Led透鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了.一種LED透鏡，包括LED光源、折射器及反射面，與所述折射器與所述反射面一體成型，所述LED光源位于所述折射器下方。本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有以下有益效果：由于本實(shí)用新型LED透鏡的大部分出射光線都較為平行，光線出射角小于10°，因此本系統(tǒng)對(duì)光線的利用率較高，聚光效果較好，可以形成較小的中心光斑，即使在較遠(yuǎn)處也能滿足LED燈的光照度要求，從而提高了商業(yè)展示類照明的工作效率和安全性。鋸齒形曲面位于折射器的上部?jī)?nèi)側(cè)，用于減小折射器的體積；降低制造成本。由于出射光線為平行光，透鏡的折射僅僅發(fā)生在光學(xué)表面，所以在不影響出射光線方向的基礎(chǔ)上，可去除部分光學(xué)材料。
【專利說(shuō)明】
LED透鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及L邸透鏡，特別設(shè)及一種折反射L邸透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002] 在藝術(shù)品展示、珠寶首飾展示、建筑泛光、礦燈、野營(yíng)燈等領(lǐng)域的照明光學(xué)系統(tǒng)中， 往往需要配光精準(zhǔn)的平行光束，相比傳統(tǒng)的面素?zé)艄庠矗琇抓具有光效高、壽命長(zhǎng)、體積小， 且工作時(shí)較低的結(jié)溫不易引燃爆炸性氣體的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，L邸透鏡平行光束配光 反射器過(guò)高、折射器過(guò)大等缺陷，無(wú)法滿足特殊商業(yè)照明，及微窄空間的燈具裝配需求，存 在聚光性能差、透鏡體積大等缺點(diǎn)，不利于微型空間的展示性照明。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為解決現(xiàn)有本發(fā)明提出一種新型的Lm)平行配光系統(tǒng)，W折反射的配光形式，縮小 透鏡尺寸，使配光更加精準(zhǔn)。
[0004] 本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下：
[000引一種L邸透鏡，包括L抓光源、折射器及反射面，與所述折射器與所述反射面一體成 型，所述L邸光源位于所述折射器下方。
[0006] 優(yōu)選地，所述折射器包括折射面和銀齒形曲面。所述折射面呈弧形，弧形內(nèi)部正對(duì) 所述LED光源，所述折射面頂端背面固定有一銀齒形曲面，所述銀齒形曲面開(kāi)口向上，與折 射面開(kāi)口相反，所述反射面位于所述折射器兩邊。
[0007] 優(yōu)選地，所述折射面呈"Q "形，底部有兩段向外延伸的水平部，所述反射面與所述 兩段水平延伸部連接。
[000引優(yōu)選地，所述折射面頂部?jī)?nèi)側(cè)有一向所述L邸光源凸起的弧形聚光部。
[0009 ]優(yōu)選地，所述銀齒形曲面內(nèi)側(cè)底部為水平設(shè)計(jì)。
[0010] 優(yōu)選地，所述折射面的母線滿足迭代公式為
Xi+i = yw ? tan0i+i;其中，0i和0i+i分別為光源發(fā)出的第i和i+1條光線與豎直軸的夾角;A點(diǎn) (xi，yi)和B點(diǎn)(xw，yw)為光線與透鏡母線的交點(diǎn)。
[0011] 優(yōu)選地，所述反射面的母線滿足迭代公式為
XW . tan0j+i，其中0J和0J+汾別為光源發(fā)出的第巧Pj+1條光線與水平軸的夾角;U點(diǎn)(xj，yj) 和V點(diǎn)(Xj+i，yw)為光線在反射面上的入射點(diǎn)。
[0012] 優(yōu)選地，所述透鏡口徑為30mm~60mm。
[001引優(yōu)選地，所述折射器口徑為9mm~25mm。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有W下有益效果：由于本實(shí)用新型LED 透鏡的大部分出射光線都較為平行，光線出射角小于10%因此本系統(tǒng)對(duì)光線的利用率較 高，聚光效果較好，可W形成較小的中屯、光斑，即使在較遠(yuǎn)處也能滿足Lm)燈的光照度要求， 從而提高了商業(yè)展示類照明的工作效率和安全性。銀齒形曲面位于折射器的上部?jī)?nèi)側(cè)，用 于減小折射器的體積;降低制造成本。由于出射光線為平行光，透鏡的折射僅僅發(fā)生在光學(xué) 表面，所W在不影響出射光線方向的基礎(chǔ)上，可去除部分光學(xué)材料。
【附圖說(shuō)明】
[001引圖1是L邸透鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是折射面的母線迭代分析圖；
[0017] 圖3是反射面的母線迭代分析圖；
[0018] 圖4是L邸透鏡的透視結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖5是L邸透鏡照射的光強(qiáng)分配仿真結(jié)果圖；
