透鏡及使用該透鏡的照明模塊的製作方法

2024-01-26 18:32:15

本發明涉及照明領域，尤其涉及LED照明領域，具體是對LED的光路進行整理的透鏡改進。

背景技術：

對LED的出射光路進行整理，以獲得預期的光型是LED照明研發中必要的技術核心之一。如，中國專利公開號CN102401319B提出一種LED配光透鏡。但是,該配光透鏡的出光面基本為水平面，為了利用該配光透鏡的側壁反射、匯聚光線，需要將該水平面的高度，即該透鏡的厚度設得比較高，這樣就浪費了很多材料。

技術實現要素：

因此，本發明提出一種改進的透鏡及使用該透鏡的照明模塊，可以獲得出光均勻及節省材料的技術效果。

首先，本發明提出一種透鏡。該透鏡用於被設置在LED光源的上方，對其出射光路進行整理，包括至少一個透鏡單體。其中，該透鏡單體包括一個位於中間的中路整光部和兩個邊路整光部；該中路整光部朝向該LED光源中部發出的光線設置，該中路整光部由兩塊側壁連接而成，該中路整光部的兩塊側壁連接形成的夾角小於90度，使得該中路整光部為朝向遠離該LED光源方向延伸的尖角狀殼體結構，該中路整光部的中部用於在偏向該LED光源中軸線的方向上匯聚該LED光源朝向中部發出的光線，該邊路整光部的底部分別對稱地連接在該中路整光部的兩塊側壁的底部，每個邊路整光部均相對該LED光源所在平面 傾斜設置，每個邊路整光部均為板形結構，每個邊路整光部均包括朝向該中路整光部設置的內側面、及遠離該中路整光部設置的外側面，該內側面的頂部設有出光部，該外側面用於朝向該出光部反射該LED光源發出的偏離中軸線的光線，該出光部使該光線沿著偏向該LED光源中軸線的方向折射出去。

其次，本發明提出一種照明模塊。

該照明模塊，包括：一個散熱器、一個光源組件、一個透鏡，該光源組件貼設於該散熱器上。該透鏡是如上所述的透鏡，該透鏡的每個透鏡單體對應設置在該光源組件的每個光源單體的位置，且該光源單體是位於該透鏡單體的該中路整光部下端。

與現有技術的LED配光透鏡而言，現有技術的透鏡主體採用圓形杯狀凸臺，具有較高的整體高度；並且其是對稱結構設計，而從而其光路均為對稱分布的矩形光斑。然而本發明的技術方案通過設置該中路整光部及邊路整光部分別對該LED光源發出的偏向中軸線及遠離中軸線方向的光線進行聚光，可以提供均勻的光分布效果的多種光斑形式。而且，由於該中路整光部及邊路整光部相鄰設置，可以有效降低透鏡整體的高度。從而使得本發明的透鏡相比現有技術而言，不但具有產生光分布均勻的多種光斑方式，而且具有節省透鏡材料的技術效果。

此外，利用本發明的照明模塊進行照明設計時，可通過燈具懸掛高度來計算得出地面所成光斑尺寸範圍，並通過地面光斑拼接的方式，實現對整個地面範圍的均勻照明，從而使光能的利用率更高，照明效果更好。

附圖說明

圖1是本發明的一優選實施例的透鏡的實體圖；

圖2是該實施例的立體網絡線示意圖；

圖3是該實施例在縱向面上的示意圖；

圖4是該實施例在橫向面上的示意圖；

圖5是該實施例在正向面上的示意圖；

圖6是實施例在縱向剖面的光路圖；

圖7是實施例在橫向剖面的光路圖；

圖8是本發明的一優選實施例的組立圖；

圖9是本發明一實施例的照明燈具(工礦燈)實測的環帶光通分布數據圖表；

圖10是本發明一實施例透鏡獲得的仿蝴蝶外形光斑的示意圖；

圖11是將透鏡在縱向上的長度進行拉伸後獲得的矩形光斑的示意圖；

圖12是將透鏡在縱向上的長度再進行拉伸後獲得的六角形光斑的示意圖。

具體實施方式

為進一步說明各實施例，本發明提供有附圖。這些附圖為本發明揭露內容的一部分，其主要用以說明實施例，並可配合說明書的相關描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內容，本領域普通技術人員應能理解其他可能的實施方式以及本發明的優點。圖中的組件並未按比例繪製，而類似的組件符號通常用來表示類似的組件。

