[发明专利]改进的光学系统和LED灯具

说明书

技术领域

本发明涉及新型的透镜，尤其地，涉及一种能大幅提升LED灯具的光效率的透镜。

背景技术

作为一种在21世纪的新型的竞争性的固体光源，LED灯具有以下优点：高效率，纯光色，低能耗，寿命长，可靠耐用，无污染，以及控制灵活。随着LED技术的不断改进，LED灯具的光通量和光效率将不断地提高。目前，单一白光LED的光通量已达到2000Im以上。作为灯具的LEDs的照明系统的数量迅速增长。从LED芯片发出的光以朗伯(Lambertian)分布投射。在大多数情况下，如果在应用时未通过适当的光学系统处理，这样的光场分布用在灯具中时，不能够满足性能要求。因此，LED灯具的照明系统的二次光学设计是绝对必要的。

二次光学设计能在目标区形成具有均匀照明的光斑，从而照明系统能够实现均匀照明。照明系统一般分为反射型，折射型以及反射折射混合型。其中，该混合型主要采用TIR(全内反射)技术。一般来说，由于LED的出光范围广，反射型或折射型很难控制LED的所有出光。另一方面，TIR技术能充分发挥折射和全反射，并有效地聚集LED的大多数出光，以及控制光束分布，从而保证照明系统的结构紧凑。

现有的反射型的LED透镜具有低反射率，通过为80％。由于条件的限制，如透镜直径，折射型的LED透镜的透光率低至90％。现有的反射折射混合型的LED透镜一般具有单独的折射和反射部分，这些部分增加了技术成本和LED灯的加工程序。然而，现有反射部分的反射面要求反射涂层，比如铝涂层，这也增加了LED灯的技术成本。

如图10所示，申请200910108644.1为LED聚光透镜。虽然这个聚光透镜具有两个折射凹槽，但是，透镜并没有反射面设计，因此，它没有良好的发光效果。

发明内容

根据本发明的第一个方面，根据权利要求1提供一种LED灯具的光学系统。因此，本发明提供一种光学系统，包括：

(i)由透明或半透明材料制成的大致锥状体，所述锥状体具有第一窄端，第二宽端，以及外表面，所述外表面设计为基本上完全向所述锥状体的第二端反射光，所述锥状体具有从第一端延伸到第二端的主轴；

(ii)位于所述锥状体的第一端的凹陷或凹槽，所述凹陷或凹槽适于容纳LED灯具；

其特征在于，所述锥状体的外表面包括多个反射面或反射表面。

这种类型的光学系统构造使LED灯具发出的光聚焦成一束光，相对于传统的光学系统，该束光所产生的炫目比较少，其中，所述光学系统构造优选地由整体材料形成，所述材料的折射率高于空气的折射率，从而产生全内反射。

优选地，所述反射面基本上覆盖所述锥状体的整个外表面。

优选地，位于所述锥状体的第一端的凹陷的底部或内表面是非平面的。与其它情况相比，这种情况导致了更多的光通过反射或折射直接导向到光学系统外表面的反射面上。

优选地，所述凹陷的内表面包括多个透镜表面，所述透镜表面适于发散任何落在凹陷底部表面的光。

优选地，所述多个透镜表面的形式为一系列凸形突起，更优选地，所述多个透镜表面的形式为多个凸形反射表面，所述凸形反射表面依次绕着锥体的外表面连接。能用在此上下文中的反射表面的其他形式非限制地包括弧面，平面，菱形面，金刚石表面或其他任何形状，这些形状能达到将来自LED灯具的光反射出锥状体的第二端的所需效果。

优选地，反射表面的半径从锥体的第一端到锥体的第二端逐渐增加。

优选地，该多个反射透镜表面围绕着所述锥体的主轴以层状排列，更优选地，依次连接的这些反射表面的半径从所述锥状体的第一端到第二端逐渐增加。在此术语“半径”具有广泛的含义，包括穿过反射面的距离，所述反射面一般不是圆形的。

优选地，所述光学系统还包括位于所述锥状体的第二端的凹陷或凹槽。所述第二凹陷引起更多的光反射或折射到所述锥状体的外反射表面上，否则，这些更多的光将被直接传送出所述光学系统。

优选地，所述光学系统还包括一个或多个LED灯具。

根据本发明的第二个方面，提供一种包含根据第一发明的二级光学系统的LED灯具。

本发明提出的反射表面将反射功能纳入普通的折射透镜中，这在不需要应用反射涂层的情况下，能达到良好的反射效果，并简化了LED灯具的构造。此外，本发明的反射表面透镜能整体成型，与现有的折射反射混合透镜相比，其具有更简单的结构。已被分成多个节段的反射表面能更好更有效地利用从LED发出的光。