CN101852875B - 菲涅尔透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种菲涅尔透镜，其包括一入射面及一出射面，在所述入射面环设有多个凸起的齿纹，所述齿纹包括一垂直于入射面的第一表面及一与所述第一表面相交的第二表面，且所述第一表面与第二表面相交成朝向于入射面的锐角；所述第一表面上设置有多个凹槽，所述凹槽具有一朝向于出射面的光学有效面，所述光学有效面与第一表面的朝向入射面的夹角小于投射于第一表面的光线的临界角的两倍。本发明通过在第一表面上设置多个具有朝向于入射面的光学有效面的凹槽，投射于第一表面上凹槽处的部分光线将会经过折射后汇聚于焦点，从而可有效提高聚焦光点的光照强度及亮度。

Description

菲涅尔透镜
技术领域
本发明涉及一种聚光型透镜，尤其涉及一种菲涅尔透镜。
背景技术
菲涅尔透镜是一种平面“凸透镜”，在许多应用领域取代了凸透镜，其多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有采用很薄的玻璃制成。在透镜的一面为光面，另一面上设有等距的齿纹，通过这些齿纹可以达到对指定光谱范围的光带通进行反射或者折射，使透过透镜的光线汇聚于焦点，实现凸透镜的作用。
如图1至图3所示，传统的菲涅尔透镜10包括一入射面11及一出射面12，所述入射面11上设有多个凸起的齿纹13，所述齿纹13包括一垂直于入射面11的第一表面14及一与所述第一表面14相交的第二表面15，且所述第一表面14与第二表面15相交成朝向于入射面11的锐角。当从入射面11射入的光线A经过齿纹13的第二表面15产生折射后，一部分光线A1将汇聚于焦点；而另一部分光线A2将投射于同一齿纹13的第一表面14上，由于经过第一表面14的光线A2的入射角大于临界角，则光线A2将会产生全反射，且反射方向呈偏离焦点的发散状。这将导致一部分从入射面11入射的光线无法汇聚于焦点，从而降低聚焦光点的光照强度及亮度。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可提高聚焦光点的光照强度和亮度的菲涅尔透镜。
一种菲涅尔透镜，其包括一入射面及一出射面，在所述入射面环设有多个凸起的齿纹，所述齿纹包括一垂直于入射面的第一表面及一与所述第一表面相交的第二表面，且所述第一表面与第二表面相交成朝向于入射面的锐角；所述第一表面上设置有多个凹槽，所述凹槽具有一朝向于出射面的光学有效面，所述光学有效面与第一表面的朝向入射面的夹角小于投射于第一表面的光线的临界角的两倍。
本发明提供的菲涅尔透镜通过在其第一表面上设置多个具有朝向于出射面的光学有效面的凹槽，且光学有效面与第一表面的朝向于入射面的夹角小于投射于第一表面的光线的临界角的两倍，投射于光学有效面的光线将会经过折射后汇聚于焦点，从而可有效提高聚焦光点的光照强度及亮度。
附图说明
图1是已知技术中菲涅尔透镜的立体示意图。
图2是已知技术中菲涅尔透镜的局部剖示图。
图3是已知技术中菲涅尔透镜的光学示意图。
图4是本发明实施方式中菲涅尔透镜的局部剖示图。
图5是图4中菲涅尔透镜的光学示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图4及图5所示，本发明实施方式提供的一种菲涅尔透镜20，其采用有机玻璃制成。所述菲涅尔透镜20为一圆形透镜，其包括一入射面21及一出射面22。在所述入射面21上环设有多个凸起的齿纹23，且每个齿纹23都是环绕入射面21中心的同心圆环。在本实施方式中，所述菲涅尔透镜20的折射率为1.5，空气的折射率为1.0。
所述齿纹23包括一垂直于入射面21的第一表面24及一与所述第一表面24相交的第二表面25，且所述第一表面24与第二表面25相交成朝向于入射面21的锐角，每个第一表面24与其对应的第二表面25所形成的锐角角度不相同。通过调整第一表面24与第二表面25相交的锐角的角度，可实现对菲涅尔透镜20焦距的调整。所述第一表面24上设置有多个凹槽26，所述凹槽26包括一朝向于出射面22的光学有效面261，所述光学有效面261与第一表面24朝向于入射面21的夹角小于投射于第一表面24的光线的临界角的两倍。所述凹槽26在第一表面24上均匀设置且紧密排列。在本实施方式中，可采用超精密机床对第一表面24进行切削加工，以在第一表面24上形成多个近似锥状的网点；也可采用激光光线对第一表面24进行打点加工，以在第一表面24上形成多个近似半圆状的网点。
当平行光线B从菲涅尔透镜20的入射面21进入后，投射到齿纹23的第二表面25，经过第二表面25的折射后，一部分光线B 1将直接汇聚于菲涅尔透镜20的焦点，另外一部分光线B2将会投射于第一表面24的凹槽26的光学有效面261上。
根据全反射定律，n1sinα=n2sinβ，其中n1为菲涅尔透镜20的折射率，α为光线B2投射于光学有效面261上的临界角，n2为空气的折射率，β等于90度；当光线B2的入射角大于临界角时，就会发生全反射。由于光学有效面261与第一表面24朝向于入射面21的夹角小于投射于第一表面24的光线B2的临界角的两倍。所述光线B2与光学有效面261所成入射角小于临界角，投射于第一表面24的光线B2将在光学有效面261产生折射后投射于另一相邻齿纹23的第二表面25，然后再经过第二表面25的折射后汇聚于菲涅尔透镜20的焦点。
本发明提供的菲涅尔透镜通过在其第一表面上设置多个具有朝向于出射面的光学有效面的凹槽，且光学有效面与第一表面的朝向于入射面的夹角小于投射于第一表面的光线的临界角的两倍，投射于光学有效面的光线将会经过折射后汇聚于焦点，从而可有效提高聚焦光点的光照强度及亮度。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种像应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种菲涅尔透镜，其包括一入射面及一出射面，在所述入射面环设有多个凸起的齿纹，所述齿纹包括一垂直于入射面的第一表面及一与所述第一表面相交的第二表面，且所述第一表面与第二表面相交成朝向于入射面的锐角；其特征在于，所述第一表面上设置有多个凹槽，所述凹槽具有一朝向于出射面的光学有效面，所述光学有效面与第一表面的朝向入射面的夹角小于投射于第一表面的光线的临界角的两倍。
2.如权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于：所述凹槽呈半圆状。
3.如权利要求2所述的菲涅尔透镜，其特征在于：所述凹槽采用激光光线打点加工而成。
4.如权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于：所述凹槽呈锥状。
5.如权利要求4所述的菲涅尔透镜，其特征在于：所述凹槽采用超精密切削加工而成。
6.如权利要求1所述的菲涅尔透镜，其特征在于：所述菲涅尔透镜采用有机玻璃制成。
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