CN102705776A - 一种实现均匀矩形光斑透镜 - Google Patents
一种实现均匀矩形光斑透镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102705776A CN102705776A CN2012101526496A CN201210152649A CN102705776A CN 102705776 A CN102705776 A CN 102705776A CN 2012101526496 A CN2012101526496 A CN 2012101526496A CN 201210152649 A CN201210152649 A CN 201210152649A CN 102705776 A CN102705776 A CN 102705776A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- light
- light ray
- even rectangular
- realization according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012994 photoredox catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 1
- 230000005142 aphototropism Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种实现均匀矩形光斑透镜，该透镜具有一底面，底面中央设有一接收LED光线的光线入射面，与底面相贯通的透镜的外表面为光线出射面，光线出射面包括多个利用其表面不同曲率来控制入射后的光线在透镜内部的反射方向及光线出射方向从而使输出光斑接近矩形的自由曲面。本发明透镜通过对水平角α~90°（30°＜α＜45°），特别是中央部分水平角β~90°（70°＜β＜90°）的光线进行全反射后再由出光面对其进行折射处理，从而有效降低了光斑中心及其周围的光照强度，提高了光斑边缘部分的光照强度，可形成均匀的矩形光斑，从而能以较少的光源和透镜数量达到更好的混光照明效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现均匀矩形光斑的LED透镜，光源可以为点光源，也可以是扩展光源，特别是COB扩展光源。
背景技术
目前大部分封装工艺的LED出射光都为非均匀的圆形或者矩形光斑，这样的光斑肯定无法满足在道路照明、隧道照明、背光源、投影仪、汽车前灯等需要均匀矩形光斑的照明应用领域的需求，因此，对LED进行二次光学设计是非常有必要的。
然而目前行业中的大部分成矩形光斑的二次光学透镜都是针对路灯照明等远场照明应用来设计的，在远场照明中，光源面积相对于照射距离来说非常小，可以当作点光源来对待，从而进行透镜的光学设计。如专利申请号201010215196.8，名称为《LED透镜》的专利文献中所述的一款LED透镜所示，该发明专利的LED透镜为塑胶材料一体成型制成，该透镜包含一透光材质的本体、一出光部及入光凹部，但是在近场照明中，这种透镜结构就不适合了，近场照明中，目标面与光源的距离在 
（A为光源的发光面积）的范围内，光源不可以再当作点光源来对待了，必须考虑到它的发光面积的影响。专利申请号200680010199.X，名称为《有利于背后照明的LED广角发射透镜》的专利文献公开了一款用于近场照明的LED发射透镜，该款透镜就是用在直下式LED背光照明应用领域中，但是该透镜形成的是圆形光斑，在LED背光照明应用中的混光效果不如矩形光斑的效果好，且有效扩展角度也不大，这即意味着在应用中不得不使用更多数量的光源来弥补其有效扩展角度不足的缺陷。
综上所述，设计一款应用在近场照明领域的成广角的均匀矩形光斑的透镜非常有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种扩展角度大、矩形光斑中各点照度的均匀性好的应用于近场照明的均匀光斑透镜。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种实现均匀矩形光斑透镜，所述透镜具有一底面，所述底面中央设有一凹面，为透镜的光线入射面；透镜具有两个或两个以上的光线出射面，负责出射不同角度的光线；透镜具有两个或两个以上的光线反射面，用来控制光线在透镜内部的方向；透镜的主体部分由透镜的底面、光线入射面、光线反射面及光线出射面共同包围的空间定义。
进一步作为优选的实施方式，所述光线入射面为球面或自由曲面或圆柱面或球面和圆柱面的组合曲面或自由曲面和圆柱面的组合曲面。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜的光线出射面由自由曲面拼接而成，负责不同角度光线的出射，通过调节其曲率参数可以控制光线的折射出射方向。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜的光线反射面由自由曲面拼接而成，负责控制水平角在α~90°范围内光线在透镜内部的方向，所述α的取值范围为30°＜α＜45°。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜各个面之间连接部位为连续过渡或者非连续过渡的自由曲面拼接而成。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜的应用光源为点光源或者扩展面光源。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜底部设有定位引脚，所述定位引脚设有定位孔或定位栓。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜由PC或PMMA或PP或ABS或PVC或玻璃材料制成。
进一步作为优选的实施方式，所述透镜为单颗或阵列形式，透镜和光源对应关系为一对一或一对多或多对一关系。
本发明的有益效果是：本发明透镜改变了传统的LED透镜光线入射面的设计，通过在光线入射面上不同部位的不同曲率来控制入射光线的折射方向，提高了出光效率；进一步，光线出射面上包括直接折射透镜内光线的第一出射面和折射透镜内经全反射的光线的第二出射面，通过调节第一出射面和第二出射面的曲率参数，可形成均匀的矩形光斑，且有效扩展角度可达到120~160度，从而能以较少的光源和透镜数量达到更好的混光照明效果。
