一种透镜及照明装置和机动车远光照明光学系统 |
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| 申请号 | CN201610501868.9 | 申请日 | 2016-06-30 | 公开(公告)号 | CN105929469A | 公开(公告)日 | 2016-09-07 |
| 申请人 | 成都恒坤光电科技有限公司; | 发明人 | 霍永峰; 周礼书; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 光学透镜 技术领域，具体涉及一种透镜及照明装置和机动车远光照明光学系统，所述透镜，包括：入射面、出射面、以及用于将照射在其上的光线反射至所述出射面的侧反射面，所述透镜还包括有中心反射面，所述中心反射面与所述入射面的相对设置，使由入射面折射进入透镜的光线中，至少有一部分离轴径向高度H较小的中心部分光线照射在所述中心反射面上，所述中心反射面还与所述侧反射面相对设置，将照射在其上的光线反射至所述侧反射面。本 申请 的透镜可以将 光源 发出光线中离轴径向高度H较小的中心部分光线进行偏转，增大该部分光线的离轴径向高度H，进而减小该部分光线的轴向夹 角 θ，使该部分光线具有较为集中的光斑。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种透镜，包括：用于光线折射进入透镜内部的入射面、用于透镜内部光线折射出透镜的出射面、以及设置于所述入射面和出射面之间，用于将照射在其上的光线反射至所述出射面的侧反射面，其特征在于：所述透镜还包括有中心反射面，所述中心反射面与所述入射面的相对设置，使由入射面折射进入透镜的光线中，至少有一部分离轴径向高度H较小的中心部分光线照射在所述中心反射面上，所述中心反射面还与所述侧反射面相对设置，将照射在其上的光线反射至所述侧反射面。 |
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| 说明书全文 | 一种透镜及照明装置和机动车远光照明光学系统技术领域背景技术[0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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，在许多场合中，既需要满足角度要求，同时还要满足光能量分布较为集中的光场分布。 [0005] 在光线传播过程中，无论光学系统如何变化，拉氏不变量nHsinθ（其中n是折射率，H是离轴径向高度，θ是轴向夹角）是定值不变量。对于已经选定的LED光源，光源的发光尺寸以及发光角度分布已经确定，其中部分投射到近轴区域的光线，由于径向高度H太小，所以该部分光线的轴向夹角θ角度较大，进而导致直接该部分光线照射的光斑较大，也较为分散，特别是LED光源较大时尤其明显。所以，为了使光斑达到人们的使用要求，通常都需要采用透镜对光源发出的光线进行调整。 [0006] 目前，对光源发出的光线进行调整的方式中，有的是采用直接遮挡中间区域的方式，将径向高度H较小的光线进行遮挡，采用这种方式，虽然剩下的光线具有较为集中的光斑，但是也直接损失了中间部分的光线，造成光能的浪费；也有采用在光源前面设置全反射面，后面镀膜的方式来增大中间部分光线的出射高度，但是镀膜会大幅度增加透镜制造成本；还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，两个互成90°左右的全反射的粗糙度或面形稍有缺陷均会造成透镜配光精度大幅下降。 [0007] 所以，基于上述，目前亟需一种既能够使光源发出光线具有较为集中的光斑，又能够避免光能损失，还不至大幅增加透镜制造成本，以及具有较高配光精度的透镜。 