CN102401318A - 透镜加工方法以及透镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平板状透镜的加工方法，包括以下步骤：提供基体；加工基体的上部以形成具有连续曲线状的上中央部分(1)和紧邻该上中央部分(1)的分别具有多个连续弧段或近似弧段轮廓中之一的多个上周向锯齿部(2)；加工基体的底部以形成分别具有另外多个连续弧段或近似弧段轮廓中之一的多个下中央锯齿部(4)和紧邻所述多个下中央锯齿部的下周向平直部(3)。此外本发明涉及一种平板状透镜。根据本发明的透镜具有特别的曲线和较小的体积，利用该曲线可以减少透镜的厚度并且改进了光学效率并且减少了制造成本。通过应用这种透镜可以获得良好的光学性能和较高的效率。

Description

透镜加工方法以及透镜

技术领域

本发明涉及一种透镜加工方法以及相应的透镜。

背景技术

在现代的照明设备中，LED二级透镜是普遍使用的一种透镜，其非常适用于高功率或低功率的LED或类似的光源。通常使用椭圆形的透镜用于道路照明或需要椭圆形光分布的场合。为了获得用于道路照明的椭圆形光分布，现有技术中解决措施之一是使用反射器。这种措施的不足之处在于较低的光分布性能和较低的系统效率。另一种获得椭圆形光分布的解决措施是使用塑料的或玻璃的透镜，这种透镜具有连续的光滑的曲线。但塑料的或玻璃的具有光滑曲线的透镜也存在明显的缺点，例如效率低、成本高、体积大。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种新型透镜加工方法以及相应的透镜以满足对圆形或椭圆形光分布的需要。本发明通过透镜的特定的轮廓构造实现了上述目的，并且同时避免了现有技术中具有连续的光滑曲线的透镜所带来的效率低、成本高、体积大的缺点。

根据本发明的透镜加工方法包括以下步骤：a)提供基体；b)加工具有连续曲线状的上中央部分和紧邻该上中央部分的具有多个弧段或近似弧段轮廓的多个上周向锯齿部；c)加工具有另外的弧段或近似弧段轮廓的多个下中央锯齿部和紧邻下中央锯齿部的下周向平直部。

本发明的发明构思在于，通过构造紧邻连续曲线状的上中央部分的具有多个弧段或近似弧段轮廓的多个上周向锯齿部，可以使得上述上周向锯齿部的多个弧段或近似弧段实现等同于现有技术中的产生圆形或椭圆形光分布的透镜的光滑曲线的相应连续曲线段的功能效果，即使得连续曲线状的上中央部分和上周向锯齿部的多个弧段或近似弧段的组合能够替代现有技术中从上中央部分直到周边部分的持续的光滑曲线。相应地，在透镜的底部，通过紧邻下周向平直部的具有另外弧段或近似弧段轮廓的多个下中央锯齿部，同样实现了下中央锯齿部的另外弧段或近似弧段轮廓对于现有技术中的底部的连续曲线轮廓的替代。根据本发明避免了现有技术中上部和底部中央均设计为连续光滑曲线所产生的效率低的问题，但是却同样能够实现现有技术中的圆形或椭圆形光分布。本发明通过利用锯齿部的弧段或近似弧段来实现现有技术中的相应的连续曲线段能实现的效果，却同时又摒弃了连续曲线段所带来的效率低的缺点，并同时摒弃了连续曲线段所带来的透镜厚度值较大的问题，为降低透镜的厚度、减小体积提供了可能性。

优选地，在步骤b)之前，通过将形成某一特定光分布图案的透镜的部分连续曲线轮廓用由该连续曲线轮廓分割而成的多个弧段来替代。换一句话说，例如多个上周向锯齿部所具有的多个弧段组合起来可以形成某一特定光分布图案的弧段。例如，多个下中央锯齿部所具有的多个另外弧段或近似弧段组合起来形成某一特定光分布图案的弧段。

