透镜及包括该透镜的照明装置的制造方法
透镜及包括该透镜的照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明产品技术领域，具体而言，涉及一种透镜及包括该透镜的照明装置。
【背景技术】
[0002]目前市场上使用的大部分移动照明产品所采用的光学系统是凹面反射镜，行业内称为抛物线反光杯。这种凹面反射镜是由一个抛物线沿圆周对称旋转而形成的，一般情况下只具有固定的聚焦效果，即光源置于抛物线的焦点位置，使光源发出的发散光沿凹面反射镜的开口方向汇聚，成为一束具有固定发光角度的光束。
[0003]受凹面反射镜的固有属性限制，使用这种凹面反射镜作为光学系统的照明产品不能在使用过程中改变发光角度，不能适应远近不同场合下的使用要求，尤其在移动照明领域，这种使用上的局限性更加明显。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种透镜及包括该透镜的照明装置，可以改变发光角度以适应远近不同场合的使用要求。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种透镜，包括第一透镜部以及第二透镜部，第二透镜部围绕第一透镜部设置，第一透镜部和第二透镜部围设形成出光部以及用于容纳光源的容纳部，出光部和容纳部位于第一透镜部的相对两侧，第一透镜部朝向出光部的表面具有同心布置的多个环状凸起以根据光源在容纳部中的位置改变光线的角度。
[0006]进一步地，多个环状凸起中，至少一个环状凸起的朝向透镜的中心轴线的一侧具有锥面，锥面沿远离容纳部的方向逐渐远离透镜的中心轴线。
[0007]进一步地，锥面的倾斜方向与光线在第一透镜部内的传输方向相适应，且沿远离透镜的中心轴线的方向，多个环状凸起的锥面与中心轴线的夹角逐渐增加。
[0008]进一步地，第一透镜部包括:第一入射面，第一入射面为垂直于透镜的中心轴线的平面；以及第一出射面，第一出射面作为朝向出光部的表面具有多个环状凸起。
[0009]进一步地，第一透镜部包括:第一入射面，第一入射面为弧面，弧面的凹部朝向出光部；以及第一出射面，第一出射面作为朝向出光部的表面具有多个环状凸起。
[0010]进一步地，第一透镜部包括:第一入射面，第一入射面为弧面，弧面的凹部朝向容纳部；以及第一出射面，第一出射面作为朝向出光部的表面具有多个环状凸起。
[0011]进一步地，第二透镜部包括:第二入射面，第二入射面与第一入射面围设形成容纳部；第二出射面，第二出射面与第一出射面围设形成出光部；以及全反射面，全反射面连接在第二入射面与第二出射面之间。
[0012]进一步地，光源发出的光线在第二入射面折射后到达全反射面，在全反射面的入射角大于或等于全反射临界角，经全反射面反射后的光线到达第二出射面，在第二出射面的入射角小于全反射临界角。
[0013]进一步地，容纳部的横截面沿远离第一透镜部的方向逐渐增加，出光部的横截面沿远离第一透镜部的方向逐渐增加。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种照明装置，包括透镜以及光源，透镜为前述的透镜，光源沿透镜的轴线方向可移动地设置在透镜的容纳部中。
[0015]进一步地，多个环状凸起中，每个环状凸起的焦点均位于透镜的中心轴线上，且多个环状凸起的焦点均位于光源的移动范围之内。
[0016]应用本发明的技术方案，透镜包括第一透镜部和第二透镜部，其中第二透镜部围绕第一透镜部设置，且第一透镜部与第二透镜部围设形成了出光部以及容纳部，光源置于容纳部中，光源发出的光线经第一透镜部和第二透镜部后形成光束并从出光部射出，第一透镜部朝向出光部的表面具有多个同心布置的环状凸起，通过光源在容纳部中沿透镜的轴线方向运动，这些环状凸起可以根据光源的位置来调节光线的角度，从而起到变焦的作用。第一透镜部和第二透镜部相配合可以使透镜在使用过程中形成不同角度的光束，适应远近不同场合下的使用要求。
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1示出了根据本发明的第一个实施例的透镜的示意图；
[0019]图2示出了根据图1的A处放大图；
[0020]图3示出了根据本发明的第一个实施例的透镜与光源配合进行聚焦的示意图；以及
[0021]图4示出了根据本发明的第一个实施例的透镜与光源配合进行泛焦的示意图。
[0022]图5示出了根据本发明的第二个实施例的透镜的示意图；以及
[0023]图6示出了根据本发明的第三个实施例的透镜的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]如图1至图4所示，根据本发明的第一个实施例，提供了一种透镜I。结合参见图1，透镜I包括第一透镜部3和第二透镜部4，其中第二透镜部4围绕第一透镜部3设置，并与第一透镜部3的外周固定连接，第一透镜部3与第二透镜部4围设形成了容纳部2以及出光部6，且容纳部2和出光部6分别位于第一透镜部3的相对两侧，其中容纳部2用于安置光源5，光源5发出的光线经过第一透镜部3和第二透镜部4调整后从出光部6射出，形成所需的聚焦或泛焦效果。第一透镜部3朝向出光部6的表面具有多个环状凸起33，这些环状凸起33同心布置，可以使通过该表面的光线改变角度，配合光源5在容纳部2中的位置调整可以实现变焦。
