專利名稱：一種led泛光透鏡、led泛光燈及照明設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于照明領域，尤其涉及一種LED泛光透鏡、LED泛光燈及照明設備。
背景技術(shù)：
目前，LED的泛光方式一般以反光杯配光為主，但是反光杯配出的泛光通常會出現(xiàn)中間部分光強偏高的現(xiàn)象，對光型的處理不是很理想，尤其是靠近LED光軸附近的光強較大?，F(xiàn)有技術(shù)也會采用凹透鏡對LED進行泛光，但這種方式對LED光通 量的利用率比較低，表現(xiàn)在發(fā)光角較大的光線無法被利用，最終導致燈具的光線利用率太低。目前還有一類泛光透鏡，是在LED聚光全反射透鏡(如圖I所示)的基礎上，在其出射面101制作密布的網(wǎng)狀小凸點或凹孔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)泛光效果，也有采用對出射面進行磨砂處理的方式實現(xiàn)泛光。上述這些處理方式達到的泛光效果都不夠理想，表現(xiàn)在光照度不夠均勻、照明空間的中間亮度過高以及光線利用率太低。并且，現(xiàn)有透鏡的側(cè)面旋轉(zhuǎn)母線一般為直線或拋物線，因此導致滿足配光要求的透鏡的尺寸普遍稍大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種LED泛光透鏡，使之在改善光照度的均勻性并提高光線利用率。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種LED泛光透鏡，所述泛光透鏡的底部設有容納LED光源的半球形凹槽，所述泛光透鏡的出光面為平面；所述泛光透鏡的外側(cè)面由一折線段圍繞一中心軸旋轉(zhuǎn)360°形成；所述中心軸與所述凹槽的中軸線重合；所述折線段包括至少三條線段，各線段相對于所述泛光透鏡底部中心點的張角相等且為9 11。；每條線段與所述中心軸的夾角為0 39° ;所述出光面的外徑與透鏡深度的比值為I. 14±0. 2，所述透鏡深度為泛光透鏡的底面與出光面之間的距離；所述泛光透鏡的出射角為40±0. 5°。本發(fā)明的另一目的在于提供一種LED泛光燈，包括若干個LED發(fā)光體，所述LED發(fā)光體包括LED光源和泛光組件，所述泛光組件采用上述的LED泛光透鏡；所述LED光源的光軸與所述LED泛光透鏡的中心軸重合。本發(fā)明的另一目的在于提供一種照明設備，包括發(fā)光件，所述發(fā)光件采用上述的LED泛光燈。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在泛光透鏡的底部共軸設置了容納LED光源的半球形凹槽，使LED光源發(fā)出的光得到初步擴散，適度減弱了出射光中心光強過高的現(xiàn)象；本發(fā)明將泛光透鏡的外側(cè)面設計為以多段折線為旋轉(zhuǎn)母線的旋轉(zhuǎn)曲面，并且對各線段相對于泛光透鏡底部中心點的張角大小、各線段與泛光透鏡中心軸的夾角進行了適當設定，使該透鏡在實現(xiàn)光線對稱射出的基礎上進一步實現(xiàn)了泛光角度內(nèi)的均勻照明，并且具有更高的光線利用率。


圖I是現(xiàn)有泛光透鏡的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的光路圖；圖6是本發(fā)明第二實施例提供的LED泛光透鏡的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明第二實施例提供的LED泛光透鏡的配光曲線示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供了一種LED泛光透鏡，其底部設有容納LED光源的半球形凹槽，泛光透鏡的出光面為平面；泛光透鏡的外側(cè)面由一折線段圍繞一中心軸旋轉(zhuǎn)360°形成；該中心軸與凹槽的中軸線重合；該折線段包括至少三條線段，各線段相對于泛光透鏡底部中心點的張角相等且為9 11° ;每條線段與中心軸的夾角為0 39° ;出光面的外徑與透鏡深度的比值為I. 14±0. 2，該透鏡深度為泛光透鏡的底面與出光面之間的距離；該泛光透鏡的出射角為40 ±0. 5°。本發(fā)明還提供了一種LED泛光燈，包括若干個LED發(fā)光體，LED發(fā)光體包括LED光源和泛光組件，該泛光組件采用上述的LED泛光透鏡；該LED光源的光軸與LED泛光透鏡的中心軸重合。