用于形成环形光斑的透镜和灯具的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于形成环形光斑的透镜和灯具。该透镜包括入光口、侧反射壁和环形光斑口。所述入光口形成为立体结构，光线通过所述入光口入射进入透镜。所述环形光斑口包括反射段和出射段，所述反射段用于将光线反射至所述侧反射壁。所述侧反射壁夹置于所述入光口与所述出射段之间，所述侧反射壁用于将由所述反射段反射来的光线反射向所述出射段，光线通过所述出射段射出，由此形成环形光斑。
【专利说明】用于形成环形光斑的透镜和灯具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种透镜，更具体地说，本实用新型涉及一种用于形成环形光斑的透镜。
【背景技术】
[0002]随着人们照明需求的提高，对照明的要求不单单停留在简单的基础照明上，而是希望灯具能够有所创新，营造氛围，彰显个性。
[0003]配光光形是衡量一个灯具的关键指标，通常在灯具的设计中，往往考虑的是一定角度内，被照面均不均匀。但如果灯具能够实现环形光斑，照明效果明暗交替，既增加了空间层次感，又能营造不同以往的照明效果，可应用于吸顶灯、吊灯或壁灯等。
[0004]若想实现环形光斑的照明效果，常常能想到的是通过不透光的附件对发光面中心部分的光线进行遮挡，从而实现被照面环形配光。但是，这样会造成光效的损失，且灯具需要额外的部件从而增加成本。
[0005]因此，希望提供一种透镜，无须使用其它附加部件即可实现环形光斑的效果。实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种用于形成环形光斑的透镜，仅利用透镜对光的偏折原理，即可将光源中心小角度内的光线偏折到大角度，由此实现环形光斑。
[0007]本实用新型的另一目的是提供一种用于形成环形光斑的灯具，该灯具通过采用简单的结构即可实现环形光斑的效果。
[0008]根据本实用新型的一个方面，一种用于形成环形光斑的透镜包括入光口、侧反射壁和环形光斑口。所述入光口形成为立体结构，光线通过所述入光口入射进入透镜。所述环形光斑口包括反射段和出射段，所述反射段用于将光线反射至所述侧反射壁。所述侧反射壁夹置于所述入光口与所述出射段之间，所述侧反射壁用于将由所述反射段反射来的光线反射向所述出射段，光线通过所述出射段射出，由此形成环形光斑。该入光口采用三角锥形，或者圆锥形，或者半球形。采用本实用新型的透镜，可以不利用其它附加部件而仅通过透镜本身的结构实现环形光斑，由此降低成本。
[0009]根据本实用新型的一个方面，该入光口的表面具有入光口弧度，所述入光口弧度设置成使得通过所述入光口偏转的光线入射至所述反射段并在所述反射段上发生全反射。所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述反射段弧度设置成当光线从入光口入射至所述反射段时，使得所述光线满足全反射条件而实现全反射。可选择地，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述入光口弧度与所述反射段弧度设计成相互匹配，使得通过入光口射出至所述反射段的光线在所述反射段上满足全反射条件。由此，可以仅通过透镜本身的结构实现环形光斑，简化了透镜的结构。
[0010]根据本实用新型的一个方面，该反射段直接连接至所述出射段，使得所述环形光斑口形成为倒锥形。可选择地，该反射段与所述出射段处于同一平直平面上。因此，可以通过简单的结构实现环形光斑的效果。
[0011]根据本实用新型的另一个方面，该环形光斑口还包括连接段，所述反射段连接至所述连接段并进而连接至所述出射段，所述连接段形成为倒梯形或矩形，所述反射段形成为倒锥形。该反射段用于对光线进行全反射，所述反射段设计成具有弧度，所述弧度设置成当光线从入光口入射至所述反射段时，使得所述光线满足全反射条件而实现全反射。该反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述入光口弧度与所述反射段弧度设计成相互匹配，使得通过入光口射出至所述反射段的光线在所述反射段上满足全反射条件。可选择地，该反射段也可以电镀或贴有反射膜。该侧反射壁电镀或贴有反射膜。可选择地，入光口、出射段与侧反射壁进行磨砂或加鳞片处理。采用本实用新型的透镜，可以不利用其它附加部件而仅通过透镜本身的结构实现环形光斑，由此降低成本。
[0012]根据本实用新型的另一个方面，该出射段与所述侧反射壁之间具有夹角，通过改变夹角的大小来改变环形光斑直径的大小。该环形光斑口的顶部的表面的外形采用圆形或者三角形或者方形或者多边形的形状。由此，实现对环形光斑的大小的调节，也可以实现特殊照射效果。
[0013]根据本实用新型的又一个方面，该环形光斑口还包括出口直射段。所述出口直射段位于整个所述环形光斑口的底部并与所述反射段连接，通过所述入光口射出的光线从所述出口直射段直线射出而不发生反射，由此在环形光斑的中心点形成光亮点。可选择地，所述入光口还包括入口直射段，所述入口直射段位于整个所述入光口的顶部，通过所述入口直射段射出的光线从所述环形光斑口直线射出而不发生反射。由此，环形光斑的中心额外地形成一定尺寸的亮点，增加环形光斑的活跃度或灵活度。也可以根据实际气氛或效果需要进行多种组合。
