一種led光源透鏡及具有該透鏡的led燈具的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種LED光源透鏡及具有該透鏡的LED燈具，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光源元件的凹腔；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；所述凹腔的內表面為光線入射面；所述凸出曲面由第一和第二兩個相對的側曲面沿兩者之間相互平滑銜接組成。本發明的改進有：改變了透鏡局部設計，減小了透鏡尺寸；提高了光學偏光的角度和光斑寬度，使其更加適用于寬路面照明。
【專利說明】一種LED光源透鏡及具有該透鏡的LED燈具
【技術領域】
[0001]本發明屬于LED燈具及其光學透鏡的【技術領域】，具體涉及一種LED光源透鏡及具有該透鏡的LED燈具。
【背景技術】
[0002]目前市場對LED照明的要求越來越高。燈具在滿足很好的光色設計指標的情況下，還需要盡量減小透鏡的體積從而降低成本和燈具重量。滿足相同照明效果的情況下，更小的透鏡還意味著能夠安裝在更小的散熱器上，從而大大增加了燈具設計的自由度。
[0003]中國專利ZL201110147871.2(公布號為CN102221178B)公開了一種LED透鏡的結構，其包括位于底部的柱體和自柱體頂端向上凸起的曲面體，曲面體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。
[0004]現有技術中，透鏡的入射面為一個平整體的腔體面，LED安裝的位置是整體放置于墻體中，LED光源的底部與透鏡底平面在同一平面上。這種內腔設計是目前普遍采用的LED路燈透鏡的入射面設計方案。這種方案的設計對于內腔模具較為簡化，但存在的主要問題是，透鏡的內腔為了容納整個LED光源，入射面底部的孔徑一定要大于LED光源的最大直徑；而大多數情況下，LED的實際發光面僅僅占到光源整體面積的一部分，大多數情況下不到50% (對于目前市場典型的大功率LED集成封裝光源而言，光源尺寸達到40mm*40mm以上，而發光面為22mm*22mm);加上LED光源與基板焊接的位置，要容納整個光源的透鏡入射面實際尺寸還要比LED光源最大直徑更大。入射面完全容納光源的時候，會大大增加透鏡整體的尺寸。因為在原本的設計中，入射面的曲面可以設計為對放置到入射面以內很大的范圍都其折射作用，但現有方案中只能對放置到入射面的一小部分尺度的光線其作用，這樣無疑會造成透鏡體積增加。透鏡的尺寸過大，其制造成本、材料(塑膠、玻璃)成本勢必較高，采用等比例縮小透鏡尺寸的方法是行不通的，因為其要受到光源大小、燈具規格、透鏡配光效果要求等的制約。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于為解決上述問題，提供一種適用于寬路面照明燈具的LED光源透鏡及具有該透鏡的LED燈具。
[0006]為實現本發明的目的所采用的技術方案: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光源元件的凹腔；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；所述凹腔的內表面為光線入射面；所述凸出曲面由兩個位于相對側的第一和第二側曲面沿兩者之間平滑銜接組成；所述第一側曲面的寬度小于第二側曲面，所述凹腔的中心位于對應第二側曲面的一側；所述第一側曲面由兩個相互對稱的平滑凸曲面通過一內凹的連接曲面平滑銜接而成，該連接曲面由底部至頂部均內凹；所述平滑凸曲面的側向寬度小于縱向寬度；所述第二側曲面由兩個對稱分開的旋轉橢球冠曲面和位于兩者之間的連接面平滑銜接而成，該連接面底部平直、底部至頂部逐漸內凹加深；所述旋轉橢球冠曲面是由兩個垂直于旋轉橢球冠底面的正交平面截取該旋轉橢球冠所得的曲面，其側向寬度等于縱向寬度。
[0007]在現有設計中，透鏡包括一旋轉橢球面，其中間部分會比兩邊的部分更寬。本發明的LED光源透鏡，從光路可以發現，相比橢圓曲面，如果配合橢圓型內腔，中間由一頂部內凹底部呈直線形式的連接面使得光源向該側靠近中間發出的光線向另一側(路邊方向)匯聚，使得配光偏光程度更大，讓光源更多的光線從第二側曲面向第一側曲面的路邊方向折射，從而提高光能利用率并讓路燈能夠覆蓋更寬的道路。同時，這種直線連接兩個橢球冠的設計，在透鏡寬度上較橢圓設計更小。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述第一側曲面的平滑凸曲面為橢球冠曲面，所述橢球冠曲面是由兩個垂直于橢球冠底面的正交平面截取該橢球冠所得的曲面。
