CN110953556A - 一种非对称透镜和灯具及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种非对称透镜和灯具及其设计方法。一种非对称透镜包括透镜基座(1)，透镜本体(10)；在透镜基座(1)上平行设置有多个长条形的透镜(10)；透镜本体(10)包括外表面和内表面；透镜的外表面形成凸起部，透镜的内表面形成凹陷部。本发明的透镜采用曲面+平面及反光平面的组合设计，本发明透镜专注于单一方向的照明设计，由内侧近光源的曲面将光聚拢并偏成一定角度，内侧垂直平面及折射反光面阻挡光源另一侧的光，再由外侧曲面进一步聚拢光线加上折射平面将光线偏成我们需要的角度，增加了单位面积的照度。采用本发明的非对称透镜没有光源与透镜需严格对齐的限制，增加光源仅需要在条状透镜本体内完成，设计自由度高。

Description

一种非对称透镜和灯具及其设计方法

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种非对称透镜和灯具及其设计方法。

技术背景

LED(发光二极管)灯具有高效低耗、节能环保、寿命长等特点，越来越受到世界各国的重视。LED吸顶灯是以LED为光源，以吸附或嵌入方式安装于天花板或者墙壁上，是现今常用的室内(如家庭、办公室、娱乐场所等)照明灯具。相较于传统照明灯具具有节能、低碳、长寿、显色性好、响应速度快等优点。目前现有技术中的LED光源在实际使用过程中需要为其设计一个光学透镜作为灯罩以满足均匀照明或特定方向上的非对称照明。例如，市面上应用较多的LED均匀灯具透镜主要采用两种类型：一种是多片非球面型，这种结构虽然照度均匀度较高，但是会增加光学系统的复杂度和装配的难度；另一种是单片非球面型，这种结构虽然光学复杂度低，但是此种结构的光源和透镜的分布是一一对应的。当光源数量改变，例如排布密度发生变化，原有的透镜将无法再使用。且光源与透镜封装在一起，光源的热量直接作用于透镜上不易散发，影响灯具的寿命。现有技术中亟需提供一种能够实现特定方向照明的低光损，高耐久性的非对称透镜。

发明内容

为了实现一种特定方向的非对称照明和高耐久性的非对称透镜和灯具及其设计方法，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种非对称透镜，包括透镜基座1，透镜本体10。在透镜基座1上平行设置有多个长条形的透镜本体10。透镜本体10包括外表面和内表面。透镜本体的外表面形成凸起部，透镜本体的内表面形成凹陷部。

一种采用非对称透镜的灯具，包括非对称透镜1扣设在铝基板3上，非对称透镜1上的透镜本体10在铝基板3上的投影区域设置有光源2。

一种非对称透镜的设计方法，包括：

S1、使用CREO建模软件，制作出结构和功能符合需求的三维模型；

S2、将步骤S1中的三维模型导入TracePro光线模拟软件，通过TracePro光线模拟软件对所设计的三维模型结构进行仿真，通过对模拟结果的分析，反复调整内外侧曲面及平面的数据，实现所需的角度及光型，并通过改变条状透镜本体(10)之间的间距，确定最优的光源数目；

S3、导出优化后的三维模型图纸进行一体化注塑成型；

S4、根据照射强度的需要调整长条形的透镜本体(10)长度方向上的光源数量，将透镜基座(1)和铝基板(3)组装在一起。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的透镜采用曲面+平面及反光平面的组合设计，本发明透镜专注于单一方向的照明设计，由内侧近光源的曲面将光聚拢并偏成一定角度，内侧垂直平面及折射反光面阻挡光源另一侧的光，再由外侧曲面进一步聚拢光线加上折射平面将光线偏成我们需要的角度，增加了单位面积的照度。由此设计出非对称透镜，实现向特定方向的非对称照明。同时我们采用长条形的透镜分布，对比传统透镜的单颗设计，节约了空间，减少了多余的折射，减少了光损，提高了照明的效率。同时，采用长条形透镜方案的设计解除了传统单颗发光部位透镜对于光源数量的限制，即现在通过这款透镜我们能实现所需要的非对称配光以及更高的光效，没有光源与透镜需严格对齐的限制，增加光源仅需要在条状透镜本体内完成，设计自由度高。

