一种基于点光源的准直透镜制造技术

本发明专利技术公开了一种基于点光源的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，所述点光源设置在透镜旋转对称轴上，该准直透镜包括第一入射面、第二入射面、反射面和出射面；所述光源发出的光线分成两个部分，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述出射面折射出射。该准直透镜在保持光学性能的同时，降低了透镜的体积和重量，减少了制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及透镜
，具体涉及一种基于点光源的准直透镜。
技术介绍
在LED汇聚光学系统的紧凑化趋势背景下，由于LED光源亮度仍然比一些气体放电光源低，因此光源和光学系统都有集成和薄型化的需求。为了获得较高的中心光强，COB光源将逐渐替代分离式LED成为高功率LED照明灯具的主要应用光源。然而，由于COBLED的热量较分立式LED更为集中，模组或灯具需要更大的散热空间，更小的高度口径比的光学系统显然更适应这种应用的需要。目前LED汇聚光学系统中，RIXR形式（光源发出的光线经折射-全反射-反射-折射四个光学过程）的透镜是能够实现理想汇聚比的高度口径比最低的光学系统之一。这种类型的透镜最早是由Minano等人用于太阳能聚光器，Munoz设计了带挖空内腔的RIX（光源发出的光线经折射-全反射-反射三个光学过程）透镜使其适用于LED。通过在侧面使用V字形凹槽避免了下反射面镀膜的工艺，设计了无反射面的带挖空内腔的RIX透镜并同时实现了均匀的色空间分布。迄今为止，尚没有双曲面同时设计（SMS）方法以外的其他设计方法能够实现这种高紧致型透镜的设计。然而，这种设计方法过程复杂，设计可行性对初始条件设置非常敏感，设计自由度低。且透镜高度与孔径成正比，随着孔径增大，高度也同比例的提高，导致透镜体积与重量很大，增加了其在大孔径小角度应用中的成本。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于点光源的准直透镜，该准直透镜可以解决现有技术中其体积与重量很大的缺陷，降低了透镜的制造成本。且该透镜便于设计和加工。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于点光源的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，所述点光源设置在透镜旋转对称轴上，该准直透镜包括第一入射面、第二入射面、反射面和出射面，其特征在于：所述第一入射面位于透镜背部中心，所述第二入射面围绕所述第一入射面设置；所述光源发出的光线分成两个部分，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述出射面折射出射。作为优选，所述第一入射面为自由曲面。本申请所述自由曲面，指表面形状不能被连续加工的，具有传统加工成型的任意性特点的曲面。该类曲面不能由画法几何与机械制图表达清楚，而由复杂方式自由变化的曲线曲面即所谓的自由曲线曲面组成。作为优选，所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为一由初等函数表达的曲线，曲线方程为h=f(x),其中h为纵坐标即高度方向坐标，x为横坐标即横向扩展方向的坐标。作为优选，所述曲线方程h=f(x)为多项式函数。作为优选，所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线的斜率从靠近光轴到远离光轴逐渐减少。作为优选，所述反射面的斜率从靠近光轴到远离光轴逐渐增加。作为优选，所述出射面包括第一出射面和第二出射面，所述第一出射面位于透镜正面中心，所述第二出射面围绕所述第一出射面设置；其中，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述第一出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述第二出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述第二出射面折射出射。作为优选，所述透镜的总高度与出射面的直径的比值不大于0.25，其中透镜的总高度为所述出射面的顶部到透镜底部的距离。作为优选，所述第二入射面距离光轴最近的起始点与光轴有一定距离，所述起始点与透镜底部中心的连线与光轴的夹角为5-25度。作为优选，所述第一出射面为平面，所述第二出射面也为平面；或者，所述第一出射面为平面，所述第二出射面为锥面。相对于现有技术，本专利技术取得了有益的技术效果：提供一种基于点光源的超薄紧致性准直透镜，在保持光学性能的同时，降低了透镜的体积和重量，减少了制造成本。具体地，通过第一部分的光线与光轴夹角较小，故而让其直接出射形成小角度光线；第二部分的光线是与将那些与光轴夹角较大的光线通过全反射曲面准直出射，这样的设计能够充分利用各个角度的光线形成准直出射，保持较高光学效率的同时能够有效控制光线的传输效率。该透镜可通过点光源设计方法，即基于几何光学原理找到需要设计的曲面上的各点切向矢量，进而计算出反射面或折射面各点，最后通过旋转对称的方法生成三维透镜，设计方法简单可行，加工便利。