[发明专利]用于LED室内灯具的透镜及包含该透镜的格栅灯

权利要求书

1.用于LED室内灯具的透镜，包括灯光入射面、灯光出射面和环形底面，其特征在于透镜的环形底面中部设有用于容纳LED的凹坑，凹坑的坑壁面是半球面，该半球面为所述灯光入射面；透镜的灯光出射面为自由曲面，该自由曲面的形状由如下方法确定：

所述透镜为中心轴对称形状，所述凹坑的中心轴为透镜的中心轴，以过该透镜中心轴的截面为基准面，建立坐标系，其中，中心轴为Z轴，原点在中心轴且与中心轴垂直的方向为X轴，通过将所述自由曲面在XZ平面上所对应的曲线绕Z轴旋转一周即得到自由曲面的形状；

所述曲线通过如下步骤确定：

(1)由能量守恒求出最大照射半径：

其中P为目标平面的光照度，R为最大照射半径，I为LED中心光强，φ为LED出射光线与Z轴的夹角；

(2)通过能量对应关系求出目标平面上的点与夹角φ的关系式：

其中xd为夹角为φ的光线经透镜折射后照射到目标平面所对应的点的X轴坐标，

求得

(3)由折射公式求出所述曲线上点的法向量，利用这个法向量求得切线，通过求切线与入射光线的交点得到曲线上点的坐标，

所述折射公式为： 其中n为折射率， 为入射光线单位向量， 为出射光线单位向量， 为单位法向量；所述通过求切线与入射光线的交点得到曲线上点的坐标包括如下步骤：

首先将目标平面X轴方向上[0，R]的区间划分为m等分，分别为xd[1]到xd[m]，对应于光线与Z轴的夹角为φ[1]到φ[m]，通过所述步骤(2)求出φ[1]到φ[m]；

再以沿着Z轴正向的光线为起始光线，若照射高度为h，自由曲面的中心距离LED的距离为d，则由这两点的坐标再通过折射公式求出起始点的法向量N[1](Nx[1]，Ny[1]，Nz[1])；由法向量和起始点坐标求出切线为z-d＝0，此为1式；角度为φ[2]的直线方程为：z＝cot(φ[2])x，此为2式；起始点即第1点的坐标为(0，d)；由1式和2式所得的两直线 相交，其交点就是曲线上第2点的坐标(x[2]，z[2])；

依照上述方法，求出第m点所对应的直线方程为z＝cot[φ[m]]x，所对应的切线方程为Nx[m-1](x-x[m-1])+Nz[m-1](z-z[m-1])＝0；第m点的坐标为(x[m]，z[m])；

(4)由步骤(3)得到所述曲线上离散的点坐标，通过计算机拟合得到所述曲线，然后将所述曲线绕Z轴旋转一周可得到最终的自由曲面。

2.根据权利要求1所述的用于LED室内灯具的透镜，其特征在于，所述φ的大小为0～π/2。

3.根据权利要求1所述的用于LED室内灯具的透镜，其特征在于步骤(4)中把步骤(3)计算出来的离散点坐标导入三维制图软件，生成所述曲线，选定好旋转轴，把曲线绕轴旋转一周，即得所述自由曲面。

4.一种格栅灯，包括灯盘、散热器、栅格架、驱动电源、多个LED和如权利要求1～3任一项所述的透镜，其特征在于多个LED通过导热胶均匀排列贴装在散热器底面，每个LED均外套有一个所述透镜，所述透镜安装散热器底面上，且LED的中心轴与所述透镜的中心轴重合，LED置于所述透镜底部的半球形凹坑内，散热器的两端设有用于安装灯盘的螺孔；所述灯盘的底座上设有多个灯孔，每个LED及所述透镜穿过灯孔并伸到灯盘里面，在灯盘的底面设置格栅架，每一个栅格对应一个LED及其套有的所述透镜。

5.根据权利要求4所述的格栅灯，其特征在于所述栅格的内腔为正四棱台型，正四棱台的上顶面靠近灯盘的底面。

6.根据权利要求5所述的格栅灯，其特征在于所述正四棱台的上顶面与灯盘的底面夹角为30°栅格的深度为50mm。

7.根据权利要求4所述的格栅灯，其特征在于所述LED采用贴片式白光大功率LED，所述驱动电源采用外插式恒流驱动电源。