一種多層全反射鱗片透鏡及燈具和光學系統的製作方法

2023-05-16 13:38:26 1

本實用新型涉及光學透鏡技術領域，具體涉及一種多層全反射鱗片透鏡及燈具和光學系統。

背景技術：

在照明技術領域中，為了使光源發出的光線能夠按照人們的需要進行分布，通常是需要採用各種光線轉換裝置對光線進行或反射、或折射、或聚集、或發散，如此改變光線的傳播路徑，最終得到符合人們實際需要的照明區域。

在目前的光線轉換裝置中，透鏡被廣泛的運用，原因在於，透鏡的各個側面即可作為反射光線的反射面或者作為折射光線的折射面，各個側面的相對位置統一，具有良好的可靠性和一致性，並且加工方便，製造簡單。

由於LED光源具有耗能少、適用性強、穩定性高、響應時間短、對環境無汙染、多色發光等優點，正逐步取代傳統光源，已經廣泛應用於各種照明場合。隨著LED照明應用的發展，人們對光斑質量要求越來越高，在實際設計和使用過程中，本申請的發明人發現，目前LED配光透鏡在針對LED光源進行小角度配光時通常存在兩個問題：第一，光斑容易出現由於光源缺陷而帶來的光斑分布缺陷；第二，小角度配光透鏡需要具有較大的出光徑向口徑，與之匹配的透鏡軸向高度往往較高，這會對透鏡的成型加工帶來較大的難度。

為了優化光斑，目前通常採用出射面覆蓋複眼透鏡或透鏡面霧化等途徑對透鏡進行處理，但這不利於提高透鏡的中心光強，也不利於透鏡的精準設計。而為了降低透鏡軸向高度，通常是採用前面全反射後面鍍膜的透鏡形式，但是鍍膜會大幅度增加透鏡成本；也有採用三次反射的透鏡形式，光線的基本行進路線與鍍膜透鏡相似，是用兩個互成90°左右的全反射面替代鍍膜面，這種方式雖然節省了鍍膜成本，但對成型模具製造要求非常高，製造難度極大。

所以，目前亟需一種既能夠優化光斑質量，同時又能夠降低透鏡高度的透鏡結構。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於：針對目前透鏡在配光時，存在的光斑不夠優化，以及透鏡軸向高度較高的問題，提供一種既能夠優化光斑質量，同時又能夠降低透鏡軸向高度的透鏡結構。

為了實現上述技術效果，本申請所採取的技術方案是：

一種多層全反射鱗片透鏡，包括用於光線折射進入透鏡內部的入射區域、用於將光線折射出透鏡的出射面、以及用於將光線反射至所述出射面的反射區域，所述入射區域包括入射端面和若干呈環狀、並由內向外依次環繞於所述入射端面外的入射側面，相鄰兩個入射側面之間隔開設置，相鄰兩個入射側面中，外側的入射側面下端超出內側的入射側面下端，在入射區域處形成腔體。

本申請的多層全反射鱗片透鏡，將入射區域設置為入射端面、以及若干呈環狀、並由內向外依次環繞的入射側面，在對光源發出光線進行調整時，各個入射側面分別對應不同位置區域的光線，能夠更加方便的對光線進行控制；由於入射側面側面為若干個，也增加了透鏡的設計自由度，從而較好地弱化了光源缺陷帶來的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透鏡的軸向高度。

作為優選，所述反射區域包括若干呈環狀、並由內向外依次環繞的反射側面，每一個入射側面外都環繞有一與其相對應的反射側面，使所述入射側面能夠將照射在其上光線中的部分或者全部折射至與其相對應的反射側面上，反射側面再將照射在其上的光線反射至所述出射面。

在本申請的上述方案中，由於每個入射側面都對應有一個反射側面，光源發出光線照射在入射側面後，該入射側面將照射在其上的光線中的部分或者全部折射至與其對應的反射面上，如此，進一步的增加了設計自由度，進而進一步的有利於弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷；再一方面，由於光線在由入射側面進入透鏡後，被折射至反射側面，然後再被反射側面反射至出射面，如此，有效的摺疊該部分光線的光路，進而可以有效降低透鏡的軸向高度。

作為優選，所述反射側面中，位於最外側的反射側面為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面。

在本申請的上述方案中，由於將最外側的反射側面設置為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面，每個鱗片的面形可以進行獨立設計控制，與傳統單一連續反射面相比較，具有更多的設計自由度，因此也能夠更進一步的弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷。

