聚光透鏡及使用該聚光透鏡的led燈具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚光透鏡，聚光透鏡為呈圓臺(tái)狀的回轉(zhuǎn)體，包括在其小端凹陷形成的光源容納腔、在其側(cè)壁形成的全反射面、以及在其大端形成的出光面；光源容納腔為一較大開口朝外的圓臺(tái)腔體，該圓臺(tái)腔體的中心線與回轉(zhuǎn)軸相重合，且其母線與中心線的夾角為8°，光源容納腔包括在其側(cè)壁形成的第一入射面和在其較小開口端向外凸出形成的第二入射面；出光面包括第一出光面和環(huán)設(shè)于第一出光面的第二出光面。光源發(fā)出的光經(jīng)該聚光透鏡能形成一配光角度為5-7度的光束，該聚光透鏡光效高達(dá)79%，該聚光透鏡的光斑均勻，光經(jīng)該聚光透鏡后，能在1米處形成一半徑為70mm的規(guī)則光斑。相應(yīng)地，本發(fā)明還提出了一種LED燈具。
【專利說明】聚光透鏡及使用該聚光透鏡的LED燈具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED照明【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種聚光透鏡以及使用該聚光透鏡的 LED燈具。

【背景技術(shù)】
[0002] LED是一種新型的綠色光源，其具有發(fā)光效率高，耗電量少，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)， LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在LED便攜移動(dòng)照明（如手電筒等）中，在探照時(shí)需對(duì) LED進(jìn)行二次配光以達(dá)到聚光效果。
[0003] 市場(chǎng)上的LED聚光燈具多數(shù)使用拋物線型的反射器達(dá)到聚光功能。這樣的聚光反 射器往往存在效率不高，光斑彌散，光損耗較大的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于提供一種光斑均勻且光損耗較小的照明 燈具。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種聚光透鏡，所述聚光透鏡為呈圓臺(tái)狀 的回轉(zhuǎn)體，且具有與該回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)軸相重合的光軸，所述聚光透鏡包括在其小端凹陷形 成的光源容納腔、在其側(cè)壁形成的全反射面、以及在其大端形成的出光面；
[0006] 所述光源容納腔為一較大開口朝外的圓臺(tái)腔體，該圓臺(tái)腔體的中心線與所述回轉(zhuǎn) 軸相重合，且其母線與所述中心線的夾角為8°，所述光源容納腔包括在其側(cè)壁形成的第一 入射面和在其較小開口端向外凸出形成的第二入射面；
[0007] 所述出光面包括第一出光面和環(huán)設(shè)于所述第一出光面的第二出光面，所述第一出 光面為一圓心在所述回轉(zhuǎn)軸上的圓形平面，所述第二出光面相對(duì)于所述第一出光面向外凸 出；
[0008] 建立一縱軸與所述回轉(zhuǎn)軸相重合的平面直角坐標(biāo)系，所述第二入射面由第一自由 曲線繞所述縱軸回轉(zhuǎn)形成，所述全反射面由第二自由曲線繞所述縱軸回轉(zhuǎn)形成，所述第二 出光面由第三自由曲線繞所述縱軸回轉(zhuǎn)形成，
[0009] 所述聚光透鏡的配光角度為5-7度。
[0010] 其中，所述第一自由曲線由插值節(jié)點(diǎn)al、a2、a3、a4、a5、a6和a7經(jīng)樣條插值形成，
[0011] 插值節(jié)點(diǎn)al的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-8. 23848、-12. 52316和 42.65513158° ;
[0012] 插值節(jié)點(diǎn)a2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-6. 42708728、-10. 88562571和 41.02851065° ;
[0013] 插值節(jié)點(diǎn)a3的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-4. 51680892、-9. 36585126和 35.08096403° ;
[0014] 插值節(jié)點(diǎn)a4的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-3. 486783、-8. 71045954和 29.40307514° ;
[0015] 插值節(jié)點(diǎn)a5的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-2. 38523516、-8. 18488309和 21.22337932° ;
[0016] 插值節(jié)點(diǎn)a6的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-1.21410523、-7. 8421555和 11.1518857° ;
[0017] 插值節(jié)點(diǎn)a7的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為0、-7. 72233224和0°。
[0018] 其中，所述第二自由曲線由插值節(jié)點(diǎn)bl、b2、b3、b4、b5、b6和b7經(jīng)樣條插值形成，
[0019] 插值節(jié)點(diǎn)bl的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-28. 81993、-26. 91679和 61.33912586° ;
[0020] 插值節(jié)點(diǎn)b2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-24. 97498865、-19. 96047464和 60.64367278° ;
[0021] 插值節(jié)點(diǎn)b3的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-22. 99134258、-16. 51685038和 59.4491663° ;
[0022] 插值節(jié)點(diǎn)b4的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-20. 93494826、-13. 11621524和 58.06628539° ;
[0023] 插值節(jié)點(diǎn)b5的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-18. 78579683、-9. 773462和 56.58091761° ;
