CN211043831U - 一种光学扩束镜和灯具 - Google Patents

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Abstract

本方案公开了一种光学扩束镜和灯具，用以提高灯具的光学效率。本申请提供的光学扩束镜包括：准直透镜，将光源发出的光线调整为平行光；聚光透镜，所述聚光透镜包括多个倾斜的控光面，任一个所述控光面与所述聚光透镜所在平面不平行，所述聚光透镜用于将所述准直透镜发出的平行光折射向所述聚光透镜的中心线方向；固定部件，用于固定所述准直透镜和所述聚光透镜，使所述准直透镜和所述聚光透镜的光轴重合。本方案提供的光学扩束镜能将经过准直透镜调整得到的平行光折射为向中心汇聚交叉的光线，光线无需经过反射镜反射，有效提高光学效率。另外，由于光线向扩束镜中心线汇聚，能减少侧壁吸收的光线量，有利于提高灯具的光学效率。

Description

一种光学扩束镜和灯具
技术领域
本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种光学扩束镜和灯具。
背景技术
光学扩束镜也可称为光学扩束片，是一种用于调整光线角度的光学器件。举例来说，在商场，宾馆，博物馆，家庭等各种场景中大多需要设置照明灯，为了优化对于不同的被照面和照射对象的照明效果，可以利用不同光束角的光学扩束片对发光源发出的光线进行优化。
现有的照明设备中往往采用设置有珠面凸起结构的珠面扩束片，用以扩散光线，随后采用反射器对光线进行反射以调整出射角度。由于光线经过反射器的反射会损失一定能量，因此光学效率较低。
如何提高灯具的光学效率，是本申请所要解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种光学扩束镜和灯具，用以至少解决上述问题之一。
第一方面，提供了一种光学扩束镜，包括：
准直透镜，将光源发出的光线调整为平行光；
聚光透镜，所述聚光透镜包括多个倾斜的控光面，任一个所述控光面与所述聚光透镜所在平面不平行，所述聚光透镜用于将所述准直透镜发出的平行光折射向所述聚光透镜的中心线方向；
固定部件，用于固定所述准直透镜和所述聚光透镜，使所述准直透镜和所述聚光透镜的光轴重合。
第二方面，提供了一种灯具，包括发光源和如第一方面所述的光学扩束镜。
本方案实施例提供的光学扩束镜包括准直透镜和聚光透镜，聚光透镜用于将准直透镜发出的平行光折射向聚光透镜的中心线方向。该光学扩束镜能将经过准直透镜调整得到的平行光折射为向中心汇聚交叉的光线，光线无需经过反射镜反射，有效提高光学效率。另外，由于光线向扩束镜中心线汇聚，能减少侧壁吸收的光线量，有利于提高灯具的光学效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1a是本实施例提供的光学扩束镜的结构示意图之一；
图1b是本实施例提供的光学扩束镜的结构示意图之二；
图1c是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之一；
图2是本实施例提供的光学扩束镜的结构示意图之三；
图3a是本实施例提供的光学扩束镜的结构示意图之四；
图3b是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之二；
图4是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之三；
图5是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之四；
图6是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之五；
图7是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之六；
图8是本实施例提供的光学扩束镜中的聚光透镜部分剖面示意图之七；
图9a是本实施例提供的灯具结构示意图之一；
图9b是本实施例提供的灯具结构示意图之二。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本申请中附图编号仅用于区分方案中的各个步骤，不用于限定各个步骤的执行顺序，具体执行顺序以说明书中描述为准。
