透镜组件及其led灯具的制作方法
【专利摘要】一种透镜组件，其包括依次排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜与所述第三透镜的焦点位于同一直线上，所述第一透镜将射入的光线进行聚光处理，并将光线传输至所述第二透镜，所述第二透镜将射入的光线进行聚光处理，并将出射的光线传输至所述第三透镜，所述第三透镜折射所射入的光线，并在被照面上形成预定大小和照度的光斑。本发明还提供一种应用上述透镜组件的LED灯具。所述第一透镜及第二透镜依次将光源发出的光线进行聚光，并形成均匀的光斑，所述第三透镜将光斑放大到合适的大小尺寸后将其投影到被照面上，从而在被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑，满足了所述LED灯具的配光要求。
【专利说明】透镜组件及其LED灯具
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明领域，尤其涉及一种透镜组件及应用所述透镜组件的LED (lightemitting d1de，发光二级管)灯具。
【背景技术】
[0002]LED作为能够将电能转化为光能的半导体器件，以其效率高、能耗低、寿命长等优点被广泛地应用于各种照明灯具中，这些灯具已经成为人们生活、工作中不可或缺的照明用器具。然而，由于LED本身属于郎伯型光源，其发光强度大多是两边较低，中心处较高，所以LED —般无法直接应用于照明领域。因此，对LED光源进行光学配光就显得尤为重要。
[0003]目前，市场上对LED光源进行配光的配光结构以透镜和发射器为主，其通过非成像光学设计透镜或反射器外形，对LED光源发出的光线进行重新分配，从而得到预期的照度分布。然而，现有的配光结构大都存在以下缺点:(1)被照面的照度均匀度较低；(2)照明光斑的边界不清晰，能量较分散，其无法满足对LED光源进行配光的要求。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种透镜组件，其能够提高被照面的照度均匀度，而且能形成边界清晰、能量较集中的照明光斑。
[0005]本发明还提供一种应用上述透镜组件的LED灯具。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种透镜组件，所述透镜组件包括依次排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜与所述第三透镜的焦点位于同一直线上，所述第一透镜将射入的光线进行聚光处理，并将光线传输至所述第二透镜，所述第二透镜将射入的光线进行聚光处理，并将出射的光线传输至所述第三透镜，所述第三透镜折射所射入的光线，并在被照面上形成预定大小和照度的光斑。
[0007]其中，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜由聚甲基丙烯酸甲酯塑料、PC塑料或玻璃通过一体成型设计而制成。
[0008]其中，所述第一透镜包括第一入光面及第一出光面，所述第一入光面整体呈圆形平面，所输入的光线照射至所述第一入光面上，并穿过该第一入光面沿直线传输至所述第一出光面，所述第一入光面射入的光线在该第一出光面处发生折射和反射，以将该光线进行聚光处理。
[0009]其中，所述第二透镜包括第二入光面及第二出光面，所述第二入光面整体呈圆形平面，其半径大于所述第一入光面的半径，所述第二入光面靠近并对准所述第一出光面，所述第一出光面射出的光线照射至所述第二入光面上，并在所述第二透镜内沿直线传输至所述第二出光面，所述第二入光面射入的光线在该第二出光面处发生折射，用于将射入的光线聚集。
[0010]其中，所述第一出光面与所述第二出光面整体呈自由曲面状。
[0011]其中，所述第一透镜与所述第二透镜组成所述透镜组件的后群，所述第一透镜的第一出光面将射入的光线进行折射，使出射光线得到聚集，所述第二透镜的第二出光面将由所述第一出光面射出的光线进行折射，使得出射光线得到再次聚集，起到聚光的作用。
[0012]其中，所述第三透镜包括第三入光面及第三出光面，所述第三入光面整体呈自由曲面，其尺寸大于所述第二入光面的尺寸，所述第三入光面靠近并对准所述第二出光面，所述第二出光面折射出的光线直射至所述第三入光面，并穿过所述第三入光面传输至所述第三出光面，所述第三出光面整体呈自由曲面状，由所述第三入光面射入的光线在该第三出光面处发生折射，从而在被照明上形成预定大小和照度的光斑。
[0013]其中，所述第三透镜组成所述透镜组件的投影群，所述第三透镜的第三出光面将出射的光线进行折射，并将出射的光斑放大到合适的尺寸，并投影到被照面上，从而在该被照面上形成预定尺寸和照度的照明光斑。
[0014]其中，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜均为二次曲面的透镜。
