專利名稱：一種led燈光學(xué)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及LED照明設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種LED燈光學(xué)透鏡。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-Emitting-Diode，簡稱LED)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體，其核心部件是LED芯片。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，照明領(lǐng)域?qū)τ诃h(huán)保節(jié)能越來越重視，綠色照明——大功率LED照明在世界開始展現(xiàn)它的明星風(fēng)采。大功率LED照明技術(shù)具有環(huán)保、節(jié)能、壽命長等顯著優(yōu)點，從而將為傳統(tǒng)的照明技術(shù)帶來一場歷史性的巨大革命。LED作為世界未來的照明領(lǐng)域明星，雖然有其自身不可替代的優(yōu)點，但是在照明領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用方面，取代傳統(tǒng)的球泡燈、日光燈等仍有其局限性和需要解決的技術(shù)問題，比如因為LED芯片的體積小所以它的發(fā)光面小，并且其發(fā)光的方向性也使LED光源的照射面積有限，進而造成光源的集中性，使人產(chǎn)生刺眼、暈眩的感覺。為了解決使人產(chǎn)生刺眼、暈眩的感覺的技術(shù)問題，LED需要二次配光透鏡對LED光源進行調(diào)整?，F(xiàn)有的二次配光透鏡均采用硅膠或聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)等光學(xué)塑料材料制作，通過非成像光學(xué)設(shè)計透鏡外形，利用折射、反射等光學(xué)效果改變LED光線射出方向，對LED發(fā)出的光源進行重新分配，從而得到預(yù)期的照度分布。常見的二次配光透鏡設(shè)計需要考慮芯片本身的發(fā)光特性，針對不同的LED芯片或不同的LED封裝，由于芯片發(fā)光特性存在差異，更換芯片后，就需要對二次光學(xué)透鏡進行重新設(shè)計以滿足同樣的照度分配需求，即二次光學(xué)透鏡的通用性具有較強的局限性，導(dǎo)致在實際生產(chǎn)過程中，針對不同芯片需要設(shè)計不同的透鏡，這就增加了高昂的透鏡開模成本，不利于普遍推廣應(yīng)用。公開號為CN 101943368A的中國專利申請公開了一種LED聚光透鏡，所述透鏡為圓臺形透鏡，透鏡后端面開有圓柱形的第一折射槽，其前端面開有圓柱形的第二折射槽，透鏡外側(cè)壁為全反射面，第一折射槽和第二折射槽的槽壁形成折射面，其提供了一種光束發(fā)散角小、高聚光、光效高的LED聚光透鏡，解決了現(xiàn)有技術(shù)中LED形成的非圓形光斑、光斑不均勻的缺陷。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，LED發(fā)光面小、光源集中性過強使人感覺刺眼、暈眩的技術(shù)問題依然存在。專利號為ZL 201020208206. 0的中國專利公開了一種LED汽車前照燈透鏡，包括 光學(xué)透鏡、LED光源，所述LED光源設(shè)置在透鏡的后部，LED光源為一顆或多顆LED，光學(xué)透鏡由前曲面、后曲面、側(cè)面三個面組成，光學(xué)透鏡的前曲面由凹面透鏡陣列或與柱面、球面組合而成，光學(xué)透鏡的側(cè)面設(shè)有安裝固定用的卡槽或卡口。該公開的技術(shù)方案利用非成像光學(xué)的原理設(shè)計了近光燈、遠(yuǎn)光燈和霧燈的光學(xué)透鏡，具有體積小、光學(xué)效率高和光學(xué)性能優(yōu)異的特點，但是其用于汽車照明領(lǐng)域，光學(xué)性能優(yōu)異主要還是體現(xiàn)在提高了光照亮度和增加了光照可視距離，依舊不能解決LED發(fā)光面小、光源集中性過強使人感覺刺眼、暈眩的技術(shù)問題。