一种聚光泛光一体式出光透镜及出光光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学领域，更具体地，涉及一种聚光泛光一体式出光透镜及出光光学系统。


背景技术：

2.传统的变焦照明光学系统通常是通过调整出光透镜与光源之间的距离来实现聚光照明与泛光照明的变换。当光学系统为聚光状态时，出光角较小，只能照射远处，近处无照明。当光学系统为泛光状态时，出光角增大，用于近处照明，但照射距离非常有限。此外，基于成像光学的原理，传统的单透镜变焦照明光学系统在聚光状态时照明光斑边界会有明显的蓝色或黄色边界，因此，传统的可变焦光学系统无法同时实现聚光照明与泛光照明。同时由于空间紧凑性的要求，变焦光学系统的泛光角度比较有限，一般出光全角度为45度左右。虽然也有部分现有技术提出过同时具有聚光和泛光功能的透镜或光源系统，但依然存在中心光斑有边界、光斑亮度渐变均匀度较差的缺陷。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种聚光泛光一体式出光透镜，所述聚光泛光一体式出光透镜能能在紧凑的光学系统内部空间同时实现远距离的聚光照明及近距离的泛光照明，且光斑亮度由中心向四周均匀过渡，出光效果好。
4.本实用新型的另一目的在于提供一种聚光泛光一体式出光光学系统。
5.本实用新型采取的技术方案是：
6.一种聚光泛光一体式出光透镜，包括整体呈碗状结构或倒圆台型结构的透镜本体，透镜本体包括透镜顶部、透镜底部和透镜侧壁，所述透镜底部向上凹陷形成用于容置第一发光源的第一光学腔，所述透镜顶部还设有多个小透镜，小透镜下方分别对应设有用于容置第二发光源的第二光学腔，所述小透镜对称设置于或者均匀分布于透镜顶部；第一发光光源的光线经透镜本体折射或全内反射以平行光聚光出射，第二发光源的光线经小透镜折射后以发散光泛光出射。
7.本技术方案通过在出光透镜的顶部设置多个小透镜使出光透镜实现了同时聚光和泛光，其中，第一光学腔中的光线从透镜底部经透镜本体折射或全内反射以平行光聚光出射，且透镜底部第一光学腔减小了光线的发散角度，提高了光线利用率，聚光光线亮度高。第二光学腔中的光线经小透镜折射后以一定发散角度向外泛光出射，实现了泛光照明。即出光透镜的中心位置出射射程远、亮度高的聚光光线，出光透镜的边缘位置出射出光角大的泛光光源。由于小透镜是设置在透镜顶部，不需要在透镜本体外特别预留小透镜的安装空间，出光透镜整体体积小，结构紧凑，且出射的光斑亮度从中心向四周均匀过渡，出光效果好。
8.优选地，所述第一光学腔包括上曲面和侧面，上曲面向第一光学腔的底部方向凹陷。除透镜光轴方向的光线外，第一光学腔中的光线经过上曲面和侧面发生折射，其中，部
分光线(发光方向靠近透镜本体光轴的光线)经过上曲面折射成平行于透镜光轴方向的光线，然后经透镜顶部出射；部分光线(发光方向远离透镜本体光轴的光线)经侧面折射后射向透镜侧壁，然后经透镜侧壁反射成平行于透镜光轴方向的光线，再经透镜顶部出射；透镜光轴位置的光线则直接沿光轴方向从透镜顶部出射，从而使第一光学腔的光线不管是经侧面还是上曲面最终均以平行光的形式出射，实现聚光照明。
9.优选地，所述侧面为所述侧面为球面、上凹或下凸的自由曲面、或向透镜本体的光轴方向倾斜的倾斜平面。
10.优选地，所述透镜顶部为出光面，出光面的上表面为平面。平面出光面可以使第一光学腔内的光线以近平行光泛光出射。
11.优选地，所述小透镜的顶面为向上凸的曲面或磨砂平面，或小透镜的顶面为微球面阵列结构或金字塔形阵列结构。第二光学腔的光线经过曲面或磨砂平面或顶面为球面阵列结构或金字塔形阵列结构的出光面时均可能够以一定的发散角度出射泛光光线。
