發(fā)光二極管透鏡及照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管透鏡，包括底面、頂面及側(cè)面；所述底面開設(shè)有腔體，所述腔體包括全反射入光面及折射入光面；所述頂面包括全反射出光面及設(shè)置于全反射出光面的折射出光面，所述折射出光面相對于所述反射出光面凸起；所述側(cè)面連接于所述底面與頂面，所述側(cè)面為全反射面；部分光線由全反射出光面進入發(fā)光二極管透鏡后由側(cè)面折射，而后由全反射出光面射出；部分光線由折射入光面進入發(fā)光二極管透鏡后折射出光面射出。本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡及照明裝置使用光學透鏡來改變光強分布，實現(xiàn)極限或任意矩形光強，同時最大限度提高光源轉(zhuǎn)換率，減少光效損失。本發(fā)明還公開一種照明裝置。
【專利說明】發(fā)光二極管透鏡及照明裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管透鏡及照明裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，大功率發(fā)光二極管是一種定向發(fā)光的點光源，需要使用光學透鏡來定向改變光強分布曲線，以達到有效應(yīng)用目的，但同時光學透鏡的設(shè)計會影響發(fā)光二極管的光源轉(zhuǎn)換率，好的光學透鏡的設(shè)計是要在有效應(yīng)用和效率轉(zhuǎn)換上實現(xiàn)最佳平衡，并且減少光源眩光及光不均勻的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管透鏡，從而改變光強分布，實現(xiàn)極限或任意矩形光強，同時最大限度提高光源轉(zhuǎn)換率，減少光效損失。
[0004]一種發(fā)光二極管透鏡，包括底面、頂面及側(cè)面；
所述底面開設(shè)有腔體，所述腔體包括全反射入光面及折射入光面；
所述頂面包括全反射出光面及設(shè)置于全反射出光面的折射出光面，所述折射出光面相對于所述反射出光面凸起；
所述側(cè)面連接于所述底面與頂面，所述側(cè)面為全反射面；
部分光線由全反射出光面進入發(fā)光二極管透鏡后由側(cè)面折射，而后由全反射出光面射出；部分光線由折射入光面進入發(fā)光二極管透鏡后折射出光面射出。
[0005]進一步的，所述全反射出光面為一個由折射出光面截取形成的環(huán)面，所述折射出光面為由側(cè)面截取形成的圓柱外周面。
[0006]進一步的，設(shè)有經(jīng)過光源中心點的底面法線k，經(jīng)所述側(cè)面反射后的光線與底面法線k之間的夾角為α，且0°≤α≤6°。
[0007]進一步的，所述腔體在底面形成矩形的開口，光源設(shè)置于開口中心，所述開口的中心與底面的中心重合。
[0008]進一步的，所述光源采用發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管的發(fā)光半徑為Rtl，底面法線k與折射入光面之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R1，所述發(fā)光二極管發(fā)光半徑Rtl與R1之間的比例關(guān)系為=Rtl < R1 < ，所述兩個全反射入光面相互平行，兩個全反射入光面51之間的垂直距離為Lci,所述^ L0 ^ 6R。。
[0009]進一步的，所述底面法線k與全反射出光面之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R2，且HRtl ^ R2 ^ 16R。。
[0010]進一步的，所述底面法線k與折射出光面之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R3，且16R。^ R3 ^ 18R。。
[0011]進一步的，所述全反射出光面與折射出光面相交形成的兩條線之間的最短直線距離為 L1,且 IOR0 ^ L1 ^ 14R。。
[0012]一種照明裝置，包括光源及對應(yīng)光源設(shè)置的發(fā)光二極管透鏡，所述發(fā)光二極管透鏡采用如前所述的發(fā)光二極管透鏡，發(fā)光二極管透鏡的底面設(shè)有開口，所述光源中心點位于所述底面所在平面且位于所述開口中心。
[0013]進一步的，所述照明裝置設(shè)有多個光源，所述多個光源沿折射出光面延伸方向呈直線排布。
[0014]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡及照明裝置使用光學透鏡來改變光強分布，實現(xiàn)極限或任意矩形光強，同時最大限度提高光源轉(zhuǎn)換率，減少光效損失。本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡及照明裝置采用特定透鏡設(shè)計，光源轉(zhuǎn)換率更高。采用本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡形成陣列組合，產(chǎn)品制成容易、光學設(shè)計靈活，可任意組合出用戶對光強分布的要求，適合應(yīng)用于航空障礙燈、助航燈、路燈，隧道燈、高桿燈等特種照明燈。