一种透镜、灯具以及光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及照明技术领域，特别是一种透镜、灯具以及光学系统。


背景技术：

2.led灯具具有良好的节能效果，越来越多的应用于多种照明场景，在机动车照明领域也应用越来越多。但是led光源，由于其点光源的特性，需要配合透镜等光线转换装置，利用透镜各个侧面作为反射面或者作为折射面，实现对光线的反射或者折射，从而实现对点光源的配光，获得光束角和均匀度等参数符合应用场景要求的光斑。
3.在全反射透镜中，为保证在一定光束角条件下光斑的均匀性，通常在全反射面区域设置具有两个反射面的凸棱，如图1和图2所示，光线经过两个反射面的反射后，从透镜的出射面射出。在中国专利cn205535602u中，公开了一种透镜及照明灯具和机动车远光照明光学系统，通过采用上述的方案，使得光束角变小，光斑均匀，适用于机动车远光照明。但是在一些照明场景中，需要对光束角大小进行调整，且同时保持光斑的均匀度。通常采用的方式是将反射面凸棱中两个反射面的曲率进行调整。但是反射面区域、反射面均为曲面，曲率也呈逐渐变化，在实际加工时，该反射面区域对模具的精度要求高，导致生产良率大幅度下降。此种方式难于满足不同光束角要求的透镜产品。
4.因此，亟需一种光斑均匀、能够方便调整光束角，且易于加工的全反射透镜。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应该当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的带有凸棱的全反射透镜，凸棱的曲面调整难度大，精度要求高，加工难度大的问题，提供一种透镜，该透镜通过在入射侧面设置凸棱，使得光线在从入射侧面进入到透镜内部后，在到达第二反射面前存在交叉，使得部分光线在第二反射面的入射角增加，再经过反射面区域的凸棱反射后，使得光斑增大，光束角增大，同时保持了光斑的均匀性。由于不需要对反射面区域的凸棱曲面参数进行调整，大大降低了对模具的精度要求和加工难度。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
8.一种透镜，包括旋转体，所述旋转体具有位于后端的入射区域和位于前端的出射区域，所述入射区域和所述出射区域之间的外侧壁形成反射区域；所述反射区域包括第一反射区域和第二反射区域，所述第二反射区域位于所述第一反射区域外周；所述第二反射区域设有若干反射单元；
9.所述入射区域包括入射口，以及从所述入射口沿从后端向前端的方向凹陷形成的入射侧面；所述入射侧面设有若干凸棱，每个凸棱均沿从后端到前端的方向延展。
10.通过在入射区域的入射侧面设置凸棱，光线从入射面射入后，部分光线在达到第
二反射面前存在交叉，使得照射至第二反射面上反射单元的光线入射角增加，由于入射角增加，经过反射单元发射后，光线更为分散，且依旧保持了均匀的性质。不同产品中，当需要调整光束角时，仅需调整入射区域凸棱的分布密度，无需对精度要求较高的反射单元进行调整。大大降低了对模具的精度 要求，降低了加工难度。
11.作为本实用新型的优选方案，所述若干凸棱沿所述入射侧面的周向均匀分布。
12.作为本实用新型的优选方案，所述凸棱顶部平滑过渡。
13.作为本实用新型的优选方案，相邻凸棱之间平滑过渡。
14.通过周向分布、凸棱顶部和凸棱之间的平滑过渡使得光线经过凸棱后分布更为均匀，能够提升光斑的均匀性。
15.作为本实用新型的优选方案，所述第一反射区域和所述第二反射区域之间设有第三反射区域。
16.作为本实用新型的优选方案，所述第三反射区域设有若干反射单元。
17.作为本实用新型的优选方案，所述反射单元包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面相交处为相交线；过相交线的任一点点q做相交线的切线，过点q且垂直于所述切线的虚拟平面与所述第一反射面和所述第二反射面分别相交形成线一和线二；
18.所述线一为曲线或者直线，所述线二为曲线或者直线。
19.在曲线和直线两种情况下，均能够实现光线的反射。通过调整曲线的线一和线二的夹角和线型能够调整光线经过反射单元后的偏转角度，进而调整光束角和光斑的均匀性。
