CN111928149B - 一种控光装置及其设计方法、照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控光装置及其设计方法、照明系统。其中，控光装置包括：反光杯和光源模块，反光杯包括反光腔，光源模块包括光源，光源的出光面朝向反光杯的反光腔，反光腔包括自由曲面反射面，光源的出光面包括N个子出光面，自由曲面反射面包括N个子反射面，预设照射面包括N个子照射面，N个子出光面与N个子反射面一一对应，N个子反射面与N个子照射面一一对应，子反射面满足：

其中，N为大于1的正整数，

为光源到第一边界顶点的入射光矢量，

为第一边界顶点到对应的第二边界顶点的出射光矢量，

为自由曲面反射面在第一边界顶点处的法向向量。本发明提供的控光装置及其设计方法、照明系统，实现了对特定范围的照射面进行照明。

Description

一种控光装置及其设计方法、照明系统

技术领域

本发明实施例涉及照明技术领域，尤其涉及一种控光装置及其设计方法、照明系统。

背景技术

由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有体积小、耗电量低、寿命长、亮度高、发热量低、坚固耐用等诸多优点，在照明领域的应用越来越广泛。

在某些照明应用中，需要对LED发出光线进行调制，以使光线照射到特定范围内，从而形成特定大小和形状的光斑，一般灯具的光斑范围都是由天花板至地面，当要将光斑的高度降低至局部范围时，只能调整灯具的照射角度。墙面上的光斑范围若只要特定范围时，调低灯具角度会使得过多的光线照在地面上，因而效率下降，还有可能造成人眼不适。

发明内容

本发明提供一种控光装置及其设计方法、照明系统，以实现对特定范围的照射面进行照明。

第一方面，本发明实施例提供了一种控光装置，包括：

反光杯和光源模块，所述反光杯包括反光腔，所述光源模块包括光源，所述光源的出光面朝向所述反光杯的反光腔；

所述反光腔包括自由曲面反射面，所述自由曲面反射面用于调制所述光源发出的光线，并在预设照射面形成光斑；

其中，所述光源的出光面包括N个子出光面，所述自由曲面反射面包括N个子反射面，所述预设照射面包括N个子照射面，N个所述子出光面与N个所述子反射面一一对应，N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应；每个所述子出光面出射的光经对应的一所述子反射面反射至对应的一所述子照射面；所述子反射面包括多个第一边界顶点，所述子照射面包括多个第二边界顶点，所述第一边界顶点与所述第二边界顶点一一对应，所述子反射面满足：

其中，N为大于1的正整数，

为所述光源到所述第一边界顶点的入射光矢量，

为所述第一边界顶点到对应的所述第二边界顶点的出射光矢量，

为所述自由曲面反射面在所述第一边界顶点处的法向向量。

可选的，每个所述子出光面的光通量均相等，每个所述子照射面的面积均相等。

可选的，所述光源的出光面为半球面，所述子出光面的光强度满足：

其中，θ_i和θ_i+1分别表示第i个所述子出光面的起始角与终止角，I₀表示出光面的顶点光强。

可选的，所述预设照射面为正方形；

N个所述子照射面平均分为M个子照射面组，每个所述子照射面组的中心与所述预设照射面的中心重合，且所述子照射面组的边缘为正方形，所述子照射面组的边长为

j＝1,2,…,M,其中，M为大于等于2的正整数，所述预设照射面的边长为L。

可选的，所述子反射面包括第一子反射面和第二子反射面，所述第一子反射面和所述第二子反射面分别位于中心光束的两侧，所述子照射面包括第一子照射面和第二子照射面，所述第一子照射面和所述第二子照射面分别位于所述中心光束的两侧，且所述第一子反射面与所述第一子照射面位于所述中心光束的同侧，所述第二子反射面与所述第二子照射面位于所述中心光束的同侧，所述中心光束为所述光源沿光轴出射的光束经所述自由曲面反射面反射后的光束；

