CN108826229A - 一种调焦灯透镜组及对应的照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调焦灯透镜组，所述调焦灯透镜组包括与光源间距固定不变并能将光源的所有光线射出的第一透镜、位于所述第一透镜出光侧的透镜组件；所述透镜组件包括至少一个凹透镜和至少一个位于所述第一透镜与凹透镜间的凸透镜；所述凸透镜与凹透镜具有相同的半径和折射率，凸透镜的凸面与凹透镜的凹面相对设置，所述凸透镜与凹透镜的间距可调以能得到不同的发光角度。采用该透镜组，提高了光效率，照射效果好。

Description

一种调焦灯透镜组及对应的照明系统
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种调焦灯透镜组及对应的照明系统。
背景技术
随着LED灯应用的越来越广泛，也对LED的灯光照射提出了更高要求，如在商场、柜台等场合，需要灯具具有柔和灵动的光线，避免眩光，防止对客户造成视觉压力，而在路灯照明中，尤其是在雾霾天气，希望灯具发出的灯光能照射的足够远，具有足够的穿透力。
众所周知，影响光效的一个重要因素是出射光的角度，为了满足不同的光效需求，人们试图通过设计不同的变焦灯透镜，改变出射光的角度来实现对灯光效果的完善。目前，现有的变焦灯透镜主要有单颗凸透镜、变焦准直透镜、多透镜组合模式等三种，分别如图1(a)-1(c)所示。
其中，图1(a)示出的单颗凸透镜变焦透镜主要通过调节凸透镜与LED光源的距离实现发光角度的改变，这种方式光效比较低；图1(b)示出的变焦准直透镜主要通过将凸透镜靠近LED灯方向移动实现大角度光线需求，而通过全反射面和凸透镜的配合实现小角度光线需求，该种配光方式虽具有多种调节能力，光效比较高，但在调焦过程中，很容易因为凸透镜和全反射面对于光源变化关系不一致而导致照射光斑分层；图1(c)示出的多透镜组合通过一系列的凸透镜和凹透镜配合对光线进行调整，该种配光方式虽然产生的光斑清晰，照射效果好，但光学效率低。
发明内容
本发明的目的在于解决或者至少部分减少上述讨论的问题。
特别的，根据本发明的第一方面，提供一种高光效且照射光斑变化自然的调焦灯透镜组。所述调焦灯透镜组包括与光源间距固定不变并能将光源的所有光线射出的第一透镜、位于第一透镜出光侧的透镜组件；
所述透镜组件包括至少一个凹透镜和至少一个位于所述第一透镜与凹透镜间的凸透镜；
所述凸透镜与凹透镜具有相同的半径和折射率，凸透镜的凸面与凹透镜的凹面相对设置，所述凸透镜与凹透镜的间距可调以能得到不同的发光角度。
特别的，本申请还提供一种照明系统，所述照明系统包括光源、对所述光源发出的光线进行处理的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述调焦灯透镜组采用如上所述的调光灯透镜组。
与现有技术相比，本发明的优点在于：调焦灯透镜组的第一透镜能将光源发出的所有光线射出，该种方式确保了光源光线利用率，使得光学效率得到保障，同时第一透镜与光源间的距离固定不变，即在进行调光时无需移动第一透镜的位置，仅通过改变透镜组件中折射率和半径均相同的凸透镜与凹透镜间的距离来实现照明系统发光角度的调节，克服了以往因为全反射透镜和凸透镜相对于光源变化关系不一致导致光斑分层的问题，使得光斑清晰，提高了照射效果。
附图说明
图1(a)-1(c)为现有技术的三种变焦灯透镜结构示意图。
图2为本发明调焦灯透镜组对应的一种实施例结构示意图。
图3(a)为图2对应的出光效果图。
图3(b)为图2中的平凹透镜移位后位于平凸透镜的焦点内的出光效果图。
图3(c)为图2中的平凹透镜移位后位于平凸透镜的焦点上的出光效果图。
图3(d)为图2中的平凹透镜移位后位于平凸透镜的焦点外的出光效果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图2、图3(a)-3(d)示出了本申请调焦灯透镜组的一种实施例结构及对应形成的照明系统。本申请的调焦灯透镜组包括能将光源发出的所有光线射出的第一透镜、位于第一透镜出光侧并能通过调整其自身内部器件间的间距以得到不同发光角度的透镜组件，该第一透镜与光源间的距离不可变，透镜组件由至少一个凸透镜和至少一个凹透镜组成，该凸透镜的半径、折射率与凹透镜的半径、折射率相同，该凸透镜位于第一透镜与凹透镜之间，同时凸透镜的凸面与凹透镜的凹面相对设置。
