1.本发明涉及灯具领域，尤其涉及一种广角洗墙灯及其透镜元件。
背景技术：
2.随着照明技术的不断进步与发展，人们对照明质量要求也越来越高，而led灯具因其具有出光效率高、聚光性能好的优点，越来越多地应用于家居领域或博物馆灯光应用。目前市场上的常见的洗墙灯为天花顶部灯，采用常规偏光透镜加反射灯罩的出光方式，从天花板对墙面照射，照射面往往存在光斑不均匀、天花顶部天际线出现明显暗区等现象，该暗区的存在，使得空间照明缺乏层次感与统一性。传统的洗墙灯具在结构上限制洗墙灯具的洗墙效果，顶部天际线没有相应的光学曲面进行补光，从而限制了洗墙的效果。
3.为了弥补天花顶部的灯光暗区，本发明重新设计了一种透镜元件，以提供一种具有该透镜元件的广角洗墙灯，使得顶部暗区问题有了很好的改善。
技术实现要素：
4.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有洗墙灯从天花板对墙面照射时存在的光斑不均匀和存在暗区的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种透镜元件，其包括相邻设置的主透镜和副透镜，主透镜和副透镜共同接收来自第一光源的光线，主透镜上形成和第一光源的位置相对应的第一入光口，主透镜包括设置在第一光源相对侧的第一出光面，副透镜设置在主透镜的第一侧，副透镜和主透镜之间形成第二入光口，其中，副透镜包括直接朝向第一光源的第三入光面，主透镜在第一侧和第三入光面连接且构成第二入光口，副透镜还包括第三全反射面、第四全反射面和第二出光面，第三全反射面和第三入光面相连接，第四全反射面和第二出光面相连接，第二出光面朝向主透镜的第二侧；第一光源的第一光分量经过第一入光口射入主透镜，经第一出光面导出，第一光源的第二光分量经过第一入光口的外边缘射到第三入光面，然后在副透镜中先后经第三全反射面、第四全反射面反射后，经第二出光面向第二侧导出。
6.进一步地，第三入光面包括会聚部，会聚部设置在第三入光面靠近第一光源的一端，其被配置为接收第一光源的第二光分量折射并将光线折射后分配在第三全反射面。
7.更进一步地，会聚部为凸透面，其向第一光源凸出。
8.进一步地，副透镜的第三全反射面为平直面，第四全反射面为曲面，且曲面的曲率中心位于朝向主透镜的一侧。
9.进一步地，主透镜和副透镜相连接，第一出光面和第二出光面相连并形成夹角，第二出光面向远离第一光源的方向延伸。
10.进一步地，第一出光面和第二出光面均为平直面。
11.进一步地，主透镜包括设置在主透镜外侧的第一全反射面和第二全反射面，第一入光口包括依次连接的第一入光面、中央入光面和第二入光面，其中，第一入光面和第一全
反射面相连，第一全反射面将自第一入光面入射的全部光线反射到第一出光面导出，第二入光面和第二全反射面相连，第二全反射面将自第二入光面入射的全部光线反射到第一出光面导出。
12.更近一步地，主透镜为杯状结构，第一全反射面和第二全反射面连接成环绕主透镜外侧的环形面，第一入光面和第二入光面连接成围绕第一光源的环形面。
13.在本发明的一个实施例中，还包括侧透镜，其和主透镜相邻连接在主透镜的第二侧，包括第三入光口，第三入光口包围第二光源，侧透镜和主透镜共用第一出光面，第二光源的光线经过第三入光口射入侧透镜，再经第一出光面导出。
14.更进一步地，侧透镜包括设置在侧透镜外侧的第五全反射面和第六全反射面，第三入光口包括依次连接的第四入光面、第五入光面和第六入光面，其中，第四入光面和第五全反射面相连，第五全反射面将自第四入光面入射的全部光线反射到第一出光面导出，第六入光面和第六全反射面相连，第六全反射面将自第六入光面入射的全部光线反射到第一出光面导出。
