无芯片影子的LED聚光透镜的制作方法

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种无芯片影子的led聚光透镜。

背景技术：

照明是利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。

目前，大部分用于led照明的聚光透镜，都由外圈的全反射部分、以及中间的折射部分这两部分组成。这样的组成使得从led发出的中间部分的光线（一般为与光轴夹角在40°以内）是由折射部分（中间凸透镜）直接准直，由于凸透镜的成像作用，其容易投影出芯片方形的影子，另外对于荧光粉涂敷不均匀的led，其光斑边缘也容易产生黄边，色温分布不均匀。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种无芯片影子的led聚光透镜，用以解决现有透镜在发射光线中易投影出芯片方形的影子的问题。

本发明实施例提供一种无芯片影子的led聚光透镜，所述透镜为整体呈锥形的透光体，在所述透光体上且位于所述透光体中轴线方向上的两侧端分别设置有均呈内凹的入光槽面和出光槽面，在所述透光体的侧壁上设置有两层互不相切的侧壁全反射面；所述入光槽面包括均呈环形面的第一入光面和第二入光面，所述第一入光面在内，所述第二入光面在外；所述出光槽面包括至少一个内凹的出光侧全反射面；

其中，所述第一入光面、出光侧全反射面和侧壁全反射面共同使第一光线以第一反射方式发射出；所述第二入光面、侧壁全反射面和出光侧全反射面使第二光线以第二反射方式发射出。

可选的，所述第一入光面为内凹的弧形锥面，所述第二入光面为直边锥面。

可选的，所述第一入光面为外凸的非球面，所述第二入光面为直边锥面。

可选的，在所述透光体的侧壁上设置有第一侧壁全反射面和第二侧壁全反射面，其中，所述第一入光面、出光侧全反射面和第一侧壁全反射面共同使第一光线以第一反射方式发射出；所述第二入光面、第二侧壁全反射面和出光侧全反射面使第二光线以第二反射方式发射出。

可选的，所述第一反射方式为全反射两次，所述第二反射方式为全反射一次。

可选的，所述出光槽面包括一个出光侧全反射面，所述出光侧全反射面与所述中轴线的夹角大于45度。

可选的，所述出光槽面包括两个出光侧全反射面以及出光平面，靠外的出光侧全反射面与所述中轴线的夹角为12-20度，靠内的出光侧全反射面与所述中轴线的夹角为25-40度。

可选的，最下层的侧壁全反射面为鳞片反射面。

可选的，所述鳞片反射面为钻石形鳞片反射面、四方形鳞片反射面、六边形鳞片反射面中的一种。

本发明实施例提供的一种无芯片影子的led聚光透镜，其对led发出的所有光线的配光，都采用全反射的方式进行配光，其没有直接通过折射的方法进行配光。其透镜上方的中间采用了至少有一个内凹的锥形全反射面，将透镜中间折射部分的光线，也全反射到透镜的外侧面，再通过透镜外侧面的全反射面准直射出，从而消除投射光斑中芯片方形的影子，不管led芯片是任何形状，其投射的光斑始终都为圆形。由于多了透镜外侧的全反射面，其等效透镜焦距有所加长，从而也可以获得更小的准直角度，以及更强的准直光斑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的聚光透镜的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的聚光透镜对led中间部分光线的配光原理图；

图3为本发明实施例1提供的聚光透镜对led外圈部分光线的配光原理图；

图4为本发明实施例1提供的聚光透镜的正视图；

图5为本发明实施例1提供的聚光透镜的立体图；

图6为本实施例的聚光透镜在光度分析软件中的光线追迹；

图7为本实施例的聚光透镜在5米远处的光斑形状及照度分布示意图；

图8为本实施例的聚光透镜的配光曲线图；

图9为本发明实施例2提供的聚光透镜的结构示意图；

图10为本发明实施例2提供的聚光透镜对led中间部分光线的配光原理图；

图11为本发明实施例2提供的聚光透镜对led外圈部分光线的配光原理图；

图12为本发明实施例2提供的聚光透镜的立体图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1-图5所示了本发明实施例1提供的一种无芯片影子的led聚光透镜，所述透镜为整体呈锥形的透光体，在所述透光体上且位于所述透光体中轴线方向上的两侧端分别设置有均呈内凹的入光槽面和出光槽面，在所述透光体的侧壁上设置有两层互不相切的侧壁全反射面，在本实施例中，在所述透光体的侧壁上设置有第一侧壁全反射面124和第二侧壁全反射面123。

