專利名稱：一種透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于LED照明的透鏡，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)范疇的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的LED照明主要針對(duì)室內(nèi)照明和戶外照明兩個(gè)方面的領(lǐng)域，其中戶外道路照明涉及的光學(xué)系統(tǒng)配光類型主要涵蓋了 Type 1到Type 5五種類型的配光。已報(bào)道的透鏡光學(xué)系統(tǒng)中主要依靠對(duì)稱的曲面完成對(duì)光線的控制。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN100495113涉及一種光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)方法，可以利用光對(duì)稱分布完成了光線在一個(gè)近似矩形區(qū)域的左右對(duì)稱光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)，其配光類型屬于道路照明的Type I的配光。專利CN10153^67A也可以通過郁金香形狀的透鏡完成一圓形光斑設(shè)計(jì)，但形成的光斑仍屬于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的光斑分布， 屬于type 5的配光類型。目前報(bào)道的較大向一個(gè)方向偏折的報(bào)道還較少。在有的場(chǎng)合，需要將光線朝一個(gè)半空間方向照射，例如布置于建筑外部、背靠外墻的壁燈，希望盡量沒有光線照射到墻壁，而射向墻外的光線越多越好。由于LED的光向左邊照射和向右邊兩個(gè)方向的出光是對(duì)稱的，且中心光強(qiáng)度較邊緣更大，因此將光線集中照射到某一半空間是比較困難的。目前，有一些關(guān)于將光線偏折向一個(gè)方向集中的設(shè)計(jì)，但很難將絕大部分光線偏向另一側(cè)出射，例如專利CN101571259A可以將一部分光源出射光線偏折到另一側(cè)，并形成一個(gè) tyep3型的配光型配光，但并不能將絕大部分的光線偏折到另一側(cè)，同時(shí)在較廣闊范圍內(nèi)形成較為均勻的分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種集中偏折向一個(gè)方向并形成均勻照度分布的透鏡系統(tǒng)。本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種用于LED照明的透鏡，包括光線的入射面和出射面。其特征在于所述的出射面包括左右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面和一個(gè)連接曲面，以及一個(gè)平面分界面；所述的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面為一馬鞍形拱形曲面，和一碗形曲面，具有相同的對(duì)稱中心直線ζ軸；所述的連接面在碗形曲面的上方，將所述外拱形曲面和碗形曲面連接起來；所述的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面所述的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面被任何經(jīng)過ζ軸的平面相截得的曲線形狀是相同。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于包含一分界平面，將所述的馬鞍形拱形曲面與所述的碗形曲面、連接曲面連接起來。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于，包含一個(gè)馬鞍形拱形曲面，該馬鞍形拱形曲面被經(jīng)過ζ軸的平面相截得到的曲線為一中心凹陷肩部隆起的內(nèi)凹外凸拱形曲線。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于包含一碗形曲面；所述的碗形曲面被經(jīng)過 ζ軸的任何平面所截取的曲線為一從下往上逐漸延展的二次曲線。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于包含一連接面，位于碗形曲面的上方，將所述外拱形曲面和碗形曲面連接起來；所述碗形曲面的特征在于，為一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面，與另一側(cè)馬鞍形拱形曲面中高于碗形曲面頂部的那部分曲面形狀完全相同。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于包含一連接面，位于碗形曲面的上方，將所述外拱形曲面和碗形曲面連接起來；所述連接面的特征在于，將另一側(cè)的馬鞍形拱形曲面中高于碗形曲面頂部的那部分曲面與碗形曲面頂部平滑連接。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于還包括一光線的入射面；所述入射面為由一個(gè)四份之一球面和一個(gè)內(nèi)凹面組成，二者分界面與左右兩組出射面的平面相同。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于入射面中包含一內(nèi)凹面；所述內(nèi)凹面為一內(nèi)凹弧線和一直線繞經(jīng)過直線底部端點(diǎn)且垂直于兩組出射面的交界平面的方向旋轉(zhuǎn)180 度得到。一種用于LED照明的透鏡，其特征在于入射面形成的空間放置一 LED ；所述LED 光源放置位置在所有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面的對(duì)稱中心ζ軸軸線上。本發(fā)明利用了兩組不同的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面，其中一組用以將光線均勻向一個(gè)半空間擴(kuò)展，另一組則利用一個(gè)全反射面和一個(gè)外折射面一個(gè)內(nèi)出光折射面，將光線偏折向另一側(cè)。兩組曲面中用一平面分割開，這個(gè)分割兩組曲面的平面極為上下模具的分形面，出模非常容易，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例示意圖
