CN203517635U - 一种内全反射准直透镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种内全反射准直透镜，包括：梯形透镜；与梯形透镜平行且相对设置的菲涅尔透镜，菲涅尔透镜的光轴与梯形透镜的中心轴相同；包围菲涅尔透镜的环形曲面透镜，曲面透镜的中心轴与菲涅尔透镜的光轴相同；位于梯形透镜与曲面透镜之间的侧面，侧面、梯形透镜、菲涅尔透镜和曲面透镜构成一封闭空间。本实用新型通过将常规的凸透镜替换为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜相对于普通凸透镜来说能够收拢各个方向的光线，减小了光斑；且底部的透镜设置为梯形透镜，将菲涅尔透镜设置于环形曲面透镜的底部，使光线从梯形透镜至菲涅尔透镜穿越的距离减小，从而降低了透明吸收和光损，使照射的距离增大，能够满足各种应用场景下对透镜性能的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及准直透镜技术领域，更具体地说，涉及一种内全反射准直透镜。
背景技术
发光二极管（Light-Emitting Diode，简称LED）是一种将能够将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有体积小、重量轻、响应时间短、能耗低、发光效率高、使用寿命长等诸多优点。
大多数LED光源的光强分布近似为朗伯型分布，发光角度较大，因此，当在射灯、探照灯、手电筒、夜视系统等远距离照明领域中应用LED光源时，需要对LED光源的出射光进行准直聚焦。
目前普遍采用在LED光源外部安装二次光学镜头（即准直镜头）的方法实现LED光源出射光的准直。传统内全反射准直镜头的结构如图1所示，包括：第一曲面透镜101；与所述第一曲面透镜101平行且相对设置的第二曲面透镜102，所述第二曲面透镜102与所述第一曲面透镜101共轴；包围所述第二曲面透镜102的、环形的平面透镜103，所述平面透镜103的中心与所述第二曲面透镜102的圆心重合，且所述平面透镜103平行于所述第一曲面透镜101；位于所述第一曲面透镜101与所述平面透镜103之间的侧面104，所述侧面104为抛物面，所述侧面104、所述第一曲面透镜101、第二曲面透镜102和平面透镜103共同构成一封闭空间。第一曲面透镜101和第二曲面透镜102共同作用可使经过的光线汇聚，侧面104可使光线发生全反射。
LED光源位于内全反射准直透镜外部、第一曲面透镜101处，理想状态下，光线经过第一曲面透镜101后，一部分到达第二曲面透镜102，经过第二曲面透镜102后被汇聚出射，另一部分到达侧面104，被侧面104的全反射后，沿垂直于平面透镜103的方向出射。
但是，在内全反射准直透镜实际使用过程中发现，其照射距离过短、照射光斑过大，难以满足各种应用场景下对透镜性能的需求。
实用新型内容
本实用新型提供了一种内全反射准直透镜，以增大其照射距离，减小其照射光斑。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种内全反射准直透镜，包括：梯形透镜；与所述梯形透镜平行且相对设置的菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的光轴与所述梯形透镜的中心轴相同；包围所述菲涅尔透镜的环形曲面透镜，所述曲面透镜的中心轴与所述菲涅尔透镜的光轴相同；位于所述梯形透镜与所述曲面透镜之间的侧面，所述侧面、梯形透镜、菲涅尔透镜和曲面透镜构成一封闭空间。
优选的，所述菲涅尔透镜与所述梯形透镜之间的距离为10mm～50mm，包括端点值。
优选的，所述梯形透镜的厚度为10mm～20mm，包括端点值。
优选的，所述侧面的曲率为0.1～0.3，包括端点值。
与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案至少具有以下优点：
