CN102788315A - 透镜、具有该透镜的发光模块和室内洗墙灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非旋转对称的透镜(L)，该透镜(L)包括透镜主体(M)和支撑所述透镜主体(M)的透镜基座(S)，该透镜主体(M)包括出射光线的外表面和从光源接收光线的内表面，其中外表面包括具有第一连续曲线状的非对称第一曲面(A)；内表面包括具有第二连续曲线状的旋转对称的第二曲面(B)；透镜主体(M)还包括用于将来自第二曲面(B)的光线至少部分地反射至所述第一曲面(A)的第三曲面(C)。此外本发明涉及一种安装有这种透镜的发光模块以及一种由多个这种发光模块组合成阵列构成的室内洗墙灯。根据本发明的透镜可以提高光效率并且进一步抑制眩光以及可以获得良好的光学性能。

Description

透镜、具有该透镜的发光模块和室内洗墙灯
技术领域
本发明涉及一种非旋转对称的透镜、一种安装有这种透镜的发光模块以及一种由多个这种类型的发光模块阵列构成的室内洗墙灯。
背景技术
当今，洗墙灯越来越多地用于建筑装饰照明和室外内局部照明。现有技术中，一方面可以将筒灯偏转或将筒灯中的LED模块偏转用作室内洗墙灯。这两种方法都需要为筒灯或LED模块预留足够的偏转空间。因为照明装置一般被安装在天花板上，因此影响了天花板的整体协调性，此外由此只能在投影壁上获得均匀性较差的光分布。由于一些光源发出的部分光束被自身结构吸收或反射，因此大大影响了投影壁上的光利用率。
另一面，室内洗墙灯可以设计由多个透镜和非对称反射体组合而成。这种洗墙灯例如在设计为反射杯的非对称反射体中除了一级透镜以外还安装了一个例如由PMMA制成的高光效透镜，其主要功用是二次分配发光件发出的光，从而可以在投影壁上获得所期望的光分布。但是这种设计的不利之处在于，这种双层透镜和非对称反射体组合的结构相对复杂并且成本较高。
因此亟待解决的是，在现有技术的基础上对构成洗墙灯的发光模块的结构、特别是发光模块的透镜进行改进。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种新型透镜、一种具有这种透镜的发光模块以及一种由多个这种发光模块组合成阵列构成的室内洗墙灯。
本发明的第一个目的通过一种透镜由此实现，即该透镜包括透镜主体和支撑所述透镜主体的透镜基座，该透镜主体包括出射光线的外表面和从光源接收光线的内表面，其中外表面包括具有第一连续曲线状的非对称第一曲面；内表面包括具有第二连续曲线状的旋转对称的第二曲面；透镜主体还包括用于将来自第二曲面的光线至少部分地反射至所述第一曲面的第三曲面。
本发明的发明构思在于，通过利用旋转对称的第二曲面接收光源发出的光线，使得光线经过所述第二曲面并且利用第三曲面进一步地反射至少部分光线，并且最后使光线由非对称的第一曲面射出，可以实现现有技术中通过二级透镜和反光杯组合才能产生的均匀光分布效果。本发明通过透镜的特定的轮廓构造满足高效地实现均匀光分布的需要，并且同时避免了现有技术中通过倾斜发光模块或二级透镜所带来的使用率低、成本高的缺点，同时减少眩光的产生。
优选地，透镜的外表面还包括与第一曲面邻接的用于减少眩光、改善光均匀度的第四表面。并且有利的是，透镜的内表面还包括与第二曲面邻接的用于减少眩光、改善光均匀度的第五表面。
优选地，第五表面与和第二曲面一起限定出用于容纳光源的空间。这种设计可以减小眩光的产生。
根据本发明的一个优选方案，第一曲面由十阶多项式曲面和二次曲线叠加而成。特别优选的，第一曲面的轮廓可以通过如下方程限定：
Figure BDA0000062755410000021
Figure BDA0000062755410000022
在此m+n≤10，其中k为二次曲率，c为曲率半径，cj为单项式xmyn的系数，j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1。在特别优选的方案中m+n≤4，例如m＝0，n＝1，2，3或4。
根据本发明的一个优选方案，第二曲面是多项式非球面。在根据本发明的一个有利的实施方案中，第二曲面的旋转对称线相对于光源的光轴是偏移的，以便产生偏光效果。特别优选的，第二曲面的轮廓可以通过如下方程限定：r2＝x2+y2，在此k为二次曲率，c为曲率半径。在特别优选的方案中n＝2或3。
根据本发明的一个优选方案，第三曲面是全内反射面。借助于第三曲面的全内反射特性，可以减少光线的损失，提高光效。
根据本发明的一个优选方案，透镜基座具有两个侧壁和一个弧壁，共同限定出包围透镜主体的空间。
有利地提出，在透镜基座中，侧壁的内侧面朝向所述第一曲面并且弧壁的内侧面朝向第三曲面。优选地，侧壁的内侧面是全内反射面。侧壁的内侧面在透镜主体的两侧反射光线，从而更好地提高效率。
此外，第四表面和第五表面可以有利地是和光轴成角度的平面。
