一种用于led灯具的二次光学透镜的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于LED灯具的二次光学透镜，该用于LED灯具的二次光学透镜，包括透镜基体，所述透镜基体上设置有总出光面、一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面、一次出光面和圆周面，一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面和一次出光面的内部设置有二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面，二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面的内部设置有二次受光面透光表面弧面，总出光面、一次受光面下表面、二次受光面下表面、一次出光面、二次出光面互相平行，一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为曲面。本实用新型具有空间色度一致性好、结构简单易加工、成本低的优点。
【专利说明】—种用于LED灯具的二次光学透镜
[0001]【技术领域】
[0002]本实用新型涉及一种用于LED灯具的二次光学透镜，特别是一种用于改善LED灯具空间色度一致性的复合式TIR 二次光学透镜，用于将LED光源发出的光线在空间进行两次重新分布。
[0003]【背景技术】
[0004]近年来，随着半导体技术的快速发展，功率型LED的发光效率已经取得了显著的提高，消费者对照明灯具要求也逐渐由追求高亮度转向光品质上来，空间色度一致性是LED灯具的一项重要指标。目前市场上的大多数LED灯具的光效尚可达到相关标准要求，但是空间色度一致性却远达不到标准要求。国内目前还没有LED灯具空间色度一致性相关的研究，美国Energy Star V1.0对出口到其国内的LED球泡灯明确要求空间色度一致性u’、V’〈0.004。该系统旨在通过不额外增加元器件，只通过改变现有TIR透镜结构的方法来改善灯具的空间色度一致性。
[0005]目前采用的透射式透镜，经过非球面技术设计的曲面光斑将会非常均匀，但因为透镜直径的局限性，透镜侧面的光线得不到充分利用(漏光)，一般应用在大角度灯具中。
[0006]但是现有技术中，尚没有对空间色度一致性做出良好改善的透镜结构，存在经过二次光学元件出射的光线颜色在空间分布不均匀的现象。
[0007]实用新型内容
[0008]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、空间色度一致性好、结构简单易加工、成本低的用于LED灯具的二次光学透镜。
[0009]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是该用于LED灯具的二次光学透镜，包括透镜基体，所述透镜基体上设置有总出光面、一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面、一次出光面和圆周面，其结构特点是:所述的一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面和一次出光面的内部设置有二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面，所述二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面的内部设置有二次受光面透光表面弧面，所述总出光面、一次受光面下表面、二次受光面下表面、一次出光面、二次出光面互相平行，所述一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为曲面。
[0010]该二次光学透镜在传统的TIR透镜基础上增加了一层二次光学面，为一种复合式TIR透镜，将受光面设计成三层凸形弧面和平面相结合的结构，光源发出的光线照射在二次光学透镜的前级受光面上时，光线经过全反射和透射进行了初次分布，再经过后级受光面对光线进行再次分布，经过两次复合的分布后，使得从光源发出的光线在空间再分布，不但提高了光线的利用率，最重要的是大大改善了光斑照度均匀性和空间色度一致性。
[0011]作为优选，本实用新型所述的二次受光面全反射弧面的曲率半径大于一次受光面全反射弧面的曲率半径。进一步实现光线在空间的再次分布，保证二次光学透镜的空间色度和照度一致性。
[0012]作为优选，本实用新型所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为凸形抛物线的一段经旋转而成的凸形弧面或者经其他形状的凸形线旋转得到的凸形弧面。[0013]这样的设置，能够进一步的使光线得到充分利用，而且能够进一步的使空间色度均匀。
[0014]作为优选，本实用新型所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为
二次曲面。
[0015]二次曲面更加容易加工，生产工艺过程简单，易于工业自动化生产。
[0016]作为优选，本实用新型所述的透明基体中还包括一垂直于一次出光面并和一次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的圆周面。
