一种透镜组件的制作方法

本发明涉及视频监控设备领域，特别涉及一种透镜组件。

背景技术：

在环境光不足的情况下监控摄像机成像质量会变差，甚至无法正常工作，因此需要配备补光灯，以便对摄像机视场内的环境进行补光，保证成像质量。如图1和图2所示，传统补光灯一般由光源1和透镜2两部分组成，光源1发出的光线经透镜2折射、反射后，投射出一个圆形的光斑3，能够覆盖摄像机的视场范围内。这种传统补光灯存在两个比较明显的缺点：

第一，传统补光灯的光斑一般为圆对称分布，而摄像机视场4通常近似为矩形分布，如图2所示，此时视场外有大量光能损失，当补光灯距离障碍物比较近时，这部分光还会被漫反射成为杂散光进入镜头，降低成像质量。

第二，如图1所示，传统tir(全内反射)透镜主要包含模芯的投射面6和侧边的反射面7。如图3所示，当人站在补光灯附近观察时，可以看到tir透镜两个光学面上的发光点8，由于发光点较小，在环境较暗的情况下，容易造成眩光等人眼不适情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种透镜组件，其通过多个鳞甲曲面拼接形成透镜组件的反射组件，以通过多个反射光斑叠加形成面光源，能够降低眩光程度和形成矩形形状的光斑。

本发明的一个实施例提供一种透镜组件，包括：

第一圆端面，沿着所述第一圆端面设置有纵向延伸至所述透镜组件内部的内凹空间，所述内凹空间用于透射补光灯组件生成的光线；

反射组件，所述反射组件的横截面为圆形；

第二圆端面，自所述内凹空间透射的光线经由所述反射组件反射后经由第二圆端面出射，以形成矩形的补光区域，所述反射组件形成于所述第一圆端面和第二圆端面之间；

其中，所述反射组件包括：

第一鳞甲反射面和与第一鳞甲反射面连接的第二鳞甲反射面，所述第一鳞甲反射面的外表面和第二鳞甲反射面的外表面的横截面均为圆形；

所述第一鳞甲反射面的外表面的纵截面为径向外凸的第一曲线，第二鳞甲反射面的外表面的纵截面为径向外凸的第二曲线，其中，所述第二曲线的凸起最高点所在的横截面的半径大于第一曲线的凸起最高点所在的横截面的半径、且大于所述第一鳞甲反射面与第二鳞甲反射面的连接线所在的横截面的半径。

在一个实施例中，所述第一鳞甲反射面和/或第二鳞甲反射面的外表面周向设置有多个子反射面。

在一个实施例中，每个子反射面反射的光线自所述第二圆端面出射形成一个子反射面光斑，所述内凹空间透射的光线自所述第二圆端面出射形成一个模芯光斑，所述补光区域由所有的子反射面光斑和模芯光斑形成。

在一个实施例中，所述内凹空间具有圆台的形状，所述圆台的顶面为模芯透射面，侧面为模芯侧壁，

所述补光灯组件出射的光线的一部分自模芯透射面透射后经由所述第二圆端面出射；另一部分自所述模芯侧壁折射后经由所述反射组件反射后经由第二圆端面出射。

在一个实施例中，所述补光区域的形状为矩形，

所述多个子反射面中的任一子反射面具有两个与其轴对称设置的两个子反射面和一个与其中心对称设置的子反射面。

在一个实施例中，所述第一鳞甲反射面中的任一第一子反射面和位于所述第二鳞甲反射面中且与所述任一第一子反射面连接的第二子反射面具有相同的圆心角。

在一个实施例中，所述第二鳞甲反射面的第二曲线的最小半径大于所述第一鳞甲反射面的第一曲线的凸起最高点所在的横截面的半径。

在一个实施例中，其中，所述第一鳞甲反射面中的任一第一子反射面和位于第二鳞甲反射面中且与所述任一第一子反射面连接的第二子反射面在相接处具有第一台阶面。

在一个实施例中，所述第一鳞甲反射面的第一曲线和第二鳞甲反射面的第二曲线为凸函数。

在一个实施例中，所述第一鳞甲反射面中的任意两个相邻的第一子反射面在相接处具有第二台阶面；

所述第二鳞甲反射面中的任意两个相邻的第二子反射面在相接处具有第二台阶面。

由以上技术方案可知，在本实施例中，反射组件的外表面不是一个连续的曲面，而是多个鳞甲反射面拼接而成，其中，每个鳞甲反射面都可以形成用于反射补光灯组件的出射光线的独立的反射面，其至少形成一个光斑，多个光斑组合形成矩形的补光区域。其中，补光区域的形状与每个鳞甲反射面形成的光斑形状相同，可形成矩形的补光区域。例如，在应用于补光灯装置时，可对应形成矩形形状的补光区域，从而避免视场外的光能损失和对成像效果的影响。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1是现有的补光灯的结构示意图。

