一种具有螺旋凸起出射区域的透镜及采用该透镜的灯具论文和设计-黄庸源

全文摘要

本实用新型涉及照明技术领域，具体涉及一种具有螺旋凸起出射区域的透镜及采用该透镜的灯具，出射区域包括第一出射区域和环绕于所述第一出射区域外的第二出射区域，由所述入射区域折射进入透镜的光线，至少有一部分由所述反射区域反射至所述第二出射区域，再由所述第二出射区域折射出透镜；第二出射区域包括有凸起区域，所述凸起区域包括基面和设置在基面上的凸起，凸起绕透镜光轴成螺旋状的环绕，在过透镜光轴的平面上，凸起的截面形成若干的凸起单元，在过所述透镜光轴的同一平面上，相邻的凸起单元之间隔开有距离。本申请的透镜，能够减少光线溢出量，提高透镜光效；还能够进一步的提高照明光斑的均匀性；还能够弱化因制造或者装配因素导致的光斑缺陷的影响。

主设计要求

1.一种具有螺旋凸起出射区域的透镜，其特征在于，在所述透镜上设有入射区域和出射区域和反射区域，所述出射区域包括第一出射区域和环绕于所述第一出射区域外的第二出射区域，由所述入射区域折射进入透镜的光线，至少有一部分由所述反射区域反射至所述第二出射区域，再由所述第二出射区域折射出透镜；所述第二出射区域包括有凸起区域，所述凸起区域包括基面和设置在基面上的凸起，所述凸起绕透镜光轴成螺旋状的环绕，在过所述透镜光轴的平面上，所述凸起的截面形成若干的凸起单元，在过所述透镜光轴的同一平面上，相邻的凸起单元之间隔开有距离。

设计方案

1.一种具有螺旋凸起出射区域的透镜，其特征在于，在所述透镜上设有入射区域和出射区域和反射区域，所述出射区域包括第一出射区域和环绕于所述第一出射区域外的第二出射区域，由所述入射区域折射进入透镜的光线，至少有一部分由所述反射区域反射至所述第二出射区域，再由所述第二出射区域折射出透镜；

所述第二出射区域包括有凸起区域，所述凸起区域包括基面和设置在基面上的凸起，所述凸起绕透镜光轴成螺旋状的环绕，在过所述透镜光轴的平面上，所述凸起的截面形成若干的凸起单元，在过所述透镜光轴的同一平面上，相邻的凸起单元之间隔开有距离。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述凸起区域布满所述第二出射区域。

3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述凸起区域为所述第二出射区域中的部分区域。

4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，相邻的所述凸起单元之间隔开的距离相同。

5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述凸起单元的形状为半圆形。

6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，相邻的所述凸起单元之间隔开的距离等于所述凸起单元的直径。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的透镜，其特征在于，在过所述透镜光轴的平面上，位于该平面内，并且经单个凸起单元折射出的光线，在形成照明光斑前，至少存在有一部分光线发生交叉。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的透镜，其特征在于，所述第二出射区域具有一大端和一小端，靠近所述第一出射区域的一端为小端，在由小端至大端的方向上，所述第二出射区域的直径逐渐增大，所述第二出射区域的小端与大端的距离，在沿所述透镜光轴的方向上为H1，在垂直于所述透镜光轴的方向上为D1，3≥D1\/H1≥1.1，所述第二出射区域小端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为α1，所述第二出射区域大端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为α2，0°≤α1≤35°；5°≤α2≤60°，所述反射区域具有一大端和一小端，在垂直于透镜光轴的平面上，所述反射区域的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，所述反射区域的小端与大端的距离，在沿所述透镜光轴的方向上为H2，在垂直于所述透镜光轴的方向上为D2，2≥D2\/H2≥0.5，所述反射区域小端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为β1，所述出射区域大端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为β2，20≤β1≤55°，20≤β2≤75°，第二入射区域小端与大端的距离，在沿所述透镜光轴的方向上为H3，在垂直于所述透镜光轴的方向上为D3，0≤D3\/H3≤0.2，所述第二入射区域远离第一入射区域的端部的切线与透镜光轴的平面的夹角为γ1，0°≤γ1≤10°；靠近第一入射区域的端部的切线与透镜光轴的平面的夹角为γ2，0°≤γ2≤10°，所述凸起单元底部宽度为D4，凸起单元的凸起高度为H4，4≤D4\/H4≤40，4≤D1\/D4。

9.一种灯具，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的透镜，还包括与所述透镜相配合的光源。

10.根据权利要求9所述的灯具，其特征在于，所述透镜具有一光源安装区域，当光源在所述安装区域内的任意位置时，由所述出射区域折射出的光线在设计照明位置处形成有光能分布均匀的照明光斑。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，具体涉及一种具有螺旋凸起出射区域的透镜及采用该透镜的灯具。

