CN107062156B - 洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯 - Google Patents

洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯，其中洗墙灯透镜包括透镜主体和支撑透镜主体的透镜基座，透镜主体包括用于从光源接收光线的内表面和用于出射光线的外表面，内表面包括用于光线准直的第一曲面和用于折射光线的第二曲面，外表面包括用于将来自第二曲面的光线反射至第四曲面的第三曲面和用于出射光线的第四曲面，第四曲面为条形曲面群构成的台阶面。此外，本发明涉及一种安装有上述透镜的发光模块以及一种有上述发光模块组成阵列的洗墙灯。通过准直TIR结合台阶面曲面透镜的结构，可获得横向角度大，纵向均匀的非对称光斑，且光效高。

Description

洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯
技术领域
本发明涉及照明技术领域，特别涉及一种洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯。
背景技术
洗墙灯作为目前常用的一种装饰灯，主要用来做建筑装饰照明以及用来勾勒建筑物的轮廓。由于其整体光线以水流洗过墙面的形式对墙面进行照明，因此命名为洗墙灯。
将不带透镜的洗墙灯以光源法线垂直于墙壁进行照射时，会得到一亮度不均匀且面积很小的光斑，获得的洗墙效果不理想，也容易产生眩光。在日常使用中，洗墙光斑纵向需要达到预想的洗墙高度，同时横向宽度也应该在合理的范围内，即光斑不能太宽，也不能太窄。因此必须对光源进行有效的二次配光，即在洗墙灯结构中加入透镜或反射杯。
目前比较普遍的方法是采用顶面带条纹的准直型TIR(Total InternalReflection，即全内反射)透镜进行设计。但其存在以下主要缺陷：首先，条纹面TIR的设计方法对洗墙的高度有一定限制，不可能太高，光斑横向宽度也不能太宽；同时，透镜不能离接收光斑的墙面太近，即无法贴墙安装，原因是多个透镜横向排列的洗墙灯透镜组合得到的光斑底部会出现倒插现象，即光斑不均匀，易产生暗条纹；另外，由于这种形式的透镜没有做很好的纵向配光，大部分光不能照射到墙面上，导致光效降低，而这一部分光常常会以较大角度离墙出射，进入观察者的眼睛，照成眩光。
发明内容
本发明的目的是提出一种洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯，可以应用到照明设备上，实现高光效的照明，获得较大的横向和纵向光斑范围，光斑照度分布均匀，且不易产生眩光。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：
本发明提供一种洗墙灯透镜，其包括透镜主体和支撑透镜主体的透镜基座。透镜主体包括用于从光源接收光线的内表面和用于出射光线的外表面。内表面包括用于光线准直的第一曲面和用于折射光线的第二曲面。外表面包括用于将来自第二曲面的光线反射至第四曲面的第三曲面和用于出射光线的第四曲面，第四曲面为条形曲面群构成的台阶面。
可选地，第一曲面通过如下方程限定：x＝-r1sin(θ)， r1满足微分方程：/>r2满足微分方程：其中，h1为第一曲面的中心高度，H为光源离墙距离，θ为光源光线与竖直方向的夹角，/>为光源光线与水平方向的夹角，R为光斑中心横向宽度的一半，n为透镜材料折射率。
可选地，第三曲面通过如下方程限定：
r1满足微分方程：
， 其中，F′3＝cos(2β+2θ)，r2满足微分 方程：
，其中，/>θ为光源光线与竖直方向的夹角，/>为光源光线与水平方向的夹角，L为第二曲面底部离原点距离，β为拔模角，n为透镜材料折射率，h2为第四曲面的中心高度，R为光斑中心横向宽度的一半，H为光源离墙距离。
