專利名稱：Led聚光透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種透鏡，尤其涉及一種LED聚光透鏡。
背景技術(shù)：
隨著LED封裝技術(shù)的提高，LED芯片上涂覆熒光粉的方法也多種多樣，傳統(tǒng)方法中主要是用熒光粉將芯片完全遮蓋，從外觀上看不到里面正方形的芯片。目前新的熒光粉涂 敷方式僅將熒光粉薄薄的、均勻的涂在芯片表面，這樣封裝的LED可從外部看到內(nèi)部的正 方形芯片。上述兩種LED都得到了廣泛的應(yīng)用，但從光效上比較，后者新的熒光粉涂敷方式 的光效高于前者，應(yīng)用量居多。但目前市場上與上述兩種LED匹配的聚光透鏡是相同的，該 透鏡在靠近LED芯片的中心位置設(shè)有平凸的透鏡部分，透鏡外側(cè)壁為全反射面，對于后一 種LED，LED發(fā)出的光分為兩部分經(jīng)透鏡出射，其中在LED中軸線約+/-30度之間的光是通 過平凸的透鏡部分折射后匯聚的，其余LED兩側(cè)的光是先折射入透鏡后在透鏡外側(cè)壁發(fā)生 全反射后再匯聚出射。這種透鏡對LED光源有很好的匯聚效果，經(jīng)透鏡配光后中心光強(qiáng)高， 光束發(fā)散角小。并且這種透鏡對前一種LED，即芯片不可見的LED配光后光斑是圓的，且光 斑均勻柔和，但對后一種LED，即芯片可見的LED配光后光斑效果就較差，光斑不均勻，在光 斑中出現(xiàn)了芯片的像，這是因?yàn)樾酒ㄟ^透鏡中的平凸透鏡部分成像引起的，由于人們已 習(xí)慣于接受光斑為圓型的光線均勻的手電，而且圓型光斑給人眼的視覺感受是舒適的，而 方形光斑會給人眼造成視覺疲勞，給工作上帶來危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中LED形成的非圓形光斑、光斑不 均勻的缺陷，提供一種能形成圓形光斑，且光斑均勻的LED聚光透鏡。本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題在于，提供一種光束發(fā)散角小、高聚光、光效高的 LED聚光透鏡。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種LED聚光透鏡，所述透鏡為圓 臺形透鏡，透鏡后端面開有圓柱形的第一折射槽，其前端面開有圓柱形的第二折射槽，透鏡 外側(cè)壁為全反射面，第一折射槽和第二折射槽的槽壁形成折射面。所述第一折射槽與第二折射槽的底面為相互平行的平面。所述第一折射槽與第二折射槽關(guān)于透鏡中軸線對稱。第二折射槽的直徑大于第一折射槽的直徑。第一折射槽的直徑與LED芯片正前方設(shè)置的封裝透鏡的直徑配合，第二折射槽的 直徑根據(jù)光源射到第一折射槽底部邊緣的光線經(jīng)折射后，折射光線恰好經(jīng)過第二折射槽的 底部邊緣來確定。圓臺形透鏡由折射率為1. 4 1. 7的光學(xué)材料制成。圓臺形透鏡的外側(cè)壁是由近似拋物線的曲線圍繞透鏡中軸線旋轉(zhuǎn)形成的曲面，所 述圓臺形透鏡外側(cè)壁的曲率為2. 8 3. 2。
所述圓臺形透鏡由PMMA或PC材料制成。所述圓臺形透鏡前端外側(cè)設(shè)有一圈外沿，所述外沿為非透光外沿。所述外沿是經(jīng)磨砂處理的非透光外沿。 本發(fā)明采用圓臺形透鏡，透鏡后端面開有圓柱形的第一折射槽，其前端面開有圓 柱形的第二折射槽，LED封裝芯片裝配在第一折射槽中心軸線上，芯片所發(fā)的光均勻發(fā)射到 第一折射槽的壁面每一部分，光經(jīng)圓柱形的第一折射槽的弧形側(cè)壁和底面均勻折射，其中 經(jīng)第一折射槽底面折射的光再經(jīng)第二折射槽底面折射出光，經(jīng)第一折射槽側(cè)壁折射的光再 經(jīng)透鏡外側(cè)壁的全反射面的全反射后出光，由于第一折射槽、第二折射槽為圓柱形，底面無 曲率，消除了芯片在光斑中的成像，因此形成均勻的圓形光斑。