所述第一子反射面与所述第一子照射面一一对应，所述第二子反射面与所述第二子照射面一一对应；或者，

所述第一子反射面与所述第二子照射面一一对应，所述第二子反射面与所述第一子照射面一一对应。

第二方面，本发明实施例还提供了一种控光装置的设计方法，应用于第一方面所述的任一控光装置，其特征在于，所述设计方法包括：

定义预设照射面；

将光源的出光面分为N个子出光面，将预设照射面分为N个子照射面，将反光杯的自由曲面反射面分为N个子反射面；

将N个所述子出光面与N个所述子反射面一一对应，将N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应，每个所述子出光面出射的光经对应的一所述子反射面反射至对应的一所述子照射面，其中，N为大于1的正整数；

将所述子反射面的多个第一边界顶点与对应的所述子照射面的多个第二边界顶点一一对应，根据公式

确定每个所述子反射面在所述第一边界顶点处的法向向量

其中，

为所述光源到所述第一边界顶点的入射光矢量，

为所述第一边界顶点到对应的所述第二边界顶点的出射光矢量；

将N个所述子反射面拼接形成反光杯的自由曲面反射面。

可选的，所述将预设照射面分为N个子照射面，包括：

将所述预设照射面分为M个子照射面组，每个所述子照射面组的中心与所述预设照射面的中心重合，且所述子照射面组的边缘为正方形，所述子照射面组的边长为

j＝1,2,…,M,其中，M为大于等于2的正整数，所述预设照射面为正方形，所述预设照射面的边长为L；

将M个所述子照射面组分为N个所述子照射面，每个所述子照射面的面积均相等。

可选的，将M个子照射面组分为N个所述子照射面，包括：

设计分割线将M个所述子照射面组共同分割，得到N个所述子照射面。

可选的，将N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应包括：

在中心光束的一侧分别选取第一子照射面和第一子反射面，其中，所述中心光束为所述光源沿光轴出射的光束经所述自由曲面反射面反射后的光束；

在所述中心光束的另一侧分别选取第二子照射面和第二子反射面；

将所述第一子反射面与所述第一子照射面一一对应，将所述第二子反射面与所述第二子照射面一一对应；或者，将所述第一子反射面与所述第二子照射面一一对应，将所述第二子反射面与所述第一子照射面一一对应。

第三方面，本发明实施例还提供了一种照明系统，包括第一方面所述的任一控光装置。

本发明实施例提供的控光装置，通过设置光源的出光面包括N个子出光面，自由曲面反射面包括N个子反射面，预设照射面包括N个子照射面，N个子出光面与N个子反射面一一对应，N个子反射面与N个子照射面一一对应，子反射面包括多个第一边界顶点，子照射面包括多个第二边界顶点，第一边界顶点与第二边界顶点一一对应，使子反射面满足：

其中，N为大于1的正整数，

为光源到第一边界顶点的入射光矢量，

为第一边界顶点到对应的第二边界顶点的出射光矢量，

为自由曲面反射面101在第一边界顶点处的法向向量，以使每个子出光面出射的光经对应的一子反射面反射至对应的一子照射面，从而实现光源发出光线的分布可控，使照射面按照的照明要求在预设照射面形成光斑，避免过多的光线照在不需要照明的区域造成光源利用率下降。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种控光装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光源的出光面的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种控光装置的局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种控光装置的局部剖面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种预设照射面的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种控光装置的剖面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种控光装置的剖面结构示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种控光装置的剖面结构示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种控光装置的剖面结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种控光装置的设计方法的流程示意图；

图11为本发明实施例提供的一种照明场景的示意图；

图12为本发明实施例提供的一种预设照射面的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的照明系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种控光装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种光源的出光面的结构示意图，图3为本发明实施例提供的一种控光装置的局部结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种控光装置的局部剖面结构示意图，如图1-4所示，本发明实施例提供的控光装置包括反光杯10和光源模块11，反光杯10包括反光腔，光源模块11包括光源111，光源111的出光面21朝向反光杯10的反光腔，反光腔包括自由曲面反射面101，自由曲面反射面101用于调制光源111发出的光线，并在预设照射面20形成光斑。其中，光源111的出光面21包括N个子出光面22，自由曲面反射面101包括N个子反射面23，预设照射面20包括N个子照射面24，N个子出光面22与N个子反射面23一一对应，N个子反射面23与N个子照射面24一一对应，每个子出光面22出射的光经对应的一子反射面23反射至对应的一子照射面24，子反射面23包括多个第一边界顶点231，子照射面24包括多个第二边界顶点241，第一边界顶点231与第二边界顶点241一一对应，子反射面23满足：

