專利名稱：一種新型led準(zhǔn)直光學(xué)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于LED光源照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡。
背景技術(shù)：
由于在尺寸和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的照明系統(tǒng)使用發(fā)光二極管(LED)作為光源，在有些特殊使用場(chǎng)合則需要對(duì)LED出射光線進(jìn)行準(zhǔn)直。如內(nèi)窺鏡、指示燈等若采用 LED作為光源則必須對(duì)LED出射光準(zhǔn)直后再聚焦應(yīng)用?；诜浅上窆鈱W(xué)的LED 二次光學(xué)元件，正是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，因此，通過(guò)給LED外部安裝特定二次光學(xué)鏡頭才能滿足得到準(zhǔn)直出射光的需求，并使LED節(jié)能環(huán)保、靈活耐用等優(yōu)點(diǎn)得到充分體現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型LED 準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)，照明效率高，拓寬了 LED的利用領(lǐng)域，提高了 LED的利用效率，使用效果好，便于推廣使用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其特征在于所述透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在所述透鏡底端的收束半球面、設(shè)置在所述透鏡上表面上的主反射鏡面和平面口鏡面以及設(shè)置在所述透鏡下表面上的次反射鏡面，所述收束半球面為用于放置LED芯片并收束的內(nèi)凹腔體，所述主反射鏡面為開口向上的自由曲面且主反射鏡面位于所述透鏡上表面的中心位置處，所述次反射鏡面為將投射到其上的光準(zhǔn)直反射向所述透鏡出射口的自由曲面。上述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，所述透鏡的制作材料為玻璃或塑料；所述玻璃為光學(xué)玻璃。上述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，所述內(nèi)凹腔體的內(nèi)表面或外表面上涂覆有高折射率、高透過(guò)率材料。上述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，所述主反射鏡面和次反射鏡面上涂覆有高反射率材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明整體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由設(shè)置在所述透鏡底端的收束半球面、設(shè)置在所述透鏡上表面上的主反射鏡面和平面口鏡面以及設(shè)置在所述透鏡下表面上的次反射鏡面構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明針對(duì)LED 光源的特點(diǎn)和準(zhǔn)直要求，設(shè)計(jì)必要的二次光學(xué)元件，對(duì)LED出射光進(jìn)行準(zhǔn)直，使得LED 用于一些特殊的照明場(chǎng)合，照明效率高，進(jìn)一步拓寬了 LED的利用領(lǐng)域，提高了 LED的利用效率，使用效果好，便于推廣使用。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的仰視圖。圖3為本發(fā)明自由曲面母線上裁剪的節(jié)電處曲率對(duì)入射光線的控制示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-收束半球面； 2-主反射鏡面； 3-平面口鏡面；4-次反射鏡面； 5-光源；6-照明目標(biāo)面半徑；7-入射光矢量； 8-出射光矢量； 9-法矢量；10-自由曲面母線。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在所述透鏡底端的收束半球面1、設(shè)置在所述透鏡上表面上的主反射鏡面2和平面口鏡面3以及設(shè)置在所述透鏡下表面上的次反射鏡面4，LED出射光高效進(jìn)入透鏡并經(jīng)過(guò)主反射鏡面2和次反射鏡面4 兩次反射，最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直出射；所述收束半球面1為用于放置LED芯片并收束的內(nèi)凹腔體， 所述主反射鏡面2為開口向上的自由曲面且主反射鏡面1位于所述透鏡上表面的中心位置處，將LED出射到該面范圍內(nèi)的光反射至次反射鏡面4上，所述次反射鏡面4為將投射到其上的光準(zhǔn)直反射向所述透鏡出射口的自由曲面。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中，所述透鏡的制作材料為玻璃、塑料或光學(xué)玻璃。所述內(nèi)凹腔體的內(nèi)表面或外表面上涂覆有高折射率、高透過(guò)率材料，使其滿足對(duì)LED的出射光進(jìn)行收束壓縮。所述主反射鏡面2和次反射鏡面4上涂覆有高反射率材料。如圖3所示，本發(fā)明透鏡主反射鏡面2和次反射鏡面4自由曲面求解原理是由于該準(zhǔn)直透鏡是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，設(shè)計(jì)時(shí)只需在二維坐標(biāo)下求解對(duì)應(yīng)的自由曲面母線10，將其沿光軸方向360°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，即可得到對(duì)應(yīng)的自由曲面。