CN109268707A - 配光元件、光源组件及照明灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配光元件、光源组件及照明灯具。所述配光元件具有光源腔、第一面、入射面和出射面，所述第一面与所述出射面相对设置，所述光源腔由所述第一面向所述出射面所在一侧凹陷形成，所述入射面为所述光源腔的内表面，且所述入射面包括菲涅尔表面，所述出射面包括凹形反射面，所述凹形反射面向所述入射面所在一侧凹陷。该配光元件设置光源腔，该光源腔与出射面相对布置，因此发光单元可以位于配光元件的下方，此种配光元件匹配较少的发光单元即可达到出光均匀性的要求，因此采用该配光元件的照明灯具具有更低的成本。同时，光源腔可以容纳发光单元，使得配光元件和发光单元整体占据的空间有所减小，以此提升照明灯具的空间利用率。

Description

配光元件、光源组件及照明灯具

技术领域

本发明涉及照明装置技术领域，尤其涉及一种配光元件、光源组件及照明灯具。

背景技术

随着人们对于环境照明的要求越来越高，照明灯具的性能也得到大幅的提高。目前，照明灯具的种类较多，这些照明灯具内布设有发光单元(例如LED发光单元)，发光单元发出的光线经过配光元件后发散射出。

导光板是配光元件的其中一种结构形式，目前比较常用的有侧入式导光板和直下式导光板。其中，采用侧入式导光板时，发光单元位于配光元件的侧方，需要布置较多的发光单元才能够满足出光均匀性的要求，导致照明灯具的成本较高；采用直下式导光板时，发光单元设置于配光元件的下方，因此设置较少的发光单元就可以满足出光均匀性的要求，但是由于发光单元设置于导光板的下方，因此发光单元和导光板占据的空间较大，导致照明灯具的空间利用率较低。

发明内容

本发明公开一种配光元件、光源组件及照明灯具，以降低照明灯具的成本，并提高照明灯具的空间利用率。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种配光元件，所述配光元件具有光源腔、第一面、入射面和出射面，所述第一面与所述出射面相对设置，所述光源腔由所述第一面向所述出射面所在一侧凹陷形成，所述入射面为所述光源腔的内表面，且所述入射面包括菲涅尔表面，所述出射面包括凹形反射面，所述凹形反射面向所述入射面所在一侧凹陷。

一种光源组件，包括光源板、设置于所述光源板上的发光单元和设置于所述光源板上的配光元件，所述配光元件为上述配光元件，所述配光元件罩设所述发光单元，所述第一面与所述光源板贴合。

一种照明灯具，包括驱动器和上述光源组件，所述驱动器与所述光源组件电连接。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的配光元件设置光源腔，该光源腔与出射面相对布置，因此发光单元可以位于配光元件的下方，此种配光元件匹配较少的发光单元即可达到出光均匀性的要求，因此采用该配光元件的照明灯具具有更低的成本。同时，光源腔可以容纳发光单元，使得配光元件和发光单元整体占据的空间有所减小，以此提升照明灯具的空间利用率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的光源组件的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的光源组件的俯视图；

图3为本发明实施例公开的光源组件的剖视图；

图4为图3中A部分的局部放大图；

图5为本发明实施例公开的配光元件的结构示意图；

图6为图5所示配光元件的仰视图；

图7为本发明另一实施例公开的配光元件的结构示意图；

图8为图7所示配光元件的俯视图；

图9为图7所示配光元件的仰视图；

图10为图7所示配光元件的剖视图；

图11为本发明又一实施例公开的配光元件的结构示意图；

图12为图11所示配光元件的俯视图；

图13为图11所示配光元件的仰视图；

图14为图11所示配光元件的剖视图。

附图标记说明：

100-光源板、200-配光元件、210-光源腔、220-第一面、230-入射面、231-菲涅尔表面、232-柱状面、240-出射面、241-凹形反射面、242-第二面、300-发光单元、400-反光件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