其中，N为大于1的正整数，

为光源111到第一边界顶点231的入射光矢量，

为第一边界顶点231到对应的第二边界顶点241的出射光矢量，

为自由曲面反射面101在第一边界顶点231处的法向向量。

具体的，反光杯10的内侧壁为自由曲面反射面101，内侧壁围成的腔体区域形成反光杯10的反光腔。光源模块11包括光源111，光源111可以为LED，在其他实施例中，光源模块11还可包括光源固定结构112，示例性的，如图1所示，光源固定结构112的一端固定在反光杯10的一端，光源固定结构112的另一端延伸至反光杯10的反光腔上方，光源固定结构112朝向反光杯10的反光腔的一侧用于固定光源111，且使光源111的出光面朝向反光杯10的反光腔。光源固定结构112内可以集成有光源111的驱动电路，例如，光源固定结构112为一电路板，电路板在垂直于电路板所在平面的方向上覆盖自由曲面反射面101的部分区域。

自由曲面反射面101根据预设照射面20的范围进行设计，预设照射面20可根据实际需要进行定义，以适应不同照明场景下的需求。光源111的出光面21包括N个子出光面22，自由曲面反射面101包括N个子反射面23，预设照射面20包括N个子照射面24，N个子出光面22与N个子反射面23一一对应，N个子反射面23与N个子照射面24一一对应，每个子出光面22出射的光经对应的一子反射面23反射至对应的一子照射面24。其中，N为大于1的正整数，可以理解的是，若光源111的出光面22、预设照射面20以及自由曲面反射面101分割的份数太少，可能达不到精度要求，分割的份数越多，理论上精度越高，然而实际加工可能无法达到要求，在本实施例中，可设计20≤N≤2000。在其他实施例中，例如对光束的照明精度要求较低时，也可以设计N小于20，以降低计算和加工难度；对光束照明的精度要求高时，也可以设计N的数值大于2000，以加工出更精细的自由曲面，满足某些特殊领域照明需求。

子反射面23包括多个第一边界顶点231，子照射面24包括多个第二边界顶点241，第一边界顶点231与第二边界顶点241一一对应，如图3所示，第一边界顶点231为子反射面23和与其相邻的子反射面23的公共边之间的交点，第二边界顶点241为子照射面24和与其相邻的子照射面24的公共边之间的交点。

示例性的，如图3和图4所示，一个子反射面23包括四个第一边界顶点231，一个子照射面24同样包括四个第二边界顶点241，子反射面23的四个第一边界顶点231和对应的子照射面24的四个第二边界顶点241一一对应，参考图4，子反射面23的多个第一边界顶点231分别为P₀-P₆，子照射面24的多个第二边界顶点241分别为y₀-y₆，第一边界顶点P₀-P₆与第二边界顶点y₀-y₆一一对应，设置子反射面23满足

为光源111到第一边界顶点231的入射光矢量，

为第一边界顶点231到对应的第二边界顶点241的出射光矢量，

为自由曲面反射面101在第一边界顶点231处的法向向量。例如，如图4所示，在第一边界顶点P₀处，

为光源111到第一边界顶点P₀的入射光矢量，

为第一边界顶点P₀到对应的第二边界顶点y₀的出射光矢量，

为自由曲面反射面101在第一边界顶点P₀处的法向向量，从而使得光源111沿θ₀角度方向出射的光线经子反射面23的第一边界顶点P₀处反射至子照射面24的第二边界顶点y₀处，同理，光源111沿θ₁角度方向出射的光线经子反射面23的第一边界顶点P₁处反射至子照射面24的第二边界顶点y₁处，以此类推，通过将N个子出光面22与N个子反射面23一一对应，N个子反射面23与N个子照射面24一一对应，从而将光源111发出的所有光线分配到预设照射面20，从而在墙面21形成特定范围的光斑，避免过多的光线照在不需要照明的区域造成光源利用率下降。

