透镜及具有其的照明设备的制作方法

1.本发明涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种透镜及具有其的照明设备。


背景技术：

2.随着社会进步、生活品质的提升，人们越来越注重生活品质、追求健康的生活环境。正是在此大环境下近年来家居照明行业开始出现一种新的灯具形态——天空灯，也可以称为蓝天灯等。这种模拟天空灯具的主要特征体现在模拟天空视觉效果和近似模拟太阳光线倾斜照射入室内这两点。
3.为了实现上述效果，目前有两种技术路线：第一种技术路线是将对天空视觉效果的模拟与光线倾斜照射的模拟分开实现，光线倾斜照射单独通过一组白光光源实现，而对天空视觉效果的模拟是借助一组彩色光源通过颜色配比实现天蓝色，然后借助光学设计将出光板均匀照射。第二种技术路线是借助光学设计让一组白光光源倾斜照射一块出光板，在实现出光板天蓝色视觉效果的同时还能保证光线的倾斜出射，而且出射光线为白光。
4.对于上述第二种技术路线，主要有几种系统：第一是多光源结合透镜与反射器的反射式光路系统；第二是多光源结合透镜的直下式光路系统；第三是单光源结合反射器的反射式光路系统。
5.在相关技术中，采用多光源结合透镜的直下式光路系统，虽然可以制成模拟蓝天视觉效果的灯具，但是多光源的光路通过透镜集中地经过出光板的中间区域，使得出光板上的照度不均匀，在光路方向上的用户视觉体验较差，整个灯具尺寸也较厚。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种透镜及具有其的照明设备，以解决相关技术中的光路通过透镜集中地经过出光板的中间区域，使得出光板上的照度不均匀的问题。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种透镜，透镜为对称结构，并具有中心对称面a0，透镜包括：透镜本体；进光部，设置于透镜本体的第一表面并包括向透镜本体的内部凹入且容纳光源的安装凹部，安装凹部包括底壁以及连接在底壁边沿处的筒状侧壁；出光部，出光部设置于透镜的第二表面，第二表面平行于第一表面，其中，底壁包括外圈部以及位于外圈部的内部的中心部，外圈部朝向进光部的方向凸出设置，中心部朝向出光部的方向凸出设置；反射部，设置于透镜本体的侧面并位于第一表面和第二表面之间。
8.进一步地，光源的中心在安装凹部的开口处形成中心光点a1，中心部包括中点a2，设定经过中点a2和中心光点a1的连线为中线l0；筒状侧壁包括相对于中心对称面a0对称设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁和第二侧壁在中心对称面a0内形成第一相交线l14和第二相交线l25，外圈部在中心对称面a0内形成的位于中心部两侧的第一曲线l01和第二曲线l02，其中，第一曲线l01与第一相交线l14相交于第一交点b1，中心光点a1与第一交点b1的连线为第一直线l1，中线l0与第一直线l1之间形成第一夹角，第二曲线l02与第二相交线
l25相交于第二交点b2，中心光点a1与第二交点b2的连线为第二直线l2，中线l0与第二直线l2之间形成第二夹角，第一夹角大于第二夹角。
9.进一步地，第一相交线l14与第一垂面之间形成第三夹角，第一垂面垂直于第一表面，第三夹角的范围在2
°
至5
°
之间；和/或，第二相交线l25与第二垂面之间形成第四夹角，第二垂面垂直于第一表面，第四夹角的范围在2
°
至5
°
之间。
10.进一步地，反射部包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面和第二弧形面，第一弧形面和第二弧形面在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69，第三相交线l38的长度大于第四相交线l69的长度；第三相交线l38与第一表面相交成第三交点b3，设定经过第三交点b3作第三相交线l38的切线为第一延伸线l3v，第一延伸线l3v与中线l0之间形成第五夹角，第五夹角大于或者等于45
°
。
11.进一步地，反射部包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面和第二弧形面，第一弧形面和第二弧形面在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69，第三相交线l38的长度大于第四相交线l69的长度；第四相交线l69与第一表面相交成第四交点b4，设定经过第四交点b4作第四相交线l69的切线为第二延伸线l6u，第二延伸线l6u与中线l0之间形成第六夹角，第六夹角小于或者等于45
°
。
12.进一步地，第三相交线l38和第一相交线l14位于中线l0的同一侧，四相交线l69和第二相交线l25位于中线l0的同一侧。