圖2為使用第一個(gè)實(shí)施例的透鏡組成的光源模組示意圖
圖3為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的俯視圖
圖4為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例在y-ζ截面的側(cè)視圖
圖5為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例在x-z截面的側(cè)視圖及光線走向
圖6為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的透鏡示意圖
圖7為使用本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的光源模組的模擬照度分布
具體實(shí)施例方式
基于圖1和圖2，本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例如圖1所示。坐標(biāo)軸CTZ標(biāo)識(shí)于圖中。透鏡由出光面和入光面組成。其中出光面由左邊的曲面103、右邊的104及105兩曲面和中間連接上述3個(gè)曲面的平面106組成；入光面由左邊的球形曲面107與右邊的內(nèi)凹弧面108及其中連接內(nèi)凹弧面108的平面109。曲面103、104和105均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面，有共同的旋轉(zhuǎn)軸Z軸。在第一個(gè)實(shí)施例中，曲面105位于曲面104上端，其形狀與曲面103高于104以上的那部分曲面完全相同，組成了一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圓盤面。曲面103是一個(gè)內(nèi)凹外凸拱形的馬鞍形面，其界面如圖4所示，是一從頂部向底部先以負(fù)斜率地逐漸增大再減小，再以正斜率不斷增大的曲線；曲面104是一個(gè)碗形曲面，其截面如圖4所示，是由一底部到頂部逐漸擴(kuò)展的二次曲線。在第一個(gè)實(shí)施例中，曲面107為一球面的1/4，左邊曲面108為一凹形齒狀曲面，它為一內(nèi)凹弧線和一直線繞y軸旋轉(zhuǎn)180度得到，與107球面恰好相接。107和108的交界面為X軸和Z軸所組成的平面。109為一連接108和透鏡底平面的平面，和107、108組成一個(gè)非對(duì)稱的內(nèi)凹面。
在光源組成后，本實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。LED光源201放置在基板202 上，嵌入到透鏡203由內(nèi)出光面組成的空腔204內(nèi)?；迮c透鏡底部緊密接觸，通過一定的固定方式將其固定。圖5為該實(shí)施例的透鏡經(jīng)一經(jīng)過ζ軸的平面所截取的界面示意圖。從中我們可以了解第一實(shí)施例的光線走向情況。其中，曲面103截取的曲線是曲線1031，可以將光源向左發(fā)出的1/4球面空間的光線501均勻分布地發(fā)射到一定距離的平面上。104截取的曲線是曲線1041，可以將光源向右發(fā)出的1/4球面空間的從曲面109 (圖示截取直線1091)射出的那部分光線502經(jīng)全反射到曲面105上，并經(jīng)曲面105折射出射(在圖示中，分別對(duì)應(yīng)全反射曲面105的截面1051對(duì)光線的作用)；光源發(fā)出的沒有經(jīng)過右邊空間的與光源法線方向夾角比較小的一部分光線503經(jīng)過曲面108 (圖示曲線1081)折射后，再經(jīng)過出光面105 曲面出射。本實(shí)施例的特點(diǎn)是，曲線1081可以將發(fā)散的光束匯聚，從而使光線203出射后盡量地靠近左半平面，降低了右半平面光分布的面積；而曲線1041配合折射曲面105可以將原本射向右半平面較遠(yuǎn)位置的光線轉(zhuǎn)向左半平面出射，以達(dá)到將光線向一個(gè)半空間方向控制的目的。圖6為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的圖示。與第一個(gè)實(shí)施例相比，其不同點(diǎn)在于，第一個(gè)實(shí)施例的曲面105為一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面，且其形狀與曲面103高于104以上的那部分曲面完全相同；而第二個(gè)實(shí)施例的曲面605是一個(gè)平滑過渡的曲面，將內(nèi)凹馬鞍形曲面603 (第一個(gè)實(shí)施例中對(duì)應(yīng)為103)和碗形曲面604 (第一個(gè)實(shí)施例中對(duì)應(yīng)為104)平滑連接。圖7為應(yīng)用第一實(shí)施例的光源模組的光斑效果圖。