全反射型投光透镜及使用该投光透镜的灯具制造技术

本发明专利技术公开一种全反射型投光透镜，以透镜光轴对称的圆台型透镜，第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔，光源容置腔具有向外凸出的第一球面，光源容置腔的侧面为折射面；第二端面中部向内凹陷形成光线出射腔，光线出射腔具有向外凸出的第二球面；环绕光线出射腔形成环状凹槽；投光透镜的侧壁为全反射面。依次经第一球面和第二球面折射形成用于传输LED光源发射40°以内发射光的第一光线传输通路；依次经光源容置腔的侧面折射、投光透镜的侧壁全反射及环状凹槽折射形成用于传输LED光源发射40°-90°发射光的第二光线传输通路；对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制投光透镜出射光线发光角小于正负20度，提高对LED光源光线的利用率，增强对光线的聚光效果。

【技术实现步骤摘要】
全反射型投光透镜及使用该投光透镜的灯具
本专利技术涉及照明灯具，特别是涉及一种全反射型投光透镜及使用该全反射型投光透镜的灯具。
技术介绍
随着LED(LightEmittingDiode，发光二极管)芯片及封装工艺的成熟，LED亮度指标可以满足各个照明领域的需求，目前LED光源应用已经成为一种趋势。LED具有节能、环保、安全、显色指数高、寿命长等性能特点；同时其还具有体积小、光效高、能耗小等显著特点。LED光源以其明显的优势被广泛地应用到科研实验、生产、生活的各个领域，如在道路、隧道、景观、室内家居、商业广告、工业制造等方面LED光源的应用。与白炽灯、金属卤素灯等360度全方向发光的传统光源不同的是，LED由其芯片封装的结构决定了发光的多样性，如朗伯型、侧射型、蝙蝠型和聚光型几种。因此在具体应用中，为符合应用领域的行业或国家标准，需要进行二次光学设计，尤其是大功率LED光源，从而使得LED的光照范围、光强分布、照度等符合该行业照明的需求。在LED应用的二次光学设计中，由于发光角度的原因导致LED的大部分光线不经反射体而直接照射出去，出光角过于分散，在特定光照范围内光能的利用率降低。因此，如何有效提高光能的利用率是LED光源应用噬待解决的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提出一种充分利用LED光源光线，发光角小于正负20度的投光透镜以及使用该投光透镜的灯具。一种全反射型投光透镜，所述投光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，所述投光透镜直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，所述光源容置腔底面向外凸出形成第一球面，所述光源容置腔的侧面为折射面，所述光源容置腔的轴线垂直于所述第一端面；所述投光透镜直径较大的第二端面中部向内凹陷形成一用于光出射的光线出射腔，所述光线出射腔底面向外凸出形成第二球面；环绕所述光线出射腔形成环状凹槽，所述环状凹槽的内环边高于所述环状凹槽的外环边；所述投光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线；所述第一球面和第二球面形成用于传输LED光源发射40°以内光线的第一光线传输通路；所述光源容置腔的侧面、所述投光透镜的侧壁及所述环状凹槽形成用于传输LED光源发射40°-90°光线的第二光线传输通路。在其中一个实施例中，所述侧壁上坐标点(x1，y1)满足以下公式：其中，坐标点(x1，y1)为在过所述透镜光轴的剖面坐标系中的坐标；β1为过坐标点(x1，y1)在所述侧壁上的切线与平行于X轴的直线夹角；θ′1为经所述侧面折射的折射角；δ为在所述侧壁上过坐标点(x1，y1)全反射的光线与平行于Y轴的直线夹角；所述第二球面上坐标点(x2，y2)满足以下公式：nsin(θ′2+β2)＝sin(α+β2)，其中，坐标点(x2，y2)为在过所述透镜光轴的剖面坐标系中的坐标；β2为所述第二球面的法线与平行于Y轴的直线夹角；θ′2为经所述第一球面折射的折射角；α为所述第二球面过坐标点(x2，y2)出射的光线与平行于Y轴的直线夹角。在其中一个实施例中，所述光源容置腔的侧面折射的光线逆向照射汇聚成一点O’，所述点O’与所述LED光源中心重合。在其中一个实施例中，所述第一球面半径大于所述第二球面半径。在其中一个实施例中，所述第二球面的投影直径大于2倍的所述环状凹槽的投影宽度。在其中一个实施例中，所述第二球面的投影面积大于所述第一端面的投影面积。在其中一个实施例中，所述光线出射腔的侧面为圆柱面。在其中一个实施例中，所述光源容置腔的高度小于等于所述光线出射腔的高度。在其中一个实施例中，所述投光透镜的材质为聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。本专利技术还提出一种包括上述全反射型投光透镜的灯具。上述全反射型投光透镜以及使用该全反射型投光透镜的灯具，第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔，光源容置腔具有向外凸出的第一球面，光源容置腔的侧面为折射面；第二端面中部向内凹陷形成光线出射腔，光线出射腔具有向外凸出的第二球面；第二端面外围环绕第二球面形成环状凹槽；投光透镜的侧壁为全反射面；第一球面和第二球面形成用于传输LED光源发射40°以内发射光的第一光线传输通路；光源容置腔的侧面、投光透镜的侧壁及环状凹槽形成用于传输LED光源发射40°-90°发射光的第二光线传输通路，从而对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制投光透镜出射光线发光角小于正负20度，充分利用LED光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。附图说明图1为本专利技术一个实施例投光透镜结构剖面图；图2为本专利技术一个实施例投光透镜结构立体图；图3为本专利技术一个实施例投光透镜结构侧视图；图4为本专利技术一个实施例投光透镜出射光线配光曲线示意图；图5为本专利技术一个实施例投光透镜光强分布曲线图；图6为本专利技术一个实施例投光透镜照度分布图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。该全反射型投光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，第一端面中部向内凹陷形成光源容置腔，光源容置腔具有向外凸出的第一球面，光源容置腔的侧面为折射面；第二端面中部向内凹陷形成光线出射腔，光线出射腔具有向外凸出的第二球面；环绕所述光线出射腔形成环状凹槽；投光透镜的侧壁为全反射面。依次经第一球面折射和第二球面折射形成用于传输LED光源发射40°以内发射光的第一光线传输通路；依次经光源容置腔的侧面折射、投光透镜的侧壁全反射及环状凹槽折射形成用于传输LED光源发射40°-90°发射光的第二光线传输通路，从而对LED光源任意角度的光线进行聚光，控制投光透镜出射光线发光角小于正负20度，充分利用LED光源光线，极大的提高了对LED光源光线的利用率，大大增强了对光线的聚光效果。上述LED光源发射角度以透镜光轴为0°。图1是一个实施例中投光透镜结构剖面图。图2是一个实施例中投光透镜结构立体图。图3是一个实施例中投光透镜结构侧视图。结合图1和图3，该投光透镜为圆台型透镜，包括第一端面10、第二端面20以及连接第一端面10和第二端面20的侧壁30。第一端面10直径小于第二端面20直径。第一端面10中部向内凹陷形成光源容置腔11，光源容置腔11用于适配容置LED光源，光源容置腔11底面向外凸出形成第一球面111，光源容置腔11的侧面112为用于光折射的圆柱面，光源容置腔11的母线垂直于第一端面10。LED光源光线经侧面112和第一球面111入射进投光透镜。该实施例中，光源容置腔11直径为D，大小根据LED光源的具体尺寸确定。放置LED光源时，LED光源中心与投光透镜的透镜光轴40重合。第二端面20为出射面，第二端面20中部向内凹陷形成光线出射腔21，光线出射腔21中部向外凸出形成第二球面211，该实施例中，第一球面111与第二球面211反向设置，在投光透镜中部形成双凸透镜，分别对入射的光线进行折射，形成第一光线传输通路。第二端面20的外围环绕光线出射腔21形成环状凹槽22，环状凹槽22为折射曲面，投光透镜的侧壁30为全反射面；该实施例中，LED光源光线经侧面112入射进投光透镜、投光透镜的侧壁30全反射入射的光线、环状凹槽22对全反射的光线进行折射，形成第二光线传输通路。侧壁30上坐标点(x1，y1)满足以下公式：其中，坐标点(x1，y1)为在过透镜光轴的剖面坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全反射型投光透镜，其特征在于，所述投光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，所述投光透镜直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，所述光源容置腔底面向外凸出形成第一球面，所述光源容置腔的侧面为折射面，所述光源容置腔的轴线垂直于所述第一端面；所述投光透镜直径较大的第二端面中部向内凹陷形成一用于光出射的光线出射腔，所述光线出射腔底面向外凸出形成第二球面；环绕所述光线出射腔形成环状凹槽，所述环状凹槽的内环边高于所述环状凹槽的外环边；所述投光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线；所述第一球面和第二球面形成用于传输LED光源发射40°以内光线的第一光线传输通路；所述光源容置腔的侧面、所述投光透镜的侧壁及所述环状凹槽形成用于传输LED光源发射40°‑90°光线的第二光线传输通路。

