CN102486291A - 一种新型led准直光学透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型LED准直光学透镜，所述透镜为旋转对称结构，包括设置在所述透镜底端的收束半球面、设置在所述透镜上表面上的主反射镜面和平面口镜面以及设置在所述透镜下表面上的次反射镜面，所述收束半球面为用于放置LED芯片并收束的内凹腔体，所述主反射镜面为开口向上的自由曲面且主反射镜面位于所述透镜上表面的中心位置处，所述次反射镜面为将投射到其上的光准直反射向所述透镜出射口的自由曲面。本发明结构简单，设计合理，易于实现，照明效率高，拓宽了LED的利用领域，提高了LED的利用效率，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种新型LED准直光学透镜

技术领域

本发明属于LED光源照明技术领域，尤其是涉及一种新型LED准直光学透镜。

背景技术

由于在尺寸和节能方面的优势，越来越多的照明系统使用发光二极管(LED)作为光源，在有些特殊使用场合则需要对LED出射光线进行准直。如内窥镜、指示灯等若采用LED作为光源则必须对LED出射光准直后再聚焦应用。基于非成像光学的LED二次光学元件，正是解决这一问题的关键技术，因此，通过给LED外部安装特定二次光学镜头才能满足得到准直出射光的需求，并使LED节能环保、灵活耐用等优点得到充分体现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型LED准直光学透镜，其结构简单，设计合理，易于实现，照明效率高，拓宽了LED的利用领域，提高了LED的利用效率，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种新型LED准直光学透镜，其特征在于：所述透镜为旋转对称结构，包括设置在所述透镜底端的收束半球面、设置在所述透镜上表面上的主反射镜面和平面口镜面以及设置在所述透镜下表面上的次反射镜面，所述收束半球面为用于放置LED芯片并收束的内凹腔体，所述主反射镜面为开口向上的自由曲面且主反射镜面位于所述透镜上表面的中心位置处，所述次反射镜面为将投射到其上的光准直反射向所述透镜出射口的自由曲面。

上述的一种新型LED准直光学透镜，所述透镜的制作材料为玻璃或塑料；所述玻璃为光学玻璃。

上述的一种新型LED准直光学透镜，所述内凹腔体的内表面或外表面上涂覆有高折射率、高透过率材料。

上述的一种新型LED准直光学透镜，所述主反射镜面和次反射镜面上涂覆有高反射率材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明整体为旋转对称结构，由设置在所述透镜底端的收束半球面、设置在所述透镜上表面上的主反射镜面和平面口镜面以及设置在所述透镜下表面上的次反射镜面构成，结构简单，设计合理，易于实现；本发明针对LED光源的特点和准直要求，设计必要的二次光学元件，对LED出射光进行准直，使得LED  用于一些特殊的照明场合，照明效率高，进一步拓宽了LED的利用领域，提高了LED的利用效率，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明的仰视图。

图3为本发明自由曲面母线上裁剪的节电处曲率对入射光线的控制示意图。

附图标记说明：

1-收束半球面；    2-主反射镜面；    3-平面口镜面；

4-次反射镜面；    5-光源；          6-照明目标面半径；

7-入射光矢量；    8-出射光矢量；    9-法矢量；

10-自由曲面母线。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述透镜为旋转对称结构，包括设置在所述透镜底端的收束半球面1、设置在所述透镜上表面上的主反射镜面2和平面口镜面3以及设置在所述透镜下表面上的次反射镜面4，LED出射光高效进入透镜并经过主反射镜面2和次反射镜面4两次反射，最终实现准直出射；所述收束半球面1为用于放置LED芯片并收束的内凹腔体，所述主反射镜面2为开口向上的自由曲面且主反射镜面1位于所述透镜上表面的中心位置处，将LED出射到该面范围内的光反射至次反射镜面4上，所述次反射镜面4为将投射到其上的光准直反射向所述透镜出射口的自由曲面。

如图1和图2所示，本实施例中，所述透镜的制作材料为玻璃、塑料或光学玻璃。所述内凹腔体的内表面或外表面上涂覆有高折射率、高透过率材料，使其满足对LED的出射光进行收束压缩。所述主反射镜面2和次反射镜面4上涂覆有高反射率材料。

如图3所示，本发明透镜主反射镜面2和次反射镜面4自由曲面求解原理是：由于该准直透镜是旋转对称的，设计时只需在二维坐标下求解对应的自由曲面母线10，将其沿光轴方向360°旋转对称，即可得到对应的自由曲面。在点光源5近似下，如果将自由曲面母线10进行离散点的划分，那么每个节点处只有一根入射光线，再根据非成像光学边缘光线原理，通过自由曲面母线10上每个节点的光线，经过系统后，将对应于目标上唯一一点，通过节点之间连续部分的光线，经过系统后，也在目标上离散点中间连续分布。根据上述原理，对于给定准直光孔径和位置关系的系统，自由曲面母线10裁剪成一定数目的节点，使各节点处入射的光线随曲率变化而反射，那么根据Snell定律，通过控制自由曲面母线10上节点处的法矢量9，来控制每个节点处入射光线的出射方向，并利用两次反射的结合就可以精确地实现每个节点处光线的准直，当节点划分足够细时，整个自由曲面内光线均能被准直出射。

本发明实现LED出射光准直的过程为：由LED出射的半发散角为90°的光束，先由透镜底端的收束半球面1整型收束，并可在内凹腔体的内表面或外表面上涂覆高折射率、高透过率材料，使其光束更集中，然后高效入射到透镜上表面的主反射镜面2上，该面曲率的变化保证反射后的光线全部投射到透镜下表面的次反射镜面4上，该面曲率由入射和准直出射光线方向所决定，保证所有投射光线准直向上出射。透镜上边面口径除中心主反射镜面2外，其余处均为平面口镜面3，保证准直向上的光线经该面不发生偏折。实际中虽然由于发散角过大和中心遮挡等原因会有部分LED光线损耗，但是在保证准直精度的前提下，该损耗相比实际准直需求可忽略。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种新型LED准直光学透镜，其特征在于：所述透镜为旋转对称结构，包括设置在所述透镜底端的收束半球面(1)、设置在所述透镜上表面上的主反射镜面(2)和平面口镜面(3)以及设置在所述透镜下表面上的次反射镜面(4)，所述收束半球面(1)为用于放置LED芯片并收束的内凹腔体，所述主反射镜面(2)为开口向上的自由曲面且主反射镜面(1)位于所述透镜上表面的中心位置处，所述次反射镜面(4)为将投射到其上的光准直反射向所述透镜出射口的自由曲面。

2.按照权利要求1所述的一种新型LED准直光学透镜，其特征在于：所述透镜的制作材料为玻璃或塑料。

3.按照权利要求1所述的一种新型LED准直光学透镜，其特征在于：所述内凹腔体的内表面或外表面上涂覆有高折射率、高透过率材料。

4.按照权利要求1所述的一种新型LED准直光学透镜，其特征在于：所述主反射镜面(2)和次反射镜面(4)上涂覆有高反射率材料。

5.按照权利要求2所述的一种新型LED准直光学透镜，其特征在于：所述玻璃为光学玻璃。

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