CN210153728U

CN210153728U - 一种控光装置及照明系统

Info

Publication number: CN210153728U
Application number: CN201921382149.5U
Authority: CN
Inventors: 周高旭; 孙晓冰; 黄进凯; 吴世民
Original assignee: Guangdong Xilangde Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Xilangde Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2029-08-23

Abstract

本实用新型实施例公开了一种控光装置及照明系统。其中控光装置包括反光杯以及光源固定结构；光源固定结构的一端固定在反光杯的一端，光源固定结构的另一端延伸至反光杯的反光腔上方；光源固定结构朝向反光杯的反光腔的一侧用于固定光源，且使光源的出光面朝向反光杯的反光腔；反光杯的反光腔包括自由曲面反射面，自由曲面反射面用于调制光源发出的所有光线，并在照射面形成预设光斑；其中，自由曲面反射面由光源的出光面的参数以及照射面的输出参数确定。本实用新型实施例的技术方案，可以实现光源发出光线的分布可控，使照射面按照照明要求输出预设光斑。

Description

一种控光装置及照明系统

技术领域

本实用新型实施例涉及照明技术，尤其涉及一种控光装置及照明系统。

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，例如许多场景中都要求照明光线具有比较好的亮度均匀性。图1所示为现有技术的一种照明装置的结构示意图，该装置包括LED1和反光杯2。现有的照明装置一般采用同轴设计，即LED1与反光杯2共光轴，且LED1的出光方向与反光杯2的控光方向是同一方向，这种设计中，LED1发出的很大一部分光线直接射出，并没有打到反光杯2，因此很多光线是不受反光杯2控制的，无法达到输出任意光斑的要求。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种控光装置及照明系统，以实现光源发出光线的分布可控，使照射面按照照明要求输出预设光斑。

第一方面，本实用新型实施例提供一种控光装置，包括：

反光杯以及光源固定结构；

所述光源固定结构的一端固定在所述反光杯的一端，所述光源固定结构的另一端延伸至所述反光杯的反光腔上方；

所述光源固定结构朝向所述反光杯的反光腔的一侧用于固定光源，且使所述光源的出光面朝向所述反光杯的反光腔；

所述反光杯的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所有光线，并在照射面形成预设光斑；

其中，所述自由曲面反射面由所述光源的出光面的参数以及所述照射面的输出参数确定。

可选的，所述光源固定结构包括一电路板，所述电路板在垂直于所述电路板所在平面的方向上覆盖所述自由曲面反射面的部分区域。

可选的，所述光源的光轴与所述反光杯的光轴不重合。

可选的，所述自由曲面反射面的表面镀有反射膜。

可选的，所述自由曲面反射面的表面设置有光学微结构。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种照明系统，包括光源以及上述的任意一种控光装置。

本实用新型实施例提供的控光装置包括反光杯以及光源固定结构；光源固定结构的一端固定在反光杯的一端，光源固定结构的另一端延伸至反光杯的反光腔上方；光源固定结构朝向反光杯的反光腔的一侧用于固定光源，且使光源的出光面朝向反光杯的反光腔；反光杯的反光腔包括自由曲面反射面，自由曲面反射面用于调制光源发出的所有光线，并在照射面形成预设光斑；其中，自由曲面反射面由光源的出光面的参数以及照射面的输出参数确定。通过光源固定结构使光源的出光面朝向反光杯的反光腔，以使反光腔的自由曲面反射面可以调制光源发出的所有光线，通过光源的出光面的参数以及照射面的输出参数确定自由曲面反射面的面型，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输出预设光斑。

附图说明

图1是现有技术的一种照明装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种控光装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种控光装置产生均匀强度分布光斑的模拟示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种控光装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种控光装置的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种控光装置产生均匀强度分布光斑的模拟示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种控光装置的设计方法的流程示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种光源的出光面的分割示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图2所示为本实用新型实施例提供的一种控光装置的结构示意图。参考图2，本实施例提供的控光装置包括：反光杯10以及光源固定结构20；光源固定结构20的一端固定在反光杯10的一端，光源固定结构20的另一端延伸至反光杯10的反光腔上方；光源固定结构20朝向反光杯10的反光腔的一侧用于固定光源30，且使光源30的出光面朝向反光杯10的反光腔；反光杯10的反光腔包括自由曲面反射面，自由曲面反射面用于调制光源30发出的所有光线，并在照射面40形成预设光斑；其中，自由曲面反射面由光源30的出光面的参数以及照射面40的输出参数确定。

可以理解的是，反光杯10的内侧壁为反射面，内侧壁围成的腔体区域形成反光杯10的反光腔。光源30可以为LED，光源固定结构20内可以集成有光源30的驱动电路。自由曲面反射面根据要在照射面40形成的光场分布设计，例如可以由多个不同焦距的椭球反射面连接而成，也可以由多个不同参数的贝塞尔曲面连接而成。示例性的，图2中还示意性示出了该控光装置的光路示意图，光源30发出的所有光线都被自由曲面反射面接收，并反射出去，在照射面40形成预设分布的光斑，例如可以是均匀分布的光斑。通过设计不同的自由曲面反射面的面型，可以适应不同照明场景下的需求。

本实施例的技术方案，通过光源固定结构使光源的出光面朝向反光杯的反光腔，以使反光腔的自由曲面反射面可以调制光源发出的所有光线，通过光源的出光面的参数以及照射面的输出参数确定自由曲面反射面的面型，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输出预设光斑。

