CN107178765A - 一种全反射透镜和led光源系统 - Google Patents

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周伟统
林天锦
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    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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Abstract

本发明公开了一种全反射透镜及LED光源系统，该全反射透镜包括一旋转面，所述旋转面包括线二、线五、线一、线四和线三，所述线二的一端依次通过线五、线一、线四连接至线三的一端，所述线二的另一端和线三的另一端之间的连线构成一旋转轴，所述旋转面绕所述旋转轴旋转360度形成所述全反射透镜，所述线二、线五、线一、线四和线三绕所述旋转轴旋转360度后分别形成面二、面五、面一、面四和面三；所述面三与面四组合形成一凹陷部，所述面二和面三分别形成凸透镜的两个面。本发明的全反射透镜能够实现100％的准直照明，并且本发明虽然结构精密，但是全反射透镜与光源安装也比较的简单方便。

Description

一种全反射透镜和LED光源系统
技术领域
本发明涉及一种激光诱导荧光的照明技术，尤其涉及一种全反射透镜及LED光源系统。
背景技术
目前，激光诱导荧光技术有高亮度、低损耗、响应时间快等优点在照明领域越来越受到重视，技术使用范围越来越广。其中按激光入射方式，把荧光片又分为反射式荧光和透射式荧光片，透射式荧光片虽然有散热的问题，但比起反射式荧光片拥有荧光路径不受激光路径干扰的优点，简化了光路。同时激光诱导荧光技术的发光面积极小，可以使经过凸透镜聚光后的光线和经过全反射面反射后的光线基本准直。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于激光诱导荧光的全反射透镜，其能解决光线的传输路径问题。
本发明的目的之二在于提供一种LED光源系统，其能解决光线出射准直的技术问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种全反射透镜，其包括一旋转面，所述旋转面包括线二、线五、线一、线四和线三，所述线二的一端依次通过线五、线一、线四连接至线三的一端，所述线二的另一端和线三的另一端之间的连线构成一旋转轴，所述旋转面绕所述旋转轴旋转360度形成所述全反射透镜，所述线二、线五、线一、线四和线三绕所述旋转轴旋转360度后分别形成面二、面五、面一、面四和面三；所述面三与面四组合形成一凹陷部，所述面二和面三分别形成凸透镜的两个面。
进一步地，还包括线六，所述线六设置于线一与线四之间。
进一步地，所述线六是与旋转轴垂直的直线段。
进一步地，所述凸透镜为双凸透镜或者平凸透镜或者凹凸透镜。
进一步地，所述线一是以线一和线六交点为顶点的偶次非球面曲线。
进一步地，所述线四是以线四和线六的交点为顶点的偶次非球面曲线。
进一步地，所述线五是与旋转轴垂直轴的直线段。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种LED光源系统，包括如上所描述的全反射透镜和光源，所述光源设置在凹陷部处，且光源的光源质心位于旋转轴上。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的全反射透镜能够实现100％的准直照明，并且本发明虽然结构精密，但是全反射透镜与光源安装也比较的简单方便。
附图说明
图1为本发明的全反射透镜的结构示意图；
图2为本发明的LED光源系统的光线路径图；
图3为本发明的全反射透镜的旋转面的结构示意图；
图4为本发明的LED光源系统在2m处的光斑图；
图5为本发明的LED光源系统在10m处的光斑图。
附图标记：1、全反射透镜；11、线一；12、线二；13、线三；14、线四；15、线五；16、线六；2、光源质心。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1和图3所示，本实施例提供了一种全反射透镜，包括线二12、线五15、线一11、线六16、线四14和线三13，所述线二12、线五15、线一11、线六16、线四14和线三13依次连接形成一旋转面，该旋转面即为图3中所示的旋转面，该旋转面绕一旋转轴旋转360度以形成面二、面五、面一、面四和面三；所述面二由线二绕旋转轴旋转得到，所述面五由线五绕旋转轴旋转得到，所述面一由线一绕旋转轴旋转得到，所述面四由线四绕旋转轴旋转得到，所述面三由线三绕旋转轴旋转得到；所述面三与面四组合形成一凹陷部，所述面二和面三分别是凸透镜的两个面。所述凸透镜为双凸透镜或者平凸透镜或者凹凸透镜。