15.本发明还提供了一种广角洗墙灯，包括灯壳、面环以及上述的透镜元件，其中面环可拆卸地设置于灯体的端面，透镜元件为一体成型而成并且固定设置在灯壳和面环之间，面环承接在透镜元件的下端，第一出光面和第二出光面露出在面环之外。
16.进一步地，面环包括第一面环和第二面环，其中，第一面环支撑并环向围绕第一出光面，第二面环抵接在第四全反射面和第二出光面相交端。
17.技术效果：
18.本发明为了弥补天花顶部的灯光暗区，重新设计了光学透镜将点光源均匀的平铺至被照射面上，主透镜的一侧设置了包含一组二次全反射光学面的副透镜，将光源部分光线以一定范围照射到墙面，使得墙面顶部的暗区被照明，洗墙效果得到改善。该灯具在较高位置安装时，实现对地面和墙面均匀照明，同时兼具有反眩的效果。
19.本发明采用led芯片作为光源，具有光源稳定、生产效率高、产品组合灵活性大的优点。本发明中的透镜元件，采用自动化注塑工艺一体成型，一个透镜组就取代了原先常规透镜加反射罩的方案，产品在零部件上更加简洁，产品装配更加简单。
20.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
21.图1是本发明的透镜元件的一个实施例的结构示意图。
22.图2是图1的透镜元件的光路示意图。
23.图3是本发明的透镜元件的另一个实施例的结构示意图。
24.图4是本发明的透镜元件配合灯具的剖面结构示意图。
25.图5是图4的a-a方向的剖面结构示意图。
26.图6是本发明的透镜元件的一个实施例的外观示意图。
27.图7是本发明的广角洗墙灯的一个实施例的外部结构示意图。
28.其中：100透镜元件，1主透镜，10第一入光口，11第一出光面，12第一入光面，13中央入光面，14第二入光面，15第一全反射面，16第二全反射面，2副透镜，20第二入光口，21第
二出光面，22第三入光面，221会聚部，23第三全反射面，24第四全反射面，3第一光源，3a第一光分量，3b第二光分量，4侧透镜，40第三入光口，41第五全反射面，42第六全反射面，43第四入光面，44第五入光面，45第六入光面，5第二光源，200灯壳，300面环，301第一面环，302第二面环，400散热器，500电路板，600墙面。
具体实施方式
29.如图1和图2所示为本发明的一种透镜元件，其主要包括相邻设置的主透镜1和副透镜2，主透镜1和副透镜2共同接收来自第一光源3的光线，主透镜1上形成和第一光源3的位置相对应的第一入光口10，主透镜1包括设置在第一光源3相对侧的第一出光面11，副透镜2设置在主透镜1的第一侧，副透镜2和主透镜1之间形成第二入光口20。第一入光口10不将第一光源3完全包围，而使部分来自第一光源3的光线能够到达第二入光口20。
30.副透镜2相比于主透镜1距离第一光源3较远，其包括直接朝向第一光源3的第三入光面22，第三入光面22从主透镜1第一侧向第一光源3延伸，主透镜1和第三入光面22构成第二入光口20，副透镜2还包括第三全反射面23、第四全反射面24和第二出光面21，第三全反射面23和第三入光面22相连接，第四全反射面24和第二出光面21相连接，第二出光面21朝向主透镜1的第二侧。
31.第一光源3的第一光分量3a经过第一入光口10射入主透镜1，经第一出光面11导出，第一光源3的第二光分量3b经过第一入光口10的外边缘射到第三入光面22，然后在副透镜2中先后经第三全反射面23、第四全反射面24反射后，经第二出光面21向第二侧导出。
32.在本发明的透镜元件可适用于地面和墙面的照明。图4所示为按照与墙面垂直的竖直面所形成的透镜元件的截面结构，以如图4中示出的方向为例，光源和透镜元件100按上下方设置，第一光源3在主透镜1上方，通过主透镜1将第一光分量3a向下侧导出射向地面，副透镜2设置在主透镜1左边的第一侧，用于将第二光分量3b向右、即向第二侧导出射向墙面600，达到洗墙灯的效果，墙面600位置于该透镜元件100的右下方。
