一种LED模组透镜的制作方法

本发明涉及照明装置技术领域，尤其涉及一种led模组透镜。

背景技术：

透镜是led模组中必不可少的电器组件，与led光源紧密联系在一起能增强光的使用效率和发光效率。

现有led模组中的透镜，存在以下问题：1、无法满足双向六车道以上的道路的使用；2、由于现有透镜结构不规则，因此其四周的安装密封较不方便。

技术实现要素：

为解决背景技术中的问题，本发明提供了一种led模组透镜，包括透镜本体和围设在所述透镜本体下端一圈上的外边；所述透镜本体底部内凹形成内曲面部、顶部外凸形成外曲面部，led光源置于所述内曲面部正下方；

所述内曲面部、外曲面部在c0°-180°方向上呈对称性；

所述内曲面部、外曲面部在c90°-270°方向上呈非对称性，且所述外曲面部在c90°-270°方向上远聚光面的法线与所述透镜本体的光轴的夹角大于等于15.26°，且所述透镜本体在c90°-270°方向上的配光角度大于等于72.02°。

较佳地，所述内曲面部与所述外曲面部在c90°-270°方向上的偏心方向相反。

较佳地，所述内曲面部的高度为7.9mm。

较佳地，所述外边与所述透镜本体一体成型。

较佳地，所述外边呈圆形。

较佳地，所述外边上表面上设置定位防呆结构，所述定位防呆结构与所述透镜本体在c90°-270°方向的中间位置相对。

较佳地，所述外边上表面上还设置有箭头指示结构，所述箭头指示结构与所述定位防呆结构位于所述透镜本体相对的两侧。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的led模组透镜，透镜本体1的内曲面部101、外曲面部102在c90°-270°设计为偏心型，同时，对透镜本体的配光角度大于等于72.02°以及外曲面部c90°-270°方向的偏心角度大于等于15.26°，是曲面斜率变化最大的部分，从而使得该透镜能够运用到出光能覆盖八车道的路灯当中；而且本发明还通过在透镜本体的四周加设有一圈的外边，该外边用于透镜的安装，将外边设计成规则图形，从而便于透镜的安装、密封以及保证透镜四周安装受力的均匀性。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明提供的led模组透镜的示意图；

图2为图1中a-a剖视图；

图3为图1中b-b剖视图；

图4为本发明中透镜出光照射在道路上的示意图；

图5为本发明提供的透镜安装在led模组上的示意图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参照图1-3，本发明提供了一种led模组透镜，包括透镜本体1和围设在透镜本体1下端一圈上的外边2；透镜本体1底部内凹形成内曲面部101、顶部外凸形成外曲面部102，led光源5置于内曲面部101的正下方；其中，内曲面部101、外曲面部102在c0°-180°方向上呈对称性，如图2中所示；内曲面部101、外曲面部102在c90°-270°方向上呈非对称性，如图3中所示；且外曲面部102在c90°-270°方向上远聚光面的法线与透镜本体的光轴的夹角α’大于等于15.26°，且透镜本体1在c90°-270°方向上的配光角度大于等于72.02°。

本发明提供的led模组透镜，将透镜本体1的内曲面部101、外曲面部102在c90°-270°设计为偏心型，同时，对透镜本体的配光角度大于等于72.02°以及外曲面部c90°-270°方向的偏心角度大于等于15.26°，此时是曲面斜率变化最大的部分，从而使得该透镜能够运用到出光能覆盖八车道的路灯当中；而且本发明还通过在透镜本体的四周加设有一圈的外边，该外边用于透镜的安装，将外边设计成规则图形，从而便于透镜的安装、密封以及保证透镜四周安装受力的均匀性。

在本实施例中，当该led模组透镜运用于到路灯上的时候，c0°-180°方向定义为沿道路方向。

在本实施例中，内曲面部101、外曲面部102可根据的具体需要将进行配光，此处不做限制。具体配光方式如下：

(1)针对上表面在c0°-c180°方向上的配光，其数学模型如图2所示。

根据底部曲线ff上q点位置的折射定律，有

sin(θ-α)＝nsin[(π/2)-α-θ′]

sinθcosα-cosθsinα＝ncos(α+θ′)

sinθcosα-cosθsinα＝ncosαcosθ′-nsinαsinθ′

tanα＝(sinθ-nsinθ′)/(cosθ-nsinθ′)(1)

式中，θ′为水平线jk与出射光线qp的夹角，α为法线mn与竖直线cd之间的夹角，θ为led的出射角，n为透镜材料的折射率。

再根据p(x，y)点位置的折射定律，有如下关系式：

nsinδ＝sinγ(2)

图2中∠cqp＝∠qpd，所以有以下式子：

π/2-θ′＝δ+β(3)

由(3)式得：β＝π/2-θ′-δ(4)

再根据以下曲线ab的微分和切线pt的正切角函数之间的关系：

tanβ＝dy/dx(5)

联合公式(1)至(5)，图2中的曲线ab的数值坐标可以用积分迭代法依次计算出来。

(2)c90°-270°方向(垂直于道路方向)道路前向分布的光线，针对上表面在c90-c270方向上的配光，其数学模型如图3所示。

根据曲线mn上p点位置的折射定律，有：

nsinα＝sinβ(1)

式中：n为透镜材料的折射率，α是光线的入射角，β是光线的折射角。

根据图3可以得出关系式：

∠tpo＝π/2-α+π/2+β(2)

∠tpo＝arctan[(s-rcosθ)/(h-rsinθ)]+π/2+θ(3)

