專利名稱：一種led配光透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED配光透鏡，尤其是一種通過對光線進行微分、積分處理的LED配光透鏡。
背景技術：
LED作為新型節能光源，已經廣泛的應用于各種照明場合，如射燈、路燈、工況燈等，它們取代傳統光源，大大提高了電光轉換效率。但是隨著led芯片技術的發展，以及應用需求的發展，led發光光源往往不再是連續的均勻發光面或發光體。例如為了進一步提高LED光源的出光效率，一些LED光源廠家在芯片上進行刻槽，所刻溝槽會造成在芯片上發光不一致。又例如，為了滿足大功率照明，不少封裝廠家都采用了集成封裝，這樣芯片之間的間隔會造成發光面不連續。還有，現有的一些led封裝方式及熒光粉涂布方式還會造成led的色溫隨著出光角度發生變化。以上所述的各種因素都造成了 led光源本身的發光缺 陷，尤其是LED光源發出的大角度范圍的光線其色溫隨角度變化更加明顯。這些缺陷在一些要求不高的大角度泛光照明應用場合是可以接受的，但是在高端照明場合往往不能滿足要求。特別是在小角度定點照明時很容易在照明區域產生色彩不均勻的現象。為了克服這一現象，傳統配光透鏡通常是在配光透鏡的出射表面設置面形參數一致的透鏡陣列或將透鏡的出射表面做成毛面，其不足之處在于第一是勻化調制光場的能力有限，第二是影響透鏡出光效率。
發明內容
本發明解決的技術問題在于克服現有技術的上述不足，提供一種既不影響出光效率、又能使出射光線在照明場內分布均勻的LED配光透鏡。為解決上述技術問題，本發明提供了以下技術方案
一種LED配光透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體由入射面、反射面以及出射面共同圍成，所述入射面在透鏡本體底部內凹，所述反射面設置在透鏡本體的側面，所述反射面由若干個沿透鏡本體軸向設置的環形面依次拼接而成，相鄰兩個所述環形面的拼接處曲率不連續，所述環形面排列成環形階梯狀的反射面。不同環形面接收各自對應的、與透鏡本體軸線具有不同夾角范圍的入射光線再反射，從而對LED光源發出的大角度光線按照與透鏡本體軸線的夾角的不同進行了微分分割處理，通過控制不同環形面的面形和空間姿態，使反射光線投射到照明區域時，各環形面所控制的光線在光照區域的面積大致相等且相互疊加，出射光線整體分布更加均勻，有效地克服LED光源發出的大角度光線在軸向平面內的色彩分布不均現象，并避免了光源有缺陷的LED發出的大角度光線僅通過連續反射面反射后在光照區域產生缺陷，并且對出射光線的角度和區域分布控制更加靈活、全面。需要說明的是，此處軸向平面，是指過透鏡本體軸線的平面。優選的，所述環形面的母線為弧線。采用這樣的結構，便于調節出射光線在光照區域內的分布區域，有利于靈活控制出射光線的角度。需要說明的是，此處環形面的母線為弧線，是指整個環形面的母線曲率相等。優選的，所述環形面的母線為曲線。采用這樣的結構，可以根據需要將光線精確地投射于預設光照區域，有利于靈活控制出射光線的角度、使其在光照區域內按需均勻分布。需要說明的是，此處環形面的母線為曲線，是指整個環形面的母線曲率不完全相