图2是现有的补光灯的补光区域的示意图。

图3的现有的补光灯的发光效果的示意图。

图4是本发明的透镜组件的第一实施例的侧视图。

图5是图4的透镜组件的光学示意图。

图6是本发明的透镜组件的第二实施例的侧视图。

图7是图6的透镜组件的正面视图。

图8是图6的透镜组件的发光效果的示意图。

图9是本发明的透镜组件的第三实施例的侧视图。

图10是本发明的透镜组件的第三实施例的正面视图。

图11是本发明的透镜组件的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

图4是本发明的透镜组件的第一实施例的侧视图。图5是图4的透镜组件的光学示意图。如图4和图5所示，本发明提供一种透镜组件100，包括：

第一圆端面11，沿着第一圆端面11设置有纵向延伸至透镜组件100内部的内凹空间12，内凹空间12用于透射补光灯组件生成的光线；

反射组件20，反射组件20的横截面为圆形；

第二圆端面13，自内凹空间12透射的光线经由反射组件20反射后经由第二圆端面13出射，以形成矩形形状的补光区域30，反射组件20形成于第一圆端面11和第二圆端面13之间；

其中，反射组件20包括：

第一鳞甲反射面21和与第一鳞甲反射面21连接的第二鳞甲反射面22，第一鳞甲反射面21的外表面和第二鳞甲反射面22的外表面的横截面均为圆形；

第一鳞甲反射面21的外表面的纵截面为径向外凸的第一曲线，第二鳞甲反射面22的外表面的纵截面为径向外凸的第二曲线，其中，第二曲线的凸起最高点所在的横截面的半径大于第一曲线的凸起最高点所在的横截面的半径、且大于第一鳞甲反射面21与第二鳞甲反射面22的连接线所在的横截面的半径。

在本实施例中，将透镜组件100的第一圆端面11的中心做为透镜的三维坐标系的圆点，以透镜组件的光轴方向作为z轴方向，以第一圆端面11所在平面作为xoy平面。其中，横截面方向是指平行于xoy平面的方向，而纵截面的方向为通过z轴、且垂直于xoy平面的方向。

其中，内凹空间12具有圆台的形状，圆台的顶面为模芯透射面121，侧面为模芯侧壁122，补光灯组件出射的光线的一部分自模芯透射面121透射后经由第二圆端面13出射；另一部分自模芯侧壁122折射后经由反射组件20反射后经由第二圆端面13出射。

结合图5所示，经过透镜组件100的折射，自第二圆端面13出射的光线在接收面10上形成补光区域30，以接收面10作为成像的三维坐标系的x’o’y’平面，则补光区域30的中心圆点o’位置与透镜的三维坐标系的圆点位置对应。

其中，反射组件20的截面为圆形，但是，在本实施例中，反射组件20的外表面不是一个连续的曲面，而是多个鳞甲反射面拼接而成，也就是说，反射组件20的截面为由多个鳞甲发射面的曲线形状组合形成的近似为圆形的曲线。其中，每个鳞甲反射面都可以形成用于反射补光灯组件的出射光线的独立的反射面，其至少形成一个光斑，多个光斑组合形成补光区域30。其中，补光区域30的形状与每个鳞甲反射面形成的光斑形状相同，则通过设置多个鳞甲反射面的形状，可形成对应于鳞甲形状的补光区域。例如，在应用于补光灯装置时，可对应形成矩形形状的补光区域，从而避免视场外的光能损失和对成像效果的影响。

在本实施例中，第一鳞甲反射面21和第二鳞甲反射面22是指位置相连、且彼此相接的一对鳞甲反射面，其中，第一鳞甲反射面21是指更靠近第一圆端面11的一个鳞甲反射面，而第二鳞甲反射面22是指更靠近第二圆端面13、且横截面的半径更大的一个鳞甲反射面。反射组件20可不仅包括一对鳞甲反射面。例如，在如图4所示的实施例中，反射组件20包括三个鳞甲反射面，则当与第一圆端面11相接的一个鳞甲反射面作为第一鳞甲反射面21时，本实施例中位于中间的一个鳞甲反射面即为第二鳞甲反射面22；而当位于中间的一个鳞甲反射面作为第一鳞甲反射面21时，本实施例中与第二圆端面13相接的一个鳞甲反射面即为第二鳞甲反射面22。以此类推，本实施例中的反射组件可包括多对鳞甲反射面，从而形成更多个光斑，以削弱发光点的眩光程度。