[0026]这里第一透镜部3和第二透镜部4可以是一体成型，即直接在一块毛坯材料上进行加工成型；也可以是分体结构，即分别加工第一透镜部3和第二透镜部4，然后再将第一透镜部3和第二透镜部4组装在一起，组装方式可以是粘接固定或使第一透镜部3和第二透镜部4过盈配合。
[0027]第一透镜部3和第二透镜部4由透明塑料或光学玻璃构成，优选为光学等级PMMA材料。这些材料都属于现有技术,本发明并不涉及对材料方面的改进。
[0028]结合参见图1和图2，第一透镜部3包括第一入射面31和第一出射面32，且第一入射面31和第一出射面32位于第一透镜部3的相对两侧,第一入射面31为垂直于透镜I的中心轴线的光滑平面，光源5发出的光线经第一入射面31折射后到达第一出射面32，并经第一出射面32传出，第一出射面32即为前述的朝向出光部6的具有多个环状凸起33的表面。
[0029]根据使用场合的不同，第一出射面32上的环状凸起33可以设计为传统的菲涅尔透镜结构，即多个同心环状凸起33从小到大依次排列，在透镜I的沿其轴线方向的截面上，每个环状凸起33均为锯齿状结构，每个锯齿状结构的背向其中心轴向方向的边缘为弧线段，朝向其中心轴线方向的边缘为直线段，且该直线段平行于透镜I的中心轴线。当光线经过环状凸起33时方向会发生变化，从而起到改变发光角度的作用。
[0030]当然，这里的第一出射面32上的环状凸起33也可以选用其他结构。结合参见图1和图2，在另一种结构中，第一出射面32上布置多个从小到大依次布置的同心环状凸起33，在透镜I的沿其轴线方向的截面上，每个环状凸起33均为锯齿状结构，每个锯齿状结构的背向其中心轴线方向的边缘为弧线段，朝向其中心轴线方向的边缘为直线段，结合参见图2，与传统的菲涅尔透镜不同的是，这种结构的第一透镜部3中，锯齿状结构的直线段与透镜I的中心轴线之间的距离沿远离容纳部2的方向逐渐增加，即对应于第一透镜部3的三维立体结构来说，每个环状凸起33的朝向中心轴线的一侧形成锥面34，且锥面34沿远离容纳部2的方向逐渐远离透镜I的中心轴线。将第一出射面32上的环状凸起33设计为这种具有锥面34的结构是因为，当光源5发出的光线从空气进入第一透镜部3后，绝大部分光线的方向都会发生改变，不会沿着与透镜I的中心轴线平行的方向传输，而是会与透镜I的中心轴线之间形成夹角，所以这种具有锥面34的环状凸起33相较于传统的菲涅尔透镜上的环状凸起33来说，可以更加有效地减少光损，提高出光效率，照明效果更好。
[0031]优选地，环状凸起33的锥面34的倾斜方向与光线在第一透镜部3中的传输方向相适应，且沿远离透镜I的中心轴线的方向，多个环状凸起33的锥面34与中心轴线之间的夹角逐渐增加，以适应不同位置光线的发散角度，可以更进一步地减少光损，提高出光效率。至于光线在第一透镜部3中的传输方向应该根据采用的不同材质进行计算，具体的计算方法为本领域的公知常识，在此不予赘述。
[0032]此外，第一透镜部3的多个环状凸起33中，也可以是部分环状凸起33按照传统的菲涅尔透镜结构进行设计，即锯齿状结构的朝向中心轴线方向的直线段边缘并行于中心轴线，而另一部分环状凸起33按照图1和图2所示的结构进行设计，即锯齿状结构的朝向中心轴线方向的直线段边缘相对于中心轴线进行倾斜。第一出射面32上的环状凸起33具体采用哪种结构应该根据实际需要进行选择。
[0033]优选地，在多个环状凸起33中，每个环状凸起33的焦点均位于透镜的中心轴线上，且所有环状凸起33的焦点均位于光源5的移动范围之内。这样可以起到更好的聚焦和泛焦效果。
[0034]结合参见图1和图2，第二透镜部4包括第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43，其中第二入射面41与第一透镜部3的第一入射面31围设形成了前述的容纳部2，光源5可以在容纳部2中沿透镜I的轴线方向移动；第二出射面42与第一透镜部3的第一出射面32围设形成了前述的出光部6 ;全反射面43连接在第二入射面41和第二出射面42之间。光源5发出的光线中的一部分经第一透镜部3调整角度后传出，另一部分经第二透镜部4调整角度后传出，两部分光线最终在出光部6汇合叠加并形成所需的光束。所以，这里的第二透镜部4除了用于起到改变光线方向的作用外，还用于起到对第一透镜部3的补充作用，即在只有部分光线可以照射到第一透镜部3而剩余部分无法通过第一透镜部3的情况下，这部分剩余光线可以通过第二透镜部4来改变方向，降低光损产生。
[0035]为了最大限度地减少光损，优选地，第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43之间要满足的条件为:光源5发出的光线从空气到达第二入射面41后产生折射，折射后的光线到达全反射面43，且在全反射面43的入射角大于或等于全反射临界角，以确保所有的光线经反射后到达第二出射面42，而不会有光线从全反射面43折射出去，到达第二出射面42的光线的入射角要小于全反射临界角，以确保全部的光线从第 二出射面42折射出去，而不会有部分光线在第二出射面42发生反射。这样，可以基本保证经过第二入射面41的光线全部从第二出射面42传出，最大限度地减少光损。
