WO2017185781A1 - 一种多层全反射鳞片透镜及灯具和光学系统 - Google Patents

一种多层全反射鳞片透镜及灯具和光学系统 Download PDF

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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape

Definitions

  • the incident region 2 is disposed as an incident end surface 5, and a plurality of incident side surfaces 6 which are annular and sequentially surrounded from the inside and the outside.
  • the respective incident side surfaces 6 respectively correspond to Light in different position areas can more easily control the light; since there are several sides of the incident side surface 8, the design freedom of the lens 1 is also increased, thereby weakening the spot distribution defect caused by the defect of the light source 9; Also to some extent The axial height of the lens 1 is lowered.

Abstract

一种多层全反射鳞片透镜（1）包括用于光线折射进入透镜（1）内部的入射区域（2）、用于将光线折射出透镜（1）的出射面（3）、以及用于将光线反射至所述出射面（3）的反射区域（4）。入射区域（2）包括入射端面（5）和若干呈环状、并由内向外依次环绕于所述入射端面（5）外的入射侧面（6），相邻两个入射侧面（6）之间隔开设置，相邻两个入射侧面（6）中，外侧的入射侧面（6）下端超出内侧的入射侧面（6）下端，在入射区域（2）处形成腔体（7）。透镜（1）对光源（9）发出光线进行调整，能够方便的对光线进行控制，从而较好地弱化了光源缺陷带来的光斑分布缺陷。鳞片设计增加了透镜的设计自由度，入射区域的设计降低了透镜的轴向高度。一种灯具具有上述透镜，一种光学系统包括上述灯具。