本發(fā)明還提供了一種照明設備，包括發(fā)光件，該發(fā)光件采用上述的LED泛光燈。以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明一種LED泛光透鏡的具體實現(xiàn)進行詳細描述實施例一:圖2示出了本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3示出了本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖4示出了本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，圖5示出了本發(fā)明第一實施例提供的LED泛光透鏡的光路圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。請參考附圖2、3，該LED泛光透鏡I主要用于罩在LED光源2外部以形成一個小尺寸的LED發(fā)光體。具體的，該LED泛光透鏡I為旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，具有圓形的底面11和出光面12。該出光面12為平面，并與泛光透鏡I的中心軸垂直。該泛光透鏡I的底部設有一個用來容納LED光源2的半球形凹槽111，該凹槽111的中心軸與泛光透鏡I的中心軸重合。由于凹槽111的存在，LED光源2的出射光經(jīng)過凹槽111射入泛光透鏡的過程中會發(fā)生適度的擴散現(xiàn)象，使得光強不會過于集中在LED出射光束的中心，進而避免傳統(tǒng)泛光透鏡出射光束中心光強過高的現(xiàn)象，在一定程度上改善了泛光透鏡出光的均勻性。該泛光透鏡I的外側(cè)面13為旋轉(zhuǎn)曲面，其轉(zhuǎn)軸即為泛光透鏡I的中心軸，其旋轉(zhuǎn)母線為折線段，該折線段包括至少三條線段。具體的，每條線段相對于透鏡底部中心點的張角(即圖4中，線段的兩個端點與透鏡底部中心點的連線所成的夾角a)相等且在9 11°之間。并且，自透鏡的底面至出光面的方向，每條線段與泛光透鏡的中心軸之間的夾角是逐漸減小的，因此自透鏡底部起的第一條線段與中心軸的夾角最大，該最大角度不超過39°，與出光面相接的線段與中心軸的夾角最小，該最小角度可為0°。并且該泛光透鏡的出光面的外徑a與透鏡深度h的比值a/h= I. 14±0.2，如圖4。通過合理設置線段的數(shù)量及各線段與泛光透鏡的中心軸之間的夾角，可獲得出射角為40 ±0. 5°的均勻出射光。 結(jié)合附圖5說明該LED泛光透鏡的工作原理，LED光源2發(fā)出的光首先射入泛光透鏡I內(nèi)部，在泛光透鏡底部的凹槽111與透鏡實體之間的界面上發(fā)生第一次折射，使光線發(fā)生適度擴散，使得接近和遠離LED光束中心的光強不至于相差過大，在一定程度上改善了光強的均勻性。射入泛光透鏡I的光線中，一部分光線51直接穿過泛光透鏡I的出光面12射向外界，在出光面12處發(fā)生第二次折射，并且這部分折射光線背向泛光透鏡中心軸的方向出射，擴大了中心光線的光出射角，改善了泛光透鏡出光的均勻性。另一部分光線射向泛光透鏡I的側(cè)面，該泛光透鏡的特殊結(jié)構(gòu)可以使射向側(cè)面的大部分光線發(fā)生全反射，全反射光再經(jīng)過出光面射出并發(fā)生第二次折射，這部分光線趨向泛光透鏡中心軸的方向射出。繼續(xù)參考附圖5，為了便于描述，此處引入對稱面S，該對稱面S是經(jīng)過泛光透鏡I的中心軸并垂直于泛光透鏡出光面12的平面，可以理解，該對稱面S有無數(shù)個，并且任意一個對稱面S縱向平分該泛光透鏡，透鏡的一半位于對稱面S的一側(cè)(A側(cè))，另一半位于對稱面S的另一側(cè)(B側(cè))。經(jīng)過全反射的光線以交叉的方式出射，自對稱面A側(cè)射出的光線52最終射向?qū)ΨQ面的B側(cè)，自對稱面B側(cè)射出的光線53最終射向?qū)ΨQ面的A側(cè)。由于該泛光透鏡I為對稱的旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，LED光源2又位于與泛光透鏡同軸的凹槽111內(nèi)，因此其出射光線也關于泛光透鏡I的中心軸對稱或近似對稱分布，避免了中心軸兩側(cè)的光通量和光強分布不均的問題。