为了解决现有技术中存在的问题，本实施例提供一种光学扩束镜，该光学扩束镜可以应用于照明设备中，用以改善照明效果，提高光学效率。如图1a所示，光学扩束镜包括：
准直透镜11，将光源A发出的光线调整为平行光；
聚光透镜12，所述聚光透镜12包括多个倾斜的控光面12a，任一个所述控光面12a与所述聚光透镜12所在平面不平行，所述聚光透镜12用于将所述准直透镜11发出的平行光折射向所述聚光透镜12的中心线方向；
固定部件13，用于固定所述准直透镜11和所述聚光透镜12，使所述准直透镜11和所述聚光透镜12的光轴重合。
其中，准直透镜是指能将来自孔径栏中每一点的光线变成一束平行的准直光柱的透镜或透镜组。准直透镜可以包括一个或多个透镜，准直透镜中可以包括多种不同类型的透镜，用以折射光线以调整传播方向。较优的，所述准直透镜为全内反射TIR准直透镜。
较优的，参见图1b，所述聚光透镜12包括靠近所述准直透镜11的入光面121和远离所述准直透镜的出光面122，所述控光面设置在所述聚光透镜12的入光面121和/或出光面122上。参见图1a，本实施例中的聚光透镜可以是入光面设置有控光面的透镜。本实施例提供的光学扩束镜中包括光源A、准直透镜11、聚光透镜12以及固定件13。在本实施例中聚光透镜为回旋形式，其中，聚光透镜12中可以包括多个环形控光面。在其他较佳实施例中，透镜还可以是拉伸型透镜，则控光面为延伸和透镜拉伸方向相同的平面。环形控光面在聚光透镜所在平面上的投影的中心点与聚光透镜的中心点相重合。较优的，环形控光面的形状与聚光透镜的形状相对应。环形控光面与聚光透镜所在平面不平行，准直透镜11发出的平行光通过该控光面后向中心线方向偏折，偏折角度与控光面的倾斜角度有关。光路在图1a中以虚线示出，光线传播方向以箭头示出。
在图1a中示出的聚光透镜是具有多个控光面的平面镜。另外，该聚光透镜也可以是凸透镜，凸透镜具有中心区域厚边缘区域薄的结构特点，能将准直透镜发出的平行光向中心线方向汇聚。实际应用中，可以根据实际需求确定凸透镜的焦距。光线通过聚光透镜时，不仅在控光面的作用下向中心线方向汇聚，还在凸透镜的作用下进一步向中心线方向汇聚。
图1c示出了沿中心线剖切入光面设置有控光面的聚光透镜12的部分剖面示意图，图中示出的是位于中心线左侧的聚光透镜结构，图中光线传播方向如箭头所示，光线发生偏折的表面的法线以虚线示出，图中包括4个控光面。如图可知，从准直透镜射出的平行光线从下向上传播，聚光透镜的控光面M与入射光线的夹角为锐角，即控光面与入射光线不平行且不垂直。入射光线到达入光面的控光面M时，从光疏介质进入光密介质，光线进入聚光透镜后向法线方向偏折。随后，光线在聚光透镜中传播到达出光面，从光密介质进入光疏介质，光线射出聚光透镜后向法线相反方向偏折。由此可见，本实施例提供的具有控光面的聚光透镜能将准直透镜射出的平行光线折射向准直透镜的中心线方向。
需要说明的是，聚光透镜的形状不限于圆形，也可以是椭圆形、三角形、方形或其他形状。其中，聚光透镜与准直透镜的形状和尺寸可以相同也可以不同，聚光透镜与准直透镜层叠设置，使通过准直透镜的光线能射至聚光透镜。准直透镜与聚光透镜之间的间隔可以根据实际需求调整。
本实施例中的固定部件13可以为空心筒状，较优地，固定部件可以选用不透光的材质，固定部件内壁可以设置反光薄膜以降低固定部件吸收的光线。固定部件的形状可以与聚光透镜、准直透镜的形状相契合，例如，聚光透镜和准直透镜均为圆形，则固定部件可以为圆筒状。
该固定部件用于固定所述准直透镜和所述聚光透镜，使所述准直透镜和所述聚光透镜相互平行。较优的，准直透镜的中心线和聚光透镜的中心线相重合。固定部件用于保持准直透镜和聚光透镜相对位置不变。
通过本实施例提供的光学扩束镜能将经过准直透镜调整得到的平行光折射为向中心汇聚交叉的光线，光线无需经过反射镜反射，有效提高光学效率。另外，由于光线向扩束镜中心线汇聚，能减少侧壁吸收的光线量，有利于提高灯具的光学效率。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，所述聚光透镜的入光面上设置有第一控光面，所述第一控光面所在面与所述聚光透镜的中心线的交点位于所述中心线的以所述聚光透镜中心点为原点指向所述准直透镜中心点的半轴上。
