CN101660706B - 一种实现光束控制的led透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体照明技术，尤其涉及一种可以精确控制光束的LED透镜，其特征在于，透镜具有一底面，底面为平面；透镜底面中央有一凹面，为透镜的光线入射面；透镜的光线出射面与底面相贯，界定出底面的轮廓；光线出射面至少由两片自由曲面拼接形成；透镜的主体部分由透镜的底面、光线入射面、光线出射面共同包围的空间定义；透镜还包括设置于底面上的安装脚或平板。本发明的优点是通过改变透镜各分离光线出射面自由曲面面型来精确控制出射光束能量空间分布，提高透镜出光效率，并能实现满足不同照明需要的光斑形状与照度分布。本发明的LED透镜具有出光效率高、光束容易控制(多种光斑形状与高均匀度)、体积小等优点。

Description

一种实现光束控制的LED透镜
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，尤其涉及一种实现光束控制的LED透镜。 
背景技术
发光二极管(LED)是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的电致发光器件。LED相比传统光源具有发光效率高，显色性好，耗电量少，节能环保，安全可靠性高，使用寿命长的优势，并已经开始在许多领域得到广泛应用，被业界认为是照明光源市场的主要方向，具有巨大的市场潜力。 
目前各种封装形式的LED出射的都为非均匀圆形光斑，但是这样的光斑不能满足实际照明的需求，很难直接应用，如道路照明、隧道照明、背光源、投影仪、汽车前灯等都需要均匀的矩形光斑，而一些室内照明、射灯、探照灯、舞台灯等则需要均匀的圆形或椭圆形光斑。因此在LED照明应用时需要二次光学设计。 
二次光学***大致可以分为反光杯控制、透镜控制和反光杯+透镜控制三种。反光杯只能控制LED大角度的出射光线，对于能量集中的小角度的光线没有控制作用，因此反光杯无法有效控制LED出光。相比反光杯，透镜具有体积小、重量轻、可模块化设计、便于阵列安装等优点，是目前LED灯具主要采用的二次光学***设计方法。然而，目前LED灯具多采用圆对称透镜，光斑基本为圆形，不能满足道路照明、隧道照明、背光源、投影仪、汽车前灯等照明要求，并且光损较大(＞15％)，用户反馈较差。 
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种新型的出 光效率高、容易控制照明设备光斑形状和均匀度的二次光学透镜。 
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 
一种LED二次光学透镜，其特征在于，透镜具有一底面，底面为平面；透镜底面中央有一凹面，为透镜的光线入射面；透镜的光线出射面与底面相贯，界定出底面的轮廓；光线出射面至少由两片自由曲面拼接形成；透镜的主体部分由透镜的底面、光线入射面、光线出射面共同包围的空间定义；透镜还包括设置于底面上的安装脚或平板。 
所述光线入射面为球面或圆柱面或球面与圆柱面组合曲面。 
所述光线出射面至少由两片自由曲面拼接形成，两片曲面的连接部位为连续过渡或者非连续过渡。 
所述两片自由曲面的连接过渡面为平面或曲面。 
所述安装脚底面为平面或斜面或圆弧面。 
所述平板中心与透镜主体部分光线入射面对应区域加工有通孔，通孔侧壁与透镜主体部分光线入射面一起构成透镜光线入射面。 
所述平板厚度为1～10mm。 
所述透镜是由PC或PMMA或PP或ABS或PVC或玻璃材料通过注塑或精密加工制造，透镜的光线入射面和光线出射面经过抛光处理。 
所述透镜为单颗或阵列形式，安装时透镜与光源对应关系为一对一或一对多或多对一关系。 
本发明的优点是通过改变透镜各分离光线出射面自由曲面面型来精确控制出射光束能量空间分布，提高透镜出光效率，并能实现满足不同照明需要的光斑形状与照度分布。本发明的LED透镜具有出光效率高、光束容易控制(多种光斑形状与高均匀度)、体积小等优点。 
附图说明 
图1是本发明第一个实施例侧视图； 
图2是图1中俯视图； 
图3是图1中仰视图； 
图4是图2中C0剖视图； 
图5是图2中C1剖视图； 
图6是本发明第二个实施例侧视图； 
图7是本发明第三个实施例侧视图； 
图8是图7中俯视图； 
图9是本发明第四个实施例示意图； 
图10是本发明第四个实施例模拟光斑。 
具体实施方式
下面结合图例对本发明中各实施例进行说明。 
图1至图5所示为本发明的第一实施例，为一款路灯透镜。第一实施例具有一个平的底面105；透镜底面有一个圆形LED安装孔104，安装孔内的曲面由球面或圆柱面或二者的组合面构成，这个面与平板103的通孔侧壁构成透镜的光线入射面；透镜的光线出射面106由至少两片自由曲面101拼接组成，两片自由曲面之间可以连续过渡或者不连续过渡；连接两片自由曲面的过渡曲面102可以是平面或曲面；透镜的底面105，光线入射面104，光线出射面106共同包围的空间为LED透镜的实体部分10；LED透镜10的底面105上有一个一定厚度的平板103，平板103与透镜底面105平行，且与底面接触，平板在透镜10的安装孔104同一位置有一同样大小的通孔，平板的厚度为1mm～10mm。本实施例中透镜的材料可以为PC或PMMA或PP或ABS或PVC或玻璃。本实施例中光线入射面104，光线出射面106需要经过抛光。 
图6所示为本发明的第二实施例，为一款路灯透镜。第二实施例与第一实施例的区别为第二实施例中在透镜底面上加了安装脚203而不是平板，安装脚203的高度有具体的LED型号决定，材料与透镜相同。 
图7至图8所示为本发明的第三实施例，为一款隧道灯透镜。第三实施例具有一个平的底面304；透镜底面有一个圆形LED安装孔，安装孔内的曲面由球面或圆柱面或二者的组合面构成，这个面与平板303的通孔侧壁构成透镜的光线入射面；透镜的光线出射面由至少两片自由曲面301拼接组成，两片自由曲面之间可以连续过渡或者不连续过渡；连接两片自由曲面的过渡曲面302可以是平面或曲面；透镜的底面304，光线入射面，光线出射面305共同包围的空间为LED透镜的实体部分；LED透镜的底面304上有一个一定厚度的平板303，平板303与透镜底面304平行，且与底面接触，平板在透镜的安装孔同一位置有一同样大小的通孔，平板的厚度为1mm～10mm。本实施例中透镜的材料可以为PC或PMMA或PP或ABS或PVC或玻璃。本实施例中光线入射面，光线出射面305需要经过抛光。 
图9是本发明的第四实施例，为一款外形与第二实施例不同的一款LED路灯。第四实施例中使用的LED透镜401为本发明的第二实施例。 

