Led燈具及其配光透鏡的制作方法
【專利摘要】一種配光透鏡，包括底面、頂面及透鏡側(cè)壁。透鏡側(cè)壁用于連接底面與頂面。透鏡側(cè)壁的內(nèi)側(cè)為第四表面，為全反射面。底面向內(nèi)凹陷以形成圓柱孔，圓柱孔的底部向外凸出，以形成第一表面，第一表面為自由曲面，圓柱孔的側(cè)壁為第二表面。頂面包括多個凸起單元，多個凸起單元形成第三表面。光線分別經(jīng)第一表面及第二表面入射。光線經(jīng)過折射及第四表面的全反射后，沿大致與頂面垂直的方向射向頂面。每一個凸起單元都能將射入的光線投射到一個近似于圓形的照明區(qū)域，形成圓形光斑。整個照明區(qū)域是由多個凸起單元所投射的圓形光斑在照明區(qū)域重疊而成。因此，上述配光透鏡可實現(xiàn)光場疊加型照明，從而使得照度均勻性較高。此外，本發(fā)明還提供一種LED燈具。
【專利說明】
LED燈具及其配光透鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明技術(shù)，特別是涉及一種LED燈具及其配光透鏡。

【背景技術(shù)】
[0002]LED以其全固態(tài)、高光效、色度純、能耗低、壽命長、無污染等優(yōu)點成為21世紀(jì)具有競爭力的新型光源。隨著LED光通量及光效的不斷提高，LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。然而，由于LED芯片本身屬于半空間朗伯型發(fā)光，其發(fā)光強度兩邊低中心高，無法直接應(yīng)用于照明領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)的LED燈具中，一般采用透鏡和反射器對LED芯片進行二次配光，通過非成像光學(xué)設(shè)計透鏡或者反射器外形，利用折射、反射等光學(xué)特性改變LED芯片的光線角度，從而得到預(yù)期的照度分布。然而，傳統(tǒng)的二次配光通常使得被照面照度均勻度低，呈中間高四周低的高斯型，光分布不均勻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種照度均勻的LED燈具及其配光透鏡。
[0005]一種配光透鏡，包括:
[0006]底面,為圓形,所述底面向內(nèi)凹陷以形成圓柱孔，所述圓柱孔為盲孔，所述圓柱孔的軸線穿過所述底面的圓心，所述圓柱孔的底部向外凸出，以形成第一表面，所述第一表面為自由曲面，所述圓柱孔的側(cè)壁為第二表面；
[0007]頂面，為圓形，并與所述底面相對設(shè)置，所述頂面直徑大于所述底面直徑，且其圓心位于所述配光透鏡的光軸，所述頂面上設(shè)置有多個凸起單元，所述多個凸起單元之間間隔設(shè)置，并覆蓋所述頂面，所述多個凸起單元形成第三表面；及
[0008]連接所述底面與所述頂面的透鏡側(cè)壁，所述透鏡側(cè)壁為自由曲面,所述透鏡側(cè)壁的內(nèi)側(cè)為第四表面；
[0009]其中，所述第四表面為全反射面，從所述第二表面入射的光線，發(fā)生折射并射向所述第四表面，從所述第二表面入射的光線在所述第四表面發(fā)生全反射，光線經(jīng)所述第四表面全反射后射向所述頂面，從所述第一表面入射的光線發(fā)生折射，并射向所述頂面。
[0010]在其中一個實施例中，所述底面直徑等于所述圓柱孔的直徑。
[0011]在其中一個實施例中,所述第二表面為圓錐面。
[0012]在其中一個實施例中，所述第二表面的拔模角度為2度。
[0013]在其中一個實施例中，所述多個凸起單元在所述頂面排列形成多個相互間隔并同心設(shè)置的圓環(huán)。
[0014]在其中一個實施例中，多個所述凸起單元在沿所述頂面直徑的方向上形成扇形。
[0015]在其中一個實施例中，所述底面的直徑為5.07毫米，所述頂面的直徑為18.97毫米，所述頂面與所述底面之間的距離為12.82毫米。
[0016]一種LED燈具，包括:
[0017]如上述優(yōu)選實施例中任一項所述的配光透鏡；及
[0018]LED光源，設(shè)于所述圓柱孔的邊緣，且其發(fā)光部位于所述圓柱孔內(nèi)，所述LED光源的中心與所述底面的圓心重合。
[0019]上述LED燈具及其配光透鏡，LED光源發(fā)出的光線分別經(jīng)第一表面及第二表面入射。光線經(jīng)過折射及第四表面的全反射后，沿大致與頂面垂直的方向射向頂面。頂面包括多個凸起單元，多個凸起單元形成第三表面。每一個凸起單元都能將射入的光線投射到一個近似于圓形的照明區(qū)域，形成圓形光斑。整個照明區(qū)域是由多個凸起單元所投射的圓形光斑在照明區(qū)域重疊而成。因此，上述LED燈具的照明方式為光場疊加型照明，從而使得其照度均勻性較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明較佳實施例中LED燈具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1所示LED燈具中配光透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為圖2配光透鏡的剖面圖；