因此，在實際照明領(lǐng)域應(yīng)用中怎么改變LED光源的照射角度同時增大照射面積，并使光線分布均勻和變得柔和以及如何提高二次配光透鏡的通配性成為LED發(fā)展道路上值得關(guān)注的焦點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種LED燈光學(xué)透鏡，通過準(zhǔn)直透鏡和薄板透鏡的組合，使得 LED燈光學(xué)透鏡適用于不同的LED芯片，通用性廣，同時產(chǎn)生的光線分布均勻、光線變得柔和以及光源照射面廣。一種LED燈光學(xué)透鏡，包括準(zhǔn)直透鏡，所述的準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面為全反射面，所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面設(shè)有薄板透鏡，所述的薄板透鏡的出光面由若干個長方形凹面微透鏡的凹面組成，所述的長方形凹面微透鏡的凹面是背向準(zhǔn)直透鏡的出光面的；所述的準(zhǔn)直透鏡在與準(zhǔn)直透鏡的出光面相對的一端面設(shè)有折射槽。所述折射槽一方面用于承載LED芯片，另一方面用于將LED發(fā)出的光進行折射。 LED芯片發(fā)出的光一部分經(jīng)折射槽的槽底的折射匯聚成平行光線垂直導(dǎo)向準(zhǔn)直透鏡的出光面，然后再經(jīng)過薄板透鏡射出；另一部分光經(jīng)折射槽的側(cè)壁的折射射入準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部再經(jīng)準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面的全反射作用后匯聚成平行光線垂直導(dǎo)向準(zhǔn)直透鏡的出光面，然后經(jīng)過薄板透鏡射出。為了得到更好的效果，以下作為本實用新型的優(yōu)選所述的準(zhǔn)直透鏡呈圓臺形或近似圓臺形，且所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面的面積大于與準(zhǔn)直透鏡的出光面相對的一端面的面積，更利于光線的全反射，也有助于準(zhǔn)直透鏡的排列組合，便于安放入燈具外殼中。所述的準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面為光滑曲面，光滑曲面在準(zhǔn)直透鏡為全發(fā)射面的基礎(chǔ)上進一步增強準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面的反射效果，有利于減少光線在經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡過程中的損失，增大了本實用新型LED燈光學(xué)透鏡的出光率。所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面為光滑平面；所述的薄板透鏡的入光面為光滑平面。更利于平行光線平行進入薄板透鏡。所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面與所述的薄板透鏡的入光面緊密貼合；或者，所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面作為所述的薄板透鏡的入光面。所述的折射槽為圓筒狀，圓筒狀的折射槽增大了 LED光源的出光角度，有利于光線的射出。所述的折射槽的槽底為背向所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面凸起的凸面，凸面槽底可以把LED光源發(fā)出的光經(jīng)折射作用匯聚成平行光線垂直導(dǎo)向準(zhǔn)直透鏡的出光面，有助于減少光線因在準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部發(fā)生多次折射而造成的光損失，增大了準(zhǔn)直透鏡的出光率。所述的薄板透鏡的出光面由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡的凹面緊密排列形成的平面陣列組成。長方形凹面微透鏡可以使經(jīng)過薄板透鏡的光線分散射出形成不同于現(xiàn)有技術(shù)中圓形光斑的矩形光斑，同時，若干個同樣大小的長方形凹面微透鏡呈緊密排列形成平面陣列，這樣排列的作用是把原本經(jīng)過每個長方形凹面微透鏡折射形成的矩形照射區(qū)域進行了一定面積的重疊，這樣既不影響燈的亮度，同時達(dá)到光線照射均勻和柔和不刺眼的效果。所述的薄板透鏡與準(zhǔn)直透鏡可以一一對應(yīng)，即一塊薄板透鏡對應(yīng)一個準(zhǔn)直透鏡，3/5頁