[0015]本发明还提供了一种LED灯具，包括光源，所述LED灯具还包括上述的透镜组件，所述第一透镜靠近并对准所述光源，该光源发出的光线照射至所述第一透镜上。
[0016]本发明实施提供的LED灯具中，所述透镜组件的第一透镜、第二透镜及第三透镜组成了该LED灯具的配光系统，S卩，采用带有二次曲面的两群(即后群和投影群)三片透镜的二次配光系统。所述第一透镜及第二透镜依次将所述光源发出的光线进行聚光，并形成均匀的光斑，所述第三透镜将所述光斑放大到合适的大小尺寸后将其投影到被照面上，从而在该被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑，满足了所述LED灯具的配光要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本发明实施例提供的LED灯具的光路示意图。
[0019]图2是图1所示的第一透镜的立体示意图。
[0020]图3是图1所示的第二透镜的立体示意图。
[0021]图4是图1所示的第三透镜的立体示意图。
[0022]图5是图1所示的透镜组件的配光曲线图。
[0023]图6本发明实施提供的LED灯具在2米处的照度图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]请参阅图1，本发明实施方式提供一种LED灯具100，其包括光源20及透镜组件30，所述透镜组件30组成了该LED灯具100的配光系统，其能够在被照面上形成照度均匀、且边界清晰的照明光斑。所述光源20可根据照明需要发射出相应颜色、亮度的光线，并照射至所述透镜组件30，所述透镜组件30光学处理(如折射、反射)来自所述光源20的光线，将该光线整形并均匀地分散，从而在被照面上形成照度均匀且边界清晰的照明光斑。
[0026]在本发明实施例中，所述LED灯具100还包括灯具壳体、散热板、反射器、驱动组件、整流电路、灯罩等组件，所述灯具壳体作为该LED结构100的主体，其用于容纳所述光源20、透镜组件30、散热板、反射器、驱动组件、整流电路等组件于其内，所述灯罩可拆卸地罩设于该灯具壳体上，进而将所述光源20、透镜组件30，散热板、反射器、驱动组件、整流电路等灯具组件封装于所述灯具壳体内。
[0027]在本发明实施例中，所述光源20为LED芯片，其可通过表面贴装、焊接等方式安装于所述散热板(如，铝基板)上，该散热板可将该光源20工作时产生的热量传导散出去。所述光源20的发光部位于所述反射器内，其发出的光线和该反射器反射的光线射入所述透镜组件30进行光学处理。
[0028]请一并参阅图2，所述透镜组件30包括第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33，所述第二透镜32的尺寸大于所述第一透镜31的尺寸，但小于所述第三透镜33的尺寸。在本发明实施例中，所述第一透镜31、所述第二透镜32与所述第三透镜33的焦点位于同一直线上。所述第一透镜31可由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)塑料、PC塑料等光学级塑料或玻璃通过一体成型设计而制成，其包括第一入光面311及第一出光面312。所述第一入光面311整体大致呈圆形平面，并对准所述光源20，该光源20发出的光线直射至所述第一入光面311上，并穿过该第一入光面311沿直线传输至所述第一出光面312。所述第一出光面312整体大致呈自由曲面状，由所述第一入光面311射入的光线在该第一出光面312处可发生折射和反射，可将所述光源20发出的光线进行聚光处理。
[0029]请一并参阅图3，所述第二透镜32可由PMMA塑料、PC塑料等光学级塑料或玻璃通过一体成型设计而制成，其包括第二入光面321及第二出光面322。所述第二入光面321整体大致呈圆形平面，在本发明实施例中，所述第二入光面321的尺寸大于所述第一入光面311的尺寸，即该第二入光面321的半径大于该第一入光面311的半径。所述第二入光面321靠近并对准所述第一出光面312，该第一出光面312折射出的光线直射至所述第二入光面321上，并在所述第二透镜32内沿直线传输至所述第二出光面322。所述第二出光面322整体大致呈自由曲面状，由所述第二入光面321射入的光线在该第二出光面322处可发生折射和反射，起到聚集光线的作用。
[0030]在本发明实施例中，所述第一透镜31与所述第二透镜32组成所述透镜组件30的后群，其在整个配光系统中起到了聚光和使光斑均匀的作用，即，所述第一透镜31的第一出光面312将所述光源20发出的光线进行折射，使出射光线得到聚集，所述第二透镜32的第二出光面322将由所述第一出光面312射出的光线进行折射，使得出射光线得到再次聚集，起到聚光的作用。因此，所述光源20发出的光线经由所述第一透镜31与第二透镜32的折射聚光处理后，便可得到照度均匀的光斑。
