一种消除杂光的准直透镜制造技术

本发明专利技术公开了一种消除杂光的准直透镜,包括第一入射面、第二入射面、第一出射面、第二出射面和全反射面；所述第二入射面与经过光轴的平面相交截取的入射曲线上各点的斜率为负，该入射曲线从底部向上延伸至顶部的过程中，其斜率的绝对值先逐渐减小至第一拐点，后逐渐增大。本发明专利技术首先通过斜率渐变的内腔侧面克服了第一类杂光，此外还结合了向外凸起的第一入射面和第一出射面抑制了第二类杂光。面和第一出射面抑制了第二类杂光。面和第一出射面抑制了第二类杂光。

【技术实现步骤摘要】
一种消除杂光的准直透镜


[0001]本专利技术属于LED配光透镜领域，具体涉及一种消除杂光的准直透镜。

技术介绍

[0002]在现有LED光学方案中，为了匹配人眼舒适度的需求，透镜的防眩性能越来越受到重视。在各种防眩的技术路径中，以全反射(TIR)透镜的技术最流行，因为这类技术可以最大程度利用光能量，实现更高的光学效率。全反射透镜技术可从专利US6547423B2得知，将光路分为两部分：一部分是从顶部入射后折射出射的光线；第二部分是从侧面进入透镜，经过侧面的杯面全反射后，从顶部靠近两侧的曲面出射。其中，从能量分配的角度，第二部分光路占更大部分。
[0003]然而，目前这类全反射透镜的防眩性能有较大问题，特别是小角度的情况下，透镜光束角在25度以内，意味着防眩角度很小，即是说在35
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40度以外都不能看到爆亮的眩光点，目前市场上的全反射透镜技术方案都很难满足相关应用需求。本专利技术的技术提供了一种防止眩光的小角度准直全反射透镜。
[0004]全反射透镜能够最充分地利用光能量，但内腔曲面由两部分组成，会造成各种机制的眩光。通常情况下，眩光出现在30度到60度范围，光斑出射角度不同，眩光对应的范围也不同。对高端照明需求而言，角度越小，不能形成眩光的角度范围越大，对光学设计的挑战也越高。其中，准直光学系统(角度小于25度)的眩光点必须控制在30
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35度以内，即35度以外就不能看到眩光点。然而，由于光学透镜表面有透射光和反射光两组光线，光学曲面只能针对绝大部分能量透射的光线去进行控制，而反射光就会失去控制从而形成杂光或眩光。这类眩光是光学设计中最难以消除的。落实到全反射(TIR)透镜而言，会造成有两类典型杂光：一是如图1所示的光线，从侧面内腔13反射的菲涅尔损耗反射光，会穿透曲面另外一侧，进入到透镜本体，然后被透镜杯面全反射面14全反射后，从杯面上方的第二出射面15曲面透射出射，后面称为“第一类杂散光”；二是如图2所示的光线，从侧面内腔23反射的菲涅尔损耗反射光，向上穿透第一入射面21，再经过第一出射面22出射，后面称为“第二类杂散光”。这两类杂散光的光线都会偏离主光路形成的光斑，刚好分布在30～60度范围内，从而在洗墙的时候形成杂光且造成肉眼观察透镜表面时出现眩光。
[0005]杂散光的形成原因复杂多样，专利技术人经过研究提出“第三类杂散光”，现有全反射透镜绝大多数都有一顶部包边，即在全反射面和出射面外周边缘延展一个结构边，如图2所示的17，18和19三个直边所组成的结构。这个结构边的设置有几点作用：1，方便模具设计和出模；2、方便在边缘加支架和其他安装透镜的结构。然而，这种向外延展的结构边容易造成如图3所示的“第三类杂散光”。这种杂光是从透镜杯面漏过到边缘的。由于光源的扩展性，光源近端的光线很难被全反射杯面完全控制，会有一部分光线掠过tir杯面进入到结构边，如光线31所示。由于结构边上端是平面，该平面法线方向与进入到这里的掠射光线31夹角往往会大于透镜材料的全反射角，从而让光线31憋在透镜内部形成全反射；全反射的光线会在结构边形成光导现象，最终从透镜出光面位置出射形成第三类杂散光32。这部分杂光
很难遮挡，往往会直接射出灯具形成勾勾状杂光，如图3所示的大V状亮区。

