CN110425494A - 一种高均匀度led透镜模组、发光结构以及灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高均匀度LED透镜模组，包括若干单个透镜；单个透镜包括光束依次经过的入射面和出射面，每一单个透镜为关于旋转轴的旋转对称结构。入射面与经过旋转轴的剖面相交所得的曲线为入射曲线；出射面与经过所述旋转轴的剖面相交所得的曲线为出射曲线；入射曲线和出射曲线在同一个x‑y平面内的表达式如下：入射曲线表达式：y1＝a0+a1·x+a2·x2+a3·x3；出射曲线表达式：y2＝b0+b1·x+b2·x2+b3·x3。同时公开了包括上述高均匀度LED透镜的发光结构及其LED灯具。本发明中的透镜可以提高光能利用率的同时大幅改善光照的均匀性；无论是普通照明领域还是植物生长所需的照明都适用；同时在上述的透镜的基础上提供了相应的发光结构以及照明用灯具，方便人们在实际生产生活中的使用。

Description

一种高均匀度LED透镜模组、发光结构以及灯具
技术领域
本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种高均匀度LED透镜、发光结构以及灯具。
背景技术
透镜是用于将一侧照射的光线折射到另外一侧，实现光线的照射的调整以及照射范围的调整。
配合以上透镜使用的照明工具可以广泛的应用于各行各业；例如植物生长灯领域，植物生长灯是人造光源，通常是电光源，旨在通过发射适合于光合作用的电磁波谱来刺激植物生长。植物灯用于没有天然发光或需要补光的应用中。
目前植物灯没有解决光照的均匀性问题，照度不均匀的光使得植物长势参差不齐，影响品质；因此需要一种光照均匀度高、满足温室大棚植物工厂等设施农业的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高均匀度LED透镜、发光结构以及灯具，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种高均匀度LED透镜模组，包括若干单个透镜；单个透镜包括光束依次经过的入射面和出射面，每一单个透镜为关于旋转轴的旋转对称结构。
所述入射面与经过所述旋转轴的剖面相交所得的曲线为入射曲线；所述出射面与经过所述旋转轴的剖面相交所得的曲线为出射曲线；所述入射曲线和出射曲线在同一个x-y平面内的表达式如下：
入射曲线表达式：y1＝a0+a1·x+a2·x2+a3·x3；
出射曲线表达式：y2＝b0+b1·x+b2·x2+b3·x3；
其中a0∈(1.987,1.992)；a1∈(0.07575,0.08386)；a2∈(-0.1315,-0.1283)；a3∈(0.01228,0.01263)；b0∈(7.149,7.22)；b1∈(-0.4867,-0.4042)；b2∈(0.1963,0.222)；b3∈(-0.03698,-0.03471)；x∈[0,7]。
在本发明中，入射曲线和出射曲线绕旋转轴水平旋转之后得到入射面和出射面，使透镜为关于旋转轴的旋转对称结构。
本入射曲线和出射曲线，可以实现折射光的范围扩展，并且在扩展范围内照射强度基本一致，可以保证照射的均匀度，均匀光效果稳定可靠；另外照射强度大致相同也不会引起照射的局部高温，使用更加安全可靠；大大提高了照明均匀性和能量利用率。
优选的，其中：a0＝1.99；a1＝0.07981；a2＝-0.1299；a3＝0.01246；
b0＝7.185；b1＝-0.4455；b2＝0.2091；b3＝-0.03584。
以上的最佳值，是在折射情况下最佳的，配合光源使用效果最佳。
优选的，所述的透镜材质的折射率为1.4—1.6。优选的透镜折射率是1.4936。
在这个折射率下，首先为PMMA透镜，便于加工制造，另外这个折射率可以很好的控制配光分布情形。
一种包括上述高均匀度LED透镜的发光结构，包括所述的透镜和置于透镜下的LED发光体，所述的LED发光体的发光面为关于旋转轴的旋转对称结构。
发光体的选择可以是LED发光体、LD发光体或是其他的发光体，在此不做限定。
且所述LED发光体的发光面与所述入射面的距离为2mm。
在这里提供一种与上述透镜配合的发光结构，通过以上透镜的折射，可以有效的将发光面发出的光源折射到有需要照射的区域。
发光面与入射面的最佳距离是2mm，这时满足设计标准，效果最佳。一种包括上述发光结构的LED灯具，包括若干个呈直线排列的所述发光结构。
在这里，发光结构发出的光线照明面为圆形，通过直线排列的发光模组叠加，形成均匀的圆角矩形光斑。
但是如果所需照明的区域有变化，那么发光结构的数量可以随之更改，在此不做限定。
灯具的具体结构不做限定，根据实际使用的需要做选择，例如台灯、路灯或是植物生长照射灯等等。
优选的：所述发光结构彼此之间的间距为20cm。在这个范围内，可以保证相邻的两个发光结构发出的光线叠加形成均匀光斑，更好的提供照明。尤其适合植物生长照射用。
优选的：所述的LED透镜每四个为一体件。这里四个为一体，可以根据实际的需要修改数量为三个一件体或是五个一件体或是其他数量。