[0036]优选地，容纳部2为一个内凹的空间，容纳部2的横截面沿远离第一透镜部3的方向逐渐增加，这种结构可以降低工艺难度，易于加工。其中形成容纳部2的第一入射面31和第二入射面41可以是平面，也可以是弧面，具体形状应该根据实际需要设计。
[0037]优选地,出光部6为一个内凹的空间，出光部6的横截面沿远离第一透镜部3的方向逐渐增加，这种结构易于形成所需的光束效果，且降低工艺难度，易于加工。其中形成出光部6的第二出射面42可以是平面，也可以是弧面，具体形状应该根据实际需要设计。
[0038]此外，全反射面43可以是平面，也可以是弧面，具体形状应该根据实际需要设计。
[0039]光源5在容纳部2中沿透镜I的轴线方向移动时，可以实现聚焦或泛焦。具体为，当光源5向靠近第一入射面31移动时实现泛焦，但受光源5发热以及透镜I的材料因高温融化的影响，光源5不宜过于靠近第一入射面31。光源5与第一入射面31之间的最小距离应该根据透镜材料、形状以及所要形成的光束效果而计算，具体计算方法为现有技术，在此不予赘述。当光源5向远离第一入射面31移动时实现聚焦，但出于避免光损的考虑，光源5不宜过于远离第一入射面31，优选为位于容纳部2最大直径所在平面附近。
[0040]以下结合图3和图4具体说明第一透镜部3和第二透镜部4在聚焦和泛焦时的作用。
[0041]结合参见图3，为聚焦状态。此时光源5优选为位于容纳部2最大直径所在的平面附近。光源5发出的光线会分成两部分经过透镜I。其中一部分光线经过第一透镜部3的第一入射面31并发生折射，然后到达第一出射面32，经过第一出射面32的多个环状凸起33折射后从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的光束，且该光束具有一定的锥角。
[0042]另一部分光线经过第二透镜部4的第二入射面41并发生第一次折射后进入第二透镜部4，这部分光线到达全反射面43后发生全反射，光线全部投射到第二出射面42并在第二出射面42发生第二次折射后离开第二透镜部4，从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的光束，且该光束具有一定的锥角。
[0043]由第一透镜部3和第二透镜部4各自改变角度的光线在出光部6汇合叠加形成所需的光束，实现聚光效果。
[0044]结合参见图4，为泛焦状态。此时光源5靠近第一入射面31。光源5发出的光线会分成两部分经过透镜I。其中一部分光线经过第一透镜部3的第一入射面31并发生折射，然后到达第一出射面32，经过第一出射面32的多个环状凸起33折射后从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的光束，且该光束具有一定的锥角。由于此时光源5与第一入射面31之间的距离小于聚焦状态下光源5与第一入射面31之间的距离，所以从出光部6传出的光束的锥角会大于聚焦状态下光束的锥角。
[0045]另一部分光线经过第二透镜部4的第二入射面41并发生第一次折射后进入第二透镜部4，这部分光线到达全反射面43后发生全反射，光线全部投射到第二出射面42并在第二出射面42发生第二次折射后离开第二透镜部4，从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的、沿远离透镜I的方向内收的光束，形成该光束的光线在远离透镜I的一处交汇后又各自发散，并形成沿远离透镜I的方向发散的光束。
[0046]由第一透镜部3和第二透镜部4各自改变角度的光线在出光部6汇合叠加形成所需的光束，实现泛焦效果。
[0047]需要说明的是，这部分内容涉及的光线并不会包括所有理论光线，受实际工艺及材料等一些因素影响，总会有一些杂光超出理论设计而不满足以上要求，所以，这部分内容所述的光线是指在设计允许损耗内的光线。
[0048]图1至图4所示的第一个实施例仅以示例的方式示出了透镜I的结构，其中示出的第一入射面31、第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43的具体形状不代表对本发明的限定。在实际应用中，可以根据实际需要设计相应形状的第一入射面31、第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43。
[0049]以下的第二个实施例和第三个实施例仅以举例的方式说明这些选择和形状上的变化。
[0050]结合参见图5，根据本发明的第二个实施例，提供了一种透镜1，该透镜I与第一个实施例中的透镜I的结构基本相同，区别在于本实施例中，透镜I的第一入射面31为光滑的弧面，且弧面的凹部朝向容纳部2。通过调整第一入射面31的形状，可以形成不同方向的光线，更好地满足使用要求。
[0051 ] 结合参见图6，根据本发明的第三个实施例，提供了一种透镜I，该透镜I与第一个实施例中的透镜I的结构基本相同，区别在于本实施例中，透镜I的第一入射面31为光滑的弧面，且弧面的凹部朝向出光部6。通过调整第一入射面31的形状，可以形成不同方向的光线，更好地满足使用要求。
[0052]本发明还提供了一种照明装置，包括透镜I以及光源5，其中透镜I为前述的透镜1，光源5设置在容纳部2中，通过光源5沿透镜I的轴线方向移动可以实现泛焦和聚焦效果，更好地满足照明要求。
