CN202835179U - 一种建筑物玻璃外墙照明用led透镜 - Google Patents

一种建筑物玻璃外墙照明用led透镜 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，包括由透明材质形成的透镜本体，所述透镜本体由一体成型的第一透镜体和第二透镜体组成，所述第一透镜体和第二透镜体的中心轴重合，其中，第一透镜体内具有一与其同轴的LED光源的容置空间，该容置空间内具有与其同轴的凸起的入射面，第一透镜体的侧面为向外凸起的全反射面，该全反射面是复合贝塞尔曲面；第二透镜体与入射面相对的面为凸起的出射面。本实用新型是采用各色LED作光源配上本实用新型的透镜，使LED的光线只照亮透明的玻璃墙体，照到玻璃墙内和墙外的光线非常少，有效地避免了产生光污染，既产生了商业效果又提高了照射效率。

Description

一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜
技术领域
一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜。 
背景技术
发明内容                                                             
随着城市建设的发展和景观亮化的需要，越来越多的豪华酒店、市场、体育场馆采用了透明玻璃墙体。建筑师则会采用各种照明手段，使这些透明玻璃墙体在夜晚放射出璀璨的光彩，给建筑物赋予一种重要的商业和视觉效果。但是光线在照亮玻璃墙体的同时，也有大量的光线照射到玻璃墙体外和玻璃墙体内，造成严重的光污染。光污染会导致人们头昏心烦、情绪低落和身体乏力。目前，大城市普遍、过多使用灯光，有些强光束甚至直冲云霄，使得夜晚如同白天一样，即所谓人工白昼。散射的灯光使天空太亮，看不见星星，也影响了天文观测、航空等，很多天文台因此被迫停止工作。
现在一般采用的照明光源为LED光源，为了减少LED光源本身的散射，通常采用LED透镜对LED光源进行二次光学配光，使LED的出设光斑为圆形光斑，当出射光照射到接受面的同时，还是有大量的光线散射到室内和天空中。为了使出射光偏向照射到接受面，提高照射效率、较少光污染，CN201925856通过LED透镜将LED光源进行二次光学配光，通过透镜本体的顶面设置波纹状条纹，使LED的出射光通过波纹状条纹偏向折射到接受面。但是，其仅能使出射光形成以LED光源为中心纵向和横向均为20度以内的光斑，虽然减少了一定范围的光污染，但是其纵向照射的范围有限，不利于提高照射效率。 
实用新型内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型目的在于提供一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，本实用新型可采用各色LED作光源，配上本实用新型的透镜，有效地避免了产生光污染，既产生了商业效果又提高了照射效率。 
本实用新型的技术方案是：一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，包括由透明材质形成的透镜本体，所述透镜本体由一体成型的第一透镜体和第二透镜体组成，所述第一透镜体和第二透镜体的中心轴重合，其中，第一透镜体内具有一与其同轴的LED光源的容置空间，该容置空间内具有与其同轴的凸起的入射面，第一透镜体的侧面为向外凸起的全反射面，该全反射面是复合贝塞尔曲面；第二透镜体与入射面相对的面为凸起的出射面。 
作为优选，所述入射面和出射面均是变形非球面，所述全反射面由两个对称的X方向反射面和两个对称的Y方向反射面围合而成。 
作为优选，入射面的曲面方程为： 
    
Figure DEST_PATH_IMAGE002
    曲面方程的参数如下：
    
Figure DEST_PATH_IMAGE004
=1.8~2
    
Figure DEST_PATH_IMAGE006
=-0.9~-1.1
    =0.76~0.82
    
Figure DEST_PATH_IMAGE010
=-0.9~-1.1
    
Figure DEST_PATH_IMAGE012
=-0.08~-0.1
    =0.015~0.025
    
Figure DEST_PATH_IMAGE016
=0.005~0.015
    
Figure DEST_PATH_IMAGE018
=0.02~0.03
    
Figure DEST_PATH_IMAGE020
=-0.001~-0.003
    
Figure DEST_PATH_IMAGE022
=-0.6~-0.8
    =-0.0001~-0.00015
    
Figure DEST_PATH_IMAGE026
=-0.05~-0.15
    X方向反射面的曲面系数为：
    F:1.8~2.2 
    R:9.5~10.5
    S:14.5~15.5
    P:0.3~0.5
    W:0.45~0.55
    Y方向反射面的曲面系数为：
    F:2.0~3.0
    R:0.5~0.7
    S:17~18
    P:0.8~1.0
    W:0.5~0.7
    出射面的曲面方程为：
    
