Led透鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了.一種LED透鏡，包括LED光源、折射器及反射面，與所述折射器與所述反射面一體成型，所述LED光源位于所述折射器下方。本實用新型的技術方案具有以下有益效果：由于本實用新型LED透鏡的大部分出射光線都較為平行，光線出射角小于10°，因此本系統對光線的利用率較高，聚光效果較好，可以形成較小的中心光斑，即使在較遠處也能滿足LED燈的光照度要求，從而提高了商業展示類照明的工作效率和安全性。鋸齒形曲面位于折射器的上部內側，用于減小折射器的體積；降低制造成本。由于出射光線為平行光，透鏡的折射僅僅發生在光學表面，所以在不影響出射光線方向的基礎上，可去除部分光學材料。
【專利說明】
LED透鏡
技術領域
[0001] 本實用新型設及L邸透鏡，特別設及一種折反射L邸透鏡。
【背景技術】
[0002] 在藝術品展示、珠寶首飾展示、建筑泛光、礦燈、野營燈等領域的照明光學系統中， 往往需要配光精準的平行光束，相比傳統的面素燈光源，L抓具有光效高、壽命長、體積小， 且工作時較低的結溫不易引燃爆炸性氣體的優點，但在實際應用時，L邸透鏡平行光束配光 反射器過高、折射器過大等缺陷，無法滿足特殊商業照明，及微窄空間的燈具裝配需求，存 在聚光性能差、透鏡體積大等缺點，不利于微型空間的展示性照明。 【實用新型內容】
[0003] 為解決現有本發明提出一種新型的Lm)平行配光系統，W折反射的配光形式，縮小 透鏡尺寸，使配光更加精準。
[0004] 本實用新型提供的技術方案如下：
[000引一種L邸透鏡，包括L抓光源、折射器及反射面，與所述折射器與所述反射面一體成 型，所述L邸光源位于所述折射器下方。
[0006] 優選地，所述折射器包括折射面和銀齒形曲面。所述折射面呈弧形，弧形內部正對 所述LED光源，所述折射面頂端背面固定有一銀齒形曲面，所述銀齒形曲面開口向上，與折 射面開口相反，所述反射面位于所述折射器兩邊。
[0007] 優選地，所述折射面呈"Q "形，底部有兩段向外延伸的水平部，所述反射面與所述 兩段水平延伸部連接。
[000引優選地，所述折射面頂部內側有一向所述L邸光源凸起的弧形聚光部。
[0009 ]優選地，所述銀齒形曲面內側底部為水平設計。
[0010] 優選地，所述折射面的母線滿足迭代公式為
Xi+i = yw ? tan0i+i;其中，0i和0i+i分別為光源發出的第i和i+1條光線與豎直軸的夾角;A點 (xi，yi)和B點(xw，yw)為光線與透鏡母線的交點。
[0011] 優選地，所述反射面的母線滿足迭代公式為
XW . tan0j+i，其中0J和0J+汾別為光源發出的第巧Pj+1條光線與水平軸的夾角;U點(xj，yj) 和V點(Xj+i，yw)為光線在反射面上的入射點。
[0012] 優選地，所述透鏡口徑為30mm~60mm。
[001引優選地，所述折射器口徑為9mm~25mm。
[0014]與現有技術相比，本實用新型的技術方案具有W下有益效果：由于本實用新型LED 透鏡的大部分出射光線都較為平行，光線出射角小于10%因此本系統對光線的利用率較 高，聚光效果較好，可W形成較小的中屯、光斑，即使在較遠處也能滿足Lm)燈的光照度要求， 從而提高了商業展示類照明的工作效率和安全性。銀齒形曲面位于折射器的上部內側，用 于減小折射器的體積;降低制造成本。由于出射光線為平行光，透鏡的折射僅僅發生在光學 表面，所W在不影響出射光線方向的基礎上，可去除部分光學材料。
【附圖說明】
[001引圖1是L邸透鏡內部結構示意圖；
[0016] 圖2是折射面的母線迭代分析圖；
[0017] 圖3是反射面的母線迭代分析圖；
[0018] 圖4是L邸透鏡的透視結構圖；
[0019] 圖5是L邸透鏡照射的光強分配仿真結果圖；
