一种用于洗墙的准直透镜的制作方法

本发明涉及led投光照明技术领域，具体设计一种用于led洗墙灯的准直透镜。

背景技术：

led用于洗墙灯已经普遍应用。近年来，随着led光效和功率的不断增大，高层建筑同样需要led作为光源洗亮建筑物的墙壁，例如，在类似墙体的竖直建筑物的墙根位置或景物下方的根脚位置，用led灯朝向墙体上方或斜向方向照射，在墙体上形成一道沿墙面延伸的长长的带状光斑。这类应用要求洗墙高度要达到100米以上，即带状光斑的长度需要达到100米以上，这需要led光源经过光学系统后形成很小的光斑出射才能实现，否则会因为很小的扩散角度以及100米以上的超远程长度，最终导致带状光斑看起来会变成扇形光斑；而同时，需要尽量减少光学系统的口径以降低灯具的大小，从而对光学设计提出了很高的要求。

目前实现这种小角度出光的光学系统主要有全反射光学系统、凸透镜及组合光学系统以及超薄准直光学系统解决方案。这些技术方案都具有较好的准直效果，但是应用于洗墙灯的时候，会出现墙面底部光斑的瑕疵。根本原因是因为大角度的旋转对称出光(通常是透镜不可控制的杂散光)会在靠近透镜底部的位置出现花瓣状的照明效果；而稍微高于透镜的距离即与透镜出光中心连线夹角在60度至80度的方位内，小角度出光的配光透镜往往在这部分的角度范围内都没有光线，从而在墙上不会形成照明。最终，通常情况下的小角度洗墙灯会在墙体“最底部出现一个花瓣——高一点有一段黑色间隙——再高是很亮的光斑”这样的情况，对洗墙效果造成了不舒服的视觉感受。

如图12所示，现有技术中的洗墙透镜的光斑，底部有v形开叉的“花瓣光斑”，向上看，光斑中部有一段较暗的区域，再向上，光斑越来越亮，亮度主要集中在上方。

本发明提出了一种解决方案，能够从透镜底部开始就形成线条形状的照明效果，弥补现有技术总的“花瓣光斑”和“黑段”瑕疵。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的问题，针对超薄型准直透镜而设计的一种用于洗墙的准直透镜，解决了底部花瓣光斑和局部黑段的问题。具体实现方式如下：

一种用于洗墙的准直透镜，所述准直透镜为旋转对称结构，透镜底部设有用于放置led光源的内凹的光腔，光腔内壁形成有第一入射面和第二入射面，透镜顶部设有出射面，顶部与底部之间的侧面形成为反射面，

所述第一入射面形成为光腔顶部中心的内壁，所述第二入射面围绕第一入射面设置，形成为光腔的周向侧壁；第二入射面与经过旋转对称轴的平面的相交线为曲线，曲线越靠近光腔口部边缘离旋转对称轴的距离越远；光源经第一入射面入射的光线直接从出射面出射，光源经第二入射面入射的光线，被折射至反射面，经反射面的反射后从出射面出射；

所述透镜自出射面到透镜底部的高度与出射面的直径的比值不大于0.25；

所述出射面上设有一扇环形状的下凹区，其扇环的圆心位于旋转对称轴上，扇环的圆心角为45～60度；扇环内弧的半径大于第一入射面的半径而小于光腔口部的半径，扇环外弧的半径大于光腔口部的半径而小于出射面半径的0.3倍；

下凹区的底面沿径向远离圆心的方向逐渐上升，并逐渐平滑过渡至出射面；

所述出射面的边缘设有一段弧形凸坝，该弧形的圆心角与所述扇环的圆心角重合；凸坝的上表面沿径向远离圆心的方向逐渐凸出于出射面，凸坝的上表面与出射面平滑过渡。

优选的，所述第一入射面为平面或弧面。

优选的，所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为一由初等函数表达的曲线，曲线方程为y＝f(x),其中高度方向的坐标y为直角坐标系的纵坐标，横向扩展方向的坐标x为直角坐标系的横坐标，所述曲线方程y＝f(x)为多项式函数。

优选的，所述第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线的斜率从靠近旋转对称轴到远离旋转对称轴逐渐减小。

优选的，所述第二入射面距离旋转对称轴最近的起始点与旋转对称轴有一定距离，其起始点与透镜底部中心的连线与旋转对称轴的夹角为5～25度。

优选的，所述反射面自透镜底部向上过渡至透镜顶部的出光面，反射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线自下而上逐渐远离旋转对称轴，其斜率从靠近旋转对称轴到远离旋转对称轴的方向逐渐增加。

优选的，所述出射面包括第一出射面和第二出射面，第一出射面位于出射面中心，第二出射面围绕所述第一出射面设置；其中，光源经第一入射面入射的光线通过第一出射面出射，经第二入射面和反射面的光线通过第二出射面出射。