本发明实施例提供的控光装置，通过设置光源111的出光面21包括N个子出光面22，自由曲面反射面101包括N个子反射面23，预设照射面20包括N个子照射面24，N个子出光面22与N个子反射面23一一对应，N个子反射面23与N个子照射面24一一对应，子反射面23包括多个第一边界顶点231，子照射面24包括多个第二边界顶点241，第一边界顶点231与第二边界顶点241一一对应，使子反射面23满足：

其中，N为大于1的正整数，

为光源111到第一边界顶点231的入射光矢量，

为第一边界顶点231到对应的第二边界顶点241的出射光矢量，

为自由曲面反射面101在第一边界顶点231处的法向向量，以使每个子出光面22出射的光经对应的一子反射面23反射至对应的一子照射面24，从而实现光源发出光线的分布可控，使照射面按照的照明要求在预设照射面20形成光斑，避免过多的光线照在不需要照明的区域造成光源利用率下降。

可选的，每个子出光面22的光通量均相等，每个子照射面24的面积均相等。

其中，由于N个子出光面22与N个子反射面23一一对应，通过设置每个子出光面22的光通量均相等，使得每个子照射面24接收到的光通量相等，由于N个子反射面23与N个子照射面24一一对应，使得每个子照射面24接收到的光通量相等，通过设置每个子照射面24的面积均相等，使得每个子照射面24的光强度相等，从而使得控光装置在预设照射面20形成均匀强度分布的光斑，提高照明效果。

继续参考图2，可选的，光源111的出光面21为半球面，子出光面22的光强度满足：

其中，θ_i和θ_i+1分别表示第i个子出光面22的起始角与终止角，I₀表示出光面21的顶点光强。

具体的，一般光源111设置在光源固定结构112上，光源111向光源111朝向光源固定结构112方向发射的光线会被光源固定结构112遮挡，因此，光源111的出光面为半球面，如图2所示，将半球面按照经纬线划分为N个子出光面22。将光源111看作朗伯光源，通过设置子出光面22的光强度满足

i＝0,1,…,N-1,θ₀＝0,θ₉₀＝90°，保证每

个子出光面22的光通量相等。其中，如图2所示，光源111的光轴用Z轴表示，光源111的中心用原点O表示,θ_i和θ_i+1分别表示第i个子出光面22的起始角与终止角，子出光面22的起始角为子出光面22的起始纬线和原点O之间的连线与Z轴之间的夹角，子出光面22的终止角为子出光面22的终止纬线和原点O之间的连线与Z轴之间的夹角，I₀表示出光面21的顶点光强，顶点光强为光源111沿Z轴方向的光强。

图5为本发明实施例提供的一种预设照射面的结构示意图，可选的，预设照射面20为正方形，N个子照射面24平均分为M个子照射面组201，每个子照射面组201的中心O1与预设照射面20的中心O1重合，且子照射面组201的边缘为正方形，子照射面组201的边长为

j＝1,2,…,M,其中，M为大于等于2的正整数，预设照射面20的边长为L。

示例性的，如图5所示，以M＝4为例，16个子照射面24平均分为4个子照射面组201，每个子照射面组201包括4个子照射面24，每个子照射面组201的中心O1与预设照射面20的中心O1重合，且子照射面组201的边缘为正方形。子照射面组201的边长为

