一种多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计的扩散透镜的制作方法

本发明属于发光二极管透镜技术领域，尤其涉及一种多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计的扩散透镜。

背景技术：

led光源由于其节能环保的特点已经在照明以及液晶显示背光屏、广告灯箱等领域被广泛使用，创造了广泛的社会价值和商业价值。灯盘或液晶显示产品中，为了灯具表面发光亮度均匀性，经常会用到扩散透镜来控光，透镜的作用是使光源角度变大，提升混光效果，因此透镜角度越大混光效果就会越好。

以灯盘为例：led灯珠发出的光线比较集中，在灯盘中需要使用较多的led数量才能使得灯盘发光表面亮度均匀，否则会有因亮度过于集中、光线不柔和而导致刺眼炫目、发光表面辉度不均匀的现象。但较多的led数量带来了成本的大幅度上涨，灯珠数量会呈现几何倍数的上涨带来的成本上升。因此，目前出现了扩散透镜配合led使光源发光角度变大增加混光效果以减少led数量的光学方案，具体为一个大角度照明透镜罩住一个led灯珠，从而是灯珠发出的朗伯光经过透镜的折射作用后角度变大，光线向四周有规律的射出，光源的等效角度变大了，则相互间光线重叠程度更大，混光效果也就会更好，从而可以用较少的灯珠数量实现灯具发光表面亮度均匀，解决光线刺眼的问题。

目前市场上用于超薄灯具的扩散透镜采用折反射形式的回转体(如图1)，存在两个缺陷：

(1)由于材料本身特性，入射角超过材料的全反射角时，光线就无法折射出透镜出光面，这样双曲面透镜的最大扩散角度存在一定的极限。pmma的全反射角大小为：pc的全反射角大小为：无论是何种材料的透镜入射角大于全反射角时光线就会在透镜内部发生全反射而无法射出透镜，所以折反射式形式的扩散透镜的扩散能力具有理论极限。

(2)扩散透镜正上方亮度分布会出现明显不均匀的现象。由于菲涅尔反射现象的存在，透镜表面不可避免的会存在很多菲涅尔反射回来的杂散光，这部分光线会聚集在透镜附近，影响透镜上方区域的亮度分布。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种用在灯盘或背光屏中的扩散透镜，通过多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计，具有更大的出光角度以及更好的亮度分布，在光源颗数较少的情况下实现超薄灯具或超薄背光屏发光表面亮度均匀的效果。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计的扩散透镜，包括：

第一控光通道，其包括由上至下依次布置的第一控光区域和第二控光区域，第一控光区域的内部设置有全反射面，第一控光区域的外侧设置有透射出光面，第二控光区域的外侧设置有第一折射出光面；

第二控光通道，其包括上至下依次布置的第三控光区域和第四控光区域，第三控光区域呈管状结构，第一控光通道设置在第三控光区域内，第三控光区域的内侧设置有第一入光面，第一入光面为轴对称的旋转平面，第三控光区域的外侧设置有第二折射出光面，第二折射出光面为轴对称的旋转曲面，第四控光区域的底面上设置有内凹的曲面型腔，曲面型腔的表面为第二入光面，底面为曲面。

作为上述技术方案的进一步描述：

第一控光通道和第二控光通道均为光学级pc或pmma材料。

作为上述技术方案的进一步描述：

第一控光通道为轴对称的回旋转体结构。

作为上述技术方案的进一步描述：

第二控光通道为轴对称的回旋转体结构。

作为上述技术方案的进一步描述：

第二控光区域的截面呈上窄下宽的梯形结构。

作为上述技术方案的进一步描述：

第三控光区域的厚度由上至下逐渐增大。

作为上述技术方案的进一步描述：

第一入光面的截面与水平面形成大于90度的钝角。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，扩散透镜由第一控光通道和第二控光通道两部分组成，光线先经过第一控光通道通过入射面和折射面的控光，再由第二控光通道对部分光线进行第第二次控光，进而使透镜的整体出光角度得到更大的偏折，通过多次的控光通道处理使得透镜出光角度更大，亮度分布更均匀。

2、本发明中，在扩散透镜的底面增加了斜面设计，使大部分菲涅尔反射回来的光入射到这个斜面时满足了全反射条件(入射角大于临界角)而发生全反射，将杂散光偏折到远离透镜的区域，以减弱杂散光对均匀性的影响，亮度分布更均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有折反射形式的扩散透镜。

