CN104456420B - 一种用于筒灯配光的凸透镜 - Google Patents
一种用于筒灯配光的凸透镜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及的一种用于筒灯配光的凸透镜,包括入射折射曲面和出射折射曲,入射折射曲面为内凹型,入射折射曲面为椭圆面的一部分,其位于凸透镜的底部;出射折射曲面为外凸型,出射折射面为抛物面的一部分,其位于凸透镜的顶部;在凸透镜的底部外圈有一固定环。本发明目的在于提供一种效率高、成本低、具有筒灯配光方式的凸透镜,其可以在实现一个透镜对多个小功率LED光源的配光,且可以适用于COB光源,具有比较强的通用性,方便产品更新换代;其在配和多颗LED光源使用时,在光源集中焊接的情况下,该凸透镜可以尽量的减少材料使用量,降低灯具成本;其相对于扩散板可以比较精确的控制配光曲线,可以提高整灯的灯具效率。
Description
技术领域
本发明涉及照明技术领域,特别是一种用于LED筒灯配光的透镜。
背景技术
目前的LED筒灯一般应用于基础照明,所以其照射的范围比较大,所以配光角度也比较大,所以大部分的筒灯都采用在灯具的出光口加一块扩散板,以达到大范围均匀照明的目的,且筒灯一般采用多颗中小功率的LED作为光源,如果对每一颗LED光源都配一个透镜进行配光,将需要多颗小透镜组成透镜模组,这样无疑会增加成本。所以,目前的LED筒灯采用扩散板对光源进行二次配光似乎成为最优方案。但是,采用扩散板进行配光却有下面几点缺陷:
一 为了达到均匀照明和降低光源亮度的目的,扩散板的雾度一般都比较大,但这使得扩散板的透光率都非常低,所以造成整灯的灯具效率偏低,为了弥补这一缺陷,有的筒灯会采用反光纸,以提高灯具效率,但这样会增加整个灯具的成本。
二 因扩散板内加了扩散剂的原因,光线经过扩散板后,会往各个方向进行扩散,形成漫透射,光线出射的方向往各个方向都有,所以在大角度方向,从扩散板漫透射出来的光也会比较大,所以在实际的照明应用中,在大角度的方向会造成眩光。如图1所示,为一般采用扩散板的筒灯的配光曲线,可以看出大角度方向的光强比较强。部分筒灯为了消除眩光,而增加一个遮光的结构,虽然可以达到防眩光的目的,却降低了光通量。
三 虽然采用扩散板后,用一块扩散板就可以实现对多颗LED光源进行配光的目的,避免了采用多颗小透镜组成的透镜模组的高成本方案。虽然在小口径的筒灯中,一块扩散板的价格不高。但随着筒灯尺寸的加大,出光口的半径也增大,所需要的扩散板的尺寸也增大,扩散板的成本也随之提高。
四 采用扩散板,虽然可以达到均匀照明的目的,但扩散板无法对光线进行精确控制,所形成的配光却不一定是效率最高,最优化的配光方式。,
从以上分析可以看出,目前LED筒灯采用扩散板进行配光虽然应用的非常广泛,但仍然有不少的缺陷和有待提高的地方。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足,针对目前LED筒灯采用扩散板进行配光,而造成灯具效率偏低,在大角度方向无法消除眩光的,对配光无法精确控制等缺陷,提供一种效率高、成本低、具有筒灯配光方式的凸透镜。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种用于筒灯配光的凸透镜,包括入射折射曲面、出射折射曲面,其特征在于:所述入射折射曲面为内凹型,入射折射曲面为椭圆面的一部分,其位于所述凸透镜的底部;所述出射折射曲面为外凸型,出射折射面为抛物面的一部分,其位于所述凸透镜的顶部;入射折射曲面与出射折射面之间形成一中间厚边缘薄的凸透镜体。
以凸透镜纵向截面为平面,以凸透镜底部中心为原点建立横坐标x和纵坐标y的直角坐标;
所述入射折射曲面纵截形成的入射曲线满足如下方程式:
x2/a2+(y+m)2/b2=1, a,b,m满足如下三个不等式:
不等式1:0<m<b,
不等式2:b-m>h,
不等式3:a2-a2m2/b2>R2
其中:h为凸透镜所配LED光源的高度,R为凸透镜所配光源的半径;
所述出射折射曲面纵截形成的出射曲线满足如下方程式:
x2=-4p(y-g),p和g满足以下两不等式:
不等式4:g>h,
不等式5: 4pg> a2-a2m2/b2,
其中,p为该抛物线焦点到准线距离的一半,g为整个凸透镜的高度。
其中,p、g在满足如上不等式的情况下,可以根据透镜的所需尺寸和配光曲线进行选择。
进一步地,凸透镜底部侧面有一体结构的固定环。
进一步地,凸透镜为旋转对称体。
进一步地,凸透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料注塑而成的一体结构。
进一步地,入射折射曲面为磨砂面。
与现有技术相比,本发明的有益效果有以下几点:
