CN105953175A - 投光灯透镜、具有该投光灯透镜的发光模块和投光灯 - Google Patents

投光灯透镜、具有该投光灯透镜的发光模块和投光灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种投光灯透镜，包括透镜主体，透镜主体包括接收从光源发出光线的内表面和出射光线的外表面，其中外表面包括用于将实现方形照明区域的第一曲面、第二曲面，所述第二曲面连接所述第一曲面，所述第一曲面由若干等角度截面的光学曲线拼接而成，所述第一曲面由若干等角度截面的光学曲线拼接而成，所述截面以光斑边界点到光斑中心点的距离作为每个截面实现照度均匀的能量分配标准。本发明提供一种投光灯透镜、具有该投光灯透镜的发光模块和投光灯，通过二次配光设计能够高效的生成透镜曲面，在符合方形光斑边界外形的要求下，实现照度均匀度0.85以上。

Description

投光灯透镜、具有该投光灯透镜的发光模块和投光灯
技术领域
本发明涉及一种投光灯透镜、具有该投光灯透镜的发光模块和投光灯。
背景技术
投光灯是指定被照面上的照度高于周围环境的灯具，又称聚光灯。在户外投光照明中，尤其是投光广告照明中，实现均匀度高的方形光斑一直是困扰相关设计人员的大问题。同时，由于受传统灯具的外观设计等因素的限制，在传统灯具上难以做出符合要求的配光。
发明内容
本发明提供一种投光灯透镜、具有该投光灯透镜的发光模块和投光灯，目的在于实现高均匀方形光斑。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种投光灯透镜，包括透镜主体，透镜主体包括接收从光源发出光线的内表面和出射光线的外表面，其中外表面包括用于将实现方形照明区域的第一曲面、第二曲面，所述第二曲面连接所述第一曲面，所述第一曲面由若干等角度截面的光学曲线拼接而成，所述截面以光斑边界点到光斑中心点的距离作为每个截面实现照度均匀的能量分配标准。
作为一种实施方式，所述截面的光学曲线由如下微分方程限定： 在此ro是θ＝θmin时透镜的值，θ是入射光线与光源中心出光方向的夹角，γ是出射光线与光源中心出光方向的夹角，n是透镜的折射率，求出的解用光滑曲线连接便能得到对应截面的光学曲线。
作为一种实施方式，所述第二曲面为全反射面。
作为一种实施方式，第二曲面由所述第一曲面边缘向所述内表面一侧的竖直方向延伸形成。
作为一种实施方式，所述第二曲面和内表面之间还包括用于光线准直的第三曲面。
作为一种实施方式，所述内表面和内表面边缘所在平面之间形成用于容纳光源的空腔。
作为一种实施方式，所述内表面为以光源中心为球心的半球面。
本发明实施例提供一种发光模块，具有上述任一项所述的投光灯透镜和支撑所述投光灯透镜的透镜基座。
作为一种实施方式，所述光源为LED模块。
本发明实施例提供一种投光灯，包括多个由上述发光模块组成的阵列。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：通过二次配光设计能够高效的生成透镜曲面，在符合方形光斑边界外形的要求下，实现照度均匀度0.85以上。
附图说明
图1是本发明实施例的投光灯透镜的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的投光灯透镜的另一视角立体结构示意图；
图3是本发明实施例的投光灯透镜的45°位置处的截面示意图；
图4是本发明实施例的发光模组的45°位置处所对应的照射面区域示意图；
图5是本发明实施例的发光模块的照度分布图；
图6是本发明实施例的发光模块的两个剖面的光强分布图；
图7是本发明实施例的投光灯灯具内安装本发明的透镜视图。
附图标注：A、内表面；B、第一曲面；C、第三曲面；D、第二曲面；1、透镜主体；2、透镜基座；3、LED模块。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1、2和7所示，一种实现高均匀方形光斑的投光灯透镜包括透镜主体1，透镜主体1包括接收从光源发出光线的内表面A和出射光线的外表面，其中外表面包括实现方形照明区域的第一曲面B，发生全反射的第二曲面D，实现光线准直的第三曲面C。