    曲面方程的参数如下：
    
Figure 682808DEST_PATH_IMAGE004
=0.03~0.05
    
Figure 820134DEST_PATH_IMAGE006
=-34~-35
    
Figure 356289DEST_PATH_IMAGE008
=0.02~0.03
    
Figure 528251DEST_PATH_IMAGE010
=24~25
    
Figure 599981DEST_PATH_IMAGE012
=0.00005~0.0002
    
Figure 867014DEST_PATH_IMAGE014
=-0.19~-0.22
    
Figure 206860DEST_PATH_IMAGE016
=2.1e-7~2.6e-7
    
Figure 233329DEST_PATH_IMAGE018
=0.02~0.03
    
Figure 367638DEST_PATH_IMAGE020
=-1.6e-9~-1.9e-9
    =1.0~1.1
作为优选，所述透镜本体的光强分布曲线为76度×7.5度的蝙蝠翼形。
作为优选，透镜本体的光源使用出光角为115度~125度、1W~3W的白光、红光、蓝光或绿光LED。 
作为优选，透镜本体的长度A为26~27.15毫米，宽度B为13~14.5毫米，高度C为13.5~14毫米。 
作为优选，入射面的顶面到出射面顶面的距离D为11.5~12毫米。 
作为优选，LED光源的容置空间的直径尺寸E为3.5~4.14毫米。 
    作为优选，透镜本体的两侧设置有安装结构，安装结构上设置安装孔。 
作为优选，透镜本体由PC或PMMA光学塑料制成。 
本实用新型的有益效果是：1.本实用新型的透镜的效果是使LED的光线，只能照亮透明的玻璃墙体，光线很少照到墙外和墙内，既不会对城市环境造成“光污染”，也不会对墙内人们的工作和生活造成干扰，而且提高了照射效率；2.本实用新型的透镜采用二个折射曲面和二个反射曲面，通过透镜的折射和反射作用，将LED光源120度朗伯式光强分布曲线变成纵向76度，横向7.5度的蝙蝠翼形光强分布曲线，将LED光源的圆形照明区域转变成狭长的照明区域，满足了建筑物玻璃外墙的特殊照明要求；3.本实用新型的透镜，在2.5米的投影距离时，照射区域为3.6米×0.36米，照明均匀度可大于0.37；4.本实用新型的透镜，其光学效率可大于98%；5.本实用新型的透镜体积小；6.本实用新型的透镜通过安装结构，可以实现与LED的准确定位。 
附图说明
图1为本实用新型的主剖视图； 
图2为本实用新型的左视图；
图3为本实用新型的右视图；
图4为本实用新型的光强分布曲线。
图中：1、透镜本体；2、安装引脚；3、LED光源；11、第一透镜体；12、第二透镜体；21、安装孔；S1、入射面；S2、X方向反射面；S3、Y方向反射面；S4、出射面。 
具体实施方式
实施例1：如图1、图2和图3所示，一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，包括由PC或PMMA光学塑料形成的透镜本体1，透镜本体1的光源可使用出光角为115度~125度、1W~3W的白光、红光、蓝光或绿光LED。本实施例中选择出光角为120度的LED光源3。 
所述透镜本体1由一体成型的第一透镜体11和第二透镜体12组成，所述第一透镜体11和第二透镜体12的中心轴重合，其中，第一透镜体11内具有一与其同轴的LED光源3的容置空间，该容置空间内具有与其同轴的凸起的入射面S1，第一透镜体11的侧面为向外凸起的全反射面，该全反射面是由两个对称的X方向反射面S2和两个对称的Y方向反射面S3围合而成的复合贝塞尔曲面（贝赛尔曲面是指一条贝赛尔曲线绕Z轴线旋转构成的一个曲面。当这条曲线在X轴方向与Y轴方向完全相同时，称为贝赛尔曲面。当这条曲线在X轴方向与Y轴方向不完全相同时，称为复合贝赛尔曲面。）。 
所述全反射面的曲面系数如下（以下复合贝赛尔曲面的系数，在照明设计软件中是公知的，根据这些系数的数据，通过照明设计软件Light Tools7.2就能自动生成依据这些系数的贝赛尔曲面。）： 
其中，X方向反射面S2的曲面系数为： 
    F:1.8~2.2 
    R:9.5~10.5
    S:14.5~15.5
    P:0.3~0.5
    W:0.45~0.55
    Y方向反射面S3的曲面系数为：
    F:2.0~3.0
    R:0.5~0.7
    S:17~18
    P:0.8~1.0
W:0.5~0.7
第二透镜体12与入射面S1相对的面为凸起的出射面S4。所述入射面S1和出射面S4均是变形非球面（非球面是指一条自变量为Y的多项式曲线绕Z轴线旋转构成的一个曲面。当这条曲线在X轴方向与Y轴方向完全相同时，称为非球面。当这条曲线在X轴方向与Y轴方向不完全相同时，称为变形非球面。）。
入射面S1的曲面方程为： 
    
