CN203836849U - 复合菲涅尔镜片及使用其的灯具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种复合菲涅尔镜片及使用其的灯具，所述镜片包括基材、位于基材入光面的至少一层菲涅尔微结构、以及位于基材出光面的至少一层微透镜结构，所述微透镜结构为若干紧密排列的微透镜，微透镜的底面为大小相等的圆形，微结构的外表面为光滑的弧面，每个微透镜底面与相邻的微透镜的底面均为相切设置。本实用新型通过将菲涅尔透镜结构和微透镜结构进行复合，得到的复合菲涅尔镜片既可以达到聚光的效果，同时提高了出光表面光线的均匀性，消除了边缘色散现象和表面眩光问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学膜片技术领域，特别是涉及一种复合菲涅尔镜片及使用其的灯具。
背景技术
聚光灯具是室内灯具中使用较为广泛的一种灯具，LED的价格已经开始为大部分使用者接受，无论家庭或者商业场合，开始越来越多的被使用。聚光灯具作为高安装高度或特殊强调性的照明使用越来越广泛，主要灯具类型有聚光天花灯、高天井灯、聚光筒灯和射灯等灯具。
LED灯具的设计中也越来越多的涉及到聚光的应用，例如高天井灯，需要安装高度较高的筒灯类灯具，工厂用灯等等，需要具有比较高的聚光度，才能达到较高的光通利用率。
现阶段实现灯具聚光效果通常有以下几种方式：注塑透镜、COB玻璃透镜、注塑反光杯、菲涅尔镜片等方式，其中：
1、注塑透镜的使用较为广泛，一般使用在尺寸较小的天花灯和射灯类产品上，需要针对LED类型和产品的类型进行模具加工，更改产品尺寸和LED类型时需要更改模具，同时，在发光光型的边缘有色散问题，会导致照明效果变差，设计可更改性较差；
2、COB玻璃透镜主要使用在COB(chip on board,板上芯片)光源上，主要应用在天井灯上。COB玻璃透镜的使用局限性较大，不能使用大尺寸LED光源板，不能随意更改外形尺寸，产品的重量也相对较大，不利于较少灯具重量；
3、注塑反光杯聚光的使用较少，此种方法对LED的类型尺寸要求较高，不可以随意更换，同时不容易实现防尘；
4、菲涅尔镜片可分为膜片式和板材式，可以大幅节省透镜的材料，且可以根据产品尺寸更改裁切尺寸，但发光色散和发光不均匀是比较大的问题。
菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又名螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔(Augustin.Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。
菲涅尔透镜(Fresnel Lens)是一种微细结构的光学元件，从正面看其象一个飞镖盘，由一环一环的同心圆组成，大多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。
菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类，菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR(被动红外线探测器)上产生变化热释红外信号。
然而现有技术中的镜片存在以下缺点：
现有菲涅尔透镜片表面会有结果聚光形成的条状光线集中线，透镜出光面有亮度较高的区域，同时镜片表面会有较强光强区域，无法很好的用在照明灯具上；
照明中使用的菲涅尔透镜使用的是注塑成型的，结构不能过小，因此这样会导致光损过高，而且结构过大时，透镜的整体厚度也会增加，增加很多材料的使用量；
使用微透镜片无法达到较高的聚光角度，对于高天井灯、高聚光射灯或者高天棚的筒灯来说，需要更高的聚光度，因此，微透镜片无法广泛应用。
因此，针对现有技术中单层菲涅尔结构透镜会形成较强的表面光线亮点、对人眼的伤害较大的问题，有必要提供一种复合菲涅尔镜片及使用其的灯具。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种复合菲涅尔镜片及使用其的灯具，其既具有较高的光线聚集度，同时可以有很好的表面均匀性。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：
一种复合菲涅尔镜片，所述镜片包括基材、位于基材入光面的至少一层菲涅尔微结构、以及位于基材出光面的至少一层微透镜结构，所述微透镜结构为若干紧密排列的微透镜，微透镜的底面为大小相等的圆形，微结构的外表面为光滑的弧面。
作为本实用新型的进一步改进，所述微透镜结构为若干紧密排列半球状或近半球状的微透镜。
作为本实用新型的进一步改进，所述复合菲涅尔镜片为膜材镜片，厚度为0.1-0.5mm。
