一種用于led燈具的二次光學(xué)透鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，該用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，包括透鏡基體，所述透鏡基體上設(shè)置有總出光面、一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面、一次出光面和圓周面，一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面和一次出光面的內(nèi)部設(shè)置有二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面，二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面的內(nèi)部設(shè)置有二次受光面透光表面弧面，總出光面、一次受光面下表面、二次受光面下表面、一次出光面、二次出光面互相平行，一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為曲面。本實(shí)用新型具有空間色度一致性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本實(shí)用新型涉及一種用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，特別是一種用于改善LED燈具空間色度一致性的復(fù)合式TIR 二次光學(xué)透鏡，用于將LED光源發(fā)出的光線在空間進(jìn)行兩次重新分布。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，功率型LED的發(fā)光效率已經(jīng)取得了顯著的提高，消費(fèi)者對(duì)照明燈具要求也逐漸由追求高亮度轉(zhuǎn)向光品質(zhì)上來(lái)，空間色度一致性是LED燈具的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)LED燈具的光效尚可達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但是空間色度一致性卻遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有LED燈具空間色度一致性相關(guān)的研究，美國(guó)Energy Star V1.0對(duì)出口到其國(guó)內(nèi)的LED球泡燈明確要求空間色度一致性u(píng)’、V’〈0.004。該系統(tǒng)旨在通過(guò)不額外增加元器件，只通過(guò)改變現(xiàn)有TIR透鏡結(jié)構(gòu)的方法來(lái)改善燈具的空間色度一致性。
[0005]目前采用的透射式透鏡，經(jīng)過(guò)非球面技術(shù)設(shè)計(jì)的曲面光斑將會(huì)非常均勻，但因?yàn)橥哥R直徑的局限性，透鏡側(cè)面的光線得不到充分利用(漏光)，一般應(yīng)用在大角度燈具中。
[0006]但是現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒(méi)有對(duì)空間色度一致性做出良好改善的透鏡結(jié)構(gòu)，存在經(jīng)過(guò)二次光學(xué)元件出射的光線顏色在空間分布不均勻的現(xiàn)象。
[0007]實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、空間色度一致性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工、成本低的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡。
[0009]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，包括透鏡基體，所述透鏡基體上設(shè)置有總出光面、一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面、一次出光面和圓周面，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:所述的一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面和一次出光面的內(nèi)部設(shè)置有二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面，所述二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面的內(nèi)部設(shè)置有二次受光面透光表面弧面，所述總出光面、一次受光面下表面、二次受光面下表面、一次出光面、二次出光面互相平行，所述一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為曲面。
[0010]該二次光學(xué)透鏡在傳統(tǒng)的TIR透鏡基礎(chǔ)上增加了一層二次光學(xué)面，為一種復(fù)合式TIR透鏡，將受光面設(shè)計(jì)成三層凸形弧面和平面相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，光源發(fā)出的光線照射在二次光學(xué)透鏡的前級(jí)受光面上時(shí)，光線經(jīng)過(guò)全反射和透射進(jìn)行了初次分布，再經(jīng)過(guò)后級(jí)受光面對(duì)光線進(jìn)行再次分布，經(jīng)過(guò)兩次復(fù)合的分布后，使得從光源發(fā)出的光線在空間再分布，不但提高了光線的利用率，最重要的是大大改善了光斑照度均勻性和空間色度一致性。
[0011]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的二次受光面全反射弧面的曲率半徑大于一次受光面全反射弧面的曲率半徑。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光線在空間的再次分布，保證二次光學(xué)透鏡的空間色度和照度一致性。
[0012]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為凸形拋物線的一段經(jīng)旋轉(zhuǎn)而成的凸形弧面或者經(jīng)其他形狀的凸形線旋轉(zhuǎn)得到的凸形弧面。[0013]這樣的設(shè)置，能夠進(jìn)一步的使光線得到充分利用，而且能夠進(jìn)一步的使空間色度均勻。
[0014]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為
二次曲面。
[0015]二次曲面更加容易加工，生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)。
[0016]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的透明基體中還包括一垂直于一次出光面并和一次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的圓周面。