背景技术

在照明技术领域中，为了使灯具输出符合照明需要的光场，通常需要设置透镜或者反光杯，通过透镜或者反光杯上的各个光学面对光源发出的光线进行调整，光源发出的若干光束经透镜或者反光杯后，按照设计光路以相同或者不同的角度射出，然后在设计照明位置处形成符合设计要求的照明光斑。

在实际研发设计中，发明人发现，目前的透镜结构还存在有不足，具体在于，在透镜结构上的若干光学面中，部分光学面是作为反射面，对于这些反射面，从理论上讲，通常是期望形成全反射，避免因光线从反射面溢出而损失光能；但是，在实际制造过程中，加工精度的限制，会使反射面的结构参数存在有误差，透镜装配过程中，其相对于光源等结构的配合精度也会存偏差，所以，在反射面处，光线入射与反射面的相对角度难以达到理想的设计状态，所以极易在反射面处出现光线溢出问题，如此，一方面是降低了光线利用率，降低了透镜光效，另一方面，溢出光线难以控制，还影响了照明效果；所以，在目前的透镜加工制造和装配过程中，都需要确保较高的精度，如此，也给加工制造和装配带来了一定难度。

所以，目前需要设计一种既能够确保良好的光效，又能够降低制造安装精度要求的透镜结构。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对目前透镜结构存在光效较低，以及安装精度要求较高的问题，提供一种既能够确保良好的光效，又能够降低安装精度要求的透镜结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种具有螺旋凸起出射区域的透镜，在所述透镜上设有入射区域和出射区域和反射区域，所述出射区域包括第一出射区域和环绕于所述第一出射区域外的第二出射区域，由所述入射区域折射进入透镜的光线，至少有一部分由所述反射区域反射至所述第二出射区域，再由所述第二出射区域折射出透镜；

所述第二出射区域包括有凸起区域，所述凸起区域包括基面和设置在所述基面上的凸起，所述凸起绕透镜光轴成螺旋状的环绕，在所述透镜光轴的平面上，所述凸起的截面形成若干的凸起单元，在过所述透镜光轴的同一平面上，相邻的凸起单元之间隔开有距离。

本申请的透镜，使用时，光源与入射区域相配合，光源发出的光线由入射区域折射进入透镜，部分光线由第一出射区域折射而出，部分光线被入射区域折射至反射区域，然后经反射区域反射至第二出射区域，再由第二出射区域折射出透镜，第一出射区域折射出的光线在设计照明位置形成第一光斑单元，第二出射区域折射出的光线在设计照明位置形成第二光斑单元，第一光斑单元与第二光斑单元相配合，得到设计形状的照明光斑；

在本申请的方案中，第一光斑单元与第二光斑单元的配合方式，可以是相重叠，也可以是部分重合，还可以是相拼接的方式；

进一步的，在本申请的透镜中，在第二出射区域设置凸起区域，凸起区域的表面作为光学出射面，而凸起区域包括基面和设置在基面上的凸起，基面可以是光滑面，也可以是有其他形状的光学面，而凸起成螺旋状的环绕，如此，大幅提高了第二出射区域对光线的控制能力，第二出射区域光线控制能力的提升，也增加了反射区域参数的可变量，也就是说，相较于出射区域不设置凸起区域的透镜而言，在形成相同照明光斑时，出射区域设置了凸起区域的透镜，其反射区域的可调节量更加宽泛，所以在加工制造时，能够大幅降低对反射区域的制造精度要求，而在安装过程中，在实现照明要求的前提下，光源与透镜的相对位置允许调节范围也更加宽泛，所以，能够选择溢出光线尽量少的参数，以此，减少光线溢出量，进一步提高透镜光效；而且，由于凸起区域的设置，还能够进一步的提高照明光斑的均匀性，当透镜与光源之间的位置发生较小变化时，照明光斑依然能够具有良好的均匀性，所以也降低了光源与透镜的安装精度要求；

进一步的，在本申请的结构中，凸起区域上设置有凸起，凸起绕透镜光轴成螺旋状的环绕，在过透镜光轴的平面上，凸起的截面形成若干的凸起单元，在过透镜光轴的同一平面上，相邻的凸起单元之间隔开有距离,如此，使得该平面内的光线，照射在凸起区域后，其中部分有凸起单元折射而出，而其中部分由凸起单元之间的间隙折射而出，分别对这些光线进行光线调整，进一步提高了透镜的控制能力，使这些光线在照明区域中相互重合叠加，进一步的提高了照明区域均匀度，以及当光源位置发生变化时，其中部分出光区域对应的光线能够补充到其余区域的对应光线中，如此，依然输出具有良好均匀度的照明光斑，进一步弱化因制造或者装配因素导致的光斑缺陷的影响，进而进一步提高光斑质量。