[0014]根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供一种用于形成环形光斑的灯具。该灯具包括上述透镜、外壳和光源，所述外壳采用圆形或者三角形或者方形或者多边形的形状，用于容纳所述透镜和光源。所述外壳与所述透镜的形状相匹配。采用本实用新型的灯具，可以不利用其它附加部件而仅通过透镜和灯具本身的结构实现环形光斑，由此降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第一实施例的侧视图；
[0016]图2是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第一实施例的内部光线走向图；
[0017]图3A-3C是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第一实施例的其他变化结构的侧视图；
[0018]图4是不同结构的透镜实现的不同的环形光斑照度图；
[0019]图5是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第二实施例的剖视图及俯视图；
[0020]图6是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第二实施例的立体图；
[0021]图7是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第二实施例的内部光线走向图；[0022]图8是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的出射段与侧反射壁之间夹角变化形成的不同的示例性环形光斑照度图；
[0023]图9是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第三实施例的侧视图及其内部光线走向图；
[0024]图10A-10C是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第三实施例的其他变化结构的侧视图；
[0025]图11是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第三实施例的示例性环形光斑照度图；
[0026]图12是根据本实用新型的用于形成环形光斑的灯具的立体图。
【具体实施方式】
[0027]下面将参照附图对本实用新型的实施例进行说明。首先，将参照图1-4说明根据本实用新型的透镜的第一实施例。
[0028]图1是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第一实施例的侧视图。如图1所示，根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜包括入光口 10、侧反射壁20和环形光斑口 30。入光口 10形成为立体结构，光线通过该入光口 10射入透镜中。入光口 10的立体结构是为了对光线进行收缩角度的偏折，达到缩小光出射口径的目的。
[0029]举例而言，入光口 10的立体结构可以采用三角锥形，或者圆锥形，或者半球形。例如，如图1所示，入光口 10为圆锥形，并且带有一定入光口弧度。当然，入光口 10也可以采用不带有弧度的圆锥形。另外，图3A3C也分别示出了采用三角锥形和半球形的入光口。
[0030]环形光斑口 30是为了形成环形光斑而设置的。如图2所示，环形光斑口 30包括反射段31和出射段32。侧反射壁20夹置于入光口 10与出射段32之间。
[0031]从原理上来讲，形成环形光斑的过程是通过反射段31、出射段32与侧反射壁20相互配合来实现的。光线的光路示出在图2中。首先，光线从入光口 10入射进入透镜，然后，光线入射到达反射段31，反射段31用于将光线反射至侧反射壁20，侧反射壁20进而将由反射段31反射来的光线反射向出射段32，最后，光线经过出射段32射出。
[0032]根据上述光路可知，在反射段31，光线不会从透镜中向外射出来，光线仅会从出射段32射出，因此，反射段31所对应的投射区域不会产生光亮，出射段32所对应的投射区域则形成环状的光亮，由此形成环形光斑。
[0033]对于反射段31来说，为了使得光线发生反射，在本实用新型中，采用下述方式形成该反射段31。具体地说，反射段31设计成满足使得光线发生全反射的条件，该反射段31具有反射段弧度，所述反射段弧度设置成当光线从入光口 10入射至反射段31时，使得光线满足全反射条件而实现全反射。
[0034]为了更理想地使得光线在入射至反射段31之后发生全反射，也可以将入光口 10的表面设计成具有入光口弧度，由此使得入射光线经过收缩偏折后更能够在反射段31上实现全反射。也就是说，可以单独地设计反射段31的反射段弧度，以使得光线入射至反射段31之后发生全反射，也可以单独地设计入光口弧度，使得光线通过入光口入射后，更容易在反射段31上发生全反射。另外，也可以匹配地设计反射段31的反射段弧度和入光口10的入光口弧度，从而使得光线经过入光口 10入射至反射段31之后更顺利地在反射段31上发生全反射。设计上述弧度可以采用专业光学设计软件，例如Light Tools等。