20.作为本实用新型的优选方案，所述线一和所述线二为直线，所述线一基本垂直于所述线二。
21.在线一和线二基本垂直是指，线一和线二的夹角为90度或者接近90度。在经过相交线上不同点做虚拟面得到不同的线一和线二时，其夹角稍有变化，但基本位于88度-92度之间，接近90度的夹角使得模具设计和加工更为方便，加工过程中成品率得到提升。
22.本实用新型还提供一种灯具，包括上述的透镜。
23.本实用新型还提供一种光学系统，包括上述的透镜。
24.将上述透镜用于灯具和光学系统时，能够大大降低灯具或者系统对光学透镜精度的要求，尤其是降低了对反射单元精度的要求。在此情况下，采用上述方案的透镜作为配光透镜，能够大大降低灯具或者光学系统的制造难度和成本。
25.本实用新型所述的灯具的有益效果是：
26.1、本实用新型的透镜，通过在入射区域设置凸棱作为光学微结构，周向分布、凸棱顶部和凸棱之间的平滑过渡使得光线经过凸棱后分布更为均匀，能够提升光斑的均匀性。在光线经过凸棱结构后，在到达第二反射面的反射单元前，发生偏转，存在交叉现象。使得照射至第二反射面上反射单元的光线入射角增加，由于入射角增加，经过反射单元发射后，光线更为分散，且依旧保持了均匀的性质。当需要调整光束角时，仅需调整入射区域凸棱的分布密度，无需对精度要求较高的反射单元进行调整。大大降低了对模具的精度 要求，降低了加工难度。
27.2、本实用新型的透镜，通过对反射单元中每个截面中线一和线二基本垂直的设
置，使得经过反射单元的光线基本按照相反方向反射出来，虽然光线在反射单元处，不会进行或者稍微进行扩散，但是该相互垂直的设置方式，大大降低了对模具精度的要求，成品率提高。将上述透镜用于灯具和光学系统时，能够大大降低灯具或者系统对光学透镜精度的要求，尤其是降低了对反射单元精度的要求。
附图说明
28.图1是现有背景技术中的全反射区域带有凸棱的透镜的结构示意图。
29.图2是图1的透镜的光路示意图。
30.图3是本实用新型的透镜的结构示意图。
31.图4是本实用新型的透镜的另一视角结构示意图。
32.图5是图4在圆圈o处的放大图示意图。
33.图6是图5在圆圈p处的放大图示意图。
34.图7是图4是圆圈h处的放大图示意图。
35.图8是本实用新型的透镜的俯视图示意图。
36.图9是图8在a-a处的剖视图示意图。
37.图10是图9视角下的光路图示意图。
38.图11是本实用新型的透镜的正视图示意图。
39.图12是在图11中b-b剖面视角下光路图示意图。
40.图13是相交线、切线和剖面平面的位置关系示意图。
41.图14是光线在反射单元处的光路示意图。
42.图15是另一方案的光线在反射单元处的光路示意图。
43.图16是实施例2中的透镜的结构示意图。
44.图17是实施例2中的透镜的剖面图示意图。
45.图18是入射区域不设置凸棱的透镜光路分布示意图。
46.图19是实施例2中的透镜光路分布示意图。
47.附图标记：
48.1-入射侧面；11-凸棱；111-凸棱一；112-凸棱二；1111-凸棱面一；1112-凸棱面二；1121-凸棱面三；2-出射区域；3-第一反射区域；4-第二反射区域；5-反射单元；51-第一反射面；52-第二反射面；53-相交线；511-线一；521-线二；6-第三反射区域。
具体实施方式
49.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
50.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
51.实施例1
52.一种透镜，如图3和图4所示，包括旋转体，所述旋转体具有位于后端的入射区域和位于前端的出射区域2，所述入射区域和所述出射区域2之间的外侧壁形成反射区域；所述反射区域包括第一反射区域3和第二反射区域4，所述第二反射区域4位于所述第一反射区
域3外周；所述第二反射区域4设有若干反射单元5；该实施例的透镜中，在出射区域边缘还包括了用于和其他组件组装的边缘和卡槽。
