CN101598293B - 一种用于led发光装置的二次透镜及二次透镜矩阵模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于LED发光装置的二次透镜及二次透镜矩阵模组，二次透镜包括基体，基体具有入射面和出射面，入射面主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个斜面的过渡圆弧面组成，出射面为非球面，优点在于通过改变入射面及出射面的结构，即将入射面设计成主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个斜面的过渡圆弧面组成，而将出射面设计成非球面，这样当将该二次透镜应用于外部LED发光装置时，当LED发光装置中的发光体发出光束时，光束入射到入射面的两个斜面及过渡圆弧面上时被折射，被斜面折射后的光束再入射到出射面上，经出射面再次折射后投影到路面上形成一个需要的矩形光斑，且照明度比较均匀，有效解决了现有技术存在的斑马效应。

Description

一种用于LED发光装置的二次透镜及二次透镜矩阵模组
技术领域
本发明涉及一种透镜装置，尤其是涉及一种用于LED(Light Emitting Diode，发光二极管)发光装置的二次透镜及二次透镜矩阵模组。
背景技术
近年来，在显示和照明光学设备中，由于发光二极管具有效率高、使用寿命长等特点，因此对发光二极管的需求大大增加。为了提高发光二极管的出光效率和使用方便，一般需要采用球透镜对发光二极管芯片进行一次封装，但对于特定的应用场合，如将一次封装后的发光二极管(称之为发光二极管灯泡)用于道路、隧道照明等，在这种应用场合通常要求光线集中照射，以便形成需要的光斑。目前，为使一次封装后形成的发光二极管灯泡应用于道路、隧道照明时能够较好的集中照射，通常采用反光器技术，而使用反光器技术会导致路面的照明度均匀度较低、中间偏亮、辐射的范围较广，且存在较严重的光污染和斑马效应，斑马效应的严重将直接影响车辆驾驶人员，车辆驾驶人员行车驾驶时间久了眼睛会出现疲劳现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对路面的照明度均匀度较高，且能够有效解决斑马效应的用于LED发光装置的二次透镜及二次透镜矩阵模组。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于LED发光装置的二次透镜，包括基体，所述的基体具有入射面和出射面，所述的入射面在横向截面上主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个所述的斜面的过渡圆弧面组成，所述的入射面的纵向截面为矩形面，所述的过渡圆弧面的半径大于发光装置的发光体的一次透镜的半径，所述的出射面为非球面，所述的出射面的纵向截面为球面，所述的出射面的顶面为外凸曲面，所述的出射面的四个侧面均为平面，所述的外凸曲面与所述的平面圆弧过渡连接，所述的外凸曲面与四个所述的平面共同构成所述的出射面。
所述的斜面的斜度为110°～130°
所述的斜面的斜度为120°。
一种用于LED发光装置的二次透镜矩阵模组，主要由多个二次透镜组成，所述的二次透镜包括基体，所述的基体具有入射面和出射面，所述的入射面在横向截面上主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个所述的斜面的过渡圆弧面组成，所述的入射面的纵向截面为矩形面，所述的过渡圆弧面的半径大于发光装置的发光体的一次透镜的半径，所述的出射面为非球面，所述的出射面的纵向截面为球面，所述的出射面的顶面为外凸曲面，所述的出射面的四个侧面均为平面，所述的外凸曲面与所述的平面圆弧过渡连接，所述的外凸曲面与四个所述的平面共同构成所述的出射面。
多个所述的二次透镜通过注塑工艺加工成一体，相邻两个所述的二次透镜之间的间距由外部相邻的两个LED发光装置中的发光体的光轴间距确定。
所述的斜面的斜度为110°～130°。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过改变二次透镜的基体的入射面及出射面的结构，即将入射面设计成主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个斜面的过渡圆弧面组成，而将出射面设计成非球面，这样当将该二次透镜应用于外部LED发光装置时，当LED发光装置中的发光体发出光束时，光束入射到入射面的两个斜面及过渡圆弧面上时被折射，被斜面折射后的光束再入射到出射面上，经出射面再次折射后投影到路面上形成一个需要的矩形光斑，且照明度比较均匀，有效解决了现有技术存在的斑马效应，从而为车辆驾驶人员的驾驶提供了有效的安全保障。通过将出射面的四个侧面设计成平面，可有效避免投影形成的矩形光斑的边缘出现过多的杂光。通过将斜面的斜度设计为110°～130°，可有效保证LED发光装置的发光体发出的光均入射到入射面上。可将任意多个本发明的二次透镜通过现有的注塑工艺加工成一个整体作为二次透镜矩阵模组使用。此外，本发明适用范围广，特别适用于道路、隧道的照明装置。
附图说明
图1为本发明的二次透镜的立体结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为图2的A-A向剖视图；
图4为图2的B-B向剖视图；
图5为图1的俯视图；
图6为外部LED发光装置通过本发明的二次透镜的光路纵向折射光路线图；
图7为外部LED发光装置通过本发明的二次透镜的光路横向折射光路线图；
图8为本发明的二次透镜矩阵模组的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：一种用于LED发光装置的二次透镜，如图1至图5所示，包括基体1，基体1具有入射面2和出射面3，入射面2在横向截面上主要由两个相互对称的斜面21及用于连接两个斜面21的过渡圆弧面22组成，出射面3为非球面，出射面3的纵向截面为球面如图3所示，入射面2的纵向截面为矩形面如图3所示，将本发明的二次透镜应用于外部LED发光装置7时，可直接将二次透镜罩于LED发光装置7的发光体71即LED灯泡外，这样当发光体71发出光束时，光束入射到入射面2的两个斜面21及过渡圆弧面22上时被折射，被斜面折射后的光束再入射到出射面3上，经出射面3再次折射后投影到路面上形成一个需要的矩形光斑，且照明度比较均匀，有效解决了现有技术存在的斑马效应，从而为车辆驾驶人员的驾驶提供了有效的安全保障，但形成的矩形光斑的边缘可能会出现模糊的现象。在本实施例中过渡圆弧面22的半径应大于发光体71的一次透镜即发光体71的球透镜的半径，这样可使得发光体71的一次透镜的顶部与过渡圆弧面22凹凸相嵌配合。
在此具体实施例中，出射面3的顶面31为外凸曲面，出射面3的四个侧面32均为平面，外凸曲面与平面圆弧过渡连接，外凸曲面与四个平面共同构成出射面3。通过将出射面3的四个侧面32设计成平面，可有效避免投影形成的矩形光斑的边缘出现过多杂光。在此，可将斜面21的斜度设计为110°～130°，该斜度范围是通过大量实验取得的，当斜面21的斜度为120°时效果较好，斜面21的斜度的确定可有效保证LED发光装置7的发光体71发出的光均入射到入射面2上。
图6和图7分别给出了在使用本发明的二次透镜情况下LED发光装置7的发光体71发出的光的纵向折射光路线图和横向折射光路线图。本发明应用了光学折反射定律，
Figure GSB00000207673100031
其中，n为介质折射率；为某一光线入射到自由曲面上，自由曲面在该光线的入射点的法线方向；
Figure GSB00000207673100033
和
Figure GSB00000207673100034
分别为入射光线和出射光线。
实施例二：如图8所示，一种用于LED发光装置的二次透镜矩阵模组，该二次透镜矩阵模组主要由四个二次透镜8组成，二次透镜8为上述实施例一所述的二次透镜。该二次透镜矩阵模组是直接通过现有的注塑工艺将四个二次透镜8加工成一体形成的，一个二次透镜8对应于外部一个LED发光装置7的发光体71，相邻两个二次透镜8之间的间距由外部相邻的两个LED发光装置7中的发光体71的光轴间距位置确定。
本发明的二次透镜矩阵模组中的二次透镜8的个数不局限于本实施例给出的个数，可由任意多个实施例一所述的二次透镜组成任意的二次透镜矩阵模组，以适应不同的照明设备的需求。