33.主透镜1包括设置在其两侧的第一全反射面15和第二全反射面16，第一入光口10包括依次连接的第一入光面12、中央入光面13和第二入光面14，其中，第一入光面12和第二入光面14为中央入光面13的两端向第一光源3延伸而成，形成凹面结构，第一入光面12和第一全反射面15相连，第一全反射面15将自第一入光面12入射的全部光线反射到第一出光面11导出，第二入光面14和第二全反射面16相连，第二全反射面16将自第二入光面14入射的全部光线反射到第一出光面11再经过第一出光面11折射后导出，而自中央入光面13入射的光线则经过第一出光面11折射后导出。
34.中央入光面13可选为凸透面，这样经过中央入光面13折射后的光线变得集中，达到聚光效果。如图2所示，第一光源3偏离主透镜1的中心设置，第一入光面12距离第一光源3较近，第一入光面12也可选为凸透面，以将接收到的光线会聚并形成大致平行的光线到第一全反射面15。优选地，第一全反射面15和第二全反射面16均为平直面，通过全反射使光线的光效提高，第一出射面为平直面，为适于透光的平面结构，主要作用为通过折射将到达其的光线折射至较远处，而从第二全反射面16导出的光线全部在副透镜2中经过全反射，光强损耗较低。
35.通过主透镜1，第一光源3的第一光分量3a被导向下侧。第一光源3可以设置在主透
镜1的主光轴上，也可以设置在偏离主光轴的一侧。
36.副透镜2中，第三入光面22包括会聚部221，会聚部221设置在第三入光面22靠近第一光源3的一端，其被配置为接收第一光源3的第二光分量3b并将光线折射后分配在第三全反射面23。第一光源3的第二光分量3b所包含为侧向光线并且角度范围较小，其光通量和光强小于第一光分量3a，将会聚部221设置为凸透面，对进入副透镜2的这部分光线进行会聚，会聚后使其大致平行，并且通过第三全反射面23和第四全反射面24配光，能够使光线的光效提高。
37.如图1和图2，第三全反射面23和第四全反射面24分别设置在副透镜2的上下两侧，优选地，第三全反射面23为平直面，第四全反射面24为曲面，第四全反射面24上各点的曲率中心位于朝向主透镜1的一侧，即向远离第一光源3的方向向外凸出。在一个实施例中，第四全反射面24为光滑圆弧面，第二光分量3b的光线经过会聚部221形成大致平行的光线，到达第四全反射面24反射时，随入射角的变化，而使到达第四全反射面24上不同位置的各光线具有不同出射角度，其中，第四全反射面24设置为向下倾斜的一段圆弧面，在第四全反射面24上端的光线l1反射角较大，反射后的光线l1’偏向下，而在下端的光线l2反射角较小，反射后的光线l2’偏向上。这样，第二光分量3b的光线经过副透镜2后被分配在墙面600的不同高低位置。
38.本发明的透镜元件为一体成型而成，主透镜1和副透镜2相连接，第一入光口10和第二入光口20设置于第一出光面11的同侧，第一出光面11和第二出光面21相连并形成夹角，呈“l”字型，第二出光面21设置为向下延伸。进一步地，第一出光面11和第二出光面21均为平直面。
39.如图5所示是本发明的透镜元件按与墙面600平行的竖直面所形成的a-a截面结构示意图。在如图6所示的一个实施例中，主透镜1为杯状结构，其第一全反射面15和第二全反射面16连接成一体，沿主透镜1的外侧形成环形面，同样地，第一入光面12和第二入光面14连接成围绕第一光源3的环形面。
40.在本发明的另一个实施例中，如图3所示，透镜元件100还包括侧透镜4，其和主透镜1相邻连接在第二侧，包括第三入光口40，第三入光口40包围第二光源5，侧透镜4和主透镜1共用第一出光面11，第二光源5的光线经过第三入光口40射入侧透镜4，再经第一出光面11导出。
