[發明專利]一種高聚焦度的自由曲面菲涅爾照明系統

在審

• 申請號: 201711419721.6
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108506743A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 周延桂
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: F21K9/20
• 分類號: F21K9/20;F21V5/04;F21Y115/10
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 許英偉

本發明提供一種高聚焦度的自由曲面菲涅爾照明系統，涉及光學設備技術領域，按光線傳播方向依次設置有一點光源、一包含自由曲面的菲涅爾透鏡以及一接收面，所述菲涅爾透鏡與所述接收面平行設置，所述點光源設置在所述菲涅爾透鏡和所述接收面的中垂線上，所述菲涅爾透鏡包括入光平面以及與所述入光平面相對設置的多段混合曲面，所述多段混合曲面上設置有N干個自由曲面鋸齒，所述點光源設置在所述入光平面的一側，所述接收面設置在所述多段混合曲面的一側；所述點光源具有出射角度所述出射角度劃分成N份與所述自由曲面鋸齒一一對應。本發明的有益之處是，均勻度高、結構簡單且光能損失少，以適應實際照明需要。

技術領域

本發明涉及光學設備技術領域，尤其是一種高聚焦度的自由曲面菲涅爾照明系統。

背景技術

菲涅爾透鏡具有價格低、面積大、重量輕和輕便等優點，是一種應用廣泛的光學元件，其設計和制造涉及多個領域。菲涅爾透鏡主要用途有：一是聚焦照明作用，這種透鏡被廣泛應用于太陽能、投影儀照明、單反相機、裸眼3D顯示等領域；二是將結合被動式紅外探測器(Passive Infrared Detection，簡稱：PIR探測器)來探測熱釋紅外信號。

菲涅爾透鏡通常是由許多個小鋸齒構成，通過控制這些鋸齒的工作面角度，從而達到對指定光譜范圍的光能實現反射或者折射的作用。常規的菲涅爾透鏡的鋸齒工作面通常是平面，或者在徑向上呈一直線(圓環形菲涅爾透鏡)，這類透鏡的聚焦效率取決于鋸齒密度，鋸齒密度越大，菲涅爾透鏡的聚焦效率越好，反之亦然。實際中，鋸齒的齒寬或齒深越小，相應的模具加工精度要求越高，從而導致成本越高。另外，每個鋸齒為平面的菲涅爾透鏡無法較好的修正球差等參數，影響光源照明的均勻性。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，提供一種高聚焦度的自由曲面菲涅爾照明系統，均勻度高、結構簡單且光能損失少，以適應實際照明需要。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種高聚焦度的自由曲面菲涅爾照明系統，按光線傳播方向依次設置有一點光源、一包含自由曲面的菲涅爾透鏡以及一接收面，所述菲涅爾透鏡與所述接收面平行設置，所述點光源設置在所述菲涅爾透鏡和所述接收面的中垂線上，所述菲涅爾透鏡包括入光平面以及與所述入光平面相對設置的多段混合曲面，所述多段混合曲面上設置有N干個自由曲面鋸齒，所述點光源設置在所述入光平面的一側，所述接收面設置在所述多段混合曲面的一側；所述點光源具有出射角度所述出射角度劃分成N份與所述自由曲面鋸齒一一對應，所述照射區域所發出的光線經過其對應的所述自由曲面鋸齒后，在所述接收面上形成線形光斑。

進一步地，所述菲涅爾透鏡的半徑為30mm。

進一步地，所述點光源離所述菲涅爾透鏡的入光平面的距離是50mm，所述接收面離所述菲涅爾的多段混合曲面的距離為500mm。

進一步地，所述點光源是LED點光源。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提出了環狀菲涅爾自由曲面混合鋸齒結構及多對一的映射方式，通過對LED點光源不同發光角度區域進行劃分，使每一發光區域與菲涅爾的每一自由曲面鋸齒一一對應，令不同范圍角度的光線經過所述相應的鋸齒區域獨立形成無縫連接的線形光斑，既能實現在接收面上的均勻照明，又能實現讓接收面上所有的點接收到相應光線的光能，從而提高了照明均勻性。另外，本發明提供的自由曲面菲涅爾透鏡還能做出相應的變式，應用于太陽能聚焦上，提高光能的聚焦效率。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制，在附圖中：

圖1是本發明的工作原理圖；

圖2是采用曲面擬合所得的自由曲面鋸齒的面型數據圖；