CN113251383A - 一种tir准直透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TIR准直透镜，涉及透镜技术领域，包括第一透镜面，第一透镜面设于TIR准直透镜中间，第一透镜面为折射面；第二透镜面，第二透镜面设于第一透镜面一侧；第三透镜面，第三透镜面设于第二透镜面远离第一透镜面的一侧，第三透镜面为全反射面；第四透镜面，第四透镜面设于第三透镜面远离第二透镜面的一侧；第五透镜面，第五透镜面设于第四透镜面远离第三透镜面的一侧；第六透镜面，第六透镜面设于第五透镜面远离第四透镜面的一侧，第六透镜面为全反射面；第八透镜面，第八透镜面设于第六透镜面远离第五透镜面的一侧；第九透镜面，第九透镜面设于第八透镜面远离第六透镜面的一侧，第九透镜面和TIR准直透镜的对称轴垂直。本发明的技术效果在于它能消除经透镜准直后光线之间存在的暗区。

Description

一种TIR准直透镜
技术领域
本发明涉及透镜技术领域，具体涉及一种TIR准直透镜。
背景技术
TIR准直透镜是一种对LED光源进行准直的透镜，LED光源发出的光线经过TIR准直透镜后，会被约束到一个很小的范围，但是，同时也会出现很多杂散光。
中国发明专利，公开号：CN112664907A，公开日：2021.04.16，公开了一种TIR准直透镜，它具有双反射面，能有效去除杂散光，其不足之处在于，透过TIR准直透镜的光线之间存在暗区。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对透过TIR准直透镜的光线之间存在暗区的技术问题，本发明提供了一种TIR准直透镜，它能消除经透镜准直后光线之间存在的暗区。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种TIR准直透镜，包括：
第一透镜面，所述第一透镜面设于所述TIR准直透镜中间，第一透镜面为折射面；
第二透镜面，所述第二透镜面设于所述第一透镜面一侧；
第三透镜面，所述第三透镜面设于所述第二透镜面远离所述第一透镜面的一侧，所述第三透镜面为全反射面；
第四透镜面，所述第四透镜面设于所述第三透镜面远离所述第二透镜面的一侧；
第五透镜面，所述第五透镜面设于所述第四透镜面远离所述第三透镜面的一侧；
第六透镜面，所述第六透镜面设于所述第五透镜面远离所述第四透镜面的一侧，所述第六透镜面为全反射面；
第八透镜面，所述第八透镜面设于所述第六透镜面远离所述第五透镜面的一侧；
第九透镜面，所述第九透镜面设于所述第八透镜面远离所述第六透镜面的一侧，所述第九透镜面和所述TIR准直透镜的对称轴垂直；
其中，所述第二透镜面和所述第三透镜面的交线为第一线，所述第三透镜面和所述第四透镜面的交线为第二线，所述第五透镜面和所述第六透镜面的交线为第三线，所述第八透镜面和所述第九透镜面的交线为第四线，所述第一透镜面和所述第二透镜面的交线为第五线，所述第一线和所述TIR准直透镜的对称面的交点，与所述第四线和所述对称面之间的交点的连线为线一，线二为经过所述第二线和所述对称面的交点，且和所述线一平行的线，所述第二线和所述对称面的交点，与所述第三线和所述对称面之间的交点的连线为线三，所述第五线和所述对称面的交点，与所述第四线和所述对称面的交点的连线为线四，所述线二和所述线三重合，所述线一和所述线四相交。
可选的，所述线一和所述对称轴的夹角为γ2，所述线三和所述对称轴的夹角为γ1，且0<γ1＝γ2≤17.0333°。
可选的，所述第七透镜面和所述对称轴垂直方向的夹角为Φ，且
Figure BDA0003101408400000021
Figure BDA0003101408400000022
其中，n1和n2均为介质的折射率。
可选的，所述第五线和所述对称面的交点，与光源的交线为线五，所述线五和所述对称轴的夹角为α1，且α1≤17.0333°。
可选的，所述第一线和所述对称面的交点，与光源的交线为线六，所述线六和所述线五之间的夹角为α2，所述线六和所述对称轴垂直方向的夹角为α3，且α2+α3≥72.9667°。
可选的，所述光源为LED光源。
可选的，所述第二透镜面和所述对称轴垂直方向的夹角为θ3，且θ3≤62.6621°。
可选的，所述第四透镜面和所述对称轴的夹角为θ1，且θ1≥2°。
可选的，还包括第七透镜面，所述第七透镜面位于所述第六透镜面和所述第八透镜面之间。
