专利名称：一种led灯光学透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED照明设备领域，特别涉及一种LED灯光学透镜。
背景技术：
发光二极管(Light-Emitting-Diode，简称LED)是一种能够将电能转化为光能的半导体，其核心部件是LED芯片。随着信息技术的高速发展，照明领域对于环保节能越来越重视，绿色照明——大功率LED照明在世界开始展现它的明星风采。大功率LED照明技术具有环保、节能、寿命长等显著优点，从而将为传统的照明技术带来一场历史性的巨大革命。LED作为世界未来的照明领域明星，虽然有其自身不可替代的优点，但是在照明领域实际应用方面，取代传统的球泡灯、日光灯等仍有其局限性和需要解决的技术问题，比如因为LED芯片的体积小所以它的发光面小，并且其发光的方向性也使LED光源的照射面积有限，进而造成光源的集中性，使人产生刺眼、晕眩的感觉。为了解决使人产生刺眼、晕眩的感觉的技术问题，LED需要二次配光透镜对LED光源进行调整。现有的二次配光透镜均采用硅胶或聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)等光学塑料材料制作，通过非成像光学设计透镜外形，利用折射、反射等光学效果改变LED光线射出方向，对LED发出的光源进行重新分配，从而得到预期的照度分布。常见的二次配光透镜设计需要考虑芯片本身的发光特性，针对不同的LED芯片或不同的LED封装，由于芯片发光特性存在差异，更换芯片后，就需要对二次光学透镜进行重新设计以满足同样的照度分配需求，即二次光学透镜的通用性具有较强的局限性，导致在实际生产过程中，针对不同芯片需要设计不同的透镜，这就增加了高昂的透镜开模成本，不利于普遍推广应用。公开号为CN 101943368A的中国专利申请公开了一种LED聚光透镜，所述透镜为圆台形透镜，透镜后端面开有圆柱形的第一折射槽，其前端面开有圆柱形的第二折射槽，透镜外侧壁为全反射面，第一折射槽和第二折射槽的槽壁形成折射面，其提供了一种光束发散角小、高聚光、光效高的LED聚光透镜，解决了现有技术中LED形成的非圆形光斑、光斑不均勻的缺陷。但是在现有技术中，LED发光面小、光源集中性过强使人感觉刺眼、晕眩的技术问题依然存在。专利号为ZL 201020208206. 0的中国专利公开了一种LED汽车前照灯透镜，包括 光学透镜、LED光源，所述LED光源设置在透镜的后部，LED光源为一颗或多颗LED，光学透镜由前曲面、后曲面、侧面三个面组成，光学透镜的前曲面由凹面透镜阵列或与柱面、球面组合而成，光学透镜的侧面设有安装固定用的卡槽或卡口。该公开的技术方案利用非成像光学的原理设计了近光灯、远光灯和雾灯的光学透镜，具有体积小、光学效率高和光学性能优异的特点，但是其用于汽车照明领域，光学性能优异主要还是体现在提高了光照亮度和增加了光照可视距离，依旧不能解决LED发光面小、光源集中性过强使人感觉刺眼、晕眩的技术问题。因此，在实际照明领域应用中怎么改变LED光源的照射角度同时增大照射面积，并使光线分布均勻和变得柔和以及如何提高二次配光透镜的通配性成为LED发展道路上值得关注的焦点。
发明内容
本发明提供了一种LED灯光学透镜，通过准直透镜和薄板透镜的组合，使得LED灯光学透镜适用于不同的LED芯片，通用性广，同时产生的光线分布均勻、光线变得柔和以及光源照射面广。一种LED灯光学透镜，包括准直透镜，所述的准直透镜的侧面为全反射面，所述的准直透镜的出光面设有薄板透镜，所述的薄板透镜的出光面由若干个长方形凹面微透镜的凹面组成，所述的长方形凹面微透镜的凹面是背向准直透镜的出光面的；所述的准直透镜在与准直透镜的出光面相对的一端面设有折射槽。所述折射槽一方面用于承载LED芯片，另一方面用于将LED发出的光进行折射。 