一种极小角度LED灯具透镜的制作方法

一种极小角度led灯具透镜
技术领域
1.本发明属于舞台和景观灯具领域，特别是涉及一种极小角度led灯具透镜的领域。


背景技术：

2.目前舞台娱乐灯光、户外景观投类灯具广泛运用大功率多颜色led集成封装光源，比较有代表性的有osram _s2w/s2wn/ s2wp 系列rgbw 4色 led,cree xml_color 4色led, cree xpe 3535单芯系列、lumileds luxeon c单芯系列等小芯片封装led光源。
3.同时对上述系列光源进行二次光学设计配光以实现窄光束透射（3
°
～10
°
）。市场上一些led透镜厂商推广的公模透镜，为实现小角度（如4.5
°
光束角）外径尺寸超过φ50以上，外径尺寸过大迫使透镜排布数量减少或者灯具体积变大。
4.如何通过增加变量参数和优化自由曲面，使得透镜外径尺寸更小，同时还能够实现准直光束出射是行业内光学技术人员一直在攻坚的技术难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种极小角度led灯具透镜，包括透镜本体，所述透镜本体呈锥体形状，所述透镜本体包括容置腔、入光面一、入光面二、全反射面、出光面一和出光面二；所述入光面一和入光面二设置在容置腔内；所述容置腔设置在所述透镜本体的底部，用于放置led光源；所述入光面一为锥形入光面，所述入光面一的表面为磨砂面；所述全反射面为弧面，设置在所述透镜本体的内壁；所述出光面一和所述出光面二设置在所述透镜本体的顶部；所述出光面一设置在顶部中央，所述出光面二设置在所述出光面一的外围。
6.进一步的，入光面一由两段自由曲面连续过渡组成。
7.具体的，所述自由曲面连续过渡的范围为为0.95mm≤r≤35mm。
8.进一步的，入光面二为倾斜入光面，其倾斜角度为0.5
°
≤α≤5
°
。
9.进一步的，出光面一为凸起的圆弧面。
10.进一步的，出光面二为连续的自由曲面。
11.进一步的，所述透镜本体还包括用于定位透镜安装位置的定位角。
12.进一步的，所述全反射面对led光源发出的经过入光面二的光线产生全反射光学效果。
13.与现有技术相比，本技术方案的有益效果在于：1-通过入光面一是由两段自由曲面连续过渡组成、同时表面重度磨砂，目的是使从led光源发出的往正前方出射的光线，混合匀光后透射，从而不会再像传统透镜一样大量的光线直接透射出去，而造成光斑中心亮度过高造成led灯具混色难的问题（见附图2）。
14.2-出光面二由公知技术中常见的平面出光改成自由曲面出光，作用在于对经过全反射面后与光轴呈一定夹角范围内（8
°
～20
°
）的倾斜光线进行补偿校正，实现准直出射的同时缩小出光口径（见附图3）。
附图说明
15.图1为立体图。
16.图2为光路模拟图。
17.图3为出光面二的作用示意图。
18.图4为常规和本发明透镜对比图。
19.图中标号说明：10-led光源；12-定位角；11-容置腔；21-入光面一；22-入光面二；30-全反射面；41-出光面一；42-出光面二。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明的创新点进行进一步的说明。
21.如附图1所示，一种极小角度led灯具透镜，包括透镜本体，透镜本体呈锥体形状，透镜本体包括容置腔（11）、入光面一（21）、入光面二（22）、全反射面（30）、出光面一（41）和出光面二（42）；入光面一（21）和入光面二（22）设置在容置腔（11）内；容置腔（11）设置在透镜本体的底部，用于放置led光源；入光面一（21）为锥形入光面，入光面一（21）的表面为磨砂面；全反射面（30）为弧面，设置在透镜本体的内壁；出光面一（41）和出光面二（42）设置在透镜本体的顶部；出光面一（41）设置在顶部的中央，出光面二（42）设置在出光面一（41）的外围。
22.此实施方式的有益效果在于，led光源发出的不同角度的光线，分别通过两个入光面射入，然后由两个出光面射出，做到了对于不同角度光线的不同光学折射，更有利于出射光线的均匀性。
23.作为一种优选的实施方式，入光面一（21）由两段自由曲面连续过渡组成；此实施方式的有益效果在于，如附图2所示，避免了传统透镜一样从led光源垂直向上的光线直接透射出去，而造成光斑中心亮度过高造成led灯具混色难的问题。
24.具体的，自由曲面连续过渡的范围为为0.95mm≤r≤35mm，因为在此范围的过渡，曲面对的光线的反射效果相对较好，如果超出此范围，要么会导致曲面弧度不够或者过大，或者导致两段自由曲面无法连续的过渡，从而形成局部光线过多或者过少，影响对光线的反射效果。
25.作为一种优选的实施方式，入光面二（22）为倾斜入光面，其倾斜角度为0.5
°
≤α≤5
°
；此实施方式的有益效果在于，为了使得从入光面二（22）射入的光线都能在全反射面上发生全反射，减少光线的光能损失，如果倾斜角度超出0.5
°
≤α≤5
°
，会导致部分从入光面二（22）射入的光线产生折射而损失光能。
26.作为一种优选的实施方式，出光面一（41）为凸起的圆弧面，此实施方式的有益效果在于，进一步柔化从led光源垂直向上射出的光线，减少光斑中心亮度过高的问题。
27.作为一种优选的实施方式，出光面二（42）为连续的自由曲面，此实施方式的有益效果在于，如附图3所示，对经过全反射面后与光轴呈一定夹角范围内（2
°
～10
°
）的倾斜光线进行补偿校正，实现准直出射的同时缩小出光口径。优选的，本发明透镜通过增加变量参数和优化自由曲面，当透镜在口径*高为φ45*h28条件下时，出射的光束角小于2.5
°
，实现准直光束出射的同时缩小了外径尺寸。
28.作为一种优选的实施方式，透镜本体还包括用于定位透镜安装位置的定位角
（12）；此实施方式的有益效果在于，透镜通过定位角能更便捷的固定在铝基板上。
29.作为一种优选的实施方式，全反射面（30）对led光源发出的经过入光面二（22）的光线产生全反射光学效果；此实施方式的有有益效果在于，通过光学设计，使得入射光线在全反射面上（30）均发生全反射面，从而减少光能的损失。
30.如附图2所示，led在透镜底部腔体发出光线，经过入光面一（21）和入光面二（22）透射后 ，经过入光面二（22）的光线入射到全反射面（30）、再经过出光面二（42）折射后成准直光束投射。通过入光面一（21）的光线有一部分光线会发生漫反射的同时，另一部分光线会经过出光面一（41）折射成散射状态光束。
31.自由曲面出光面二（42）由公知技术中常见的平面出光改成自由曲面出光，作用在于对经过全反射面（30）后与光轴呈一定夹角范围内（8
°
～20
°
）的倾斜光线进行补偿校正，实现准直出射的同时缩小出光口径。
32.如附图4所示，实线轮廓为常规透镜，虚线轮廓为本发明透镜，可见，为实现小角度，同等条件下，常规透镜的外径要明显大于本发明透镜，因为常规透镜的出光面二为平面，而本发明透镜的出光面二为优化的自由曲面。
33.以上实施例仅是对本发明的技术方案做进一步说明，而非限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。