CN116357921A - 一种光学模组、光学系统及灯具 - Google Patents

一种光学模组、光学系统及灯具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光学模组，包括主体部，所述主体部上设有第一透镜部、第二透镜部和第三透镜部，所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部以德尔塔关系分布；所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部均设有透镜主体，所述透镜主体设有出光面，所述出光面设有微结构单元。该光学模组通过对不同透镜间相对位置和距离进行限定，使透镜发出的光线符合德尔塔分布，以实现最佳的混光效果，同时达到光强均匀和混色均匀，通过微结构单元控制出光效果。除此以外，本发明还提供一种光学模组和灯具。

Description

一种光学模组、光学系统及灯具
技术领域
本发明涉及照明灯具控光的技术领域，尤其是涉及一种光学模组、光学系统及灯具。
背景技术
随着照明产业的不断升级，各个应用领域对灯具的照明效果的要求存在着显著的差异。例如，相较于用于日常照明，投光灯在摄影、展览等应用领域对宽色域以及混光均匀都有着更高的要求。目前，市面上常采用RGB三色或者RGBW四色混光技术以满足宽色域的要求。但目前大多数商业化灯具在混光控制方面的技术仍较为局限。
现有的RGB三色或者RGBW四色光源混光存在普遍问题。例如，常采用传统透镜混光排列，且透镜排布随意，又或者是RGBW光源颗数不固定，混光效果差。除此以外还存在混光时RGBW光源的光线方向无规律，导致混光时不均匀。以上这些问题对灯具的出光效果都有着不良的影响。
综上，如何提供一种混光均匀，透镜排布科学的光学系统是现有领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种光学模组，光学模组中设有多个透镜，透镜间的距离符合德尔塔关系，因此多个透镜发出的光线可进行充分混合，最终实现光强均匀和混色均匀的出光效果。除此以外，本发明还提供了一种光学系统和灯具。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种光学模组，包括主体部，所述主体部上设有第一透镜部、第二透镜部和第三透镜部，所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部以德尔塔关系分布；所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部均设有透镜主体，所述透镜主体设有出光面，所述出光面设有微结构单元。
优选地，连接所述第二透镜部和所述第三透镜部的中心形成线X，以经过所述第一透镜部的中心并垂直于线X的线为线Y，所述第一透镜部与所述第二透镜部中心的连线在所述线Y上的投影长度为A，所述第二透镜部和所述第三透镜部中心间的距离为B，所述第一透镜部与所述第三透镜部中心的连线在所述线Y上的投影长度为C，当所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部符合德尔塔关系时，所述A、B、C的值符合下列公式：
B2＝4A·C。
优选地，所述B为27mm，所述A和所述C为13.5mm。
优选地，所述微结构单元形成第一微结构层和第二微结构层，所述出光面上设有所述第一微结构层或所述第二微结构层。
优选地，所述第一微结构层设有第一阵列区和第二阵列区，所述第二阵列区包围在所述第一阵列区的外围；所述第一阵列区内的所述微结构单元的结构大于所述第二阵列区的所述微结构单元。
优选地，所述第二微结构层的所述微结构单元设有第一控光面和第二控光面。
优选地，所述透镜主体均设有安装槽，所述安装槽内安装有光源组件。
本发明还提供一种光学系统，包括以上任一所述的光学模组，多个所述光学模组相连接。
优选地，相邻所述光学模组间的所述透镜主体以德尔塔关系分布。
本发明还提供一种灯具，设置有以上任一所述光学模组，或者设置有以上任一所述的光学系统。
基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：