[0020] 圖6是L邸透鏡照射的照度分布仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0021] W下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所掲露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可W通過另外不同的具體實 施方式加 W實施或應用，本說明書中的各項細節也可W基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0022] 需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅W示意方式說明本發明的基本構想， 遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪 審IJ，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可 能更為復雜。
[0023] 結合圖1所示，一種Lm)透鏡，包括Lm)光源1、折射器2及反射面3，與所述折射器與 所述反射面一體成型，所述Lm)光源1位于所述折射器2下方。折射器2將Lm)光源發出的0°~ 20°及20°~40°的光線配成0°的平行光線射出。進一步地，所述折射器2包括折射面21和銀 齒形曲面22。所述折射面21呈弧形，弧形內部正對所述Lm)光源，所述折射面21頂端背面固 定有一銀齒形曲面22,所述銀齒形曲面22開口向上，與折射面21開口相反，用于減小折射器 2的體積。所述銀齒形曲面22內側底部為水平設計。所述反射面3位于所述折射器2兩邊。在 本實施例中的一個優選實施例，所述折射面21呈形，底部有兩段向外延伸的水平部，所 述反射面3與所述兩段水平延伸部連接。所述折射面21頂部內側有一向所述L邸光源凸起的 弧形聚光部。用于支撐所述銀齒形曲面22。
[0024] 如圖2所示折射面的母線迭代分析圖。0點為Lm)光源，01和01+1分別為光源發出的 第i條和第i+1條光線與巧由的夾角;OM為折射面的邊緣光線;A點（Xi，yi)和B點(Xi+i，yw)為 光線與透鏡母線的交點;e功A點處切線與水平線的夾角;a功A點處入射角；S功A點處出射 角。
[002引本發明采用近似算法，將點（xi，yi)與點（xi+i，yw)之間的母線所在直線近似為點 (xi，yi)處的切線，即將切線的斜率表示為：
[0026] …
[0027]光線入射角和切線與水平線的夾角滿足W下關系：
[002引 Cii =目 i+0i (2)
[0029] 為使出射光線與Y軸正方向平行，光線出射角Si應等于切線與水平線的夾角，即：
[0030] Si =權(3)
[0031] 通過代換可得：
[0032]
(4)
[0033] 將(4)代入式(1)得到母線點坐標的迭代公式：
[0034]
巧）
[0035] xi+i = yi+i ? 1:an目i+i (6)
[0036] 將由式(5)、（6)求得的母線各點坐標連線即可得到折射面的母線。
[0037] 由于出射光線為平行光，透鏡的折射僅僅發生在光學表面，所W在不影響出射面 光線方向的基礎上，可去除部分光學材料。
[0038] 反射面采用自由曲面設計，自由曲面型的反射面位于側面，將光源發出的40°到 90°的光反射成0°的平行光線射出。
[0039] 如圖3所示反射面的母線迭代分析圖，0神日0W分別為光源發出的第j條和第j+1條 光線與X軸的夾角;OJ為反射面的邊緣光線，U點和V點（xj+l，yj+l)為光線在反射面 上的入射點;Pj為U點處切線與水平線的夾角;a j為U點處入射角;S j為A點處出射角。
[0040] 光線入射角和切線與水平線的夾角滿足W下關系：
[0041]
(村
[0042] 為使出射光線與Y軸正方向平行，光線出射角Sj應等于切線與水平線的夾角，即：
[0043] Sj = Pj (8)
[0044] 通過代換可得：
[0045]
巧）
[0046] 將式(9)代入式(1)即得反射面母線各點坐標的迭代公式：
[0047]
城）
[004引 yj+i = xj+i ? 1:an目j+i (11)
[0049] 將由式(10)、（11)求得的母線各點坐標連線即可得到反射面的母線。
[0050] 通過計算得到設計所需的系統模型，其中透鏡的口徑為30mm~60mm，高為20~ 40mm，折射器的口徑為9mm~25mm，高為5~15mm，利用建模軟件結果如圖4所示實體LED透鏡 的透視結構圖。