j＝1,2,…,M,例如，如图5所示，最靠近中心O1的子照射面组201的边长为L1，J＝1，

与该子照射面组201相邻的子照射面组201的边长为L2，J＝2，

依次类推，从而保证每个子照射面组201的面积相同，进而保证子照射面24的面积相同，其中，L为预设照射面20的边长。

图6为本发明实施例提供的一种控光装置的剖面结构示意图，如图6所示，可选的，子反射面23包括第一子反射面232和第二子反射面233，第一子反射面232和第二子反射面233分别位于中心光束234的两侧，子照射面24包括第一子照射面242和第二子照射面243，第一子照射面242和第二子照射面243分别位于中心光束234的两侧，且第一子反射面232与第一子照射面242位于中心光束234的同侧，第二子反射面233与第二子照射面243位于中心光束234的同侧，中心光束234为光源111沿光轴25出射的光束经自由曲面反射面反射后的光束。第一子反射面232与第一子照射面242一一对应，第二子反射面233与第二子照射面243一一对应，或者，第一子反射面233与第二子照射面243一一对应，第二子反射面233与第一子照射面242一一对应。

其中，如图6所示，中心光束234上方的为第一子反射面232和第一子照射面242，中心光束234下方的为第二子反射面233和第二子照射面243，以第一子反射面232与第一子照射面242一一对应，第二子反射面233与第二子照射面243一一对应为例，具体的，光源111沿θ₆角度方向出射的光线经子反射面23的第一边界顶点P₆处反射至子照射面24的第二边界顶点y₆处，光源111沿θ₅角度方向出射的光线经子反射面23的第一边界顶点P₅处反射至子照射面24的第二边界顶点y₅处，以此类推，从而将光源111发出的所有光线经自由曲面反射面101分配到预设照射面20，从而在墙面21形成特定范围的光斑。

图7为本发明实施例提供的另一种控光装置的剖面结构示意图，如图7所示，以第一子反射面232与第二子照射面243一一对应，第二子反射面233与第一子照射面242一一对应为例，具体的，光源111沿θ₆角度方向出射的光线经子反射面23的第一边界顶点P₆处反射至子照射面24的第二边界顶点y_-6处，光源111沿θ₅角度方向出射的光线经子反射面23的第一边界顶点P₅处反射至子照射面24的第二边界顶点y_-5处，以此类推，从而将光源111发出的所有光线经自由曲面反射面101分配到预设照射面20，从而在墙面21形成特定范围的光斑。通过设置中心光束234上方的第一子反射面232将光源111发出的光线反射至中心光束234下方的第二子照射面243，中心光束234下方的第二子反射面233将光源111发出的光线反射至中心光束234上方的第一子照射面242，可避免部分光线被光源固定结构112遮挡，从而提高光源利用率。

图8为本发明实施例提供的又一种控光装置的剖面结构示意图，图9为本发明实施例提供的又一种控光装置的剖面结构示意图，如图8和图9所示，通过设置N个子反射面23与N个子照射面24的对应关系，可设计出多种自由曲面反射面101的形状，例如，如图8所示的单曲面，或者设计为如图9所示的双曲面，来避免光源111遮挡光线，提高光源利用率，本领域技术人员可依照不同应用场景，设计不同的自由曲面反射面101的形状，搭配不同款式的反光杯10，本发明实施例对此不作限定。

需要注意的是，在其他实施例中，控光装置还可包括其他所需的结构，例如光源111的功率较大，发热量较大时，还可以在光源固定结构112上设置有助于光源散热的散热结构，具体实施时可以根据实际需求设计。

本发明实施例提供的控光装置，通过设置每个子出光面22的光通量均相等，每个子照射面24的面积均相等，使得控光装置在预设照射面20形成均匀强度分布的光斑，提高照明均匀度。通过设置N个子反射面23与N个子照射面24的对应关系，设计出不同的自由曲面反射面101的面型，使得光源111发出的光线经反光杯10反射至特定区域的同时，避免光源111遮挡光线，提升光学利用率。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种控光装置的设计方法，应用于上述实施例提供的任一控光装置，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述，图10为本发明实施例提供的一种控光装置的设计方法的流程示意图，如图10所示，该方法包括如下步骤：