可选的，所述第三透镜面的截面线和所述第四透镜面的截面线的交点为P3，所述第四透镜面的截面线和所述第五透镜面的截面线的交点为P2，所述第五透镜面的截面线和所述对称轴的垂直方向的交点为P1，所述第五透镜面和所述对称轴的垂直方向的夹角为θ2。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：它能消除经透镜准直后光线之间存在的暗区。
附图说明
图1为本发明实施例提出的改进前的TIR准直透镜的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的改进后的TIR准直透镜的结构示意图；
图3为本发明实施例提出的改进后的TIR准直透镜的三维结构示意图之一；
图4为本发明实施例提出的改进后的TIR准直透镜的三维结构示意图之二；
图5为本发明实施例提出的改进后的TIR准直透镜的二维结构示意图之一；
图6为本发明实施例提出的改进后的TIR准直透镜的二维结构示意图之二。
图中：1、第一透镜面；2、第二透镜面；3、第三透镜面；4、第四透镜面；5、第五透镜面；6、第六透镜面；7、第七透镜面；8、第八透镜面；9、第九透镜面；10、线一；11、线二；12、线三；13、线四；14、线五；15、线六；16、光源；17、第一线；18、第二线；19、第三线；20、第四线；21、第五线。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
结合附图1-5，本发明提供了TIR准直透镜，包括：
第一透镜面1，第一透镜面1设于TIR准直透镜中间，第一透镜面1为折射面；
第二透镜面2，第二透镜面2设于第一透镜面1一侧；
第三透镜面3，第三透镜面3设于第二透镜面2远离第一透镜面1的一侧，第三透镜面3为全反射面；
第四透镜面4，第四透镜面4设于第三透镜面3远离第二透镜面2的一侧；
第五透镜面5，第五透镜面5设于第四透镜面4远离第三透镜面3的一侧；
第六透镜面6，第六透镜面6设于第五透镜面5远离第四透镜面4的一侧，第六透镜面6为全反射面；
第八透镜面8，第八透镜面8设于第六透镜面6远离第五透镜面5的一侧；
第九透镜面9，第九透镜面9设于第八透镜面8远离第六透镜面6的一侧，第九透镜面9和TIR准直透镜的对称轴垂直；
其中，第二透镜面2和第三透镜面3的交线为第一线17，第三透镜面3和第四透镜面4的交线为第二线18，第五透镜面5和第六透镜面6的交线为第三线19，第八透镜面8和第九透镜面9的交线为第四线20，第一透镜面1和第二透镜面2的交线为第五线21，第一线17和TIR准直透镜的对称面的交点，与第四线20和对称面之间的交点的连线为线一10，线二11为经过第二线18和对称面的交点，且和线一10平行的线，第二线18和对称面的交点，与第三线19和对称面之间的交点的连线为线三12，第五线21和对称面的交点，与第四线20和对称面的交点的连线为线四13，线二11和线三12重合，线一10和线四13相交。
具体的，在TIR准直透镜中心靠近第一透镜面1处放置光源16，其中，第一透镜面1为裁剪法计算出的折射面，光源16射出的光线经过第一透镜面1后，均折射为平行于TIR准直透镜的对称面的光线，第九透镜面9垂直于TIR准直透镜的对称轴，光线经过第九透镜面9后不改变方向；第二透镜面2为折射面，光源16射出的光线经过第二透镜面2后，发生偏折并射入第三透镜面3，第三透镜面3为裁剪法计算出的全反射面，光线经过第三透镜面3后发生全反射，并射入第八透镜面8；第五透镜面5为折射面，光源16射出的光线经过第五透镜面5后，发生偏折并射入第六透镜面6，第六透镜面6为裁剪法计算出的全反射面，光线经过第六透镜面6后发生全反射，并射入第八透镜面8；第四透镜面4既不反射光线，又不折射光线，第四透镜面4对TIR准直透镜的拔模产生影响。
其中，线一10和线二11均相当于光源16射出的，先经过第二透镜面2折射，再经过第三透镜面3反射的光线，线三12相当于光源16射出的，先经过第五透镜面5折射，再经过第六透镜面6反射的光线，线四13相当于光源16射出的，先经过第一透镜面1折射，再经过第九透镜面9的光线，而且，线二11和线三12重合，使得经过第三透镜面3反射并入射到第八透镜面8上的光线，与经过第六透镜面6反射并入射到第八透镜面8上的光线之间不存在暗区，线二11和线三12重合，即，线二11和线三12平行，只需一个透镜面就能完成对经过第三透镜面3反射并入射到第八透镜面8上的光线，与经过第六透镜面6反射并入射到第八透镜面8上的光线的偏折，有利于减少TIR准直透镜的透镜面数量，简化TIR准直透镜的结构，线一10和线四13相交，使得经过第一透镜面1折射再入射到第九透镜面9上的光线，与经过第三透镜面3反射再入射到第八透镜面8上的光线之间不存在暗区，而且，经过第一透镜面1折射再入射到第九透镜面9上的光线，并经过第九透镜面9的折射，经过第三透镜面3反射再入射到第八透镜面8上的光线，并经过第八透镜面8的折射，经过第六透镜面6反射再入射到第八透镜面8上的光线，并经过第八透镜面8的折射，使得入射到目标物上的光线之间不存在暗区。