所述入光槽面包括均呈环形面的第一入光面和第二入光面，所述第一入光面在内，所述第二入光面在外。在本实施例中，所述第一入光面为内凹的弧形锥面122，所述第二入光面为直边锥面121。

所述出光槽面包括一个内凹的出光侧全反射面125，所述出光侧全反射面与所述中轴线oz的夹角q大于45度。

其中，所述第一入光面、出光侧全反射面和第一侧壁全反射面共同使第一光线以第一反射方式发射出；所述第二入光面、第二侧壁全反射面和出光侧全反射面使第二光线以第二反射方式发射出。

在本发明实施例中，第一光线一般指光源110发射与光轴oz的夹角在±40°以内的光线。第二光线一般指光源110发射与光轴oz的夹角位于±40°~±90°之间的光线。第一反射方式为全反射两次，所述第二反射方式为全反射一次。

图2为聚光透镜对led中间部分光线（即第一光线）的配光。本实施例中选其与光轴的最大夹角为40°。这部分光线由弧形锥面122所收集，经过弧形锥面折射后先进行第一次会聚，会聚后的光线倾斜照射到透镜上方的出光侧全反射面125上。出光侧全反射面125对入射过来的光线进行第一次全反射，第一次全反射后的光线再入射到透镜外侧上一层的第一侧壁全反射面124上，第一侧壁全反射面124对光线进行再次全反射，最后反射光线再次经过透镜上方的出光侧全反射面125折射，最后沿着与光轴oz平行的方向准直射出。由于led中间部分光线，经过弧形锥面122、出光侧全反射面125、外侧上层第一侧壁全反射面124、以及出光侧全反射面125后准直射出，光线经过了多次转折，其光程的等效焦距比较长。最后形成位于光斑中心、会聚角度非常小，能量非常集中的窄角度光斑。

图3为聚光透镜对led外圈部分光线（即第二光线）的配光。这部分光线被直边锥面121所收集，经过锥面121折射后，入射到透镜外侧下一层的第二侧壁全反射面123上进行全反射，反射后的光线入射到透镜上方的出光侧全反射面125，经折射后沿着与光轴oz平行的方向准直射出。由于这部分光线经过的转折次数比较少，其等效焦距比较短，因而这部分的光线最后形成照射面积稍大点的光斑，其边缘光线的最大光束角度约为±5°（全角约为10°）左右。

如图4和图5所示，当led光源为多芯片led或者为荧光粉涂敷较稀的led光源时，由透镜外侧下一层的第二侧壁全反射面123准直会聚出来的光线，其光斑也会不够均匀，或者光斑边缘有偏色的现象，针对这种情况，本实施例可将透镜外侧下一层的第二侧壁全反射面123设置为为鳞片反射面。所述鳞片反射面为钻石形鳞片反射面、四方形鳞片反射面、六边形鳞片反射面中的一种。其作用为打破曲面配光的边界条件，产生小角度的混光，从而可以产生柔和过渡的光斑边缘，以及比较均匀的光斑色温。

如图6为本实施例的聚光透镜在光度分析软件中的光线追迹。图7为本实施例的聚光透镜在5米远处的光斑形状及照度分布示意图。图8为本实施例的聚光透镜的配光曲线图。

本发明提出了一种无芯片影子的led聚光透镜，其对led发出的所有光线的配光，都采用全反射的方式进行配光，其没有直接通过折射的方法进行配光。其透镜上方的中间采用了至少有一个内凹的锥形全反射面，将透镜中间折射部分的光线，也全反射到透镜的外侧面，再通过透镜外侧面的全反射面准直射出，从而消除投射光斑中芯片方形的影子，不管led芯片是任何形状，其投射的光斑始终都为圆形。由于多了透镜外侧的全反射面，其等效透镜焦距有所加长，从而也可以获得更小的准直角度，以及更强的准直光斑。