可选地，第四曲面的台阶数m的范围为7≤m≤15。
可选地，透镜基座的表面为磨砂表面。
可选地，透镜基座的上表面和透镜主体的内表面之间形成用于容纳光源的腔体。
本发明提供一种发光模块，其包括上述中任一项的洗墙灯透镜。
可选地，发光模块的光源为LED灯。
本发明提供一种洗墙灯，其包括上述中任一项的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：通过准直型TIR透镜结合条形曲面群构成的台阶曲面的光学设计，可进行光斑横向宽度的调整以及光斑纵向分配的调节，实现洗墙灯透镜整体的光斑宽度、照度均匀性以及光效的调整。
本发明的洗墙灯透镜及其具有该洗墙灯透镜的发光模块可获得横向跨度大、纵向照度均匀的光分布，并且光效较高。由上述阵列式的发光模块组成的洗墙灯，可实现均匀光分布、高光效照明，并能有效防止眩光和杂散光的产生。
附图说明
图1为本发明的一实施例提供的洗墙灯透镜的截面结构示意图；
图2为本发明的一实施例提供的洗墙灯透镜的立体结构示意图；
图3为本发明的一实施例提供的发光模块的照度分布图；
图4为本发明的一实施例提供的发光模块的两个剖面的照度分布图；
图5为本发明的一实施例提供的发光模块的直角坐标配光曲线图。
具体实施方式
以下参考构成本说明书一部分的附图对本发明的各个实施例结构进行描述。可以理解的是，也可以使用部件和结构的其它具体设置，其结构和功能的改变将不会偏离本发明的范围。另外，术语“顶部”、“底部”、“中央”、“侧面”、“内侧”、“外侧”以及类似术语可以用在说明书中来描述本发明不同实施例的技术特征和元件，用在此处的这些术语具有通用的含义，例如基于图中所示的方向和/或通常所指的方向。在说明书中不需要为了落入本发明的范围而构造特定的三维或空间结构方向。
如图1所示，本发明的实施例提供一种洗墙灯透镜，其包括透镜主体和支撑透镜主体的透镜基座，透镜主体包括用于从光源接收光线的内表面和用于出射光线的外表面，内表面包括用于光线准直的第一曲面A和用于折射光线的第二曲面B，外表面包括用于将来自第二曲面B的光线反射至第四曲面D的第三曲面C和用于出射光线的第四曲面D，第四曲面D为条形曲面群构成的台阶面。
具体地，第一曲面A用于将光源出射的光线准直出射，以提高光效。第一曲面A可通过如下方程限定：x＝-r1sin(θ)，r1满足微分方程：/>r2满足微分方程：
，其中，/>h1为第一曲面的中心高度，H为光源离墙距离，θ为光源光线与竖直方向的夹角，/>为光源光线与水平方向的夹角，R为光斑中心横向宽度的一半，n为透镜材料折射率。第一曲面A为扫掠面，可通过第一曲面A的如图1所示截面上的曲线绕通过光源的横向截线扫掠得到。所绕旋转轴可以是光源的横向截线，也可以是与之平行的下方横向截线。光轴可选择竖直向上，也可与竖直方向呈一定角度。
具体地，第二曲面B为扫掠曲面，可通过第二曲面B的如图1所示截面上的曲线绕通过光源的横向截线扫掠得到。同时第二曲面B也可为拔模面，拔模角为拔模面和竖直平面的夹角。第二曲面B用于使光源光线折射至第三曲面C，通过调整拔模角度可以控制透镜的横向宽度。
具体地，第三曲面C为全内反射面，用于接收来自第二曲面B的光线，使其发生全内反射并准直出射至第四曲面D，可提升整体光效。第三曲面C可通过如下方程限定： r1满足微分方程：
， 其中，F′3＝cos(2β+2θ)，r2满足微分 方程：
，其中，/>θ为光源光线与竖直方向的夹角，/>为光源光线与水平方向的夹角，L为第二曲面底部离原点距离，β为拔模角，n为透镜材料折射率，h2为第四曲面的中心高度，R为光斑中心横向宽度的一半，H为光源离墙距离。
