CN114234064A - 一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置 - Google Patents

一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114234064A
CN114234064A CN202111436121.7A CN202111436121A CN114234064A CN 114234064 A CN114234064 A CN 114234064A CN 202111436121 A CN202111436121 A CN 202111436121A CN 114234064 A CN114234064 A CN 114234064A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
distribution element
light distribution
optical surface
concave hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111436121.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张谦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Yilai Intelligent Technology Co Ltd
Original Assignee
Qingdao Yilai Intelligent Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Yilai Intelligent Technology Co Ltd filed Critical Qingdao Yilai Intelligent Technology Co Ltd
Priority to CN202111436121.7A priority Critical patent/CN114234064A/zh
Publication of CN114234064A publication Critical patent/CN114234064A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

本发明公开了一种配光元件设计方法，配光元件至少包括光学面，发光体发出光至少部分经过配光元件的光学面后发射出；根据对发光体要求的光束角度，以光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布为因变量，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控配光元件的光学面母线，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。本发明得到的配光元件用于配光，对光线控制精准，能够使投射出的光斑达到要求。本发明还公开一种配光元件以及一种照明装置。

Description

一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置
技术领域
本发明涉及光源配光领域，特别是涉及一种配光元件设计方法。本发明还涉及一种配光元件及一种照明装置。
背景技术
随着LED光源技术的发展，基于LED的照明光源被广泛应用，LED光源具有发光效率高、耐用、可靠等优点。LED的空间辐射强度为朗伯型分布，且发散角度较大，需要对其空间辐射强度进行重新分配即进行二次配光。目前市场上使用的配光透镜，已经无法满足用户对精准控光、形成完美光斑的更精细化的照明需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种配光元件设计方法及配光元件，得到的配光元件对光线控制更精准，能够使投射出的光斑达到要求。本发明还提供一种照明装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种配光元件设计方法，包括：
配光元件至少包括光学面，发光体发出光至少部分经过所述配光元件的所述光学面后发射出，根据对所述发光体要求的光束角度，以所述光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布为因变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控所述配光元件的所述光学面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
优选的，以所述光学面母线包括的弧线段的形状为自变量包括：以所述光学面母线的端点处的方向矢量和长度矢量为自变量。
优选的，以所述光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量包括：以所述光学面母线包括的弧线段的端点位置、端点处的方向矢量和长度矢量为自变量，所述光学面母线包括多个弧线段。