附图说明

图1为本发明的非对称透镜的正视图；

图2为本发明的非对称透镜的侧视图；

图3为使用本发明的非对称透镜的灯具的局部放大图；

图4为使用本发明的非对称透镜的另一实施例；

图5为使用本发明的非对称透镜在横向增加光源数量的结构示意图；

图6为使用本发明的非对称透镜在纵向增加光源数量的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做详细描述。

实施例一：

如图1所示为本发明的非对称透镜的正视图，本发明的非对称透镜包括透镜基座1，透镜本体10。在透镜基座1上平行设置有多个长条形的透镜本体10。透镜本体10包括外表面和内表面。透镜本体的外表面形成凸起部，透镜本体的内表面形成凹陷部。

透镜本体10设计为长条形提高了打出光的规则性，同时调整透镜本体10之间的间距d，使得在使用时不会产生许多光的干涉现象，使得整个光面呈现更均匀更规则的照明效果。

如图2所示为本发明的非对称透镜的侧视图，透镜本体10沿透镜基座1的上表面凸起设置。透镜本体10的截面轮廓为非对称形式。

图3为使用本发明的非对称透镜的灯具的局部放大图，如图3所示，非对称透镜1扣设在铝基板3上，非对称透镜1上的透镜本体10在铝基板3上的投影区域设置有光源2。

本发明透镜主要适用于5050光源，设计及仿真均以5050光源为准，同时预留了3030光源的使用空间。

如图3所示，以垂直于铝基板3和透镜基座1的上表面的A-A’线作为参考线，以A-A’线和铝基板3的交点为原点，在A-A’线的下方延伸的线段为正角度，在A-A’线的上方延伸的线段为负角度。

如图3所示，透镜本体10包括外表面和内表面。外表面包括依次相连的第一线段11，第二线段12，第三线段13。第一线段11为弧形，弧形的弧顶到弧形圆心的延长线远离铝基板3的方向指向配光方向。第二线段12的延长线与透镜基座1的上表面相交，并且与第一线段11的一端形成凹陷。第三线段13平行于透镜基座1的上表面。透镜本体10的内表面包括依次相连的第四线段14、第五线段15、第六线段16。第四线段14的延长线与透镜基座1的上表面相交，第四线段14作为反射面将光线反射到预定角度。第五线段15作为光源光线的入射表面，将光线以预定角度折射到第四线段14。第六线段16为非对称的弧形，其弧顶到弧形圆心的延长线远离铝基板3的方向指向配光方向。

第三线段13距离透镜基座1的上表面的高度为h。其中多个长条形的透镜本体10之间的间距和第三线段13距离透镜基座1的上表面的高度h之间的关系满足1.2h<d<2h。

根据本实施例的一个方面，透镜本体10的内表面还包括第七线段19。第七线段19平行于参考线。透镜本体10的内表面的第四线段14和第七线段19形成贯通的散热通道。散热通道的横截面为梯形或三角形或平行四边形。

本发明的透镜在设计非对称的结构时，设计了一处反光平面，即第四线段14形成的表面。通过调整光源与透镜的反光平面的位置与角度，反射由光源发出的光，从而达到一侧无光的效果。实现了另一侧的光通过透镜外侧曲面向内聚拢一定角度，从而提高单位面积的光照度。

由于LED透镜本体10设计为长条形还使得透镜本体10与光源的配合为点对线的配合，取代了传统的透镜与光源的点对点配合，减少了传统透镜因为发光部分的尺寸问题对光源数量及位置的限制，增大发光效率的区间，不再像传统透镜提高光效单纯只依靠于光源的质量。同时，本发明的LED透镜本体10设计为长条形沿透镜基座1的长度方向设置，发光部分的长条起到了一个加强筋的作用，因此机械强度相较于其他传统透镜更强。在使用大功率灯具的情况下，这种设计能够将由于热量导致透镜产生的形变降到最低。

根据本发明的一个方面，第五线段15垂直于透镜基座1的上表面。第四线段14与参考线的夹角为0～90°，优选为45°。第二线段12与参考线的夹角为0～90°，优选为60°。

