CN101639198A - 一种发光二极管透镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管透镜，形状为被一个平面截取的部分球体，所述部分球体中有一个具有圆形穹顶的空腔，截面的形状是由两个不同心的圆组成的圆环；所述圆形穹顶的空腔的中心与球体的中心不重合，所述透镜一侧的厚度比另一侧薄。本发明公开的一种发光二极管透镜，由于采用了特定的透镜形状，可以获得特定的光强分布，同时光源转换率更高，整体上提高了发光二极管的发光亮度均匀性和色彩均匀性，减少了光源眩光。

Description

一种发光二极管透镜

技术领域

本发明涉及一种发光二极管透镜。

背景技术

大功率发光二极管是一种定向发光的点光源，需要使用光学透镜来定向改变光强分布曲线，光学透镜的设计会影响发光二极管的光源转换率，好的光学透镜的设计不仅能调整发光二极管的发光亮度均匀性和色彩均匀性，还能最大限度提高光源转换率，并且减少光源眩光。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光二极管透镜，使用光学透镜来定向改变光强分布，改善发光二极管的发光亮度均匀性和色彩均匀性，最大限度提高光源转换率，减少光源眩光。

本发明公开的一种发光二极管透镜，形状为被一个平面截取的部分球体，所述部分球体中有一个具有圆形穹顶的空腔，截面的形状是由两个不同心的圆组成的圆环；所述圆形穹顶的空腔的中心与球体的中心不重合，所述透镜一侧的厚度比另一侧薄。

本发明公开的发光二极管透镜，还具有如下从属技术特征：

所述截面中的两个不同心的圆是不规则的，所述部分球体的外表面也是不规则的。

所述透镜在所述圆形穹顶的空腔的顶端对应的部分球体的表面，向下凹陷使得透镜的厚度变薄。

以所述透镜出光面指向光源中心和入光面交点之间的最短距离h为透镜基本厚度，所述透镜出光面指向光源中心并且和入光面交点之间的最大距离H为透镜参考厚度；所述透镜基本厚度h和透镜参考厚度H的比例关系为：7.5h≥H≥h。

设光源中轴线上透镜曲面点切线和光源轴线的最小夹角b为透镜中心切线夹角，则透镜中心切线夹角的角度为：90°≥b≥48°

设透镜出光曲面边缘的任意一点指向光源中心的连接线和光源中轴线的夹角a为透镜曲面夹角，则透镜曲率面夹角的角度为：a≤45°。

所述透镜的入光面和透镜的出光面为镜面；或者所述透镜的入光面为非镜面，出光面为镜面。

本发明公开的一种发光二极管透镜，由于采用了特定的透镜形状，可以获得特定的光强分布，同时光源转换率更高，整体上提高了发光二极管的发光亮度均匀性和色彩均匀性，减少了光源眩光。

附图说明

图1为本发明的不对称型全透镜的一个实施例的立体结构图和剖面图。

图2为如图1所示的全透镜的光强分布图。

图3为本发明的不对称型全透镜的另一个实施例的立体结构图和剖面图。

图4为如图3所示的全透镜的光强分布图。

图5为透镜基本厚度示意图。

图6为透镜参考厚度示意图。

图7是透镜曲率面夹角和透镜中心切线夹角示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明的不对称型全透镜的实施例的立体结构图和剖面图，透镜的形状为一个球体被一个平面截取的部分，再在截取的部分球体中挖出一个具有圆形穹顶的空腔，成为一个中空的部分球体。这个穹顶空腔的中心与球体的中心不重合，从而使得透镜的一侧的厚度比另一侧薄；中空的部分球体的截面形状是由两个不同心的圆组成的圆环，这两个不同心的圆可以是不规则的，中空的部分球体的外表面也可以是不规则的。这个截面就是透镜的透镜区与非透镜区的分界面。发光二极管位于这个截面之上、透镜之下、为透镜所覆盖。

如图2所示为本发明的不对称型全透镜的一个实施例的光强分布图，可见在相互垂直同时又垂直于截面上其光强分布图也是不对称的，在透镜比较厚的一边对应的光强更强，面积分布更广。在透镜比较薄的另外三边对应的光强比较弱，分布面积比较小。调整透镜的厚度和分布参数调整光强分布图形状，从而获得所需要的光强发布。

如图3所示为本发明的不对称型全透镜的另一个实施例的立体结构图和剖面图，这个透镜的形状与如图1所示的透镜的不同之处在于，在所述穹顶空腔的顶端对应的部分中空球体的表面，向下凹陷使得透镜的厚度变薄，并且凹陷部位的一侧的透镜厚度比另一侧薄。

如图4所示为如图3所示的透镜的光强分布图，在相互垂直同时又垂直于截面的面上其光强分布图也是不对称的，在透镜比较厚的一边对应的光强更强，面积分布更广。在透镜比较薄的另外三边对应的光强比较弱，分布面积比较小。同样可根据实际需要调整光强分布图形状。

在本发明的透镜中，中空的部分球体的内表面为透镜的入光面，外表面为透镜的出光面。

发光二极管位于透镜区与非透镜区的分界面之上、透镜之下、为透镜所覆盖，这就是光源的物理发光区。发光二极管的光源物理发光区域的最大截面的中心点称为光源中心点，从出光面垂直指向透镜区与非透镜区的分界面并和光源中心点连接的直线称为光源中轴线。