优选的，所述配光元件包括侧面，所述发光体发出光在所述配光元件的侧面至少部分发生反射，所述光学面为所述配光元件的侧面。
优选的，所述配光元件包括第一凹孔，所述发光体发出光至少部分在所述第一凹孔表面折射进入所述配光元件，所述光学面为所述第一凹孔的表面。
优选的，所述光学面为所述第一凹孔的侧面，或者所述光学面为所述第一凹孔的顶面。
优选的，当所述第一凹孔的侧面为所述光学面，调控所述第一凹孔的侧面母线时，将所述第一凹孔的顶面设置为吸收面；
当所述第一凹孔的顶面为所述光学面，调控所述第一凹孔的顶面时，将所述第一凹孔的侧面设置为吸收面。
优选的，所述光学面为所述第一凹孔的侧面；
当调控所述配光元件的所述光学面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致时，所述发光体发出光中角度大于预设角度的至少部分光在所述第一凹孔的侧面发生反射后，反射光向着所述配光元件侧方发射出。
优选的，所述配光元件还包括设置在所述配光元件相对于所述第一凹孔的另一端的第二凹孔：
所述方法还包括：调整所述第二凹孔的形状，使得由所述第二凹孔表面折射出所述配光元件的部分光，会再次经过所述第二凹孔表面折射进入所述配光元件，并在所述配光元件表面反射后，通过所述配光元件表面折射出所述配光元件且向着所述配光元件侧方发射出。
优选的，调整所述第二凹孔的形状包括调整所述第二凹孔的深度或/和径向尺寸。
优选的，调整所述第二凹孔的形状包括调整所述第二凹孔的表面形状，具体包括：
以所述第二凹孔的表面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布为因变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控所述第二凹孔的表面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
优选的，在计算所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布时，综合所述发光体上每一点的发出光，计算获得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布。
优选的，所述发光体为面光源或者体光源。
优选的，所述预设目标函数包括高斯函数或者余弦函数，或者所述预设目标函数为由高斯函数和正弦函数相乘得到的函数。
一种配光元件，采用以上所述的配光元件设计方法得到。
一种照明装置，包括发光体和用于对所述发光体发出光进行配光的配光元件，所述配光元件采用以上所述的配光元件设计方法得到。
由上述技术方案可知，本发明所提供的一种配光元件设计方法，配光元件至少包括光学面，发光体发出光至少部分经过配光元件的光学面后发射出；根据对发光体要求的光束角度，以光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布为因变量，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控配光元件的光学面母线，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
本发明的配光元件设计方法，对配光元件的光学面母线设置控制变量，对发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线设置目标配光曲线，优化配光元件的光学面形状。得到的配光元件用于配光，对光线控制精准，能够使投射出的光斑达到要求。
本发明提供的一种配光元件，能够达到上述有益效果。
本发明提供的一种照明装置，能够达到上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种配光元件设计方法的流程图；
图2为本发明实施例中对曲线设置变量的示意图；
图3为本发明一实施例设计的配光元件的结构示意图；
图4为图3所示配光元件对部分光线配光的示意图；
图5为图3所示配光元件对另一部分光线配光的示意图；
图6为本发明又一实施例设计的配光元件对部分光线配光的示意图；
图7(a)为现有配光元件对发光体配光后投射出的光斑；
图7(b)为本发明实施例设计得到的配光元件对发光体配光后投射出的光斑；
图8为本发明又一实施例设计的配光元件的结构示意图；
图9为本发明又一实施例设计的配光元件未设置第二凹孔时对部分光线配光的示意图；
图10为对图9所示配光元件设置第二凹孔后对部分光线的配光示意图；
图11为本发明实施例中使用的一种高斯函数和一种类高斯函数的曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本实施例提供的一种配光元件设计方法的流程图，如图所示，所述配光元件设计方法包括以下步骤：
S10：配光元件至少包括光学面，发光体发出光至少部分经过所述配光元件的所述光学面后发射出，根据对所述发光体要求的光束角度，以所述光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布为因变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控所述配光元件的所述光学面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