如图2所示，聚光透镜12的入光面上设置有第一控光面M1，该第一控光面M1所在面与聚光透镜12的中心线的交点O1位于聚光透镜12中心线的以聚光透镜12中心点O为原点指向准直透镜11中心点的半轴上。通过本实施例提供的方案，入射光通过聚光透镜的入光面时，能在第一控光面的作用下向中心线方向偏折。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，所述聚光透镜的出光面上设置有第二控光面，所述第二控光面所在面与所述聚光透镜的中心线的交点位于所述中心线的以所述聚光透镜中心点为原点指向远离所述准直透镜中心点的半轴上。
如图3a所示，聚光透镜12的出光面上设置有第二控光面M2，该第二控光面M2所在面与聚光透镜12的中心线的交点O2位于中心线的以所述聚光透镜12中心点O为原点指向远离所述准直透镜11中心点的半轴上。通过本实施例提供的方案，入射光通过聚光透镜的出光面时，能在第二控光面的作用下向中心线方向偏折。
参见图3b，图中光线传播方向如箭头所示，图中示出的是中心线左侧的聚光透镜结构。光线发生偏折的表面的法线以虚线示出，图中包括4个控光面。如图可知，从准直透镜射出的平行光线从下向上传播，光线首先通过平面入光面，由于入光面与平行入射光相垂直，因此光线不发生偏折。聚光透镜出光面的控光面N与入射光线的夹角为锐角，即控光面与入射光线不平行且不垂直。入射光线到达出光面的控光面N时，从光密介质进入光疏介质，光线射出聚光透镜后向法线反方向偏折。由此可见，本实施例提供的具有控光面的聚光透镜能将准直透镜射出的平行光线折射向准直透镜的中心线方向。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，较优的，如图4所示，所述第一控光面为向所述出光面凹陷的弧面。
图4中示出了沿中心线剖切入光面42设置有第一控光面41的聚光透镜的部分剖面示意图，图中示出的是中心线左侧的结构示意图，平行入射光通过第一控光面41的光路如图中虚线所示。由于第一控光面41为弧面，所以多条光线通过第一控光面41后向中心线偏折的角度不同。通过本实施例提供的方案，能进一步优化配光形状，减少侧壁吸收的光线量，有利于提高灯具的光学效率。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，较优的，如图5所示，所述第二控光面为向所述入光面凹陷的弧面。
图5中示出了沿中心线剖切出光面52设置有第二控光面51的聚光透镜的部分剖面示意图，图中示出的是中心线右侧的结构示意图。平行入射光通过第二控光面51的光路如图中虚线所示。由于第二控光面51为弧面，所以多条光线通过第二控光面51后向中心线偏折的角度不同。通过本实施例提供的方案，能进一步优化配光形状，减少侧壁吸收的光线量，有利于提高灯具的光学效率。
较优的，在实际应用中可以根据需求在入光面和出光面均设置控光面，入光面设置的第一控光面和出光面设置的第二控光面均可以为弧面。上述控光面的凹陷程度可以根据实际需求设定，位于聚光透镜不同区域的控光面的凹陷程度可以相同或不同。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，较优的，如图6所示，所述聚光透镜还包括连接相邻控光面的连接面61，所述连接面与所述聚光透镜所在平面相垂直。连接面61在图6中以虚线示出，连接面与聚光透镜所在平面相垂直，当平行光到达控光面所在一面时，平行光与连接面相平行，光路不会受到连接面的影响，进而使得通过控光面所在一面的光线均能在控光面的作用下向中心方向偏折，减少侧壁吸收的光线量，提高灯具的光学效率。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，较优的，如图7所示，所述聚光透镜多个控光面的倾斜角度与所述控光面到中心线的距离正相关。图7中，中心线以虚线示出，聚光透镜中靠近中心线的控光面的倾斜角度小，远离中心线的控光面的倾斜角度大。基于这种结构，射至靠近中心线区域的平行光线通过聚光透镜后偏折角度小，射至远离中心线区域的平行光线通过聚光透镜后偏折角度大，能优化光线向中心线汇聚的效果，进一步减少侧壁吸收的光线量，避免靠近中心线区域的光线偏折后射向侧壁。另外，距离中心线较近的区域可以为不设置控光面的平面，使射至中心线附近的光线直线射出，光路不改变。
基于上述实施例提供的光学扩束镜，较优的，所述控光面设置在所述聚光透镜的入光面和出光面上，设置在所述入光面上的控光面与设置在所述出光面上的控光面对称。