12.优选地，所述小透镜的出光面的横截面为圆形、近圆形、三角形或多边形。小透镜的外形可以根据实际泛光需求设置成多种形状，如透镜为球面结构，则小透镜的出光面的横截面为圆形；如透镜为下方长方体或立方体型而上方球面结构，则小透镜的出光面为矩形。
13.优选地，所述小透镜的出光面的横截面为圆形、近圆形、三角形、多边形中的两种或多种，且相同形状横截面的小透镜对称设置于或者均匀分布于透镜顶部。
14.优选地，所述第一发光源、第二发光源均为led光源。
15.一种聚光泛光一体式出光光学系统，包括所述聚光泛光一体式出光透镜和位于第一光学腔、第二光学腔内的led光源。第一光学腔的led光源经透镜发出平行的聚光光线，第二光学腔的led光源经小透镜以一定发散角度发出泛光光线，两种led光源经透镜本体和小透镜分别实现不同功效的照明效果。本实用新型所述的出光光学系统由结构紧凑的聚光泛光一体式出光透镜和led光源构成，由于出光透镜体积小，所得的出光光学系统整体结构也轻便、紧凑，非常适用于可移动、便携式照明灯具及其产品。
16.进一步优选地，led光源可以是单个发光芯片，也可以是多个发光芯片的组合。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本技术方案通过在出光透镜的顶部设置多个小透镜，使出光透镜同时实现了高亮度、远距离照明的聚光出光效果和大角度宽范围照明的泛光出光效果，出射的光斑亮度从中心向四周均匀过渡，出光效果好，且透镜体积小，结构紧凑；本技术方案所述的出光光学系统整体结构也轻便、紧凑，非常适用于可移动、便携式照明灯具及其产品。
附图说明
18.图1为实施例1聚光泛光一体式出光透镜结构立体图。
19.图2为实施例1聚光泛光一体式出光透镜的俯视图。
20.图3为实施例1聚光泛光一体式出光透镜x轴方向剖视图。
21.图4为实施例1聚光泛光一体式出光透镜x轴方向光线出光示意图。
22.图5为实施例1聚光泛光一体式出光透镜y轴方向光线出光示意图。
23.图6为实施例2聚光泛光一体式出光透镜结构立体图。
24.图7为实施例3聚光泛光一体式出光透镜结构立体图。
25.图8为实施例3聚光泛光一体式出光透镜的小透镜的顶面放大示意图。
26.图9为实施例4聚光泛光一体式出光透镜结构立体图。
27.图10为实施例4聚光泛光一体式出光透镜的小透镜的顶面放大示意图。
28.图11为实施例5聚光泛光一体式出光透镜俯视图。
29.图12为实施例6聚光泛光一体式出光透镜俯视图。
30.图13为实施例7聚光泛光一体式出光透镜俯视图。
31.图14为实施例8聚光泛光一体式出光光学系统结构立体图。
32.图15为实施例8聚光泛光一体式光学系统结构剖面图。
33.附图说明：1、透镜本体；11、透镜顶部；12、透镜底部；13透镜侧壁；2、第一光学腔；21、上曲面；22、侧面；3、小透镜；4、第二光学腔；51、第一led光源；52、第二 led光源。
具体实施方式
34.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
35.实施例1
36.如图1、图2、图3、图4所示，一种聚光泛光一体式出光透镜，包括整体呈碗状结构或倒圆台型结构的透镜本体1，透镜本体1包括透镜顶部11、透镜底部12和透镜侧壁13，所述透镜底部12向上凹陷形成用于容置第一发光源的第一光学腔2，所述透镜顶部还设有2 个小透镜3，小透镜3下方分别对应设有2个用于容置第二发光源的第二光学腔4，所述小透镜3对称设置于透镜顶部；第一发光光源的光线经透镜本体1折射或全内反射以平行光聚光出射，第二发光源的光线经小透镜3折射后以发散光泛光出射。更具体地，本实施例中，所述第一光学腔2包括上曲面21和侧面22，上曲面21向第一光学腔2的底部方向凹陷，所述侧面22为上凹或下凸的自由曲面。所述透镜顶部11为出光面，出光面的上表面为平面，所述小透镜3的顶面为向上凸的曲面，更具体地，小透镜的顶面为球面结构。
