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，聚光透鏡為呈圓臺狀的回轉體，包括在其小端凹陷形成的光源容納腔、在其側壁形成的全反射面、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腔體，該圓臺腔體的中心線與回轉軸相重合，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

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及LED照明【技術領域】，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】
[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，使用壽命長等優(yōu)點， LED在照明領域的應用越來越廣泛。在LED便攜移動照明（如手電筒等）中，在探照時需對 LED進行二次配光以達到聚光效果。
[0003] 市場上的LED聚光燈具多數(shù)使用拋物線型的反射器達到聚光功能。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)明內容】

[0004] 本發(fā)明實施例所要解決的技術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狀 的回轉體，且具有與該回轉體的回轉軸相重合的光軸，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腔體，該圓臺腔體的中心線與所述回轉 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軸上的圓形平面，所述第二出光面相對于所述第一出光面向外凸 出；
[0008] 建立一縱軸與所述回轉軸相重合的平面直角坐標系，所述第二入射面由第一自由 曲線繞所述縱軸回轉形成，所述全反射面由第二自由曲線繞所述縱軸回轉形成，所述第二 出光面由第三自由曲線繞所述縱軸回轉形成，
[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al、a2、a3、a4、a5、a6和a7經(jīng)樣條插值形成，
[0011] 插值節(jié)點al的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-8. 23848、-12. 52316和 42.65513158° ;
[0012] 插值節(jié)點a2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-6. 42708728、-10. 88562571和 41.02851065° ;
[0013] 插值節(jié)點a3的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-4. 51680892、-9. 36585126和 35.08096403° ;
[0014] 插值節(jié)點a4的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-3. 486783、-8. 71045954和 29.40307514° ;
[0015] 插值節(jié)點a5的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-2. 38523516、-8. 18488309和 21.22337932° ;
[0016] 插值節(jié)點a6的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-1.21410523、-7. 8421555和 11.1518857° ;
[0017] 插值節(jié)點a7的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為0、-7. 72233224和0°。
[0018] 其中，所述第二自由曲線由插值節(jié)點bl、b2、b3、b4、b5、b6和b7經(jīng)樣條插值形成，
[0019] 插值節(jié)點bl的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-28. 81993、-26. 91679和 61.33912586° ;
[0020] 插值節(jié)點b2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-24. 97498865、-19. 96047464和 60.64367278° ;
[0021] 插值節(jié)點b3的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-22. 99134258、-16. 51685038和 59.4491663° ;
[0022] 插值節(jié)點b4的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-20. 93494826、-13. 11621524和 58.06628539° ;
[0023] 插值節(jié)點b5的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-18. 78579683、-9. 773462和 56.58091761° ;
[0024] 插值節(jié)點b6的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-16. 55489809、-6. 48463677和 55.16090646° ；
[0025] 插值節(jié)點b7的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-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cl的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-31. 84041、-31. 8769和 164.7296433;
[0028] 插值節(jié)點c2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-28. 72463709、-32. 7106435和 165.4223195° ;
[0029] 插值節(jié)點c3的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-25. 58477883、-33. 44755924和 168.5656059° ；
[0030] 插值節(jié)點c4的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-22. 40436932、-33. 97990424和 172.9157716° ；
[0031] 插值節(jié)點c5的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-19. 18703806、-34. 18282671和 0.17199385° ；
[0032] 插值節(jié)點c6的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-17. 57573342、-34. 11886879和 4.49120175° ；
[0033] 插值節(jié)點c7的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-15. 97497119、-33. 92431086和 9.45631673° ；
[0034] 插值節(jié)點c8的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-14. 39780903、-33. 58852782和 14.55001085° ；
[0035] 插值節(jié)點c9的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-12. 85494175、-33. 11940783和 19.08308446° ；
[0036] 插值節(jié)點clO的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-11. 34608282、-32. 55021602和 21.97848506° ；
[0037] 插值節(jié)點cll的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-9. 86523509、-31. 91157467和 24.57435671° ；
[0038] 插值節(jié)點cl2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-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，長度為12. 523±lmm。
[0041] 其中，所述聚光透鏡的大端外沿環(huán)繞設置有一固定板，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，其包括上述任一項所述的聚光透鏡。
[0045] 實施本發(fā)明實施例，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)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述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)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，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。
[0047] 圖1為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實施例的結構示意圖；
[0048] 圖2為圖1所示的聚光透鏡的立體結構示意圖；
[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)選實施例的極坐標配光曲線圖；
[0052] 圖6為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實施例的直角坐標配光曲線圖；
[0053] 圖7為本發(fā)明聚光透鏡優(yōu)選實施例在1米遠處的照度圖；
[0054] 圖8為本發(fā)明LED燈具優(yōu)選實施例的立體結構圖。

