一种led光源的配光透镜及led灯具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种LED光源的配光透镜及LED灯具，配光透镜包括透镜主体，透镜主体包括出光面和入光面，出光面由非均匀有理B样条的第一曲线绕透镜主体的对称轴回转形成，且沿透镜主体对称轴的切面呈U型；透镜主体的上表面内凹形成用于放置LED光源的盲孔，盲孔对应的壁面作为入光面，入光面由非均匀有理B样条的第二曲线绕透镜主体的对称轴回转形成，入光面沿透镜主体对称轴的切面包括呈V型的张口和沿张口下端继续延伸呈U型的凹口。本发明的配光透镜在减少使用数量的情况下还可以获得符合均匀光强的照明光分布效果，提高了LED灯具的光输出比，减轻了灯具的重量；降低了灯具的制造成本；灯具安装简便，减少透镜的装配工艺的操作，提高了生产效率。
【专利说明】—种LED光源的配光透镜及LED灯具
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学【技术领域】，尤其是涉及一种LED光源的配光透镜及LED灯具。
【背景技术】
[0002]LED光源的发光强度主要是以朗伯型或近朗伯型分布的，大多数情况下，为满足不同的照明需求，需要有不同的光强度分布，方可达到理想的照明环境，在此情况下，需要通过二次配光设计，将LED光源的光强度重新分配。二次配光设计的主要器件有透镜和反射器，将透镜或反射器放置在LED光源的出光口，通过透镜的曲面或反射器的曲面来改变LED光源的光线传播方向，在光线的照射面上获得较为理想的光强分布。这个方法存在一个问题，经过透镜的曲面或反射器的曲面会造成光能量的损失，遵循以下法则:光线在通过透明或半透明介质时，其透光率(T)、反射率(R)和吸收率㈧之间根据能量守恒定律存在一个固定的关系:T+R+A = 1(即100% )，从关系式中可以看出，想要获得较高的透光率就必须减少在玻璃表面的反射以及玻璃中吸收和散射的光线损失。由以上法则可知，透镜和反射器使用的数量越多，光损失越大；目前行业中，LED灯具里LED光源数量与透镜的数量比为1:1。不难得到，这种方法存在以下不足:第一，在当今社会，倡导绿色环保、节能减排的照明时代，提高LED照明灯具的光输出比尤为重要，如增加透镜使用数量，必然造成更多光能量的损失，不利于LED灯具的节能；第二，透镜材质一般有聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯以及玻璃，其中聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯材料的透镜，耐温低，易老化，玻璃材料的透镜成本高，重量大，不利于安装和维护。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种LED光源的配光透镜及LED灯具，解决现有技术中透镜使用数量较多造成光能量损失以及不利于安装操作的问题。
[0004]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:一种LED光源的配光透镜，所述配光透镜包括透镜主体，所述透镜主体包括出光面和入光面，所述出光面由非均匀有理B样条的第一曲线绕所述透镜主体的对称轴回转形成，且沿所述透镜主体对称轴的切面呈U型；所述透镜主体的上表面内凹形成用于放置LED光源的盲孔，所述盲孔对应的壁面作为入光面，所述入光面由非均匀有理B样条的第二曲线绕所述透镜主体的对称轴回转形成，所述入光面沿所述透镜主体对称轴的切面包括呈V型的张口和沿所述张口下端继续延伸呈U型的凹口。
[0005]在本发明的LED光源的配光透镜中，所述第一曲线的下端至上端依次由第一起始圆弧段、第一过渡圆弧段、第二过渡圆弧段和第一终止直线段依次连接形成，所述第一终止直线段相对于所述透镜主体的对称轴的夹角为0°。
[0006]在本发明的LED光源的配光透镜中,所述第一起始圆弧段半径为所述第一过渡圆弧段半径为5mm_6.2mm,所述第二过渡圆弧段半径为0.9mm-1.1mm。
[0007]在本发明的LED光源的配光透镜中，所述第二曲线的下端至上端包括依次连接的第二起始圆弧段、第三过渡圆弧段、第二终止圆弧段、第三起始圆弧段和第三终止直线段；所述第三终止直线段相对于所述透镜主体的对称轴的夹角为32° -38° ;相互连接的第二起始圆弧段、第三过渡圆弧段和第二终止圆弧段用于形成所述入光面的切面呈U型的凹口 ；相互连接的所述第三起始圆弧段和第三终止直线段用于形成所述入光面的切面呈V型的张口 ；其中所述第三起始圆弧段远离所述第三终止直线段的一端与第二终止圆弧段弯折连接。
