CN117432972A - 透镜模组及具有其的透镜阵列、灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透镜模组及具有其的透镜阵列、灯具，透镜模组包括透镜本体，透镜本体具有相背设置的二个侧面，其中二个侧面的其中之一的中部形成有第一入光面，围绕第一入光面间隔开设有多个第二凹陷部，第二凹陷部的内表面形成有第二入光面，透镜本体的另一侧面形成有出光面，出光面为平面；第二凹陷部包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，至少部分第二凹陷部的外侧面与水平面的夹角为锐角；第二入光面形成于内侧面，本发明大大减小透镜厚度方向上的尺寸，同时兼具工作可靠、简单的优点。

Description

透镜模组及具有其的透镜阵列、灯具

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体地说，尤其涉及一种超薄透镜模型及具有其的透镜阵列。

背景技术

在照明技术领域，全反射透镜拥有广泛的应用，技术成熟，应用场合较多；但是全反射透镜由于模型的原理，尺寸特别是厚度有一定局限性。特别是随着光源尺寸的增加，在实际中会跟着增加，这对灯具的设计带来了限制。

因此，本申请人潜心研究，开发了一种克服上述缺陷的透镜模组及具有其的透镜阵列、灯具。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种透镜模组，其中，包括透镜本体，所述透镜本体具有相背设置的二个侧面，其中二个所述侧面的其中之一的中部形成有第一入光面，围绕所述第一入光面间隔开设有多个第二凹陷部，所述第二凹陷部的内表面形成有第二入光面，所述透镜本体的另一侧面形成有出光面，所述出光面为平面；

其中，所述第二凹陷部包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，至少部分所述第二凹陷部的外侧面与水平面的所述夹角为锐角；所述第二入光面形成于所述内侧面。

上述的透镜模组，其中，所述透镜本体的二个所述侧面的其中之一的中部向内凹陷形成第一凹陷部，所述第一入光面形成于所述第一凹陷部的内表面；其中，所述第一凹陷部与所述第二凹陷部的顶端位于同一水平面上，和/或所述第一凹陷部与所述第二凹陷部的底端位于同一水平面上。

上述的透镜模组，其中，所述第一入光面为外凸弧形面，所述第二入光面为内凹弧形面；或者，所述第一入光面、所述第二入光面均为内凹弧形面。

上述的透镜模组，其中，所述多个所述第二凹陷部的外侧面与水平面的夹角随着与所述第一凹陷部的距离的增加而逐渐减小，和/或多个所述第二凹陷部的间距随着与第所述一凹陷部的距离的增加而逐渐增大。

上述的透镜模组，其中，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，所述夹角的范围为80-86度。

上述的透镜模组，其中，所述多个第二凹陷部为同心圆结构；其中，过所述同心圆结构的圆心做垂直于所述出光面的剖面，至少一个所述第二凹陷部的所述第二入光面的剖面线为双曲线的一部分。

上述的透镜模组，其中，所述多个第二凹陷部为环绕所述第一凹陷部的同心圆结构；其中，所述第一凹陷部的第一入光面、所述多个第二凹陷部的所述第二入光面的剖面线均为双曲线的一部分。

上述的透镜模组，其中，所述透镜本体为旋转对称结构，所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线为双曲线上依次截取的双曲线的一部分。

上述的透镜模组，其中，所述第一入光面的顶点为双曲线的顶点，和/或所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线在垂直于出光面的方向上高度相同。

上述的透镜模组，其中，所述双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1，m>0，n>0，p>m，所述第一入光面、所述第二入光面取自所述双曲线上z<＝p-m，并且其上的点与原点的连线与z轴正方向的夹角小于等于45°的部分，其中x、z为坐标轴为xyz空间坐标轴中的x轴、z轴，p为变量，m为实半轴长，n为虚半轴长。

本发明还提供一种透镜阵列，其中，包括多个如上述中任一项所述的透镜模组，每一所述透镜模组沿一方向线性排列，或者每一所述透镜模组沿X、Y两个方向阵列设置。

本发明还提供一种灯具，其中，包括光源以及透镜模组，所述透镜模组包括透镜本体，所述透镜本体具有相背设置的二个侧面，其中二个所述侧面的其中之一形成有第一入光面，围绕所述第一入光面间隔开设有多个第二凹陷部，所述第二凹陷部的内表面形成有第二入光面，所述透镜本体的另一侧面形成有出光面，所述出光面为平面；