41.侧透镜4适于将第二光源5的光线向下照射，达到补充光线的目的，可以设置为一个或多个。侧透镜4作用于第二光源5各光线的光路和主透镜1作用于第一光源3相似。侧透镜4还包括设置在侧透镜4两侧的第五全反射面41和第六全反射面42，第三入光口40包括依次连接的第四入光面43、第五入光面44和第六入光面45，其中，第四入光面43和第五全反射面41相连，第五全反射面41将自第四入光面43入射的全部光线反射到第一出光面11导出，第六入光面45和第六全反射面42相连，第六全反射面42将自第六入光面45入射的全部光线反射到第一出光面11导出。另外，自第五入光面44入射的光线则经过第一出光面11折射后导出。
42.在一个实施例中，侧透镜4为杯状结构，其外侧全反射面和沿第三入光口40的入光面各连接成一体，均形成环形面。
43.透镜元件100可以采用pmma材料制成，此外还可以由pc材料、玻璃材料、透明材料、
半透明材料或有颜色的透明材料等制成，采用自动化注塑工艺一体成型。本领域技术人员可以根据实际需求进行具体选择，不受材料的品种、透明度及颜色等因素限制。
44.本发明提到的各全反射面，其全反射的实现与到达各界面的入射角以及透镜折射率密切相关，本领域技术人员结合选用透镜材质和实际使用场合来设计，使其能够达到全反射条件即可。
45.在一个实施例中，本发明的透镜元件用于led光源，对于主透镜1和副透镜2而言，第一光源3以led芯片为发光体，根据朗伯余弦定律，沿led芯片所在面法线方向的光强i0为最大，而随着光线相对于所述法线夹角θ的增大，光强i
θ
变为：
46.i
θ
＝i
0 cosθ,
47.可见当光源的光线偏离法线，光强随倾斜角度增大而降低。由此可知，第一光源3发射的光线中，第二光分量3b的光强较弱。而通过本发明中的副透镜2，借助其全反射面的全反射后使这部分光线光效提高，对光线转向，使导出的光线照向墙面600，能够实现对墙面位于天花天际线这样的高处的照明，实现墙面无暗区，这是一般的顶部灯具无法达到的。此外，第一光分量3a的光线，经过第一入光面12、中央入光面13和第二入光面14的折射后，光线范围被重新分配，通过第一出光面11折射后向下导出，适于从顶部对地面照明。
48.作为上述透镜元件的应用，本发明提供了一种广角洗墙灯，如图7所示，其包括灯壳200和面环300，面环300可拆卸地设置于灯壳200的端面，灯壳200内固定安装有散热器400，透镜元件100为一体成型而成且安装于灯壳200之中，固定在散热器400和面环300之间。透镜元件100和散热器400之间固定安装光源，在第一入光口10和第三入光口40的上侧对应安装第一光源3和第二光源5，第二入光口20接收第一光源3的部分光线。第一光源3和第二光源5均为安装于电路板500上的一个或若干个led芯片，采用多个led芯片分布时，led芯片的排列方向与墙面600平行。
49.面环300承接在透镜元件100的下端，并将透镜元件100包围起来，仅使第一出光面11和第二出光面21露出在面环300之外。具体包括第一面环301和第二面环302，其中，第一面环301支撑并环向围绕在第一出光面11的外延部分，以不影响第一出光面11出射光线；第二面环302支撑副透镜2的第四全反射面24，抵接在第四全反射面24和第二出光面21相交端，第二出光面21露出在第二面环302之外，因而保证出射光线不被遮挡。第二面环302和第一面环301之间通过过渡面连接成环后将透镜元件100包围。第一面环301和第二面环302除提供对透镜元件100的支撑，并且通过遮挡非出光面的部分，还起到了防眩光和消除杂光的作用。
50.本发明的广角洗墙灯利用主透镜和副透镜，安装在天花板，能够实现为将低处(地面)和侧面(墙面)都照亮，并且解决了单灯天花附近墙面的照明难点。
51.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。