專利名稱：Led球面配光透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED配光部件，具體是LED球面配光透鏡。
背景技術(shù)：
由于LED的發(fā)光效率>70Lm/W，遠(yuǎn)大于白熾燈的發(fā)光效率(15Lm/W)。LED替代白熾 燈正成為全球節(jié)能照明的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)，但由于LED發(fā)光具有單向性的特點(diǎn)，不能滿足白 熾燈全方位發(fā)光的某些應(yīng)用要求，使用二次光學(xué)系統(tǒng)使單向發(fā)光的LED光源轉(zhuǎn)換成近似全 方位發(fā)光的光源是當(dāng)今市場(chǎng)需解決的技術(shù)。全方位發(fā)光表面的發(fā)光體為中心的空間上任一 個(gè)測(cè)量面的光強(qiáng)分布都是近似一個(gè)中心圓的曲線.除燈頭部分外，其余部分均應(yīng)該近似一 個(gè)以光源為中心的一個(gè)圓形曲線.該曲線越近似圓形表示光分布越均勻。中國發(fā)明專利申請(qǐng)說明書CN101718414 A公開了一種用于LED光源的透鏡。該透 鏡包括呈圓柱狀的第一透鏡體和呈圓弧體型的第二透鏡體，第二透鏡體設(shè)置在第一透鏡體 的頂部，且第二透鏡體中設(shè)有頂部朝向第一透鏡體底部的圓錐狀反射面。其配光原理是 LED光第一透鏡體底部進(jìn)入第一透鏡體，由于LED光具有單向性，大部分光線直接射向第二 透鏡體中的反射面而被反射至整個(gè)球面空間，而一部分光線則直接穿透第一透鏡體，此外， 也有部分光線在第一透鏡體內(nèi)壁面發(fā)生全反射，而最終射向反射面。圖6是上述透鏡的配光曲線，該圖中曲線61、62分別是CO平面和C90平面內(nèi)的光 強(qiáng)度分布曲線(配光曲線)。其中，CO平面是指通過第一透鏡體1軸線的某一平面，C90平面 為通過第一透鏡體軸線并垂直于CO平面的平面。圖6中的配光曲線61和曲線62的形狀 大致相同，這與該透鏡整體呈軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)是相吻合的。但是從圖6可以明顯看出該透鏡的存在以下問題 (1)光強(qiáng)空間分布不夠均勻
例如圖6中，0°至20°范圍的光強(qiáng)明顯大于40°至90°空間的光強(qiáng)，而且20°至 40°范圍的光強(qiáng)分布出現(xiàn)明顯遞減，透鏡整體的光強(qiáng)度分布不夠合理。(2)光分布角度過窄
例圖6中，70°至90°范圍的光強(qiáng)降低較快，且90°至180°范圍為暗區(qū)。透鏡整體的 有效照明角度過窄。綜上所述，提供一種光強(qiáng)空間分布較為均勻且光分布角度較廣的LED球面配光透 鏡是一個(gè)需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種光強(qiáng)空間分布較為均勻且光分布角度較廣的 LED球面配光透鏡。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種LED球面配光透鏡，其包括呈柱狀的透鏡主體，該透鏡主體底部設(shè)有安裝底座，其 頂部設(shè)有用于將來自該底部的光線反射出透鏡主體的反射面，其中所述反射面為呈錐狀的多段式結(jié)構(gòu)的凹面。所謂多段是指反射面由多反射面部分構(gòu)成。本發(fā)明中，反射面為凹 面或凸面是與等高等徑的圓錐面相比較而言的。作為改進(jìn)之一所述反射面為三段式結(jié)構(gòu)，其包括依次連接反射角度范圍朝向 透鏡主體底部區(qū)域的第一反射面部分、反射角度范圍朝向透鏡主體中部區(qū)域的第二反射面 部分，以及反射角度范圍朝向透鏡主體頂部區(qū)域的第三反射面部分。