[实用新型]一种TIR透镜

说明书

本实用新型属于非成像照明技术领域，为解决TIR透镜散热问题，提出一种TIR透镜，包括入射面，出射面，圆柱面，全反射面和环形出射面；出射面为自由曲面塌陷而成的菲涅耳面，其光路分为两部分，一部分入射光直接从入射面透射入TIR透镜从出射面的菲涅耳面透射出；另一部分由圆柱面透射入TIR透镜，经由全反射面反射后从环形出射面透射出。由于出射面为在自由曲面塌陷而成的菲涅耳面，有效地减少TIR透镜的厚度和体积，减少了LED光线在透镜中的光程，提高了散热效果，间接地延长了TIR透镜的使用寿命。

技术领域

本实用新型属于非成像照明技术领域，涉及一种TIR透镜。

背景技术

发光二极管(LED)光源具有发光效率高、耐用、可靠等特点，被认为是未来最有潜力的光源。LED的空间辐射强度具有朗伯型分布，且发散角较大，需要对其空间光强进行重新分配，即二次配光。目前市场上主要存在的配光透镜有“花生壳”和TIR透镜。如果透镜尺寸较大，会影响透镜的散热效果，进而影响透镜的使用寿命，提高透镜的使用成本。

因为“花生壳”透镜的尺寸较大，为了提高它的散热效果，戴艺丹等人提出在“花生壳”透镜上，通过设置曲面的不同高度进行叠加得到一个渐变菲涅尔面，使得该透镜的厚度明显变薄，使散热效率提高。但是由于该自由曲面的菲涅尔面是通过机械建模软件进行构造的，光学照明效果一般，透镜的照度均匀性为68％，适用性不广泛。

对于目前应用比较普遍的TIR透镜来说，也同样存在散热不佳的问题。TIR透镜的结构仅按透镜出射面的自由曲面个数可分为单自由曲面和双自由曲面TIR透镜，这里面包含反射面为二次曲面或自由曲面的单/双自由曲面TIR透镜。对于单/双自由曲面TIR透镜而言，由于出射面自由曲面面形的曲率较大，会在透镜表面形成较高的突起，使得透镜厚度增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是：在不降低光照均匀性的同时提高TIR透镜散热能力和使用寿命。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种TIR透镜，所述TIR透镜为旋转对称结构，包括入射面，出射面，圆柱面，全反射面和环形出射面；其中入射面和圆柱面围成TIR透镜空腔结构，全反射面的底部为平面，空腔结构位于全反射面的底部中心，入射面位于空腔结构底部，环形出射面位于出射面的四周，且环形出射面与全反射面顶部相交；出射面为自由曲面塌陷而成的菲涅耳面；以全反射面的底部中心为坐标原点，入射至入射面的光束发生折射进入TIR透镜内部，经由菲涅耳面折射出TIR透镜；入射至圆柱面的光束折射进入TIR透镜的内部后入射至全反射面上，经过全反射面反射后，入射至环形出射面，经由环形出射面折射出TIR透镜。

上述方案的工作原理是：以LED光源为例，将光源放置在全反射面的底部中心，LED的小角度锥形光束首先入射到TIR透镜底部的入射面，发生折射后进入TIR透镜内部，到达TIR透镜的菲涅耳面上，再发生折射到目标面；角度大的光线经过TIR透镜底部的圆柱面，发生折射后进入TIR透镜的内部，入射到全反射面上，在经过全反射后，入射到TIR透镜边缘的环形出射面上，再次发生折射到目标面。LED光源位于与TIR透镜底部齐平的TIR透镜的旋转轴上(光轴)；所述的从LED光源发出的小角度锥形光束经过所述的圆形入射面，进入TIR透镜内部，再从自由曲面菲涅耳面折射出TIR透镜，光束按照明设计要求向目标面发射；所述的其余角度较大的光束经过所述的圆柱面，发生折射后进入TIR透镜的内部，在全反射面上反射，反射光线与光轴的夹角相比入射前有了较大的缩小，再入射到环形出射面上，最终折射出TIR透镜，按照照明设计要求向目标面发射。

该技术方案实现了：相比于一般自由曲面TIR透镜更小的厚度和体积，有利于提高透镜的散热能力，延长透镜的使用寿命，降低使用成本；保持了原有自由曲面TIR透镜的远场照度均匀性，较好地满足了使用要求。