CN201335318Y - 一种成矩形光斑的led二次光学透镜 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种成矩形光斑的LED二次光学透镜。由入光面、定位面、基面组成，基面底部为平面或曲面，顶部为曲面，入光面位于基面顶部上方；入光面由四个或四个以上主要曲面两两相连组成，主要曲面的个数为偶数，每个主要曲面均呈扇形，相对的两个主要曲面结构相同，主要曲面为圆滑过渡的凹面或呈圆滑过渡的凸面中任一种，相邻主要曲面之间为凹面与凸面相间，定位面呈圆环结构，定位面位于入光面的外围，且定位面位于基面的上方。LED输出光经本二次光学透镜后，输出光斑将变为接近于矩形，且在此矩形光斑中各点的照度均匀性良好。本实用新型传输效率高，大部分光线均出射于此矩形范围内。适用于道路照明等定向照明的领域，具有很高光有效利用率。

Description

一种成矩形光斑的LED二次光学透镜
技术领域
本实用新型涉及一种成矩形光斑的发光二极管(LED)二次光学透镜。
背景技术
随着LED制造技术的不断进步，其光效不断攀升，截止目前大功率白光LED的光效已达到100lm/w，稳定的产品光效也有90lm/w以上。这一光效使得LED进入普通照明成为可能，特别是在道路照明等属于定向照明的领域已经逐步获得应用。但是，由于目前LED的价格比传统光源高的多，而光效也只与荧光灯、金卤灯等接近，比高压钠灯略低。因此，LED用于普通照明的推广必须以提高LED照明系统的整体光效为前提，而这依靠提高LED的灯具效率或者有效光利用率。本实用新型目的就是希望通过二次光学透镜的设计，获得道路照明等定向照明场合下高的有效光利用率。
LED用于定向照明等的优势如下：
(一)尽管LED目前的光效还仅90lm/W左右，但通过对LED发光机理的研究，可以推算出LED的潜在光效可达350lm/w以上。考虑到工艺上的局限，实际LED光效有望达到200lm/w，单从光源角度来看，LED有望成为未来光效最高的光源。
(二)与传统光源相比，LED体积小，在许多应用场合甚至可以将其当做点光源来处理，这就给灯具的光学设计带来很大的便利。同时，使用大尺寸传统光源灯具中出现的光源遮挡与吸收作用也不存在了。
(三)LED只向半空间发出光线，这意味着不加任何形式的反射器，光源发出的光线也能全部射向受照面方向。这样，可以通过合理的光学设计达到很高的灯具效率或者有效光利用率。
(四)LED的窄光谱特性使得LED在需要特殊光谱照明的场合具有很大的优势。在道路照明应用时，如采用中间视觉计算，LED将又有优势。
以上几点，使LED在未来的照明市场具有广阔的应用前景。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种成矩形光斑的发光二极管(LED)二次光学透镜。
本实用新型提出的成矩形光斑的LED二次光学透镜，由入光面、定位面5、基面6组成，基面6呈圆台结构，基面6的圆台底部为平面或曲面，圆台顶部为曲面，入光面位于基面6的圆台顶部上方，且与圆台顶部的结构相匹配；入光面由四个或四个以上的主要曲面两两相连组成，主要曲面的个数为偶数，每个主要曲面均呈扇形，相对的两个主要曲面结构相同，主要曲面为圆滑过渡的凹面或呈圆滑过渡的凸面中任一种，相邻的主要曲面之间为凹面与凸面相间，定位面5呈圆环结构，定位面5位于入光面的外围，且定位面5位于基面6的上方。
本实用新型中，所述基面6的侧面呈圆弧形，基面6的锥角为20到40度。
本实用新型中，所述定位面5与基面6之间为圆弧过渡。
本实用新型中，相邻的主要曲面之间的过渡为非连续的，或是连续的。
本实用新型主要针对大功率LED，产生近似矩形光斑的LED二次光学透镜。