采用這種三段式結(jié)構(gòu) 的反射面的好處在于，當(dāng)?shù)谝环瓷涿娌糠趾偷谌瓷涿娌糠值姆瓷鋮^(qū)域和光強(qiáng)分布基本確 定以后，第二反射面部分的光強(qiáng)分布可以同時(shí)兼顧到其余兩個(gè)反射面部分的光強(qiáng)度分布， 即可以通過第二反射面部分來調(diào)節(jié)其與其余兩者之間的光強(qiáng)分布的疊加范圍。因此只需要 改變第二反射面部分既可以調(diào)節(jié)整體的光強(qiáng)分布，方便設(shè)計(jì)人員針對(duì)不同的條件設(shè)計(jì)得到 配光均勻的透鏡。作為改進(jìn)之二 所述第一反射面部分為中心角較大的底部圓錐臺(tái)面，所述第二反 射面部分為中部圓弧面，所述第三反射面部分為中心角較小的頂部圓錐面。作為改進(jìn)之三所述相鄰反射面部分之間為平滑過渡。如果相鄰反射面部分之間 的過渡不平滑，在連接處的將會(huì)發(fā)生光反射的突變，反映在配光曲線上則是明顯的拐點(diǎn)。配 光曲線在拐點(diǎn)容易出現(xiàn)光圈現(xiàn)象，影響照明效果。作為改進(jìn)之四所述透鏡主體底部設(shè)有凹部。作為改進(jìn)之五所述透鏡主體與所述安裝底座的結(jié)合處，和/或所述透鏡主體與 所述反射面的結(jié)合處設(shè)有過渡面曲面。與相鄰反射面部分之間應(yīng)該平滑過渡同樣的道理， 透鏡主體與其他部件的連接處也應(yīng)平滑過渡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是 (1)光強(qiáng)度分布均勻
反射面射向透鏡主體內(nèi)壁得一部分光會(huì)發(fā)生折射，而另一部分光則會(huì)發(fā)生全反射，其 中折射并不會(huì)減損光強(qiáng)，而全反射卻會(huì)導(dǎo)致光強(qiáng)的減弱。由于LED光源、反射面和透鏡主體 內(nèi)壁面三者之間特殊的位置關(guān)系，以及LED光源并非理想的點(diǎn)光源，使得反射面出射光線 的光強(qiáng)因全反射減損的現(xiàn)象是普遍存在的。因此每一段圓錐面、凹面或凸面在其反射角度 范圍內(nèi)的光強(qiáng)度分布都是不均勻的。而發(fā)明的反射面采用多段式結(jié)構(gòu)，盡管各段反射面的 光強(qiáng)分布仍然是不均勻的，但是各段反射面之間通過疊加組合可以得到分布更加均勻的光 強(qiáng)度分布曲線。(2)光分布角度較寬
由于是采用呈錐狀的凹面的形式，因此光分布角度比采用圓錐面形式的反射面的反射 角度范圍更大。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的立體圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的剖視圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的反射面結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的光路示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的配光曲線圖； 圖6是CN101718414 A所公開透鏡的的配光曲線圖。
具體實(shí)施例方式如圖1至3所示，本實(shí)施方式的LED球面配光透鏡包括呈柱狀的透鏡主體11，該透 鏡主體1的底部11設(shè)有安裝底座20，該透鏡主體1的頂部12設(shè)有用于將來自該底部的光 線反射出透鏡主體1的反射面30。為了獲得在球面空間中更加均勻的光強(qiáng)分布，則該反射 面最好為回轉(zhuǎn)面，該透鏡主體最好為回轉(zhuǎn)體。但是反射面和透鏡主體略微修改成非標(biāo)準(zhǔn)的 回轉(zhuǎn)面或回轉(zhuǎn)體，只要其配光曲線大致合理，且光強(qiáng)分布偏差在人們的視覺不可察覺的范 圍內(nèi)，則該變形也是允許的。在本實(shí)施方式中，該反射面為呈錐狀的多段式結(jié)構(gòu)的凹面。