CN103062706A - 一种均匀面发光的led透镜模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均匀面发光的LED透镜模块，包括：LED光源(20)以及配置在LED光源(20)上方的透镜(40)，其中透镜(40)具有第一入射面(101)、第二入射面(102)、第一反射面(103)、第二反射面(104)、出光面(105)以及导光面(106)，LED光源(20)发出的光线，一部分经由所述第一入射面(101)到达第二反射面(104)，另一部分经由所述第二入射面(102)和第一反射面(103)后到达第二反射面(104)；上述光线在到达第二反射面(104)后，再通过导光面(106)反射到出光面(105)进行出射，本方案具有结构简单、出光效率高、可实现均匀面发光的特点。

Description

一种均匀面发光的LED透镜模块

技术领域

本发明涉及半导体照明技术领域，且更具体来说，涉及一种均匀面发光的LED透镜模块。

背景技术

随着LED技术越来越多的普及应用，LED灯具特别是LED灯具日益被大家接受和认可。随着生活水平的提高，人们对灯具和照明的需求不单单停留在简单的照明环境上，照明的舒适度和灯具自己的外形和质感也成了消费者追求的目标。在满足照明需求的基础上，灯具的表面亮度和对眩光的控制越发成了人们关注的焦点，整体而言，目前市场上平板灯较厚，效率不高，存在出光均匀性不好等问题。

因此，如何提供一种结构简单、出光效率高、均匀面发光的一种均匀面发光的LED透镜模块，则成为照明技术发展的亟待解决的一个较为突出的问题。针对现有技术中存在的问题，本方案提出一种均匀面发光的LED透镜模块是照明技术领域目前急待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、出光效率高、均匀面发光的一种均匀面发光的LED透镜模块。本发明实施例之透镜顶端有一个V形面，V形面可以是抛物面，也可以是几段平面的组合面，或者自由曲面；经过V形面反射后的光，打到类似于导光面结构的底面上，具有结构简单、出光效率高、可实现均匀面发光的特点。

本发明实施例提供了一种均匀面发光的LED透镜模块，所述包括：

一种均匀面发光的LED透镜模块，包括：LED光源(20)以及配置在LED光源(20)上方的透镜(40)，其中透镜(40)具有第一入射面(101)、第二入射面(102)、第一反射面(103)、第二反射面(104)、出光面(105)以及导光面(106)，LED光源(20)发出的光线，一部分经由所述第一入射面(101)到达第二反射面(104)，另一部分经由所述第二入射面(102)和第一反射面(103)后到达第二反射面(104)；上述光线在到达第二反射面(104)后，再通过导光面(106)反射到出光面(105)进行出射。

根据本发明实施例，所述第二反射面(104)为一外形结构为V形的反射面板，并且所述第二反射面(104)的构成形式包括但不限于抛物线或者直线作为母线的旋转面。

根据本发明实施例，所述导光面(106)底面有V形槽或者网点等微细结构，通过对V形槽或者网点的形状(包括但不限于高度、直径、顶角等参数)、排布间距等参数的调整，使光可以均匀出射。

根据本发明实施例，所述导光面(106)底面上的V形槽是通过金刚石、高速CNC铣床在模具上加工出来形状，然后再注塑成型的。

根据本发明实施例，所述导光面(106)底面上的网点可通过激光、蚀刻的方法或者金刚石、高速CNC铣床石加工的方法在模具上进行加工，然后注塑成型。

根据本发明实施例，所述导光面(106)底面上的V形槽高度从近端到远端，逐渐增加，V形槽的槽间距从近端到远端逐渐减小。

根据本发明实施例，所述第二反射面(104)的轮廓计算方法如下：

第一步：计算入射角对应的导光面(106)上的位置坐标，得到反射角大小；第二步：已知入射角

和反射角β，计算第二反射面(104)上对应点的切线斜率tgθ；

第三步：设置导光面(106)的长度为S，将入射角分成n段，通过第n点的位置坐标及切线斜率，得到第n+1点的位置坐标。

第四步：连接各点，得到第二反射面(104)的外形轮廓。

一种灯具，包含上述任一项的透镜模块。

根据以下参考附图对本发明的描述，本发明的其他目标和效用将变得显而易见，并且读者可全面了解本发明。

附图说明

图1是本发明一种均匀面发光的LED透镜模块的结构示意图；

图2是本发明实施例光线图示意图；

图3是本发明实施例之透镜第二反射面(104)轮廓计算方法示意图；

图4-5是本发明实施例示意图。

在上述附图中，相同附图标记指示相同、相似或相应的元件或功能。

具体实施方式

下文将参照图式通过实施例来详细描述本发明的具体实施例。

图1是本发明所述一种均匀面发光的LED透镜模块的结构示意图。

如图1所示，作为本发明一种实施方式的一种均匀面发光的LED透镜模块，包括LED光源(20)以及配置在LED光源(20)上方的透镜(40)，其中透镜(40)具有第一入射面(101)、第二入射面(102)、第一反射面(103)、第二反射面(104)、出光面(105)以及导光面(106)，在本方案中所述透镜(40)是一体成型的。

