光学系统及灯具的制作方法

1.本发明涉及一种光学系统及灯具，属于照明技术领域。


背景技术：

2.现有的射灯一般通过控制入射面、全反射面和出射面的曲率，尽可能多的出射更多的能量，但是入射光线会在入射面产生界面反射(菲涅尔反射)，消耗光线的大部分能量，使得光的有效利用率难以进一步提高。
3.有鉴于此，确有必要对现有的光学系统及灯具提出改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种光学系统及灯具，以提高光线的透过率。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种光学系统，包括光学组件和光源组件，所述光学组件具有相对设置的入光侧和出光侧且所述光源组件朝向所述入光侧设置，所述光学组件包括第一光学部和第二光学部，所述第二光学部设置在所述第一光学部的外侧，所述第一光学部的内侧壁为第一全反射面，所述第二光学部远离所述第一光学部的一侧的内侧壁为第二全反射面，所述光源组件发出的光线在所述入光侧折射后分别经由所述第一全反射面和所述第二全反射面反射后在所述出光侧折射而出。
6.作为本发明的进一步改进，所述第一光学部和所述第二光学部均呈喇叭状，所述第二光学部环绕设置在所述第一光学部的外侧，所述第一光学部和所述第二光学部相对于同一轴线呈中心对称。
7.作为本发明的进一步改进，所述第一光学部和所述第二光学部均呈条状，所述第二光学部包括分设在所述第一光学部的两侧的两部分。
8.作为本发明的进一步改进，所述光学组件和所述光源组件之间还设有第三光学部，所述光源组件发出的光线在通过所述第三光学部后分别进入所述第一光学部和所述第二光学部。
9.作为本发明的进一步改进，所述第三光学部的折射率和所述第二光学部的折射率相同。
10.作为本发明的进一步改进，所述第一全反射面和所述第二全反射面均为自由曲面。
11.作为本发明的进一步改进，所述第一光学部在所述入光侧具有第一入射面，所述第二光学部在所述入光侧具有第二入射面，所述第一光学部在所述出光侧具有第一出射面，所述第二光学部在所述出光侧具有第二出射面，所述第一入射面和所述第二入射面错开设置，所述第一出射面和所述第二出射面位于同一平面。
12.作为本发明的进一步改进，所述第一出射面具有朝向所述第二出射面延伸的限位部，所述第二出射面上对应设有供收容所述限位部的凹槽，所述限位部通过与所述凹槽相配合，以使所述第一光学部和所述第二光学部之间相对固定。
13.为实现上述目的，本发明还提供了一种灯具，包括如上所述的光学系统。
14.本发明的有益效果是：本发明通过设置两组透镜并在透镜和光源组件之间填充硅胶，可消除入射面的界面反射，有效提升了出射光线的透过率，同时通过控制全反射面的曲率可实现不同的配光角度。
附图说明
15.图1是本发明灯具的光路结构示意图。
16.图2是本发明灯具的截面结构示意图。
17.图3是本发明灯具的剖面结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
19.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
20.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
21.如图1至图3所示，本发明揭示了一种灯具100，所述灯具100中设有用于提高光线透过率的光学系统，所述光学系统包括光学组件10，所述光学组件10为透镜结构并罩设在所述灯具100的光源21上，所述光源21可以是led灯珠，所述光学组件10用于对所述灯具100发出的光线进行控制，以提升透过率。为了描述清楚，以下说明书部分将以该光学组件10应用于灯具100为例，对灯具100的具体结构进行详细说明。
22.如图2所示，所述光学系统包括光学组件10和光源组件20，所述光学组件10呈喇叭状且具有相对设置的入光侧和出光侧，其中，所述光学组件10的横截面较小的一侧为入光侧，横截面较大的一侧为出光侧。所述光源组件20朝向所述入光侧设置，所述光源组件20包括光源21和基板22，所述光源21设置在所述基板22上且朝向所述光学组件10设置，以使所述光源21发出的光线通过所述入光侧并自所述出光侧射出。
23.作为本发明的优选实施例，所述光学组件10包括第一光学部11和第二光学部12，所述第一光学部11和所述第二光学部12相对于同一轴线呈中心对称。所述第二光学部12形成有一收容所述第一光学部11的腔体，所述第一光学部11呈喇叭状且所述第一光学部11的内侧壁上形成有第一全反射面112，所述第二光学部12呈喇叭状且环绕设置在所述第一光学部11的外侧，所述第二光学部12的内侧壁上形成有第二全反射面122。优选地，所述第一光学部11的内侧壁整体均为所述第一全反射面112，所述第二光学部12远离所述第一光学部11的一侧的内侧壁整体均为所述第二全反射面122。可以理解的是，所述腔体同样呈喇叭状以与所述第一光学部11的外侧壁相贴合，所述第一全反射面112设置在所述第一光学部11和所述第二光学部12之间。