[0008]在本发明的LED光源的配光透镜中，所述第三终止直线段相对于所述透镜主体的对称轴的夹角为35°
[0009]在本发明的LED光源的配光透镜中，所述第二起始圆弧段的半径为1.4mm-1.8mm,所述第三过渡圆弧段的半径为2.3mm-2.5mm,所述第二终止圆弧段的半径为2.6mm_2.8mm,所述第三起始圆弧段的半径为12.5mm-15.5mm。
[0010]在本发明的LED光源的配光透镜中，所述透镜主体的高度为4.3mm-5.1_，所述盲孔的深度为3.5mm-4.1mm。
[0011]在本发明的LED光源的配光透镜中，所述透镜主体的上端沿端缘朝向远离所述透镜主体的对称轴的方向延伸有环状的凸出部，所述环状的凸出部的对称轴与所述透镜主体的对称轴重合，所述凸出部向上凸出有用于安装所述配光透镜的扣合部。
[0012]本发明还提供一种LED灯具，包括铝基板和安装在所述铝基板上的多个LED光源，在所述铝基板上还安装有上述的配光透镜，所述LED光源一一对应地设置在所述配光透镜的盲孔内，其中所述配光透镜的数量少于所述LED光源的数量。
[0013]在本发明的LED灯具中，所述LED光源与所述配光透镜的数量比例为4:3?I。
[0014]实施本发明的LED光源的配光透镜及LED灯具，具有以下有益效果:本发明设计了一款新型的配光透镜，在减少透镜使用的数量的情况下还可以获得符合均匀光强的照明光分布效果，满足不同照明场景所需要的光强分布，提高了 LED灯具的光输出比，减轻了灯具的重量；降低了灯具的制造成本；灯具安装简便，减少透镜的装配工艺的操作，提高了生产效率，增强了产品的实用性和功能性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的LED灯具的结构示意图；
[0016]图2为本发明的配光透镜的结构示意图；
[0017]图3为本发明的LED光源与配光透镜相互安装位置配合的剖视示意图；
[0018]图4为本发明的配光透镜的剖视示意图；
[0019]图5为朗伯型LED光源的光强分布图；
[0020]图6为近朗伯型LED光源的光强分布图；
[0021]图7为朗伯型LED光源经过配光透镜所形成的光强分布图；
[0022]图8为近朗伯型LED光源经过配光透镜所形成的光强分布图；
[0023]图9为朗伯型LED光源与配光透镜按照2:1的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0024]图10为近朗伯型LED光源与配光透镜按照2:1的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0025]图11为朗伯型LED光源与配光透镜按照3:1的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0026]图12为近朗伯型LED光源与配光透镜按照3:1的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0027]图13为朗伯型LED光源与配光透镜按照3:2的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0028]图14为近朗伯型LED光源与配光透镜按照3:2的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0029]图15为朗伯型LED光源与配光透镜按照4:1的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0030]图16为近朗伯型LED光源与配光透镜按照4:1的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0031]图17a为朗伯型LED光源与配光透镜按照4:1数量匹配使用在2米处形成的光斑图；
[0032]图17b为朗伯型LED光源与配光透镜按照4:1数量匹配使用在2米处形成的光效果图；
[0033]图18a为近朗伯型LED光源与配光透镜按照4:1数量匹配使用在2米处形成的光斑图；
[0034]图18b为近朗伯型LED光源与配光透镜按照4:1数量匹配使用在2米处形成的光效果图；