本发明的技术效果是：
本发明中的透镜可以提高光能利用率的同时大幅改善光照的均匀性；无论是普通照明领域还是植物生长所需的照明都适用；同时在上述的透镜的基础上提供了相应的发光结构以及照明用灯具，方便人们在实际生产生活中的使用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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为本发明一种高均匀度LED透镜实施例的透镜剖面结构示意图；
图2为本发明一种高均匀度LED发光结构实施例的剖面结构示意图；
图3为本发明一种高均匀度LED发光结构实施例的照度效果示意图；
图4为本发明一种高均匀度LED灯具实施例的立体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，一种高均匀度LED透镜模组，包括若干单个透镜；单个透镜包括光束依次经过的入射面和出射面，每一单个透镜为关于旋转轴1的旋转对称结构。其中单个透镜包含光束依次经过的入射面2和出射面3，入射面2与经过旋转轴1的剖面相交所得的曲线为入射曲线4，出射面3与经过旋转轴1的剖面相交所得的曲线为出射曲线5，入射曲线4和出射曲线5在同一个x-y平面内的表达式如下：
入射曲线表达式：y1＝1.99+0.07981·x-0.1299·x2+0.01246·x3；
出射曲线表达式：y2＝7.185-0.4455·x+0.2091·x2-0.03584·x3；x∈[0,7]。
透镜模组油若干个单个透镜组成，每一单个透镜可以实现折射光的范围扩展，并且在扩展范围内照射强度基本一致，可以保证照射的均匀度；相邻两透镜可以将光斑叠加，若干单个透镜可以让整个需要光照的光照面都均匀稳定，提高能量利用率；尤其适用于植物生长照射使用。
如图2所示，在这里还提供了一种包括高均匀度LED透镜的发光结构，包括透镜和置于透镜下的LED发光体6，LED发光体6的发光面位于透镜旋转轴1上。LED发光体6的发光面7距离入射面2的距离为2mm。
在附图3中，本发光结构与市场其他无透镜的发光结构对比示意图，左右两款灯的光源相同，电功耗时相同，但是性能指标上具有以下差异：
另外，在附图3中可以明显看到右侧的无透镜的发光结构在正下方最大辐照度点向边缘迅速衰减，而左侧配有本透镜组的发光结构在整个目标面上的辐照度基本拔出不变。
综上，左侧具有透镜配合使用的发光结构，让照射光线更均匀，目标面范围更广，辐射照度更均匀。尤其适合作为植物生长灯使用；将会为植物提供稳定持久的照射。
如图4所示，另外还提供了一种包括发光结构的LED灯具，包括若干个呈直线排列的发光结构，发光结构之间的间距为20cm。
根据相邻两发光结构的发光照射范围，确定发光结构为20cm时，相邻两照射区域无缝叠加衔接，让照射区域更均匀。
此种灯具，尤其适合作为植物生长灯使用，节能近40％，实现同样的FFP同时符合生长速度均匀的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高均匀度LED透镜模组，其特征在于：包括若干单个透镜；单个透镜包括光束依次经过的入射面和出射面，每一单个透镜为关于旋转轴1的旋转对称结构；
所述入射面与经过所述旋转轴的剖面相交所得的曲线为入射曲线；所述出射面与经过所述旋转轴的剖面相交所得的曲线为出射曲线；所述入射曲线和出射曲线在同一个x-y平面内的表达式如下：
入射曲线表达式：y1＝a0+a1·x+a2·x2+a3·x3；
出射曲线表达式：y2＝b0+b1·x+b2·x2+b3·x3；
其中a0∈(1.987,1.992)；a1∈(0.07575,0.08386)；a2∈(-0.1315,-0.1283)；a3∈(0.01228,0.01263)；b0∈(7.149,7.22)；b1∈(-0.4867,-0.4042)；b2∈(0.1963,0.222)；b3∈(-0.03698,-0.03471)；x∈[0,7]。
2.根据权利要求1所述的高均匀度LED透镜，其特征在于，其中：
a0＝1.99；a1＝0.07981；a2＝-0.1299；a3＝0.01246；
b0＝7.185；b1＝-0.4455；b2＝0.2091；b3＝-0.03584。
3.根据权利要求1所述的一种高均匀度LED透镜模组，其特征在于，所述的透镜材质的折射率为1.4—1.6。
4.一种包括权利要求1所述高均匀度LED透镜的发光结构，其特征在于，包括单个所述的透镜和置于透镜下的LED发光体，所述的LED发光体的发光面为关于旋转轴的旋转对称结构，且所述LED发光体的发光面与所述入射面的距离为2mm。
5.一种包括权利要求4所述发光结构的LED灯具，其特征在于，包括若干个呈直线排列的所述发光结构。
6.根据权利要5所述的LED灯具，其特征在于：所述发光结构彼此之间的间距为20cm。
7.根据权利要5所述的LED灯具，其特征在于：所述的LED透镜每四个为一体件。
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