CN214119802U - 一种全反射无泛光透镜及包括该透镜的灯具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全反射无泛光透镜及包括该透镜的灯具，透镜包括底面、环状侧面和顶面；底面设有一向内凹陷的第一空腔，第一空腔用于放置光源，第一空腔的腔壁从外向内由第一入光面、第二入光面和第三入光面依次连接构成；顶面包括第一出光面，顶面设有向内凹陷的第二空腔，第二空腔的腔壁设有第二出光面和折射部；环状侧面设有反射部；第一入光面、反射部和第一出光面形成第一光线传输通路，第二入光面、折射部、反射部和第一出光面形成第二光线传输通路，所述第三入光面和所述第二出光面形成第三光线传输通路。本申请将使各部分光线按该光线传输通路进行折射和/或反射，避免了一部分光线的发射角过大而出现泛光，使光斑更加集中。

Description

一种全反射无泛光透镜及包括该透镜的灯具

技术领域

本实用新型属于照明灯具技术领域，涉及一种全反射无泛光透镜及包括该透镜的灯具。

背景技术

由于LED亮度指标可以满足各个照明领域的需求，且具有节能、环保、安全、显色指数高、寿命长等性能特点，LED光源的应用趋势已经日渐显著。随着LED芯片及封装工艺的广泛使用，对LED的光照范围和光强分布具有了更高的需求。

为了缩小LED的光照范围，一般会采用透镜对LED的出光角度进行调整，但是传统的光学透镜如柱面镜或球面镜等，它们的出光面一般采用一个光滑平面或者光滑曲面，这样调整后的LED的出光角度依然会比较大，光照范围较广，光线不够集中导致一部分光会照射到所需照射区域之外形成泛光，造成光能的浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种全反射无泛光透镜及包括该透镜的灯具，旨在解决现有照明灯透镜存在的对光束的集中效果不好，容易出现泛光的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种全反射无泛光透镜，所述透镜关于光轴旋转对称，所述透镜包括底面、环状侧面和顶面；所述底面设有一向内凹陷的第一空腔，所述第一空腔用于放置光源，所述第一空腔的腔壁从外向内由第一入光面、第二入光面和第三入光面依次连接构成；所述顶面包括第一出光面，所述顶面设有向内凹陷的第二空腔，所述第二空腔的腔壁设有第二出光面和折射部；所述环状侧面设有反射部；所述第一入光面、反射部和第一出光面形成用于传输光源发射光的第一光线传输通路，所述第二入光面、折射部、反射部和第一出光面形成用于传输光源发射光的第二光线传输通路，所述第三入光面和所述第二出光面形成用于传输光源发射光的第三光线传输通路。

优选地，所述反射部包括第一全反射面和第二全反射面，所述第一入光面、第一全反射面和第一出光面形成第一光线传输通路，所述第二入光面、折射部、第二反射部和第一出光面形成第二光线传输通路，所述第一全反射面的沿边与所述第二全反射面的沿边连接。

进一步的，所述第一全反射面远离所述第二全反射面的沿边与所述底面的沿边连接。

进一步的，所述第二全反射面为自由曲面。

优选地，所述折射部包括第一折射面和第二折射面，所述第一折射面与所述第二折射面的沿边连接，所述第一折射面用于将经所述第二入光面进入透镜的光束折射到第二折射面上，所述第二折射面用于将来自第一折射面的光束折射到所述反射部上。

进一步的，所述第一折射面远离所述第二折射面的沿边与所述第二出光面的沿边连接。

优选地，所述第三入光面的中心向所述透镜内部凹陷，所述第三入光面为自由曲面，所述第三入光面由一条向所述第一空腔凸起的不规则曲线以所述透镜的光轴为转轴旋转一周构成，所述第三入光面的中心位于所述透镜的光轴上。

进一步的，所述第二出光面的中心向所述透镜内部凹陷，所述第二出光面为自由曲面，所述第二出光面由一条向所述第二空腔凸起的不规则曲线以光轴为转轴旋转一周构成，所述第二出光面的中心位于所述透镜的光轴上。