发光体发出光通过配光元件后发射出，配光元件能够改变通过光的光强度分布。根据要求发光体要达到的光束角度，对发光体的配光元件进行初始化设计，设计出初始的配光元件，使得发光体发出光通过配光元件后出射光的光束角度达到要求。计算获得发光体发出光通过初始设计的配光元件后的光强度分布。
光束角度是指光强度为光束的光强度峰值预设比例处对应的角度。光强度用于表征光源给定方向上单位立体角内的光通量。光强度分布描述了空间各个方向的光强度。
对发光体发出光通过配光元件后出射光的光强度分布，按照预设角度间隔进行切片，由切片截面得到配光曲线。
配光元件的光学面采用曲面，光学面母线为曲线，光学面母线的形状决定了光学面的形状。光学面母线包括的弧线段的形状决定了光学面母线的形状。
发光体发出光经过配光元件的光学面后发射出，改变配光元件光学面的形状，能够改变发光体发出光通过配光元件后的光强度分布。本实施例中，以光学面母线包括的弧线段的形状为自变量，调控配光元件的光学面母线的形状，相应调控配光元件光学面的形状。以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布为因变量，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
其中，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，使得优化配光元件的光学面形状的过程中，发光体发出光通过配光元件后出射光的光束角度始终满足要求。
本实施例的配光元件设计方法，对配光元件的光学面母线设置控制变量，对发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线设置目标配光曲线，优化配光元件的光学面形状。得到的配光元件用于配光，对光线控制精准，能够使投射出的光斑达到要求。
可选的，以光学面母线包括的弧线段的形状为自变量可以是：以光学面母线的端点处的方向矢量和长度矢量为自变量。以光学面母线的端点处的方向矢量和长度矢量，来控制光学面母线包括的弧线段的形状，从而控制光学面母线形状。母线端点处的方向矢量和长度矢量，决定了母线包括的弧线段的形状。端点的方向矢量控制弧线段的弯曲方向，端点的长度矢量控制弧线段的曲率。可参考图2，图2为本实施例中对曲线设置变量的示意图，曲线包括的弧线段包括端点A和端点B，以端点A的方向矢量v1和长度矢量以及端点B的方向矢量v2和长度矢量控制该曲线形状。
可选的，光学面母线可包括多个弧线段，各个弧线段的形状以及各个弧线段的端点位置决定了光学面母线的形状。相应的，以光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量可以是：以所述光学面母线包括的弧线段的端点位置、端点处的方向矢量和长度矢量为自变量。可以实现对光学面的母线形状更精细化地控制。
可选的，光学面母线可以采用贝塞尔曲线。若光学面母线采用一阶贝塞尔曲线，该曲线包括两个端点，每一端点有方向矢量和长度矢量，采用一阶贝塞尔曲线相比可以降低计算量。若光学面母线采用高阶贝塞尔曲线，该曲线包括两个以上端点，每一端点有方向矢量和长度矢量，采用高阶贝塞尔曲线可以更精细化地控制曲线形状，但相比会增加计算量。
在上述实施方式中，是以弧线段端点的方向矢量、长度矢量来细化用于控制弧线段形状的控制变量的，在本发明其它实施例中，可以针对弧线段形状细化设置其它类型的控制变量，也在本发明保护范围内。
在一种实施方式中，配光元件包括第一凹孔，所述发光体发出光至少部分在所述第一凹孔表面折射进入所述配光元件，所述光学面为所述第一凹孔的表面。即优化第一凹孔的表面形状，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
可选的，光学面可以是第一凹孔的侧面。请参考图3和图4，图3为一实施例设计的配光元件的结构示意图，图4为图3所示配光元件对部分光线配光的示意图。如图所示，配光元件100包括第一凹孔101，第一凹孔101包括侧面102，发光体的发出光通过第一凹孔101入射到配光元件100，部分光线通过第一凹孔的侧面102折射进入配光元件100，而后通过配光元件100后发射出。本配光元件通过第一凹孔101的侧面102对部分光线的折射作用，控制发光体发出光通过配光元件100后的光强度分布。
优选的可参考图3和图4，若配光元件第一凹孔101的表面还包括第一凹孔101的顶面103，发光体的发出光通过第一凹孔101入射到配光元件100，一部分光线通过第一凹孔的侧面102折射进入配光元件100，一部分光线通过第一凹孔的顶面103折射进入配光元件100。当通过本实施例描述的方法调控第一凹孔101的侧面102母线时，将第一凹孔101的顶面103设置为吸收面，入射到吸收面的所有光会被吸收，入射光不会发生折射、反射或者透射。这样使得在调控第一凹孔101的侧面102母线过程中，在计算发光体发出光通过配光元件100后的光强度分布时，对于发光体发出光入射到第一凹孔顶面103的这部分光，被吸收掉，避免这部分光对发光体发出光通过配光元件100后的光强度分布的影响。这样有助于提高对配光元件第一凹孔的侧面102进行优化设计的效果。