Description

一种多层全反射鳞片透镜及灯具和光学系统 技术领域
本发明涉及光学透镜技术领域，具体涉及一种多层全反射鳞片透镜及灯具和光学系统。
背景技术
在照明技术领域中，为了使光源发出的光线能够按照人们的需要进行分布，通常是需要采用各种光线转换装置对光线进行或反射、或折射、或聚集、或发散，如此改变光线的传播路径，最终得到符合人们实际需要的照明区域。
在目前的光线转换装置中，透镜被广泛的运用，原因在于，透镜的各个侧面即可作为反射光线的反射面或者作为折射光线的折射面，各个侧面的相对位置统一，具有良好的可靠性和一致性，并且加工方便，制造简单。
由于LED光源具有耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等优点，正逐步取代传统光源，已经广泛应用于各种照明场合。随着LED照明应用的发展，人们对光斑质量要求越来越高，在实际设计和使用过程中，本申请的发明人发现，目前LED配光透镜在针对LED光源进行小角度配光时通常存在两个问题：第一，光斑容易出现由于光源缺陷而带来的光斑分布缺陷；第二，小角度配光透镜需要具有较大的出光径向口径，与之匹配的透镜轴向高度往往较高，这会对透镜的成型加工带来较大的难度。
为了优化光斑，目前通常采用出射面覆盖复眼透镜或透镜面雾化等途径对透镜进行处理，但这不利于提高透镜的中心光强，也不利于透镜的精准设计。而为了降低透镜轴向高度，通常是采用前面全反射后面镀膜的透镜形式，但是镀膜会大幅度增加透镜成本；也有采用三次反射的透镜形式，光线的基本行进路线与镀膜透镜相似，是用两个互成90°左右的全反射面替代镀膜面，这种方式虽然节省了镀膜成本，但对成型模具制造要求非常高，制造难度极大。
所以，目前亟需一种既能够优化光斑质量，同时又能够降低透镜高度的透镜结构。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前透镜在配光时，存在的光斑不够优化，以及透镜轴向高度较高的问题，提供一种既能够优化光斑质量，同时又能够降低透镜轴向高度的透镜结构。
为了实现上述技术效果，本申请所采取的技术方案是：
一种多层全反射鳞片透镜，包括用于光线折射进入透镜内部的入射区域、用于将光线折射出透镜的出射面、以及用于将光线反射至所述出射面的反射区域，所述入射区域包括入射端面和若干呈环状、并由内向外依次环绕于所述入射端面外的入射侧面，相邻两个入射侧面之间隔开设置，相邻两个入射侧面中，外侧的入射侧面下端超出内侧的入射侧面下端，在入射区域处形成腔体。
本申请的多层全反射鳞片透镜，将入射区域设置为入射端面、以及若干呈环状、并由内向外依次环绕的入射侧面，在对光源发出光线进行调整时，各个入射侧面分别对应不同位置区域的光线，能够更加方便的对光线进行控制；由于入射侧面侧面为若干个，也增加了透镜的设计自由度，从而较好地弱化了光源缺陷带来的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透镜的轴向高度。
作为优选，所述反射区域包括若干呈环状、并由内向外依次环绕的反射侧面，每一个入射侧面外都环绕有一与其相对应的反射侧面，使所述入射侧面能够将照射在其上光线中的部分或者全部折射至与其相对应的反射侧面上，反射侧面再将照射在其上的光线反射至所述出射面。
在本申请的上述方案中，由于每个入射侧面都对应有一个反射侧面，光源发出光线照射在入射侧面后，该入射侧面将照射在其上的光线中的部分或者全部折射至与其对应的反射面上，如此，进一步的增加了设计自由度，进而进一步的有利于弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷；再一方面，由于光线在由入射侧面进入透镜后，被折射至反射侧面，然后再被反射侧面反射至出射面，如此，有效的折叠该部分光线的光路，进而可以有效降低透镜的轴向高度。
作为优选，所述反射侧面中，位于最外侧的反射侧面为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
在本申请的上述方案中，由于将最外侧的反射侧面设置为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面，每个鳞片的面形可以进行独立设计控制，与传统单一连续反射面相比较，具有更多的设计自由度，因此也能够更进一步的弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷。
作为进一步的优选，所述反射侧面中，至少有两个反射侧面为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
作为进一步的优选，所述反射侧面中，每一个反射侧面都为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
在本申请的上述方案中，除开最外侧反射侧面的其他反射侧面中的一个或几个或全 部都设置为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面，进而使这些反射侧面，能在较近区域接收到部分由入射侧面折射进入的光线，能够有效避免透镜轴向高度快速增加；并且，这些反射侧面的鳞片数及其鳞片的层数可以根据需要进行设计，进一步的增加了设计自由度，能够进一步的弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷。
作为优选，所述入射端面为聚光折射面。
作为另一优选，所述入射端面为非聚光折射面。