[0031]请一并参阅图4，所述第三透镜33可由PMMA塑料、PC塑料等光学级塑料或玻璃通过一体成型设计而制成，其包括第三入光面331及第三出光面332。所述第三入光面331整体大致呈自由曲面，在本发明实施例中，所述第三入光面331的尺寸大于所述第二入光面321的尺寸。所述第三入光面331靠近并对准所述第二出光面332，该第二出光面322折射出的光线直射至所述第三入光面331，并在该第三入光面331处发生折射后在该第三透镜33内传输至所述第三出光面332。所述第三出光面332整体大致呈自由曲面状，由所述第三入光面331射入的光线在该第三出光面332处发生折射，从而将光斑放大到合适的尺寸后投影到被照面上，从而在该被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑(如图5所示透镜组件30的配光曲线图)。
[0032]在本发明实施例中，所述第三透镜33组成所述透镜组件30的前群(也称为投影群)，其在整个配光系统中起到将光斑放大到合适的大小后投影到被照面的作用。也即为，所述第三透镜33的第三出光面332将出射的光线进行折射，并将出射的光斑放大到合适的尺寸，并投影到被照面上，从而在该被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑(如图5所示透镜组件30的配光曲线图)。
[0033]在本发明实施例中，所述透镜组件30中的第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33均为二次曲面的透镜，其二次曲面的表达式如下:
[0034]Ζ-β +(1 + Κ)ρ2
[0035]其中，P2 = x2_y2，R代表透镜的曲率半径，K代表Conic系数(圆锥系数)。所述第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33的面型参数如表I所示。
[0036]表1:第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33的面型参数
[0037]
透镜号数面R(曲率半径) K (Conic系数)
第一入光面311mO
第一透镜31---
第一出光面 312-6.001-0.12
第二入光面321CoO
第二透镜32---
第二出光面322-14.8O
第三入光面33132.378-6.963
第三透镜33---
第三出光面 332-26.624-1.156
[0038]由上述表I可知，由所述第一透镜31及第二透镜32组成的该透镜组件30的后群，所述光源20发出的光线经由所述第一出光面312及第二出光面322折射后将光线进行汇聚，二者在整个透镜组件中起到了聚光和使光斑均匀的作用；所述第三透镜33组成所述透镜组件30的投影群，其第三出光面332将出射的光线进行折射，并将出射的光斑放大到合适的尺寸，并投影到被照面上，从而在该被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑(如图5所示透镜组件30的配光曲线图)。可以理解的是，上述设计参数仅为该LED结构100其中一个具体实施例，本申请并不仅仅限于上述设计参数，所述第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33的尺寸是根据结构尺寸设计出来的，只要满足这种光学性能的设计参数均在本申请的保护范围之内，在此不再赘述。
[0039]请一并参阅图1至图5，使用时，所述光源20通过表面贴装、焊接等方式安装于所述散热板(如，铝基板)上，通电后，该光源20根据照明需要发出相应颜色及亮度的光线。所述第一透镜31的第一入光面311靠近并对准所述光源20，该光源20发出的光线照射至该第一入光面311上，并在所述第一透镜31内沿直线传输至所述第一出光面312，由所述第一入光面311射入的光线在该第一出光面312处可发生折射和反射，可将所述光源20发出的光线进行聚光处理。所述第二透镜32的第二入光面321靠近并对准所述第一出光面312，该第一出光面312折射出的光线直射至所述第二入光面321上，并在所述第二透镜32内沿直线传输至所述第二出光面322，由所述第二入光面321射入的光线在该第二出光面322处可发生折射和反射，起到聚集光线的作用。所述第三透镜33的第三入光面331靠近并对准所述第二出光面332，该第二出光面322折射出的光线直射至所述第三入光面331上，并在该第三入光面331处发生折射后在该第三透镜33内传输至所述第三出光面332。所述第三出光面332整体大致呈自由曲面状，由所述第三入光面331射入的光线在该第三出光面332处可发生折射，从而将光斑放大到合适的大小后投影到被照面上。如此，所述光源20发出的光线经由所述第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33的配光之后，在所述被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑。请一并参阅图6，图6本发明实施提供的透镜组件30在2米处的照度图，其表示物体被照面单位时间内所接受的光通量，由图6可知，被照面上形成了照度均匀且成边界清晰、能量较集中的照明光斑，该透镜组件30组成的配光系统满足了所述LED灯具100的配光需求。