发明内容[0008] 本发明的目的在于：针对目前透镜对光源发出光线中径向高度较小的光线调节存在的上述问题，提供一种既能够使光源发出光线具有较为集中的光斑，又能够避免光能损失，还不至大幅增加透镜制造成本，以及具有较高配光精度的透镜。 [0009] 为了实现上述技术效果，本申请所采取的技术方案是：一种透镜，包括：用于光线折射进入透镜内部的入射面、用于透镜内部光线折射出透镜的出射面、以及设置于所述入射面和出射面之间，用于将照射在其上的光线反射至所述出射面的侧反射面，所述透镜还包括有中心反射面，所述中心反射面与所述入射面的相对设置，使由入射面折射进入透镜的光线中，至少有一部分离轴径向高度H较小的中心部分光线照射在所述中心反射面上，所述中心反射面还与所述侧反射面相对设置，将照射在其上的光线反射至所述侧反射面。 [0010] 本申请的透镜，在实际使用过程中，光源发出光线的主光轴与透镜的主光轴同轴时，光源发出光线中离轴径向高度H较小的中心部分光线由入射面的中部折射进入透镜，由于本申请的透镜设置了与入射面相对的中心反射面，中心反射面再至少一部分离轴径向高度H较小的中心部分光线反射至侧反射面，如此，该部分光线被偏转投射到离轴径向高度较高的侧反射面，然后经出射面离开透镜本体，该部分光线在折射出透镜时具有较大的离轴径向高度H，根据拉氏不变量可知，该部分光线的轴向夹角θ被相应的减小，进而具有较为集中的光斑；也就是说，本申请的透镜可以将光源发出光线中离轴径向高度H较小的中心部分光线进行偏转，增大该部分光线的离轴径向高度H，进而减小该部分光线的轴向夹角θ，使该部分光线具有较为集中的光斑； 并且，采用本申请的透镜，并没有对光源发出的光线进行遮挡，所以，还不会损失光能，并且其结构简单，制造难度低，能够保证具有较高的配光精度，也不会过多的增加透镜的制造成本。 [0011] 作为优选，所述中心反射面位于所述光源发出光线的主光轴上。 [0012] 在上述方案中，中心反射面位于光源发出光线的主光轴上，离轴径向高度H较小的中心部分光线尽量多的照射在中心反射面上，使得本申请的透镜能够尽量多的对光源的中心部分光线进行调整，提高本申请透镜对光源发出光线的调整能力。 [0013] 作为优选，入射面包括第一入射面和第二入射面，所述第一入射面设置在所述光源发出光线的主光轴上，并与所述中心反射面相对布置。通过设置第一反射面，对光源的离轴径向高度H较小的中心部分光线进行调整，然后再将其折射至中心反射面，可以方便本申请透镜对这部分光线的控制，降低对侧反射面和出射面的配光难度。 [0014] 作为优选，所述第一入射面将照射在其上的光线折射呈与光源的主光轴相平行或呈较小的夹角。通过第一入射面将离轴径向高度H较小的中心部分光线折射为相互平行或者近似平行的状态，进一步的方便了后续反射面对这部分光线的调整，降低后续反射面的配光难度。 [0015] 作为优选，所述中心反射面将照射在其上的光线偏转80°～100°。 [0016] 作为优选，所述第一入射面和第二入射面合围成一用于容纳光源的腔体，所述第二入射面环绕于光源外围，第二入射面将照射在其上的光线折射至所述侧反射面上。 [0017] 采用上述方案，第二入射面环绕与光源外围，如此，使得光源发出的光线能够尽量多的进入到透镜内部，进一步的避免光能的浪费。 [0018] 作为优选，所述侧反射面包括第一反射面和第二反射面，所述中心反射面将照射在其上的光线反射至所述第一反射面，所述第二入射面将照射在其上的光线折射至所述第二反射面。通过将侧反射面设置为第一反射面和第二反射面，对中心反射面反射的光线和第二入射面折射进入的光线分别控制，进一步提高了透镜对光线的控制能力。 [0019] 作为优选，所述透镜为回转结构，所述入射面、出射面、侧反射面和中心反射面同轴设置。 [0020] 作为优选，由所述第一入射面折射进入透镜的光线中，其中一部分被所述中心反射面反射至所述侧反射面，另一部分直接照射在所述出射面上，并直接从所述出射面折射出透镜。 [0021] 作为优选，所述第一入射面为连续折射结构或者菲涅尔折射结构或者菲涅尔反射结构。在本申请的透镜结构中，将第一入射面设置为连续折射结构或者菲涅尔折射结构或者菲涅尔反射结构，可以在保证第一入射面配光能力的前提下，降低第一入射面的制造难度，保证透镜配光精度的同时，进一步的节约制造成本。 [0022] 本申请还公开了一种采用上述透镜的照明装置，包括有光源和透镜，所述光源的主光轴与透镜的主光轴重合。 [0023] 本申请的灯具，由于采用的上述透镜，在配光过程中，并没有对光源发出的光线进行遮挡，所以，还不会损失光能，并且其结构简单，制造难度低，能够保证具有较高的配光精度，也不会过多的增加透镜的制造成本，进而使本申请的灯具具有良好的配光精度和较高的光能利用率，同时，由于配光精度的提高，也提高了本申请灯具的适用范围。 [0024] 作为优选，所述光源为LED光源。 [0025] 本申请还公开了一种车用照明系统，其包括上述的透镜或者照明装置。 [0026] 本申请的车用照明系统，由于采用了上述的透镜结构或者照明装置，使得照明系统具有更高的照明精度，而且还大幅减少了光能的浪费。 [0027] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：1、本申请的透镜可以将光源发出光线中离轴径向高度H较小的中心部分光线进行偏转，增大该部分光线的离轴径向高度H，进而减小该部分光线的轴向夹角θ，使该部分光线具有较为集中的光斑； 2、采用本申请的透镜，并没有对光源发出的光线进行遮挡，所以，还不会损失光能，并且其结构简单，制造难度低，能够保证具有较高的配光精度，也不会过多的增加透镜的制造成本。 附图说明 [0028] 图1为本申请透镜第一入射面为连续折射结构时的结构示意图；图2为本申请透镜第一入射面为菲涅尔折射结构时的结构示意图； 图3为本申请透镜第一入射面为菲涅尔反射结构时的结构示意图， 图中标记：1-透镜，2-入射面，3-出射面，4-侧反射面，5-中心反射面，6-光源发出光线的主光轴，7-第一入射面，8-第二入射面，9-光源，10-第一反射面，11-第二反射面。 具体实施方式[0029] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。 [0030] 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。 [0031] 实施例1：如图1、2和3所示，一种透镜，包括：用于光线折射进入透镜1内部的入射面2、用于透镜1内部光线折射出透镜1的出射面3、以及设置于所述入射面2和出射面3之间，用于将照射在其上的光线反射至所述出射面3的侧反射面4，所述透镜1还包括有中心反射面5，所述中心反射面5与所述入射面2的相对设置，使由入射面2折射进入透镜1的光线中，至少有一部分离轴径向高度H较小的中心部分光线照射在所述中心反射面5上，所述中心反射面5还与所述侧反射面4相对设置，将照射在其上的光线反射至所述侧反射面4。 [0032] 本实施例的透镜1，在实际使用过程中，光源9发出光线的主光轴6与透镜1的主光轴同轴时，光源9发出光线中离轴径向高度H较小的中心部分光线由入射面2的中部折射进入透镜1，由于本实施例的透镜1设置了与入射面2相对的中心反射面5，中心反射面5再至少一部分离轴径向高度H较小的中心部分光线反射至侧反射面4，如此，该部分光线被偏转投射到离轴径向高度较高的侧反射面4，然后经出射面3离开透镜1本体，该部分光线在折射出透镜1时具有较大的离轴径向高度H，根据拉氏不变量可知，该部分光线的轴向夹角θ被相应的减小，进而具有较为集中的光斑；也就是说，本实施例的透镜1可以将光源9发出光线中离轴径向高度H较小的中心部分光线进行偏转，增大该部分光线的离轴径向高度H，进而减小该部分光线的轴向夹角θ，使该部分光线具有较为集中的光斑； 并且，采用本实施例的透镜1，并没有对光源9发出的光线进行遮挡，所以，还不会损失光能，并且其结构简单，制造难度低，能够保证具有较高的配光精度，也不会过多的增加透镜1的制造成本。 [0033] 作为优选，所述中心反射面5位于所述光源9发出光线的主光轴6上。 [0034] 在上述方案中，中心反射面5位于光源9发出光线的主光轴6上，离轴径向高度H较小的中心部分光线尽量多的照射在中心反射面5上，使得本实施例的透镜1能够尽量多的对光源9的中心部分光线进行调整，提高本实施例透镜1对光源9发出光线的调整能力。 [0035] 作为优选，入射面2包括第一入射面7和第二入射面8，所述第一入射面7设置在所述光源9发出光线的主光轴6上，并与所述中心反射面5相对布置。通过设置第一反射面10，对光源9的离轴径向高度H较小的中心部分光线进行调整，然后再将其折射至中心反射面5，可以方便本实施例透镜1对这部分光线的控制，降低对侧反射面4和出射面3的配光难度。 [0036] 作为优选，所述第一入射面7将照射在其上的光线折射呈与光源9的主光轴相平行或呈较小的夹角。通过第一入射面7将离轴径向高度H较小的中心部分光线折射为相互平行或者近似平行的状态，进一步的方便了后续反射面对这部分光线的调整，降低后续反射面的配光难度。 [0037] 作为优选，所述中心反射面5将照射在其上的光线偏转80°～100°。 [0038] 作为优选，所述第一入射面7和第二入射面8合围成一用于容纳光源9的腔体，所述第二入射面8环绕于光源9外围，第二入射面8将照射在其上的光线折射至所述侧反射面4上。 [0039] 采用上述方案，第二入射面8环绕与光源9外围，如此，使得光源9发出的光线能够尽量多的进入到透镜1内部，进一步的避免光能的浪费。 [0040] 作为优选，所述侧反射面4包括第一反射面10和第二反射面11，所述中心反射面5将照射在其上的光线反射至所述第一反射面10，所述第二入射面8将照射在其上的光线折射至所述第二反射面11。通过将侧反射面4设置为第一反射面10和第二反射面11，对中心反射面5反射的光线和第二入射面8折射进入的光线分别控制，进一步提高了透镜1对光线的控制能力。 [0041] 作为优选，所述透镜1为回转结构，所述入射面2、出射面3、侧反射面4和中心反射面5同轴设置。 [0042] 作为优选，由所述第一入射面7折射进入透镜1的光线中，其中一部分被所述中心反射面5反射至所述侧反射面4，另一部分直接照射在所述出射面3上，并直接从所述出射面3折射出透镜1。 [0043] 作为优选，所述第一入射面7为连续折射结构或者菲涅尔折射结构或者菲涅尔反射结构。在本实施例的透镜1结构中，将第一入射面7设置为连续折射结构或者菲涅尔折射结构或者菲涅尔反射结构，可以在保证第一入射面7配光能力的前提下，降低第一入射面7的制造难度，保证透镜1配光精度的同时，进一步的节约制造成本。 [0044] 实施例2，如图1、2和3所示，一种照明装置，包括有光源9和实施例1的透镜1，所述光源9的主光轴与透镜1的主光轴重合。 [0045] 本实施例的灯具，由于采用的上述透镜1，在配光过程中，并没有对光源9发出的光线进行遮挡，所以，还不会损失光能，并且其结构简单，制造难度低，能够保证具有较高的配光精度，也不会过多的增加透镜1的制造成本，进而使本实施例的灯具具有良好的配光精度和较高的光能利用率，同时，由于配光精度的提高，也提高了本实施例灯具的适用范围。 [0046] 作为优选，所述光源9为LED光源。 [0047] 实施例3，如图1、2和3所示，一种车用照明系统，其包括实施例1的透镜1或者实施例2的照明装置。 [0048] 本实施例的车用照明系统，由于采用了上述的透镜1结构，使得照明系统具有更高的照明精度，而且还大幅减少了光能的浪费。 |
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