Claims (6)

1.一种用于LED发光装置的二次透镜，包括基体，所述的基体具有入射面和出射面，其特征在于所述的入射面在横向截面上主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个所述的斜面的过渡圆弧面组成，所述的入射面的纵向截面为矩形面，所述的过渡圆弧面的半径大于发光装置的发光体的一次透镜的半径，所述的出射面为非球面，所述的出射面的纵向截面为球面，所述的出射面的顶面为外凸曲面，所述的出射面的四个侧面均为平面，所述的外凸曲面与所述的平面圆弧过渡连接，所述的外凸曲面与四个所述的平面共同构成所述的出射面。
2.根据权利要求1所述的一种用于LED发光装置的二次透镜，其特征在于所述的斜面的斜度为110°～130°。
3.根据权利要求2所述的一种用于LED发光装置的二次透镜，其特征在于所述的斜面的斜度为120°。
4.一种用于LED发光装置的二次透镜矩阵模组，其特征在于主要由多个二次透镜组成，所述的二次透镜包括基体，所述的基体具有入射面和出射面，所述的入射面在横向截面上主要由两个相互对称的斜面及用于连接两个所述的斜面的过渡圆弧面组成，所述的入射面的纵向截面为矩形面，所述的过渡圆弧面的半径大于发光装置的发光体的一次透镜的半径，所述的出射面为非球面，所述的出射面的纵向截面为球面，所述的出射面的顶面为外凸曲面，所述的出射面的四个侧面均为平面，所述的外凸曲面与所述的平面圆弧过渡连接，所述的外凸曲面与四个所述的平面共同构成所述的出射面。
5.根据权利要求4所述的一种用于LED发光装置的二次透镜矩阵模组，其特征在于多个所述的二次透镜通过注塑工艺加工成一体，相邻两个所述的二次透镜之间的间距由外部相邻的两个LED发光装置中的发光体的光轴间距确定。
6.根据权利要求4所述的一种用于LED发光装置的二次透镜矩阵模组，其特征在于所述的斜面的斜度为110°～130°。
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