可选的，光学面可以是第一凹孔的顶面，请参考图3和图5，图5为图3所示配光元件对另一部分光线配光的示意图。如图所示，配光元件100包括第一凹孔101，第一凹孔101包括顶面103，发光体的发出光通过第一凹孔101入射到配光元件100，部分光线通过第一凹孔101的顶面103折射进入配光元件100，而后通过配光元件100后发射出。本配光元件通过第一凹孔101的顶面103对部分光线的折射作用，控制发光体发出光通过配光元件100后的光强度分布。
优选的可参考图3和图5，若第一凹孔101的表面还包括第一凹孔101的侧面102，发光体的发出光通过第一凹孔101入射到配光元件100，一部分光线通过第一凹孔的侧面102折射进入配光元件100，一部分光线通过第一凹孔的顶面103折射进入配光元件100。当通过本实施例描述的方法调控第一凹孔101的顶面103时，将第一凹孔的侧面102设置为吸收面，这样使得在调控第一凹孔101的顶面103母线过程中，对于发光体发出光入射到第一凹孔侧面102的这部分光，被吸收掉，避免这部分光对发光体发出光通过配光元件100后的光强度分布的影响。这样有助于提高对配光元件第一凹孔101的顶面103进行优化设计的效果。
进一步优选的，若光学面为第一凹孔的侧面，当调控配光元件的第一凹孔的侧面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致时，所述发光体发出光中角度大于预设角度的至少部分光在所述第一凹孔的侧面发生反射后，反射光向着所述配光元件侧方发射出。
本实施例中，当优化配光元件第一凹孔的侧面母线，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线达到要求时，优化后的第一凹孔侧面，能够使发光体发出光中角度大于预设角度的部分光线在第一凹孔的侧面发生反射后，反射光向着配光元件侧方发射出，使这部分光线不会影响主光线，提高光斑效果。
示例性的可参考图6，图6为又一实施例设计的配光元件对部分光线配光的示意图，如图所示，发光体发出光中角度较大的光线入射到第一凹孔的侧面102，这部分光线的一部分会折射进入配光元件100，另一部分会在侧面102发生反射，发生反射后的反射光向着配光元件100侧方发射出。这样可以避免这部分大角度光线影响投射出的光斑效果，避免将发光体和配光元件搭载到灯具结构件上后，会有大角度光线照射到灯具结构件上而使得投射出的光斑形成新的一层或者多层洗墙光斑。
比如以高斯函数或者类高斯函数描述的曲线为配光元件对发光体的目标配光曲线，通过上述过程优化设计配光元件第一凹孔的侧面形状，优化后的配光元件，其第一凹孔的侧面能够使发光体发出光中角度较大的光线即处于边缘的光线向着配光元件侧方发射出。示例性的，请对比参考图7(a)和图7(b)，图7(a)为现有配光元件对发光体配光后投射出的光斑，图7(b)为本实施例设计得到的配光元件对发光体配光后投射出的光斑，可以看出，与现有配光元件对发光体的配光效果相比，使用本实施例得到的配光元件对发光体配光，投射出的光斑杂散光少。
在又一种实施方式中，配光元件包括侧面，所述发光体发出光在所述配光元件的侧面至少部分发生反射，所述光学面为所述配光元件的侧面。即优化配光元件的侧面形状，使得发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
请结合参考图3和图4，配光元件100包括侧面104，发光体的发出光通过第一凹孔101入射到配光元件100，部分光线通过第一凹孔101的侧面102折射进入配光元件100，进入的这部分光线一部分在配光元件的侧面104发生反射，而后通过配光元件100表面折射出配光元件100，向着远离发光体的方向发射出。本配光元件通过侧面104对光线的反射作用，控制发光体发出光通过配光元件100后的光强度分布。
优选的，进入配光元件100的光线可以在配光元件100的侧面104发生全反射，能够减少光能量损失。
图3和图4所示的配光元件是以透镜为例说明的。在其它实施例中，配光元件还可以是反光杯，该结构的配光元件包括侧面，发光体的发出光入射到反光杯的侧面，发生反射后向着远离发光体的方向发射出。请参考图8，图8为又一实施例设计的配光元件的结构示意图，如图所示，配光元件200包括侧面201，发光体发出光的一部分入射到侧面201，在侧面201反射后发射出。通过对配光元件200的侧面201母线设置变量，调控侧面201母线的形状，从而优化侧面201的形状，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线与目标配光曲线一致。
优选的，对于配光元件的侧面以及配光元件的第一凹孔表面，可以同时对它们的形状进行优化。具体为，以第一凹孔的表面母线包括的至少一段弧线段的形状、配光元件的侧面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布为因变量，以发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控配光元件的光学面母线，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
