CN112728502B

CN112728502B - 透镜及灯具

Info

Publication number: CN112728502B
Application number: CN202011635959.4A
Authority: CN
Inventors: 程治明; 黄峰
Original assignee: Midea Intelligent Lighting and Controls Technology Co Ltd
Current assignee: Midea Intelligent Lighting and Controls Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112728502A

Abstract

本发明的透镜包括透镜本体、光入射面、光出射面和光反射面，透镜本体为条状结构，光入射面设于透镜本体的一侧，光入射面包括多个子入射面，多个子入射面合围成朝向透镜本体凹陷设置的容纳腔，光出射面设于透镜本体的另一侧,并与光入射面相对设置，光出射面包括多个子出射面，子出射面的数量与子入射面的数量相等，光反射面与光入射面设于透镜本体的同一侧外表面，其中，一部分子入射面与一部分子出射面分别一一对应设置，并构成至少两个折射面组，另一部分子入射面和另一部分子出射面分别与光反射面相对设置并共同构成反射面组。根据本发明的透镜，能够保证光接收面的长度范围内的照度基本一致，从而提高光照效果。

Description

透镜及灯具

技术领域

本发明属于照明设备技术领域，具体涉及一种透镜及具有该透镜的灯具。

背景技术

随着照明技术及人们对照明品质要求的提升，低眩光、均匀度等指标要求越来越高，超近距离的照明方式越来越多地应用在黑板照明、道路照明、洗墙等场景。超近距布灯要求光束集中以获得较高光利用率，但同时近距离的照射容易导致接受面照度分布不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的是至少解决光线离接受面太近导致接受面照度分布不均匀的问题。该目的是通过以下方式实现的：

本发明的一方面提出一种透镜，所述透镜包括：

透镜本体，所述透镜本体为条状结构；

光入射面，所述光入射面设于所述透镜本体的一侧，所述光入射面包括多个子入射面，多个所述子入射面合围成朝向所述透镜本体凹陷设置的容纳腔；

光出射面，所述光出射面设于所述透镜本体的另一侧,并与所述光入射面相对设置，所述光出射面包括多个子出射面，所述子出射面的数量与所述子入射面的数量相等；

光反射面，所述光反射面与所述光入射面设于所述透镜本体的同一侧外表面；

其中，一部分所述子入射面与一部分所述子出射面分别一一对应设置，并构成至少两个折射面组，另一部分所述子入射面和另一部分所述子出射面分别与所述光反射面相对设置并共同构成反射面组。

根据本发明的透镜，将光入射面设置成多个顺序连接的子入射面，光出射面设置成多个顺序连接的子出射面，并将一部分子入射面与一部分子出射面分别一一对应设置，并构成至少两个折射面组，通过至少两个折射面组对入射光按照光强分配照射到光接收面的不同长度范围内，从而改善光接收面的长度范围内的照度分配性，同时通过反射面组对光接收面的全长度范围内进行照射，保证光接收面的长度范围内的照度基本一致，从而提高光照效果，满足光照需求。

另外，根据本发明的透镜，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，任一个所述折射面组的所述子入射面和所述子出射面中的至少一个为曲面。

在本发明的一些实施方式中，所述曲面具有连续变化的曲率。

在本发明的一些实施方式中，所述折射面组的数量为两个，两个所述折射面组分别为第一折射面组和第二折射面组，所述第二折射面组连接所述第一折射面组和所述反射面组，所述第二折射面组对应的入射角的范围大于所述第一折射面组对应的入射角的范围。

在本发明的一些实施方式中，所述第一折射面组包括第一子入射面和第一子出射面，所述第二折射面组包括第二子入射面和第二子出射面，其中，所述第二子出射面的面积大于所述第一子出射面的面积。

在本发明的一些实施方式中，所述第二子出射面为第一曲面，所述第一子入射面为第二曲面，所述第一曲面的曲率大于所述第二曲面的曲率。

在本发明的一些实施方式中，所述光反射面为曲面结构。

在本发明的一些实施方式中，至少部分所述子入射面和/或子出射面上设有光微结构，所述光微结构包括棱条、珠面、鳞甲和磨砂中的至少一种。

在本发明的一些实施方式中，所述透镜还包括至少一个安装部，所述光入射面和所述光出射面之间设有所述安装部，和/或所述光反射面和所述光出射面之间设有所述安装部，和/或所述光反射面和所述光入射面之间设有所述安装部。

