CN204100130U - 一种复合光面匀光大角度出光透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种照明透镜，具体指是一种复合光面匀光大角度出光透镜，包括透镜本体，透镜本体包含第一单元及第二单元，第一单元的底部与第二单元的顶部紧密连接，第一单元和第二单元为绕透镜本体中心轴旋转而成的轴对称结构；第一单元设有底部凹形曲面、喇叭形反射面和复合面；喇叭形反射面和、或复合面的母线为样条曲线或连续弧线段。相当于表面从一个大的整体环状面变成了由多个小环状面组成的复合面，这样出射光场相应的被分割成了数个小环状光场，各个小光场在空间内相互叠加，形成一个均匀的复合光场，提高了透镜的匀光性。视觉效果更加匀称舒适，适用于各种装饰、灯箱广告及照明等大角度系统。

Description

一种复合光面匀光大角度出光透镜

技术领域

本实用新型涉及一种照明透镜，尤其是涉及一种大角度出光透镜。 

背景技术

对于照明的需求，是人类最基本也最广泛的需求之一，从远古的的燧木取火到古代的囊萤映雪、戳壁偷光，无一不是反映人类进步和积极向上的自我奋斗史，同时也生动的反映出“光”这个明亮和充满希望的词汇对人类历史进步深远的影响，照明让人们得以摆脱黑暗的恐惧，而自从有了人造光源的出现，人造光源就照亮人类一路前进的脚步。甚至可以说，照明伴随着人类的每一次进步。作为新型的高效率照明光源，LED的出现具有划时代的意义，相比于传统光源，LED具有高效率，低能耗，高亮度，绿色环保，超长寿命等一系列显著优点。在科技发展和日常生活中具有非常广泛的用途。 

LED在应用中常常使用透镜作为灯罩，即透镜和灯罩一体化设计，这样透镜同时具备聚光与防护作用。 

而现有技术中的照明透镜，LED光源经其出射后的光束角度有限，并不能有效形成大角度范围出光，而在增大出光角度的同时无法保证匀光度，无法尽可能地最大限度利用光能，导致光能损失率高。 

现有技术中有一种结构包括透镜本体，透镜本体包括第一本体及第二本体，其中第一本体的底部与第二本体的顶部连接，第一本体中设有喇叭形通孔；第二本体中心设有与第一本体的喇叭形通孔同轴的中心通光孔，且透镜第二本体外侧表面为锯齿状母线绕透镜本体中心轴旋转而成的轴对称结构，第二本体整体呈从底部到顶部倾斜状态。该设计的第一本体中喇叭形通孔及外侧复合面得中心剖面图为贝塞尔曲线，经过上述喇叭形通孔或外侧复合面以贝塞尔曲线为母线的内外表面加工难度较大，成本较高。此外以这种以贝塞尔曲线为母线的上述喇叭形通孔或外侧复合面的出射光场为较大的单一环状光场，单一光场由于光线入射角度和折射面的本身结构原因很容易造成出射光分布不均匀的情况，影响透镜的匀光性，而且透镜本体中心的通孔设计使得顶部光线过于集中，匀光性有待进一步提高。 

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种复合光面匀光大角度出光透镜，对原有透镜本体中的上部单元进行优化改进，改善上部单元的匀光性同时扩大透镜的照明范围。 

    为了实现上述技术效果，本实用新型采取如下技术方案： 

一种复合光面匀光大角度出光透镜，包括透镜本体，透镜本体包括第一单元A及第二单元B，其中所述第一单元A的底部与第二单元B的顶部紧密连接；所述第一单元A和第二单元B为母线绕透镜本体中心轴旋转构成的轴对称结构，第一单元A的底部口径大于其顶部的口径；所述第一单元A中有喇叭形反射面8和外侧复合面1，其中所述喇叭形反射面8的大口端设于第一单元A顶部且开口，小口端设于第一单元A的底部与透镜本体中心同轴。

所述喇叭形反射面8的侧面和、或所述外侧复合面1的母线为样条曲线或连续弧线段；从外观上看，喇叭形反射面8的侧面和、或所述外侧复合面1的外表面为多个弧面环相连接组成。这样的设计使得喇叭形反射面8的侧面和、或所述外侧复合面1的出射光场由原来的一个大的整体环状光场被分割成了数个小环状光场。分割后小环状光场的出射光在透镜的上部空间相互叠加，形成一个均匀的复合光场，改变了原来单一光场中光线分布的不均匀的情况，提高了透镜上部光场的匀光性。 

所述喇叭形反射面8的母线样条或弧线段数量为至少两个。所述外侧复合面1的母线样条或弧线段数量为至少两个。 

所述第一单元A的底部中心为光滑凹形曲面9，所述凹形曲面9位于所述喇叭形通反射面8以下，凹面的设计对透射顶部中心附近光线具有凹透镜原理一样的发散作用，有利于提高透镜顶部光场的匀光性。

