目前，水晶燈光源以白熾燈或鹵素燈泡為主，其具有發光角度大的優點，但水晶燈通常需要10-20個光源，甚至更多，耗電量大。水晶燈光源只有實現較大的發光角度，才能將周邊的水晶打亮，呈現出晶瑩剔透的光學效果，達到裝飾作用。在實際使用中，發光角度在250°左右的光源基本可滿足要求。

由于LED具有光效高、損耗低等優勢，各廠家陸續推出LED光源水晶燈，但LED光強呈朗伯分布，出光角度110°-130°，要實現超過250°左右的出光角度，必須進行二次光學設計。目前，絕大部分LED水晶燈發光角度只有60°-160°。通過使用二次光學透鏡，配合常用LED，可實現250°左右的出光角度，設計原理如下：

透鏡頂部設計為一內凹面自由曲面反射面，外輪廓側面是一弧線出射面，底部為錐圓臺腔體入射面。光線自LED光源發出，從透鏡底部內錐圓臺腔體入射，一部分光線入射到透鏡頂部的內凹自由曲面處，其少數光線直接折射出射，大部分光線反射到外輪廓側面折射出射，另一部分光線直接由外輪廓側面折射出射。

內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散;側壁入射面為從下至上逐漸內縮具有一定斜度的旋轉面，其可將從該入射面入射的光線發散。

透鏡頂部內凹自由曲面反射面，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生全反射，將小角度光線反射到透鏡側面出射，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。外輪廓側面從下至上逐漸向內縮，其可增大側面出射光線出射角。

透鏡底部采用螺牙設計，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、導熱硅膠間的空隙，免除了PCB板與散熱體的固定問題，在達到光學要求的同時，對燈具的連接和散熱做到合理設計。

采用自由曲面原理設計一款水晶燈光源透鏡，能夠使LED替代白熾燈、鹵素燈等傳統光源應用于水晶燈，LED單燈性能穩定，系統壽命和可靠性更高。