組合成獨立的LED燈光學(xué)透鏡，多個獨立的LED燈光學(xué)透鏡再進行合理切邊密排形成陣列， 組合成LED燈光學(xué)透鏡；也可以一塊薄板透鏡對應(yīng)多個準(zhǔn)直透鏡，所述的準(zhǔn)直透鏡可以分體排列也可以合理切邊密排或整合在一起，形成LED燈光學(xué)透鏡。上述不同組合的LED燈光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)用以滿足不同功率的照明需求。所述的薄板透鏡和準(zhǔn)直透鏡可以根據(jù)不同需求進行排列組合、切邊，這樣的光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)不僅可以滿足廣大市場需求，而且又可以直接替換現(xiàn)有照明系統(tǒng)中的光學(xué)透鏡。優(yōu)選，所述的薄板透鏡為一塊，所述的準(zhǔn)直透鏡為多個，當(dāng)采用這種形式的組合時，不但更容易組裝、生產(chǎn)成本更低，而且光照面積更大、光線更柔和。所述的薄板透鏡為圓形或者多邊形等，薄板透鏡可以根據(jù)不同要求作相應(yīng)的修改 (如切邊或整合)，以便滿足不同使用環(huán)境的要求和不同的安裝要求，不但可以節(jié)省成本， 而且可以給燈具本身增加一定的觀賞性。所述的LED燈光學(xué)透鏡的外側(cè)面設(shè)有用于與燈殼固定的鉤腳或者一圈外沿，方便與燈殼固定。所述的薄板透鏡可以直接作為封裝透鏡，起到作為LED燈具的封裝面板作用，同時節(jié)省了材料成本，降低了燈具價格。所述的準(zhǔn)直透鏡和薄板透鏡的材料可選用透明材料，具體的透明材料可優(yōu)選PMMA 塑料或PC塑料等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型折射槽減少了光線因在準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部發(fā)生多次折射而造成的光損失， 增大了準(zhǔn)直透鏡的出光率和增大了 LED光源的出光角度，有利于光線的射出。本實用新型準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面為全反射面，有利于減少光線在經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡過程中的損失，增大了本實用新型LED燈光學(xué)透鏡的出光率。本實用新型LED燈光學(xué)透鏡克服了現(xiàn)有技術(shù)中二次配光透鏡通用的局限性缺陷， 即針對不同LED芯片或不同出光角度，本實用新型LED燈光學(xué)透鏡都可以實現(xiàn)滿足特定照度分布的配光要求，使得本實用新型LED燈光學(xué)透鏡能適用于不同的LED芯片，大大提高了其通用性。本實用新型LED燈光學(xué)透鏡可以實現(xiàn)一體化透鏡也可以進行分離化設(shè)計即通過薄板透鏡與準(zhǔn)直透鏡分離，既可以實現(xiàn)對于不同芯片的兼容，也可以通過更換耗材極少的薄板透鏡實現(xiàn)不同的照度分配設(shè)計；同時，薄板透鏡上每個長方形凹面微透鏡以其獨特的凹面結(jié)構(gòu)都有使入射光線分散出去形成光斑面積大小相等、分布均勻的照射效果，解決了眩光和光分布不均勻的問題，同時采用平面陣列的形式進一步增大了 LED芯片發(fā)出光源的照射面范圍，從而達(dá)到照射范圍廣、光線柔和以及光分布均勻的效果。

圖1為本實用新型LED燈光學(xué)透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的LED燈光學(xué)透鏡的A向視圖；圖3為本實用新型LED燈光學(xué)透鏡中的薄板透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型多個準(zhǔn)直透鏡緊密排列形成的LED燈光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中的LED燈光學(xué)透鏡的B向視圖；圖6為本實用新型多個準(zhǔn)直透鏡分體排列形成的LED燈光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；[0036]圖7為本實用新型多個獨立的LED燈光學(xué)透鏡組合后緊密排列形成的LED燈光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實用新型LED燈光學(xué)透鏡的光路示意圖；圖9為光線經(jīng)過本實用新型LED燈光學(xué)透鏡后形成的光斑效果圖；其中，圖1 