一种led为光源的台灯用配光透镜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种LED为光源的台灯用配光透镜。本实用新型的以LED为光源的台灯用配光透镜由于采用包括有配光曲面及底面，LED光源安装在配光透镜的底面，所述配光曲面包括关于光轴对称的第一配光曲面及第二配光曲面的结构，第一配光曲面及第二配光曲面分别位于光轴的两侧，所述第一配光曲面用于将对应的LED光源发出的朗伯分布的光配成分布相对均匀的光线；所述第二配光曲面用于将对应于的第一配光曲面所得的分布均匀的光线进行二次配光，形成沿地表呈圆形分布的均匀光场，本实用新型提高了LED灯的光线利用率，使接收面的光照度均匀。本实用新型配光透镜实现了将平面LED光源或单株筒状LED发出的具有朗伯分布特点的光配成沿接收面呈圆形的均匀光强分布，光源试用范围宽，组合方便，多可组合照明提高光线利用率，以满足室内台灯用LED需求。
【专利说明】—种LED为光源的台灯用配光透镜
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及LED照明的非成像光学技术，更具体的说，涉及一种LED为光源的台灯用配光透镜，用于室内台灯用照明。
【背景技术】
[0002]LED (Light Emitting D1de,发光二级管)技术的发展开辟了照明技术的新时代。由于LED具有体积小，寿命长，光电效率高，环保节能等诸多优点，使得LED照明技术在近几年来得到了飞速发展。由于大部分LED光源的辐射角分布为110度至120度的朗伯分布(Lambertian distribut1n),但如果没有经过配光,照在地面上虽然范围比较宽阔,但边缘的光照度与中心的光照度差距过大，分布非常不均匀，许多光能被集中于照明区域的中心，容易形成眩光；良好的室内照明要求光照均匀，并且在指定区域光照度能达到可供人使用的程度。
[0003]室内台灯等照明设施在安装时，都有一定的允许照明范围，倘若没有经过一定的配光矫正，很难合理及充分地使用LED照明的效果；如果要实现合理的照明，使照亮区域能够拥有较大面积的充分均匀照明，则需要采用LED配光透镜。何种曲面能实现光照度在可使用面积内的均匀分布，这是本领域目前需要解决的难题。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题在于提供一种提高LED灯的光线利用率，使接收面的光照度均匀的LED为光源的台灯用配光透镜。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的方案是:
[0006]本实用新型LED为光源的台灯用配光透镜，所述配光透镜包括有配光曲面及底面，LED光源安装在配光透镜的底面，所述配光曲面包括关于光轴对称的第一配光曲面及第二配光曲面，第一配光曲面及第二配光曲面分别位于光轴的两侧，所述第一配光曲面用于将对应的LED光源发出的朗伯分布的光配成分布相对均匀的光线；所述第二配光曲面用于将对应于的第一配光曲面所得的分布均匀的光线进行二次配光，形成沿地表呈圆形分布的均勻光场。
[0007]本实用新型的以LED为光源的台灯用配光透镜由于采用包括有配光曲面及底面，LED光源安装在配光透镜的底面，所述配光曲面包括关于光轴对称的第一配光曲面及第二配光曲面的结构，第一配光曲面及第二配光曲面分别位于光轴的两侧，所述第一配光曲面用于将对应的LED光源发出的朗伯分布的光配成分布相对均匀的光线；所述第二配光曲面用于将对应于的第一配光曲面所得的分布均匀的光线进行二次配光，形成沿地表呈圆形分布的均匀光场，本实用新型提高了 LED灯的光线利用率，使接收面的光照度均匀，实现了将平面LED光源或单株筒状LED发出的具有朗伯分布特点的光配成沿接收面呈圆形的均匀光强分布，光源试用范围宽，组合方便，多可组合照明提高光线利用率，以满足室内台灯用LED需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型透镜的主视图；
[0009]图2为本实用新型透镜的俯视图；
[0010]图3为图2中为通过光轴的截面A-A的侧视图；
[0011]图4为由图2中A-A截面所得光线追迹图；
[0012]图5为本实用新型用于台灯LED基底组合的主视图。
【具体实施方式】
[0013]本实用新型的以LED为光源的台灯用配光透镜的结构示意图如图1所示，所述配光透镜包括有配光曲面及底面，LED光源3安装在配光透镜的底面，所述配光曲面包括关于光轴对称的第一配光曲面2及第二配光曲面I，第一配光曲面2及第二配光曲面I分别位于光轴的两侧，所述第一配光曲面2用于将对应的LED光源3发出的朗伯分布的光配成分布相对均匀的光线；所述第二配光曲面I用于将对应于的第一配光曲面2所得的分布均匀的光线进行二次配光，控制光线出射方向在某一确定区域内，且形成沿地表呈圆形分布的均匀光场。本实施例中，LED光源3安装在配光曲面的底面，该底面为平面。
[0014]本实施例中，所述第二配光曲面I包围第一配光曲面2，第一配光曲面2与第二配光曲面I之间存在间隙。第一配光曲面2与第二配光曲面I的间隙范围为1.17mm?3.97mm。