本发明的另一目的通过一种具有前述类型的透镜的来实现。由于这种发光模块具有非旋转对称的透镜，因此能够提高光利用率、获得良好的光均匀性以及减小眩光效果。根据本发明的发光模块以单一的透镜取代了二级透镜和反射体组合的结构，由此突出地体现了尺寸较小、结构简单的优点。
此外本发明的另一目的通过一种包括多个上述类型的发光模块组成的阵列的室内洗墙灯来实现。这种室内洗墙灯虽然保持了传统的筒灯的基础轮廓，但是同时具有室内洗墙灯的功能，可以应用在诸多领域，例如用于商店、画廊等等照明。通过使用这种室内洗墙灯，可以在投影壁上获得统一眩光值(UGR)较小的均匀光分布。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中示出：
图1示出了根据本发明的发光模块的截面图；
图2示出了根据图1的发光模块的仰视图；
图3示出了根据图1的发光模块的立体图；
图4示出了根据本发明的发光模块的光强分布图；
图5示出了根据本发明的发光模块的光线分布图；
图6示出了根据图5的光线分布图的X走向部分；
图7示出了根据图5的光线分布图的Y走向部分；
图8示出了根据本发明的室内洗墙灯；
图9示出了根据本发明的室内洗墙灯的统一眩光值分布图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的发光模块的截面图。在图1中可以看出，根据本发明的发光模块具有根据本发明特殊设计的透镜L，该透镜L由透镜主体M和透镜基座S两部分组成。
透镜主体M的外表面包括第一曲面A和第四表面E，而根据本发明的透镜的内表面包括第二曲面B和第五表面F。安装在电路板上的光源可以放置在第二曲面B和第五表面F所限制的空间R中。用于将来自第二曲面B的光线至少部分地反射至第一曲面A的第三曲面C相对于第一曲面A设置并且和第四表面E连接。为了更好地实现反射效果，将第三曲面C设计为全内反射面。
第一曲面A是非对称曲面，其可以由十阶多项式曲面和二次曲线叠加而成，曲面A的轮廓优选地通过如下方程限定：
Figure BDA0000062755410000051
Figure BDA0000062755410000052
在此m+n≤10，其中k为二次曲率，c为曲率半径，cj为单项式xmyn的系数，j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1，在该实施方式中，m+n≤4，例如m＝0，n＝1，2，3或4。
第二曲面B是旋转对称曲面，该曲面可以描述为多项式非球面。为了获得光分布的良好的均匀性，第二曲面B的旋转轴相对于光源的光轴Y偏移。曲面B的轮廓优选地通过如下方程限定：
Figure BDA0000062755410000053
r2＝x2+y2，在此k为二次曲率，c为曲率半径。在该实施方式中n＝2或3。
弧壁1作为透镜基座S的一部分用来对透镜主体进行保护和支撑。在该实施方式中，第四表面E和第五表面F均为平面，并且和光轴Y构成一定角度。
弧壁1的顶端和第四表面E之间具有一定的间隙，用来避免光散射。
图2示出了根据图1的发光模块的仰视图。在该图中可以清楚地看出透镜主体和透镜基座的位置。透镜基座以两个侧壁2和一个弧壁1限定出包围透镜主体的空间。其中，两个侧壁2的内侧面D分别朝向第一曲面A并且弧壁1的内侧面朝向第三曲面C。在该优选的实施例中，内侧面D是全内反射面。这种设计可以提高光在投影壁上的使用率，并且形成均匀的光分布。
根据本发明的透镜主要通过第三曲面C、内侧面D、第四表面E和第五表面F的设计来减小眩光的产生，并且改进光的均匀性和效率。
图3示出了根据图1的发光模块的立体图。在图中示出的实施例中，根据本发明的发光模块的外形非旋转对称，但是其底面仍为传统的矩形，这种设计在保持上述优点的前提下有利于生产和装配。
图4示出了根据本发明的发光模块的光强分布图。从图中可见，在此光束角为60°*20°，根据本发明的发光模块的光线，在水平方向上的分布是很均匀的，而在垂直方向发生大约为15-20度的偏转。总能量为897.31lm，效率为0.89731，最大光强度为1547.4cd。这种垂直方向的偏转可以使根据本发明的发光模块发出的光主要集中在预定的范围内，不会无方向性地四周扩散。
图5示出了根据本发明的发光模块的光线分布图。从图中可见，发光模块发出的光线在水平方向上获得均匀的光线分布，在垂直方向上的光分布有所偏转。
图6示出了根据图5的光线分布图的X走向部分。相应于图5，所示出的曲线关于零位置均匀对称，最大值出现在零位置处。
图7示出了根据图5的光线分布图的Y走向部分。相应于图5，所示出的曲线数值在相对于零位置的负半轴方面较大，正半轴方面较小。
通过图5-7显示出的结果，可以明确地体现出根据本发明的发光模块的一个优点，即光分布均匀并且能产生偏光效果。
