CN213272223U - 一种线条灯透镜、发光模块和线条灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种线条灯透镜、发光模块和线条灯，其中线条灯透镜，包括透镜主体，其特征在于，所述透镜主体包括准直TIR结构，所述准直TIR结构顶部设有出射层；所述准直TIR结构，用于将光源光线转换为准直的平行光出射至所述出射层；所述出射层上表面为若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面。本实用新型所设计的透镜通过准直TIR结构将光源光线转换为准直的平行光，再通过出射层上表面的条纹曲面对各平行光进行折射，以提高最后出光的发散角度，所述发散角度最大可达到90°。

Description

一种线条灯透镜、发光模块和线条灯

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种线条灯透镜、发光模块和线条灯。

背景技术

TIR，Total Internal Reflection，全内反射。

线条灯大量用于各种建筑物、室内外局部或轮廓照明，如建筑物轮廓勾画及广告牌的制作等场景，部分应用场景要求线条灯具有较小的尺寸同时还具有较大发散角。

常规TIR透镜的发散角为10°以内，公开号为CN206572440U的专利公开了一种基于全内反射的LED自由曲面透镜，该自由曲面透镜两侧运用全反射面对光线的发散作用，从而提高最后出光的发散角，但其该专利仅公开了出光发散角为60°的自由曲面透镜结构，且其对第一自由折射曲面和第二自由折射曲面的设计，大大增加了透镜的直径，不适用于线条灯。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的缺点，提供了一种发散角度较大的线条灯透镜、发光模块和线条灯。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种线条灯透镜，包括透镜主体，所述透镜主体包括准直TIR结构，所述准直TIR结构顶部设有出射层；

所述准直TIR结构，用于将光源光线转换为准直的平行光出射至所述出射层；

所述出射层上表面为若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面。

作为一种可实施方式：

所述线条灯透镜的发散角度大于0且小于90°。

作为一种可实施方式：

条纹的宽度为所述线条灯透镜的直径的10％～20％。

作为一种可实施方式：

所述条纹曲面为对称结构，且所述条纹曲面的中心点为条纹的顶点或最低点。

作为一种可实施方式：

准直TIR结构具有内表面和外表面，其中内表面用于折射光源光线，外表面用于反射光源光线；

所述内表面合围形成容纳腔，用于放置光源。

作为一种可实施方式：所述内表面包括相连的第一折射面和第二折射面，部分光源光线通过第一折射面准直后射向出射层，剩余光源光线通过第二折射面折射后设向外表面，由外表面反射后形成射向出射层的准直光线。

作为一种可实施方式，还包括具有圆柱内腔的外壳，准直TIR结构和出射层位于所述圆柱内腔中。

作为一种可实施方式：所述准直TIR结构、出射层和外壳为一体成型结构。

本实用新型还提出一种发光模块，包括上述任一项所述的线条灯透镜。

本实用新型还提出一种线条灯，包括至少一个所述的发光模块。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本实用新型所设计的透镜通过准直TIR结构将光源光线转换为准直的平行光，再通过出射层上表面的条纹曲面对各平行光进行折射，以提高最后出光的发散角度，由于所述条纹曲面为若干个条纹形成的条纹阵列，故通过所述条纹曲面在接收面上混光，从而形成亮度均匀的方形光斑。

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是本实用新型所设计的透镜的第一结构示意图；

图2是图1所示透镜的第二结构示意图；

图3是图1所示透镜的光线出射示意图；

图4是图3中区域A的光线出射放大示意图；

图5是案例中标准样本透镜的尺寸示意图；

图6是案例中目标透镜的光通量分布图；

图7是案例中目标透镜的两个剖面的光强分布图；

图8是案例中目标透镜的第一配光曲线(直角坐标)；

图9是案例中目标透镜的第二配光曲线(极坐标)；

图10是案例中目标透镜的第三配光曲线(极坐标ISO)。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1、一种线条灯透镜，下文简称为透镜，如图1至4所示，所述透镜包括透镜主体和具有内腔的外壳3，其中透镜主体包括准直TIR结构1和出射层2，准直TIR结构1和出射层2位于内腔中，且出射层2位于准直TIR结构1的顶部，准直TIR结构1、出射层2 和外壳3可采用一体成型结构。

所述出射层2上表面为由若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面21，该条纹曲面21 即为所述透镜的出射面，由于所述条纹曲面21由条纹进行阵列获得，通过所述条纹曲面21 所形成的光斑为方形，本实施例中所述的发散角度为方形光斑在至少一个方向上的发散角度。