[0023]圖4為圖1所示LED燈具在距出光口一米處所產(chǎn)生的光斑圖；
[0024]圖5為圖1所示LED燈具的配光曲線圖；
[0025]圖6為圖2配光透鏡的尺寸示意圖。

【具體實施方式】
[0026]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0027]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認(rèn)為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0028]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0029]請參閱圖1，本發(fā)明較佳實施例中的LED燈具10包括配光透鏡100及LED光源101。
[0030]請一并參閱圖2及圖3，配光透鏡100包括底面110、頂面120及透鏡側(cè)壁130。底面110與頂面120均為圓形，且頂面120的直徑大于底面110的直徑。底面110與頂面120相對設(shè)置，且兩者的圓心均位于配光透鏡100的光軸上。透鏡側(cè)壁130為自由曲面，用于連接底面110與頂面120。因此，配光透鏡100大致呈圓臺形結(jié)構(gòu)。
[0031]底面110向內(nèi)凹陷以形成圓柱孔112。圓柱孔112為盲孔，具有底部。圓柱孔112的軸線穿過底面110的圓心。具體的，LED光源101安裝于圓柱孔112的邊緣，且發(fā)光部位于圓柱孔112內(nèi)。LED光源101的中心與底面110的圓心重合。因此，LED光源101發(fā)出的光線可相對于圓柱孔112的軸線對稱分布，從而在進過配光透鏡100配光后，可得到對稱的光照分布。
[0032]在本實施例中，底面110直徑等于圓柱孔112的直徑。即底面110全部向內(nèi)凹陷。需要指出的是，在其他實施例中，底面110可部分凹陷以形成圓柱孔112，則底面110的直徑大于圓柱孔112的直徑。
[0033]圓柱孔112的底部向外凸出，以形成第一表面111。其中,第一表面111為自由曲面。凸出的第一表面111相當(dāng)于凸鏡，對光線起到匯集作用。LED光源101發(fā)出的光線經(jīng)第一表面111入射后，光線發(fā)射偏折，可沿大致與頂面120垂直的方向射向頂面120。圓柱孔112的側(cè)壁為第二表面113。具體在本實施例中，第二表面113為圓錐面。LED光源101發(fā)出的光線經(jīng)第二表面113入射，射向透鏡側(cè)壁130。
[0034]在本實施例中，第二表面113的拔模角度為2度。設(shè)置一定拔模角度主要是為了便于加工。配光透鏡100通過倒模成型的過程中，由于具有2度拔模角度，可輕易的實現(xiàn)加工得到的器件與模具分離。需要指出的是，在其他實施例中，拔模角度可設(shè)置成其他度數(shù)。而且，當(dāng)器件與模具分離方便時，也可不用設(shè)置拔模角度。
[0035]透鏡側(cè)壁130的內(nèi)側(cè)為第四表面131。而且，第四表面131為全反射面。從第二表面113入射的光線射向第四表面131后，發(fā)生全反射，光線經(jīng)過第四表面131的全反射后沿大致與頂面120垂直的方向射向頂面120。
[0036]頂面120上設(shè)置有多個凸起單元1212，多個凸起單元1212之間間隔設(shè)置，并覆蓋頂面120。多個凸起單元1212形成第三表面121。每個凸起單元1212相當(dāng)于一個小型的透鏡。因此，垂直射向頂面120的光線進過凸起單元1212折射后，相互交叉，在照明區(qū)域形成一大致呈圓形的光斑。
[0037]而照明區(qū)域的照明效果，則是由多個凸起單元1212所形成的光斑的疊加。因此，通過光線疊加，最終將在照明區(qū)域內(nèi)得到較均勻的光線分布。如圖4所示，在距離LED燈具10出光口 I米處,所產(chǎn)生的光斑亮度均勻。進一步的，如圖5所示,通過多個光斑的疊加,使得LED燈具10在照明區(qū)域內(nèi)與傳統(tǒng)LED燈相比，無論是光強還是光色的均勻性，均得到顯著提升。
[0038]在本實施例中，多個凸起單元1212在頂面120排列形成多個相互間隔并同心設(shè)置的圓環(huán)。圓環(huán)為對稱圖形，通過使多個凸起單元1212排列成圓環(huán)，可使從第三表面121出射的光線分布均勻，從而便于得到更加均勻的照度。進一步的，多個凸起單元1212在沿頂面120直徑的方向上形成扇形。需要指出的是，在其他實施例中，多個凸起單元1212在頂面120上不限于上述一種排列方式。例如，多個凸起單元1212可隨機分布于頂面120上。
