一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，包括：梯形透鏡；與梯形透鏡平行且相對設(shè)置的菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡的光軸與梯形透鏡的中心軸相同；包圍菲涅爾透鏡的環(huán)形曲面透鏡，曲面透鏡的中心軸與菲涅爾透鏡的光軸相同；位于梯形透鏡與曲面透鏡之間的側(cè)面，側(cè)面、梯形透鏡、菲涅爾透鏡和曲面透鏡構(gòu)成一封閉空間。本實用新型通過將常規(guī)的凸透鏡替換為菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡相對于普通凸透鏡來說能夠收攏各個方向的光線，減小了光斑；且底部的透鏡設(shè)置為梯形透鏡，將菲涅爾透鏡設(shè)置于環(huán)形曲面透鏡的底部，使光線從梯形透鏡至菲涅爾透鏡穿越的距離減小，從而降低了透明吸收和光損，使照射的距離增大，能夠滿足各種應(yīng)用場景下對透鏡性能的需求。
【專利說明】一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及準(zhǔn)直透鏡【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,簡稱LED)是一種將能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體發(fā)光器件，具有體積小、重量輕、響應(yīng)時間短、能耗低、發(fā)光效率高、使用壽命長等諸多優(yōu)點。
[0003]大多數(shù)LED光源的光強分布近似為朗伯型分布，發(fā)光角度較大，因此，當(dāng)在射燈、探照燈、手電筒、夜視系統(tǒng)等遠距離照明領(lǐng)域中應(yīng)用LED光源時，需要對LED光源的出射光進行準(zhǔn)直聚焦。
[0004]目前普遍采用在LED光源外部安裝二次光學(xué)鏡頭(即準(zhǔn)直鏡頭)的方法實現(xiàn)LED光源出射光的準(zhǔn)直。傳統(tǒng)內(nèi)全反射準(zhǔn)直鏡頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:第一曲面透鏡101 ;與所述第一曲面透鏡101平行且相對設(shè)置的第二曲面透鏡102，所述第二曲面透鏡102與所述第一曲面透鏡101共軸；包圍所述第二曲面透鏡102的、環(huán)形的平面透鏡103，所述平面透鏡103的中心與所述第二曲面透鏡102的圓心重合，且所述平面透鏡103平行于所述第一曲面透鏡101 ;位于所述第一曲面透鏡101與所述平面透鏡103之間的側(cè)面104，所述側(cè)面104為拋物面,所述側(cè)面104、所述第一曲面透鏡101、第二曲面透鏡102和平面透鏡103共同構(gòu)成一封閉空間。第一曲面透鏡101和第二曲面透鏡102共同作用可使經(jīng)過的光線匯聚，側(cè)面104可使光線發(fā)生全反射。
[0005]LED光源位于內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡外部、第一曲面透鏡101處，理想狀態(tài)下，光線經(jīng)過第一曲面透鏡101后，一部分到達第二曲面透鏡102，經(jīng)過第二曲面透鏡102后被匯聚出射，另一部分到達側(cè)面104，被側(cè)面104的全反射后,沿垂直于平面透鏡103的方向出射。
[0006]但是，在內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，其照射距離過短、照射光斑過大，難以滿足各種應(yīng)用場景下對透鏡性能的需求。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型提供了一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，以增大其照射距離，減小其照射光斑。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了如下技術(shù)方案:
[0009]一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，包括:梯形透鏡；與所述梯形透鏡平行且相對設(shè)置的菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡的光軸與所述梯形透鏡的中心軸相同；包圍所述菲涅爾透鏡的環(huán)形曲面透鏡，所述曲面透鏡的中心軸與所述菲涅爾透鏡的光軸相同；位于所述梯形透鏡與所述曲面透鏡之間的側(cè)面，所述側(cè)面、梯形透鏡、菲涅爾透鏡和曲面透鏡構(gòu)成一封閉空間。
[0010]優(yōu)選的，所述菲涅爾透鏡與所述梯形透鏡之間的距離為IOmm?50mm，包括端點值。
[0011]優(yōu)選的，所述梯形透鏡的厚度為IOmm?20mm,包括端點值。[0012]優(yōu)選的，所述側(cè)面的曲率為0.1?0.3，包括端點值。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提供的技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點:
[0014]本實用新型所提供的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，通過將現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的凸透鏡替換為菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡相對于普通凸透鏡來說能夠收攏各個方向的光線，提高了光線的集中性，減小了照射的光斑；并且，本實用新型的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡將底部的透鏡設(shè)置為梯形透鏡，將菲涅爾透鏡設(shè)置于環(huán)形曲面透鏡的底部，使光線從梯形透鏡至菲涅爾透鏡穿越的距離減小，從而降低了透明吸收和光損，使照射的距離增大，能夠滿足各種應(yīng)用場景下對透鏡性能的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的剖面圖；