[0035]在本实用新型的第一实施例中，如图2的内部光路图所示，反射段31直接连接至出射段32。如图3A和3B所示，反射段31和出射段32连接起来形成上述环形光斑口 30的立体结构，同时实现光线的全反射。由此形成的环形光斑口 30具有锥形的立体结构，例如圆锥形或三角锥形，或者带有弧度的圆锥形或三角锥形。
[0036]如图3C所示，反射段31和出射段32也可以处于同一个平直平面上，由此形成不带弧度的锥形。在这种情况下，为了使得光线入射至该不带弧度的锥形之后发生全反射，就需要将入光口 10的立体结构设计成具有入光口弧度，使得入射至反射段31的光线能够满足全反射的条件。
[0037]侧反射壁20可以电镀或贴有反射膜，从而对从反射段31反射过来的光线进行二次反射，使得光线入射至出射段32。此时，入射至出射段32的光线不会满足全反射条件，由此使得光线折射成一定角度倾斜出射。
[0038]因此，通过设计入光口、环形光斑口和侧反射壁的相应面形和彼此相对的角度，实现所需要的环形光斑的照明效果。图4示出不同结构的透镜实现的不同的环形光斑照度图。如图4所示，通过调整侧反射壁20的倾斜角度，或者入光口弧度，或者环形光斑口的相应弧度，可以得到不同宽度或大小的光环。
[0039]另外，图4中的三种不同大小的环形光斑都是示意性的。根据光学投射原理，光线投射所到达的区域与光源所在位置之间的距离远近可以影响到环形光斑的大小。
[0040]下面将参照图5-8说明根据本实用新型的透镜的第二实施例。
[0041]图5是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第二实施例的剖视图及俯视图。如图5所示，根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜包括入光口 100、侧反射壁200和环形光斑口 300。根据本实用新型的透镜的第二实施例的入光口 100和侧反射壁200与第一实施例相同。
[0042]根据本实用新型的透镜的第二实施例的环形光斑口 300包括反射段301、出射段302和连接段303。如图5所示，在该第二实施例中，反射段301连接至连接段303，并进而连接至出射段302。连接段303形成为倒梯形或矩形，反射段301形成为倒锥形。
[0043]图6是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第二实施例的立体图。从该立体图可以更清楚地看到根据本实用新型的透镜的第二实施例的结构。由于连接段303的存在，整个透镜形成为存在一个向内部的凹入部分，该凹入部分形成为大概倒梯形或矩形，该凹入部分的底部还具有锥形结构，该锥形结构用于反射光线，光线基本上会被该锥形结构反射回去，导致光线不会穿过该锥形结构投射出来。
[0044]在该第二实施例中，反射段301可以设置成对光线进行全反射，由此，反射段301设计成具有弧度，该弧度设置成当光线从入光口 100入射至反射段301时，使得光线满足全反射条件而实现全反射。
[0045]该实施例中的内部光线走向如图7所示，从入光口 100入射的光线在反射段301发生全反射，之后光线被反射至侧反射壁200，经过侧反射壁200的反射，光线从出射段302射出，而不会从连接段303射出。
[0046]可选择地，反射段301也可以电镀或贴有反射膜，从而实现对光线的反射作用。在反射段301镀有或贴有反射膜的情况下，就可以不考虑是否使得光线满足全反射条件。[0047]当反射段设计成具有反射段弧度以满足全反射条件时，入光口 100的入光口弧度也可以如第一实施例那样，与反射段弧度设计成相互匹配，使得通过入光口 100射出至反射段301的光线在反射段301上满足全反射条件。
[0048]在该第二实施例中，侧反射壁200可以电镀或贴有反射膜，从而对从反射段301反射过来的光线进行二次反射，使得光线入射至出射段302，此时，光线基本上不会通过连接段 303。
[0049]在该第二实施例中，可以改变出射段302与侧反射壁200之间具有夹角Θ，从而通过改变夹角Θ的大小来改变环形光斑直径的大小，如图8所示。从图8可以看到，通过改变出射段302与侧反射壁200之间的夹角Θ的大小，环形光斑的直径的大小有所变化。例如，增大夹角Θ值，环形光斑的直径将减小。
[0050]在上述第一和第二实施例中，环形光斑口 30或300的顶部的表面的外形可以采用圆形或者三角形或者方形或者多边形的形状，主要取决于所希望实现的环形光斑的效果。
[0051]另外，入光口 10或100、侧反射壁20或200、出射段30或300可以进行磨砂或加鳞片处理，从而实现特殊的灯光效果。
[0052]下面将参照图9-11说明根据本实用新型的透镜的第三实施例。