作为一种优选方式，所述凸起区域布满所述第二出射区域。

作为另一种优选方式，所述凸起区域为所述第二出射区域中的部分区域。

在本申请的方案中，凸起区域是否布满第二出射区域，可以根据实际需要进行设计，以此调整对出射区域局部光线的控制。

优选的，相邻的所述凸起单元之间隔开的距离相同。使得，由凸起单元折射出的光线与有其间隙折射出的光线大致相同，这些光线相互混合或叠加或者部分重合，在避免光源移动是光斑出现暗区的同时，也进一步的提高光斑均匀性。

优选的，所述凸起单元的形状为半圆形。

优选的，相邻的所述凸起单元之间隔开的距离等于所述凸起单元的直径。

优选的，在过所述透镜光轴的平面上，位于该平面内，并且经所述凸起单元折射出的光线，在形成照明光斑前，至少存在有一部分光线发生交叉。

在传统结构的透镜中，各光束由出射面折射出透镜后，在至照明光斑之前，并不发生交叉，然后按照设计光路照射在各自对应的位置，当光源位置存在变化时，各光束的入射角度反射变化时，透镜折射出的光束发生偏转，导致待照明区域的局部位置出现暗区域，即光斑不均匀的情况，所以，目前的灯具结构中，光源的安装位置精度要求较高；

所以，在本申请中，由于凸起的设置，在过透镜光轴的平面上，位于该平面的光线经凸起单元后，至少存在有一部分光线发生交叉，即，使得在形成光斑的光线中，其中部分光线是处于交叉状态，如此，当光源与透镜的相对位置发生较小变化时，虽然光线折射角度也会发生变化，但是，对于这些发生交叉的光线而言，折射角度的变化仅对光斑边缘带来一定影响，即，仅影响光斑形状，而并不会在光斑内部形成局部的暗区域，所以，依然能够形成较高均匀度的光斑，如此，大幅降低了透镜与光源安装精度的要求，降低了安装成本。

优选的，在与透镜光轴共面的平面上，位于该平面内，并且经单个凸起单元折射出的光线，在形成照明光斑前，至少存在有一部分光线发生交叉。在本申请的方案中，如此设置，使得由单个凸起单元折射出的光线之间相交叉，大幅提高了光线交叉的充分性，如此，一方面是：当透镜与光源之间位置发生变化时，进一步确保光斑的均匀性；另一份也进一步的降低了反射区域设计难度，使反射区域的参数尽量的以不溢出光线作为设计目的。

优选的，所述入射区域对应有光源安装区域，当光源在所述安装区域内的任意位置时，由所述出射区域折射出的光线在设计照明位置处形成有光能分布均匀的照明光斑。

在本申请由于形成照明光斑的光线中，部分光线为交叉状态，所以，当透镜与光源之间相对位置发生变化，当变化值控制在某个区域时，照明光斑形状发生变化后，依然能够保证良好的均匀度，所以，采用本申请的透镜，在实现良好光斑均匀度的同时，光源在安装区域内移动，还能够调整光斑形状，所以也提高了本申请的适用性。

优选的，所述光源安装区域为沿透镜光轴轴向移动的区域。也就是说，光源在沿透镜光轴某个区段移动时，照明光斑形状随之改变，并且在该变化过程中，照明光斑保证良好的均匀度。

优选的，所述第二出射区域的小端与大端的距离，在沿所述透镜光轴的方向上为H1，在垂直于所述透镜光轴的方向上为D1，3≥D1\/H1≥1.1，所述凸起单元绕所述透镜光轴设置。

在进行透镜设计时，要形成满足设计要求的照明光斑，在对出射区域的结构参数进行调整时，反射区域的结构参数也会随之发生变化，具体到本申请所涉及的透镜结构，即是：对第二出射区域的参数调整，反射区域的结构参数也需随之进行调整，而反射区域的参数变动又直接与光线溢出量密切相关，所以，在本申请中，将第二出射区域的参数设置为3≥D1\/H1≥1.1，在该参数内，使反射区域形成对应的参数结构，而该反射区域所形成的结构参数能够大幅减少反射区域溢出的光线，所以，当第二出射区域控制在上述参数内时，能够使透镜具有更好的光效；

优选的，2.5≥D1\/H1≥1.5。当2.5≥D1\/H1≥1.5时，使反射区域形成对应的结构参数，在该结构参数时由反射区域溢出的光线进一步的急剧减少，所以能够大幅的提高透镜的光效。