本申请中第一透镜与光源间的距离固定，当光线由第一透镜射出时，不论其射出角度，还是射出范围都是固定的、稳定的，换言之，可以这样想象，第一透镜与光源共同形成一个稳定的相对光源，在具体运用过程中即是对该相对光源发出的光进行调节。
相对光源发出的光经过由凸透镜与凹透镜组合成的透镜组件进行调整，需要注意的是，凸透镜与凹透镜具有相反的出光成像特性，当设定凸透镜与凹透镜具有相同的半径R和相同的折射率n时，若分别调节凸透镜与相对光源、凹透镜与相对光源间的距离，就会出现二者相对于相对光源的变化关系具有一致性，也即，当调整凸透镜与凹透镜间的距离时，不会出现因为与光源关系不一致而导致出光紊乱，造成照射光斑分层模糊不清。
很显然，当凸透镜与凹透镜间的距离不同时，照明系统的发光角度和照射范围也不一样，而采用如上的透镜组件时，不论如何调整内部组成间的距离，均不会出现光斑不清晰的问题，故而可以根据需要自由调整透镜组件，从而满足不同的照明要求。凸透镜与凹透镜间距离发生变化时形成的不同光路及效果，将在后文详细阐述。
可以想象的是，凸透镜与凹透镜具有的个数可以相同，也可以不同，也即形成透镜组件的凸凹透镜组合有多种。在本实施例中，选择采用一个凸透镜与一个凹透镜形成透镜组件。
本申请的调焦灯透镜组还能将光源发出的所有光通过第一透镜射出，很明显，这样能提高光源的利用率，也就是说，本申请的调焦灯透镜组能充分利用光源发出的光，实现高光效。为了进一步提高光学效率，本申请的第一透镜还能将光源发出的所有光线径行准直，也即第一透镜具有准直效果，除了能将光源发出的所有光束射出外，还能同时将光源发出的所有光束以平行光的方式射向透镜组件。
本申请的一种实施例，采用全内反射透镜作为第一透镜，当光线射入全内反射透镜的全反射面时，全反射面能将该射入光线全部反射而无折射发生，从而降低光线损失。同时，该全内反射透镜这样设计，全内反射面与全内反射面的出射面以及入射面的曲率满足，光线由入射面射入，经全内反射面反射并经出射面射出时，光线以平行光射出。本实施例中的全内反射透镜采用轴对称设计，下面将结合附图2、3(a)-3(b)对本申请的调焦灯透镜组展开详细说明。
如图2所示，调焦灯透镜组包括轴对称设计的全内反射透镜1、由折射率和半径均相同的凸透镜21和凹透镜22组合成的透镜组件2。其中，全内反射透镜1呈杯状结构，在入射侧的中心区域处形成有容置光源3的凹槽11，该凹槽11具有侧入射面111、中心入射面112，全内反射透镜1的全内反射面12形成于侧面并与侧入射面111相连，全内反射透镜1的出射面13成型于入射侧的对面并与全内反射面12相连。
如图3(a)-3(d)所示，光源3的出光面朝向中心入射面112，为了实现全内反射面1能吸收光源3发出的所有光线，所述光源3的背光面与该凹槽11的开口端齐平，同时，该光源3位于全内反射透镜1的对称轴上，该全内反射面12以正曲率沿着光线出射方向成型。本实施例中，全内反射面12被设计成，当光线由侧入射面111进入全内反射面12后，经全内反射面12反射的光线以平行光射向出射面13，并由出射面13平行射出，因此，出射面13对应配合设计成平面，中心入射面112呈凸透镜面，光源的光线射入凸透镜面后也以平行光的方式射向出射面13并水平射出，因而可以得出，该光源3位于该凸透镜面的焦点上。该全内反射透镜1由此设计而具有了准直功能，而水平射出的光线相对于散射处的光线而言，可被利用率更高，因而该设计起到了二次确保光线被充分利用的效果，此时可以等效成，光源3与全内反射透镜1形成的相对光源向透镜组件发射出平行光。同时，需要说明的是，所述光源3也可以位于凹槽11内部，此时凸透镜面的焦点位于凹槽内部，对应的只要侧入射面的曲率与全内反射面的曲率满足，光线由侧入射面射入，全内反射面反射时反射光线为平行光，同样能实现在出射面为平面时，出射光为平行光，而此时由于光源3位于凹槽内，故而其发出的所有光同样能被全部反射，此处不再一一展开。
继续参见图2，该透镜组件2中的凸透镜21为平凸透镜、凹透镜22为平凹透镜，平凸透镜位于全内反射透明1和平凹透镜之间，同时，平凸透镜的凸面与平凹透镜的凹面吻合，从而对应形成的光路效果对应图3(a)。