37.本实施例中，第一发光光源的光线出光示意图如图4、图5所示，除透镜光轴方向的光线外，第一光学腔中的光线经过上曲面21和侧面22发生折射，其中，部分光线(发光方向靠近透镜本体光轴的光线)经过上曲面21折射成平行于透镜光轴方向的光线，然后经透镜顶部11出射；部分光线(发光方向远离透镜本体光轴的光线)经侧面22折射后射向透镜侧壁13，然后经透镜侧壁13反射成平行于透镜光轴方向的光线，再经透镜顶部11出射；透镜光轴位置的光线则直接沿光轴方向从透镜顶部11出射，从而使第一光学腔2的光线不管是经侧面22还是上曲面21最终均以平行光的形式出射，实现聚光照明。第二光学腔中的光线经小透镜3折射后以一定发散角度向外泛光出射，实现了泛光照明。即出光透镜的中心位置出射射程远、亮度高的聚光光线，出光透镜的边缘位置出射出光角大的泛光光源。由于小透镜是设置在透镜顶部，不需要在透镜本体外特别预留小透镜的安装空间，出光透镜整体体积小，结构紧凑，且出射的光斑亮度从中心向四周均匀过渡，出光效果好。
38.实施例2
39.一种聚光泛光一体式出光透镜，其结构与实施例1基本相同，区别在于，本实施例
中小透镜3的顶面为磨砂平面，光线经磨砂面出光也出射泛光光线。其结构如如图6所示。
40.实施例3
41.一种聚光泛光一体式出光透镜，其结构与实施例1基本相同，区别在于，本实施例中小透镜3的顶面为微球面阵列结构，光线经微球面出光也出射泛光光线，其结构如图7所示，小透镜的顶面放大示意图如图8所示。
42.实施例4
43.一种聚光泛光一体式出光透镜，其结构与实施例1基本相同，区别在于，本实施例中小透镜3的顶面为金字塔型形阵列结构。其结构如图9所示，小透镜的顶面放大示意图如图 10所示。
44.实施例5
45.一种聚光泛光一体式出光透镜，其结构与实施例1基本相同，区别在于，本实施例中，小透镜3的数量为4个，均匀分布于透镜顶部1。其俯视图如图11所示。
46.实施例6
47.一种聚光泛光一体式出光透镜，其结构与实施例1基本相同，区别在于，本实施例中，小透镜3的和横截面为方形，其俯视图如图12所示。
48.实施例7
49.一种聚光泛光一体式出光透镜，其结构与实施例1基本相同，区别在于，本实施例中，小透镜包括两种，一种出光面的横截面为圆形，一种出光面的横截面为方形。两种小透镜对称设置在透镜顶部11，其俯视图如图13所示。
50.实施例8
51.如图14、图15所示，一种聚光泛光一体式出光光学系统，包括实施例1所述的聚光泛光一体式出光透镜和位于第一光学腔2内的第一led光源51和位于第二光学腔4内的第二led光源52，图15为图14的剖视图。透镜本体包括透镜顶部、透镜底部和透镜侧壁，所述透镜底部向上凹陷形成用于容置第一发光源的第一光学腔2，所述透镜顶部还设有2个小透镜3，小透镜3下方分别对应设有用于容置第二发光源的第二光学腔4，所述小透镜3 对称设置于透镜顶部；第一led光源51的光线经透镜本体折射或全内反射以平行光聚光出射，第二led光源52的光线经小透镜3折射后以发散光泛光出射。由于出光透镜体积小，所得的出光光学系统整体结构也轻便、紧凑，非常适用于可移动、便携式照明灯具及其产品。
52.值得注意的是，上述实施例仅仅是本实用新型聚光泛光一体式出光透镜及出光系统的示例性说明，小透镜的数量实质可以为2个、3个、4个、5个、6个、8个、9个、10个等，只要均匀分布在透镜顶部即可，小透镜的形状也可以有多种，多种不同形状的小透镜还可以搭配组合，只要相同形状的小透镜均匀分布即可。
53.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。