CN110726119B - 透镜单元、透镜及灯具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种透镜单元、透镜及灯具。上述的透镜单元用于与光源对应设置，透镜单元的一面开设有出光槽，出光槽的内壁为第一出光面；第一出光面的法向截面为第一弧形线，且出光槽用于朝向光源设置，且透镜单元与光源的相对位置可调；透镜单元背离开设有出光槽的表面的一面为第二出光面，第二出光面与第一出光面相对应，且第二出光面的法向截面为第二弧形线；在透镜单元的不同法向截面位置。在透镜单元沿位置调节方向调节至相对于光源的不同位置时，光源的出光角度不同，实现灯具的不同出光角度调节，以满足不同的配光角度要求，避免了传统的灯具通过更换不同的二次透镜来实现不同的配光角度的要求，解决了模具成本较高和时效性较低的问题。

Description

透镜单元、透镜及灯具

技术领域

本申请涉及照明的技术领域，特别是涉及一种透镜单元、透镜及灯具。

背景技术

随着LED光源在照明领域的高速发展，并以其长寿命、低能耗、绿色环保等优点广泛应用于照明领域中。其中，光学系统作为LED灯具中最重要的组成部分，需要其能够满足各类区域的照明需求。LED灯具的光学系统通常采用二次透镜对LED灯具发出的光线进行配光优化，以实现光线在照射至被照面时，能够达到照射均匀度较高和照射分布区域较广的效果。

然而，上述的二次透镜与LED光源一对一组合，使LED灯具仅能实现一种配光角度的照明效果。为了实现更好的照明效果，在灯具的使用过程中通过更换不同的二次透镜来实现不同的配光角度要求，这样一方面会使透镜的模具成本较高，另一方面会浪费时间，即使灯具的时效性较低。

发明内容

基于此，有必要针对透镜的模具成本较高和时效性较低的问题，提供一种透镜单元、透镜及灯具。

一种透镜单元，用于与光源对应设置，所述透镜单元的一面开设有出光槽，所述出光槽的内壁为第一出光面；所述第一出光面的法向截面为第一弧形线，且所述出光槽用于朝向所述光源设置，且所述透镜单元与所述光源的相对位置可调；

所述透镜单元背离开设有所述出光槽的表面的一面为第二出光面，所述第二出光面与所述第一出光面相对应，且所述第二出光面的法向截面为第二弧形线；在所述透镜单元的不同法向截面位置，所述第一弧形线与所述第二弧形线的相对位置不同，以形成不同的出光角度；

其中，垂直于所述透镜单元的位置调节方向的法平面为法向截面。

在其中一个实施例中，所述出光槽的延伸方向与所述透镜单元的位置调节方向重合，使透镜单元能够沿位置调节方向调节至与光源对应的不同位置处，从而使光源通过透镜单元的不同位置折射出不同的光线，实现透镜单元出光的连续性。

在其中一个实施例中，所述第二出光面为弧形曲面结构，使第二出光面具有较好的出光效果，同时使光线通过透镜单元的第二出光面在同一法向截面位置的不同位置折射出不同角度的光线，提高了灯具的照射角度范围。

在其中一个实施例中，所述透镜单元的一端的法向截面的出光角度大于所述透镜单元的另一端的法向截面的出光角度，所述透镜单元的出光角度从最大出光角度的端部向最小出光角度的端部递减，这样在透镜单元沿位置调节方向调节过程中相应的出光角度递减或递增。

在其中一个实施例中，所述透镜单元的出光角度范围为120°～135°，使透镜单元的出光角度范围较大。

一种透镜，包括多个上述任一实施例所述的透镜单元，多个所述透镜单元连接于一起，使多个透镜单元的出光角度能够同步调节。

在其中一个实施例中，多个所述透镜单元依次连接形成环状结构，使透镜可通过旋转的方式沿位置调节方向进行调节，提高了透镜的位置调节的方便性。

在其中一个实施例中，相邻两个所述透镜单元关于所述法向截面对称设置，使相邻两个透镜单元对称连接共同组成一个光源的出光透镜，从而使透镜可以沿透镜单元的的位置调节方向的正反两个方向进行调节均能够实现光源出光角度的增大或减小。