[0053]优选地，多个环状凸起33中，每个环状凸起33的焦点均位于透镜I的中心轴线上，且每个环状凸起33的焦点均位于光源5的移动范围内，更好地形成对称的光束，满足使用要求。
[0054]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
[0055]1、可以根据需要改变光线角度，满足远近场合的不同使用要求。
[0056]2、结构简单，易于加工。
[0057]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种透镜，其特征在于，包括第一透镜部(3)以及第二透镜部(4)，所述第二透镜部(4)围绕所述第一透镜部(3)设置，所述第一透镜部(3)和所述第二透镜部(4)围设形成出光部(6)以及用于容纳光源(5)的容纳部(2)，所述出光部(6)和所述容纳部(2)位于所述第一透镜部(3)的相对两侧，所述第一透镜部(3)朝向所述出光部(6)的表面具有同心布置的多个环状凸起(33)以根据所述光源(5)在所述容纳部(2)中的位置改变光线的角度。2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述多个环状凸起(33)中，至少一个环状凸起(33)的朝向所述透镜的中心轴线的一侧具有锥面(34)，所述锥面(34)沿远离所述容纳部(2)的方向逐渐远离所述透镜的中心轴线。3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述锥面(34)的倾斜方向与光线在所述第一透镜部(3 )内的传输方向相适应，且沿远离所述透镜的中心轴线的方向，所述多个环状凸起(33)的所述锥面(34)与所述中心轴线的夹角逐渐增加。4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜部(3)包括: 第一入射面(31)，所述第一入射面(31)为垂直于所述透镜的中心轴线的平面；以及第一出射面(32)，所述第一出射面(32)作为朝向所述出光部(6)的表面具有所述多个环状凸起(33)。5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜部(3)包括: 第一入射面(31)，所述第一入射面(31)为弧面，所述弧面的凹部朝向所述出光部(6 );以及 第一出射面(32)，所述第一出射面(32)作为朝向所述出光部(6)的表面具有所述多个环状凸起(33)。6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜部(3)包括: 第一入射面(31)，所述第一入射面(31)为弧面，所述弧面的凹部朝向所述容纳部(2)；以及 第一出射面(32)，所述第一出射面(32)作为朝向所述出光部(6)的表面具有所述多个环状凸起(33)。7.根据权利要求4至6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述第二透镜部(4)包括: 第二入射面(41)，所述第二入射面(41)与所述第一入射面(31)围设形成所述容纳部(2)； 第二出射面(42)，所述第二出射面(42)与所述第一出射面(32)围设形成所述出光部(6);以及 全反射面(43)，所述全反射面(43)连接在所述第二入射面(41)与所述第二出射面(42)之间。8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述光源(5)发出的光线在所述第二入射面(41)折射后到达所述全反射面(43)，在所述全反射面(43)的入射角大于或等于全反射临界角，经所述全反射面(43)反射后的光线到达所述第二出射面(42)，在所述第二出射面(42)的入射角小于所述全反射临界角。9.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述容纳部(2)的横截面沿远离所述第一透镜部(3)的方向逐渐增加，所述出光部(6)的横截面沿远离所述第一透镜部(3)的方向逐渐增加。10.一种照明装置，包括透镜(I)以及光源(5)，其特征在于，所述透镜(I)为权利要求1至9中任一项所述的透镜，所述光源(5)沿所述透镜(I)的轴线方向可移动地设置在所述透镜(I)的所述容纳部(2)中。11.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，所述多个环状凸起(33)中，每个环状凸起(33)的焦点均位于所述透镜(I)的中心轴线上，且所述多个环状凸起(33)的焦点均位于所述光源(5)的移动范围之内。
【专利摘要】本发明提供了一种透镜及包括该透镜的照明装置。其中透镜包括第一透镜部以及第二透镜部，第二透镜部围绕第一透镜部设置，第一透镜部和第二透镜部围设形成出光部以及用于容纳光源的容纳部，出光部和容纳部位于第一透镜部的相对两侧，第一透镜部朝向出光部的表面具有同心布置的多个环状凸起以根据光源在容纳部中的位置改变光线的角度。本发明的技术方案可以改变发光角度以适应远近不同场合的使用要求。
【IPC分类】F21V23/00, F21V14/02, F21V5/04
【公开号】CN104896423
【申请号】CN201410075252
【发明人】何高放, 梁兵
