專利名稱：用于形成方形光場的光學(xué)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種用于對光源的光場形狀進行調(diào)整的光學(xué)透
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背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管(Light emitting diode,LED)的光效不斷提高，現(xiàn)正逐步取代傳統(tǒng)光源。針對LED光源，如何有效地分配LED發(fā)出的光能是該LED 光源中光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計要解決的關(guān)鍵問題。目前的LED光源所形成的照明區(qū)域大多為圓形， 有時為了更節(jié)能且實現(xiàn)更大區(qū)域的照明，例如路燈，需要將照明區(qū)域調(diào)整為方形。所以，有必要提供一種用于形成方形光場的光學(xué)透鏡。
發(fā)明內(nèi)容
下面將以實施例說明一種用于形成方形光場的光學(xué)透鏡。一種用于對光源發(fā)出的光線進行調(diào)整以形成方形光場的光學(xué)透鏡，其包括一個具有兩個相對端部的方形主體，該主體具有一個位于兩個端部其中一者上的第一表面以及一個位于另一個端部上的第二表面。該第一表面上設(shè)置有一圓錐形凹槽，該圓錐形凹槽的側(cè)面作為該光學(xué)透鏡的入光面以使光源射出的光線經(jīng)由該圓錐形凹槽的側(cè)面射入該主體。該第二表面為一非對稱的馬鞍形非球面，該第二表面作為該光學(xué)透鏡的出光面。該圓錐形凹槽的側(cè)面及該第二表面用以對光源發(fā)出的光線進行調(diào)整。相較于現(xiàn)有技術(shù)，該光學(xué)透鏡中圓錐形凹槽的側(cè)面與該馬鞍形第二表面對設(shè)置在該圓錐形凹槽中的光源射出的光線具有校正作用，即該光源射出的光線進入該光學(xué)透鏡的主體后，由于該圓錐形凹槽的側(cè)面的面形特征可使進入的光線射向該第二表面上的預(yù)定位置，并且由于該第二表面的面形特征可使射至其上的光線按預(yù)定光路射出，從而形成方形光場，以適應(yīng)實際需要。
圖1是本發(fā)明第一實施例提供的光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示光學(xué)透鏡沿II-II的剖面圖。圖3是圖1所示光學(xué)透鏡的III-III的剖面圖。圖4是經(jīng)由圖1所示光學(xué)透鏡所形成的光場的光強分布圖。圖5是經(jīng)由圖1所示光學(xué)透鏡所形成的光場的照度模擬圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖，以對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供的一種光學(xué)透鏡10，其具有一個具有方形輪廓的主體100，該主體100包括第一端部11及與第一端部11相對的第二端部12。該主體100具有分別在第一端部11及第二端部12上的第一表面110及第二表面120。光學(xué)透鏡 10用于對一個光源101發(fā)出的光線進行調(diào)整以形成方形光場。光源101依據(jù)本發(fā)明實施例是發(fā)光二極管之固態(tài)電子元件光源，然而對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，該光源101可為任
眉、j Ci ^！^ ο請參閱圖2至圖3，第一表面110上設(shè)置有一圓錐形凹槽111。光源101通常設(shè)置在圓錐形凹槽111中，光源101發(fā)出的光線經(jīng)由圓錐形凹槽111的側(cè)面1112射入主體100。 所以，該圓錐形凹槽111的側(cè)面1112即作為光學(xué)透鏡的入光面。圓錐形凹槽111的側(cè)面1112符合下列表達式(1)
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_5]、…+砂⑴r是指相對于圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的光軸O1的半徑坐標(biāo)；ζ是指圓錐形凹槽111的側(cè)面1112以r為自變量的SAG值(Sagitta Value)，即沿圓錐形凹槽111的側(cè)面1112光軸O1的面坐標(biāo)；c與k分別為圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的曲率系數(shù)及圓錐系數(shù)，在此，圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的原點A位于圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的中心頂點，即圓錐形凹槽 111的底部中心。圓錐形凹槽111的側(cè)面1112作為圓錐形曲面，其焦距F符合下列表達式⑵ [。。2。] ⑵ N是指光學(xué)透鏡10的主體100的折射率；c為圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的曲率系數(shù)。由表達式⑵可知，圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的焦距F與其曲率系數(shù)c及光學(xué)透鏡10本身的折射率有關(guān)，通常，50 < F < 0. 5。在本實施例中，光學(xué)透鏡10的材質(zhì)為折射率等于1. 49的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。當(dāng)然，光學(xué)透鏡10還可應(yīng)用其他材料，例如聚碳酸脂(PC)或硅膠(Silicone)等。第二表面120為一非對稱的馬鞍形非球面，進入光學(xué)透鏡10的主體100中的光線經(jīng)由第二表面120射出，即第二表面120為光學(xué)透鏡10的出光面。