一種用于離散led光源的配光透鏡及設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED光源照明領域，特別涉及一種用于離散LED光源的配光透鏡及設備。
【背景技術】
[0002]作為一種節能照明技術，LED照明全方位地進入了人們的生活。在實際生產及使用中，LED燈具的性價比成為日益突出的矛盾。在相同功率下，集成封裝COB光源的價格是多顆獨立封裝光源的數倍，例如現在廣泛使用的采用3030EMC支架封裝的光源。還有在相同功率下的COB集成封裝光源，芯片排布間距大的光源出光效率大于排布間距小的光源。因此現在不少燈具廠商試圖采用多顆獨立封裝的LED光源或芯片間距大的COB光源來降低光源成本。這兩種方式的共性就是離散的發光光源，如果配以常規的配光透鏡，會在照明光場呈現出與光源排布相類似的光斑分布，產生較大的光斑缺陷，特別是在小角度高K值要求的情況下，光源的排布會很明顯地分布在照明光場，極大地影響了照明的效果。在現有應用中，有采用入射孔端面附著小透鏡陣列的方法，這樣的方式雖然可以使一部分高頻率段的光場分布得到勻化，但不能有效的解決中低頻率段光斑呈光源分布的現象，這樣的光場不均勻分布的缺陷極大的限制了離散光源的照明使用效果。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種用于離散LED光源的配光透鏡及設備，通過設置離軸子入射端面，將離散光源中離軸子光源所發出的軸外光線，調整成軸上光或近軸光，有效改變了照明光場呈現出與光源排布相類似的光斑分布情況，同時在透鏡本體中心的位置還設置有中心子入射端面，進一步改進了出射光場的照度分布，使使用離散光源具有和集成芯片光源一樣的光源效果，大大降低光源的成本。
[0004]為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案:
一種用于離散LED光源的配光透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體包括入射面和出射面，其中所述入射面包括入射端面和入射側面；所述入射端面包括主入射端面和子入射端面；
所述主入射端面為平面；所述子入射端面為向透鏡底部方向凸起的曲面，所述子入射端面設置于主入射端面上；
所述子入射端面包括離軸子入射端面和中心子入射端面；
所述離軸子入射端面設置于偏離所述主入射端面中心的位置；
所述中心子入射端面設置于所述主入射端面的中心位置，使用時所述中心子入射端面與中心子光源相對應；所述中心子光源是指在透鏡相匹配的離散光源中處于中心位置的子光源。
[0005]其中所述子入射端面在與透鏡本體中心軸垂直的平面上的投影面積 > 對應子光源在與透鏡本體中心軸垂直的平面上的投影面積的0.8倍； 所述子入射端面的頂點在與透鏡本體中心軸垂直的平面上形成第一投影點，所述子入射端面的對應子光源中心點在與透鏡本體中心軸垂直的平面上形成第二投影點，所述第一投影點和第二投影點之間的距離<對應子光源邊緣處到中心點最大距離的I倍(子光源邊緣處到中心點最大距離是指:子光源中熒光粉涂布的邊緣處到中心點之間的最大距離)。
[0006]本透鏡使用時，各個離散子光源所發出的光經過對應子入射端面的調整作用后其部分能量變成了與透鏡本體中心軸平行或者小角度傾斜的的對應子入射端面的軸上光或近軸光，同時其他沒有與該子光源對應的子入射端面也都會對該子光源較大角度的光成像，這樣就能在出射光場的不同區域形成多個該子光源的像。這樣照明光場就會由許多子光源像疊加形成，這些多個子光源的像相互疊加也可以在空間中低頻率段形成相對均勻的照度分布，本發明改變了出射光場的呈現光源分布的情況，同時提高了出射光場中心的照度，改善了出光效果，使用低成本的離散LED光源，也可以達到和整體為芯片COB集成封裝的LED光源相同的出光效果，降低了相關產品的生產成本。
[0007]進一步的，所述子光源，可以為一個單個的LED光源(單顆的LED光源或者單個芯片封裝的LED光源)，也可以為由至少2個的相對獨立的次級子LED光源(次級子光源為單顆的LED光源或者單個芯片封裝的LED光源)所構成子光源模塊。
[0008]當子光源為單個的LED光源構成時，通過離軸子入射端面與該子光源相對應，并且該子光源所發出部分的光線通過該子入射端面的調節后成為與所述透鏡本體中心軸平行的子入射端面軸線的軸上光線或者近軸光線。
