专利名称：聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具的制作方法
聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具
技术领域：
本发明涉及一种透镜，尤其涉及一种适用于LED光源的聚光透镜以及使用该聚光 透镜的灯具。
背景技术：
随着制造科技和半导体技术的发展，LED光源以其耗电少、亮度强日益成为传统光 源的替代品。但是，LED光源受本身特性所限，辐射角度很大，容易扩散。在使用LED光源时需 要对其进行聚光。目前，对LED光源的聚光方式一般采用抛物面的反光杯，但是这种方式要实现发 光角非常小(如发光角小于5度)需要将反光杯尺寸做得比较大，否则LED光源发光角较 小的光线无法被利用，导致LED光源最终的发光角较大，同时浪费大量的制造材料。也有采 用凸透镜对LED光源进行聚光的，但这种方式LED发光角较大的光线无法被利用，对LED光 源光通量的利用率比较低，最终导致灯具的光效利用率太低。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种充分利用LED光源光线，发光角小于5度的聚光透镜以 及聚光透镜组。一种聚光透镜，所述聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第 一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，所述光源容置腔底 面向外凸出形成第一球面；所述聚光透镜直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二 球面；所述聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为折线，所述母线由多
段线段依次连接形成，所述多段线段与透镜光轴所成角度为
至
其中，η为聚光透镜折射率。优选的，所述第一球面半径为R1,所述第二球面半径为R2，R1和R2满足1/R1-I/R2 = 1/[2 (n_l) L]，其中，L为第一球面的球面顶点到LED光源中心的距离。优选的，所述折射率η为1. 59，所述第一球面的球面顶点到LED光源中心的距离L 为4mm，第一球面半径R1为10mm，所述第二球面半径R2为9mm。优选的，所述母线由八段线段依次连接形成，由所述聚光透镜的第一端面至所述 聚光透镜的第二端面分别为第一线段、第二线段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线 段、第七线段以及第八线段。优选的，第一线段，与透镜光轴所成角度满足 第二线段，与透镜光轴所成角度满足 第三线段，与透镜光轴所成角度满足 第四线段，与透镜光轴所成角度满足 第五线段，与透镜光轴所成角度满足 第六线段，与透镜光轴所成角度满足 第七线段，与透镜光轴所成角度满足 第八线段，与透镜光轴所成角度满足 优选的，所述第一线段与透镜光轴所成角度为43. 43° ；所述第二线段与透镜光轴所成角度为41. 86° ；所述第三线段与透镜光轴所成角度为40. 32° ；所述第四线段与透镜光轴所成角度为38. 79° ；所述第五线段与透镜光轴所成角度为37. 29° ；所述第六线段与透镜光轴所成角度为35. 84° ；所述第七线段与透镜光轴所成角度为34. 43° ；所述第八线段与透镜光轴所成角度为33. 08°。优选的，所述光源容置腔的侧面为圆柱面。优选的，所述光源容置腔直径为8mm。优选的，所述聚光透镜的材质为聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。一种包括上述所述聚光透镜的灯具。上述聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具，第一端面中部向内凹陷形成光源容置 腔，光源容置腔底面向外凸出形成第一球面，第二端面中部向外凸出形成第二球面，侧壁为 全反射面，该圆台型透镜的母线为折线，母线由多段线段依次连接形成，多段线段与透镜光
轴所成角度为45°
η),从而实现对LED光源任意
角度的光线进行聚光，有效充分的利用LED光源光线，并使聚光透镜出射光线发光角小于5 度，极大的提高了聚光效果。
图1是--个实施例中聚光透镜结构剖面图2是--个实施例中聚光透镜结构俯视图3是--个实施例中聚光透镜结构侧视图4是--个实施例中聚光透镜原理图5是--个实施例中聚光透镜出射光线配光曲线示意图
图6是--个实施例中灯具结构示意图。具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