优选的，D1\/H1=1.9±0.1。当第二出射区域为该参数时，在对应的反射区域中能够形成更优参数，反射区域为该参数时，光线溢出量为极小值，进而极大的提高了透镜的光效。

优选的，所述第二出射区域朝透镜内凹陷，所述第二出射区域的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为α，在由小端至大端的方向上，α逐渐增大。第二出射区域朝透镜内凹陷，α逐渐增大时，实现对光源发出的光线汇聚。

优选的，所述第二出射区域小端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为α1，所述第二出射区域大端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为α2，0°≤α1 ≤35°；5°≤α2≤ 60°。当第二出射区域采用上述参数时，能够实现对光线汇聚的同时，还能够进一步的方便反射区域参数的控制，使由反射区域溢出的光线尽量的少。

优选的，α1 =18°±1°，α2=35°±1°。当第二出射区域为该参数时，在对应的反射区域中能够形成更优参数，反射区域为该参数时，光线溢出量为极小值，进而极大的提高了透镜的光效。

优选的，所述反射区域具有一大端和一小端，在垂直于透镜光轴的平面上，所述反射区域的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，所述反射区域的小端与大端的距离，在沿所述透镜光轴的方向上为H2，在垂直于所述透镜光轴的方向上为D2，2≥D2\/H2≥0.5。当第二出射区域采用上述的结构参数时，对应有反射区域的结构参数，并在该参数范围内优选，使反射区域的参数为2≥D2\/H2≥0.5，在该范围时，使得由反射区域溢出的光线能够经尽量少，进一步提高透镜的光效。

进一步优选的，D2\/H2=0.52±0.05。当反射区域采用该参数时，由反射区域溢出的光线极少，大幅提高透镜的光效。

进一步优选的，所述反射区域朝远离透镜的方向凸出，所述反射区域的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为β，在由小端至大端的方向上，β逐渐增大。

进一步优选的，所述反射区域小端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为β1，所述出射区域大端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为β2，20≤β1 ≤55°，20≤β2≤75°。当反射区域采用上述的参数，并且限定β1和β2为上述数值时，能够进一步的降低了溢出光线数量。

进一步优选的，β1=48°±1°，β2=71°±1°。当反射区域采用该参数时，由反射区域溢出的光线极少，大幅提高透镜的光效。

优选的，所述反射区域为由若干光学单元拼接成的光学面，或者为连续的光滑曲面，或者为二者的组合。通过设置若干的光学单元，大幅提高了对反射区域对光线的控制能力，在进一步降低光线溢出的同时，也进一步的提高了照明光斑的均匀性。

优选的，所述入射区域包括与所述第一出射区域相对的第一入射区域和与所述反射区域相对的第二入射区域，所述第二入射区域环绕于所述第一入射区域外，所述第二入射区域具有一大端和一小端，在垂直于透镜光轴的平面上，所述第二入射区域的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，所述第二入射区域的小端与所述第一入射区域的边缘相接。在于光源相配合时，光源的光线按照与光轴夹角的大小划分为小角度光线和位于小角度光线外的大角度光线，小角度光线与第一入射区域相对应，大角度光线与第二入射区域相对应，如此，分别对小角度光线和大角度光线进行控制，进一步的提高了透镜对光线的控制能力，进一步的，在本申请中，大角度光线在经反射区域反射后，全部或者其中部分再由凸起单元折射而出，而小角度光线部分则由第一出射区域折射而出，而大角度的光线作为交叉光束，一方面是利于大角度的光束分布于照明光斑外围，便于控制光斑形状，而且，当光源移位时，大角度光束经第二出射区域折射后，出射角度也会随之改变，还可以实现对照明光斑形状的调整，所以，采用本申请的透镜时，还能够通过移动透镜与光源的想对位置来调整照明光斑的形状。

优选的，所述第二入射区域小端与大端的距离，在沿所述透镜光轴的方向上为H3，在垂直于所述透镜光轴的方向上为D3，0≤D3\/H3≤0.2。当第二入射区域采用该参数时，能够进一步的减少反射区域的光线溢出量。

进一步优选的，D3\/H3=0.05±0.005。当第二入射区域采用该参数时，由反射区域溢出的光线极少，大幅提高透镜的光效。

优选的，所述第二入射区域远离第一入射区域的端部的切线与透镜光轴的平面的夹角为γ1，0°≤γ1≤10°；靠近第一入射区域的端部的切线与透镜光轴的平面的夹角为γ2，0°≤γ2≤10°。