本实用新型所提供的内全反射准直透镜，通过将现有技术内全反射准直透镜的凸透镜替换为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜相对于普通凸透镜来说能够收拢各个方向的光线，提高了光线的集中性，减小了照射的光斑；并且，本实用新型的内全反射准直透镜将底部的透镜设置为梯形透镜，将菲涅尔透镜设置于环形曲面透镜的底部，使光线从梯形透镜至菲涅尔透镜穿越的距离减小，从而降低了透明吸收和光损，使照射的距离增大，能够满足各种应用场景下对透镜性能的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中内全反射准直透镜的剖面图；
图2为本实用新型实施例所提供的全反射准直透镜的剖面图；
图3为本实用新型实施例所提供的全反射准直透镜的俯视图；
图4为本实用新型实施例所提供的全反射准直透镜的立体图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中的内全反射准直透镜的照射距离过短、照射光斑过大。发明人研究发现，产生这种现象的原因之一为：内全反射准直透镜的结构设计不合理。
具体的，结合图1，第一曲面透镜101位于内全反射准直透镜的底部，第二曲面透镜102位于内全反射准直透镜的顶部，光线从第一曲面透镜101内全反射准直透镜内部，然后经过第二曲面透镜102射出，由于第一曲面透镜101和第二曲面透镜102之间的距离较远，光线所经过的路径较长，因此光线的损耗会较多，这就造成光线经过内全反射准直透镜后照射的距离较短；另一方面，仅仅通过普通的凸透镜（第二曲面透镜102）的汇聚作用和侧面104的反射作用，对光线的集中能力有限，造成光线经过内全反射准直透镜后的照射光斑过大，根本不能满足某些场景的需求。
基于此，本实用新型提供了一种内全反射准直透镜，包括：梯形透镜；与所述梯形透镜平行且相对设置的菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的光轴与所述梯形透镜的中心轴相同；包围所述菲涅尔透镜的环形曲面透镜，所述曲面透镜的中心轴与所述菲涅尔透镜的光轴相同；位于所述梯形透镜与所述曲面透镜之间的侧面，所述侧面、梯形透镜、菲涅尔透镜和曲面透镜构成一封闭空间。
本实用新型所提供的内全反射准直透镜，通过设置菲涅尔透镜，提高了对光线的聚集能力，从而减小了照射光斑，通过设置环形曲面透镜和梯形透镜，缩短了光线在准直透镜内的传播距离，降低了光损，从而使光线的照射距离增大。
以上是本实用新型的核心思想，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本实用新型提供了一种内全反射准直透镜，结合图2、图3和图4所示，该内全反射准直透镜包括：
梯形透镜201；
与所述梯形透镜201平行且相对设置的菲涅尔透镜202，所述菲涅尔透镜202的光轴与所述梯形透镜201的中心轴相同；
包围所述菲涅尔透镜202的环形曲面透镜203，所述曲面透镜203的中心轴与所述菲涅尔透镜202的光轴相同；
位于所述梯形透镜201与所述曲面透镜203之间的侧面204，所述侧面204、梯形透镜201、菲涅尔透镜202和曲面透镜203构成一封闭空间。
由于本实施例所提供的内全反射准直透镜在安装使用时，梯形透镜201距离LED光源最近，菲涅尔透镜202距离LED光源最远，因此本实施例中，称梯形透镜201所在的一侧为内全反射准直透镜的底部，称菲涅尔透镜202所在的一侧为内全反射准直透镜的顶部。
与准直透镜相对应的，环形的曲面透镜203的投影是两个同心圆环，本实施例中，称曲面透镜203位于准直透镜内部的口径较小的一侧为曲面透镜203的底部，称曲面透镜203与准直透镜顶部齐平且口径较大的一侧为曲面透镜203的顶部。
