專利名稱：Led燈用二次光學(xué)透鏡以及透鏡模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)器件，特別涉及一種二次光學(xué)透鏡以及相應(yīng)的用于LED燈的透鏡模組。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的市政照明燈具主要采用鈉燈、汞燈或金鹵燈，而這些燈的耗電量大，且壽命短，維護(hù)費(fèi)用高，不利于環(huán)保。隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展以及其自身的優(yōu)點(diǎn)，LED燈具將逐漸替代傳統(tǒng)燈具成為照明領(lǐng)域中的主力軍。 在目前的LED照明技術(shù)中，為了提高LED的出光效率和使用方便， 一般需要對LED芯片進(jìn)行一次封裝，例如采用球透鏡的封裝方式。對于特定的應(yīng)用場合，如LED路燈照明，要求光線集中照射，以便形成需要的光斑，從而需要對一次封裝后的LED燈進(jìn)行二次光學(xué)處理?，F(xiàn)有技術(shù)的處理方式為，在一組LED燈泡前加裝一個公共的二次透鏡。為此現(xiàn)有LED路燈通常會在LED燈外部罩設(shè)一透鏡以達(dá)到聚光的目的。但現(xiàn)有的透鏡投射的光斑為圓形，而且中心與周邊之間的光強(qiáng)度相差較大；此外，對于一些在某個方向上需要大范圍照明，而在另一方向上卻需要小范圍照明的場合，例如道路照明，在道路延伸方向上要求照射范圍寬，照明效果好，角度需求大；而在垂直道路方向上并不需要寬范圍的照明，否則，既浪費(fèi)電能，還會對周圍環(huán)境造成光污染。但對于現(xiàn)有這圓形透鏡的LED來說，只能通過在道路延伸方向上多設(shè)燈具，通過相鄰燈具的光斑疊加來達(dá)到光強(qiáng)度要求，即使這樣，也難以避免"排骨路"的照明效果，燈具正下方的照度高，其它區(qū)域照度低，導(dǎo)致路面平均照度低且均勻度差，這種亮暗不均的照明，直接影響行車安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有LED燈中采用二次透鏡進(jìn)行聚光時所存在的一系列問題，而提供一種新型的LED燈用二次透鏡以及相應(yīng)的透鏡模組，其能夠有效的解決現(xiàn)有LED燈用二次透鏡進(jìn)行聚光所存在的問題。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案 LED燈用二次光學(xué)透鏡，包括一透鏡本體，該透鏡本體具有基面、入射面以及出射面；所述透鏡本體沿基面呈半橢圓形凸起，透鏡本體的外圍凸弧面形成透鏡的出射面；所述基面中間內(nèi)凹形成由半橢圓面和圓弧面組成的入射面。
進(jìn)一步，所述透鏡本體兩側(cè)對稱設(shè)有圓弧狀的凹槽。
再進(jìn)一步，所述透鏡由PMMA材料注塑而成。 為了便于實(shí)際應(yīng)用，本發(fā)明還提供了一種利用上述二次光學(xué)透鏡制得的透鏡模組，該透鏡模組由多顆二次光學(xué)透鏡通過注塑形成透鏡模組，并使多顆二次光學(xué)透鏡的基面形成透鏡模組的基面。 所述多顆二次光學(xué)透鏡勻距分布在透鏡模組的基面上。 所述透鏡模組的基面上在透鏡之間設(shè)有用于安置保護(hù)LED的保護(hù)元件的安置槽。
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所述透鏡模組的兩端開設(shè)有便于螺釘安置緊固的半圓孔或半沉頭孔。 所述透鏡模組的基面上還設(shè)有用于定位的定位柱。
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn) (1)材料使用日本三菱原裝優(yōu)質(zhì)進(jìn)口光學(xué)級PMMA原料(聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱亞克力)，透光率高。 (2)本發(fā)明提供的二次光學(xué)透鏡，光源準(zhǔn)確定位，根據(jù)LED的芯片結(jié)構(gòu)與封裝方式、光線特性等來設(shè)計配光曲線，使得到的路燈符合道路照明使用的標(biāo)準(zhǔn)蝙蝠翼型配光曲線，一致性好。 (3)采用全折射模式當(dāng)LED光線經(jīng)過透鏡的曲面產(chǎn)生折射，得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果，光斑在路面上呈矩形分布，非常均勻，邊緣清晰，有效照射區(qū)外無不良眩光，不會造成光污染，突破一般透鏡的局限性，透鏡側(cè)面的光線(漏光)也得到充分利用，無雜散光，無黑洞、陰影和暗區(qū)，光線利用率與透光率高，角度精準(zhǔn)，安裝便捷，價格合理。 (4)可將多個單顆透鏡通過注塑完成一個整體的多顆透鏡的透鏡模組，按不同需求可以設(shè)計成單顆、3合1、5合1甚至幾十顆合一的透鏡模組；此設(shè)計能有效節(jié)省生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的一致性，節(jié)省燈具機(jī)構(gòu)空間，更容易實(shí)現(xiàn)"大功率"等特點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明提供的透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的俯視圖。圖3為圖2在A-A方向的剖視圖。圖4為圖2在C-C方向的剖視圖。圖5為本發(fā)明中一種3合1透鏡模組的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5的俯視圖。圖7為圖5在A-A方向的剖視圖。圖8為本發(fā)明中另一種3合1透鏡模組的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖8的主視圖。圖10為本發(fā)明進(jìn)行組裝的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為由本發(fā)明得到路燈的配光曲線圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有LED燈中采用二次透鏡進(jìn)行聚光時所存在的一系列問題，而提供一種新型的LED燈用二次透鏡，其具體結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示 本發(fā)明提供的LED燈用二次光學(xué)透鏡，主要包括一透鏡本體100，該透鏡本體100由基面102、入射面103以及出射面104共同界定。 透鏡的基面102為一平面，整個透鏡本體100沿基面102呈半橢圓形凸起，透鏡本體的外圍凸弧面形成透鏡的出射面101 ;而基面102中間內(nèi)凹形成入射面103，該入射面103由半橢圓面和圓弧面組成的，其為在半橢圓面的兩端形成圓弧面，進(jìn)而形成入射面103。 入射面103在基面102上內(nèi)凹形成一凹槽104，該凹槽用于安裝LED。 為能夠?qū)ν哥R從側(cè)面折射出來的光線進(jìn)行利用，本發(fā)明提供的二次透鏡在透鏡本
體100兩側(cè)對稱設(shè)有圓弧狀的凹槽105。 本發(fā)明中的透鏡可由PMMA材料通過注塑方式得到而成，這樣可使得透鏡的透光率高。本發(fā)明中采用的PMMA材料為高度透明的無定形熱塑性聚合物，相對密度(30°C /4°C ) 1. 188-1.22。高度通明性，透光率90% -92%，比無機(jī)玻璃還高，并能透過紫外線光達(dá)73. 5%，折射率1. 49 ;同時其機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好，拉伸強(qiáng)度60-75MPa，沖擊強(qiáng)度12-13kJ/m，比無機(jī)玻璃高8-10倍?？衫於ㄏ?，沖擊強(qiáng)度提高1.5倍。具有優(yōu)良的耐紫外線和大氣老化性。 由上述的技術(shù)特征得到的透鏡能夠準(zhǔn)確對光源進(jìn)行定位。同時能夠根據(jù)LED的芯片結(jié)構(gòu)與封裝方式、光線特性等來設(shè)計配光曲線，并使得得到的路燈符合道路照明使用的標(biāo)準(zhǔn)蝙蝠翼型配光曲線，一致性好。 應(yīng)用于道路照明中的透鏡，其配光曲線的設(shè)計原則就是要滿足道路照明設(shè)計要求，道路照明要求道路上照度和亮度要均勻(縱向均勻度要求在0. 7，整體均勻度在0. 5以上，根據(jù)公式I = E r7sin e )，繼而該透鏡的配光曲線符合標(biāo)準(zhǔn)的蝙蝠翼配光曲線。