进一步优选的，γ1=3°±0.3°，γ2=3°±0.3°。

本申请的透镜，当第二出射区域、反射区域和第二入射区域分别为上述限定的结构参数时，相较于传统透镜结构而言，在实现良好光斑均匀性的同时，还能够大幅的降低溢出光线量，进而大幅提高透镜光效，同时还降低了光源与透镜相对位置的精度要求，方便的安装和降低了安装成本，并且，还可以通过调整光源与透镜的相对位置对光束角进行控制，进而控制照明光斑的形状。

优选的，所述第一出射区域为远离所述透镜凸起的凸出面。小角度光线的光能密度较大，采用凸出面，使这部分光线分散，利于与由凸起单元折射出的交叉光线进行配合形成均匀光斑。

优选的，所述第一出射区域为由若干光学单元拼接成的光学面。

优选的，所述入射区域为菲涅尔光学面。

优选的，所述凸起单元底部宽度为D4，凸起单元的凸起高度为H4，4≤D4\/H4≤40，4≤D1\/D4。当凸起单元的D4\/H4和D1\/D4采用上述范围时，第二出射区域具有良好的匀光效果以及光线控制能力。

进一步优选，D4\/H4=10±0.1，D1\/D4=36±0.1。

本申请还公开了一种灯具，包括上述透镜和与所述透镜相配合的光源。

本申请的灯具，由于是采用上述的透镜，一方面是大幅降低了由透镜溢出的光线，大幅提高了光效，另一方面，还能够降低光源和透镜之间的装配精度，进而降低装配成本和装配难度。

优选的，所述透镜具有一光源安装区域，当光源在所述安装区域内的任意位置时，由所述出射区域折射出的光线在设计照明位置处形成有光能分布均匀的照明光斑。如此设置，使得本申请的灯具可以通过调整透镜与光源之间的相对位置，得到不同形状光束角的照明光斑，如此，提高灯具适用性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：

本申请的透镜，能够减少光线溢出量，提高透镜光效；还能够进一步的提高照明光斑的均匀性；还能够弱化因制造或者装配因素导致的光斑缺陷的影响；

附图说明

图1为本申请透镜结构的结构示意图；

图2为本申请透镜凸起区域为第二出射区域部分区域的结构示意图；

图3为本申请凸起区域处的光路示意图；

图4为图3中C处的局部放大图；

图5为本申请透镜各参数标记的示意图；

图6为本申请透镜各参数标记的示意图；

图7为图5中D处的局部放大图，

图中标记：1–透镜，2-第一出射区域，3-第二出射区域，4-反射区域，5-第一入射区域，6-第二入射区域，7-凸起，8-凸起单元，9-光源，A-光轴，B-凸起区域。

具体实施方式

下区域结合附图，对本实用新型作详细的说明。

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。

具体实施方式：如图1-7所示的，

一种具有螺旋凸起出射区域的透镜，在所述透镜1上设有入射区域和出射区域和反射区域4，所述出射区域包括第一出射区域2和环绕于所述第一出射区域2外的第二出射区域3，由所述入射区域折射进入透镜1的光线，至少有一部分由所述反射区域4反射至所述第二出射区域3，再由所述第二出射区域3折射出透镜1；

所述第二出射区域3包括有凸起区域B，所述凸起区域B包括基面和设置在所述基面上的凸起7，所述凸起7绕透镜1光轴A成螺旋状的环绕，在过所述透镜1光轴A的平面上，所述凸起7的截面形成若干的凸起单元8，在过所述透镜1光轴A的同一平面上，相邻的凸起单元8之间隔开有距离。

本申请的透镜1，使用时，光源9与入射区域相配合，光源9发出的光线由入射区域折射进入透镜1，部分光线由第一出射区域2折射而出，部分光线被入射区域折射至反射区域4，然后经反射区域4反射至第二出射区域3，再由第二出射区域3折射出透镜1，第一出射区域2折射出的光线在设计照明位置形成第一光斑单元，第二出射区域3折射出的光线在设计照明位置形成第二光斑单元，第一光斑单元与第二光斑单元相配合，得到设计形状的照明光斑；

