CN108150966A - 基于微纳结构的光学照明透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漫射镜，尤其是一种基于微纳结构的光学照明透镜，属于照明装置技术领域；该透镜包括菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜表面设置有用于打乱透镜对光波规律衍射的微米量级的微纳结构，所述微纳结构随机分布于菲涅尔透镜表面；采用本发明的基于微纳结构的太阳能照明透镜解决了普通透镜出现彩虹纹的问题，通过微纳结构的设置打乱聚光透镜对光波的规律衍射，进而获得全光谱的自然光，并且通过微透镜的设置能够均匀散光，从而提升照明光线的舒适度。

Description

基于微纳结构的光学照明透镜
技术领域
本发明涉及漫射镜，尤其是一种基于微纳结构的光学照明透镜，属于照明装置技术领域。
背景技术
菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃等材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。
光和空气、水一样，是人类生活基本要素，同时也必不可少。光线把色彩带进我们的生活，光线不仅会决定是否使人们感觉舒适，还会左右人们的心情，甚或体现出唯美、自然的艺术感，白天如是，夜晚亦如此。
而目前采用的聚光器中常出现彩虹纹的情况，聚光器彩虹的出现主要由于菲涅耳透镜的对不同光波长的折射和衍射差异所产生。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在现有菲涅尔聚光镜表面布置完全不规律的、随机的微纳结构，利用微纳结构扰乱出射光波的位相且能够均匀散光的太阳能照明透镜。
本发明采用的技术方案如下：
基于微纳结构的光学照明透镜，包括菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜表面设置有用于打乱透镜对光波规律衍射的微米量级的微纳结构，所述微纳结构随机分布于菲涅尔透镜表面。微米量级的微纳结构即单元尺度百纳米，只有这个尺度范围才能既不干扰透镜的聚光效果，又能打乱透镜对光波的规律衍射，进而获得全光谱的自然光，并且分布一定是随机的，否则，微纳结构自身会产生更严重的衍射色差，即出现更为严重的色散彩虹。
本发明的基于微纳结构的光学照明透镜，所述微纳结构在深度0-10μm范围内随机分布。随机分布的深度将再次打乱衍射条件，可有效消除色差。
本发明的基于微纳结构的光学照明透明，所述菲涅尔透镜表面还设置有一层透镜膜，微纳结构设置在透镜膜上后敷设在菲涅尔透镜表面。加工方便，并且有利于观察和检测微纳结构的分布。
本发明的基于微纳结构的光学照明透镜，还包括用于均匀散光的微透镜，所述微透镜规则或不规则的分布在菲涅尔透镜表面。通过该设计能够确保光线均匀，舒适度更好。
进一步的，所述微透镜规则分布包括正方形矩阵式、圆形矩阵式、正六边形矩阵式、正八边形矩阵式或半圆形矩阵式。该方式利于设计生产模具，利于大批量生产。
本发明的基于微纳结构的光学照明透镜，所述菲涅尔透镜厚度为0.1 -3mm。在该范围内效果最佳。
本发明的基于微纳结构的太阳能照明透镜，所述菲涅尔透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲碳酸酯材料制成。
基于微纳结构的光学照明透镜的制作方法，包括以下步骤：
a、菲涅尔透镜制作，根据规格需求制作菲涅尔透镜；
b、透镜膜制作，选用符合要求的透镜膜，在透镜膜上随机设置用于打乱透镜对光波规律衍射微米量级的微纳结构；
c、敷设透镜膜，将透镜膜采用设备敷设在菲涅尔透镜表面；
d、微透镜设置，在菲涅尔透镜上规则或不规则的设置若干用于均匀散光的微透镜。
采用本发明的基于微纳结构的光学照明透镜的制作方法，能够制作出用于祛除彩虹纹并且能够均匀散光的漫射器，而基于微纳结构的光学照明透镜在用于照明装置中时，光线通过菲涅尔透镜后经过微纳结构打乱透镜对光波的规律衍射，消除彩虹纹，通过微透镜的设置使光线均匀进入室内，是更适应人体舒适度。本发明所解决的彩虹纹在日常生活中出现的概率非常小，在一定时间，一定的光照和光线角度下才能够发生，而本发明针对此问题进一步解决。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用本发明的基于微纳结构的光学照明透镜解决了普通透镜出现彩虹纹的问题，通过微纳结构的设置打乱聚光透镜对光波的规律衍射，进而获得全光谱的自然光，并且通过微透镜的设置能够均匀散光，从而提升照明光线的舒适度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明微透镜半圆形矩阵式排列结构示意图；
图2是本发明微透镜正八边形矩阵式排列结构示意图；
图3是本发明微透镜正六边形矩阵式片列结构示意图。
图中标记：1-菲涅尔透镜、2-微透镜。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
基于微纳结构的光学照明透镜，包括菲涅尔透镜1，菲涅尔透镜1表面设置有用于打乱透镜对光波规律衍射的微米量级的微纳结构，微纳结构随机分布于菲涅尔透镜表面。
上述的具体实施方式中，具体的，微纳结构随机分布于菲涅尔透镜1表面为微纳结构在菲涅尔透镜1表面分布不规则。必须是分布不规则，随机的才能够实现打乱透镜对光波的规律衍射，否则，微纳结构自身会产生更严重的衍射色差，即出现更为严重的色散彩虹。更具体的，微米量级的微纳结构即单元尺度百纳米。在这个尺度范围才能既不干扰透镜的聚光效果，又能打乱透镜对光波的规律衍射。