因此，在本发明实施例中，如图2所示，LED光源(20)发出的光线，一部分(光线1)经由所述第一入射面(101)到达第二反射面(104)，另一部分(光线2)经由所述第二入射面(102)和第一反射面(103)后到达第二反射面(104)；上述光线1和光线2在到达第二反射面(104)后，再通过导光面(106)反射到出光面(105)进行出射。

具体而言，在本发明实施例中，从LED光源(20)发出的光线，经过由第一入射面(101)、第二入射面(102)和第一反射面(103)组成的类似TIR透镜的结构，形成平行光出射，平行光的出射方向和LED光源(20)光轴方向保持一致。这种由第一入射面(101)、第二入射面(102)和第一反射面(103)组成的类似TIR透镜的结构，其光学原理在于：将入射光分成两部分控制，一部分小角度的光通过第一入射面(101)后准直，另一部分入光角度比较大的光就经由所述第二入射面(102)投射到第一反射面(103)上发生全反射，其反射光也是沿着LED的光轴方向出射的平行光。

进一步的，在本方案中，LED光源(20)发出的光线经由所述第一入射面(101)到达第二反射面(104)进行反射，而另一部分将经由所述第二入射面(102)和第一反射面(103)后也到达第二反射面(104)进行反射。在本发明实施例中，第二反射面(104)为一外形结构为V形的反射面板，并且该第二反射面(104)的构成形式包括但不限于抛物线或者直线作为母线的旋转面。即，位于本发明实施例之LED透镜顶端有一个V形面的反射面板，V形面可以是抛物面，也可以是几段平面的组合面，或者是自由曲面。

并且，在本发明实施例中，LED光源(20)发出的光线经由所述第一入射面(101)到达第二反射面(104)进行反射，而另一部分将经由所述第二入射面(102)和第一反射面(103)后也到达第二反射面(104)进行反射后，将投射到位于所述第二反射面(104)下方的导光面(106)上。导光面(106)上分布着密度、形状不同的微细结构，上述的微细结构形状包括但不限于V形槽或者dot(网点)形式。V形槽和dot(网点)形式的高度或者V形槽间的间距可以进行调节。导光面(106)底面上的V形槽高度从近端到远端，逐渐增加；V形槽的槽间距从近端到远端逐渐减小。此外，V形槽的高度调整和间距调整可以结合使用，也可以单独调整高度或间距。因此，在本方案中，通过第二反射面(104)V形反射面板可以使光能量均匀的分布在布满dot(网点)形状的导光面(106)上，而导光面(106)上均匀分布着dot(网点)形状或者金子塔形状，可以形成一种扩散反射的效果，类似于放上了一张扩散反射片，因为光已经将能量均匀的分布在导光面(106)上，因此，只要投射到导光面(106)上的光能够出射，就可以得到均匀的发光面。

即，经过第二反射面(104)V形面反射面板反射后的光，投射到到类似于导光面(106)结构的底面上，并且在导光面(106)底面有V形槽(31)或者dot(网点)(32)等微细结构，如图4和图5所示；并且通过对V形槽或者dot(网点)的形状(包括但不限用于高度、直径、顶角等参数)、排布间距等参数的调整，使光可以均匀出射。此外，为避免打到导光面(106)底面V形槽或者dot(网点)等微细结构上的光，直接透射出去，将在导光面(106)上放置一个内表面是扩散反射属性的housing，使透射光又重新进入到导光面(106)内进行光线传播，从而提高了出光的效率。

因此，本发明之一种均匀面发光的LED透镜的结构可应用于包括LED模块在内的照明灯具及照明系统，可以实现出光面均匀而且出光面较大的环形面光源，面光源为朗伯配光特性，可以做成壁灯或者餐吊灯等多种形式的照明灯具及照明系统。

导光面(106)底面上的V形槽是通过金刚石、高速CNC铣床在模具上加工出来形状，然后再注塑成型的。而，导光面(106)底面上的Dot(网点)则是通过激光、蚀刻的方法或者金刚石、高速CNC铣床石加工的方法在模具上进行加工，然后注塑成型。