本發(fā)明實施例在泛光透鏡的底部共軸設置了容納LED光源的半球形凹槽，使LED光源發(fā)出的光得到初步擴散，適度減弱了出射光中心光強過高的現(xiàn)象；本發(fā)明實施例將泛光透鏡的外側(cè)面設計為以多段折線為旋轉(zhuǎn)母線的旋轉(zhuǎn)曲面，并且對各線段相對于泛光透鏡底部中心點的張角大小、各線段與泛光透鏡中心軸的夾角進行了適當設定，使該透鏡在實現(xiàn)光線對稱射出的基礎上進一步實現(xiàn)了泛光角度內(nèi)的均勻照明，并且具有更高的光線利用率。在本發(fā)明實施例中，泛光透鏡I的材料優(yōu)選高透光率的光學玻璃或光學塑料，材料的折射率大于I. 45。本發(fā)明實施例可采用PC材料作為透鏡材料，其折射率為I. 59。在本發(fā)明實施例中，還可以進一步將泛光透鏡的底部外徑限定在6 10mm，該尺寸限定配合上述的結(jié)構(gòu)特征可使該泛光透鏡在獲得均勻光照及高光線利用率的基礎上實現(xiàn)小型化。這樣可以進一步將凹槽111的底部直徑設置為4 6mm，比較適合容納直徑小于5mm的LED光源。本發(fā)明實施例中的LED光源插入凹槽部分的外徑優(yōu)選小于3mm。本發(fā)明實施例提供的泛光透鏡尤其適合用作半光強角在110 130°之間的LED光源的泛光透鏡，此時可以使泛光透鏡的側(cè)面結(jié)構(gòu)得到充分利用并具有較高的光線利用率。實施例二 :圖6示出了本發(fā)明第二實施例提供的LED泛光透鏡的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是本發(fā)明第二實施例提供的LED泛光透鏡的配光曲線示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。本發(fā)明實施例在上述實施例的基礎上提供一種LED泛光透鏡的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。具體結(jié)合附圖4，本實施例將折線段的每個線段相對于泛光透鏡底部中心點的張角設置為 10±0. 5°，進一步優(yōu)選為10°。進一步的，該多段折線包括六條線段，即第一選段、第二線段、第三線段、第四線段、第五線段、第六線段，其中，第一線段與泛光透鏡的中心軸的夾角為38 39° ;第二線段與中心軸的夾角為33 34° ;第三線段與中心軸的夾角為25. 5 26. 5° ;第四線段與中心軸的夾角為23 24° ;第五線段與中心軸的夾角為10. 5 11. 5° ;第六線段與中心軸的夾角為0 1°。進一步的，第一線段和第二線段與中心軸的夾角之差為4. 5 5. 5° ;第二線段和第三線段與中心軸的夾角之差為7 8。;第三線段和第四線段與中心軸的夾角之差為2 3° ;第四線段和第五線段與中心軸的夾角之差為12 13° ;第五線段和第六線段與中心軸的夾角之差為10. 5 11.5°。具有上述結(jié)構(gòu)的LED泛光透鏡具有更好的泛光效果和更高的光線利用率。圖6示出了本發(fā)明實施例的一種最優(yōu)的實現(xiàn)方式，該泛光透鏡的側(cè)面的旋轉(zhuǎn)母線為由六條線段構(gòu)成的多段折線，第一線段的延長線601與泛光透鏡的中心軸的夾角為38.5° ;第二線段的延長線602與中心軸的夾角為33. 5° ;第三線段的延長線603與中心軸的夾角為26° ;第四線段的延長線604與中心軸的夾角為23. 5° ;第五線段的延長線605與中心軸的夾角為11° ;第六線段的延長線605與中心軸的夾角為0°。折線段的每個線段相對于泛光透鏡底部中心點的張角為10°，出光面的外徑與透鏡深度的比值為I. 14。并且，該泛光透鏡I的底部外徑約8mm ;凹槽111的直徑約5mm。上述各種角度和尺寸限定，使該泛光透鏡具有約14_的透鏡深度和直徑約16mm的出光面，透鏡整體的體積非常小。圖7所示為上述LED泛光透鏡的配光曲線示意圖，從圖中可見，該泛光透鏡可以在40度左右的角度內(nèi)實現(xiàn)非常均勻的照明效果。實施例三:本發(fā)明實施例對上述實施例提供的泛光透鏡進行進一步的改進，具體可以在泛光透鏡I的側(cè)面13鍍增反膜，避免光線經(jīng)側(cè)面13射出，以進一步提高光線的利用率。本發(fā)明在泛光透鏡的底部共軸設置了容納LED光源的半球形凹槽，使LED光源發(fā)出的光得到初步擴散，適度減弱了出射光中心光強過高的現(xiàn)象；將泛光透鏡外側(cè)面設計為以多段折線為旋轉(zhuǎn)母線的旋轉(zhuǎn)曲面，并且對各線段相對于泛光透鏡底部中心點的張角大小、各線段與泛光透鏡中心軸的夾角進行了適當設定，使該透鏡在實現(xiàn)光線對稱射出的基礎上進一步實現(xiàn)了泛光角度內(nèi)的均勻照明，并且具有更高的光線利用率。