(1)多个透镜科学排布，实现混光均匀。本发明根据RGB三原色的光源透镜波长混白光的原理，并结合理想状态下符合德尔塔分布的灯具照明效果，将光学模组中多个透镜间的位置及间距间的关系进行了限定，使同一光学模组中的多个透镜发出的光线可以充分混合，在不同方向上具有相同照射效果，并满足投光灯的照射需求。
(2)不同配光角度对应的光斑相似度高。本发明在限定了不同透镜位置及距离的前提下，通过改变出光面上的微结构层的结构，实现配光角度的改变。随着配光角度的增加，微结构层中微结构的立体形态和/或排列方式发生变化，以保证在不同配光角度下的光斑相似度高。
附图说明
图1为本发明的光学模组某一视角的结构示意图。
图2为本发明的光学模组另一视角的结构示意图。
图3为本发明的不同微结构层的结构示意图。
图4为本发明的不同微结构层的光线处理示意图。
图5为本发明的不同微结构层的配光曲线图。
图6为本发明的光学系统的结构示意图。
附图标记说明：
100光学模组、200光学系统、1主体部、11第一透镜部、12第二透镜部、13第三透镜部、2透镜主体、21出光面、22微结构单元、23安装槽、3光源组件、4第一微结构层、41第一阵列区、42第二阵列区、5第二微结构层、51第一控光面、52第二控光面。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
图1和图2分别给出了本实施例的光学模组100的其中一个视角和另一视角的结构示意图，图3给出了不同微结构层的结构示意图。结合参考图1和图3，一种光学模组100，包括主体部1，主体部1上设有三个满足德尔塔关系分布的透镜部，德尔塔关系对透镜部间的间距和位置给予限定，使发出的光线可充分混合，以满足投光灯或者洗墙灯所需的照明效果。
具体的，主体部1上设有以三角形状分布的第一透镜部11、第二透镜部12和第三透镜部13。其中第二透镜部12和第三透镜部13对称设在第一透镜部11的两侧。第一透镜部11、第二透镜部12和第三透镜部13均包括透镜主体2。透镜主体2的上端设有出光面21，出光面21设有多个微结构单元22。
如图2所示，连接第二透镜部12和第三透镜部13的中心形成线X，以经过第一透镜部11的中心并垂直于线X的线为线Y，第一透镜部11与第二透镜部12中心的连线在线Y上的投影长度为A，第二透镜部12和第三透镜部13中心间的距离为B，第一透镜部11与第三透镜部13中心的连线在线Y上的投影长度为C。在关于一元二次方程Ax2+Bx+C＝0中，令△＝B2-4AC。当△＝0时，方程的解有唯一的实数根，即此时答案是唯一的。因此，当第一透镜部11、第二透镜部12和第三透镜部13符合德尔塔关系，即A、B、C的值符合下列公式：B2＝4A·C时，光学模组100的不同色光混合均匀，光强分布均匀，使光线满足德尔塔分布。
德尔塔函数在除了零以外的点都等于零，而其在整个定义域上的积分等于1。严格地说，德尔塔函数其并不是一个函数。因为满足上述条件的函数并不存在。但是却可以用分布的概念来解释，即德尔塔分布。一般的概率密度函数在任意一个具体的点处的概率为0，而德尔塔分布却在某一个具体的点处有概率。理想的镜面反射材质以及理想的玻璃光线出射效果符合德尔塔分布，因为它们的出射方向只有一种或两种可能。一种是直照光斑，即光斑面与出光面平行；一种是洗墙光斑，即光斑面与出光面垂直。
回到图2，第一透镜部11、第二透镜部12和第三透镜部13的透镜主体2及透镜主体2上出光面21的直径大小相同。在本实施例中，距离B优选为27mm，投影长度A和C优选为13.5mm。在某些实施例中，长度A、B、C可在满足德尔塔关系的前提下进行相应地增加或减小。经过位置限定后的第一透镜部11、第二透镜部12、第三透镜部13发出的光线可进行充分混合，使光学模组100获得优秀的出光效果，满足投光灯的照射需求。
进一步地，出光面21上设有多个紧密排列的微结构单元22。为了满足投光灯不同光强分布的需求，微结构单元22根据结构的不同形成了第一微结构层4和第二微结构层5。出光面21上设有第一微结构层4或第二微结构层5。
