一种透镜及照明灯的制作方法

1.本发明实施例涉及几何光学技术领域，具体涉及一种透镜及照明灯。


背景技术：

2.现有透镜采用正面直照，对于发光源具有一定的聚光作用，但是照射面的光照强度分布不均。
3.本技术发明人在研究中发现，当在图像采集中进行照明时，由于现有透镜照明时光照强度分布不均匀，根据光成像原理，光照强度高的地方会在摄像机采集的图像中形成显著的局部光斑。特别对于反光表面进行拍摄时，由于现有透镜采用正面直照，使得光照强度高的地方有更多的光线反射至相机镜头，从而在采集的图像中形成尤为显著的局部光斑。这些缺陷导致图像采集效果不佳，特别是对于证件照和珠宝首饰图像采集的场景。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明实施例提供一种透镜及照明灯，以能够解决了现有透镜只能正面直照和照明区域光线不均匀的问题。
5.根据本发明实施例的一个方面，提供一种透镜，包括底座和设于所述底座表面的镜体；所述底座表面设有用于容置发光源的容置槽；所述镜体朝向所述底座的内表面与所述容置槽位置对应，用于光线入射，所述镜体背离所述底座的外表面为出光面；所述出光面为相对于对称面对称的自由曲面，所述对称面在所述出光面上形成平分曲线；与所述对称面垂直且将所述出光面纵向分割的若干个平面在所述出光面上形成若干条第一曲线；所述第一曲线为呈中间凹陷，且所述凹陷与其两端点之间分别呈凸起的平滑弧线；与所述出光面的对称面平行的若干个平面在所述出光面上形成若干条第二曲线；所述第二曲线呈拱形弧线，所述第二曲线一端点与所述第二曲线最高点之间弧线的平均曲率小于所述第二曲线另一端点与所述第二曲线最高点之间弧线的平均曲率；以所述底座表面为基准面，若干条所述第二曲线两端点的高度均大于所述平分曲线两端点的高度。
6.在一种可选的方式中，以a为比例单位常数，所述平分曲线两端点之间的高度差及若干条所述第二曲线两端点之间的高度差均为0.2a
‑
1.5a。
7.在一种可选的方式中，所述平分曲线的最低点与最高点之间的高度差为8.5a
‑
9.5a；若干条所述第二曲线的最高点与所述平分曲线的最低点之间的高度差为3.6a
‑
10.1a。
8.在一种可选的方式中，以a为比例单位常数，若干条所述第一曲线中间凹陷处的最低点与其最高点之间的高度差为0.2a
‑
1.9a。
9.在一种可选的方式中，若干条所述第一曲线的最低点与最高点之间的高度差为1.8a
‑
5.6a。
10.在一种可选的方式中，所述镜体的侧面垂直于所述底座表面。
11.在一种可选的方式中，所述镜体与所述容置槽位置对应的内表面设有弧形内凹
面，所述弧形内凹面用于光线入射。
12.在一种可选的方式中，所述镜体的内表面设有凹槽，所述底座固定于所述凹槽内；所述镜体在所述凹槽外侧延伸形成有卡扣部，所述卡扣部用于将所述底座及所述镜体固定在外部结构上。
13.根据本发明实施例的另一个方面，提供一种照明灯，包括发光源及所述透镜，所述发光源设于所述容置槽内。
14.在一种可选的方式中，所述发光源与所述镜体内表面之间的距离为1mm
‑
5mm。
15.本发明实施例的透镜通过出光面上若干条第二曲线上最高点分开的两段弧线之间存在曲率差，以及第二曲线两端点之间存在高度差，使得透镜在第二曲线内分布的厚度不同，进而光线在第二曲线内折射率不同，使光线从第二曲线出射时，第二曲线最高点分开的两段光线出射的偏角不同，从而可侧照形成均匀矩形光斑。
16.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
17.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
18.图1为本发明实施例提供的透镜的结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的透镜沿第一曲线的剖视结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的透镜沿第二曲线的剖视结构示意图；
21.图4为本发明实施例提供的透镜中其中一条第二曲线的结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的透镜的使用场景示意图；
23.图6为本发明实施例提供的透镜中出光面点阵分布结构示意图；
24.图7为本发明实施例提供的透镜中出光面点阵分布俯视结构示意图；
25.图8为本发明实施例提供的照明灯的剖视结构示意图；
26.图9为本发明实施例提供的照明灯的照明效果图。
