一种 LED 聚光透镜 技术领域 本发明涉及 LED(Light Emitting Diode， 发光二极管 ) 聚光透镜技术领域， 更具体 地说， 是涉及一种具有高效聚光功能的透镜。
背景技术 为了实现对 LED 的聚光， 现有技术的一种做法是采用具有抛物面的反光杯实现聚 光， 但是这种方式却难以应用于发光角小 ( 如当发光角小于 5 度 ) 的场合， 必须将反光杯尺 寸增大， 否则发光角较小的光线无法被利用， 最终将增大光线的发光角。
现有技术中也出现了采用凸透镜对 LED 进行聚光的技术方案， 但这些方案存在 LED 光通量利用率较低的问题， 具体表现在发光角较大的光线无法被利用， 最终降低了灯具 的光效。
另外， 现有技术中还出现了一些新型的 LED 聚光透镜， 透镜的材质通常为 PC(Poly Carbonate， 聚碳酸酯 ) 或 PMMA(Polymethyl Methacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯 )， 其原理是 利用光的全反射和折射， 制作成比较聚光的透镜， 实现对光线的汇聚。但这些 LED 聚光透镜 通常存在成型工艺要求较高， 加工难度较大等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种 LED 聚光透镜， 其具有高效的聚光功 能， 并且具有较高的 LED 光通量利用率。
为解决上述技术问题， 本发明的一种技术方案是 ： 提供一种 LED 聚光透镜， 所述聚 光透镜为呈圆台状的回转体， 并具有与回转体的回转轴重合的光轴， 所述聚光透镜包括对 应聚光透镜小端的光源容纳槽、 对应聚光透镜大端的出光面以及位于聚光透镜外侧壁的全 反射面， 所述光源容纳槽为底部具有向外突出的球面的圆柱形槽， 所述出光面的中部向外 突出， 并形成位于其中部并向外突出的锥面和环绕所述锥面的环面， 所述锥面的顶点与所 述球面的球心位于所述光轴上， 所述球面与所述锥面共同界定出一中心聚光部分。
更具体地， 所述锥面的母线与所述光轴的夹角 θ 满足以下公式 ：
式中， n 为透镜材料的折射率， α 的取值在 5-10° 之间， η 为修正值， 取值在 0.3-0.8 之间。
更具体地， 所述透镜材料的折射率 n 为 1.59， 所述母线与所述光轴的夹角 θ 为 76°。
更具体地， 所述球面的半径 R 的取值范围是 ： 15 ≤ R ≤ 30， 且所述球面的顶点与所 述小端的距离为 3 毫米。
更具体地， 所述光源容纳槽的直径不大于 9 毫米。
更具体地， 所述回转体的母线由多段线段首尾连接而成， 由所述小端至所述大端， 所述多段线段与所述光轴之间的夹角依次减小。
更具体地， 所述多段线段与光轴的夹角 β 满足以下公式 ：
式中， n 为透镜材料的折射率， m 为自所述小端开始， 所述多段线段中各线段的序 号数， λ 的取值在 4-6°之间。
更具体地， λ 的取值为 5°， 所述多段线段包括 8 段线段。
为解决上述技术问题， 本发明的另一种技术方案是 ： 提供一种 LED 聚光透镜， 所述 聚光透镜是由多个上述的 LED 聚光透镜相交并成为一体而构成， 所述多个聚光透镜出光面 的环面位于同一平面， 各锥面顶点在平面上均匀分布。
与现有技术相比较， 本发明对 LED 具有高效的聚光功能， LED 发出的光线经本发明 LED 聚光透镜作用后， 其出射光几乎与光轴平行， 发光角非常小 ； 在保证聚光功能的同时， 本发明还可极大提高灯具对 LED 光通量的利用率 ； 另外， 本发明 LED 聚光透镜的加工成型也 相对简单， 其尺寸可以做的很小， 有利于实现灯具的小型化。
附图说明
图 1 是本发明实施例一的立体示意图 ； 图 2 是图 1 的侧视示意图 ； 图 3 是图 1 的剖视示意图 ； 图 4 是图 1 所示实施例的光路原理图 ； 图 5 是图 1 所示实施例的配光曲线图 ； 图 6 是本发明实施例二的立体示意图。具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、 技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结 合附图及实施例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅 用以解释本发明， 并不用于限定本发明。