可参考图3和图4所示，配光元件100包括第一凹孔101和侧面104，第一凹孔101包括侧面102，发光体的发出光通过第一凹孔101入射到配光元件100，部分光线通过第一凹孔的侧面102折射进入配光元件100。进入的这部分光线一部分在配光元件的侧面104发生反射，而后通过配光元件100表面折射出配光元件100。可以对第一凹孔101的侧面102母线形状以及侧面104母线形状设置变量，同时对第一凹孔101的侧面102形状以及侧面104形状进行优化，使得发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线与目标配光曲线一致。
进一步的，在上述配光元件包括第一凹孔的实施方式下，所要设计的配光元件还可包括设置在所述配光元件相对于所述第一凹孔的另一端的第二凹孔。所述配光元件设计方法还包括以下步骤：调整所述第二凹孔的形状，使得由所述第二凹孔表面折射出所述配光元件的部分光，会再次经过所述第二凹孔表面折射进入所述配光元件，并在所述配光元件表面反射后，通过所述配光元件表面折射出所述配光元件且向着所述配光元件侧方发射出。
可选的，调整第二凹孔的形状可以是调整第二凹孔的深度或/和径向尺寸。
可选的，调整第二凹孔的形状可以是调整第二凹孔的表面形状。优选的，可通过以下过程优化第二凹孔的表面形状，具体包括：以所述第二凹孔的表面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布为因变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控所述第二凹孔的表面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
第二凹孔的表面可以是第二凹孔的底面或者是第二凹孔的侧面。在调整第二凹孔的表面形状时，可以通过上面描述的方法仅对第二凹孔的底面形状进行优化，或者仅对第二凹孔的侧面形状进行优化，或者可以通过上面描述的方法同时对第二凹孔的底面形状和侧面形状进行优化。其中，对第二凹孔的表面母线设置变量的具体实施方式可参考上面实施例描述的相关内容，这里不再赘述。
请参考图9和图10，图9为又一实施例设计的配光元件未设置第二凹孔时对部分光线配光的示意图，图10为对图9所示配光元件设置第二凹孔后对部分光线的配光示意图。如图9所示，在配光元件100上没有设置第二凹孔时，由第一凹孔侧面102反射出的一部分光，通过配光元件100表面折射出配光元件100后出射角度较大，形成了大角度杂散光。而图10所示配光元件设置了第二凹孔106，并通过优化设计第二凹孔106的形状，使得由第一凹孔侧面102反射出的一部分光，能够从第二凹孔106表面折射出配光元件100，并在第二凹孔106内会再次经过第二凹孔106表面折射进入配光元件100，而后在配光元件100表面反射后，优选可以是进行全反射，通过配光元件100表面折射出配光元件100且向着配光元件100侧方发射出。这样避免了产生大角度杂散光，降低大角度杂散光能量，避免影响配光元件的主光线，避免投射出的光斑包括多层洗墙光斑，有助于形成符合要求的光斑。
优选的，配光元件的第二凹孔106中心轴与第一凹孔101的中心轴处于同一直线上，使得配光元件对光线的出射角度和光强度分布的控制效果具有对称性。
进一步优选的，在以上各实施方式中，在计算所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布时，综合所述发光体上每一点的发出光，计算获得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布。现有技术中，在计算发光体发出光通过配光元件后的光强度分布时，是将发光体认为是点光源，根据点光源发光的光强度分布进行计算配光元件对发光体配光后的光强度分布的，然而实际的发光体并不是点光源，这使得降低了设计准确性。本实施例方法中，在计算发光体发出光通过配光元件后的光强度分布时，发光体发出光的光强度分布是综合发光体上每一点发出的光获得，是以真实的面光源或者体光源来计算，这样可以更接近真实的发光体，计算得到的光强度分布与实际也更吻合。但是需要注意的是，由于发光体或者发光面上有无数个发光点，实际上无法穷尽所有的发光点，因此，本领域技术人员可以理解的，本实施例的发光体上每一点指的是发光体上绝大部分的发光点或者全部的发光点，而非仅仅指的是全部发光点。
在实际应用中，可通过对实际使用的发光体进行测试，获得发光体的光强度分布，通过测试获得的发光体的光强度分布包含了发光体上每一点发出的光。发光体可以是但不限于面光源或者体光源，通过对实际发光体进行测试得到其发光的角度和光强度分布。与将发光体假设为理想的点光源进行设计相比，本实施例方法考虑了进行配光的发光体的实际发光情况，使得设计得到的配光元件对发光体的配光效果更符合实际情况，达到对光线的精准控制，形成完美光斑。
可选的，光强度分布为一个360°球状或者180°半球状，配光曲线为按照预设角度间隔对光强度分布进行切片，由切片截面得到的曲线形状。比如可按照一度一个切片，那么得到的配光曲线是横坐标为间隔一度的坐标系，纵坐标为该角度对应的光强度。
可选的，预设目标函数可以是高斯函数或者余弦函数。示例性的，高斯函数可表示为：
Figure BDA0003381570280000131