第一折射槽與第二折射槽的底面為相互平行的無曲率平面，并且第一折射槽與第 二折射槽關(guān)于透鏡中軸線對稱，透鏡形成完全對稱的結(jié)構(gòu)，有利于形成圓形的、均勻的光 斑。本發(fā)明透鏡由折射率為1. 4 1. 7的光學(xué)材料制成，并且透鏡的外側(cè)壁是由近似 拋物線的曲線圍繞透鏡中軸線旋轉(zhuǎn)形成的曲面，且圓臺形透鏡外側(cè)壁的曲率為2. 8 3. 2， 這里的折射率條件和曲率條件，是經(jīng)過精確的光線計(jì)算，有利于獲得高聚光的光照效果，并 保證較小的光束發(fā)散角。折射率為1. 4 1. 7的光學(xué)材料可選擇PMMA(折射率1. 494)、 PC (折射率1.591)兩種。圓臺形透鏡前端外側(cè)設(shè)有一圈外沿，所述外沿為非透光外沿，該外沿的作用是便 于透鏡的固定安裝，但為了保證不影響透鏡的配光效果，將外沿做成非透光的外沿，外沿一 般采用磨砂制成。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明實(shí)施例的立體圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的透鏡全反射面母線圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的光路圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的照射效果圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的配光曲線圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，一種LED聚光透鏡，所述透鏡為圓臺形透鏡，由折射率為1. 4 1. 7 的光學(xué)材料制成。具體選擇的光學(xué)材料為PMMA或PC材料，PMMA材料的折射率為1. 494，PC 材料的折射率為1.591，圓臺形透鏡后端面開有圓柱形的第一折射槽1，透鏡前端面開有圓 柱形的第二折射槽2，透鏡外側(cè)壁3為全反射面，第一折射槽1和第二折射槽2的槽壁形成 折射面。其中第一折射槽1的折射面分別為它的周圍側(cè)壁5和底面6，第二折射槽2的折射 面為其底面7，第一折射槽1與第二折射槽2關(guān)于透鏡中軸線對稱。第一折射槽1的底面6 與第二折射槽2的底面7為相互平行的平面。第二折射槽2的直徑大于第一折射槽1的直 徑。其中第一折射槽1的直徑與LED中芯片正前方的封裝透鏡大小配合，第二折射槽直徑大小由透鏡材料以及第一折射槽1與第二折射槽2之間的厚度確定，設(shè)計(jì)原則為光源射到 第一折射槽1底部邊緣的光線經(jīng)折射后，折射光線恰好經(jīng)過第二折射槽2的底部邊緣，或者 該折射光線稍微向外偏離該第二折射槽2的底部邊緣而射至全反射面，見圖4所示。圓臺形透鏡前端外側(cè)設(shè)有一圈外沿8，所述外沿8是經(jīng)磨砂處理的非透光外沿。圓臺形透鏡的外側(cè)壁3是由近似拋物線的曲線圍繞透鏡中軸線旋轉(zhuǎn)形成的曲面， 圓臺形透鏡外側(cè)壁的曲率為2. 8 3. 2。本實(shí)施例具體透鏡外側(cè)壁形狀是如圖3所示的全 反射面 ，圖中所標(biāo)記的尺寸為透鏡軸線方向不同位置的全反射點(diǎn)，即表現(xiàn)了母線的抽樣點(diǎn) 坐標(biāo)，將這些交叉點(diǎn)順次連接成線，并繞透鏡中軸線旋轉(zhuǎn)后獲得全反射面，通過該圖可以準(zhǔn) 確設(shè)計(jì)透鏡的全反射面；這種結(jié)構(gòu)的全反射面與透鏡的折射率為1. 4 1. 7相配合，可以得 到光束發(fā)散角較小、光效高的光。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的光路圖。圖中，芯片所發(fā)的光均勻發(fā)射到第一折射槽的壁 面每一部分，光在圓柱形的第一折射槽的弧形側(cè)壁和底面發(fā)生折射，經(jīng)第一折射槽底面折 射的光再經(jīng)第二折射槽底面折射出光，經(jīng)第一折射槽側(cè)壁折射的光再經(jīng)透鏡外側(cè)壁的全反 射面的全反射后出光。