所述第一单元A和第二单元B外表面的母线连接处为光滑内凹的圆弧6，所述圆弧6与第一单元A、第二单元B母线平滑过渡。 

作为一种优选，所述喇叭形反射面8的底部为光滑平面或凹形曲面；平面易于加工，成本较低，而凹形曲面有助于光线的进一步发散，改善透镜顶部中心光线的匀光性。 

作为一种优选，所述凹形曲面9的顶部与所述喇叭形反射面8的底部不连通，此时可以使光线经过至少两次折射，增大顶部光线出射角和匀光性,且避免了灰尘在透镜内表面的积聚。 

作为一种优选，所述凹形曲面9的顶部与所述喇叭形反射面8的底部连通，此时中心小角度光线直接经连通孔出射，增大顶部中心光强，满足特定场所需要。 

本实用新型具有如下有益效果：喇叭形反射面8和、或外侧复合面1的连续弧面环状设计，使得出射光场由原来的一个大的整体环状光场被分割成了数个小环状光场。分割后的小环状光场的出射光在透镜的上部空间内相互叠加，形成一个均匀的复合光场，改变了单一大光场中光线分布的不均匀的情况，提高了透镜上部光场的匀光性。且经过凹形曲面9折射后的光线，被进一步发散，避免了光线在顶部小角度范围内的过于集中，使得透镜顶部的视觉效果更加匀称舒适，适用于各种装饰、灯箱广告及照明系统。 

附图说明

图1是实施例1的主剖视图。 

图2是实施例2的主剖视图。 

图3是实施例3的主剖视图。 

图4是实施例3的外观图。 

图5是实施例3剖面立体图。 

图6是小光场叠加形成复合光场原理示意图。 

图7是经过凹形曲面9的光线出射原理图。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。 

一种复合光面匀光大角度出光透镜，包括透镜本体，透镜本体包括第一单元A及第二单元B，所述第一单元A的底部与第二单元B的顶部紧密连接，第一单元A的底部口径大于其顶部的口径；第一单元A和第二单元B为母线绕透镜本体中心轴旋转构成的轴对称结构，其中所述第二单元B的母线为锯齿形，所述第二单元B设有中心通光孔4和光源安装孔5，所述光源安装孔5位于第二单元B的底部且与中心通光孔4连通。 

所述第一单元A中有喇叭形反射面8和外侧复合面1，其中所述喇叭形反射面8的大口端设于第一单元A顶部且开口，小口端设于第一单元A的底部与透镜本体中心同轴；所述喇叭形反射面8的侧面和、或所述外侧复合面1的母线为样条曲线或连续弧线段。进一步说，所述喇叭形反射面8的侧表面和、或复合面1的母线上的样条曲线为的样条数目为至少两个。或者说，所述喇叭形反射面8的侧表面和、或复合面1的母线的弧线段数目为至少两个。 

所述喇叭形反射面8的底部为光滑平面或者凹形曲面。 

第一单元A和第二单元B表面的母线连接处为光滑内凹的圆弧6且与第一单元A上部分和第二单元B外侧面为平滑过渡。当光线经此凹面6出射时具有发射效果，这样第一单元A与第二单元B的连接处光场分布更为均匀。 

第一单元A的底部中心为光滑凹形曲面9，该凹形曲面9位于所述喇叭形反射面8以下，凹形曲面9顶部与所述喇叭形反射面8的底面可以连通，也可以不连通；连通时，中心小角度光线直径经连通孔出射，增大顶部中心光强，而不连通时，可以使光线经过至少两次折射，增大顶部光线出射角和匀光性，且避免了灰尘进入透镜本体而积聚在透镜的内表面上。此外凹形曲面9的口径可以小于喇叭形反射面8的底面口径，此时经该凹面折射的光通量较小，出射光线范围更多集中于透镜顶部空间；光滑凹形曲面9的口径也可以大于喇叭形反射面8的底面口径，这样增大了经该凹面通光量，折射效果更佳，出射光线范围更大；具体情况可据需要和加工难度灵和调节。凹形曲面9的曲率半径可以根据实际加工难度和使用需求灵活调节。 

实施例1 

透镜本体中喇叭形反射面8的母线为样条曲线或连续弧线段，而外侧复合面1的母线为光滑的贝塞尔曲线，透镜剖面结构如图1所示。其余结构与上述实施方式相同不再赘述。

实施例2 

透镜本体中喇叭形反射面8的母线为光滑的贝塞尔曲线，而外侧复合面1的母线为样条曲线或连续弧线段，透镜剖面结构如图2所示。透镜本体其余结构与上述实施方式相同不再赘述。

实施例3 

如图3所示：透镜本体中喇叭形反射面8的侧面母线为样条曲线或连续弧线段，外侧复合面1的母线也为样条曲线或连续弧线段。其余结构与上述实施方式相同不再赘述。

下面以透镜中喇叭形反射面8的侧面母线为4段样条曲线或连续弧线段（也可以为大于2的其他数目，本实施例以4段为例），外侧复合面（1）的母线为3段样条曲线或连续弧线段（也可以为大于2的其他数目，本实施例以3段为例）；凹形曲面9顶部与喇叭形反射面8的底面不连通；凹形曲面9的口径大于喇叭形反射面8的底面；喇叭形反射面8的底面为光滑平面为例；详细分析本实用新型对透镜出射光线匀光性的影响情况。 