Figure DEST_PATH_IMAGE028
    曲面方程的参数如下：
    
Figure 606782DEST_PATH_IMAGE004
=1.8~2
    
Figure 130167DEST_PATH_IMAGE006
=-0.9~-1.1
    
Figure 917601DEST_PATH_IMAGE008
=0.76~0.82
    
Figure 455369DEST_PATH_IMAGE010
=-0.9~-1.1
    
Figure 871438DEST_PATH_IMAGE012
=-0.08~-0.1
    
Figure 872499DEST_PATH_IMAGE014
=0.015~0.025
    
Figure 348611DEST_PATH_IMAGE016
=0.005~0.015
    =0.02~0.03
    
Figure 405614DEST_PATH_IMAGE020
=-0.001~-0.003
    =-0.6~-0.8
    
Figure 173774DEST_PATH_IMAGE024
=-0.0001~-0.00015
    
Figure 482002DEST_PATH_IMAGE026
=-0.05~-0.15
    出射面S4的曲面方程为：
    
Figure 613775DEST_PATH_IMAGE002
    曲面方程的参数如下：
    
Figure 107204DEST_PATH_IMAGE004
=0.03~0.05
    
Figure 407342DEST_PATH_IMAGE006
=-34~-35
    
Figure 986222DEST_PATH_IMAGE008
=0.02~0.03
    
Figure 656107DEST_PATH_IMAGE010
=24~25
    
Figure 486266DEST_PATH_IMAGE012
=0.00005~0.0002
    
Figure 740661DEST_PATH_IMAGE014
=-0.19~-0.22
    
Figure 23481DEST_PATH_IMAGE016
=2.1e-7~2.6e-7
    
Figure 247789DEST_PATH_IMAGE018
=0.02~0.03
    
Figure 558554DEST_PATH_IMAGE020
=-1.6e-9~-1.9e-9
    
Figure 983850DEST_PATH_IMAGE022
=1.0~1.1
透镜本体1的长度A为26~27.15毫米，本实施例中取27.15毫米，宽度B为13~14.5毫米，本实施例中取14.5毫米，高度C为13.5~14毫米，本实施例中取14毫米，入射面S1的顶面到出射面S4顶面的距离D为11.5~12毫米，本实施例中取12毫米，LED光源3的容置空间的直径尺寸E为3.5~4.14毫米，本实施例中取4.14毫米。
透镜本体1的两侧设置有安装结构，所述安装结构为两个分别位于两个X方向反射面S2外侧的安装引脚2，安装引脚2上设置有安装孔21。透镜本体1通过2颗M2.5的螺钉穿过安装引脚2的安装孔21固定于焊有LED光源3的铝基板上。LED光源3位于透镜本体1的入射面S1的中心，LED光源3的安装平面要比安装引脚2的安装平面高，LED光源3的安装平面与安装引脚2的安装平面的高度差F为0.07~0.15毫米，本实施例中取0.15毫米，通过安装引脚2上安装孔21的精度保证LED光源3与透镜本体1的光轴重合。 
本实用新型首先通过入射面S1的变形非球面的折射作用，将120度出射角的LED光源3，由朗伯型分布的光强分布曲线，初步转换成长方形投射区域的XY方向出光角不同的光强分布曲线；然后将经过入射面S1折射的光线，通过X方向反射面S2和Y方向反射面S3的反射后，准确地投射到纵向（X方向）76度，横向（Y方向）为7.5度的狭长条形照射区域；最后通过出射面S4的变形非球面折射作用，有效地消除了光线在纵向（X方向）76度方向上的全反射，使LED光源3的光线，最大限度的投射到有效的照射区域。提高了透镜本体1的光学效率，同时，通过出射面S4的变形非球面方程参数的优化，提高了有效照射区域照度的均匀性。 
如图4所示，本实用新型采用二个折射曲面和二个反射曲面，通过透镜的折射和反射作用，将LED光源3的120度朗伯式光强分布曲线变成纵向76度，横向7.5度的蝙蝠翼形光强分布曲线。将LED光源3的圆形照明区域转变成狭长的照明区域，其光学效率可大于98%，满足了建筑物玻璃外墙的特殊照明要求。本实用新型的透镜，在2.5米的投影距离时，照射区域为3.6米X0.36米，照明均匀度可大于0.37。 
实施例2：透镜本体1的长度A为26毫米，宽度B为13毫米，高度C为13.5~14毫米，入射面S1的顶面到出射面S4顶面的距离D为11.5毫米，LED光源3的容置空间的直径尺寸E为3.5毫米，LED光源3的安装平面与安装引脚2的安装平面的高度差F为0.07毫米。其余与实施例1相同。 