13.进一步地，反射部包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面和第二弧形面，第一弧形面和第二弧形面在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69，其中，第四相交线l69包括第一交线段l67以及与第一交线段l67连接的第二交线段l79，第一交线段l67比第二交线段l79更靠近第一表面，第三相交线l38的长度大于第一交线段l67的长度，第二交线段l79平行或者倾斜于中线l0。
14.进一步地，第三相交线l38与第二表面相交于第五交点，第二交线段l79与第二表面相交于第六交点，第六交点与中线l0之间的距离小于第五交点与中线l0之间的距离。
15.进一步地，外圈部包括朝向进光部的方向凸出设置的多个环状部，多个环状部由筒状侧壁至中心部的方向依次连接，中心部包括朝向出光部的方向凸出设置多个凸出部，多个凸出部沿外圈部的周向依次连接。
16.根据本发明的另一个方面，提供了一种照明设备，包括光源和透镜，透镜为上述的透镜。
17.进一步地，照明设备还包括壳体和出光板，光源和透镜均安装在壳体内，壳体包括顶板和围板，围板的第一端与顶板连接，围板的第二端形成出光口，出光板设置在出光口处，顶板与出光口所在平面平行设置，围板的中心线与顶板倾斜设置，光源设置在围板和顶板之间的锐角夹角处。
18.进一步地，照明设备还包括壳体，光源和透镜均安装在壳体内，设定经过光源的中心光点a1并垂直于地面的直线为垂轴c1，设定光源的中心光点a1穿过壳体时形成出射光束主光线c2，垂轴c1与出射光束主光线c2之间形成第七夹角，第七夹角的范围在45
°
至80
°
之间。
19.进一步地，反射部包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面和第二弧形面，第一弧形面和第二弧形面在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69，第
三相交线l38比第四相交线l69更靠近顶板，第三相交线l38的内侧朝向出光板。14.进一步地，照明设备还包括壳体以及设置在壳体内的减反射结构，减反射结构位于透镜射出的光线的路径的一侧。
20.进一步地，照明设备还包括壳体，光源和透镜均安装在壳体内，壳体包括围板和连接在围板的一端的顶板，围板的中心线与顶板倾斜设置，减反射结构设置在围板的内壁的受光区域上。
21.进一步地，减反射结构包括蜂窝层。
22.进一步地，蜂窝层包括相互连接的多个筒体，相邻的两个筒体之间具有间距l，每个筒体的高度h与间距l之比大于1。
23.进一步地，蜂窝层包括相互连接的多个筒体，每个筒体的轴线垂直于壳体的内侧壁面。
24.进一步地，减反射结构为金属件。
25.进一步地，照明设备还包括壳体和出光板，光源和透镜均安装在壳体内，出光板设置在壳体内，出光板位于透镜射出的光线的路径上。
26.进一步地，出光板包括瑞利散射板或者混光板或者出光罩或者出光面板。
27.进一步地，照明设备包括天空灯或者格栅灯或者洗墙灯或者台上照明灯或者厨卫灯。
28.应用本发明的技术方案，透镜为对称结构，并具有中心对称面a0。透镜包括：透镜本体、进光部、出光部以及反射部。进光部设置于透镜本体的第一表面并包括向透镜本体的内部凹入且容纳光源的安装凹部，安装凹部包括底壁以及连接在底壁边沿处的筒状侧壁。出光部设置于透镜的第二表面，上述第二表面平行于第一表面，其中，底壁包括外圈部以及位于外圈部的内部的中心部，外圈部朝向进光部的方向凸出设置，中心部朝向出光部的方向凸出设置。反射部设置于透镜本体的侧面并位于第一表面和第二表面之间。透镜的底壁与光源配合，光源的出射光线通过朝向出光部的方向凸出设置的中心部时进行再分配，使照射在中心部上的光束发散，能够产生一个非对称的出射光线，该非对称的出射光线经过出光板的中间区域，从而减小了出光板的中间区域的照度值，进而有利于提高出光板上的照度的均匀度，以在光路方向上使用户获得较好的视觉体验。因此，本技术的技术方案有效地解决了相关技术中的光路通过透镜集中地经过出光板的中间区域，使得出光板上的照度不均匀的问题。上述的反射部能够将从筒状侧壁入射的光线反射至出光部，使得从筒状侧壁入射的光线均能从出光部出射，避免了上述光线直接从反射部所在的面出射导致的光线损耗。
附图说明
29.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
30.图1示出了相关技术中的光源透过透镜照射在瑞丽散热板上的结构简图；
31.图2示出了图1的光源透过透镜照射的光线的效果图；
32.图3示出了图1的透镜的透视示意图；
33.图4示出了根据本发明的透镜的实施例的俯视示意图；
34.图5示出了图4的透镜被中心对称面a0分割时的俯视示意图；
35.图6示出了图4的透镜被中心对称面a0分割后的立体结构示意图；
36.图7示出了图6的透镜被中心对称面a0分割后的主视示意图；
37.图8示出了图4的透镜射出光源的光线至瑞丽散热板上的结构简图；
38.图9示出了图8的透镜射出光源的光线的效果图；
39.图10示出了图4的透镜的中心部处光束发散的工作原理图；
40.图11示出了图4的透镜的第一夹角大于第二夹角的工作原理示意图；
