圖4，所述透鏡30整體大致呈其中一個底面為自由曲面過渡的圓柱體狀，其可由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)塑料、PC塑料等光學(xué)級塑料或玻璃通過一體成型設(shè)計而制成。在本發(fā)明實施例中，所述透鏡30可為一凹凸型多項式曲面透鏡，其包括第一曲面32、第二曲面34及連接該第一曲面32與所述第二曲面34的連接面35。
[0030]所述第一曲面32整體大致為球冠形面，具體為，該第一曲面32為一半徑為R的半球形面。所述光源20的發(fā)光部22整體大致呈半球狀，其曲率半徑等于或近似于所述第一曲面32的曲率半徑。所述發(fā)光部22對準(zhǔn)并容置于所述第一曲面32內(nèi)，具體為，該發(fā)光部22位于所述第一曲面32的球心處，則所述光源20的發(fā)光部22發(fā)出的光線照射至所述第一曲面32上，以保證該光線不會發(fā)生偏移，即，所述發(fā)光部22發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一曲面32之后按照原方向在所述透鏡30內(nèi)傳輸。
[0031]所述第二曲面34位于所述透鏡30的外側(cè)，其整體大致呈多項式曲面。該第二曲面34用于供經(jīng)由所述第一曲面32射入的光線折射后射出所述透鏡30，光線在該第二曲面34處發(fā)生折射并向所述透鏡30的四周擴(kuò)散形成角度大約為160度的蝙蝠翼型配光(如圖5所示透鏡30的配光曲線圖)。可以理解的是，在本發(fā)明實施例中，所述第二曲面34的形狀具體可由斯涅爾定律求出，其決定了所述LED燈具100光能量的分配及光強(qiáng)分布。
[0032]在本發(fā)明實施例中，所述連接面35位于同一平面上，其整體大致呈圓環(huán)狀平面。可以理解的是，該連接面35還可通過咬花霧化處理而形成一咬花面，其通過對光線漫反射作用，以增加光的利用率及防止雜散光影響。
[0033]作為本發(fā)明的一個實施例，所述透鏡30的設(shè)計參數(shù)之一可為:所述透鏡30為凹凸型多項式曲面透鏡，其第二曲面(即光線出射面)34的直徑大約為20毫米，也即是所述透鏡30的圓柱形底面的直徑大約為20毫米，該第二曲面34的高度大約為6毫米；所述透鏡30的第一曲面(即光線入射面)32為半球面，其直徑大約為8毫米，即，該第一曲面32為的球面半徑R等于4毫米?；谏鲜鲈O(shè)計，所述光源20的發(fā)光部22發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一曲面32之后按照原方向在所述透鏡30內(nèi)傳輸，并傳輸至所述第二曲面34，則光線在該第二曲面34處發(fā)生折射并向所述透鏡30的四周擴(kuò)散形成角度大約為160度的蝙蝠翼型配光(如圖5所示透鏡30的配光曲線圖)，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線，不但可以改善被照面上光斑的明暗對比，而且能夠有效減少能量的浪費?？梢岳斫獾氖?，上述設(shè)計參數(shù)僅為該透鏡30其中一個具體實施例，本申請并不僅僅限于上述設(shè)計參數(shù)，該透鏡30的尺寸是根據(jù)所述LED燈具100的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計出來的，只要滿足這種光學(xué)性能的設(shè)計參數(shù)均在本申請保護(hù)范圍之內(nèi)，在此不再贅述。
[0034]在本發(fā)明實施例中，所述透鏡30的第二曲面34作為光線出射面，其為直徑為20 毫米的多項式曲面，該第二曲面34的母線解析表達(dá)式為:
[0035]y = Σ?=55
[0036]其中，an為該第二曲面34的母線的系數(shù)，η為包括O在內(nèi)的正整數(shù)，具體為，η的取值范圍為大于等于O且小于等于25。所述第二曲面34的多項式曲面的母線系數(shù)如表I所示。
[0037]表1:第二曲面34的多項式曲面的母線系數(shù)
[0038]
系數(shù)St5α24α23222δ21α2?