其中，所述线六16是与旋转轴垂直的直线段，并且线六16的线段的长度不小于0mm，并且该线段的一端与旋转轴的距离大于0.1,mm；所述线一11是以线一11和线六16交点为顶点的偶次非球面曲线。所述线四14是以线四14和线六16的交点为顶点的偶次非球面曲线。其中所说的偶次非球面曲线即是形成偶次非球面的曲线，通过该曲线绕旋转轴进行旋转可以得到偶次非球面；所述线五15是与旋转轴垂直轴的直线段。
虽然自由曲面准直性更好，但自由曲面面型难以参数化，为了实现参数化和可制造性，将线二12和线三13设定为偶次非球面曲线；在软件中曲线参数进行模拟优化，具体的实施过程是先确定线六16的长度和相对于旋转轴的位置，由此来确定线二12和线三13的顶点位置，将线二12和线三13在软件优化后，适当截取线二12和线三13的长度，由此可确定线五15相对于线六16的高度的线三13的延伸截点，将线二12和线三13作为一个凸透镜截面带入进行模拟，得到线二12和线三13的曲线参数，得到线二12就可以确定线五15的长度和相对于旋转轴的位置，
本发明的全反射透镜的最优的方案为，选取线六16的长度为2mm，线六16距离旋转轴的长度为10mm；线五15与线六16的垂直距离为25mm，线二13所在的非球面口径为20.8mm，线三13所在的非球面口径为12.2mm，并且线二12、线三13、线四14和线五15均为偶次非球面曲线；图4为按照最优方案来进行测量的2m处的光斑图，图5为按照最优方案来进行测量的10m处的光斑图，无论是近光还是远光，光斑都较为的集中都为圆形；并且从图4中可以看出，本发明的10m处的半高光斑直径为80mm，10％的光斑直径为120mm，发散角约为0.7度。
本发明的目的是利用凸透镜的聚光效果和介质之间的全反射特性，使用发光面极小的激光诱导荧光技术的光源，保证光线基本准直，本发明将光源的180度光线分成两部分，一部分从中间发射，经过凸透镜聚光后，成为准直光，另外一部分从边缘发射，经过全反射面反射，形成准直光。
如图2所示，本发明还提供了一种LED光源系统，包括如上所描述的全反射透镜1和光源，所述光源设置在凹陷部处，且光源的光源质心2位于旋转轴上。
所述全反射透镜1的透光本体包括用于接收光线的入光面及与入光面相对设置的出光面，其中线三和线四为入光面，线二和线五为出光面，光源发出的光通过入光面进入全反射透镜，然后通过反射后准直射出至出光面。
所述光源为接近点光源的面光源，光源质心2位于线六16旋转圆环的中心位置，光源主光线与旋转轴重合，一部分靠近中间的发散光线，经过线二12和线三13围成的实体凸透镜，在线二12和线三13折射后变成准直光源，一部分靠近边缘的反射光线，经过线四14折射后，在线一11处全反射形成准直光，透过线五15不影响光线的准直性，靠近边缘的反射光线形成的准直光的准直性好于靠近中间的发散光线形成的准直光。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种全反射透镜，其特征在于，其包括一旋转面，所述旋转面包括线二、线五、线一、线四和线三，所述线二的一端依次通过线五、线一、线四连接至线三的一端，所述线二的另一端和线三的另一端之间的连线构成一旋转轴，所述旋转面绕所述旋转轴旋转360度形成所述全反射透镜，所述线二、线五、线一、线四和线三绕所述旋转轴旋转360度后分别形成面二、面五、面一、面四和面三；所述面三与面四组合形成一凹陷部，所述面二和面三分别形成凸透镜的两个面。
2.如权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，还包括线六，所述线六设置于线一与线四之间。
3.如权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，所述面一为偶次非球面。
4.如权利要求1或3所述的全反射透镜，其特征在于，所述面四为偶次非球面。
5.如权利要求2所述的全反射透镜，其特征在于，所述线六是与旋转轴垂直的直线段。
6.如权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，所述凸透镜为双凸透镜或者平凸透镜或者凹凸透镜。
7.如权利要求1所述的全反射透镜，其特征在于，所述线五是与旋转轴垂直的直线段。
8.一种LED光源系统，其特征在于，包括如权利要求1-7中任意一项所述的全反射透镜和光源，所述光源位于凹陷部中或凹陷部的外侧，且光源的光源质心位于旋转轴上。
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