图6是本发明的透镜组件的第二实施例的侧视图。图7是图6的透镜组件的正面视图。

如图6和图7所示，本发明提供一种透镜组件100，包括：

第一圆端面11，沿着第一圆端面11设置有纵向延伸至透镜组件100内部的内凹空间12，内凹空间12用于透射补光灯组件生成的光线；

反射组件20，反射组件20的横截面为圆形；

第二圆端面13，自内凹空间12透射的光线经由反射组件20反射后经由第二圆端面13出射，以形成补光区域30，反射组件20形成于第一圆端面11和第二圆端面13之间；

其中，反射组件20包括：

第一鳞甲反射面21和与第一鳞甲反射面21连接的第二鳞甲反射面22，第一鳞甲反射面21的外表面和第二鳞甲反射面22的外表面的横截面均为圆形；

第一鳞甲反射面21的外表面的纵截面为径向外凸的第一曲线，第二鳞甲反射面22的外表面的纵截面为径向外凸的第二曲线，其中，第二曲线的凸起最高点所在的横截面的半径大于第一曲线的凸起最高点所在的横截面的半径、且大于第一鳞甲反射面21与第二鳞甲反射面22的连接线所在的横截面的半径。

其中，第一鳞甲反射面21和/或第二鳞甲反射面22的外表面周向设置有多个子反射面40，补光区域30的形状关联于子反射面40的形状。

结合图8所示，本实施例提出了一种基于面片拼接的鳞甲透镜，其中，反射组件的反射面由一个连续的曲面变成了一张由多个子反射面拼接而成的鳞甲曲面。从补光灯组件发出的光经过这些子反射面全反射后形成了同一形状的光斑(例如矩形光斑)，而这些光斑共同叠加成了一个具有相同形状的补光区域，这个特点可以带来两个好处：1.外观方面，人在近处观察时，鳞甲曲面上的每个子反射面40都是发光点，当子反射面的密度足够大时，人眼将认为是一整个面在发光，从而大大降低了眩光程度；2.光学效果方面，由于每个子反射面形成的光斑都是一样的，这可以降低透镜对加工精度的依赖，从而提高了鲁棒性。

具体地，每个子反射面40反射的光线自第二圆端面13出射形成一个子反射面光斑，内凹空间12透射的光线自第二圆端面13出射形成一个模芯光斑，补光区域30由所有的子反射面光斑和模芯光斑形成。

如图6所示，透镜组件100的最上面一层形成为台阶结构，台阶厚度为t，优选的t∈[1,5]mm，一般情况下，台阶结构为圆盘形状，直径为d，优选的d∈[5,30]mm，台阶的上表面为第二圆端面13，其作为透镜组件100的出射面，经过透镜组件100折射的光线最终透过第二圆端面13射出，出射面一般为平面或者复眼面，加工工艺一般为抛光或者咬花。

内凹空间12具有圆台的形状，圆台的顶面为模芯透射面121，侧面为模芯侧壁122，补光灯组件出射的光线的一部分自模芯透射面121透射后经由第二圆端面13出射；另一部分自模芯侧壁122折射后经由反射组件20反射后经由第二圆端面13出射。

内凹空间12形成于第一圆端面11，第一内凹空间12的底面外围形成圆环结构，其宽度为d，优选的d∈[0.2,5]mm，内凹空间12的底部半径为r，优选的r∈[1,5]mm，内凹空间12的侧面为模芯侧壁122，模芯侧壁122有一拔模角度α，优选的α∈[1,30]°，内凹空间12的深度为h，优选的h∈[1,10]mm，内凹空间12的顶部为模芯透射面121，其为一光学曲面，优选地，该光学曲面具有好像第二圆端面13凸起的弧度。

进一步地，补光区域30的形状关联于子反射面40的排列位置。一般情况下，每个子反射面都是不相同的，就是说鳞甲曲面上的任意两个子反射面的形状尺寸都不是旋转对称、平移对称或者镜像对称的。在监控摄像机领域，最合适的补光光分布是矩形光斑，即图5中的光斑形状为以o’为中心的矩形，由于矩形形状为四分之一对称图案，因此透镜组件100的每个鳞甲曲面也会是四分之一对称的结构。

因此，在一个优选实施例中，如图7所示，补光区域30的形状为矩形，每个子反射面40具有矩形的形状，且多个子反射面40中的任一子反射面40具有两个与其轴对称设置的两个子反射面和一个与其中心对称设置的子反射面。进一步地，第一鳞甲反射面21中的任一第一子反射面41和位于第二鳞甲反射面22中且与任一第一子反射面41连接的第二子反射面42具有相同的圆心角。