27.具体实施方式中的附图标号如下：
28.照明灯10，透镜100，底座110，底座表面111，容置槽112，镜体120，出光面121，平分曲线1211，第一曲线1212，凹陷部21，第一凸起部22，第二凸起部23，第二曲线1213，最高点31，第一弧线32，第二弧线33，侧面122，弧形内凹面123，凹槽124，卡扣部125，对称面130，第一平面140，第二平面150，照射平面200，发光源300。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
30.根据本发明实施例的一个方面，提供一种透镜，以能够解决现有透镜正面直照和
聚光不均匀的问题，从而有效提升图像采集的效果。
31.请参阅图1至图3，图中示出了本发明一实施例提供的透镜的整体结构和相垂直的两个方向上的剖视结构。
32.如图1及图2中所示，透镜100包括：底座110和镜体120，其中镜体120设于底座表面111上。镜体120背离底座的外表面为出光面121，出光面121为相对于对称面130对称的自由曲面，对称面130在出光面121上形成平分曲线1211。
33.请继续参阅图1及图2，与对称面130垂直且将出光面121纵向分割的若干个第一平面140在出光面上形成若干条第一曲线1212，第一曲线1212为中间具有凹陷部21，凹陷部21与其两端点之间分别具有第一凸起部22和第二凸起部23的平滑弧线，通过在第一曲线1212形成凹陷部21、第一凸起部22和第二凸起部23，使得出光面出光后形成均匀矩形光斑。
34.请继续参阅图1，与对称面130平行的若干个第二平面150在出光面121上形成若干条第二曲线1213，具体请参阅图3，第二曲线呈拱形弧线，第二曲线一端点与其最高点31之间的第一弧线32的平均曲率小于第二曲线另一端点与其最高点之间的第二弧线33的平均曲率。
35.为了充分说明第二曲线中两段弧线的平均曲率关系，图4中示意性地示出了其中一条第二曲线1213的形状。具体地，图中ab段曲线为第一弧线，且弧长为s1，bc段曲线为第二弧线，且弧长为s2，已知s1>s2，l1为第二曲线在a点处的切线，l2为第二曲线在b点处的切线，l3为第二曲线在c点处的切线，由图中可知第一弧线ab的切线由a点的l1转动至b点的l2时，转动角度为90
°
，第二弧线bc的切线由c点的l3转动至b点的l2时，转动角度也为90
°
，根据平均曲率公式：
[0036][0037]
其中δα为切线转动角度，δs为弧长。
[0038]
第一弧线ab与第二弧线bc中切线转动角度δα均为90
°
，由于s1>s2，得出
[0039]
请再次参阅图1，以底座表面所在平面为基准面，若干条第二曲线1213两端点的高度h1均大于平分曲线1211两端点的高度h2。
[0040]
请再次参阅图3，底座表面111设有用于容置发光源的容置槽112，镜体120朝向底座110的内表面与容置槽112位置对应。
[0041]
本发明实施例的透镜通过出光面上若干条第二曲线上最高点分开的两段弧线之间存在曲率差，以及第二曲线两端点之间存在高度差，使得透镜在第二曲线内分布的厚度不同，进而光线在第二曲线内折射率不同，使光线从第二曲线出射时，第二曲线最高点分开的两段光线出射的偏角不同，从而可侧照形成均匀矩形光斑。
[0042]
请参阅图5，为了充分说明透镜的使用状态，图中示出了本发明实施例提供的透镜使用场景。如图中所示，当透镜100内安装发光源使用时，将透镜100置于照射平面200一侧边的正上方，并且为了保证最佳的照射效果，透镜100的光轴与接受面法线反向成角度15
°
<θ<25
°
，在具体照明使用时，可以通过调整透镜100与照射平面200之间的距离来调节矩形光斑的大小，光线通过透镜时发生折射，并最终穿透自由曲面，在自由曲面的作用下，光线按
照指定角度沿侧向传播，遵循设置的光路进行照射，在光照的接受面上形成均匀矩形光斑。
[0043]
请再次参阅图3，具体地，平分曲线两端点之间的高度差和若干条第二曲线两端点之间的高度差δh1均可以为0.2a
‑
1.5a，其中a为比例单位常数，例如当a＝1mm时，δh1＝0.2
‑
1.5mm；当a＝1cm时，δh1＝0.2
‑
1.5cm，下文所述的a均表示比例单位常数，通过将δh1保证在0.2a
‑
1.5a范围内，从而有效保证了第二曲线最高点分开的两段之间出光偏角的差异，进一步提升透镜侧照时矩形光斑的亮度和照明效果。
[0044]
为了进一步优化出光面的自由曲面结构，本发明还提出一种实施方式，具体请参阅图1，若干条第二曲线1213的最高点与平分曲线1211最低点之间的高度差δh