[0015]本实施例中，所述第一配光曲面2是一个对称回转体的椭球形配光曲面。所述第一配光曲面2的出射光线与光轴的夹角为光线出射角，光线出射角最大为85°。
[0016]本实施例中，所述第二配光曲面I的截面边缘为配光曲线旋转而成的配光曲面。
[0017]如图3所示，图中曲线I’为第二配光曲面I在图2的A-A位置截面所得曲线，图3中曲线2’为第一配光曲面2在图2的A-A位置截面所得曲线。其中曲线2’关于光轴成中心对称所得曲面即为第一配光曲面2，其为椭球形配光曲面。
[0018]第一配光曲面2将LED光源3发出朗伯分布的光线分配成为分散的相对均匀光线，第二配光曲面I的截面形状如图3所示的曲线I’。
[0019]如图4所示，为曲线2’数值分布，其曲线矫正表达式为:=2,3;SX [?^ζ。
[0020]LED光源3所发出光线要达到接收面米范围，，光线出射角度最大为81.46°。
[0021]LED光源3所发出射光到第一配光曲面2的法线夹角，即入射角最小为0°，最大为10°。本实施例中，第一配光曲面2为椭球形曲面。
[0022]根据Snell定律。
[0023]本实用新型灯罩取材折射率为H2 = 1.52 ’空气。
[0024]LED光源3满足朗伯分布。
[0025]LED光源3出射光经配光曲线至指定平面区域张角为170°，此区域内，到达指定平面区域的发光强度占总发光强度的I = J085 Ia ■ COSQdB = 0.99?。
[0026]在第一配光曲面2所得相对均匀光强分布，发光强度被指定区域理论接收占总发光强度的99%，由此可见，由边缘LED灯发射的出射光，在指定区域面内光能能够被比较好的利用。
[0027]经过光线追迹运算后，所得实际接收光通量占总出射通量的86%，降低的光通量原因是因为在大角度情况下的全反射，导致再次出射的光线不再按照原定路线，导致降低了部分光通量。
[0028]经第一配光曲面2所得光强分布，经折射达到第二配光曲面I。
[0029]第二配光曲面I的微分方程的表达式为
[0030]
dznD - B
Tx=f(^a)=jz^
[0031]
H-1
A =.......(H-Z)2
[0032]
p = m
^(HmmmwwwwwnKmnnnnnnnHHmnnmmmmnnmnmwwwwwwwwwwipppppww*
H + (H-Z):
[0033]
I
L ---------
Vx' +Z2
[0034]
X
D = _==
Vjt2 + Z=
[0035]
I’
k? = R.————
rr^ ;，，’
\'x~ t Z-
[0036]其中，H= 1000mm , R = 3000mm , n = 1.52 ；
[0037]经第一配光曲面2所得光强分布，经折射达到第二配光曲面I的截面。
[0038]由光的直线传播定律可知，经过该微小环状结构的出射光在均匀空气中传播，其出射光线分布也必满足该出射面(即此微小环状结构)的特点。即，通过此截面的出射光线可获得近似矩形光照面。
[0039]图5为本实用新型在实际LED台灯中使用的基底配用形态实物图；在本实施例中，由第二配光曲面I组成的LED台灯高设置为0.75米，光线追迹到米区域的光照度，形成在3米的直径圆形区域内，形成高的均勻度的光照,其最小光照度为123Lux,最大光照度为139Lux，照度均匀度为88.5%，在室内台灯照明要求中平均光照度需要基本达到10Lux以上，由此可见，本实用新型已经满足了工作台的照明需求，达到了所指进行在3米直径圆形区域的均匀光照。
【权利要求】
1.一种LED为光源的台灯用配光透镜，其特征在于所述配光透镜包括有配光曲面及底面，LED光源(3)安装在配光透镜的底面，所述配光曲面包括关于光轴对称的第一配光曲面(2)及第二配光曲面(1)，第一配光曲面(2)及第二配光曲面(I)分别位于光轴的两侧，所述第一配光曲面(2)用于将对应的LED光源(3)发出的朗伯分布的光配成分布相对均匀的光线；所述第二配光曲面(I)用于将对应于的第一配光曲面(2)所得的分布均匀的光线进行二次配光，形成沿地表呈圆形分布的均匀光场。
2.根据权利要求1所述的LED为光源的台灯用配光透镜，其特征在于所述第一配光曲面(2)与第二配光曲面(I)的间隙范围为1.17mm?3.97mm。
3.根据权利要求1所述的LED为光源的台灯用配光透镜，其特征在于所述第一配光曲面(2)是一个对称回转体的椭球形配光曲面。
4.根据权利要求1至3任一项所述的LED为光源的台灯用配光透镜，其特征在于所述第一配光曲面(2)的出射光线与光轴的夹角为光线出射角，光线出射角最大为85°。
5.根据权利要求4所述的LED为光源的台灯用配光透镜，其特征在于所述第二配光曲面(I)的截面边缘为配光曲线旋转而成的配光曲面。
【文档编号】F21Y101/02GK203963809SQ201420222908
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】魏威, 胡正发, 夏智锋, 陈燕娜, 邓振豪 申请人:广东工业大学