【技术特征摘要】
1.一种全反射型投光透镜，其特征在于，所述投光透镜为以透镜光轴对称的圆台型透镜，所述投光透镜直径较小的第一端面中部向内凹陷形成一用于适配容置LED光源的光源容置腔，所述光源容置腔底面向外凸出形成第一球面，所述光源容置腔的侧面为折射面，所述光源容置腔的轴线垂直于所述第一端面；所述投光透镜直径较大的第二端面中部向内凹陷形成一用于光出射的光线出射腔，所述光线出射腔底面向外凸出形成第二球面；环绕所述光线出射腔形成环状凹槽，所述环状凹槽的内环边高于所述环状凹槽的外环边；所述投光透镜的侧壁为全反射面，所述圆台型透镜的母线为抛物线；所述第一球面和第二球面形成用于传输LED光源发射40°以内光线的第一光线传输通路；所述光源容置腔的侧面、所述投光透镜的侧壁及所述环状凹槽形成用于传输LED光源发射40°-90°光线的第二光线传输通路。2.根据权利要求1所述的全反射型投光透镜，其特征在于，所述侧壁上坐标点(x1，y1)满足以下公式：其中，坐标点(x1，y1)为在过所述透镜光轴的剖面坐标系中的坐标；β1为过坐标点(x1，y1)在所述侧壁上的切线与平行于X轴的直线夹角；θ′1为经所述侧面折射的折射角；δ为在所述侧壁上过坐标点(x1，y1)全反射的光线与平行于Y轴的直线夹角；所述第二球面上坐标点(x2，y2)满足以...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，乃业利，
申请(专利权)人：海洋王东莞照明科技有限公司，海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44