作为本实用新型的进一步改进，所述复合菲涅尔镜片为板材镜片，厚度为0.5-4mm。
相应地，一种使用复合菲涅尔镜片的灯具，所述灯具包括金属基印刷电路板、LED发光元件、驱动电源、散热外壳及复合菲涅尔镜片。
作为本实用新型的进一步改进，所述散热外壳下方通过安装弹簧件安装有金属安装面环。
作为本实用新型的进一步改进，所述散热外壳下方通过金属压环安装有防水胶圈。
作为本实用新型的进一步改进，所述散热外壳下方设置有电器箱座，电器箱座下方设置有安装底座，驱动电源位于电器箱座和安装底座之间。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型通过将菲涅尔透镜结构和微透镜结构进行复合，得到的复合菲涅尔镜片既可以达到聚光的效果，同时提高了出光表面光线的均匀性，消除了边缘色散现象和表面眩光问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型中记载的一些实施例，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1a为本实用新型复合菲涅尔镜片立体示意图，图1b为本实用新型复合菲涅尔镜片另一视角立体示意图；
图2为本实用新型复合菲涅尔镜片的剖视示意图；
图3为本实用新型一实施例中灯具的结构示意图；
图4为本实用新型另一实施例中灯具的结构示意图；
图5为近120°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图；
图6a所示为近60°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图，图6b所示为近60°出光时采用本实用新型复合菲涅尔镜片的配光曲线图；
图7a所示为近45°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图，图7b所示为近45°出光时采用本实用新型复合菲涅尔镜片的配光曲线图；
图8a所示为近30°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图，图8b所示为近30°出光时采用本实用新型复合菲涅尔镜片的配光曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
本实用新型公开了一种复合菲涅尔镜片，参图1a、1b和图2所示，该镜片包括透明的基材10、位于基材10入光面的菲涅尔微结构20、以及位于基材出光面的微透镜结构30。光线由菲涅尔微结构20一侧入射，依次经过菲涅尔微结构20、基材10和微透镜结构30，最终由微透镜结构30一侧出射。通过在基材的双面制作出不同的光学结构，可以完成特殊应用的复合菲涅尔镜片。
微透镜结构30为若干紧密排列的微透镜，微透镜的底面为大小相等的圆形，微结构的外表面为光滑的弧面，微透镜间可为矩阵式紧密排列，或者六角形式紧密排列。优选地，在本实用新型的一优选实施方式中，微透镜为半球状结构，当然在其他实施方式中，微透镜也可以为近半球状结构。
菲涅尔微结构20为若干刻录的由小到大的同心圆，它的纹理需要根据不同发光角度要求进行设计。
本实用新型中的复合菲涅尔镜片可以为通过膜材制程得到的膜材镜片或通过板材制程得到的板材镜片。
膜材镜片的厚度为0.1-0.5mm，通过纳米压印技术成型，制作成双面具有光学微结构的膜片，通过裁切可以使用在不同的场合。
膜材的基材可以是PET、PC、MS、PS或PMMA等材料，通过卷对卷的工艺设备，在膜材的一侧涂覆UV胶水，使用带有反结构的压轮对胶水进行滚压的同时，用UV灯对胶水进行照射来固化，实现固化后的光学微结构。膜材先后经过菲涅尔轮和微透镜轮，可以在膜材的两个表面形成一面菲涅尔微结构、一面微透镜结构。
板材镜片的厚度为0.5-4mm，通过挤出压延工艺制作成型，形成支撑性较好的光学微结构的镜片，通过裁切可以使用在不同的场合。
板材的基材可以为PC、MS、PS或PMMA等材料，使用挤出压延设备，将基材母料投入设备加热至熔融的状态，通过长条挤出口形成具有一定厚度和宽度的半软板材，通过压延轮将软材压延冷却，形成平面性较好、幅宽一定的、表面状态可以达到要求的光学板材。然后在压延轮上制作反向结构，在压延工艺的同时将微结构直接压印在基材上。板材制程可以提高生产效率，同时减少二次操作产生的缺陷。
本实用新型还公开了一种灯具，包括金属基印刷电路板(MCPCB)、LED发光元件、驱动电源、散热外壳及上述复合菲涅尔镜片。本实用新型提出的是聚光型LED的新型灯具结构。灯具结构采用复合型菲涅尔镜片作为聚光光学器件来代替传统注塑透镜、普通菲涅尔透镜或者其他面罩器件。本灯具可以通过更换不同参数的复合膜镜片来提供多种出光角度的，可以应用在不同的场合中。