坐寸ο優選的，所述環形面的母線為直線。采用這樣的結構，加工制造方便。優選的，通過入射面進入至透鏡本體內的入射光線，投向反射面以后形成反射光線，相鄰兩個反射面的反射光線通過外圍出射面折射后照射于光照區域、并在光照區域部·分重合。采用這樣的結構，在光照區域中，分別由各個環形面照出的出射光區域相互疊加重合，以積分的方式進行均光，改善了光照區域內色彩分布的均勻程度，并消除光源缺陷而產生的照明區域色彩不均勻等現象。經過反射面反射的光線在光照區域內的分布，可以通過調節各環形面的面形、空間姿態等方式進行調節。優選的，所述外圍出射面由若干個扇形面相互拼接而成，所述扇形面在外圍出射面以透鏡本體軸線為中心軸向外呈放射狀徑向排列，扇形面對LED發出的大角度光線在徑向進行微分。有效地克服LED光源發出的大角度光線在徑向的色彩分布不均現象。需要說明的是，此處徑向，是指與透鏡本體軸線相垂直的方向。優選的，所述光線通過外圍出射面上的若干個扇形面折射后照射于光照區域，各個扇形面折射的光線在光照區域疊加重合。通過扇形面折射后的出射光線在光照區域相互疊加重合，進一步提高光照區域內色彩的均勻性。
優選的，所述扇形面的面形為平面。采用這樣的結構，制造加工方便。優選的，各個扇形面的面形為柱面。采用這樣的結構，光線在扇形面的折射角度更大。需要說明的是，扇形面的面型為柱面，是指整個扇形面為曲率相同弧面。優選的，各個扇形面的面形為曲面。采用這樣的結構，光線在扇形面的折射角度更大，且更容易調節光線折射偏出的方向。需要說明的是，扇形面的面型為曲面，是指整個扇形面為曲率不完全相同弧面。優選的，各個扇形面的面形和大小相同。采用這樣的結構，投射在光照區域的光線更加均勻。優選的，所述透鏡本體的外圍出射面中心設置有內凹的中心區域出射面。采用這樣的結構，設置這樣一個工藝孔，便于透鏡本體的制造加工。優選的，所述中心區域出射面由透鏡陣列拼接而成，所述中心區域出射面為非連續面。LED光源發出的小角度光線在中心區域出射面的非連續透鏡陣列表面折射、微分處理后均勻照射到光照區域，這樣有助于解決LED光源發出的小角度范圍內的光線在軸向及徑向色彩分布不一致的現象，從而解決照明區域內色彩不一致的問題。優選的，所述中心區域出射面由若干環的鱗片組合而成，各環的鱗片均繞透鏡本體軸線布置，若干環鱗片沿徑向排列。采用這樣的結構，中心區域出射面的若干環鱗片把LED光源發出的小角度范圍的光線進行微分分割處理，然后通過鱗片的面形控制出射光線，使它們在照明區域進行疊加積分。通過中心區域出射面的鱗片微分積分處理后的光線可以有效地克服由于LED光源缺陷而造成發出的小角度范圍內的光線在軸向及徑向的色彩分布不一致現象而引起的照明光場的色彩不一致現象。優選的，所述各鱗片的面形均為平面。采用這樣的結構，便于加工。優選的，所述各鱗片的面形均為曲面。采用這樣的結構，投射于光照區域的光線一致性更好。優選的，所述同一環上的鱗片的面形和大小相同。采用這樣的結構，進一步提升光照區域內光線和色彩均勻分布。優選的，所述中心區域出射面為曲率連續的曲面，采用這樣的結構，由LED光源發出的小角度光線在中心區域出射面上直接折射后照射到光照區域，這樣的透鏡本體出光效
率高。 優選的，所述中心區域出射面為毛面，采用這樣的結構，有助于解決LED光源發出的小角度范圍內的光線在軸向及徑向的色彩分布不一致現象從而弓I起的照明光場的色彩不一致現象。需要說明的是，本發明中的光照區域是指LED光源透過透鏡本體以后、照射在透鏡本體外部的目標區域，也可以稱作是照明光場。與現有技術相比，本發明的有益效果是不同環形面接受各自對應的、與透鏡本體軸線具有不同夾角范圍的入射光線再反射，也就是對光源發出的大角度光線按照與透鏡本體軸線的夾角的不同進行了微分分割處理，通過控制不同環形面的面形和角度，使反射光線投射到照明區域時，各環形面所控制的光線在光照區域的面積大致相等，出射光線整體分布更加均勻，有效地克服光源缺陷而產生的照明區域色彩不均勻的現象，并避免了光源有缺陷的LED發出的光線僅通過連續反射面反射后在光照區域產生缺陷，并且對出射光線的角度和區域分布控制更加靈活。