[0035]图19为朗伯型LED光源与配光透镜按照4:3的数量匹配使用所形成的光强分布图；
[0036]图20为近朗伯型LED光源与配光透镜按照4:3的数量匹配使用所形成的光强分布图；
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例，对本发明的LED光源的配光透镜及LED灯具的具体结构及作用原理作进一步说明:
[0038]如图1所示，一种LED灯具，包括铝基板I和安装在铝基板I上的多个LED光源2，其中LED光源2分散地安装在铝基板I上，在铝基板I上还安装有至少一配光透镜3，其中LED光源2——对应地设置在配光透镜3内，其中LED光源2可以选用朗伯型或近朗伯型。配光透镜3使用的数量小于LED光源2的数量，优选地，LED光源2与配光透镜3的数量比例为4:3?I。
[0039]如图2-3所示，配光透镜3包括透镜主体31，透镜主体31为具有对称轴a的对称体，在透镜主体31的入光面10的端部(即图2显示的上端)沿端缘朝向远离透镜主体31的对称轴a的方向延伸有环状的凸出部32，凸出部32向上凸出有扣合部33，该扣合部33主要用于卡合固定在铝基板I上，进而使配光透镜3可拆卸地安装在铝基板I上，方便拆装，进而方便维护和更换LED光源2。其中环状的凸出部32的对称轴与透镜主体的对称轴a相重合。
[0040]如图3所示，透镜主体31包括出光面20和入光面10，出光面20由非均匀有理B样条的第一曲线311绕透镜主体31的对称轴a回转形成，且沿透镜主体31对称轴a的切面呈U型。
[0041]透镜主体31的上表面内凹形成用于放置LED光源2的盲孔34，盲孔34对应的壁面作为入光面10，入光面10由非均匀有理B样条的第二曲线312绕透镜主体31的对称轴a回转形成，入光面10沿透镜主体31对称轴a的切面包括呈V型的张口 341和沿张口 341下端继续延伸呈U型的凹口 342。
[0042]LED光源2设置在盲孔34内，LED光源2发出的光线从配光透镜3的入光面10穿过配光透镜3，从配光透镜3的出光面20射出，其中LED光源2的对称轴与透镜主体31的对称轴a相重合,有利于LED光源2发出的光线可以均勻通过配光透镜3射出。
[0043]如图4所示，第一曲线311的下端至上端依次由第一起始圆弧段L1、第一过渡圆弧段LI 1、第二过渡圆弧段L12和第一终止直线段L2依次连接形成，可以理解的是基本是平滑连接而成，其中第一终止直线段L2相对于透镜主体31的对称轴a的夹角为0°，即第一终止直线段L2与透镜主体31的对称轴a平行。
[0044]其中，第一起始圆弧段LI半径为第一过渡圆弧段LI I半径为5mm-6.2mm,第二过渡圆弧段L12半径为0.9mm-1.1mm,优选地,第一起始圆弧段LI半径为7mm,第一过渡圆弧段Lll半径为5.6mm,第二过渡圆弧段L12半径为1.0mm
[0045]需要说明的是，关于第一起始圆弧段L1、第一过渡圆弧段LU、第二过渡圆弧段L12的半径的范围值是基于优选值在大概±10%偏差范围内的值。
[0046]第二曲线312的下端至上端包括依次连接的第二起始圆弧段L3、第三过渡圆弧段L13、第二终止圆弧段L4、第三起始圆弧段L5和第三终止直线段L6 ;其中，相互连接的第二起始圆弧段L3、第三过渡圆弧段L13和第二终止圆弧段L4用于形成入光面10的切面呈U型的凹口 342 ;相互连接的第三起始圆弧段L5和第三终止直线段L6用于形成入光面10的切面呈V型的张口 341。
[0047]需要说明的是，第二起始圆弧段L3、第三过渡圆弧段L13以及第二终止圆弧段L4之间基本平滑连接而成，第三起始圆弧段L5和第三终止直线段L6之间也基本平滑连接而成，而第三起始圆弧段L5远离第三终止直线段L6的一端与第二终止圆弧段L4弯折连接。
[0048]第三终止直线段L6相对于透镜主体31的对称轴a的夹角β为32° -38°，优选地，第三终止直线段L6相对于透镜主体31的对称轴a的夹角β为35°。
[0049]第二起始圆弧段L3的半径为1.4mm-1.8mm,第三过渡圆弧段L13的半径为2.3mm-2.5mm,第二终止圆弧段L4的半径为2.6mm-2.8mm,第三起始圆弧段L5的半径为12.5mm-15.5mm ;优选地,第二起始圆弧段L3的半径为1.6mm,第三过渡圆弧段L13的半径为2.4_，第二终止圆弧段L4的半径为2.7_，第三起始圆弧段L5的半径为13.9_。