在上述方案中，可以根据实际配光需要将入射端可以设置为聚光折射面或者非聚光折射面，得到不同要求的光斑，进一步提高本申请透镜的适用范围。
本申请还公开了一种灯具，其包括上述的透镜和与所述透镜相配合的光源。
本申请的灯具，由于采用了上述的透镜结构，透镜在对光源发出光线进行调整时，各个入射侧面分别对应不同位置区域的光线，能够更加方便的对光线进行控制；由于入射侧面侧面为若干个，也增加了透镜的设计自由度，从而较好地弱化了光源缺陷带来的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透镜的轴向高度。
作为优选，所述光源发出的光线分为：位于主光轴及主光轴附近的小角度光线、位于小角度光线外围的中等角度光线，和位于中等角度光线外围的大角度光线，所述透镜的主光轴与所述光源的主光轴相重合，使得，至少有一部分小角度光线由所述入射端面设置进入所述透镜，至少有一部分中等角度光线由所述反射侧面折射进入所述透镜，至少有一部分大角度光线由最外侧的反射侧面折射进入所述透镜。
本申请的灯具中，将光源分为小角度光线、中等角度光线和大角度光线，并采用透镜结构对这些光线分别进行控制，在提高透镜对光源发出光线控制能力的同时，与传统单一连续反射面相比较，具有更多的设计自由度，因此能够较好地弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷；而且还能够降低透镜的轴向高度，减小灯具的体积。
本申请还公开了一种光学系统，其包括上述的灯具。
在本申请的光学系统中，由于采用了上述的灯具，灯具能够较好的弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷，还具有较小的体积，所以也使得光学系统能够较好的弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷，也具有较小的体积。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请多层全反射鳞片透镜的有益效果是：
1、将入射区域设置为入射端面、以及若干呈环状、并由内向外依次环绕的入射侧面，在对光源发出光线进行调整时，各个入射侧面分别对应不同位置区域的光线，能够更加方便的对光线进行控制；
2、由于入射侧面侧面为若干个，也增加了透镜的设计自由度，从而较好地弱化了光源缺陷带来的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透镜的轴向高度。
本申请其他实施方式的有益效果：
反射侧面设置为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面，每个鳞片的面形可以进行独立设计控制，与传统单一连续反射面相比较，具有更多的设计自由度，因此也能够更进一步的弱化光源缺陷带来的光斑分布缺陷，可以有效降低透镜的轴向高度。
附图说明
图1是反射侧面为多层鳞片拼接面的透镜的结构示意图；
图2是反射侧面为单层鳞片拼接面的透镜的结构示意图；
图3是入射端面为聚光折射面的透镜的结构示意图；
图4是入射端面为非聚光折射面的透镜的结构示意图；
图5是反射侧面为多层鳞片拼接面的局部放大图；
图6是反射侧面为单层鳞片拼接面的局部放大图，
图中标记：1-透镜，2-入射区域，3-出射面，4-反射区域，5-入射端面，6-入射侧面，7-腔体，8-反射侧面，9-光源。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1-6所示，
一种多层全反射鳞片透镜，包括用于光线折射进入透镜1内部的入射区域2、用于将光线折射出透镜1的出射面3、以及用于将光线反射至所述出射面3的反射区域4，所述入射区域2包括入射端面5和若干呈环状、并由内向外依次环绕于所述入射端面5外的入射侧面6，相邻两个入射侧面6之间隔开设置，相邻两个入射侧面6中，外侧的入射侧面6下端超出内侧的入射侧面6下端，在入射区域2处形成腔体7。
本实施例的透镜1，将入射区域2设置为入射端面5、以及若干呈环状、并由内向外依次环绕的入射侧面6，在对光源9发出光线进行调整时，各个入射侧面6分别对应不同位置区域的光线，能够更加方便的对光线进行控制；由于入射侧面8侧面为若干个，也增加了透镜1的设计自由度，从而较好地弱化了光源9缺陷带来的光斑分布缺陷；也在一定程度上 降低了透镜1的轴向高度。
作为优选，所述反射区域4包括若干呈环状、并由内向外依次环绕的反射侧面8，每一个入射侧面6外都环绕有一与其相对应的反射侧面8，使所述入射侧面6能够将照射在其上光线中的部分或者全部折射至与其相对应的反射侧面8上，反射侧面8再将照射在其上的光线反射至所述出射面3。
在本实施例的上述方案中，由于每个入射侧面8都对应有一个反射侧面8，光源9发出光线照射在入射侧面6后，该入射侧面6将照射在其上的光线中的部分或者全部折射至与其对应的反射面上，如此，进一步的增加了设计自由度，进而进一步的有利于弱化光源9缺陷带来的光斑分布缺陷；再一方面，由于光线在由入射侧面6进入透镜1后，被折射至反射侧面8，然后再被反射侧面8反射至出射面3，如此，有效的折叠该部分光线的光路，进而可以有效降低透镜1的轴向高度。
作为优选，所述反射侧面8中，位于最外侧的反射侧面8为多层鳞片拼接面(如图1所示)或单层鳞片拼接面(如图2所示)。
在本实施例的上述方案中，由于将最外侧的反射侧面8设置为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面，每个鳞片的面形可以进行独立设计控制，与传统单一连续反射面相比较，具有更多的设计自由度，因此也能够更进一步的弱化光源9缺陷带来的光斑分布缺陷。
