一种透镜、采用该透镜的灯具及该透镜的设计方法与流程

文档序号：17147867发布日期：2019-03-19 23:08阅读：120来源：国知局

本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种透镜、采用该透镜的灯具及该透镜的设计方法。

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放光杯，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。

例如，申请号为：201721828999.4的中国专利：其公开了一种准直led透镜及准直led灯，如图1所示的，该透镜包括呈喇叭状的透镜本体30，透镜本体30由入射端至出射端尺寸增大。透镜本体30的入射端开设有入射槽31，入射槽31的槽底形成第一入射面32，入射槽31的侧面形成第二入射面33。透镜本体30的外侧面开设有若干反射台阶35，相邻的反射台阶35之间形成反射面36，经第二入射面33折射后的光线再经反射面36进行反射，在实际使用中，如图2所示的，led灯20射出的光线，一路由第一入射面32入射，然后由第一出射面34出射，形成准直光线。另一路由第二入射面33入射，折射后经反射面36进行反射，反射的光线再经出光台阶37进行出射，由于出光台阶37与反射的光线垂直，因此出光台阶37射出的光线为准直光线，与第一出射面34出射形成的准直光线方向一致。

虽然上述的透镜结构，能够对光源发出的光线进行汇聚形成所需形状的照明光斑，但是，依然还存在有不足，上述透镜结构在实际配光工作中，由第二入射面入射的光线，在经过反射面反射后，再由出光台阶射出，在该光路传输过程中，在反射面出会存在光线溢出透镜的情况，特别是当光源安装位置与设计位置存在偏差时，在反射面处光线入射角度发生变化，也进一步的加急了光线溢出问题，进而大幅降低了透镜光效，同时也增大了安装过程中，光源与透镜相对位置的安装精度要求，给装配工作带来了较大的难度。

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

技术实现要素：

本发明的目的在于：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，本发明采用的技术方案为：

一种透镜，在所述透镜上设有入射区域和出射区域，位于所述出射区域和入射区域之间的外侧壁面形成有反射区域，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；

所述第二出射区域包括基面和设置在所述基面上的若干凸起单元，在垂直于透镜光轴的平面上，所述基面的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，

所述基面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。

本申请的透镜，使用时，光源与入射区域相配合，光源发出的光线有入射区域折射进入透镜，其中部分光线由第一出射区域折射出透镜，部分光线则是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；

进一步的，在本申请的透镜中，在第二出射区域还设置凸起单元，由于凸起单元的设置，凸起单元的表面作为光学面，相较于光面而言，大幅提高了第二出射区域对光线的控制能力，而第二出射区域光线控制能力的提升，也进一步的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单元的透镜而言，在形成相同照明光斑时，出射单元设置了凸起单元的透镜，其反射区域的可调节量更加宽泛，在进行反射区域参数选择时，能够选择溢出光线尽量少的参数，以此，进一步的减少光线溢出量，进一步提高透镜光效；而且，由于凸起单元的设置，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。

优选的，在与透镜光轴共面的平面上，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，由于凸起单元的设置，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，所述凸起单元上还设置有若干的微小光学面。在本申请中，微小光学面为能够对光线进行调整的光学单元，这些光学单元可以是凸出的曲面，也可以是微小的平面单元，通过在凸起单元上设置微小光学面，进一步提高光线交叉的充分性。

优选的，在与透镜光轴共面的平面上，当单个凸起单元存在多个截面单元时，位于该平面内，并且经单个所述截面单元折射出的光线，在形成照明光斑前，至少存在有一部分光线发生交叉。

在本申请中，当凸起为环状或者螺旋状或者其他一些不规则形状时，在过透镜的截面上，这些形状凸起的具有多个截面单元，例如凸起单元为环形时，则有两个相对的截面单元，在本申请中，同一截面单元射出的光线之间发生交叉，如此，进一步提高光线交叉的充分性。

