CN101943368B - Led聚光透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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。本发明提供一种能形成均匀圆形光斑、光束发散角小、高聚光、光效高的LED聚光透镜。

Description

LED聚光透镜

技术领域

本发明属于照明技术领域，涉及一种透镜，尤其涉及一种LED聚光透镜。

背景技术

随着LED封装技术的提高，LED芯片上涂覆荧光粉的方法也多种多样，传统方法中主要是用荧光粉将芯片完全遮盖，从外观上看不到里面正方形的芯片。目前新的荧光粉涂敷方式仅将荧光粉薄薄的、均匀的涂在芯片表面，这样封装的LED可从外部看到内部的正方形芯片。上述两种LED都得到了广泛的应用，但从光效上比较，后者新的荧光粉涂敷方式的光效高于前者，应用量居多。但目前市场上与上述两种LED匹配的聚光透镜是相同的，该透镜在靠近LED芯片的中心位置设有平凸的透镜部分，透镜外侧壁为全反射面，对于后一种LED，LED发出的光分为两部分经透镜出射，其中在LED中轴线约+/-30度之间的光是通过平凸的透镜部分折射后汇聚的，其余LED两侧的光是先折射入透镜后在透镜外侧壁发生全反射后再汇聚出射。这种透镜对LED光源有很好的汇聚效果，经透镜配光后中心光强高，光束发散角小。并且这种透镜对前一种LED，即芯片不可见的LED配光后光斑是圆的，且光斑均匀柔和，但对后一种LED，即芯片可见的LED配光后光斑效果就较差，光斑不均匀，在光斑中出现了芯片的像，这是因为芯片通过透镜中的平凸透镜部分成像引起的，由于人们已习惯于接受光斑为圆型的光线均匀的手电，而且圆型光斑给人眼的视觉感受是舒适的，而方形光斑会给人眼造成视觉疲劳，给工作上带来危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中LED形成的非圆形光斑、光斑不均匀的缺陷，提供一种能形成圆形光斑，且光斑均匀的LED聚光透镜。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种光束发散角小、高聚光、光效高的LED聚光透镜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：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。

所述第一折射槽与第二折射槽的底面为相互平行的平面。

所述第一折射槽与第二折射槽关于透镜中轴线对称。

第二折射槽的直径大于第一折射槽的直径。

第一折射槽的直径与LED芯片正前方设置的封装透镜的直径配合，第二折射槽的直径根据光源射到第一折射槽底部边缘的光线经折射后，折射光线恰好经过第二折射槽的底部边缘来确定。

圆台形透镜由折射率为1.4～1.7的光学材料制成。

圆台形透镜的外侧壁是由近似抛物线的曲线围绕透镜中轴线旋转形成的曲面，所述圆台形透镜外侧壁的曲率为2.8～3.2。

所述圆台形透镜由PMMA或PC材料制成。

所述圆台形透镜前端外侧设有一圈外沿，所述外沿为非透光外沿。

所述外沿是经磨砂处理的非透光外沿。

本发明采用圆台形透镜，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，LED封装芯片装配在第一折射槽中心轴线上，芯片所发的光均匀发射到第一折射槽的壁面每一部分，光经圆柱形的第一折射槽的弧形侧壁和底面均匀折射，其中经第一折射槽底面折射的光再经第二折射槽底面折射出光，经第一折射槽侧壁折射的光再经透镜外侧壁的全反射面的全反射后出光，由于第一折射槽、第二折射槽为圆柱形，底面无曲率，消除了芯片在光斑中的成像，因此形成均匀的圆形光斑。

第一折射槽与第二折射槽的底面为相互平行的无曲率平面，并且第一折射槽与第二折射槽关于透镜中轴线对称，透镜形成完全对称的结构，有利于形成圆形的、均匀的光斑。

本发明透镜由折射率为1.4～1.7的光学材料制成，并且透镜的外侧壁是由近似抛物线的曲线围绕透镜中轴线旋转形成的曲面，且圆台形透镜外侧壁的曲率为2.8～3.2，这里的折射率条件和曲率条件，是经过精确的光线计算，有利于获得高聚光的光照效果，并保证较小的光束发散角。折射率为1.4～1.7的光学材料可选择PMMA(折射率1.494)、PC(折射率1.591)两种。

圆台形透镜前端外侧设有一圈外沿，所述外沿为非透光外沿，该外沿的作用是便于透镜的固定安装，但为了保证不影响透镜的配光效果，将外沿做成非透光的外沿，外沿一般采用磨砂制成。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的立体图；