实施例二：

如图4所示，以垂直于铝基板3和透镜基座1的上表面的A-A’线作为参考线，以A-A’线和铝基板3的交点为原点，在A-A’线的右侧延伸的线段为正角度，在A-A’线的左侧延伸的线段为负角度。

如图4所示，透镜本体10包括外表面和内表面。外表面包括依次相连的第一线段11，第二线段12，第三线段13。第一线段11为弧形，弧形的弧顶到弧形圆心的延长线远离铝基板3的方向指向配光方向。第二线段12的延长线与透镜基座1的上表面相交，并且与第一线段11的一端形成凹陷。第三线段13平行于透镜基座1的上表面。透镜本体10的内表面包括依次相连的第四线段14、第五线段15、第六线段16。第四线段14的延长线与透镜基座1的上表面相交，第四线段14作为反射面将光线反射到预定角度。第五线段15作为光源光线的入射表面，将光线以预定角度折射到第四线段14。第六线段16为非对称的弧形，其弧顶到弧形圆心的延长线远离铝基板3的方向指向配光方向。

第五线段15与参考线的夹角为0～-90°，优选为-30°。第二线段12与参考线的夹角为0～90°，优选为60°。第三线段13平行于透镜基座1的上表面。第四线段14与参考线的夹角为0～90°，优选为30°。第三线段13距离透镜基座1的上表面的高度大于第一线段11距离透镜基座1的上表面的高度。

根据本实施例的一个方面，透镜本体10的内表面还包括第七线段19。第七线段19平行于参考线。透镜本体10的内表面的第四线段14和第七线段19形成贯通的散热通道。散热通道的横截面为梯形或三角形或平行四边形。

本发明所有实施例的LED透镜本体10使用物性良好的PC材料一体成型，透光率高，相较于某些传统透镜使用PMMA(亚克力)材料，长时间使用不会产生显著的老化、变色等现象。同时选取的是抗UV的PC物料，进一步提高了透镜的寿命。

根据本发明的一个方面，透镜本体10的长度可以根据光源数量自由调整。

如图5所示，根据本发明的以上实施例，可以在本发明的非对称透镜的横向长度L不变的情况下，也就是总体尺寸不变的情况下，改变条状透镜本体10之间的间距，从而增加光源的数目，此可以改变光源的数量来提高照明效果。例如在图5所示的区域中透镜本体10之间的间距L₀缩减为L₁光源数量由5增加到6。

如图6所示，根据本发明的以上实施例，可以在本发明的非对称透镜的纵向自由地改变条状透镜本体10内的光源数量。只需要改变光源与光源之间的距离H即可。

传统的单颗非对称配光的透镜，光源与透镜需严格对齐，如果要增加光照效果则透镜和光源全部需要重新设计。而由本发明图5、6可知，采用本发明的技术方案相较于传统的单颗非对称配光的透镜，没有光源与透镜需严格对齐的限制，增加光源仅需要在条状透镜本体10内完成，设计自由度高。

透镜基座1的边缘上还包括安装用的固定孔17，透镜基座1的长度方向上的对称轴上设置有安装部18。

根据本发明的一种非对称透镜的设计方法，包括以下步骤：

S1、使用CREO建模软件，制作出结构和功能符合需求的三维模型；

S2、将步骤S1中的三维模型导入TracePro光线模拟软件，通过TracePro光线模拟软件对所设计的三维模型结构进行仿真，通过对模拟结果的分析，反复调整内外侧曲面及平面的数据，实现所需的角度及光型，并通过改变条状透镜本体(10)之间的间距，确定最优的光源数目；

S3、导出优化后的三维模型图纸进行一体化注塑成型；

S4、根据照射强度的需要调整长条形的透镜本体(10)长度方向上的光源数量，将透镜基座(1)和铝基板(3)组装在一起。

在注塑成型时，由于LED透镜本体10使用的是长条形结构，注塑难度相对于传统透镜降低，降低了缩水的概率，对于模具的要求降低，加快了生产透镜的进度，降低了工艺的复杂度。LED透镜本体10一体成型，各个部件之间因此不会产生缝隙导致漏光，照射效果更好。

