專利名稱：定向出光透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種透鏡，尤其是指一種利用反射杯和凸透鏡的組合來完成對單側(cè)面投光的定向出光透鏡。
背景技術(shù)：
凸透鏡和凹面鏡是光學(xué)儀器中常用的基本元件，凸透鏡是由兩面磨成球面的透明鏡體組成，凹面鏡是由一面是凹面而另一面為不透明的鏡體組成；凸透鏡主要對光線起折射作用，凹面鏡主要對光線起反射作用。為綜合利用凹面鏡和凸透鏡的優(yōu)點(diǎn)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，人們往往將凹面鏡和凸透鏡結(jié)合起來，形成組合透鏡。傳統(tǒng)的組合透鏡為旋轉(zhuǎn)面結(jié)構(gòu)，其主要是利用光的全反射原理將光線反射出去，其反射方式主要有以下兩種一種是將光線呈一定角度會聚，如圖 1所示的全反射面會聚透鏡，另一種是將光線呈一定角度發(fā)散，如圖2所示的全反射面發(fā)散透鏡。當(dāng)其應(yīng)用于單側(cè)面投光時，如車燈，投光燈等場所，此種組合透鏡無論是會聚光線還是發(fā)散光線，都必將造成只有一半的光線投射與目的屏，而另一半的光線將會偏離目的屏。 通常的做法是將透鏡與目的屏成一定角度放置，這樣雖然可以提高光的利用率，但是卻造成了目的屏照射不均勻的問題。中國實(shí)用新型專利號為“ZL201020154480. 4”，專利名稱為“組合式多鏡面聚光裝置”的專利文件中公開了一種組合式多鏡面聚光裝置，其特征在于所述的聚光裝置包括光源、位于光源正前方的凸透鏡、位于光源外周的凹面鏡、位于聚光裝置前方的燈罩、凸透鏡連接部件和凹面鏡連接部件，光源位于能將光源發(fā)出的光線折射為平行光的凸透鏡的一個焦點(diǎn)上；凸透鏡通過凸透鏡連接部件與燈罩相連；能將光源發(fā)出的光線反射為平行光的凹面鏡位于光源的外周，并圍繞光源分布；凹面鏡通過凸面鏡連接部件與燈罩相連；燈罩、 凸透鏡連接部件和凹面鏡連接部件由透光材料制成。該專利文件中的組合式多鏡面聚光裝置是通過側(cè)面凹面鏡的反射和中間凸透鏡的折射形成平行光線，雖然能夠提高前側(cè)光線的利用率，增加照明亮度，但當(dāng)其應(yīng)用于單側(cè)面投射時，勢必會降低光源光線的利用率，若改變其與單側(cè)面的投射角度，勢必會影響投射光線的均勻度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決的主要技術(shù)問題是提供一種定向出光透鏡，利用反射杯和凸透鏡的組合，將光源發(fā)出的散射光線通過凸透鏡的折射和反射杯外壁面的反射形成平行光線， 使反射光線和折射光線同時照射到目的屏，改善光源光線的利用率，提高光源的照度和照明均勻度。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個技術(shù)方案是提供一種定向出光透鏡，包括反射杯、凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)置在反射杯的杯底與反射杯相連接，所述凸透鏡的外壁面朝向反射杯的杯口，所述凸透鏡的內(nèi)壁面與反射杯的杯底圍成用于放置光源的光源孔，所述反射杯的形狀為喇叭狀，其側(cè)面設(shè)有缺口，所述缺口正對著光線投射的目的區(qū)域。[0007]其中，所述反射杯的材質(zhì)和其外壁面的弧度滿足光線發(fā)生全反射的條件。其中，所述反射杯的外壁面鍍有一層反光材料。其中，所為缺口為以反射杯的杯口的中心軸為中心，徑向向外切開的部分，所述缺口在橫截面上投影的圓弧角度為60° 300°。其中，所述凸透鏡的材料為聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。其中，所述反射杯的材料為PC和亞克力材料。其中，所述反射杯杯口外延設(shè)有定位板，所述定位板與反射杯杯底平行。其中，所述定位板上設(shè)有定位孔，所述定位孔為通孔。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果在于針對現(xiàn)有技術(shù)的組合透鏡在進(jìn)行光線投射時，只有一半的光線投射于單側(cè)面，而另一半的光線偏離單側(cè)面，造成光線的利用率不高的情況， 或者是將組合透鏡與單側(cè)面呈一定角度放置，用于對單側(cè)面的投光，這樣雖然提高了光線的利用率，卻引起了單側(cè)面光線照射均勻度不足的問題。本實(shí)用新型提供的一種定向出光透鏡，位于反射杯缺口處的凸透鏡通過其對光線的折射作用，將大部分光線投到單側(cè)面上； 正對著單側(cè)面的反射杯的外壁面通過其表面的反射作用，使部分偏離單側(cè)面的光線投射到單側(cè)面上。本實(shí)用新型通過反射杯的外壁面的反射作用和凸透鏡的折射作用，增加了光源的利用率和提高了光源的照明均勻度。另外，本實(shí)用新型定向出光透鏡結(jié)構(gòu)精簡，生產(chǎn)成本較低，非常適合規(guī)模化的生產(chǎn)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)全反射面會聚透鏡光線投射圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)全反射面發(fā)散透鏡光線投射圖；圖3是本實(shí)用新型定向出光透鏡一實(shí)施例的縱向剖面圖；圖4是本實(shí)用新型定向出光透鏡一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型定向出光透鏡一實(shí)施例的俯視圖；圖6是本實(shí)用新型定向出光透鏡一實(shí)施例的橫截面圖；圖7是本實(shí)用新型定向出光透鏡一實(shí)施例的光路原理圖；圖8是本實(shí)用新型定向出光透鏡一實(shí)施例的全反射界面圖。標(biāo)號說明1、反射杯，2、凸透鏡，3、光源孔，4、定位板，5、第一定位孔，6、第二定位孔，7、目的