附图说明
图1是本发明透镜的结构示意图；
图2是本发明透镜的主向示意图；
图3是本发明透镜的侧面示意图；
图4是本发明透镜的仰视示意图；
图5是本发明透镜的光线分布示意图；
图6是本发明透镜不同角度光线的出射示意图；
图7是本发明透镜的立体结构示意图；
图8是本发明实施例中透镜的照度分布效果示意图；
图9是本发明实施例中改变光线入射面形状的透镜结构示意图；
图10是本发明另一实施例中改变光线入射面形状的透镜结构示意图；
图11是改变本发明透镜第三反射面形状的透镜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种实现均匀矩形光斑透镜，该透镜具有一底面，所述底面中央设有一接收LED光线的光线入射面1，与底面相贯通的透镜的外表面为光线出射面，所述光线入射面1为利用曲率调节不同角度入射光线的折射方向的球面或者自由曲面，所述光线出射面包括多个利用其表面不同曲率来控制入射后的光线在透镜内部的反射方向及光线出射方向从而使输出光斑接近矩形的自由曲面。
参照图1,本实施例中，光线入射面1为位于透镜底部中央的内凹的球面，LED光线在入射面不同点上的折射方向不同，通过控制光线入射面1不同点处的曲率参数调整了LED光线以合适的角度折射射入透镜内部，从而增大了LED光线进入光线入射面1后的出光角度，避免了光线的损耗及光效率的降低，有利于通过调整透镜各部位的相关参数对光斑面积进行控制。
所述光线出射面包括用于折射透镜内水平角在0°~α（30°＜α＜45°）范围内的光线的第一出射面2，所述第一出射面2通过一作为连续过渡面的第一反射面3连接有第二出射面4，所述第二出射面4在透镜的外周顶部边沿连接有内凹的第二反射面5及第三反射面6，所述第三反射面6位于与光线入射面1相对的中央位置，控制透镜内部水平角β~90°（70°＜β＜90°）范围内光线的反射分布，所述第二反射面5用于连接第二出射面4与所述第三反射面6，并将水平角α~β（30°＜α＜45°，70°＜β＜90°）的光线反射至第二出射面4。在应用中，第一出射面2、第二出射面4、第一反射面3、第二反射面5及第三反射面6皆为自由曲面。通过控制第一出射面2的曲率参数使得透镜内水平角度在0°~α（30°＜α＜45°）范围内的光线以合适的角度折射出透镜（参照图6中的光线1），让其射往要求的光斑边缘，从而对光斑边缘的光照强度进行了有效的补充提高，提升了光斑的均匀性；通过调节第三反射面6的曲率参数，将透镜内部水平角β~90°（70°＜β＜90°）范围的光线进行全反射，进而经第二出射面4折射出射（参照图6中的光线3），从而使其远离光斑中心及其周围附近部位，避免了出现光斑中央光照强度过高的情况，也增大了光斑其他部位的光照强度，从而提高了光斑的均匀性；通过微调第二反射面5、第三反射面6及第二出射面4的曲率参数，可以对光源中心和边缘之间的那一部分光源发出的出射光线进行分散控制（参照图6中的光线2），提高光斑边缘和光斑中心之间区域的均匀度。
图2是本发明透镜的主向示意图，图3是本发明透镜的侧面示意图，图4是本发明透镜的仰视示意图，本发明透镜的立体结构示意图参照图7,图5是本发明透镜的光线分布示意图。通过透镜结构，对水平角α~90°（30°＜α＜45°）特别是中央部分水平角β~90°（70°＜β＜90°）的光线进行全反射后再由出光面对其进行折射处理，从而有效降低了光斑中心及其周围的光照强度，提高了光斑边缘及其它部分的光照强度，在此基础上通过调节透镜各个部位自由曲面的曲率参数，进一步提高了光斑的均匀度。本发明透镜的照度分布效果示意图如图8所示,本发明透镜可以在近场照明中，特别是在直下式背光模组照明中，形成有效扩展角度达到120-160°高均匀度高光线利用率的规则矩形光斑。
优选地，本发明透镜由PC、PMMA、PP、ABS、PVC或者玻璃等透光材料制成。参照图1,透镜底部设有定位引脚7，定位引脚7上设有定位孔8及定位栓9。通过调节定位引脚7的高度，就可以控制光源发光面与透镜底面之间的距离，进而控制光斑的面积及其均匀度。
在优选实施例中，本发明透镜的光线入射面1的形状可以改变，例如采用图9所示的平顶的圆柱形，或者采用图10所示的圆顶的圆柱形或者其他对入射光线进入透镜的折射方向可控的形状均可。参照图11,通过改变透镜的第三反射面6的最低点的形状或者将第二反射面5和第三反射面6合并为一个反射面来控制光线的出射方向，即采用两个光线反射面亦可以实现透镜中心部位的光线远离光斑中心及其周围附近部位，避免了出现光斑中央光照强度过高的情况，也增大了光斑其他部位的光照强度，从而提高了光斑的均匀性。另外，亦可将第一反射面3取消，直接由第二出射面4与第一出射面2相贯接后调节透镜相关部位的参数，也能达到同样的效果。
在具体应用中，本发明透镜为单颗或阵列形式，透镜和光源对应关系为一对一或一对多或多对一关系。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜具有一底面，所述底面中央设有一凹面，为透镜的光线入射面；透镜具有两个或两个以上的光线出射面，负责出射不同角度的光线；透镜具有两个或两个以上的光线反射面，用来控制光线在透镜内部的方向；透镜的主体部分由透镜的底面、光线入射面、光线反射面及光线出射面共同包围的空间定义。
2.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述光线入射面为球面或自由曲面或圆柱面或球面和圆柱面的组合曲面或自由曲面和圆柱面的组合曲面。
3.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜的光线出射面由自由曲面拼接而成，负责不同角度光线的出射，通过调节其曲率参数可以控制光线的折射出射方向。
4.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜的光线反射面由自由曲面拼接而成，负责控制水平角在α~90°范围内光线在透镜内部的方向，所述α的取值范围为30°＜α＜45°。
5.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜各个面之间连接部位为连续过渡或者非连续过渡的自由曲面拼接而成。