41.图12示出了图4的透镜的反射部出射光线路径的示意图；
42.图13示出了在图4的透镜的反射部上作出第一延伸线和第二延伸线的示意图；
43.图14示出了图4的透镜的第三相交线处的工作原理示意图；
44.图15示出了图4的透镜的第四相交线处的工作原理示意图；
45.图16示出了图4的透镜的第七夹角的工作原理示意图；
46.图17示出了图4的透镜的第七夹角的工作原理简图；
47.图18示出了图17的透镜的第七夹角对应出射光束光强的局部分布图；
48.图19示出了根据本发明的照明设备的实施例的立体结构示意图；
49.图20示出了图19的照明设备的剖视示意图；
50.图21示出了图19的照明设备的另一角度的剖视示意图；
51.图22示出了图19的照明设备的减反射结构的立体结构示意图；
52.图23示出了图20的减反射结构的局部示意图；
53.图24示出了图20的减反射结构的筒体的立体结构示意图；
54.图25示出了图19的照明设备的减反射结构的工作原理示意图；以及
55.图26示出了图25的减反射结构的工作原理的局部示意图。
56.其中，上述附图包括以下附图标记：
57.1、透镜；101、光源；10、透镜本体；11、第一表面；12、第二表面；20、安装凹部；21、底壁；211、外圈部；212、中心部；22、筒状侧壁；221、第一侧壁；222、第二侧壁；30、反射部；31、第一弧形面；32、第二弧形面；40、壳体；41、顶板；42、围板；50、减反射结构；51、筒体；60、出光板。
具体实施方式
58.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
60.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表
达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
61.如图4至图9所示，透镜为对称结构，并具有中心对称面a0。透镜包括：透镜本体10、进光部、出光部以及反射部30。进光部设置于透镜本体10的第一表面11并包括向透镜本体10的内部凹入且容纳光源101的安装凹部20，安装凹部20包括底壁21以及连接在底壁21边沿处的筒状侧壁22。出光部设置于透镜的第二表面12，第二表面12平行于第一表面11，其中，底壁21包括外圈部211以及位于外圈部211的内部的中心部212，外圈部211朝向进光部的方向凸出设置，中心部212朝向出光部的方向凸出设置。反射部30设置于透镜本体10的侧面并位于第一表面11和第二表面12之间。
62.应用本实施例的技术方案，底壁21包括外圈部211以及位于外圈部211的内部的中心部212，外圈部211朝向进光部的方向凸出设置，中心部212朝向出光部的方向凸出设置。光源101的出射光线通过朝向出光部的方向凸出设置的中心部212时进行再分配，使照射在中心部212底壁21上的光束发散，能够产生一个非对称的出射光线，该非对称的出射光线经过出光板的中间区域，从而减小了出光板的中间区域的照度值，进而有利于提高出光板上的照度的均匀度，以在光路方向上使用户获得较好的视觉体验。因此，本实施例的技术方案有效地解决了相关技术中的光路通过透镜集中地经过出光板的中间区域，使得出光板上的照度不均匀的问题。上述的反射部30能够将从筒状侧壁22入射的光线反射至出光部，使得从筒状侧壁22入射的光线均能从出光部出射，避免了上述光线直接从反射部30所在的面出射导致的光线损耗。
63.需要说明的是，上述的外圈部211与中心部212直接连接，上述的外圈部211由多个曲面沿筒状侧壁22的周向依次拼接而成。第二表面12和第一表面11均可以是平面或者是弧面。第二表面12平行于第一表面11是指第二表面12与第一表面11之间的夹角在0至5度的范围内。
64.在图中未示出的实施例中，外圈部211包括朝向进光部的方向凸出设置的多个环状部，多个环状部由筒状侧壁22至中心部212的方向依次连接，中心部212包括朝向出光部的方向凸出设置多个凸出部，多个凸出部沿外圈部211的周向依次连接。出射光线通过朝向出光部的方向凸出设置的多个环状部以及多个凸出部时进行多次再分配，使照射在中心部212底壁21上的光束有效地发散，能够产生一个非对称且不规则的出射光线，该非对称且不规则的出射光线经过出光板的中间区域，进而有效地减小了出光板的中间区域的照度值。需要说明的是，上述的环形部可以是圆形或者椭圆形或者波浪形或者多边形。
65.为了进一步说明光源101的出射光线通过中心部212时进行再分配的效果，本技术提供了相关技术中光源透过透镜1照射在瑞丽散热板上的效果图进行对比说明。
66.具体地，参照图1至图3，相关技术中的透镜1包括向透镜本体的内部凹入且容纳光源的安装凹部，安装凹部具有朝向光源凸出设置的弧形凹面，光源透过该弧形凹面的中心
位置时，弧形凹面的中心位置附近的光束凝聚(参见图2)。而在本技术中，参照图8和图9，光源101的出射光线通过中心部212时，中心部212的光束发散(参见图9)。这样，本实施例的朝向出光部的方向凸出设置的中心部212能够促进中心部212的光束发散、从而减小出光板的中间区域的照度值，有利于促进出光板上的均匀度。