通过这种方式，可以不影响原有的某一特定光分布图案，但是却可以避免由于连续曲线所可能带来的厚度增加的问题。

根据本发明的一个优选方案，在步骤b)之前包括通过测量形成椭圆状或圆状光分布图案的第一透镜来确定所述平板状透镜的轮廓参数，其中所述第一透镜在横剖面具有由上曲线、下曲线、对称中心线、下平直边构成的轮廓；以及在步骤b)中包括b1）确定自所述第一透镜的对称中心线与所述上曲线的交点出发的第一水平基准线，所述第一水平基准线与第一透镜的上曲线形成上交点，b2)在第一水平基准线上加工出具有与上交点之前的上曲线轮廓相同的平板状透镜的上中央部分并紧邻该部分在所述第一水平基准线上加工出分别具有由上交点之后的上曲线分割而成的多个连续的弧段或近似弧段轮廓中之一的多个上周向锯齿部。

优选地在步骤c)中包括c1)在距所述第一水平基准线的预定距离下方引出第二水平基准线，下曲线与下平直边的下交点在第二水平基准线上形成投影点，c2)在第二水平基准线上加工出分别具有由投影点之前的下曲线分割而成的多个连续弧段或近似弧段轮廓中之一的多个下中央锯齿部以及紧邻该部分在第二水平基准线上加工出具有与投影点之后的下平直边轮廓相同的下周向平直部。

上述优选实施方案的构思在于在从一个现有的产生圆形或椭圆状或圆状的透镜出发，利用一种类似于平移的方法，保持透镜主体造型不变，将透镜部分区域的连续曲线的弧段平移到透镜表面的一个基准面上，形成锯齿部，从而减小了透镜的厚度，进而减小了透镜的体积，同时实现了椭圆状配光。具体如上所述，将上曲线上交点之后的连续曲线的轮廓以弧段或近似弧段形式平移到第一水平基准线上，并将下曲线的轮廓以弧段或近似弧段形式平移到第二基准线上，从而实现了圆形或椭圆形光分布的效果。

优选地，所述第一透镜的上曲线的轮廓可通过如下方程限定：y＝0.0004x^6-0.0096x^5+0.0725x^4-0.2733x^3+0.4174x^2+0.0244x+2.5397，其中x为横剖面上的横坐标值，y为横剖面上的纵坐标值。通过该方程可以精确地得到第一透镜的轮廓。

优选地，根据本发明，第一透镜的下曲线的轮廓为圆弧或近似于圆弧。上述的上曲线和下曲线的轮廓，可以得到较为均匀的光分布。

优选的是，将第一水平基准线和第二水平基准线之间的距离预定为0.05mm-5mm。该距离也就是加工成型以后的透镜的厚度。该厚度特别地体现了根据本发明的透镜较薄的优点。

优选地，将上周向锯齿部和下中央锯齿部的数量分别设定为10-100个。以这种设计方式加工的透镜不仅可以实现较高的光学效率，而且也便于生产加工。

有利地提出，第一透镜为椭圆形透镜，同一个上周向锯齿部从长轴至短轴的高度变化为线性变化。

根据本发明提出一种平板状透镜，该平板状透镜利用根据本发明的加工方法加工而成。因此该平板状透镜具有相同于根据本发明的加工方法得到的透镜的有利的形状和特别优选的特性。在此不再进一步说明。

根据本发明的透镜具有特别的曲线和较小的体积，利用该曲线可以减少透镜的厚度并且改进了光学效率并且减少了制造成本。通过应用这种透镜可以获得良好的光学性能和较高的效率。