其中，所述第二凹陷部包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，至少部分所述第二凹陷部的外侧面与水平面的所述夹角为锐角；所述第二入光面形成于所述内侧面。

上述的灯具，其中，所述透镜本体的二个所述侧面的其中之一的中部向内凹陷形成第一凹陷部，所述第一入光面形成于所述第一凹陷部的内表面；所述透镜本体为旋转对称结构，所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线为双曲线上依次截取的双曲线的一部分。

上述的灯具，其中，所述双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1，m>0，n>0，p>m，所述第一入光面、所述第二入光面取自所述双曲线上z<＝p-m，并且其上的点与原点的连线与z轴正方向的夹角小于等于45°的部分，其中x、z为坐标轴为xyz空间坐标轴中的x轴、z轴，p为变量，m为实半轴长，n为虚半轴长。

上述的灯具，其中，所述第一入光面的顶点为所述双曲线的顶点，所述光源布置于所述双曲线的顶点与焦点的连线上，且位于所述双曲线的焦点或者所述焦点的外侧。

本发明相对于现有技术其功效在于：本发明通过将透镜入光面曲线通过分解、挪移，形成新的透镜弧线段组，从而大大减小透镜厚度方向上的尺寸，同时兼具工作可靠、简单的优点；相比于现有技术，本发明具有尺寸、特别是厚度上的优势，可以在一些特定的应用场合中使用，例如，对灯体厚度有严苛要求的应用场合。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明的透镜模组的结构示意图；

图1b为本发明的第一本体或第二本体的结构示意图；

图2a、2b、2c为描述本发明透镜工作曲线段生成过程的示意图；

图3a、3b、3c、3d、3e用于分析工作曲线为双曲线的优点的示意图；

图4a为本发明一实施例的透镜阵列的结构示意图；

图4b为本发明另一实施例的透镜阵列的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、“S1”、“S2”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

请参照图1a，图1a为本发明的透镜模组的结构示意图。如图1a所示，本发明的一种透镜模组，包括透镜本体1，所述透镜本体1具有相背设置的二个侧面S1、S2，二个所述侧面S1、S2的其中之一的中部形成有第一入光面P1，围绕所述第一入光面P1间隔开设有多个第二凹陷部S12，所述第二凹陷部S12的内表面形成有第二入光面P2，所述透镜本体1的另一所述侧面S2形成有出光面，所述出光面为平面。

其中，在本实施例中，以二个所述侧面S1、S2的其中之一的中部向内凹陷形成第一凹陷部S11，所述第一凹陷部S11的内表面形成有第一入光面P1，为较佳的实施方式。

需要说明的是，在本实施例中，以在侧面S1上形成所述第一入光面P1、所述第二入光面P2为例，但本发明并不以此为限，在本发明的其他实施例中，还可在侧面S2上形成所述第一入光面P1、所述第二入光面P2。

其中，所述第一凹陷部S11的顶端t1与所述第二凹陷部S12的顶端t2位于同一水平面上，和/或，所述第一凹陷部的底端b1与所述第二凹陷部的底端b2位于同一水平面上，在保证光线入射效果的同时，尽可能的实现透镜的减薄。

进一步地，所述第二凹陷部S12包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，所述第二入光面形成于所述内侧面；其中，所述第一入光面、所述第二入光面均为内凹弧形面，从而提升光线的入射量，增加出光均匀性以及光效。

在本发明的另一实施中，所述第一入光面为外凸弧形面，所述第二入光面为内凹弧形面。

其中，在本实施例中，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，所述夹角为锐角；其中，多个所述第二凹陷部S12的外侧面与水平面的夹角随着与所述第一凹陷部S11的距离的增加而逐渐减小，和/或多个所述第二凹陷部S12的间距随着与第所述一凹陷部S11的距离的增加而逐渐增大，从而提升远端的光线入射量，由于远端的入射光角度较大，通过增加外侧面与水平面的夹角，或者增加第二凹陷部的间距，可以在第二凹陷部深度不变的情况下，即不增加透镜厚度的情况下，尽可能的增加入射到透镜远端第二入射面的光线入射量，从而提升远端的照度，提升透镜的出光均匀性。