具体地，第四曲面D为条形曲面群构成的台阶面，用于接收第一曲面A和第三曲面C的准直光线，并将光线折射至墙体上。第四曲面D可根据实际墙面照度要求对光线进行配光，提高光斑的均匀性，可有效减少眩光，以提高整体光效。可通过台阶型曲线绕轴扫掠得到第四曲面D，台阶面中心高度较低，两边的高度逐级升高。第四曲面D可通过第四曲面D的如图1所示截面上的曲线绕通过光源的横向截线扫掠得到。旋转轴可以是光源的横向截线，也可以是与之平行的下方横向截线。同时，调整第四曲面D的各台阶面的顶部高度、旋转轴、台阶数以及各台阶宽度来实现光斑纵向的调节。当台阶数过少时，透镜主体对光斑纵向的调节、光斑照度均匀性以及光效未达到较佳值。当台阶数过多时，增加了调整难度和加工难度。较佳的，第四曲面D的台阶数m的范围为7≤m≤15。
具体地，光源固定于透镜主体的内表面和透镜基座的上表面所围成的腔体内。
具体地，光源可选择LED灯，即包含有上述的洗墙灯透镜的发光模块为LED模块。此外，发光模块可以以条形阵列或矩形阵列的排列方式形成洗墙灯，以实现具有高光效和均匀光分布的照明，并能够有效防止眩光、杂散光产生。
如图2所示，透镜主体1安装在与其底部形状相对应的透镜基座2上。透镜基座2未被透镜主体1覆盖的表面为磨砂表面，可有效抑制杂散光，以防止眩光的产生。
如图3和4所示，为本发明实施例的发光模块的照度分布图和发光模块的两个剖面的照度分布图。由图可知，发光模块的整个光斑呈一非对称的椭圆状光斑。光斑的横向宽度较大，从﹣450mm跨度到﹢450mm。纵向方向在一定范围内照度值较接近。本发光模块可获得横向角度大、纵向照度均匀的光分布。另外，光效达到68.74％，远高于常规条纹准直TIR透镜的光效(一般其光效低于50％)。
图5给出了本发明的实施例的发光模块的直角坐标系下的配光曲线图。由图5可知，出射光线纵向有偏向墙面的小角度偏光，且大部分光线均到达墙面，只有少数光线远离墙面。考虑到这部分远离的光线较少，且偏离竖直方向的角度很小，不易造成眩光。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种洗墙灯透镜，其特征在于，包括透镜主体和支撑所述透镜主体的透镜基座，所述透镜主体包括用于从光源接收光线的内表面和用于出射光线的外表面，所述内表面包括用于光线准直的第一曲面和用于折射光线的第二曲面，所述外表面包括用于将来自第二曲面的光线反射至第四曲面的第三曲面和用于出射光线的第四曲面，所述第四曲面为条形曲面群构成的台阶面；所述第一曲面通过如下方程限定：x＝-r1 sin(θ)r1满足微分方程：/>r2满足微分方程：
其中，h1为第一曲面的中心高度，H为光源离墙距离，θ为光源光线与竖直方向的夹角，/>为光源光线与水平方向的夹角，R为光斑中心横向宽度的一半，n为透镜材料折射率。
2.根据权利要求1所述的洗墙灯透镜，其特征在于，所述第三曲面通过如下方程限定：
r1满足微分方程：，
其中，F3′＝cos(2β+2θ)，r2满足微分方程：
，
其中，θ为光源光线与竖直方向的夹角，/>为光源光线与水平方向的夹角，L为第二曲面底部离原点距离，β为拔模角，n为透镜材料折射率，h2为第四曲面的中心高度，R为光斑中心横向宽度的一半，H为光源离墙距离。
3.根据权利要求1所述的洗墙灯透镜，其特征在于，所述第四曲面的台阶数m的范围为7≤m≤15。
4.根据权利要求1所述的洗墙灯透镜，其特征在于，所述透镜基座的表面为磨砂表面。
5.根据权利要求1所述的洗墙灯透镜，其特征在于，所述透镜基座的上表面和所述透镜主体的内表面之间形成用于容纳光源的腔体。
6.一种发光模块，其特征在于，包括上述权利要求1-5中任一项所述的洗墙灯透镜。
7.根据权利要求6所述的发光模块，其特征在于，所述发光模块的光源为LED灯。
8.一种洗墙灯，其特征在于，包括上述权利要求6或7所述的发光模块组成的阵列。
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