一种具有微结构的薄膜光学透镜、设计方法及照明装置制造方法及图纸

一种具有微结构的薄膜光学透镜，包括：至少一个透镜单元，透镜单元包括入光面和出光面，入光面设置有：保持光线原始传播方向的第一微结构、通过折射控制光线传播方向的第二微结构和通过全反射控制光线传播方向的第三微结构；透镜单元通过第一微结构、第二微结构和第三微结构控制入射光的传播途径和传播方向。当该薄膜光学透镜应用到LED照明装置后，实现对LED发出的光能量在空间的再次分配，从而满足各种照明应用的要求；另外，该薄膜光学透镜非常薄，且其形状可以根据实际灯具的结构排布进行相应的剪切，该薄膜光学透镜的应用能使LED灯具的造型更加纤薄美观，使LED灯具的重量更轻，也有利于制作各种异形灯具，以此达到大幅度降低灯具成本的目的。

A Thin Film Optical Lens with Microstructure, Design Method and Illumination Device

A thin film optical lens with microstructures includes at least one lens unit, which comprises an entry and an exit surface. The entry surface is provided with a first microstructures maintaining the original direction of light propagation, a second microstructures controlling the direction of light propagation by refraction, and a second microstructures controlling the direction of light propagation by total reflection. Three microstructures: the first microstructures, the second microstructures and the third microstructures control the propagation path and direction of the incident light. When the thin film optical lens is applied to the LED lighting device, it realizes the redistribution of the light energy emitted by the LED in space, so as to meet the requirements of various lighting applications. In addition, the thin film optical lens is very thin, and its shape can be sheared according to the actual structure of the lamp. It can make the shape of the LED lamps thinner and more beautiful, make the weight of the LED lamps lighter, and also be conducive to the production of various special-shaped lamps, so as to achieve the purpose of greatly reducing the cost of lamps.

