CN205859908U - 一种led光源的准直透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED光源的准直透镜以解决现有技术中的透镜不能适应发散角度大的入射光线的问题。该透镜采用透明材料制成，其形状为复合抛物面与自由曲面相结合的以轴向剖面母线旋转后的旋转体，其母线由半径为R的圆弧AB段，与z轴具有一定小夹角δ的直线BC段，水平直线CD段，复合抛物线DE段，自由曲面FG段与GH段组成；该剖面母线绕z轴旋转后，即可得到准直透镜的立体形状。LED光源使用本实用新型的准直透镜后，其出射的准直光线光束发散角小于4°，光能利用率达90％。

Description

一种LED光源的准直透镜

所属技术领域

本实用新型涉及一种LED光源的准直透镜，尤其是一种适用于入射光线的发散角度较大的准直透镜。

背景技术

LED光源因具有体积小、效率高、能耗低、寿命长、无污染等优点，日益得到广泛的应用。然而由于LED芯片封装光源的发散角大多在80°左右，在远距离照明时，能量比较分散，照明面上的照度较低，在应用于手电筒、矿灯、港口或码头信号投射灯时，需要对LED输出光进行准直。由于大部分透光材料的单一表面最大偏折角一般在40°～50°之间，对于发散角在80°左右的光线无法进行准直，因此，需要对LED光源发出的大角度光束和小角度光束分别利用全内反射曲面与折射曲面结合的方式进行准直处理。自光源发出的发散角较小的光线通过球面曲面折射准直，发散角较大的光线通过抛物面反射准直。为收集较大角度范围的光线，要求抛物面具有较大深度与口径，造成该准直透镜体积较大，光能损耗高。通过数值求解等光程方程组的方法设计的准直透镜出光口径为Φ50mm，光束发散角为5.4°。为进一步缩小准直透镜体积及其光束发散角，本实用新型提出复合抛物面与自由曲面相结合的新型LED准直光学系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型LED光源的准直透镜以解决现有技术中的透镜不能适应发散角度大的入射光线的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

该LED光源的准直透镜采用透明材料制成，其形状为复合抛物面与自由曲面相结合的以轴向剖面母线旋转后的旋转体，其轴向剖面母线是这样的，

在以x轴为水平轴，z轴为竖直轴构成的坐标系中，

由半径为R的圆弧AB段，

与z轴具有一定小夹角δ的直线BC段，

水平直线CD段，

复合抛物线DE段，

自由曲面FG段与GH段组成；

该剖面母线绕z轴旋转后，即可得到准直透镜的立体形状。

本实用新型的有益效果是：LED光源使用本实用新型的准直透镜后，其出射的准直光线光束发散角小于4°，光能利用率达90％。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细的说明。为了更清楚地说明本实用新型实施例技术中的技术方案，下面将对实施例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(现有技术图除外)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，通过下面的详细说明，本实用新型的上述目的、特征和优点将显而易见；并且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是本实用新型的LED光源的准直透镜轴向剖面母线图

图2是小角度光线穿过本实用新型的LED光源的准直透镜的准直光路图

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本实用新型的优选实施例。在此之前需要说明的是，本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语不能限定解释为通常的含义或辞典中的含义，而应当立足于为了以最佳方式说明其实用新型发明人可以对术语的概念进行适当定义的原则解释为符合本实用新型技术思想的含义和概念。随之，本说明书所记载的实施例和附图中表示的结构只是本实用新型最佳实施例之一，并不能完全代表本实用新型的技术思想，因此应该理解到对于本实用新型而言可能会存在能够进行替换的各种等同物和变形例。

如图1-2所示，LED光源的准直透镜，其采用透明材料制成，其形状为复合抛物面与自由曲面相结合的以轴向剖面母线旋转后的旋转体，其轴向剖面母线是这样的，

在以x轴为水平轴，z轴为竖直轴构成的坐标系中，

由半径为R的圆弧AB段，

与z轴具有一定小夹角δ的直线BC段，

水平直线CD段，

复合抛物线DE段，

自由曲面FG段与GH段组成；

该剖面母线绕z轴旋转后，即可得到准直透镜的立体形状。

当小角度光线入射时，其光路如图2所示，自O点发出的发散角θ∈[0，θ_m]的光线，入射到球冠AB点(x₁，z₁)，折射光线自自由曲面点(x₂，z₂)射出，自由曲面在该点的斜率由准直条件给定。

设球冠AB上点(x₁，z₁)距O点距离为h，球冠曲率半径为R，则点(x₁，z₁)的坐标可表示为

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=\frac{(R+h)-\sqrt{R^2-2Rh{\tan }^2\mathrm{\θ}-h^2{\tan }^2\mathrm{\θ}}}{\frac{1}{\tan \mathrm{\θ}}+\tan \mathrm{\θ}}\\ z_1=\frac{(R+h)-\sqrt{R^2-2Rh{\tan }^2\mathrm{\θ}-h^2{\tan }^2\mathrm{\θ}}}{1+{\tan }^2\mathrm{\θ}}\end{array}\right.$

当θ＝θ_m时点(x₁，z₁)的坐标即为B点的坐标。

由折射定律可得：点(x₁，z₁)处折射光线斜率为

经过多点计算即可得出小角度入射光线经过本实用新型的透镜后，其出射光线是准直的。对于大角度入射光线的计算方法与此类似，不再赘述。

需要注意的是，尽管上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种LED光源的准直透镜，其形状为复合抛物面与自由曲面相结合的以轴向剖面母线旋转后的旋转体，其特征在于：

其轴向剖面母线是这样的，

在以x轴为水平轴，z轴为竖直轴构成的坐标系中，

由半径为R的圆弧AB段，

与z轴具有一定小夹角δ的直线BC段，

水平直线CD段，

复合抛物线DE段，

自由曲面FG段与GH段组成；

该剖面母线绕z轴旋转后，即可得到准直透镜的立体形状。

2.根据权利要求1所述的一种LED光源的准直透镜，其特征在于：该透镜采用透明材料制成。