[0017]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的透明基體中還包括垂直于二次出光面并和二次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的二次圓周面。
[0018]圓周面與二次圓周面的設(shè)置，能夠有效的控制透射光線和反射光線的比例，提高空間色度一致性和照度均勻性。
[0019]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的總出光面外設(shè)置有磨砂面。
[0020]磨砂面部分對(duì)光線具有較小的會(huì)聚作用，可以得到更加均勻的光斑，經(jīng)過(guò)磨砂面后光斑可較均勻地照射在接收面上。
[0021]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的總出光面外設(shè)置有微透鏡表面。
[0022]微透鏡表面部分對(duì)光線同樣具有較小的會(huì)聚作用，可以得到更加均勻的光斑，經(jīng)過(guò)微透鏡面后光斑可較均勻地照射在接收面上。
[0023]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的透鏡基體材料的折射率要小于2.0。
[0024]作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所述的透鏡基體的材料為PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、玻璃或者其透光性較好的材料。
[0025]為了降低成本，LED 二次光學(xué)透鏡通常采用PC或者PMMA材料，可采用簡(jiǎn)單的注塑工藝實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以根據(jù)消費(fèi)者的不通需求設(shè)計(jì)出各種形狀的透鏡，成本較低、較玻璃不易脆、高精度的非球面設(shè)計(jì)易實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)效率較高。
[0026]本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及效果:1、本實(shí)用新型的二次光學(xué)透鏡在傳統(tǒng)的TIR透鏡基礎(chǔ)上增加了一層二次光學(xué)面,為一種復(fù)合式TIR透鏡,將受光面設(shè)計(jì)成三層凸形弧面和平面相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，光源發(fā)出的光線照射在二次光學(xué)透鏡的前級(jí)受光面上時(shí)，光線經(jīng)過(guò)全反射和透射進(jìn)行了初次分布，再經(jīng)過(guò)后級(jí)受光面對(duì)光線進(jìn)行再次分布，經(jīng)過(guò)兩次復(fù)合的分布后，使得從光源發(fā)出的光線在空間再分布，不但提高了光線的利用率，最重要的是大大改善了光斑照度均勻性和空間色度一致性。2、本實(shí)用新型二次受光面全反射弧面的曲率半徑大于一次受光面全反射弧面的曲率半徑，因此進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光線在空間的再次分布，保證二次光學(xué)透鏡的空間色度和照度一致性。3、本實(shí)用新型的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為凸形拋物線的一段經(jīng)旋轉(zhuǎn)而成的凸形弧面或者經(jīng)其他形狀的凸形線旋轉(zhuǎn)得到的凸形弧面。這樣的設(shè)置，能夠進(jìn)一步的使光線得到充分利用，而且能夠進(jìn)一步的使空間色度均勻。4、本實(shí)用新型的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為二次曲面，更加容易加工，生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)。5、圓周面與二次圓周面的設(shè)置，能夠有效的控制透射光線和反射光線的比例，提高空間色度一致性和照度均勻性。6、本實(shí)用新型的總出光面可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成平面、磨砂面、微透鏡表面、珠面、螺紋面、條紋面、凸或凹面等得到不同效果的光斑。設(shè)計(jì)成磨砂面或微透鏡表面時(shí)，可以得到更加均勻的光斑。7、本實(shí)用新型將受光面設(shè)計(jì)成三層凸形弧面和平面相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，光源發(fā)出的光線照射在二次光學(xué)透鏡的前級(jí)受光面上時(shí)，光線經(jīng)過(guò)全反射和透射進(jìn)行了初次分布，再經(jīng)過(guò)后級(jí)受光面對(duì)光線進(jìn)行再次分布，經(jīng)過(guò)兩次復(fù)合的分布后，使得光線在空間達(dá)到均勻分布的目的。磨砂或微透鏡出光面部分對(duì)光線具有較小的會(huì)聚作用，可以得到較為均勻的光斑，經(jīng)過(guò)出光面后光斑可較均勻地照射在接收面上。
[0027]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2為本實(shí)用新型的俯視示意圖。
[0031]圖3為本實(shí)用新型的仰視示意圖。
[0032]圖4為使用常規(guī)TIR 二次光學(xué)透鏡后的光強(qiáng)度分布示意圖。
[0033]圖5為使用本實(shí)用新型透鏡后的光強(qiáng)度分布示意圖。
[0034]圖6是本實(shí)用新型透鏡應(yīng)用于LED燈具中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:透鏡基體1、總出光面1-1、二次受光面下表面1-2、一次受光面全反射弧面1-3、一次受光面下表面1-4、二次受光面全反射弧面1-5、二次受光面透光表面弧面1-6、二次圓周面1-7、一次出光面1-8、二次出光面1-9、二次出光面平面1-10、圓周面1_11、微透鏡面1-12。
[0036]【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。
[0038]實(shí)施例1:如圖1、2、3所示，本實(shí)施例的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡的主體為透鏡基體1，透鏡基體I的最下方是平行設(shè)置的一次受光面下表面1-4，一次受光面下表面1-4、一次受光面全反射弧面1-3、一次出光面1-8、總出光面1-1依次連接，構(gòu)成外表面。一次出光面1-8與一次受光面下表面1-4平行。在一次受光面下表面1-4的上方，透鏡基體