[0017]作为优选，本实用新型所述的透明基体中还包括垂直于二次出光面并和二次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的二次圆周面。
[0018]圆周面与二次圆周面的设置，能够有效的控制透射光线和反射光线的比例，提高空间色度一致性和照度均匀性。
[0019]作为优选，本实用新型所述的总出光面外设置有磨砂面。
[0020]磨砂面部分对光线具有较小的会聚作用，可以得到更加均匀的光斑，经过磨砂面后光斑可较均匀地照射在接收面上。
[0021]作为优选，本实用新型所述的总出光面外设置有微透镜表面。
[0022]微透镜表面部分对光线同样具有较小的会聚作用，可以得到更加均匀的光斑，经过微透镜面后光斑可较均匀地照射在接收面上。
[0023]作为优选，本实用新型所述的透镜基体材料的折射率要小于2.0。
[0024]作为优选，本实用新型所述的透镜基体的材料为PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、玻璃或者其透光性较好的材料。
[0025]为了降低成本，LED 二次光学透镜通常采用PC或者PMMA材料，可采用简单的注塑工艺实现，同时可以根据消费者的不通需求设计出各种形状的透镜，成本较低、较玻璃不易脆、高精度的非球面设计易实现、生产效率较高。
[0026]本实用新型同现有技术相比具有以下优点及效果:1、本实用新型的二次光学透镜在传统的TIR透镜基础上增加了一层二次光学面,为一种复合式TIR透镜,将受光面设计成三层凸形弧面和平面相结合的结构，光源发出的光线照射在二次光学透镜的前级受光面上时，光线经过全反射和透射进行了初次分布，再经过后级受光面对光线进行再次分布，经过两次复合的分布后，使得从光源发出的光线在空间再分布，不但提高了光线的利用率，最重要的是大大改善了光斑照度均匀性和空间色度一致性。2、本实用新型二次受光面全反射弧面的曲率半径大于一次受光面全反射弧面的曲率半径，因此进一步实现光线在空间的再次分布，保证二次光学透镜的空间色度和照度一致性。3、本实用新型的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为凸形抛物线的一段经旋转而成的凸形弧面或者经其他形状的凸形线旋转得到的凸形弧面。这样的设置，能够进一步的使光线得到充分利用，而且能够进一步的使空间色度均匀。4、本实用新型的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为二次曲面，更加容易加工，生产工艺过程简单，易于工业自动化生产。5、圆周面与二次圆周面的设置，能够有效的控制透射光线和反射光线的比例，提高空间色度一致性和照度均匀性。6、本实用新型的总出光面可以根据需要设计成平面、磨砂面、微透镜表面、珠面、螺纹面、条纹面、凸或凹面等得到不同效果的光斑。设计成磨砂面或微透镜表面时，可以得到更加均匀的光斑。7、本实用新型将受光面设计成三层凸形弧面和平面相结合的结构，光源发出的光线照射在二次光学透镜的前级受光面上时，光线经过全反射和透射进行了初次分布，再经过后级受光面对光线进行再次分布，经过两次复合的分布后，使得光线在空间达到均匀分布的目的。磨砂或微透镜出光面部分对光线具有较小的会聚作用，可以得到较为均匀的光斑，经过出光面后光斑可较均匀地照射在接收面上。
[0027]【专利附图】
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本实用新型的结构示意图。
[0030]图2为本实用新型的俯视示意图。
[0031]图3为本实用新型的仰视示意图。
[0032]图4为使用常规TIR 二次光学透镜后的光强度分布示意图。
[0033]图5为使用本实用新型透镜后的光强度分布示意图。
[0034]图6是本实用新型透镜应用于LED灯具中的结构示意图。
[0035]标号说明:透镜基体1、总出光面1-1、二次受光面下表面1-2、一次受光面全反射弧面1-3、一次受光面下表面1-4、二次受光面全反射弧面1-5、二次受光面透光表面弧面1-6、二次圆周面1-7、一次出光面1-8、二次出光面1-9、二次出光面平面1-10、圆周面1_11、微透镜面1-12。
[0036]【具体实施方式】
[0037]下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0038]实施例1:如图1、2、3所示，本实施例的用于LED灯具的二次光学透镜的主体为透镜基体1，透镜基体I的最下方是平行设置的一次受光面下表面1-4，一次受光面下表面1-4、一次受光面全反射弧面1-3、一次出光面1-8、总出光面1-1依次连接，构成外表面。一次出光面1-8与一次受光面下表面1-4平行。在一次受光面下表面1-4的上方，透镜基体
I的内部，设置有依次连接的二次受光面下表面1-2、二次受光面全反射弧面1-5、二次出光面1-9，构成二次透镜面，其中二次受光面下表面1-2和二次出光面1-9平行设置。在二次透镜面内部，设置有二次受光面透光表面弧面1-6, 二次受光面透光表面弧面1-6的底端边缘与二次受光面下表面1-2通过垂直设置的二次圆周面1-7连接。一次受光面下表面1-4的边缘与二次出光面1-9的边缘通过垂直设置的圆周面1-11连接。在二次受光面透光表面弧面1-6和二次出光面1-9之间，设置有与二次圆周面1-7和二次受光面透光表面弧面1-6相连的平行设置的二次出光面平面1-10。在总出光面1-1之上，设置有微透镜面1-12。