6.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜的应用光源为点光源或者扩展面光源。
7.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜底部设有定位引脚，所述定位引脚设有定位孔或定位栓。
8.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜由PC或PMMA或PP或ABS或PVC或玻璃材料制成。
9.根据权利要求1所述的一种实现均匀矩形光斑透镜，其特征在于：所述透镜为单颗或阵列形式，透镜和光源对应关系为一对一或一对多或多对一关系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012101526496A CN102705776A (zh) | 2012-05-16 | 2012-05-16 | 一种实现均匀矩形光斑透镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012101526496A CN102705776A (zh) | 2012-05-16 | 2012-05-16 | 一种实现均匀矩形光斑透镜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102705776A true CN102705776A (zh) | 2012-10-03 |
Family
ID=46898748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012101526496A Pending CN102705776A (zh) | 2012-05-16 | 2012-05-16 | 一种实现均匀矩形光斑透镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102705776A (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103925528A (zh) * | 2014-05-04 | 2014-07-16 | 廖德明 | Led投光灯制作方法及该方法制作的led投光灯 |
| CN104279507A (zh) * | 2013-07-11 | 2015-01-14 | 欧司朗有限公司 | 一种透镜和包括该透镜的照明装置 |
| CN105180096A (zh) * | 2013-05-03 | 2015-12-23 | 瑞仪光电股份有限公司 | 可控制光型的导光组件及灯具 |
| CN105841019A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-08-10 | 文晔科技股份有限公司 | 发光装置 |
| WO2016146017A1 (zh) * | 2015-03-13 | 2016-09-22 | 瑞仪光电(苏州)有限公司 | 灯具 |
| US9599310B2 (en) | 2013-05-03 | 2017-03-21 | Radiant Opto-Electronics Corporation | Light guide element for controlling light distribution and lamp |
| CN112303593A (zh) * | 2019-07-31 | 2021-02-02 | 安徽芯瑞达科技股份有限公司 | 一种光学透镜、发光装置及显示器 |
| CN112628688A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-09 | 浚洸光学科技股份有限公司 | 光学透镜结构 |
| CN112856334A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-05-28 | 上海树泉信息技术有限公司 | 一种基于led和固态光源的投影用照明透镜 |
| CN115127075A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-09-30 | 常州星宇车灯股份有限公司 | 透镜装置及车灯 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060067640A1 (en) * | 2004-09-24 | 2006-03-30 | Min-Hsun Hsieh | Illumination package |
| US20080089062A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Dicon Fiberoptics, Inc. | Solid-state lateral emitting optical system |
| CN201568890U (zh) * | 2009-11-12 | 2010-09-01 | 上海彩煌光电科技有限公司 | 自由曲面的led光源的透镜 |
| CN201764415U (zh) * | 2010-08-31 | 2011-03-16 | 四川新力光源有限公司 | Led路灯透镜 |
| CN202647592U (zh) * | 2012-05-16 | 2013-01-02 | 广州市鸿利光电股份有限公司 | 一种实现均匀矩形光斑透镜 |
-
2012
- 2012-05-16 CN CN2012101526496A patent/CN102705776A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060067640A1 (en) * | 2004-09-24 | 2006-03-30 | Min-Hsun Hsieh | Illumination package |
| US20080089062A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Dicon Fiberoptics, Inc. | Solid-state lateral emitting optical system |