步骤110、定义预设照射面。

其中，预设照射面20可根据实际需要进行定义，以适应不同照明场景下的需求。

图11为本发明实施例提供的一种照明场景的示意图，图12为本发明实施例提供的一种预设照射面的结构示意图，如图11和图12所示，控光装置30可应用于洗墙场景(图11左侧)或货架商品展示场景(图11右侧)等，根据不同的照明场景确定预设照射面20的范围，预设照射面20的范围可包含墙面，也可包含地面。示例性的，如图12所示，以预设照射面20在墙面21上为例，在设计初期，首先定义预设照射面20的长宽比，以A：H：D表示，其中，A为控光装置30与预设照射面20之间的距离，H为预设照射面20的高度，D为预设照射面20的宽度，例如，1:3:1为纵向长型的预设照射面，1:1:2表示为横向宽型预设照射面，预设照射面20的长宽比可根据实际需求进行设计，如1:2:3或1:1:2，确定长宽比之后，根据控光装置30与预设照射面20之间的距离即可确定预设照射面20的范围，光源111发出的所有光线都被自由曲面反射面101接收，并反射出去，照亮墙面21上的预设照射面20，从而在墙面21形成特定范围的光斑。

步骤120、将光源的出光面分为N个子出光面，将预设照射面分为N个子照射面，将反光杯的自由曲面反射面分为N个子反射面。

其中，可使每个子出光面22的光通量均相等，每个子照射面24的面积均相等，从而将等能量的光线藉由反光杯10分配到等面积的子照射面24上，使得每个子照射面24的光强度相等，从而使得控光装置在预设照射面20形成均匀强度分布的光斑，提升照明的均匀度。

步骤130、将N个所述子出光面与N个所述子反射面一一对应，将N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应，每个所述子出光面出射的光经对应的一所述子反射面反射至对应的一所述子照射面，其中，N为大于1的正整数。

其中，N个子反射面与N个子照射面的对应关系可根据实际需求进行设置。

步骤140、将所述子反射面的多个第一边界顶点与对应的所述子照射面的多个第二边界顶点一一对应，根据公式

确定每个所述子反射面在所述第一边界顶点处的法向向量

其中，

为所述光源到所述第一边界顶点的入射光矢量，

为所述第一边界顶点到对应的所述第二边界顶点的出射光矢量。

继续参考图4，具体的，首先确定反光杯10的深度d1，反光杯10的深度为光源111沿光轴25方向与反光杯10的距离，根据反光杯10的深度d1确定图4中P₀点的坐标为(0，0，d1)，则光源111到P₀点为P₀点处的入射光矢量

P₀点到子照射面24的y₀为P₀点处的出射光矢量

根据公式

确定子反射面23在第一边界顶点P₀处的法向向量

然后根据子反射面23在第一边界顶点P₀处的法向向量

与下一入射角度θ₁确定第一边界顶点P₁，具体的，根据子反射面23在第一边界顶点P₀处的法向向量

确定自由曲面反射面101在P₀点处的切平面，光源111沿θ₁方向出射的光线与自由曲面反射面101在P₀处的切平面的交点为第一边界顶点P₁，则光源111到P₁点为P₁点处的入射光矢量

P₁点到子照射面24的y₁点为P₁点处的出射光矢量

根据公式

确定子反射面23在第一边界顶点P₁处的法向向量

然后根据子反射面23在第一边界顶点P₁处的法向向量

与下一入射角度θ₂确定第一边界顶点P₂，重复上述步骤依次计算P₃、P₄直到P₆＝90°。继续参考图7，同理，根据子反射面23在第一边界顶点P₀处的法向向量

与入射角度θ_-1确定第边界顶点P_-1，由前一点的切平面与下一入射角度光线所在直线相交可得出下一第一边界顶点坐标，依次计算P_-2、P_-3直到P_-6＝-90°，进而确定自由曲面反射面101上全部子反射面23的第一边界顶点231的坐标。