I的內(nèi)部，設(shè)置有依次連接的二次受光面下表面1-2、二次受光面全反射弧面1-5、二次出光面1-9，構(gòu)成二次透鏡面，其中二次受光面下表面1-2和二次出光面1-9平行設(shè)置。在二次透鏡面內(nèi)部，設(shè)置有二次受光面透光表面弧面1-6, 二次受光面透光表面弧面1-6的底端邊緣與二次受光面下表面1-2通過(guò)垂直設(shè)置的二次圓周面1-7連接。一次受光面下表面1-4的邊緣與二次出光面1-9的邊緣通過(guò)垂直設(shè)置的圓周面1-11連接。在二次受光面透光表面弧面1-6和二次出光面1-9之間，設(shè)置有與二次圓周面1-7和二次受光面透光表面弧面1-6相連的平行設(shè)置的二次出光面平面1-10。在總出光面1-1之上，設(shè)置有微透鏡面1-12。
[0039]一次受光面全反射弧面1-3和二次受光面全反射弧面1-5為二次曲面，一次受光面全反射弧面1-3的曲率半徑小于二次受光面全反射弧面1-5。
[0040]本實(shí)施例中，透鏡基體I材料的折射率要小于2.0。
[0041]本實(shí)施例的一次受光面全反射弧面1-3和二次受光面全反射弧面1-5可以為凸形拋物線的一段經(jīng)旋轉(zhuǎn)而成的凸形弧面或者經(jīng)其他形狀的凸形線旋轉(zhuǎn)得到的凸形弧面。
[0042]本實(shí)用新型的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡可以用高透明度、抗紫外光輻射的PC或PMMA塑料注塑而成。
[0043]如圖6所示，將LED光源固定于鋁基板上，用光學(xué)膠將本實(shí)用新型的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡固定在鋁基板上面。從圖中可以看出光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)本實(shí)用新型的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡在空間進(jìn)行了再分布。
[0044]本實(shí)用新型提供的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡是假設(shè)從初級(jí)光學(xué)透鏡射入的光是朗伯型，光強(qiáng)從中心沿徑向遞減，通常這種假設(shè)是成立的。因此本實(shí)用新型采用低折射率的材料做透鏡，以一次受光面全反射弧面1-3、二次受光面全反射弧面1-5、二次受光面透光表面弧面1-6、圓周面1-11相結(jié)合的結(jié)構(gòu)作為受光面、總出光面1-1為磨砂表面或者微透鏡表面，這樣LED光源的發(fā)光面以上部分完全處于透鏡內(nèi)部，可以有效的提高光線的利用率，同時(shí)兩次入射弧面和全反射弧面可以使光線在空間實(shí)現(xiàn)較均勻的分布，總出光面1-1的磨砂或微透鏡表面處理也有效的改善了光線的空間分布，在提高照度均勻性的同時(shí)也改善了 LED燈具的空間色度一致性。
[0045]如圖4、5所示，使用本實(shí)用新型提供的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡可以將LED光源發(fā)出的光線收集起來(lái)在空間進(jìn)行均勻的再分布。相比現(xiàn)有技術(shù)，具有顯著的進(jìn)步。
[0046]本實(shí)用新型的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)是在正前方用穿透式聚光，而二次曲面又可以將側(cè)光全部收集并反射(全反射)出去，通過(guò)這兩種光線的重疊(角度相同)就可得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果，由于采用全反射和透射結(jié)合的方式，光線利用率要遠(yuǎn)高于透射式透鏡，也可在二次透鏡表面做些改變，可設(shè)計(jì)成平面、磨砂面、微透鏡表面、珠面、螺紋面、條紋面、凸或凹面等得到不同效果的光斑。
[0047]此外，需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本實(shí)用新型專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡(jiǎn)單變化，均包括于本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，包括透鏡基體，所述透鏡基體上設(shè)置有總出光面、一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面、一次出光面和圓周面，其特征是:所述的一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面和一次出光面的內(nèi)部設(shè)置有二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面，所述二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面的內(nèi)部設(shè)置有二次受光面透光表面弧面，所述總出光面、一次受光面下表面、二次受光面下表面、一次出光面、二次出光面互相平行，所述一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的二次受光面全反射弧面的曲率半徑大于一次受光面全反射弧面的曲率半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為凸形拋物線的一段經(jīng)旋轉(zhuǎn)而成的凸形弧面或者經(jīng)其他形狀的凸形線旋轉(zhuǎn)得到的凸形弧面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面為二次曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的透明基體中還包括一垂直于一次出光面并和一次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的圓周面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的透明基體中還包括垂直于二次出光面并和二次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的二次圓周面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的總出光面外設(shè)置有磨砂面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED燈具的二次光學(xué)透鏡，其特征是:所述的總出光面外設(shè)置有微透鏡表面。
【文檔編號(hào)】F21V5/04GK203453989SQ201320428127
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】陳文進(jìn), 汪樂(lè), 宋姚, 王偉 申請(qǐng)人:浙江中博光電科技有限公司