CN107940258A - 一种光线高密度直线反射led灯具 - Google Patents

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Abstract

一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，包括锥形反射罩，所述的锥形反射罩的具有一个设置在顶部的入光孔，和与入光孔中心点同轴的内面直线形圆锥反射面，圆锥反射面沿入光孔延伸到开口处；LED照明本体包括与入光孔相接的安装组件和灯头，所述入光孔用于供灯头产生的入射光线完全落在直线形圆锥反射面内，所述灯头的中心点与入光孔的中心点重合，灯头的中心轴线与直线形圆锥反射面的中心轴线重合。本发明的有益效果在于，采用不同于弧线圆锥面反射和光学凸透镜的光线射出原理的设计，减少光线辐射传播在空间区域中的浪费，减少因距离而产生的亮度衰减，可以有效的提高光线的亮度，投射出亮度均匀的光，减少电能的消耗。

Description

一种光线高密度直线反射LED灯具
技术领域
本发明涉及一种LED灯具，具体涉及一种光线高密度直线反射LED灯具。
背景技术
传统光源可以辐射到超过270°的空间区域，灯头也可以辐射到180°的空间区域，但大部分都是没有必要的浪费。辐射传播的光线在空间中分散，光线的密度低，穿透空气的能力弱，光源出光点亮，而光线到达使用区域时亮度就不够了，为满足照明亮度的需求，就必须加大光源的功率，而直接造成了能源和经济上的浪费。目前被采用来改善光线辐射传播效果的方式有：弧线圆锥面反射原理和光学凸透镜原理。
弧线圆锥面反射原理：入射光线在弧线圆锥面内经过多重反射，在远端聚焦点附近也能产生高亮度聚焦光，但这高亮度区域面积非常有限，无法满足大面积均匀亮度的普通照明需求。
光学凸透镜的原理：当光线进过透镜曲面时会发生折射而产生聚光，经过光学设计的透镜光斑也可以非常均匀，但由于透镜直径和透镜模式的限制，光利用率不高，光亮度均匀区域面积较小，光斑边缘还会有比较明显的黄边。
发明内容
本发明提供了一种光线高密度直线反射LED灯具，本发明采用不同于弧线圆锥面反射和光学凸透镜的光线射出原理的设计，减少光线辐射传播在空间区域中的浪费，减少因距离而产生的亮度衰减，可以有效的提高光线的亮度，投射出亮度均匀的光，减少电能的消耗。
一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，包括锥形反射罩，所述的锥形反射罩的具有一个设置在顶部的入光孔，和与入光孔中心点同轴的内面直线形圆锥反射面，圆锥反射面沿入光孔延伸到开口处；LED照明本体包括与入光孔相接的安装组件和灯头，所述入光孔用于供灯头产生的入射光线完全落在直线形圆锥反射面内，所述灯头的中心点与入光孔的中心点重合，灯头的中心轴线与直线形圆锥反射面的中心轴线重合；当灯头产生光束时，光束在直线形圆锥面内加强后从开口处投射出加强光束。
优选的，所述灯头的直径小于入光孔的直径，且灯头与入光孔相适配，灯头产生的的光束均落在直线形圆锥反射面内。
优选的，所述灯头安装在安装组件上，安装组件与锥形反射罩上入光孔的相接。
优选的，所述直线形圆锥反射面具有线性斜率，且定义了倾斜反射面与入光孔所在面形成的倾斜角。
优选的，所述灯头产生光束在直线形圆锥反射面上经过多重反射加强后，在反射罩开口处被集合小于光束入射角的窄角度射出光，从锥形反射罩的出口处投射出。
优选的，所述直线形圆锥反射面的线性斜率的大小决定需照明距离的远近和照明面积的大小。
本发明的有益效果在于：
1.改良以往光线在大气中的辐射传播方式，减少光线辐射传播在空间区域中的浪费，减少因距离而产生的亮度衰减。
2.改善辐射区域的亮度不均匀情况。
3.实现人类环保节能的理念，减少电能的消耗。