圖I為本發明中一種實施例的立體結構示意 圖2為圖I的主視 圖3為圖I的剖視 圖4為圖I的又一視向立體結構示意 圖5為本發明又一實施方式的主視 圖6為圖5的立體結構示意 圖7為本發明又一實施方式的主視 圖8為圖7的立體結構示意圖。附圖標記如下入射面一 I ;反射面一2 ;環形面一2a ;外圍出射面一3 ;扇形面一3a ;中心區域出射面一4 ;透鏡陣列一4a ;鱗片一4b ;透鏡本體軸線一5 ;透鏡本體一6。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。本發明的實施方式不限于以下實施例，在不脫離本發明宗旨的前提下做出的各種變化均屬于本發明的保護范圍之內。實施例I
如圖I至圖3所示，本發明LED配光透鏡包括透鏡本體6，透鏡本體6的外形大致呈錐形體狀，透鏡本體6由入射面I、反射面2以及出射面共同圍成，入射面I在透鏡本體6底部內凹，LED光源可以安裝在該凹陷的空間區域內，入射面I用于接收靠近該側的LED光源的光線，LED光源的光線經過入射面I折射以后在透鏡本體6內部形成入射光線；反射面2設置在透鏡本體6的側面，用于將透鏡本體6內部的光線變向反射后投向出射面，出射面設置在透鏡本體6遠離入射面I的一端，用于將透鏡本體6內部的光線折射后射出，并投向光照區域，反射面2由若干個沿透鏡本體6軸向設置的環形面2a依次拼接而成，若干個環形面2a的口徑由入射面I至出射面逐級遞增，且相鄰兩個環形面2a的拼接處曲率不連續，各環形面2a的母線均為弧線，相鄰兩個環形面2a在拼接處形成凸尖，更有益于控制光線在光照區域內的分布，在透鏡本體6內部，由環形面2a排列成的反射面2呈環形階梯狀、即逐級變徑的拼接在一起，此處的環形階梯狀，即若干個環形面2a的半徑，沿透鏡本體軸線5的方向漸變，并且沿透鏡本體軸線5的方向依次拼接，不同的環形面2a接收各自對應的、與透 鏡本體軸線5具有不同夾角范圍的入射光線后再反射，從而對光源發出的大角度光線伴隨其與透鏡本體軸線5的夾角的不同進行微分分割處理，通過控制不同環形面2a的面形和角度，使各環形面2a所反射的光線在光照區域的面積大致相等且相互疊加，出射光線整體分布更加均勻，有效地克服光源缺陷而產生的照明區域色彩不均勻的現象，并避免了光源有缺陷的LED發出的大角度光線僅通過連續反射面反射后在光照區域產生缺陷，并且對出射光線的角度和區域分布控制更加靈活。并且，本實施例中通過入射面I進入至透鏡本體6內的入射光線，投向反射面2以后形成反射光線，相鄰兩個反射面2的反射光線通過外圍出射面3折射后照射于光照區域、并在光照區域疊加重合，采用調節環形面2a的面形和空間姿態的方式進行調節，并使得相鄰兩個反射面2的反射光線在光照區域內相互疊加。采用這樣的方式，在光照區域中，分別由相鄰兩個環形面2a照出的出射光區域疊加重合，以積分的方式進行均光，改善了光照區域內色彩分布的均勻程度，并消除光源缺陷而產生的照明區域色彩不均勻等現象。在其余實施方式中，亦可將相鄰的環形面2a的母線大致設置成任意曲線、相對獨立的形式，但是在接縫處可以是相切過渡進行銜接，亦在本發明的保護范圍以內。本實施例中，透鏡本體6由PMMA、PC或其他光學級樹脂或光學玻璃等光學材料制成，在此就不再贅述。實施例2
本實施例與實施例I不同之處在于環形面2a的母線為曲線，通過改變環形面2a上母線的曲率，將反射光線按需精確地照射在光照區域中，更有利于光線在光照區域內的靈活調節。其余結構請參閱實施例I。實施例3
本實施例與實施例I不同之處在于環形面2a的母線為直線，采用這樣的方式，出光效率高，且加工制造方便。其余結構請參閱實施例I。
實施例4
