投光燈透鏡、具有該投光燈透鏡的發(fā)光模塊和投光燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種投光燈透鏡，包括透鏡主體，透鏡主體包括接收從光源發(fā)出光線的內(nèi)表面和出射光線的外表面，其中外表面包括用于將實(shí)現(xiàn)方形照明區(qū)域的第一曲面、第二曲面，所述第二曲面連接所述第一曲面，所述第一曲面由若干等角度截面的光學(xué)曲線拼接而成，所述第一曲面由若干等角度截面的光學(xué)曲線拼接而成，所述截面以光斑邊界點(diǎn)到光斑中心點(diǎn)的距離作為每個(gè)截面實(shí)現(xiàn)照度均勻的能量分配標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明提供一種投光燈透鏡、具有該投光燈透鏡的發(fā)光模塊和投光燈，通過二次配光設(shè)計(jì)能夠高效的生成透鏡曲面，在符合方形光斑邊界外形的要求下，實(shí)現(xiàn)照度均勻度0.85以上。
【專利說明】
投光燈透鏡、具有該投光燈透鏡的發(fā)光模塊和投光燈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種投光燈透鏡、具有該投光燈透鏡的發(fā)光模塊和投光燈。
【背景技術(shù)】
[0002] 投光燈是指定被照面上的照度高于周圍環(huán)境的燈具，又稱聚光燈。在戶外投光照 明中，尤其是投光廣告照明中，實(shí)現(xiàn)均勻度高的方形光斑一直是困擾相關(guān)設(shè)計(jì)人員的大問 題。同時(shí)，由于受傳統(tǒng)燈具的外觀設(shè)計(jì)等因素的限制，在傳統(tǒng)燈具上難以做出符合要求的配 光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種投光燈透鏡、具有該投光燈透鏡的發(fā)光模塊和投光燈，目的在于 實(shí)現(xiàn)高均勻方形光斑。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種投光燈透鏡，包括透鏡主體，透鏡主體包 括接收從光源發(fā)出光線的內(nèi)表面和出射光線的外表面，其中外表面包括用于將實(shí)現(xiàn)方形照 明區(qū)域的第一曲面、第二曲面，所述第二曲面連接所述第一曲面，所述第一曲面由若干等角 度截面的光學(xué)曲線拼接而成，所述截面以光斑邊界點(diǎn)到光斑中心點(diǎn)的距離作為每個(gè)截面實(shí) 現(xiàn)照度均勻的能量分配標(biāo)準(zhǔn)。
[0005] 作為一種實(shí)施方式，所述截面的光學(xué)曲線由如下微分方程限定：r =
，在此ro是Θ = 0min時(shí)透鏡的值，Θ是入射光線與光源中心 出光方向的夾角，γ是出射光線與光源中心出光方向的夾角，η是透鏡的折射率，求出的解 用光滑曲線連接便能得到對(duì)應(yīng)截面的光學(xué)曲線。
[0006] 作為一種實(shí)施方式，所述第二曲面為全反射面。
[0007] 作為一種實(shí)施方式，第二曲面由所述第一曲面邊緣向所述內(nèi)表面一側(cè)的豎直方向 延伸形成。
[0008] 作為一種實(shí)施方式，所述第二曲面和內(nèi)表面之間還包括用于光線準(zhǔn)直的第三曲 面。
[0009] 作為一種實(shí)施方式，所述內(nèi)表面和內(nèi)表面邊緣所在平面之間形成用于容納光源的 空腔。
[0010] 作為一種實(shí)施方式，所述內(nèi)表面為以光源中心為球心的半球面。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)光模塊，具有上述任一項(xiàng)所述的投光燈透鏡和支撐所述 投光燈透鏡的透鏡基座。
[0012] 作為一種實(shí)施方式，所述光源為LED模塊。
[0013] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種投光燈，包括多個(gè)由上述發(fā)光模塊組成的陣列。
[0014] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于:通過二次配光設(shè)計(jì)能夠高效的生成透鏡 曲面，在符合方形光斑邊界外形的要求下，實(shí)現(xiàn)照度均勻度0.85以上。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的投光燈透鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的投光燈透鏡的另一視角立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的投光燈透鏡的45°位置處的截面示意圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光模組的45°位置處所對(duì)應(yīng)的照射面區(qū)域示意圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光模塊的照度分布圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光模塊的兩個(gè)剖面的光強(qiáng)分布圖；
[0021] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的投光燈燈具內(nèi)安裝本發(fā)明的透鏡視圖。
