CN208886676U - 透镜及光源模组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种透镜及光源模组。透镜包括分光侧壁、入光面、第一反射面、第二反射面、过渡段以及出光面；入光面与出光面相对设置，分光侧壁环绕入光面且与入光面共同形成内凹的光源腔；第一反射面设置在分光侧壁的外围且第一反射面沿入光面至出光面的方向直径逐渐增大；第二反射面位于第一反射面与出光面之间，且第二反射面通过过渡段与第一反射面连接，第二反射面围绕轴心，第二反射面沿入光面至出光面的方向直径逐渐增大且第二反射面的最小直径大于第一反射面的最大直径。光源模组包括LED以及所述的透镜，LED对准光源腔。本实施例所公开的透镜及光源模组能够减小LED偏心所导致的整体峰值光强相对于透镜轴心的偏移量。

Description

透镜及光源模组

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种透镜及光源模组。

背景技术

在安防照明领域，由于需要对重点区域进行充分照明，因此往往为LED匹配透镜进行光路调节。

相关技术中，LED与透镜装配配合之间，往往会因为结构件公差问题，导致LED光轴与透镜轴心不重合，从而导致经透镜配光后，产生偏心。亦或是多个LED同时匹配同一光学透镜时，如果采用一个LED居中其它LED偏心的排布方式，则未居中的LED相对于透镜依然偏心。如果采用所有LED围绕透镜轴心的排布方式，则所有LED相对于透镜均偏心。因此，LED与透镜之间总会导致不居中的LED被透镜配光后发生偏心不良的现象。

而在相关技术中，透镜的反射面通常为连续的曲面构型，这就导致LED的偏心结果被反射面连续反射扩大。图1为本申请背景技术所提供的透镜在LED处于轴心时的坎德拉白底灰阶图，图2为本申请背景技术所提供的透镜在LED偏心1mm时的坎德拉白底灰阶图。对比图1和图2可以看出，LED偏心1mm后的光源模组的坎德拉白底灰阶图相较于LED处于轴心时的坎德拉白底灰阶图具有明显的峰值偏移。因此，LED的偏心能够导致LED的整体峰值光强相对于透镜轴心发生较大偏移。

实用新型内容

本申请实施例提供一种透镜及光源模组，以解决上述问题。

本申请实施例采用下述技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种透镜，所述透镜为回转型透镜且具有轴心，包括分光侧壁、入光面、第一反射面以及出光面；

所述入光面与所述出光面相对设置，所述分光侧壁环绕所述入光面且与所述入光面共同形成内凹的光源腔；

所述第一反射面设置在所述分光侧壁的外围且所述第一反射面沿所述入光面至所述出光面的方向直径逐渐增大，所述分光侧壁将由所述分光侧壁射入所述透镜内部的光线折射至所述第一反射面，所述第一反射面将所接收到的光线反射至所述出光面。

可选地，上述的透镜中还包括第二反射面、过渡段，所述第二反射面位于所述第一反射面与所述出光面之间，且所述第二反射面通过所述过渡段与所述第一反射面连接，所述第二反射面围绕所述轴心，所述第二反射面沿所述入光面至所述出光面的方向直径逐渐增大且所述第二反射面的最小直径大于所述第一反射面的最大直径，所述入光面将由所述入光面射入所述透镜内部的光线中处于外围的光线折射至所述第二反射面同时将未处于外围的光线折射至所述出光面；所述第二反射面将所接收到的光线反射至所述出光面；

所述出光面将所接收到的光线折射出所述透镜。

可选地，上述的透镜中，依次经过所述分光侧壁、所述第一反射面以及所述出光面的光线与所述轴心的夹角不大于10°。

可选地，上述的透镜中，在所述透镜的轴向截面中，所述第一反射面的形状为向所述透镜内部凹陷的曲线，或者所述第一反射面的形状为向所述透镜外部凸出的曲线，或者所述第一反射面的形状为直线。

可选地，上述的透镜中，在所述透镜的轴向截面中，所述第二反射面的形状为向所述透镜内部凹陷的曲线，或者所述第二反射面的形状为向所述透镜外部凸出的曲线，或者所述第二反射面的形状为直线。

