用于LED灯的透镜

摘要

本发明公开了一种用于LED灯的透镜，在透镜底面上设有一凹槽，凹槽的横截面为圆形，且凹槽的内径由外到内逐渐减小，在凹槽内又设有一凸起，凸起凸出于透镜底面，凸起整体呈圆台形，凸起横截面的直径由内到外逐渐减小，在凸起内设置有底部开口的光源容置腔。本发明在上述透镜结构的基础上，对透镜的形状、尺寸进行了巧妙设计并通过计算机模拟，最后将设计好的图导入到计算机模拟软件进行设计模拟，并检查光路进行局部优化，使最终符合设计要求。本发明带来的好处是：1，更大的发光面积，降低透镜的表面亮度；2，降低透镜的高度，为散热及电源节省空间；3，降低透镜厚度，能节省透镜成本，同时降低透镜成形时间，大幅降低透镜成本。

主权项

一种用于LED灯的透镜，该透镜在结构上基本呈圆台形，包括直径较小的底面、直径较大的顶面及侧面，顶面为出光面，沿顶面的周缘向外延伸出环状凸台，其特征是：在透镜底面上设有一凹槽，凹槽的横截面为圆形，且凹槽的内径由外到内逐渐减小，在凹槽内又设有一凸起，所述的凸起凸出于透镜底面，凸起整体呈圆台形，凸起横截面的直径由内到外逐渐减小，在凸起内设置有底部开口的光源容置腔，光源容置腔具有使光线进入到透镜的入射侧面、入射顶面，该透镜各部分的形状、大小是采用如下方法设计而成的：定义透镜高度为H1，透镜高度即为从出光面到光源容置腔底部开口处的垂直距离，透镜出光面直径为D1，光源容置腔底部开口直径为D3，凸起底部与环状凸台底面之间的垂直距离为H2，凸起凸出于透镜底面的高度为H3，透镜的侧面定义为面1，光源容置腔的入射侧面定义为面2，光源容置腔的入射顶面定义为面3，凸起的侧面定义为面4，透镜的出光面定义为面7，凹槽的侧壁面定义为面8；a,以透镜的中心轴为界，取透镜纵截面的一半进行说明，LED光源处在透镜中心轴与光源容置腔底部开口的交界处，将LED光源在光源容置腔内发出的光分成三个区域a1、a2、a3，各个区域分别配光，a1区域的光为入射到面3的光，此部分光入射到面3再折射后从面7透射出去；a2、a3部分的光均为入射到面2的光，其中a2区域的光经面2折射后形成全反射角在面7形成反射，反射到面1再反射出来；a3区域的光经面4反射出来；b，根据项目要求，在遵循透镜直径高度比大于2的前提下，确定透镜出光面直径D1、透镜高度H1和凸起底部与环状凸台底面之间的垂直距离为H2的数值，同时获知透镜角度β的数值；c，设计材质及全反射角确定，选取项目所需的材质，并查物性表确定材料折射率，再根据折射率公式1/n＝SinC/Sin90°，可求得全反射临界角度C；d，基本设计方案或尺寸确认，由于出光面同时要作反射面，所以基本确定面7为镜面；为满足结构设计要求避开LED固定所需结构件，如螺丝等，根据经验值设定高度H3；面1为全反射面，在面1上镀高效反射膜；根据LED发光面大小和透镜设计经验值，确定光源容置腔底部开口直径D3的数值；设计a1光学部分尺寸，因为该部分光线从质疏到质密再到质疏材质中，所以该部分的光线方向基本没有变化，所以该a1部分的角度基本按透镜角度的1/2定义，即LED光源与光源容置腔的入射顶面边缘的连线和透镜中心轴的夹角为透镜角度的1/2；综合考虑注塑成形条件及透过率损失，按经验设定光源容置腔的入射顶面与透镜顶面之间这部分的透镜厚度数值；a2部分的设计分两部分，即面2的a2区域和面1的设计，根据设定的H1，H2，H3，D1尺寸，基本确定了面1回转线的起止点；设定光路x，y为入射到a2区域两个边界顶点的光路，x光路分为x1、x2、x3、x4四条光线，具体为LED光源发出的光线x1入射到a2区域的一个边界顶点折射形成x2再入射到面7发生全反射形成光线x3，x3入射到面1发生反射形成x4再从面7处直射出去；y光路分为y1、y2、y3、y4四条光线，具体为LED光源发出的光线y1入射到a2区域的另一个边界顶点折射后形成光线y2再经过面7发生全反射形成反射光线y3，y3再入射到面1时发生反射形成y4最后从面7处直射出去；通过上述光路x,y的设计，进一步确定或修正面1及面2的a2部分的起止点，y1光线射到面2的顶点位置，折射后形成的光线y2到面7形成全反射；由于已知全反射角，所以可以通过反向计算，求得面2顶点的切线；全反射的光线y3到1的顶点1后形成全反射光线y4，根据y4的角度可以通过反向计划得到面1的顶点的切线；x光线要通过光线的反向计算来计算，已知面1的顶点和x4的角度，可求得面2顶点的切线，通过面7反射形成的光线x2通过面2到达光源中心，由x1和x2可得面2的a2部分的另一边界顶点的切线；按此方法，在a2部分每2度计算一条光线传播路线，可得到面1和面2的多条切线，将各切线段连接起来，形成面1和面2；计算的点越多，结果就越准确；a3区域的设计包括面2的a3区域和面4，入射到面2的a3区域的光线，经面2折射后到面4形成大于40度的入射角，产生全反射，按上述a1、a2区域的计算方法，可得面2的a3部分和面4的曲线；同时面4与x2的交点，即为凹槽的最深点；凹槽的面8与y3基本平行；e，计算机模拟，将设计好的图导入到计算机模拟软件，进行设计模拟，并检查光路进行局部优化，使最终符合设计要求；f，样品制作及测试，将模拟好的图纸制作模具，按设计的材质注塑成形，并按设计的光源与透镜的位置关系制作样品，用分布式光度计进行测试，测试结果符合设计要求。