技术实现思路

[0006]针对相关技术中的问题，本专利技术设计一种消除杂光的准直透镜，以克服上述
技术介绍
中所述的现有技术问题。
[0007]所采用的方案为：一种消除杂光的准直透镜,包括沿中心光轴旋转对称的透镜主体，主体下端设有开口朝向光源的凹腔，凹腔的顶部形成为第一入射面，凹腔的环形侧面形成为第二入射面；主体上端设有对应第一入射面的位于中部的第一出射面、对应第二入射面的位于第一出射面周侧的第二出射面，主体的周侧面形成为朝向第二出射面的全反射面；光源发出的小角度光从第一入射面射入透镜主体后，自第一出射面准直射出；光源发出的大角度光从第二入射面折射入透镜主体后被射至全反射面，全反射面再反射至第二出射面准直射出；
[0008]所述第二入射面与经过光轴的平面相交截取的入射曲线上各点的斜率为负，该入射曲线从底部向上延伸至顶部的过程中，其斜率的绝对值先逐渐减小至第一拐点，后逐渐增大。
[0009]优选的，所述入射曲线顶端与光源中心的连线，与光轴的夹角大于25度，小于45度；所述入射曲线底端与光源中心的连线，与光轴的夹角大于75度，小于90度；所述入射曲线底端起始点的斜率绝对值不小于6。
[0010]优选的，所述第一拐点与光源中心的连线，与光轴的夹角不小于50度，不大于65度。
[0011]优选的，所述第二出射面与经过光轴的平面相交截取的出射曲线，斜率均为正，且从内向外延伸至边缘的过程中，其斜率先逐渐增加至第二拐点，后逐渐减小。
[0012]优选的，所述第二出射面外周边缘的口径D，与所述第二出射面边缘与光源中心的高度差H的比值满足：0.45<H/D<0.65。
[0013]优选的，各出射曲线的第二拐点沿周向形成的圆的直径d，与所述第二出射面外周边缘的口径D的比值满足：0.65<d/D<0.85。
[0014]优选的，所述出射曲线从中间向边缘扩展，最靠近中间的起始点和边缘的终点的斜率均不大于2.7。
[0015]优选的，所述第一入射面为一朝向光源方向凸起的曲面；所述第一出射面为远离光源方向凸起的曲面，该凸起的曲面最高点与底部最低点的高度差dh，与第一出射面外周边缘的口径d1的比例关系满足：dh/d1<0.35。
[0016]优选的，所述第一入射面与经过光轴的平面相交截取的截线，其边缘点的斜率不小于0.2。
[0017]优选的，在透镜主体的外周连接全反射面和第二出射面的外侧边缘设有一延展部，所述延展部包括平面延伸的上端光学面、竖向的侧立面和下端光学面，所述下端光学面为一先向下延伸再向上拉起的曲面。
[0018]优选的，所述第二入射面顶端和全反射面顶端的连线，与所述下端光学面在连线交点处的切线形成的夹角满足以下条件：该夹角大于60
°
且小于120
°
。
[0019]优选的，所述第一入射面、第一出射面和第二出射面中的一个或多个曲面上设有
珠点状微结构；所述第二入射面和/或全反射面为鳞片状微结构面。
[0020]本专利技术的方案中，首先通过斜率渐变的内腔侧面克服了第一类杂光并控制的透镜的高度，此外还结合了向外凸起的第一入射面和第一出射面，抑制第二类杂光。第二类杂光不需要像第一类杂光一样要完全消除，本方案将第二类杂散光“驱赶”到大于60度以外即可，在制成灯具时，可方便灯壳轻松遮挡住这部分杂光，此外还发现并克服第三类杂光。
附图说明
[0021]图1为本专利技术所称第一类杂散光产生的原理示意图；
[0022]图2为本专利技术所称第二类杂散光产生的原理示意图；
[0023]图3为本专利技术所称第三类杂散光产生的原理示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除杂光的准直透镜,包括沿中心光轴旋转对称的透镜主体，主体下端设有开口朝向光源的凹腔，凹腔的顶部形成为第一入射面，凹腔的环形侧面形成为第二入射面；主体上端设有对应第一入射面的位于中部的第一出射面、对应第二入射面的位于第一出射面周侧的第二出射面，主体的周侧面形成为朝向第二出射面的全反射面；光源发出的小角度光从第一入射面射入透镜主体后，自第一出射面准直射出；光源发出的大角度光从第二入射面折射入透镜主体后被射至全反射面，全反射面再反射至第二出射面准直射出；其特征在于：所述第二入射面与经过光轴的平面相交截取的入射曲线上各点的斜率为负，该入射曲线从底部向上延伸至顶部的过程中，其斜率的绝对值先逐渐减小至第一拐点，后逐渐增大。2.根据权利要求1所述的准直透镜，其特征在于，所述入射曲线顶端与光源中心的连线，与光轴的夹角大于25度，小于45度；所述入射曲线底端与光源中心的连线，与光轴的夹角大于75度，小于90度；所述入射曲线底端起始点的斜率绝对值不小于6。3.根据权力要求1所述的准直透镜，其特征在于，所述第一拐点与光源中心的连线，与光轴的夹角不小于50度，不大于65度。4.根据权利要求1所述的准直透镜，其特征在于，所述第二出射面与经过光轴的平面相交截取的出射曲线，斜率均为正，且从内向外延伸至边缘的过程中，其斜率先逐渐增加至第二拐点，后逐渐减小。5.根据权利要求4所述的准直透镜，其特征在于，所述第二出射面外周边缘的口径D，与所述第二出射面边缘与光源中心的高度差H的比值满足：0....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗滔，朱道勇，何瑞钊，
申请(专利权)人：广州市意顿光学设计有限公司，
类型：发明
国别省市：