可选地，上述的透镜中，沿所述入光面至所述出光面的方向所述第二反射面的曲率逐渐增大、不变、或逐渐减小。

可选地，上述的透镜中，所述出光面为平面。

可选地，上述的透镜中，所述出光面上设置有混光晒纹或混光复眼。

可选地，上述的透镜中，所述入光面为朝向所述透镜的内部凹陷的凹面。

可选地，上述的透镜中，依次经过所述入光面与所述出光面的光线与所述轴心的夹角不大于50°。

第二方面，本申请实施例提供了一种光源模组，包括LED以及所述的透镜，所述LED对准所述光源腔。

可选地，上述的光源模组中，当所述透镜包括所述第二反射面时，所述第二反射面的最小直径为所述LED相对于所述轴心的偏心尺寸的10倍以上。

可选地，上述的光源模组中，所述LED的数量为一个或多个。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例公开的透镜及光源模组能够通过分光侧壁、入光面、第一反射面、第二反射面以及出光面的配合减小LED偏心所导致的整体峰值光强相对于透镜轴心的偏移量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请背景技术所提供的透镜在LED处于轴心时的坎德拉白底灰阶图；

图2为本申请背景技术所提供的透镜在LED偏心1mm时的坎德拉白底灰阶图；

图3为本申请实施例公开的透镜的外观结构视图；

图4为本申请实施例公开的透镜的轴向截面视图；

图5为本申请一个实施例所公开的透镜的光路图；

图6为本申请另一个实施例所公开的透镜的光路图；

图7为本申请本实施例中三条光路的光型以及目标面光型图；

图8为本申请实施例所提供的光源模组在LED处于轴心时的坎德拉白底灰阶图；

图9为本申请实施例所提供的光源模组在LED偏心1mm时的坎德拉白底灰阶图。

附图标记说明：

1-透镜、10-分光侧壁、11-入光面、12-第一反射面、13-第二反射面、14-出光面、140-混光复眼、15-光源腔、16-过渡段、2-LED。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

本申请实施例公开了一种透镜1，该透镜1为回转型透镜，且具有轴心a。如图3至6所示，透镜1包括分光侧壁10、入光面11、第一反射面12、第二反射面13以及出光面14。

具体地，入光面11与出光面14相对设置，分光侧壁10环绕入光面11且与入光面11共同形成内凹的光源腔15，在该透镜1与LED2组成光源模组时，该光源腔15用于与LED2对准，从而使LED2所发出的光线能够进入光源腔15内部，并照射到分光侧壁10以及入光面11上。

在光源模组中，LED2的数量可以仅为一个，也可以为多个。而由本申请背景技术的相关描述可知，无论LED2的数量为一个还是为多个，其均不可避免地会与透镜1的轴心a之间形成一定的偏心。而每个LED2的光轴是以自身为中心的，因此便造成LED2的光轴与透镜1的轴心之间存在偏移，从而造成透镜1对LED2配光效果的偏差，导致最终LED2的整体峰值光强相对于透镜轴心发生较大偏移。

本实施例中，为了降低这种偏移量，对透镜1的物理结构以及配光光路进行了优化设计。具体地，如图4所示，透镜1的第一反射面12设置在分光侧壁10的外围，且第一反射面12沿入光面11至出光面14的方向直径逐渐增大。分光侧壁10可以将由分光侧壁10射入透镜1内部的光线折射至第一反射面12，之后第一反射面12将所接收到的光线反射至出光面14，再经出光面14的折射离开透镜1。

由于第一反射面12位于分光侧壁10的外围，而LED2所射出的能够照射至分光侧壁10的光线与轴心a之间会存在很大的夹角，因此LED2与轴心a之间的偏移对这部分光线的角度变化影响很小，因此无论LED2是否发生偏心，第一反射面12反射至出光面14的光线的角度均不会存在较大差异，从而减小了这部分光线因LED2偏心而发生的峰值光强的偏移量。

在本实施例中，可选地，这部分依次经过分光侧壁10、第一反射面12以及出光面14的光线与轴心a之间基本保持平行状态，二者之间仅存在不大于10°的夹角。并且，本实施例中第一反射面12的面形可以有多种选择。例如，在一些实施例中，第一反射面12在透镜1的轴向截面中的形状可以为向透镜1内部凹陷的曲线，此时第一反射面12整体呈内凹的环状曲面构型。在另一些实施例中，第一反射面12在透镜1的轴向截面中的形状也可以为向透镜1外部凸出的曲线，此时第一反射面12整体呈外凸的环状曲面构型。除此之外，在一些实施例中，第一反射面12在透镜1的轴向截面中的形状还可以为直线，此时第一反射面12整体呈圆锥的侧壁被两个平行于底面的平行面截断后所形成的环状曲面构型。

上述三种构型各自具有不同的法线变化趋势，从而使反射光线具有不同的汇聚程度。三种构型的选择可以根据依次经过分光侧壁10、第一反射面12以及出光面14的光线的最终出射角范围进行选择，以使光线出射角全部处于适合的角度范围内。

