CN203757597U - 混光透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混光透镜，包括全反射反光面，全反射反光面包括多个紧密拼接的反光平面，反光平面在混光透镜内形成全反射面；混光透镜内部底端固定安装有光源，混光透镜包括用于使光源的出射光折射到全反射反光面上的第一折射面；混光透镜顶端包括用于使全反射反光面的反射光折射出光的第二折射面。实施本实用新型的混光透镜，可以获得良好的混色效果，在混色效果良好的前提下获得较高的光能利用率。

Description

混光透镜

技术领域

本实用新型涉及照明领域，更具体地说，涉及一种能够将多色光源进行均匀混光的混光透镜。

背景技术

目前，许多应用中需要对多个不同颜色的光源进行混色之后投射到被照面之上，以实现调整不同颜色的光源之间的光通量之间的比例来达到调整混光后颜色的目的。例如舞台灯、高显色指数手术灯等。这类应用的关键在于平衡混色均匀性和光能量利用效率。在半导体发光二极管(LED)得到广泛应用之后，这种混色的照明系统越来越受到广泛的应用。目前市场上主流的方案是使用方棒积分、微镜片阵列、磨砂面均匀化等。但是方棒积分存在效率较低以及空间混色不均匀的问题，微镜片阵列存在发光角度难以缩小以及光斑边缘易残留色眩光的问题，磨砂面均匀化存在难以精确量化及发光角度难以缩小的问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有的混色照明系统中空间混色不均匀、光斑边缘易残留色眩光等问题，提供一种拥有良好混色效果的照明系统。

本实用新型解决上述问题的方案是，构造一种混光透镜，包括全反射反光面，全反射反光面包括多个紧密拼接的反光平面，反光平面在混光透镜内形成全反射面；混光透镜内部底端固定安装有光源，混光透镜包括用于使光源的出射光折射到全反射反光面上的第一折射面；混光透镜顶端包括用于使全反射反光面的反射光折射出光的第二折射面；光源包括多个子光源。

本实用新型的混光透镜，全反射反光面的轮廓线为近抛物线或抛物线。

本实用新型的混光透镜，第一折射面为圆台形折射面，第一折射面的侧面为透光折射面，第一折射面的顶面为雾化面或其他能够遮挡或者大幅削弱光线传输的表面。

本实用新型的混光透镜，第二透镜为凸透镜。

本实用新型的混光透镜，全反射面的反光平面形状为梯形、长方形、六边形或者三角形。

本实用新型的混光透镜，光源包括固定在光源中部的多个子光源，子光源排列成正多边形，子光源分别固定在正多边形的各个顶角上。

本实用新型的混光透镜，光源包括冷光源和暖光源，冷光源为色温5000开尔文至7000开尔文的白色LED；暖光源为色温3000开尔文至4500开尔文的白色LED。

本实用新型的混光透镜，包括两个冷光源和两个暖光源，光源排列成正方形，冷光源固定在正方形的一对相对的顶角上；暖光源固定在正方形的另一对相对的顶角上。

本实用新型的混光透镜，光源包括多个子光源，单个所述子光源点亮后的光斑中心与所有子光源点亮后的光斑中心距离，小于所有子光源点亮后的光斑直径的2%。

实施本实用新型的混光透镜，通过透镜的一次折射、全内反射面的一次反射、再通过折射面的一次折射，将光源内多个子光源的光线在目标照射面位置混合起来，形成光斑清晰、混合均匀的良好混色效果，并且在混色效果良好的前提下获得较高的光能利用率，从而克服了现有的混光技术中方棒积分、微镜片阵列、磨砂面均匀化等存在的各种缺陷。