在上述技术方案的基础上，继续参考图2，可选的，光源固定结构20包括一电路板21，电路板21在垂直于电路板21所在平面的方向y上覆盖自由曲面反射面的部分区域。

可以理解的是，光源可以为LED，光源固定结构20内可以集成有驱动LED发光的驱动电路，因此可以直接用电路板21形成光源固定结构20，在具体实施时，可以在反光杯10的一端和电路板21的一端打孔通过螺丝固定，也可以用胶将电路板21与反光杯10贴合，本实用新型实施例对此不作限定。在其他实施例中，例如光源的功率较大，发热量较大时，还可以在光源固定结构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。

可选的，继续参考图2，光源的光轴a与反光杯的光轴b不重合。

可以理解的是，对比图1和图2，本实施例提供的控光装置设计为非同轴结构，这样设计的好处是反光杯的自由曲面反射面可以完全接收光源发出的光线，实现对所有光线的控制。

示例性的，图3所示为本实用新型实施例提供的一种控光装置产生均匀强度分布光斑的模拟示意图，由图3可知，光线经过控光装置，并传输了一段距离后形成了比较均匀的强度分布。

图4所示为本实用新型实施例提供的另一种控光装置的结构示意图。参考

图4，可选的，自由曲面反射面的表面镀有反射膜11。通过在自由曲面反射面表面镀反射膜11，可以增大自由曲面反射面的反射率，提升控光装置的性能。

图5所示为本实用新型实施例提供的又一种控光装置的结构示意图。参考图5，可选的，自由曲面反射面的表面设置有光学微结构12。

可以理解的是，当光源的发光面积比较大，而自由曲面反射面的尺寸设置有所限制时，可以在自由曲面反射面设置光线微结构12，以起到更好的控光效果。

需要说明的是，图5中所示的光学微结构12为锯齿状仅是示意性的，并不是对本实用新型的限定，在具体实施时，光学微结构12可以根据实际应用场景进行设计，例如可以为棱台状、球冠状等形状。

示例性的，图6所示为本实用新型实施例提供的另一种控光装置产生均匀强度分布光斑的模拟示意图，该控光装置中的自由曲面反射面设置有微结构，由图6可知，光线经过控光装置后形成了均匀的强度分布，且其性能比图3中的实施例更优。

图7所示为本实用新型实施例提供的一种控光装置的设计方法的流程示意图，本实施例可以用于设计上述实施例提供的控光装置，该设计方法包括：

步骤S110、将光源的出光面平均分为N个子出光面、将照射面平均分为与出光面对应的N个子照射面以及将反光杯的自由曲面反射面分为与出光面对应的N个子反射面；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；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。

其中，N为大于或等于20的整数。

可以理解的是，若光源的出光面、照射面以及自由曲面反射面分割的份数太少，可能达不到精度要求，在本实施例中，设计N为大于或等于20的整数。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，可选的，N的数值小于或等于2000。

需要说明的是，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。

示例性的，图8所示为本实用新型实施例提供的一种光源的出光面的分割示意图。参考图8，可选的，光源的出光面为球面，N个子出光面光强度满足：

其中，θ_i和θ_i+1分别表示第i个子出光面的起始角与终止角，I(θ)表示出光面的光强度函数。

可选的，N个子照射面的光照度E_i满足：

其中i为1到N之间的整数，Φ_i表示第i个子照射面的光通量，S_i表示第i个子照射面的面积。

步骤S120、根据每个子出光面的参数以及每个子照射面的输出参数确定子反射面的参数。

可以理解的是，该过程可以通过计算机模拟，其中子出光面的参数包括子出光面的强度分布、传输到子反射面的距离等参数，子照射面的参数包括子照射面的强度分布、传输距离等参数，子反射面根据相关参数以及反射定律计算其自由曲面的面型参数。其中，自由曲面的面型可以为椭球面，贝塞尔曲面等。

步骤S130、将N个子反射面拼接形成反光杯的自由曲面反射面。

本实施例的技术方案，通过将光源的出光面平均分为N个子出光面、将照射面平均分为与出光面对应的N个子照射面以及将反光杯的自由曲面反射面分为与出光面对应的N个子反射面；然后根据入射角等于反射角以及自由曲面的面型设计，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，达到在照射面形成预设光斑的效果。

本实用新型实施例还提供一种照明系统，包括光源以及上述实施例提供的任意一种控光装置。其中光源可以为LED，该照明系统在可以在照射面形成满足各种应用场景下的照明要求的预设光斑。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种控光装置，其特征在于，包括：

反光杯以及光源固定结构；

2.根据权利要求1所述的控光装置，其特征在于，所述光源固定结构包括一电路板，所述电路板在垂直于所述电路板所在平面的方向上覆盖所述自由曲面反射面的部分区域。

3.根据权利要求1所述的控光装置，其特征在于，所述光源的光轴与所述反光杯的光轴不重合。

4.根据权利要求1所述的控光装置，其特征在于，所述自由曲面反射面的表面镀有反射膜。

5.根据权利要求1所述的控光装置，其特征在于，所述自由曲面反射面的表面设置有光学微结构。

6.一种照明系统，其特征在于，包括光源以及权利要求1～5任一所述的控光装置。