數(shù)-7.7897486Χ 6.9116093x1 -2‘5852508χ 4.8224050χ -2.5291666χ - 9.5386820χ值 10_ΒO'131'111'101'91'8
系數(shù)aIBaWα?7α?6α?5α?4
數(shù) 2.7965427x1 -3.9319022χ 3.3169213x1 -1.3995484 -4.1002615χ 1.1861855x1值 O-61-5O'4xlO'31'3O'1
I
後α13^12ilIl:-1.0510379 6.0272758 104644 78.716982 -187.61413 338.57829值_______
系數(shù)aJα6aB-a4a2
,, -456.1926 447.86422 -308.56964 140.87131 -38.837462 5.4749081值_______
系數(shù)遼1a°
數(shù)-2.4520512X c
ιη-?5.9956394
值__10______
[0039]所述光源20的發(fā)光部22發(fā)出的光線照射至所述第一曲面32，并按照原來的傳輸方向射入所述透鏡30內(nèi)，并傳輸至所述第二曲面34，光線在該第二曲面34處發(fā)生折射，并向所述透鏡30的四周擴(kuò)散形成角度大約為160度的蝙蝠翼型配光(如圖5所示透鏡30的配光曲線圖)，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線，不但可以改善被照面上光斑的明暗對比，而且能夠有效減少能量的浪費?？梢岳斫獾氖?，上述第二曲面34的設(shè)計參數(shù)僅為該LED結(jié)構(gòu)100其中一個具體實施例,本申請并不僅僅限于上述設(shè)計參數(shù),所述透鏡30的第二曲面34的尺寸是根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計出來的，只要滿足這種光學(xué)性能的設(shè)計參數(shù)均在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)，在此不再贅述。
[0040]請一并參閱圖1至圖4，使用時，所述光源20通過表面貼裝、焊接等方式安裝于所述散熱板(如，鋁基板)上，通電后，該光源20根據(jù)照明需要發(fā)出相應(yīng)顏色及亮度的光線。所述光源20的發(fā)光部22對準(zhǔn)并容置于所述第一曲面32內(nèi)，并位于所述第一曲面32的球心處，則所述光源20的發(fā)光部22發(fā)出的光線照射至所述第一曲面32且不會發(fā)生折射，即所述發(fā)光部22發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一曲面32之后按照原方向在所述透鏡30內(nèi)傳輸。所述光線傳輸至所述第二曲面34，并在該第二曲面34處發(fā)生折射并向所述透鏡30的四周擴(kuò)散形成角度大約為160度的蝙蝠翼型配光，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線(如圖5所示透鏡30的配光曲線圖)。請一并參閱圖6，圖6本發(fā)明實施提供的透鏡組件30在I米處的照度圖，其表示物體被照面單位時間內(nèi)所接受的光通量，由圖6可知，所述被照面上形成的光斑邊緣處的光強(qiáng)增加，且光斑的明暗對比得到了改善，有效地減少能量的浪費，該透鏡30組成的配光系統(tǒng)滿足了所述LED燈具100的配光需求。
[0041]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的LED燈具100中，所述透鏡30為一個凹凸型多項式曲面透鏡，其組成了該LED燈具100的配光系統(tǒng)，所述光源20發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一曲面32直射至所述第二曲面34，并在該第二曲面34處發(fā)生折射而向所述透鏡30的四周擴(kuò)散，從而形成邊緣光強(qiáng)大于中心光強(qiáng)的大角度配光曲線，因此，所述透鏡30射出的光線不但可以改善被照面上光斑的明暗對比，而且能夠有效減少能量的浪費，該透鏡30組成的配光系統(tǒng)滿足了所述LED燈具100的配光需求。
[0042]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種透鏡，其特征在于，所述透鏡為凹凸型多項式曲面透鏡，包括第一曲面、第二曲面及連接該第一曲面與所述第二曲面的連接面，所述第一曲面整體為半球形面，所述第二曲面整體為多項式曲面，所述第一曲面接收入射光線，該入射光線經(jīng)過所述第一曲面直射進(jìn)入所述透鏡，并傳輸至所述第二曲面，所述光線在所述第二曲面處發(fā)生折射并向所述透鏡的四周擴(kuò)散，以形成蝙蝠翼型配光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡整體呈其中一個底面為自由曲面過渡的圓柱體狀，其材料為聚甲基丙烯酸甲酯塑料、PC塑料或玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡通過一體成型設(shè)計而制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述第二曲面位于所述透鏡的外側(cè)，經(jīng)由所述第一曲面射入的光線在所述第二曲面處發(fā)生折射并向所述透鏡的四周擴(kuò)散形成角度為160度的蝙蝠翼型配光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述連接面位于同一平面上，其整體呈圓環(huán)狀平面，所述連接面為通過咬花霧化處理而形成的咬花面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述透鏡的第二曲面的直徑為20毫米，其高度為6毫米，所述透鏡的第一曲面的直徑為8毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于，所述第二曲面的母線解析表達(dá)式為: y =QkI"2，其中，anS該第二曲面的母線的系數(shù)，η的取值范圍為大于等于O且小于等于25。
8.一種LED燈具，包括光源，其特征在于，所述LED燈具還包括權(quán)利要求1至7任意一項所述的透鏡，所述透鏡對準(zhǔn)所述光源，該光源發(fā)出的光線照射至所述透鏡上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈具，其特征在于，所述光源包括發(fā)光部，所述發(fā)光部整體呈半球狀，所述發(fā)光部的曲率半徑等于所述第一曲面的曲率半徑，所述發(fā)光部位于所述透鏡的第一曲面內(nèi)，其發(fā)出的光線射入所述透鏡，并由所述透鏡進(jìn)行光學(xué)處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED燈具，其特征在于，所述發(fā)光部對準(zhǔn)并容置于所述第一曲面內(nèi)，并位于所述第一曲面的球心處，則所述光源的發(fā)光部發(fā)出的光線照射至所述第一曲面上，并直射至所述透鏡內(nèi)。
【文檔編號】F21Y101/02GK104214668SQ201310210457
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】周明杰, 杜金 申請人:海洋王（東莞）照明科技有限公司, 海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司