图4和图5分别给出了不同微结构层的光线处理示意图和对应的配光曲线。如图4所示，透镜主体2的下端朝出光面21凹陷形成有安装槽23，安装槽23内安装有光源组件3。光源组件3通常包括红色灯珠、绿色灯珠和蓝色灯珠，实现RGB三色混光效果，又或者包括红色灯珠、绿色灯珠、蓝色灯珠和白色灯珠，实现RGBW四色混光效果。在本实施例中，透镜主体2设有四个不同颜色灯珠，实现RGBW四色混光，达到宽色域的效果。光源组件3发出的光线经过透镜主体2并在出光面21的微结构单元22作用下混合均匀出射。
具体的，图3A和图4A分别给出了某种第一微结构层4的结构示意图和光线处理示意图。第一微结构层4设有圆形结构的第一阵列区41和第二阵列区42，第二阵列区42包围在第一阵列区41外侧。其中，第一阵列区41内微结构单元22的大于第二阵列区42的微结构单元22。安装槽23内的光源组件3发出的光线以放射状入射至透镜主体2内部。放射状的光线在透镜主体2反射的作用下以准直光出射至出光面21，出光面21通过微结构单元22对准直光的出射方向进行改变。经过第一微结构层4时，位于第一阵列区41内的光线以准直光时的原方向出射，位于第二阵列区42内的光线朝第一阵列区41的方向倾斜，并整体形成配光角度为15°的光束，其配光曲线如图5A所示。
图3C和图4C分别给出了某种第二微结构层5的结构示意图和光线处理示意图。与第一微结构层4相比，第二微结构层5未设有第一阵列区41和第二阵列区42。需要说明的是，在第二微结构层5中，微结构单元22的弧面凸起高度大于本实施例中第一微结构层4的微结构单元22，同时第二微结构层5的微结构单元22设有第一控光面51和第二控光面52。第一控光面51和第二控光面52均为弧面。类似的，安装槽23内的光源组件3发出的光线以放射状入射至透镜主体2内部。放射状的光线在透镜主体2反射的作用下以准直光出射至出光面21。当准直光线经过第二微结构层5时，位于第二微结构层5中间部分的光线以准直光时的原方向出射，其余光线朝背离微结构层中心的方向倾斜，并整体形成配光角度为45°的光束，其配光曲线如图5C所示。
光学模组100的微结构层为第一微结构层4和第二微结构层5中的一种，实际应用中可根据目标照明效果进行选择。
特别说明的是，如图5所示，不同微结构层的配光曲线相似，即不同微结构层在改变配光角度的同时，保留了光斑的相似度。以运用有与光学模组100的洗墙灯为例，当目标照射效果为位于光学模组100底部及靠墙面的红光多一点时，则同一支灯具在不同配光角度时的效果都高度相似，红光的相对位置不发生改变。
综上，本实施例提供的一种光学模组100，通过对不同透镜部间的位置及间距进行了限定，对不同透镜部进行了科学排布，并使不同透镜部发出的光线进行充分混合并符合德尔塔分布，实现混光效果。另外，不同的微结构层在实现不同配光角度的情况下保证了光斑的相似，增加了照射效果的多样性。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进行进一步的补充，第一微结构层4和第二微结构层5还有其它实施方式。
图3B和图4B分别给出了另一种第一微结构层4的结构示意图和光线处理示意图。另一种第一微结构层4同样设有第一阵列区41和第二阵列区42，第二阵列区42包围在第一阵列区41的外围。与本实施例中，微结构单元22较实施例1中的第一微结构层4的微结构单元22略微凸起。安装槽23内的光源组件3发出的光线以放射状入射至透镜主体2内部。放射状的光线在透镜主体2反射作用下以准直光出射至出光面21。当光线经过出光面21时，位于第一阵列区41内的光线以准直光时的原方向出射，位于第二阵列区42内的光线背离第一阵列区41的方向倾斜，并整体形成配光角度为30°的光束，其配光曲线如图5B所示。
图3D和图4D分别给出了另一种第二微结构层5的结构示意图和光线处理示意图。另一种第二微结构层5的微结构单元22设有第一控光面51和第二控光面52。第一控光面51和第二控光面52均为弧面。本实施例的第二微结构层5的微结构单元22高度要大于实施例1中第二微结构层5的微结构单元22。因而，当准直光线经过另一种第二微结构层5时，位于第二微结构层5中间部分的光线以准直光时的原方向出射，其余光线进一步朝背离出光面21中心的方向倾斜，并整体形成配光角度为60°的光束，其配光曲线如图5D所示。