現結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

參閱圖1至圖7所示，本發明一個實施例的透鏡1，用於被設置在LED光源 20的上方，對LED光源20的出射光路進行整理。該實施例的透鏡1上具有一個透鏡單體。該透鏡單體包括：一個位於中間的中路整光部11和兩個邊路整光部12。

為便於更清楚地說明，首先定義圖1和圖2中的A-A方向為縱向上的剖解方向，B-B方向為橫向上的剖解方向，C-C方向為正向上的剖解方向。再次參閱圖3和圖6，該中路整光部11朝向該LED光源20中部發出的光線設置，該中路整光部11由兩塊側壁連接而成，該中路整光部11的兩塊側壁連接形成的夾角小於90度，使得該中路整光部11為朝向遠離該LED光源20方向延伸的尖角狀殼體結構，該中路整光部11的中部用於在偏向該LED光源20的中軸線的方向上匯聚該LED光源20朝向中部發出的光線。將該中路整光部11設置成尖角狀結構，可以利用側壁本身的曲面結構匯聚光線，相比傳統的凸透鏡更節省材料。該中路整光部11的兩塊側壁可以是平板型側壁，也可以是弧形側壁。該中路整光部11的兩塊側壁的整體形狀可以是拱形殼體、圓錐形殼體或圓臺形殼體結構。該邊路整光部12的底部分別對稱地連接在該中路整光部的兩塊側壁的底部，每個邊路整光部12均相對該LED光源20所在平面傾斜設置，每個邊路整光部12均為板形結構，每個邊路整光部12均包括朝向該中路整光部11設置的內側面121、及遠離該中路整光部11設置的外側面122，該內側面121的頂部設有出光部1211，該外側面122用於朝向該出光部1211反射該LED光源20發出的偏離中軸線的光線，該出光部1211使該光線沿著偏向該LED光源中軸線的方向折射出去。(如圖6所示的光路圖)。其中，該出光部1211朝向遠離該外側面122的方向凸伸設置，與該外側面122配合形成凸透鏡結構。

其中，該中路整光部11包括朝向該LED光源20設置的底壁112、及遠離該LED光源的頂壁111，該頂壁111頂部的寬度大於該底壁112頂部的寬度。

其中，該中路整光部11罩設在該LED光源20的四周，該邊路整光部12的內側面朝向該中路整光部11的底部設有入光部1212，該LED光源20發出的偏離中軸線的光線穿過該中部整光部11的底部後射向該入光部1212，該入光部1212用於將光線朝向該外側面122折射。

優選的，該透鏡單體還包括兩個分別對稱連接於該兩個邊路整光部12頂部的連接部13，該連接部13是一個從該邊路整光部12的頂端向下延伸的斜面結構，以對整個透鏡進行固定支撐，而更便於後續與該LED光源20所在平面進行安裝時可以貼合而進行對透鏡進行固定支撐。

再次參閱圖4和圖7，該中部整光部11為半橢球形殼體結構，該中部整光部11的中部距離該LED光源20所在的平面最遠，該中部整光部11的周邊貼近該LED光源20所在的平面設置。從而，該中路整光部11在橫向剖面上均呈一個中間高兩側低的半餘弦(或半正弦)波形結構，可以將LED光源20的中間和兩側的出射光在橫向上均進行發散(如圖7所示的光路圖)。同樣的，該兩個該邊路整光部12在橫向剖面上也是呈一個中間高兩側低的半餘弦(或半正弦)波形結構，也是光源20的中間和兩側的出射光在橫向上均進行發散。

再次參閱圖1、2和圖5，優選的，該實施例的透鏡1的每個透鏡單體的該中路整光部11和該邊路整光部12在正向上是從中間(軸線I)向兩側邊漸寬變化，也就是說，該中路整光部11和/或該邊路整光部12橫向的寬度從中部到兩側逐漸變寬。由於兩側的面積較大，可進一步將光源20的出射光儘量傳導至兩側邊，以進一步獲得照明均勻化效果。