LED芯片发出的光一部分经折射槽的槽底的折射汇聚成平行光线垂直导向准直透镜的出光面，然后再经过薄板透镜射出；另一部分光经折射槽的侧壁的折射射入准直透镜内部再经准直透镜的侧面的全反射作用后汇聚成平行光线垂直导向准直透镜的出光面，然后经过薄板透镜射出。为了得到更好的发明效果，以下作为本发明的优选所述的准直透镜呈圆台形或近似圆台形，且所述的准直透镜的出光面的面积大于与准直透镜的出光面相对的一端面的面积，更利于光线的全反射，也有助于准直透镜的排列组合，便于安放入灯具外壳中。所述的准直透镜的侧面为光滑曲面，光滑曲面在准直透镜为全发射面的基础上进一步增强准直透镜的侧面的反射效果，有利于减少光线在经过准直透镜过程中的损失，增大了本发明LED灯光学透镜的出光率。所述的准直透镜的出光面为光滑平面；所述的薄板透镜的入光面为光滑平面。更利于平行光线平行进入薄板透镜。所述的准直透镜的出光面与所述的薄板透镜的入光面紧密贴合；或者，所述的准直透镜的出光面作为所述的薄板透镜的入光面。所述的折射槽为圆筒状，圆筒状的折射槽增大了 LED光源的出光角度，有利于光线的射出。所述的折射槽的槽底为背向所述的准直透镜的出光面凸起的凸面，凸面槽底可以把LED光源发出的光经折射作用汇聚成平行光线垂直导向准直透镜的出光面，有助于减少光线因在准直透镜内部发生多次折射而造成的光损失，增大了准直透镜的出光率。所述的薄板透镜的出光面由若干个相同大小的长方形凹面微透镜的凹面紧密排列形成的平面阵列组成。长方形凹面微透镜可以使经过薄板透镜的光线分散射出形成不同于现有技术中圆形光斑的矩形光斑，同时，若干个同样大小的长方形凹面微透镜呈紧密排列形成平面阵列，这样排列的作用是把原本经过每个长方形凹面微透镜折射形成的矩形照射区域进行了一定面积的重叠，这样既不影响灯的亮度，同时达到光线照射均勻和柔和不刺眼的效果。所述的薄板透镜与准直透镜可以一一对应，即一块薄板透镜对应一个准直透镜，组合成独立的LED灯光学透镜，多个独立的LED灯光学透镜再进行合理切边密排形成阵列， 组合成LED灯光学透镜；也可以一块薄板透镜对应多个准直透镜，所述的准直透镜可以分体排列也可以合理切边密排或整合在一起，形成LED灯光学透镜。上述不同组合的LED灯光学透镜结构用以满足不同功率的照明需求。所述的薄板透镜和准直透镜可以根据不同需求进行排列组合、切边，这样的光学透镜结构不仅可以满足广大市场需求，而且又可以直接替换现有照明系统中的光学透镜。优选，所述的薄板透镜为一块，所述的准直透镜为多个，当采用这种形式的组合时，不但更容易组装、生产成本更低，而且光照面积更大、光线更柔和。所述的薄板透镜为圆形或者多边形等，薄板透镜可以根据不同要求作相应的修改 (如切边或整合)，以便满足不同使用环境的要求和不同的安装要求，不但可以节省成本， 而且可以给灯具本身增加一定的观赏性。所述的LED灯光学透镜的外侧面设有用于与灯壳固定的钩脚或者一圈外沿，方便与灯壳固定。所述的薄板透镜可以直接作为封装透镜，起到作为LED灯具的封装面板作用，同时节省了材料成本，降低了灯具价格。所述的准直透镜和薄板透镜的材料可选用透明材料，具体的透明材料可优选PMMA 塑料或PC塑料等。与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明折射槽减少了光线因在准直透镜内部发生多次折射而造成的光损失，增大了准直透镜的出光率和增大了 LED光源的出光角度，有利于光线的射出。本发明准直透镜的侧面为全反射面，有利于减少光线在经过准直透镜过程中的损失，增大了本发明LED灯光学透镜的出光率。本发明LED灯光学透镜克服了现有技术中二次配光透镜通用的局限性缺陷，即针对不同LED芯片或不同出光角度，本发明LED灯光学透镜都可以实现满足特定照度分布的配光要求，使得本发明LED灯光学透镜能适用于不同的LED芯片，大大提高了其通用性。本发明LED灯光学透镜可以实现一体化透镜也可以进行分离化设计即通过薄板透镜与准直透镜分离，既可以实现对于不同芯片的兼容，也可以通过更换耗材极少的薄板透镜实现不同的照度分配设计；同时，薄板透镜上每个长方形凹面微透镜以其独特的凹面结构都有使入射光线分散出去形成光斑面积大小相等、分布均勻的照射效果，解决了眩光和光分布不均勻的问题，同时采用平面阵列的形式进一步增大了 LED芯片发出光源的照射面范围，从而达到照射范围广、光线柔和以及光分布均勻的效果。