图2为一种多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计的扩散透镜的结构示意图。

图3为一种多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计的扩散透镜的光路图。

图例说明：

1、第一控光通道；11、第一控光区域；111、全反射面；112、透射出光面；12、第二控光区域；121、第一折射出光面；2、第二控光通道；21、第三控光区域；211、第一入光面；212、第二折射出光面；22、第四控光区域；221、底面；222、第二入光面。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种多通道光学控光以及菲涅尔杂散光处理设计的扩散透镜，包括：

第一控光通道1，其包括由上至下依次布置的第一控光区域11和第二控光区域12，第一控光区域11的内部设置有全反射面111，第一控光区域11的外侧设置有透射出光面112，第二控光区域12的外侧设置有第一折射出光面121；

第二控光通道2，其包括上至下依次布置的第三控光区域21和第四控光区域22，第三控光区域21呈管状结构，第一控光通道1设置在第三控光区域21内，第三控光区域21的内侧设置有第一入光面211，第一入光面211为轴对称的旋转平面，第三控光区域21的外侧设置有第二折射出光面212，第二折射出光面212为轴对称的旋转曲面，第四控光区域22的底面221上设置有内凹的曲面型腔，曲面型腔的表面为第二入光面222，底面221为曲面。

第一控光通道1和第二控光通道2均为光学级pc或pmma材料。

第一控光通道1为轴对称的回旋转体结构。

第二控光通道2为轴对称的回旋转体结构。

第二控光区域12的截面呈上窄下宽的梯形结构。

第三控光区域21的厚度由上至下逐渐增大。

第一入光面211的截面与水平面形成大于90度的钝角。

工作原理：

(1)对于第一控光通道：

第一控光通道是一个折反射式扩散透镜，包括入光面和出光面，入光面(第二入光面222)为一内凹的曲面型腔，将led光源(扩散透镜下方)发出的光进行第一次偏折，led轴线与内凹曲面型腔的几何轴线重合。led发出的光经过入光面(第二入光面222)的折射作用后，出光角度变大，再入射到出光面上，此时出光面的设计为折反射式光路设计，控光区域分成两个部分：第一控光区域11和第二控光区域12，第一控光区域11为反射出光区域，第二控光区域12为折射出光区域；第一控光区域11中设置有全反射面111和透射出光面112，将经由入射面偏折后光线的一部分进行第二次偏折(先在全反射面111上进行全反射后再由透射出光面112出射)；第二控光区域12为折射出光区域，将经由入射面折射后光线的一部分通过第一折射出光面121进行第二次偏折，出光面的第一控光区域11和第二控光区域12使发光角度进行二次变大。

(2)对于第二控光通道：

本发明中的第二控光通道在第一控光通道的外圈，为上薄下厚的控光结构，作用是将上面所说的经由折射出光区域(第二控光区域12)的出射光线进行第三次偏折。第二控光通道的入光面(第一入光面211)为一轴对称的旋转平面，其截面与水平面大约成略大于90度的钝角(方便透镜拔模)；第二控光通道的出光面(第二折射出光面212)为一轴对称的旋转曲面。

(3)菲涅尔杂散光处理设计：

光在两种不同介质的分界面处发生折射反射时，在界面处除了折射定律和反射定律外还会有相当一部分光存在菲涅尔反射，这些发生菲涅尔反射的光很难再通过透镜的控光面区控制其方向，这就会影响透镜整体的亮度分布，根据麦克斯韦方程组，可以确定菲涅尔反射光线的大致比例，θi为入射角，n1为入光介质的折射率，n2为折射介质的折射率。

以光线正入射到pmma透镜材料时为例计算菲涅尔反射比例：此时θi＝90度，则rs＝rp≈3.9％，每个界面大概有3.9％的反射杂散光，这部分光会影响透镜的亮度分布。本发明中在透镜底面增加了斜面设计，使大部分菲涅尔反射回来的光入射到这个斜面时满足全反射条件(入射角大于临界角)而发生全反射，反射光会被偏折到远离透镜的方向(如图3中的光线3所示)。在透镜底面增加一个控光曲面，使菲涅尔反射回来的光在此控光曲面上满足全反射条件而发生全反射，反射光线向远离透镜的方向传播，控光曲面为经过光学设计的样条曲线，不同入射角度时的菲涅尔反射的方向不同。

第二控光通道在第一控光通道外圈，第三控光区域21的高度小于第一控光通道的高度，第三控光区域21的高度与第一控光通道的折射区域的第一折射出光面121高度接近。

附图3中，光线1经过第一控光通道后直接出光，光线2分别经过第一控光通道和第二控光通道后出光，光线3为菲涅尔反射光线，经过菲涅尔杂散光处理曲面的反射后出光。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。