本发明的另一方面还提出了一种灯具，所述灯具包括上述任一项所述的透镜，所述灯具还包括光源，所述光源设于所述透镜的朝向透镜本体凹陷设置的容纳腔内。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。其中：

图1为本发明实施方式的透镜的整体结构示意图；

图2为图1中A部的放大结构示意图；

图3为图1中透镜的另一角度的结构示意图；

图4为图3中B部的放大结构示意图；

图5为包含有图1中透镜的灯具的剖切面的结构示意图；

图6为图5中光源的光强分配角度示意图；

图7为图5中灯具通过第一折射面组对光接收面的第一长度范围内进行照射时的光线路径图；

图8为图5中灯具通过第二折射面组对光接收面的第二长度范围内进行照射时的光线路径图；

图9为图5中灯具通过反射面组对光接收面的全长度范围内进行照射时的光线路径图。

附图中各标号表示如下：

100：灯具；

10：透镜；

11：透镜本体、111：容纳腔；

12：光入射面、121：第一子入射面、122：第二子入射面、123：第三子入射面；

13：光出射面、131：第一子出射面、132：第二子出射面、133：第三子出射面；

14：光反射面；

15：第一安装部；

16：第二安装部；

17：光微结构；

20：光源；

200：光接收面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

结合图1至图5所示，本发明提出了一种灯具100，用于在黑板灯、低位路灯及洗墙灯等用于近距离照射的场景，当然，本领域内的技术人员可以理解，灯具100还可以用去其他照射场景，在此不再进行一一例举。本实施方式的灯具100包括透镜10和光源20。透镜10包括透镜本体11、光入射面12、光出射面13和光反射面14，其中，透镜本体10 为条状结构，可采用用塑料、玻璃等材质制成。光入射面12设于透镜本体10的一侧外表面，光入射面12包括顺序连接的第一子入射面121、第二子入射面122和第三子入射面 123，第一子入射面121、第二子入射面122和第三子入射面123合围成朝向透镜本体10 凹陷设置的容纳腔111，光源20设于该容纳腔111内，并用于朝向光入射面12发射光线。光出射面13设于透镜本体11的另一侧外表面并与光入射面12相对设置，光出射面13包括多个顺序连接的第一子出射面131、第二子出射面132和第三子出射面133 。光反射面 14与光入射面12设于透镜本体11的同一侧外表面，光反射面14的一侧边缘与光入射面 12相连，光反射面14的另一侧边缘与光出射面13相连。其中，第一子入射面121与第一子出射面131构成第一折射面组，第二子入射面122与第二子出射面132构成第二折射面组，第三子入射面123、第三子出射面133和光反射面14共同构成反射面组。

根据本发明的透镜10和灯具100，将光入射面12设置成顺序连接的第一子入射面121、第二子入射面122和第三子入射面123，光出射面13设置成顺序连接的第一子出射面131、第二子出射面132和第三子出射面133，并将第一子入射面121与第一子出射面131构成第一折射面组，第二子入射面122与第二子出射面132构成第二折射面组，第三子入射面123、第三子出射面133和光反射面14共同构成反射面组，通过第一折射面组和第二折射面组对入射光按照光强分配照射到光接收面200的长度范围内，同时通过反射面组对光接收面200的全长度范围内进行照射，从而改善光接收面200的长度范围内的照度分配性，保证光接收面200的长度范围内的照度基本一致，从而提高光照效果，满足光照需求。