第二表面120符合下列表達式(3)Z=Y !X2+ Y 2Χ4+ Y 3Χ6+ γ 4χ8+ y 5y2+ υ 6y4+ υ 7y6+ γ 8χ8 (3)Y1,…Y8是指第二表面120的非球面系數(shù)。在此，Yl、Υ2、^與^為第二表面120的關(guān)鍵系數(shù)，S卩Yl、γ2、^5與Y 6為決定第二表面120面形的大體輪廓，而其他非球面系數(shù)為第二表面120面形的校正系數(shù)。在此，第二表面120的原點(曲面中心點)Β位于該圓錐形凹槽111的側(cè)面1112光軸O1上。參見圖2所示，在經(jīng)過原點B的)(Ζ平面上，光軸O1兩側(cè)的第二表面120對稱分布。[與Y5可以取相同的范圍，￥2與￥6可以取相同的范圍。在本實施例中，-0.1 < γ ！ < 0. 1,-0. 1 < Y5 < 0. 1,-0. 01 < Y2 < 0. 01,-0. 01 < Y6 <0.01。參見圖3所示，在經(jīng)過原點BWH平面上，光軸O1兩側(cè)的第二表面120非對稱分布，即第二表面120的經(jīng)過原點B的切平面S1與經(jīng)過原點B且垂直于光軸O1的平面 &之間具有一夾角Θ。優(yōu)選地，夾角0度< θ <10度。圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的原點A與第二表面120的原點B在Z軸方向上的垂直距離d定義為光學(xué)透鏡10的厚度，d可根據(jù)工業(yè)實際需要進行設(shè)定。在本實施例中，d =4mm。光學(xué)透鏡10中圓錐形凹槽111的側(cè)面1112與第二表面120分別符合表達式(1)， (3)，其對設(shè)置在圓錐形凹槽111中的光源101射出的光線具有校正作用，即光源101射出的光線進入光學(xué)透鏡10的主體100后，由于圓錐形凹槽111的側(cè)面1112的面形特征可使進入的光線射向第二表面120上的預(yù)定位置，并且由于第二表面120的面形特征可使射至其上的光線按預(yù)定光路射出，從而形成方形光場，以適應(yīng)實際需要。在本實施例中，圓錐形凹槽111的側(cè)面1112與第二表面120的參數(shù)可參見表1。表 1單位 /mm
權(quán)利要求
1.一種用于對光源發(fā)出的光線進行調(diào)整以形成方形光場的光學(xué)透鏡，其包括一個具有兩個相對端部的方形主體，該主體具有一個位于兩個端部其中一者上的第一表面以及一個位于另一個端部上的第二表面，該第一表面上設(shè)置有一圓錐形凹槽，該圓錐形凹槽的側(cè)面作為該光學(xué)透鏡的入光面以使光源射出的光線經(jīng)由該圓錐形凹槽的側(cè)面射入該主體，該第二表面為一非對稱的馬鞍形非球面，該第二表面作為該光學(xué)透鏡的出光面， 該圓錐形凹槽的側(cè)面及該第二表面用以對光源發(fā)出的光線進行調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，該第一表面符合下列表達式
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，該圓錐形凹槽的側(cè)面的原點位于該圓錐形凹槽的側(cè)面光軸上的中心頂點，該圓錐形凹槽的側(cè)面的焦距F符合下列表達式
4.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，1/c等于-1.472524, k等于-3. 886628.
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，該第二表面由下列等式進行定義ζ = Y lX2+ Y 2X4+ Y 3x6+ Y 4x8+ Y 5y2+ γ 6y4+ υ 7y6+ ν8χ8 υ 丨 υ 8 是指第二表面的非球面系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，[與Y5的范圍相同，“與Y6的范圍相同。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，-0.1< Υι<0. 1,-0. 01< y2<0.01o
8.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，該圓錐形凹槽的側(cè)面的原點位于該圓錐形凹槽的側(cè)面光軸上的中心頂點，該第二表面的原點位于該圓錐形凹槽的側(cè)面光軸上， 該第二表面的經(jīng)過第二表面原點的切平面與經(jīng)過第二表面原點且垂直于該圓錐形凹槽的側(cè)面光軸的平面之間具有一夾角θ。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，θ大于0度且小于等于10度。
10.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，Y1等于1.8422Ε-03，Y2等于 3. 4516Ε-04, γ 3 等于 4. ^32Ε_07，γ 4 等于 1. !3530Ε-09，γ 5 等于-6. 7515Ε-02，Y6 等于 5. 7794Ε-04, γ 7 等于-1. 3900Ε-05，γ 8 等于-4. 9534Ε-08。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對光源發(fā)出的光線進行調(diào)整以形成方形光場的光學(xué)透鏡，其包括一個具有兩個相對端部的方形主體。該主體具有一個位于兩個端部中一者上的第一表面以及一個位于另一個端部上的第二表面。該第一表面上設(shè)置有一圓錐形凹槽，該圓錐形凹槽的側(cè)面作為該光學(xué)透鏡的入光面以使光源射出的光線經(jīng)由該圓錐形凹槽的側(cè)面射入該主體。該第二表面為一非對稱的馬鞍形非球面，該第二表面作為該光學(xué)透鏡的出光面。該圓錐形凹槽的側(cè)面及該第二表面用以對光源發(fā)出的光線進行調(diào)整。
文檔編號F21V5/04GK102230600SQ20091030861
公開日2011年11月2日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者陳添寶 申請人:富士邁半導(dǎo)體精密工業(yè)(上海)有限公司, 沛鑫能源科技股份有限公司