[实用新型]一种实现均匀圆形光斑的光学透镜

说明书

本实用新型公开了一种实现均匀圆形光斑的光学透镜，包括透明镜体和设置于透明镜体底部的LED光源；所述透明镜体包括透明镜体主体底部的入光面、侧部的TIR面、中心自由曲面出光面和顶部周围自由曲面出光面；所述入光面为向透明镜体外部方向凹陷的半球面；所述TIR面为一全内反射自由曲面；所述中心自由曲面出光面为自由曲面UV；所述顶部周围自由曲面出光面为自由曲面WM。该透镜超薄，质量小，减轻灯具装载透镜的负担，减小透镜在灯具里所占体积，使灯具结构更紧凑。

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，具体为一种实现均匀圆形光斑的光学透镜。

背景技术

LED的光强分布近似于朗伯分布，其光强会随着出射角的增大而迅速衰减，且由于其立体角大无法直接应用在现有的照明系统，无法满足小型化的要求，必须对其进行配光设计，提高光的利用效率，增加它在照明区域的照度值，以相对较低的功率使照明区域达到需求的照度标准。

一般的透镜设计都是大角度出射的，因为这样的透镜容易设计，且光效高，均匀性也非常高。窄角度的透镜存在大部分光不可控的问题，导致照明区域的光利用率低，而且普通透镜一般为平的或凸的，成本较高，透镜较重。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种实现均匀圆形光斑的光学透镜，以解决现有技术形成均匀圆形光斑时效率低、重量高的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种实现均匀圆形光斑的光学透镜，包括透明镜体和设置于透明镜体底部的LED光源；所述透明镜体包括透明镜体主体底部的入光面、侧部的TIR面、中心自由曲面出光面和顶部周围自由曲面出光面；所述入光面为向透明镜体外部方向凹陷的半球面；所述TIR面为一全内反射自由曲面；所述中心自由曲面出光面为自由曲面UV；所述顶部周围自由曲面出光面为自由曲面WM。

作为对上述技术方案的改进，所述入光面的半球面半径为10mm。

作为对上述技术方案的改进，自由曲面UV的高度小于7mm。

作为对上述技术方案的改进，所述LED光源设置在入光面的球心。

作为对上述技术方案的改进，所述透明镜体采用折射率为1.3-4.2的透明材料制成。

作为对上述技术方案的改进，所述透明镜体为PMMA、PC或者玻璃材料制成。

作为对上述技术方案的改进，所述透明镜体最大高度为38mm，宽度为66mm。

本实用新型的基理是：

透镜主体底部的入光面为半球面，LED光源放置在球心，光线大致垂直入射到球面上。从光源发出的与中心轴夹角(范围是0度到40度)的光线入射到以UV线段绕中心轴360度旋转形成的自由曲面UV发生折射，并从自由曲面UV出射；其余光线(与中心轴所成出射角为41度到90度)经过所述的TIR面即全内反射面发生全反射后，入射到以WM线段绕中心轴360度旋转形成的自由曲面WM发生折射，并从自由曲面WM出射。出射角为0度到40度时光线随着出射角增大，从自由曲面UV出射得到的光斑半径也越大并在出射角为40度时得到最大光斑半径；随着光线出射角的增大，出射角为41度到90度的光线通过自由曲面WM出射得到光斑半径越小，当出射角为90度时，光线得到临界光斑半径，形成照度均匀的环形区域，与自由曲面UV对光源小出射角度的光折射形成的均匀圆形光斑互补成为一个大的均匀圆形光斑。

在减重处理中，对自由曲面UV进行等比例放缩，改变自由曲面UV的大小，而不改变自由曲面UV某个位置的曲率。对自由曲面UV进行对原点的等比例缩放，可得出一个更轻薄的透镜，由图2、图3可见透镜中间部分尺寸明显的变小，图2中下面的折线是超薄处理后的线，上方细圆弧线则是原始的自由曲面所求得的线。自由曲面UV在减重处理前的高度为15mm，减重处理后的高度小于7mm。