本实施方式的透镜本体11可以呈长条形，且透镜本体11可以沿直线延伸，透镜本体 11的长度可以根据实际应用具体设置。光入射面12与光出射面13可以沿图5中的上下方向相对设置，光出射面13设于图5中灯源20所示位置的上方，光入射面12和光反射面 14设于图5中灯源20所示位置的下方，当用于对光接收面200进行照射时，将图5中所示灯源20逆时针转动90°设置，使光入射面12靠近光接收面200设置，光反射面14远离光接收面200设置，同时将光源20设于光接收面200的近端，即光接收面200靠近观察者的一端，光入射面12朝向观察者设置，光出射面13朝向光接收面200的远离观察者的延伸方向设置。容纳腔111的背离光出射面13的一侧敞开以容纳光源20，光源20可选为LED灯珠，但不限于此。当光源20为LED灯珠时，LED灯珠可以为多个，多个LED灯珠可以均位于容纳腔111内，且多个LED灯珠可以沿透镜本体11的轴向方向(即长度方向) 依次布置。

如图6所示，以光源20的发光面中心为原点，将过原点的水平线以上的空间分为三部分，三部分的角度范围分别为α₁、α₂、α₃，三个角度的优选范围α₁∈(π/18,π/3)，α₂∈(π/3,π/2)，α₃由α₁、α₂的取值决定，其中α₂角度范围内的光强大于α₃和α₁角度范围内的光强。

在结合图7至图9所示，第一折射面组用于控制α₁角度范围内的光能量，第一子入射面121用于接收α₁角度范围内的光能量，并通过第一子出射面131将α₁角度范围内的光能量照射至光接收面200的第一长度L1范围内，其中，图7中虚线表示第一折射面组内光线的边界线。第二折射面组用于控制α₂角度范围内的光能量，第二子入射面122用于接收α₂角度范围内的光能量，并通过第二子出射面132将α₂角度范围内的光能量照射至光接收面200的第二长度L2范围内，其中，图8中虚线表示第二折射面组内光线的边界线。反射面组用于控制α₃角度范围内的光能量，第三子入射面123用于接收α₃角度范围内的光能量，并将α₃角度范围内的光能量折射至光反射面14上，并通过光反射面14的作用将α₃角度范围内的光能量反射至第三子出射面133上，并最终通过第三子出射面133将α₃角度范围内的光能量照射至光接收面200的全长度范围内，其中，图9中虚线表示反射面组内光线的边界线，从而实现对光接收面200的全长度范围的全覆盖照射。

结合图1至图4所示，由于α₂的角度范围大于α₁的角度范围内，为保证α₂角度范围和α₁角度范围的光能够覆盖照射到各自对应的光接收面200的长度范围内，本实施方式的第二折射面组对应的入射角的范围大于第一折射面组对应的入射角的范围，且第二子出射面132的面积大于第一子出射面131的面积。

光接收面200上的照度E与出光面距离s间的关系如下：

E∝I/s²，或I＝E*s²

其中I为照射至光接收面200上的光强。当要求光接收面200上的照度E一定时，光强随距离s的增大而迅速增加，即若要保证光接收面200的照度一致，投射到远距离的光强要远大于投射在近距离的光强。因此，本实施方式中的透镜10通过调整第一折射面组和第二折射面组的折射角度，将光源20的光能量按照光强不同分别照射至光接收面200 的不同长度范围内，其中，第二折射面组将光强较大的光照射至距光源20较远的第二长度L2范围内，第一折射面组将光强较小的光照射至距光源20较近的第一长度L1范围内，从而有效地改善光接收面200的长度范围内的照度分配性，保证光接收面200的长度范围内的照度基本一致，从而提高光照效果，满足光照需求。

本实施方式的反射面组具有很强的截光能力，可将光能量截止在光接收面200的边界，同时避免杂光直射人眼造成眩光，并能够进一步地提高光接收面200的长度范围内的照度的一致性。

在本申请的其他实施方式中，透镜10还可以包括超过两个的多个折射面组，相应的多个折射面组包括一一对应设置的多个子入射面和多个子出射面，并通过调整多个子入射面和多个子出射面之间的角度，将光强进一步地分配照射至光接收面200的多段长度范围内，从而使光接收面200内的照度更加均匀。