【申请人】阳江市纳丽德工贸有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明产品技术领域，具体而言，涉及一种透镜及包括该透镜的照明装置。
【背景技术】
[0002]目前市场上使用的大部分移动照明产品所采用的光学系统是凹面反射镜，行业内称为抛物线反光杯。这种凹面反射镜是由一个抛物线沿圆周对称旋转而形成的，一般情况下只具有固定的聚焦效果，即光源置于抛物线的焦点位置，使光源发出的发散光沿凹面反射镜的开口方向汇聚，成为一束具有固定发光角度的光束。
[0003]受凹面反射镜的固有属性限制，使用这种凹面反射镜作为光学系统的照明产品不能在使用过程中改变发光角度，不能适应远近不同场合下的使用要求，尤其在移动照明领域，这种使用上的局限性更加明显。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种透镜及包括该透镜的照明装置，可以改变发光角度以适应远近不同场合的使用要求。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种透镜，包括第一透镜部以及第二透镜部，第二透镜部围绕第一透镜部设置，第一透镜部和第二透镜部围设形成出光部以及用于容纳光源的容纳部，出光部和容纳部位于第一透镜部的相对两侧，第一透镜部朝向出光部的表面具有同心布置的多个环状凸起以根据光源在容纳部中的位置改变光线的角度。
[0006]进一步地，多个环状凸起中，至少一个环状凸起的朝向透镜的中心轴线的一侧具有锥面，锥面沿远离容纳部的方向逐渐远离透镜的中心轴线。
[0007]进一步地，锥面的倾斜方向与光线在第一透镜部内的传输方向相适应，且沿远离透镜的中心轴线的方向，多个环状凸起的锥面与中心轴线的夹角逐渐增加。
[0008]进一步地，第一透镜部包括:第一入射面，第一入射面为垂直于透镜的中心轴线的平面；以及第一出射面，第一出射面作为朝向出光部的表面具有多个环状凸起。
[0009]进一步地，第一透镜部包括:第一入射面，第一入射面为弧面，弧面的凹部朝向出光部；以及第一出射面，第一出射面作为朝向出光部的表面具有多个环状凸起。
[0010]进一步地，第一透镜部包括:第一入射面，第一入射面为弧面，弧面的凹部朝向容纳部；以及第一出射面，第一出射面作为朝向出光部的表面具有多个环状凸起。
[0011]进一步地，第二透镜部包括:第二入射面，第二入射面与第一入射面围设形成容纳部；第二出射面，第二出射面与第一出射面围设形成出光部；以及全反射面，全反射面连接在第二入射面与第二出射面之间。
[0012]进一步地，光源发出的光线在第二入射面折射后到达全反射面，在全反射面的入射角大于或等于全反射临界角，经全反射面反射后的光线到达第二出射面，在第二出射面的入射角小于全反射临界角。
[0013]进一步地，容纳部的横截面沿远离第一透镜部的方向逐渐增加，出光部的横截面沿远离第一透镜部的方向逐渐增加。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种照明装置，包括透镜以及光源，透镜为前述的透镜，光源沿透镜的轴线方向可移动地设置在透镜的容纳部中。
[0015]进一步地，多个环状凸起中，每个环状凸起的焦点均位于透镜的中心轴线上，且多个环状凸起的焦点均位于光源的移动范围之内。
[0016]应用本发明的技术方案，透镜包括第一透镜部和第二透镜部，其中第二透镜部围绕第一透镜部设置，且第一透镜部与第二透镜部围设形成了出光部以及容纳部，光源置于容纳部中，光源发出的光线经第一透镜部和第二透镜部后形成光束并从出光部射出，第一透镜部朝向出光部的表面具有多个同心布置的环状凸起，通过光源在容纳部中沿透镜的轴线方向运动，这些环状凸起可以根据光源的位置来调节光线的角度，从而起到变焦的作用。第一透镜部和第二透镜部相配合可以使透镜在使用过程中形成不同角度的光束，适应远近不同场合下的使用要求。
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1示出了根据本发明的第一个实施例的透镜的示意图；
[0019]图2示出了根据图1的A处放大图；
[0020]图3示出了根据本发明的第一个实施例的透镜与光源配合进行聚焦的示意图；以及
[0021]图4示出了根据本发明的第一个实施例的透镜与光源配合进行泛焦的示意图。
[0022]图5示出了根据本发明的第二个实施例的透镜的示意图；以及
[0023]图6示出了根据本发明的第三个实施例的透镜的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]如图1至图4所示，根据本发明的第一个实施例，提供了一种透镜I。结合参见图1，透镜I包括第一透镜部3和第二透镜部4，其中第二透镜部4围绕第一透镜部3设置，并与第一透镜部3的外周固定连接，第一透镜部3与第二透镜部4围设形成了容纳部2以及出光部6，且容纳部2和出光部6分别位于第一透镜部3的相对两侧，其中容纳部2用于安置光源5，光源5发出的光线经过第一透镜部3和第二透镜部4调整后从出光部6射出，形成所需的聚焦或泛焦效果。第一透镜部3朝向出光部6的表面具有多个环状凸起33，这些环状凸起33同心布置，可以使通过该表面的光线改变角度，配合光源5在容纳部2中的位置调整可以实现变焦。