本发明实施例公开一种照明灯具，该照明灯具包括驱动器和光源组件。驱动器与光源组件电连接，以向光源组件提供能量，使得光源组件可以发出光线。本发明实施例公开的照明灯具具体可以是吸顶灯、吊灯等。

如图1-4所示，上述光源组件具体可以包括光源板100、配光元件200和发光单元300。光源板100与前述的驱动器电连接，使得驱动器可以向光源板100提供发光所需的电能。发光单元300设置在光源板100上，因此光源板100可以向发光单元300供电，使得发光单元300发光，该发光单元300可以采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)发光单元等结构形式。配光元件200同样设置于光源板100，该配光元件200罩设发光单元300和光源板100，以此通过反射、折射等形式，对发光单元300所发出的光线进行方向等参数的调整，使得整个照明灯具的发光效果满足需求。具体地，发光单元300可以设置为多个，多个发光单元300可以均固定于光源板100上。更具体地，每个光源腔210内可以仅容纳一个发光单元300，也可以容纳两个甚至更多的发光单元300。

具体实施例中，配光元件200可以是透镜，该透镜的注塑材料可以是PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)或PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)透明粒子。当然，该配光元件200也可以是导光罩，此导光罩可以作为外观件使用，例如可以直接将配光元件200设置为照明灯具的光学面罩。

如图1-图6所示，该配光元件200具有光源腔210、第一面220以及分别位于配光元件200两侧的入射面230和出射面240。第一面220与出射面240相对设置，该第一面220与光源板100贴合，其与入射面230和出射面240直接相连或者间接相连。光源腔210用于容纳发光单元300，其由第一面220向出射面240所在一侧凹陷形成。入射面230为光源腔210的内表面，且入射面230包括菲涅尔表面231，在发光单元300的光轴所在方向(即图4中的X方向)上，该菲涅尔表面231的截面为锯齿形结构。出射面240包括凹形反射面241，该凹形反射面241向入射面230所在一侧凹陷。发光单元300发出的光线首先到达入射面230，这些光线在配光元件200内经过反射或者折射后再由出射面240射出。具体地，凹形反射面241具备反射光线的能力，因此该凹形反射面241可以改变至少一部分光线的出光方向和出光位置，以此改变出射面240上的光线分布情况。

本发明实施例公开的配光元件200设置光源腔210，该光源腔210与出射面240相对布置，因此发光单元300可以位于配光元件200的下方，此种配光元件200匹配较少的发光单元300即可达到出光均匀性的要求，因此采用该配光元件200的照明灯具具有更低的成本。同时，光源腔210可以容纳发光单元300，使得配光元件200和发光单元300整体占据的空间有所减小，以此提升照明灯具的空间利用率。

上述凹形反射面241的具体结构可以灵活选择，例如可以是阶梯面。但是为了提升出光均匀性，本发明实施例对凹形反射面241的结构进行进一步的改进。具体地，在平行于发光单元300的光轴的方向上，凹形反射面241的截面形状为V形。也就是说，在逐渐靠近入射面230的方向上，凹形反射面241呈渐缩结构，且凹形反射面241的尺寸变化比较平稳，基本不会出现尺寸突变的情况。如此一来，光线经过凹形反射面241的反射作用后，也就可以更加均匀地射出。

进一步地，上述凹形反射面241可以设置为回转面，其回转轴可以平行于发光单元300的光轴。如此设置可以使得光线经过凹形反射面241的反射后，以自身的回转轴为中心更均匀地扩散开，达到提升发光效果的目的。

一种可选的实施例中，菲涅尔表面231可以为回转面，其回转轴平行于发光单元300的光轴，此时菲涅尔表面231由多个由大到小的同心圆结构形成。为了优化出光效果，该菲涅尔表面231的圆心可以位于发光单元300的光轴上，使得光线以发光单元300的光轴为中心均匀散开。

