CN109000175A - 洗墙灯透镜、发光模块以及洗墙灯 - Google Patents

洗墙灯透镜、发光模块以及洗墙灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种洗墙灯透镜、发光模块以及洗墙灯，其中洗墙灯透镜包括透镜主体和用来支撑透镜主体的透镜基座；透镜主体包括用于接收光线的内表面，以及设置在内表面的外部用于出射光线的外表面；外表面包括用于折射光线的第一曲面和用于反射光线的第二曲面，第一曲面和第二曲面围绕内表面设置，经内表面出射的光线一部分被第一曲面折射至预设的洗墙面，另一部分被第二曲面全反射至预设洗墙面。本发明提供的洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯，克服了传统洗墙灯透镜洗墙高度和照度均匀性方面的限制，结构稳定，便于使用。

Description

洗墙灯透镜、发光模块以及洗墙灯
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种洗墙灯透镜、发光模块以及洗墙灯。
背景技术
洗墙灯实际上就是灯具发出的光线均匀掠过墙面，像水流一样在墙面上形成光的水帘。洗墙灯主要是用来做建筑装饰照明之用，还可以用来勾勒大型建筑的轮廓，应用广泛。
传统的洗墙灯的光线投射方式为：首先将光源发出的光线进行准直，然后通过偏折的方法使得光线依附到墙面上。这种方式光效利用率低，很难实现较高地照射高度和光斑照度均匀性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的光学模块以及洗墙灯，通过将光源发出的光线分成靠近和背离墙面的两部分，以不同的方式将光线折射或者全反射至预设洗墙面，大大减少了光线损失，提高光效的同时带来洗墙高度和光斑照度均匀性上的提高。
本发明提供的洗墙灯透镜，包括透镜主体以及与所述透镜主体一体成型用来支撑所述透镜主体的透镜基座；
所述透镜主体包括用于接收光线的内表面，以及设置在所述内表面的外部用于出射光线的外表面；
所述内表面与所述透镜基座之间形成一个用于容纳光源的空腔，位于所述空腔中的光源发出的光经所述内表面射出；
所述外表面包括用于折射光线的第一曲面和用于反射光线的第二曲面，所述第一曲面和第二曲面围绕所述内表面设置在所述透镜基座上，经所述内表面出射的光线一部分被所述第一曲面折射至预设的洗墙面，另一部分被所述第二曲面全反射至所述预设洗墙面。
作为一种可实施方式，所述第二曲面的顶部设有一平面，所述平面连接所述第一曲面和所述第二曲面；
在所述第二曲面内发生全反射的光线从所述平面射出，到达所述预设洗墙面。
作为一种可实施方式，以所述光源安装位置作为坐标原点，建立坐标轴，所述透镜基座所在平面为X轴和Z轴，过坐标原点且垂直于所述X轴和Z轴的直线作为Y轴，所述第一曲面由连续曲线绕Y轴旋转180度构成，所述第二曲面由连续曲线绕Y轴旋转-180度构成；
所述第一曲面满足以下微分方程：
所述第二曲面满足以下微分方程：
d表示洗墙面距离灯具的距离，h表示光线到达洗墙面的高度，n表示透镜的折射率，θ是指光线与中心光线的夹角，t1和t2是过度符号，无物理含义。
作为一种可实施方式，所述内表面为以光源中心为球心的半球面或半椭球面。
作为一种可实施方式，所述透镜基座上设置有安装光源的安装孔，所述安装孔的边缘与所述内表面的边缘相切。
作为一种可实施方式，所述透镜基座包括安装板以及位于所述安装板上的凸台；
所述凸台，呈中空圆柱体结构；
所述安装板，呈中空圆柱体结构，所述安装孔设置在所述安装板上。
作为一种可实施方式，所述透镜基座与光源之间通过嵌入的方式固定。
作为一种可实施方式，所述透镜基座与外部安装结构之间通过胶合或支脚嵌入的方式固定。
相应地，本发明还提供一种发光模块，包括光源以及上述任一项所述的洗墙灯透镜；
所述光源设置在所述透镜基座上，并位于所述空腔内部，所述光源发出的光经所述透镜主体的内表面接收后，由所述透镜主体的外表面发射至预设洗墙面。
相应地，本发明还提供一种洗墙灯，包括由多个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：