本实用新型中，主要曲面起光线折射作用，其功能是将LED发出的光分布改变为在较远距离的平面上产生较均匀照度的矩形光斑的光分布。
定位面起二次光学透镜的安装与定位作用，也可以设计为起一定的反射光线与折射光线的作用。
本实用新型中，每个二次光学透镜对应一颗LED，形成一个配光单元。每个配光单元实现道路照明等应用要求的照度均匀性良好的矩形光斑。当需要的照度大于一个配光单元所需的照度时，可采用多个配光单元，所形成的光斑形状不变，照度是单个配光单元照度的简单相加。
本实用新型的主要特点有：
(一)每颗LED对应单独的一个该二次光学透镜，形成一个配光单元。该配光单元输出的光线在照射目标面形成一个照度均匀的矩形光斑。
(二)在实际的灯具中，可以采用多个这样的配光单元以增加灯具的输出总光通量。多个这样的配光单元不改变在照射面的照度分布，而照度是简单相加。
附图说明
图1为实施例1的二次光学透镜结构图。
图2为LED与二次光学透镜安装后的光线图。
图3为图2对应的未经过二次光学透镜的光线界面11的光斑。
图4为图2对应的经过二次光学透镜的光线界面12的光斑。
图中标号：1、2、3、4分别为主要曲面，5为定位面，6为基面，7为出光面，8为该二次光学透镜，9为光线，10为LED，11为未经透镜时的光线截面，12为经过透镜后的光线界面，13、14、15、16分别为光线截面11的区域光斑，17、18、19、20为抛光线截面12的区域光斑。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本实用新型。
实施例1：
如图1所示，LED二次光学透镜由入光面、定位面、基面组成，基面呈圆台结构，基面的圆台底部为平面，圆台顶部为曲面，入光面位于基面的圆台顶部上方，且与圆台顶部的结构相匹配，基面的侧面呈圆弧形，基面的锥角为20到40度。入光面由四个主要曲面1、2、3、4两两相连组成，主要曲面1、2、3、4均呈扇形，相对的主要曲面1、3结构相同，为圆滑过渡的凹面，相对的主要曲面2、4结构相同，为圆滑过渡的凸面，定位面5呈圆环结构，定位面5位于入光面的外围，且定位面5位于基面6的上方。定位面5与基面6之间为圆弧过渡。
本实用新型的工作过程如下：
如图2所示，将二次光学透镜8位于LED光源10前面，LED光源10放置在二次光学透镜8的进光口即定位面5的中心。在进入透镜之前的11截面光斑如图3，为一圆形光斑，该圆形光斑可划分为图3的13、14、15、16四部分，其经过二次光学透镜8后分别被入光面1、2、3、4折射及出光面7折射，在离透镜较远的截面12上形成矩形光斑。该矩形光斑中各点的照度均匀性良好。

Claims (4)

1、一种成矩形光斑的LED二次光学透镜，由入光面、定位面(5)、基面(6)组成，其特征在于基面(6)呈圆台结构，基面(6)的圆台底部为平面或曲面，圆台顶部为曲面，入光面位于基面(6)的圆台顶部上方，且与圆台顶部的结构相匹配；入光面由四个或四个以上的主要曲面两两相连组成，主要曲面的个数为偶数，每个主要曲面均呈扇形，相对的两个主要曲面结构相同，主要曲面为圆滑过渡的凹面或呈圆滑过渡的凸面中任一种，相邻的主要曲面之间为凹面与凸面相间，定位面(5)呈圆环结构，定位面(5)位于入光面的外围，且定位面(5)位于基面(6)的上方。
2、根据权利要求1所述的成矩形光斑的LED二次光学透镜，其特征在于所述基面(6)的侧面呈圆弧形，基面(6)的锥角为20到40度。
3、根据权利要求1所述的成矩形光斑的LED二次光学透镜，其特征在于所述定位面(5)与基面(6)之间为圆弧过渡。
4、根据权利要求1所述的成矩形光斑的LED二次光学透镜，其特征在于相邻的主要曲面之间的过渡为非连续的，或是连续的。
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