[0053]图9是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第三实施例的侧视图及其内部光线走向图。如图9所示，根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜包括入光口110、侧反射壁210和环形光斑口 310。根据本实用新型的透镜的第三实施例的透镜同样采用与第一和第二实施例相同的全反射原理，在此不再赘述。
[0054]根据本实用新型的透镜的第三实施例的环形光斑口 310包括反射段311、出射段312和出口直射段313。如图9所示，在该第三实施例中，出口直射段313位于整个环形光斑口 310的底部并与反射段311连接，通过入光口 110射出的光线从出口直射段313直线射出而不发生反射，由此在环形光斑的中心点形成光亮点。这样形成的环形光斑口 310形成为缺少顶角的倒锥形，类似于倒梯形。
[0055]如图9和图1OC所示的出口直射段313形成为凹形或凸形。作为其他实例，该出口直射段313也可以形成为直线形，例如图1OB所示的直线投射面，使得光线直接穿过该出口直射段313射出。出口直射段313当然可以设计成其他形状，只要光线能够直接穿过该出口直射段313射出即可。
[0056]可以理解的是，其他方向的不穿过出口直射段313的光线仍然射向反射段311并进而射向侧反射壁210，最后从出射段312射出，从而形成环形光亮。
[0057]图10A-10C是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第三实施例的其他变化结构的侧视图。在其他变形结构中，还可以对入光口的立体结构的顶部作出若干变化。
[0058]例如，入光口还包括入口直射段111。该入口直射段111位于整个入光口 110的顶部，通过入口直射段111射出的光线从环形光斑口 310直线射出而不发生反射。如图10A-10C所示的入口直射段111形成为凹形或凸形，当然也可以如出口直射段313那样形成为直线投射面，只要光线能够直接穿过入口直射段111射出而不折射至反射壁即可。
[0059]图11是根据本实用新型的用于形成环形光斑的透镜的第三实施例的示例性环形光斑照度图。如图11所示，环形光斑的中央部分由于投射过光线而形成亮点，这样形成了环形叠加的效果。[0060]上述结构可以进行多种组合方式，以实现不同的叠加形状的光斑效果。例如在第一和第二实施例实现的环形光斑的中心额外地形成一定尺寸的亮点，增加环形光斑的活跃度或灵活度。或者，也可以根据实际气氛或效果需要进行多种组合。
[0061]图12是根据本实用新型的用于形成环形光斑的灯具的立体图。该图示出用于形成环形光斑的灯具，该灯具包括上述第一或第二或第三实施例中的用于形成环形光斑的透镜。同时，该灯具还包括外壳4和光源5。外壳4可以根据需要采用圆形或者三角形或者方形或者多边形的形状，用于容纳透镜和光源5。另外，外壳4可以设计成与透镜的形状相匹配。
[0062]举例而言，透镜为树脂或者玻璃等透光材质，光源5为LED光源，外壳4主要起密封保护的作用，材质任意。光源5的尺寸可以按照所需要的环形光斑的大小进行调节，同时，光源5的尺寸也需要与透镜的尺寸相互匹配。例如，如果光源5的尺寸较小，形成点光源的效果，那么透镜的面积也可以相应地减小，只要能满足例如全反射条件即可；而如果光源5的尺寸较大，形成面光源的效果，那么为了满足全反射条件，透镜的尺寸也应当相应地增大。可选择地，可以在专业光学软件例如Light Tools中对光源和透镜之间的相对大小进行设计和调节。
[0063]本实用新型的透镜或灯具可以应用于吸顶灯、吊灯、壁灯中，光照效果明暗交替，增加空间层次感。
[0064]前面的对实施例的描述是为了示例和描述的目的。但这并不是穷举本实用新型的所有实施例，或者并不意在限制本公开的范围。特定实施例的各个元件或特征总体上并不限制到该特定实施例，而是在可应用的场合能够互换并可以用于选取的实施例，即使没有专门示出或描述。同样还可以以许多方式进行改变。这样的变体被认为并不超出本公开的范围，所有的这些修改意在包括在本公开的范围内。
[0065]在本文中使用的“一”和“所述”可以包括多个，除非上下文另有清楚说明。术语“包括”、“具有”是开放式的，并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或者加入。在这里描述的方法步骤、工艺和操作不应理解为必须需要它们以讨论或者示出的特定的顺序来执行，除非特别说明了执行顺序。还可以理解，其它或者替代的步骤也可以采用。
【权利要求】
1.一种用于形成环形光斑的透镜，所述透镜包括入光口、侧反射壁和环形光斑口，其特征在于，所述入光口形成为立体结构，光线通过所述入光口入射进入透镜，所述环形光斑口包括反射段和出射段，所述反射段用于将光线反射至所述侧反射壁，所述侧反射壁夹置于所述入光口与所述出射段之间，所述侧反射壁用于将由所述反射段反射来的光线反射向所述出射段，光线通过所述出射段射出，由此形成环形光斑。
2.根据权利要求1所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述入光口采用三角锥形，或者圆锥形，或者半球形。
