一种齿状的透镜结构的制作方法

本发明涉及光学透镜技术领域，具体涉及一种齿状的透镜结构。

背景技术：

汇聚光学设计中，最大应用的技术是基于反射或全反射将光源较大角度的光线准直出射。使用全反射进行准直的技术方案如CN01805486.2，是通过入射面将光线导入到侧向曲面，在该曲面上发射全反射后出射；反射准直则是直接设置反射面进行准直，可以通过镀反射膜实现镜面反射或者通过喷涂白色颗粒实现反射面的漫反射的作用。

通过全反射面实现汇聚作用时，透镜的厚度往往需要与反射面的高度成正比，大大增加了透镜的重量和制造成本；而反射器的汇聚技术，存在镀膜效率不高、镀膜均匀性难以控制等问题；特别是塑胶材料经过高温镀膜工艺后，往往造成光学材料黄变等问题，影响透光率和可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种齿状的透镜结构，通过直接生成具有该齿面的透镜达到替代反射面的反射器的作用，既节省的成本，也达到了提升效率的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种齿状的透镜结构，包含辐射状延伸的齿状结构，其特征在于，所述辐射状延伸的齿状结构包覆在透镜的外侧面；每个齿状结构的外形轮廓相同，依次按照以下规则生成，

1)由一条从内向外延展的曲线作为母线U，选定母线的中点O和光轴I；

2)在该母线所在平面内做母线中点O的法线方向矢量L和切线方向矢量N；

3)将L绕N方向分别旋转角度α和-α，形成两条射线L1和L2；

4)将母线U分别沿L1和L2延展，形成类似一个V字形状凹槽；

5)将凹槽绕I旋转角度β和-β，生成交叉的3个V字形槽状结构；

6)去掉中间V字形凹槽与其他两个V字形凹槽交叉的部分，保留剩下的部分即为所述外形轮廓。

进一步地，按照圆周分布的个数为m＝360/β，且m为整数；所述的β不大于6度。

进一步地，还包括从齿状结构底部向下延展或者顶部向上延展的部分结构。

进一步地，所述的法线方向包括垂直于切向方向的两个相反的方向。

进一步地，所述的旋转角度α介于40度到50度之间。

进一步地，所述的母线U，底部位置的曲线切线与光轴夹角，同顶部位置的曲线切线与光轴夹角的差别不超过30度。

本发明的有益效果：

1、当旋转角度α等于45度的时候，所得的齿状结构实现的功能基本等同于同样母线U的旋转对称反射面，但可以起到较好的混光作用；

2、当旋转角度α偏离45度的时候，所得的齿状结构可以将原本汇聚的光线适当打散；α偏离45度越多，则光斑打散的程度越大。光斑打散的同时，始终保持着一定程度的混光作用，可以克服原有的LED黄圈等问题；

3、混光的水平与光源颜色离散型以及齿的数目有关。对于白光封装的COB光源而言，设置的齿数目60个(β＝6度)即可达到较好的混光水平；对于RGBW多色光源，需要240个(β＝1.5度)及其以上的齿的个数才能达到理想的光色混光效果。

附图说明

图1是本发明的原理图之一；

图2是本发明的原理图之一；

图3是本发明的原理图之一；

图4是本发明的原理图之一；

图5是本发明的原理图之一；

图6是本发明的原理图之一；

图7是本发明的原理图之一；

图8是本发明的原理图之一；

图9是本发明的原理图之一

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参见图1至图7，本发明一种齿状的透镜结构，包含辐射状延伸的齿状结构，其特征在于，所述辐射状延伸的齿状结构包覆在透镜的外侧面；每个齿状结构的外形轮廓相同，依次按照以下规则生成，

1)由一条从内向外延展的曲线作为母线U，选定母线的中点O和光轴I；

2)在该母线所在平面内做母线中点O的法线方向矢量L和切线方向矢量N；

3)将L绕N方向分别旋转角度α和-α，形成两条射线L1和L2；

4)将母线U分别沿L1和L2延展，形成类似一个V字形状凹槽；

5)将凹槽绕I旋转角度β和-β，生成交叉的3个V字形槽状结构；

6)去掉中间V字形凹槽与其他两个V字形凹槽交叉的部分，保留剩下的部分即为所述外形轮廓。

进一步地，按照圆周分布的个数为m＝360/β，且m为整数；所述的β不大于6度。如图9所示，为实现COB混光的齿数量为60个的方案。

进一步地，还包括从齿状结构底部向下延展或者顶部向上延展的部分结构。

进一步地，所述的法线方向包括垂直于切向方向的两个相反的方向。

进一步地，所述的旋转角度α介于40度到50度之间。对于齿状结构的混光，如图8所示，在α等于45度的时候，V字形刚好形成一个90度夹角。假设入射光的方向角为(p，q，r)，经过齿状结构两次全反射后的方向角为(p，-q，-r)。而经过普通全反射面反射的光线，则是改变为(p，q，-r)。由此可见，由于这种结构多了一个q方向角的反向，就会造成光线的混合作用，从而实现混光。图8中，81为局部的V形混光器的边缘线，在局域的放大情况下这个边缘线为一条直线。当α＝45°时，凡是方向角度为(p，q，r)的入射光线经过V字形都会形成方向角为(p，-q，-r)的方向。

进一步地，所述的母线U，底部位置的曲线切线与光轴夹角，同顶部位置的曲线切线与光轴夹角的差别不超过30度。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。