[0039]一次受光面全反射弧面1-3和二次受光面全反射弧面1-5为二次曲面，一次受光面全反射弧面1-3的曲率半径小于二次受光面全反射弧面1-5。
[0040]本实施例中，透镜基体I材料的折射率要小于2.0。
[0041]本实施例的一次受光面全反射弧面1-3和二次受光面全反射弧面1-5可以为凸形抛物线的一段经旋转而成的凸形弧面或者经其他形状的凸形线旋转得到的凸形弧面。
[0042]本实用新型的用于LED灯具的二次光学透镜可以用高透明度、抗紫外光辐射的PC或PMMA塑料注塑而成。
[0043]如图6所示，将LED光源固定于铝基板上，用光学胶将本实用新型的用于LED灯具的二次光学透镜固定在铝基板上面。从图中可以看出光源发出的光线经过本实用新型的用于LED灯具的二次光学透镜在空间进行了再分布。
[0044]本实用新型提供的用于LED灯具的二次光学透镜是假设从初级光学透镜射入的光是朗伯型，光强从中心沿径向递减，通常这种假设是成立的。因此本实用新型采用低折射率的材料做透镜，以一次受光面全反射弧面1-3、二次受光面全反射弧面1-5、二次受光面透光表面弧面1-6、圆周面1-11相结合的结构作为受光面、总出光面1-1为磨砂表面或者微透镜表面，这样LED光源的发光面以上部分完全处于透镜内部，可以有效的提高光线的利用率，同时两次入射弧面和全反射弧面可以使光线在空间实现较均匀的分布，总出光面1-1的磨砂或微透镜表面处理也有效的改善了光线的空间分布，在提高照度均匀性的同时也改善了 LED灯具的空间色度一致性。
[0045]如图4、5所示，使用本实用新型提供的用于LED灯具的二次光学透镜可以将LED光源发出的光线收集起来在空间进行均匀的再分布。相比现有技术，具有显著的进步。
[0046]本实用新型的用于LED灯具的二次光学透镜的设计是在正前方用穿透式聚光，而二次曲面又可以将侧光全部收集并反射(全反射)出去，通过这两种光线的重叠(角度相同)就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果，由于采用全反射和透射结合的方式，光线利用率要远高于透射式透镜，也可在二次透镜表面做些改变，可设计成平面、磨砂面、微透镜表面、珠面、螺纹面、条纹面、凸或凹面等得到不同效果的光斑。
[0047]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于LED灯具的二次光学透镜，包括透镜基体，所述透镜基体上设置有总出光面、一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面、一次出光面和圆周面，其特征是:所述的一次受光面全反射弧面、一次受光面下表面和一次出光面的内部设置有二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面，所述二次受光面全反射弧面、二次受光面下表面和二次出光面的内部设置有二次受光面透光表面弧面，所述总出光面、一次受光面下表面、二次受光面下表面、一次出光面、二次出光面互相平行，所述一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为曲面。
2.根据权利要求1所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的二次受光面全反射弧面的曲率半径大于一次受光面全反射弧面的曲率半径。
3.根据权利要求1或2所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为凸形抛物线的一段经旋转而成的凸形弧面或者经其他形状的凸形线旋转得到的凸形弧面。
4.根据权利要求3所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的一次受光面全反射弧面和二次受光面全反射弧面为二次曲面。
5.根据权利要求1所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的透明基体中还包括一垂直于一次出光面并和一次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的圆周面。
6.根据权利要求1所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的透明基体中还包括垂直于二次出光面并和二次受光面全反射弧面的凸形弧面底端相交的二次圆周面。
7.根据权利要求1所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的总出光面外设置有磨砂面。
8.根据权利要求1所述的用于LED灯具的二次光学透镜，其特征是:所述的总出光面外设置有微透镜表面。
【文档编号】F21V5/04GK203453989SQ201320428127
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】陈文进, 汪乐, 宋姚, 王伟 申请人:浙江中博光电科技有限公司