本实施例中，梯形透镜201位于准直透镜内部，其一面与准直透镜的底部齐平，由于环形曲面透镜203的底部内具有菲涅尔透镜202，因此菲涅尔透镜202是向准直透镜内部凹陷进去的。通过这样的设计，使得从梯形透镜201入射进准直透镜内部的光线，经过较短的路径就能到达菲涅尔透镜202，并经过菲涅尔透镜202的作用出射。而现有技术中，准直透镜的底部为凹透镜，顶部的凹透镜与顶部齐平，光线在两个透镜之间（即准直透镜内部）传播的路径较长。可见，本实施例中，光线在准直透镜内部的传播距离有明显的缩短，这就有助于减少传播过程中引起的透明吸收和能量损失等，从而使本实施例中的内全反射准直透镜的光线传播距离更远。经实验发现，本实施例中的内全反射准直透镜的最大照射距离为5000m。
为了进一步优化上述性能，本实施例所述的内全反射准直透镜的菲涅尔透镜202与梯形透镜201之间的距离优选为10mm～50mm，包括端点值。梯形透镜201的厚度为10mm～20mm，包括端点值。
菲涅尔透镜202的表面具有一系列锯齿形的凹槽，中心部分是椭圆形弧线。每个凹槽与相邻凹槽之间的角度都不同，但都将光线聚集于一处，形成中心焦点，即菲涅尔透镜202的焦点。菲涅尔透镜202的每个凹槽都可以看成是一个独立的小偷竟，可以把光线调整成平行光。本实施例中，将常规普通的透镜更换为菲涅尔透镜202，由于菲涅尔透镜202的特性，能够收拢更广范围的光线，并使光线平行出射，有利于提高光能利用率，并提高光线的聚集程度，使相同距离下内全反射准直透镜的照射光斑更小、更亮。
需要说明的是，本实施例中内全反射准直透镜的菲涅尔透镜202的尺寸规格、各性能参数等可根据实际需要和实际情况相应选择。
光线从梯形透镜201入射至内全反射准直透镜内部后，传播路径大致可分为两部分：一部分光线到达菲涅尔透镜202，被菲涅尔透镜202调整为平行光后出射；另一部分到达侧面204，被侧面204反射后，透过曲面透镜203平行出射。
本实施例中为了增加到达侧面204的光线的全反射率，优选的使所述侧面204的曲率为0.1～0.3，包括端点值。
本实施例所提供的内全反射准直透镜相对于现有技术的照射光斑小、照射距离远。经过具体的实验验证，得到在1000mm的距离下，经过本实用新型的内全反射准直透镜的光束角度仅为10度，光斑直径为100mm，而现有技术中全反射准直透镜的光束角度为30度，光斑直径为300mm。这反过来也验证了，本实施例中的内全反射准直透镜能够比现有技术中的全反射准直透镜照射更远的距离。因此，本实施例中的内全反射准直透镜可以满足远距离照明、巡查等各种不同应用场景的需求。
虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种内全反射准直透镜，其特征在于，包括：
梯形透镜；
与所述梯形透镜平行且相对设置的菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜的光轴与所述梯形透镜的中心轴相同；
包围所述菲涅尔透镜的环形曲面透镜，所述曲面透镜的中心轴与所述菲涅尔透镜的光轴相同；
位于所述梯形透镜与所述曲面透镜之间的侧面，所述侧面、梯形透镜、菲涅尔透镜和曲面透镜构成一封闭空间。
2.根据权利要求1所述的内全反射准直透镜，其特征在于，所述菲涅尔透镜与所述梯形透镜之间的距离为10mm～50mm，包括端点值。
3.根据权利要求1所述的内全反射准直透镜，其特征在于，所述梯形透镜的厚度为10mm～20mm，包括端点值。
4.根据权利要求1所述的内全反射准直透镜，其特征在于，所述侧面的曲率为0.1～0.3，包括端点值。
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Cited By (1)
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| CN108800062A (zh) * | 2017-07-04 | 2018-11-13 | 刘世芬 | 一种准直透镜 |
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| CN108800062B (zh) * | 2017-07-04 | 2023-10-20 | 广州市意顿光学设计有限公司 | 一种准直透镜 |
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