[0022]附圖標(biāo)注:A、內(nèi)表面;B、第一曲面;C、第三曲面;D、第二曲面；1、透鏡主體;2、透鏡 基座;3、LED模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0024] 如圖1、2和7所示，一種實(shí)現(xiàn)高均勻方形光斑的投光燈透鏡包括透鏡主體1，透鏡主 體1包括接收從光源發(fā)出光線的內(nèi)表面A和出射光線的外表面，其中外表面包括實(shí)現(xiàn)方形照 明區(qū)域的第一曲面B，發(fā)生全反射的第二曲面D，實(shí)現(xiàn)光線準(zhǔn)直的第三曲面C。
[0025] 如圖3至4所示，第一曲面B是通過將光源劃分成等角度的截面，對(duì)應(yīng)的將方形光斑 的邊界也進(jìn)行等角度劃分，如圖3中所示的透鏡45度截面對(duì)應(yīng)圖4中照射面45度截面，以光 斑邊界點(diǎn)到光斑中心點(diǎn)的距離作為每個(gè)截面實(shí)現(xiàn)照度均勻的能量分配標(biāo)準(zhǔn)，整體目標(biāo)面的 照度值由此確定。通過求解如下微分方程限定：
[0026]
在此:το是θ = 0min時(shí)透鏡的值（這個(gè)值是χ = 〇;y=〇;時(shí)的ζ坐標(biāo)的值），θ是入射光線與光源中心出光方向（即光源所在是豎直方向）的夾 角，γ是出射光線與與光源中心出光方向的夾角，η是透鏡的折射率，求出的解用光滑曲線 連接便能得到對(duì)應(yīng)截面的光學(xué)曲線。最后，將每個(gè)截面的曲線拼接成一個(gè)整體光滑的曲面， 得到第一曲面Β。
[0027] 如圖1至2所示，第二曲面由第一曲面邊緣豎直向下延伸形成，其水面截面大致呈 方形。第二曲面的作用是能夠保證位于原點(diǎn)處的光源發(fā)出的光線入射到第二曲面Β會(huì)發(fā)生 全反射，減少眩光。
[0028]如圖1至2所示，第三曲面C連接第二全面Β和內(nèi)表面，其上端邊緣為拋物線，光源發(fā) 出的光線經(jīng)第三曲面C，將與光源中心出光方向呈大角度的光線準(zhǔn)直入射至第一曲面Β，提 高光效。第三曲面C也可以為平面，當(dāng)透鏡主體安裝于透鏡主體上時(shí)，第三曲面C完全不會(huì)裸 露。
[0029] 透鏡主體1內(nèi)表面和透鏡基座2之間形成的空腔，可用于放置如LED模塊3的光源。 透鏡主體1的內(nèi)表面為以光源中心為球心的半球面。
[0030] 如圖5和6所示，發(fā)光模塊的光斑在照射面上呈均勻方形分布，均勻度達(dá)到0.85以 上。
[0031] 本發(fā)明的構(gòu)思在于，由于特殊方形光斑邊界在基于LED的二次配光上很難找到完 全可積的映射關(guān)系，本發(fā)明尋求了一種基于截面驅(qū)動(dòng)的配光手段，具體的，通過以光斑的邊 界點(diǎn)到原點(diǎn)的距離作為每個(gè)光學(xué)截面所要去實(shí)現(xiàn)的均勻照度區(qū)域，以光斑邊界點(diǎn)與光斑中 心原點(diǎn)距離最大的值作為每個(gè)截面能量分配的標(biāo)準(zhǔn)，整體目標(biāo)面的照度值由此確定，通過 求解每個(gè)截面所對(duì)應(yīng)的光學(xué)曲線，最后，將每個(gè)截面的曲線拼接成一個(gè)整體光滑的曲面，實(shí) 現(xiàn)方形高均勻光斑的整體透鏡設(shè)計(jì)。基于上述三個(gè)步驟能夠高效的生成透鏡曲面，在符合 方形光斑邊界外形的要求下，實(shí)現(xiàn)照度均勻度0.85以上。
[0032]本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種投光燈透鏡，其特征在于，包括透鏡主體，透鏡主體包括接收從光源發(fā)出光線的 內(nèi)表面和出射光線的外表面，其中外表面包括用于將實(shí)現(xiàn)方形照明區(qū)域的第一曲面、第二 曲面，所述第二曲面連接所述第一曲面，所述第一曲面由若干等角度截面的光學(xué)曲線拼接 而成，所述截面以光斑邊界點(diǎn)到光斑中心點(diǎn)的距離作為每個(gè)截面實(shí)現(xiàn)照度均勻的能量分配 標(biāo)準(zhǔn)。2. 如權(quán)利要求1所述的投光燈透鏡，其特征在于，所述截面的光學(xué)曲線由如下微分方程 限定在此ro是0 = 0min時(shí)透鏡的值，Θ是入射光 線與光源中心出光萬冋的滅角，γ是出射光線與光源中心出光方向的夾角，η是透鏡的折射 率，求出的解用光滑曲線連接便能得到對(duì)應(yīng)截面的光學(xué)曲線。3. 如權(quán)利要求1所述的投光燈透鏡，其特征在于，所述第二曲面為全反射面。4. 如權(quán)利要求2所述的投光燈透鏡，其特征在于，第二曲面由所述第一曲面邊緣向所述 內(nèi)表面一側(cè)的豎直方向延伸形成。5. 如權(quán)利要求1所述的投光燈透鏡，其特征在于，所述第二曲面和內(nèi)表面之間還包括用 于光線準(zhǔn)直的第三曲面。6. 如權(quán)利要求1所述的投光燈透鏡，其特征在于，所述內(nèi)表面和內(nèi)表面邊緣所在平面之 間形成用于容納光源的空腔。7. 如權(quán)利要求1所述的投光燈透鏡，其特征在于，所述內(nèi)表面為以光源中心為球心的半 球面。8. -種發(fā)光模塊，具有權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的投光燈透鏡和支撐所述投光燈透 鏡的透鏡基座。9. 如權(quán)利要求8所述的發(fā)光模塊，其特征在于，所述光源為LED模塊。10. -種投光燈，包括多個(gè)由權(quán)利要求8或9所述的發(fā)光模塊組成的陣列。
【文檔編號(hào)】F21W131/10GK105953175SQ201610446939
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】張航, 羅曉偉, 張勇, 仇旻, 李強(qiáng), 姜?dú)g, 陳星星
【申請(qǐng)人】杭州光錐科技有限公司