在本实施例中，第二反射面13位于第一反射面12与出光面14之间，并且第二反射面13通过过渡段16与第一反射面12连接。第二反射面13围绕轴心a也形成一个环面，并且第二反射面13沿入光面11至出光面14的方向直径也逐渐增大。此时需要注意，由于第二反射面13相对于第一反射面12更加远离光源腔15，因此第二反射面13的最小直径要大于第一反射面12的最大直径。

第二反射面13所接收的光线来自于入光面11，具体地，入光面11会在光线进入透镜1的过程中对光线进行折射，而由于LED2照射至入光面11外围的光线与轴心a的角度更大，因此这部分光线在被折射后依然处于外围，并利用自身与轴心a的大角度传递至第二反射面13。第二反射面13将所接收到的光线反射至出光面14，再经出光面14的折射离开透镜1。

由于第二反射面13的直径较大，距离轴心a的距离较远，因LED2的偏心而照射到第二反射面13的光线的角度变化也较小，也就是说，第二反射面13所反射的光线角度受到LED2偏心的影响也较小，进而这部分光线因LED2偏心而发生的峰值光强的偏移量也较小。

通常而言，第二反射面13的最小直径在LED2相对于轴心a的偏心尺寸的10背以上时能够使第二反射面13受到偏心的影响降到一个较低的范围内。

在本实施例中，可选地，第二反射面13的面形也可以有多种选择。例如，在一些实施例中，第二反射面13在透镜1的轴向截面中的形状可以为向透镜1内部凹陷的曲线，此时第二反射面13整体呈内凹的环状曲面构型。在另一些实施例中，第二反射面13在透镜1的轴向截面中的形状也可以为向透镜1外部凸出的曲线，此时第二反射面13整体呈外凸的环状曲面构型。除此之外，在一些实施例中，第二反射面13在透镜1的轴向截面中的形状还可以为直线，此时第二反射面13整体呈圆锥的侧壁被两个平行于底面的平行面截断后所形成的环状曲面构型。

除此之外，以沿入光面11至出光面14的方向为基准，第二反射面13的曲率也可以选择逐渐增大、不变、或者逐渐减小等不同形式。

上述三种构型以及曲率变化形式的选择可以根据透镜1所要形成的配光效果进行选择。对于LED2而言，光线角度与光轴的差值越低则光强越高，而对于第二反射面13而言，其靠近入光面11的一侧所接收到的光线角度与光轴的差值显然要大于靠近出光面14一侧所接收到的光线角度与光轴的差值，因此，越靠近出光面14，光线的光强便越高。

例如，如果想要使光源模组的照明范围的外围获得更大的光强，则较为理想的方案是将靠近出光面14一侧所接收到的光线反射至外围，而将靠近入光面11一侧所接收到的光线反射至中心。如图5所示，此时第二反射面13可以采用整体呈外凸的环状曲面构型。这种构型中第二反射面13的法线越靠近出光面14与轴心a的之间就越接近于垂直，从而使越靠近出光面14的光线的反射角度与轴心a的夹角越大，进而实现将靠近出光面14一侧所接收到的光线反射至外围，而将靠近入光面11一侧所接收到的光线反射至中心。并且，此时如果使第二反射面在沿入光面11至出光面14的方向上曲率逐渐减小，则更加有助于反射光线的分散，从而进一步提升外围的光强。

又如，如果想要使光源模组的照明范围的中心获得更大的光强，则较为理想的方案是将靠近出光面14一侧所接收到的光线反射至中心，而将靠近入光面11一侧所接收到的光线反射至外围。如图6所示，此时第二反射面13可以采用整体呈内凹的环状曲面构型，也可以采用整体呈圆锥的侧壁被两个平行于底面的平行面截断后所形成的环状曲面构型，甚至如果配合曲率的适当变化，还可以采用整体呈外凸的环状曲面构型。

当然，本实施例中的第二反射面13还有更多的构型，本实施例中不再一一赘述。

在本实施例中，入光面11除了将外围的光线折射至第二反射面13之外，同时还将未处于外围的这部分光线直接折射至出光面14，之后出光面14将接收到的全部光线折射出透镜1。由于出光面14距离LED2更远，因此LED2偏心对这部分光线的峰值光强的位置影响更小。

由于这部分光线没有经过反射，因此虚拟光源点距离出光面14较远，易受结构挡光影响，因此建议这部分光线最终由出光面14折射出透镜1之后与轴心a的夹角在50°以内。

在本实施例中，入光面11可采用朝向透镜1内部凹陷的凹面，这样入光面11的法线与照射到入光面11上的光线的角度相近，从而使光线经过入光面11折射后的角度变化量较小，有利于光强的均匀。

