本发明涉及光学领域，特别涉及一种LED自由曲面透镜。
背景技术：
LED光源一般为朗伯分布，用其直接照明并不能实现均匀照明。对LED配光方式有多种，利用设计的反光杯与透镜等组成光学系统。其中透镜有球面透镜与自由曲面透镜，相对于球面透镜，自由曲面透镜能够更好的控制光源的发散角度，从而较好的实现照明要求。
目前一类LED自由曲面透镜，能实目标面现光型限定照明，有一定的光通利用率，但均匀性不高，原因是此类透镜是直接设计的自由曲面为折射面，使用单一折射面不能更好地消除朗伯分布不均的问题。
另外一类实现光型限定均匀照明的透镜，其利用高等数学，建立一介偏微分方程来设计透镜，该类透镜效率较高，远场均匀性较高，但是近场均匀性不佳，而且该透镜设计方法复杂，并需要很高的制造加工技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种LED自由曲面透镜，该透镜能够实现远近场的不同形状光型限定均匀照明，且该透镜的效率较高。
本发明所采用的技术方案：一种LED自由曲面透镜，所述透镜(200)由若干第一反射面(21)和若干第二折射面(22)组成；所述第一反射面(21)设置于所述透镜(200)的底部，所述第二折射面(22)相对所述第一反射面(21)设置于所述透镜(200)的顶部，所述第一反射面(21)围设形成反射面空腔，所述第二折射面(22)围设形成折射面空腔，所述反射面空腔与所述折射面空腔形成透镜空腔。
优选的，所述透镜空腔的内表面为半球面。
优选的，所述第二折射面(22)外表面光滑设置。
优选的，所述第二折射面(22)横截面积从下至上逐渐减小设置。
优选的，所述第一反射面(21)外表面光滑设置。
优选的，所述第一反射面(21)的横截面积从下至上逐渐增大设置。
优选的，所述第一反射面(21)与所述第二折射面(22)过渡光滑。
优选的，所述透镜(200)下端设有光源入口；所述透镜(200)内表面中心处设有LED光源(100)。
优选的，所述LED光源(100)由LED芯片(11)与PCB基板(12)组合而成。
优选的，所述透镜(200)为PC件或PMMA件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的LED自由曲面透镜，通过设置若干第一反射面和若干第二折射面，结合LED光源，能够实现远近场三花瓣形的限定光型的均匀照明，并且有较高的效率和均匀性，具体为，所述第一折反射面及所述第二折射面组合构成透镜外表面，LED光源发出的光经透镜内表面折射到第一反射面，经第一反射面再经第二折射面折射出，实现不同形状的均匀照明，且能根据第一反射面和若干第二折射面的数量不同实现不同形状的均匀照明。
附图说明
图1是本发明的LED自由曲面透镜的立体图；
图2是本发明的LED自由曲面透镜整体的侧面剖视图；
图3是本发明的LED自由曲面透镜的俯视图；
图4是本发明的LED自由曲面透镜的仰视图；
图5是本发明的LED自由曲面透镜的主视图；
图6是本发明的LED自由曲面透镜光线出射示意图；
图7是本发明的LED自由曲面透镜在软件环境中模拟形成的花瓣光型照明图。
附图标记：LED光源(100)，LED芯片(11)，PCB基板(12)，LED自由曲面透镜(200)，透镜内表面(1)，透镜外表面(2)，第一反射面(21)，第二折射面(22)。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1-7所示，一种LED自由曲面透镜，所述透镜(200)由若干第一反射面(21)和若干第二折射面(22)组成；所述第一反射面(21)设置于所述透镜(200)的底部，所述第二折射面(22)相对所述第一反射面(21)设置于所述透镜(200)的顶部，所述第一反射面(21)围设形成反射面空腔，所述第二折射面(22)围设形成折射面空腔，所述反射面空腔与所述折射面空腔形成透镜空腔，所述透镜空腔的内壁面为所述透镜内表面(1)。
在本发明的具体技术方案中，所述透镜内表面(1)为半球面，使得所述LED光源(100)以180度角度光经过所述透镜内表面(1)折射时，不改变入射光的方向，这样的设计实现了收集所述LED光源(100)全部角度的光线，提高了光通利用率。
进一步地，所述第二折射面(22)外表面光滑设置，所述第二折射面(22)横截面积从下至上逐渐减小设置。所述LED光源(100)部分角度发出的光线经所述透镜内表面(1)折射后经所述第一反射面(21)反射出。所述第一反射面(21)外表面光滑设置，这样的设计使得大角度的光经透镜内表面(1)进入自由曲面透镜后第一次反射向内，至少在一定程度上提高了光型亮度。