Claims (10)

1.一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，包括由透明材质形成的透镜本体，其特征在于：所述透镜本体由一体成型的第一透镜体和第二透镜体组成，所述第一透镜体和第二透镜体的中心轴重合，其中，第一透镜体内具有一与其同轴的LED光源的容置空间，该容置空间内具有与其同轴的凸起的入射面，第一透镜体的侧面为向外凸起的全反射面，该全反射面是复合贝塞尔曲面；第二透镜体与入射面相对的面为凸起的出射面。
2.根据权利要求1所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：所述入射面和出射面均是变形非球面，所述全反射面由两个对称的X方向反射面和两个对称的Y方向反射面围合而成。
3.根据权利要求2所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：入射面的曲面方程为：
                                                   
    曲面方程的参数如下：
    =1.8~2
    
Figure 638310DEST_PATH_IMAGE003
=-0.9~-1.1
    
Figure 854659DEST_PATH_IMAGE004
=0.76~0.82
    =-0.9~-1.1
    
Figure 553417DEST_PATH_IMAGE006
=-0.08~-0.1
    
Figure 805276DEST_PATH_IMAGE007
=0.015~0.025
    
Figure 876131DEST_PATH_IMAGE008
=0.005~0.015
    
Figure 991461DEST_PATH_IMAGE009
=0.02~0.03
    
Figure 780557DEST_PATH_IMAGE010
=-0.001~-0.003
    
Figure 570527DEST_PATH_IMAGE011
=-0.6~-0.8
    =-0.0001~-0.00015
    
Figure 500229DEST_PATH_IMAGE013
=-0.05~-0.15
    X方向反射面的曲面系数为：
    F:1.8~2.2 
    R:9.5~10.5
    S:14.5~15.5
    P:0.3~0.5
    W:0.45~0.55
    Y方向反射面的曲面系数为：
    F:2.0~3.0
    R:0.5~0.7
    S:17~18
    P:0.8~1.0
    W:0.5~0.7
    出射面的曲面方程为：
    
Figure 511042DEST_PATH_IMAGE014
    曲面方程的参数如下：
    
Figure 806501DEST_PATH_IMAGE002
=0.03~0.05
    
Figure 600621DEST_PATH_IMAGE003
=-34~-35
    
Figure 654158DEST_PATH_IMAGE004
=0.02~0.03
    
Figure 870376DEST_PATH_IMAGE005
=24~25
    =0.00005~0.0002
    
Figure 603901DEST_PATH_IMAGE007
=-0.19~-0.22
    
Figure 530137DEST_PATH_IMAGE008
=2.1e-7~2.6e-7
    
Figure 919137DEST_PATH_IMAGE009
=0.02~0.03
    
Figure 152803DEST_PATH_IMAGE010
=-1.6e-9~-1.9e-9
Figure 310859DEST_PATH_IMAGE011
=1.0~1.1                              。
4.根据权利要求3所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：所述透镜本体的光强分布曲线为76度×7.5度的蝙蝠翼形。
5.根据权利要求4所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：透镜本体的光源使用出光角为115度~125度、1W~3W的白光、红光、蓝光或绿光LED。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：透镜本体的长度A为26~27.15毫米，宽度B为13~14.5毫米，高度C为13.5~14毫米。
7.根据权利要求6所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：入射面的顶面到出射面顶面的距离D为11.5~12毫米。
8.根据权利要求7所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：LED光源的容置空间的直径尺寸E为3.5~4.14毫米。
9.根据权利要求8所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：透镜本体的两侧设置有安装结构，安装结构上设置安装孔。
10.根据权利要求9所述的一种建筑物玻璃外墙照明用LED透镜，其特征在于：透镜本体由PC或PMMA光学塑料制成。
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