53.所述入射区域包括入射口，以及从所述入射口沿从后端向前端的方向凹陷形成的入射侧面1；所述入射侧面1设有若干凸棱11，每个凸棱11均沿从后端到前端的方向延展。如图4，所述反射单元5沿从入射区域到出射区域的方向延伸，且截面呈逐渐放大状。
54.如图5所示，所述若干凸棱沿所述入射侧面1的周向均匀分布。所述凸棱11顶部平滑过渡。相邻凸棱11之间平滑过渡。具体如图6中，凸棱11包括相邻的凸棱一111和凸棱二112；其中凸棱一111由凸棱面一1111和凸棱面二1112形成；在凸棱面一1111和凸棱面二1112的连接处呈平滑过渡；凸棱二112由凸棱面三1121和凸棱面四组成，其中凸棱面三1121和凸棱面二1112相连接，在凸棱面二1112和凸棱面三1121的连接处呈平滑过渡。通过周向分布、凸棱11顶部和凸棱11之间的平滑过渡使得光线经过凸棱11后分布更为均匀，能够提升光斑的均匀性。
55.如图7所示，所述反射单元5包括第一反射面51和第二反射面52，所述第一反射面51和所述第二反射面52相交处为相交线53。
56.如图8和图9所示，在本实施例中，入射侧面1呈上大下小的筒状，凸棱11在入射侧面1的上端（入射口）和入射侧面1的下端数量相同。即每个凸棱11从下向上延伸，截面呈逐渐放大状。剖面中的光路如图10所示。以图10的观测角度描述，光线不仅发生了如图10所示的竖直方向的反射和折射。还在凸棱处发生了水平方向的折射，以及在反射单元5处发生了水平方向的反射。示意如图11和图12所示。
57.第一反射面51和第二反射面52的夹角对光线的分布尤为重要。由于两个反射面的连接处为相交线53，通常取相交线53上的一点，过该点做相交线53的切线，然后过该点做平面，使得该切线垂直于该平面；平面与两个反射面相交，形成两条线段，该两条线段和弧线上的点，形成夹角，此夹角用于描述反射面的夹角。在弧线上取不同点时，该夹角的大小不一定相同。
58.具体描述为，如图13所示过相交线53的任一点点q做相交线53的切线，过点q且垂直于所述切线的虚拟平面与所述第一反射面51和所述第二反射面52分别相交形成线一511和线二521；所述线一511为曲线或者直线，所述线二521为曲线或者直线。
59.曲线情况如图15所示，直线情况如图14所示。在曲线和直线两种情况下，均能够实现光线的反射。通过调整曲线的线一511和线二521的夹角和线型能够调整光线经过反射单元5后的偏转角度，进而调整光束角和光斑的均匀性。
60.两种方案中，更佳的方案为，如图14所示的，所述线一511和所述线二521为直线，所述线一511基本垂直于所述线二521。在线一511和线二521基本垂直是指，线一511和线二521的夹角α为90度或者接近90度。在经过相交线53上不同点做虚拟面得到不同的线一511和线二521时，其夹角稍有变化，但基本位于88度-92度之间，接近90度的夹角使得模具设计和加工更为方便，加工过程中成品率得到提升。
61.线一511和线二521基本垂直的方案，在不设置入射区域凸棱的情况下，实现透镜的光束角最小，加工方案最为简单。进而再利用方便加工的入射区域凸棱，实现光束角的增大。
62.实施例2
63.本实施例与实施例1的差别在于，如图16和图17所示，在所述第一反射区域3和所述第二反射区域4之间设有第三反射区域6。图18是入射区域不设置凸棱的光路示意图，图19是本实施例中的入射区域设置了凸棱的光路示意图。对比可知，采用本实施例的方案，在入射光束相同情况下，经过透镜后，在透镜内部交叉放大，再经反射单元5反射后，从出射区域射出的光线分布更宽且仍保持均匀，光束角更大。
64.进一步的方案中，还可以在所述第三反射区域6设有若干反射单元。该反射单元可以与第二反射区域4的反射单元5设置方式相同，也可以不同于第二反射区域的反射单元5。
65.实施例3
66.一种灯具，包括实施例1或者实施例2中所述的透镜。
67.实施例4
68.一种光学系统，包括实施例1或者实施例2中所述的透镜。该光学系统尤其适用于机动车远光灯照明光学系统，在最小光束角的基础上，采用入射区域设置凸棱的方式，方便对光束角进行调整增大，且产品质量和批次一致性大幅度提升。
69.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。