本專利中的透鏡采用全折射模式，當(dāng)LED光線經(jīng)過透鏡的曲面產(chǎn)生折射，得到最完善的光線利用與漂亮的光斑效果，光斑在路面上呈矩形分布，非常均勻，邊緣清晰，有效照射區(qū)外無不良眩光，不會造成光污染，突破一般透鏡的局限性，透鏡側(cè)面的光線(漏光)也得到充分利用，無雜散光，無黑洞、陰影和暗區(qū)，光線利用率與透光率高，角度精準(zhǔn)，同時本專利中的透鏡安裝便捷，價格合理。 在實(shí)際應(yīng)用中，可將多個單顆透鏡通過注塑完成一個整體的多顆透鏡的透鏡模組，按不同需求可以設(shè)計成單顆、3合1、5合1甚至幾十顆合一的透鏡模組；此設(shè)計能有效節(jié)省生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的一致性，節(jié)省燈具機(jī)構(gòu)空間，更容易實(shí)現(xiàn)"大功率"等特點(diǎn)。具體設(shè)計如下所示
實(shí)施例一 參見圖5至圖7，其為一 3合1的透鏡模組200，由3顆上述特征的透鏡注塑而成，其上的每顆二次光學(xué)透鏡都是針對美國CREE公司生產(chǎn)的XLAMPXR系列LED設(shè)計(具體結(jié)構(gòu)如上所述，此處不加以贅述)。 透鏡模組200中3顆透鏡201豎向、勻距的分布，它們之間的具體距離與路燈上的LED排布方式相對應(yīng)。同時這3顆透鏡的基面形成透鏡模組的基面202，該基面202為一平面。 透鏡模組的基面202在與透鏡入射面相對應(yīng)的位置開設(shè)有用于安置LED燈的槽口203。 透鏡模組的基面202在透鏡201之間設(shè)置有一定位柱204，能夠在安裝時很好的定位光源。 為了便于最后透鏡模組的組合安裝，本實(shí)施例在透鏡模組200的兩端開設(shè)有半圓孔或半沉頭孔205，這樣方便用螺釘進(jìn)行安裝緊固。 上述的設(shè)計特征能夠保證透鏡模組能夠完美的罩住路燈的LED燈上。其具體安置時如圖10所示，將透鏡模組200直接罩住路燈上分布的LED,由于透鏡模組200上的多顆透鏡分布與路燈上的LED燈分布相對應(yīng)，通過其上的定位柱204與鋁基板500上的定位孔相對應(yīng)，即可實(shí)現(xiàn)每顆透鏡200直接罩住LED燈400。同時兩端相鄰的透鏡模組200，通過兩端對應(yīng)的半圓孔或半沉頭孔205組成完整的安置孔，這樣可通過緊固螺釘600將透鏡模組200固定在路燈的鋁基板500上。通過上述的方式，可將路燈上的LED燈全部用透鏡模組罩住，能夠?qū)ED的全部光線進(jìn)行折射產(chǎn)生聚光效果。 本發(fā)明應(yīng)用幾何光學(xué)的原理，將單顆或者多顆封裝好的LED光源發(fā)出的光通量，以一定的出射角，盡可能多地照射到需要照射的區(qū)域或者范圍，達(dá)到相關(guān)的照度及其均勻性，或者光強(qiáng)分布的要求。 本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用時，可通過以下步驟來實(shí)現(xiàn) (1)根據(jù)LED生產(chǎn)產(chǎn)家提供的單顆或多顆集成封裝后的光強(qiáng)度分布，計算出其所發(fā)出理想的最小光通量；同時根據(jù)溫度、驅(qū)動、光效等因素的影響，對理想的光通量值進(jìn)行修正，得到的才是實(shí)際所所發(fā)出的光通量的估算值。
(2)根據(jù)不同類型照明系統(tǒng)或燈具的國家標(biāo)準(zhǔn)，包括配光曲線，照度要求，計算出
系統(tǒng)或燈具所要求的最小光通量，考慮到系統(tǒng)或燈具結(jié)構(gòu)的反射、透射和材料的吸收等因
素的影響，對理想的光通量值進(jìn)行修正，得到的才是實(shí)際所要求的光通量的估算值。
(3)利用仿真軟件進(jìn)行設(shè)計與分析，以光學(xué)面建立模型，進(jìn)行成像設(shè)計，透鏡、鏡頭
的設(shè)計，以實(shí)體對象構(gòu)建光路系統(tǒng)，修改完善。 對道路照明來所，配光曲線是個重要的參數(shù)。根據(jù)上述技術(shù)方案得到的路燈的配
光曲線如圖11所示圖上所示的蝙蝠翼配光減少了眩光干擾區(qū)內(nèi)的光線光強(qiáng)，最大光強(qiáng)值
