[发明专利]一种基于点光源的准直透镜

说明书

技术领域

本发明涉及透镜技术领域，具体涉及一种基于点光源的准直透镜。

背景技术

在LED汇聚光学系统的紧凑化趋势背景下，由于LED光源亮度仍然比一些气体放电光源低，因此光源和光学系统都有集成和薄型化的需求。为了获得较高的中心光强，COB光源将逐渐替代分离式LED成为高功率LED照明灯具的主要应用光源。然而，由于COB LED的热量较分立式LED更为集中，模组或灯具需要更大的散热空间，更小的高度口径比的光学系统显然更适应这种应用的需要。

目前LED汇聚光学系统中，RIXR形式（光源发出的光线经折射-全反射-反射-折射四个光学过程）的透镜是能够实现理想汇聚比的高度口径比最低的光学系统之一。这种类型的透镜最早是由Minano等人用于太阳能聚光器，Munoz设计了带挖空内腔的RIX（光源发出的光线经折射-全反射-反射三个光学过程）透镜使其适用于LED。通过在侧面使用V字形凹槽避免了下反射面镀膜的工艺，设计了无反射面的带挖空内腔的RIX透镜并同时实现了均匀的色空间分布。迄今为止，尚没有双曲面同时设计（SMS）方法以外的其他设计方法能够实现这种高紧致型透镜的设计。然而，这种设计方法过程复杂，设计可行性对初始条件设置非常敏感，设计自由度低。且透镜高度与孔径成正比，随着孔径增大，高度也同比例的提高，导致透镜体积与重量很大，增加了其在大孔径小角度应用中的成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于点光源的准直透镜，该准直透镜可以解决现有技术中其体积与重量很大的缺陷，降低了透镜的制造成本。且该透镜便于设计和加工。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于点光源的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，所述点光源设置在透镜旋转对称轴上，该准直透镜包括第一入射面、第二入射面、反射面和出射面，其特征在于：

所述第一入射面位于透镜背部中心，所述第二入射面围绕所述第一入射面设置；所述光源发出的光线分成两个部分，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述出射面折射出射。

作为优选，所述第一入射面为自由曲面。本申请所述自由曲面，指表面形状不能被连续加工的，具有传统加工成型的任意性特点的曲面。该类曲面不能由画法几何与机械制图表达清楚，而由复杂方式自由变化的曲线曲面即所谓的自由曲线曲面组成。

作为优选，所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为一由初等函数表达的曲线，曲线方程为h=f(x),其中h为纵坐标即高度方向坐标，x为横坐标即横向扩展方向的坐标。

作为优选，所述曲线方程h=f(x)为多项式函数。

作为优选，所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线的斜率从靠近光轴到远离光轴逐渐减少。

作为优选，所述反射面的斜率从靠近光轴到远离光轴逐渐增加。

作为优选，所述出射面包括第一出射面和第二出射面，所述第一出射面位于透镜正面中心，所述第二出射面围绕所述第一出射面设置；其中，第一部分光线从空气进入到所述第一入射面，经所述第一入射面折射后，再经所述第一出射面折射出射；第二部分光线从空气进入到所述第二入射面，经所述第二入射面折射后再经所述第二出射面的全反射后入射到所述反射面，然后经所述反射面的反射后再经所述第二出射面折射出射。

作为优选，所述透镜的总高度与出射面的直径的比值不大于0.25，其中透镜的总高度为所述出射面的顶部到透镜底部的距离。

作为优选，所述第二入射面距离光轴最近的起始点与光轴有一定距离，所述起始点与透镜底部中心的连线与光轴的夹角为5-25度。

作为优选，所述第一出射面为平面，所述第二出射面也为平面；或者，所述第一出射面为平面，所述第二出射面为锥面。