本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種平面出光LED透鏡及其設(shè)計(jì)方法，透鏡包括頂部、側(cè)面和底部，頂部為出光面，側(cè)面環(huán)繞設(shè)置反射杯面，底部設(shè)有內(nèi)凹腔。出光面為平面，內(nèi)凹腔包括頂面和拔模面，頂面為自由曲面。透鏡包括兩條光線傳輸路徑，第一條為：一部分光線通過自由曲面折射入透鏡內(nèi)，光線在透鏡內(nèi)傳播后由出光面出射，即：自由曲面—出光面；第二條為：一部分光線由拔模面折射進(jìn)入透鏡，經(jīng)反射杯面發(fā)生反射，最后在出光面處折射后出射，即：拔模面—反射杯面—出光面。本發(fā)明專利技術(shù)的平面出光LED透鏡出光面為平面大大提高燈具維護(hù)的便利性，透鏡表面積塵之后，可以很容易清潔，從而使燈具維持較高的維護(hù)系數(shù)，保持良好的光學(xué)性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光學(xué)元件、系統(tǒng)或儀器
，具體是指一種平面出光L邸透鏡及 其設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
LED相對(duì)于傳統(tǒng)照明光源具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為 21世紀(jì)最優(yōu)質(zhì)的光源，L邸照明產(chǎn)品的開發(fā)、研制、生產(chǎn)已成為十分誘人的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。然而 LED發(fā)出的光為朗伯分布，很難直接用于照明，需要進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)，用于不同照明場(chǎng)景 有著不同的要求。對(duì)LED芯片的封裝視為一次光學(xué)設(shè)計(jì)，根據(jù)一次光學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)果設(shè)計(jì)出 折射透鏡及反光罩等W滿足照明應(yīng)用的光學(xué)設(shè)計(jì)過程視為二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)的 主要任務(wù)是將朗伯型配光改造成能應(yīng)用于不同場(chǎng)景照明的配光。送個(gè)過程對(duì)L邸在照明領(lǐng) 域的應(yīng)用有著至關(guān)重要的作用。 目前，大多使用的傳統(tǒng)光學(xué)透鏡如柱面鏡或球面鏡等，它們的出光面大都為凸出 曲面，不易清潔，透鏡上容易積累灰塵，導(dǎo)致透鏡出光效率低，影響燈具照明效果，大大增加 了燈具維護(hù)難度，提高了燈具維護(hù)成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為解決現(xiàn)有L邸透鏡出光效率低、不易清潔的問題，提出一種新型平面出 光L邸透鏡及其設(shè)計(jì)方法。 為解決上述問題，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案是；一種平面出光LED透鏡，包括頂部、 側(cè)面和底部1，其特征在于；頂部為出光面2,側(cè)面環(huán)繞設(shè)置反射杯面3,底部1上設(shè)有內(nèi)凹 腔11，所述出光面2為平面，所述內(nèi)凹腔11包括頂面和拔模面111，頂面為自由曲面112。 優(yōu)選地，側(cè)面環(huán)繞設(shè)置反射杯面3,使未由自由曲面112進(jìn)入透鏡的光線經(jīng)反射杯 面3后由頂部的平面出光面2出射，減少出射面的全反射，提高透鏡的出光效率。 