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡的透視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡的剖面示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡的另一剖面示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡的光強分布示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0021]請參閱圖1至圖5，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管透鏡10，包括底面20、頂面30、側(cè)面40。發(fā)光二極管透鏡10可采用發(fā)光二極管作為光源，發(fā)光二極管靠近底面設(shè)置，發(fā)光二極管所發(fā)射的光線經(jīng)發(fā)光二極管透鏡10折射、發(fā)射后射出。所述側(cè)面連接于底面20，頂面30連接于側(cè)面40?？梢岳斫獾氖?，在本實施例中，所述“頂”、“底”、“側(cè)”等方位指各個面之間的相對位置，而并非同于各個面在發(fā)光二極管透鏡10實際應(yīng)用時的具體設(shè)置位置。在本實施例中，建立以點O為原點的三維空間坐標系XYZ，所述底面20位于平面XOY中。
[0022]所述底面20上還開設(shè)有腔體50。所述腔體50形狀為一由底面20所在平面所截取的圓柱形。發(fā)光二極管放置于腔體中，在本實施例中，發(fā)光二極管的中心點位于底面所在平面內(nèi)。設(shè)經(jīng)過發(fā)光二極管發(fā)光中心點的底面法線為底面法線k。
[0023]所述頂面30包括全反射出光面31及設(shè)置于全反射出光面31并相對于所述全反射出光面31凸起的折射出光面33。在本實施例中，全反射出光面31為一個由折射出光面33截取形成的環(huán)面。折射出光面33為由側(cè)面40截取形成的圓柱外周面。全反射出光面31所在環(huán)面于折射出光面33所在圓柱體同軸。折射出光面33由一個圓繞一個和該圓共面的一個軸回轉(zhuǎn)所生成，該軸即為與折射出光面33同軸的軸線。
[0024]側(cè)面40連接于底面20與頂面30之間。發(fā)光二極管透鏡10的兩個側(cè)面40連接于底面20相對設(shè)置的兩個側(cè)邊，底面20與側(cè)面40之間的角度大于90度。在本實施例中，側(cè)面40所在平面與折射出光面33所在環(huán)面的中心相交。所述側(cè)面40為全反射面，所述發(fā)光二極管所發(fā)射的光線經(jīng)側(cè)面40反射后與底面法線k之間的夾角為α，且0° < α <6°，用于控制所有全反射光線不能由穿過中心線的負方向射出。
[0025]如圖3及圖4所示為過底面法線k的剖面示意圖，該剖面將發(fā)光二極管透鏡10分為鏡像對稱的兩半。所述腔體50在底面20形成矩形的開口 500，發(fā)光二極管設(shè)置于該開口500的中心，并發(fā)射光線進入腔體50。在本實施例中，開口 500的中心與發(fā)光二極管透鏡10的底面20的中心重合，發(fā)光二極管設(shè)置于底面20所在的平面內(nèi)。
[0026]腔體50內(nèi)凹，且內(nèi)側(cè)形成兩個全反射入光面51及一個折射入光面53。所述兩個全反射入光面51連接于底面20。折射入光面53設(shè)置于全反射入光面51之間，且折射入光面53也連接于底面20。
[0027]所述全反射入光面51為平面，折射入光面53為弧面。全反射入光面51與折射入光面53的切平面之間的夾角大于或等于90度。在本實施例中，折射入光面53為一個被底面20截取圓柱形的的外周面。在本實施例中，兩個全反射入光面51相互平行。
[0028]所述發(fā)光二極管發(fā)射光線，其為具有一定體積的發(fā)光光源。在本實施例中，發(fā)光二極管可視為具有一定面積的圓形光源，發(fā)光二極管發(fā)光半徑為Ro。
[0029]底面法線k與折射入光面53之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R1，所述發(fā)光二極管發(fā)光半徑Rtl與R1之間的比例關(guān)系為=Rtl ≤R1≤7R0,ffl于配合具有不同光束角的光源的通用性，同時能夠使得用于全反射的光線可實現(xiàn)所要求的出光角度。
[0030]在本實施例中，兩個全反射入光面51相互平行，兩個全反射入光面51之間的垂直距離為U，所述用于配合具有不同光束角的光源的通用性，同時能夠使得用于折射的光線可實現(xiàn)所要求的出光角度。
[0031]全反射出光面31為弧形曲面。底面法線k與全反射出光面31之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R2, HRtl ^ R2 ^ 16R0O用于配合具有不同光束角的光源的通用性，能夠使得被全反射的光源光線得到充分利用，同時容易實現(xiàn)所要求的出光角度。
[0032]底面法線k與折射出光面33之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R3, IeRtl SR3S 18&。用于配合具有不同光束角的光源的通用性，能夠使得被折射出的光源光線可實現(xiàn)所要求的出光角度。
[0033]全反射出光面31與折射出光面33相交形成的兩條線之間的最短直線距離為L1,所述IORtl ≤L1 ≤14&。用于配合具有不同光束角的光源的通用性，能夠使得折射的光源光纖得到充分利用，同時可實現(xiàn)所要求的出光角度。