8中，1為薄板透鏡，2為長方形凹面微透鏡，3為薄板透鏡的入光面， 4為準(zhǔn)直透鏡，5為折射槽，6為折射槽的槽底，7為準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面，8為連接部，9為LED芯片，10為鉤腳，11為第一光路，12為第二光路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示，為本實用新型LED燈光學(xué)透鏡，包括圓臺形或近似圓臺形的準(zhǔn)直透鏡4 ；準(zhǔn)直透鏡4的側(cè)面7為全反射面；準(zhǔn)直透鏡4的出光面設(shè)有薄板透鏡1，薄板透鏡1的出光面由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡2的凹面緊密排列形成的平面陣列組成，長方形凹面微透鏡2的凹面是背向準(zhǔn)直透鏡4的出光面的；準(zhǔn)直透鏡4在與準(zhǔn)直透鏡 4的出光面相對的一端面設(shè)有折射槽5 ；準(zhǔn)直透鏡4的出光面的面積大于與準(zhǔn)直透鏡4的出光面相對的一端面的面積。該LED燈光學(xué)透鏡可以采用一體成型的方式得到，也可以由準(zhǔn)直透鏡4與薄板透鏡1分體組合得到，準(zhǔn)直透鏡4的出光面及薄板透鏡1的入光面3都為光滑平面，可以通過連接部8連接組合為一體，連接部8處可以選擇放或者不放液體粘合物質(zhì)，使薄板透鏡1的入光面3緊密貼合準(zhǔn)直透鏡4的出光面。折射槽5為圓筒狀。折射槽5的槽底6為背向準(zhǔn)直透鏡4的出光面凸起的凸面。 準(zhǔn)直透鏡4的側(cè)面7為光滑曲面。雖然準(zhǔn)直透鏡4的側(cè)面7可以選擇非光滑曲面，折射槽 5也可以為橢圓狀，折射槽5的槽底6可以為平面，但是這些選擇的LED燈光學(xué)透鏡的效果都不如光滑曲面的側(cè)面7、圓筒狀折射槽5及凸面槽底6的理想。薄板透鏡1的出光面為由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡2緊密排列形成的平面陣列組成。如圖4、圖5、圖6所示，薄板透鏡1為一塊，準(zhǔn)直透鏡4為多個。即可以一個薄板透鏡1對應(yīng)多個準(zhǔn)直透鏡4，準(zhǔn)直透鏡4可以分體排列也可以合理切邊緊密排列或整合在一起，形成LED燈光學(xué)透鏡。薄板透鏡1的形狀可以根據(jù)需求進行切邊，薄板透鏡1可選擇圓形或者多邊形等。如圖5所示，5個準(zhǔn)直透鏡4經(jīng)過合理切邊緊密排列在一起，形成LED燈光學(xué)透鏡，如圖6所示，4個準(zhǔn)直透鏡4分體排列在一起，形成LED燈光學(xué)透鏡。如圖7所示，一個薄板透鏡也可以對應(yīng)一個準(zhǔn)直透鏡組合成獨立的LED燈光學(xué)透鏡，多個獨立的LED 燈光學(xué)透鏡再進行組合和合理切邊密排形成陣列，組合成LED燈光學(xué)透鏡。上述舉例的不同的光學(xué)透鏡組合結(jié)構(gòu)用以滿足不同功率的照明需求。如圖4、圖5所示，LED燈光學(xué)透鏡的外側(cè)面設(shè)有用于與燈殼固定的鉤腳10或者一圈外沿，方便與燈殼固定。如圖6所示，薄板透鏡1可以直接作為封裝透鏡，起到作為LED 燈具的封裝面板作用，同時節(jié)省了材料成本，降低了燈具價格。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。本實用新型的LED燈光學(xué)透鏡的具體光路如下