请参照图 1 至图 3， 为本发明的实施例一， 所述聚光透镜 L 为呈圆台状的回转体， 并 具有与回转体的回转轴重合的光轴 A， 所述聚光透镜包括对应聚光透镜小端的光源容纳槽 1、 对应聚光透镜大端的出光面 2 以及位于聚光透镜外侧壁的全反射面 3。所述光源容纳槽 1 为底部具有向外突出的球面 11 的圆柱形槽， 所述出光面 2 的中部向外突出， 并形成位于其 中部并向外突出的锥面 21 和环绕所述锥面 21 的环面 22。所述球面 11 的顶点与所述锥面 21 的球心均位于所述光轴上。所述球面 11 与所述锥面 21 共同界定出一中心聚光部分。
与现有技术相比较， 本实施例对 LED 具有高效的聚光功能， LED 发出的光线经本 发明 LED 聚光透镜作用后， 其出射光几乎与光轴平行， 发光角非常小 ； 在保证聚光功能的同 时， 本发明还可极大提高灯具对 LED 光通量的利用率 ； 另外， 本发明 LED 聚光透镜的加工成 型也相对简单， 其尺寸可以做的很小， 有利于实现灯具的小型化。以下对本实施例作进一步详细介绍。
请参照图 3 及图 4， 所述球面 11 的顶点与所述锥面 21 的球心均位于所述光轴上。 所述光源容纳槽 1 的直径 D 不大于 9 毫米。
本实施例中， 所述锥面 21 的母线与所述光轴 A 的夹角 θ 满足以下公式 ：
式中， n 为透镜材料的折射率， α 的取值在 5-10° 之间， η 为修正值， 取值在 0.3-0.8 之间。
较佳的方案是采用折射率为 1.59 的 PC 材料， 所述球面 11 与所述锥面 21 的母线 与所述光轴的夹角 θ 为 76°。
本实施例中， 所述球面的半径 R 的取值范围是 ： 15 ≤ R ≤ 30， 所述球面 11 的顶点 与所述小端之间的距离为 3 毫米。
这样， 由所述球面 11 与所述锥面 21 共同界定出的中心聚光部分， 即可对 LED 发光 角比较小的光线起到折射的作用， 经所述中心聚光部分折射后的出射光线几乎平行于光轴 A， 出射光的发光角很小， 达到了极好的聚光性能。
请结合参照图 2 及图 3， 本实施例回转体的母线由 8 段线段 ( 即图 2 中所示的线段 301-308) 首尾连接而成。从而， 所述全反射面 3 由 8 个圆台面构成。由所述聚光透镜的小 端至大端， 所述 8 段线段与所述光轴之间的夹角依次减小。
本实施例中， 所述 8 段线段与光轴 A 的夹角 β 满足以下公式 ：
式中， n 为透镜材料的折射率， m 为自所述小端开始， 所述多段线段中各线段的序 号数， 分别为 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8， λ 的取值在 4-6°之间。
本实施例中， λ 的取值 5°， 这样， 所述 8 段线段与光轴 A 之间的夹角分别如下表 所示 ：
线段 301 与光轴 A 的夹角 线段 302 与光轴 A 的夹角 线段 303 与光轴 A 的夹角 线段 304 与光轴 A 的夹角 线段 305 与光轴 A 的夹角 线段 306 与光轴 A 的夹角 线段 307 与光轴 A 的夹角 43.43° 41.86° 40.32° 38.79° 37.29° 35.84° 34.43°5CN 102654270 A说明书33.084/4 页线段 308 与光轴 A 的夹角
请参照图 4， 在 LED 芯片射出的光线中， 由光源容纳槽 1 侧壁进入的这些发光角比 较大的光线射向所述全反射面 3 时， 即发生全反射。并且绝大部分的光线被反射， 反射光线 的传播方向也几乎与光轴 A 平行， 并从所述出光面 2 的环面 22 射出， 在经过所述环面 22 后， 光线基本上也不会发生偏折现象， 仍然沿着平行于光轴 A 的方向传播。出射光的发光角很 小， 达到了极好的聚光性能。
本实施例的聚光透镜由透明材料注塑而成。可选择 PC 或者 PMMA。当然是， 对于其 他透明材料， 只要各项参数能够满足本实施例所提出各项要求， 均可以作为应用于本实施 例的候选材料。
而且， 本实施例由于采用回转体结构， 所述球面 11 与所述锥面 21 的尺寸都比较容 易控制， LED 聚光透镜的加工成型也相对简单， 其尺寸可以做的很小， 有利于实现灯具的小 型化。
请参照图 5， 为本实施例的配光曲线图， 由该图可知， 发光角不足 5°。可见， 本实 施例具有高效的聚光功能， LED 发出的光线经本发明 LED 聚光透镜作用后， 其出射光几乎与 光轴平行， 发光角非常小。
请参照图 6， 为本发明的实施例二， 所述聚光透镜是由 5 个上述的 LED 聚光透镜 L 相交并成为一体而构成， 所述 5 个聚光透镜出光面位于同一平面， 各锥面顶点在平面上均 匀分布。当然， 聚光透镜的数量还可以为 3 个、 4 个、 6 个或者其他数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。