67.需要说明的是，图1和图2中光束凝聚的效果为实际仿真结果。图8和图9中光束发散效果为实际仿真结果。
68.如图5至图7以及图10所示，光源101的中心在安装凹部20的开口处形成中心光点a1。中心部212包括中点a2，设定经过中点a2和中心光点a1的连线为中线l0。筒状侧壁22包括相对于中心对称面a0对称设置的第一侧壁221和第二侧壁222，第一侧壁221和第二侧壁222在中心对称面a0内形成第一相交线l14和第二相交线l25。外圈部211在中心对称面a0内形成的位于中心部212两侧的第一曲线l01和第二曲线l02。中心部212在中心对称面a0内形成与第一曲线l01相连的第三曲线l03以及与第二曲线l02相连的第四曲线l04。
69.为了具体分析光源101的出射光线通过中心部212时，中心部212的光束发散的工作原理，以第三曲线l03和第一曲线l01为例。如图5和图10所示，具体分析如下：
70.中心光点a1点处入射光线为a1a2，出射光线为a2e。
71.第一曲线l01点处的切线为aa2b，中点a2处的法线为ca2d。
72.所以，中点a2处入射光线a1a2的入射角为∠a1a2d，出射光线a2e的出射角为∠ca2e。
73.假定透镜1的材料折射率为rf，则根据斯涅尔定律rf
×
sin∠ca2e＝sin∠a1a2d。
74.而透镜所用材料(如塑胶或者玻璃)的折射率rf恒定＞1。所以，经过简单计算可以得到：∠ca2e＜∠a1a2d，即出射角小于入射角。相应地，出射光线a2e偏离了入射光线a1a2所在a2z轴。即中点a2靠近第一曲线l01附近的光束发散了。
75.经过上述相似地推理可以得到：中点a2靠近第二曲线l02处的出射光线会偏离入射光线所在a2z轴，并且经过第一曲线l01的出射光线与经过第二曲线l02的出射光线分布在a2z轴的两侧，即中心部212处的光束发散了。
76.如图5至图7以及图10所示，在本实施例中，第一曲线l01与第一相交线l14相交于第一交点b1，中心光点a1与第一交点b1的连线为第一直线l1。中线l0与第一直线l1之间形成第一夹角。第二曲线l02与第二相交线l25相交于第二交点b2，中心光点a1与第二交点b2的连线为第二直线l2。中线l0与第二直线l2之间形成第二夹角，第一夹角大于第二夹角。这样，使得第一曲线l01及第三曲线l03所对应出射光线覆盖的出光板的长度(线段pq的长度)大于第二曲线l02及第四曲线l04所对应出射光线覆盖的出光板的长度(线段mp的长度)，使得出光板的远端方向上有更多的光线能量，有利于增加照度，使得出光板在长度方向上的照度变得均匀。上述的出光板的远端是指出光板的远离光源101的一端。
77.发明人发现，由于在实际应用中透镜1的尺寸远远小于透镜1与出光板之间的距离，所以在分析的过程中可以近似将透镜简化为一个光源101。对于第一夹角大于第二夹角的技术效果说明具体分析如下：
78.如图11所示，a1点为光源101的中心光点位置，mpq是出光板的位置，其中，m为出光板的近端，q为出光板的远端。a1np是光源101的光轴方向，光轴a1np与a1sq之间的光线对应于图7中的第一曲线l01及第三曲线l03，光轴a1np于a1m之间的光线对应于图7中的第二曲
线l02及第四曲线l04。假定∠qa1p＝∠pa1m＝α，即这里先假定第一夹角等于第二夹角。
79.又假定∠a1qp＝θ，在
△
spq中pq＝sp/sin(θ)，在
△
a1sp中sp＝a1p
×
sin(α)，所以pq＝a1p
×
sin(α)/sin(θ)。
80.在
△
mnp中mp＝mn/sin(∠npm)，对于
△
a1pq，∠npm＝∠pa1q ∠pqa1＝α θ。
81.所以mp＝mn/sin(α θ)。
82.在
△
ma1n中mn＝a1m
×
sin(α)。
83.所以，mp＝a1m
×
sin(α)/sin(α θ)。
84.所以pq/mp＝(a1p/a1m)
×
(sin(α θ)/sin(θ))。
85.简单推理可以得到a1p＞a1m，所以a1p/a1m＞1。
86.又显然sin(α θ)/sin(θ)＞1。
87.所以pq/mp＞1，即pq＞mp。
88.也就是说在∠qa1p＝∠ma1p＝α的情况下，∠qa1p所对应出射光线覆盖的出光板的长度(线段pq的长度)要大于∠ma1p所对应出射光线覆盖的出光板的长度(线段mp的长度)。即经图7示出透镜1的第一曲线l01及第三曲线l03出射的光线所覆盖的出光板长度要大于经图7示出透镜1的第二曲线l02及第四曲线l04出射的光线所覆盖的出光板长度。
89.如图10所示，如果假定第一夹角等于第二夹角，对应的出光板长度pq与出光板长度mp来源的光线能量相等。且pq＞mp，使得出光板长度pq上的照度要小于出光板长度mp上的照度。但在本实施例中，如图7所示，由于第一夹角大于第二夹角，使得出射的光线在图10示出的出光板长度pq上，能够增加照度，使得出光板的远端方向上有更多的光线能量，有利于提高整个出光板mpq上的照度的均匀度。