优选地，所述第二入光面为自由曲面，所述第二入光面由一条向所述第一空腔凸起的不规则曲线以所述透镜的光轴为转轴旋转一周构成。

一种包括如上述任一方案所述全反射无泛光透镜的灯具。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供一种全反射无泛光透镜及包括该透镜的灯具，本申请将光源发射光分为三部分进入透镜，投射到不同入光面上的光线即分别进入到与之对应的光线传输通道上，按该光线传输通路进行折射和/或反射，从而避免了一部分光线的发射角过大而出现泛光，可以将光能全部汇集到手电筒的前方，光斑更加集中，光束角度小，使光线尽可能接近准直射出。

附图说明

附图1是本实用新型提供一个实施例所述全反射无泛光透镜的剖视图；

附图2是本实用新型提供一个实施例所述全反射无泛光透镜的结构示意图；

附图3是本实用新型提供一个实施例所述具有全反射无泛光透镜的灯具的光路图；

附图4是本实用新型提供一个实施例所述具有全反射无泛光透镜的灯具的爆炸图；

附图5是本实用新型提供一个实施例所述全反射无泛光透镜的照度分布图；

附图6是本实用新型提供一个实施例所述全反射无泛光透镜的光斑图；

附图7是本实用新型提供一个实施例所述全反射无泛光透镜中各点坐标的示意图。

图中标识：10-透镜；101-底面；102-第一空腔；103-第一入光面；104-第二入光面；105-第三入光面；106-第一出光面；107-第二空腔； 108-第二折射面；109-第一折射面；110-第二出光面；111-第一全反射面；112-第二全反射面；113-定位柱；20-LED光源；30-铜基板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1至图7，图1、图2和图7为本实用新型提供的一种全反射无泛光透镜10的一个具体实施例；图3和图4为本实用新型提供的具有该透镜的灯具的一个具体实施例。

如图1所述，所述透镜10为关于光轴旋转对称的结构，透镜10 包括底面101、环状侧面和顶面，所述底面101设有向透镜10内凹陷的第一空腔102，所述第一空腔102用于放置光源；第一空腔102 的腔壁从外向内由第一入光面103、第二入光面104和第三入光面105依次连接构成；所述顶面包括第一出光面106、顶面还设有向透镜10 内凹陷的第二空腔107，所述第二空腔107的腔壁设于第二出光面110 和折射部。

其中，第一入光面103、反射部和第一出光面106形成用于传输光源发射光的第一光线传输通路；第二入光面104、折射部、反射部和第一出光面106形成用于传输光源发射光的第二光线传输通路；第三入光面105和第二出光面110形成用于传输光源发射光的第三光线传输通路。

本申请将第一空腔102的入射面分为第一入光面103、第二入光面104和第三入光面105，从而将经过第一入光面103、第二入光面 104和第三入光面105的光源发射光分成三个部分，这三部分发射光分别沿第一光线传输通路、第二光线传输通路和第三光线传输通路进行折射和/或反射后向外发射。由于第一入光面103、第二入光面104 和第三入光面105为从内之外依次连接，因此第一光线传输通路用于传输发射角度较小的发射光，第三光线传输通路用于传输发射角度较大的发射光，第而光线传输通路用于传输发射角在第一光线传输通路和第三光线传输通路之间的发射光。其中，进入第一光线传输通路的光线发射角较小，此部分的光线更加集中，只需要经过第三入光面 105和第二出光面110之间的透镜10进行调整角度后就可以向外发射；进入第二光线传输通路的光线发射角偏大，此部分容易出现泛光，因此设置了折射部以对此部分光线的传输方向进行调整，通过折射后的光线再经过反射部从第一出光面106发射出去；进入第二光线传输通路的光线发射角更大，此部分的光线通过第一入射面进入透镜10 后可以直接投射到全反射面上再反射出去。

现有技术的透镜10都是将发射光根据发射角度的大小分成两部分，发射角度小的一部分经过透镜10折射整形后直接射出，发射角度大的一部分经过反射改变光路后射出，但是这样的透镜10会使一部分发射角度偏大但又不足以投射到全反射面上的光线直接射出，这样会形成泛光，照射范围大。而本申请是将光源发射光分为三部分进入透镜10，投射到不同入光面上的光线即分别进入到与之对应的光线传输通道上，按该光线传输通路进行折射和/或反射，从而避免了一部分光线的发射角过大而出现泛光，可以将光能全部汇集到手电筒的前方，光斑更加集中，光束角度小，使光线尽可能接近准直射出。