【技术实现步骤摘要】
一种具有微结构的薄膜光学透镜、设计方法及照明装置
本专利技术涉及照明
，具体涉及一种具有微结构的薄膜光学透镜、设计方法及照明装置。
技术介绍
LED光源凭借着诸多优势已经全面应用于照明领域，其中光学透镜的二次配光起到关键作用，LED发光芯片发出的光线传过二次透镜后会根据二次透镜表面的曲率进行折射或全反射，由于不同颜色(频率)的光折射率的差异，会影响光斑的均匀性，而且LED发光芯片发出的光通过单层二次透镜入射到扩散板上较易形成“黄斑”现象。因此，为满足照明应用的需要，通常都会使用二次光学对LED发出的各个角度的光学进行控制，以便实现均匀照明或方向照明的应用需要，这些二次光学通常为LED透镜，反光杯或者两者同时使用。虽然这些二次光学元件都可以对光线传播途径和方向进行很好的控制，但也面临诸多问题。比如：成本高；设计加工开发时间长；二次光学元件尺寸偏大，从而造成灯具尺寸也偏大。当前市场需要性价比高；造型纤薄、可扩展的模组化设计。显然现行的二次光学不能很好的满足照明市场发展趋势的要求。
技术实现思路
在不附加灯具厚度、灯具重量及增大灯具尺寸的情况下，如何对LED发光的传播途径和传播方向进行控制，本申请提供一种具有微结构的薄膜光学透镜、设计方法及照明装置。根据第一方面，一种实施例中提供一种具有微结构的薄膜光学透镜，包括：至少一个透镜单元，透镜单元包括入光面和出光面，入光面设置有：保持光线原始传播方向的第一微结构、通过折射控制光线传播方向的第二微结构和通过全反射控制光线传播方向的第三微结构；透镜单元通过第一微结构、第二微结构和第三微结构控制入射光的传播途径和传播方向。一种实施例中，第一微结构为控制光线按原始传播方向传播的平面结构，第二微结构为通过齿结构控制光线折射传播的折射齿组，第三微结构为通过齿结构控制光线全反射传播的全反射齿组。一种实施例中，折射齿组的各个相邻折射齿之间的间距大于全反射齿组的各个相邻全反射齿之间的间距。一种实施例中，全反射齿组中每两相邻的全反射齿为一组，且，每组的全反射齿控制的出射光线相交。一种实施例中，折射齿组控制的出射光线与全反射齿组控制的出射光线相交。一种实施例中，第二微结构中的各个折射齿的齿高度相同、齿角度的倾斜率不同。一种实施例中，第三微结构中的各个全反射齿的齿高度相同、齿角度的倾斜率不同。一种实施例中，第二微结构和第三微结构中的齿高度相同。一种实施例中，第一微结构为圆形，第二微结构为环形折射齿组，第三微结构为环形全反射齿组。一种实施例中，第一微结构、第二微结构和第三微结构为同心，且第一微结构、第二微结构和第三微结构由内向外依次排布。一种实施例中，第一微结构、第二微结构和第三微结构为同心，且第一微结构、第三微结构和第二微结构由内向外依次排布。一种实施例中，第一微结构为长条形，第二微结构为条形折射齿组，第三微结构为条形全反射齿组。一种实施例中，第二微结构和第三微结构分别对称设置于第一微结构的两侧，且，第二微结构位于第一微结构和第三微结构之间。一种实施例中，第二微结构和第三微结构分别对称设置于第一微结构的两侧，且，第三微结构位于第一微结构和第二微结构之间。一种实施例中，还包括用于对出射光线进行扩散的扩散部，扩散部设置于透镜单元的出光面。一种实施例中，扩散部为微米级的透镜陈列。一种实施例中，透镜单元的数量为多个，多个透镜单元按照预设的图像、文字或轨迹拼接排布。一种实施例中，透镜单元的形状为规则形状或不规则形状。一种实施例中，透镜单元的厚度为0.001mm-0.5mm。一种实施例中，透镜单元的材质为透镜的光学塑料。根据第二方面，本种实施例中提供一种具有微结构的薄膜光学透镜的设计方法，薄膜光学透镜的材质为光学塑料，在光学塑料的入光面上设置保持光线原始传播方向的第一微结构、设置通过折射控制光线传播方向的第二微结构和通过全反射控制光线传播方向的第三微结构，所述第一微结构、第二微结构和第三微结构的具体设计步骤包括：根据设计目标的配光分布的角度在所述光学塑料上设计第一微结构；根据光学塑料的折射率计算布鲁斯特角；在所述光学塑料上，将光线入射角小于所述布鲁斯特角的区域设计第二微结构；在所述光学塑料上，将光线入射角大于等于所述布鲁斯特角的区域设计第三微结构。一种实施例中，所述第一微结构为控制光线按原始传播方向传播的平面结构，所述第二微结构为通过齿结构控制光线折射传播的折射齿组，所述第三微结构为通过齿结构控制光线全反射传播的全反射齿组。一种实施例中，设计第三微结构的过程中，将全反射齿组设计为：每两相邻的全反射齿为一组，每组的全反射齿控制的出射光线相交。一种实施例中，还包括在光学塑料的出光面设计具有微结构的扩散部的步骤，所述扩散部用于对出射光线进行扩散。根据第三方面，一种实施例中提供一种照明装置，包括LED灯组，还包括上述的具有微结构的薄膜光学透镜，薄膜光学透镜的入光面覆盖于LED灯组上，以使薄膜光学透镜通过第一微结构、第二微结构和第三微结构对LED灯组发光的传播途径和传播方向进行控制。一种实施例中，薄膜光学透镜由多个所述透镜单元拼接组成，单个透镜单元对应覆盖至少一个LED发光体。一种实施例中，薄膜光学透镜仅为单个透镜单元，透镜单元覆盖LED灯组。依据上述实施例的薄膜光学透镜，由于通过微米级的第一微结构、第二微结构和第三微结构对入射光的各个角度的传播途径和传播方向进行精确控制，当该薄膜光学透镜应用到LED照明装置后，该薄膜光学透镜实现对LED发出的光能量在空间的再次分配，从而满足各种照明应用的要求；另外，该薄膜光学透镜非常薄，其厚度可达到0.03mm的厚度，且其形状可以根据实际灯具的结构排布进行相应的剪切，因此，该薄膜光学透镜的应用能使LED灯具的造型更加纤薄美观，使LED灯具的重量更轻，也有利于制作各种异形灯具，以此达到大幅度降低灯具成本的目的，此纤薄的薄膜光学透镜正好可以解决目前照明市场追求纤薄、造型美观、及个性化灯具的难题。附图说明图1为透镜单元的局部放大图；图2为透镜单元的侧视图；图3为第一微结构设计示意图；图4为第二微结构设计示意图；图5为第三微结构设计示意图；图6为第二微结构光路局部放大示意图；图7为第三微结构光路局部放大示意图；图8为第三微结构控制入射光传播示意图；图9为第三微结构出射光线相交的局部放大示意图；图10为薄膜光学透镜控制入射光传播示意图；图11为薄膜光学透镜误装配时配光模拟示意图；图12为薄膜光学透镜另一误装配时配光模拟示意图；图13为薄膜光学透镜为回旋体结构示意图；图14为薄膜光学透镜为条形结构示意图；图15为三个透镜单元拼接示意图；图16为四个透镜单元拼接示意图；图17为六个透镜单元拼接示意图；图18为更多个透镜单元拼接示意图；图19为更多个透镜单元拼接示意图；图20为图19的发光效果图；图21为更多个透镜单元拼接示意图；图22为图21的发光效果图；图23-图27分别为薄膜光学透镜不同拼接形状示意图；图28为双微结构的薄膜光学透镜示意图；图29为双微结构的薄膜光学透镜发光效果图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在本专利技术实施例中，通过设计微结构的薄膜光学透镜，通过微结构对入射光的传播途径和传播方向进行控制，以使通过薄膜光学透镜发出的光线均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有微结构的薄膜光学透镜，其特征在于，包括：至少一个透镜单元，所述透镜单元包括入光面和出光面，所述入光面设置有：保持光线原始传播方向的第一微结构、通过折射控制光线传播方向的第二微结构和通过全反射控制光线传播方向的第三微结构；所述透镜单元通过第一微结构、第二微结构和第三微结构控制入射光的传播途径和传播方向。