步骤150、将N个所述子反射面拼接形成反光杯的自由曲面反射面。

可选的，所述将预设照射面分为N个子照射面，包括：

将所述预设照射面分为M个子照射面组，每个所述子照射面组的中心与所述预设照射面的中心重合，且所述子照射面组的边缘为正方形，所述子照射面组的边长为

j＝1,2,…,M,其中，M为大于等于2的正整数，所述预设照射面为正方形，所述预设照射面的边长为L；

将M个所述子照射面组分为N个所述子照射面，每个所述子照射面的面积均相等。

继续参考图5，示例性的，预设照射面20为正方形，将预设照射面20分为M个子照射面组201，每个子照射面组201的中心O1与预设照射面20的中心O1重合，且子照射面组201的边缘为正方形，子照射面组201的边长为

j＝1,2,…,M,其中，M为大于等于2的正整数，预设照射面20的边长为L。

示例性的，如图5所示，以M＝4为例，16个子照射面24平均分为4个子照射面组201，每个子照射面组201包括4个子照射面24，每个子照射面组201的中心O1与预设照射面20的中心O1重合，且子照射面组201的边缘为正方形。子照射面组201的边长为

j＝1,2,…,M,例如，如图5所示，最靠近中心O1的子照射面组201的边长为L1，J＝1，

与该子照射面组201相邻的子照射面组201的边长为L2，J＝2，

依次类推，从而保证每个子照射面组201的面积相同，将M个子照射面组201分为N个子照射面24，进而保证子照射面24的面积相同，其中，L为预设照射面20的边长。

可选的，将M个子照射面组分为N个所述子照射面，包括：

设计分割线将M个所述子照射面组共同分割，得到N个所述子照射面。

继续参考图5，示例性的，设计分割线26，分割线26过子照射面组201的中心O1，通过分割线26将子照射面组201共同分割，从而将每个子照射面组201平均分割为多个子照射面24，进而将M个子照射面组201平均分割为N个子照射面24，保证每个子照射面24的面积相同。

可选的，将N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应包括：

在中心光束的一侧分别选取第一子照射面和第一子反射面，其中，所述中心光束为所述光源的中心出射的光束经所述自由曲面反射面反射后的光束；

在所述中心光束的另一侧分别选取第二子照射面和第二子反射面；

将所述第一子反射面与所述第一子照射面一一对应，将所述第二子反射面与所述第二子照射面一一对应；或者，将所述第一子反射面与所述第二子照射面一一对应，将所述第二子反射面与所述第一子照射面一一对应。

示例性的，继续参考图6，在中心光束234上方选取第一子反射面232和第一子照射面242，在中心光束234下方选取第二子反射面233和第二子照射面243，将第一子反射面232与第一子照射面242一一对应，将第二子反射面233与第二子照射面243一一对应。

继续参考图7，在其他实施例中，可将第一子反射面232与第二子照射面243一一对应，将第二子反射面233与第一子照射面242一一对应，以避免部分光线被光源固定结构112遮挡，从而提高光源利用率。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种照明系统，图13为本发明实施例提供的照明系统的结构示意图，如图13所示，本发明实施例提供的照明系统3包括上述实施例提供的任一控光装置30，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。其中，本发明实施例提供的照明系统可以为洗墙灯，也可以为货架灯，照明系统3可包括一个控光装置30，也可包括多个控光装置30，如图13所示，示例性的，照明系统3包括三个控光装置30，每个控光装置30用于照明对应的预设照射面20，可通过对每个控光装置30的位置进行调整，根据需求实现特定范围的照明。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种控光装置，其特征在于，包括：

反光杯和光源模块，所述反光杯包括反光腔，所述光源模块包括光源，所述光源的出光面朝向所述反光杯的反光腔；

所述反光腔包括自由曲面反射面，所述自由曲面反射面用于调制所述光源发出的光线，并在预设照射面形成光斑；

其中，所述光源的出光面包括N个子出光面，所述自由曲面反射面包括N个子反射面，所述预设照射面包括N个子照射面，N个所述子出光面与N个所述子反射面一一对应，N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应；每个所述子出光面出射的光经对应的一所述子反射面反射至对应的一所述子照射面；所述子反射面包括多个第一边界顶点，所述子照射面包括多个第二边界顶点，所述第一边界顶点与所述第二边界顶点一一对应，所述子反射面满足：