如图3所示，光源发光面中心位于透镜底部正中间，准直TIR结构1用于将光源光线转换为准直的平行光出射至所述出射层2，由出射层2上表面的条纹曲面21对各平行光进行折射，以提高最后出光的发散角度，其发散角度最大可达到90°，适用于线条灯等对透镜尺寸和发散角度有特定要求的场景。

准直TIR结构1具有内表面和外表面13，其中内表面用于折射光源光线，外表面用于反射光源光线，参照图3，内表面合围形成容纳腔，用于放置光源。

所述内表面包括相连的第一折射面11和第二折射面12，部分光源光线通过第一折射面 11准直后射向出射层，剩余光源光线通过第二折射面12折射后设向外表面13，由外表面13 反射后形成射向出射层2的准直光线。

本实施例中条纹的宽度为所述线条灯透镜的直径的10％～20％。

条纹的宽度决定条纹曲面3上条纹的数量，当当条纹的宽度较大时，条纹的数量较少，导致透镜的混光效果差，均匀度较低，当条纹的宽度较小时，加工时所要求的精度较高，将提高制备成本。

为进一步提高混光效果，本实施例中各条纹依次衔接，即，条纹间的间距为0。

所述条纹曲面21为对称结构，且所述条纹曲面21的中心点为条纹的顶点或最低点；

所述条纹为对称结构，准直的平行光线通过条纹向条纹的两侧发散出射；

参照图4，透镜的发散角度为θ时，条纹两侧的出射光线的发散角度分别为0.5θ；本实施例通过对条纹曲面21的设计，使得出射光线通过各条纹的折射后均匀发散，进一步提高照明效果。

本实施例通过对条纹曲面的设计，使得该透镜的发散角度大于0且小于90°，适用于线条灯等需要发散角度较大的场景。

如图1和2所示，本实施例中外壳3为圆筒结构，准直TIR结构1、出射层2位于所述外壳3 的圆柱形内腔中，外壳3的顶端高于所述准直TIR结构1的上表面，且不超出所述出射层2的顶端。

本实施例中条纹的截面曲线为两条镜面对称的非均匀有理B样条曲线，本领域技术人员可根据实际需要自行设计所述非均匀有理B样条曲线，使得所形成的条纹曲面21的发散角度与所指定的发散角度一致；

案例：

本案例中透镜的直径为20mm、高度为12mm、发散角度为60°且条纹宽度为2mm，其尺寸小于常规的TIR透镜，即，能够减少材料和加工成本，更适合于线条灯，该透镜的具体尺寸如图5所示。

建立平面直角坐标系，将光源中心作为原点，将条纹阵列的方向(即，透镜90°方向) 作为x轴的方向，将准直后平行光的方向作为y轴的方向；由于截面曲线为对称曲线，本案例将从最低点到顶点的半条截面曲线作为待分析曲线，且最低点即为待分析曲线的初始折射点,其坐标为(0,12),待分析曲线即为上述非均匀有理B样条曲线。

设计所述待分析曲线的具体步骤如下：

1、获取入射光线数据：

将所要设计的待分析曲线划分为N个折射点，此时N个折射点将1mm等分为N-1份，故第i个折射点的横坐标x(i)为

本领域技术人员可自行设定折射点的数量N，N大于3且N越大时配光的精确度越高，。

由于入射光线准直，令入射光线起点坐标的横坐标为相应折射点的横坐标，纵坐标为0，即，起点坐标为(x(i)，0)，此时各入射光线的单位入射光线向量

均表示为(0,1)。

2、获取出射光线数据：

设接受面距离透镜的距离h＝1000mm，基于三角函数可知，发散距离R＝tan(30°)*1000mm≈577.35mm；

由于出射光线与入射光线一一对应，N个投射点将投射面上将发散距离R等分为N-1 份，从而计算获得每个投射点的横坐标

由于第i个出射光线的起点坐标亦为(x(i)，0)，故其单位出射光线向量

为norm(r(i)-x(i),h)。

3、将第i-1个折射点对应的切线与第i条入射光线的交点作为第i个折射点的折射点坐标：

第一个折射点为顶点或最低点，基于透镜高度可知其折射点坐标为(0,12)，其对应的出射光线的起点坐标为原点，投射点坐标为(0，h)，计算获得其对应的单位切线向量

的方向为x轴正方向，以折射点坐标和单位切线向量

构建切线，计算上述切线和第二条入射光线交点，获得第二个折射点的折射点坐标，即(x(2)，12)。

以此类推，获得所有折射点的折射点坐标。

4、生成截面曲线：

基于所有折射点坐标生成非均匀有理B样条曲线，获得待分析曲线。

基于y轴，对所述待分析曲线进行镜面处理，获得截面曲线。

5、生成条纹曲面21：

将截面曲线进行拉伸，获得条纹；

将所得条纹沿x轴方向进行阵列，其中各条纹依次衔接，获得相应的条纹曲面21。

注，当按照上述步骤设计发散角度超出90°的截面曲线时，虽然能够获得相应的条纹曲面31，但在实际使用中，准直的平行光线在条纹曲面31将发生全反射，从而无法达到令光线发散出射的目的。