请参考图11、图11为一种高斯函数和一种类高斯函数的曲线图，可看出高斯函数对应的曲线形状呈现为中间高两边低，呈钟形，可称为钟形曲线。
或者，预设目标函数可以是由高斯函数和正弦函数相乘得到的函数，可称为类高斯函数。示例性的类高斯函数可表示为：F(x)*(sinn(θ)+1)，当灯具光束角为12°时，θ＝π/15；当灯具光束角为24°时，θ＝2π/15；当灯具光束角为36°时，θ＝π/5。参考图11所示，类高斯函数比高斯函数的曲线形状更收敛，峰值更大，能量更集中，对光能量利用率更高。类高斯函数配光对应的光斑比普通配光对应的光斑更均匀，更收敛，杂散光更少。
另外，对配光元件第一凹孔的侧面形状、第一凹孔的顶面形状、配光元件的侧面形状优化、第二凹孔的底面形状、第二凹孔的侧面形状设计时使用的预设目标函数可能相同或者不同。在实际设计过程中，根据实际需求选择各自设计过程使用的预设目标函数。
进一步具体的，在以上各实施例中，确定配光元件的形状还包括：根据发光体的发光面大小，确定出配光元件的第一凹孔尺寸。根据所要进行配光的实际发光体的发光面大小，确定出配光元件的第一凹孔尺寸，进而通过后续过程对配光元件进行优化设计。
相应的，本实施例还提供一种配光元件，采用以上所述的配光元件设计方法得到。
本实施例的配光元件，对配光元件的光学面母线设置控制变量，对发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线设置目标配光曲线，优化配光元件的光学面形状。得到的配光元件用于配光，对光线控制精准，能够使投射出的光斑达到要求。
本实施例还提供一种照明装置，包括发光体和用于对所述发光体发出光进行配光的配光元件，所述配光元件采用以上所述的配光元件设计方法得到。
本实施例的照明装置。采用的配光元件对光学面母线设置控制变量，对发光体发出光通过配光元件后的光强度分布对应的配光曲线设置目标配光曲线，优化配光元件的光学面形状得到配光元件，对光线控制精准，能够使投射出的光斑达到要求，
以上对本发明所提供的一种配光元件设计方法、配光元件及照明装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种配光元件设计方法，其特征在于，包括：
配光元件至少包括光学面，发光体发出光至少部分经过所述配光元件的所述光学面后发射出，根据对所述发光体要求的光束角度，以所述光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布为因变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控所述配光元件的所述光学面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
2.根据权利要求1所述的配光元件设计方法，其特征在于，以所述光学面母线包括的弧线段的形状为自变量包括：以所述光学面母线的端点处的方向矢量和长度矢量为自变量。
3.根据权利要求1所述的配光元件设计方法，其特征在于，以所述光学面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量包括：以所述光学面母线包括的弧线段的端点位置、端点处的方向矢量和长度矢量为自变量，所述光学面母线包括多个弧线段。
4.根据权利要求1所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述配光元件包括侧面，所述发光体发出光在所述配光元件的侧面至少部分发生反射，所述光学面为所述配光元件的侧面。
5.根据权利要求1所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述配光元件包括第一凹孔，所述发光体发出光至少部分在所述第一凹孔表面折射进入所述配光元件，所述光学面为所述第一凹孔的表面。
6.根据权利要求5所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述光学面为所述第一凹孔的侧面，或者所述光学面为所述第一凹孔的顶面。
7.根据权利要求5所述的配光元件设计方法，其特征在于，当所述第一凹孔的侧面为所述光学面，调控所述第一凹孔的侧面母线时，将所述第一凹孔的顶面设置为吸收面；
当所述第一凹孔的顶面为所述光学面，调控所述第一凹孔的顶面时，将所述第一凹孔的侧面设置为吸收面。
8.根据权利要求5所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述光学面为所述第一凹孔的侧面；
当调控所述配光元件的所述光学面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致时，所述发光体发出光中角度大于预设角度的至少部分光在所述第一凹孔的侧面发生反射后，反射光向着所述配光元件侧方发射出。
9.根据权利要求5所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述配光元件还包括设置在所述配光元件相对于所述第一凹孔的另一端的第二凹孔：