【具體實施方式】
[0055] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、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?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(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)明保護的范圍。
[0056] 參照圖1至圖3,本發(fā)明提出了一種聚光透鏡100,聚光透鏡100為呈圓臺狀的回 轉體，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腔體，該圓 臺腔體的中心線與聚光透鏡100的回轉軸相重合，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軸回轉形成，全反射面120為第二自由曲 線繞回轉軸回轉形成，第二出光面132為第三自由曲線繞回轉軸回轉形成。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 口處并位于回轉軸上。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，長度為 12. 523mm，出光面 130 直徑為 63. 681mm。
[0059] 本發(fā)明采用多項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，多項式插值是根據(jù)少數(shù)給定的數(shù)據(jù)點（即插值節(jié)點）擬合構建一通過上述 所有數(shù)據(jù)點的多項式函數(shù)，多項式插值的階次不高于插值節(jié)點的個數(shù)；本發(fā)明所述的樣條 插值是指分段多項式插值，通過相鄰的插值節(jié)點進行多項式插值，樣條插值避免了使用高 階多項式插值出現(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，引入直角坐標系，該直角坐標系包括橫軸（X軸)、縱軸（Y軸） 和原點0,其中縱軸與聚光透鏡的回轉軸相重合。樣條插值需要給出插值節(jié)點的橫坐標、縱 坐標和斜率(或傾斜角）。
[0061] 參照圖4，第一自由曲線8包括7個插值節(jié)點：&1，&2， &3，&4，&5，&6， &7。這7個插 值節(jié)點的橫縱坐標和傾斜角見下表：
[0062]

【權利要求】
1. 一種聚光透鏡，所述聚光透鏡為呈圓臺狀的回轉體，且具有與該回轉體的回轉軸相 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腔體，該圓臺腔體的中心線與所述回轉軸相 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軸上的圓形平面，所述第二出光面相對于所述第一出光面向外凸出； 建立一縱軸與所述回轉軸相重合的平面直角坐標系，所述第二入射面由第一自由曲線 繞所述縱軸回轉形成，所述全反射面由第二自由曲線繞所述縱軸回轉形成，所述第二出光 面由第三自由曲線繞所述縱軸回轉形成， 所述聚光透鏡的配光角度為5-7度。
2. 根據(jù)權利要求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al、 a2、a3、a4、a5、a6和a7經(jīng)樣條插值形成， 插值節(jié)點al的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-8. 23848、-12. 52316和 42.65513158° ; 插值節(jié)點a2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-6. 42708728、-10. 88562571和 41.02851065° ; 插值節(jié)點a3的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-4. 51680892、-9. 36585126和 35.08096403° ; 插值節(jié)點a4的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-3. 486783、-8. 71045954和 29.40307514° ; 插值節(jié)點a5的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-2. 38523516、-8. 18488309和 21.22337932° ; 插值節(jié)點a6的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-1. 21410523、-7. 8421555和 11.1518857° ; 插值節(jié)點a7的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為0、-7. 72233224和0°。
3. 根據(jù)權利要求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bl、 b2、b3、b4、b5、b6和b7經(jīng)樣條插值形成， 插值節(jié)點bl的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-28. 81993、-26. 91679和 61.33912586° ; 插值節(jié)點b2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-24. 97498865、-19. 96047464和 60.64367278° ; 插值節(jié)點b3的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-22. 99134258、-16. 51685038和 59.4491663° ； 插值節(jié)點b4的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-20. 93494826、-13. 11621524和 58.06628539° ; 插值節(jié)點b5的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-18. 78579683、-9. 773462和 56.58091761° ; 插值節(jié)點b6的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-16. 55489809、-6. 48463677和 55.16090646° ; 插值節(jié)點b7的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-11. 95892、0和54. 3594603°。
4. 根據(jù)權利要求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cl的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-31. 84041、-31. 8769和164. 7296433; 插值節(jié)點c2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-28. 72463709、-32. 7106435和 165.4223195° ; 插值節(jié)點c3的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-25. 58477883、-33. 44755924和 168.5656059° ； 插值節(jié)點c4的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-22. 40436932、-33. 97990424和 172.9157716° ； 插值節(jié)點c5的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-19. 18703806、-34. 18282671和 0.17199385° ； 插值節(jié)點c6的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-17. 57573342、-34. 11886879和 4.49120175° ； 插值節(jié)點c7的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-15. 97497119、-33. 92431086和 9.45631673° ； 插值節(jié)點c8的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-14. 39780903、-33. 58852782和 14.55001085° ； 插值節(jié)點c9的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-12. 85494175、-33. 11940783和 19.08308446° ； 插值節(jié)點clO的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-11. 34608282、-32. 55021602和 21.97848506° ； 插值節(jié)點ell的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-9. 86523509、-31. 91157467和 24.57435671° ； 插值節(jié)點cl2的橫坐標、縱坐標和傾斜角分別為-6. 95251、-30. 52637和 25.98126234° 。
5. 根據(jù)權利要求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，長度為 12. 523±lmm。
7. 根據(jù)權利要求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)繞設置 有一固定板，所述固定板呈圓環(huán)狀。
8. 根據(jù)權利要求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，包括權利要求1-9任意一項所述的聚光透鏡。
【文檔編號】F21Y101/02GK104344336SQ201310336604
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權日:2013年8月5日
【發(fā)明者】周明杰, 藍潔琳 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, 深圳市海洋王照明工程有限公司