1、凸透镜为旋转对称体,而入射折射曲面为椭圆面的一部分,出射折射面为抛物面的一部分,渐变的凹凸双透镜入射、出射表面配合,使得本发明可以在实现一个透镜对多个小功率LED光源的配光,且可以适用于COB光源,具有比较强的通用性,方便产品更新换代;且在配和多颗LED光源使用时,可将多个光源集中焊接并容纳在内凹的底部位置,相对于单个光源单独配制透镜而言可以尽量的减少材料使用量,降低灯具成本。
2、凸透镜为旋转对称体,而入射折射曲面为椭圆面的一部分,出射折射面为抛物面的一部分,渐变的凹凸双透镜表面配合,使得本发明相对于扩散板可以比较精确的控制配光曲线,不但可以实现采用扩散板时的均匀照明,同时降低大角度方向的眩光;且其透光率比较高,可以提高整灯的灯具效率。
3、凸透镜为旋转对称体,凸透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯材料注塑而成的一体结构,制作方便,成本低。
附图说明
图1是一般LED筒灯采用扩散板的筒灯的配光曲线;
图2是本发明的侧视图;
图3是本发明的正视图;
图4是本发明的凸透镜的剖视图;
图5是采用本发明的筒灯的配光曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明,但并非是对本发明结构的限定。
请参阅图4,其为本发明的凸透镜的剖视图。本发明所述的凸透镜1,包括位于凸透镜1底部的内凹型入射折射曲面12和位于凸透镜1顶部的外凸型出射折射曲面11,入射折射曲面12与出射折射面11之间形成一中间厚边缘薄的凸透镜体。
凸透镜1为旋转对称体,其旋转轴为Z轴,固定环13位于凸透镜1的底部侧面。入射折射曲面12为椭圆面的一部分,如图4所示,以凸透镜纵向截面为平面,以凸透镜底部中心0为原点,建立横坐标x和纵坐标y的直角坐标;
入射折射曲面纵截形成的入射曲线满足如下方程式:x2/a2+(y+m)2/b2=1,其中,a,b,m满足如下三个不等式:
不等式1:0<m<b,
不等式2:b-m>h,
不等式3:a2-a2m2/b2>R2 。
其中:h为凸透镜所配LED光源的高度,R为凸透镜所配光源的半径,
其中a,b,m在满足如上不等式的情况下,可以根据透镜的所需尺寸和配光曲线进行选择。
所述出射折射面11为抛物面的一部分,出射折射曲面11纵截形成的出射曲线满足如下方程式: x2=-4p(y-g),
其中,p和g满足以下两不等式:
不等式4:g>h,
不等式5: 4pg> a2-a2m2/b2,
其中,p为该抛物线焦点到准线距离的一半,g为整个凸透镜的高度。
其中,p、g在满足如上不等式的情况下,可以根据透镜的所需尺寸和配光曲线进行选择。
请参阅图2和图3,入射折射曲面12和出射折射曲面11为分布为其母线绕中心轴Z轴旋转而成。
请参阅图5,为采用本发明后的配光曲线,对比采用扩散板配光的LED筒灯的配光(参阅图1),可以看出,采用凹凸的非球面入射、出射曲面,其同样实现了大范围的均匀照明,同时大角度方向的光强要降低,降低了该方向的眩光,同时控制大角度方向的配光往下面照射,以提高地面的照度值,同时在保证大角度方向低眩光值的情况下,同时保证大角度方向一定的光强值,以保证垂直面的照度。
本发明并不局限于上述实施方式,如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围,倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内,则本发明的意图也包含这些改动和变形。
Claims (1)
1.一种用于筒灯配光的凸透镜,包括入射折射曲面、出射折射曲面,其特征在于:所述入射折射曲面为内凹型,入射折射曲面为椭圆面的一部分,其位于所述凸透镜的底部;所述出射折射曲面为外凸型,出射折射面为抛物面的一部分,其位于所述凸透镜的顶部;入射折射曲面与出射折射面之间形成一中间厚边缘薄的凸透镜体;以凸透镜纵向截面为平面,以凸透镜底部中心为原点建立横坐标x和纵坐标y的直角坐标;
所述入射折射曲面纵截形成的入射曲线满足如下方程式:
x2/a2+(y+m)2/b2=1,a,b,m满足如下三个不等式:
不等式1:0<m<b,
不等式2:b-m>h,
不等式3:a2-a2m2/b2>R2
其中:h为凸透镜所配LED光源的高度,R为凸透镜所配光源的半径;
以凸透镜纵向截面为平面,以凸透镜底部中心为原点建立横坐标x和纵坐标y的直角坐标;
所述出射折射曲面纵截形成的出射曲线满足如下方程式:
x2=-4p(y-g),p和g满足以下两不等式:
不等式4:g>h,
不等式5:4pg>a2-a2m2/b2,
其中,p为该抛物线焦点到准线距离的一半,g为整个凸透镜的高度;
所述凸透镜底部侧面有一体结构的固定环;
所述凸透镜为旋转对称体;
所述凸透镜采用聚甲基丙烯酸甲酯材料注塑而成的一体结构;
所述入射折射曲面为磨砂面;
所述凸透镜所配LED光源的亮度值小于等于350堪德拉每平米。
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