参图3所示，在本实用新型的一具体实施例中，灯具由驱动电源11、散热外壳12、MCPCB&LED13、复合菲涅尔镜片100、金属安装面环14和安装弹簧件15组成。复合菲涅尔镜片位于散热外壳12内部的MCPCB&LED13的下方，且菲涅尔微结构靠近MCPCB&LED13一侧，为入光面。
参图4所示，在本实用新型的另一实施例中，灯具由安装底座21、驱动电源22、电器箱座23、散热外壳24、MCPCB&LED25、防水胶圈26、复合菲涅尔镜片100和金属压环27组成。复合菲涅尔镜片位于散热外壳24内部的MCPCB&LED25的下方，且菲涅尔微结构靠近MCPCB&LED25一侧，为入光面。
一般LED的配光为lambert型，没有经过镜片的LED的发光半峰角约120°左右，同时伴有大角度较强的光，配光曲线参图5所示。经过菲涅尔镜片后，可以实现不同的配光角度，透过调整菲涅尔透镜结构的焦距，可以实现出光角度的变换。
图6a所示为近60°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图，图6b所示为近60°出光时采用本实用新型复合菲涅尔镜片的配光曲线图；
图7a所示为近45°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图，图7b所示为近45°出光时采用本实用新型复合菲涅尔镜片的配光曲线图；
图8a所示为近30°出光时采用传统的菲涅尔镜片的配光曲线图，图8b所示为近30°出光时采用本实用新型复合菲涅尔镜片的配光曲线图。
由上述实施例可以看出，LED的光线经过菲涅尔镜片后，一般在出光峰值处会有较明显的光明暗光圈，但是，如果LED的光线经过本实用新型复合菲涅尔镜片后，与菲涅尔镜片相比角度基本没有变化，但峰值处的光强比较平滑过渡，无明显的光圈。
不同的复合菲涅尔镜片，可以实现不同的出光角度，本实用新型以30°、45°和60°为例，实现了3种不同光度分布。本实用新型理论上可以实现5-90°的任意角度的出光，实施例中给出3种出光角度，不代表其他相同结构的角度不在专利范围内。任何本类型复合菲涅尔镜片，通过无创造性的修改的设计，均在本专利范围内。
本实用新型中使用的复合菲涅尔镜片，光线经过镜片的处理，出射光线可以形成不同的角度的光线分布，不同角度的出光性可以通过调整菲涅尔镜片参数得到。镜片外部的微透镜结构可以将出射光线进行再次整理，使得光线的出射面分布均匀，消除菲涅尔透镜的边缘色散问题。
综上所述，本实用新型通过将菲涅尔透镜结构和微透镜结构进行复合，得到的复合菲涅尔镜片既可以达到聚光的效果，同时提高了出光表面光线的均匀性，消除了边缘色散现象和表面眩光问题。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种复合菲涅尔镜片，其特征在于，所述镜片包括基材、位于基材入光面的至少一层菲涅尔微结构、以及位于基材出光面的至少一层微透镜结构，所述微透镜结构为若干紧密排列的微透镜，微透镜的底面为大小相等的圆形，微结构的外表面为光滑的弧面。
2.根据权利要求1所述的复合菲涅尔镜片，其特征在于，所述微透镜结构为若干紧密排列半球状或近半球状的微透镜。
3.根据权利要求1所述的复合菲涅尔镜片，其特征在于，所述复合菲涅尔镜片为膜材镜片，厚度为0.1-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的复合菲涅尔镜片，其特征在于，所述复合菲涅尔镜片为板材镜片，厚度为0.5-4mm。
5.一种使用复合菲涅尔镜片的灯具，其特征在于，所述灯具包括金属基印刷电路板、LED发光元件、驱动电源、散热外壳及复合菲涅尔镜片，所述复合菲涅尔镜片为权利要求1～4中任一项所述的复合菲涅尔镜片。
6.根据权利要求5所述的灯具，其特征在于，所述散热外壳下方通过安装弹簧件安装有金属安装面环。
7.根据权利要求5所述的灯具，其特征在于，所述散热外壳下方通过金属压环安装有防水胶圈。
8.根据权利要求5所述的灯具，其特征在于，所述散热外壳下方设置有电器箱座，电器箱座下方设置有安装底座，驱动电源位于电器箱座和安装底座之间。
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Legal Events
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Date of cancellation: 20220121 Granted publication date: 20140917 |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
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Granted publication date: 20140917 |