进行详细描述。该聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷 形成一个用于适配容置LED光源的光源容置腔，光源容置腔底面向外凸出形成第一球面， 直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面。聚光透镜的侧壁为全反射面，圆台型 透镜的母线为折线，母线由多段线段依次连接形成，该圆台型透镜的母线绕透镜光轴旋转
360度形成聚光透镜的侧壁；多段线段与透镜光轴所成角度为
)至
其中，η为聚光透镜折射率，Arcsin(χ)表示χ的反正弦函数，其定 义域为[_1，1]，函数值域为[-90°，90° ]。图1是一个实施例中聚光透镜结构剖面图。图2是一个实施例中聚光透镜结构俯 视图。图3是一个实施例中聚光透镜结构侧视图。结合图1和图3，该聚光透镜为圆台型透 镜，包括第一端面100、第二端面200以及连接第一端面100和第二端面200的侧壁300。第一端面100中部向内凹陷形成光源容置腔110，光源容置腔110底面向外凸出形 成第一球面120，光源容置腔110的侧面111为圆柱面。LED光源光线经侧面111和第一球 面120入射进聚光透镜。该实施例中，光源容置腔110直径为D，大小根据LED光源的具体 尺寸确定。放置LED光源时，LED光源中心与聚光透镜的透镜光轴400重合。第二端面200为出射面，其中部向外凸出形成第二球面210。该实施例中，第一球面120与第二球面210相对设置，在聚光透镜中部形成双凸透 镜，分别对入射的光线进行折射。第一球面120半径为R1，第二球面210半径为R2。设第一 球面120的球面顶点(即第一球面120与透镜光轴400的交点)到LED光源中心的距离为 L，聚光透镜的折射率为n，则礼、R2满足以下公式 侧壁300为全反射面，对LED光源入射的光线进行全反射，使得光线经全反射后与 透镜光轴400接近平行出射。侧壁300由母线310绕透镜光轴400旋转360度形成。圆台 型聚光透镜的母线310为折线，由依次连接的多段线段组成。该实施例中，母线310由依次 连接的八段线段组成，由第一端面100至第二端面200分别为第一线段311，与透镜光轴400所成角度满足第二线段312，与透镜光轴400所成角度满足第三线段313，与透镜光轴400所成角度满足第四线段314，与透镜光轴400所成角度满足第五线段315，与透镜光轴400所成角度满足第六线段316，与透镜光轴400所成角度满足 第七线段317，与透镜光轴400所成角度满足 第八线段318，与透镜光轴400所成角度满足 在优选实施方式中，该聚光透镜折射率η = 1. 59，第一球面120的球面顶点到LED 光源中心的距离L = 4mm，半径R1 = 10mm，第二球面210半径R2 = 9mm，光源容置腔110的 直径D = 8mm,则第一线段311与透镜光轴400所成角度为43. 43° ；第二线段312与透镜光轴400所成角度为41. 86° ；第三线段313与透镜光轴400所成角度为40. 32° ；第四线段314与透镜光轴400所成角度为38. 79° ；第五线段315与透镜光轴400所成角度为37. 29° ；第六线段316与透镜光轴400所成角度为35. 84° ；第七线段317与透镜光轴400所成角度为34. 43° ；第八线段318与透镜光轴400所成角度为33. 08°。图4是一个实施例中聚光透镜原理图。图5是一个实施例中聚光透镜出射光线配 光曲线示意图。结合图1至图5，LED光源设置在光源容置腔110中。LED光源发出的角度 较小的光线，经过第一球面120和第二球面210的折射后，出射光线与透镜光轴400接近平 行。LED光源发出角度较大的光线，经侧面111的折射到达侧壁300，侧壁300对光线进行 全发射，经全发射的光线与透镜光轴400接近平行，最后由第二端面200的第二球面210中 间以外部分出射。经测定，该聚光透镜出射光线发光角小于5度，聚光效果良好。同时，第 二端面200第二球面210以外部分为平面，有效的降低了光衰。该实施例中，该聚光透镜采用透明材料，便于注塑成型，优选采用聚碳酸酯(PC) 或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质。此外，本发明还提供一种灯具，该灯具包括上述所述聚光透镜，根据需要可以包括 两个以上同一水平分布规则设置的上述聚光透镜。如图6所示，该灯具包括5个上述的聚 光透镜，5个聚光透镜呈同一水平分布规则设置，且每个聚光透镜对应一个LED光源。经测 定，该灯具出射光线配光曲线与单个聚光透镜出射光线配光曲线一致，聚光效果良好，同时 该灯具光通量得到极大提高，光照度得到极大提升。上述聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具，第一端面中部向内凹陷形成光源容置 腔，光源容置腔底面向外凸出形成第一球面，第二端面中部向外凸出形成第二球面，侧壁为 全反射面，圆台型透镜的母线为折线，母线由多段线段依次连接形成，多段线段与透镜光轴
