CN114294617A - 透镜、光学系统及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜、光学系统及灯具。透镜包括底面，所述底面向内凹陷形成入光腔，所述入光腔内用于容置光源，所述透镜上方包括依次连接的第一出光面、第二出光面、第三出光面和反射面，所述光源发出的第一部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，在所述第一出光面发生第二次折射后出射；所述光源发出的第二部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，在所述第二出光面发生第二次折射后出射；所述光源发出的第三部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，经所述反射面反射后，在所述第三出光面发生第二次折射后出射，各部分光线出射后向同一侧偏折。透镜将所有光线分成三部分，出射后分别照亮受光面的不同区域使得洗墙效果更为均匀。

Description

透镜、光学系统及灯具

技术领域

本发明涉及一种透镜，特别是一种用于灯具的大角度透镜,以及包括该透镜的光学系统及灯具。

背景技术

在灯光设计时，经常会需要通过透镜来实现偏光效果。现有的偏光透镜多为类似于TIR透镜的偏光方案，如图1所示。TIR透镜控光方式是透镜侧面为全反射面，使光线反射后从透镜的正面出光，通过出光面的不对称偏配光，出光光线以一定的偏光角度照射到墙面上。由于透镜的侧面没有出射光线，全部光线从透镜正面出射，这样被照墙面上靠近底部的区域就会出现暗区，这个暗区会随着灯具与前面水平距离越远而越大。同时由于有效出光面只有透镜的顶部，出光面的面积相对较小，这样透镜表面很亮，直接眩光十分严重。因此，如何消除偏光透镜的暗区，实现均匀的洗墙效果，并且避免眩光是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种出光均匀，不存在暗区的偏光光学方案。

本发明为实现上述功能，所采用的技术方案是提供一种透镜，其特征在于：所述透镜包括底面，所述底面向内凹陷形成入光腔，所述入光腔内用于容置光源，所述透镜上方包括依次连接的第一出光面、第二出光面、第三出光面和反射面，所述第一出光面和所述反射面分别连接所述透镜底面，所述光源发出的第一部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，在所述第一出光面发生第二次折射后出射；所述光源发出的第二部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，在所述第二出光面发生第二次折射后出射；所述光源发出的第三部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，经所述反射面反射后，在所述第三出光面发生第二次折射后出射，所述第一部分光线、所述第二部分光线、所述第三部分光线出射后向同一侧偏折。

优选地，所述第一出光面包括一由所述透镜向外凸出的曲面段。

优选地，所述第一出光面还包括连接所述弧面段和所述第二出光面的平面连接段。

优选地，所述第二出光面为平面，以所述底面为基准，所述第二出光面和所述第一出光面的连接点高于所述第二出光面和所述第三出光面的连接点。

优选地，所述第三出光面为平面。

优选地，所述第三出光面和所述入光腔的中心线重合。

优选地，所述反射面包括第一子反射面和第二子反射面。

优选地，所述第一子反射面和所述第二子反射面为由所述透镜向外凸出的曲面。

优选地，所述入光腔包括依次连接的第一入光面、第二入光面、第三入光面，所述第一入光面、所述第三入光面为平面分别和所述底面连接，所述第二入光面为由所述透镜向外凸出的曲面。

优选地，所述透镜为拉伸型透镜。

本发明还提供一种光学系统，包括上述透镜和光源，所述光源设置于所述透镜的所述入光腔内。

优选地，所述光源偏置，即所述光源的中心线和所述入光腔的中心线不重合。

本发明还提供一种灯具，其特征在于：所述灯具包括上述的光学系统。

本发明提供的透镜，采用不对称设计，一侧侧面为出光面，另一侧侧面为反射面，透镜将所有光线分成三部分，出射后分别照亮受光面的不同区域使得洗墙效果更为均匀，同时一侧侧面作为第一出光面，可有效消除暗区。相较于TIR透镜，增加了一个出光面，一部分能量在透镜正面出光，另一部分从透镜侧面出光。出光面面积较大，同样多的光学能量分散到较大的面积上来出光，能量较分散，透镜表面的直接眩光相对较弱，视觉效果更舒适。