在點(diǎn)光源5近似下，如果將自由曲面母線10進(jìn)行離散點(diǎn)的劃分，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)處只有一根入射光線，再根據(jù)非成像光學(xué)邊緣光線原理，通過(guò)自由曲面母線10上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的光線，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后，將對(duì)應(yīng)于目標(biāo)上唯一一點(diǎn)， 通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間連續(xù)部分的光線，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后，也在目標(biāo)上離散點(diǎn)中間連續(xù)分布。根據(jù)上述原理，對(duì)于給定準(zhǔn)直光孔徑和位置關(guān)系的系統(tǒng)，自由曲面母線10裁剪成一定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)，使各節(jié)點(diǎn)處入射的光線隨曲率變化而反射，那么根據(jù)Snell定律，通過(guò)控制自由曲面母線10 上節(jié)點(diǎn)處的法矢量9，來(lái)控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)處入射光線的出射方向，并利用兩次反射的結(jié)合就可以精確地實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)處光線的準(zhǔn)直，當(dāng)節(jié)點(diǎn)劃分足夠細(xì)時(shí)，整個(gè)自由曲面內(nèi)光線均能被準(zhǔn)直出射。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)LED出射光準(zhǔn)直的過(guò)程為由LED出射的半發(fā)散角為90°的光束，先由透鏡底端的收束半球面1整型收束，并可在內(nèi)凹腔體的內(nèi)表面或外表面上涂覆高折射率、高透過(guò)率材料，使其光束更集中，然后高效入射到透鏡上表面的主反射鏡面2上，該面曲率的變化保證反射后的光線全部投射到透鏡下表面的次反射鏡面4上，該面曲率由入射和準(zhǔn)直出射光線方向所決定，保證所有投射光線準(zhǔn)直向上出射。透鏡上邊面口徑除中心主反射鏡面2外，其余處均為平面口鏡面3，保證準(zhǔn)直向上的光線經(jīng)該面不發(fā)生偏折。實(shí)際中雖然由于發(fā)散角過(guò)大和中心遮擋等原因會(huì)有部分LED光線損耗，但是在保證準(zhǔn)直精度的前提下，該損耗相比實(shí)際準(zhǔn)直需求可忽略。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其特征在于所述透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在所述透鏡底端的收束半球面(1)、設(shè)置在所述透鏡上表面上的主反射鏡面(2)和平面口鏡面 (3)以及設(shè)置在所述透鏡下表面上的次反射鏡面(4)，所述收束半球面(1)為用于放置LED 芯片并收束的內(nèi)凹腔體，所述主反射鏡面(2)為開口向上的自由曲面且主反射鏡面(1)位于所述透鏡上表面的中心位置處，所述次反射鏡面(4)為將投射到其上的光準(zhǔn)直反射向所述透鏡出射口的自由曲面。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其特征在于所述透鏡的制作材料為玻璃或塑料。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其特征在于所述內(nèi)凹腔體的內(nèi)表面或外表面上涂覆有高折射率、高透過(guò)率材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其特征在于所述主反射鏡面 (2)和次反射鏡面(4)上涂覆有高反射率材料。
5.按照權(quán)利要求2所述的一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，其特征在于所述玻璃為光學(xué)玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型LED準(zhǔn)直光學(xué)透鏡，所述透鏡為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在所述透鏡底端的收束半球面、設(shè)置在所述透鏡上表面上的主反射鏡面和平面口鏡面以及設(shè)置在所述透鏡下表面上的次反射鏡面，所述收束半球面為用于放置LED芯片并收束的內(nèi)凹腔體，所述主反射鏡面為開口向上的自由曲面且主反射鏡面位于所述透鏡上表面的中心位置處，所述次反射鏡面為將投射到其上的光準(zhǔn)直反射向所述透鏡出射口的自由曲面。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)，照明效率高，拓寬了LED的利用領(lǐng)域，提高了LED的利用效率，使用效果好，便于推廣使用。
文檔編號(hào)F21V5/04GK102486291SQ201010571239
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者張超, 胡劍峰 申請(qǐng)人:西安大昱光電科技有限公司