其中，TIR准直透镜关于TIR准直透镜的对称面呈轴对称分布，TIR准直透镜的对称面的个数为无数个，无数个对称面的交线为TIR准直透镜的对称轴。
如图1所示，改进前的TIR准直透镜中存在暗区一和暗区二，导致目标物局部接收不到光线。
具体的，线一10和对称轴的夹角为γ2，线三12和对称轴的夹角为γ1，且0<γ1＝γ2≤17.0333°。
其中，为了使得光源16产生的光线通过TIR准直透镜后不产生杂散光，0<γ1＝γ2≤17.0333°，其中，γ1和γ2具体可以取到5°、10°或17.0333°等，在本实施例中，取γ1＝γ2＝10°。
具体的，第七透镜面7和对称轴垂直方向的夹角为Φ，且
Figure BDA0003101408400000061
其中，n1和n2均为介质的折射率。
其中，根据折射定律，得出
Figure BDA0003101408400000062
本实施例中，取γ1＝γ2＝10°，n1＝1，n2＝1.4935，其中，n1为空气的折射率，n2为PMMA的折射率，根据
Figure BDA0003101408400000063
计算得出Φ＝28.8480°。
具体的，第五线21和对称面的交点，与光源16的交线为线五14，线五14和对称轴的夹角为α1，且α1≤17.0333°。
其中，为了使得光源16产生的光线通过TIR准直透镜后不产生杂散光，α1≤17.0333°，α1可以取到17.0333°、17°或16°等，光线经过第一透镜面1后变为平行光，只发生一次偏折，能量损失最小，因此使第一透镜面1最大，故取α1＝17.0333°。
具体的，第一线17和对称面的交点，与光源16的交线为线六15，线六15和线五14之间的夹角为α2，线六15和对称轴垂直方向的夹角为α3，且α2+α3≥72.9667°。
其中，为了使得光源16产生的光线通过TIR准直透镜后不产生杂散光，α2+α3≥72.9667°，α2+α3可以取到72.9667°、73°或74°等，在范围内，一个不同度数的α3对应一个TIR准直透镜，本实施例取α3＝50°，根据α1+α2+α3＝90°，得出α2＝22.9667°。
具体的，光源16为LED光源。
具体的，第二透镜面2和对称轴垂直方向的夹角为θ3，且θ3≤62.6621°。
其中，θ3可以取到62.6621°、62°或60°等，由于θ3越大，TIR准直透镜高度越小，为了减小TIR准直透镜的高度，使得TIR准直透镜更加紧凑，故取θ3＝62.6621°。
具体的，第四透镜面4和对称轴的夹角为θ1，且θ1≥2°。
其中，为了便于拔模，顺利制造出TIR准直透镜，θ1≥2°，θ1可以取到2°、4°或6°等，本实施例取θ1＝2°。
具体的，还包括第七透镜面7，第七透镜面7位于第六透镜面6和第八透镜面8之间。
其中，来形成一个完整的TIR准直透镜，第七透镜面7用于连接第六透镜面6和第八透镜面8。
具体的，第三透镜面3的截面线和第四透镜面4的截面线的交点为P3，第四透镜面4的截面线和第五透镜面5的截面线的交点为P2，第五透镜面5的截面线和对称轴的垂直方向的交点为P1，第五透镜面5和对称轴的垂直方向的夹角为θ2。
其中，建立坐标系，以光源16所在的位置为原点O，令原点O的坐标为(0，0)，并令初始点的坐标为(0，2.2)，本实施例取α3＝50°，经过裁剪法计算出第三透镜面3，进而得出P3的坐标为(1.9684，4.2375)，根据P3、θ1、O以及α3计算出P2的坐标为(2.0318，2.4215)，根据P3和θ1计算出P1的坐标为(2.7156，0)，根据P1和P2计算出θ2＝74.2316°。
实施例2
结合附图1-4和6，本实施例的具体角度值，与实施例1的技术方案相比，当γ1＝γ2＝17.0333°，此时，Φ＝45.6289°，P3的坐标为(1.7345，3.8915)，P2的坐标为(1.7957，2.1400)，P1的坐标为(2.9267，0)，θ2＝62.1420°。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TIR准直透镜，其特征在于，包括：
第一透镜面，所述第一透镜面设于所述TIR准直透镜中间，第一透镜面为折射面；
第二透镜面，所述第二透镜面设于所述第一透镜面一侧；
