专利名称：Led灯用二次光学透镜以及透镜模组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学器件，特别涉及一种二次光学透镜以及相应的用于LED 灯的透镜模组。
技术背景 传统的市政照明灯具主要采用钠灯、汞灯或金卤灯，而这些灯的耗电量大，且寿命 短，维护费用高，不利于环保。随着LED照明技术的发展以及其自身的优点，LED灯具将逐 渐替代传统灯具成为照明领域中的主力军。 在目前的LED照明技术中，为了提高LED的出光效率和使用方便， 一般需要对LED 芯片进行一次封装，例如采用球透镜的封装方式。对于特定的应用场合，如LED路灯照明， 要求光线集中照射，以便形成需要的光斑，从而需要对一次封装后的LED灯进行二次光学 处理。现有技术的处理方式为，在一组LED灯泡前加装一个公共的二次透镜。为此现有 LED路灯通常会在LED灯外部罩设一透镜以达到聚光的目的。但现有的透镜投射的光斑为 圆形，而且中心与周边之间的光强度相差较大；此外，对于一些在某个方向上需要大范围照 明，而在另一方向上却需要小范围照明的场合，例如道路照明，在道路延伸方向上要求照射 范围宽，照明效果好，角度需求大；而在垂直道路方向上并不需要宽范围的照明，否则，既浪 费电能，还会对周围环境造成光污染。但对于现有这圆形透镜的LED来说，只能通过在道路 延伸方向上多设灯具，通过相邻灯具的光斑叠加来达到光强度要求，即使这样，也难以避免 "排骨路"的照明效果，灯具正下方的照度高，其它区域照度低，导致路面平均照度低且均匀 度差，这种亮暗不均的照明，直接影响行车安全
实用新型内容
本实用新型针对上述现有LED灯中采用二次透镜进行聚光时所存在的一系列问 题，而提供一种新型的LED灯用二次透镜以及相应的透镜模组，其能够有效的解决现有LED 灯用二次透镜进行聚光所存在的问题。 为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案 LED灯用二次光学透镜，包括一透镜本体，该透镜本体具有基面、入射面以及出射 面；所述透镜本体沿基面呈半椭圆形凸起，透镜本体的外围凸弧面形成透镜的出射面；所 述基面中间内凹形成由半椭圆面和圆弧面组成的入射面。 进一步，所述透镜本体两侧对称设有圆弧状的凹槽。 再进一步，所述透镜由PMMA材料注塑而成。 为了便于实际应用，本实用新型还提供了 一种利用上述二次光学透镜制得的透镜 模组，该透镜模组由多颗二次光学透镜通过注塑形成透镜模组，并使多颗二次光学透镜的 基面形成透镜模组的基面。 所述多颗二次光学透镜匀距分布在透镜模组的基面上。 所述透镜模组的基面上在透镜之间设有用于安置保护LED的保护元件的安置槽。[0012] 所述透镜模组的两端开设有便于螺钉安置紧固的半圆孔或半沉头孔。 所述透镜模组的基面上还设有用于定位的定位柱。
根据上述技术方案得到的本实用新型具有如下的优点和特点 (1)材料使用日本三菱原装优质进口光学级PMMA原料(聚甲基丙烯酸甲酯，俗 称亚克力)，透光率高。 (2)本实用新型提供的二次光学透镜，光源准确定位，根据LED的芯片结构与封装 方式、光线特性等来设计配光曲线，使得到的路灯符合道路照明使用的标准蝙蝠翼型配光 曲线，一致性好。 (3)采用全折射模式当LED光线经过透镜的曲面产生折射，得到最完善的光线 利用与漂亮的光斑效果，光斑在路面上呈矩形分布，非常均匀，边缘清晰，有效照射区外无 不良眩光，不会造成光污染，突破一般透镜的局限性，透镜侧面的光线(漏光)也得到充分 利用，无杂散光，无黑洞、阴影和暗区，光线利用率与透光率高，角度精准，安装便捷，价格合理。 (4)可将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多颗透镜的透镜模组，按不同需 求可以设计成单颗、3合1、5合1甚至几十颗合一的透镜模组；此设计能有效节省生产成 本，实现产品品质的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现"大功率"等特点。