所述方法还包括：调整所述第二凹孔的形状，使得由所述第二凹孔表面折射出所述配光元件的部分光，会再次经过所述第二凹孔表面折射进入所述配光元件，并在所述配光元件表面反射后，通过所述配光元件表面折射出所述配光元件且向着所述配光元件侧方发射出。
10.根据权利要求9所述的配光元件设计方法，其特征在于，调整所述第二凹孔的形状包括调整所述第二凹孔的深度或/和径向尺寸。
11.根据权利要求9所述的配光元件设计方法，其特征在于，调整所述第二凹孔的形状包括调整所述第二凹孔的表面形状，具体包括：
以所述第二凹孔的表面母线包括的至少一段弧线段的形状为自变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布为因变量，以所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的光束角度为约束，调控所述第二凹孔的表面母线，使得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布对应的配光曲线，与预设目标函数描述的曲线一致。
12.根据权利要求1-11任一项所述的配光元件设计方法，其特征在于，在计算所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布时，综合所述发光体上每一点的发出光，计算获得所述发光体发出光通过所述配光元件后的光强度分布。
13.根据权利要求12所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述发光体为面光源或者体光源。
14.根据权利要求1所述的配光元件设计方法，其特征在于，所述预设目标函数包括高斯函数或者余弦函数，或者所述预设目标函数为由高斯函数和正弦函数相乘得到的函数。
15.一种配光元件，其特征在于，采用权利要求1-14任一项所述的配光元件设计方法得到。
16.一种照明装置，其特征在于，包括发光体和用于对所述发光体发出光进行配光的配光元件，所述配光元件采用权利要求1-14任一项所述的配光元件设计方法得到。
CN202111436121.7A 2021-11-29 2021-11-29 一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置 Pending CN114234064A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111436121.7A CN114234064A (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111436121.7A CN114234064A (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114234064A true CN114234064A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80751916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111436121.7A Pending CN114234064A (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114234064A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116392614A (zh) * 2023-06-09 2023-07-07 至善时代智能科技(北京)有限公司 一种紫外线杀菌效果确定方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636882A (zh) * 2012-05-11 2012-08-15 北京理工大学 一种分析高数值孔径成像系统空间像的方法
CN103775967A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 欧司朗股份有限公司 透镜以及led改型灯
TW201420956A (zh) * 2012-11-20 2014-06-01 E Pin Optical Industry Co Ltd 發光二極體光分配透鏡及其光源裝置
CN104344341A (zh) * 2013-08-05 2015-02-11 海洋王（东莞）照明科技有限公司 聚光透镜及使用该聚光透镜的led灯具
CN104456415A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 透镜及使用该透镜的光源模组
CN104896425A (zh) * 2015-05-18 2015-09-09 华南理工大学 一种用于光学显微镜照明系统的led自由曲面透镜
CN105372818A (zh) * 2015-12-02 2016-03-02 江南大学 用于发散激光束的光束整形方法
CN106813148A (zh) * 2015-11-27 2017-06-09 上海润尚光电科技有限公司 一种具有高有效光能的射灯