进一步地，所述第一反射面(21)的横截面积从下至上逐渐增大设置，所述第一反射面(21)与所述第二折射面(22)过渡光滑。这样的设计使得目标面照明时不会发生杂散光，进而提高了均匀性。所述第一折反射面及所述第二折射面(22)为自由曲面。所述LED自由曲面透镜外表面(2)由第一反射面(21)和所述第二折射面(22)组合而成，由此，更好的消除LED光源(100)朗伯分布不均的影响，提高了照明的均匀性。
所述透镜(200)下端设有光源入口；所述透镜(200)内表面中心处设有LED光源(100)，所述LED光源(100)由LED芯片(11)与PCB基板(12)组合而成整体。LED光源(100)发出的光从光源入口进入，LED光源(100)发出的光经透镜内表面(1)折射到第一反射面(21)，经第一反射面(21)再经第二折射面(22)折射出，其中所述第一反射面(21)和所述第二折射面(22)的数量可根据形状需要改变，例如当所述第一反射面(21)和所述第二折射面(22)的数量为四块时，能够实现远近场三花瓣形的限定光型的均匀照明，并且有较高的效率和均匀性，如图7是为在软件环境中模拟形成的花瓣光型照明图。所述透镜(200)为PC件或PMMA件，在保证LED透镜透明度的前提下，简化了LED透镜的加工难度，且LED透镜耐磨性和电气绝缘性得到了提升。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
实施例
下面参照图1至图6，对本发明的LED光源(100)和LED自由曲面透镜(200)进行详细描述。
一种LED自由曲面透镜，所述透镜(200)由若干第一反射面(21)和若干第二折射面(22)组成；所述第一反射面(21)设置于所述透镜(200)的底部，所述第二折射面(22)相对所述第一反射面(21)设置于所述透镜(200)的顶部，所述第一反射面(21)围设形成反射面空腔，所述第二折射面(22)围设形成折射面空腔，所述反射面空腔与所述折射面空腔形成透镜空腔，所述透镜空腔的内壁面为所述透镜内表面(1)。
本实施例的LED光源(100)，如图1所示，其中包括：LED芯片(11)及PCB基板(12)，所述LED芯片(11)位于PCB基板(12)上，所述LED芯片(11)与PCB基板(12)组合成为一个整体。
需要说明的是：LED光源(100)只是示意与LED自由曲面透镜(200)配合的光源，其中LED光源(100)指相同或类似的LED光源或类似的元件或类似功能的元件。LED光源(100)可以为圆形面光源或者其他形状的面光源，除非有明确的限定，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明实施例的LED自由曲面透镜(200)，包括透镜内表面(1)和透镜外表面(2)。如图1，图2，图4所示，所述透镜内表面(1)为半球面，使得所述LED光源(100)在180度角度光经所述透镜内表面(1)折射但不改变入射光的方向。这样的设置收集了所述LED光源(100)全部角度的光线，提高了光通利用率。
如图1至图6所示，所述透镜外表面(2)由第一反射面(21)及第二折射面(22)组合而成。具体地，第一反射面(21)其横截面积从下至上逐渐增大。这样的设计使得由LED光源(100)发出大角度的光经透镜内表面(1)进入自由曲面透镜(200)后第一次反射向内，至少在一定程度上提高了光型亮度。
进一步地，第一反射面(21)外表面光滑，第一反射面(21)与所述第二折射面(22)过渡光滑，使得目标面照明时不会发生杂散光，进而提高了均匀性。
如图5，图6所示，第二折射面(22)其横截面积从下至上逐渐减小，第二折射面(22)外表面光滑；LED自由曲面透镜(200)外表面(2)由第一反射面(21)和所述第二折射面(22)组合而成，能更好的消除LED光源(100)朗伯分布不均的影响，提高了照明的均匀性。
在本发明的一些示例中，LED自由曲面透镜(200)为PC(即，聚碳酸酯)或PMMA(即，聚甲基丙烯酸甲酯)。在保证LED自由曲面透镜(200)透明度的前提下，简化了LED自由曲面透镜(200)的加工难度，且LED透镜(200)耐磨性和电气绝缘性得到了提升。
当然，本示例中LED自由曲面透镜(200)的材料选择只是一种优选的实施方式，设计人员可以根据实际需要对LED自由曲面透镜(200)的材料进行选择。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。