图2是本发明实施例的剖视图；

图3是本发明实施例的透镜全反射面母线图；

图4是本发明实施例的光路图；

图5是本发明实施例的照射效果图；

图6是本发明实施例的配光曲线图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种LED聚光透镜，所述透镜为圆台形透镜，由折射率为1.4～1.7的光学材料制成。具体选择的光学材料为PMMA或PC材料，PMMA材料的折射率为1.494，PC材料的折射率为1.591，圆台形透镜后端面开有圆柱形的第一折射槽1，透镜前端面开有圆柱形的第二折射槽2，透镜外侧壁3为全反射面，第一折射槽1和第二折射槽2的槽壁形成折射面。其中第一折射槽1的折射面分别为它的周围侧壁5和底面6，第二折射槽2的折射面为其底面7，第一折射槽1与第二折射槽2关于透镜中轴线对称。第一折射槽1的底面6与第二折射槽2的底面7为相互平行的平面。第二折射槽2的直径大于第一折射槽1的直径。其中第一折射槽1的直径与LED中芯片正前方的封装透镜大小配合，第二折射槽直径大小由透镜材料以及第一折射槽1与第二折射槽2之间的厚度确定，设计原则为光源射到第一折射槽1底部边缘的光线经折射后，折射光线恰好经过第二折射槽2的底部边缘，或者该折射光线稍微向外偏离该第二折射槽2的底部边缘而射至全反射面，见图4所示。

圆台形透镜前端外侧设有一圈外沿8，所述外沿8是经磨砂处理的非透光外沿。

圆台形透镜的外侧壁3是由近似抛物线的曲线围绕透镜中轴线旋转形成的曲面，圆台形透镜外侧壁的曲率为2.8～3.2。本实施例具体透镜外侧壁形状是如图3所示的全反射面，图中所标记的尺寸为透镜轴线方向不同位置的全反射点，即表现了母线的抽样点坐标，将这些交叉点顺次连接成线，并绕透镜中轴线旋转后获得全反射面，通过该图可以准确设计透镜的全反射面；这种结构的全反射面与透镜的折射率为1.4～1.7相配合，可以得到光束发散角较小、光效高的光。

图4是本发明实施例的光路图。图中，芯片所发的光均匀发射到第一折射槽的壁面每一部分，光在圆柱形的第一折射槽的弧形侧壁和底面发生折射，经第一折射槽底面折射的光再经第二折射槽底面折射出光，经第一折射槽侧壁折射的光再经透镜外侧壁的全反射面的全反射后出光。

图5是本发明实施例的照射效果图。图中可以看出，本发明透镜产生的光斑为圆形光斑，消除了芯片成像，并且光斑均匀度好，光束发散角较小。

图6是本发明实施例的配光曲线图。图中，本图是以线坐标形式表达的配光曲线，表达了透过透镜中轴线的任意截面上的光强度分布状态，其中横轴为角度参量(0度计为透镜中轴线方向)，纵坐标伟发光强度参量，单位为cd(坎德拉)，从图中可以看出经本发明透镜照射的光束发散角度变小，并以中心0度方向光为最强，随着角度的增加，光强逐渐递减。

Claims (8)

1.一种LED聚光透镜，其特征在于，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，所述第一折射槽与第二折射槽的底面为相互平行的平面；

所述圆台形透镜的外侧壁是由近似抛物线的曲线围绕透镜中轴线旋转形成的曲面，所述圆台形透镜外侧壁的曲率为2.8～3.2。

2.根据权利要求1所述的LED聚光透镜，其特征在于，所述第一折射槽与第二折射槽关于透镜中轴线对称。

3.根据权利要求2所述的LED聚光透镜，其特征在于，第二折射槽的直径大于第一折射槽的直径。

4.根据权利要求3所述的LED聚光透镜，其特征在于，第一折射槽的直径与LED芯片正前方设置的封装透镜的直径配合，第二折射槽的直径根据光源射到第一折射槽底部边缘的光线经折射后，折射光线恰好经过第二折射槽的底部边缘来确定。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的LED聚光透镜，其特征在于，圆台形透镜由折射率为1.4～1.7的光学材料制成。

6.根据权利要求5所述的LED聚光透镜，其特征在于，所述圆台形透镜由PMMA或PC材料制成。

7.根据权利要求1～4任意一项所述的LED聚光透镜，其特征在于，所述圆台形透镜前端外侧设有一圈外沿，所述外沿为非透光外沿。

8.根据权利要求7所述的LED聚光透镜，其特征在于，所述外沿是经磨砂处理的非透光外沿。

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