当然，在设置微纳结构时，对分布的深度也有一定的要求，在其中一具体实施方式中，微纳结构在深度0-10μm范围内随机分布。该设置将再次打乱衍射条件，消除色差，进一步保证消除彩虹纹。
倘若将微纳结构设置在菲涅尔透镜1上，不便于制成后对微纳结构的排布进行检测和观察，为了改善此问题，在另一具体实施方式中，菲涅尔透镜表面还设置有一层透镜膜，微纳结构设置在透镜膜上后敷设在菲涅尔透镜表面。在加工时，将微纳结构附在透镜膜上，能够避免因生产失误而引起较大的损失，并且在检测时仅仅对透镜膜进行检测，由于微纳结构需要采用电子显微设备进行观察，从而更加方便取拿和观察。
为了提升透镜的实用性，在另一具体实施方式中，还包括用于均匀散光的微透镜2，微透镜2规则或不规则的分布在菲涅尔透镜1表面。采用此结构散光均匀，效果更好，使光线均匀分布进入室内，使室内的照明强度和光线强度更加适应人体的感受，保护眼睛，提高舒适度，更利于人体健康。
当然，为了更好的加工，在其中一具体实施方式中，微透镜2规则的分布在菲涅尔透镜1表面。采用规则的排列方式时，用于加工的模具在设计上更简单，并且加工的效率高，更利于对成品的检测，能够很直观的发现生产问题，判定成品是否满足需求。
如图1-3所示，本实施例列举出三种排列方式，分别为：半圆形矩阵式、正八边形矩阵式和正六边形矩阵式。而在实际生产中，不仅仅局限这三种方式，在另一具体实施方式中，微透镜2规则分布还包括正方形矩阵式、圆形矩阵式等。
在满足正常使用的情况下，针对透镜的厚度进行优化设计，在其中一具体实施方式中，菲涅尔透镜1厚度为0.8-3mm。根据环境的不同，厚度设计也有所差异，例如可以为：1.5mm、1.9mm、2.5mm。
具体的，在本实施例中，菲涅尔透镜1可以采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲碳酸酯材料制成。其中，透明PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）可见光透射比≥0.9，磨砂PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）可见光透射比≥0.86；透明PC（甲碳酸酯）可见光透射比≥0.88；磨砂PC（甲碳酸酯）可见光透射比≥0.85。
针对上述的基于微纳结构的太阳能照明透镜的制作方法，包括以下步骤：
a、菲涅尔透镜制作，根据规格需求制作菲涅尔透镜；
b、透镜膜制作，选用符合要求的透镜膜，在透镜膜上随机设置用于打乱透镜对光波规律衍射微米量级的微纳结构；
c、敷设透镜膜，将透镜膜采用设备敷设在菲涅尔透镜表面；
d、微透镜设置，在菲涅尔透镜上规则或不规则的设置若干用于均匀散光的微透镜。
采用本发明的基于微纳结构的太阳能照明透镜的制作方法，能够制作出用于祛除彩虹纹并且能够均匀散光的漫射器，而基于微纳结构的太阳能照明透镜在用于照明装置中时，光线通过菲涅尔透镜后经过微纳结构打乱透镜对光波的规律衍射，消除彩虹纹，通过微透镜的设置使光线均匀进入室内，是更适应人体舒适度。本发明所解决的彩虹纹在日常生活中出现的概率非常小，在一定时间，一定的光照和光线角度下才能够发生，而本发明针对此问题进一步解决。
综上所述，采用本发明的基于微纳结构的光学照明透镜解决了普通透镜出现彩虹纹的问题，通过微纳结构的设置打乱聚光透镜对光波的规律衍射，进而获得全光谱的自然光，并且通过微透镜的设置能够均匀散光，从而提升照明光线的舒适度。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.基于微纳结构的光学照明透镜，其特征在于：包括菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜表面设置有用于打乱透镜对光波规律衍射的微米量级的微纳结构，所述微纳结构随机分布于菲涅尔透镜表面。
2.如权利要求1所述的基于微纳结构的光学照明透镜，其特征在于：所述微纳结构在深度0-10μm范围内随机分布。
3.如权利要求1所述的基于微纳结构的光学照明透明，其特征在于：所述菲涅尔透镜表面还设置有一层透镜膜，微纳结构设置在透镜膜上后敷设在菲涅尔透镜表面。
4.如权利要求1所述的基于微纳结构的光学照明透镜，其特征在于：还包括用于均匀散光的微透镜，所述微透镜规则或不规则的分布在菲涅尔透镜表面。
5.如权利要求4所述的基于微纳结构的光学照明透镜，其特征在于：所述微透镜规则分布包括正方形矩阵式、圆形矩阵式、正六边形矩阵式、正八边形矩阵式或半圆形矩阵式。
6.如权利要求1所述的基于微纳结构的光学照明透镜，其特征在于：所述菲涅尔透镜厚度为0.1 -3mm。
7.如权利要求1所述的基于微纳结构的光学照明透镜，其特征在于：所述菲涅尔透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲碳酸酯材料制成。
8.基于微纳结构的光学照明透镜的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、菲涅尔透镜制作，根据规格需求制作菲涅尔透镜；
b、透镜膜制作，选用符合要求的透镜膜，在透镜膜上随机设置用于打乱透镜对光波规律衍射微米量级的微纳结构；
c、敷设透镜膜，将透镜膜采用设备敷设在菲涅尔透镜表面；
d、微透镜设置，在菲涅尔透镜上规则或不规则的设置若干用于均匀散光的微透镜。
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