在其中一个实施例中，所述透镜还包括固定架，至少一个所述透镜单元与所述固定架连接，使多个透镜单元在沿位置调节方向进行调节时均随固定架运动。

一种灯具，包括光源和上述任一实施例所述的透镜，所述出光槽朝向所述光源设置，且所述透镜单元与所述光源的相对位置可调。

上述的透镜单元、透镜及灯具，由于透光单元的一面开设有出光槽，且出光槽朝向光源设置，出光槽的内壁为第一出光面，透镜单元背离开设有出光槽的表面为第二出光面，又由于第二出光面与第一出光面相对应，使光源发出的光线能够依次经过第一出光面和第二出光面折射射出，实现灯具的出光；由于在透镜单元的不同法向截面位置，第一弧形线与第二弧形线的相对位置不同，这样光源经过不同法向截面位置对应的出光槽的内壁位置折射出来以形成不同的出光角度，这样在透镜单元沿位置调节方向调节至相对于光源的不同位置时，光源的出光角度不同，实现灯具的不同出光角度调节，以满足不同的配光角度要求，避免了传统的灯具通过更换不同的二次透镜来实现不同的配光角度的要求，解决了模具成本较高和时效性较低的问题。

附图说明

图1为一实施例的灯具的结构示意图；

图2为图1所示灯具的透镜的透镜单元的示意图；

图3为图2所示透镜单元的另一视角的示意图；

图4为图2所示透镜单元的最大出光角度位置的法向截面的出光示意图；

图5为图2所示透镜单元的中间出光角度位置的法向截面的出光示意图；

图6为图2所示透镜单元的最小出光角度位置的法向截面的出光示意图；

图7为图4所示透镜单元的最大出光角度位置的法向截面的对应的透镜光斑图；

图8为图4所示透镜单元的最大出光角度位置的法向截面的对应的透镜配光曲线图；

图9为图6所示透镜单元的最小出光角度位置的法向截面的对应的透镜光斑图；

图10为图6所示透镜单元的最小出光角度位置的法向截面的对应的透镜配光曲线图；

图11为图5所示透镜单元的中间出光角度位置的法向截面的对应的透镜光斑图；

图12为图5所示透镜单元的中间出光角度位置的法向截面的对应的透镜配光曲线图；

图13为相邻两个图2所示透镜单元关于法向截面对称设置的透镜单元组的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对透镜单元、透镜及灯具进行更全面的描述。附图中给出了透镜单元、透镜及灯具的首选实施例。但是，透镜单元、透镜及灯具可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对透镜单元、透镜及灯具的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在透镜单元、透镜及灯具的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施例是，一种透镜单元用于与光源对应设置，所述透镜单元的一面开设有出光槽，所述出光槽的内壁为第一出光面；所述第一出光面的法向截面为第一弧形线，且所述出光槽用于朝向所述光源设置，且所述透镜单元与所述光源的相对位置可调；所述透镜单元背离开设有所述出光槽的表面的一面为第二出光面，所述第二出光面与所述第一出光面相对应，且所述第二出光面的法向截面为第二弧形线；在所述透镜单元的不同法向截面位置，所述第一弧形线与所述第二弧形线的相对位置不同，以形成不同的出光角度；其中，垂直于所述透镜单元的位置调节方向的法平面为法向截面。

如图1所示，一实施例的灯具10包括光源200和透镜100。透镜100盖设于光源200上，且光源200发出的光线能够通过透镜100折射出来。在本实施例中，灯具10为庭院灯。在一实施例中，透镜100包括多个透镜单元110，多个透镜单元110连接于一起，使多个透镜单元110的出光角度能够同步调节。在本实施例中，多个透镜单元110连接于一起形成闭合结构。在其中一个实施例中，多个透镜单元110依次连接形成环状结构，使透镜100可通过旋转的方式沿位置调节方向进行调节，提高了透镜100的位置调节的方便性。在其他实施例中，多个透镜单元110依次连接不仅限于形成环状结构，还可以形成矩形结构或其他多边形结构。在其他实施例中，多个透镜单元依次连接也可以不形成闭合结构。在其他一个实施例中，多个透镜单元依次连接形成弧形结构。

在其中一个实施例中，每一透镜单元110与光源200对应设置，使光源200发出的光线能够通过透镜单元110折射出来。如图2与图3所示，在一实施例中，每一透镜单元110的一面开设有出光槽112，出光槽112的内壁为第一出光面。第一出光面的法向截面为第一弧形线112a，且出光槽112朝向光源200设置，且透镜单元110与光源200的相对位置可调，使光源200能够调节至与透镜单元110不同相对位置处。

如图2与图3所示，其中，法向截面为垂直于透镜单元110的位置调节方向的法平面，即法向截面为垂直于透镜单元110的位置调节方向的截面。在本实施例中，通过旋转的方式调节透镜单元110与光源200的相对位置。可以理解，在其他实施例中，也可以通过平移的方式调节透镜单元110与光源200的相对位置。对于第一出光面的不同位置的法向截面，第一弧形线112a的形状不相同。