工作原理如下：光源由表面贴装器件LED光源排布组成，紧密排列后LED面光源被安装到所述安装孔5，光线经过第二单元B的中心通光孔4后，一部分经过中心通光孔4的侧表面入射到第二单元B的外侧锯齿中，再经过锯齿的上表面2、下表面3分别折射后，出射到第二单元B外侧面空间内；由于锯齿面的折射和全反射作用，使得光线的出射角度大为改变，丰富了光线的出射路径，扩展了光线的照度范围。 

其余光线大多经过中心通光孔4的顶部入射到第一单元A中，其中入射角度较大的光线经过喇叭形反射面8和复合面1的反射和折射后，出射到透镜的上部空间。如图6所示：由于喇叭形反射面8和复合面1的表面为连续的多个弧面环，使得出射光场由原来的一个大的整体环状光场被分割成了多个小环状光场。小光场的出射光在透镜在空间内相互叠加，形成一个均匀的复合光场（图6中虚线弧以外的部分，本分析过程仅为示意性说明，不代表实际光线传播路径），改变了单一大环状光场中光线分布的不均匀的情况，提高了透镜上部光场的匀光性。由于喇叭形反射面8和复合面1的表面均被分割成多个小弧形曲面，出射光线经过两次叠加，匀光性相比于实施例1和实施例2进一步提高。 

另外透镜中心附件光线照射到凹形曲面9上，通过凹形曲面9的折射发散后进入第一单元A中；发散后的中心附近较小角度光线经过喇叭形反射面8的底面再次折射后，出射到透镜本体的顶部空间；发散后的外侧较大角度光线经过第一单元A的喇叭形反射面8和外侧的复合面1的全反射和折射作用后出射到透镜本体的上部空间，具体过程如图7所示：从透镜光源中心点O处引出4条光线，从上至下分别命名为a,b,c,d；该四条光线以不同的角度照射到凹形曲面9上，所述凹形曲面9与喇叭形反射面8的底部不连通，a,b,c,d首先经过凹形曲面9的折射，所述凹形曲面9与凹透镜原理相同，对入射角大于0°的光线具有发散作用，折射后的光线后分别入射到喇叭形反射面8的底面或第一单元A的其他反射和折射面，经过再次折射后光线a,b,c,d的发散角度被进一步增大。 

为了更清楚的说明技术效果，在图7中另外标有a,b,c,d四条光线不经过所述凹形曲面9与喇叭形反射面8而直接出射的光线a’,b’,c’,d’；相比于a’,b’,c’,d’四条光线，a,b,c,d的最终的出射角度扩大70°左右（本分析过程仅为示意性说明，不代表实际光线传播路径），这样显著增大了透镜的上部空间的照度范围，使得第一单元A和透镜整体的匀光性显著改善，并且减少了经过透镜正面0°附近的光照强度，保证正面亮度在合适的范围内，不至于太过耀眼。使视觉的舒适性提高。 

进一步说，喇叭形反射面8的小口端底面也可以是光滑凹形曲面，其中平面加工成本较低易于实现，而凹面对光线有进一步折射和分散作用，有利于顶部光线的均匀性。 

进一步说，这样的设计由于第一单元A和第二单元B中间不贯通，也避免了长期使用时灰尘积聚在透镜内表面和LED光源表面而对光源效率和使用寿命的损害。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种复合光面匀光大角度出光透镜，包括第一单元（A）及第二单元（B），其中所述第一单元（A）的底部与第二单元（B）的顶部紧密连接，所述第一单元（A）和第二单元（B）为母线绕透镜中心轴旋转构成的轴对称结构，第一单元（A）的底部口径大于其顶部的口径；其特征在于：所述第一单元（A）中有喇叭形反射面（8）和外侧复合面（1），其中所述喇叭形反射面（8）的表面和、或外侧复合面（1）母线为样条曲线或连续弧线段。

2.如权利要求1所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述喇叭形反射面（8）的母线的样条或弧线段数量为至少两个。

3.如权利要求1所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述外侧复合面（1）的母线的样条或弧线段数量为至少两个。

4.如权利要求1所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述喇叭形反射面（8）的大口端设于第一单元（A）的顶部且开口，所述喇叭形反射面（8）的小口端设于第一单元（A）的底部。

5.如权利要求1所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述第一单元（A）的底部中心有光滑凹形曲面（9），所述凹形曲面（9）位于所述喇叭形通反射面（8）以下。

6.如权利要求1所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述喇叭形反射面（8）的底面为光滑凹形曲面或平面。

7.如权利要求1或5或6所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述第一单元（A）的底部中心有光滑凹形曲面（9），所述凹形曲面（9）的顶部与所述喇叭形反射面（8）的底部不连通。

8.如权利要求1或5或6所述的一种复合光面匀光大角度出光透镜，其特征在于：所述第一单元（A）的底部中心有光滑凹形曲面（9），所述凹形曲面（9）的顶部与所述喇叭形反射面（8）的底部连通。