根据对透镜1的配光效果的需求，出光面14的构型可以进行相应调整，在本实施例中，出光面14采用凹面、凸面或者平面均可。其中平面应用更为广泛。

因此，本实施例中的透镜1将LED2所射出的光线分为三个部分，这三个部分的光线分别通过不同的光路进行配光，即光路1：分光侧壁10-第一反射面12-出光面14；光路2：入光面11-第二反射面13-出光面14；光路3：入光面11-出光面14。这三条光路受到LED2偏心的影响均较小。在本实施例中，光线无论是通过分光侧壁10进入透镜1内部还是通过入光面11进入透镜1内部最终均不会传递至过渡段16，而在采用连续曲面构型的透镜中过渡段16所处的区域原本是受到LED偏心影响最大的区域，而本实施例通过对透镜1结构的调整使光线不再经过该区域，再结合三条受到LED2偏心影响较小的光路配合便实现了减小LED2偏心所导致的整体峰值光强相对于轴心a的偏移量的技术效果。

图7为本实施例中三条光路的光型以及目标面光型图，由图可以明确看出，光路1实现中间区域小范围低能量补光，光路2实现外围大角度补光，而光路3则实现中范围补光。为了更好地衔接光路1与光路2，本实施例中可以在出光面14上设置混光晒纹(图中未示出)或混光复眼140。光线经过混光晒纹或者混光复眼140后会进行一定程度的散射，扩大光线出射角，从而获得更好的混光效果。

图8为本申请实施例所提供的光源模组在LED处于轴心时的坎德拉白底灰阶图，图9为本申请背景技术所提供的光源模组在LED偏心1mm时的坎德拉白底灰阶图。比较图8和图9可以看出，理想状态下，即LED2没有偏心时本实施例中的光源模组的坎德拉白底灰阶图的峰值光强处于中心位置，而LED2偏心1mm后的坎德拉白底灰阶图的峰值光强虽然仍然存在偏移量，但如果将图9与图2进行对比可以发现，图9中峰值光强的偏移幅度相较于图2已经大为减少。

在本实施例中，由于过渡段16不参与配光，因此过渡段16可以采用任何不影响光线传递的构型。

综上所述，本实施例所公开的透镜及光源模组能够减小LED2偏心所导致的整体峰值光强相对于透镜轴心的偏移量。

本申请上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜，其特征在于，所述透镜为回转型透镜且具有轴心，包括分光侧壁、入光面、第一反射面以及出光面；

所述入光面与所述出光面相对设置，所述分光侧壁环绕所述入光面且与所述入光面共同形成内凹的光源腔；

所述第一反射面设置在所述分光侧壁的外围且所述第一反射面沿所述入光面至所述出光面的方向直径逐渐增大，所述分光侧壁将由所述分光侧壁射入所述透镜内部的光线折射至所述第一反射面，所述第一反射面将所接收到的光线反射至所述出光面。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括第二反射面，所述第二反射面位于所述第一反射面与所述出光面之间，所述第二反射面围绕所述轴心，所述第二反射面沿所述入光面至所述出光面的方向直径逐渐增大且所述第二反射面的最小直径大于所述第一反射面的最大直径，所述第二反射面将所接收到的光线反射至所述出光面；所述出光面将所接收到的光线折射出所述透镜。

3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括过渡段，所述第二反射面通过所述过渡段与所述第一反射面连接。

4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，依次经过所述分光侧壁、所述第一反射面以及所述出光面的光线与所述轴心的夹角不大于10°。

5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，在所述透镜的轴向截面中，所述第一反射面的形状为向所述透镜内部凹陷的曲线，或者所述第一反射面的形状为向所述透镜外部凸出的曲线，或者所述第一反射面的形状为直线。

6.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，在所述透镜的轴向截面中，所述第二反射面的形状为向所述透镜内部凹陷的曲线，或者所述第二反射面的形状为向所述透镜外部凸出的曲线，或者所述第二反射面的形状为直线。

7.根据权利要求1至6任一项所述的透镜，其特征在于，所述出光面上设置有混光晒纹或混光复眼，所述入光面为朝向所述透镜的内部凹陷的凹面。

8.根据权利要求1至6任一项所述的透镜，其特征在于，依次经过所述入光面与所述出光面的光线与所述轴心的夹角不大于50°。

9.一种光源模组，其特征在于，包括LED以及权利要求1至8任一项所述的透镜，所述LED对准所述光源腔。

10.根据权利要求9所述的光源模组，其特征在于，当所述透镜包括第二反射面时，所述第二反射面的最小直径为所述LED相对于所述轴心的偏心尺寸的10倍以上。