90.如图7所示，为了便于出模，容易加工成型，第一相交线l14与第一垂面之间形成第三夹角，第一垂面垂直于第一表面11，第三夹角的范围在2
°
至5
°
之间。第三夹角优选为2
°
或者3
°
或者4
°
或者5
°
。
91.如图7所示，为了便于出模，容易加工成型，第二相交线l25与第二垂面之间形成第四夹角，第二垂面垂直于第一表面11，第四夹角的范围在2
°
至5
°
之间。第四夹角优选为2
°
或者3
°
或者4
°
或者5
°
。
92.当然，在图中未示出的实施例中，第一相交线l14与第一垂面之间形成第三夹角，第一垂面垂直于第一表面，第三夹角的范围可以在2
°
至5
°
之间。或者第二相交线l25与第二垂面之间形成第四夹角，第二垂面垂直于第一表面，第四夹角的范围可以在2
°
至5
°
之间。
93.如图5至图7所示，反射部30包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面31和第二弧形面32。第一弧形面31和第二弧形面32在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69。第一弧形面31和第二弧形面32共同形成透镜1的全反射面。该全反射面是照明光学领域的常用的概念，本技术对全反射面的内涵不再做解释。
94.参照图11，根据第一夹角大于第二夹角的技术效果可知，增加出光板的远端q方向上的光线能量，有利于提升整个出光板mpq上的照度的均匀度。
95.如图12所示，透镜1的全反射面的第三相交线l38和第四相交线l69处的出射光线都投射至靠近出光板mq(即图11中的mpq)的远端q附近，能够增加出光板mq的远端q方向上的光线能量以增加出光板mq远端q的照度，进而有利于提高整个出光板mq的照度的均匀度。
96.发明人发现，为了实现透镜的全反射面的第三相交线l38和第四相交线l69处的出
射光线都投射至靠近出光板mq的远端q附近这一目标，透镜的两个第三相交线l38和第四相交线l69具有以下特点：
97.如图13所示，第三相交线l38的长度大于第四相交线l69的长度。第三相交线l38与第一表面11相交成第三交点b3，设定经过第三交点b3作第三相交线l38的切线为第一延伸线l3v。第四相交线l69与第一表面11相交成第四交点b4，设定经过第四交点b4作第四相交线l69的切线为第二延伸线l6u。其中，第一延伸线l3v与中线l0之间形成第五夹角，第五夹角大于或者等于45
°
。第五夹角优选45
°
或者51
°
或者56
°
或者60
°
。第二延伸线l6u与中线l0之间形成第六夹角，第六夹角小于或者等于45
°
。第六夹角优选为45
°
或者42
°
或者36
°
或者30
°
。上述的第五夹角的点值和第六夹角的点值能够实现透镜的全反射面的第三相交线l38和第四相交线l69处的出射光线都投射至靠近出光板mq的远端q附近，使出射光线更好的覆盖在出光板mq上。
98.具体地，下面分析全反射面上的第三相交线l38处的出射光线的工作原理：
99.如图13和图14所示，为了增加出光板mq远端q的照度，需要增加透镜出射光线向出光板mq远端q的投射。这里约定实际应用时出光板长度mq(即线段mq的长度)远大于透镜的尺寸。可以将光源101简化为一个的中心光点a1。对于第三相交线l38处的全反射面来说，图14示出b3点处出射光线b3h与中线l0不相交的情形，有助于促使出射光线投射向出光板mq的远端q，从而提升整个出光板mq上的照度的均匀度。并由图14可知，∠a1b3h为钝角，即∠a1b3h＞90
°
。∠a1b3h具体数值计算如下：
100.如图14所示，hq为点b3的出射光线b3h经过第二表面12折射后的透镜外部光线路径，hq与中线l0的夹角约定为δ2。
101.如图14所示，b3h为外部光线路径hq在透镜内对应的光线路径，线段b3h与中线l0的夹角约定为δ1。如图14所示，根据菲涅尔折射定律，sin(δ1)＝sin(δ2)/rf，如前所做假定rf为透镜的材料的折射率为大于1的正常数。
102.如图9，∠a1b3h＝∠a1b3w ∠wb3h。这里约定b3w平行中线l0，所以∠a1b3w＝90
°
。又∠wb3h＝δ1，所以∠a1b3h＝90
°
δ1。
103.假定线段a1b3k是∠a1b3h的角平分线，a1b3是第三相交线l38的起始点8点处的入射光线，b3h是b3点处的出射光线，a1b3与b3h关于b3k对称，使得b3k也是b3点处的法线。根据前面的叙述，线段b3v为b3点的切线，而线段b3k是b3点处的法线，使得线段b3v垂直于线段b3k。即：
104.∠vb3a1 ∠a1b3k＝90
°
。所以∠vb3a1＝90
°‑
∠a1b3k。
105.又线段3k是∠a1b3h的角平分线，∠a1b3k＝0.5
×
∠a1b3h＝0.5
×
(90
°
δ1)。
106.所以∠vb3a1＝90
°‑
∠a1b3k＝90
°‑
0.5
×
(90
°
δ1)＝0.5
×
(90
°‑
δ1)。
107.线段a1b3在第一表面11内，所以根据前面的叙述，线段a1b3垂直于中线l0。所以，∠va1b3＝90