[0026]这里第一透镜部3和第二透镜部4可以是一体成型，即直接在一块毛坯材料上进行加工成型；也可以是分体结构，即分别加工第一透镜部3和第二透镜部4，然后再将第一透镜部3和第二透镜部4组装在一起，组装方式可以是粘接固定或使第一透镜部3和第二透镜部4过盈配合。
[0027]第一透镜部3和第二透镜部4由透明塑料或光学玻璃构成，优选为光学等级PMMA材料。这些材料都属于现有技术,本发明并不涉及对材料方面的改进。
[0028]结合参见图1和图2，第一透镜部3包括第一入射面31和第一出射面32，且第一入射面31和第一出射面32位于第一透镜部3的相对两侧,第一入射面31为垂直于透镜I的中心轴线的光滑平面，光源5发出的光线经第一入射面31折射后到达第一出射面32，并经第一出射面32传出，第一出射面32即为前述的朝向出光部6的具有多个环状凸起33的表面。
[0029]根据使用场合的不同，第一出射面32上的环状凸起33可以设计为传统的菲涅尔透镜结构，即多个同心环状凸起33从小到大依次排列，在透镜I的沿其轴线方向的截面上，每个环状凸起33均为锯齿状结构，每个锯齿状结构的背向其中心轴向方向的边缘为弧线段，朝向其中心轴线方向的边缘为直线段，且该直线段平行于透镜I的中心轴线。当光线经过环状凸起33时方向会发生变化，从而起到改变发光角度的作用。
[0030]当然，这里的第一出射面32上的环状凸起33也可以选用其他结构。结合参见图1和图2，在另一种结构中，第一出射面32上布置多个从小到大依次布置的同心环状凸起33，在透镜I的沿其轴线方向的截面上，每个环状凸起33均为锯齿状结构，每个锯齿状结构的背向其中心轴线方向的边缘为弧线段，朝向其中心轴线方向的边缘为直线段，结合参见图2，与传统的菲涅尔透镜不同的是，这种结构的第一透镜部3中，锯齿状结构的直线段与透镜I的中心轴线之间的距离沿远离容纳部2的方向逐渐增加，即对应于第一透镜部3的三维立体结构来说，每个环状凸起33的朝向中心轴线的一侧形成锥面34，且锥面34沿远离容纳部2的方向逐渐远离透镜I的中心轴线。将第一出射面32上的环状凸起33设计为这种具有锥面34的结构是因为，当光源5发出的光线从空气进入第一透镜部3后，绝大部分光线的方向都会发生改变，不会沿着与透镜I的中心轴线平行的方向传输，而是会与透镜I的中心轴线之间形成夹角，所以这种具有锥面34的环状凸起33相较于传统的菲涅尔透镜上的环状凸起33来说，可以更加有效地减少光损，提高出光效率，照明效果更好。
[0031]优选地，环状凸起33的锥面34的倾斜方向与光线在第一透镜部3中的传输方向相适应，且沿远离透镜I的中心轴线的方向，多个环状凸起33的锥面34与中心轴线之间的夹角逐渐增加，以适应不同位置光线的发散角度，可以更进一步地减少光损，提高出光效率。至于光线在第一透镜部3中的传输方向应该根据采用的不同材质进行计算，具体的计算方法为本领域的公知常识，在此不予赘述。
[0032]此外，第一透镜部3的多个环状凸起33中，也可以是部分环状凸起33按照传统的菲涅尔透镜结构进行设计，即锯齿状结构的朝向中心轴线方向的直线段边缘并行于中心轴线，而另一部分环状凸起33按照图1和图2所示的结构进行设计，即锯齿状结构的朝向中心轴线方向的直线段边缘相对于中心轴线进行倾斜。第一出射面32上的环状凸起33具体采用哪种结构应该根据实际需要进行选择。
[0033]优选地，在多个环状凸起33中，每个环状凸起33的焦点均位于透镜的中心轴线上，且所有环状凸起33的焦点均位于光源5的移动范围之内。这样可以起到更好的聚焦和泛焦效果。
[0034]结合参见图1和图2，第二透镜部4包括第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43，其中第二入射面41与第一透镜部3的第一入射面31围设形成了前述的容纳部2，光源5可以在容纳部2中沿透镜I的轴线方向移动；第二出射面42与第一透镜部3的第一出射面32围设形成了前述的出光部6 ;全反射面43连接在第二入射面41和第二出射面42之间。光源5发出的光线中的一部分经第一透镜部3调整角度后传出，另一部分经第二透镜部4调整角度后传出，两部分光线最终在出光部6汇合叠加并形成所需的光束。所以，这里的第二透镜部4除了用于起到改变光线方向的作用外，还用于起到对第一透镜部3的补充作用，即在只有部分光线可以照射到第一透镜部3而剩余部分无法通过第一透镜部3的情况下，这部分剩余光线可以通过第二透镜部4来改变方向，降低光损产生。
[0035]为了最大限度地减少光损，优选地，第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43之间要满足的条件为:光源5发出的光线从空气到达第二入射面41后产生折射，折射后的光线到达全反射面43，且在全反射面43的入射角大于或等于全反射临界角，以确保所有的光线经反射后到达第二出射面42，而不会有光线从全反射面43折射出去，到达第二出射面42的光线的入射角要小于全反射临界角，以确保全部的光线从第 二出射面42折射出去，而不会有部分光线在第二出射面42发生反射。这样，可以基本保证经过第二入射面41的光线全部从第二出射面42传出，最大限度地减少光损。
[0036]优选地，容纳部2为一个内凹的空间，容纳部2的横截面沿远离第一透镜部3的方向逐渐增加，这种结构可以降低工艺难度，易于加工。其中形成容纳部2的第一入射面31和第二入射面41可以是平面，也可以是弧面，具体形状应该根据实际需要设计。