[0024] 插值節(jié)點(diǎn)b6的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-16. 55489809、-6. 48463677和 55.16090646° ；
[0025] 插值節(jié)點(diǎn)b7的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-11. 95892、0和54. 3594603°。
[0026] 其中，所述第三自由曲線由插值節(jié)點(diǎn)cl、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、cl0、cll和 cl2經(jīng)樣條插值形成；
[0027] 插值節(jié)點(diǎn)cl的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-31. 84041、-31. 8769和 164.7296433;
[0028] 插值節(jié)點(diǎn)c2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-28. 72463709、-32. 7106435和 165.4223195° ;
[0029] 插值節(jié)點(diǎn)c3的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-25. 58477883、-33. 44755924和 168.5656059° ；
[0030] 插值節(jié)點(diǎn)c4的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-22. 40436932、-33. 97990424和 172.9157716° ；
[0031] 插值節(jié)點(diǎn)c5的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-19. 18703806、-34. 18282671和 0.17199385° ；
[0032] 插值節(jié)點(diǎn)c6的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-17. 57573342、-34. 11886879和 4.49120175° ；
[0033] 插值節(jié)點(diǎn)c7的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-15. 97497119、-33. 92431086和 9.45631673° ；
[0034] 插值節(jié)點(diǎn)c8的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-14. 39780903、-33. 58852782和 14.55001085° ；
[0035] 插值節(jié)點(diǎn)c9的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-12. 85494175、-33. 11940783和 19.08308446° ；
[0036] 插值節(jié)點(diǎn)clO的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-11. 34608282、-32. 55021602和 21.97848506° ；
[0037] 插值節(jié)點(diǎn)cll的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-9. 86523509、-31. 91157467和 24.57435671° ；
[0038] 插值節(jié)點(diǎn)cl2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-6. 95251、-30. 52637和 25.98126234° 。
[0039] 其中，所述聚光透鏡由聚甲基丙烯酸甲酯制成。
[0040] 其中，所述光源容納腔直徑為20. 164±lmm，長(zhǎng)度為12. 523±lmm。
[0041] 其中，所述聚光透鏡的大端外沿環(huán)繞設(shè)置有一固定板，所述固定板呈圓環(huán)狀。
[0042] 其中，所述固定板由不透光材料制成。
[0043] 其中，所述固定板厚度為4. 96± 1mm。
[0044] 本發(fā)明還提出了一種LED燈具，其包括上述任一項(xiàng)所述的聚光透鏡。
[0045] 實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：光源發(fā)出的光經(jīng)該聚光透鏡能形成一配 光角度為5-7度的光束，該聚光透鏡光效高達(dá)79%，該聚光透鏡的光斑均勻，光經(jīng)該聚光透 鏡后，能在1米處形成一半徑為7〇mm的規(guī)則光斑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0047] 圖1為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖2為圖1所示的聚光透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖3為圖1所示的聚光透鏡的光路原理圖；
[0050] 圖4為第一自由曲線、第二自由曲線和第三自由曲線的函數(shù)圖象；
[0051] 圖5為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實(shí)施例的極坐標(biāo)配光曲線圖；
[0052] 圖6為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實(shí)施例的直角坐標(biāo)配光曲線圖；
[0053] 圖7為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實(shí)施例在1米遠(yuǎn)處的照度圖；
