一種光學透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體照明領域，具體涉及一種光學透鏡。
【背景技術】
[0002]LED發出的光源是朗伯光源，通常情況下發光角度為120°，朗伯光源的特性是接近中心部分光線密集，而遠離中心部分光線稀少，因此在實際應用中，LED光源形成的光斑的照度非常不均勻，因此在半導體照明技術中，常常需要對LED光源進行二次光學設計?，F有技術中，已經出現了對LED光源進行二次光學設計而使LED光源最終形成矩形光斑的技術，這些技術主要側重在LED路燈應用中，使得LED路燈產生矩形光斑，如申請號為201110064474.9和201220108475.9的中國實用新型專利文獻公開的那樣，兩份專利文獻所公開的技術方案都能使LED光源最終形成矩形光斑，但是，由于結構的限制，它們并不能產生正方形光斑，而在諸如LED電視背光源等近距離應用中，正方形光斑比矩形光斑更優?，F有技術中，也存在能使LED光源形成正方形光斑的透鏡，如申請號為201410540343.7的中國實用新型專利文獻公開一種LED多面發光平面光源，其中的光學透鏡能使LED光源產生正方形光斑，但由于光學透鏡的凹透鏡與折射和反射面之間、折射和反射面之間都形成對接臺階，而光線在對接臺階處是不連續的，產生了比較嚴重的損耗，導致光斑均勻性不好，光的轉換效率不高。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是解決現有技術的缺陷，提供一種能使LED光源形成均勻的正方形光斑、光線轉換效率高的正方形光學透鏡，采用的技術方案如下:
[0004]一種光學透鏡，包括入光面、出光面、四個轉角面和四個側面，所述入光面呈凸形形狀，所述四個側面呈正方形排布在出光面的四側，所述四個轉角面分別位于所述正方形的四個轉角，用于對光線進行折射或反射，所述入光面和出光面位于所述正方形的中心，所述出光面、四個轉角面和四個側面之間平滑連接，形成罩子形的連續平滑曲面。
[0005]使用時，將LED光源放置于凸形入光面的正下方，LED光源發出的光線通過入光面入射到透鏡中并產生最大的折射角，再從出光面入射到空氣中，形成正方形光斑。四個轉角以及側面對光線進行折射或全反射，使光斑均勻且提高光線利用率。傳統技術中，由于出光面、轉角面和側面之間存在對接臺階，光線在對接臺階處是不連續的，導致發生了光損耗，降低了光線的轉換率。而本實用新型中，所述出光面、轉角面和側面之間平滑連接形成連續平滑曲面，不存在對接界面，因此不存在光損耗，光斑的均勻性更好，光學透鏡的光線轉換效率達到98%以上。
[0006]作為優選，所述罩子形連續平滑曲面由中心向外側至少劃分為第一部分、第二部分和第三部分，光線通過所述第一部分和第二部分入射到空氣中的入射角h滿足^=15° ~22°，通過所述第三部分入射到空氣中的入射角k2滿足k2=12° ~17°。
[0007]出光面的光通量Φν(λ)與入光面的光通量Φ?(λ)滿足能量守恒定律，即Φν(λ)= Φ?( λ)，且本實用新型設計當光線通過第一部分和第二部分入射到空氣中時，光線的入射角為15° -22°，當通過第三部分入射到空氣中時，光線入射角為12° -17°，如此，不僅使得正方形光斑內的點與LED光源入射角是一一對應的關系，通過對光線入射到空氣的入射角的設計，還使得LED光源發出的光線從光學透鏡中射出形成正方形光斑時，光線在水平方向與光學透鏡中軸所成的角度γ=62.57~73.3°，在光斑對角線方向與光學透鏡中軸所成的角度ε=70.53~78.02°，發光角度大，可以照明的區域更廣。
[0008]作為優選，所述罩子形的連續平滑曲面整體呈外凸形或內凹形。
[0009]作為優選，所述透鏡使LED發出的光線形成正方形光斑。