Claims (7)

1.一种LED二次光学透镜，其特征在于，透镜具有一底面，底面为平面；透镜底面中央有一凹面，为透镜的光线入射面；透镜的光线出射面与底面相贯，界定出底面的轮廓；光线出射面至少由两片自由曲面拼接形成，两片自由曲面的连接部位为非连续过渡；透镜的主体部分由透镜的底面、光线入射面、光线出射面共同包围的空间定义；透镜还包括设置于底面上的安装脚或平板。
2.根据权利要求1所述的LED二次光学透镜，其特征在于：所述光线入射面为球面或圆柱面或球面与圆柱面组合曲面。
3.根据权利要求1所述的透镜LED二次光学透镜，其特征在于：所述安装脚底面为平面或斜面或圆弧面。
4.根据权利要求1所述的LED二次光学透镜，其特征在于：所述平板中心与透镜主体部分光线入射面对应区域加工有通孔，通孔侧壁与透镜主体部分光线入射面一起构成透镜光线入射面。
5.根据权利要求1所述的LED二次光学透镜，其特征在于：所述平板厚度为1～10mm。
6.根据权利要求1所述的LED二次光学透镜，其特征在于：所述透镜是由PC或PMMA或PP或ABS或PVC或玻璃材料通过注塑或精密加工制造，透镜的光线入射面和光线出射面经过抛光处理。
7.根据权利要求1所述的LED二次光学透镜，其特征在于：所述透镜为单颗或阵列形式，安装时透镜与光源对应关系为一对一或一对多或多对一关系。
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