[0050]同样需要说明的是，关于第二起始圆弧段L3、第三过渡圆弧段L13、第二终止圆弧段L4、第三起始圆弧段L5的半径范围值和第三终止直线段L6的夹角β范围值是基于优选值在大概±10%偏差范围内的值。
[0051]透镜主体31的高度h为4.3mm-5.1mm,即从透镜主体31的上端面至最底端的距离；盲孔34的深度d为3.5mm-4.1mm,同样是从透镜主体31的上端面至盲孔34最底端的距离。优选地，透镜主体31的高度h为4.7mm,盲孔34的深度d为3.8mm。同样需要说明的是，透镜主体31的高度h和盲孔34的深度d的范围值是基于优选值在大概±10%偏差范围内的值。
[0052]本发明的配光透镜3由透明材料注塑成型，透明材料的折射率优选为1.68-1.85，透明材料可以为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或玻璃等等。
[0053]如图5和6所示，分别显示朗伯型LED光源和近朗伯型LED光源的光强分布图，从图中可以看出仅使用LED光源时光强主要集中在中间区域；如图7和8所示，分别为朗伯型LED光源经过配光透镜照射和近朗伯型LED光源经过配光透镜的光强分布图，从图中可以看出当LED光源经过本发明的配光透镜后的中间区域光强变弱，而周边光强增强。众所周知，当远距离使用光源照射时，会进一步加剧中间区域的照射光强度而弱化周边区域的照射光强度，因此使用本发明的配光透镜后，由于中间区域光强较弱而周边光强较强，使得远距离照射时可以使中间区域的光强和周边区域的光强之间达到均衡，即使光强无论从哪个角度都比较均匀地呈现。
[0054]以下通过不同实施例说明LED灯具内LED光源2与配光透镜3的数量比例时的光强分布图以及光效果图。
[0055]实施例1:
[0056]在本实施例中，LED灯具内LED光源2与配光透镜3的数量比例为2:1。如图9和图10所示，其光强分布图显示该LED灯具可以达到中间区域光强较弱而周边区域光强较强的效果，因此在减少配光透镜数量的情况下，远距离照射时可以达到光强的均匀分布。
[0057]实施例2:
[0058]在本实施例中，LED灯具内LED光源2与配光透镜3的数量比例为3:1。如图11所示，朗伯型LED光源经过少数的配光透镜的光强分布图显示该LED灯具可以达到中间区域光强较弱而周边区域光强较强的效果，因此在减少配光透镜数量的情况下，远距离照射时可以达到光强的均匀分布；如图12所示，近朗伯型LED光源经过少数的配光透镜的光强分布图中间区域的光强与周边区域的光强相近，仍然可以达到光强的均匀分布。
[0059]实施例3:
[0060]在本实施例中，LED灯具内LED光源2与配光透镜3的数量比例为3:2。如图13和图14所示，其光强分布图显示该LED灯具可以达到中间区域光强较弱而周边区域光强较强的效果，因此在减少配光透镜数量的情况下，远距离照射时可以达到光强的均匀分布。
[0061]实施例4:
[0062]在本实施例中，LED灯具内LED光源2与配光透镜3的数量比例为4:1。如图15所示，朗伯型LED光源经过少数的配光透镜的光强分布图显示该LED灯具可以达到中间区域光强较弱而周边区域光强较强的效果，因此在减少配光透镜数量的情况下，远距离照射时可以达到光强的均匀分布；如图16所示，近朗伯型LED光源经过少数的配光透镜的光强分布图中间区域的光强与周边区域的光强相近，仍然可以达到光强的均匀分布。图17a、17b、18a和18b显示了在2米处形成的光效果图，这些图进一步说明LED光源经过本发明的配光透镜后光强分布较均匀。
[0063]实施例5:
[0064]在本实施例中，LED灯具内LED光源2与配光透镜3的数量比例为4:3。如图19和图20所示，其光强分布图显示该LED灯具可以达到中间区域光强较弱而周边区域光强较强的效果，因此在减少配光透镜数量的情况下，远距离照射时可以达到光强的均匀分布。
[0065]本发明设计了一款新型的配光透镜，在减少透镜使用的数量的情况下还可以获得符合均匀光强的照明光分布效果，满足不同照明场景所需要的光强分布，提高了 LED灯具的光输出比，减轻了灯具的重量；降低了灯具的制造成本；灯具安装简便，减少透镜的装配工艺的操作，提高了生产效率，增强了产品的实用性和功能性。