2可以
为3.6a
‑
10.1a，平分曲线1211的最低点与最高点之间的高度差为8.5a
‑
9.5a，这样设置进一步保证了第二曲线1213及平分曲线1211的曲率，从而提升侧照出光的效果。
[0045]
进一步地，请再次参阅图2，若干条第一曲线1212凹陷部21的最低点与其最高点之间的高度差δh3可以为0.2a
‑
1.9a；若干条第一曲线1212的最低点与最高点之间的高度差δh4可以为1.8a
‑
5.6a，这样设置可以有效保证矩形光斑的清晰度和矩形光斑中光线的均匀性。
[0046]
为了充分说明出光面的自由曲面结构，以下通过点阵坐标对出光面的自由曲面的结构进行说明。具体请参阅图6，如图中所示，以平分曲线的最低点为原点建立三轴坐标系，自由曲面相对于y、z轴所在平面对称，为了清楚简要的描述，以下列举自由曲面在x轴正方向上的一半的点坐标进行说明，另x轴负方向上的一半的点坐标的x轴坐标值则与列举的点的x轴坐标值互为相反数，请参阅图7，将一半的自由曲面分成13
×
5个点阵，点阵序号排列方向如图所示，具体的点的坐标请参阅表1：
[0047]
表1
[0048][0049][0050]
为了进一步提升出光面出光效果，本发明还提出一种实施方式，具体请再次参阅图1，镜体120的侧面122垂直于底座表面，镜体的侧面122用于导光，使光线更多地由出光面121出射。
[0051]
进一步地，在一些实施例中，镜体的侧面可以设置为磨砂面，以减少侧面出光，避免侧面出光影响照射效果。
[0052]
请再次参阅图3，镜体120与容置槽112对应的内表面可以设有弧形内凹面123，弧形内凹面123用于增加发光源的光线在镜体内表面的入射面积，从而增加光照强度。
[0053]
为了便于发光源在容置槽112内的安装以及底座和镜体的装配，本发明提出另外
一种实施方式，具体请再次参阅图3，镜体的内表面可以设置有凹槽124，底座110固定于凹槽124内；镜体在凹槽124的外侧延伸形成有卡扣部125，卡扣部125用于将底座110及镜体固定在外部结构上。
[0054]
在具体装配中，先将底座从镜体的凹槽中拆卸下来，然后将发光源安装在容置槽内，再将底座压入镜体的凹槽中并固定，最后通过镜体上的卡扣部将带有发光源的透镜固定在外部结构上进行照明使用。
[0055]
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种照明灯，具体请参阅图8，图中示出了照明灯的剖视结构，如图中所示，照明灯包括发光源300以及上文任意实施例所述的透镜，发光源设于容置槽112内，并且发光源的光轴与镜体表面垂直设置。
[0056]
为了进一步提升照明灯照明效果，本发明提出一种实施方式，具体请再次参阅图8，发光源300的与镜体内表面之间的距离d1为1mm
‑
5mm。
[0057]
为了充分说明本发明实施例的照明效果，本技术图9提供了照明效果图进行参考，如图中所示，照明灯在照射平面形成均匀明亮的矩形光斑，矩形光斑的长宽比控制在10：5
‑
10：7范围内，采用侧面照射的透镜，成功避免了针对一些发光面图像采集时在图像中形成显著光斑的问题，可有效提升珠宝首饰、证件照等图像采集时的照明效果，避免图像中出现白色亮斑。此外，本发明实施例的照明灯由于矩形均匀出光的特点，还可以通过安装红外照明灯或紫外照明灯，从而应用于证件和货币防伪标识的拍摄验证真伪当中。并且本发明实施例的照明灯通过透镜的设置，避免了光源的自然散射，可实现均匀矩形聚光，相对于向右的光照拍摄系统，能够有效减少光源数量，从而减少光源发热量，降低能量消耗。
[0058]
需要注意的是，除非另有说明，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0059]
在本发明实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
[0060]
此外，技术术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0061]
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
[0062]
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二
特征。
[0063]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。