所成角度为45° -^rcsin(sin40° / )至45° -^rcsin(sin5° / ),从而实现对LED光源任意角
度的光线进行聚光，有效充分的利用LED光源光线，并使聚光透镜出射光线发光角小于5 度，极大的提高了聚光效果。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
一种聚光透镜，其特征在于，所述聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，所述光源容置腔底面向外凸出形成第一球面；所述聚光透镜直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面；所述聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为折线，所述母线由多段线段依次连接形成，所述多段线段与透镜光轴所成角度为至其中，n为聚光透镜折射率。FSA00000212557000011.tif,FSA00000212557000012.tif
2.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述第一球面半径为R1，所述第二球 面半径为R2, R1和R2满足1/Rl/R2 = l/[2(n-l)L]，其中，L为第一球面的球面顶点到LED光源中心的距离。
3.根据权利要求2所述的聚光透镜，其特征在于，所述折射率η为1.59，所述第一球面 的球面顶点到LED光源中心的距离L为4mm，第一球面半径R1为10mm，所述第二球面半径 R2 为 9mm 。
4.根据权利要求1或3所述的聚光透镜，其特征在于，所述母线由八段线段依次连接形 成，由所述聚光透镜的第一端面至所述聚光透镜的第二端面依次分别为第一线段、第二线 段、第三线段、第四线段、第五线段、第六线段、第七线段以及第八线段。
5.根据权利要求4所述的聚光透镜，其特征在于，第一线段，与透镜光轴所成角度满足 第二线段，与透镜光轴所成角度满足 第三线段，与透镜光轴所成角度满足 第四线段，与透镜光轴所成角度满足 第五线段，与透镜光轴所成角度满足 第六线段，与透镜光轴所成角度满足 第七线段，与透镜光轴所成角度满足 第八线段，与透镜光轴所成角度满足
6.根据权利要求5所述的聚光透镜，其特征在于， 所述第一线段与透镜光轴所成角度为43. 43° ； 所述第二线段与透镜光轴所成角度为41. 86° ； 所述第三线段与透镜光轴所成角度为40. 32° ； 所述第四线段与透镜光轴所成角度为38. 79° ； 所述第五线段与透镜光轴所成角度为37. 29° ；所述第六线段与透镜光轴所成角度为35. 84° ； 所述第七线段与透镜光轴所成角度为34. 43° ； 所述第八线段与透镜光轴所成角度为33. 08°。
7.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容置腔的侧面为圆柱面。
8.根据权利要求1或7所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容置腔直径为8mm。
9.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述聚光透镜的材质为聚碳酸酯或 者聚甲基丙烯酸甲酯。
10.一种包括如权利要求1至9所述聚光透镜的灯具。
全文摘要
本发明涉及一种聚光透镜以及使用该聚光透镜的灯具，该聚光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，光源容置腔底面向外凸出形成第一球面；聚光透镜直径较大的第二端面中部向外凸出形成第二球面；聚光透镜的侧壁为全反射面，该圆台型透镜的母线为折线，母线由多段线段依次连接形成，多段线段与透镜光轴所成角度为至其中，n为聚光透镜折射率。本发明对LED光源任意角度的光线进行聚光，充分利用LED光源光线，并使聚光透镜出射光线发光角小于5度，极大提高了聚光效果。
文档编号F21V5/04GK101900293SQ20101024185
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者周明杰, 罗英达 申请人: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