[0020] 圖6是L邸透鏡照射的照度分布仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] W下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū) 所掲露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可W通過(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加 W實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可W基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0022] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅W示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想， 遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪 審IJ，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可 能更為復(fù)雜。
[0023] 結(jié)合圖1所示，一種Lm)透鏡，包括Lm)光源1、折射器2及反射面3，與所述折射器與 所述反射面一體成型，所述Lm)光源1位于所述折射器2下方。折射器2將Lm)光源發(fā)出的0°~ 20°及20°~40°的光線配成0°的平行光線射出。進(jìn)一步地，所述折射器2包括折射面21和銀 齒形曲面22。所述折射面21呈弧形，弧形內(nèi)部正對(duì)所述Lm)光源，所述折射面21頂端背面固 定有一銀齒形曲面22,所述銀齒形曲面22開(kāi)口向上，與折射面21開(kāi)口相反，用于減小折射器 2的體積。所述銀齒形曲面22內(nèi)側(cè)底部為水平設(shè)計(jì)。所述反射面3位于所述折射器2兩邊。在 本實(shí)施例中的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述折射面21呈形，底部有兩段向外延伸的水平部，所 述反射面3與所述兩段水平延伸部連接。所述折射面21頂部?jī)?nèi)側(cè)有一向所述L邸光源凸起的 弧形聚光部。用于支撐所述銀齒形曲面22。
[0024] 如圖2所示折射面的母線迭代分析圖。0點(diǎn)為L(zhǎng)m)光源，01和01+1分別為光源發(fā)出的 第i條和第i+1條光線與巧由的夾角;OM為折射面的邊緣光線;A點(diǎn)（Xi，yi)和B點(diǎn)(Xi+i，yw)為 光線與透鏡母線的交點(diǎn);e功A點(diǎn)處切線與水平線的夾角;a功A點(diǎn)處入射角；S功A點(diǎn)處出射 角。
[002引本發(fā)明采用近似算法，將點(diǎn)（xi，yi)與點(diǎn)（xi+i，yw)之間的母線所在直線近似為點(diǎn) (xi，yi)處的切線，即將切線的斜率表示為：
[0026] …
[0027]光線入射角和切線與水平線的夾角滿足W下關(guān)系：
[002引 Cii =目 i+0i (2)
[0029] 為使出射光線與Y軸正方向平行，光線出射角Si應(yīng)等于切線與水平線的夾角，即：
[0030] Si =權(quán)(3)
[0031] 通過(guò)代換可得：
[0032]
(4)
[0033] 將(4)代入式(1)得到母線點(diǎn)坐標(biāo)的迭代公式：
[0034]
巧）
[0035] xi+i = yi+i ? 1:an目i+i (6)
[0036] 將由式(5)、（6)求得的母線各點(diǎn)坐標(biāo)連線即可得到折射面的母線。
[0037] 由于出射光線為平行光，透鏡的折射僅僅發(fā)生在光學(xué)表面，所W在不影響出射面 光線方向的基礎(chǔ)上，可去除部分光學(xué)材料。
[0038] 反射面采用自由曲面設(shè)計(jì)，自由曲面型的反射面位于側(cè)面，將光源發(fā)出的40°到 90°的光反射成0°的平行光線射出。
[0039] 如圖3所示反射面的母線迭代分析圖，0神日0W分別為光源發(fā)出的第j條和第j+1條 光線與X軸的夾角;OJ為反射面的邊緣光線，U點(diǎn)和V點(diǎn)（xj+l，yj+l)為光線在反射面 上的入射點(diǎn);Pj為U點(diǎn)處切線與水平線的夾角;a j為U點(diǎn)處入射角;S j為A點(diǎn)處出射角。
[0040] 光線入射角和切線與水平線的夾角滿足W下關(guān)系：
[0041]
(村
[0042] 為使出射光線與Y軸正方向平行，光線出射角Sj應(yīng)等于切線與水平線的夾角，即：
[0043] Sj = Pj (8)
[0044] 通過(guò)代換可得：
[0045]
巧）
[0046] 將式(9)代入式(1)即得反射面母線各點(diǎn)坐標(biāo)的迭代公式：
[0047]
城）
[004引 yj+i = xj+i ? 1:an目j+i (11)
[0049] 將由式(10)、（11)求得的母線各點(diǎn)坐標(biāo)連線即可得到反射面的母線。
[0050] 通過(guò)計(jì)算得到設(shè)計(jì)所需的系統(tǒng)模型，其中透鏡的口徑為30mm~60mm，高為20~ 40mm，折射器的口徑為9mm~25mm，高為5~15mm，利用建模軟件結(jié)果如圖4所示實(shí)體LED透鏡 的透視結(jié)構(gòu)圖。
