專利名稱：Led光源透鏡及led燈具的制作方法
技術領域：
本發明涉及LED燈具及其光源光學系統領域，尤其涉及一種LED光源透鏡及LED 燈具。
背景技術：
現在，在同一基板上設置多顆LED芯片陣列封裝而得的集成光源的光源面積往往較單顆LED光源大很多。比如將100顆LED芯片進行集成封裝時，光源面積可達到 40mmX40mm。這種集成封裝的LED光源的功率可達到幾十甚至上百瓦，從而大大降低光源數量，減小燈具面積，降低光源成本和燈具成本。然而，面向這類光源的光學設計卻較為困難。目前常用的面向這類大型光源的光學系統一般采用反射杯，但其能控制的光線有限，難以完成合理配光。事實上，面向單顆LED的小型二次光學透鏡可以完成較好的蝙蝠翼配光，通過同比例擴大透鏡形狀，也能滿足這類大尺寸光源的配光設計要求，只是透鏡尺寸很大，材料成本很高。更重要的是，加工難度很大，原因是很多能完成較好蝙蝠翼配光的透鏡曲面的曲率存在不連續點，或者說透鏡斜率有從正無窮大到負無窮大的轉換點，必須在這個轉換位置設置分模線，使用塑膠注塑方式完成模具制作和加工。當在透鏡尺寸較小是，注塑加工難度不大；而當透鏡尺寸增大數倍、體積增大100倍以上時，這種依靠塑膠注塑模具的加工工藝需要很長的注塑冷卻時間，成本極其昂貴且很容易造成透鏡變形。因此，目前很少看到利用注塑模具形成的尺寸大于IOOcm2的大透鏡。而利用玻璃進行壓鑄的方式雖然較易形成大透鏡。但是，壓鑄工藝不允許曲面斜率有不連續點，或者說斜率從正負無窮轉換的點。而一旦缺少這類斜率不連續曲面，又較難做到很理想的光學配光，尤其是最大光強角度大于65度的蝙蝠翼配光，因此，現有的大透鏡產品均難以在路面形成亮度均勻的配光。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，提供一種LED光源透鏡，其配光效果好，且便于成型，制造成本低。本發明進一步所要解決的技術問題在于，提供一種LED燈具，其能獲得優良的配光效果，且便于生產。為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案一種LED光源透鏡，包括位于底部的柱體和自柱體頂端向上凸起的曲面體，柱體底面設有用于容置LED光源的盲孔；柱體的側表面與曲面體的凸出曲面平滑銜接，所述凸出曲面為光線出射面，其由兩個曲面平滑銜接而成，其中一側的曲面為四分之一個旋轉橢球面，而另一側的曲面由兩個對稱的橢球面球冠曲面通過一內凹的連接曲面平滑銜接而成。進一步地，所述旋轉橢球面的寬度占曲面體總寬度的比例為2/5 1/2，所述旋轉橢球面為旋轉橢球面被兩個均經過長軸的正交平面切割而成的四等分的曲面中的一個。
進一步地，所述柱體的橫截面的輪廓線包括相互首尾銜接的半橢圓曲線和馬鞍形曲線，所述半橢圓曲線是由長軸分割橢圓而得。進一步地，所述盲孔直徑大于柱體側向最寬處的寬度的一半。進一步地，所述柱體的底端緣處還設有一圈平行于底面的凸邊。進一步地，所述透鏡由玻璃或合成樹脂通過壓鑄工藝制成。進一步地，所述連接曲面被垂直于透鏡底面的相互平行的平面截取得到的輪廓曲線完全相同。進一步地，所述透鏡的長寬比范圍為1 :0.6至1 :0. 8，長高比范圍在1 :0. 2到1 0.4之間。另一方面，本發明還提供一種LED燈具，包括LED光源和罩設于LED光源外部的透鏡，所述透鏡為以上任一項所述的LED光源透鏡，所述LED光源為由多顆LED芯片集成封裝而成的LED光源，所述LED光源容置于透鏡的盲孔內。進一步地，LED光源的底面與透鏡的底平面處于同一平面內。通過采用上述技術方案，本發明至少具有如下有益效果本發明通過合理的光學設計，設計出了一款面向大尺寸LED擴展光源的非成像光學透鏡，透鏡最大尺寸與允許放置的光源最大尺寸的比值僅約為2 :1，而且能獲得非對稱蝙蝠翼配光效果，模擬的最大光強角度大于65度，從而可以在路面形成理想的均勻亮度照明。本發明透鏡應用于集成模組 LED路燈配光使用時，照明效果極佳。此外，由于透鏡的各構成曲面均為平滑連接，曲面斜率單調變化且連續，從而不需設置分模線注塑成型，即可直接壓鑄成型，不但模具成本低，而且成型效率更高。尤其適合采用玻璃材料來成型透鏡。
圖1是本發明LED光源透鏡的立體圖。圖2是本發明LED光源透鏡的主視圖。圖3是本發明LED光源透鏡的俯視圖。圖4是本發明LED光源透鏡沿圖3中A-A線的剖視圖。圖5是本發明LED光源透鏡的模擬配光效果圖。圖6是本發明LED光源透鏡的實測配光效果圖。