由于凹形反射面241为凹陷结构，因此该凹形反射面241具有最低点。当菲涅尔表面231为回转面时，凹形反射面241上距离菲涅尔表面231的圆心最近的点即为凹形反射面241的最低点，该最低点位于凹形反射面241的回转轴上。为了优化照明灯具的出光均匀性，可以使凹形反射面241的最低点同时位于发光单元300的光轴和菲涅尔表面231的回转轴上。换言之，凹形反射面241的回转轴、菲涅尔表面231的回转轴以及发光单元300的光轴均共线。如此设置可以使发光单元300发出的光线分布更加均匀。

当凹形反射面241为回转面时，其除了具有回转轴以外，还具有回转母线，该回转母线绕着回转轴转动一圈即形成凹形反射面241。此回转母线可以是直线，也可以是曲线，为了进一步改善出光效果，本发明实施例将该回转母线设置为弧形曲线，在靠近入射面230的方向上，该弧形曲线的至少一部分的曲率先逐渐增大，再逐渐减小。即，回转母线同时存在曲率变化比较小以及曲率变化比较大的部分，且曲率变化比较小的部分比曲率变化比较大的部分更远离入射面230。

如前所述，凹形反射面241可以对穿过入射面230的光线进行反射，所以凹形反射面241的大小将直接影响其能够反射的光线的数量。为了尽量保证穿过入射面230的大部分光线可以被凹形反射面241所反射，在平行于发光单元300的光轴的方向上，凹形反射面241的投影面覆盖入射面230的投影面。也就是说，从凹形反射面241的上方俯视配光元件200时，凹形反射面241会挡住入射面230，因此凹形反射面241的面积大于入射面230的面积。

配光元件200的出射面240可以仅包括前文所述的凹形反射面241，还可以进一步包括与凹形反射面241连接的第二面242，第一面220和第二面242均为平面，且两者相互平行。此处的第二面242对于光路方向的调整作用与凹形反射面241有所不同，因此可以与凹形反射面241共同作用，使得光线自整个出射面240更加均匀地射出。

凹形反射面241远离入射面230的一端的边缘为其顶部边缘，该顶部边缘的形状可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形、五边形、六边形或者八边形，也可以采用其他形状。选择不同的形状可以使得配光元件200的出光效果有所不同。另外，入射面230与第一面220的相交线的形状可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形、五边形、六边形或者八边形，也可以采用其他形状。同样地，此相交线选择不同的形状可以使得配光元件200的出光效果有所不同。

本发明实施例中，光源腔210和凹形反射面241均可以仅设置一个，但是为了满足大范围的照明需求，可以将光源腔210和凹形反射面241均设置为多个，且各光源腔210与各凹形反射面241一一相对布置。如此设置后，每个光源腔210内设置的发光单元300发出的光线主要被其所对应的凹形反射面241所反射，反射效果更好，有利于优化照明灯具的出光效果。此时，多个凹形反射面241的具体形状、多个光源腔210的具体形状可以相同，也可以不相同。

当光源腔210设置为多个时，各光源腔210可以间隔设置，如此设置既可以满足多个发光单元300的设置，以此扩大照射面积，还可以防止光源腔210布置过于集中所带来的成本耗费问题。凹形反射面241设置为多个时，各凹形反射面241可以相互连接，以此增大各凹形反射面241所形成的反射面的面积，提升光线反射效果，进一步促进光线均匀射出。

为了进一步提升出光效果，各光源腔210可以呈行列式排布。此时，各行光源腔210在列方向上可以对齐设置也可以错位设置，以获得不同的发光效果。同理地，各凹形反射面241也可以呈行列式排布，各行凹形反射面241在列方向上可以对齐设置也可以错位设置。