[0051 ]選用CREE公司Q4光通量為IOOlm的中性白貼片式L邸作為光源，將光學系統的模型 導入光學仿真軟件后進行光線追跡，其仿真結果如圖5 L抓透鏡照射的光強分配仿真結果 圖所示。可見本光學系統的大多數出射光線都較為平行，光線出射角小于10%因此本系統 對光線的利用率高，會聚效果較好，可W形成較小的中屯、光斑，即使在較遠處也能滿足LED 燈的光照度要求，從而提高了商業展示類照明的工作效率和安全性。
[0052] 由圖6 L邸透鏡照射的照度分布仿真結果圖所示，光學系統在Im處的光斑效果，其 半徑為125mm，光斑大小適中，避免光斑過小造成眩光產生視覺疲勞，光斑過大照度不夠影 響可見性的問題。系統的中屯、照度達到12501X，達到國家標準要求的中屯、照度指標。經過計 算得到光照度均勻度大于0.5，說明光斑較均勻，光斑質量較好。
[0053] 本發明的折射器采用PMMA材質，反射器采用侶，燈具效率約為84%。利用光學仿真 軟件進行模擬分析，結果表明透鏡的出射角小于10%出射光線較為平行，光斑大小適中，光 照度較為均勻，中屯、照度值達到國家標準要求，可作為藝術品展示、珠寶首飾、建筑泛光、礦 燈、野營燈等領域的照明光學配光系統，同時，本實用新型L邸透鏡結構緊湊、能夠有效節約 生產成本。
[0054] 上述實施例示例性說明本發明的原理及其功效，任何熟悉此技術的人±皆可在不 違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具 有通常知識者在未脫離本發明所掲示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變， 仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1. 一種LED透鏡，其特征在于:包括LED光源、折射器及反射面，與所述折射器與所述反 射面一體成型，所述LED光源位于所述折射器下方。2. 根據權利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射器包括折射面和鋸齒形曲面， 所述折射面呈弧形，弧形內部正對所述LED光源，所述折射面頂端背面固定有一鋸齒形曲 面，所述鋸齒形曲面開口向上，與折射面開口相反，所述反射面位于所述折射器兩邊。3. 根據權利要求2所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射面呈" Ω "形，底部有兩段向外 延伸的水平部，所述反射面與所述兩段水平延伸部連接。4. 根據權利要求3所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射面頂部內側有一向所述LED光 源凸起的弧形聚光部。5. 根據權利要求2所述的LED透鏡，其特征在于:所述鋸齒形曲面內側底部為水平設計。6. 根據權利要求1所述的LED透鏡，其特征在于：所述折射面的母線滿足迭代公式為,； 其中，0i和0i+1分別為光源發出的第i和i+Ι條光線與豎直軸的夾角;A點（ Xi，yi)和B點（xi+1， y1+1)為光線與透鏡母線的交點。7. 根據權利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述反射面的母線滿足迭代公式為，， 其中Θ」和θ」+1分別為光源發出的第j和j+l條光線與水平軸的夾角；U點（ Xj，yj)和V點（Xj+1， yJ+1)為光線在反射面上的入射點。8. 根據權利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述透鏡口徑為30mm~60_。9. 根據權利要求1所述的LED透鏡，其特征在于:所述折射器口徑為9mm~25_。
【文檔編號】F21V5/04GK205424831SQ201521014728
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月8日
【發明人】趙飛, 韓勇, 李慧芳, 王麗萍, 王鈺
【申請人】上海麗業光電科技有限公司