3.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述入光口的表面具有入光口弧度，所述入光口弧度设置成使得通过所述入光口偏转的光线入射至所述反射段并在所述反射段上发生全反射。
4.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段 具有反射段弧度，所述反射段弧度设置成当光线从入光口入射至所述反射段时，使得所述光线满足全反射条件而实现全反射。
5.根据权利要求3所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述入光口弧度与所述反射段弧度设计成相互匹配，使得通过入光口射出至所述反射段的光线在所述反射段上满足全反射条件。
6.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段直接连接至所述出射段，使得所述环形光斑口形成为倒锥形。
7.根据权利要求3所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段与所述出射段处于同一平直平面上。
8.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述环形光斑口还包括连接段，所述反射段连接至所述连接段并进而连接至所述出射段，所述连接段形成为倒梯形或矩形，所述反射段形成为倒锥形。
9.根据权利要求8所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段设计成具有弧度，所述弧度设置成当光线从入光口入射至所述反射段时，使得所述光线满足全反射条件而实现全反射。
10.根据权利要求8所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述入光口弧度与所述反射段弧度设计成相互匹配，使得通过入光口射出至所述反射段的光线在所述反射段上满足全反射条件。
11.根据权利要求8所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段电镀或贴有反射膜。
12.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述侧反射壁电镀或贴有反射膜。
13.根据权利要求8所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述出射段与所述侧反射壁之间具有夹角，通过改变夹角的大小来改变环形光斑直径的大小。
14.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述环形光斑口的顶部的表面的外形采用圆形或者三角形或者方形或者多边形的形状。
15.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述入光口、所述出射段与所述侧反射壁进行磨砂或加鳞片处理。
16.根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述环形光斑口还包括出口直射段，所述出口直射段位于整个所述环形光斑口的底部并与所述反射段连接，通过所述入光口射出的光线从所述出口直射段直线射出而不发生反射，由此在环形光斑的中心点形成光亮点。
17.根据权利要求16所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述入光口还包括入口直射段，所述入口直射段位于整个所述入光口的顶部，通过所述入口直射段射出的光线从所述环形光斑口直线射出而不发生反射。
18.根据权利要求17所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述入光口的表面具有入光口弧度，所述入光口弧度设置成使得通过所述入光口偏转的光线入射至所述反射段并在所述反射段上发生全反射。
19.根据权利要求17所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述反射段弧度设置成当光线从入光口入射至所述反射段时，使得所述光线满足全反射条件而实现全反射。
20.根据权利要求18所述的用于形成环形光斑的透镜，其特征在于，所述反射段用于对光线进行全反射，所述反射段具有反射段弧度，所述入光口弧度与所述反射段弧度设计成相互匹配，使得通过入光口射出至所述反射段的光线在所述反射段上满足全反射条件。
21.一种用于形成环形光斑的灯具，其特征在于，所述灯具包括根据权利要求1或2所述的用于形成环形光斑的透镜，所述灯具还包括外壳和光源，所述外壳采用圆形或者三角形或者方形或者多边形的形状，用于容纳所述透镜和光源。
22.根据权利要求21所述的用于形成环形光斑的灯具，其特征在于，所述外壳与所述透镜的形状相匹配。
【文档编号】F21V5/04GK203686881SQ201320864720
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】黄爱琴, 邓诗涛 申请人:欧普照明股份有限公司