专利名称：一种聚光透镜及使用该聚光透镜的灯具的制作方法
一种聚光透镜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 及使用该聚光透镜的灯具。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，直径较大的第二端面中部 向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜 的母线为抛物线，所述光源容置腔为半球型容置腔，所述光源容置腔球心与LED光源中心 以及所述母线焦点重合。优选的，所述光源容置腔表面为供光源光线入射到所述聚光透镜的半球面。优选的，所述凸球面半径为R，且满足1/R = l/[2(n-l)L],其中，L为凸球面的球面顶点到LED光源中心距离，η为聚光透镜折射率。优选的，所述母线焦距大于等于所述光源容置腔的球面半径。优选的，所述光源容置腔球面半径为2. 45mm，所述折射率η为1. 59，所述凸球面的 球面顶点到光源中心距离L为14mm，所述凸球面半径R为8. 25mm，所述母线焦距为3. 5mm。 优选的，所述聚光透镜的材质采用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。优选的，所述灯具包括三个同一水平分布，规则设置的聚光透镜。优选的，所述每一个聚光透镜独立的对应一个LED光源。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，第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，侧壁为全反射面，圆台型透镜的母线为抛物线，光源容置腔为半球型容置腔，且球心与光源中心和母线焦点重合，从而对 LED光源任意角度的光线进行聚光，控制聚光透镜出射光线发光角小于5度，充分利用LED 光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。
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，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸 面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，圆台型透镜的母线为抛物线，该母 线绕透镜光轴旋转360度形成聚光透镜的侧壁，光源容置腔为半球型容置腔，其球心与LED 光源中心以及母线焦点重合。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。该实施例中，光源容置腔110为 半球型容置腔。LED光源光线经光源容置腔110的半球面111入射进聚光透镜。光源容置 腔110球面半径为R1，大小根据LED光源的具体尺寸确定。光源容置腔110球心与LED光 源中心重合。第二端面200为出射面，其中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面200的凸球面 210。凸球面210半径为R2。设凸球面210的球面顶点(即凸球面210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R2满足以下公式1/R2 = l/[2(n-l)L]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500绕透镜光轴400旋转360度形成。母线 500为抛物线，焦点与光源容置腔300的球心重合，且焦距F彡队。在优选实施方式中，该聚光透镜高度为15mm，最大外半径为16. 22mm，折射率η = 1. 59，光源容置腔110球面半径R1 = 2. 45mm,凸球面210球面顶点到LED光源中心的距离 L = 14mm,半径 R2 = 8. 25mm,母线 500 的焦距 F = 3. 5mm。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光源的光线经半 球面111入射到聚光透镜。凸球面210对LED光源发出的角度较小的光线进行折射，折射后形成的出射光线与透镜光轴400接近平行。侧壁300对LED光源发出的角度较大的光线 进行全发射，全反射后光线与透镜光轴接近平行，最后由第二端面200射出。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。第二端面200中间以外部分为平面，有效 的减少了光衰。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，本发明还提供一种包括上述所述聚光透镜的灯具；根据需要，该灯具可以 包括两个以上同一水平分布规则设置的上述的聚光透镜，且每个聚光透镜独立的对应一个 LED光源，如图6所示，该灯具包括3个上述的聚光透镜，3个聚光透镜呈水平分布规则设 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，第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面， 圆台型透镜的母线为抛物线，该母线绕透镜光轴旋转360度形成聚光透镜的侧壁，光源容 置腔为半球型容置腔，且球心与光源中心和母线焦点重合，从而对LED光源任意角度的光 线进行聚光，控制聚光透镜出射光线发光角小于5度，充分利用LED光源光线，极大的提高 了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。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，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线，所述光源容置腔为半球型容置腔，所述光源容置腔球心与LED光源中心以及所述母线焦点重合。
2.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容置腔表面的外形构造为 供光源光线入射到所述聚光透镜的半球面。
3.根据权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于，所述凸球面半径为R，且满足1/R = l/[2(n-l)L]，其中，L为凸球面的球面顶点到LED光源中心距离，η为聚光透镜折射率。
4.根据权利要求3所述的聚光透镜，其特征在于，所述母线焦距大于等于所述光源容 置腔的球面半径。
5.根据权利要求4所述的聚光透镜，其特征在于，所述光源容置腔球面半径为2.45mm, 所述折射率η为1. 59，所述凸球面的球面顶点到光源中心距离L为14mm，所述凸球面半径 R为8. 25mm，所述母线焦距为3. 5mm。
6.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采用聚碳酸酯 或者聚甲基丙烯酸甲酯。
7.一种包括权利要求1至6任一所述聚光透镜的灯具。
8.根据权利要求7所述的灯具，其特征在于，所述灯具包括三个同一水平分布，规则设 置的聚光透镜。
9.根据权利要求8所述的灯具，其特征在于，所述每一个聚光透镜独立的对应一个LED 光源。
全文摘要
本发明涉及一种聚光透镜以及聚光透镜组，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，直径较大的第二端面中部向内凹陷形成凸面朝向第二端面的凸球面，聚光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线，所述光源容置腔为半球型容置腔，所述光源容置腔球心与LED光源中心以及所述母线焦点重合。本发明对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制聚光透镜出射光线发光角小于5度，充分利用LED光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。
文档编号F21V5/04GK101893200SQ20101024194
公开日2010年11月24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