[0054] 圖8為本發(fā)明LED燈具優(yōu)選實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0056] 參照?qǐng)D1至圖3,本發(fā)明提出了一種聚光透鏡100,聚光透鏡100為呈圓臺(tái)狀的回 轉(zhuǎn)體，聚光透鏡100包括在其小端凹陷形成的光源容納腔110、在其側(cè)壁形成的全反射面 120、以及在其大端形成的出光面130,光源容納腔110為一較大開口朝外的圓臺(tái)腔體，該圓 臺(tái)腔體的中心線與聚光透鏡100的回轉(zhuǎn)軸相重合，且其母線與中心線的夾角為8°，該角度 作為拔模角，便于聚光透鏡100的加工。光源容納腔Iio包括在其側(cè)壁形成的第一入射面 111和在其較小開口端向外凸出形成的第二入射面112。出光面130包括第一出光面131 和環(huán)設(shè)于第一出光面131的第二出光面132,第一出光面131為一圓心在回轉(zhuǎn)軸上的圓形平 面,第二出光面132向外凸出。第二入射面112、全反射面120和第二出光面130均為自由 曲面，其中第二入射面112為第一自由曲線繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)形成，全反射面120為第二自由曲 線繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)形成，第二出光面132為第三自由曲線繞回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)形成。本發(fā)明聚光透 鏡100由透光材料聚甲基丙烯酸甲酯制成。
[0057] 光源容納腔110用于容納LED光源200, LED光源200放置于光源容納腔110的進(jìn) 口處并位于回轉(zhuǎn)軸上。LED光源200發(fā)出的光經(jīng)過聚光透鏡100后可形成配光角度5-7度 的光束，該光束的光軸與聚光透鏡100的回轉(zhuǎn)軸相重合。
[0058] 本發(fā)明聚光透鏡100的光源容納腔110直徑為20. 164± 1mm，長(zhǎng)度為12. 523± 1mm， 出光面130直徑為63. 681 ± 1mm。優(yōu)選地，光源容納腔110的直徑為20. 164mm，長(zhǎng)度為 12. 523mm，出光面 130 直徑為 63. 681mm。
[0059] 本發(fā)明采用多項(xiàng)式插值或樣條插值的方式擬合形成第一自由曲線、第二自由曲線 和第三自由曲線，多項(xiàng)式插值是根據(jù)少數(shù)給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)（即插值節(jié)點(diǎn)）擬合構(gòu)建一通過上述 所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的多項(xiàng)式函數(shù)，多項(xiàng)式插值的階次不高于插值節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；本發(fā)明所述的樣條 插值是指分段多項(xiàng)式插值，通過相鄰的插值節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式插值，樣條插值避免了使用高 階多項(xiàng)式插值出現(xiàn)的龍格現(xiàn)象。本發(fā)明優(yōu)選采用二次樣條插值或三次樣條插值，且樣條插 值形成的曲線為光滑曲線。
[0060] 為了描述自由曲線，引入直角坐標(biāo)系，該直角坐標(biāo)系包括橫軸（X軸)、縱軸（Y軸） 和原點(diǎn)0,其中縱軸與聚光透鏡的回轉(zhuǎn)軸相重合。樣條插值需要給出插值節(jié)點(diǎn)的橫坐標(biāo)、縱 坐標(biāo)和斜率(或傾斜角）。
[0061] 參照?qǐng)D4，第一自由曲線8包括7個(gè)插值節(jié)點(diǎn)：&1，&2， &3，&4，&5，&6， &7。這7個(gè)插 值節(jié)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)和傾斜角見下表：
[0062]

【權(quán)利要求】
1. 一種聚光透鏡，所述聚光透鏡為呈圓臺(tái)狀的回轉(zhuǎn)體，且具有與該回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)軸相 重合的光軸，其特征在于，所述聚光透鏡包括在其小端凹陷形成的光源容納腔、在其側(cè)壁形 成的全反射面、以及在其大端形成的出光面； 所述光源容納腔為一較大開口朝外的圓臺(tái)腔體，該圓臺(tái)腔體的中心線與所述回轉(zhuǎn)軸相 重合，且其母線與所述中心線的夾角為8°，所述光源容納腔包括在其側(cè)壁形成的第一入射 面和在其較小開口端向外凸出形成的第二入射面； 所述出光面包括第一出光面和環(huán)設(shè)于所述第一出光面的第二出光面，所述第一出光面 為一圓心在所述回轉(zhuǎn)軸上的圓形平面，所述第二出光面相對(duì)于所述第一出光面向外凸出； 建立一縱軸與所述回轉(zhuǎn)軸相重合的平面直角坐標(biāo)系，所述第二入射面由第一自由曲線 繞所述縱軸回轉(zhuǎn)形成，所述全反射面由第二自由曲線繞所述縱軸回轉(zhuǎn)形成，所述第二出光 面由第三自由曲線繞所述縱軸回轉(zhuǎn)形成， 所述聚光透鏡的配光角度為5-7度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光透鏡，其特征在于，所述第一自由曲線由插值節(jié)點(diǎn)al、 a2、a3、a4、a5、a6和a7經(jīng)樣條插值形成， 插值節(jié)點(diǎn)al的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-8. 23848、-12. 52316和 42.65513158° ; 插值節(jié)點(diǎn)a2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-6. 42708728、-10. 88562571和 41.02851065° ; 插值節(jié)點(diǎn)a3的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-4. 51680892、-9. 36585126和 35.08096403° ; 插值節(jié)點(diǎn)a4的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-3. 486783、-8. 71045954和 29.40307514° ; 插值節(jié)點(diǎn)a5的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-2. 38523516、-8. 18488309和 21.22337932° ; 插值節(jié)點(diǎn)a6的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-1. 21410523、-7. 8421555和 11.1518857° ; 插值節(jié)點(diǎn)a7的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為0、-7. 72233224和0°。