光学透镜一般以光学级PMMA/PC材料，以注塑或挤出的方式制成，本发明的透镜入光面和光源物理出光面均匀紧密接近，并且入光面根据需要可生成光滑镜面、磨砂面、点面或齿形面。透镜上光线从透镜出来的物理表面为出光面，图1和图3所示的透镜在不规则的部分球体上由相同曲率或不同曲率组合生成的出光面，根据需要也可生成光滑镜面，磨砂面，点面或齿形面。从光源中心发出的光在垂直于厚度的平面上直接进入透镜，再折射到空气中。光学透镜的所有光线都以折射出光为基本要求，同时满足光强有效分布，使光源系统转换率最大化，实现光源亮度和色彩均匀性要求。

当透镜的入光面为镜面时从光源中心点发出的入射光直接进入透镜内；当透镜的入光面为非镜面时入射光会在入光面部分发生无效反射。本发明中光源LED的发光区为半球形，实际应用中，光源LED的发光区还可以是平圆或凹圆发光光源，本发明的技术方案完全可以应用于这两种光源。

当出光面为镜面时，射出透镜的光不改变方向进入空气中；当出光面为非镜面时，射出透镜的光会改变为不同的方向进入空气中。

在本发明中透镜入光面和光源物理出光面均匀紧密接近，尽可能减少光通量在空气介质中的距离传导损失，光滑镜面要求是在不改变原光源光线的路径直接进入透镜中，实际应用中，可以根据设计需要，适当进行雾化处理，雾化处理提前改变了光线路径，但会有一定的光通量损失。

透镜出光面指向光源中心和入光面相交之间的最短距离h为透镜基本厚度，其位置在光源中心线上或出光面边缘线上，如图5所示。

透镜出光面指向光源中心和和入光面相交之间的最大距离H为透镜参考厚度，其位置在光源中心线以外区域，如图6所示。透镜参考设计数据，透镜参考厚度和基本厚度有一定的配比关系，曲面角度和中心切线角度设定一定的范围，目的是使所有光线均以一次折射出光；折射出去的光强分布角度控制是有效方向的，否则容易出现无效分布，无法利用造成系统光通量损失。

透镜出光曲面边缘的任意一点指向光源中心的连接线和光源中轴线的夹角a为透镜曲面夹角。如图7所示。

光源中轴线上透镜曲面点切线和光源轴线的最小夹角b为透镜中心切线夹角。如图7所示。

在本发明的一个实施例中，二次透镜的基本厚度h和透镜参考厚度H的比例关系如下：

7.5h≥H≥h

透镜曲率面夹角：a≤45°

透镜中心切线夹角：90°≥b≥48°

本发明的透镜出光面是由相同曲面或不同曲面组合而成，且不同曲面数n≥2；由于透镜设计本身已经改变了进入透镜面的光线路径，所以要求透镜出光面为光滑镜面，因为在达到设计光强分布的要求的情况下，镜面处理最好，有时很难达到分布要求或为进一步降低眩光影响，也可以进行全部或局部雾化处理。

雾化处理是改变透镜光线路径，光通量损失相对较小。

本发明公开的发光二极管二次透镜，光源转换率可达92％以上，产品亮度均匀性和色彩均匀性可达80％以上，可以最低限度的降低光源的使用数量，从而最大限度的节省功耗。产品阵列规格设计灵活，产品实现容易。

本方案设计上进行了光强均匀性调整，降低了眩光影响，因此不需要额外辅助结构材料处理相关影响，透镜本身既可以发挥透镜功能，又可以兼外观防护件作用；同时因高效率转换，相应的散热成本也跟随降低，产品结构成本最低。

Claims (7)

1.一种发光二极管透镜，其特征在于，所述透镜的形状为被一个平面截取的部分球体，所述部分球体中有一个具有圆形穹顶的空腔，截面的形状是由两个不同心的圆组成的圆环；所述圆形穹顶的空腔的中心与球体的中心不重合，所述透镜一侧的厚度比另一侧薄。

2.如权1所述的发光二极管透镜，其特征在于，所述截面中的两个不同心的圆是不规则的，所述部分球体的外表面也是不规则的。

3.如权1所述的发光二极管透镜，其特征在于，所述透镜在所述圆形穹顶的空腔的顶端对应的部分球体的表面，向下凹陷使得透镜的厚度变薄。

4.如权1、2或者3所述的发光二极管透镜，其特征在于，以所述透镜出光面指向光源中心和入光面交点之间的最短距离h为透镜基本厚度，所述透镜出光面指向光源中心并且和入光面交点之间的最大距离H为透镜参考厚度；所述透镜基本厚度h和透镜参考厚度H的比例关系为：7.5h≥H≥h。

5.如权1、2或者3所述的发光二极管透镜，其特征在于，设光源中轴线上透镜曲面点切线和光源轴线的最小夹角b为透镜中心切线夹角，则透镜中心切线夹角的角度为：90°≥b≥48°。

6.如权1、2或者3所述的发光二极管透镜，其特征在于，设透镜出光曲面边缘的任意一点指向光源中心的连接线和光源中轴线的夹角a为透镜曲面夹角，则透镜曲率面夹角的角度为：a≤45°。

7.如权1、2或者3所述的发光二极管透镜，其特征在于，所述透镜的入光面和透镜的出光面为镜面；或者所述透镜的入光面为非镜面，出光面为镜面。

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