在本申请中，上述的光线发生交叉为光线在形成设计照明光斑之前发生交叉。

优选的，所述凸起单元为绕透镜光轴环绕的环形状。在本申请中，将凸起单元设置为环形状使得在环向任一过透镜光轴的平面上，都存在有光线的交叉，确保照明光斑环向上的均匀。

优选的，所述凸起单元沿所述基面均匀布置。如此设置，确保照明光斑径向上的均匀。

优选的，相邻的所述凸起单元之间相拼接。使照射在该区域的光线都经过凸起单元折射出透镜，进一步提高照明光斑的均匀性；相对于对比文件1的透镜结构而言，在对比文件1的台阶式出射区域中，为了拔模的区域，其台阶必然需要存在一定的倾角，光源的光束照射在该切斜面上，折射出透镜后，分布在照明区域中，形成杂光，该部分杂光的强弱取决于该倾斜面的大小，以及倾角的大小，会大幅降低光斑的均匀度；在本申请中，凸起单元之间相拼接，避免了相邻凸起单元之间的光束形成杂光的问题，进而也大幅提高了照明光斑的均匀度。

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，所述第二出射区域的基面朝透镜内凹陷，所述基面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。第二出射区域的基面朝透镜内凹陷，α逐渐增大时，实现对光源发出的光线汇聚。

优选的，所述基面小端处的切线与垂直于透镜光轴的平面的夹角为α1，所述基面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°。当基面采用上述参数时，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，所述凸起单元布满所述第二出射区域。进一步的提高光线射出透镜后的交叉充分性，而且，也进一步的扩大了透镜与灯具之间相对位置允许的移位范围。

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，所述凸起单元与基面之间形成有交线，单个凸起单元的交线之间宽度为d4，凸起的单元相对于基面的凸起高度为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时间。

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。

本申请还公开了一种透镜设计方法：

(一)、根据目标照明光斑的设计要求，确定透镜出光口径和光束角值；

(二)、将第二出射区域的d1和h1控制在3≥d1/h1≥1.1范围内；

(三)、在透镜出射区域射出光线满足步骤(一)光束角要求的前提下，调整反射区域的结构参数，并模拟反射区域参数调整过程中的光线溢出量；

(四)根据步骤(三)中反射区域光线溢出量的模拟结果，选取光线溢出量为最小值时的对应的结构参数作为反射区域的结构参数。

采用本申请的设计方法，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，在所述步骤(二)中，将第二出射区域的α1和α2控制在下述参数范围内：0°≤α1≤35°；5°≤α2≤60°。当将第二出射区域限定在该参数值时，能够进一步的使反射区域的光线溢出量减少，进一步的提高透镜的光效。

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，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；

本申请的灯具，在确保良好光效的同时，还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；

本申请的透镜设计方法能够大幅提高透镜光效。

附图说明

图1为背景技术中准直led透镜及准直led灯专利的透镜结构示意图，

图2为图1透镜的光路示意图，

图1和2中标记：20-led灯，30-透镜本体，31-入射槽，32-第一入射面，33-第二入射面，34-第一出射面，35-反射台阶，36-反射面，37-出光台阶，

图3为第二出射区域不设置凸起单元的透镜结构，

图4为采用图3透镜时，光源存在位移时，照明光斑处的照度曲线分布图；

图5为本申请透镜结构的结构示意图；

图6为采用本申请透镜结构时，光源存在位移时，照明光斑处的照度曲线分布图；

图7为本申请透镜结构，第二出射区域局部位置的光路示意图；

图8为图7中e处的局部放大图；

图9为图8中，单个截面单元上光路交叉的简化示意图；

图10为凸起单元上设置微小光学面时，透镜的局部结构示意图；

图11为本申请透镜结构中α、β和γ参数的标注示意图；

图12为本申请透镜结构中h和d参数的标注示意图；

图13为光源分别位于a1、a2和a3位置时，透镜的简化光路示意图；

图14为透镜的反射区域溢出光线较多时的光线溢出示意图；

图15为透镜的反射区域溢出光线较少时的光线溢出示意图；

图16为凸起单元参数的标注示意图，

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-凸起单元，8-截面单元，9-微小光学面，a-光轴，b-基面，c-光源。