图1为本发明LED灯光学透镜的立体结构示意图；
图2为图1中的LED灯光学透镜的A向视图；图3为本发明LED灯光学透镜中的薄板透镜的结构示意图；图4为本发明多个准直透镜紧密排列形成的LED灯光学透镜的结构示意图；图5为图4中的LED灯光学透镜的B向视图；图6为本发明多个准直透镜分体排列形成的LED灯光学透镜的结构示意图；图7为本发明多个独立的LED灯光学透镜组合后紧密排列形成的LED灯光学透镜的结构示意图；图8为本发明LED灯光学透镜的光路示意图；图9为光线经过本发明LED灯光学透镜后形成的光斑效果图；其中，图1 8中，1为薄板透镜，2为长方形凹面微透镜，3为薄板透镜的入光面， 4为准直透镜，5为折射槽，6为折射槽的槽底，7为准直透镜的侧面，8为连接部，9为LED芯片，10为钩脚，11为第一光路，12为第二光路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。如图1、图2、图3所示，为本发明LED灯光学透镜，包括圆台形或近似圆台形的准直透镜4 ；准直透镜4的侧面7为全反射面；准直透镜4的出光面设有薄板透镜1，薄板透镜1的出光面由若干个相同大小的长方形凹面微透镜2的凹面紧密排列形成的平面阵列组成，长方形凹面微透镜2的凹面是背向准直透镜4的出光面的；准直透镜4在与准直透镜4 的出光面相对的一端面设有折射槽5 ；准直透镜4的出光面的面积大于与准直透镜4的出光面相对的一端面的面积。该LED灯光学透镜可以采用一体成型的方式得到，也可以由准直透镜4与薄板透镜1分体组合得到，准直透镜4的出光面及薄板透镜1的入光面3都为光滑平面，可以通过连接部8连接组合为一体，连接部8处可以选择放或者不放液体粘合物质，使薄板透镜1的入光面3紧密贴合准直透镜4的出光面。折射槽5为圆筒状。折射槽5的槽底6为背向准直透镜4的出光面凸起的凸面。 准直透镜4的侧面7为光滑曲面。虽然准直透镜4的侧面7可以选择非光滑曲面，折射槽 5也可以为椭圆状，折射槽5的槽底6可以为平面，但是这些选择的LED灯光学透镜的效果都不如光滑曲面的侧面7、圆筒状折射槽5及凸面槽底6的理想。薄板透镜1的出光面为由若干个相同大小的长方形凹面微透镜2紧密排列形成的平面阵列组成。如图4、图5、图6所示，薄板透镜1为一块，准直透镜4为多个。即可以一个薄板透镜1对应多个准直透镜4，准直透镜4可以分体排列也可以合理切边紧密排列或整合在一起，形成LED灯光学透镜。薄板透镜1的形状可以根据需求进行切边，薄板透镜1可选择圆形或者多边形等。如图5所示，5个准直透镜4经过合理切边紧密排列在一起，形成LED灯光学透镜，如图6所示，4个准直透镜4分体排列在一起，形成LED灯光学透镜。如图7所示，一个薄板透镜也可以对应一个准直透镜组合成独立的LED灯光学透镜，多个独立的LED 灯光学透镜再进行组合和合理切边密排形成阵列，组合成LED灯光学透镜。上述举例的不同的光学透镜组合结构用以满足不同功率的照明需求。如图4、图5所示，LED灯光学透镜的外侧面设有用于与灯壳固定的钩脚10或者一圈外沿，方便与灯壳固定。如图6所示，薄板透镜1可以直接作为封装透镜，起到作为LED 灯具的封装面板作用，同时节省了材料成本，降低了灯具价格。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。