需要说明的，本发明中以所述第二凹陷部S12的外侧面与水平面的夹角的范围为80-86度为较佳的实施方式，提升外侧面的光线入射角，从而使得尽可能多的照射到外侧面的光线发生全反射，避免光线通过外侧面入射到透镜内部，产生杂散光，影响透镜的出光均匀性

基于上述结构，本发明的超薄透镜模型在面向光源时形状呈凹形，其工作面由多个相互之间不连续的弧段组成，其中特别说明，这里的工作面指的是超薄透镜模型的入光面，即所述第一入光面P1与所述第二入光面P2直接面对光源，面向光源所有弧线段为凹。

再进一步地，所述多个第二凹陷部S12为环绕所述第一凹陷部S11的同心圆结构；其中，过所述同心圆结构的圆心做垂直于所述出光面的剖面，至少一个所述第二凹陷部S12的所述第二入光面P2的剖面线为双曲线的一部分。，经发明人通过大量的模拟验证后发现，通过将入射面的母线设置为双曲线，提升光线入射量的同时，提升透镜的出光均匀性。

在本发明的一实施例中，所述第一凹陷部S1的第一入光面P1、所述多个第二凹陷部S12的所述第二入光面P2的剖面线均为双曲线的一部分。

更进一步地，所述透镜本体1为旋转对称结构，所述第一凹陷部S1的第一入光面P1的母线、多个所述第二凹陷部S12的第二入光面P2的母线为双曲线上依次截取的双曲线的一部分；其中，所述第一入光面P1的顶点为双曲线的顶点，和/或所述第一凹陷部S11的第一入光面P1的母线、多个所述第二凹陷部S12的第二入光面P2的母线在垂直于出光面的方向上高度相同，其中顶点为双曲线方程中x＝0的点。

在本实施例中，所述双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1，m>0，n>0，p>m，所述第一入光面、所述第二入光面取自所述双曲线上z<＝p-m，并且其上的点与原点的连线与z轴正方向的夹角小于等于45°的部分，从而在保证光线入射效果的同时，尽可能的实现透镜的减薄。其中，其中x、z为坐标轴为xyz空间坐标轴中的x轴、z轴，p为变量，m为实半轴长，n为虚半轴长，在本发明中，通过变量p将双曲线沿z轴正向上移，同时通过变量p使得x为0的时候z是一个正值。具体的，由于远端的入射光角度较大，通过将入光面选自双曲线上与z轴正方向夹角不超过45度的部分，避免入光面与入射角的夹角较大，光线的入射角较大，导致光线无法有效的通过入光面入射，导致透镜的出光不均匀，光效较差。需要说明的是，在本实施例中，所述透镜本体1呈圆形为实施例进行说明，从而通过半圆形的所述第一本体11与半圆形的所述第二本体12拼接形成所述透镜本体1，但本发明并不以此为限，在其他实施例中，透镜本体1还可呈三角形、矩形或其它多边形，而当透镜本体1不为圆形时，第一本体11与所述第二本体12的形状也可相应改变。

还需说明的是，在本实施例中，通过两个半圆形本体拼接形成所述透镜本体1，本发明并不对用于拼接的本体数量进行限制。

请参照图2a-2c，图2a、2b、2c为描述本发明透镜工作曲线段生成过程的示意图。如图2a-2c所示，说明本发明的工作曲线形成过程，其中，本发明所指的工作曲线，专指透镜的光线入射面的母线，即所述第一入光面P1、所述第二入光面P2与所述第三入光面P3的母线。母线的定义：对于旋转对称透镜来说，过透镜的中心轴线的平面与透镜的交线。母线围绕透镜中心轴线旋转360度，即可生成透镜的三维实体。

2.1.1原始母线生成

如图2a，弧线为透镜入光面一侧的原始母线。

2.1.2原始母线分段

在如图2b所示的坐标系中，母线的高度即线段oa的长度。

按预定的分段数、例如9段，将线段oa进行等分。也就是说，弧线弧线/>、弧线、弧线/>、弧线/>、弧线/>、弧线/>、弧线/>、弧线/>在Z轴方向上的高度都相等。

特别说明，这里将原始母线分成9段，在实际应用中可以根据需要分成其他数量的段数。

2.1.3最终工作曲线生成

最终工作曲线的定义：本发明透镜入光面一侧的母线。入光侧是指面对光源的一侧。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始母线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段bb’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，b’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段cc’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，c’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段dd’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，d’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段ee’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，e’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段ff’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，f’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段gg’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，g’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段hh’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，g’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段ii’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，i’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，最终工作曲线的弧线段对应原始曲线的弧线段/>。