具体实施方式

下区域结合附图，对本发明作详细的说明。

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。

具体实施方式：

一种透镜，如图5，7-13所示的，

在所述透镜1上设有入射区域和出射区域，位于所述出射区域和入射区域之间的外侧壁面形成有反射区域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；

所述第二出射区域3包括基面b和设置在所述基面b上的若干凸起单元7，所述基面b具有一大端和一小端，在垂直于透镜1光轴a的平面上，所述基面b的截面形状在由小端至大端的方向上逐渐扩大，所述基面b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7绕所述透镜1光轴a设置。

本实施方式的透镜1，使用时，光源c与入射区域相配合，光源c发出的光线由入射区域折射进入透镜1，其中部分光线由第一出射区域2折射出透镜1，部分光线则是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；

在本实施方式的方案中，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，具体到本实施方式所涉及的透镜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，如图14和图15所示，所以，在本实施方式中，将第二出射区域3的参数设置为3≥d1/h1≥1.1，如图15所示的，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；而且，由于凸起单元7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c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c与透镜1的安装精度要求。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，在与透镜1光轴a共面的平面上，位于该平面内，并且经所述凸起单元7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，如图7、8和9所示的。

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c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c的安装位置精度要求较高；

所以，在本申请中，由于凸起单元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7后，至少存在有一部分光线发生交叉，如图7和8所示的，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c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，如图6所示的，如此，大幅降低了透镜1与光源c安装精度的要求，降低了安装成本。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，如图8和9所示的，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7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7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c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，在上述结构基础上，进一步的，如图10所示的，所述凸起单元7上还设置有若干的微小光学面9。在本申请中，微小光学面9为能够对光线进行调整的光学单元，这些光学单元可以是凸出的曲面，也可以是微小的平面单元，通过在凸起单元7上设置微小光学面9，进一步提高光线交叉的充分性。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，如图8和9所示的，在与透镜1光轴a共面的平面上，当单个凸起单元7存在多个截面单元8时，位于该平面内，并且经单个所述截面单元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。在本实施方式中，当凸起为环状或者螺旋状或者其他一些不规则形状时，在过透镜1的截面上，这些形状凸起的具有多个截面单元8，例如凸起单元7为环形时，则有两个相对的截面单元8，在本实施方式中，同一截面单元8射出的光线之间发生交叉，如此，进一步提高光线交叉的充分性。

在本实施方式中，上述的光线发生交叉为光线在形成设计照明光斑之前发生交叉。

进一步的，所述凸起单元7为绕透镜1光轴a环绕的环形状。在本实施方式中，将凸起单元7设置为环形状使得在环向任一过透镜1光轴a的平面上，都存在有光线的交叉，确保照明光斑环向上的均匀。

进一步的，所述凸起单元7沿所述基面b均匀布置。如此设置，确保照明光斑径向上的均匀。

进一步的，相邻的所述凸起单元7之间相拼接。使照射在该区域的光线都经过凸起单元7折射出透镜1，进一步提高照明光斑的均匀性。

进一步优选的，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。

进一步优选的，d1/h1＝1.9。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，在上述结构基础上，进一步的，所述第二出射区域3的基面b朝透镜1内凹陷，所述基面b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的基面b朝透镜1内凹陷，α逐渐增大时，实现对光源c发出的光线汇聚。

进一步优选的，所述基面b小端处的切线与垂直于透镜1光轴a的平面的夹角为α1，所述基面b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°。当基面b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。

进一步优选的，所述凸起单元7布满所述第二出射区域3。进一步的提高光线射出透镜1后的交叉充分性，而且，也进一步的扩大了透镜1与灯具之间相对位置允许的移位范围。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，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。

进一步优选的，d2/h2＝0.52。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。

进一步优选的，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。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，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。

进一步优选的，β1＝48°，β2＝71°。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，在上述结构基础上，进一步的，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，在上述结构基础上，进一步的，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，所述基面b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c相配合时，光源c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，在本实施方式中，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7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c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，采用本实施方式的透镜1时，还能够通过移动透镜1与光源c的想对位置来调整照明光斑的形状。

