專利名稱：泛光透鏡及燈具的制作方法
泛光透鏡及燈具
技術領域：
本發(fā)明涉及透鏡技術領域，尤其涉及一種適用于LED的泛光透鏡。
背景技術：
現(xiàn)有的對 LED(Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)的泛光方式一般采用反光杯配光，但是這種方式對光型的處理不是很理想，尤其是沿著LED光軸方向的光強較大，但是不能通過反射器配光，因此反射器配出的泛光，總是會出現(xiàn)中間部分的光強偏高。業(yè)內(nèi)也有采用凹透鏡對LED進行聚光的，但這種方式對LED光通量的利用率比較低，表現(xiàn)在LED發(fā)光角較大的光線無法被利用，最終導致燈具的光效利用率太低。還有一類泛光透鏡，是在LED聚光全反射透鏡的基礎上，在其出射面做成密布的網(wǎng)狀小凸點(或凹孔)結構來實現(xiàn)泛光的效果，也有采用出射面磨砂處理的。然而，這些處理方式達到的泛光效果都不夠均勻，而且泛光角度一般較小，更嚴重的是對光的利用率太低。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種具有高光利用率的泛光透鏡及使用該泛光透鏡的燈具。一種泛光透鏡，包括以透鏡光軸為對稱軸的圓臺型透明本體。所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側面。所述入射面的中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置光源的容置腔。所述出射面的中部向內(nèi)凹陷形成凹球面。設所述凹球面的半徑為R，則R = L/[l+(Y-l)/(n-l)]。其中L為所述凹球面的頂點到所述入射面的距離，η為透明本體的折射率，1.3 < Y <1.5。所述側面為全反射面。所述圓臺形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°至28. 5°。所述出射面的最大直徑a與所述入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足3. 13彡a/h彡3. 53。在優(yōu)選的實施例中，Imm彡R彡2mm。在優(yōu)選的實施例中，每條線段的兩個端點與所述入射面的中心的連線所形成的夾
角相等。在優(yōu)選的實施例中，所述夾角為9. 5°至10. 5°。在優(yōu)選的實施例中，所述折線由三條線段依次連接形成；第一條線段與所述透鏡光軸所成的角度為28. 5° ；第二條線段與所述透鏡光軸所成的角度為18.5° ;第三條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°。在優(yōu)選的實施例中，2. 5mm ^ h ^ 3. 5mm。在優(yōu)選的實施例中，所述容置腔為圓柱形。在優(yōu)選的實施例中，所述透明本體的材質為聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。一種燈具，包括LED光源和泛光透鏡。所述泛光透鏡包括以透鏡光軸為對稱軸的圓臺型透明本體。所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側面。所述入射面中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置所述LED光源的容置腔。所述出射面中部向內(nèi)凹陷形成凹球面。所述側面為全反射面。所述圓臺形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°至28.5°。所述出射面的最大直徑a與所述入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足
3.13 ( a/h ( 3. 53。在優(yōu)選的實施例中，所述LED光源經(jīng)所述泛光透鏡后的光線出射角為99. 5°至100.5。。上述泛光透鏡包括入射面、出射面及連接入射面和出射面的側面，通過這三個面的獨特設計，使經(jīng)過所述泛光透鏡的光線出射角保持在100°左右，同時照度均勻度較好，提聞了光效利用率。

通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。 圖I為一實施例的燈具的立體組裝圖，該燈具包括LED光源和一實施例的泛光透鏡;圖2為沿圖I中II-II線的剖視圖；圖3為圖I所示燈具的側視圖； 圖4為圖I所示燈具的工作原理圖；圖5為圖I所示燈具的出射光線配光曲線示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。請參閱圖I，一實施例的燈具300包括泛光透鏡100和設于泛光透鏡100 —側的LED 光源 200。請參閱圖2，泛光透鏡100的作用是用于將LED光源200所發(fā)出的光線泛化。泛光透鏡100包括大致呈圓臺形的透明本體10。透明本體10是以透鏡光軸11為旋轉對稱軸的旋轉體。透明本體10的材料可以是光學玻璃或光學塑料，為了便于成型，透明本體10的材料優(yōu)選為聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。透明本體10包括入射面12和出射面13，及連接入射面12和出射面13的側面14。入射面12和出射面13大致為圓形平面，且相互平行。入射面12的直徑小于出射面13的直徑。設出射面13的最大直徑為a、入射面12到出射面13的距離為h，則3. 13 ( a/h ^ 3. 53ο 2. 5mm < h < 3. 5mm,本實施例中，h優(yōu)選為3mm。側面14由圓臺形的透明本體10的母線繞透鏡光軸11旋轉形成。
入射面12的中部向內(nèi)凹陷形成一個容置腔121。容置腔121的形狀優(yōu)選為圓柱形，當然，也可以為球形或是別的形狀。LED光源200容置于容置腔121內(nèi)。容置腔121的直徑為d，直徑d的大小根據(jù)LED光源200的具體尺寸大小選擇，優(yōu)選為5mm。容置腔121的深度優(yōu)選為1mm。本實施例中，LED光源200為發(fā)光角(半光強角)在110 130°之間的LED芯片。LED光源200放置在LED容置腔121內(nèi)時，LED光源200的光軸與透鏡光軸11重合，LED芯片與入射面12對齊。LED光源200的外徑尺寸應該選取比較小的，最好不大于5mm。入射面12的直徑D優(yōu)選為8mm。出射面13的直徑a優(yōu)選為10mm。出射面13的中部向內(nèi)凹陷形成一個凹球面131。設凹球面的半徑為R，則R滿足R = L/[l+(y-l)/(n-l)]其中L為凹球面131的頂點到入射面12的距離；n為透明本體的折射率，η優(yōu)選的為 I. 59 ; Y 為修正系數(shù)，I. 3 ^ Y <1.5。Imm < R < 2mm,優(yōu)選的，R 為 I. 5mm。