图9所示了本发明实施例2提供的一种无芯片影子的led聚光透镜，所述透镜为整体呈锥形的透光体，在所述透光体上且位于所述透光体中轴线方向上的两侧端分别设置有均呈内凹的入光槽面和出光槽面，在所述透光体的侧壁上设置有两层互不相切的侧壁全反射面，在本实施例中，在所述透光体的侧壁上设置有第一侧壁全反射面325和第二侧壁全反射面323。

所述入光槽面包括均呈环形面的第一入光面和第二入光面，所述第一入光面在内，所述第二入光面在外。在本实施例中，所述第一入光面为外凸的非球面322，所述第二入光面为直边锥面321。

所述出光槽面包括两个内凹的出光侧全反射面以及出光平面326，靠外的出光侧全反射面327与所述中轴线的夹角为12-20度，靠内的出光侧全反射面324与所述中轴线的夹角为25-40度。

其中，所述第一入光面、出光侧全反射面和第一侧壁全反射面共同使第一光线以第一反射方式发射出；所述第二入光面、第二侧壁全反射面和出光侧全反射面使第二光线以第二反射方式发射出。

在本发明实施例中，第一光线一般指光源110发射与光轴oz的夹角在±40°以内的光线。第二光线一般指光源110发射与光轴oz的夹角位于±40°~±90°之间的光线。第一反射方式为全反射两次，所述第二反射方式为全反射一次。

图10为聚光透镜对led中间部分光线（即第一光线）的配光。本实施例选其与光轴的最大夹角为30°，这部分光线由非球面322所收集，经过非球面322折射后先进行第一次会聚，会聚后的光线照射到位于该非球面上方的靠内的出光侧全反射面324上。靠内的出光侧全反射面324，其与光轴oz的夹角d1位于25°~40°之间，本实施例优选该夹角q为30°。靠内的出光侧全反射面324对入射过来的光线进行第一次全反射，反射后的光线再入射到透镜外侧上一层的第一侧壁全反射面325上，第一侧壁全反射面325对光线进行再次全反射，最后反射光线经过透镜上方的平面326沿着与光轴oz平行的方向准直射出。由于led中间部分光线，经过非球面322、靠内的出光侧全反射面324、第一侧壁全反射面325、以及平面326后准直射出，光线经过了多次转折，其光程的等效焦距比较长。最后形成位于光斑中心、会聚角度非常小，能量非常集中的窄角度光斑。

图11为聚光透镜对led外圈部分光线（即第二光线）的配光。这部分光线被直边锥面321所收集，经过锥面321折射后，入射到透镜外侧下一层的第二侧壁全反射面323上进行全反射，反射后的光线入射到透镜上方的平面326，最后沿着与光轴oz平行的方向准直射出。由于这部分光线经过的转折次数比较少，其等效焦距比较短，因而这部分的光线最后形成照射面积稍大点的光斑，其边缘光线的最大光束角度约为±5°左右(即全角约为10°)。

如图12所示，当led光源为多芯片led或者为荧光粉涂敷较稀的led光源时，由透镜外侧下一层的第二侧壁全反射面323准直会聚出来的光线，其光斑也会不够均匀，或者光斑边缘有偏色的现象，针对这种情况，本具体实施方案将透镜外侧下一层的第二侧壁全反射面323设置为鳞片反射面，其作用为打破曲面配光的边界条件，产生小角度的混光，从而可以产生柔和过渡的光斑边缘，以及比较均匀的光斑色温。

另外，还需要说明的是，还可将透镜上方的出光平面设置为微透镜阵列（复眼透镜阵列）。此时，准直后的光线可通过透镜出光面的微透镜阵列进行混色。所述的微透镜阵列，其每个小透镜的数值孔径角完全相同，其为光束的混光角度。

本发明提出了一种无芯片影子的led聚光透镜，其对led发出的所有光线的配光，都采用全反射的方式进行配光，其没有直接通过折射的方法进行配光。其透镜上方的中间采用了至少有一个内凹的锥形全反射面，将透镜中间折射部分的光线，也全反射到透镜的外侧面，再通过透镜外侧面的全反射面准直射出，从而消除投射光斑中芯片方形的影子，不管led芯片是任何形状，其投射的光斑始终都为圆形。由于多了透镜外侧的全反射面，其等效透镜焦距有所加长，从而也可以获得更小的准直角度，以及更强的准直光斑。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。