进一步优选的，d3/h3＝0.05。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。

进一步优选的，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°。

进一步优选的，γ1＝3°，γ2＝3°。

本实施方式的透镜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c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c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，在上述结构基础上，进一步的，所述第一出射区域2为远离所述透镜1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7折射出的交叉光线进行配合形成均匀光斑。

进一步优选的，所述第一出射区域2为由若干光学单元拼接成的光学面。

进一步优选的，所述入射区域为菲涅尔光学面。

进一步优选的，所述入射区域对应有光源c安装区域，当光源c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。

在本实施方式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c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，采用本实施方式的透镜1，在实现良好光斑均匀度的同时，光源c在安装区域内移动，还能够调整光斑形状，所以也提高了本实施方式的适用性。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，所述光源c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c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；如图15所示的，为光源c位于透镜1光轴a上三个不同位置时的光路示意图；由于在该区域内，光源c对于透镜1之间相对位置的发生改变，透镜1的照明光斑依然具有良好的均匀度，仅仅是对光斑形状带来改变，所以是，本申请的透镜1还具有调焦作用，即，通过调节光源c与透镜1之间的想对位置来控制光斑的大小，即控制光束角。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，如图16所示的，所述凸起单元7与基面b之间形成有交线，单个凸起单元7的交线之间宽度为d4，凸起的单元相对于基面b的凸起高度为h4，4≤d4/h4≤40，4≤d1/d4。当凸起单元7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，d1/d4＝36。

本实施方式还公开了一种灯具，

包括上述的透镜1和与所述透镜1相配合的光源c。

本实施方式的灯具，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c和透镜1之间的装配精度，进而降低装配成本和装配时间。

作为优选的实施方式，在上述结构基础上，进一步的，所述透镜1具有一光源c安装区域，当光源c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，使得本实施方式的灯具可以通过调整透镜1与光源c之间的相对位置，得到不同形状光束角的照明光斑，如上述的，还使得本申请的灯具具有调焦能力，即，如图15所示的，通过调节光源c与透镜1之间的想对位置来控制光斑的大小，即控制光束角，进而大幅提高灯具的适用性。

本实施方式还公开了一种透镜1设计方法：

(一)、根据目标照明光斑的设计要求，确定透镜1出光口径和光束角值；

(二)、将第二出射区域3的d1和h1控制在3≥d1/h1≥1.1范围内；

(三)、在透镜1出射区域射出光线满足步骤(一)光束角要求的前提下，调整反射区域4的结构参数，并模拟反射区域4参数调整过程中的光线溢出量；

(四)根据步骤(三)中反射区域4光线溢出量的模拟结果，选取光线溢出量为最小值时的对应的结构参数作为反射区域4的结构参数。

采用本申请的设计方法，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。

进一步优选的，在所述步骤(二)中，将第二出射区域3的α1和α2控制在下述参数范围内：0°≤α1≤35°；5°≤α2≤60°。当将第二出射区域3限定在该参数值时，能够进一步的使反射区域4的光线溢出量减少，进一步的提高透镜1的光效。

实验例：

(1)当第二出射区域3的参数取值为：3≥d1/h1≥1.1，针对于以透镜1出射区域折射出光线的光束角为36°作为透镜1设计目标为例，取值：0°≤α1≤35°，5°≤α2≤60°时，

透镜1反区域对应的参数为：2≥d2/h2≥0.5，20°≤β1≤55°，20°≤β2≤75°；

透镜1第二入射区域6对应的参数为：0≤d3/h3≤0.2，0°≤γ1≤10°，0°≤γ2≤10°。

针对于上述参数的透镜1结构，在入射区域处设置光源c，光源c发光直径为z，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，采用上述参数结构的透镜1，扣除界面反射与材料吸收后，出射区域的理论光通量为φ＝70～95。

(2)当第二出射区域3的参数取值为：d1/h1＝1.03，针对于以透镜1出射区域折射出光线的光束角为36°作为透镜1设计目标为例，取值：0°≤α1≤35°，5°≤α2≤60°时，