優(yōu)選地，所述透鏡包括兩條光線傳輸路徑，第一條傳輸路徑為：一部分光線按特定 的能量分配通過所述自由曲面112折射入透鏡內(nèi)，此為第一次折射，光線在透鏡內(nèi)傳播后 由出光面2出射，此為第二次折射，即：自由曲面112 -出光面2 ;第二條傳輸路徑為；另 一部分光線由于L邸出光角度過大不能由自由曲面112進(jìn)入透鏡，送部分光線由拔模面111 折射進(jìn)入透鏡，在透鏡內(nèi)傳播后經(jīng)反射杯面3發(fā)生反射，最后在出光面2處折射后出射，即； 拔模面111--反射杯面3--出光面2 ;兩部分光線最后均由出光面2出射。 優(yōu)選地，所述透鏡為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有兩條相互垂直的對(duì)稱軸，分別為長(zhǎng)軸對(duì)稱軸4 及短軸對(duì)稱軸5。 優(yōu)選地，出光面2邊界為閉合楠圓曲線或其他形狀的閉合曲線。 優(yōu)選地，底部1邊界為閉合楠圓曲線或其他形狀的閉合曲線。 優(yōu)選地，所述透鏡為折射率大于1的玻璃、PC、PMMA或其他材料制成。 一種平面出光L邸透鏡的設(shè)計(jì)方法，包括W下步驟： (1) 由折射定律推測(cè)出出光面2目標(biāo)出光角b與入射角a的函數(shù)關(guān)系； (2) 根據(jù)出光面2目標(biāo)出光角b與入射角a的函數(shù)關(guān)系，由目標(biāo)配光曲線X逆向推導(dǎo)出 入射出光面2時(shí)的配光曲線y，即經(jīng)自由曲面112配光后入射至出光面2時(shí)的配光曲線y ; (3) W推導(dǎo)出的配光曲線y為目標(biāo)，設(shè)計(jì)平面出光LED透鏡的自由曲面112 ; (4) 自由曲面112定型后，設(shè)計(jì)反射杯面3 ; (5) 確定平面出光LED透鏡模型。 本專利技術(shù)取得的有益效果是；本專利技術(shù)提供的一種平面出光L邸透鏡，側(cè)面環(huán)繞設(shè)置 反射杯面，使未由自由曲面進(jìn)入透鏡的光線經(jīng)反射杯面后由頂部的平面出光面出射，提高 透鏡的出光效率；出光面為平面大大提高了燈具維護(hù)的便利性，透鏡表面積塵之后，可W很 容易清潔，保持良好的光學(xué)性能；出光面為平面沒有凸出部分，從而減少了眩光，尤其在隧 道照明中使用時(shí)可W提高行車安全性。 該透鏡設(shè)計(jì)方法通過對(duì)透鏡自由曲面及反射杯面的設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整平面出光面出射 的光能量分配，可W滿足不同照明需求的配光類型，如道路照明、隧道照明、停車場(chǎng)照明等。【附圖說(shuō)明】 圖1為一種平面出光LED透鏡的結(jié)構(gòu)圖。 圖2為一種平面出光LED透鏡的立體圖。 圖3為一種平面出光LED透鏡的對(duì)稱軸示意圖。 圖4為一種平面出光LED透鏡在長(zhǎng)軸對(duì)稱軸截面光路7K意圖。 圖5為一種平面出光LED透鏡在短軸對(duì)稱軸截面光路示意圖。 圖6為一種平面出光LED透鏡出光面折射光路7K意圖。[002。 附圖標(biāo)號(hào)；1、底部；11、內(nèi)凹腔；111、拔模面；112、自由曲面；2、出光面；3、反射杯 面；4、長(zhǎng)軸對(duì)稱軸；5、短軸對(duì)稱軸。【具體實(shí)施方式】[002引參見附圖1至3, 一種平面出光LED透鏡，包括頂部、偵師和底部1，其特征在于；頂 部為出光面2,側(cè)面環(huán)繞設(shè)置反射杯面3,底部1上設(shè)有內(nèi)凹腔11，所述出光面2為平面，所 述內(nèi)凹腔11包括頂面和拔模面111，頂面為自由曲面112。 進(jìn)一步地，側(cè)面環(huán)繞設(shè)置反射杯面3,使未由自由曲面112進(jìn)入透鏡的光線經(jīng)反射 杯3面后由頂部的平面出光面2出射，減少出射面的全反射，提高透鏡的出光效率。 進(jìn)一步地，所述透鏡包括兩條光線傳輸路徑，第一條傳輸路徑為：一部分光線按特 定的能量分配通過所述自由曲面112折射入透鏡內(nèi)，此為第一次折射，光線在透鏡內(nèi)傳播 后由出光面2出射，此為第二次折射，即；自由曲面112--出光面2 ;第二條傳輸路徑為： 另一部分光線由于LED出光角度過大不能由自由曲面112進(jìn)入透鏡，送部分光線由拔模面 111折射進(jìn)入透鏡，在透鏡內(nèi)傳播后經(jīng)反射杯面3發(fā)生反射，最后在出光面2處折射后出射， 目P ;拔模面111-反射杯面3-出光面2 ;兩部分光線最后均由出光面2出射。進(jìn)一步地，所述透鏡為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有兩條相互垂直的對(duì)稱軸，分別為長(zhǎng)軸對(duì)稱軸 4及短軸對(duì)稱軸5。 如圖4所示，透鏡在長(zhǎng)軸對(duì)稱軸4截面光路示意圖，光線L0垂直入射透鏡沒有改 變傳播方向，在出光面2垂直出射；光線LI、L2、L3及L4均由自由曲面112折射進(jìn)入透鏡， 傳播后從頂部平面出光面2出射；光線L5由拔模面111入射透鏡，經(jīng)反射杯面3反射后從 頂部平面出光面2出射。 如圖5所示，透鏡在短軸對(duì)稱軸5截面光路示意圖，光線SO垂直入射透鏡沒有改 變傳播方向，在出射面垂直出射；光線S1、S2及S3均由自由曲面折射進(jìn)入透鏡傳播后從頂 部平面出射；光線S4由拔模面入射透鏡，經(jīng)反射杯面3反射后從頂部平面出光面2出射。 進(jìn)一步地，出光面2邊界為閉合楠圓曲線或其他形狀的閉合曲線。 進(jìn)一步地，底部1邊界為閉合楠圓曲線或其他形狀的閉合曲線。 進(jìn)一步地，所述透鏡為折射率大于1的玻璃、PC、PMMA或其他材料制成。 一種平面出光L邸透鏡的設(shè)計(jì)方法，包括W下步驟： (1) 由折射定律推測(cè)出出光面2目標(biāo)出光角b與入射角a的函數(shù)關(guān)系； 如圖6所示，透鏡出光面2為平面，令從出光面2出射光線的目標(biāo)出光角度為b，入射出 光面2面的入射角為曰，空氣折射率為nO,透鏡折射率為η,由折射定律可知：由上式可W得出目標(biāo)出光角b與入射到出光面2時(shí)的入射角a之間的函數(shù)關(guān)系； (2) 根據(jù)出光面2目標(biāo)出光角b與入射角a的函數(shù)關(guān)系，由目標(biāo)配光曲線X逆向推導(dǎo)出 入射出光面2時(shí)的配光曲線y，即經(jīng)自由曲面112配光后入射至出光面2時(shí)的配光曲線y ; (3) W推導(dǎo)出的配光曲線y為目標(biāo)，設(shè)計(jì)平面出光LED透鏡的自由曲面112 ; (4) 自由曲面112定型后，設(shè)計(jì)反射杯面3 ; (5) 確定平面出光LED透鏡模型。 W上列舉的僅是本專利技術(shù)的具體實(shí)施例。顯然，本專利技術(shù)不限于W上實(shí)施例，還可W有 許多類似的改形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種平面出光LED透鏡，包括頂部、側(cè)面和底部（1），其特征在于：頂部為出光面（2），側(cè)面環(huán)繞設(shè)置反射杯面（3），底部（1）上設(shè)有內(nèi)凹腔（11），所述出光面（2）為平面，所述內(nèi)凹腔（11）包括頂面和拔模面（111），頂面為自由曲面（112）。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程治明，張志海，羅茶根，洪蕓蕓，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中節(jié)能晶和照明有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江西;36
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