[0051 ]選用CREE公司Q4光通量為IOOlm的中性白貼片式L邸作為光源，將光學(xué)系統(tǒng)的模型 導(dǎo)入光學(xué)仿真軟件后進(jìn)行光線追跡，其仿真結(jié)果如圖5 L抓透鏡照射的光強(qiáng)分配仿真結(jié)果 圖所示?？梢?jiàn)本光學(xué)系統(tǒng)的大多數(shù)出射光線都較為平行，光線出射角小于10%因此本系統(tǒng) 對(duì)光線的利用率高，會(huì)聚效果較好，可W形成較小的中屯、光斑，即使在較遠(yuǎn)處也能滿足LED 燈的光照度要求，從而提高了商業(yè)展示類照明的工作效率和安全性。
[0052] 由圖6 L邸透鏡照射的照度分布仿真結(jié)果圖所示，光學(xué)系統(tǒng)在Im處的光斑效果，其 半徑為125mm，光斑大小適中，避免光斑過(guò)小造成眩光產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，光斑過(guò)大照度不夠影 響可見(jiàn)性的問(wèn)題。系統(tǒng)的中屯、照度達(dá)到12501X，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的中屯、照度指標(biāo)。經(jīng)過(guò)計(jì) 算得到光照度均勻度大于0.5，說(shuō)明光斑較均勻，光斑質(zhì)量較好。
[0053] 本發(fā)明的折射器采用PMMA材質(zhì)，反射器采用侶，燈具效率約為84%。利用光學(xué)仿真 軟件進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明透鏡的出射角小于10%出射光線較為平行，光斑大小適中，光 照度較為均勻，中屯、照度值達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，可作為藝術(shù)品展示、珠寶首飾、建筑泛光、礦 燈、野營(yíng)燈等領(lǐng)域的照明光學(xué)配光系統(tǒng)，同時(shí)，本實(shí)用新型L邸透鏡結(jié)構(gòu)緊湊、能夠有效節(jié)約 生產(chǎn)成本。
[0054] 上述實(shí)施例示例性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，任何熟悉此技術(shù)的人±皆可在不 違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具 有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所掲示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變， 仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種LED透鏡，其特征在于:包括LED光源、折射器及反射面，與所述折射器與所述反 射面一體成型，所述LED光源位于所述折射器下方。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射器包括折射面和鋸齒形曲面， 所述折射面呈弧形，弧形內(nèi)部正對(duì)所述LED光源，所述折射面頂端背面固定有一鋸齒形曲 面，所述鋸齒形曲面開(kāi)口向上，與折射面開(kāi)口相反，所述反射面位于所述折射器兩邊。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射面呈" Ω "形，底部有兩段向外 延伸的水平部，所述反射面與所述兩段水平延伸部連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射面頂部?jī)?nèi)側(cè)有一向所述LED光 源凸起的弧形聚光部。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED透鏡，其特征在于:所述鋸齒形曲面內(nèi)側(cè)底部為水平設(shè)計(jì)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于：所述折射面的母線滿足迭代公式為,； 其中，0i和0i+1分別為光源發(fā)出的第i和i+Ι條光線與豎直軸的夾角;A點(diǎn)（ Xi，yi)和B點(diǎn)（xi+1， y1+1)為光線與透鏡母線的交點(diǎn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述反射面的母線滿足迭代公式為，， 其中Θ」和θ」+1分別為光源發(fā)出的第j和j+l條光線與水平軸的夾角；U點(diǎn)（ Xj，yj)和V點(diǎn)（Xj+1， yJ+1)為光線在反射面上的入射點(diǎn)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述透鏡口徑為30mm~60_。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射器口徑為9mm~25_。
【文檔編號(hào)】F21V5/04GK205424831SQ201521014728
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日
【發(fā)明人】趙飛, 韓勇, 李慧芳, 王麗萍, 王鈺
【申請(qǐng)人】上海麗業(yè)光電科技有限公司