°
。根据三角形三个内角和等于180
°
,所以在
△
vb3a1中，
108.∠a1vb3 ∠vb3a1＝90
°
。
109.所以∠a1vb3＝90
°‑
∠vb3a1＝90
°‑
0.5
×
(90
°‑
δ1)＝0.5
×
(90
°
δ1)＞0.5
×
90
°
＝45
°
。
110.具体地，下面分析全反射第四相交线l69处的出射光线的工作原理：
111.为了增加出光板mq远端q的照度，需要增加透镜出射光线向出光板mq远端q的投
射。这里约定实际应用时出光板长度mq(即线段mq的长度)远大于透镜的尺寸。可以将光源101简化为一个的中心光点a1。对于第四相交线l69处的全反射面来说，图15示出b4点处出射光线b4j与中线l0相交的情形，有助于促使出射光线投射向出光板mq的远端q，从而提高整个出光板mq上的照度的均匀度。并由图15可知，∠a1b4j为锐角，即∠a1b4j＜90
°
。∠a1b4j具体数值计算如下：
112.如图15所示，jr为b4点的出射光线b4j在经透镜的第二表面12折射后出射的透镜外部光线路径，jr与中线l0的夹角约定为γ2。
113.如图15所示，b4j为出射光线路径jr在透镜内对应的光线路径，这里约定b4x平行中线l0，所以b4j与中线l0的夹角等价于b4j与b4x的夹角，即∠jb4x。这里约定为∠jb4x＝γ1。如图15所示，根据菲涅尔折射定律，sin(γ1)＝sin(γ2)/rf，如前所做假定rf为透镜的材料的折射率为大于1的正常数。
114.如图15所示，∠a1b4j＝∠a1b4x
‑
∠jb4x。而b4x平行中线l0，所以∠a1b4x＝90
°
。又∠jb4x＝γ1，所以∠a1b4j＝90
‑
γ1。
115.假定线段b4i是∠a1b4j的角平分线，a1b4是b4点处的入射光线，b4j是b4点处的出射光线，a1b4与b4j关于b4i对称，使得b4i也是b4点处的法线。根据前面的叙述，线段b4u为b4点的切线，而线段b4i是b4点处的法线，使得线段b4u垂直于线段b4i。即：
116.∠ub4a1 ∠a1b4i＝90
°
。所以∠ub4a1＝90
°‑
∠a1b4i
117.又线段b4i是∠a1b4j的角平分线，∠a1b4i＝0.5
×
∠a1b4j＝0.5
×
(90
°‑
γ1)。
118.所以∠ub4a1＝90
°‑
∠a1b4i＝90
°‑
0.5
×
(90
°‑
γ1)＝0.5
×
(90
°
γ1)。
119.线段b4a1在第一表面11内，所以根据前面的叙述，线段b4a1垂直于中线l0。所以，∠ua1b4＝90
°
。根据三角形三个内角和等于180
°
,所以在
△
ub4a1中，
120.∠a1ub4 ∠ub4a1＝90
°
。
121.所以∠a1ub4＝90
°‑
∠ub4a1＝90
°‑
0.5
×
(90
°
γ1)＝0.5
×
(90
°‑
γ1)＜0.5
×
90
°
＝45
°
。
122.如图5、图7以及图13所示，反射部30包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面31和第二弧形面32，第一弧形面31和第二弧形面32在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69。其中，第四相交线l69包括第一交线段l67以及与第一交线段l67连接的第二交线段l79，第一交线段l67比第二交线段l79更靠近第一表面11。第三相交线l38的长度大于第一交线段l67的长度。为了便于设计及出模，第二交线段l79平行于中线l0。
123.当然，在图中未示出的实施例中，第二交线段l79倾斜于中线l0。
124.如图13至图15所示，为了使透镜实现偏心散光，让倾斜打到出光板的近端的光线和远端的光线尽可能均匀一些，第三相交线l38与第二表面12相交于第五交点8(即上述起始点8)，第二交线段l79与第二表面12相交于第六交点9，第六交点9与中线l0之间的距离小于第五交点与中线l0之间的距离。
125.如图13至图15所示，为了便于将第三相交线l38和第一相交线l14位于中线l0的同一侧，四相交线l69和第二相交线l25位于中线l0的同一侧。这样，使得出光板的远端方向上有更多的光线能量，有利于增加照度，使得出光板在长度方向上的照度变得均匀。
126.本技术还提供了一种照明设备，如图16至图21所示，照明设备包括光源101和透镜1，透镜为上述的透镜。由于上述的透镜能够解决相关技术中的光路通过透镜集中地经过出
光板的中间区域，使得出光板上的照度不均匀的问题，使得包括该透镜的照明设备能够解决同样的技术问题。需要说明的是，本实施例的照明设备为天空灯，出光板为瑞利散射板。当然，在图中未示出的实施例中，照明设备还可以为格栅灯或者洗墙灯或者台上照明或者厨卫灯。出光板还可以为混光板或者出光罩或者出光面板。