這樣，通過該實施例的透鏡1的位於中間的中路整光部11和分別對稱連接位於該中路整光部11兩翼的邊路整光部12可以將LED光源20在縱向上及橫向上對其中間和兩側的出射光進行整理，使其出射光的光型呈一個較為均勻出光的照射範圍。並且，該實施例的透鏡1對透鏡單體在縱向上的長度進行拉伸和壓縮，可以獲得變化不同的照明光斑。在特定的縱向下，還可以獲得仿蝴蝶外 形光斑。例如，參閱圖10所示，是本發明該實施例的透鏡1的透鏡單體所獲得的仿蝴蝶外形光斑。參閱圖11所示，對實施例的透鏡1的透鏡單體在縱向上的長度進行第一次拉伸後，可以獲得一個矩形光斑。參閱圖12所示，對實施例的透鏡1的透鏡單體在縱向上的長度再次進行拉伸後，可以獲得一個六角形光斑。由此可見，對本發明的透鏡單體在縱向上的長度進行其他的拉伸和壓縮變化，還可以獲得不同的照明光斑，具體拉伸和壓縮後的各種照明光斑的方式可以由本領域技術人員自行測試，於此不再一一說明。

優選的，為了進一步均勻出光並防止眩光，該實施例的透鏡1的每個透鏡單體的外側的出光表面是霧面。

該實施例的透鏡1可以採用透光材質，如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等透光塑料材質進行一體化注塑成型，或者採用玻璃材質進行印模熱塑而成。

上述實施例的透鏡1是以具有一個透鏡單體為例進行展示說明。在其他實施例中，一個透鏡結構還可以採用具有陣列排布的多個透鏡單體構成。

基於上述的透鏡結構，本發明還提出一種照明模塊。參閱圖8，一個實施例的照明模塊，包括：一個散熱器3、一個光源組件2、一個透鏡1。該光源組件2採用一個LED光源組件，至少包括一個基板和設置於該基板上的至少一個發光二極體單元(LED)光源20。該光源組件2貼設於該散熱器3上，散熱器3用於對該光源組件2進行散熱。該透鏡1是上述的透鏡結構，該透鏡1是以具有10個陣列排布的透鏡單體為例的結構，同樣對應的該光源組件2的基板上具有10個發光二極體單元作為LED光源20。每個透鏡單體對應設置在該光源組件2的每個LED光源20(光源單體)位置，且該LED光源20(光源單體)是位於該透鏡單體的該中路整光部101下端。

該實施例的照明模塊可以通過透鏡1上的對應的每個透鏡單體來將光源組件2上每個LED光源20(光源單體)的在縱向上及橫向上對其中間和兩側的出射光進行整理，使其出射光的光型呈一個較為均勻的照明範圍。

利用該實施例的照明模塊進行照明設計時，我們可以通過對照明燈具懸掛高度來計算得出地面所成光斑尺寸範圍，並通過地面光斑拼接的方式，實現對整個地面範圍的均勻照明。

本案發明人經過對一個具體照明燈具的實施例進行測試，結果如下：

燈具光通量(lm):2614.84

燈具效能(lm/w):84.26

中心光強(cd):657.613

最大光強(cd):894.045

最大光強角度:C＝270.0γ＝25.0

半峰邊角(50％Imax):[C0/180]左＝52.2右＝55.5

[C90/270]左＝21.9右＝74.5

光束擴散角(10％Imax):[C0/180]左＝79.9右＝85.2

[C90/270]左＝58.9右＝111.8

C270面光束角:103.58

平均光束角(IEC 61341):122.55

最大允許距高比:C0_180＝1.22C90_270＝1.70

上射光通比(佔燈具):2.28％

下射光通比(佔燈具):97.72％

CIE類型:直接型

π立體角內輸出光通量比:74.322％

其環帶光通分布數據表如圖10所示。

由此可見，本發明的利用該實施例的透鏡的結構設計來對光源的出射光路進行整理後出射，可以獲得一個較為均勻的照明範圍，並通過對該透鏡的縱向長度的調整，可以獲得如仿蝴蝶外形光斑、矩形光斑、六角形光斑等變化多樣的照明光型。

儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本發明，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍內，在形式上和細節上可以對本發明做出各種變化，均為本發明的保護範圍。