專利名稱：用于汽車led倒車燈的非成像光學(xué)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非成像光學(xué)照明技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡。
背景技術(shù)：
LED具有體積小、壽命長、顯色性好、節(jié)能高效、抗震性好等特點(diǎn)，使其在汽車照明領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢。汽車倒車燈用于車輛后方道路的照明，并且警告其他使用道路者，車輛正在或即將倒車。目前，LED在汽車倒車燈領(lǐng)域還未普及，僅有少數(shù)高檔汽車的倒車燈采用LED光源，如圖8所示，為現(xiàn)有汽車倒車燈采用自由曲面反光腔11和配光鏡12的組合形式進(jìn)行配光的結(jié)構(gòu)示意圖，LED光源發(fā)出的光線先經(jīng)過反光腔11，再經(jīng)過配光鏡12進(jìn)行配光作用，這種配光方式存在著兩方面不足:一是反光腔11不能對LED光源中心部分的光線進(jìn)行精確控制，沒有充分利用中心處的光線，造成了能源的浪費(fèi)，能量利用率較低；二是反光腔11和配光鏡12需要相互精確地配合，在裝配中容易產(chǎn)生誤差，造成配光性能的不準(zhǔn)確。上述這些因素使LED在汽車倒車燈領(lǐng)域的普及發(fā)展受到了極大的制約。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有采用反光腔和配光鏡對汽車倒車燈進(jìn)行配光而存在的能量利用率低、配光性能不準(zhǔn)確的問題，本發(fā)明提供一種用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡，該透鏡通過機(jī)械一體化加工成型，包括:成倒錐形的全反射面；上邊緣與所述全反射面下邊緣密接的半球形面；上邊緣與所述半球形面上邊緣通過圓錐面密接的環(huán)凹弧形面，所述圓錐面兩端邊緣分別與所述半球形面上邊緣和所述環(huán)凹弧形面上邊緣密接；下邊緣與所述半球形面和全反射面的交接處密接的圓柱面；邊緣與所述圓柱面上邊緣密接在一起并呈內(nèi)凹形的透射面；下邊緣與所述全反射面上邊緣密接的大圓環(huán)面；上邊緣與所述大圓環(huán)面上邊緣密接的環(huán)弧形面；下邊緣與所述環(huán)弧形面下邊緣密接的小圓環(huán)面；邊緣與所述小圓環(huán)面上邊緣密接在一起的球面，所述球面的個數(shù)根據(jù)所述小圓環(huán)面的直徑而定。所述大圓環(huán)面與小圓環(huán)面的直徑在同一條直線上，兩者的直徑不同而高度相同。所述全反射面的上邊緣為倒錐形的小直徑端，下邊緣為倒錐形的大直徑端。本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明采用由透射面和全反射面組成的全反射元件，對LED光源發(fā)出的全部光線實(shí)現(xiàn)有效控制，提高配光性能和光能利用率；
二、本發(fā)明將準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)與配光結(jié)構(gòu)合為一體，采用機(jī)械一體化加工成型，消除了裝配誤差；三、本發(fā)明應(yīng)用非成像光學(xué)原理及斯涅爾定律對透鏡的各個面進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對LED光源發(fā)出的所有光線的有效控制。


圖1為本發(fā)明的用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的非成像光學(xué)透鏡中的透射面3的設(shè)計(jì)原理圖；圖3為本發(fā)明的非成像光學(xué)透鏡中的全反射面5的設(shè)計(jì)原理圖；圖4為本發(fā)明的非成像光學(xué)透鏡中的球面6的設(shè)計(jì)原理圖；圖5為本發(fā)明的非成像光學(xué)透鏡中的環(huán)弧形面7的設(shè)計(jì)原理圖；圖6為本發(fā)明的非成像光學(xué)透鏡中的環(huán)凹弧形面2的設(shè)計(jì)原理圖；圖7為本發(fā)明的用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為現(xiàn)有倒車燈采用反光腔和配光鏡組合配光的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、半球形面,2、環(huán)凹弧形面，3、透射面，4、圓柱面，5、全反射面，6、球面，7、環(huán)弧形面,8、圓錐面，9、大圓環(huán)面，10、小圓環(huán)面，11、反光腔，12、配光鏡。