6、调整透镜0度方向发散角度；

将透镜90°方向发散角度记为第一发散角，透镜0度方向发散角度记为第二发散角，在一定范围内，将整个透镜等比例缩放时，透镜尺寸大小与其第二发散角成线性，故可将标准透镜按照原点进行缩放，能够增大所得缩放透镜的第二发散角，以实现通过缩放的方式调整第二发散角；具体步骤为：

基于步骤5所设计的条纹曲面21制备获得标准样本透镜，本案例中标准样本透镜的尺寸如图5所示；

将所述标准样本透镜按照不同缩放比例缩放后获得相应的缩放样本透镜；

采集所述标准样本透镜和各缩放样本透镜的第二发散角，建立缩放映射关系；

获取所指定的第二发散角，基于所述缩放映射关系获得相应的缩放比例，基于所述缩放比例生成相应的目标透镜。

本案例中缩放映射关系满足以下二次方程：

y＝p1*x²+p2*x+p3；

其中y表示第二发散角，x表示缩放比例，其中x介于0.7到1.3之间，p1、p2、p3为系数，本实施例中p1＝24.17、p2＝-72.94、p3＝63.16。

本案例中标准样本透镜的第二发散角为14°，用户指定的第二发散角20°时，对应的缩放系数约为0.8。

本案例中将标准样本透镜缩放0.8倍时获得目标透镜，其第一发散角保持60°，第二发散角增大为20°，最终得到的结果为20*60°的方形光斑。

基于光线追迹软件TracePro对本案例所得透镜进行验证，具体步骤为：

设置一半径为1500mm的接收板作为实际天花板的模型，在天花板下方1000mm的地方放置透镜，并采用2.8mm*3.5mm的光源进行仿真，结果如图6至10所示。

由图6所示的光通量分布图可知，中间的光斑呈长方形形状，即证明本案例中所设计的条纹曲面21所得到的光斑为方斑，由图7所示的光强分布图可知，即证明本案例中所设计的条纹曲面21在增加发散角度的同时，还能实现均匀混光。

参考图8至图10所示的配光曲线，可知所得透镜的第一发散角为60°，第二发散角为 20°。综上，本实施例所提供的透镜不仅能够提高出射光线的发散角，还能达到混光均匀的光照效果，还能在不降低其发散角度的前提下进一步缩小其尺寸，减少材料成本和加工成本。

实施例2、一种发光模块，包括实施例1所述的线条灯透镜。

实施例3、一种线条灯，包括至少一个实施例2所述的发光模块。

需要说明的是：

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

此外，需要说明的是，所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。

Claims (10)

1.一种线条灯透镜，包括透镜主体，其特征在于，所述透镜主体包括准直TIR结构，所述准直TIR结构顶部设有出射层；

所述准直TIR结构，用于将光源光线转换为准直的平行光出射至所述出射层；

所述出射层上表面为若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面。

2.根据权利要求1所述的线条灯透镜，其特征在于：

所述线条灯透镜的发散角度大于0且小于90°。

3.根据权利要求2所述的线条灯透镜，其特征在于：

条纹的宽度为所述线条灯透镜的直径的10％～20％。

4.根据权利要求3所述的线条灯透镜，其特征在于：

所述条纹曲面为对称结构，且所述条纹曲面的中心点为条纹的顶点或最低点。

5.根据权利要求4所述的线条灯透镜，其特征在于：

准直TIR结构具有内表面和外表面，其中内表面用于折射光源光线，外表面用于反射光源光线；

所述内表面合围形成容纳腔，用于放置光源。

6.根据权利要求5所述的线条灯透镜，其特征在于：所述内表面包括相连的第一折射面和第二折射面，部分光源光线通过第一折射面准直后射向出射层，剩余光源光线通过第二折射面折射后设向外表面，由外表面反射后形成射向出射层的准直光线。

7.根据权利要求1至6任一所述的线条灯透镜，其特征在于，还包括具有圆柱内腔的外壳，准直TIR结构和出射层位于所述圆柱内腔中。

8.根据权利要求7所述的线条灯透镜，其特征在于：所述准直TIR结构、出射层和外壳为一体成型结构。

9.一种发光模块，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的线条灯透镜。

10.一种线条灯，其特征在于，包括至少一个权利要求9所述的发光模块。

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