4.不同于弧线圆锥面反射和光学凸透镜的光线射出原理，这两种方式都存在无法实现大面积均匀照明效果的缺陷。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是传统光源投射示意图。
图3是LED光源投射示意图。
图4是本发明光束投射结构示意图。
图5是本发明光束投射结构示意图。
图6是本发明反射面和高度关系结构示意图。
图7是本发明与普通灯具的能耗对比图。
图8是本发明采用8W LED光源亮度测试结果图。
图9是本发明室内测试结果图。
图10是本发明室内测试结果图。
图中：1-安装组件、2-灯头、3-直线形圆锥反射面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，包括锥形反射罩，所述的锥形反射罩的具有一个设置在顶部的入光孔，和与入光孔中心点同轴的内面直线形圆锥反射面3，圆锥反射面沿入光孔延伸到开口处；LED照明本体包括与入光孔相接的安装组件1和灯头2，所述入光孔用于供灯头2产生的入射光线完全落在直线形圆锥反射面3内，所述灯头2的中心点与入光孔的中心点重合，灯头2的中心轴线与直线形圆锥反射面3的中心轴线重合；当灯头2产生光束时，光束在直线形圆锥面内加强后从开口处投射出加强光束。
优选的，所述灯头2的直径小于入光孔的直径，且灯头2与入光孔相适配，灯头2产生的的光束均落在直线形圆锥反射面3内。
优选的，所述灯头2安装在安装组件1上，安装组件1与锥形反射罩上入光孔的相接。
优选的，所述直线形圆锥反射面3具有线性斜率，且定义了倾斜反射面与入光孔所在面形成的倾斜角。
优选的，所述灯头2产生光束在直线形圆锥反射面3上经过多重反射加强后，在反射罩开口处被集合小于光束入射角的窄角度射出光，从锥形反射罩的出口处投射出。
如图2和3所示，传统光源可以辐射到超过270°的空间区域，LED光源也可以辐射到180°的空间区域，但大部分都是没有必要的浪费。如图4和5所示，然而较广角度的光源入射光线在直线性圆锥面内，经过了多重反射后，在射出面被集合成较窄角度的射出光，使得射出光的光强度增加，同时亮度也被提高，在经过同样距离到达被照明平面时，亮度高于原射出的光线。
当LED光源发光角度为120°时，其光强度
= F/Ω= F/（4π*(120°/360°)）= 3F/4π，其中Ω为立体角， F为光通量
经过圆锥顶角为a的直线性圆锥面集合后，(da)= F/（4π*(da/360°)）
当a＜120°时，(da)＞3F/4π
根据光线在空气中的衰减规律：一束光穿过大气距离后，其光强度从下降为,其表达公式为:
其中叫做吸收系数，式中为光的频率，为光速。
由此可见，当发光角度为120°的LED光强度，被圆锥顶角小于120°的直线性圆锥面集合后，光强度被增加，经过了同样距离到达照明平面时，光强度I()高于原LED射出光线。
优选的，所述直线形圆锥反射面3的线性斜率的大小决定需照明距离的远近和照明面积的大小。
经过实验和计算，已经发现在直线形圆锥反射面3的高度，直线形圆锥反射面3的圆锥顶角，所需照明距离的远近，照明面积的大小，这几个变量之间存在的变化规律。
如图6所示，光源发出的光线，从直线形圆锥反射面3的同轴圆锥顶点射出，在直线形圆锥反射面3上经过多次反射，反射面上的光线很多，它们是分别由光源的不同位置发出的，用光线在需照明高度与光束中心的距离r i (i=1,2,3---)代表经过直线形圆锥反射面3反射后到达需照明平面的光线。
直线形圆锥反射面3的高度可表示为：
h0 =rkocota
其中rko表示直线形圆锥反射面3出光面半径，a表示直线形圆锥反射面3锥顶半角。
为了清楚地分析光线在直线形圆锥反射面3内的多次反射过程, 把小孔展开, 并建立如图a 所示的坐标系。坐标原点取在直线形圆锥反射面3出光面的圆心, + z 轴朝下。