优选的，所述第一出射面为平面，所述第二出射面也为平面；或者，所述第一出射面为锥面，所述第二出射面为平面。

优选的，所述出射面的中心设有一圆形暗光区，光线在暗光区被吸收掉。

优选的，光源经过第二入射面射至下凹区底面的光线，被下凹区底面反射至反射面后，再经出射面出射；

光源经过第二入射面和反射面射至凸坝上表面的光线，被凸坝上表面折射出去。

本发明的准直透镜只要通过下凹区和凸坝的设置解决了现有技术中“花瓣光斑”和“黑段”的问题。

附图说明

图1为本发明透镜实施例的俯视图

图2为本发明透镜实施例的侧视图

图3为图2中b-b的剖视示意图

图4为本发明透镜实施例的立体示意图

图5为图3中p部位的放大图

图6为图3中q部位的放大图

图7为本发明透镜与墙面安装关系示意图

图8为本发明透镜与挡光片的安装关系示意图

图9为本发明透镜的光路原理图之一

图10为本发明透镜的光路原理图之二

图11为本发明透镜的光路原理图之三

图12为现有技术中带有v字型杂光和暗区缺陷的光照效果图

图13本发明透镜的光照效果图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1至图所示，本实施例的准直透镜，为旋转对称结构，透镜底部设有用于放置led光源的内凹的光腔，光腔内壁形成有第一入射面41和第二入射面42，透镜顶部设有出射面2，顶部与底部之间的侧面形成为反射面3。

第一入射面41形成为光腔顶部中心的内壁，第二入射面42围绕第一入射面41设置，形成为光腔的周向侧壁。

第二入射面42与经过旋转对称轴的平面的相交线为曲线，曲线越靠近光腔口部边缘离旋转对称轴的距离越远。

光源经第一入射面41入射的光线直接从出射面2出射，光源经第二入射面入射42的光线，被折射至反射面3，经反射面3的反射后从出射面2出射。

透镜自出射面2到透镜底部的高度与出射面2的直径的比值不大于0.25。

出射面2上设有一扇环形状的下凹区5，其扇环的圆心位于旋转对称轴上，扇环的圆心角为45～60度。角度过小的话，补到暗区的光斑会过窄，与原光斑衔接效果不好；转角度过大的话，则会影响洗墙的高度及造成不必要的炫光。

扇环内弧的半径大于第一入射面41的半径而小于光腔口部的半径，扇环外弧的半径大于光腔口部的半径而小于出射面2半径的0.3倍。

下凹区5的底面沿径向远离圆心的方向逐渐上升，并逐渐平滑过渡至出射面2；

出射面的边缘设有一段弧形凸坝6，该弧形的圆心角与所述扇环的圆心角重合。

凸坝6的上表面沿径向远离圆心的方向逐渐凸出于出射面2，凸坝的上表面与出射面在连接处平滑过渡。

第一入射面41可为平面或弧面。

第二入射面42被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线为一由初等函数表达的曲线，曲线方程为y＝f(x),其中高度方向的坐标y为直角坐标系的纵坐标，横向扩展方向的坐标x为直角坐标系的横坐标，所述曲线方程y＝f(x)为多项式函数。第二入射面被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线的斜率从靠近旋转对称轴到远离旋转对称轴逐渐减小。

第二入射面42距离旋转对称轴最近的起始点与旋转对称轴有一定距离，其起始点与透镜底部中心的连线与旋转对称轴的夹角为5～25度。

反射面3自透镜底部向上过渡至透镜顶部的出光面2，反射面3被经过旋转对称轴的平面所截形成的曲线自下而上逐渐远离旋转对称轴，其斜率从靠近旋转对称轴到远离旋转对称轴的方向逐渐增加。

出射面2包括第一出射面和第二出射面，第一出射面位于出射面中心，第二出射面围绕所述第一出射面设置；其中，光源经第一入射面41入射的光线通过第一出射面出射，经第二入射面42和反射面的光线通过第二出射面出射。第一出射面为平面，所述第二出射面也为平面；或者，第一出射面为锥面，第二出射面为平面。

光源经过第二入射面42射至下凹区5底面的光线，被下凹区5底面反射至反射面3后，再经出射面2出射；光源经过第二入射面42和反射面3射至凸坝6上表面的光线，被凸坝上6表面折射出去

本实施例中出射面2整体为透明。

在其他实施例中，如图8所示，出射面2的中心设有一圆形暗光区8，光线在暗光区被吸收掉。暗光区的设置方式可以是直接覆盖一遮光板，在图8中，遮光板遮覆盖到了下凹区的位置。另外，也可以通过粘涂黑漆的方式形成暗光区。暗光区的设置，为了透镜避免中间部分的光线出射形成杂散光，遮光区的直径不大于出光面直径的30％。

如图9所示，为本实施例的光路原理图之一，光线a’为不经过下凹区调制的光线光路，光线a为经过下凹区调制后的光线光路，从图中可看出出射光线a相比a’具有较大的方向改变。

而光线b为不经过凸坝调制的光线光路，光线b’为经过凸坝调制的光线光路，从图中可看出，出射光线b相比b’具有小幅图的方向改变。通过上述调制实现了偏光补偿。

如图10所示，部分的光线c经在近处经出射面反射后，再经反射面反射，最终通过出射面准直射出。

而光线a经过下凹区底面反射后再次被反射面反射时，反射光线与反射面的角度i的大小位于布鲁斯特角arctan(1/n)正负3度的范围内，最佳值为布鲁斯特角，这样可以光线尽量偏折到底部暗区，同时光的利用率也不低。

如图11所示，部分的光线d经在远处经出射面反射后，再经反射面反射，最终通过出射面准直射出。

本实施例的设计方案是通过局部修改出光面曲线实现的，因为只有靠近墙体方向的位置出现补光的光线，其他方向都没有，就不会再形成额外的杂光，避免出现了“花瓣”状光斑和暗区的问题。如图13所示，为本实施例透镜的光照效果图，达到了本发明的目的，图中底部不见了v状的花瓣光斑，其上方也不会出现暗区或明暗不匀的情况。