下面就将针对凸透镜与凹透镜间的不同距离，形成的不同光路效果进行阐述。当平凸透镜的凸面与平凹透镜的凹面吻合时，由于二者半径以及折射率均相同，故而当二者重合时就相当于形成了一个平板透镜，而平行光由平板透镜射入再射出时，光线传播方向不会发生偏移，从而仍旧以平行角度射出，如图3(a)展示，此时形成的发光角度最小，也即形成小角度光。
当凹透镜与凸透镜间的间距增大时，整个照明系统的发光角度也会逐渐增大。假设凸透镜的半径为R，折射率为n，则该平凸透镜的焦距f＝R/(n-1)。当平凹透镜远离平凸透镜，但位于平凸透镜的焦点f以内时，光线会发生一定偏移，如图3(b)所示，此时经平凹透镜投射出的光线角度相对图3(a)而言，出现一定的向外的偏移。
当平凸透镜继续移动，位于平凹透镜的焦点上，以及位于平凹透镜的焦点外时，分别对应图3(c)和图3(d)的效果图，可知，当平凸透镜处于图3(d)所示位置时，此时的发光角度最大，所能照射范围也最大。因而，可以想象，使用者在使用时完全可以根据自己的需要选择凸透镜与凹透镜间的距离以形成所希望的光效果。
需要说明的是，本实施例仅以移动凹透镜为例进行了说明，但在实际操作中，完全可以根据需要同时移动凸透镜和凹透镜，从而满足更多的光效需求，此处便不再赘述。
除了上述改进外，其他相类似的改进也包含在本发明的改进范围内，此处就不再赘述。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形。

Claims (9)

1.一种调焦灯透镜组，其特征在于：
所述调焦灯透镜组包括与光源间距固定不变并能将光源的所有光线射出的第一透镜、位于所述第一透镜出光侧的透镜组件；
所述透镜组件包括至少一个凹透镜和至少一个位于所述第一透镜与凹透镜间的凸透镜；
所述凸透镜与凹透镜具有相同的半径和折射率，凸透镜的凸面与凹透镜的凹面相对设置，所述凸透镜与凹透镜的间距可调以能得到不同的发光角度。
2.根据权利要求1所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述第一透镜为能将光源发出的所有光线径行准直射出的透镜。
3.根据权利要求1所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述第一透镜为全内反射透镜。
4.根据权利要求2所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述第一透镜为能将光源的所有光线准直射出的全内反射透镜。
5.根据权利要求4所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述全内反射透镜包括成型于全内反射透镜入射侧的中心区域处用以容置光源的凹槽，所述凹槽具有侧入射面和中心入射面，
成型于侧面并与侧入射面相连的全内反射面，
以及形成于入射侧的对面并与全内反射面相连的出射面；
所述全内反射面与出射面及入射面的曲率满足，光源的所有光线经入射面射入、全内反射面反射后由出射面以平行光射出。
6.根据权利要求5所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述全内反射透镜轴对称成型；
所述中心入射面为凸透镜面，所述凸透镜面的焦点位于凹槽内，所述光源位于所述焦点上；
所述侧入射面与全内反射面满足，光源的光线由侧入射面射入、经全内反射面反射形成的反射光水平射向出射面，所述出射面对应为平面。
7.根据权利要求5所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述全内反射透镜轴对称成型；
所述中心入射面为凸透镜面，所述凸透镜面的焦点与凹槽开口端和全内反射透镜的对称轴相交形成的交点重合，所述光源位于所述焦点上且光源的背光面与凹槽开口端齐平；
所述侧入射面与全内反射面满足，光源的光线由侧入射面射入、经全内反射面反射形成的反射光水平射向出射面，所述出射面对应为平面。
8.根据权利要求1所述的调焦灯透镜组，其特征在于：
所述凹透镜与凸透镜间的距离从包括所述凹面与凸面重合、所述凹透镜位于凸透镜焦点以内、所述凹透镜位于凸透镜焦点上、所述凹透镜位于凸透镜焦点外中选择。
9.一种照明系统，包括光源、对所述光源发出的光线进行处理的焦灯透镜组，其特征在于：
所述调焦灯透镜组采用如权利要求1-8中任一项所述的调光灯透镜组。
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