如图2与图3所示，在一实施例中，每一透镜单元110背离开设有出光槽112的表面的一面为第二出光面114。第二出光面114与第一出光面相对应，使光源200发出的光线依次经过第一出光面和第二出光面114折射出来。在其中一个实施例中，第二出光面114的法向截面为第二弧形线114a。在透镜单元110的不同法向截面位置，第一弧形线112a与第二弧形线114a的相对位置不同，以形成不同的出光角度。对于第二出光面114的不同位置的法向截面，第二弧形线114a的形状不相同。

由于透光单元的一面开设有出光槽112，且出光槽112朝向光源200设置，出光槽112的内壁为第一出光面，透镜单元110背离开设有出光槽112的表面为第二出光面114，又由于第二出光面114与第一出光面相对应，使光源200发出的光线能够依次经过第一出光面和第二出光面114折射射出，实现灯具10的出光。由于在透镜单元110的不同法向截面位置，第一弧形线112a与第二弧形线114a的相对位置不同，这样光源200经过不同法向截面位置对应的出光槽112的内壁位置折射出来以形成不同的出光角度，这样在透镜单元110沿位置调节方向调节至相对于光源200的不同位置时，光源200的出光角度不同，实现灯具10的不同出光角度调节，以满足不同的配光角度要求，避免了传统的灯具10通过更换不同的二次透镜来实现不同的配光角度的要求，解决了模具成本较高和时效性较低的问题。

在其中一个实施例中，出光槽112的延伸方向与透镜单元110的位置调节方向重合，使透镜单元110能够沿位置调节方向调节至与光源200对应的不同位置处，从而使光源200通过透镜单元110的不同位置折射出不同的光线，实现透镜单元110出光的连续性。在其中一个实施例中，出光槽112的延伸方向为曲线方向。在本实施例中，出光槽112的延伸方向为弧形方向，即出光槽112沿透镜100的圆周方向延伸的圆弧形方向。可以理解，在其他实施例中，出光槽112的延伸方向不仅限于为圆弧形方向，还可以为非圆弧形方向。在其中一个实施例中，出光槽112的延伸方向可以为不规则的闭合曲线方向。

如图2所示，为提高灯具10的照射角度范围，在其中一个实施例中，第二出光面114为弧形曲面结构，使第二出光面114具有较好的出光效果，同时使光线通过透镜单元110的第二出光面114在同一法向截面位置的不同位置折射出不同角度的光线，提高了灯具10的照射角度范围。

如图3所示，在其中一个实施例中，透镜单元110的一端的法向截面的出光角度大于透镜单元110的另一端的法向截面的出光角度。同时参见图4至图6，透镜单元110的出光角度从最大出光角度的端部向最小出光角度的端部递减，这样在透镜单元110沿位置调节方向调节过程中相应的出光角度递减或递增。

在其中一个实施例中，透镜单元110的出光角度范围为120°～135°，使透镜单元110的出光角度范围较大。如图4所示，在一实施例中，透镜单元110的最大出光角度为135°。当透镜单元110的最大出光角度位置沿位置调节方向调节至与光源200的出光方向对应时，透镜单元110的出光角度最大。在本实施例中，当其中一个透镜单元110的出光角度调节至最大时，其他透镜单元110的出光角度同时调节至最大，此时整个透镜100结构的出光角度最大，此时的透镜单元光斑图如图7所示，相应的透镜单元配光曲线图如图8所示。

在一实施例中，透镜单元110的最小出光角度为120°。如图6所示，当透镜单元110的最小出光角度位置沿位置调节方向调节至与光源200的出光方向对应时，透镜单元110的出光角度最小。在本实施例中，当其中一个透镜单元110的出光角度调节至最小时，其他透镜单元110的出光角度同时调节至最小，此时整个透镜100结构的出光角度最小，此时的透镜单元光斑图如图9所示，相应的透镜单元配光曲线图如图10所示。在一实施例中，透镜单元110的最小出光角度位置对应的法向截面为两个同圆心的半圆结构，即透镜单元110的最小出光角度位置对应的法向截面的第一弧形线和第二弧形线均为半圆弧形线。可以理解，在其他实施例中，透镜单元110的最小出光角度位置对应的法向截面不仅限于两个同圆心的半圆结构。