第三透镜面，所述第三透镜面设于所述第二透镜面远离所述第一透镜面的一侧，所述第三透镜面为全反射面；
第四透镜面，所述第四透镜面设于所述第三透镜面远离所述第二透镜面的一侧；
第五透镜面，所述第五透镜面设于所述第四透镜面远离所述第三透镜面的一侧；
第六透镜面，所述第六透镜面设于所述第五透镜面远离所述第四透镜面的一侧，所述第六透镜面为全反射面；
第八透镜面，所述第八透镜面设于所述第六透镜面远离所述第五透镜面的一侧；
第九透镜面，所述第九透镜面设于所述第八透镜面远离所述第六透镜面的一侧，所述第九透镜面和所述TIR准直透镜的对称轴垂直；
其中，所述第二透镜面和所述第三透镜面的交线为第一线，所述第三透镜面和所述第四透镜面的交线为第二线，所述第五透镜面和所述第六透镜面的交线为第三线，所述第八透镜面和所述第九透镜面的交线为第四线，所述第一透镜面和所述第二透镜面的交线为第五线，所述第一线和所述TIR准直透镜的对称面的交点，与所述第四线和所述对称面之间的交点的连线为线一，线二为经过所述第二线和所述对称面的交点，且和所述线一平行的线，所述第二线和所述对称面的交点，与所述第三线和所述对称面之间的交点的连线为线三，所述第五线和所述对称面的交点，与所述第四线和所述对称面的交点的连线为线四，所述线二和所述线三重合，所述线一和所述线四相交。
2.根据权利要求1所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述线一和所述对称轴的夹角为γ2，所述线三和所述对称轴的夹角为γ1，且0<γ1＝γ2≤17.0333°。
3.根据权利要求1所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述第七透镜面和所述对称轴垂直方向的夹角为Φ，且
Figure FDA0003101408390000011
其中，n1和n2均为介质的折射率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述第五线和所述对称面的交点，与光源的交线为线五，所述线五和所述对称轴的夹角为α1，且α1≤17.0333°。
5.根据权利要求4所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述第一线和所述对称面的交点，与光源的交线为线六，所述线六和所述线五之间的夹角为α2，所述线六和所述对称轴垂直方向的夹角为α3，且α2+α3≥72.9667°。
6.根据权利要求5所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述光源为LED光源。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述第二透镜面和所述对称轴垂直方向的夹角为θ3，且θ3≤62.6621°。
8.根据权利要求1-3任一项所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述第四透镜面和所述对称轴的夹角为θ1，且θ1≥2°。
9.根据权利要求1-3任一项所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，还包括第七透镜面，所述第七透镜面位于所述第六透镜面和所述第八透镜面之间。
10.根据权利要求1-3任一项所述的一种TIR准直透镜，其特征在于，所述第三透镜面的截面线和所述第四透镜面的截面线的交点为P3，所述第四透镜面的截面线和所述第五透镜面的截面线的交点为P2，所述第五透镜面的截面线和所述对称轴的垂直方向的交点为P1，所述第五透镜面和所述对称轴的垂直方向的夹角为θ2。
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Denomination of invention: A TIR collimating lens

Effective date of registration: 20221118

Granted publication date: 20220621

Pledgee: Zhejiang Fuyang Rural Commercial Bank branch Limited by Share Ltd. Silver Lake

Pledgor: Zhejiang guangcone Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980022353