图8示出了沿中心线剖切聚光透镜的部分剖面示意图，聚光透镜的入光面和出光面均设置有控光面，且控光面为弧面。其中，入光面84设置有第一控光面83，出光面82设置有第二控光面81。基于这种结构，平行入射光通过聚光透镜的过程中，先通过第一控光面83向中心线方向汇聚，然后通过第二控光面81进一步向中心线方向汇聚。通过本实施例提供的结构，能在光线通过聚光透镜的过程中，多次汇聚光线，优化汇聚效果。
为了解决现有技术中存在的问题，本实施例提供一种灯具，如图9a所示，包括发光源92和上述任一种实施例所述的光学扩束镜91。另外，灯具中还可以包括电源、开关和控制电路等，灯具可以设置在活动件上，以便根据需求调整灯具光线角度。需要说明的是，图9a中示出的结构中，控光面设置在聚光透镜的入光面，实际上控光面也可以设置在出光面上，或者同时设置在控光面和出光面上。
较优的，上述灯具为射灯，如图9b所示，还包括设置在所述光学扩束镜91远离所述发光源92一端的光学反射器93，用于将所述光学扩束镜射出的部分光线反射至目标被照区域。在不采用本申请所述扩束镜91的情况下，发光源92发出的光线可以经过反射器93反射调整光线角度，以射向目标方向。但光线在反射过程中会损失一定能量，导致光学效率低。本实施例提供的方案采用上述光学扩束镜91，能对发光源发出的光线进行汇聚，使光线偏折向中心线方向，从而使大部分光线无需经过光学反射器93反射即可射向目标方向，有效提高光学效率。
另外，本实施例提供的灯具中的光学反射器93还能对光学扩束镜91出射的少部分光线进行光路调整，保证灯具射出的光线光路射向目标方向。使灯具具有较高的光学效率的同时进一步优化配光形状。
本实施例提供的灯具能汇聚发光源发出的光线，可以用于照明。由于射灯可以有针对性地照射目标区域，因此可以用作氛围灯。本实施例提供的灯具能降低侧壁吸收的光线量，具有较高的光学效率。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

Claims (12)

1.一种光学扩束镜，其特征在于，包括：
准直透镜，将光源发出的光线调整为平行光；
聚光透镜，所述聚光透镜包括多个倾斜的控光面，任一个所述控光面与所述聚光透镜所在平面不平行，所述聚光透镜用于将所述准直透镜发出的平行光折射向所述聚光透镜的中心线方向；
固定部件，用于固定所述准直透镜和所述聚光透镜，使所述准直透镜和所述聚光透镜的光轴重合。
2.如权利要求1所述的光学扩束镜，其特征在于，所述聚光透镜包括靠近所述准直透镜的入光面和远离所述准直透镜的出光面，所述控光面设置在所述聚光透镜的入光面和/或出光面上。
3.如权利要求2所述的光学扩束镜，其特征在于，所述聚光透镜的入光面上设置有第一控光面，所述第一控光面所在面与所述聚光透镜的中心线的交点位于所述中心线的以所述聚光透镜中心点为原点指向所述准直透镜中心点的半轴上。
4.如权利要求2所述的光学扩束镜，其特征在于，所述聚光透镜的出光面上设置有第二控光面，所述第二控光面所在面与所述聚光透镜的中心线的交点位于所述中心线的以所述聚光透镜中心点为原点指向远离所述准直透镜中心点的半轴上。
5.如权利要求3所述的光学扩束镜，其特征在于，所述第一控光面为向所述出光面凹陷的弧面。
6.如权利要求4所述的光学扩束镜，其特征在于，所述第二控光面为向所述入光面凹陷的弧面。
7.如权利要求1所述的光学扩束镜，其特征在于，所述聚光透镜还包括连接相邻控光面的连接面，所述连接面与所述聚光透镜所在平面相垂直。
8.如权利要求1～7任一项所述的光学扩束镜，其特征在于，所述聚光透镜多个控光面的倾斜角度与所述控光面到中心线的距离正相关。
9.如权利要求2～7任一项所述的光学扩束镜，其特征在于，所述控光面设置在所述聚光透镜的入光面和出光面上，设置在所述入光面上的控光面与设置在所述出光面上的控光面对称。
10.如权利要求1～7任一项所述的光学扩束镜，其特征在于，所述准直透镜为全内反射TIR准直透镜。
11.一种灯具，其特征在于，包括发光源和如权利要求1～10任一项所述的光学扩束镜。
12.如权利要求11所述的灯具，其特征在于，所述灯具为射灯，还包括：
设置在所述光学扩束镜远离所述发光源一端的光学反射器，用于将所述光学扩束镜射出的部分光线反射至目标被照区域。
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