具體實施例方式請參考圖廣圖4所示，本發明提供一種LED光源透鏡，用于集成封裝的路燈配光。 所述LED光源透鏡包括位于底部的柱體1和自柱體1頂端向上凸起的曲面體2，柱體1的側表面與曲面體2的凸出曲面平滑銜接。透鏡的長寬比范圍為1 :0.6至1 :0.8，長高比范圍在1 :0.2到1 :0. 4之間。柱體1底面設有用于容置LED光源(圖未示出)的盲孔10 (圖4所示)。盲孔的底面形狀是矩形，孔深度方向是拋物線形狀。優選地，所述盲孔的直徑大于柱體1側向最寬處的寬度的一半。所述柱體1的橫截面的輪廓線包括相互首尾銜接的半橢圓曲線和馬鞍形曲線，所述半橢圓曲線是由長軸分割橢圓而得。此外，還可在所述柱體1的底端緣處還設有一圈平行于底面的凸邊12，該凸邊12的作用在于，可將一露出曲面2的鐵圈壓在凸邊12上， 從而達到壓緊整個透鏡的目的，綜合考慮機械強度和材料用量兩個要求，該凸邊的厚度一般在4mm到6mm之間。所述曲面體2的凸出曲面由左右排布的兩個曲面平滑銜接而成。位于凸出曲面一側的曲面20為四分之一個旋轉橢球面，寬度方向上，所述旋轉橢球面的寬度占曲面體總寬度的比例為2/5 1/2，優選為2/5，所述旋轉橢球面為旋轉橢球面被兩個均經過長軸的正交平面切割而成的四等分的曲面中的一個。而凸出曲面另一側的曲面22由兩個對稱的橢球面球冠曲面220通過一內凹的連接曲面222平滑銜接而成。所述橢球面球冠曲面220是由垂直于球冠底部平面的平面截取球冠所得的曲面；而連接曲面222被垂直于透鏡底面(即柱體1的底面)的相互平行的平面截取得到的輪廓曲線完全相同。所述透鏡可采用玻璃或合成樹脂通過壓鑄工藝制成，優選采用玻璃。另一方面，本發明還提供一種LED燈具，包括LED光源和罩設于LED光源外部的透鏡，所述透鏡即為以上所述的LED光源透鏡，LED光源容置于透鏡的盲孔內。LED光源的底面與透鏡的底平面處于同一平面內。所述LED光源為由多顆LED芯片集成封裝而成的LED 光源，LED光源的形狀可以是圓形或正方形的片狀體。如圖5所示，通過模擬軟件進行模擬配光可以發現，采用本發明透鏡的LED燈具能獲得非對稱蝙蝠翼配光效果，模擬的最大光強角度大于65度。而圖6是采用本發明透鏡的 LED燈具的實測配光效果圖，其與圖5所示的模擬配光效果大體上相似，從而可在路面形成理想的均勻亮度照明。
權利要求
1.一種LED光源透鏡，其特征在于，所述透鏡包括位于底部的柱體和自柱體頂端向上凸起的曲面體，柱體底面設有用于容置LED光源的盲孔；柱體的側表面與曲面體的凸出曲面平滑銜接，所述凸出曲面為光線出射面，其由兩個曲面平滑銜接而成，其中一側的曲面為四分之一個旋轉橢球面，而另一側的曲面由兩個對稱的橢球面球冠曲面通過一內凹的連接曲面平滑銜接而成。
2.如權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述旋轉橢球面的寬度占曲面體總寬度的比例為2/5 1/2，所述旋轉橢球面為旋轉橢球面被兩個均經過長軸的正交平面切割而成的四等分的曲面中的一個。
3.如權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述柱體的橫截面的輪廓線包括相互首尾銜接的半橢圓曲線和馬鞍形曲線，所述半橢圓曲線是由長軸分割橢圓而得。
4.如權利要求1或3所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述盲孔直徑大于柱體側向最寬處的寬度的一半。
5.如權利要求1或3所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述柱體的底端緣處還設有一圈平行于底面的凸邊。
6.如權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述透鏡由玻璃或合成樹脂通過壓鑄工藝制成。
7.如權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述連接曲面被垂直于透鏡底面的相互平行的平面截取得到的輪廓曲線完全相同。
8.如權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述透鏡的長寬比范圍為1:0. 6 至1 0. 8，長高比范圍在1 0. 2到1 :0. 4之間。
9.一種LED燈具，包括LED光源和罩設于LED光源外部的透鏡，其特征在于，所述透鏡為如權利要求廣8中任一項所述的LED光源透鏡，所述LED光源為由多顆LED芯片集成封裝而成的LED光源，所述LED光源容置于透鏡的盲孔內。
10.如權利要求9所述的LED燈具，其特征在于，LED光源的底面與透鏡的底平面處于同一平面內。
全文摘要
本發明涉及一種LED光源透鏡，包括柱體和自柱體頂端向上凸起的曲面體，柱體底面設有用于容置LED光源的盲孔；柱體側表面與曲面體的凸出曲面平滑銜接，凸出曲面為光線出射面，其由兩個曲面平滑銜接而成，其中一曲面為四分之一個旋轉橢球面，另一曲面由兩個對稱的橢球面球冠曲面通過內凹的連接曲面平滑銜接而成。本發明還提供一種LED燈具，包括LED光源和如上所述的并罩于LED光源外部的LED光源透鏡，LED光源容置于透鏡的盲孔內。本發明透鏡能獲得非對稱蝙蝠翼配光效果，模擬的最大光強角度大于65度，能在路面形成理想的均勻亮度照明。透鏡各構成曲面均為平滑連接，曲面斜率單調變化且連續，不需設置分模線注塑成型，可直接壓鑄成型，成型成本低且效率高。
文檔編號F21V5/04GK102221178SQ20111014787
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月2日 優先權日2011年6月2日
發明者周燁, 朱曉東, 王鋼, 羅滔 申請人:佛山市中山大學研究院, 廣州市熠芯節能服務有限公司, 河北立德電子有限公司