用于led燈的透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于LED燈的透鏡，在透鏡底面上設(shè)有一凹槽，凹槽的橫截面為圓形，且凹槽的內(nèi)徑由外到內(nèi)逐漸減小，在凹槽內(nèi)又設(shè)有一凸起，凸起凸出于透鏡底面，凸起整體呈圓臺形，凸起橫截面的直徑由內(nèi)到外逐漸減小，在凸起內(nèi)設(shè)置有底部開口的光源容置腔。本發(fā)明在上述透鏡結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對透鏡的形狀、尺寸進(jìn)行了巧妙設(shè)計并通過計算機(jī)模擬，最后將設(shè)計好的圖導(dǎo)入到計算機(jī)模擬軟件進(jìn)行設(shè)計模擬，并檢查光路進(jìn)行局部優(yōu)化，使最終符合設(shè)計要求。本發(fā)明帶來的好處是：1，更大的發(fā)光面積，降低透鏡的表面亮度；2，降低透鏡的高度，為散熱及電源節(jié)省空間；3，降低透鏡厚度，能節(jié)省透鏡成本，同時降低透鏡成形時間，大幅降低透鏡成本。
【專利說明】用于LED燈的透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED照明領(lǐng)域，特別涉及一種用于LED燈的透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]LED全透明反射透鏡能分配LED燈珠在2 Ji立體角內(nèi)的光通，光通利用率高，可達(dá)85%以上，安裝簡便。透鏡加工方便而且體積也很小，對空間的要求小，適于安裝在各類燈具之中。目前安裝LED透鏡的燈具已得到廣泛的應(yīng)用，像建筑照明、通用照明、標(biāo)識照明、景觀照明、交通信號燈等都已得到了很好的應(yīng)用。隨著LED技術(shù)的不斷提高，LED透鏡的前景也會更好。
[0003]現(xiàn)有的透鏡是根據(jù)斯涅爾定律設(shè)計而成。通常來說，透鏡多采用旋轉(zhuǎn)對稱且底部中空的碗狀結(jié)構(gòu)。
[0004]如圖1和圖2所示，LED發(fā)出的小角度光線在AD面上發(fā)生折射，然后從出光面出射，大角度光線則在CD面折射，然后再經(jīng)過最外側(cè)的自由曲面全反射，最后由出光面出射?？紤]到透鏡盡可能提高光通的利用率，故經(jīng)過AD面折射后的角度β應(yīng)小于透鏡在工作波長下的臨界角Θ，以避免在出光面發(fā)生的全反射；同時，要保證入射到最外側(cè)的自由曲面的光線全部發(fā)生全發(fā)射。受上述原因限制，在此類結(jié)構(gòu)下的透鏡出光孔徑Φ與透鏡高度H
的比值應(yīng)近似小于tane的值，即
【權(quán)利要求】
1.一種用于LED燈的透鏡，該透鏡在結(jié)構(gòu)上基本呈圓臺形，包括直徑較小的底面、直徑較大的頂面及側(cè)面，頂面為出光面，沿頂面的周緣向外延伸出環(huán)狀凸臺，其特征是:在透鏡底面上設(shè)有一凹槽，凹槽的橫截面為圓形，且凹槽的內(nèi)徑由外到內(nèi)逐漸減小，在凹槽內(nèi)又設(shè)有一凸起，所述的凸起凸出于透鏡底面，凸起整體呈圓臺形，凸起橫截面的直徑由內(nèi)到外逐漸減小，在凸起內(nèi)設(shè)置有底部開口的光源容置腔，光源容置腔具有使光線進(jìn)入到透鏡的入射側(cè)面、入射頂面，該透鏡各部分的形狀、大小是采用如下方法設(shè)計而成的: 定義透鏡高度為H1，透鏡高度即為從出光面到光源容置腔底部開口處的垂直距離，透鏡出光面直徑為D1，光源容置腔底部開口直徑為D3，凸起底部與環(huán)狀凸臺底面之間的垂直距離為H2，凸起凸出于透鏡底面的高度為H3，透鏡的側(cè)面定義為面1，光源容置腔的入射側(cè)面定義為面2，光源容置腔的入射頂面定義為面3，凸起的側(cè)面定義為面4，透鏡的出光面定義為面7，凹槽的側(cè)壁面定義為面8 ； a,以透鏡的中心軸為界，取透鏡縱截面的一半進(jìn)行說明，LED光源處在透鏡中心軸與光源容置腔底部開口的交界處，將LED光源在光源容置腔內(nèi)發(fā)出的光分成三個區(qū)域al、a2、a3，各個區(qū)域分別配光，al區(qū)域的光為入射到面3的光，此部分光入射到面3再折射后從面7透射出去；a2、a3部分的光均為入射到面2的光，其中a2區(qū)域的光經(jīng)面2折射后形成全反射角在面7形成反射，反射到面I再反射出來；a3區(qū)域的光經(jīng)面4反射出來； b，根據(jù)項目要求，在遵循透鏡直徑高度比大于2的前提下，確定透鏡出光面直徑D1、透鏡高度Hl和凸起底部與環(huán)狀凸臺底面之間的垂直距離為H2的數(shù)值，同時獲知透鏡角度β的數(shù)值； c,設(shè)計材質(zhì)及全反射角確定,選取項目所需的材質(zhì),并查物性表確定材料折射率,再根據(jù)折射率公式l/n=SinC /Sin90°，可求得全反射臨界角度C ； d，基本設(shè)計方案或尺寸確認(rèn)，由于出光面同時要作反射面，所以基本確定面7為鏡面；為滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求避開LED固定所需結(jié)構(gòu)件，如螺絲等，根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定高度H3 ;面I為全反射面，在面I上鍍高效反射膜；根據(jù)LED發(fā)光面大小和透鏡設(shè)計經(jīng)驗值，確定光源容置腔底部開口直徑D3的數(shù)值； 設(shè)計al光學(xué)部分尺寸，因為該部分光線從質(zhì)疏到質(zhì)密再到質(zhì)疏材質(zhì)中，所以該部分的光線基本沒有變化，所以該al部分的角度基本按透鏡角度的1/2定義，即LED光源與光源容置腔的入射頂面邊緣的連線和透鏡中心軸的夾角為透鏡角度的1/2 ;綜合考慮注塑成形條件及透過率損失，按經(jīng)驗設(shè)定光源容置腔的入射頂面與透鏡頂面之間這部分的透鏡厚度數(shù)值； a2部分的設(shè)計分兩部分，即面2的a2區(qū)域和面I的設(shè)計，根據(jù)設(shè)定的H1，H2，H3，D1尺寸，基本確定了面I回轉(zhuǎn)線的起止點；設(shè)定光路x，y為入射到a2區(qū)域兩個邊界頂點的光路，X光路分為xl、x2、x3、x4四條光線，具體為LED光源發(fā)出的光線xl入射到a2區(qū)域的一個邊界頂點折射形成x2再入射到面7發(fā)生全反射形成光線x3，x3入射到面I發(fā)生反射形成x4再從面7處直射出去；y光路分為yl、y2、y3、y4四條光線，具體為LED光源發(fā)出的光線Yl入射到a2區(qū)域的另一個邊界頂點折射后形成光線12再經(jīng)過面7發(fā)生全反射形成反射光線y3，y3再入射到面I時發(fā)生反射形成y4最后從面7處直射出去；通過上述光路x，y的設(shè)計，進(jìn)一步確定或修正面I及面2的a2部分的起止點，yl光線射到面2的頂點位置，折射后形成的光線12到面7形成全反射；由于已知全反射角，所以可以通過反向計算，求得面2頂點的切線；全反射的光線y3到I的頂點I后形成全反射光線y4，根據(jù)y4的角度可以通過反向計劃得到面I的頂點的切線^光線要通過光線的反向計算來計算，已知面I的頂點和x4的角度，可求得面2頂點的切線，通過面7反射形成的光線x2通過面2到達(dá)光源中心，由xl和x2可得面2的a2部分的另一邊界頂點的切線；按此方法，在a2部分每2度計算一條光線傳播路線，可得到面I和面2的多條切線，將各切線段連接起來，形成面I和面2 ;計算的點越多，結(jié)果就越準(zhǔn)確； a3區(qū)域的設(shè)計包括面2的a3區(qū)域和面4，入射到面2的a3區(qū)域的光線，經(jīng)面2折射后到面4形成大于40度的入射角，產(chǎn)生全反射，按上述al、a2區(qū)域的計算方法，可得面2的a3部分和面4的曲線；同時面4與x2的交點，即為凹槽的最深點；凹槽的面8與y3基本平行； e，計算機(jī)模擬。將設(shè)計好的圖導(dǎo)入到計算機(jī)模擬軟件，進(jìn)行設(shè)計模擬，并檢查光路進(jìn)行局部優(yōu)化，使最終符合設(shè)計要求； f，樣品制作及測試，將模擬好的圖紙制作模具，按設(shè)計的材質(zhì)注塑成形。并按設(shè)計的光源與透鏡的位置關(guān)系制作樣品，用分布式光度計進(jìn)行測試，測試結(jié)果符合設(shè)計要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED燈的透鏡，其特征是:在面4、面7上涂布反射材料或鍍高效反射膜。
3.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的用于LED燈的透鏡，其特征是:所述面1、面4的表面為光滑圓錐面或圓弧面。
【文檔編號】F21V5/04GK103807807SQ201410053766
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】陳方, 沈錦祥 申請人:浙江生輝照明有限公司