作为进一步的优选，所述反射侧面8中，至少有两个反射侧面8为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
作为进一步的优选，所述反射侧面8中，每一个反射侧面8都为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
在本实施例的上述方案中，除开最外侧反射侧面8的其他反射侧面8中的一个或几个或全部都设置为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面，进而使这些反射侧面8，能在较近区域接收到部分由入射侧面6折射进入的光线，能够有效避免透镜1轴向高度快速增加；并且，这些反射侧面8的鳞片数及其鳞片的层数可以根据需要进行设计，进一步的增加了设计自由度，能够进一步的弱化光源9缺陷带来的光斑分布缺陷。
作为优选，如图3所示，所述入射端面5为聚光折射面。
作为另一优选，如图4所示，所述入射端面5为非聚光折射面。
在上述方案中，可以根据实际配光需要将入射端可以设置为聚光折射面或者非聚光折射面，得到不同要求的光斑，进一步提高本实施例透镜1的适用范围。
实施例2，如图1-6所示，
一种灯具，其包括实施例所述的透镜1和与所述透镜1相配合的光源9。
本实施例的灯具，由于采用了上述的透镜1结构，透镜1在对光源9发出光线进行调整时，各个入射侧面6分别对应不同位置区域的光线，能够更加方便的对光线进行控制；由于入射侧面8侧面为若干个，也增加了透镜1的设计自由度，从而较好地弱化了光源9缺陷带来的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透镜1的轴向高度。
作为优选，所述光源9发出的光线分为：位于主光轴及主光轴附近的小角度光线、位于小角度光线外围的中等角度光线，和位于中等角度光线外围的大角度光线，所述透镜1的主光轴与所述光源9的主光轴相重合，使得，至少有一部分小角度光线由所述入射端面5设置进入所述透镜1，至少有一部分中等角度光线由所述反射侧面8折射进入所述透镜1，至少有一部分大角度光线由最外侧的反射侧面8折射进入所述透镜1。
作为优选，实施光源9设置在所述腔体7内。将光源9设置在腔体7内，使光源9发出的光线能够尽量多的进入到透镜1内，提高光源9的利用率。
本实施例的灯具中，将光源9分为小角度光线、中等角度光线和大角度光线，并采用透镜1结构对这些光线分别进行控制，在提高透镜1对光源9发出光线控制能力的同时，与传统单一连续反射面相比较，具有更多的设计自由度，因此能够较好地弱化光源9缺陷带来的光斑分布缺陷；而且还能够降低透镜1的轴向高度，减小灯具的体积。
实施例3，
一种光学系统，其包括实施例2所述的灯具。
在本实施例的光学系统中，由于采用了上述的灯具，灯具能够较好的弱化光源9缺陷带来的光斑分布缺陷，还具有较小的体积，所以也使得光学系统能够较好的弱化光源9缺陷带来的光斑分布缺陷，也具有较小的体积。
凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种多层全反射鳞片透镜，其特征在于：包括
    入射区域，其用于将光线折射进入透镜内部，
    出射面，其将光线折射出透镜，和
    反射区域，其用于将光线反射至所述出射面，
    所述入射区域包括入射端面和若干呈环状、并由内向外依次环绕于所述入射端面外的入射侧面，
    相邻两个入射侧面之间隔开设置，在相邻两个入射侧面中，外侧的入射侧面下端超出内侧的入射侧面下端，在入射区域处形成腔体。
  2. 根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述反射区域包括若干呈环状、并由内向外依次环绕的反射侧面，每一个入射侧面外都环绕有一与其相对应的反射侧面，使所述入射侧面能够将照射在其上光线中的部分或者全部折射至与其相对应的反射侧面上，反射侧面再将照射在其上的光线反射至所述出射面。
  3. 根据权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述反射侧面中，位于最外侧的反射侧面为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
  4. 根据权利要求3所述的透镜，其特征在于：所述反射侧面中，至少有两个反射侧面为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
  5. 根据权利要求3或4所述的透镜，其特征在于：所述反射侧面中，每一个反射侧面都为多层鳞片拼接面或单层鳞片拼接面。
  6. 根据权利要求1-3任意一项所述的透镜，其特征在于：所述入射端面为聚光折射面。
  7. 根据权利要求1-3任意一项所述的透镜，其特征在于：所述入射端面为非聚光折射面。
  8. 一种灯具，其特征在于：包括权利要求1-7任意一项所述的透镜和与所述透镜相配合的光源。
  9. 根据权利要求8所述的灯具，其特征在于：所述光源发出的光线分为：位于主光轴及主光轴附近的小角度光线、位于小角度光线外围的中等角度光线，和位于中等角度光线外围的大角度光线，所述透镜的主光轴与所述光源的主光轴相重合，使得，至少有一部分小角度光线由所述入射端面设置进入所述透镜，至少有一部分中等角度光线由所述反射侧面折射进入所述透镜，至少有一部分大角度光线由最外侧的反射侧面折射进入所述透镜。
  10. 一种光学系统，其特征在于：包括权利要求8或9所述的灯具。
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