本实施例中，所述反射部包括第一全反射面111和第二全反射面 112，所述第一全反射面111的沿边与第二全反射面112的沿边连接。本实施例中，第一光线传输通路由第一入光面103、第一全反射面111 和第一出光面106组成；第二光线传输通路由第二入光面104、折射部、第二反射部和第一出光面106组成。

本实施例中，所述折射部包括第一折射面109和第二折射面108，所述第一折射面109与第二折射面108的沿边相连接，所述第一折射面109能够将从第二入光面104进入透镜10的光线折射到第二折射面108上，第二折射面108再将光线折射到反射部上，具体的，第二折射面108将光线折射到第二全反射面112上。因此，所述第二光路传输通路由第二入光面104、第一折射面109、第二折射面108、第二全反射面112和第一出光面106构成。

进一步的，本实施例中，所述第一光路传输通路用于传输发射角在10°以内的光源发射光；所述第二光路传输通路用于传输发射角在10°-50°的光源发射光；所述第三光路传输通路用于传输发射角在50°-90°的光源发射光。

进一步的，本实施例中，所述第一全反射面111远离第二全反射面112的沿边与底面101的沿边连接。

进一步的，本实施例中，透镜10为PMMA材料制成，为了由于经过二次折射后投射到第二全反射面112的光线入射角各不相同，为满足全反射条件，第二全全反射面设置为不规则的自由曲面。

上述实施例中，所述第一全反射面111和第二全反射面112的反射均满足：

其中，R为反射率；n1为空气折射率，n1＝1；n2为透镜折射率， n2＝1.59。

进一步的，本实施例中，由于透镜10采用PC材料制成，光线在该材料的入射角大于49度即可实现全反射，所述第一全反射面111 与所述底面101的夹角α1大于90°。

进一步的，本实施例中，所述第一折射面109与第二折射面108 的折射均满足：

n1sinθ1＝n2sinθ2 (2)，

其中，n1为空气折射率，n1＝1；n2为透镜折射率，n2＝1.59；θ1 为入射光线的角度，θ2为折射光线的角度。

在另外一些实施例中，所述第一全反射面111和第二全反射面 112还可以通过设置反射膜来实现全反射。

本实施例中，所述第一折射面109远离第二折射面108的沿边与第二出光面110的沿边连接。因此，所述第二出光面110、第一折射面109和第二折射面108在所述第一空腔102的腔壁从内之外依次连接设置，所述第二出光面110与所述第三入光面105相对应。

本实施例中，所述第一折射面109与所述第二折射面108的夹角α2大于90°，以使在光线经所述第一折射面109折射偏转后全部投射到第二折射面108上。且光线从第一折射面109折射偏转后的纵向宽度小于第二折射面108的纵向宽度。

一个实施例中，第三入光面105的中心向透镜10内凹陷，第三入光面105为自由曲面，第三入光面105由一条向第一空腔102凸起的不规则曲线以光轴为旋转轴旋转一周形成。第二出光面110的中心向透镜10内部凹陷，第二出光面110为自由曲面，第二出光面110由一条向第二空腔107凸起的不规则曲线以光轴为旋转轴旋转一周形成。其中，所述形成第三入光面105的不规则曲线向第一方向凸起，所述形成第二出光面110的不规则曲面向第二方向凸起，所述第一方向与第二方向相反，因此第三入光面105和第二出光面110构成一个双凸透镜10，位于第三光线传输通路的发射光经过该双凸透镜10汇聚后缩小的发射角度，光线接近准直照射。

一些实施例中，第三入光面105与第二出光面110之间的距离大于第二出光面110的焦距，光线从第三入光面105进入透镜10后在透镜10中交叉再从第二出光面110射出。本实施例中，第三入光面 105与第二出光面110之间的距离大于第二出光面110的两倍焦距，所述第三入光面105的直径小于第二出光面110的直径。