如圖I至圖4所示，本實施例中的LED配光透鏡中，外圍出射面3由若干個扇形面3a相互拼接而成，扇形面3a在外圍出射面3以透鏡本體軸線5為中心軸向外呈放射狀徑向排列，光線通過扇形面3a折射以后離開透鏡本體6、并照向光照區域，各個扇形面3a接收各自對應的垂直于透鏡本體軸線5的、不同徑向角度的反射光線以后，通過控制不同扇形面3a的面形折射后投射到照明區域，通過控制不同扇形面3a的面形，使光線折射照出時，以微分的方式，有效地克服LED光源發出的大角度光線在垂直于透鏡本體軸線5的、不同徑向角度色彩缺陷而造成光照區域內色彩分布不均的現象。更進一步，透鏡本體6內的光線通過外圍出射面3上的若干個扇形面3a折射后照射于光照區域，相鄰兩個扇形面3a折射的光線在光照區域疊加重合，通過相鄰兩個扇形面3a折射后的出射光線在光照區域相互疊加，以積分的方式，進一步提高光照區域內色彩的均勻性。本實施例中各個扇形面3a的面形和大小均相同，以起到更好的均光、調節效果。
通過扇形面3a的微分、積分處理后的光線，可以有效地克服由于LED光源缺陷而造成發出的大角度光線在垂直于透鏡本體軸線5的徑向的色彩分布不一致現象，從而減緩其引起的照明區域色彩分布不均勻現象。其余結構請參閱實施例I。實施例5
本實施例中，各個扇形面3a的面形均為柱面，即各個扇形面3a的面形均是向外凸起的、曲率相同的弧形面，采用這樣的扇形面3a，出射光線的折射角度更大。其余結構請參閱實施例4。實施例6
本實施例中，各個扇形面3a的面形均為曲面，即各個扇形面3a的面形均是向外凸起的形式，但是，本實施例中的扇形面3a的表面曲率不完全相同，采用這樣的方式，可以結合出射光線的角度、色彩等按需調節折射偏角，更容易靈活調節光線折射偏出的方向。其余結構請參閱實施例4。實施例7
如圖I所示，本實施例中的LED配光透鏡中，透鏡本體6的外圍出射面3中心設置有內凹的中心區域出射面4，這一部分中心區域出射面4用于接收LED光源發出的小角度光線，由LED光源發出的小角度光線在中心區域連續面折射之后投向照明區域，本實施例中的中心區域出射面4為曲率連續的曲面，出光效率高。其余結構請參閱實施例4。實施例8
如圖I所示，本實施例與實施例7不同之處在于本實施例中的LED配光透鏡中，中心區域出射面4為毛面，LED光源發出的小角度光線在中心區域出射面4的毛面折射、微分處理、均勻照射到照明區域，這樣有助于解決LED光源發出的小角度范圍內的光線在軸向及徑向的色彩分布不一致現象從而引起的照明光場的色彩不一致現象。其余結構請參閱實施例7。實施例9
如圖7和圖8所示，本實施例與實施例7不同之處在于中心區域出射面4由若干環鱗片4b組合而成，各環鱗片4b繞透鏡本體軸線5徑向排列，即中心區域出射面4由若干個鱗片4b組合而成，若干個鱗片4b在中心區域出射面4繞透鏡本體軸線5環形分布，同一環鱗片4b中的各個鱗片4b形狀相同，但是在其余實施方式中，不同環的鱗片4b的大小、形狀及數量可以相同，也可以不同。中心區域出射面4的若干環鱗片4b把LED光源發出的小角度范圍的光線進行微分分割處理，然后通過鱗片4b面形控制出射光線，使它們在照明區域進行疊加積分。通過中心區域出射面4的鱗片4b微分積分處理后的光線，可以有效地克服由于LED光源缺陷而造成發出的小角度范圍內的光線在軸向及徑向的色彩分布不一致現象，從而克服其引起的照明區域的色彩不一致現象。其余結構請參閱實施例7。實施例10