附图说明

图1是现有技术中偏光透镜的结构及出光效果示意图；

图2是本发明透镜一优选实施例的结构示意图；

图3是图2优选实施例的截面图；

图4是本发明光学系统一优选实施例的结构示意图；

图5是图4优选实施例的光路图；

图6是本发明灯具一优选实施例的结构示意图；

图7是图6优选实施例的截面图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于透镜、光学系统、灯具作进一步的详细说明。

本申请一优选实施例的透镜1其结构如图2所示，透镜1为拉伸型透镜，以图3截面沿直线拉伸而成。透镜1包括底面101，底面101通过凹陷形成为入光腔102，其内可用于容置光源。入光腔42包括依次连接的第一入光面1021、第二入光面1022、第三入光学面1023。其中，第一入光面1021、第三入光面1023为平面分别和底面101连接。第二入光面1022为由透镜1向外凸出的曲面，曲面可以为圆弧面、也可以为自由曲面。在其他较佳实施例中入光腔102也可以整体为圆弧面或椭球面等本申请对此不作限定。

在本实施例中所述透镜1的入光腔102为对称结构，图4中Z1为入光腔102的中心轴。作为偏光透镜，透镜1的出光面为非对称结构，底面101以上包括依次连接的第一出光面103、第二出光面104、第三出光面105和反射面106。

第一出光面103一端连接透镜1的底面101，另一端连接第二出光面104。在本实施例中，第一出光面103连接底面101的一段为由透镜1向外凸出的曲面段1031，而连接第二出光面104的一段为平面连接段1032。在其他较佳实施例中，第一出光面103也可以为一个连续的曲面，曲面的形式可以为弧面，也可以为自由曲面本申请对此不作限定。我们称由第一出光面103出射的光线为第一部分光线，第一部分光线经过第一入光面1021和第一出光面103的两次折射后出射。

第二出光面104一端连接第一出光面103，另一端连接第三出光面105。在本实施例中，第一出光面104为平面，以底面101为基准，第二出光面104和第一出光面103的连接点高于第二出光面104和第三出光面105的连接点。换言之，第二出光面104向透镜内侧倾斜。在其他较佳实施例中，第二出光面104也可以为弧面或自由曲面。我们称由第二出光面104出射的光线为第二部分光线，第二部分光线经过第二入光面1022和第二出光面104的两次折射后出射。

第三出光面105为平面一端连接第二出光面104，另一端连接反射面106。在本实施例中，第三出光面105为垂直于底面101的平面，且和入光腔102的中心线重合，因此由入光腔102进入透镜1的光线无法直接从第三出光面105出射，需经过反射面106的反射后才能到达第三出光面105。我们称由第三出光面105出射的光线为第三部分光线，第三部分光线经过第二入光面1022或第三入光面1023的折射后，在反射面106反射后到达第三出光面105，再经第三出光面105的折射后出射。由于第三出光面105位于第二出光面104的上方，由第二入光面1022入射的光线经过一次反射后即可出射，而从第三入光面1023入射的光线通常需要两次反射方可到达第三出光面105。因此在本实施例中，反射面106包括相对设置的反射面第一子反射面1061和第二子反射面1062，它们可以直接连接，也可以在两者之间设置连接面。本实施例的第一子反射面1061和第二子反射面1062均为由透镜1向外凸出的曲面，曲面为自由曲面，在其他较佳实施例中，第一子反射面1061和第二子反射面1062也可以平滑过渡，甚至可以是连为一体的圆弧面或椭圆弧面，或者包括多个连续的折面，本申请对此不作限定。由于反射面106的结构不同，第三出光面105并不一定和底面101垂直，其主要连接第二出光面104和反射面106，在光学设计上优先考虑反射面106的光路设计，反射面106的顶端位置和需照射的角度有关。本实施例中，第三出光面105和入光腔102的中心线重合，主要是便于能量计算，使得一半的入射能量经过反射后从第三出光面105出射。