作為進一步的優選，所述反射側面中，至少有兩個反射側面為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面。

作為進一步的優選，所述反射側面中，每一個反射側面都為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面。

在本申請的上述方案中，除開最外側反射側面的其他反射側面中的一個或幾個或全部都設置為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面，進而使這些反射側面，能在較近區域接收到部分由入射側面折射進入的光線，能夠有效避免透鏡軸向高度快速增加；並且，這些反射側面的鱗片數及其鱗片的層數可以根據需要進行設計，進一步的增加了設計自由度，能夠進一步的弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷。

作為優選，所述入射端面為聚光折射面。

作為另一優選，所述入射端面為非聚光折射面。

在上述方案中，可以根據實際配光需要將入射端可以設置為聚光折射面或者非聚光折射面，得到不同要求的光斑，進一步提高本申請透鏡的適用範圍。

本申請還公開了一種燈具，其包括上述的透鏡和與所述透鏡相配合的光源。

本申請的燈具，由於採用了上述的透鏡結構，透鏡在對光源發出光線進行調整時，各個入射側面分別對應不同位置區域的光線，能夠更加方便的對光線進行控制；由於入射側面側面為若干個，也增加了透鏡的設計自由度，從而較好地弱化了光源缺陷帶來的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透鏡的軸向高度。

作為優選，所述光源發出的光線分為：位於主光軸及主光軸附近的小角度光線、位於小角度光線外圍的中等角度光線，和位於中等角度光線外圍的大角度光線，所述透鏡的主光軸與所述光源的主光軸相重合，使得，至少有一部分小角度光線由所述入射端面設置進入所述透鏡，至少有一部分中等角度光線由所述反射側面折射進入所述透鏡，至少有一部分大角度光線由最外側的反射側面折射進入所述透鏡。

本申請的燈具中，將光源分為小角度光線、中等角度光線和大角度光線，並採用透鏡結構對這些光線分別進行控制，在提高透鏡對光源發出光線控制能力的同時，與傳統單一連續反射面相比較，具有更多的設計自由度，因此能夠較好地弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷；而且還能夠降低透鏡的軸向高度，減小燈具的體積。

本申請還公開了一種光學系統，其包括上述的燈具。

在本申請的光學系統中，由於採用了上述的燈具，燈具能夠較好的弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷，還具有較小的體積，所以也使得光學系統能夠較好的弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷，也具有較小的體積。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本申請多層全反射鱗片透鏡的有益效果是：

1、將入射區域設置為入射端面、以及若干呈環狀、並由內向外依次環繞的入射側面，在對光源發出光線進行調整時，各個入射側面分別對應不同位置區域的光線，能夠更加方便的對光線進行控制；

2、由於入射側面側面為若干個，也增加了透鏡的設計自由度，從而較好地弱化了光源缺陷帶來的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透鏡的軸向高度。

本申請其他實施方式的有益效果：

反射側面設置為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面，每個鱗片的面形可以進行獨立設計控制，與傳統單一連續反射面相比較，具有更多的設計自由度，因此也能夠更進一步的弱化光源缺陷帶來的光斑分布缺陷，可以有效降低透鏡的軸向高度。

附圖說明

圖1是反射側面為多層鱗片拼接面的透鏡的結構示意圖；

圖2是反射側面為單層鱗片拼接面的透鏡的結構示意圖；

圖3是入射端面為聚光折射面的透鏡的結構示意圖；

圖4是入射端面為非聚光折射面的透鏡的結構示意圖；

圖5是反射側面為多層鱗片拼接面的局部放大圖；

圖6是反射側面為單層鱗片拼接面的局部放大圖，

圖中標記：1-透鏡，2-入射區域，3-出射面，4-反射區域，5-入射端面，6-入射側面，7-腔體，8-反射側面，9-光源。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

實施例1：如圖1-6所示，

一種多層全反射鱗片透鏡，包括用於光線折射進入透鏡1內部的入射區域2、用於將光線折射出透鏡1的出射面3、以及用於將光線反射至所述出射面3的反射區域4，所述入射區域2包括入射端面5和若干呈環狀、並由內向外依次環繞於所述入射端面5外的入射側面6，相鄰兩個入射側面6之間隔開設置，相鄰兩個入射側面6中，外側的入射側面6下端超出內側的入射側面6下端，在入射區域2處形成腔體7。