[0039]請參閱圖6，在本實施例中，底面110的直徑為5.07毫米，頂面120的直徑為18.97毫米，頂面120與所述底面110之間的距離為12.82毫米。上述參數(shù)只是用于說明配光透鏡100的常用尺寸。按照上述比例對配光透鏡100進行縮放或在誤差允許范圍內(nèi)進行小幅修改，均不會影響配光透鏡100的功能。
[0040]綜上所述，相較于傳統(tǒng)LED燈，LED燈具10具有至少如下優(yōu)點:
[0041]1、LED光源101發(fā)出的光線分別經(jīng)第一表面111及第二表面113入射。光線經(jīng)過折射及第四表面131的全反射后，沿大致與頂面120垂直的方向射向頂面120。頂面120上多個凸起單元1212形成第三表面121。每一個凸起單元1212都能將射入的光線投射到一個近似于圓形的照明區(qū)域，形成圓形光斑。而整個照明區(qū)域是由多個凸起單元1212所投射的圓形光斑在照明區(qū)域重疊而成。因此，LED燈具10的照度均勻性較高。
[0042]2、由于LED燈具10的照明方式為光場疊加型照明，各種單色光相互疊加后可得到顏色均一的光斑。因此，LED燈具10光色的均勻性也較高。
[0043]3、與傳統(tǒng)使用的發(fā)射器相比，LED燈具10的配光透鏡100先將LED光源101發(fā)出的光線進行準(zhǔn)直(通過折射、全反射進行匯聚，將LED光源101發(fā)散的光線匯聚成大致平行的光束射向頂面120)，再通過第三表面121形成疊加的光斑。因此，配光透鏡100無需針對特定的一款LED光源101而特殊設(shè)計，因此通用性更強。
[0044]以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種配光透鏡，其特征在于，包括: 底面，為圓形，所述底面向內(nèi)凹陷以形成圓柱孔，所述圓柱孔為盲孔，所述圓柱孔的軸線穿過所述底面的圓心，所述圓柱孔的底部向外凸出，以形成第一表面，所述第一表面為自由曲面，所述圓柱孔的側(cè)壁為第二表面； 頂面，為圓形，并與所述底面相對設(shè)置，所述頂面直徑大于所述底面直徑，且其圓心位于所述配光透鏡的光軸，所述頂面上設(shè)置有多個凸起單元，所述多個凸起單元之間間隔設(shè)置，并覆蓋所述頂面，所述多個凸起單元形成第三表面 '及 連接所述底面與所述頂面的透鏡側(cè)壁，所述透鏡側(cè)壁為自由曲面，所述透鏡側(cè)壁的內(nèi)側(cè)為第四表面； 其中，所述第四表面為全反射面，從所述第二表面入射的光線，發(fā)生折射并射向所述第四表面，從所述第二表面入射的光線在所述第四表面發(fā)生全反射，光線經(jīng)所述第四表面全反射后射向所述頂面，從所述第一表面入射的光線發(fā)生折射，并射向所述頂面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配光透鏡，其特征在于，所述底面直徑等于所述圓柱孔的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配光透鏡，其特征在于，所述第二表面為圓錐面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配光透鏡，其特征在于，所述第二表面的拔模角度為2度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配光透鏡，其特征在于，所述多個凸起單元在所述頂面排列形成多個相互間隔并同心設(shè)置的圓環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的配光透鏡，其特征在于，多個所述凸起單元在沿所述頂面直徑的方向上形成扇形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配光透鏡，其特征在于，所述底面的直徑為5.07毫米，所述頂面的直徑為18.97毫米，所述頂面與所述底面之間的距離為12.82毫米。
8.—種LED燈具，其特征在于，包括: 如上述權(quán)利要求1?7任一項所述的配光透鏡；及 LED光源，設(shè)于所述圓柱孔的邊緣，且其發(fā)光部位于所述圓柱孔內(nèi)，所述LED光源的中心與所述底面的圓心重合。
【文檔編號】F21V5/04GK104180304SQ201310205749
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】周明杰, 杜金 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, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司