反射面的凹凸是相對(duì) 與反射面等高等徑的圓錐面來比較確定的。所謂的多段式，是指其母線由多段線組成，既可 以全部采用直線段或曲線段，也可以采用直線段與曲線段的組合等形式。如圖3，該反射面包括依次連接的反射角度范圍朝向透鏡主體底部區(qū)域的第一 反射面部分31、反射角度范圍朝向透鏡主體中部區(qū)域的第二反射面部分32，以及反射角度 范圍朝向透鏡主體頂部區(qū)域的第三反射面部分33。該第一反射面部分為中心角較大的底部 圓錐臺(tái)面31，該第二反射面部分為中部圓弧面32，該第三反射面部分為中心角較小的頂部 圓錐面33。雖然反射面整體為曲面時(shí)(例如反射面的母線為凹曲線)，光分布的角度也比現(xiàn) 有的圓錐式反射面的角度要大，但是任意曲面的光分布的角度和強(qiáng)度不容易控制，要設(shè)計(jì) 出發(fā)光角度合適(至少20°至120°范圍內(nèi))和光強(qiáng)度分布均勻的透鏡，難度相當(dāng)大。而對(duì) 于本實(shí)施方式的反射面，工程師可以先通過光路較容易控制的底部圓錐臺(tái)面31和頂部圓 錐面33控制兩個(gè)區(qū)域的光強(qiáng)，然后再用中部圓弧面對(duì)整體的光強(qiáng)分布進(jìn)行調(diào)節(jié)或補(bǔ)償。即 通過綜合利用圓錐面的光分布角度較窄、光強(qiáng)度分布比較容易控制的特點(diǎn)，以及曲面光分 布角度較廣的特點(diǎn)，巧妙地解決了現(xiàn)有球面配光透鏡光強(qiáng)度分布均勻性不佳和光分布角度 不合理的難題。此外，為進(jìn)一步提高透鏡的光強(qiáng)分布的均勻性，透鏡主體1的底部還設(shè)有凹部13。 現(xiàn)有球面配光透鏡的底部為平面將會(huì)導(dǎo)致兩方面的問題一方面是，由于LED發(fā)光具有單 向性，因此位于透鏡底部LED發(fā)出的光大部分直接集中射向透鏡頂部的圓錐狀反射面，使 得透鏡頂部附近的空間光強(qiáng)過大(圖6中0° -20°區(qū)域)。另一方面是，由于LED與透鏡底 部平面有一定的間隔，使得一部分部分LED光泄漏。而本透鏡底部設(shè)置的凹部13可以將 LED光進(jìn)行一定程度的發(fā)散(與凹透鏡原理類似)，減少了直接射向反射面的光量，同時(shí)增加 了直接穿透透鏡主體1壁面(未發(fā)生全反射部分)射向斜上方(圖5中20° -60°范圍)有 助于提高透鏡整體配光的均勻性。此外，為了消除透鏡在使用時(shí)所產(chǎn)生的光圈，透鏡主體1與安裝底座的結(jié)合處，和 /或透鏡主體1與反射面的結(jié)合處設(shè)有過渡曲面，且相鄰反射面部分之間設(shè)計(jì)成平滑過渡。 如圖5所示，CN101718414 A所公開的透鏡的配光曲線在60°、40°和10°附近都有一個(gè) 比較明顯的凹部或凸部。在實(shí)際使用中，這些拐點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)較為明顯的光圈。之所以造成 其配光曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，主要因?yàn)樵撏哥R的第一透鏡體底部與安裝座結(jié)合處、第二透鏡 體與第一透鏡體結(jié)合處、圓錐反射面與第二透鏡體壁面接觸處存在明顯的棱角，導(dǎo)致從這 些地方出射或反射光線出現(xiàn)明顯的集中或分散，直接導(dǎo)致光圈的產(chǎn)生。本實(shí)施方式將這些結(jié)合部位設(shè)置成過渡曲面，實(shí)現(xiàn)平滑過渡，可以消除光圈。圖4是本透鏡在經(jīng)過透鏡軸線的某一截面中的光路示意圖。該圖中40為L(zhǎng)ED光 源，41、42、43分別為L(zhǎng)ED光源40相對(duì)于第一至第三反射面部分右側(cè)的相應(yīng)母線的鏡像。