附图说明图1为本专利技术第一实施例的准直透镜示意图。图2为本专利技术第二实施例的准直透镜示意图。图3为第二实施例使用CreeXP-GLED光源的光路模拟图。图4为第二实施例的准直透镜在5米接受屏的照度分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。实施例1参见图1，本专利技术公开了一种基于点光源的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，所述点光源设置在透镜旋转对称轴上，该准直透镜包括第一入射面1、第二入射面2、反射面3和出射面4，所述第一入射面1位于透镜背部中心，所述第二入射面2围绕所述第一入射面1设置；所述光源发出的光线分成两个部分，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面1，经所述第一入射面1折射后，再经所述出射面4折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面2，经所述第二入射面2折射后再经所述出射面4的全反射后入射到所述反射面3，然后经所述反射面3的反射后再经所述出射面4折射出射。其中，所述第一入射面1为自由曲面。所述第二入射面2被经过旋转对称轴的平面所截形成曲线的曲线方程h=f(x)为多项式函数,其中h为纵坐标即高度方向坐标，x为横坐标即横向扩展方向的坐标。上述曲线的斜率从靠近光轴到远离光轴逐渐减少。所述反射面3的斜率从靠近光轴到远离光轴逐渐增加。优选地，所述出射面4包括第一出射面41和第二出射面42，所述第一出射面41位于透镜正面中心，所述第二出射面42围绕所述第一出射面41设置；其中，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面1，经所述第一入射面1折射后，再经所述第一出射面41折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面2，经所述第二入射面2折射后再经所述第二出射面42的全反射后入射到所述反射面3，然后经所述反射面3的反射后再经所述第二出射面42折射出射。优选地，所述第一出射面41为平面，所述第二出射面为锥面42。实施例2参见图2，本实施例公开的透镜由旋转对称的光滑曲面组成，其折射率介于1.4-1.6之间。其中，第二入射面2被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为一个七次多项式，距离光轴最近的起始点21和光源中心O的连线与光轴的夹角为12度。反射面3进行镀反射膜处理。该透镜不能利用的阈值θ（i）为84.85deg，大于该角度的曲面为自然延展。所述反射面3被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为斜率不断缓慢增大的曲线，该曲线起始点31距离光轴的距离为6.67mm，该曲线起始点31与光源位于同一水平高度。该曲线起始点31的斜率为0.33，整个曲线缓慢增长，该曲线终止点32的斜率为0.66。所述出射面4被经过旋转对称轴的平面所截形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于点光源的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，所述点光源设置在透镜旋转对称轴上，该准直透镜包括第一入射面、第二入射面、反射面和出射面，其特征在于：所述第一入射面位于透镜背部中心，所述第二入射面围绕所述第一入射面设置；所述光源发出的光线分成两个部分，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述出射面折射出射。

【技术特征摘要】
1.一种基于点光源的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，所述点光源设置在透镜旋转对称轴上，该准直透镜包括第一入射面、第二入射面、反射面和出射面，其特征在于：所述第一入射面位于透镜背部中心，所述第二入射面围绕所述第一入射面设置；所述光源发出的光线分成两个部分，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述出射面折射出射。2.根据权利要求1所述的准直透镜，其特征在于：所述第一入射面为自由曲面。3.根据权利要求1所述的准直透镜，其特征在于：所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为一由初等函数表达的曲线，曲线方程为h＝f(x),其中h为纵坐标即高度方向坐标，x为横坐标即横向扩展方向的坐标。4.根据权利要求3所述的准直透镜，其特征在于：所述曲线方程h＝f(x)为多项式函数。5.根据权利要求3所述的准直透镜，其特征在于：所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线的斜率从靠近光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，罗滔，
申请(专利权)人：佛山市中山大学研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44