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光透鏡，其特征在于，所述第二自由曲線由插值節(jié)點(diǎn)bl、 b2、b3、b4、b5、b6和b7經(jīng)樣條插值形成， 插值節(jié)點(diǎn)bl的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-28. 81993、-26. 91679和 61.33912586° ; 插值節(jié)點(diǎn)b2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-24. 97498865、-19. 96047464和 60.64367278° ; 插值節(jié)點(diǎn)b3的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-22. 99134258、-16. 51685038和 59.4491663° ； 插值節(jié)點(diǎn)b4的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-20. 93494826、-13. 11621524和 58.06628539° ; 插值節(jié)點(diǎn)b5的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-18. 78579683、-9. 773462和 56.58091761° ; 插值節(jié)點(diǎn)b6的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-16. 55489809、-6. 48463677和 55.16090646° ; 插值節(jié)點(diǎn)b7的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-11. 95892、0和54. 3594603°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光透鏡，其特征在于，所述第三自由曲線由插值節(jié)點(diǎn)cl、 c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、clO、ell 和 cl2 經(jīng)樣條插值形成； 插值節(jié)點(diǎn)cl的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-31. 84041、-31. 8769和164. 7296433; 插值節(jié)點(diǎn)c2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-28. 72463709、-32. 7106435和 165.4223195° ; 插值節(jié)點(diǎn)c3的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-25. 58477883、-33. 44755924和 168.5656059° ； 插值節(jié)點(diǎn)c4的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-22. 40436932、-33. 97990424和 172.9157716° ； 插值節(jié)點(diǎn)c5的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-19. 18703806、-34. 18282671和 0.17199385° ； 插值節(jié)點(diǎn)c6的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-17. 57573342、-34. 11886879和 4.49120175° ； 插值節(jié)點(diǎn)c7的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-15. 97497119、-33. 92431086和 9.45631673° ； 插值節(jié)點(diǎn)c8的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-14. 39780903、-33. 58852782和 14.55001085° ； 插值節(jié)點(diǎn)c9的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-12. 85494175、-33. 11940783和 19.08308446° ； 插值節(jié)點(diǎn)clO的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-11. 34608282、-32. 55021602和 21.97848506° ； 插值節(jié)點(diǎn)ell的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-9. 86523509、-31. 91157467和 24.57435671° ； 插值節(jié)點(diǎn)cl2的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和傾斜角分別為-6. 95251、-30. 52637和 25.98126234° 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光透鏡，其特征在于，所述聚光透鏡由聚甲基丙烯酸甲酯 制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光透鏡，其特征在于，所述光源容納腔直徑為 20. 164±lmm，長(zhǎng)度為 12. 523±lmm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光透鏡，其特征在于，所述聚光透鏡的大端外沿環(huán)繞設(shè)置 有一固定板，所述固定板呈圓環(huán)狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚光透鏡，其特征在于，所述固定板由不透光材料制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚光透鏡，其特征在于，所述固定板厚度為4. 96± 1mm。
10. -種LED燈具，其特征在于，包括權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的聚光透鏡。
【文檔編號(hào)】F21Y101/02GK104344336SQ201310336604
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】周明杰, 藍(lán)潔琳 申請(qǐng)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, 深圳市海洋王照明工程有限公司