附图说明

以下结合附图对本实用新型进行说明，其中：

图1为本实用新型一则较佳实施例所提供的混光透镜的纵向剖视图；

图2为图1实施例的光线追迹图；

图3为图1实施例中光源的正面视图；

图4为点亮单个子光源时的照度分布图；

图5为图4在竖直方向上截面内的照度分布曲线；

图6为图4在水平方向上截面内的照度分布曲线；

图7为点亮所有子光源时的照度分布图；

图8为图7在竖直方向上截面内的照度分布曲线；

图9为图7在水平方向上截面内的照度分布曲线。

具体实施方式

本实用新型针对现有的混色照明方案存在的缺陷进行改进，由于方棒积分存在效率较低以及空间混色不均匀的问题，微镜片阵列存在发光角度难以缩小以及光斑边缘易残留色眩光的问题，磨砂面均匀化存在难以精确量化及发光角度难以缩小的问题。为了克服这些问题，本实用新型通过设计特殊形状的混光透镜，使得光源斜着出射的光线首先经过透镜的一次折射后到达到全内反射的反光平面，每个反光平面分别以特定的角度反射光线到达第二折射面上，再经过第二次折射后到达被照面；而光源正面的出光则通过雾化进行散射或者吸收，从而实现整个发光效果达到混色效果好，光利用率高的目的。

以下将结合具体实施方式对本实用新型的混光透镜进行详细说明。

如图1所示为本实用新型一则优选实施例所提供的混光透镜的纵向剖视图。在该实施例中，混光透镜包括一个全反射反光面100，整个混光透镜是一个外部轮廓线为近抛物线的旋转体，该全反射反光面100有多个紧密拼接的反光片组成，在混光透镜的内部形成全反射面。在本实施例中每个反光平面为梯形。混光透镜具有两个开口端：底部较小的光源安装端和顶部较大的出光端。混光透镜内部底端固定安装有光源400，在光源400上方有一个用于使光源400的斜出射光折射到全反射反光面100上各个反光片的第一折射面200；而混光透镜顶端设置有用于使全反射反光面100的反射光折射出光的第二折射面300。其中第一折射面200为圆台形折射面，并且其顶面的面积小于底面的面积，圆台形折射面的侧面为透光的折射面，顶面为雾化面或者散射面，能够削弱从该面出射的光线，而底面则靠近光源400。第二折射面300为内凹的光滑圆弧面。整个混光透镜可以通过模具一次注塑成型，也可以通过将光学介质进行裁剪抛光等处理成型。

在由第一折射面200、全反射反光面100以及第二折射面400组成的混光透镜，会对光源400的出射光进行配光。从光源400出射的光线分成两个部分：照射在第一折射面200顶端的正面出射光，以及照射在第一折射面200侧面上的斜射光；其中正面出射光会被第一折射面200顶端的雾化表面散射或者吸收，而照射在侧面上的斜射光将会发生折射，落在全反射反光面100的各个反光平面上，通过精密设置每一个反光片的位置和角度，使得从反光平面上反射的光落在第二折射面300上，最后经过第二折射面300的配光，将光线照射在被照面上。由于在本实施例中，每个子光源的照射光斑都基本为圆形，，从而使得多个子光源整体照射叠加成一个圆形光斑并且单个子光源点亮后的光斑中心与所有子光源点亮后的光斑中心距离，小于所有子光源点亮后的光斑直径的2%。

为了更清楚的说明该实施例的混光透镜的照明效果，现在通过图2的光线追迹图来说明出射光的状态。从该光线追迹图可知，在混光透镜的中心轴线附近基本没有光线出射，这是因为从正面出射的光线基本被第一折射面顶端的雾化面削弱至不可见；而在靠近全反射反光面100的混光透镜边缘位置，出射光经过配光，在被照面上进行叠加，形成均匀的光斑。

采用上述结构的混光透镜，尤其适合与光源400具有多个子光源的情况进行混光，这是由于全反射反光面100上的每一个反光平面在进行反射的时候都相当于一个独立的小光源，经过透镜系统配光之后再照射在被照射面上，这样每个子光源的具体位置对于成像光斑的形状影响就会降低。例如，图3为光源400的一项具体实施方式的正面视图，该光源400包括安装在中间位置的4个白色LED子光源：色温为3000～4500开尔文的暖光源（401、402）；色温为5000～7000开尔文的冷光源（403、404）。4个子光源在光源400的中部围成一个正方形，并且暖光源（401、402）设置在正方形的一个相对顶角上，冷光源（403、404）设置在另外的一个相对顶角上。当点亮其中一个子光源时，其最大照度点距离被照面中心距离为d，从图4中可以看出d值相对于整个被照光斑的直径是一个微小数量，可以认为单个的子光源的照射中心基本与被照目标的中心重合。