127.如图16至图21所示，照明设备还包括壳体40和出光板60，光源101和透镜1均安装在壳体40内，壳体40包括顶板41和围板42，围板42的第一端与顶板41连接，围板42的第二端形成出光口，出光板60设置在出光口处，顶板41与出光口所在平面平行设置，围板42的中心线与顶板41倾斜设置，光源101设置在围板42和顶板41之间的锐角夹角处。这样光源101能够进行倾斜出射光线，从而在保证光线照射到出光板的光程的前提下，尽可能地降低了壳体厚度。
128.如图16至图21所示，照明设备还包括壳体40。光源101和透镜1均安装在壳体40内。设定经过光源101的中心光点a1并垂直于地面的直线为垂轴c1，设定光源101的中心光点a1穿过壳体40时形成出射光束主光线c2(图18中示出)。垂轴c1与出射光束主光线c2之间形成第七夹角θ，第七夹角θ的范围在45
°
至80
°
之间。位于45
°
至80
°
范围内的第七夹角θ使光源101可以合理地安装在壳体40内，以使垂轴c1的长度越来越短，使得壳体40的厚度越来越薄，有利于降低照明设备的加工成本。第七夹角θ的范围优选在45
°
至60
°
之间，第七夹角θ优选为45
°
或者60
°
或者72
°
或者80
°
。
129.需要说明的是，上述的出射光束主光线是指：光源与透镜出射光束中最大光强值所在的方向即为出射光束主光线所在方向。采用最大光强值所在方向来定义光束主光线方向的原因在于出射光束在最大光强方向的光线投射能力最强，可以用来表征光源与透镜出射光束的投射方向。最大光强值可以由光度分布计测量。
130.发明人发现，光源101位于壳体40内的位置不同，所照射的光路也不同，使得覆盖在出光板的照射范围也不同，具体分析如下：在图16中，w1为前墙侧，w2为后墙侧，w3为地面侧，w4为天花侧。
131.当θ增大时，出射光线整体会向图16中的前墙侧移动，相应的出射光线落在图16中的地面侧的比例就会减小。所以θ有一优选的上限值θ
max
。优选地，θ
max
≤80
°
。
132.又如图17所示，假定a1p方向是出射光束主光线所在方向。∠fa1p＝θ。a1m和a1q是出射光束的边界光线所在方向。∠ma1p＝α，∠pa1q＝β。其中，α、β均为数值恒定的正常数。在
△
fa1m中，fm＝a1f
×
tan(∠fa1m)＝a1f
×
tan(∠fa1p
‑
∠ma1p)＝a1f
×
tan(θ
‑
α)。在
△
fa1q中，fq＝a1f
×
tan(∠fa1q)＝a1f
×
tan(∠fa1p ∠pa1q)＝a1f
×
tan(θ β)。
133.所以，光源与透镜出射光束能覆盖的照射范围，即光源与透镜出射光束能覆盖的出光板的照射范围：mq＝fq
‑
fm＝a1f
×
(tan(θ β)
‑
tan(θ
‑
α))。
134.mq对θ进行数学求导操作：
135.d(mq)/dθ＝a1f
×
((1/cos2(θ β))
‑
(1/cos2(θ
‑
α)))
136.又对于本技术，约定只考虑以下应用情形：
[0137]0°
＜θ
‑
α＜90
°
，
[0138]0°
＜θ β＜90
°
。
[0139]
又显然θ
‑
α＜θ β，所以：0
°
＜θ
‑
α＜θ β＜90
°
。
[0140]
所以cos(θ
‑
α)＞cos(θ β)，所以(1/cos2(θ
‑
α))＜(1/cos2(θ β)。
[0141]
所以((1/cos2(θ β))
‑
(1/cos2(θ
‑
α)))＞0。
[0142]
所以d(mq)/dθ＞0，也就是说当θ增加mq也相应增加，也就是说大θ值是有利于增加光源与透镜出射光束对出光板的照射范围的。需要说明的是，在本技术的实际应用中出光板的照射范围mq是相对确定的，而θ越大、对应a1f就越小。而a1f对应的是壳体40的厚度。也就是说，大的θ值有利于减小壳体40的厚度。所以θ值有一优选的下限值θ
min
。优选地，θ
min
≥45
°
。
[0143]
如图8、图9和图13所示，反射部30包括相对于中心对称面a0对称设置的第一弧形面31和第二弧形面32，第一弧形面31和第二弧形面32在中心对称面a0上形成第三相交线l38和第四相交线l69，第三相交线l38比第四相交线l69更靠近顶板41，第三相交线l38的内侧朝向出光板60。这样，能够保证第三相交线l38所在的反射部30能够有效地进行全反射。
[0144]
发明人发现，由于光源101需要将光打到瑞利散射板的边缘处，以实现瑞利散射板发光均匀，避免出现明显暗光区域。但将光打到瑞利散射板边缘时，不可避免的会有部分光线照射到与瑞利散射板相邻的壳体内表面边上，此时会产生大量的杂散光线进入瑞利散射板，进而在壳体内产生有害的反光，影响照明设备的出光效果。
[0145]
为了解决上述问题，如图8、图20至图22所示，本实施例的照明设备还包括设置在壳体40内的减反射结构50，减反射结构50位于透镜1射出的光线的路径的一侧。减反射结构50用于吸收入射光线中的杂散光线，减少杂散光线反射至出光板上。进而能够极大地降低由壳体40内产生的有害的杂散光或者有害的反光，有效地保证了照明设备的出光效果。具体地，壳体40包括顶板41以及连接在顶板41四周的围板42，减反射结构50设置在围板42顶板41上，当然，减反射结构还可以是设置在围板42上。
[0146]