附图说明

以下参照附图示例性地说明根据本发明的多个优选的实施方式。图中示出：

图1示出了根据本发明的透镜的立体图，其中示出了上表面；

图2示出了根据本发明的透镜的立体图，其中示出了底面；

图3示出了根据本发明的透镜在X-Z面内的剖面图；

图4示出了根据本发明的透镜在Y-Z面内的剖面图；

图5示出了带有根据本发明的透镜的LED发光体的实施例；

图6a和6b示出了现有技术中的椭圆透镜及其配光曲线图；

图7以第一透镜的纵向剖面图示出了根据本发明的加工方法的一个步骤；

图8以第一透镜的纵向剖面图示出了根据本发明的加工方法的另一个步骤；

图9示出了第一透镜以及在第一透镜基础之上获得的根据本发明的透镜的对比图；

图10示出了根据本发明的透镜的光分布图；

图11示出了一个带有根据本发明的透镜的LED发光体的实施例。

图12、13分别示出了根据本发明的透镜的光路示意图。

具体实施方式

在图1中立体地示出了根据本发明的透镜，特别可以看出透镜的上表面的曲线轮廓。根据本发明透镜的上表面的曲线轮廓从中心处上升至最高点进而下降，形成曲线状的上中央部分1。具有曲线状的上中央部分1紧邻分别具有弧段或近似弧段轮廓的多个锯齿区域，该区域构成上周向锯齿部2。该实施例中透镜的形状为椭圆形的，但是其也可以是圆形的。

图2示出了根据本发明的透镜立体图，其中示出了底面。图2中的透镜的底面包括下周向平直部3以及与其邻接多个下中央锯齿部4。该下中央锯齿部4类似于上周向锯齿部2，也具有多个弧段或近似弧段轮廓，但是弧段和近似弧段的弧度或者倾斜度有可能不同。这些下中央锯齿部4的数量优选是10-100个。

当然，图1，2中示出的是椭圆透镜，但是其显然也可以是圆形透镜。

图3示出了根据本发明的椭圆透镜在X-Z面内的剖面图。图中清楚地示出，椭圆透镜左右两边彼此对称，从中心5处开始，透镜的上表面曲线平滑地向上延伸至最高点进而下降，形成连续曲线状的上中央部分1，与其相邻的是多个上周向锯齿部2。在此位置构成上周向锯齿部2的高度最低。多个下中央锯齿部4和紧邻下中央锯齿部2的下周向平直部3位于透镜的底面。

图4示出了根据本发明的椭圆透镜在Y-Z面内的剖面图。相对于图3，图中示出了上周向锯齿部2高度最高的第一部分。而透镜的其它部分的轮廓相对于图3基本没有改变。

优选的是，上周向锯齿部从长轴(Y-Z向)至短轴(X-Z向)的高度变化为线性变化。

图5示出了带有根据本发明的平板形椭圆透镜的LED发光模块的实施例。在该实施例中将根据本发明的平板形椭圆透镜水平放置在LED发光体上方，形成二次光分配，从而得到椭圆形的光分布。

图6a和6b示出了现有技术中的椭圆透镜及其配光曲线图。该椭圆透镜能提供椭圆形光分布图案。由图6a中的配光曲线图可以看出，这种配光曲线呈蝙蝠翼状。如图6b所示现有技术中使用的透镜(以下称为第一透镜)大致为具有较大的厚度，表面轮廓为从中心处上升至最高点进而下降的连续平滑曲线。底面轮廓的中心部分为凹入曲线，底面周边部分为平直状。

图7以第一透镜的纵向剖面图示出了根据本发明的加工方法的一个步骤。通过测量形成椭圆状图案(也可是圆状图案)的第一透镜6来获取根据本发明的平板状透镜的轮廓参数，其中第一透镜6在横剖面(在长轴(Y-Z)上)具有由上曲线12，13、下曲线10、对称中心线9、下平直边11构成的轮廓。上曲线的轮廓优选通过如下方程限定：y＝0.0004x^6-0.0096x^5+0.0725x^4-0.2733x^3+0.4174x^2+0.0244x+2.5397。下曲线的轮廓优选为圆弧或近似于圆弧。图中以点划线形式示出的第一水平基准线7平行于底面从对称中心线9与上曲线12，13的上交点5出发向外引出，第一水平基准线7和第一透镜6的表面相交，交点为A，并在距第一水平基准线7的预定厚度的距离处引出第二水平基准线8。此处，该距离优选为0.05mm-5mm。下曲线10与下平直边11的下交点以标号P示出。在A之后的上曲线部分通过5个点分成六条小弧线段。