在65° 70°左右。這樣能將光照射到更遠(yuǎn)的方向，覆蓋二燈之間的暗區(qū)。 根據(jù)上述技術(shù)方案得到路燈在實(shí)際應(yīng)用時，其照度分布較均勻，整體空間照度差
異小，從而使得光線在道路上均勻分布，有利于行車安全。 實(shí)施例二 參見圖8和圖9，該實(shí)施例提供的透鏡模組與上述實(shí)例中的基本結(jié)構(gòu)相同，其上的透鏡特征也相同(此處不加以贅述)。 本實(shí)施例提供的透鏡模組300上的3顆透鏡305呈水平、勻距分布，它們之間的具體距離與路燈上的LED排布方式相對應(yīng)。 同時這3顆透鏡305的基面形成透鏡模組的基面301，該基面301為一平面，在與透鏡入射面相對應(yīng)的位置開設(shè)有用于安置LED燈的槽口 302。 為了便于最后透鏡模組的組合安裝，本實(shí)施例在透鏡模組300的兩端開設(shè)有半圓孔或半沉頭孔303，這樣方便用螺釘進(jìn)行安裝緊固。 在頭頸模組300的基面301在兩個透鏡305之間可設(shè)有用于安置保護(hù)LED的保護(hù)元件的安置槽304。該實(shí)施例中在在兩個透鏡305之間對稱的設(shè)置有兩個安置槽304。
同時在安置槽304之間都設(shè)置有用于定位安置的定位柱306.
根據(jù)上述技術(shù)方案得到的透鏡模組300在安裝、使用以及相應(yīng)的效果都與上述實(shí)施例中提供的透鏡模組200相同。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
LED燈用二次光學(xué)透鏡，包括一透鏡本體，該透鏡本體具有基面、入射面以及出射面；其特征在于，所述透鏡本體沿基面呈半橢圓形凸起，透鏡本體的外圍凸弧面形成透鏡的出射面；所述基面中間內(nèi)凹形成由半橢圓面和圓弧面組成的入射面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈用二次光學(xué)透鏡，其特征在于，所述透鏡本體兩側(cè)對稱 設(shè)有圓弧狀的凹槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈用二次光學(xué)透鏡，其特征在于，所述透鏡由PMMA材料 注塑而成。
4. LED燈用透鏡模組，其特征在于，所述模組包括復(fù)數(shù)顆二次光學(xué)透鏡，所述二次光學(xué) 透鏡包括一透鏡本體，所述透鏡本體具有基面、入射面以及出射面；所述透鏡本體沿基面呈 半橢圓形凸起，透鏡本體的外圍凸弧面形成透鏡的出射面；所述基面中間內(nèi)凹形成由半橢 圓面和圓弧面組成的入射面；所述復(fù)數(shù)顆二次光學(xué)透鏡通過注塑形成透鏡模組，復(fù)數(shù)顆二 次光學(xué)透鏡的基面形成透鏡模組的基面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈用透鏡模組，其特征在于，所述透鏡模組中多顆透鏡勻 距分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈用透鏡模組，其特征在于，所述透鏡模組的基面上在透 鏡之間設(shè)有用于安置保護(hù)LED的保護(hù)元件的安置槽。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈用透鏡模組，其特征在于，所述透鏡模組的兩端開設(shè)有 便于螺釘安置緊固的半圓孔或半沉頭孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈用透鏡模組，其特征在于，所述透鏡模組的基面上還設(shè) 有用于定位的定位柱。
全文摘要
本發(fā)明公開了LED燈用二次光學(xué)透鏡以及透鏡模組，透鏡包括一透鏡本體，該透鏡本體具有基面、入射面以及出射面；所述透鏡本體沿基面呈半橢圓形凸起，透鏡本體的外圍凸弧面形成透鏡的出射面；所述基面中間內(nèi)凹形成由半橢圓面和圓弧面組成的入射面。透鏡模組由復(fù)數(shù)個透鏡注塑成型。本發(fā)明能夠有效的解決現(xiàn)有LED燈用二次透鏡進(jìn)行聚光所存在的問題。
文檔編號F21Y101/02GK101713516SQ20091019901
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者俞偉榮, 周俊, 張輝, 曹金韡, 李福生, 陸建輝 申請人:上海澳星照明電器制造有限公司