如图20和图21所示，照明设备还包括壳体40，光源101和透镜1均安装在壳体40内，壳体40包括围板42和连接在围板42的一端的顶板41，围板42的中心线与顶板41倾斜设置，减反射结构50设置在围板42的内壁的受光区域上。需要说明的是，上述的受光区域是指光源出射的部分光线能够直射到围板的内壁的区域。当然，减反射结构50除了设置在上述区域外，还可以设置在围板的内壁的其他的区域。当然也可以设置在顶板的内壁上。
[0147]
并且，减反射结构50设置在围板42的内壁的受光区域上能够消除有害的反光，无需将壳体的外形扩大用于避让来消除有害的反光，同时满足了照明设备小型化、模块化的量产需求。
[0148]
具体地，如图20所示，围板42依次连接的第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板，第一侧板、第二侧板、第三侧板以及第四侧板均与顶板41连接，第一侧板和第三侧板平行设置且均为平行四边形结构，第二侧板和第四侧板平行设置，光源101与第二侧板之间的距离小于光源101与第四侧板之间的距离。第一侧板和第三侧板的形状为平行四边形，第二侧板和第四侧板为矩形，这样使得围板42的竖直截面为平行四边形，这样能够有效地增加光源101与出光口之间的光学距离，同时，上述的形状便于后续的装配。减反射结构50设置在第四侧板上。这样，第四侧板与光源101的出射的光线相对应，便于第四侧板上的减反射结构50能够直接吸收部分光线，减少杂散光线反射至第一侧板、第二侧板或者第三侧板上。
[0149]
如图23所示，减反射结构50包括蜂窝层。相比于普通板材如槽钢而言，蜂窝层的内部能够折射更多的杂散光线，有效地对杂散光线进行捕捉并吸收掉。
[0150]
如图23和图24所示，蜂窝层包括相互连接的多个筒体51。每个筒体51为正六边形的柱状体，多个正六边形柱状体通过边界重合，相互连接成蜂窝层。需要说明的是，每个筒体的形状可以不限于正六边形的柱状体，还可以是四边形的柱状体、五边形的柱状体、七边形的柱状体及以上。
[0151]
如图24至图26所示，为了蜂窝层更好地吸收入射光线中的杂散光线，蜂窝层包括相互连接的多个筒体51，每个筒体51的轴线垂直于壳体40的内侧壁面。相邻的两个筒体51之间具有间距l，每个筒体51的高度h与间距l之比大于1。为了降低高度、成本，高度h选值较小，所以相应的间距l选值也较小。应用时选择间距l比较小的情况，例如l为2mm。减反射结构50的所有表面均涂有黑色层。上述的壳体40的内侧壁面优选为壳体40顶板41的内壁面，当然，在图中未示出的实施例中，壳体的内侧壁面还可以是围板42的内壁面。
[0152]
具体地，每个筒体51吸收入射光线中的杂散光线的原理如下：
[0153]
图26中矩形a2b2c2d2表征正六边形柱状体沿高度h方向的截面。光源101的中心光点a1点代表照明设备的安装位置，代表光线的起点。图25中的a1a3是投射向筒体51内壁面的光线，从入光口a2b2进入正六边形的柱状体以后，大部分被黑色的内壁吸收，剩下的少部分的光线在a3点反射后形成有一定发散角度反射光束，反射光束的中心方向光线为a3c3。a3b3和a3d3是反射光束的两条边界光线。如图26所示，反射光束会走向正六边形的柱状体的底部c2d2方向，在上述关系式h/l＞1的作用下，反射光束会再次或多次继续入射到正六边形的柱状体的内侧壁。在经过再次或多次的反射后，入射光线a1a3会被正六边形的柱状体的黑色内壁面吸收掉，而不会反射出去。
[0154]
如图22所示，为了使减反射结构50具有较高的结构强度，减反射结构50为金属件。这样，金属件使得减反射结构50的自身不易变形，避免干扰到正常入射光线，能够保证减反射结构50吸收部分入射光线的效果。
[0155]
如图20和图21所示，照明设备还包括壳体40和出光板60，光源101和透镜1均安装在壳体40内，出光板60设置在壳体40内，出光板60位于透镜1射出的光线的路径上。出光板60在面向光源101的一侧贴合有一层带微结构的膜层。该膜层具有带光点遮蔽能力的微结构膜。上述的膜层优选为美国的bright view膜(高亮屏扩散膜)、luminit膜(光学薄膜)。通过膜贴合工艺将bright view膜贴合到出光板的面向光源的一侧。经过实际验证，贴合了带光点遮蔽能力的微结构膜的出光板对光源和透镜进行光点隐藏处理，使得隐藏效果大幅提升，视觉效果得到大幅地改善。
[0156]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0157]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下
方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0158]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0159]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。