如图2c，最终工作曲线的线段jj’与x轴夹角为某一正常数值，例如85度。在Z轴方向上，j’点的Z坐标与a点的Z坐标相同。

如图2c，相比于原始母线，最终的工作曲线在Z轴方向上的首尾点高度差只有原始母线的几分之一。以图2c为例，最终的工作曲线在Z轴方向上的首尾点高度差只有原始母线的九分之一。所以，最终工作曲线在Z轴方向上的厚度大大小于原始母线。也就是说，透镜的厚度大大减小了。

请参照图3a-图3e，图3a、3b、3c、3d、3e用于分析工作曲线为双曲线的优点的示意图。如图3a-图3e所示，说明本发明的工作曲线为双曲线的优点如下：

2.2.1工作曲线原始母线优选函数为双曲线；

本发明透镜模型的工作曲线优选为双曲线函数。

2.2.2工作曲线原始母线为双曲线的优点分析；

2.2.2.1对中心方向入射光线的光路影响；

如图3a，双曲线有两条曲线。对于本发明透镜，选用的是/>曲线段作为原始母线。

如图3a，双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1。

对此方程做微分处理，可以得到：dz/dx＝(m^2×x)/(n^2×(z-p))。所以，在x＝0的2点处，dz/dx＝0。也就是说，在x＝0的2点处的切线2k的斜率为0、关于x轴的倾角为0度、或者说2点处的切线2k平行于x轴。2点处的切线2k平行于x轴的影响分析如下：

如图3b，切线2k平行于x轴，而入射光线o2平行于z轴，所以入射光线o2垂直于光线入射面、切线2k。根据斯涅尔定律，出射光线25也垂直于光线入射面、切线2k。也就是说中心方向入射光线o2对应的出射光线25仍然会投射到中心方向、平行于z轴，这样可以保证中心方向的光线投射能量，避免中心方向光线能量不足以至于光斑中心出现暗区。

如图3c，无论是光线入射情形一、还是光线入射情形二，入射光线o’2’都不垂直于光线入射面2’k’。根据斯涅尔定律，相应的，出射光线2’5’与入射光线o’2’不在一个方向上，或者说出射光线2’5’不在中心方向上。因此，中心方向上分配到的光线能量会不足、从而容易出现光斑中心偏暗的情况。

2.2.2.2对边缘方向入射光线的光路影响；

如图3d，光线入射情形一，这里以原始母线为分析目标，u₁v₁是光源经工作曲线原始母线a₁j₁最终要出射的面，并且u₁v₁与x轴平行，代表了光线的出射方向。

如图3d，光线入射情形一，工作曲线原始母线a₁j₁为双曲线，j₁m₁是原始母线在j₁点处的切线，j₁p₁是原始母线在j₁点处对应于切线j₁m₁的法线。

如图3d，光线入射情形一，光源位于o₁点，o₁a₁为中心方向a₁点处的入射光线、与z轴同方向，o₁j₁为边缘方向j₁点处的入射光线、与x轴同方向，即o₁点与j₁点在z方向上坐标相同。根据斯涅尔定律(snell定律)可以确定出射光线j₁n₁的出射方向，j₁n₁为j₁点处的出射光线。出射光线j₁n₁与光线出射面u₁v₁的夹角大于0度，也就是说出射光线j₁n₁最终会从光线出射面u₁v₁出射。

如图3d，光线入射情形二，为了对比，工作曲线原始母线a₂j₂为椭圆或者圆。之所以选择椭圆或者圆，主要是因为椭圆、圆在实际中最常用到。当o₂a₂与o₂j₂长度相等时工作曲线原始母线a₂j₂就是圆。

如图3d，光线入射情形二，这里以原始母线为分析目标，u₂v₂是光源经工作曲线原始母线a₂j₂最终要出射的面，并且u₂v₂与x轴平行，代表了光线的出射方向。j₂m₂是原始母线在j₂点处的切线。