透镜1反区域对应的参数为：d2/h2＝0.49，55°≤β1≤60°，75°≤β2≤80°；

透镜1第二入射区域6对应的参数为：d3/h3＝0.05，0°≤γ1≤10°，0°≤γ2≤10°。

针对于上述参数的透镜1结构，在入射区域处设置光源c，光源c发光直径为z，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，采用上述参数结构的透镜1，扣除界面反射与材料吸收后，出射区域的理论光通量φ：小于70，如图14所示。

(3)当第二出射区域3的参数取值为：d1/h1＝1.9，针对于以透镜1出射区域折射出光线的光束角为36°作为透镜1设计目标为例，取值：α1＝18°，α2＝35°时，

透镜1反区域对应的参数为：d2/h2＝0.52，β1＝48°，β2＝71°；

透镜1第二入射区域6对应的参数为：d3/h3＝0.05，γ1＝3°，γ2＝3°。

针对于上述参数的透镜1结构，在入射区域处设置光源c，光源c发光直径为z，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，采用上述参数结构的透镜1，扣除界面反射与材料吸收后，出射区域的理论光通量φ：95，如图15所示。

(4)当第二出射区域3的参数取值为：d1/h1＝3.5，针对于以透镜1出射区域折射出光线的光束角为36°作为透镜1设计目标为例，取值：0°≤α1≤35°，5°≤α2≤60°时，

透镜1反区域对应的参数为：d2/h2＝2.5，10°≤β1≤20°，10°≤β2≤20°；

透镜1第二入射区域6对应的参数为：d3/h3＝0.05，0°≤γ1≤10°，0°≤γ2≤10°。

针对于上述参数的透镜1结构，在入射区域处设置光源c，光源c发光直径为z，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，采用上述参数结构的透镜1，扣除界面反射与材料吸收后，出射区域的理论光通量φ：小于70。

(5)当第二出射区域3的参数取值为：3≥d1/h1≥1.1，针对于以透镜1出射区域折射出光线的光束角为36°作为透镜1设计目标为例，取值：35°≤α1，60°≤α2时，

透镜1反区域对应的参数为：0.4°≥d2/h2≥0.3°，55°≤β1≤65°，20°≤β2≤75°；

透镜1第二入射区域6对应的参数为：0≤d3/h3≤0.05，0°≤γ1≤10°，0°≤γ2≤10°。

针对于上述参数的透镜1结构，在入射区域处设置光源c，光源c发光直径为z，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，采用上述参数结构的透镜1，扣除界面反射与材料吸收后，出射区域的理论光通量φ：小于65。

通过上述比对可知，在透镜1结构设计中，通过将第二出射区域3控制在3≥d1/h1≥1.1范围内，所形成的反射区域4的结构参数能够尽量的减少光线溢出量，进而使透镜1具有较高的光效，而进一步的将第二出射区域3的α1和α2控制在0°≤α1≤35°，5°≤α2≤60°的范围内，能够进一步的限定反射区域4的结构参数，进一步的减少光线溢出量。

以下，以透镜1出射区域折射出光线的光束角为36°作为透镜1设计目标，在入射区域处设置光源c，光源c发光直径为z，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，扣除界面反射与材料吸收后，出射区域的理论光通量φ，选取不同d1/h1值时所对应的φ，如下表格：

通过上述表格可知，当3≥d1/h1≥1.1时，φ值较为优异，能够使透镜1具有良好的光效，当2.5≥d1/h1≥1.5时，φ值能够达到更高水平，而当d1/h1＝1.9时，φ值达到96，此时，透镜1具有极为优异的光效。

以下为：光源c在安装区域内移动的具体实施例：

如图13所示的，在透镜1的光照上具有三个位置，分别为a1、a2和a3：

(1)取值d1/h1＝1.03，d2/h2＝0.49，d3/h3＝0.05，透镜1的光学出射口径为x，z/x＝1/7.8，并且使入射区域进入透镜1的光通量为100，