图8以第一透镜的纵向剖面图示出了根据本发明的加工方法的另一个步骤。在第一透镜6的第一水平基准线7上加工具有与上交点A之前的上曲线13轮廓相同的平板状透镜的上中央部分1并紧邻该部分在第一水平基准线7上加工分别具有由上交点A之后的上曲线12分割而成的多个弧段或近似弧段轮廓中的一个的多个上周向锯齿部2。需要说明的是，优选是弧段，当然近似于弧段的近似弧段也是可以的。

图9示出了根据本发明的椭圆透镜和第一透镜的对比图。其中示出了根据本发明的加工方法的另一个步骤。下曲线10与下平直边11的下交点P在第二水平基准线8上形成投影点，在第二水平基准线8上加工分别具有由投影点之前的下曲线10分割而成的多个弧段或近似弧段轮廓中之一的多个下中央锯齿部4以及紧邻该部分在第二水平基准线8上加工具有与投影点之后的下平直边11轮廓相同的下周向平直部3。

利用这种加工方法最终在第一透镜上形成了根据本发明的透镜的特别的曲线。

由图中上下两个透镜对比可以看出，根据本发明方法加工过的透镜轮廓由于提取了第一透镜中的曲线特性，替换了以连续曲线形式的表达方式，而代之以分散的位于第一水平基准线7上的多个上周向锯齿部，因此，不但可以实现第一透镜的光分布功能，而且可以摒弃连续曲线的厚度较大、效率较低的缺点，从而实现了减小透镜厚度、降低体积以及成本的目的。

图10示出了根据本发明的透镜的光分布图。根据本发明的加工方法获得的透镜的光分布图清楚地表现为具有良好的、分布均匀的椭圆形分布。

图11示出了一个带有根据本发明的透镜的实施例。根据本发明的平板式透镜可以使用在例如图11中所示的LED模块中。图中将透镜和LED进行封装，得到了具有良好的光分布性能和较高的系统效率的照明装置。

图12、13分别示出了根据本发明的透镜的光路示意图。图12中可以分别看出光从上中央部分1以及与其相邻的是多个上周向锯齿部2射入，经过透镜之后形成圆形图案或椭圆形图案。图13相应地示出了从下至上的光路示意图。

参考标号

1上中央部分

2上周向锯齿部

3下周向平直部

4下中央锯齿部

5第一透镜的中心

6第一透镜

7第一水平基准线

8第二水平基准线

9对称中心线

10下曲线

11下平直边

12上曲线

A上交点

P下交点

Claims (18)

1.一种平板状透镜的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

a)提供基体；

b)加工基体的上部以形成具有连续曲线状的上中央部分(1)和紧邻该上中央部分(1)的分别具有多个连续弧段或近似弧

段轮廓中之一的多个上周向锯齿部(2)；

c)加工基体的底部以形成分别具有另外多个连续弧段或近似弧段轮廓中之一的多个下中央锯齿部(4)和紧邻所述多个下中央锯齿部的下周向平直部(3)。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于在步骤b)之前包括：

通过测量形成椭圆状或圆状光分布图案的第一透镜(6)来确定所述平板状透镜的轮廓参数，其中所述第一透镜在横剖面具有由上曲线(12)、下曲线(10)、对称中心线(9)、下平直边(11)构成的轮廓；以及

在步骤b)中包括

b1)确定自所述第一透镜的对称中心线(9)与所述上曲线(12)的交点出发的第一水平基准线(7)，所述第一水平基准线(7)与第一透镜(6)的上曲线(12)形成上交点(A)，

b2)在第一水平基准线上加工出(7)具有与上交点(A)之前的上曲线轮廓相同的平板状透镜的上中央部分并紧邻该部分在所述第一水平基准线(7)上加工出分别具有由上交点(A)之后的上曲线(12)分割而成的多个连续的弧段或近似弧段轮廓中之一的多个上周向锯齿部(2)。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于在步骤c)中包括

c1)在距所述第一水平基准线(7)的预定距离下方引出第二水平基准线(8)，下曲线(10)与下平直边(11)的下交点(P)在第二水平基准线(8)上形成投影点，

c2)在第二水平基准线(8)上加工出分别具有由投影点之前的下曲线(12)分割而成的多个连续弧段或近似弧段轮廓中之一的多个下中央锯齿部(4)以及紧邻该部分(4)在第二水平基准线(8)上加工出具有与投影点之后的下平直边(11)轮廓相同的下周向平直部(3)。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：所述第一透镜的上曲线(12)的轮廓可通过如下方程限定：y＝0.0004x^6-0.0096x^5+0.0725x^4-0.2733x^3+0.4174x^2+0.0244x+2.5397，其中x为横剖面上的横坐标值，y为横剖面上的纵坐标值。