本发明提供的洗墙灯透镜、具有该洗墙灯透镜的发光模块和洗墙灯，通过两个曲面的共同作用能减少光线损失，提高光效，同时克服传统洗墙灯透镜洗墙高度和照度均匀性方面的限制。而且透镜主体和透镜基座整体一体化，不需要进行旋转就可以实现光线的偏转，结构稳定，便于使用。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的洗墙灯透镜的一结构示意图；
图2是图1所示的洗墙灯透镜的俯视图；
图3是本发明实施例二提供的洗墙灯透镜的一结构示意图；
图4是图3所示的洗墙灯透镜的又一结构示意图；
图5是本发明实施例三提供的发光模块的照度分布图；
图6是本发明实施例三提供的发光模块的水平和垂直剖面的光强分布图；
图7是本发明实施例四提供的洗墙灯的安装结构示意图；
图8是图7的放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
请参阅图1和图2，本发明实施例一提供的洗墙灯透镜，包括透镜主体以及与透镜主体一体成型且支撑透镜主体的透镜基座。透镜主体包括用于接收光线的内表面(未示出)，以及设置在内表面的外部用于出射光线的外表面。
内表面与透镜基座之间形成一个用于容纳光源的空腔，位于空腔中的光源发出的光经内表面射出。内表面可以采用以光源中心为球心的半球面或半椭球面实现，这种曲面本身具有良好的光学性质，光源发出的光线经内表面之后不会发生太大的变化，可以将光能损失降低到最小。另一方面，采用半球面或半椭球面作为内表面，可以和外表面较好地配合，调节光线分布，提升照度均匀度。
进一步地，由于靠近洗墙面一侧的光线单独通过光线的折射是很难克服近灯处的低色温光线的堆积，基于此，本发明的内表面采用半椭球面结构，可以将发生堆积的低色温光线散开分布于目标面，进一步实现洗墙面目标照度均匀分布。
外表面包括用于折射光线的第一曲面100和用于反射光线的第二曲面200，第一曲面100和第二曲面200围绕内表面设置在透镜基座上，经内表面出射的光线一部分被第一曲面100折射至预设的洗墙面，另一部分被第二曲面200全反射至预设洗墙面。
如图1和2所示，第一曲面100和第二曲面200位于内表面的两侧，第一曲面100为折射曲面，第二曲面200为内全反射曲面。这样设置，工作时，只需将第一曲面100所在一侧朝向洗墙面，这样从内表面出射的朝向第一曲面100一侧的光线会发生折射，从而照射到洗墙面上；另一侧的光线，也就是从内表面出射的朝向第二曲面200一侧的光线会在第二曲面200的内表面发生全反射，从而照射到洗墙面上。其中，经第二曲面200全反射后有相当一部分是从第二曲面200的顶部出射，但光线的分布还是可以与折射部分相覆盖，叠加形成均匀光斑。
实施例一提供的洗墙灯透镜，通过将内表面出设的光线分成靠近和背离墙面的两部分，以不同的方式将光线折射或者全反射至预设洗墙面，大大减少了光线损失，提高光效的同时带来洗墙高度和光斑照度均匀性上的提高。而且透镜主体和透镜基座整体一体化，不需要进行旋转就可以实现光线的偏转，结构稳定，便于使用。
透镜基座主要用于支撑透镜主体、安装光源以及与外部安装结构对接。透镜基座可以是圆形、方形或者任意结构，其上设置有安装光源的安装孔，安装孔的大小应与光源的大小相匹配，其边缘与内表面的边缘相切。安装时，光源嵌入透镜基座与内表面形成的空腔中，而透镜基座则与外部安装结构之间通过胶合或支脚嵌入方式固定。
如图1至图4所示，本发明实施例提供的透镜基座包括安装板400以及位于安装板400上的凸台300，凸台300呈中空圆柱体结构，安装板400呈中空圆柱体结构，安装孔设置在安装板400上。这种结构简单、方便安装固定，最重要的是结构稳定。
为便于与其他外部结构对接，安装板400的下方还可以设置其他安装组件，例如支脚、锁扣等等。
参见图3和图4，本发明实施例二提供的洗墙灯透镜，在上述实施例一的基础上还包括一平面500，平面500设置在第二曲面200的顶部并连接第一曲面100和第二曲面200，在第二曲面200内发生全反射的光线从平面500射出，到达预设洗墙面。