也就是说，鳞甲曲面上的子反射面40呈放射形分布，每一圈包含4n个子反射面，在xoy直角坐标系里每个象限包含了n个子反射面，n＝1,2,3…(图例中n＝6)，每个子反射面对于原点o的夹角都是θ＝360/4n(图例中θ＝360/24＝15)。

结合图6所示，鳞甲曲面上的子反射面沿着z轴分成了m层，m＝1,2,3…(图例中m＝3)，每一层的高度分别是h1,h2,h3…(一般情况下h1＝h2＝h3＝…)。使用s(i,j)来标记子反射面，其中i为层数(i＝1,2,…m)，j为从正x轴开始的逆时针序号数。

由于矩形形状为四分之一对称图案，因此透镜的鳞甲曲面也会是四分之一对称，如第i象限的s(2,2)与第ii象限的s(2,11)关于y轴镜像对称，与第iv象限的s(2,23)关于x轴镜像对称，而与第iii象限的s(2,14)关于圆点o中心对称。同时，第iii象限的s(2,14)与第iv象限的s(2,23)关于y轴镜像对称，第i象限的s(2,2)与第iv象限的s(2,23)关于x轴镜像对称，第ii象限的s(2,11)与第iii象限的s(2,14)关于x轴镜像对称。

图9是本发明的透镜组件的第三实施例的侧视图。图10是本发明的透镜组件的第三实施例的正面视图。图11是本发明的透镜组件的第三实施例的结构示意图。

如图9所示，第二鳞甲反射面22的第二曲线的最小半径大于第一鳞甲反射面21的第一曲线的凸起最高点所在的横截面的半径。

进一步地，补光区域30的形状还关联于子反射面40的曲率。

具体地，以s(1,1)面片作为例子分析鳞甲面片的曲面结构特性，如图9所示，f(x)为s(1,1)面片和xoz面的剖面线，对应于矩形形状的补光区域，f(x)有以下几个特性：1.对曲线上的任意一点都有f′(x)＝df(x)/dx>0，即f(x)为递增函数；2.对于曲线上任意两点x1和x2都有f((x1+x2)/2)≤(f(x1)+f(x2))/2，即f(x)为凸函数；3.优选的曲线上任意一点的曲率k(x)∈[0,10],其中k(x)＝|f″(x)|/(1+f′(x)²)^3/2。

即，鳞甲反射面的径向尺寸都是层层递增的，如第2层鳞甲反射面的最小径向尺寸要大于等于第1层鳞甲反射面的最大径向尺寸，此为实际加工需要。每个子反射面之间都不是自然衔接的，都是存在一些小间隙，间隙尺寸不超过1mm，需要通过一些台阶来实现相邻的鳞甲反射面中对应的子反射面之间的连接。具体地，如图11所示，第一鳞甲反射面21中的任一第一子反射面41和位于第二鳞甲反射面42中且与任一第一子反射面41连接的第二子反射面42在相接处具有第一台阶面43。

如图10所示，ρ(θ)为s(1,1)面片和xoy面的剖面线的极坐标表达形式，对应于矩形形状的补光区域，ρ(θ)有以下几个特性：1.对于曲线上任意两点θ1和θ2都有ρ((θ1+θ2)/2)≤(ρ(θ1)+ρ(θ2))/2，即ρ(θ)为凸函数；2.优选的曲线上任意一点的曲率j(x)∈[0,10]。

对应地，第一鳞甲反射面21中的任意两个相邻的第一子反射面41在相接处具有第二台阶面44；第二鳞甲反射面22中的任意两个相邻的第二子反射面42在相接处具有第二台阶面44。

在本实施例中，透镜组件的材料可以为pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)或pc(聚碳酸酯)，由于该透镜组件的兼容性较强，同一款透镜可以同时适配多款led(发光二极管)光源、包括混光光源。

由以上技术方案可知，本实施例提出了一种基于面片拼接的鳞甲透镜，其中，反射组件的反射面由一个连续的曲面变成了一张由多个子反射面拼接而成的鳞甲曲面。从补光灯组件发出的光经过这些子反射面全反射后形成了同一形状的光斑(例如矩形光斑)，而这些光斑共同叠加成了一个具有相同形状的补光区域，这个特点可以带来两个好处：1.外观方面，人在近处观察时，鳞甲曲面上的每个子反射面40都是发光点，当子反射面的密度足够大时，人眼将认为是一整个面在发光，从而大大降低了眩光程度；2.光学效果方面，由于每个子反射面形成的光斑都是一样的，这可以降低透镜对加工精度的依赖，从而提高了鲁棒性。

在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。

除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。