屏，8、入射光線，9、全反射光線。
具體實(shí)施方式
為詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖3和圖4，本實(shí)用新型涉及一種定向出光透鏡，包括反射杯1、凸透鏡2， 所述凸透鏡2設(shè)置在反射杯1的杯底與反射杯1相連接，所述凸透鏡2外壁面朝向反射杯 1的杯口，所述凸透鏡2的內(nèi)壁面與反射杯1的杯底圍成用于放置光源的光源孔3，所述反射杯1的形狀為喇叭狀，其側(cè)面設(shè)有缺口，所述缺口正對著光線投射的目的區(qū)域?，F(xiàn)有技術(shù)的組合透鏡在進(jìn)行光線投射時，只有一半的光線投射于單側(cè)面，而另一半的光線偏離單側(cè)面，造成光線的利用率不高的情況，或者是將組合透鏡與單側(cè)面呈一定角度放置，用于對單側(cè)面的投光，這樣雖然提高了光線的利用率，卻引起了單側(cè)面光線照射均勻度不足的問題。本實(shí)用新型提供的一種定向出光透鏡，位于反射杯的缺口處的凸透鏡通過其對光線的折射作用，將大部分光線投到單側(cè)面上；正對著單側(cè)面的反射杯的外壁面通過其表面的反射作用，使部分偏離單側(cè)面的光線投射到單側(cè)面上。本實(shí)用新型通過反射杯外壁面的反射作用和凸透鏡的折射作用，增加了光源的利用率和提高了光源的照明均勻度。另外，本實(shí)用新型定向出光透鏡結(jié)構(gòu)精簡，生產(chǎn)成本較低，非常適合規(guī)模化的生產(chǎn)。所述缺口是指以反射杯的杯口的中心軸為中心，徑向旋轉(zhuǎn)向外切開的部分。所述單側(cè)面是指與反射杯的缺口處正對的面。參照圖5和圖6，在一實(shí)施例中，在反射杯1的橫截面中，反射杯1的缺口弧度為 a，a是光線的折射區(qū)域的角度，反射杯1的剩下部分的角度為b，b是反射區(qū)域的角度，反射杯1所述反射區(qū)域的弧度和折射區(qū)域的弧度的關(guān)系滿足b+a = 360°，其中，a為折射區(qū)域的弧度，b為反射區(qū)域的弧度，a和b均為非零正數(shù)。反射區(qū)域的弧度b和折射區(qū)域的弧度a可以根據(jù)需求來自由分配，其中較理想的配比為b a = 1 N，其中N為1 5的正數(shù)?？紤]到具體情況下的投光時，大部分的光源光線都會通過凸透鏡2的折射作用投射到單側(cè)面上，故折射部分的配比應(yīng)該大于反射部分。當(dāng)需求的折射光線少而反射光線多的情況下，折射部分的配比會小于反射部分，因此根據(jù)實(shí)際的照明需要，也不排除折射區(qū)域的配比小于反射部分的情況。所述凸透鏡2為透明的出光材料，所述出光材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或環(huán)氧樹脂等，反射杯1的材料為PC或亞克力材料或者玻璃等。光源光線應(yīng)該盡量靠近凸透鏡2的焦點(diǎn)位置，光線通過凸透鏡2的焦點(diǎn)后會平行的照射在單側(cè)面上，凸透鏡2能使部分的光源光線通過其折射作用平行地投射到單側(cè)面上， 另一部分光線投射到反射杯1的外壁面時會發(fā)生反射和折射，這時經(jīng)過折射作用后的光線會達(dá)不到輻射到單側(cè)面的要求，應(yīng)該盡量避免，這時通過利用光線的全反射或者在反射杯1 的外壁面涂上一些反光材料來減少折射作用，增大反光的效率。參照圖5和圖6，在一實(shí)施例中，所述反射杯1杯口外延設(shè)有定位板4，該定位板4 與所述反射杯1的杯底平行，定位板4 一方面為所述透鏡提供安裝的界面，另一方面起著固定和支撐透鏡體的作用，定位板4的外緣部分可以根據(jù)需要來確定，例如定位板4的外邊緣可以是圓弧狀或?yàn)閳A角的折線狀等。所述定位板4上設(shè)有兩個的定位孔，包括第一定位孔 5和第二定位孔6，所述定位孔為貫通的圓孔或正方形孔等，定位板4上設(shè)置的定位孔主要起著與使用本透鏡體的外部結(jié)構(gòu)固定的作用，所述第一定位孔與第二定位孔對稱分布，既美觀又實(shí)用。所述反射杯1的缺口正對著光線投射的目的區(qū)域，即單側(cè)面，采用這種設(shè)置能使折射出來的大部分光線直射到單側(cè)面上，可以進(jìn)一步增加光源的照度。參見圖7，下面以一優(yōu)選的實(shí)施例來說明本實(shí)用新型的工作原理光線從光源孔以散射的方式輻射到反射杯的外壁面上和凸透鏡內(nèi)。當(dāng)光線輻射在凸透鏡的內(nèi)凹面上時，光線第一次發(fā)生折射，其折射應(yīng)滿足sine 1 sin θ 2 = η2 nl, 其中θ 1是內(nèi)凹面上光線的入射角，θ 2是內(nèi)凹面上光線的折射角，η2是凸透鏡的折射率，nl是空氣的折射率。