[0040]综上所述，本发明实施例所提供的LED灯具100中，所述透镜组件30的第一透镜31、第二透镜32及第三透镜33组成了该LED灯具100的配光系统，即，采用带有二次曲面的两群(即后群和投影群)三片透镜的二次配光系统。所述第一透镜31及第二透镜32依次将所述光源20发出的光线进行聚光，并形成均匀的光斑，所述第三透镜33将所述光斑放大到合适的大小尺寸后将其投影到被照面上，从而在该被照面上形成照度均匀度，且成边界清晰、能量较集中的照明光斑。
[0041]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种透镜组件，其特征在于，所述透镜组件包括依次排列的第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述第一透镜、所述第二透镜与所述第三透镜的焦点位于同一直线上，所述第一透镜将射入的光线进行聚光处理，并将光线传输至所述第二透镜，所述第二透镜将射入的光线进行聚光处理，并将出射的光线传输至所述第三透镜，所述第三透镜折射所射入的光线，并在被照面上形成预定大小和照度的光斑。
2.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜由聚甲基丙烯酸甲酯塑料、PC塑料或玻璃通过一体成型设计而制成。
3.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述第一透镜包括第一入光面及第一出光面，所述第一入光面整体呈圆形平面，所输入的光线照射至所述第一入光面上，并穿过该第一入光面沿直线传输至所述第一出光面，所述第一入光面射入的光线在该第一出光面处发生折射和反射，以将该光线进行聚光处理。
4.根据权利要求3所述的透镜组件，其特征在于，所述第二透镜包括第二入光面及第二出光面，所述第二入光面整体呈圆形平面，其半径大于所述第一入光面的半径，所述第二入光面靠近并对准所述第一出光面，所述第一出光面射出的光线照射至所述第二入光面上，并在所述第二透镜内沿直线传输至所述第二出光面，所述第二入光面射入的光线在该第二出光面处发生折射，用于将射入的光线聚集。
5.根据权利要求4所述的透镜组件，其特征在于，所述第一出光面与所述第二出光面整体呈自由曲面状。
6.根据权利要求4所述的透镜组件，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜组成所述透镜组件的后群，所述第一透镜的第一出光面将射入的光线进行折射，使出射光线得到聚集，所述第二透镜的第二出光面将由所述第一出光面射出的光线进行折射，使得出射光线得到再次聚集，起到聚光的作用。
7.根据权利要求4所述的透镜组件，其特征在于，所述第三透镜包括第三入光面及第三出光面，所述第三入光面整体呈自由曲面，其尺寸大于所述第二入光面的尺寸，所述第三入光面靠近并对准所述第二出光面，所述第二出光面折射出的光线直射至所述第三入光面，并穿过所述第三入光面传输至所述第三出光面，所述第三出光面整体呈自由曲面状，由所述第三入光面射入的光线在该第三出光面处发生折射，从而在被照明上形成预定大小和照度的光斑。
8.根据权利要求7所述的透镜组件，其特征在于，所述第三透镜组成所述透镜组件的投影群，所述第三透镜的第三出光面将出射的光线进行折射，并将出射的光斑放大到合适的尺寸，并投影到被照面上，从而在该被照面上形成预定尺寸和照度的照明光斑。
9.根据权利要求1所述的透镜组件，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜及所述第三透镜均为二次曲面的透镜。
10.一种LED灯具，包括光源，其特征在于，所述LED灯具还包括权利要求1至9任意一项所述的透镜组件，所述第一透镜靠近并对准所述光源，该光源发出的光线照射至所述第一透镜上。
【文档编号】F21V5/04GK104180303SQ201310205382
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】周明杰, 杜金 申请人:海洋王（东莞）照明科技有限公司, 海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司