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以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本实用新型。图1为本实用新型提供的透镜结构示意图。图2为图1的俯视图。图3为图2在A-A方向的剖视图。图4为图2在C-C方向的剖视图。图5为本实用新型中一种3合1透镜模组的结构示意图。图6为图5的俯视图。图7为图5在A-A方向的剖视图。图8为本实用新型中另一种3合1透镜模组的结构示意图。图9为图8的主视图。图10为本实用新型进行组装的结构示意图。图11为由本实用新型得到路灯的配光曲线图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。 本实用新型针对上述现有LED灯中采用二次透镜进行聚光时所存在的一系列问 题，而提供一种新型的LED灯用二次透镜，其具体结构如图1至图4所示 本实用新型提供的LED灯用二次光学透镜，主要包括一透镜本体100，该透镜本体 100由基面102、入射面103以及出射面104共同界定。 透镜的基面102为一平面，整个透镜本体100沿基面102呈半椭圆形凸起，透镜本体的外围凸弧面形成透镜的出射面101 ;而基面102中间内凹形成入射面103，该入射 面103由半椭圆面和圆弧面组成的，其为在半椭圆面的两端形成圆弧面，进而形成入射面 103。 入射面103在基面102上内凹形成一凹槽104，该凹槽用于安装LED。 为能够对透镜从侧面折射出来的光线进行利用，本实用新型提供的二次透镜在透
镜本体100两侧对称设有圆弧状的凹槽105。 本实用新型中的透镜可由PMMA材料通过注塑方式得到而成，这样可使得透镜的 透光率高。本实用新型中采用的PMMA材料为高度透明的无定形热塑性聚合物，相对密度 (30°C /4°C ) 1. 188-1.22。高度通明性，透光率90% _92%，比无机玻璃还高，并能透过紫 外线光达73. 5%，折射率1. 49 ;同时其机械强度高、韧性好，拉伸强度60-75MPa，冲击强度 12-13kJ/m，比无机玻璃高8-10倍。可拉伸定向，冲击强度提高1.5倍。具有优良的耐紫外 线和大气老化性。 由上述的技术特征得到的透镜能够准确对光源进行定位。同时能够根据LED的芯 片结构与封装方式、光线特性等来设计配光曲线，并使得得到的路灯符合道路照明使用的 标准蝙蝠翼型配光曲线，一致性好。 应用于道路照明中的透镜，其配光曲线的设计原则就是要满足道路照明设计要 求，道路照明要求道路上照度和亮度要均匀(纵向均匀度要求在0. 7，整体均匀度在0. 5以 上，根据公式I = E r7sin e )，继而该透镜的配光曲线符合标准的蝙蝠翼配光曲线。 本专利中的透镜采用全折射模式，当LED光线经过透镜的曲面产生折射，得到最 完善的光线利用与漂亮的光斑效果，光斑在路面上呈矩形分布，非常均匀，边缘清晰，有效 照射区外无不良眩光，不会造成光污染，突破一般透镜的局限性，透镜侧面的光线(漏光) 也得到充分利用，无杂散光，无黑洞、阴影和暗区，光线利用率与透光率高，角度精准，同时 本专利中的透镜安装便捷，价格合理。 在实际应用中，可将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多颗透镜的透镜模 组，按不同需求可以设计成单颗、3合1、5合1甚至几十颗合一的透镜模组；此设计能有效 节省生产成本，实现产品品质的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现"大功率"等特点。 具体设计如下所示 实施例一 参见图5至图7，其为一 3合1的透镜模组200，由3颗上述特征的透镜注塑而成， 其上的每颗二次光学透镜都是针对美国CREE公司生产的XLAMPXR系列LED设计(具体结 构如上所述，此处不加以赘述)。 透镜模组200中3颗透镜201竖向、匀距的分布，它们之间的具体距离与路灯上的 LED排布方式相对应。同时这3颗透镜的基面形成透镜模组的基面202，该基面202为一平面。 透镜模组的基面202在与透镜入射面相对应的位置开设有用于安置LED灯的槽口 203。 透镜模组的基面202在透镜201之间设置有一定位柱204，能够在安装时很好的定 位光源。 为了便于最后透镜模组的组合安装，本实施例在透镜模组200的两端开设有半圆孔或半沉头孔205，这样方便用螺钉进行安装紧固。 上述的设计特征能够保证透镜模组能够完美的罩住路灯的LED灯上。