將泛光透鏡的底部外徑限定在6 10mm，該尺寸限定配合上述的結(jié)構(gòu)特征使得該泛光透鏡在獲得均勻光照及高光線利用率的基礎上實現(xiàn)了小型化。本發(fā)明提供的LED泛光透鏡主要用于罩在LED光源的外部以獲得小體積的LED發(fā)光體，該LED發(fā)光體主要作為LED泛光燈的光源，該LED泛光燈可以直接用作照明燈具，也可以作為發(fā)光部件裝載于大、小型照明設備內(nèi)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED泛光透鏡，其特征在于，所述泛光透鏡的底部設有容納LED光源的半球形凹槽，所述泛光透鏡的出光面為平面； 所述泛光透鏡的外側(cè)面由一折線段圍繞一中心軸旋轉(zhuǎn)360°形成； 所述中心軸與所述凹槽的中軸線重合； 所述折線段包括至少三條線段，各線段相對于所述泛光透鏡底部中心點的張角相等且為9 11° ; 每條線段與所述中心軸的夾角為0 39° ; 所述出光面的外徑與透鏡深度的比值為I. 14±0. 2，所述透鏡深度為泛光透鏡的底面與出光面之間的距離； 所述泛光透鏡的出射角為40 ± 0. 5 °。
2.如權(quán)利要求I所述的LED泛光透鏡，其特征在于，所述泛光透鏡的底部外徑為6 IOmm0
3.如權(quán)利要求I所述的LED泛光透鏡，其特征在于，各線段相對于所述泛光透鏡底部中心點的張角均為10±0.5°。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的LED泛光透鏡，其特征在于，所述折線段包括6條線段，自所述泛光透鏡的底部起依次為第一線段、第二線段、第三線段、第四線段、第五線段和第六線段； 所述第一線段與所述中心軸的夾角為38 39° ; 所述第二線段與所述中心軸的夾角為33 34° ; 所述第三線段與所述中心軸的夾角為25. 5 26. 5° ； 所述第四線段與所述中心軸的夾角為23 24° ; 所述第五線段與所述中心軸的夾角為10. 5 11. 5° ； 所述第六線段與所述中心軸的夾角為0 1°。
5.如權(quán)利要求4所述的LED泛光透鏡，其特征在于，所述第一線段和第二線段與所述中心軸的夾角之差為4. 5 5. 5° ； 所述第二線段和第三線段與所述中心軸的夾角之差為7 8° ; 所述第三線段和第四線段與所述中心軸的夾角之差為2 3° ; 所述第四線段和第五線段與所述中心軸的夾角之差為12 13° ; 所述第五線段和第六線段與所述中心軸的夾角之差為10. 5 11. 5°。
6.如權(quán)利要求4所述的LED泛光透鏡，其特征在于，所述半球形凹槽的直徑為4 6mm。
7.一種LED泛光燈，包括若干個LED發(fā)光體，所述LED發(fā)光體包括LED光源和泛光組件，其特征在于，所述泛光組件采用權(quán)利要求I至6任一項所述的LED泛光透鏡； 所述LED光源的光軸與所述LED泛光透鏡的中心軸重合。
8.如權(quán)利要求7所述的LED泛光燈，其特征在于，所述LED光源的發(fā)光中心與所述LED泛光透鏡的凹槽的球心重合。
9.如權(quán)利要求7所述的LED泛光燈，其特征在于，所述LED光源的半光強角為110 .130。。
10.一種照明設備，包括發(fā)光件，其特征在于，所述發(fā)光件采用權(quán)利要求7至9任一項所述的LED泛光燈。
全文摘要
本發(fā)明適用于照明領域，提供了一種LED泛光透鏡、LED泛光燈及照明設備，泛光透鏡的底部設有容納LED的半球形凹槽，其出光面為平面；外側(cè)面由一折線段圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)360°形成；中心軸與凹槽的中軸線重合；折線段包括至少三條線段，各線段相對泛光透鏡底部中心點的張角相等且為9～11°；每條線段與中心軸的夾角為0～39°；出光面的外徑與透鏡深度的比值為1.14±0.2；泛光透鏡的出射角為40±0.5°。本發(fā)明在泛光透鏡底部設置凹槽，將透鏡外側(cè)面設計為以多段折線為旋轉(zhuǎn)母線的旋轉(zhuǎn)曲面，對各線段相對于透鏡底部中心點的張角大小、各線段與透鏡中心軸的夾角進行限定，使泛光透鏡在獲得均勻光照的同時提高了光線的利用率。
文檔編號F21S2/00GK102759064SQ20111010511
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者周明杰, 羅英達 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