本发明的LED灯光学透镜的具体光路如下如图8所示，将LED芯片9置入折射槽5，LED芯片9发出的光一部分经折射槽5的槽底6的折射汇聚成平行光线垂直导向准直透镜4的出光面，然后再从薄板透镜1的出光面射出，如第一光路11所示；另一部分光经折射槽5的侧壁的折射后射入准直透镜4内部再经准直透镜4的侧面7的全反射作用后汇聚成平行光线垂直导向准直透镜4的出光面， 然后再从薄板透镜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经过由若干个长方形凹面微透镜2组成的薄板透镜1中分散射出，形成面积大小相等、分布均勻的矩形光斑，光斑效果如图9所示，从薄板透镜1射出的光线最终达到照射范围广、光线柔和以及光分布均勻的效果。 如图9所示，可以看到不同于现有技术中的圆形光斑，本发明中的是矩形光斑，在薄板透镜1的作用下，把原本集中的光源通过每个长方形凹面微透镜2分散射出形成矩形照射区域，若干个矩形照射区域进行了一定面积的重叠，这样既不影响灯的亮度，同时达到光线照射均勻和柔和不刺眼的效果；从图9中曲线图可知，经过本发明LED灯光学透镜形成的矩形光斑光线均勻，适用于对光照均勻度有要求的路灯等室外照明中。
权利要求
1.一种LED灯光学透镜，包括准直透镜G)，其特征在于，所述的准直透镜的侧面 (7)为全反射面；所述的准直透镜(4)的出光面设有薄板透镜(1)，所述的薄板透镜(1)的出光面由若干个长方形凹面微透镜O)的凹面组成；所述的准直透镜(4)在与准直透镜 (4)的出光面相对的一端面设有折射槽(5)。
2.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的准直透镜(4)呈圆台形或近似圆台形，且所述的准直透镜的出光面的面积大于与准直透镜的出光面相对的一端面的面积。
3.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的准直透镜的侧面 (7)为光滑曲面。
4.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的准直透镜(4)的出光面为光滑平面；所述的薄板透镜(1)的入光面为光滑平面。
5.根据权利要求1或4所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的准直透镜(4)的出光面与所述的薄板透镜(1)的入光面紧密贴合；或者，所述的准直透镜的出光面作为所述的薄板透镜(1)的入光面。
6.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的折射槽( 为圆筒状。
7.根据权利要求1或6所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的折射槽( 的槽底 (6)为背向所述的准直透镜的出光面凸起的凸面。
8.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的薄板透镜(1)的出光面由若干个相同大小的长方形凹面微透镜O)的凹面紧密排列形成的平面阵列组成。
9.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的薄板透镜(1)为一块， 所述的准直透镜(4)为多个。
10.根据权利要求1所述的LED灯光学透镜，其特征在于，所述的薄板透镜(1)为圆形或者多边形。
全文摘要
本发明公开了一种LED灯光学透镜，包括准直透镜，所述的准直透镜的侧面为全反射面，所述的准直透镜的出光面设有薄板透镜，所述的薄板透镜由若干个长方形凹面微透镜的凹面组成，所述的准直透镜在与准直透镜的出光面相对的一端面设有折射槽。通过准直透镜和薄板透镜的组合，使得经过该LED灯光学透镜的光线达到柔和不眩光、分布均匀以及光源照射范围增大的效果。
文档编号F21V5/04GK102313244SQ20111026734
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者刘涛, 吴秋萍, 宋伟杰, 张贤鹏, 林洁, 王振卫 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所湖州新能源产业创新中心