專利名稱：一種led準(zhǔn)直透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及LED照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種LED準(zhǔn)直透鏡。
背景技術(shù)：
LED為半導(dǎo)體固體光源，具有體積小、重量輕、耗能少、壽命長、響應(yīng)時間短以及抗震性能好等優(yōu)點，尤其是其抗震性能，可以經(jīng)受住各種劇烈的抖動和碰撞，這一特性使得LED手電特別適用于軍隊、警察、保安、戶外探險等特種照明使用場合。在遠(yuǎn)距離照明時對手電的出射角度要求比較高，而大多數(shù)LED光源的光強(qiáng)分布近似為朗伯型分布，其發(fā)光角
度比較大，為了使光束平行出射以提高LED手電的遠(yuǎn)射性能，需對LED光源進(jìn)行二次配光設(shè)計。傳統(tǒng)LED手電多采用拋物面反光杯進(jìn)行二次配光設(shè)計，但受反光杯高度的限制，光軸附近光束未經(jīng)反光杯內(nèi)表面反射而直接出射。反光杯高度越低，直接出射光束越多，出光角度越大，不能形成真正意義上的準(zhǔn)直，在一些光學(xué)系統(tǒng)高度受限的場合不適用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種LED準(zhǔn)直透鏡，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，LED出射光形成真正意義上的準(zhǔn)直，且在目標(biāo)平面光斑均勻性高，使得LED可用于諸如手電等需要準(zhǔn)直光束的照明場合，使用效果好，便于推廣。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為一種LED準(zhǔn)直透鏡，所述LED準(zhǔn)直透鏡為中心軸對稱形狀，包括透鏡前表面平面折射面和透鏡后表面自由曲面折射面。距LED準(zhǔn)直透鏡一定距離的LED光源所發(fā)出的光線經(jīng)過LED準(zhǔn)直透鏡兩個折射面的二次折射，實現(xiàn)準(zhǔn)直出射。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點和效果本實用新型提供一種LED準(zhǔn)直透鏡，透鏡的后表面采用自由曲面來約束LED光線的出射方向，光束準(zhǔn)確可控，準(zhǔn)直效果好；在目標(biāo)平面光斑均勻性高；該LED準(zhǔn)直透鏡，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，符合小型化要求，使得LED可用于諸如手電等需要準(zhǔn)直光束的照明場合，使用效果好，便于推廣。

圖I為實施方式中準(zhǔn)直透鏡的正視圖；圖2為圖I所示準(zhǔn)直透鏡的立體圖；圖3本實用新型實施方式中求解準(zhǔn)直透鏡自由曲面的坐標(biāo)系原理圖；圖4為實施方式中目標(biāo)平面的光強(qiáng)分布圖；圖5為實施方式中目標(biāo)平面的照度分布圖。
具體實施方式
[0014]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖I和圖2所示，本實用新型LED準(zhǔn)直透鏡，包括透鏡前表面平面折射面101和透鏡后表面自由曲面折射面102。如圖3所示，距透鏡一定距離的LED光源201所發(fā)出的光線經(jīng)過透鏡兩個折射面101、102的二次折射，實現(xiàn)準(zhǔn)直出射。透鏡的后表面自由曲面102根據(jù)方式如下確定LED光源201距透鏡前表面101距離L=IOmm,透鏡厚度為D=5mm，透鏡材料為二次透鏡常用材料PMMA，折射率為n=l. 4935。成形曲線，如圖2所示，通過如下步驟確定在XZ平面上，LED光源201近似為點光源，大功率LED光源能量80%在f以內(nèi)，故令LED光源201發(fā)射到透鏡邊緣的光線與Z軸的夾角 飄=y，并將其等分為500份，即 ,Q maxK
Aa = j=g，第i條入射光線202與光軸Z軸的夾角為
CC max .K a< =-1 =-/
L JA, 1500第i條入射光線202，其經(jīng)過透鏡前表面平面折射面101折射后光線為直線ln203，斜率為kn，入射角為ai，出射角為匕；再經(jīng)過透鏡后表面自由曲面折射面102折射后平行于光軸出射，入射角為Ci，出射角為Cli ;假設(shè)該自由曲面的折射點處切線為li2204，斜率
為ki2 ;法線為li3205，則其斜率為-直線ln203，li2204的斜率分別為kn = tanbj (I)ki2 =---- (2)
tan ib又由折射定律可得sin aj = n sin bj (3)n sin Ci = sin Cli (4)又直線ln203，li3205的夾角為Ci,由兩直線夾角公式得
rn— I — kw ■ ki.i/ 嚴(yán)、nnc =- < I '
kn-kn聯(lián)立(I)、(2)、(3)、(4)、(5)可得hi = tan(arcsin("in)) ( 6 )
Tl /7sin(arctan(—人、))=sin(arctan(-~—)) (7)
ki2 — hi ki2即成形曲線Si(Zi5Xi)節(jié)點處，入射光線1 203和該點切線li2204的斜率由點光源第i條出射光線202與光軸Z的夾角ai唯一確定。直線ln203的方程由點斜式可得x=kn (z-L) +L tan a1直線li2204為成形曲線節(jié)點Si (Zi，Xi)處切線，當(dāng)成形曲線上節(jié)點足夠多時，與該節(jié)點相鄰的節(jié)點可近似認(rèn)為在切線上，即點Xi^1)位于切線li2204上。[0036]直線li2204的方程由點斜式可得x=ki2 (Z-Zh)+Xh聯(lián)立直線ln203、li2204方程可得兩直線交點Si (Zi，Xi)即為所求。初始點選取自由曲面頂點，其在母線上對應(yīng)節(jié)點Stl(ISJ),由透鏡前表面與LED光源的距離L=IOmm,透鏡厚度D=5mm確定。按上述方式依次迭代計算得母線上SpS2、S3……Si……S5tltl的500個節(jié)點坐標(biāo)，再將離散點坐標(biāo)導(dǎo)入三維制圖工具中，選定旋轉(zhuǎn)軸，然后把曲線繞軸旋轉(zhuǎn)一周，即得透鏡的后 表面自由曲面102。圖I、圖2，分別為通過上述方案得到的準(zhǔn)直透鏡的正視圖和立體圖。圖4、圖5，分別為該LED準(zhǔn)直透鏡在距離IOOmm目標(biāo)平面的光照效果圖，圖4目標(biāo)平面的光強(qiáng)分布圖，可以看出出射光束完全控制在10°角度以內(nèi)，近似平行光出射。圖5目標(biāo)平面的照度分布圖，可以看出目標(biāo)平面光斑均勻性高。
權(quán)利要求1. 一種LED準(zhǔn)直透鏡，所述LED準(zhǔn)直透鏡為中心軸對稱形狀，其特征在于包括透鏡前表面平面折射面(101)和透鏡后表面 自由曲面折射面(102)。
專利摘要本實用新型公開了一種LED準(zhǔn)直透鏡，LED準(zhǔn)直透鏡為中心軸對稱形狀，包括透鏡前表面平面折射面和透鏡后表面自由曲面折射面。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，LED出射光的準(zhǔn)直效果好，且目標(biāo)平面光斑均勻性高，使得LED可用于諸如手電等需要準(zhǔn)直光束的照明場合，使用效果好，便于推廣。
文檔編號F21V5/04GK202769542SQ20122035690
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者蘇成悅, 周鎮(zhèn), 付倩 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)