[发明专利]一种小光束角低眩光方形光斑LED透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED照明应用光学技术领域，尤其是指一种能降低眩光的小光束角方形光斑LED透镜。

背景技术

由于发光二极管(lightemittingdiode,简称LED)具备寿命长、能耗低、小巧、轻便、高效等诸多优点，在各个领域得到了广泛的应用，如景观照明、道路照明、投影机以及室内照明等。但是，由于LED光源制造商通常仅生产90度、120度、170度等有限几种配光的LED，发散角度比较大，并且LED光源的发光形状为近似郎伯分布，光能量在中心处(0度)最强，角度越大光强越弱，当裸光源直接用于照明时，会产生被照面中心照度高、周围照度低的问题。为了有效控制LED光束，改善光照的均匀度，提高被照面的光通量，配之以辅助光学器件进行二次配光设计就显得尤为必要。

此外，随着LED芯片和封装技术的提高，LED的发光效率得到了迅速的提升，其应用范围和领域正在急剧延伸。这除了对均匀度、眩光控制等光照品质提出更高的要求以外，必然还对光斑覆盖的范围和形状提出多样化的要求，以满足不同应用领域对光斑形状的不同要求。

目前，LED光源的光分布一般具有中心对称的特点，所投下的光斑大多为圆形。以此为基础，市面上常见的二次配光元件如透镜、反光杯等的配光结果一般可分为两类：一类是以准直透镜为代表，出射角度一般小于90度，广泛应用于泛光灯、投光灯照明中。这类透镜一般仅改变光的出射角度和均匀度，而光斑仍保持原来的圆形形状。另一类以花生米透镜为代表，一般在某一方向的出射角度大于90度，不仅改变光线的出射角度和均匀度，还将光斑由圆形转换为矩形，这类透镜广泛应用于隧道、道路照明中。但是，在出射角度小于90度的第一类透镜中，鲜有出射光斑为方形的照度均匀的透镜。

而在某些应用领域，方形光斑比圆形光斑具有更大的优势。比如在广告照明中,常常碰到需要方形光斑照明的情况。再比如在影视舞台照明、闪光灯、投影仪当中，灯具布光对象主要是人物和舞台，记录设备的取景器和我们看到的画面都是方的。在这些应用领域中，为了产生方形光斑，通常采用裁截的方式，即使用方形的光栅，将光源发出的光裁剪成方形。这种方式必然以损失一部分光能为代价，因此浪费了能源。此外，在一些使用场合中，比如室内照明中的地面、工作面，通常不希望使用太多的灯具，但又希望照度能够均匀。如果采用被照面为圆形、椭圆形等光斑形状时，在不增加灯具数量的情况下，在相邻灯具的衔接处，势必会出现暗区和照射盲点，而难以保证被照面的照度均匀性，从而很难达到客户的使用要求，而采用正方形的照射光斑则可以得到良好的结果。

此外，由于LED光源功率密度高，光源面积小，很容易产生刺眼的直接眩光，引起人们视觉上的不适，这不仅会影响空间的视看条件，还是导致视力下降和心理不快的重要因素。目前，通常的做法是使用磨砂处理的透光罩，使得发出的光线比较柔和。但是这种做法是以牺牲一部分光强为代价，光效比较低。因此，如何在牺牲光强较少的情况下降低眩光，也是目前照明行业急需解决的一个问题。

现有技术中，专利CN102287754A中公开了一种正方形均匀光斑透镜的设计方法，但这种透镜出射角度较大，并不适合用在出射角度较小的投光灯、泛光灯照明中；专利CN102679266A公开了一种呈矩形光斑均匀分布的LED二次配光透镜的实现方法，但这种方法是针对点光源的，而实际大功率LED光源都是具有一定形状尺寸的。当光源尺寸较大时，目标面的光斑会出现较大的恶化，因此，其应用受到一定的限制

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种小光束角低眩光方形光斑LED透镜，以适应某些场合对方形光斑形状和较低眩光的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小光束角低眩光方形光斑LED透镜，包括透镜主体、容纳透镜主体的支架，其特征在于，所述透镜主体包括入射面、全反射面和出射面，所述透镜主的出射面为优化的轴对称非球面结构。

进一步的，所述透镜主体的全反射面分布有不同形状和大小的鳞甲结构。

进一步的，所述鳞甲结构，可为四边形、五边形或六边形中的一种或多种。

进一步的，所述入射面可为球面、圆锥面、非球面曲面或以上三种方式的组合。

进一步的，所述轴对称非球面结构，在与0°-180°平面成正负45度角的方向上具有从边缘向中间过渡部分逐渐降低，然后从中间过渡部分向中心又逐渐升高的形状。

进一步的，所述透镜主体和支架通过卡扣结合在一起。

进一步的，所述支架上等间距分布有若干个卡扣，安装时利用支架的弹性将透镜主体放入支架中，并通过卡扣固定在一起。