在本申请的方案中，第一光斑单元与第二光斑单元的配合方式，可以是相重叠，也可以是部分重合，还可以是相拼接的方式；

进一步的，在本申请的透镜1中，在第二出射区域3设置凸起区域B，凸起区域B的表面作为光学出射面，而凸起区域B包括基面和设置在基面上的凸起7，基面可以是光滑面，也可以是有其他形状的光学面，而凸起7成螺旋状的环绕，如此，大幅提高了第二出射区域3对光线的控制能力，第二出射区域3光线控制能力的提升，也增加了反射区域4参数的可变量，也就是说，相较于出射区域不设置凸起区域B的透镜1而言，在形成相同照明光斑时，出射区域设置了凸起区域B的透镜1，其反射区域4的可调节量更加宽泛，所以在加工制造时，能够大幅降低对反射区域4的制造精度要求，而在安装过程中，在实现照明要求的前提下，光源9与透镜1的相对位置允许调节范围也更加宽泛，所以，能够选择溢出光线尽量少的参数，以此，减少光线溢出量，进一步提高透镜1光效；而且，由于凸起区域B的设置，还能够进一步的提高照明光斑的均匀性，当透镜1与光源9之间的位置发生较小变化时，照明光斑依然能够具有良好的均匀性，所以也降低了光源9与透镜1的安装精度要求；

进一步的，在本申请的结构中，凸起区域B上设置有凸起7，凸起7绕透镜1光轴A成螺旋状的环绕，在过透镜1光轴A的平面上，凸起7的截面形成若干的凸起单元8，在过透镜1光轴A的同一平面上，相邻的凸起单元8之间隔开有距离,如此，使得该平面内的光线，照射在凸起区域B后，其中部分有凸起单元8折射而出，而其中部分由凸起单元8之间的间隙折射而出，分别对这些光线进行光线调整，进一步提高了透镜1的控制能力，使这些光线在照明区域中相互重合叠加，进一步的提高了照明区域均匀度，以及当光源9位置发生变化时，其中部分出光区域对应的光线能够补充到其余区域的对应光线中，如此，依然输出具有良好均匀度的照明光斑，进一步弱化因制造或者装配因素导致的光斑缺陷的影响，进而进一步提高光斑质量。

作为一种优选方式，所述凸起区域B布满所述第二出射区域3。

作为另一种优选方式，所述凸起区域B为所述第二出射区域3中的部分区域。

在本申请的方案中，凸起区域B是否布满第二出射区域3，可以根据实际需要进行设计，以此调整对出射区域局部光线的控制。

作为优选的实施方式，相邻的所述凸起单元8之间隔开的距离相同。使得，由凸起单元8折射出的光线与有其间隙折射出的光线大致相同，这些光线相互混合或叠加或者部分重合，在避免光源9移动是光斑出现暗区的同时，也进一步的提高光斑均匀性。

作为优选的实施方式，所述凸起单元8的形状为半圆形。

作为优选的实施方式，相邻的所述凸起单元8之间隔开的距离等于所述凸起单元8的直径。

作为优选的实施方式，在过所述透镜1光轴A的平面上，位于该平面内，并且经所述凸起单元8折射出的光线，在形成照明光斑前，至少存在有一部分光线发生交叉。

在传统结构的透镜1中，各光束由出射面折射出透镜1后，在至照明光斑之前，并不发生交叉，然后按照设计光路照射在各自对应的位置，当光源9位置存在变化时，各光束的入射角度反射变化时，透镜1折射出的光束发生偏转，导致待照明区域的局部位置出现暗区域，即光斑不均匀的情况，所以，目前的灯具结构中，光源9的安装位置精度要求较高；

所以，在本申请中，由于凸起7的设置，在过透镜1光轴A的平面上，位于该平面的光线经凸起单元8后，至少存在有一部分光线发生交叉，即，使得在形成光斑的光线中，其中部分光线是处于交叉状态，如此，当光源9与透镜1的相对位置发生较小变化时，虽然光线折射角度也会发生变化，但是，对于这些发生交叉的光线而言，折射角度的变化仅对光斑边缘带来一定影响，即，仅影响光斑形状，而并不会在光斑内部形成局部的暗区域，所以，依然能够形成较高均匀度的光斑，如此，大幅降低了透镜1与光源9安装精度的要求，降低了安装成本。

作为优选的实施方式，在与透镜1光轴A共面的平面上，位于该平面内，并且经单个凸起单元8折射出的光线，在形成照明光斑前，至少存在有一部分光线发生交叉。在本申请的方案中，如此设置，使得由单个凸起单元8折射出的光线之间相交叉，大幅提高了光线交叉的充分性，如此，一方面是：当透镜1与光源9之间位置发生变化时，进一步确保光斑的均匀性；另一份也进一步的降低了反射区域4设计难度，使反射区域4的参数尽量的以不溢出光线作为设计目的。

作为优选的实施方式，所述入射区域对应有光源9安装区域，当光源9在所述安装区域内的任意位置时，由所述出射区域折射出的光线在设计照明位置处形成有光能分布均匀的照明光斑。

在本申请由于形成照明光斑的光线中，部分光线为交叉状态，所以，当透镜1与光源9之间相对位置发生变化，当变化值控制在某个区域时，照明光斑形状发生变化后，依然能够保证良好的均匀度，所以，采用本申请的透镜1，在实现良好光斑均匀度的同时，光源9在安装区域内移动，还能够调整光斑形状，所以也提高了本申请的适用性。