| CN201568890U (zh) * | 2009-11-12 | 2010-09-01 | 上海彩煌光电科技有限公司 | 自由曲面的led光源的透镜 |
| CN201764415U (zh) * | 2010-08-31 | 2011-03-16 | 四川新力光源有限公司 | Led路灯透镜 |
| CN202647592U (zh) * | 2012-05-16 | 2013-01-02 | 广州市鸿利光电股份有限公司 | 一种实现均匀矩形光斑透镜 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9599310B2 (en) | 2013-05-03 | 2017-03-21 | Radiant Opto-Electronics Corporation | Light guide element for controlling light distribution and lamp |
| CN105180096A (zh) * | 2013-05-03 | 2015-12-23 | 瑞仪光电股份有限公司 | 可控制光型的导光组件及灯具 |
| CN104279507A (zh) * | 2013-07-11 | 2015-01-14 | 欧司朗有限公司 | 一种透镜和包括该透镜的照明装置 |
| CN103925528B (zh) * | 2014-05-04 | 2016-06-29 | 廖德明 | Led投光灯制作方法及该方法制作的led投光灯 |
| CN103925528A (zh) * | 2014-05-04 | 2014-07-16 | 廖德明 | Led投光灯制作方法及该方法制作的led投光灯 |
| CN105841019A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-08-10 | 文晔科技股份有限公司 | 发光装置 |
| WO2016146017A1 (zh) * | 2015-03-13 | 2016-09-22 | 瑞仪光电(苏州)有限公司 | 灯具 |
| CN112303593A (zh) * | 2019-07-31 | 2021-02-02 | 安徽芯瑞达科技股份有限公司 | 一种光学透镜、发光装置及显示器 |
| CN112628688A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-09 | 浚洸光学科技股份有限公司 | 光学透镜结构 |
| CN112628688B (zh) * | 2019-10-09 | 2022-10-21 | 浚洸光学科技股份有限公司 | 光学透镜结构 |
| CN112856334A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-05-28 | 上海树泉信息技术有限公司 | 一种基于led和固态光源的投影用照明透镜 |
| CN115127075A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-09-30 | 常州星宇车灯股份有限公司 | 透镜装置及车灯 |
| CN115127075B (zh) * | 2022-07-26 | 2024-03-29 | 常州星宇车灯股份有限公司 | 透镜装置及车灯 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102705776A (zh) | 一种实现均匀矩形光斑透镜 | |
| EP1753996B1 (en) | An apparatus and method for improved illumination area fill | |
| CN103277739B (zh) | 一种光学透镜 | |
| CN105318275B (zh) | 一种透镜及具有该透镜的非对称光分布照明装置 | |
| US8960960B2 (en) | Illumination beam shaping system | |
| US20120328278A1 (en) | Condenser lens, lamp and camera | |
| CN100590346C (zh) | 一种led路灯 | |
| CN101660706B (zh) | 一种实现光束控制的led透镜 | |
| CN204573911U (zh) | 椭圆形配光洗墙灯透镜 | |
| CN202581120U (zh) | 一种led矩形光斑透镜 | |
| CN103196066A (zh) | 窄光束led照明光学系统及其设计方法 | |
| CN104763959A (zh) | 车辆头灯装置 | |
| CN103116197A (zh) | 一种具有短距匀光效果的单自由曲面厚透镜及其阵列 | |
| CN106500013A (zh) | 投光灯透镜、发光模块以及投光灯 | |
| CN108302380A (zh) | 一种透镜式led黑板灯 | |
| CN107678152B (zh) | 用于光学显微镜反射式照明系统的led自由曲面透镜 | |
| CN102679265B (zh) | 一种利用自由曲面透镜实现光束匀光控制的方法 | |
| CN103629614B (zh) | Led汽车远光灯 | |
| CN114440142B (zh) | 一种基于微透镜阵列形成异形轮廓光斑的led光学系统 | |
| CN103994396A (zh) | 一种用于直下式背光光源的led二次折反射式透镜 | |
| CN202647592U (zh) | 一种实现均匀矩形光斑透镜 | |
| EP4530524A1 (en) | Led optical system capable of uniformly emitting light, and lamp | |
| CN205316246U (zh) | 一种led汽车前雾灯用的光学透镜 | |
| CN101922678B (zh) | 小角度投光灯反射面的设计方法 | |
| CN104676467A (zh) | 一种透镜及具有该透镜的led灯具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121003 |