如圖5和圖6所示，本實施例中，中心區域出射面4由透鏡陣列4a拼接而成，中心區域出射面4為非連續面，通過透鏡陣列4a組成非連續的表面，光源發出的小角度光線在中心區域出射面4的非連續透鏡陣列4a表面折射、微分處理后均勻照射到光照區域，這樣有助于解決LED光源發出的小角度范圍內的光線在軸向及徑向色彩分布不一致的現象，從而解·決照明區域內色彩不一致的問題。其余結構請參閱實施例7。上面結合附圖對本發明的實施例做了詳細描述，但是本發明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內還可以作出各種變化，這些變化均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種LED配光透鏡，包括透鏡本體(6)，所述透鏡本體(6)由入射面(I)、反射面(2)以及出射面共同圍成，所述入射面(I)在透鏡本體(6 )底部內凹，所述反射面(2 )設置在透鏡本體(6)的側面，其特征在于所述反射面(2)由若干個沿透鏡本體(6)軸向設置的環形面(2a)依次拼接而成；相鄰兩個所述環形面(2a)的拼接處曲率不連續，所述環形面(2a)排列成環形階梯狀的反射面(2)。
2.根據權利要求I所述的LED配光透鏡，其特征在于所述環形面(2a)的母線為弧線、直線或曲線。
3.根據權利要求I或2所述的LED配光透鏡，其特征在于通過入射面(I)進入至透鏡本體(6)內的入射光線，投向反射面(2)以后形成反射光線，相鄰兩個反射面(2)的反射光線通過外圍出射面(3)折射后照射于光照區域、并在光照區域部分重合。
4.根據權利要求I至3中任一所述的LED配光透鏡，其特征在于所述外圍出射面(3)由若干個扇形面(3a)相互拼接而成，所述扇形面(3a)在外圍出射面(3)以透鏡本體軸線(5)為中心軸向外呈放射狀徑向排列。
5.根據權利要求4所述的LED配光透鏡，其特征在于所述光線通過外圍出射面(3)上的若干個扇形面(3a)折射后照射于光照區域，相鄰兩個扇形面(3a)折射的光線在光照區域部分重合。
6.根據權利要求4所述的LED配光透鏡，其特征在于所述扇形面(3a)的面形為平面、柱面或曲面。
7.根據權利要求4所述的LED配光透鏡，其特征在于各個扇形面的面形和大小相同。
8.根據權利要求I至7中任一所述的LED配光透鏡，其特征在于所述透鏡本體(6)的外圍出射面(3)中心設置有內凹的中心區域出射面(4)。
9.根據權利要求8所述的LED配光透鏡，其特征在于所述中心區域出射面(4)由透鏡陣列拼接而成，所述中心區域出射面(4)為非連續面。
10.根據權利要求8所述的LED配光透鏡，其特征在于所述中心區域出射面(4)由若干環的鱗片(4b)組合而成，各環的鱗片(4b)均繞透鏡本體軸線(5)布置，若干環鱗片(4b)沿徑向排列。
11.根據權利要求10所述的LED配光透鏡，其特征在于所述各鱗片的面形均為平面或曲面。
12.根據權利要求10或11所述的LED配光透鏡，其特征在于所述同一環上的鱗片的面形和大小相同。
13.根據權利要求8所述的LED配光透鏡，其特征在于所述中心區域出射面(4)為曲率連續的曲面。
14.根據權利要求8所述的LED配光透鏡，其特征在于所述中心區域出射面(4)為毛面。
全文摘要
本發明涉及一種LED配光透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體由入射面、反射面以及出射面共同圍成，所述入射面在透鏡本體底部內凹，所述反射面設置在透鏡本體的側面，所述反射面由若干個沿透鏡本體軸向設置的環形面依次拼接而成，相鄰兩個所述環形面的拼接處曲率不連續，所述環形面排列成環形階梯狀的反射面；不同環形面接收各自對應的、與透鏡本體軸線具有不同夾角范圍的入射光線再反射，從而對光源發出的大角度光線按照與透鏡本體軸線的夾角的不同進行了微分分割處理。
文檔編號F21Y101/02GK102878526SQ201210422669
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者霍永峰 申請人:成都歐盛光電科技有限公司