[发明专利]LED均匀照明光学透镜

说明书

技术领域

本发明属于LED照明用光学透镜技术领域，尤其是涉及一种LED均匀照明光学透镜。

背景技术

随着半导体材料和工艺的不断发展，发光二极管(LED)正逐渐取代传统光源，成为新一代光源。虽然其具有高效环保、耐用安全等优点，但其出射光强呈大致的余弦分布，因此通常被认为是近似的朗伯辐射体。这样的光场分布，如果未经合适的光学系统处理而直接应用，在大多数情况下都难以满足照明灯具和器件所要达到的性能指标，同时还会因为大量无效光的存在而大大降低系统的效率。针对LED的二次光学设计可有效调制LED光源的配光特性，使其光场分布满足大范围照明需求。在实际照明中，诸如投影灯、阅读灯、场馆照明、室内照明灯都要求均匀照明，因此，通过给LED外部安装特定二次光学镜头才能满足实际照明需求，并使LED节能环保、灵活耐用等优点得到充分体现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种LED均匀照明光学透镜，其设计合理，易于实现，光照均匀，适用于房屋照明、场馆照明、投影照明等，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种LED均匀照明光学透镜，其特征在于：所述光学透镜为碗状，所述光学透镜的底端为一圆柱状空心腔，所述圆柱状空心腔的底面中心处安装有LED，所述圆柱状空心腔的上表面为以LED所在点为焦点的折射球面，所述圆柱状空心腔的上表面的曲率满足使得LED出射到该面的光经折射后准直进入光学透镜体内；所述光学透镜的下表面为以LED经圆柱状空心腔侧面折射的虚像点为焦点的抛物面，所述光学透镜的下表面满足使得LED出射到圆柱状空心腔侧面的光线经该面的反射后变为准直光线投射到所述光学透镜的上表面上；所述光学透镜的上表面为根据准直入射光强分布求得的曲率不断变化的自由曲面，所述光学透镜的上表面满足使得所有准直的光线散射到目标面上，所述光学透镜的整体为旋转对称结构。

上述的LED均匀照明光学透镜，所述自由曲面的曲率随准直入射光强分布的变化而变化。

上述的LED均匀照明光学透镜，所述光学透镜的制作材料为玻璃或塑料。

上述的LED均匀照明光学透镜，所述玻璃为光学玻璃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明针对LED光源的特点和实际照明的需求，设计必要的二次光学透镜，整个透镜具有旋转对称的特点，因此得到的照明光斑亦为均匀的圆面，对LED光能重新调制，使得LED的光照均匀，可用于投影照明、室内照明场馆照明等场合，通过与LED结合的阵列化，可实现大面积、高亮度的室内照明，进一步拓宽了LED的利用领域，提高了LED的利用效率，不仅设计合理且易于实现，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的剖视结构示意图。

图3为本发明光学透镜的上表面自由曲面母线的求解原理图。

附图标记说明：

1-光学透镜；2-圆柱状空心腔；3-光源；

4-照明目标面；5-入射光矢量；    6-出射光矢量；

7-法矢量；    8-自由曲面母线。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的LED均匀照明光学透镜，所述光学透镜1的底端为一圆柱状空心腔2，所述圆柱状空心腔2的底面中心处安装有LED，所述圆柱状空心腔2的上表面为以LED所在点为焦点的折射球面，所述圆柱状空心腔2的上表面的曲率满足使得LED出射到该面的光经折射后准直进入光学透镜1体内；所述光学透镜1的下表面为以LED经圆柱状空心腔2侧面折射的虚像点为焦点的抛物面，所述光学透镜1的下表面满足使得LED出射到圆柱状空心腔2侧面的光线经该面的反射后变为准直光线投射到所述光学透镜1的上表面上；所述光学透镜1的上表面为根据准直入射光强分布求得的曲率不断变化的自由曲面，所述光学透镜1的上表面满足使得所有准直的光线散射到目标面上，光学透镜1的上表面根据LED光源光能的朗伯分布特性，对光能重新调制，使得单颗LED在目标面上得到均匀的照明效果，所述光学透镜1的整体为旋转对称结构，使得得到的照明光斑亦为均匀的圆面。

如图1和图2所示，本实施例中，所述自由曲面的曲率随准直入射光强分布的变化而变化。所述光学透镜1的制作材料为玻璃、光学玻璃或塑料，不同材料的选用，决定了透镜外表面自由曲面的面型，具体面型只需将材料折射率代入自由曲面算法中即可确定。