进一步的，从图5、图6的照度曲线可以看出单个子光源的最亮点基本落在被照目标的中心上：图5为被照面中心沿纵向（Y方向）的照度分布曲线，图6为被照面中心沿横向（X方向）的照度分布曲线，两条曲线的最高峰均基本落在对应于坐标原点上，证明了采用本实用新型的混光透镜能够让单个子光源基本照射在被照面的中心上。

而当图3中的4个子光源都被点亮的时候，其照射的效果将如图7所示。由于每个子光源都能够基本照射在被照目标的中心位置上，4个子光源的光斑重叠成一个边缘锐利圆形光斑。取光斑照度分布中最大照度10%的等高线圆的直径为D，通过比较d和D可以看出：d/D满足d/D<=2%。即在点亮所有子光源的时候，其光斑与单个子光源的光斑形状基本一致。

进一步的从图8、图9的照度曲线可以看出所有子光源点亮时的最亮点基本落在被照目标的中心上：图8为被照面中心沿纵向（Y方向）的照度分布曲线，图9为被照面中心沿横向（X方向）的照度分布曲线，两条曲线的最高峰均基本落在坐标原点上，证明了采用本实用新型的混光透镜能够在点亮不同数量的子光源的时候保持光斑的形状基本不变。当四个子光源都被点亮，只有在四个角落的位置有少量的色差残余，尽管包含了暖光源和冷光源，但是两者均为白色，仅仅在色温上的分离会经过部分重叠消减之后，将色差残余降至人眼不可识别的程度，从而达到满意的混色效果。

在以上的实施例中，给出了4个子光源在光源400的中部排列成正方形的方案，但是本实用新型并不限定于此，在面对不同数量的子光源时，只要将所有的子光源在光源400的中部位置排列成正多边形，并且将每一个子光源分布在正多边形的对应顶角上，均可实现均匀的混光效果。

在以上的实施例中，各个反光片的具体位置和大小是依据实际照射的需要进行光学设计，然后再将混光透镜的出光口进行裁剪后得到。为了获得均匀的混色效果，一般的在距离光源相同距离的反光面100位置上的反光片采用相同形状规格的反光鳞片。例如，在图1中，距离底端光源相同高度的全反射反光面100上的反光片为相同尺寸的矩形反光片。当然，设计人员依据具体的光斑形状需求也可以将矩形的反光片替换成其他的形状，例如三角形、六边形等，只要在同一水平高度上的反光片尺寸一致即可。

以上仅为本发明具体实施方式，不能以此来限定本发明的范围，本技术领域内的一般技术人员根据本创作所作的均等变化，以及本领域内技术人员熟知的改变，都应仍属本发明涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种混光透镜，其特征在于，包括全反射反光面（100），所述全反射反光面（100）包括多个紧密拼接的反光平面，所述反光平面在混光透镜内形成全反射面；所述混光透镜内部底端固定安装有光源（400），所述混光透镜包括用于使所述光源（400）的出射光折射到所述全反射反光面（100）上的第一折射面（200）；所述混光透镜顶端包括用于使所述全反射反光面（100）的反射光折射出光的第二折射面（300）；所述光源（300）包括多个子光源。

2.根据权利要求1所述混光透镜，其特征在于，所述全反射反光面（100）的轮廓线为近抛物线。

3.根据权利要求1所述的混光透镜，其特征在于，所述第一折射面（200）为顶面小于底面的圆台形折射面，所述第一折射面（200）的侧面为透光折射面，所述第一折射面（200）的顶面为雾化面、遮挡面或低透过率表面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的混光透镜，其特征在于，所述第二折射面（300）为圆弧面。

5.根据权利要求4所述的混光透镜，其特征在于，所述反光片为梯形、长方形、六边形或者三角形的反光镜。

6.根据权利要求1-3任一项所述的混光透镜，其特征在于，所述多个子光源排列成正多边形，所述子光源分别固定在正多边形的各个顶角上。

7.根据权利要求6所述的混光透镜，其特征在于，所述光源（400）包括两个冷光源和两个暖光源，所述光源（400）排列成正方形，所述两个冷光源分别固定在正方形的一对相对的顶角上；所述两个暖光源分别固定在正方形的另一对相对的顶角上。

8.根据权利要求1所述的混光透镜，其特征在于，单个所述子光源点亮后的光斑中心与所有子光源点亮后的光斑中心距离，小于所有子光源点亮后的光斑直径的2%。