[0009]作為本發明的進一步改進，第一側曲面的平滑凸曲面與第二側曲面的圓球冠曲面或旋轉橢球冠曲面的高度相同、縱向寬度相同；第一側曲面和第二側曲面沿兩者間的縱向最高處平滑連接，其連接線呈馬鞍形。
[0010]作為本發明的進一步改進，所述第一側曲面的平滑凸曲面的底面與第二側曲面的圓球冠曲面或旋轉橢球冠曲面的底面平行或位于同一平面內，所述第一、第二側曲面的銜接處的曲面法線方向垂直于兩者的底面。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述第二側曲面的旋轉橢球冠曲面為八分之一橢球，該橢球的中心位于第二側曲面的底面上，該橢球位于第二側曲面底面上的曲線為四分之一圓；該橢球高度與該圓半徑比值為0.88至0.9。
[0012]作為本發明的進一步改進，所述第二側曲面的圓球冠曲面為八分之一圓球，該圓球的中心位于第二側曲面的底面上，該圓球位于第二側曲面底面上的曲線為四分之一圓。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述第一側曲面的平滑凸曲面或橢球冠曲面的側向寬度與第二側曲面的圓球冠曲面或旋轉橢球冠曲面側向寬度的比值為0.85至I之間。
[0014]作為本發明的進一步改進，所述曲面體的最大縱向長度不大于100mm。
[0015]作為本發明的進一步改進，所述第一側曲面的連接曲面與第二側曲面的連接面，兩者的縱向寬度相同并相互對應設置，兩者對應的曲面體部分為透鏡的腰部；透鏡腰部的最小側向寬度與曲面體的最大縱向長度比值為0.5至0.55之間,透鏡腰部的最大側向寬度與曲面體的最大縱向長度比值不大于0.6。
[0016]作為本發明的進一步改進，所述凹腔包括一內陷于柱體底面的沉臺以及一內陷于該沉臺的盲孔；所述盲孔的內壁為光滑過渡的橢球面或球面；所述盲孔的橢球面內壁與沉臺平面連接處的邊緣為圓形，其圓心至盲孔頂點的距離與該圓形半徑的比值在1:0.9至1:1.1之間。
[0017]作為本發明的進一步改進，所述圓形的直徑與曲面體腰部的最小側向寬度的比值大于0.6，所述曲面體腰部為第一側曲面的連接曲面和第二側曲面的連接面對應曲面體的部分。
[0018]作為本發明的進一步改進，所述盲孔中心位于沉臺所在平面上，且位于對應第二側曲面的一側；所述橢球中心至第二側曲內側和外側的距離比為0.1至0.25之間。
[0019]作為本發明的進一步改進,所述柱體與曲面體的連接邊緣至柱體底面的高度,沿第二側曲面一側至第一側曲面一側的方向逐漸增高。
[0020]作為本發明的進一步改進，沿所述柱體的底端外周邊緣設有凸環，凸環呈體育場環形跑道形狀。
[0021 ] 為實現本發明的目的所采用的另一個技術方案:一種LED，包括LED光源元件和透鏡，所述透鏡為權利要求1所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于透鏡的凹腔內；
[0022]或，所述透鏡為權利要求9所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于沉臺結構內，LED光源元件的出光面對準或容置于盲孔內；
[0023]或，所述透鏡為權利要求15所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于透鏡的凹腔內，還包括用于固定透鏡的固定圈，固定圈通過固定凸環來固定透鏡。
[0024]為實現本發明的目的所采用的另一個技術方案:一種LED，包括多個LED光源元件和透鏡模組，所述透鏡模組包括多個LED光源透鏡，多個透鏡之間通過設于柱體底端邊緣向外周延伸的連接板相互連接一體成型，多個透鏡之間呈矩陣排列。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明LED光源透鏡透明網格結構的立體圖
[0026]圖2為本發明LED光源透鏡透明網格結構的俯視圖
[0027]圖3為本發明LED光源透鏡第一側曲面方向的立體視圖
[0028]圖4為本發明LED光源透鏡第二側曲面方向的立體視圖
[0029]圖5為本發明LED光源透鏡第二側曲面一側的剖視圖
[0030]圖6為本發明LED光源透鏡第一側曲面一側的剖視圖
[0031]圖7為本發明LED光源透鏡的實測配光效果圖
[0032]圖8為本發明LED光源透鏡的模擬照度分布圖
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0034]如圖1至圖6所示:一種LED光源透鏡，包括位于底部的柱體I和自柱體I頂端向上凸起的曲面體2，曲面體2的最大縱向長度不大于100mm。柱體I底面設有用于容置LED光源元件的凹腔3;凹腔3包括一內陷于柱體底面的沉臺30以及一內陷于該沉臺的盲孔31。