从图b 可以看出, 对于第i次( 即经过直线形圆锥反射面3的( 2i- 1) 次反射后) 反射的的光线而言, 从第i 次反射点pi到光轴( 即z 轴) 的射出距离xi可表示为
（4）
在展开图3中, 从第i次反射点Pi到x轴的垂直距离zi 可表示为
（5）
该光线在照明平面位置与射出光束中心的距离可表示为
（6）
式中F为直线形圆锥反射面3到需照明平面的距离
把公式(4) 和(5) 代入公式(6) , 可以得到
由此可以发现：当确定了直线形圆锥反射面3锥顶半角的大小，和光源到所需照明平面的距离后，我们可以经由改变直线形圆锥反射面3的高度，来自如控制在照明平面上产生的照明区域的大小范围。
如图7和8所示，光线高密度直线反射原理LED灯具与其它LED灯具亮度和能耗对比，从图8可以看出：
1、在使用电量相同的情况下，光线高密度直线反射原理灯具的亮度是普通LED灯泡亮度的5倍以上，也就是说其它灯具至少要消耗5倍以上的电量，才能达到同样的亮度。
2、LED灯泡虽然在空间区域的光线辐射范围较大一些，但边缘区域的亮度已经无法满足正常照明需要，而光线高密度直线反射原理灯具的投射范围已经足够达到很好的均匀照明效果，没有必要造成能源的浪费。
如图9和10所示，本发明在层高4米的36平方米办公室为例，只需消耗72W的电量，就能够达到办公桌面154LUX的平均亮度，地面平均亮度也达141LUX，实际效能值只有2W/㎡。整个房间的照明效果相当均匀，最小亮度/平均亮度=0.53。这再次验证了本发明的有益效果。
本发明的有益效果在于：
1.改良以往光线在大气中的辐射传播方式，减少光线辐射传播在空间区域中的浪费，减少因距离而产生的亮度衰减。
2.改善辐射区域的亮度不均匀情况。
3.实现人类环保节能的理念，减少电能的消耗。
4.不同于弧线圆锥面反射和光学凸透镜的光线射出原理，这两种方式都存在无法实现大面积均匀照明效果的缺陷。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，包括锥形反射罩，所述的锥形反射罩的具有一个设置在顶部的入光孔，和与入光孔中心点同轴的内面直线形圆锥反射面，圆锥反射面沿入光孔延伸到开口处；LED照明本体包括与入光孔相接的安装组件和灯头，所述入光孔用于供灯头产生的入射光线完全落在直线形圆锥反射面内，所述灯头的中心点与入光孔的中心点重合，灯头的中心轴线与直线形圆锥反射面的中心轴线重合；当灯头产生光束时，光束在直线形圆锥面内加强后从开口处投射出加强光束。
2.根据权利要求1所述的一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，所述灯头的直径小于入光孔的直径，且灯头与入光孔相适配，灯头产生的的光束均落在直线形圆锥反射面内。
3.根据权利要求1所述的一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，所述灯头安装在安装组件上，安装组件与锥形反射罩上入光孔的相接。
4.根据权利要求1所述的一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，所述直线形圆锥反射面具有线性斜率，且定义了倾斜反射面与入光孔所在面形成的倾斜角。
5.根据权利要求1所述的一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，所述灯头产生光束在直线形圆锥反射面上经过多重反射加强后，在反射罩开口处被集合小于光束入射角的窄角度射出光，从锥形反射罩的出口处投射出。
6.根据权利要求4所述的一种光线高密度直线反射LED灯具，其特征在于，所述直线形圆锥反射面的线性斜率的大小决定需照明距离的远近和照明面积的大小。
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