CN113503520A (zh) * 2021-07-01 2021-10-15 湖南中南智能激光科技有限公司 一种环形匀光透镜、透镜组件及光电编码器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636882A (zh) * 2012-05-11 2012-08-15 北京理工大学 一种分析高数值孔径成像系统空间像的方法
CN103775967A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 欧司朗股份有限公司 透镜以及led改型灯
TW201420956A (zh) * 2012-11-20 2014-06-01 E Pin Optical Industry Co Ltd 發光二極體光分配透鏡及其光源裝置
CN104344341A (zh) * 2013-08-05 2015-02-11 海洋王（东莞）照明科技有限公司 聚光透镜及使用该聚光透镜的led灯具
CN104456415A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 透镜及使用该透镜的光源模组
CN104896425A (zh) * 2015-05-18 2015-09-09 华南理工大学 一种用于光学显微镜照明系统的led自由曲面透镜
CN106813148A (zh) * 2015-11-27 2017-06-09 上海润尚光电科技有限公司 一种具有高有效光能的射灯
CN105372818A (zh) * 2015-12-02 2016-03-02 江南大学 用于发散激光束的光束整形方法
CN113503520A (zh) * 2021-07-01 2021-10-15 湖南中南智能激光科技有限公司 一种环形匀光透镜、透镜组件及光电编码器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116392614A (zh) * 2023-06-09 2023-07-07 至善时代智能科技(北京)有限公司 一种紫外线杀菌效果确定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10689655B2 (en) Off-axis collimation optics
JP5976365B2 (ja) 広い開口角を有する合成光ビームを生成するための光システム
US20110270585A1 (en) Collimation lens having freeform surface and design method thereof
US7914174B2 (en) Method to optimize micro-optic lens in LED flashlight application
US8339716B2 (en) Illumination lenses including light redistributing surfaces
EP2093482A2 (en) An apparatus and method for improved illumination area fill
US10627078B2 (en) Method and system for producing a beam of illumination having smooth edges
US20120039077A1 (en) Area lighting devices and methods
TW201344248A (zh) 透鏡及光源模組
CN105351885B (zh) 一种led汽车前雾灯用的光学透镜设计方法
US8801221B2 (en) Lens structure, light source device and light source module
CN104896425B (zh) 一种用于光学显微镜照明系统的led自由曲面透镜
EP2388512B1 (en) Vehicle lightening unit
CN110388625A (zh) 一种控光装置、设计方法及照明系统
JP5095000B1 (ja) Ｌｅｄ照明装置
CN114234064A (zh) 一种配光元件设计方法及配光元件、照明装置
KR101305728B1 (ko) Ｌｅｄ 조명기구의 제작공차를 개선할 수 있는 배광 분포의 중첩 효과를 갖는 자유 형상 렌즈
JP6689590B2 (ja) 光束制御部材、発光装置および照明装置
CN203363991U (zh) 一种led二次光学透镜
TWI507640B (zh) 可控制光束角之導光元件及燈具
US10119679B2 (en) Freeform optical surface for producing sharp-edged irradiance patterns
JP2017212036A (ja) 車両用灯具
CN103982858A (zh) 投影透镜以及光学表面确定方法
CN203686661U (zh) 一种光源
JP5386600B2 (ja) 照明器、及び、照明方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination