目前，水晶燈光源以白熾燈或鹵素?zé)襞轂橹鳎渚哂邪l(fā)光角度大的優(yōu)點(diǎn)，但水晶燈通常需要10-20個光源，甚至更多，耗電量大。水晶燈光源只有實(shí)現(xiàn)較大的發(fā)光角度，才能將周邊的水晶打亮，呈現(xiàn)出晶瑩剔透的光學(xué)效果，達(dá)到裝飾作用。在實(shí)際使用中，發(fā)光角度在250°左右的光源基本可滿足要求。

由于LED具有光效高、損耗低等優(yōu)勢，各廠家陸續(xù)推出LED光源水晶燈，但LED光強(qiáng)呈朗伯分布，出光角度110°-130°，要實(shí)現(xiàn)超過250°左右的出光角度，必須進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)。目前，絕大部分LED水晶燈發(fā)光角度只有60°-160°。通過使用二次光學(xué)透鏡，配合常用LED，可實(shí)現(xiàn)250°左右的出光角度，設(shè)計(jì)原理如下：

透鏡頂部設(shè)計(jì)為一內(nèi)凹面自由曲面反射面，外輪廓側(cè)面是一弧線出射面，底部為錐圓臺腔體入射面。光線自LED光源發(fā)出，從透鏡底部內(nèi)錐圓臺腔體入射，一部分光線入射到透鏡頂部的內(nèi)凹自由曲面處，其少數(shù)光線直接折射出射，大部分光線反射到外輪廓側(cè)面折射出射，另一部分光線直接由外輪廓側(cè)面折射出射。

內(nèi)錐圓臺腔體頂部入射面為凸弧面，其可將從該入射面入射的光線發(fā)散;側(cè)壁入射面為從下至上逐漸內(nèi)縮具有一定斜度的旋轉(zhuǎn)面，其可將從該入射面入射的光線發(fā)散。

透鏡頂部內(nèi)凹自由曲面反射面，采用snell定律推算形成，從透鏡底部入射的光線在自由曲面處發(fā)生全反射，將小角度光線反射到透鏡側(cè)面出射，增大透鏡出光角度，與鏡面反射相比可以有效避免鏡面反射損耗。外輪廓側(cè)面從下至上逐漸向內(nèi)縮，其可增大側(cè)面出射光線出射角。

透鏡底部采用螺牙設(shè)計(jì)，能緊密地與散熱體連接，裝配簡單合理。同時，透鏡在與散熱體旋緊后，能利用透鏡螺牙下端面的平面壓住PCB板，減小PCB板與散熱體、導(dǎo)熱硅膠間的空隙，免除了PCB板與散熱體的固定問題，在達(dá)到光學(xué)要求的同時，對燈具的連接和散熱做到合理設(shè)計(jì)。

采用自由曲面原理設(shè)計(jì)一款水晶燈光源透鏡，能夠使LED替代白熾燈、鹵素?zé)舻葌鹘y(tǒng)光源應(yīng)用于水晶燈，LED單燈性能穩(wěn)定，系統(tǒng)壽命和可靠性更高。