24.如图2所示，在本发明的另一可选的实施例中，所述第一光学部11和所述第二光学部12均呈条状且所述第一光学部11和所述第二光学部12均沿同一方向延伸，即，所述第一光学部11和所述第二光学部12均沿图2中灯具100的截面图的法向方向延伸，所述第二光学部12包括分设在所述第一光学部11的两侧的两部分，且所述第二光学部12关于所述第一光学部11左右对称，具体可根据需要进行设置，在此不做任何限制。
25.所述第一光学部11在所述入光侧具有第一入射面111，所述第一光学部11在所述出光侧具有第一出射面113，所述第二光学部12在所述入光侧具有第二入射面121，所述第二光学部12在所述出光侧具有第二出射面123。
26.如此设置，所述光源组件20发出的光线可分别通过所述第一光学部11和所述第二光学部12，具体可分为第一路径和第二路径，其中，所述第一路径为依次通过所述第一入射面111进行折射、所述第一全反射面112进行反射、所述第一出射面113进行折射，所述第二路径为依次通过所述第二入射面121进行折射、所述第二全反射面122进行反射、所述第二出射面123进行折射。即，所述光源组件20发出的光线从所述入光侧分别经由所述第一路径和所述第二路径后从所述出光侧射出。在本发明的另一实施例中，所述第一出射面113和所述第二出射面123位于同一平面，所述第一入射面111和所述第二入射面121错开设置。
27.作为本发明的一较佳的实施例，所述光学组件10和所述光源组件20之间还设有第三光学部13，所述第一光学部11、所述第二光学部12和第三光学部13相对于同一轴线呈中心对称。所述光源组件20发出的光线在通过所述第三光学部13后分别进入所述第一光学部11和所述第二光学部12。
28.具体地，所述第三光学部13设置在所述光源21和所述入光侧之间，以填补所述光源21和所述第一光学部11和所述第二光学部12之间的空隙，进而减少菲涅尔反射以挺高光线的透过率。优选地，所述第三光学部13的折射率和所述第二光学部12的折射率相同。可以理解的是，所述第三光学部13的折射率和所述第二光学部12的折射率相同并不严格进行限定，只要是折射率相同或相近即可。所述第三光学部13和所述第二光学部12的材质可以相同，如此所述第三光学部13的折射率和所述第二光学部12的折射率相同，当然，所述第三光学部13和所述第二光学部12的材质也可以不相同，具体可根据需要进行设置，在此不做任何限制。
29.在上述实施例中，所述第一光学部11和所述第二光学部12可以由玻璃制成，包括但不限于有机玻璃pmma、pc或树脂材料，所述第一光学部11和所述第二光学部12实质为透镜，所述第三光学部13可以由硅胶制成。当所述第一光学部11和所述第二光学部12为有机玻璃时，因为硅胶的折射率为1.41并接近有机玻璃为1.489的折射率，可以消除所述第一入射面111和所述第二入射面121的界面反射(菲涅尔反射)。当然，在本发明的其他实施例中，所述第三光学部13也可以由其他材料制成，只要是与所述第一光学部11和所述第二光学部12的折射率接近即可，在此不做任何限制。
30.在本发明的另一较佳的实施例中，所述第一全反射面112和所述第二全反射面122均为自由曲面。通过控制所述第一全反射面112和所述第二全反射面122的曲率可以来调整出射光线的角度，从而实现透过率的大幅度提升，以趋近100％。
31.如图1所示，具体地，所述第一全反射面112上任意一点的法向量满足
其中，为该点处经过所述第一全反射面112进行反射前的入射光线，为该点处的出射光线，n1为所述第一光学部11的折射率。同样地，所述第二全反射面122上任意一点的法向量满足其中，为该点处经过所述第二全反射面122进行反射前的入射光线，为该点处的出射光线，n2为所述第二光学部12的折射率。
32.以入射光线为例，的向量形式可以表示为(cosθ,sinθ)，其中，θ为入射光线与x轴的夹角。根据用户对于灯具100配光角度的不同需求，可以设置例如10
°
、24
°
、30
°
、60
°
等不同的配光角度，出射光线的方向向量随之变化。当出射光线的方向向量已知时，即可以求出第一全反射面112或第二全反射面122在指定入射光线上的法向量。通过指定初始点的坐标，采用欧拉的数学思路，联立上述各公式分别得到第一全反射面112和第二全反射面122的每个点的坐标，采用自由曲线命令，连接各坐标点，得出第一全反射面112和第二全反射面122的自由曲面的数据。
33.如图3所示，作为本发明的另一实施例，所述第一出射面113具有朝向所述第二出射面123延伸的限位部114，所述第二出射面123上对应设有供收容所述限位部114的凹槽，所述限位部114通过与所述凹槽相配合，以使所述第一光学部11和所述第二光学部12之间相对固定。进一步地，所述灯具100还包括壳体(未图示)，所述壳体用于固定所述光学组件10和所述光源组件20并防止其脱离，同时防止所述第一光学部11、第二光学部12和第三光学部13之间产生相对移动。
34.综上所述，本发明通过设置两组透镜并在透镜和光源组件20之间填充硅胶，可消除入射面的界面反射，有效提升了出射光线的透过率，同时通过控制全反射面的曲率可实现不同的配光角度。
35.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。