[0017]圖2為本實用新型實施例所提供的全反射準(zhǔn)直透鏡的剖面圖；
[0018]圖3為本實用新型實施例所提供的全反射準(zhǔn)直透鏡的俯視圖；
[0019]圖4為本實用新型實施例所提供的全反射準(zhǔn)直透鏡的立體圖。
【具體實施方式】
[0020]正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的照射距離過短、照射光斑過大。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因之一為:內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。
[0021]具體的，結(jié)合圖1，第一曲面透鏡101位于內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的底部，第二曲面透鏡102位于內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的頂部，光線從第一曲面透鏡101內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部，然后經(jīng)過第二曲面透鏡102射出，由于第一曲面透鏡101和第二曲面透鏡102之間的距離較遠，光線所經(jīng)過的路徑較長，因此光線的損耗會較多，這就造成光線經(jīng)過內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡后照射的距離較短；另一方面，僅僅通過普通的凸透鏡(第二曲面透鏡102)的匯聚作用和側(cè)面104的反射作用，對光線的集中能力有限，造成光線經(jīng)過內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡后的照射光斑過大，根本不能滿足某些場景的需求。
[0022]基于此，本實用新型提供了一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，包括:梯形透鏡；與所述梯形透鏡平行且相對設(shè)置的菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡的光軸與所述梯形透鏡的中心軸相同；包圍所述菲涅爾透鏡的環(huán)形曲面透鏡，所述曲面透鏡的中心軸與所述菲涅爾透鏡的光軸相同；位于所述梯形透鏡與所述曲面透鏡之間的側(cè)面，所述側(cè)面、梯形透鏡、菲涅爾透鏡和曲面透鏡構(gòu)成一封閉空間。
[0023]本實用新型所提供的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，通過設(shè)置菲涅爾透鏡，提高了對光線的聚集能力，從而減小了照射光斑，通過設(shè)置環(huán)形曲面透鏡和梯形透鏡，縮短了光線在準(zhǔn)直透鏡內(nèi)的傳播距離，降低了光損，從而使光線的照射距離增大。
[0024]以上是本實用新型的核心思想，為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0025]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0026]其次，本實用新型結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本實用新型保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0027]本實用新型提供了一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，結(jié)合圖2、圖3和圖4所示，該內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡包括:
[0028]梯形透鏡201 ；
[0029]與所述梯形透鏡201平行且相對設(shè)置的菲涅爾透鏡202，所述菲涅爾透鏡202的光軸與所述梯形透鏡201的中心軸相同；
[0030]包圍所述菲涅爾透鏡202的環(huán)形曲面透鏡203，所述曲面透鏡203的中心軸與所述菲涅爾透鏡202的光軸相同；
[0031]位于所述梯形透鏡201與所述曲面透鏡203之間的側(cè)面204，所述側(cè)面204、梯形透鏡201、菲涅爾透鏡202和曲面透鏡203構(gòu)成一封閉空間。
[0032]由于本實施例所提供的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡在安裝使用時，梯形透鏡201距離LED光源最近，菲涅爾透鏡202距離LED光源最遠，因此本實施例中，稱梯形透鏡201所在的一側(cè)為內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的底部，稱菲涅爾透鏡202所在的一側(cè)為內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的頂部。
[0033]與準(zhǔn)直透鏡相對應(yīng)的，環(huán)形的曲面透鏡203的投影是兩個同心圓環(huán)，本實施例中，稱曲面透鏡203位于準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部的口徑較小的一側(cè)為曲面透鏡203的底部，稱曲面透鏡203與準(zhǔn)直透鏡頂部齊平且口徑較大的一側(cè)為曲面透鏡203的頂部。
[0034]本實施例中，梯形透鏡201位于準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部，其一面與準(zhǔn)直透鏡的底部齊平，由于環(huán)形曲面透鏡203的底部內(nèi)具有菲涅爾透鏡202，因此菲涅爾透鏡202是向準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部凹陷進去的。通過這樣的設(shè)計，使得從梯形透鏡201入射進準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部的光線，經(jīng)過較短的路徑就能到達菲涅爾透鏡202，并經(jīng)過菲涅爾透鏡202的作用出射。而現(xiàn)有技術(shù)中，準(zhǔn)直透鏡的底部為凹透鏡，頂部的凹透鏡與頂部齊平，光線在兩個透鏡之間(即準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部)傳播的路徑較長?？梢姡緦嵤├?，光線在準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部的傳播距離有明顯的縮短，這就有助于減少傳播過程中引起的透明吸收和能量損失等，從而使本實施例中的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的光線傳播距離更遠。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，本實施例中的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的最大照射距離為 5000m。
[0035]為了進一步優(yōu)化上述性能，本實施例所述的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的菲涅爾透鏡202與梯形透鏡201之間的距離優(yōu)選為IOmm?50mm,包括端點值。梯形透鏡201的厚度為IOmm?20mm,包括端點值。
[0036]菲涅爾透鏡202的表面具有一系列鋸齒形的凹槽，中心部分是橢圓形弧線。每個凹槽與相鄰凹槽之間的角度都不同，但都將光線聚集于一處，形成中心焦點，即菲涅爾透鏡202的焦點。菲涅爾透鏡202的每個凹槽都可以看成是一個獨立的小偷竟，可以把光線調(diào)整成平行光。本實施例中，將常規(guī)普通的透鏡更換為菲涅爾透鏡202，由于菲涅爾透鏡202的特性，能夠收攏更廣范圍的光線，并使光線平行出射，有利于提高光能利用率，并提高光線的聚集程度，使相同距離下內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的照射光斑更小、更亮。
[0037]需要說明的是，本實施例中內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的菲涅爾透鏡202的尺寸規(guī)格、各性能參數(shù)等可根據(jù)實際需要和實際情況相應(yīng)選擇。
[0038]光線從梯形透鏡201入射至內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡內(nèi)部后，傳播路徑大致可分為兩部分:一部分光線到達菲涅爾透鏡202，被菲涅爾透鏡202調(diào)整為平行光后出射；另一部分到達側(cè)面204，被側(cè)面204反射后，透過曲面透鏡203平行出射。
[0039]本實施例中為了增加到達側(cè)面204的光線的全反射率，優(yōu)選的使所述側(cè)面204的曲率為0.1?0.3，包括端點值。
[0040]本實施例所提供的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡相對于現(xiàn)有技術(shù)的照射光斑小、照射距離遠。經(jīng)過具體的實驗驗證，得到在IOOOmm的距離下，經(jīng)過本實用新型的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡的光束角度僅為10度，光斑直徑為100mm，而現(xiàn)有技術(shù)中全反射準(zhǔn)直透鏡的光束角度為30度，光斑直徑為300mm。這反過來也驗證了，本實施例中的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡能夠比現(xiàn)有技術(shù)中的全反射準(zhǔn)直透鏡照射更遠的距離。因此，本實施例中的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡可以滿足遠距離照明、巡查等各種不同應(yīng)用場景的需求。
[0041]雖然本實用新型已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，包括: 梯形透鏡； 與所述梯形透鏡平行且相對設(shè)置的菲涅爾透鏡，所述菲涅爾透鏡的光軸與所述梯形透鏡的中心軸相同； 包圍所述菲涅爾透鏡的環(huán)形曲面透鏡，所述曲面透鏡的中心軸與所述菲涅爾透鏡的光軸相同； 位于所述梯形透鏡與所述曲面透鏡之間的側(cè)面，所述側(cè)面、梯形透鏡、菲涅爾透鏡和曲面透鏡構(gòu)成一封閉空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，所述菲涅爾透鏡與所述梯形透鏡之間的距離為IOmm?50mm,包括端點值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，所述梯形透鏡的厚度為IOmm?20mm,包括端點值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)全反射準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，所述側(cè)面的曲率為0.1?.0.3，包括端點值。
【文檔編號】F21V5/04GK203517635SQ201320699497
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】陳諾琦 申請人:重慶星河光電科技有限公司