光源的光強(qiáng)分布為瑯勃光分布，經(jīng)過該透鏡后，大部分光線將照射到一個(gè)半平面?？梢钥闯?，本透鏡能將大多數(shù)光線照射到一個(gè)半平面，即將大多數(shù)都光線向一側(cè)發(fā)射。模擬結(jié)果顯示，該實(shí)施例中能將光源發(fā)出的80%以上的光線分布到一側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種透鏡，包括入射面和出射面；其特征在于所述的出射面包括左右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面和一個(gè)連接曲面；所述的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面為一馬鞍形曲面，和一碗形曲面，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面具有相同的對(duì)稱中心直線Z軸；所述的連接曲面在碗形曲面的上方，將所述外拱形曲面和碗形曲面連接起來；每個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面被任何經(jīng)過ζ軸的平面相截得的曲線形狀相同。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于還包含一分界平面，將所述的馬鞍形曲面與所述的碗形曲面、連接曲面連接起來。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于馬鞍形曲面被經(jīng)過ζ軸的平面相截得到的曲線為一中心凹陷肩部隆起的內(nèi)凹外凸拱形面。
4.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于碗形曲面被經(jīng)過ζ軸的任何平面所截取的曲線為一從下往上逐漸延展的二次曲線。
5.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于碗形曲面為一旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面，與所述的馬鞍形曲面中高于碗形曲面頂部的那部分曲面形狀完全相同。
6.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于所述連接面將所述的馬鞍形拱形曲面中高于碗形曲面頂部的那部分曲面與碗形曲面頂部平滑連接。
7.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于所述入射面為由一個(gè)四份之一球面和一個(gè)內(nèi)凹面組成，二者分界面為連接所述的左右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面的平面。
8.如權(quán)利要求1或7所述的透鏡，其特征在于所述的入射面中包含一內(nèi)凹面；所述內(nèi)凹面為一內(nèi)凹弧線和一直線繞經(jīng)過直線底部端點(diǎn)且垂直于所述平面的方向旋轉(zhuǎn)180度得到。
9.如權(quán)利要求8所述的透鏡，其特征在于所述入射面形成的空間放置一LED ；所述 LED光源放置位置為所述ζ軸軸線上。
10.如權(quán)利要求1所述的透鏡，其特征在于一分界平面將所述的馬鞍形拱形曲面與所述的碗形曲面、連接曲面連接起來；所述的馬鞍形拱形曲面被經(jīng)過ζ軸的平面相截得到的曲線為一中心凹陷肩部隆起的內(nèi)凹外凸拱形面；所述的碗形曲面被經(jīng)過ζ軸的任何平面所截取的曲線為一從下往上逐漸延展的二次曲線；所述的連接面，位于碗形曲面的上方，將所述外拱形曲面和碗形曲面連接起來，其形狀或者與所述的馬鞍形拱形曲面中高于碗形曲面頂部的那部分曲面形狀完全相同，或者將所述的馬鞍形拱形曲面中高于碗形曲面頂部的那部分曲面與碗形曲面頂部平滑連接；所述入射面為由一個(gè)四份之一球面和一個(gè)內(nèi)凹面組成；LED放置于入射面內(nèi)形成的空間內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于LED光源的透鏡，包括光線的入射面和出射面。所述的出射面包括左右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面和一個(gè)連接曲面，以及一個(gè)平面分界面；所述的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面為一馬鞍形拱形曲面，和一碗形曲面，具有相同的對(duì)稱中心直線z軸；所述的連接面在碗形曲面的上方，將所述外拱形曲面和碗形曲面連接起來。所述內(nèi)表面由一個(gè)四份之一球面和一個(gè)內(nèi)凹面組成，其中內(nèi)凹面為一內(nèi)凹弧線和一直線繞垂直于直線的方向旋轉(zhuǎn)180度所構(gòu)成的面得到。將LED放置于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱中心軸上，該透鏡可將LED發(fā)出的大部分光線偏折向一個(gè)方向，形成一個(gè)近似半圓的光斑，特別適用于安裝在戶外墻壁上的照亮墻外廣場(chǎng)的場(chǎng)合，避免光線過多照射在墻壁，光能利用率很高。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102162624SQ20111008795
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者周燁, 王鋼, 羅滔 申請(qǐng)人:佛山市中山大學(xué)研究院, 廣州市熠芯節(jié)能服務(wù)有限公司