[0035]如圖2所示透鏡的俯視圖，本發明中，將圖中的左右方向為側向，上下方向為縱向。
[0036]柱體I的側表面與曲面體2的凸出曲面平滑銜接，凸出曲面為光線出射面；盲孔31的內表面為光線入射面；凸出曲面由第一和第二兩個相對的側曲面沿兩者之間相互平滑銜接組成。
[0037]第一側曲面21由兩個相互對稱的橢球冠曲面210通過一內凹的連接曲面211平滑銜接而成，該連接曲面211由頂部至底部均內凹；橢球冠曲面是由兩個垂直于橢球冠底面的正交平面截取該橢球冠所得的曲面，且其側向寬度小于縱向寬度。
[0038]第二側曲面22由兩個對稱分開的旋轉橢球冠曲面220和位于兩者之間的連接面221平滑銜接而成，該連接面221底部平直、底部至頂部逐漸內凹加深；旋轉橢球冠曲面是由兩個垂直于旋轉橢球冠底面的正交平面截取該旋轉橢球冠所得的曲面，其側向寬度等于縱向覽度。
[0039]第一側曲面21的寬度小于第二側曲面22。第一側曲面21的橢球冠曲面的側向寬度與第二側曲面22的旋轉橢球冠曲面側向寬度的比值為0.85至I之間。
[0040]第二側曲面22的旋轉橢球冠曲面為八分之一橢球，該橢球的中心位于第二側曲面22的底面上，該橢球位于第二側22曲面底面上的曲線為四分之一圓；該橢球高度與該圓半徑比值為0.88至0.9。
[0041]第一側曲面21的橢球冠曲面與第二側曲面22的旋轉橢球冠曲面的高度相同、縱向寬度相同，第一側曲面21與第二側曲面22沿兩者的縱向最高處平滑連接，其連接線呈馬鞍形。第一側曲面21的橢球冠曲面的底面與第二側曲面22的旋轉橢球冠曲面的底面位于同一平面內，第一、第二側曲面的銜接處的曲面法線方向垂直于兩者的底面。
[0042]第一側曲面21的連接曲面211與第二側曲面22的連接面221，兩者的縱向寬度d相同并相互對應設置，兩者對應的曲面體部分為透鏡的腰部；透鏡腰部的最小側向寬度與曲面體的最大縱向長度比值為0.5至0.55之間,透鏡腰部的最大側向寬度與曲面體的最大縱向長度比值不大于0.6。
[0043]所述盲孔31的內壁為光滑過渡的橢球面，其橢球的中心位于沉臺30所在平面上，且位于對應第二側曲面22的一側。盲孔31的橢球面內壁與沉臺30平面連接處的邊緣為圓形，其圓心至盲孔頂點的距離與該圓形半徑的比值在1:0.9至1:1.1之間；其圓形的直徑與曲面體腰部的最小側向寬度的比值大于0.6。盲孔31的橢球中心至第二側曲22內側和外側的距離比為0.1至0.25之間。第二側曲22內側指靠近第一側曲面的一側，外側指背向第一側曲面的一側。
[0044]柱體I與曲面體2的連接邊緣至柱體底面的高度，沿第二側曲面22—側至第一側曲面21 —側的方向逐漸增高。
[0045]所述柱體I的底端外周邊緣設有凸環10，凸環10呈體育場環形跑道形狀。
[0046]在現有設計中，透鏡包括一旋轉橢球面，其中間部分會比兩邊的部分更寬。本發明的LED光源透鏡，從光路可以發現，相比橢圓曲面，如果配合橢圓型內腔，中間由一頂部內凹底部呈直線形式的連接面使得光源向該側靠近中間發出的光線向另一側(路邊方向)匯聚，使得配光偏光程度更大，讓光源更多的光線從第二側曲面向第一側曲面的路邊方向折射，從而提高光能利用率并讓路燈能夠覆蓋更寬的道路。同時，這種直線連接兩個橢球冠的設計，在透鏡寬度上較橢圓設計更小。
[0047]從圖7和圖8中可看出:1.本實施例的LED光源透鏡的光束角接近150度，具有較為開闊的照射范圍；2.本實施例LED光源透鏡的偏光角度較大，其偏向于路面的偏光光照角度達到15度的左右，非常符合道路照射的光照分布。
[0048]下表為:現有技術中使用的同領域透鏡光學效果與本實施例的光源透鏡的光學效果實測對比表。
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[0050]從上表中可看出，本發明的LED透鏡達到的均勻度效果優于現有技術。
[0051]作為本實施例的一種具體應用:一種LED燈具，由玻璃或塑膠一體制成，折射率為
1.45至1.59之間，其包括LED光源元件和透鏡，所述透鏡為上述實施例所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于沉臺結構內，LED光源元件的出光面對準或容置于盲孔內；還包括用于固定透鏡的固定圈，固定圈通過固定凸環來固定透鏡。
[0052]作為本實施例的另一種具體應用:一種LED燈具，由塑膠一體制成，折射率為1.45至1.59之間，包括多個LED光源元件和透鏡模組，所述透鏡模組包括多個LED光源透鏡，各透鏡外周的凸環改變，改成由各透鏡之間通過設于柱體底端邊緣向外周延伸的連接板相互連接一體成型，透鏡之間呈矩陣排列。