作为优选的实施方式，所述光源9安装区域为沿透镜1光轴A轴向移动的区域。也就是说，光源9在沿透镜1光轴A某个区段移动时，照明光斑形状随之改变，并且在该变化过程中，照明光斑保证良好的均匀度。

作为优选的实施方式，所述第二出射区域3的小端与大端的距离，在沿所述透镜1光轴A的方向上为H1，在垂直于所述透镜1光轴A的方向上为D1，3≥D1\/H1≥1.1，所述凸起单元8绕所述透镜1光轴A设置。

在进行透镜1设计时，要形成满足设计要求的照明光斑，在对出射区域的结构参数进行调整时，反射区域4的结构参数也会随之发生变化，具体到本申请所涉及的透镜1结构，即是：对第二出射区域3的参数调整，反射区域4的结构参数也需随之进行调整，而反射区域4的参数变动又直接与光线溢出量密切相关，所以，在本申请中，将第二出射区域3的参数设置为3≥D1\/H1≥1.1，在该参数内，使反射区域4形成对应的参数结构，而该反射区域4所形成的结构参数能够大幅减少反射区域4溢出的光线，所以，当第二出射区域3控制在上述参数内时，能够使透镜1具有更好的光效；

作为优选的实施方式，2.5≥D1\/H1≥1.5。当2.5≥D1\/H1≥1.5时，使反射区域4形成对应的结构参数，在该结构参数时由反射区域4溢出的光线进一步的急剧减少，所以能够大幅的提高透镜1的光效。

作为优选的实施方式，D1\/H1=1.9±0.1。当第二出射区域3为该参数时，在对应的反射区域4中能够形成更优参数，反射区域4为该参数时，光线溢出量为极小值，进而极大的提高了透镜1的光效。

作为优选的实施方式，所述第二出射区域3朝透镜1内凹陷，所述第二出射区域3的切线与垂直于透镜1光轴A的平面的夹角为α，在由小端至大端的方向上，α逐渐增大。第二出射区域3朝透镜1内凹陷，α逐渐增大时，实现对光源9发出的光线汇聚。

作为优选的实施方式，所述第二出射区域3小端处的切线与垂直于透镜1光轴A的平面的夹角为α1，所述第二出射区域3大端处的切线与垂直于透镜1光轴A的平面的夹角为α2，0°≤α1 ≤35°；5°≤α2≤ 60°。当第二出射区域3采用上述参数时，能够实现对光线汇聚的同时，还能够进一步的方便反射区域4参数的控制，使由反射区域4溢出的光线尽量的少。

作为优选的实施方式，α1 =18°±1°，α2=35°±1°。当第二出射区域3为该参数时，在对应的反射区域4中能够形成更优参数，反射区域4为该参数时，光线溢出量为极小值，进而极大的提高了透镜1的光效。

作为优选的实施方式，所述反射区域4具有一大端和一小端，在垂直于透镜1光轴A的平面上，所述反射区域4的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，所述反射区域4的小端与大端的距离，在沿所述透镜1光轴A的方向上为H2，在垂直于所述透镜1光轴A的方向上为D2，2≥D2\/H2≥0.5。当第二出射区域3采用上述的结构参数时，对应有反射区域4的结构参数，并在该参数范围内优选，使反射区域4的参数为2≥D2\/H2≥0.5，在该范围时，使得由反射区域4溢出的光线能够经尽量少，进一步提高透镜1的光效。

进一步作为优选的实施方式，D2\/H2=0.52±0.05。当反射区域4采用该参数时，由反射区域4溢出的光线极少，大幅提高透镜1的光效。

进一步作为优选的实施方式，所述反射区域4朝远离透镜1的方向凸出，所述反射区域4的切线与垂直于透镜1光轴A的平面的夹角为β，在由小端至大端的方向上，β逐渐增大。

进一步作为优选的实施方式，所述反射区域4小端处的切线与垂直于透镜1光轴A的平面的夹角为β1，所述出射区域大端处的切线与垂直于透镜1光轴A的平面的夹角为β2，20≤β1 ≤55°，20≤β2≤75°。当反射区域4采用上述的参数，并且限定β1和β2为上述数值时，能够进一步的降低了溢出光线数量。

进一步作为优选的实施方式，β1=48°±1°，β2=71°±1°。当反射区域4采用该参数时，由反射区域4溢出的光线极少，大幅提高透镜1的光效。

作为优选的实施方式，所述反射区域4为由若干光学单元拼接成的光学面，或者为连续的光滑曲面，或者为二者的组合。通过设置若干的光学单元，大幅提高了对反射区域4对光线的控制能力，在进一步降低光线溢出的同时，也进一步的提高了照明光斑的均匀性。