[0034]本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡使用光學級PC或光學級PMMA注塑而成，內(nèi)表面和外表面均為鏡面拋光設(shè)計，并達到光學設(shè)計要求。在本實施例中，發(fā)光二極管透鏡設(shè)有單個發(fā)光二極管。但本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡也可設(shè)置多個發(fā)光二極管。多個發(fā)光二極管沿折射出光面33延伸方向呈直線排布。
[0035]本發(fā)明還公開一種照明裝置，包括光源及對應(yīng)光源設(shè)置的發(fā)光二極管透鏡，所述發(fā)光二極管透鏡采用如前所述的發(fā)光二極管透鏡，所述照明裝置可設(shè)置單個光源，也可設(shè)置多個光源。
[0036]本發(fā)明的照明裝置使用光學透鏡來改變光強分布，實現(xiàn)極限或任意矩形光強，同時最大限度提高光源轉(zhuǎn)換率，減少光效損失。本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡及照明裝置采用特定透鏡設(shè)計，光源轉(zhuǎn)換率更高。采用本發(fā)明的發(fā)光二極管透鏡形成陣列組合，產(chǎn)品制成容易、光學設(shè)計靈活，可任意組合出用戶對光強分布的要求，適合應(yīng)用于航空障礙燈、助航燈、路燈，隧道燈、高桿燈等特種照明燈。
[0037]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)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，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:包括底面、頂面及側(cè)面； 所述底面開設(shè)有腔體，所述腔體包括全反射入光面及折射入光面； 所述頂面包括全反射出光面及設(shè)置于全反射出光面的折射出光面，所述折射出光面相對于所述反射出光面凸起； 所述側(cè)面連接于所述底面與頂面，所述側(cè)面為全反射面； 部分光線由全反射出光面進入發(fā)光二極管透鏡后由側(cè)面折射，而后由全反射出光面射出；部分光線由折射入光面進入發(fā)光二極管透鏡后折射出光面射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:所述全反射出光面為一個由折射出光面截取形成的環(huán)面，所述折射出光面為由側(cè)面截取形成的圓柱外周面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:設(shè)有經(jīng)過光源中心點的底面法線k，經(jīng)所述側(cè)面反射后的光線與底面法線k之間的夾角為α，且0° < α <6°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:所述腔體在底面形成矩形的開口，光源設(shè)置于開口中心，所述開口的中心與底面的中心重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:所述光源采用發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管的發(fā)光半徑為R(i，底面法線k與折射入光面之間具有一交點,該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R1，所述發(fā)光二極管發(fā)光半徑Rtl與R1之間的比例關(guān)系為A < R1 < ，所述兩個全反射入光面相互平行，兩個全反射入光面51之間的垂直距離為 U，所述 4RQ ^ L0 ^ 6R0O
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:所述底面法線k與全反射出光面之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R2，且14R0 ^ R2 ^ 16R0。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:所述底面法線k與折射出光面之間具有一交點，該交點與發(fā)光二極管發(fā)光中心點之間的直線距離為R3，且16R0 ^ R3 ^ 18R0。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述發(fā)光二極管透鏡，其特征在于:所述全反射出光面與折射出光面相交形成的兩條線之間的最短直線距離為L1，且IORtl ^ L1 ^ 14R。。
9.一種照明裝置，其特征在于:包括光源及對應(yīng)光源設(shè)置的發(fā)光二極管透鏡，所述發(fā)光二極管透鏡采用如權(quán)利要求1至8中任一項所述的發(fā)光二極管透鏡，發(fā)光二極管透鏡的底面設(shè)有開口，所述光源中心點位于所述底面所在平面且位于所述開口中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述照明裝置，其特征在于:所述照明裝置設(shè)有多個光源，所述多個光源沿折射出光面延伸方向呈直線排布。
【文檔編號】F21Y101/02GK103759221SQ201410004450
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】宋恒柱, 呂志明, 李民, 陳庚軍 申請人:深圳市星標機電設(shè)施工程有限公司