透镜采用长条分布，经测试透光率为93.2％，相对于传统的光源透镜一对一照射方式，提高了透光率，同时减少了透镜对于灯具功能性的限制。

将理解，当据称将部件“连接”到另一个部件时，它可以直接连接到另一个部件或可以存在中间部件。本发明未详细描述的部分属于本领域技术人员的公知常识。

以上例子主要说明了本发明的优选实施例。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (10)

1.一种非对称透镜，其特征在于：包括透镜基座(1)，透镜本体(10)；在透镜基座(1)上平行设置有多个长条形的透镜本体(10)；透镜本体(10)包括外表面和内表面；透镜本体的外表面形成凸起部，透镜本体的内表面形成凹陷部。

2.根据权利要求1所述的非对称透镜，其特征在于：透镜本体(10)的外表面包括依次相连的第一线段(11)，第二线段(12)，第三线段(13)；第一线段(11)为弧形，弧形的弧顶到弧形圆心的延长线远离铝基板(3)的方向指向配光方向；第二线段(12)的延长线与透镜基座(1)的上表面相交，并且与第一线段(11)的一端形成凹陷；第三线段(13)平行于透镜基座(1)的上表面；透镜本体(10)的内表面包括依次相连的第四线段(14)、第五线段(15)、第六线段(16)；第四线段(14)的延长线与透镜基座(1)的上表面相交，第四线段(14)作为反射面将光线反射到预定角度；第五线段(15)作为光源光线的入射表面，将光线以预定角度折射到第四线段(14)；第六线段(16)为非对称的弧形，其弧顶到弧形圆心的延长线远离铝基板(3)的方向指向配光方向。

3.根据权利要求2所述的非对称透镜，其特征在于：第五线段(15)垂直于透镜基座(1)的上表面；第四线段(14)与透镜基座(1)的上表面夹角为0～90°；第二线段(12)与透镜基座(1)的上表面夹角为0～90°。

4.根据权利要求2所述的非对称透镜，其特征在于：第四线段(14)与透镜基座(1)的上表面夹角为45°；第二线段(12)与透镜基座(1)的上表面夹角为60°。

5.根据权利要求2所述的非对称透镜，其特征在于：第五线段(15)与垂直于铝基板(3)和透镜基座(1)的上表面的参考线的夹角为0～-90°；第二线段(12)与参考线的夹角为0～90°；第三线段(13)平行于透镜基座(1)的上表面；第四线段(14)与参考线的夹角为0～90°；第三线段(13)距离透镜基座(1)的上表面的高度大于第一线段(11)距离透镜基座(1)的上表面的高度。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的非对称透镜，其特征在于：透镜本体(10)的内表面还包括第七线段(19)；第七线段(19)平行于参考线；透镜本体(10)的内表面的第四线段(14)和第七线段(19)形成贯通的散热通道。

7.根据权利要求3所述的非对称透镜，其特征在于：透镜基座(1)的边缘上还包括安装用的固定孔(17)，透镜基座(1)的长度方向上的对称轴上设置有安装部(18)。

8.根据权利要求3-5任意一项所述的非对称透镜，其特征在于：多个长条形的透镜本体(10)之间的间距和第三线段(13)距离透镜基座(1)的上表面的高度h之间的关系满足1.2h<d<2h。

9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的非对称透镜的灯具，包括非对称透镜(1)扣设在铝基板(3)上，非对称透镜(1)上的透镜本体(10)在铝基板(3)上的投影区域设置有光源(2)。

10.一种如权利要求1-8任意一项所述的非对称透镜的设计方法，包括以下步骤：

S1、使用CREO建模软件，制作出结构和功能符合需求的三维模型；

S2、将步骤S1中的三维模型导入TracePro光线模拟软件，通过TracePro光线模拟软件对所设计的三维模型结构进行仿真，通过对模拟结果的分析，反复调整内外侧曲面及平面的数据，实现所需的角度及光型，并通过改变条状透镜本体(10)之间的间距，确定最优的光源数目；

S3、导出优化后的三维模型图纸进行一体化注塑成型；

S4、根据照射强度的需要调整长条形的透镜本体(10)长度方向上的光源数量，将透镜基座(1)和铝基板(3)组装在一起。

Images