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡采用旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械一體化加工成型，LED光源位于透鏡的下端中心位置，該透鏡包括由透射面3和全反射面5組成的準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，透射面3和全反射面5將LED倒車燈發(fā)出的朗伯分布的光準(zhǔn)直成平行光出射；由多個球面6密接組成的配光結(jié)構(gòu)，配光結(jié)構(gòu)將通過準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)出射的平行光進(jìn)行整形，并滿足配光光型；半球形面1、環(huán)凹弧形面2和環(huán)弧形面7是為了滿足LED倒車燈最小可見角而設(shè)計(jì)的，其中半球形面I為球面，LED倒車燈發(fā)出的光經(jīng)過半球形面I后不改變方向，然后再通過環(huán)凹弧形面2將光線折射到與ζ軸30° 45°的空間區(qū)域，環(huán)弧形面7將通過準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)出射的一部分平行光發(fā)散到與ζ軸O 30°的空間區(qū)域，最終滿足幾何可見度的要求。本實(shí)施方式中的全反射面5成倒錐形，半球形面I上邊緣與全反射面5下邊緣密接在一起，環(huán)凹弧形面2上邊緣與半球形面I上邊緣通過圓錐面8密接在一起，圓錐面8的兩端邊緣分別與半球形面I上邊緣和環(huán)凹弧形面2上邊緣密接在一起，透射面3和圓柱面4設(shè)置在透鏡內(nèi)腔中，圓柱面4下邊緣與半球形面I上邊緣和全反射面5下邊緣的交接處密接在一起，透射面3成內(nèi)凹形，其邊緣與圓柱面4上邊緣密接在一起，大圓環(huán)面9下邊緣與全反射面5上邊緣密接在一起，環(huán)弧形面7上邊緣與大圓環(huán)面9上邊緣密接在一起，其下邊緣與小圓環(huán)面10下邊緣密接在一起，大圓環(huán)面9與小圓環(huán)面10的直徑在同一條直線上,它們的高度相同而直徑不同，球面6邊緣與小圓環(huán)面10上邊緣密接在一起，球面6的個數(shù)根據(jù)小圓環(huán)面10的直徑而定，本實(shí)施方式所說的密接意思為該透鏡中面與面之間是通過機(jī)械一體化加工成型。假設(shè)本發(fā)明的非成像光學(xué)透鏡整體所用材料的折射率為n，如圖2所示，透射面3的具體設(shè)計(jì)方法如下:設(shè)透射面3上某一曲線上的點(diǎn)P1的坐標(biāo)為(Xl，Z1)，I1為入射光線I與X軸夾角，a i為點(diǎn)P1處的切線T1與X軸夾角，θ 為透射面3所能控制的入射光線I的最小角度，在點(diǎn)P1前取一點(diǎn)P1' (1「厶1，21-厶2)，其中厶1，Λ ζ均為很小的量，可以認(rèn)為AP1丨處切線的切向量與點(diǎn)P1處切線的切向量相同，點(diǎn)P1可以看作是該點(diǎn)處入射光線I與P1丨處的切線的交點(diǎn)，根據(jù)斯涅爾定律有:
權(quán)利要求
1.用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡，其特征在于，該透鏡通過機(jī)械一體化加工成型，包括: 成倒錐形的全反射面(5); 上邊緣與所述全反射面(5)下邊緣密接的半球形面(I)； 上邊緣與所述半球形面(I)上邊緣通過圓錐面(8)密接的環(huán)凹弧形面(2)，所述圓錐面(8)兩端邊緣分別與所述半球形面(I)上邊緣和所述環(huán)凹弧形面(2)上邊緣密接； 下邊緣與所述半球形面(I)和全反射面(5)的交接處密接的圓柱面(4)； 邊緣與所述圓柱面(4)上邊緣密接在一起并呈內(nèi)凹形的透射面(3)； 下邊緣與所述全反射面(5)上邊緣密接的大圓環(huán)面(9)； 上邊緣與所述大圓環(huán)面(9)上邊緣密接的環(huán)弧形面(7)； 下邊緣與所述環(huán)弧形面(7)下邊緣密接的小圓環(huán)面(10); 邊緣與所述小圓環(huán)面(10)上邊緣密接在一起的球面(6)，所述球面(6)的個數(shù)根據(jù)所述小圓環(huán)面(10)的直徑而定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡，其特征在于，所述大圓環(huán)面(9)與小圓環(huán)面(10)的直徑在同一條直線上，兩者的直徑不同而高度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡，其特征在于，所述全反射面(5)的上邊緣為倒錐形的小直徑端，下邊緣為倒錐形的大直徑端。
全文摘要
用于汽車LED倒車燈的非成像光學(xué)透鏡，涉及非成像光學(xué)照明領(lǐng)域，包括成倒錐形的全反射面；上邊緣與全反射面下邊緣密接的半球形面；上邊緣與半球形面上邊緣通過斜平面密接的環(huán)凹弧形面，圓錐面兩端邊緣分別與半球形面上邊緣和環(huán)凹弧形面上邊緣密接；下邊緣與半球形面上邊緣和全反射面下邊緣的交接處密接的圓柱面；邊緣與圓柱面上邊緣密接并呈內(nèi)凹形的透射面；下邊緣與全反射面上邊緣密接的大圓環(huán)面；上邊緣與大圓環(huán)面上邊緣密接的環(huán)弧形面；下邊緣與環(huán)弧形面下邊緣密接的小圓環(huán)面；邊緣與小圓環(huán)面上邊緣密接的球面，球面的個數(shù)根據(jù)小圓環(huán)面的直徑而定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對LED光源發(fā)出的所有光線的有效控制，配光性能好，光能利用率高。
文檔編號F21V5/04GK103206669SQ201310094779
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者王堯, 劉華, 荊雷 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所