本實施例的透鏡1，將入射區域2設置為入射端面5、以及若干呈環狀、並由內向外依次環繞的入射側面6，在對光源9發出光線進行調整時，各個入射側面6分別對應不同位置區域的光線，能夠更加方便的對光線進行控制；由於入射側面8側面為若干個，也增加了透鏡1的設計自由度，從而較好地弱化了光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透鏡1的軸向高度。

作為優選，所述反射區域4包括若干呈環狀、並由內向外依次環繞的反射側面8，每一個入射側面6外都環繞有一與其相對應的反射側面8，使所述入射側面6能夠將照射在其上光線中的部分或者全部折射至與其相對應的反射側面8上，反射側面8再將照射在其上的光線反射至所述出射面3。

在本實施例的上述方案中，由於每個入射側面8都對應有一個反射側面8，光源9發出光線照射在入射側面6後，該入射側面6將照射在其上的光線中的部分或者全部折射至與其對應的反射面上，如此，進一步的增加了設計自由度，進而進一步的有利於弱化光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷；再一方面，由於光線在由入射側面6進入透鏡1後，被折射至反射側面8，然後再被反射側面8反射至出射面3，如此，有效的摺疊該部分光線的光路，進而可以有效降低透鏡1的軸向高度。

作為優選，所述反射側面8中，位於最外側的反射側面8為多層鱗片拼接面（如圖1所示）或單層鱗片拼接面（如圖2所示）。

在本實施例的上述方案中，由於將最外側的反射側面8設置為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面，每個鱗片的面形可以進行獨立設計控制，與傳統單一連續反射面相比較，具有更多的設計自由度，因此也能夠更進一步的弱化光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷。

作為進一步的優選，所述反射側面8中，至少有兩個反射側面8為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面。

作為進一步的優選，所述反射側面8中，每一個反射側面8都為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面。

在本實施例的上述方案中，除開最外側反射側面8的其他反射側面8中的一個或幾個或全部都設置為多層鱗片拼接面或單層鱗片拼接面，進而使這些反射側面8，能在較近區域接收到部分由入射側面6折射進入的光線，能夠有效避免透鏡1軸向高度快速增加；並且，這些反射側面8的鱗片數及其鱗片的層數可以根據需要進行設計，進一步的增加了設計自由度，能夠進一步的弱化光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷。

作為優選，如圖3所示，所述入射端面5為聚光折射面。

作為另一優選，如圖4所示，所述入射端面5為非聚光折射面。

在上述方案中，可以根據實際配光需要將入射端可以設置為聚光折射面或者非聚光折射面，得到不同要求的光斑，進一步提高本實施例透鏡1的適用範圍。

實施例2，如圖1-6所示，

一種燈具，其包括實施例所述的透鏡1和與所述透鏡1相配合的光源9。

本實施例的燈具，由於採用了上述的透鏡1結構，透鏡1在對光源9發出光線進行調整時，各個入射側面6分別對應不同位置區域的光線，能夠更加方便的對光線進行控制；由於入射側面8側面為若干個，也增加了透鏡1的設計自由度，從而較好地弱化了光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷；也在一定程度上降低了透鏡1的軸向高度。

作為優選，所述光源9發出的光線分為：位於主光軸及主光軸附近的小角度光線、位於小角度光線外圍的中等角度光線，和位於中等角度光線外圍的大角度光線，所述透鏡1的主光軸與所述光源9的主光軸相重合，使得，至少有一部分小角度光線由所述入射端面5設置進入所述透鏡1，至少有一部分中等角度光線由所述反射側面8折射進入所述透鏡1，至少有一部分大角度光線由最外側的反射側面8折射進入所述透鏡1。

作為優選，實施光源9設置在所述腔體7內。將光源9設置在腔體7內，使光源9發出的光線能夠儘量多的進入到透鏡1內，提高光源9的利用率。

本實施例的燈具中，將光源9分為小角度光線、中等角度光線和大角度光線，並採用透鏡1結構對這些光線分別進行控制，在提高透鏡1對光源9發出光線控制能力的同時，與傳統單一連續反射面相比較，具有更多的設計自由度，因此能夠較好地弱化光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷；而且還能夠降低透鏡1的軸向高度，減小燈具的體積。

實施例3，

一種光學系統，其包括實施例2所述的燈具。

在本實施例的光學系統中，由於採用了上述的燈具，燈具能夠較好的弱化光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷，還具有較小的體積，所以也使得光學系統能夠較好的弱化光源9缺陷帶來的光斑分布缺陷，也具有較小的體積。

凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。