具体实施例中，如图1-6所示，该配光元件200中，凹形反射面241的顶部边缘可以为圆形边缘，多个凹形反射面241呈行列式排布，各行凹形反射面241在列方向上错位设置，入射面230与第一面220的相交线的形状为圆形，多个光源腔210呈行列式排布，各行光源腔210在列方向上错位设置。如图7-10所示，该配光元件200中，凹形反射面241的顶部边缘为六边形边缘(具体地，一部分凹形反射面241的顶部边缘为六边形边缘，一部分凹形反射面241的顶部边缘由直线和弧线组合形成)，多个凹形反射面241呈行列式排布且彼此连接，各行凹形反射面241在列方向上错位设置，入射面230与第一面220的相交线的形状为圆形，多个光源腔210呈行列式排布，各行光源腔210在列方向上错位设置。如图11-14所示，该配光元件200中，凹形反射面241的顶部边缘可以为矩形边缘(具体地，一部分凹形反射面241的顶部边缘为矩形边缘，一部分凹形反射面241的顶部边缘由直线和弧线组合形成)，多个凹形反射面241呈行列式排布且彼此连接，各行凹形反射面241在列方向上对齐设置，入射面230与第一面220的相交线的形状为圆形，多个光源腔210呈行列式排布，各行光源腔210在列方向上对齐设置。

如图4所示，一种可选的实施例中，入射面230还包括柱状面232，菲涅尔表面231通过该柱状面232与第一面220连接，且该柱状面232的延伸方向平行于发光单元300的光轴。发光单元300发出的光线中，一部分自菲涅尔表面231入射，一部分自柱状面232入射，因此该柱状面232可以对发光单元300发出的光线进行传播方向的调整，使得发光单元300发出的光线的照射范围、均匀性都更加理想。

本发明实施例中，凹形反射面241和入射面230均为凹陷结构，因此两者的凹陷程度就会对出光效果、配光元件200的结构强度产生影响。参考图4所示，可选地，凹形反射面241的最低点沿发光单元300的光轴所在方向与凹形反射面241的顶部边缘之间的距离为第一深度H1，该最低点为凹形反射面241上距离第一面220最近的点。此第一深度H1表征凹形反射面241的凹陷程度，为了提升出光效果，同时保证配光元件200的结构强度，该第一深度H1与配光元件200的厚度D之间的比值为1/3～2/3。需要说明的时，该厚度D所在的方向平行于发光单元300的光轴。

同样地，入射面230的最高点沿发光单元300的光轴所在方向与入射面230的底部边缘之间的距离为第二深度H2，该最高点为入射面230上距离第一面220最近的点，该第二深度H2与配光元件200的厚度D之间的比值为1/5～1/2。

进一步地，配光元件200还具有凹形匀光面，该凹形匀光面由第一面220向凹形反射面241所在一侧凹陷形成。也就是说，该凹形匀光面与入射面230的凹陷方向相同。此凹形匀光面可以设置为多个，各凹形匀光面呈行列式排布或者呈圆形辐射状排布，以此在更大的面积内实现匀光的效果。

如果上述凹形匀光面的尺寸过大，不仅会过度占据配光元件200设置入射面230一侧的面积，而导致入射面230的尺寸和排布受到影响，还有可能导致光线的反射效果变差，因此凹形匀光面的尺寸可以设置得小一些。当然，为了便于加工该凹形匀光面，凹形匀光面的尺寸也不能过小。基于此，本发明实施例可以将凹形匀光面与第一面220的相交线设置为圆形线，该圆形线的直径为0.8～1mm，以控制凹形匀光面的尺寸。更为具体地，凹形匀光面可以为球面结构。

为了提高光线利用率，还可以沿着配光元件200的周向设置反光件400，该反光件400可以反射光线，其具体可以是采用PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸类塑料)材料制成的反光膜。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (19)

1.一种配光元件，其特征在于，所述配光元件具有光源腔、第一面、入射面和出射面，所述第一面与所述出射面相对设置，所述光源腔由所述第一面向所述出射面所在一侧凹陷形成，所述入射面为所述光源腔的内表面，且所述入射面包括菲涅尔表面，所述出射面包括凹形反射面，所述凹形反射面向所述入射面所在一侧凹陷。