圖5是本發(fā)明實(shí)施例的照射效果圖。圖中可以看出，本發(fā)明透鏡產(chǎn)生的光斑為圓 形光斑，消除了芯片成像，并且光斑均勻度好，光束發(fā)散角較小。圖6是本發(fā)明實(shí)施例的配光曲線圖。圖中，本圖是以線坐標(biāo)形式表達(dá)的配光曲線， 表達(dá)了透過透鏡中軸線的任意截面上的光強(qiáng)度分布狀態(tài)，其中橫軸為角度參量(0度計(jì)為 透鏡中軸線方向)，縱坐標(biāo)偉發(fā)光強(qiáng)度參量，單位為cd(坎德拉)，從圖中可以看出經(jīng)本發(fā)明 透鏡照射的光束發(fā)散角度變小，并以中心0度方向光為最強(qiáng)，隨著角度的增加，光強(qiáng)逐漸遞 減。
權(quán)利要求
一種LED聚光透鏡，其特征在于，所述透鏡為圓臺形透鏡，透鏡后端面開有圓柱形的第一折射槽，其前端面開有圓柱形的第二折射槽，透鏡外側(cè)壁為全反射面，第一折射槽和第二折射槽的槽壁形成折射面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED聚光透鏡，其特征在于，所述第一折射槽與第二折射槽的 底面為相互平行的平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED聚光透鏡，其特征在于，所述第一折射槽與第二折射槽關(guān) 于透鏡中軸線對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED聚光透鏡，其特征在于，第二折射槽的直徑大于第一折射 槽的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED聚光透鏡，其特征在于，第一折射槽的直徑與LED芯片正 前方設(shè)置的封裝透鏡的直徑配合，第二折射槽的直徑根據(jù)光源射到第一折射槽底部邊緣的 光線經(jīng)折射后，折射光線恰好經(jīng)過第二折射槽的底部邊緣來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的LED聚光透鏡，其特征在于，圓臺形透鏡由折射 率為1.4 1.7的光學(xué)材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED聚光透鏡，其特征在于，圓臺形透鏡的外側(cè)壁是由近似拋 物線的曲線圍繞透鏡中軸線旋轉(zhuǎn)形成的曲面，所述圓臺形透鏡外側(cè)壁的曲率為2. 8 3. 2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED聚光透鏡，其特征在于，所述圓臺形透鏡由PMMA或PC材 料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的LED聚光透鏡，其特征在于，所述圓臺形透鏡前 端外側(cè)設(shè)有一圈外沿，所述外沿為非透光外沿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED聚光透鏡，其特征在于，所述外沿是經(jīng)磨砂處理的非透 光外沿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED聚光透鏡，所述透鏡為圓臺形透鏡，透鏡后端面開有圓柱形的第一折射槽，其前端面開有圓柱形的第二折射槽，透鏡外側(cè)壁為全反射面，第一折射槽和第二折射槽的槽壁形成折射面。本發(fā)明提供一種能形成均勻圓形光斑、光束發(fā)散角小、高聚光、光效高的LED聚光透鏡。
文檔編號F21V5/04GK101943368SQ20091010864
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者劉廷明, 周明杰 申請人:海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司