作为优选的实施方式，所述入射区域包括与所述第一出射区域2相对的第一入射区域5和与所述反射区域4相对的第二入射区域6，所述第二入射区域6环绕于所述第一入射区域5外，所述第二入射区域6具有一大端和一小端，在垂直于透镜1光轴A的平面上，所述第二入射区域6的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，所述第二入射区域6的小端与所述第一入射区域5的边缘相接。在于光源9相配合时，光源9的光线按照与光轴A夹角的大小划分为小角度光线和位于小角度光线外的大角度光线，小角度光线与第一入射区域5相对应，大角度光线与第二入射区域6相对应，如此，分别对小角度光线和大角度光线进行控制，进一步的提高了透镜1对光线的控制能力，进一步的，在本申请中，大角度光线在经反射区域4反射后，全部或者其中部分再由凸起单元8折射而出，而小角度光线部分则由第一出射区域2折射而出，而大角度的光线作为交叉光束，一方面是利于大角度的光束分布于照明光斑外围，便于控制光斑形状，而且，当光源9移位时，大角度光束经第二出射区域3折射后，出射角度也会随之改变，还可以实现对照明光斑形状的调整，所以，采用本申请的透镜1时，还能够通过移动透镜1与光源9的想对位置来调整照明光斑的形状。

作为优选的实施方式，所述第二入射区域6小端与大端的距离，在沿所述透镜1光轴A的方向上为H3，在垂直于所述透镜1光轴A的方向上为D3，0≤D3\/H3≤0.2。当第二入射区域6采用该参数时，能够进一步的减少反射区域4的光线溢出量。

进一步作为优选的实施方式，D3\/H3=0.05±0.005。当第二入射区域6采用该参数时，由反射区域4溢出的光线极少，大幅提高透镜1的光效。

作为优选的实施方式，所述第二入射区域6远离第一入射区域5的端部的切线与透镜1光轴A的平面的夹角为γ1，0°≤γ1≤10°；靠近第一入射区域5的端部的切线与透镜1光轴A的平面的夹角为γ2，0°≤γ2≤10°。

进一步作为优选的实施方式，γ1=3°±0.3°，γ2=3°±0.3°。

本申请的透镜1，当第二出射区域3、反射区域4和第二入射区域6分别为上述限定的结构参数时，相较于传统透镜1结构而言，在实现良好光斑均匀性的同时，还能够大幅的降低溢出光线量，进而大幅提高透镜1光效，同时还降低了光源9与透镜1相对位置的精度要求，方便的安装和降低了安装成本，并且，还可以通过调整光源9与透镜1的相对位置对光束角进行控制，进而控制照明光斑的形状。

作为优选的实施方式，所述第一出射区域2为远离所述透镜1凸起7的凸出面。小角度光线的光能密度较大，采用凸出面，使这部分光线分散，利于与由凸起单元8折射出的交叉光线进行配合形成均匀光斑。

作为优选的实施方式，所述第一出射区域2为由若干光学单元拼接成的光学面。

作为优选的实施方式，所述入射区域为菲涅尔光学面。

作为优选的实施方式，所述凸起单元8底部宽度为D4，凸起单元8的凸起7高度为H4，4≤D4\/H4≤40，4≤D1\/D4。当凸起单元8的D4\/H4和D1\/D4采用上述范围时，第二出射区域3具有良好的匀光效果以及光线控制能力。

进一步优选，D4\/H4=10±0.1，D1\/D4=36±0.1。

本申请还公开了一种灯具，包括上述透镜1和与所述透镜1相配合的光源9。

本申请的灯具，由于是采用上述的透镜1，一方面是大幅降低了由透镜1溢出的光线，大幅提高了光效，另一方面，还能够降低光源9和透镜1之间的装配精度，进而降低装配成本和装配难度。

作为优选的实施方式，所述透镜1具有一光源9安装区域，当光源9在所述安装区域内的任意位置时，由所述出射区域折射出的光线在设计照明位置处形成有光能分布均匀的照明光斑。如此设置，使得本申请的灯具可以通过调整透镜1与光源9之间的相对位置，得到不同形状光束角的照明光斑，如此，提高灯具适用性。

以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但本实用新型不局限于上述具体实施方式，因此任何对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

设计图

一种具有螺旋凸起出射区域的透镜及采用该透镜的灯具论文和设计

一种具有螺旋凸起出射区域的透镜及采用该透镜的灯具论文和设计-黄庸源

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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