结合图1至图4所示，本实施方式中第一折射面组的第一子入射面121为曲面，第一子出射面131为平面，从而通过平面和曲面的配合将α₁角度范围内的光能量折射至光接收面200的第一长度L1范围内。第二折射面组的第二子入射面122为平面，第二子出射面 132为曲面，从而通过平面和曲面的配合将α₂角度范围内的光能量折射至光接收面200的第二长度L2范围内。反射面组的光反射面14为曲面，第三子入射面123和第三子出射面 133均为平面，从而通过平面和曲面的配合将α₃角度范围内的光能量照射至光接收面200 的全长度范围内。其中，第一子入射面121、第二子出射面132和光反射面14的母线为标准圆弧线、椭圆线、双曲线等有方程定义的曲线及无方程可定义的自由曲线中的任一种。曲面在截面上的投影即为母线。

本实施方式中，由于α₁角度范围内的光能量小、面组聚光性不强，折射后形成汇聚性不强、光强不大的出射光，照射到光接收面200与灯具20较近的第一长度L1范围内，该部分与灯具距离s很小，仅需要较弱的光强即可达到较大照度。而α₂角度范围内的光被第二折射面组折射，由于α₂角度范围内的光能量大、面组聚光性强，折射后形成汇聚性强、光强极大的出射光，照射到光接收面200与灯具20较远的部第二长度L2范围内，该部分与灯具20的距离s较大，需要很大的光强才能达到较大照度，从而满足光接收面200全长度范围内的光照一致性。α₃角度范围内的光能量大于α₁角度范围内的光能量，且小于α₂角度范围内的光能量，反射面组用于将α₃角度范围内的光投向整个光接收面200，从而使使第一长度L1和第二长度L2内的照度均得到提升，从而提升光接收面200的整体照度的均匀性。同时，反射面组朝向观察者设置，对光线具有一定的拦截作用，避免光线直接照射到人眼造成眩光，同时也能提高光利用率。其中，第一长度L1的具体长度根据α₁、α₂的取值范围及对应折射面组的聚光度而定，优选范围在总长度1/3以内。

本实施方式的光反射面14为全反射面。即经第三子入射面123折射后射在该表面上的光线仍全部反射至透镜本体11内。在本实施方式的其他实施方式中，光反射面14也可以包括非全反射表面，即经第三子入射面123折射后射在该表面上的光线的一部分反射至透镜本体11内，另一部分折射至透镜本体11外的环境例如空气中，此时以反射为主，也就是说，光反射面14为非全反射面时，照射在该表面上的大部分光线反射至透镜本体11 内、一小部分光线发生折射。

在本实施方式的其他示例中，还可以将第一子出射面131设为曲面，第一子入射面121 设为平面，或将第一子出射面131和第一子入射面121同时设为曲面，同样能够满足对光照角度的调整。

在本实施方式的其他示例中，还可以将第二子入射面122设为曲面，第二子出射面132 设为平面，或将第二子入射面122和第二子出射面132同时设为曲面，同样能够满足对光照角度的调整。

在本实施方式的其他示例中，还可以将反射面组中的第三子入射面123和第三子出射面133中的其中一个设置成曲面，或二者同时设置成曲面，同样能够满足对光照角度的调整。

结合1至图4所示，本实施方式中的第一子入射面121和第二子出射面132均具有连续变化的曲率，从而保证折射光能够连续地照射至光接收面200的全长度范围内。为保证α₂角度范围内的光能量的照射距离大于α₁角度范围内的光能量的照射距离，本实施方式中透镜本体11的横截面上，第二子出射面132的曲率大于第一子入射面121的曲率，从而保证了光线经第二子出射面132的折射后的方向与透镜本体11的中心纵截面之间的夹角较小，最终照射在光接收面200的距离灯具200较远的第二长度L2的范围内内，保证了光线经第一子入射面121的折射后的方向与透镜本体11的中心纵截面之间的夹角较大，并最终照射在光接收面200的距离灯具200较近的第一长度L1的范围内内。

