CN108692294A - 一种异形透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异形透镜，包括反射面以及设于反射面两端的入射面和出射面，所述出射面包括环形的第一出射面以及位于环形内的圆形第二出射面；所述入射面包括相互连接的第一入射面和第二入射面，所述第一入射面与第二入射面形成用于放置光源的凹槽。使用时，经第一入射面折射的光线，经反射面全反射后，由于第一出射面呈环形，从第一出射面射出的形成环形光斑；经第二入射面折射的光线，由于第二出射面呈圆形，从第二出射面射出形成圆形光斑，这样通过一个LED光源产生两个不同形状的光斑，结构简单、巧妙，避免使用多个光源或者透镜来实现，大大降低生产成本。

Description

一种异形透镜
技术领域
本发明涉及透镜配光技术领域，特别是一种异形透镜。
背景技术
透镜是一种改变光线传播路径的元器件，通过设计透镜的形状获得所需的光斑。现有透镜光学系统一个透镜和光源只能产生一个圆形光斑，功能比较单一。如果需要产生多个不同形状的光斑，则需要多个光源和透镜来实现，这样结构复杂，加工成本较高。
随着健康的意识深入人心，越来越多的人们通过夜跑来健身，一般的圆形光斑前后左右比较均匀，而夜跑时更侧重前方的照明，左右的照明为次要的。因此，现有的圆形光斑不能很好的满足人们的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种异形透镜，解决现有的LED灯具产生多个不同形状的光斑，则需要多个光源和透镜来实现，结构复杂，加工成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种异形透镜，包括反射面以及设于反射面两端的入射面和出射面，所述出射面包括环形的第一出射面以及位于环形内的圆形第二出射面；所述入射面包括相互连接的第一入射面和第二入射面，所述第一入射面与第二入射面形成用于放置光源的凹槽；经第一入射面折射的光线，经反射面全反射后，从第一出射面射出；经第二入射面折射的光线，从第二出射面射出。
进一步地，所述第一出射面由多个相互平行且凸起的条形弧面相交形成。
进一步地，所述多个条形弧面包括位于中部的第一条形弧面以及多个位于第一条形弧面两侧的第二条形弧面；第二条形弧面的曲率半径沿着远离第一条形弧面的方向逐渐减小，且第一条形弧面的曲率半径大于第二条形弧面的曲率半径，或第二条形弧面的曲率半径均等于第一条形弧面的曲率半径。
进一步地，所述多个条形弧面的曲率半径的取值范围为0.5mm～3.5mm。
进一步地，所述多个条形弧面的曲率圆心在同一平面上。
进一步地，所述反射面为全反射面，经反射面全反射的光线与光轴的夹角为0°～30°。
进一步地，所述第一入射面与光轴的夹角为1°～7°。
进一步地，所述第二出射面由多个球面呈蜂窝式排列形成。
进一步地，所述球面的曲率半径取值范围为0.3mm～4.5mm。
进一步地，所述第一入射面为圆锥形凹面，所述第二入射面为朝出射面反方向凸出的圆锥形凸面；第二入射面为凹槽的底面，第一入射面为凹槽的侧面；所述第二入射面的表面积小于第二出射面的表面积，经第二入射面折射后的光线与光轴之间的夹角为0°～20°。
相对于现有技术，本发明提供的一种异形透镜，使用时，经第一入射面折射的光线，经反射面全反射后，由于第一出射面呈环形，从第一出射面射出的形成环形光斑；经第二入射面折射的光线，由于第二出射面呈圆形，从第二出射面射出形成圆形光斑，这样通过一个LED光源产生两个不同形状的光斑，结构简单、巧妙，避免使用多个光源或者透镜来实现，大大降低生产成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的异形透镜的立体示意图；
图2是本发明提供的LED灯具剖视示意图；
图3是第一出射面光斑的光效能图；
图4是异形透镜的部分光线路径示意图；
图5是图2中A部局部放大示意图；
图6是椭圆形跑道状光斑的光效能图；
图7是第二出射面光斑的光效能图；
图8是异形透镜的中部光线路径示意图；
图9是大角度圆形光斑的光效能图；
图10是图2中的LED灯具复合光斑的光效能图；
图11是图2中LED灯具复合光斑的配光曲线图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1和2所示，本发明提供一种异形透镜100，包括反射面10以及设于反射面10两端的入射面20和出射面30。出射面30包括环形的第一出射面31以及位于环形内的圆形第二出射面32，入射面20包括相互连接的第一入射面21和第二入射面22，第一入射面21与第二入射面22形成用于放置光源的凹槽40。其中，反射面10由对称的两弧线绕其对称轴旋转180°而成，两弧线对称点之间的距离沿朝向出射面30的方向逐渐增大。
使用时，经第一入射面21折射的光线，经反射面10全反射后，由于第一出射面31呈环形，从第一出射面31射出的形成环形光斑；经第二入射面22折射的光线，由于第二出射面22呈圆形，从第二出射面32射出形成圆形光斑。这样通过一个LED光源产生两个不同形状的光斑，结构简单、巧妙，避免使用多个光源或者透镜来实现，大大降低加工成本。
在本实施例中，第一出射面31由多个相互平行且凸起的条形弧面相交形成。凸起的条形弧面具有拉伸光斑的作用，能够把光斑拉长1.5～4.7倍，有利于形成椭圆形跑道状光斑(如图3所示)。