如图3至4所示，第一曲面B是通过将光源划分成等角度的截面，对应的将方形光斑的边界也进行等角度划分，如图3中所示的透镜45度截面对应图4中照射面45度截面，以光斑边界点到光斑中心点的距离作为每个截面实现照度均匀的能量分配标准，整体目标面的照度值由此确定。通过求解如下微分方程限定：
在此ro是θ＝θmin时透镜的值(这个值是x＝0；y＝0；时的z坐标的值)，θ是入射光线与光源中心出光方向(即光源所在是竖直方向)的夹角，γ是出射光线与与光源中心出光方向的夹角，n是透镜的折射率，求出的解用光滑曲线连接便能得到对应截面的光学曲线。最后，将每个截面的曲线拼接成一个整体光滑的曲面，得到第一曲面B。
如图1至2所示，第二曲面由第一曲面边缘竖直向下延伸形成，其水面截面大致呈方形。第二曲面的作用是能够保证位于原点处的光源发出的光线入射到第二曲面B会发生全反射，减少眩光。
如图1至2所示，第三曲面C连接第二全面B和内表面，其上端边缘为抛物线，光源发出的光线经第三曲面C，将与光源中心出光方向呈大角度的光线准直入射至第一曲面B，提高光效。第三曲面C也可以为平面，当透镜主体安装于透镜主体上时，第三曲面C完全不会裸露。
透镜主体1内表面和透镜基座2之间形成的空腔，可用于放置如LED模块3的光源。透镜主体1的内表面为以光源中心为球心的半球面。
如图5和6所示，发光模块的光斑在照射面上呈均匀方形分布，均匀度达到0.85以上。
本发明的构思在于，由于特殊方形光斑边界在基于LED的二次配光上很难找到完全可积的映射关系，本发明寻求了一种基于截面驱动的配光手段，具体的，通过以光斑的边界点到原点的距离作为每个光学截面所要去实现的均匀照度区域，以光斑边界点与光斑中心原点距离最大的值作为每个截面能量分配的标准，整体目标面的照度值由此确定，通过求解每个截面所对应的光学曲线，最后，将每个截面的曲线拼接成一个整体光滑的曲面，实现方形高均匀光斑的整体透镜设计。基于上述三个步骤能够高效的生成透镜曲面，在符合方形光斑边界外形的要求下，实现照度均匀度0.85以上。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种投光灯透镜，其特征在于，包括透镜主体，透镜主体包括接收从光源发出光线的内表面和出射光线的外表面，其中外表面包括用于将实现方形照明区域的第一曲面、第二曲面，所述第二曲面连接所述第一曲面，所述第一曲面由若干等角度截面的光学曲线拼接而成，所述截面以光斑边界点到光斑中心点的距离作为每个截面实现照度均匀的能量分配标准。
2.如权利要求1所述的投光灯透镜，其特征在于，所述截面的光学曲线由如下微分方程限定：在此ro是θ＝θmin时透镜的值，θ是入射光线与光源中心出光方向的夹角，γ是出射光线与光源中心出光方向的夹角，n是透镜的折射率，求出的解用光滑曲线连接便能得到对应截面的光学曲线。
3.如权利要求1所述的投光灯透镜，其特征在于，所述第二曲面为全反射面。
4.如权利要求2所述的投光灯透镜，其特征在于，第二曲面由所述第一曲面边缘向所述内表面一侧的竖直方向延伸形成。
5.如权利要求1所述的投光灯透镜，其特征在于，所述第二曲面和内表面之间还包括用于光线准直的第三曲面。
6.如权利要求1所述的投光灯透镜，其特征在于，所述内表面和内表面边缘所在平面之间形成用于容纳光源的空腔。
7.如权利要求1所述的投光灯透镜，其特征在于，所述内表面为以光源中心为球心的半球面。
8.一种发光模块，具有权利要求1-7中任一项所述的投光灯透镜和支撑所述投光灯透镜的透镜基座。
9.如权利要求8所述的发光模块，其特征在于，所述光源为LED模块。
10.一种投光灯，包括多个由权利要求8或9所述的发光模块组成的阵列。
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