【技术特征摘要】
1.一种具有微结构的薄膜光学透镜，其特征在于，包括：至少一个透镜单元，所述透镜单元包括入光面和出光面，所述入光面设置有：保持光线原始传播方向的第一微结构、通过折射控制光线传播方向的第二微结构和通过全反射控制光线传播方向的第三微结构；所述透镜单元通过第一微结构、第二微结构和第三微结构控制入射光的传播途径和传播方向。2.如权利要求1所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第一微结构为控制光线按原始传播方向传播的平面结构，所述第二微结构为通过齿结构控制光线折射传播的折射齿组，所述第三微结构为通过齿结构控制光线全反射传播的全反射齿组。3.如权利要求2所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述折射齿组的各个相邻折射齿之间的间距大于所述全反射齿组的各个相邻全反射齿之间的间距。4.如权利要求2所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述全反射齿组中每两相邻的全反射齿为一组，且，每组的全反射齿控制的出射光线相交。5.如权利要求2所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述折射齿组控制的出射光线与所述全反射齿组控制的出射光线相交。6.如权利要求2所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第二微结构中的各个折射齿的齿高度相同、齿角度的倾斜率不同。7.如权利要求5所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第三微结构中的各个全反射齿的齿高度相同、齿角度的倾斜率不同。8.如权利要求7所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第二微结构和第三微结构中的齿高度相同。9.如权利要求2所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第一微结构为圆形，所述第二微结构为环形折射齿组，所述第三微结构为环形全反射齿组。10.如权利要求9所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第一微结构、第二微结构和第三微结构为同心，且所述第一微结构、第二微结构和第三微结构由内向外依次排布。11.如权利要求9所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第一微结构、第二微结构和第三微结构为同心，且所述第一微结构、第三微结构和第二微结构由内向外依次排布。12.如权利要求2所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第一微结构为长条形，所述第二微结构为条形折射齿组，所述第三微结构为条形全反射齿组。13.如权利要求12所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第二微结构和第三微结构分别对称设置于所述第一微结构的两侧，且，所述第二微结构位于所述第一微结构和第三微结构之间。14.如权利要求12所述的薄膜光学透镜，其特征在于，所述第二微结构和第三微结构分别对称设置于所述第一微结构的两侧，且，所述第三微结构位于所述第一微结构和第二微结构之间。15.如权利要求1所述的薄膜光学透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐日民，孙利强，
申请(专利权)人：上海彩丞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31