請一并參閱圖3，側面14為全反射面。為進一步提高光的利用率，還可以采取在側面14的表面鍍上一層增反膜。側面14由圓臺形透明本體的母線15旋轉形成。母線15為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°至28. 5°。本實施例中，母線15優(yōu)選由三條線段151、152、153及依次連接形成。每條線段的兩個端點與入射面12的中心O的連線所形成的夾角相等。本實施例中，該夾角為10°。當然該夾角也可為其他合適度數(shù)，例如9. 5°至10. 5°。第一條線段151的起點在Y軸上距離入射面12的中心O長度為D/2的位置。第一條線段151的終點與中心O的連線與Y軸形成的夾角為10°。第一條線段151與透鏡光軸(圖3上的X軸)所成的角度為28. 5°。本實施例中，D等于8mm。第二條線段152的起點為第一條線段151的終點。第二條線段152的終點與中心O的連線與第一條線段151的終點與中心O的連線形成的夾角為10°。第二條線段152與透鏡光軸所成的角度為18. 5°。第三條線段153的起點為第二條線段152的終點。第三條線段153的終點與中心O的連線與第二條線段152的終點與中心O的連線形成的夾角為10°。第三條線段153與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°。請參閱圖4，當LED光源200裝配在容置腔121時，LED光源200發(fā)出的光大部分入射于容置腔121的底壁和側壁。然后，LED光源200發(fā)出的靠近中央的光LI將在出射面13的凹球面131的折射作用下向偏離光軸的方向擴散。LED光源200發(fā)出的稍微偏離中央的光L2會直接在出射面13發(fā)生折射,從而向偏離光軸的方向擴散。而LED光源200發(fā)出的入射到側面14的光線L3，將會在側面14處發(fā)生全反射，從而從出射面13出射，并向靠近光軸的方向呈交叉方式出射。請參閱圖5，所示為燈具300采用上述實施例中優(yōu)選值所獲得的配光曲線。由圖5可知，LED光源200經(jīng)泛光透鏡100后的光線出射角為為99. 5°至100. 5°，且在該區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)泛光照明，具有比較高的照度均勻度，提高了光效利用率。同時，在滿足光學要求的前提下，泛光透鏡100還具有體積較小的優(yōu)點。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，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以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種泛光透鏡，其特征在于包括以透鏡光軸為對稱軸的圓臺型透明本體，所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側面，所述入射面的中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置光源的容置腔，所述出射面的中部向內(nèi)凹陷形成一凹球面，設所述凹球面的半徑為R，則R = L/[l+(Y-l)/(n-l)];其中L為所述凹球面的頂點到所述入射面的距離，η為透明本體的折射率，1.3^ Y ^ 1.5 ;所述側面為全反射面，所述圓臺形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°至28. 5°，所述出射面的最大直徑a與所述入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足3. 13 < a/h < 3. 53。
2.根據(jù)權利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于1mm彡R彡2mm。
3.根據(jù)權利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于每條線段的兩個端點與所述入射面的中心的連線所形成的夾角相等。
4.根據(jù)權利要求2所述的泛光透鏡，其特征在于所述夾角為9.5°至10. 5°。
5.根據(jù)權利要求3所述的泛光透鏡，其特征在于所述折線由三條線段依次連接形成；其中 第一條線段與所述透鏡光軸所成的角度為28. 5° ; 第二條線段與所述透鏡光軸所成的角度為18.5° ; 第三條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°。
6.根據(jù)權利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于2.5mm ^ h ^ 3. 5mm。
7.根據(jù)權利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于所述容置腔為圓柱形。
8.根據(jù)權利要求I所述的泛光透鏡，其特征在于所述透明本體的材質為聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。
9.一種燈具，包括LED光源和泛光透鏡，其特征在于所述泛光透鏡包括以透鏡光軸為對稱軸的圓臺型透明本體，所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側面，所述入射面中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置所述LED光源的容置腔，所述出射面中部向內(nèi)凹陷形成凹球面，設所述凹球面的半徑為R，則R = L/[l+(y-l)/(n-l)];其中L為所述凹球面的頂點到所述入射面的距離，η為透明本體的折射率，1.3彡Y彡I. 5;所述側面為全反射面，所述圓臺形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8. 5°至28. 5°，所述泛光透鏡出射面的最大直徑a與所述泛光透鏡入射面到所述出射面的距離h之間的比值滿足.3.13 ( a/h ( 3. 53。
10.根據(jù)權利要求9所述的燈具，其特征在于所述LED光源經(jīng)所述泛光透鏡后的光線出射角為99. 5。至100. 5。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泛光透鏡及燈具。一種泛光透鏡，包括以透鏡光軸為對稱軸的圓臺型透明本體，所述透明本體包括直徑較小的入射面和直徑較大的出射面及連接所述入射面和所述出射面的側面，所述入射面的中部向內(nèi)凹陷形成一用于容置光源的容置腔，所述出射面的中部向內(nèi)凹陷形成凹球面，所述側面為全反射面，所述圓臺形透明本體的母線為由多條線段依次連接形成的折線，每條線段與所述透鏡光軸所成的角度為8.5°至28.5°。上述泛光透鏡包括入射面、出射面及連接入射面和出射面的側面，通過這三個面的獨特設計，使經(jīng)過該泛光透鏡的光線的出射角保持在100°左右，同時照度均勻度較好，提高了光效利用率。
文檔編號F21V5/04GK102788312SQ20111012930
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者周明杰, 羅英達 申請人: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