CN102042556A - 可实现超均匀光斑的灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现超均匀光斑的灯具，包括点光源、以及设置在所述点光源前方的透镜，其中，所述透镜包括朝向所述点光源凸出的非球面、以及远离所述点光源的平面。通过采用朝向点光源凸出的非球面、以及远离点光源的平面，即使在出射光线小角度发散的聚光情况下，也能轻易地实现均匀配光效果。

Description

可实现超均匀光斑的灯具

技术领域

本发明涉及一种灯具，更具体地说，涉及一种可实现超均匀光斑的灯具。

背景技术

由于发光二极管(light emitting diode，简称LED)具备小巧、轻便、节能、高效的特点，目前正广泛应用于各种灯具。众所周知，由于LED本身的一次透镜配光角度受限，制造商通常仅生产90度、120度、170度配光的LED；并且，如图1所示，LED裸光源的发光形状为近似朗伯形分布，光能量在中心处(0度)最强，角度越大光强越弱，当裸光源直接用于照明时，会产生被照面中心亮度高、周边亮度低的问题。因此，LED的二次光学配光透镜的开发和生产显得尤为重要。

为了实现LED的均匀配光，目前已经出现了平凹透镜和CPC复合曲面透镜。如图2所示，平凹透镜100的第一侧101为平面，第二侧102为曲面，且第一侧靠近LED 103，光线经第二侧102出射。其中第二侧102可以是球面或者非球面。图3示出了其配光曲线图。这种平凹透镜多适用于出射光线大角度发散的均匀配光系统，并不适用于出射光线小角度发散且光斑均匀度要求较高的场所。

如图4所示，CPC复合曲面透镜200包括杯状反射面201，在透镜200内还设置有穿透面202。LED 203设置在透镜200内，一部分光线经穿透面202出射，另一部分光线经反射面201反射后出射。这种CPC复合曲面透镜的缺点在于，模具复杂、成本很高，当采用这种方式设计出射光线小角度发散且光斑均匀度要求较高的透镜时，容易导致LED芯片的成像出现问题，如图5所示，该透镜200实现的光斑均匀度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的灯具不能在出射光线小角度发散的情况下实现均匀光斑的缺陷，提供一种可实现超均匀光斑的灯具，即使在要求出射光线小角度发散的情况下也可实现均匀照明。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可实现超均匀光斑的灯具，包括点光源、以及设置在所述点光源前方的透镜，其中，所述透镜包括朝向所述点光源凸出的非球面、以及远离所述点光源的平面。

根据本发明所述的可实现超均匀光斑的灯具，所述非球面的面型公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}$

其中，K值为-10～0。

根据本发明所述的可实现超均匀光斑的灯具，所述透镜包括带有所述非球面的第一部分、以及带有所述平面且呈圆柱状的第二部分。

根据本发明所述的可实现超均匀光斑的灯具，所述透镜的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或者聚碳酸酯。

根据本发明所述的可实现超均匀光斑的灯具，所述透镜的直径为所述点光源直径的8-12倍。

根据本发明所述的可实现超均匀光斑的灯具，所述第二部分的厚度小于或等于其直径的1/5。

实施本发明的可实现超均匀光斑的灯具，具有以下有益效果：通过采用朝向点光源凸出的非球面、以及远离点光源的平面，即使在出射光线小角度发散的聚光情况下，也能轻易地实现均匀配光效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中LED裸光源的配光曲线图；