此外，需要说明的是，第二反射面(104)的轮廓计算方法如下所示：

第一步：计算入射角对应的导光面(106)上的位置坐标，得到反射角大小；

第二步：已知入射角和反射角β，计算第二反射面(104)上对应点的切线斜率tgθ；

第三步：设置导光面(106)的长度为S，将入射角分成n段，通过第n点的位置坐标及切线斜率，得到第n+1点的位置坐标；

第四步：连接各点，得到第二反射面(104)的外形轮廓。

如图3所示，因为第二反射面(104)是拉伸面，所以采用取截面形状来进行描述。

设置导光面(106)的长度为S，将入射角分成n段，即入射角集合

对于光源非朗伯发光形式，可以采用类似的能量划分方式，以确定入射角与出射角之间的关系： ${\∫}_0^{{\∂}_n}{I}_0\cos \∂\sin \∂d\∂=\mathrm{ES}$ 式(1)

对入射角αi，利用能量守恒公式 ${\∫}_0^{{\∂}_1}{I}_0\cos \∂\sin \∂d\∂={\mathrm{ES}}_i$ 式(2)

联立式(1)、式(2)，得到

式(3)，可以求出入射角对应的导光面(106)上的位置坐标。

下一步，进行计算第二反射面(104)上入射光和反射光的关系，点Ai是第i根入射光线打到第二反射面(104)的交点，过点Ai的做切线，切线与x轴的夹角θi，从式(3)可以得到反射光线与导光板的交点Ri的位置坐标，反射光线AiRi与水平方向x轴的夹角βi，可以求出：

θ_i＝45-β_i/2            式(4)

已知点Ai的坐标(xi，yi)，以及切线和x轴的夹角θi，求第i+1根入射光线打到反射面板的交点Ai+1的坐标(xi+1，yi+1)，

y_i+1＝y_i+tgθ_i(x_i+1-x_i)    式(5)

因为通过本发明实施例之透镜的第一入射面(101)后的光是平行光，所以xi+1的位置已知，因此通过式(5)求出yi+1，依次计算，求出第二反射面(104)上的点坐标。

上述实施例只是例示性的，并且不希望它们限制本发明的技术方法。虽然已参照优选实施例详细描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，可在不偏离本发明技术方法的精神和范畴的情况下修改或等同替换本发明的技术方法，这些修改和等同替换也属于本发明权利要求书的保护范畴。

Claims (8)

1.一种均匀面发光的LED透镜模块，包括：LED光源(20)以及配置在LED光源(20)上方的透镜(40)，其中透镜(40)具有第一入射面(101)、第二入射面(102)、第一反射面(103)、第二反射面(104)、出光面(105)以及导光面(106)，LED光源(20)发出的光线，一部分经由所述第一入射面(101)到达第二反射面(104)，另一部分经由所述第二入射面(102)和第一反射面(103)后到达第二反射面(104)；上述光线在到达第二反射面(104)后，再通过导光面(106)反射到出光面(105)进行出射。

2.如权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述第二反射面(104)为一外形结构为V形的反射面板，并且所述第二反射面(104)的构成形式包括但不限于抛物线或者直线作为母线的旋转面。

3.如权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述导光面(106)底面有V形槽或者网点等微细结构，通过对V形槽或者网点的形状(包括但不限于高度、直径、顶角等参数)、排布间距等参数的调整，使光可以均匀出射。

4.如权利要求3所述的透镜模块，其特征在于，所述导光面(106)底面上的V形槽是通过金刚石、高速CNC铣床在模具上加工出来形状，然后再注塑成型的。

5.如权利要求3所述的透镜模块，其特征在于，所述导光面(106)底面上的网点可通过激光、蚀刻的方法或者金刚石、高速CNC铣床石加工的方法在模具上进行加工，然后注塑成型。

6.如权利要求3所述的透镜模块，其特征在于，所述导光面(106)底面上的V形槽高度从近端到远端，逐渐增加，V形槽的槽间距从近端到远端逐渐减小。

7.如权利要求1所述的透镜模块，其特征在于，所述第二反射面(104)的轮廓计算方法如下：

第一步：计算入射角对应的导光面(106)上的位置坐标，得到反射角大小；

第二步：已知入射角

和反射角β，计算第二反射面(104)上对应点的切线斜率tgθ；

第三步：设置导光面(106)的长度为S，将入射角分成n段，通过第n点的位置坐标及切线斜率，得到第n+1点的位置坐标。

第四步：连接各点，得到第二反射面(104)的外形轮廓。

8.一种灯具，其特征在于，包含如权利要求1-7任一项所述的透镜模块。

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