如图5所示，在一实施例中，在透镜单元110的最小出光角度与最大出光角度之间存在一个中间出光角度。当沿透镜单元110的位置调节方向在透镜单元110的最大出光角度位置与最小出光角度位置之间调节至中间出光角度时，透镜单元110的出光角度为127.5°，此时透镜单元110的出光角度为中间出光角度。在本实施例中，当其中一个透镜单元110的出光角度调节至127.5°时，其他透镜单元110的出光角度同时调节至127.5°时，此时整个透镜100结构的出光角度为127.5°，此时的透镜单元光斑图如图11所示，相应的透镜单元配光曲线图如图12所示。

可以理解，在其他实施例中，透镜单元110的出光角度范围不仅限于120°～135°。也就是说，透镜单元110的最大出光角度不局限于135°，同理，透镜单元110的最小出光角度也不局限于120°，透镜单元110的最大出光角度和最小出光角度均可以通过调整透镜单元的相应位置的结构来进行改变。

如图1与图13所示，在其中一个实施例中，相邻两个透镜单元110关于法向截面对称设置，使相邻两个透镜单元110对称连接共同组成与一个光源200相对设置的透镜单元组110a，从而使透镜100可以沿透镜单元110的的位置调节方向的正反两个方向进行调节均能够实现光源200出光角度的增大或减小。在本实施例中，相邻两个透镜单元110的法向截面的出光角度较大的端部连接于一起，或相邻两个透镜单元110的法向截面的出光角度较小的端部连接于一起，使相邻两个透镜单元110关于法向截面对称设置。由于每一透镜单元110的两端的法向截面的面积不相等，相邻两个透镜单元110关于法向截面对称设置，可以使相邻两个透镜单元110的法向截面的面积相等的端部连接于一起，使相邻两个透镜单元110的连接位置较为平滑，从而使整个透镜100的结构较为平滑连贯。在本实施例中，多个透镜单元110沿着封闭圆形状的轨迹首尾相接阵列，形成环状的整版透镜100结构。

如图1所示，在其中一个实施例中，透镜100还包括固定架120，至少一个透镜单元110与固定架120连接，使多个透镜单元110在沿位置调节方向进行调节时均随固定架120运动。在其中一个实施例中，固定架120包括固定轴122和多个连接板124，每一连接板的一端与固定轴122连接，另一端与透镜单元110连接。在本实施例中，连接板124的数目为三个。在一实施例中，多个连接板124沿固定轴122的周向间隔分布，使固定架120更好地连接于透镜单元110。在其他实施例中，连接板的数目不仅限于三个，还可以是四个或其他数目。

如图1所示，在其中一个实施例中，出光槽112朝向光源200设置，且透镜单元110与光源200的相对位置可调。在其中一个实施例中，光源200的数目为N个。透镜单元110的数目为2N个，相邻两个透镜单元110关于法向截面对称设置，即相邻两个透镜单元100组成透镜单元组110a，如此组成N个透镜单元组110a。N个透镜单元组110a与N个光源200一一对应，即每一光源200与相应的透镜单元组110a对应设置，使每一光源200发出的光线可以通过透镜单元组110a折射至外界。

如图1所示，在其中一个实施例中，灯具10还包括线路板300，N个光源200沿线路板300的周向间隔设置于线路板300上，使灯具10具有较好的照明效果。在本实施例中，线路板300为PCB，使线路板300的厚度较薄。在其中一个实施例中，N个光源均设于线路板的同一面上，使N个光源均朝同一方向射出光线。在其中一个实施例中，灯具10还包括散热器400，线路板300设于散热器400上，使散热器400对线路板300的热量进行散热，提高了灯具10的散热性能。在本实施例中，线路板贴附于散热器上，使线路板上的热量能够传递至散热器上进行散热。在本实施例中，每一光源设于线路板的背离散热器的一面。在其中一个实施例中，灯具还包括导热胶层，线路板通过导热胶层粘贴于散热器上，使线路板上的热量快速传递至散热器上。

如图1所示，在其中一个实施例中，灯具10还包括转轴500，转轴500与固定架120连接。线路板300开设有第一通孔310，散热器400开设有与第一通孔310连通的第二通孔410。转轴500分别位于第一通孔310和第二通孔410内，且转轴500分别与线路板300和散热器400转动连接，使固定架120随转轴500相对于线路板300转动，由于固定架120与至少一个透镜单元110连接，且多个透镜单元110连接于一体，使N个透镜单元组110a均随固定架120转动，从而使N个透镜单元组110a均相对于相应的光源200运动，使每一透镜单元组110a沿位置调节方向相对于光源200调节至不同的位置，实现灯具10的不同出光角度的调节。