如图3d，光线入射情形二，光源位于o₂点，o₂a₂为中心方向a₂点处的入射光线、与z轴同方向，o₂j₂为边缘方向j₂点处的入射光线、与x轴同方向，即o₂点与j₂点在z方向上坐标相同。根据椭圆或者圆的特征，o₂j₂与j₂m₂相垂直。根据斯涅尔定律，出射光线j₂n₂与入射光线o₂j₂方向相同。而入射光线o₂j₂与x轴同方向，所以出射光线j₂n₂与x轴同方向。而光线出射面u₂v₂与x轴平行，所以出射光线j₂n₂与光线出射面u₂v₂平行，也就是说出射光线j₂n₂最终不会从光线出射面u₂v₂出射。

如图3e，光线入射情形三，u₁v₁是光源经工作曲线原始母线a₁j₁最终要出射的面、代表了光线的出射方向，并且u₁v₁与x轴平行。

如图3e，光线入射情形三，工作曲线原始母线a₁j₁为双曲线，j₁m₁是原始母线在j₁点处的切线，j₁p₁是原始母线在j₁点处对应于切线j₁m₁的法线。

如图3e，光线入射情形三，光源位于s₁点，s₁a₁为中心方向a₁点处的入射光线、与z轴同方向，s₁j₁为边缘方向j₁点处的入射光线。相比于光线入射情形一，光源的位置要低。

如图3e，光线入射情形三，为了方便下面的推理过程，对几个角度做定义如下：

∠o₁j₁s₁＝θ,∠o₁j₁p₁＝α。

根据斯涅尔定律，经过推导可以得到出射光线j₁n₁与X方向夹角：

α-arcsin(sin(α-θ)/Rf),Rf是透镜材质的折射率，现有工艺、常用材料，通常Rf＞1。这里，“arcsin”是反正弦函数的符号。

如图3d，光线入射情形四，u₂v₂是光源经工作曲线原始母线a₂j₂最终要出射的面、代表了光线的出射方向，并且u₂v₂与x轴平行。j₂m₂是原始母线在j₂点处的切线。

如图3d，光线入射情形四，光源位于s₂点，s₂a₂为中心方向a₂点处的入射光线、与z轴同方向，s₂j₂为边缘方向j₂点处的入射光线。相比于光线入射情形一、二，光源的位置要低。并且为了保证光线入射情形三与光线入射情形四对比论证时的前提条件相同，o₁s₁与o₂s₂长度相等，o₁j₁与o₂j₂长度相等。

所以，如图3e，光线入射情形三、四，相关角度计算如下：

∠o₂j₂s₂＝∠o₁j₁s₁＝θ。

如图3e，光线入射情形四，根据斯涅尔定律，经过推导可以得到出射光线j₂n₂与X方向夹角：

arcsin(sin(θ)/Rf),Rf是透镜材质的折射率。

如图3e，光线入射情形三，出射光线j₁n₁与X方向夹角：

α-arcsin(sin(α-θ)/Rf)；

当α≥θ时，α-θ≥0，而折射率Rf＞1，所以sin(α-θ)/Rf＜sin(α-θ)。所以，α-arcsin(sin(α-θ)/Rf)＞α-arcsin(sin(α-θ))＝α-(α-θ)＝θ。又因为折射率Rf＞1，arcsin(θ/Rf)＜arcsin(θ)＝θ。所以，α-arcsin(sin(α-θ)/Rf)＞arcsin(sin(θ)/Rf)。

当α≤θ时，α-arcsin(sin(α-θ)/Rf)＝α+arcsin(sin(θ-α)/Rf)。而α＝arcsin(sin(α))。

根据反正弦函数计算公式，

α+arcsin(sin(θ-α)/Rf)＝arcsin(sin(α))+arcsin(sin(θ-α)/Rf)＝arcsin(sin(α)×(1-(sin(θ-α)/Rf)^2)^0.5+(sin(θ-α)/Rf)×cos(α))。

而1-(sin(θ-α)/Rf)^2＞1/Rf^2-(sin(θ-α)/Rf)^2＝(cos(θ-α)/Rf)^2。所以，arcsin(sin(α)×(1-(sin(θ-α)/Rf)^2)^0.5+(sin(θ-α)/Rf)×cos(α))＞arcsin(sin(α)×cos(θ-α)/Rf+sin(θ-α)×cos(α)/Rf)＝arcsin(sin(θ)/Rf)。所以，α-arcsin(sin(α-θ)/Rf)＞arcsin(sin(θ)/Rf)。