經(jīng)過折射后的一部分光線會輻射到凸透鏡的外壁面。外壁面是光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的分界面，光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)會發(fā)生折射作用，這樣第一次發(fā)生折射的光線會經(jīng)歷第二次折射，折射也應(yīng)滿足折射定律，經(jīng)過兩次折射后的光線會輻射到目的屏7 (目的屏為一簡化的單側(cè)面)上。若不能輻射到目的屏7上，則可以通過改變凸透鏡外壁面的曲率和折射率來完成目的；經(jīng)過折射后的另一部分光線輻射到反射杯的外壁面。外壁面同樣也是光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的分界面，光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)且滿足入射角(入射角是入射光線與反射杯杯壁切面法線的夾角)大于或等于臨界角(臨界角是指使折射角達(dá)到90°時的光線入射角的角度)，如圖8所示，光線的入射角增大到某一個數(shù)值時，會使折射角逐漸增大，當(dāng)折射角增大到90°時，入射角處于臨界角狀態(tài)，這時入射光線8在分界面上就會滿足全反射定律，反射杯的外壁面滿足使光源光線發(fā)生全反射的條件，入射到反射杯外壁面的光線發(fā)就會生全反射作用，形成全反射光線9，在反射杯的杯底經(jīng)過全反射作用后的光線不會輻射到凸透鏡內(nèi)，從反射杯與凸透鏡之間的區(qū)域折射到目的屏上。也可以是，另一部分經(jīng)過折射后的光線輻射到反射杯的外壁面。外壁面同樣也是光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的分界面，光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)會發(fā)生折射作用。由于反射杯的外壁面涂有一些反光的材料，鍍有的反光材料能夠增加外壁面反射光線的能力，減少因光線照射到反射杯的外壁面產(chǎn)生折射作用，有利于偏離光線的反射作用，可以進(jìn)一步提高光線的利用率。故能使光線呈一定角度反射出去，一部分反射光線可以直接射入目的屏上，另一部分的光線會反射到凸透鏡，經(jīng)過凸透鏡的外壁面發(fā)生折射作用后射入目的屏上。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種定向出光透鏡，其特征在于，包括反射杯、凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)置在反射杯的杯底與反射杯相連接，所述凸透鏡的外壁面朝向反射杯的杯口，所述凸透鏡的內(nèi)壁面與反射杯的杯底圍成用于放置光源的光源孔，所述反射杯的形狀為喇叭狀，其側(cè)面設(shè)有缺口，所述缺口正對著光線投射的目的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述反射杯的材質(zhì)和其外壁面的弧度滿足光線發(fā)生全反射的條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述反射杯的外壁面鍍有一層反光材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述缺口為以反射杯的杯口的中心軸為中心，徑向旋轉(zhuǎn)向外切開的部分，所述缺口在橫截面上投影的圓弧角度為60° 300°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述凸透鏡的材料為聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述反射杯的的材料為PC或亞克力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述反射杯杯口外延設(shè)有定位板，所述定位板與反射杯杯底平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的定向出光透鏡，其特征在于，所述定位板上設(shè)有定位孔，所述定位孔為通孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種定向出光透鏡，包括反射杯、凸透鏡，所述凸透鏡設(shè)置在反射杯的杯底與反射杯相連接，所述凸透鏡的外壁面朝向反射杯的杯口，所述凸透鏡的內(nèi)壁面與反射杯的杯底圍成用于放置光源的光源孔，所述反射杯的形狀為喇叭狀，其側(cè)面設(shè)有缺口，所述缺口正對著光線投射的目的區(qū)域。本實(shí)用新型提出的定向出光透鏡，利用凸透鏡的折射作用，將大部分的光線投射到單側(cè)面上，且通過反射杯的外壁面的反射作用，將部分偏離單側(cè)面的光源光線投射單側(cè)面上，從而改善光源光線的利用率，提高光源的照度和照明均勻度。
文檔編號F21V5/04GK202209634SQ201120287820
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者于歡歡 申請人:深圳亞銳光電科技有限公司