[实用新型]一种光学透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体照明领域，具体涉及一种光学透镜。

背景技术

LED发出的光源是朗伯光源，通常情况下发光角度为120°，朗伯光源的特性是接近中心部分光线密集，而远离中心部分光线稀少，因此在实际应用中，LED光源形成的光斑的照度非常不均匀，因此在半导体照明技术中，常常需要对LED光源进行二次光学设计。现有技术中，已经出现了对LED光源进行二次光学设计而使LED光源最终形成矩形光斑的技术，这些技术主要侧重在LED路灯应用中，使得LED路灯产生矩形光斑，如申请号为201110064474.9和201220108475.9的中国实用新型专利文献公开的那样，两份专利文献所公开的技术方案都能使LED光源最终形成矩形光斑，但是，由于结构的限制，它们并不能产生正方形光斑，而在诸如LED电视背光源等近距离应用中，正方形光斑比矩形光斑更优。现有技术中，也存在能使LED光源形成正方形光斑的透镜，如申请号为201410540343.7的中国实用新型专利文献公开一种LED多面发光平面光源，其中的光学透镜能使LED光源产生正方形光斑，但由于光学透镜的凹透镜与折射和反射面之间、折射和反射面之间都形成对接台阶，而光线在对接台阶处是不连续的，产生了比较严重的损耗，导致光斑均匀性不好，光的转换效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种能使LED光源形成均匀的正方形光斑、光线转换效率高的正方形光学透镜，采用的技术方案如下：

一种光学透镜，包括入光面、出光面、四个转角面和四个侧面，所述入光面呈凸形形状，所述四个侧面呈正方形排布在出光面的四侧，所述四个转角面分别位于所述正方形的四个转角，用于对光线进行折射或反射，所述入光面和出光面位于所述正方形的中心，所述出光面、四个转角面和四个侧面之间平滑连接，形成罩子形的连续平滑曲面。

使用时，将LED光源放置于凸形入光面的正下方，LED光源发出的光线通过入光面入射到透镜中并产生最大的折射角，再从出光面入射到空气中，形成正方形光斑。四个转角以及侧面对光线进行折射或全反射，使光斑均匀且提高光线利用率。传统技术中，由于出光面、转角面和侧面之间存在对接台阶，光线在对接台阶处是不连续的，导致发生了光损耗，降低了光线的转换率。而本实用新型中，所述出光面、转角面和侧面之间平滑连接形成连续平滑曲面，不存在对接界面，因此不存在光损耗，光斑的均匀性更好，光学透镜的光线转换效率达到98%以上。

作为优选，所述罩子形连续平滑曲面由中心向外侧至少划分为第一部分、第二部分和第三部分，光线通过所述第一部分和第二部分入射到空气中的入射角k₁满足k₁=15°~22°，通过所述第三部分入射到空气中的入射角k₂满足k₂=12°~17°。

出光面的光通量Φv(λ)与入光面的光通量Φw(λ)满足能量守恒定律，即Φv(λ)=Φw(λ)，且本实用新型设计当光线通过第一部分和第二部分入射到空气中时，光线的入射角为15°~22°，当通过第三部分入射到空气中时，光线入射角为12°~17°，如此，不仅使得正方形光斑内的点与LED光源入射角是一一对应的关系，通过对光线入射到空气的入射角的设计，还使得LED光源发出的光线从光学透镜中射出形成正方形光斑时，光线在水平方向与光学透镜中轴所成的角度γ=62.57~73.3°，在光斑对角线方向与光学透镜中轴所成的角度ε=70.53~78.02°，发光角度大，可以照明的区域更广。

作为优选，所述罩子形的连续平滑曲面整体呈外凸形或内凹形。

作为优选，所述透镜使LED发出的光线形成正方形光斑。

作为优选，所述入光面是由抛物线绕光学透镜的中轴线旋转形成的。

作为优选，所述入光面是由折线绕光学透镜的中轴线旋转形成的。

作为优选，所述折线由三条线段相连而成。

作为优选，用于折射的转角面与所述正方形的夹角_d的取值范围为30°＜_d＜90°。

当转角面与所述正方形的夹角_d为30°＜_d＜90°时，转角面可以将集中在中间部分的光能分散到目标照明区域，使光斑各点照度均匀，提高光的转换效率。

作为优选，用于反射的转角面与所述正方形的夹角_d的取值范围为_d＞120°。