[0066]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种LED光源的配光透镜，所述配光透镜(3)包括透镜主体(31)，其特征在于，所述透镜主体(31)包括出光面(20)和入光面(10)，所述出光面(20)由非均匀有理B样条的第一曲线(311)绕所述透镜主体(31)的对称轴(a)回转形成，且沿所述透镜主体(31)对称轴(a)的切面呈U型；所述透镜主体(31)的上表面内凹形成用于放置LED光源(2)的盲孔(34)，所述盲孔(34)对应的壁面作为入光面(10)，所述入光面(10)由非均匀有理B样条的第二曲线(312)绕所述透镜主体(31)的对称轴(a)回转形成，所述入光面(10)沿所述透镜主体(31)对称轴(a)的切面包括呈V型的张口(341)和沿所述张口(341)下端继续延伸呈U型的凹口(342)。
2.根据权利要求1所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述第一曲线(311)的下端至上端依次由第一起始圆弧段(LI)、第一过渡圆弧段(L11)、第二过渡圆弧段(L12)和第一终止直线段(L2)依次连接形成，所述第一终止直线段(L2)相对于所述透镜主体(31)的对称轴(a)的夹角为0°。
3.根据权利要求2所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述第一起始圆弧段(LI)半径为所述第一过渡圆弧段(Lll)半径为5mm_6.2mm,所述第二过渡圆弧段(L12)半径为 0.9mm-1.1mm。
4.根据权利要求1所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述第二曲线(312)的下端至上端包括依次连接的第二起始圆弧段(L3)、第三过渡圆弧段(L13)、第二终止圆弧段(L4)、第三起始圆弧段(L5)和第三终止直线段(L6);所述第三终止直线段(L6)相对于所述透镜主体(31)的对称轴(a)的夹角(β)为32° -38° ; 相互连接的第二起始圆弧段(L3)、第三过渡圆弧段(L13)和第二终止圆弧段(L4)用于形成所述入光面(10)的切面呈U型的凹口(342);相互连接的所述第三起始圆弧段(L5)和第三终止直线段(L6)用于形成所述入光面(10)的切面呈V型的张口(341);其中所述第三起始圆弧段(L5)远离所述第三终止直线段(L6)的一端与第二终止圆弧段(L4)弯折连接。
5.根据权利要求4所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述第三终止直线段(L6)相对于所述透镜主体(31)的对称轴(a)的夹角(β)为35°。
6.根据权利要求4所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述第二起始圆弧段(L3)的半径为1.4mm-l.8mm,所述第三过渡圆弧段(13)的半径为2.3mm_2.5mm,所述第二终止圆弧段(L4)的半径为2.6mm-2.8mm，所述第三起始圆弧段(L5)的半径为12.5mm-15.5mm。
7.根据权利要求1所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述透镜主体(31)的高度(h)为 4.3mm-5.1mm，所述盲孔(34)的深度(d)为 3.5mm-4.1mm。
8.根据权利要求1所述的LED光源的配光透镜，其特征在于，所述透镜主体(31)的上端沿端缘朝向远离所述透镜主体(31)的对称轴(a)的方向延伸有环状的凸出部(32)，所述环状的凸出部(32)的对称轴与所述透镜主体(31)的对称轴(a)重合，所述凸出部(32)向上凸出有用于安装所述配光透镜(3)的扣合部(33)。
9.一种LED灯具，包括铝基板(I)和安装在所述铝基板(I)上的多个LED光源(2)，其特征在于，在所述铝基板(I)上还安装有至少一权利要求1-8任一所述的配光透镜(3)，所述LED光源(2) —一对应地设置在所述配光透镜(3)的盲孔(34)内，其中所述配光透镜(3)的数量少于所述LED光源(2)的数量。
10.根据权利要求9所述的LED灯具，其特征在于，所述LED光源(2)与所述配光透镜(3)的数量比例为4:3?I。
【文档编号】F21V5/04GK104390194SQ201410616655
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】郭开明, 梁全, 田 健 申请人:深圳科宏健半导体照明有限公司