一些实施例中，所述第二入光面104为自由曲面，且第二入光面 104由一条向所示第一空腔102凸起的不规则曲线以所述透镜10的光轴为旋转轴旋转一周构成。

如图7所示为一个具体实施例中透镜10在XOZ平面上坐标，如图所示建立坐标轴：以光源中心为坐标轴原点O，所述底面101位于 XOY平面上，所述透镜10的光轴与OZ轴重合，透镜10关于OZ轴旋转对称。

本实施例还提供一种包括该全反射无泛光透镜10的灯具。所述灯具还包括铜基板30和设置在所述基板上的LED光源20，所述光源通过焊接方式固定在铜基板30上。本实施例中，所述透镜10的底面101还设有向外延伸的定位柱113，所述定位柱113的圆周设有一级台阶，所述铜基板30设有与所述定位柱113对应的定位孔，所述定位柱113与所述定位孔配合安装后，所述台阶的底面101与所述铜基板30上表面齐平，使光源能够位于所述第一空腔102中，且光源所发出的光线全部投射到第一空腔102的腔壁上。

以上所述的实施例，只是本实用新型的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全反射无泛光透镜，其特征在于，所述透镜(10)关于光轴旋转对称，所述透镜(10)包括底面(101)、环状侧面和顶面；所述底面(101)设有一向内凹陷的第一空腔(102)，所述第一空腔(102)用于放置光源，所述第一空腔(102)的腔壁从外向内由第一入光面(103)、第二入光面(104)和第三入光面(105)依次连接构成；所述顶面包括第一出光面(106)，所述顶面设有向内凹陷的第二空腔(107)，所述第二空腔(107)的腔壁设有第二出光面(110)和折射部；所述环状侧面设有反射部；所述第一入光面(103)、反射部和第一出光面(106)形成用于传输光源发射光的第一光线传输通路，所述第二入光面(104)、折射部、反射部和第一出光面(106)形成用于传输光源发射光的第二光线传输通路，所述第三入光面(105)和所述第二出光面(110)形成用于传输光源发射光的第三光线传输通路。

2.根据权利要求1所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述反射部包括第一全反射面(111)和第二全反射面(112)，所述第一入光面(103)、第一全反射面(111)和第一出光面(106)形成第一光线传输通路，所述第二入光面(104)、折射部、第二反射部和第一出光面(106)形成第二光线传输通路，所述第一全反射面(111)的沿边与所述第二全反射面(112)的沿边连接。

3.根据权利要求2所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述第一全反射面(111)远离所述第二全反射面(112)的沿边与所述底面(101)的沿边连接。

4.根据权利要求2所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述第二全反射面(112)为自由曲面。

5.根据权利要求1所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述折射部包括第一折射面(109)和第二折射面(108)，所述第一折射面(109)与所述第二折射面(108)的沿边连接，所述第一折射面(109)用于将经所述第二入光面(104)进入透镜(10)的光束折射到第二折射面(108)上，所述第二折射面(108)用于将来自第一折射面(109)的光束折射到所述反射部上。

6.根据权利要求5所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述第一折射面(109)远离所述第二折射面(108)的沿边与所述第二出光面(110)的沿边连接。

7.根据权利要求1所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述第三入光面(105)的中心向所述透镜(10)内部凹陷，所述第三入光面(105)为自由曲面，所述第三入光面(105)由一条向所述第一空腔(102)凸起的不规则曲线以所述透镜(10)的光轴为转轴旋转一周构成，所述第三入光面(105)的中心位于所述透镜(10)的光轴上。

8.根据权利要求7所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述第二出光面(110)的中心向所述透镜(10)内部凹陷，所述第二出光面(110)为自由曲面，所述第二出光面(110)由一条向所述第二空腔(107)凸起的不规则曲线以光轴为转轴旋转一周构成，所述第二出光面(110)的中心位于所述透镜(10)的光轴上。

9.根据权利要求1所述全反射无泛光透镜，其特征在于，所述第二入光面(104)为自由曲面，所述第二入光面(104)由一条向所述第一空腔(102)凸起的不规则曲线以所述透镜(10)的光轴为转轴旋转一周构成。

10.一种包括如上述权利要求1-9任一项所述全反射无泛光透镜的灯具。

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