其具体安置 时如图10所示，将透镜模组200直接罩住路灯上分布的LED，由于透镜模组200上的多颗 透镜分布与路灯上的LED灯分布相对应，通过其上的定位柱204与铝基板500上的定位孔 相对应，即可实现每颗透镜200直接罩住LED灯400。同时两端相邻的透镜模组200，通过 两端对应的半圆孔或半沉头孔205组成完整的安置孔，这样可通过紧固螺钉600将透镜模 组200固定在路灯的铝基板500上。通过上述的方式，可将路灯上的LED灯全部用透镜模 组罩住，能够对LED的全部光线进行折射产生聚光效果。 对道路照明来所，配光曲线是个重要的参数。根据上述技术方案得到的路灯的配
光曲线如图11所示图上所示的蝙蝠翼配光减少了眩光干扰区内的光线光强，最大光强值
在65° 70°左右。这样能将光照射到更远的方向，覆盖二灯之间的暗区。 根据上述技术方案得到的路灯的照度分布较均匀，整体空间照度差异小，从而使
得光线在道路上均匀分布，有利于行车安全。 实施例二 参见图8和图9，该实施例提供的透镜模组与上述实例中的基本结构相同，其上的 透镜特征也相同(此处不加以赘述)。 本实施例提供的透镜模组300上的3颗透镜305呈水平、匀距分布，它们之间的具 体距离与路灯上的LED排布方式相对应。 同时这3颗透镜305的基面形成透镜模组的基面301，该基面301为一平面，在与 透镜入射面相对应的位置开设有用于安置LED灯的槽口 302。 为了便于最后透镜模组的组合安装，本实施例在透镜模组300的两端开设有半圆 孔或半沉头孔303，这样方便用螺钉进行安装紧固。 在头颈模组300的基面301在两个透镜305之间可设有用于安置保护LED的保护 元件的安置槽304。该实施例中在在两个透镜305之间对称的设置有两个安置槽304。 同时在安置槽304之间都设置有用于定位安置的定位柱306. 根据上述技术方案得到的透镜模组300在安装、使用以及相应的效果都与上述实 施例中提供的透镜模组200相同。 以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求LED灯用二次光学透镜，包括一透镜本体，该透镜本体具有基面、入射面以及出射面；其特征在于，所述透镜本体沿基面呈半椭圆形凸起，透镜本体的外围凸弧面形成透镜的出射面；所述基面中间内凹形成由半椭圆面和圆弧面组成的入射面。
2. 根据权利要求1所述的LED灯用二次光学透镜，其特征在于，所述透镜本体两侧对称 设有圆弧状的凹槽。
3. 根据权利要求1所述的LED灯用二次光学透镜，其特征在于，所述透镜由PMMA材料 注塑而成。
4. LED灯用透镜模组，其特征在于，所述模组包括复数颗二次光学透镜，所述二次光学 透镜包括一透镜本体，所述透镜本体具有基面、入射面以及出射面；所述透镜本体沿基面呈 半椭圆形凸起，透镜本体的外围凸弧面形成透镜的出射面；所述基面中间内凹形成由半椭 圆面和圆弧面组成的入射面；所述复数颗二次光学透镜通过注塑形成透镜模组，复数颗二 次光学透镜的基面形成透镜模组的基面。
5. 根据权利要求4所述的LED灯用透镜模组，其特征在于，所述透镜模组中多颗透镜匀 距分布。
6. 根据权利要求4所述的LED灯用透镜模组，其特征在于，所述透镜模组的基面上在透 镜之间设有用于安置保护LED的保护元件的安置槽。
7. 根据权利要求4所述的LED灯用透镜模组，其特征在于，所述透镜模组的两端开设有 便于螺钉安置紧固的半圆孔或半沉头孔。
8. 根据权利要求4所述的LED灯用透镜模组，其特征在于，所述透镜模组的基面上还设 有用于定位的定位柱。
专利摘要本实用新型公开了LED灯用二次光学透镜以及透镜模组，透镜包括一透镜本体，该透镜本体具有基面、入射面以及出射面；所述透镜本体沿基面呈半椭圆形凸起，透镜本体的外围凸弧面形成透镜的出射面；所述基面中间内凹形成由半椭圆面和圆弧面组成的入射面。透镜模组由复数个透镜注塑成型。本实用新型能够有效的解决现有LED灯用二次透镜进行聚光所存在的问题。
文档编号F21Y101/02GK201547666SQ20092021384
公开日2010年8月11日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者俞伟荣, 周俊, 张辉, 曹金韡, 李福生, 陆建辉 申请人:上海澳星照明电器制造有限公司