所以，相比于椭圆或者圆，双曲线型的工作曲线的边缘点出射光线与x方向夹角更大。而光线出射面u₁v₁或u₂v₂平行于x方向，所以，相比于椭圆或者圆，双曲线型的工作曲线的边缘点出射光线与光线出射面夹角更大。也就是说，相比于椭圆或者圆，双曲线型的工作曲线的出射光线有更大的概率从光线出射面出射。也就是说，相比于椭圆或者圆，双曲线型的工作曲线的光线出射效率更高。

在本发明的一实施例中，超薄透镜模型为全反射透镜。

请参照图4a，图4a为本发明一实施例的透镜阵列的结构示意图。如图4a所示，本发明的一种透镜阵列，包括多个如上述中任一项所述的透镜模组，每一所述透镜模组沿一方向线性排列。

具体地说，组成透镜阵列的各透镜模组沿一个方向线性排列，每个超薄透镜模型的中心正对一个光源，相应地光源也沿一个方向线性排列。

需要说明的是，本实施例中以透镜模组的数量是9个为例进行说明，在线性排列的实际应用中并不局限透镜模组数量为9个。

请参照图4b，图4b为本发明另一实施例的透镜阵列的结构示意图。如图4b所示，本发明的一种透镜阵列，包括多个如上述中任一项所述的透镜模组，每一所述透镜模组沿X、Y两个方向阵列设置。

具体地说，组成透镜阵列的各透镜模组沿X、Y两个方向做阵列，整体透镜阵列的边界成矩形。其中，每个超薄透镜模型的中心正对一个光源。

需要说明的是，本实施例在X方向的透镜模组的数量是9个、Y方向的透镜模组的数量是3个，在实际应用中并不局限于这样的数量设定。

本发明还提供一种灯具，包括光源以及上述中任一项所述的透镜模组，所述透镜模组包括透镜本体，所述透镜本体具有相背设置的二个侧面，其中二个所述侧面的其中之一的中部形成有第一入光面，围绕所述第一入光面间隔开设有多个第二凹陷部，所述第二凹陷部的内表面形成有第二入光面，所述透镜本体的另一侧面形成有出光面，所述出光面为平面。

其中，所述第二凹陷部S12包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，至少部分所述第二凹陷部的外侧面与水平面的所述夹角为锐角；所述第二入光面形成于所述内侧面。

在本实施例中，以二个所述侧面S1、S2的其中之一的中部向内凹陷形成第一凹陷部S11，所述第一凹陷部S11的内表面形成有第一入光面P1，为较佳的实施方式。

其中，所述透镜本体为旋转对称结构，所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线为双曲线上依次截取的双曲线的一部分，其中不同透镜出光角度不同，双曲线的参数不同。所述双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1，m>0，n>0，p>m，所述第一入光面、所述第二入光面取自所述双曲线上z<＝p-m，并且其上的点与原点的连线与z轴正方向的夹角小于等于45°的部分。

其中，所述第一入光面的顶点为所述双曲线的顶点，所述光源布置于所述双曲线的顶点与焦点的连线上，且位于所述双曲线的焦点或者所述焦点的外，从而提升入射到透镜的光线数量，提升出光均匀性，避免透镜中间光线高度集中产生不均匀光斑，顶点即双曲线方程中x＝0的点。

综上所述，本发明通过将透镜入光面曲线通过分解、挪移，形成新的透镜弧线段组，从而大大减小透镜厚度方向上的尺寸，同时兼具工作可靠、简单的优点；相比于现有技术，本发明具有尺寸、特别是厚度上的优势，可以在一些特定的应用场合中使用，例如，对灯体厚度有严苛要求的应用场合。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种透镜模组，其特征在于，包括透镜本体，所述透镜本体具有相背设置的二个侧面，其中二个所述侧面的其中之一的中部形成有第一入光面，围绕所述第一入光面间隔开设有多个第二凹陷部，所述第二凹陷部的内表面形成有第二入光面，所述透镜本体的另一侧面形成有出光面，所述出光面为平面；