從 圖4中可以直觀看出，第一至第三反射面的出射角度范圍分別為透鏡主體的底部區(qū)域、中 部區(qū)域和頂部區(qū)域，透鏡主體的凹部的出射角度范圍為透鏡主體的斜上方區(qū)域。圖5是本透鏡的光強(qiáng)空間分布圖。該圖中曲線51、52分別是CO平面和C90平面內(nèi) 的光強(qiáng)度分布。其中，坐標(biāo)中心為光源中心，CO平面是指通過透鏡主體1軸線的某一平面， C90平面為通過第一透鏡體軸線并垂直于CO平面的平面。從圖5可以看出，本透鏡的光強(qiáng) 分布均勻度明顯提高，而且配光曲線的凹凸部位過渡較為平滑，不會(huì)產(chǎn)生明顯的光圈效果。 且有效光分布范圍擴(kuò)大至0°至15°。總體而言，在本實(shí)施方式的透鏡的多段式反射面可以最大限度增加圖5中60°至 160°范圍內(nèi)的光強(qiáng)，透鏡底部的凹部可以一定程度上減少反射面的出光量并加強(qiáng)圖5中 20°至60°的光強(qiáng)，從而使得本透鏡的球面空間光強(qiáng)分布的范圍擴(kuò)大，光強(qiáng)分布的均勻性 提高，而且也不會(huì)出現(xiàn)明顯的光圈，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種LED球面配光透鏡，其包括呈柱狀的透鏡主體(1)，該透鏡主體底部(11)設(shè)有 安裝底座(20)，其頂部(12)設(shè)有用于將來自該底部(11)的光線反射出透鏡主體(1)的反射 面(30)，其特征在于所述反射面(30)為呈錐狀的多段式結(jié)構(gòu)的凹面，其包括多個(gè)反射面 部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED球面配光透鏡，其特征在于所述反射面(30)為三段 式結(jié)構(gòu)，其包括依次連接的反射角度范圍朝向透鏡主體(1)底部區(qū)域的第一反射面部分 (31)、反射角度范圍朝向透鏡主體(1)中部區(qū)域的第二反射面部分(32)，以及反射角度范 圍朝向透鏡主體(1)頂部區(qū)域的第三反射面部分(33)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED球面配光透鏡，其特征在于所述第一反射面部分(31) 為中心角較大的底部圓錐臺(tái)面，所述第二反射面部分(32)為中部圓弧面，所述第三反射面 部分(33)為中心角較小的頂部圓錐面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的LED球面配光透鏡，其特征在于所述相鄰反射面 部分之間為平滑過渡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的LED球面配光透鏡，其特征在于所述透鏡主體底 部設(shè)有凹部(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的LED球面配光透鏡，其特征在于所述透鏡主體與 所述安裝底座的結(jié)合處，和/或所述透鏡主體與所述反射面的結(jié)合處設(shè)有過渡曲面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED配光部件，具體是LED球面配光透鏡。該透鏡包括呈柱狀的透鏡主體，該透鏡主體底部設(shè)有安裝底座，其頂部設(shè)有用于將來自該底部的光線反射出透鏡主體的反射面，其中所述反射面為呈錐狀的多段式結(jié)構(gòu)的凹面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本透鏡的球面空間光強(qiáng)分布的范圍更大，且光強(qiáng)分布的均勻性更好。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102072456SQ20101051164
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者王子能 申請(qǐng)人:王子能