[0010]作為優選，所述入光面是由拋物線繞光學透鏡的中軸線旋轉形成的。
[0011 ] 作為優選，所述入光面是由折線繞光學透鏡的中軸線旋轉形成的。
[0012]作為優選，所述折線由三條線段相連而成。
[0013]作為優選，用于折射的轉角面與所述正方形的夾角d的取值范圍為30° < d< 90° ο
[0014]當轉角面與所述正方形的夾角，為30° < d< 90°時，轉角面可以將集中在中間部分的光能分散到目標照明區域，使光斑各點照度均勻，提高光的轉換效率。
[0015]作為優選，用于反射的轉角面與所述正方形的夾角d的取值范圍為d> 120°。
[0016]當轉角面與所述正方形的夾角，為30° < d<90°時，轉角對光線進行全反射，將照射到該轉角的光全部反射回透鏡，從而提高光的利用率。
[0017]本實用新型的另一個目的是解決現有技術的缺陷，提供一種實現照度均勻的正方形光斑的實現方法，采用的技術方案如下:
[0018]正方形光斑的實現方法，包括以下步驟:
[0019]S1、確定正方形目標照明區域的邊長及LED光源離照明區域的距離；
[0020]S2、確定形成所需光斑的光線在水平方向和對角線方向與透鏡中軸所成的角度，分別為γ和ε ;
[0021]S3、確定透鏡材料，并根據透鏡材料確定透鏡的折射率ng.’
[0022]S4、根據公式 δ =( θ ι2 - θ η)+( θ ι4 - θ i3).、nasin θ η = ngsin U口 ngsin θ ι3=確定光線經過透鏡的最終折射角度其中，Up 分別為光線入射到透鏡時產生的入射角和折射角，〃,_5^口 〃#分別為光線從透鏡入射空氣中時產生的入射角和折射角，A是空氣的光線折射率；
[0023]S5、沿透鏡中心向外側的方向，將罩子形連續曲面分為至少三部分，在滿足k1=15° -22°和1^=12° -17°條件下，確定光線通過每一部分入射空氣時的入射角大??；
[0024]S6、根據需要確定轉角面的面積以及其與側面圍成的正方形所成角度。
[0025]與現有技術相比，本實用新型的有益效果:本實用新型的一種光學透鏡能使LED光源產生正方形光斑，光線轉換效率高，光斑區域內的各點與光線入射空氣的角度一一對應，正方形光斑的各點照度均勻，并且發光角度也更大，通過轉角對光線進行折射或全反射，提高了光斑均勻度和光線利用率。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型的光學透鏡結構示意圖；
[0027]圖2是本實用新型的光學透鏡結構示意圖；
[0028]圖3是本實用新型實施例1的光學透鏡示意圖；
[0029]圖4是本實用新型實施例1的光學透鏡入光面結構示意圖；
[0030]圖5是本實用新型的實施例1的光學透鏡的結構示意圖；
[0031]圖6是本實用新型的光學透鏡產生的光斑的示意圖；
[0032]圖7是本實用新型的光學透鏡產生的光斑的示意圖；
[0033]圖8是本實用新型的實施例2的光學透鏡示意圖；
[0034]圖9是本實用新型的實施例2的光學光學透鏡入光面結構示意圖；
[0035]圖10是本實用新型的實施例2的光學透鏡的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0037]實施例1:
[0038]如圖1和圖2所示，一種光學透鏡，包括呈凸形形狀的入光面201、出光面202、四個轉角面204和四個側面203，所述四個側面203呈正方形排布在出光面202的四側，所述四個轉角面204分別位于所述正方形的四個轉角，用于對光線進行折射或反射，所述入光面和出光面位于所述正方形的中心，所述出光面202、四個轉角面204和四個側面203之間平滑連接，形成罩子形的連續平滑曲面。
[0039]所述罩子形連續平滑曲面由中心向外側劃分為第一部分0A、第二部