图2是采用平凹透镜的灯具的结构示意图；

图3是采用平凹透镜的灯具的配光曲线图；

图4是采用CPC复合曲面透镜的灯具的结构示意图；

图5是采用CPC复合曲面透镜的灯具的光斑效果图；

图6是本发明中灯具的结构示意图；

图7是本发明中灯具的光路示意图；

图8是本发明中灯具在1米处的光斑效果图；

图9是本发明中灯具在1米处的照度曲线图；

图10是本发明中在1米处照度的平面分布图。

具体实施方式

如图6所示，本发明的灯具300包括点光源301、以及设置在点光源301前方的透镜302。该点光源301可以是LED，其发出的绝大部分光线经过透镜302后出射。

整个透镜302由两部分组成：带有非球面303的第一部分305、以及带有平面304且呈圆柱状的第二部分306。该其中非球面303朝向点光源301凸出，平面304远离点光源301。通过将非球面与平面配合，且非球面朝向点光源301，可使得光线在透镜中发生折射，实现对光线的精确控制，以达到被照射面的照度均匀的效果。

非球面303的面型公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}$

其中K为二次曲线方程系数，其值所在的范围优选为-10～0；C为非球面曲线曲率，随着透镜302所采用材料的不同而变化，一般而言，透镜302所采用材料的折射率越大，则C越小。

在本发明的一个实施例中，透镜302的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，该非球面的特性参数为：

C	K
		0.307	-2.756

该透镜302也可以由聚碳酸酯(PC)材料制成，此时对非球面303的非球面曲线曲率C和K值进行调整即可。

该透镜302可满足出射光线在±10度范围内的均匀照明需求，当被照射面的距离为0.5～10m时，光斑的均匀度最佳。

在图6所示的实施例中，采用了发光角度为120度的LED作为点光源301，其直径为3-5mm。透镜302使得最终出射光线的发散角度为±3度，且透镜302的直径(也就是，圆柱状的第二部分306的直径)优选为点光源直径的8-12倍。在这种情况下，LED可被视为一个点。

圆柱状的第二部分306在灯具300中主要用作承靠面，其厚度优选小于或等于其直径的1/5。当厚度太大时，较多的光线会从第二部分306的圆周面出射。

当点光源301的尺寸变化时，透镜302的尺寸会等比例变化。在图6所示的实施例中，点光源301的直径为5mm，发光角度为120度，点光源301与透镜302之间的间距为1.38mm，整个透镜302的厚度为12mm，直径为24mm，而圆柱状的第二部分306的厚度为4.61mm。

参照图7，点光源301与透镜302之间的距离使得绝大部分的光线都通过透镜302，在非球面303上发生折射以后，均匀地从平面304出射。从点光源301周围直接出射的少量光线可被对应的机构吸收，而避免造成眩光。

图8是本发明中灯具在1米处的光斑效果图。图9是本发明中灯具在1米处的照度曲线图。从图8和图9可以看出，点光源301经透镜302所形成的光斑有明显的截止线，均匀度较好。图10是本发明中在1米处照度的平面分布图。从图10可以看出，在距离光源1米处，光斑的均匀度达到了94％。

本发明的灯具300通过采用朝向点光源301凸出的非球面、以及远离点光源301的平面，即使在出射光线小角度发散的聚光情况下，也能轻易地实现均匀配光效果。

Claims (6)

1.一种可实现超均匀光斑的灯具，包括点光源、以及设置在所述点光源前方的透镜，其特征在于，所述透镜包括朝向所述点光源凸出的非球面、以及远离所述点光源的平面。

2.根据权利要求1所述的可实现超均匀光斑的灯具，其特征在于，所述非球面的面型公式为：

$Z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}$

其中，K值为-10～0。

3.根据权利要求1所述的可实现超均匀光斑的灯具，其特征在于，所述透镜包括带有所述非球面的第一部分、以及带有所述平面且呈圆柱状的第二部分。

4.根据权利要求1所述的可实现超均匀光斑的灯具，其特征在于，所述透镜的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或者聚碳酸酯。

5.根据权利要求1所述的可实现超均匀光斑的灯具，其特征在于，所述透镜的直径为所述点光源直径的8-12倍。

6.根据权利要求3所述的可实现超均匀光斑的灯具，其特征在于，所述第二部分的厚度小于或等于其直径的1/5。

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