5.根据权利要求2或3所述的加工方法，其特征在于：所述第一透镜的下曲线(10)的轮廓为圆弧或近似于圆弧。

6.根据权利要求2或3所述的加工方法，其特征在于：所述预定距离的数值为0.05mm-5mm。

7.根据权利要求2或3所述的加工方法，其特征在于：所述上周向锯齿部(2)和所述下中央锯齿部(4)的数量分别为10-100个。

8.根据权利要求2或3所述的加工方法，其特征在于：所述第一透镜(6)为椭圆形透镜，同一个上周向锯齿部从长轴至短轴的锯齿高度变化为线性变化。

9.根据权利要求2或3所述的加工方法，其特征在于：所述第一透镜(6)为圆形透镜。

10.一种平板状透镜，包括上部和底部，所述上部包括具有连续曲线轮廓的上中央部分(1)和紧邻该部分的分别具有多个连续弧段或近似弧段轮廓中之一的多个上周向锯齿部(2)，以及所述底部包括分别具有另外多个弧段或近似弧段轮廓中之一的多个下中央锯齿部(4)和紧邻所述多个下中央锯齿部(4)的下周向平直部(3)。

11.根据权利要求10所述的透镜，其特征在于，通过测量形成椭圆状或圆状光分布图案的第一透镜(6)来获取所述平板状透镜的轮廓参数，其中所述第一透镜在横剖面具有由上曲线(12)、下曲线(10)、对称中心线(9)、下平直边(11)构成的轮廓；第一透镜(6)具有从所述第一透镜的对称中心线(9)与所述上曲线的交点出发引出的第一水平基准线(7)，所述第一水平基准线(7)与第一透镜(6)的上曲线(12)形成上交点(A)，所述上中央部分(1)位于第一水平基准线(7)上并具有与上交点(A)之前的上曲线(12)相同的轮廓以及所述多个上周向锯齿部(2)位于第一水平基准线(7)上并分别具有由上交点(A)之后的上曲线(12)分割而成的多个弧段或近似弧段轮廓中之一。

12.根据权利要求11所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜(6)还具有距所述第一水平基准线(7)的预定距离的第二水平基准线(8)，下曲线(10)与下平直边(11)的下交点(P)在第二水平基准线(8)上形成投影点，多个下中央锯齿部(4)位于第二水平基准线(8)上并且分别具有由投影点之前的下曲线(10)分割而成的多个弧段或近似弧段轮廓中之一以及第二水平基准线(8)的下周向平直部(3)位于第二水平基准线(8)上具有与投影点之后的下平直边相同的轮廓。

13.根据权利要求12所述的透镜，所述第一透镜的上曲线的轮廓(12)可通过如下方程限定：y＝0.0004x^6-0.0096x^5+0.0725x^4-0.2733x^3+0.4174x^2+0.0244x+2.5397，其中x为横剖面上的横坐标值，y为横剖面上的纵坐标值。

14.根据权利要求11或12所述的透镜，其特征在于：所述第一透镜的下曲线(10)的轮廓为圆弧或近似于圆弧。

15.根据权利要求11或12所述的透镜，其特征在于：所述预定距离的数值为0.05mm-5mm。

16.根据权利要求11或12所述的透镜，其特征在于：所述上周向锯齿部(2)和所述下中央锯齿部(4)的数量分别为10-100个。

17.根据权利要求11或12所述的透镜，其特征在于：所述第一透镜(6)为椭圆形透镜，同一个上周向锯齿部从长轴至短轴的高度变化为线性变化。

18.根据权利要求11或12所述的透镜，其特征在于：所述第一透镜(6)为圆形透镜。

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