需要说明的是，微结构单元22的结构和排列方式不局限于实施例1和实施例2中第一微结构层4和第二微结构层5。微结构单元22整体以费马螺旋排列。随着目标配光角度的增加，微结构单元22凸起的高度也随之增加。可根据目标配光角度，对微结构单元22做出相应的改变。
实施例3
图6提供了本实施例的光学系统200的结构示意图。如图6所示，本实施例提供了一种光学系统200，包括四个光学模组100。其中，光学模组100的主体部1近似于等腰为三角形。四个光学模组100以顶点为中心，紧密拼接形成整体呈方形结构的光学系统200。
特别的，如图6所示，在光学系统200的中间部分，任意连接三个相邻光学模组100的透镜部的中心，可知任意三个相邻光学模组100之间的透镜部符合德尔塔关系分布，从而进一步提高整个光学系统的混光效果。
当然，此处并未限制主体部1的形状、光学模组100间的拼接方式及形状。在实际生产中可根据需要对光学模组100进行拼接并形成相应的光学系统200。另外，此处也并非对光学系统200中光学模组100的数量做唯一的限定，可根据需要将多个光学模组100形成尺寸规模更大的光学系统200。
实施例4
本实施例提供一种灯具，如投光灯，包括有实施例1提供的光学模组100或实施例2提供的光学系统200，并设置有壳体、电源和其它组件。该灯具在光学模组100的作用下，可以对出射的光线进行充分混光。同时，还可以通过更换微结构层不相同的光学模组100，在保证光斑效果相似的情况下实现不同的配光效果。
以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学模组，其特征在于，包括主体部，所述主体部上设有第一透镜部、第二透镜部和第三透镜部，所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部以德尔塔关系分布；所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部均设有透镜主体，所述透镜主体设有出光面，所述出光面设有微结构单元。
2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，连接所述第二透镜部和所述第三透镜部的中心形成线X，以经过所述第一透镜部的中心并垂直于线X的线为线Y，所述第一透镜部与所述第二透镜部中心的连线在所述线Y上的投影长度为A，所述第二透镜部和所述第三透镜部中心间的距离为B，所述第一透镜部与所述第三透镜部中心的连线在所述线Y上的投影长度为C，当所述第一透镜部、所述第二透镜部和所述第三透镜部符合德尔塔关系时，所述A、B、C的值符合下列公式：B2＝4A·C。
3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述B为27mm，所述A和所述C为13.5mm。
4.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述微结构单元形成第一微结构层和第二微结构层，所述出光面上设有所述第一微结构层或所述第二微结构层。
5.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述第一微结构层设有第一阵列区和第二阵列区，所述第二阵列区包围在所述第一阵列区的外围；所述第一阵列区内的所述微结构单元的结构大于所述第二阵列区的所述微结构单元。
6.根据权利要求4所述的光学模组，其特征在于，所述第二微结构层的所述微结构单元设有第一控光面和第二控光面。
7.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述透镜主体均设有安装槽，所述安装槽内安装有光源组件。
8.一种光学系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的光学模组，多个所述光学模组相连接。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，相邻所述光学模组间的所述透镜主体以德尔塔关系分布。
10.一种灯具，其特征在于，设置有权利要求1-7任一所述光学模组，或者设置有权利要求8-9任一所述的光学系统。
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