专利名称：一种非成像均匀配光透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非成像光学系统设计，尤其是涉及一种能实现均勻配光的非 成像透镜。
背景技术：
由于光线的传播特性，点光源发出的光线投影到有限的距离内的被照表面时，其 照度会随出射角的增大而衰减，因此，我们会在被照表面的中心看到一个很清晰的光源影 像，在光线所达的边缘区域实际上也有无数的光源的投影，只不过被放大并衰减掉了，这就 是人们使用白炽灯照明时，会在墙壁或者地板上很明显的看到一个很亮的钨丝光斑的原 因，因此，通常意义上的点光源其照度分布是不均勻的。LED光源与传统光源相比有许多优点，这已成为人们的共识，但LED芯片体积小， 结构紧凑，其发光面积相对来说更小，它是一种近似180度出光的朗伯光源，其光强分布与 出光角的余弦成正比，亦即LED光源所发出的光线在被照表面上所形成的照度随出射角的 增大而迅速衰减。显然这样的光源特性是很难满足户外各种照明用途的实际需求，在室内 也会因为中心照度最高而出现明显的高亮LED形状投影。因此我们必须根据不同的应用场 合和需求，针对LED光源的特性进行二次光学设计，从而实现对LED芯片所发出的光进行整 形和改变，尤其光强分布的情况。这样的二次光学设计过程属于非成像光学设计的范畴，通 常意义上，成像光学系统设计关心图像信息的正确传输，非成像光学系统设计则关心的是 光源能量的利用和光分布控制。因此，通过非成像光学系统设计能使LED照明系统在被照 表面实现所要求的光分布。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种非成像均勻配光透镜，通过非成像光学设计，实 现均勻配光，使光线在一定的角度范围内照度均勻。本实用新型的目的是这样实现的一种非成像均勻配光透镜，具有一主光轴，该透镜包括分别设于该透镜两端的一 入射面和一出射面，所述的出射面上分布有若干个呈曲面或平面形状的配光面，该若干个 配光面相对于主光轴旋转对称，所述的若干个配光面彼此相连形成一配光面群。通过在出射面上设置相对于主光轴旋转对称的配光面，若干配光面彼此相连形成 配光面群，则可以通过对配光面进行非成像光学设计，达到均勻配光，且光线在一定的角度 范围内照度均勻的目的。作为上述技术方案的改良，本实用新型的进一步技术方案如下上述的配光面群进一步包括靠近主光轴的近轴区域和远离主光轴的远轴区域，所 述的近轴区域是一由若干不同曲率的配光面组成的复合凸面，在近轴区域和远轴区域的交 界处曲率陡起，并线性延伸到该配光面群远轴区域的边缘部分，在该远轴区域的边缘部分 是一由若干不同曲率的配光面组成的复合凹面或凸面；所述的出射面整体呈近杯状，透镜的主光轴位于杯底，所述的近轴区域以主光轴为中心沿杯底凸起。实现本实用新型目的的关键点是将光源中心照度集中的区域光线分散到边缘部 分，以补偿边缘照度较弱区域，同时，消除中心区域的光斑，因此，在近轴区域设置一由若干 不同曲率的配光面组成的复合凸面，以实现上述目的，因为边缘部位照度较弱，因此，在远 轴区域设置一线性延伸到边缘部分的呈线性的配光面，以确保边缘光线规律通过，不会有 过多的照度损失，同时保证照度均勻，在远轴区域的边缘部分设置一由若干不同曲率的配 光面组成的复合凹面，是为了收集入射面反射的光线，并通过配光面的曲率设置，通过复合 凹面折射到照度较弱区域。为了保证周向照度均勻，若干个配光面相对于主光轴旋转对称 设置。上述的入射面的中心处设有一容置光源的容室。设置容室是为了内置光源，并为将光源封装在透镜内提供了可能。上述的光源是LED。LED光源体积较小，寿命长，适合封装在透镜内。上述的透镜是圆形透镜。圆形透镜是最理想的二次配光透镜，能够很好的保证周向的照度均勻非配，且加 工方便。上述的透镜是正多边形透镜。在某些情况下需要得到特定的符合照明需要的光斑形状，因此，需要将透镜设计 成正多边形。上述的透镜是正方形透镜。正方形透镜在很多情况下有比较广泛的应用，但设计出配光均勻的正方形透镜一 直是一个难题，利用本实用新型的结构，能够很容易设计出性能优良的正方形透镜。上述的正多边形透镜的配光面连接部圆滑过渡。上述的正方形透镜的配光面连接 部圆滑过渡。多边形透镜的配光面连接部对照度均勻分布影响较大，因此，需要对连接部圆滑 过渡处理，以提高照度分布的均勻度。
图1是本实用新型实施例1的出射面结构示意图 图2是本实用新型实施例1的入射面结构示意图 图3是本实用新型实施例2的出射面结构示意图 图4是本实用新型实施例2的入射面结构示意图 图5是本实用新型的剖面图； 图6是是LED光源的配光曲线图； 图7是LED光源的照度分布图； 图8是本实用新型实施例1的照度分布图； 图9是本实用新型实施例2的照度分布图； 图10是本实用新型的光路示意图。
具体实施方式
实施例1 本实施例是圆形透镜的实施例，图1是本实施例的出射面结构示意图，从图中可 以看出，出射面上分布有若干个呈曲面形状的配光面1-1，该若干个配光面1-1相对于主光 轴1旋转对称，若干个配光面1-1彼此相连形成一配光面群。通过在出射面上设置相对于主光轴1旋转对称的配光面1-1，若干配光面1-1彼此 相连形成配光面群，则可以通过对配光面1-1进行非成像光学设计，达到均勻配光，且光线 在一定的角度范围内照度均勻的目的。图5是本实用新型的剖面图，从图中可以看出，配光面群进一步包括靠近主光轴1 的近轴区域a和远离主光轴的远轴区域b，近轴区域a是一由若干不同曲率的配光面1-1组 成的复合凸面，在近轴区域a和远轴区域b的交界处曲率陡起，并线性延伸到该配光面群远 轴区域b的边缘部分c，在该远轴区域b的边缘部分c是一由若干不同曲率的配光面1-1组 成的复合凹面；出射面整体呈近杯状，透镜的主光轴1位于杯底，近轴区域a以主光轴1为 中心沿杯底凸起。实现本实用新型目的的关键点是将光源中心照度集中的区域光线分散到边缘部 分，以补偿边缘照度较弱区域，同时，消除中心区域的光斑，因此，在近轴区域a设置一由 若干不同曲率的配光面1-1组成的复合凸面，以实现上述目的，因为边缘部位照度较弱，因 此，在远轴区域b设置一线性延伸到边缘部分的呈线性的配光面1-1，以确保边缘光线规律 通过，不会有过多的照度损失，同时保证照度均勻，在远轴区域b的边缘部分c设置一由若 干不同曲率的配光面1-1组成的复合凹面，是为了收集入射面反射的光线，并通过配光面 的曲率设置，通过复合凹面折射到照度较弱区域。为了保证周向照度均勻，若干个配光面 1-1相对于主光轴旋转对称设置。图2是本实施例的入射面结构示意图，从图中可以看出，入射面的中心处设有一 容置光源的容室1-2。设置容室1-2是为了内置光源，并为将光源封装在透镜内提供了可能。本实施例的光源是LED，LED光源体积较小，寿命长，适合封装在透镜内。圆形透镜是最理想的二次配光透镜，能够很好的保证周向的照度均勻非配，且加 工方便。图6是LED光源的配光曲线，图7是LED光源的照度分布图，从图中可以看出，LED 光源从中心往四周照度衰减很快。图8是本实施例的照度分布图，从图中可以看出，通过增设本实施例的透镜，光源 的照度分布变得基本均勻。图10是本实用新型的光路示意图，从图中可以看出，光线经过透镜后，中心照度 较集中的区域光线被打散，分散到边缘照度较弱区域，从而实现本实用新型的目的。实施例2 本实施例是方形透镜的实施例。在某些情况下需要得到特定的符合照明需要的光斑形状，因此，需要将透镜设计 成方形。方形透镜在很多情况下有比较广泛的应用，但设计出配光均勻的方形透镜一直是一个难题，利用本实用新型的结构，能够很容易设计出性能优良的正方形透镜。本实施例与实施例1的结构基本一致，图3和图4是本实施例入射面和出射面结 构示意图，从图中可以看出，本实施例的出射面也由若干配光面2-1组成，入射面设有光源 容置腔2-2。与实施例1的不同点在于由于透镜设计成方形，因此，相邻的配光面2-1需要过渡，由于多边形透镜的配光 面连接部对照度均勻分布影响较大，因此，本实施例对连接部圆滑过渡处理，以提高照度分 布的均勻度。
权利要求一种非成像均匀配光透镜，具有一主光轴，该透镜包括分别设于该透镜两端的一入射面和一出射面，其特征在于所述的出射面上分布有若干个呈曲面或平面形状的配光面，该若干个配光面相对于主光轴旋转对称，所述的若干个配光面彼此相连形成一配光面群。
2.根据权利要求1所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的配光面群进 一步包括靠近主光轴的近轴区域和远离主光轴的远轴区域，所述的近轴区域是一由若干不 同曲率的配光面组成的复合凸面，在近轴区域和远轴区域的交界处曲率陡起，并线性延伸 到该配光面群远轴区域的边缘部分，在该远轴区域的边缘部分是一由若干不同曲率的配光 面组成的复合凹面或凸面；所述的出射面整体呈近杯状，透镜的主光轴位于杯底，所述的近 轴区域以主光轴为中心沿杯底凸起。
3.根据权利要求1或2所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的入射面 的中心处设有一容置光源的容室。
4.根据权利要求3所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的光源是LED。
5.根据权利要求4所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的透镜是圆形 透镜。
6.根据权利要求4所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的透镜是正多 边形透镜。
7.根据权利要求6所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的透镜是正方 形透镜。
8.根据权利要求6所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的正多边形透 镜的配光面连接部圆滑过渡。
9.根据权利要求7所述的一种非成像均勻配光透镜，其特征在于所述的正方形透镜 的配光面连接部圆滑过渡。
专利摘要一种非成像均匀配光透镜，具有一主光轴，该透镜包括分别设于该透镜两端的一入射面和一出射面，出射面上分布有若干个呈曲面或平面形状的配光面，该若干个配光面相对于主光轴旋转对称，若干个配光面彼此相连形成一配光面群。本实用新型通过非成像光学设计，实现均匀配光，使光线在一定的角度范围内照度均匀。
文档编号F21V5/04GK201661987SQ20092027168
公开日2010年12月1日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者郝斌, 陈纲 申请人:中山兴瀚科技有限公司