可以理解，转轴500可以通过人工手动的方式沿位置调节方向调节灯具10的不同出光角度。在其他实施例中，转轴500也可以通过动力驱动的方式沿位置调节方向调节灯具10的不同出光角度。在其中一个实施例中，灯具10还包括驱动机构(图未示)，驱动机构的动力输出端与转轴500连接，使驱动机构驱动转轴500分别相对于散热器400和线路板300转动，实现灯具10的不同出光角度的自动调节。在本实施例中，驱动机构包括电机和连接轴，连接轴的一端与电机的动力输出端连接，连接轴的另一端与转轴500连接，当电机驱动连接轴转动时，连接轴带动转轴500和固定架120转动，使透光单元随固定架120相对于线路板300转动，从而使每一透光单元组相对于相应的光源200运动，实现灯具10的出光角度的调节。在其他实施例中，电机还可以采用旋转气缸进行替换。

在其中一个实施例中，灯具10还包括角度传感器(图未示)，角度传感器设于转轴500上。角度传感器测量转轴500的旋转角度，以测得转轴500相对于线路板300转动的角度，从而使每一透镜单元组110a随转轴500转动的角度得到精确控制，满足了灯具10的不同出光角度的要求。

在其中一个实施例中，灯具10还包括控制器(图未示)，控制器分别与角度传感器和驱动机构的控制端电连接，使控制器根据角度传感器测得的角度数据控制驱动机构动作，实现驱动机构的驱动转轴500准确地转动至预定角度，达到灯具10所要求的对应的出光效果。

上述的透镜单元110、透镜100及灯具10，由于透光单元的一面开设有出光槽112，且出光槽112朝向光源200设置，出光槽112的内壁为第一出光面，透镜单元110背离开设有出光槽112的表面为第二出光面114，又由于第二出光面114与第一出光面相对应，使光源200发出的光线能够依次经过第一出光面和第二出光面114折射射出，实现灯具10的出光。由于在透镜单元110的不同法向截面位置，第一弧形线112a与第二弧形线114a的相对位置不同，这样光源200经过不同法向截面位置对应的出光槽112的内壁位置折射出来以形成不同的出光角度，这样在透镜单元110沿位置调节方向调节至相对于光源200的不同位置时，光源200的出光角度不同，实现灯具10的不同出光角度调节，以满足不同的配光角度要求，避免了传统的灯具10通过更换不同的二次透镜来实现不同的配光角度的要求，解决了模具成本较高和时效性较低的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种透镜单元，用于与光源对应设置，其特征在于，所述透镜单元的一面开设有出光槽，所述出光槽的内壁为第一出光面；所述第一出光面的法向截面为第一弧形线，且所述出光槽用于朝向所述光源设置，且所述透镜单元与所述光源的相对位置可调；

所述透镜单元背离开设有所述出光槽的表面的一面为第二出光面，所述第二出光面与所述第一出光面相对应，且所述第二出光面的法向截面为第二弧形线；在所述透镜单元的不同法向截面位置，所述第一弧形线与所述第二弧形线的相对位置不同，以形成不同的出光角度；

其中，垂直于所述透镜单元的位置调节方向的法平面为法向截面。

2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，所述出光槽的延伸方向与所述透镜单元的位置调节方向重合；或者，所述出光槽的延伸方向为曲线方向。

3.根据权利要求2所述的透镜单元，其特征在于，所述出光槽的延伸方向为弧形方向。

4.根据权利要求2所述的透镜单元，其特征在于，所述出光槽的延伸方向为不规则的闭合曲线方向。

5.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，所述第二出光面为弧形曲面结构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的透镜单元，其特征在于，所述透镜单元的一端的法向截面的出光角度大于所述透镜单元的另一端的法向截面的出光角度，所述透镜单元的出光角度从最大出光角度的端部向最小出光角度的端部递减。

7.根据权利要求6所述的透镜单元，其特征在于，所述透镜单元的出光角度范围为120°～135°。

8.一种透镜，其特征在于，包括多个权利要求1至7中任一项所述的透镜单元，多个所述透镜单元连接于一起。

9.根据权利要求8所述的透镜，其特征在于，多个所述透镜单元依次连接形成环状结构。

10.根据权利要求9所述的透镜，其特征在于，相邻两个所述透镜单元关于所述法向截面对称设置。

11.根据权利要求8所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括固定架，至少一个所述透镜单元与所述固定架连接。

12.根据权利要求9所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括固定架，至少一个所述透镜单元与所述固定架连接。

13.根据权利要求10所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括固定架，至少一个所述透镜单元与所述固定架连接。

14.一种灯具，其特征在于，包括光源和权利要求8至13中任一项所述的透镜，所述出光槽朝向所述光源设置，且所述透镜单元与所述光源的相对位置可调。

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