[0037]优选地,出光部6为一个内凹的空间，出光部6的横截面沿远离第一透镜部3的方向逐渐增加，这种结构易于形成所需的光束效果，且降低工艺难度，易于加工。其中形成出光部6的第二出射面42可以是平面，也可以是弧面，具体形状应该根据实际需要设计。
[0038]此外，全反射面43可以是平面，也可以是弧面，具体形状应该根据实际需要设计。
[0039]光源5在容纳部2中沿透镜I的轴线方向移动时，可以实现聚焦或泛焦。具体为，当光源5向靠近第一入射面31移动时实现泛焦，但受光源5发热以及透镜I的材料因高温融化的影响，光源5不宜过于靠近第一入射面31。光源5与第一入射面31之间的最小距离应该根据透镜材料、形状以及所要形成的光束效果而计算，具体计算方法为现有技术，在此不予赘述。当光源5向远离第一入射面31移动时实现聚焦，但出于避免光损的考虑，光源5不宜过于远离第一入射面31，优选为位于容纳部2最大直径所在平面附近。
[0040]以下结合图3和图4具体说明第一透镜部3和第二透镜部4在聚焦和泛焦时的作用。
[0041]结合参见图3，为聚焦状态。此时光源5优选为位于容纳部2最大直径所在的平面附近。光源5发出的光线会分成两部分经过透镜I。其中一部分光线经过第一透镜部3的第一入射面31并发生折射，然后到达第一出射面32，经过第一出射面32的多个环状凸起33折射后从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的光束，且该光束具有一定的锥角。
[0042]另一部分光线经过第二透镜部4的第二入射面41并发生第一次折射后进入第二透镜部4，这部分光线到达全反射面43后发生全反射，光线全部投射到第二出射面42并在第二出射面42发生第二次折射后离开第二透镜部4，从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的光束，且该光束具有一定的锥角。
[0043]由第一透镜部3和第二透镜部4各自改变角度的光线在出光部6汇合叠加形成所需的光束，实现聚光效果。
[0044]结合参见图4，为泛焦状态。此时光源5靠近第一入射面31。光源5发出的光线会分成两部分经过透镜I。其中一部分光线经过第一透镜部3的第一入射面31并发生折射，然后到达第一出射面32，经过第一出射面32的多个环状凸起33折射后从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的光束，且该光束具有一定的锥角。由于此时光源5与第一入射面31之间的距离小于聚焦状态下光源5与第一入射面31之间的距离，所以从出光部6传出的光束的锥角会大于聚焦状态下光束的锥角。
[0045]另一部分光线经过第二透镜部4的第二入射面41并发生第一次折射后进入第二透镜部4，这部分光线到达全反射面43后发生全反射，光线全部投射到第二出射面42并在第二出射面42发生第二次折射后离开第二透镜部4，从出光部6进入空气。此时，这部分光线的角度已经发生改变，从出光部6发出的为一束轴对称的、沿远离透镜I的方向内收的光束，形成该光束的光线在远离透镜I的一处交汇后又各自发散，并形成沿远离透镜I的方向发散的光束。
[0046]由第一透镜部3和第二透镜部4各自改变角度的光线在出光部6汇合叠加形成所需的光束，实现泛焦效果。
[0047]需要说明的是，这部分内容涉及的光线并不会包括所有理论光线，受实际工艺及材料等一些因素影响，总会有一些杂光超出理论设计而不满足以上要求，所以，这部分内容所述的光线是指在设计允许损耗内的光线。
[0048]图1至图4所示的第一个实施例仅以示例的方式示出了透镜I的结构，其中示出的第一入射面31、第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43的具体形状不代表对本发明的限定。在实际应用中，可以根据实际需要设计相应形状的第一入射面31、第二入射面41、第二出射面42以及全反射面43。
[0049]以下的第二个实施例和第三个实施例仅以举例的方式说明这些选择和形状上的变化。
[0050]结合参见图5，根据本发明的第二个实施例，提供了一种透镜1，该透镜I与第一个实施例中的透镜I的结构基本相同，区别在于本实施例中，透镜I的第一入射面31为光滑的弧面，且弧面的凹部朝向容纳部2。通过调整第一入射面31的形状，可以形成不同方向的光线，更好地满足使用要求。
[0051 ] 结合参见图6，根据本发明的第三个实施例，提供了一种透镜I，该透镜I与第一个实施例中的透镜I的结构基本相同，区别在于本实施例中，透镜I的第一入射面31为光滑的弧面，且弧面的凹部朝向出光部6。通过调整第一入射面31的形状，可以形成不同方向的光线，更好地满足使用要求。
[0052]本发明还提供了一种照明装置，包括透镜I以及光源5，其中透镜I为前述的透镜1，光源5设置在容纳部2中，通过光源5沿透镜I的轴线方向移动可以实现泛焦和聚焦效果，更好地满足照明要求。
[0053]优选地，多个环状凸起33中，每个环状凸起33的焦点均位于透镜I的中心轴线上，且每个环状凸起33的焦点均位于光源5的移动范围内，更好地形成对称的光束，满足使用要求。
[0054]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