其中，所述第二凹陷部包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，至少部分所述第二凹陷部的外侧面与水平面的所述夹角为锐角；所述第二入光面形成于所述内侧面。

2.如权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述透镜本体的二个所述侧面的其中之一的中部向内凹陷形成第一凹陷部，所述第一入光面形成于所述第一凹陷部的内表面；其中，所述第一凹陷部与所述第二凹陷部的顶端位于同一水平面上，和/或所述第一凹陷部与所述第二凹陷部的底端位于同一水平面上。

3.如权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第一入光面为外凸弧形面，所述第二入光面为内凹弧形面；或者，所述第一入光面、所述第二入光面均为内凹弧形面。

4.如权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述多个所述第二凹陷部的外侧面与水平面的夹角随着与所述第一凹陷部的距离的增加而逐渐减小，和/或多个所述第二凹陷部的间距随着与第所述一凹陷部的距离的增加而逐渐增大。

5.如权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，所述夹角的范围为80-86度。

6.如权利要求1所述的透镜模组，其特征在于，所述多个第二凹陷部为同心圆结构；其中，过所述同心圆结构的圆心做垂直于所述出光面的剖面，至少一个所述第二凹陷部的所述第二入光面的剖面线为双曲线的一部分。

7.如权利要求2所述的透镜模组，其特征在于，所述多个第二凹陷部为环绕所述第一凹陷部的同心圆结构；其中，所述第一凹陷部的第一入光面、所述多个第二凹陷部的所述第二入光面的剖面线均为双曲线的一部分。

8.如权利要求2所述的透镜模组，其特征在于，所述透镜本体为旋转对称结构，所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线为双曲线上依次截取的双曲线的一部分。

9.如权利要求8所述的透镜模组，其特征在于，所述第一入光面的顶点为双曲线的顶点，和/或所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线在垂直于出光面的方向上高度相同。

10.如权利要求6或8任一项所述的透镜模组，其特征在于，所述双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1，m>0，n>0，p>m，所述第一入光面、所述第二入光面取自所述双曲线上z<＝p-m，并且其上的点与原点的连线与z轴正方向的夹角小于等于45°的部分，其中x、z为坐标轴为xyz空间坐标轴中的x轴、z轴，p为变量，m为实半轴长，n为虚半轴长。

11.一种透镜阵列，其特征在于，包括多个如上述权利要求1-10中任一项所述的透镜模组，每一所述透镜模组沿一方向线性排列，或者每一所述透镜模组沿X、Y两个方向阵列设置。

12.一种灯具，其特征在于，包括光源以及透镜模组，所述透镜模组包括透镜本体，所述透镜本体具有相背设置的二个侧面，其中二个所述侧面的其中之一形成有第一入光面，围绕所述第一入光面间隔开设有多个第二凹陷部，所述第二凹陷部的内表面形成有第二入光面，所述透镜本体的另一侧面形成有出光面，所述出光面为平面；

其中，所述第二凹陷部包括朝向第一入光面侧的内侧面以及背向第一入光面侧的外侧面，所述第二凹陷部的外侧面与水平面具有一夹角，至少部分所述第二凹陷部的外侧面与水平面的所述夹角为锐角；所述第二入光面形成于所述内侧面。

13.如权利要求12所述的灯具，其特征在于，所述透镜本体的二个所述侧面的其中之一的中部向内凹陷形成第一凹陷部，所述第一入光面形成于所述第一凹陷部的内表面；所述透镜本体为旋转对称结构，所述第一凹陷部的第一入光面的母线、多个所述第二凹陷部的第二入光面的母线为双曲线上依次截取的双曲线的一部分。

14.如权利要求13所述的灯具，其特征在于，所述双曲线的方程为(z-p)^2/m^2-x^2/n^2＝1，m>0，n>0，p>m，所述第一入光面、所述第二入光面取自所述双曲线上z<＝p-m，并且其上的点与原点的连线与z轴正方向的夹角小于等于45°的部分，其中x、z为坐标轴为xyz空间坐标轴中的x轴、z轴，p为变量，m为实半轴长，n为虚半轴长。

15.如权利要求14所述的灯具，其特征在于，所述第一入光面的顶点为所述双曲线的顶点，所述光源布置于所述双曲线的顶点与焦点的连线上，且位于所述双曲线的焦点或者所述焦点的外侧。