6[0047]如圖8所示，將LED芯片9置入折射槽5，LED芯片9發(fā)出的光一部分經(jīng)折射槽5的槽底6的折射匯聚成平行光線垂直導(dǎo)向準(zhǔn)直透鏡4的出光面，然后再從薄板透鏡1的出光面射出，如第一光路11所示；另一部分光經(jīng)折射槽5的側(cè)壁的折射后射入準(zhǔn)直透鏡4內(nèi)部再經(jīng)準(zhǔn)直透鏡4的側(cè)面7的全反射作用后匯聚成平行光線垂直導(dǎo)向準(zhǔn)直透鏡4的出光面， 然后再從薄板透鏡1的出光面射出，如第二光路12所示。第一光路11和第二光路12經(jīng)過由若干個長方形凹面微透鏡2組成的薄板透鏡1中分散射出，形成面積大小相等、分布均勻的矩形光斑，光斑效果如圖9所示，從薄板透鏡1射出的光線最終達(dá)到照射范圍廣、光線柔和以及光分布均勻的效果。如圖9所示，可以看到不同于現(xiàn)有技術(shù)中的圓形光斑，本實用新型中的是矩形光斑，在薄板透鏡1的作用下，把原本集中的光源通過每個長方形凹面微透鏡2分散射出形成矩形照射區(qū)域，若干個矩形照射區(qū)域進行了一定面積的重疊，這樣既不影響燈的亮度，同時達(dá)到光線照射均勻和柔和不刺眼的效果；從圖9中曲線圖可知，經(jīng)過本實用新型LED燈光學(xué)透鏡形成的矩形光斑光線均勻，適用于對光照均勻度有要求的路燈等室外照明中。
權(quán)利要求1.一種LED燈光學(xué)透鏡，包括準(zhǔn)直透鏡G)，其特征在于，所述的準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面 (7)為全反射面；所述的準(zhǔn)直透鏡(4)的出光面設(shè)有薄板透鏡(1)，所述的薄板透鏡(1)的出光面由若干個長方形凹面微透鏡O)的凹面組成；所述的準(zhǔn)直透鏡(4)在與準(zhǔn)直透鏡 (4)的出光面相對的一端面設(shè)有折射槽(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的準(zhǔn)直透鏡(4)呈圓臺形或近似圓臺形，且所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面的面積大于與準(zhǔn)直透鏡的出光面相對的一端面的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面 (7)為光滑曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的準(zhǔn)直透鏡(4)的出光面為光滑平面；所述的薄板透鏡(1)的入光面為光滑平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的準(zhǔn)直透鏡(4)的出光面與所述的薄板透鏡(1)的入光面緊密貼合；或者，所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面作為所述的薄板透鏡(1)的入光面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的折射槽( 為圓筒狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的折射槽( 的槽底 (6)為背向所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面凸起的凸面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的薄板透鏡(1)的出光面由若干個相同大小的長方形凹面微透鏡O)的凹面緊密排列形成的平面陣列組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的薄板透鏡(1)為一塊， 所述的準(zhǔn)直透鏡(4)為多個。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈光學(xué)透鏡，其特征在于，所述的薄板透鏡(1)為圓形或者多邊形。
專利摘要本實用新型公開了一種LED燈光學(xué)透鏡，包括準(zhǔn)直透鏡，所述的準(zhǔn)直透鏡的側(cè)面為全反射面，所述的準(zhǔn)直透鏡的出光面設(shè)有薄板透鏡，所述的薄板透鏡由若干個長方形凹面微透鏡的凹面組成，所述的準(zhǔn)直透鏡在與準(zhǔn)直透鏡的出光面相對的一端面設(shè)有折射槽。通過準(zhǔn)直透鏡和薄板透鏡的組合，使得經(jīng)過該LED燈光學(xué)透鏡的光線達(dá)到柔和不眩光、分布均勻以及光源照射范圍增大的效果。
文檔編號F21V5/04GK202203857SQ201120339228
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者劉濤, 吳秋萍, 宋偉杰, 張賢鵬, 林潔, 王振衛(wèi) 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所湖州新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心