图8示出了根据本发明的室内洗墙灯。多个根据本发明的发光模块以阵列形式同向地安装在灯壳中，而灯体的其他部件和普通的筒灯装置基本配置相同。
图9示出了根据本发明的室内洗墙灯的统一眩光值分布图。在该实施例中示出了，安装在长6米、宽6米、高4米的房间中的根据本发明的室内洗墙灯的统一眩光值分布图，投影壁为6米×6米的墙壁。通过使用根据本发明的室内洗墙灯，可以将统一眩光值UGR控制在10以下。
参考标号
1    弧壁
2    侧壁
A    第一曲面
B    第二曲面
C    第三曲面
D    侧壁2的内侧面
E    第四表面
F    第五表面
L    透镜
M    透镜主体
S    透镜基座
Y    光源的光轴
k    二次曲率
c    曲率半径

Claims (20)

1.一种透镜(L)，该透镜(L)包括透镜主体(M)和支撑所述透镜主体(M)的透镜基座(S)，其特征在于：所述透镜主体(M)包括出射光线的外表面和从光源接收光线的内表面，其中所述外表面包括具有第一连续曲线状的非对称的第一曲面(A)；所述内表面包括具有第二连续曲线状的旋转对称的第二曲面(B)；所述透镜主体(M)还包括用于将来自所述第二曲面(B)的光线至少部分地反射至所述第一曲面(A)的第三曲面(C)。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述外表面还包括与所述第一曲面(A)邻接的用于减少眩光、改善光均匀度的第四表面(E)。
3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述内表面还包括与所述第二曲面(B)邻接的用于减少眩光、改善光均匀度的第五表面(F)。
4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述第五表面(F)和所述第二曲面(B)一起限定出用于容纳光源的空间(R)。
5.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一曲面(A)由十阶多项式曲面和二次曲线叠加而成。
6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述第一曲面(A)的轮廓可以通过如下方程限定：
Figure FDA0000062755400000011
Figure FDA0000062755400000021
在此m+n≤10，其中k为二次曲率，c为曲率半径，cj为单项式xmyn的系数，j＝[(m+n)2+m+3n]/2+1。
7.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于，其中m+n≤4。
8.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第二曲面(B)是多项式非球面。
9.根据权利要求8所述的透镜，其特征在于，所述第二曲面(B)的旋转对称线相对于所述光源的光轴(Y)是偏移的。
10.根据权利要求9所述的透镜，其特征在于，所述第二曲面(B)的轮廓可以通过如下方程限定：
Figure FDA0000062755400000022
r2＝x2+y2，在此k为二次曲率，c为曲率半径。
11.根据权利要求10所述的透镜，其特征在于，其中n＝2或3。
12.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第三曲面(C)是全内反射面。
13.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜基座(S)具有两个侧壁(2)和一个弧壁(1)，共同限定出包围所述透镜主体(M)的空间。
14.根据权利要求13所述的透镜，其特征在于，所述侧壁(2)的内侧面(D)朝向所述第一曲面(A)并且所述弧壁(1)的内侧面朝向所述第三曲面(C)。
15.根据权利要求14所述的透镜，其特征在于，所述侧壁(2)的内侧面(D)是全内反射面。
16.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第四表面(E)是和所述光源的光轴(Y)成角度的平面。
17.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述第五表面(F)是和所述光源的光轴(Y)成角度的平面。
18.一种发光模块，具有根据权利要求1-17中任一项所述的透镜(L)。
19.根据权利要求18所述的发光模块，其特征在于，所述发光模块是LED模块。
20.一种室内洗墙灯，包括多个由根据权利要求18或19所述的发光模块组成的阵列。
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