[0053]根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。
【權利要求】
1.一種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光源元件的凹腔；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；所述凹腔的內表面為光線入射面；其特征在于， 所述凸出曲面由兩個位于相對側的第一和第二側曲面沿兩者之間平滑銜接組成；所述第一側曲面的寬度小于第二側曲面，所述凹腔的中心位于對應第二側曲面的一側； 所述第一側曲面由兩個相互對稱的平滑凸曲面通過一內凹的連接曲面平滑銜接而成，該連接曲面由底部至頂部均內凹；所述平滑凸曲面的側向寬度小于縱向寬度； 所述第二側曲面由兩個對稱分開的旋轉橢球冠曲面和位于兩者之間的連接面平滑銜接而成，該連接面底部平直、底部至頂部逐漸內凹加深；所述旋轉橢球冠曲面是由兩個垂直于旋轉橢球冠底面的正交平面截取該旋轉橢球冠所得的曲面，其側向寬度等于縱向寬度。
2.根據權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述第一側曲面的平滑凸曲面與第二側曲面的旋轉橢球冠曲面的高度相同、縱向寬度相同；第一側曲面和第二側曲面沿兩者間的縱向最高處平滑連接，其連接線呈馬鞍形。
3.根據權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述第一側曲面的平滑凸曲面的底面與第二側曲面的旋轉橢球冠曲面的底面平行或位于同一平面內，所述第一、第二側曲面的銜接處的曲面法線方向垂直于兩者的底面。
4.根據權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述第二側曲面的旋轉橢球冠曲面為八分之一橢球，該橢球的中心位于第二側曲面的底面上，該橢球位于第二側曲面底面上的曲線為四分之一圓；該橢球高度與該圓半徑比值為0.88至0.9。
5.根據權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述第一側曲面的連接曲面與第二側曲面的連接面，兩者的縱向寬度相同并相互對應設置，兩者對應的曲面體部分為透鏡的腰部；透鏡腰部的最小側向寬度與曲面體的最大縱向長度比值為0.5至0.55之間，透鏡腰部的最大側向寬度與曲面體的最大縱向長度比值不大于0.6。
6.根據權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述凹腔包括一內陷于柱體底面的沉臺以及一內陷于該沉臺的盲孔；所述盲孔的內壁為光滑過渡的橢球面或球面；所述盲孔的橢球面內壁與沉臺平面連接處的邊緣為圓形，其圓心至盲孔頂點的距離與該圓形半徑的比值在1:0.9至1:1.1之間。
7.根據權利要求6所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述圓形的直徑與曲面體腰部的最小側向寬度的比值大于0.6，所述曲面體腰部為第一側曲面的連接曲面和第二側曲面的連接面對應曲面體的部分。
8.根據權利要求6所述的LED光源透鏡，其特征在于，所述盲孔中心位于沉臺所在平面上，且位于對應第二側曲面的一側；盲孔中心至第二側曲面內側和外側的距離比為0.1至0.25之間。
9.根據權利要求1所述的LED光源透鏡，其特征在于，沿所述柱體的底端外周邊緣設有凸環，凸環呈體育場環形跑道形狀。
10.一種LED燈具，包括LED光源元件和透鏡，其特征在于: 所述透鏡為權利要求1所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于透鏡的凹腔內； 或，所述透鏡為權利要求5所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于沉臺結構內，LED光源元件的出光面對準或容置于盲孔內； 或，所述透鏡為權利要求9所述的LED光源透鏡，所述LED光源元件容置于透鏡的凹腔內，還包括用于固定透鏡的固定圈，固定圈通過固定凸環來固定透鏡。
11.一種LED燈具，包括多個LED光源元件和透鏡模組，其特征在于:所述透鏡模組包括多個權利要求1所述的LED光源透鏡，多個透鏡之間通過設于柱體底端邊緣向外周延伸的連接板相互連接一體成型，多個透鏡之間呈矩陣排列。
【文檔編號】F21Y101/02GK104132307SQ201410389549
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月9日 優先權日:2014年8月9日
【發明者】王鋼, 羅滔, 周燁, 王櫻雪 申請人:佛山市中山大學研究院