本实施例通过在第二曲面200和第一曲面100之间设置平面500，使得在第二曲面200内发生全反射的光线从平面500射出，到达预设洗墙面，整体结构更加稳定，抗干扰性更高。
进一步地，作为一种可实施方式，本发明实施例一和实施例二中的第一曲面100和第二曲面200可以通过以下方式实现：以光源安装位置作为坐标原点，建立坐标轴，透镜基座所在平面为X轴和Z轴，过坐标原点且垂直于X轴和Z轴的直线作为Y轴，第一曲面由连续曲线绕Y轴旋转180度构成，第二曲面由连续曲线绕Y轴旋转-180度构成；
所述第一曲面满足以下微分方程：
所述第二曲面满足以下微分方程：
d表示洗墙面距离灯具的距离，h表示光线到达洗墙面的高度，n表示透镜的折射率，θ是指光线与中心光线的夹角，t1和t2是过度符号，无物理含义。采用上述公式求解时，将t1和t2带入第一个公式，即可得到曲面结构，将得到的曲面结合本发明实施例提供的洗墙灯透镜结构，可以实现光线的偏转，提高照度均匀度。
基于同一发明构思，本发明实施例三还提供一种发光模块，包括光源以及本发明提供的洗墙灯透镜。光源设置在透镜基座上，并位于空腔内部，光源发出的光经透镜主体的内表面接收后，由透镜主体的外表面发射至预设洗墙面。光源一般采用LED模块等点光源。
该发光模块通过本发明提供的洗墙灯透镜结构，不需要进行旋转就可以实现光线的偏转，结构稳定，便于使用，而且出射光的高度和均匀度方面都有显著提升。如图5和图6所示，图5所示的照度均匀度达0.75以上。图6中相对比较高的线代表发光模块的水平剖面的光强分布，相对比较低的线代表发光模块的竖直剖面的光强分布，整体光效可达0.65以上。
基于同一发明构思，参见图7和图8，本发明实施例四还提供一种洗墙灯，包括由多个发光模块组成的阵列。由于该洗墙灯由上述发光模块组成的阵列构成，能够减少杂散光，提高光效。该洗墙灯的照度均匀分布，均匀性达到0.75以上，光效0.65以上。
本发明实施例中的第一曲面100、第二曲面200以及内表面的结构均能在符合设计目标的区域内实现照度均匀分布，所以本发明提供的洗墙灯透镜、发光模块以及洗墙灯整体实现的是洗墙面的照度均匀分布，而且实现了较高的照射高度。通过三个曲面的共同作用能减少光线损失，提高光效，而且不需要进行偏转就能实现偏光，便于安装，其照度均匀性达到0.75以上，光效0.65以上。
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 (3)

1.一种洗墙灯透镜，其特征在于，包括透镜主体和用来支撑所述透镜主体的透镜基座；
所述透镜主体包括用于接收光线的内表面，以及设置在所述内表面的外部用于出射光线的外表面；
所述内表面为半球面结构；
所述外表面包括用于折射光线的第一曲面和用于反射光线的第二曲面，所述第一曲面和第二曲面围绕所述内表面设置，经所述内表面出射的光线一部分被所述第一曲面折射至预设的洗墙面，另一部分被所述第二曲面全反射至所述预设洗墙面；
以光源安装位置作为坐标原点，建立坐标轴，所述透镜基座所在平面为X轴和Z轴，过坐标原点且垂直于所述X轴和Z轴的直线作为Y轴，所述第一曲面由连续曲线绕Y轴旋转180度构成，所述第二曲面由连续曲线绕Y轴旋转-180度构成；
所述第一曲面满足以下微分方程：
所述第二曲面满足以下微分方程：
其中，d表示洗墙面距离灯具的距离，h表示光线到达洗墙面的高度，n表示透镜的折射率，θ是指光线与中心光线的夹角，t1和t2是过度符号，无物理含义；
所述第二曲面的顶部设有一平面，所述平面连接所述第一曲面和所述第二曲面；
在所述第二曲面内发生全反射的光线从所述平面射出，到达所述预设洗墙面；
所述透镜基座与光源之间通过嵌入的方式固定，所述透镜基座与外部安装结构之间通过胶合或支脚嵌入的方式固定。
2.一种发光模块，其特征在于，包括光源以及权利要求1所述的洗墙灯透镜；
所述光源设置在所述透镜基座上，所述光源发出的光经所述透镜主体的内表面接收后，由所述透镜主体的外表面发射至预设洗墙面。
3.一种洗墙灯，其特征在于，包括由多个权利要求2所述的发光模块组成的阵列。
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