本实施例中的透镜1可用于如图4所示的光学系统，光学系统包括透镜1和光源2，光源2设置在透镜1的入光腔102内。透镜1的三个出光面分别照射被照射面的不同位置，可以通过调整光源2在入光腔中102中的位置来调整三个出光面的能量配比，从而实现不同的照射效果。在本实施例光学系统中，光源2与透镜1的定位关系为偏心设计，即光源2的几何中心线Z2与透镜1入光腔的几何中心线Z1不重合，如图4所示两者有一定的位移。

实施例光学系统的光路图如图5所示，光源2出射的第一部分光线图中标示为光线1，光线1在入光腔102表面发生第一次折射，在第一出光面103发生第二次折射，出射后负责洗亮墙面上较低的区域；光源2出射的第二部分光线图中标示为光线2，光线2在入光腔102表面发生第一次折射，在第二出光面104发生第二次折射，出射后负责洗亮墙面上的中间区域；光源2出射的第三部分光线图中标示为光线3，光线3在入光腔102表面发生第一次折射，在反射面106被反射后，在第三出光面105发生第二次折射，出射后负责洗亮墙面上较高的区域。三部分光线分别负责三个不同的洗墙区域，由于光线2负责照亮的墙面区域面积比光线2和光线3负责照亮的墙面区域面积都要大且传播距离也更远，所以光线2需要更多的能量比例才可以达到与光线1和光线3相同的照度水平，实现均匀洗墙。因此，需按照一定比例分配三个出光区域的能量比例，在本实施例中通过光源2的偏置，使得各部分的能量分配比例大约为光线1:光线2:光线3=15:50:35。在其他较佳实施例中，可能因为配光需求不同、透镜面型的不同等原因，通过调整光源2的位置来调节分配比例。

本实施例中的光学系统可用于如图6、图7所示的洗墙灯，包括整体呈矩形的灯体3、沿灯体3长度方向设置的光源2、覆盖光源2的拉伸透镜1，出光口设置在灯体3的侧面，并覆盖有光栅4。灯体3内还可以用以设置驱动电源、控制电路等（未图示）。

上文对本发明优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本发明穷尽或局限于所公开的具体形式，显然，可能做出许多修改和变化，这些修改和变化可能对于本领域技术人员来说是显然的，应当包括在由所附权利要求书定义的本发明的范围之内。

Claims (13)

1.一种透镜，其特征在于：所述透镜包括底面，所述底面向内凹陷形成入光腔，所述入光腔内用于容置光源，所述透镜上方包括依次连接的第一出光面、第二出光面、第三出光面和反射面，所述第一出光面和所述反射面分别连接所述透镜底面，所述光源发出的第一部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，在所述第一出光面发生第二次折射后出射；所述光源发出的第二部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，在所述第二出光面发生第二次折射后出射；所述光源发出的第三部分光线进入所述入光腔发生第一次折射，经所述反射面反射后，在所述第三出光面发生第二次折射后出射，所述第一部分光线、所述第二部分光线、所述第三部分光线出射后向同一侧偏折。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第一出光面包括一由所述透镜向外凸出的曲面段。

3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述第一出光面还包括连接所述弧面段和所述第二出光面的平面连接段。

4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第二出光面为平面，以所述底面为基准，所述第二出光面和所述第一出光面的连接点高于所述第二出光面和所述第三出光面的连接点。

5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述第三出光面为平面。

6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述第三出光面和所述入光腔的中心线重合。

7.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述反射面包括第一子反射面和第二子反射面。

8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于：所述第一子反射面和所述第二子反射面为由所述透镜向外凸出的曲面。

9.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述入光腔包括依次连接的第一入光面、第二入光面、第三入光面，所述第一入光面、所述第三入光面为平面分别和所述底面连接，所述第二入光面为由所述透镜向外凸出的曲面。

10.根据权利要求1-9任一所述的透镜，其特征在于：所述透镜为拉伸型透镜。

11.一种光学系统，包括透镜和光源，其特征在于：所述透镜为权利要求1-10中任一所述透镜，所述光源设置于所述透镜的所述入光腔内。

12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于：所述光源偏置，即所述光源的中心线和所述入光腔的中心线不重合。

13.一种灯具，其特征在于：所述灯具包括如权利要求11或12任一所述的光学系统。

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