如图4所示，第一入射面21与光轴的夹角Q1为1°～7°,反射面10为全反射面，经反射面10全反射的光线与光轴的夹角Q2为0°～30°，即经反射面10全反射的光线与光轴的夹角Q2不是恒定值。其中，反射面10要进行全反射，则需满足光线与法线的夹角Q3大于透镜的临界角，临界角＝arcsin(n2/n1),n1为透镜材质的折射率，n2为空气折射率。例如图3中的五条光线分别与光轴的夹角Q2从右至左依次为5°、4°、2°、1°、6°。
如图5所示，多个条形弧面包括位于中部的第一条形弧面a以及多个位于第一条形弧面a两侧的第二条形弧面b，且第二条形弧面b的曲率半径沿着远离第一条形弧面a的方向逐渐减小，第一条形弧面a的曲率半径大于第二条形弧面b的曲率半径。具体地，多个条形弧面的曲率半径的取值范围为0.5mm～3.5mm。另外，所有条形弧面的曲率圆心在同一平面B上，这样会使第一出射面31向外凸出形成平凸结构。每一条形弧面的跨度L大于两倍的高度H。由于经反射面10全反射的光线与光轴的夹角Q2不是恒定值，并且条形弧面的曲率半径也是变化的，所以实现出射的光线形成比较规则的椭圆形跑道状光斑(如图6所示)。
在其它实施例中，第二条形弧面b的曲率半径均等于第一条形弧面a，这样也可以形成椭圆形跑道状光斑。
在本实施例中，第二出射面32由多个球面c呈蜂窝式排列形成，其中球面c的曲率半径取值范围为0.3mm～4.5mm。该结构可以将出射光斑的直径扩大1.05～1.2倍，同时有效提升光斑的均匀度，产生大角度均匀圆形光斑(如图7所示)。
如图8所示，第一入射面21为圆锥形凹面，便于折射后的光线射在反射面10上，第二入射面22为朝出射面30反方向凸出的圆锥形凸面，便于折射后的光线射入第二出射面32。其中，第二入射面22为凹槽的底面，第一入射面21为凹槽的侧面。在本实施例中，第二入射面22的表面积小于第二出射面32的表面积，同时经第二入射面22折射后的光线与光轴之间的夹角Q5为0°～20°，使进入第二入射面22的光线均从第二出射面32射出，提高光的利用率(如图9所示)。
在其它实施例中，第二出射面32还可以由多个凸出的条形弧面连接形成，其中，第二出射面32的条形弧面与第一出射面31的条形弧面在长度方向上相互垂直，这样能够获得由两个椭圆形光斑叠加形成的“十”字形光斑，提供个性化的需求。
如图2所示，本发明还提供一种LED灯具，包括LED光源200以及上述的异形透镜100，LED光源200设于异形透镜100的凹槽40内。具体地，LED灯源200位于异形透镜100的光轴上且朝向第二入射面22，第二入射面22与第一入射面21连接的边缘到LED光源发光点的连线与光轴之间的夹角Q4为0°～60°。在本实施例中，第二入射面22与第一入射面21连接的边缘到LED光源发光点的连线与光轴之间的夹角Q4＝29°。
如图10是LED灯具形成复合光斑的光效能图，图11是LED灯具形成复合光斑的配光曲线图，由此可知，LED灯具在两米处的照明效果最好，其中部为侧重于前方的椭圆形跑道状光斑，其周缘为大角度圆形光斑，照明范围大，为夜跑锻炼者提供安全保障。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种异形透镜，其特征在于，包括反射面以及设于反射面两端的入射面和出射面，所述出射面包括环形的第一出射面以及位于环形内的圆形第二出射面；所述入射面包括相互连接的第一入射面和第二入射面，所述第一入射面与第二入射面形成用于放置光源的凹槽；经第一入射面折射的光线，经反射面全反射后，从第一出射面射出；经第二入射面折射的光线，从第二出射面射出。
2.根据权利要求1所述的异形透镜，其特征在于，所述第一出射面由多个相互平行且凸起的条形弧面相交形成。
3.根据权利要求2所述的异形透镜，其特征在于，所述多个条形弧面包括位于中部的第一条形弧面以及多个位于第一条形弧面两侧的第二条形弧面；第二条形弧面的曲率半径沿着远离第一条形弧面的方向逐渐减小，且第一条形弧面的曲率半径大于第二条形弧面的曲率半径，或第二条形弧面的曲率半径均等于第一条形弧面的曲率半径。
4.根据权利要求3所述的异形透镜，其特征在于，所述多个条形弧面的曲率半径的取值范围为0.5mm～3.5mm。
5.根据权利要求3所述的异形透镜，其特征在于，所述多个条形弧面的曲率圆心在同一平面上。
6.根据权利要求1所述的异形透镜，其特征在于，所述反射面为全反射面，经反射面全反射的光线与光轴的夹角为0°～30°。
7.根据权利要求6所述的异形透镜，其特征在于，所述第一入射面与光轴的夹角为1°～7°。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的异形透镜，其特征在于，所述第二出射面由多个球面呈蜂窝式排列形成。
9.根据权利要求8所述的异形透镜，其特征在于，所述球面的曲率半径取值范围为0.3mm～4.5mm。
10.根据权利要求8所述的异形透镜，其特征在于，所述第一入射面为圆锥形凹面，所述第二入射面为朝出射面反方向凸出的圆锥形凸面；第二入射面为凹槽的底面，第一入射面为凹槽的侧面；所述第二入射面的表面积小于第二出射面的表面积，经第二入射面折射后的光线与光轴之间的夹角为0°～20°。
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