當子光源為至少2個的相對獨立的次級子LED光源構成子光源模塊時(某些情況下子光源并非是獨立的LED光源，而是由2個以上相對集中分布的LED光源構成的，比如說三三兩兩或者三五成群的分布在一個相對集中的區域內(此處的相對集中分布是相比于其他子光源或子光源模塊而言)，這種情況下，用一個子入射端面與子光源模塊相對應(子光源模塊的中心點即是該子光源的中心點)，該子入射端面將所對應的子光源模塊所發出部分的光線調節成為與該子入射端面同軸的軸上光線或者近軸光。
本發明透鏡的主入射端面中心位置具有向透鏡本體底部方向凸起的中心子入射端面，其作用是與光源模塊中的中心子光源相對應；配光透鏡使用時，與透鏡匹配的光源模塊的中心位置往往也具有相應子光源，對于這部分子光源所發出的部分的光線，理論上不需要經過子入射端面的調整，僅僅只是通過透鏡本體其他功能面的配合作用也可以形成與透鏡本體中心軸同軸的軸上光；但是在透鏡入射端面中心具有相應的子入射端面可以實現更好的光學效果。
[0009]特別是當透鏡中心軸上的子光源為子光源模塊時，為提高光源的利用效率同時減少離軸子入射端面加工的成本，在使用時往往會在透鏡中心位置的子光源模塊中盡量多排布一些次子光源，以提高中心子光源模塊的發光強度；此時中心子入射端面的設置顯得由為重要，因為當中心光源為子光源模塊時，其子光源模塊的面積相對于單顆的LED光源或者單個芯片封裝的LED光源的面積要大許多，而且次子光源之間也具有相對離散的特性；此時各個中心次子光源所述發出的光線若不經過中心子入射端面的匯聚和調整作用，難以在出射光場形成與透鏡本體中心軸同軸，且照度相對集中的光斑。
[0010]進一步的，所述透鏡本體包括入射孔，所述入射孔位于透鏡本體的底部中心，向透鏡本體頂部方向凹陷(本發明中以透鏡的入射面方向為頂部，以光源安裝方向為透鏡底部，同時本發明所指的凹陷與凸起均是相對實體而言)所述入射端面位于入射孔的頂部端面上；所述入射孔的側面為入射側面，所述入射側面為圓柱面或者圓錐面，具體面型根據出光效果以及加工工藝而定。
[0011]作為一種優選，所述透鏡的主入射端面和，或子入射端面上附著有次級透鏡陣列(小凸起透鏡陣列);所述次級透鏡向透鏡本體底部方向凸起。(小凸起透鏡陣列面的陣列方式可以是環形陣列也可以為行列陣列)所述次級小凸起透鏡列陣可將上述照明光場中頻段的分布不均勻現象進行勻化，這樣通過透鏡中間端面入射的光就能在光場呈現大致均勻過度的光斑。
[0012]進一步的，所述透鏡的主入射端面、子入射端面和，或入射側面為霧化表面。次級小凸起透鏡陣列面的設置能夠較好地調制中頻率的空間不均勻分布，但是會帶來一些較高頻率的照明光場分布不均，為了克服這種較為高頻率的空間不均勻分布，這樣通過將入射面進行霧化處理，能在光場呈現較為圓潤過度的光斑。
[0013]進一步的，所述子入射端面的曲率根據照明光場需要照度分布情況而定。
[0014]進一步的，所述透鏡本體還包括全反射面，所述全反射面，位于透鏡本體的側面，入射到透鏡側面的光線經過所述全反射面的全反射作用后入射到透鏡本體的出射面上，并經過透鏡出射面的折射作用后，最后出射到透鏡本體的頂部空間。
[0015]作為一種優選，所述全反射面包括子反射面，所述子反射面為平面或曲面，相互離散拼接如鱗片狀分布在所述全反射面上，它們對不同立體角范圍內的光線分別進行控制，讓它們按需要投射到照明光場，使全反射分形成的光斑相互疊加相互補充，形成較為理想的光斑。
[0016]進一步的，所述透鏡的出射面為平面、軸對稱曲面、平面與軸對稱曲面組合面或者至少兩個軸對稱曲面組合面。出射面為拋光面、霧化表面或小凸起透鏡列陣面，這樣可以進一步使光斑圓潤過度。
[0017]進一步的，由于本發明透鏡的設計是根據光源結構分布來設計的，因此在使用時與光源有相對嚴格的對應關系，要防止透鏡在裝配時在軸向轉動，因此本發明透鏡具有定位裝置來防止安裝和使用所述透鏡時與匹配光源之間的相對滑動，或者旋轉錯位。
[0018]進一步的，本專利所述透鏡與其對應的光源可以根據需要配合適當的電源組件、散熱組件以及其他結構組件共同組成LED燈具設備，該燈具具有成本低廉，光斑質量優良的特點。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果:本發明提供一種用于離散LED光源的配光透鏡及設備，通過設置離軸子入射端面，將離散光源中離軸子光源所發出的軸外光線，調整成與透鏡本體中心軸平行或者小角度傾斜(通常< 10° )的對應子入射端面的軸上光或近軸光，有效改變了在照明光場中呈現出與光源排布相類似