[0055]1、可以根据需要改变光线角度，满足远近场合的不同使用要求。
[0056]2、结构简单，易于加工。
[0057]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种透镜，其特征在于，包括第一透镜部(3)以及第二透镜部(4)，所述第二透镜部(4)围绕所述第一透镜部(3)设置，所述第一透镜部(3)和所述第二透镜部(4)围设形成出光部(6)以及用于容纳光源(5)的容纳部(2)，所述出光部(6)和所述容纳部(2)位于所述第一透镜部(3)的相对两侧，所述第一透镜部(3)朝向所述出光部(6)的表面具有同心布置的多个环状凸起(33)以根据所述光源(5)在所述容纳部(2)中的位置改变光线的角度。2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述多个环状凸起(33)中，至少一个环状凸起(33)的朝向所述透镜的中心轴线的一侧具有锥面(34)，所述锥面(34)沿远离所述容纳部(2)的方向逐渐远离所述透镜的中心轴线。3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述锥面(34)的倾斜方向与光线在所述第一透镜部(3 )内的传输方向相适应，且沿远离所述透镜的中心轴线的方向，所述多个环状凸起(33)的所述锥面(34)与所述中心轴线的夹角逐渐增加。4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜部(3)包括: 第一入射面(31)，所述第一入射面(31)为垂直于所述透镜的中心轴线的平面；以及第一出射面(32)，所述第一出射面(32)作为朝向所述出光部(6)的表面具有所述多个环状凸起(33)。5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜部(3)包括: 第一入射面(31)，所述第一入射面(31)为弧面，所述弧面的凹部朝向所述出光部(6 );以及 第一出射面(32)，所述第一出射面(32)作为朝向所述出光部(6)的表面具有所述多个环状凸起(33)。6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一透镜部(3)包括: 第一入射面(31)，所述第一入射面(31)为弧面，所述弧面的凹部朝向所述容纳部(2)；以及 第一出射面(32)，所述第一出射面(32)作为朝向所述出光部(6)的表面具有所述多个环状凸起(33)。7.根据权利要求4至6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述第二透镜部(4)包括: 第二入射面(41)，所述第二入射面(41)与所述第一入射面(31)围设形成所述容纳部(2)； 第二出射面(42)，所述第二出射面(42)与所述第一出射面(32)围设形成所述出光部(6);以及 全反射面(43)，所述全反射面(43)连接在所述第二入射面(41)与所述第二出射面(42)之间。8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述光源(5)发出的光线在所述第二入射面(41)折射后到达所述全反射面(43)，在所述全反射面(43)的入射角大于或等于全反射临界角，经所述全反射面(43)反射后的光线到达所述第二出射面(42)，在所述第二出射面(42)的入射角小于所述全反射临界角。9.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述容纳部(2)的横截面沿远离所述第一透镜部(3)的方向逐渐增加，所述出光部(6)的横截面沿远离所述第一透镜部(3)的方向逐渐增加。10.一种照明装置，包括透镜(I)以及光源(5)，其特征在于，所述透镜(I)为权利要求1至9中任一项所述的透镜，所述光源(5)沿所述透镜(I)的轴线方向可移动地设置在所述透镜(I)的所述容纳部(2)中。11.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，所述多个环状凸起(33)中，每个环状凸起(33)的焦点均位于所述透镜(I)的中心轴线上，且所述多个环状凸起(33)的焦点均位于所述光源(5)的移动范围之内。
【专利摘要】本发明提供了一种透镜及包括该透镜的照明装置。其中透镜包括第一透镜部以及第二透镜部，第二透镜部围绕第一透镜部设置，第一透镜部和第二透镜部围设形成出光部以及用于容纳光源的容纳部，出光部和容纳部位于第一透镜部的相对两侧，第一透镜部朝向出光部的表面具有同心布置的多个环状凸起以根据光源在容纳部中的位置改变光线的角度。本发明的技术方案可以改变发光角度以适应远近不同场合的使用要求。
【IPC分类】F21V23/00, F21V14/02, F21V5/04
【公开号】CN104896423
【申请号】CN201410075252
【发明人】何高放, 梁兵
【申请人】阳江市纳丽德工贸有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
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