联立式(2)和式(3)，解得β，带入式(1)，可得：

α＝sin[π/2-θ-arctan(s-rcosθ)/(h-rsinθ)]/n-cos[π/2-θ-arctan(s-rcosθ)/(h-rsinθ)](4)

由图3可得p点的倾斜角为δ，

δ＝π/2-α-θ(5)

而p点的斜率k＝tanδ，可得：

k＝tan[π/2-θ-sin[π/2-θ-arctan(s-rcosθ)/(h-rsinθ)]/n-cos[π/2-θ-arctan(s-rcosθ)/(h-rsinθ)]](6)

由式(6)可知，已知光线的出光角与水平面的夹角θ，要求路面的照射光斑宽度为s和照射高度为h，设定r，即透镜p点距原点o的距离，就可以确定透镜曲线在点p出的曲线斜率，通过mpn三点绘制曲线。

在本实施例中，将透镜本体1的内曲面部101、外曲面部102在c90°-270°方向上设计为偏心，以及对透镜本体配光角度的限定，使得该透镜运用于道路路路灯上的时候能够满足八车道的照明。

具体的，参照图4，城市主干道机动车道是3.5m宽，双向8车道的宽度按28m，单向车道为14m，灯具高度12m，路灯的仰角允许范围为(≤15°)。

假设偏心角度为α’，灯具中心突出路沿距离为s，高度为h，有以下公式：

α’＝arctan(7/12)，

α’＝30.26°

如果灯具水平放置则需要光强偏角，根据标准，可知在仰角15°内达到此偏心标准偏心角度至少需要达到15.26°。所以远处聚光面为出光面斜率变化最大的部分，远处聚光面的曲面法线与透镜光轴的夹角为至少15.26°。

对于透镜本体1在c90°-c270°方向上的扩散角b(即配光角度)，前向距离为s1，后向距离为s2，计算如下：

s1＝14，s2＝5，h＝12；

b1＝arctan(s1/h)，

b1＝49.40°

b2＝arctan(s2/h)，

b2＝22.62°

b＝b1+b2＝72.02

由上式可知，此透镜在c90°-c270°轴面扩散角不得少于72.02°。

结合以上所有计算式得：c90°-c270°偏心角度≥15.26°，c90°-270°扩散角为72.02°最大能满足8车道设计。

在本实施例中，内曲面部与外曲面部在c90°-270°方向上的偏心方向相反，这样设置时为了照射道路前向照射方向，使光线更多的偏向远处聚光面。

在本实施例中，内曲面部101的高度优选的为7.9mm，本实施例通过该尺寸的限定，可以使得透镜在保证性能不变的情况下，可适当的减小透镜的尺寸。

具体的，led光源5与透镜本体1紧密联系在一起有助于提升led光源的出光率，选择led光源5放于透镜本体2原点的内侧，led光源离透镜越远，透镜本体1收集到的光源光通量越少，因而整个透镜本体效率越低，根据凸透镜的计算公式：r＝(n-1)f，其中r是凸面曲率半径，n是透镜材料折射率，f是透镜焦距，在选定透镜材料的情况下，折射率是固定值，焦距越大，曲率半径越大。在同样的透镜孔径φ的条件下，曲率半径越大，透镜越薄。而透镜越厚，像差会越明显，从而影响使用效果，因此，尽可能选择焦距较大的透镜，同时，焦距的增大，光学系统尺寸的增加，所以可以在满足透镜的照明效果，将透镜做小。本实施例中给透镜提供的led光源规格是19mm*19mm的，透镜本体的内曲面部的口径只要满足大于光源尺寸条件下做到最小，内曲面的高度是7.9mm。其中内曲面的高度的计算式根据在透镜底部尺寸满足光源规格尺寸，底部口径尺寸已定，内面的的高度值是按自定义输入调试设定后计算出来的；当然，在其他实施例中内曲面的高度也不局限于以上所述，也可根据具体情况进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，优选的外边2与透镜本体1一体成型。

在本实施例中，透镜为玻璃透镜，具体可以采用高硼硅3.3的材质制成；当然，在其他实施例中透镜的材质也可根据具体需要进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，优选的外边2呈圆形，这样设计更有利于透镜的安装以及其周边受力的均匀性和稳定性。当然，在其他实施例中外边也可设计为正多边形等，此处不做限制。

在本实施例中，外边2上表面上设置定位防呆结构3，且定位防呆结构3与透镜本体1在c90°-270°方向的中间位置相对，如图1中所示。

由于本实施例中透镜本体1具有偏心性，当多个灯具上装有多个led模组的时候，需要保证各透镜安装方向的一致性，本实施例通过定位防呆结构3的设计，来保证多个透镜安装的一致性。

具体的，led模组装配透镜时需要借助透镜装配夹具完成。结合图5来说明，步骤为：防眩圈02(防眩圈02为led模组上设置在透镜外侧一圈的一结构)先放置在夹具内，防眩圈02与夹具缺口定位；之后再将透镜01放置在夹具上，透镜01的定位防呆结构3与夹具的定位槽配合，从而保证透镜与夹具、防眩圈装配方向的唯一性。最后装配模组其他配件，装配完成后保证所有模组的透镜方向的一致性。

进一步的，外边2上表面上还设置有箭头指示结构4，箭头指示结构4与定位防呆结构3位于透镜本体1相对的两侧。

在led模组装配好后、整个模组与灯体的装配时，箭头也具有明显的指向性；同时在路灯施工时，工人也可通过箭头指向检验led模组是否有装倒的情况，避免因模组装倒造成的后续维修。

本领域技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。