再结合图1至图4所示，本实施方式的第二子入射面122和第三子出射面133上设有光微结构17，光微结构17包括棱条、珠面、鳞甲和磨砂中的至少一种。通过光微结构17 的设置，使光在空间中的色分布更加均匀，同时也能增大可视出光面积从而降低蓝光危害。第一折射面组用于控制的α₁角度范围内的光能量很弱，表面可不做光微结构以降低模具制作的复杂度。每个光微结构为具有相同曲率的偏光面，形成所需的光接收面200的均匀照度的分布。每个光微结构17的面的曲率为由大到小渐变过渡，曲率越小变化率越缓。在本实施方式的其他实施方式中，还可以在第二子出射面132和/或第三子入射面123 上设置光微结构17。

再结合图1至图4所示，本实施方式的透镜10还包括第一安装部15和第二安装部16，第一安装部15设于光入射面12和光出射面13之间，第二安装部16设于光反射面14和光出射面13之间，且第一安装部15和第二安装部16关于透镜本体11的中心纵截面非对称设置。通过在透镜本体11的两端分别设置第一安装部15和第二安装部16，便于将透镜 10通过第一安装部15和第二安装部16安装在灯具100的其他部件例如壳体上，从而方便了灯具100的组装，同时保证了透镜10与光源20之间的相对位置在设计容差范围内。通过将第一安装部15和第二安装部16设置为关于透镜本体11的中心纵截面非对称，实现了透镜10的防呆设计，使得操作者可以无需花费过多的注意力、也无需经验和专业知识等即可直接无误地完成相应的正确的操作，方便了透镜10的操作、使用。其中，第一安装部15和第二安装部16可以是嵌入结构件的卡扣、插销等，也可以是与PCB匹配的定位柱、卡扣等。

可以理解的是，第一安装部15和第二安装部16还可以形成为其他形状、朝向其他方向延伸，只需保证第一安装部15和第二安装部16关于透镜本体11的中心纵截面非对称即可。

在本申请的其他实施方式中，还可以在光反射面14和光入射面12之间设置第三安装部(图中未示出)，从而通过第三安装部安装固定透镜10。

这里，需要说明的是，“透镜10与光源20之间的相对位置在设计容差范围内”可以指透镜10在设计过程中，光源20具有其理想安装位置，透镜10在实际应用过程中，光源20的实际安装位置与其理想安装位置之间存在误差，该误差在设计容差范围内。其中，光源20的理想安装位置可以为容纳腔111内的任意位置，可以根据设计需求具体设置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种透镜，其特征在于，包括：

透镜本体，所述透镜本体为条状结构；

光出射面，所述光出射面设于所述透镜本体的另一侧，并与所述光入射面相对设置，所述光出射面包括多个子出射面，所述子出射面的数量与所述子入射面的数量相等；

光反射面，所述光反射面与所述光入射面设于所述透镜本体的同一侧；

其中，一部分所述子入射面与一部分所述子出射面分别一一对应设置，并构成至少两个折射面组，另一部分所述子入射面和另一部分所述子出射面分别与所述光反射面相对设置并共同构成反射面组；

所述折射面组的数量为两个，两个所述折射面组分别为第一折射面组和第二折射面组，所述第二折射面组连接所述第一折射面组和所述反射面组，所述第二折射面组对应的入射角的范围大于所述第一折射面组对应的入射角的范围。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，任一个所述折射面组的所述子入射面和所述子出射面中的至少一个为曲面。

3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述曲面具有连续变化的曲率。

4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述第一折射面组包括第一子入射面和第一子出射面，所述第二折射面组包括第二子入射面和第二子出射面，其中，所述第二子出射面的面积大于所述第一子出射面的面积。

5.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，所述第二子出射面为第一曲面，所述第一子入射面为第二曲面，所述第一曲面的曲率大于所述第二曲面的曲率。

6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述光反射面为曲面结构。

7.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，至少部分所述子入射面和/或子出射面上设有光微结构，所述光微结构包括棱条、珠面、鳞甲和磨砂中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括至少一个安装部，所述光入射面和所述光出射面之间设有所述安装部，和/或所述光反射面和所述光出射面之间设有所述安装部,和/或所述光反射面和所述光入射面之间设有所述安装部。

9.一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任一项所述的透镜，所述灯具还包括光源，所述光源设于所述透镜的朝向透镜本体凹陷设置的容纳腔内。