2.根据权利要求1所述的配光元件，其特征在于，在平行于发光单元的光轴的方向上，所述凹形反射面的截面形状为V形。

3.根据权利要求2所述的配光元件，其特征在于，所述凹形反射面为回转面，所述凹形反射面的回转轴平行于所述光轴；

所述菲涅尔表面为回转面，所述菲涅尔表面的回转轴平行于所述光轴，且所述菲涅尔表面的圆心位于所述光轴上。

4.根据权利要求3所述的配光元件，其特征在于，所述凹形反射面上距离所述圆心最近的点为所述凹形反射面的最低点，所述最低点同时位于所述光轴和所述菲涅尔表面的回转轴上。

5.根据权利要求3所述的配光元件，其特征在于，所述凹形反射面的回转母线为弧形曲线，在靠近所述入射面的方向上，所述弧形曲线的至少一部分的曲率先逐渐增大，再逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的配光元件，其特征在于，在平行于发光单元的光轴的方向上，所述凹形反射面的投影面覆盖所述入射面的投影面。

7.根据权利要求1所述的配光元件，其特征在于，所述出射面还包括与所述凹形反射面连接的第二面，所述第一面和所述第二面均为平面，且相互平行。

8.根据权利要求1所述的配光元件，其特征在于，所述凹形反射面的顶部边缘的形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形、五边形、六边形或者八边形，和/或，

所述入射面与所述第一面的相交线的形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形、五边形、六边形或者八边形。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的配光元件，其特征在于，所述光源腔和所述凹形反射面均设置为多个，且各所述光源腔与各所述凹形反射面一一相对布置。

10.根据权利要求9所述的配光元件，其特征在于，各所述光源腔间隔布置，和/或，各所述凹形反射面相互连接。

11.根据权利要求10所述的配光元件，其特征在于，各所述光源腔呈行列式排布，各行所述光源腔在列方向上对齐设置或者错位设置，和/或，

各所述凹形反射面呈行列式排布，各行所述凹形反射面在列方向上对齐设置或者错位设置。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的配光元件，其特征在于，所述入射面还包括柱状面，所述菲涅尔表面通过所述柱状面与所述第一面连接，所述柱状面的延伸方向平行于发光单元的光轴。

13.根据权利要求1-8中任一项所述的配光元件，其特征在于，所述凹形反射面的最低点沿发光单元的光轴所在方向与所述凹形反射面的顶部边缘之间的距离为第一深度，所述最低点为所述凹形反射面上距离所述第一面最近的点，所述第一深度与所述配光元件的厚度之间的比值为1/3～2/3，和/或，

所述入射面的最高点沿所述光轴所在方向与所述入射面的底部边缘之间的距离为第二深度，所述最高点为所述入射面上距离所述第一面最远的点，所述第二深度与所述配光元件的厚度之间的比值为1/5～1/2；

其中，所述厚度所在的方向平行于所述光轴。

14.根据权利要求1-8中任一项所述的配光元件，其特征在于，所述配光元件还具有凹形匀光面，所述凹形匀光面由所述第一面向所述凹形反射面所在一侧凹陷形成。

15.根据权利要求14所述的配光元件，其特征在于，所述凹形匀光面设置为多个，各所述凹形匀光面呈行列式排布或者呈圆形辐射状排布。

16.根据权利要求15所述的配光元件，其特征在于，所述凹形匀光面与所述第一面的相交线为圆形相交线，所述圆形相交线的直径为0.8～1mm。

17.根据权利要求1-8中任一项所述的配光元件，其特征在于，所述配光元件为导光罩。

18.一种光源组件，其特征在于，包括光源板、设置于所述光源板上的发光单元和设置于所述光源板上的配光元件，所述配光元件为权利要求1-17中任一项所述的配光元件，所述配光元件罩设所述发光单元，所述第一面与所述光源板贴合。

19.一种照明灯具，其特征在于，包括驱动器和权利要求18所述的光源组件，所述驱动器与所述光源组件电连接。