其中，N为大于1的正整数，

为所述光源到所述第一边界顶点的入射光矢量，

为所述第一边界顶点到对应的所述第二边界顶点的出射光矢量，

为所述自由曲面反射面在所述第一边界顶点处的法向向量；

所述光源的出光面为半球面，所述半球面按照经纬线划分为N个所述子出光面，每个所述子出光面的光通量均相等，每个所述子照射面的面积均相等；

所述预设照射面为正方形；

N个所述子照射面平均分为M个子照射面组，每个所述子照射面组的中心与所述预设照射面的中心重合，且所述子照射面组的边缘为正方形，所述子照射面组的边长为

其中，M为大于等于2的正整数，所述预设照射面的边长为L；

M个所述子照射面组由分割线共同分割，得到N个所述子照射面，所述分割线过所述子照射面组的中心；

所述子反射面包括第一子反射面和第二子反射面，所述第一子反射面和所述第二子反射面分别位于中心光束的两侧，所述子照射面包括第一子照射面和第二子照射面，所述第一子照射面和所述第二子照射面分别位于所述中心光束的两侧，且所述第一子反射面与所述第一子照射面位于所述中心光束的同侧，所述第二子反射面与所述第二子照射面位于所述中心光束的同侧，所述中心光束为所述光源沿光轴出射的光束经所述自由曲面反射面反射后的光束；

所述第一子反射面与所述第一子照射面一一对应，所述第二子反射面与所述第二子照射面一一对应；或者，

所述第一子反射面与所述第二子照射面一一对应，所述第二子反射面与所述第一子照射面一一对应；

所述自由曲面反射面为单曲面或双曲面。

2.根据权利要求1所述的控光装置，其特征在于，所述子出光面的光强度满足：

其中，θ_i和θ_i+1分别表示第i个所述子出光面的起始角与终止角，I₀表示出光面的顶点光强。

3.一种控光装置的设计方法，应用于权利要求1或2所述的控光装置，其特征在于，所述设计方法包括：

定义预设照射面；

将光源的出光面分为N个子出光面，将预设照射面分为N个子照射面，将反光杯的自由曲面反射面分为N个子反射面，其中，所述光源的出光面为半球面，所述半球面按照经纬线划分为N个所述子出光面；

将N个所述子出光面与N个所述子反射面一一对应，将N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应，每个所述子出光面出射的光经对应的一所述子反射面反射至对应的一所述子照射面，其中，N为大于1的正整数；

将所述子反射面的多个第一边界顶点与对应的所述子照射面的多个第二边界顶点一一对应，根据公式

确定每个所述子反射面在所述第一边界顶点处的法向向量

其中，

为所述光源到所述第一边界顶点的入射光矢量，

为所述第一边界顶点到对应的所述第二边界顶点的出射光矢量；

将N个所述子反射面拼接形成反光杯的自由曲面反射面，所述自由曲面反射面为单曲面或双曲面；

所述将预设照射面分为N个子照射面，包括：

将所述预设照射面分为M个子照射面组，每个所述子照射面组的中心与所述预设照射面的中心重合，且所述子照射面组的边缘为正方形，所述子照射面组的边长为

其中，M为大于等于2的正整数，所述预设照射面为正方形，所述预设照射面的边长为L；

将M个所述子照射面组分为N个所述子照射面，每个所述子照射面的面积均相等；

将M个子照射面组分为N个所述子照射面，包括：

设计分割线将M个所述子照射面组共同分割，得到N个所述子照射面，所述分割线过所述子照射面组的中心；

将N个所述子反射面与N个所述子照射面一一对应包括：

在中心光束的一侧分别选取第一子照射面和第一子反射面，其中，所述中心光束为所述光源沿光轴出射的光束经所述自由曲面反射面反射后的光束；

在所述中心光束的另一侧分别选取第二子照射面和第二子反射面；

将所述第一子反射面与所述第一子照射面一一对应，将所述第二子反射面与所述第二子照射面一一对应；或者，将所述第一子反射面与所述第二子照射面一一对应，将所述第二子反射面与所述第一子照射面一一对应。

4.一种照明系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的控光装置。

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