配光元件、光源模組以及光源組件的製作方法

2023-06-11 13:50:01

本發明涉及照明技術領域，特別是涉及一種配光元件、光源模組以及光源組件。

背景技術：

近年來，隨著人們節能環保意識的不斷提高，越來越多的人們更加傾向於使用安全環保、能耗較低、發光效率高的led照明設備。

現在市場上的led燈具或光源的發光面一般採用具有擴散效果的光學塑料。但是，由於燈具結構的限制，導致很多燈具的配光都不符合人們實際的需求。現有的解決方案是通過增加一些光學配件(如透鏡，反射器等)來達到改變燈具(或光源)配光的目的，但是這也大大增加了生成成本。

在現有的光學方案中，通過在燈具的發光面內部做微結構，並利用折射的原理將led發出的光線進行匯聚，從而實現小角度出光，這種結構的設計本質上是將凸透鏡菲涅爾化(即鋸齒化)。但是，採用該結構對於大角度的光線的折射效果較差，並且在大角度出光範圍會產生很多雜散光，因此光束角很難做小，光學效率也不高。

技術實現要素：

鑑於上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的配光元件、光源模組以及光源組件。

本發明實施例提供了一種配光元件，具備靠近光源的光學面和遠離所述光源的光出射面，所述光學面包括第一入射面和第二入射面，其中，

所述第一入射面位於所述光學面的中部，所述第二入射面位於所述第一入射面的兩側，所述第一入射面與所述第二入射面分別包括多個緊密排布的鋸齒；

其中，所述第一入射面中的每一鋸齒包括第一折射面和與所述第一折射面連接的連接面，所述連接面將其所在鋸齒與相鄰的鋸齒進行連接；

所述第二入射面中的每一鋸齒包括第二折射面和與所述第二折射面連接的全反射面，經各鋸齒的第二折射面折射後的光線，由所述全反射面進行全反射；所述第一折射面和所述第二折射面對光線的折射角度不同。

可選地，所述第一入射面接收所述光源發出的第一部分光線，利用所述第一入射面中各鋸齒的第一折射面對所述第一部分光線進行其對應角度的折射後，使得所述第一部分光線的折射光線經所述光出射面射出；

所述第二入射面接收所述光源發出的第二部分光線，利用所述第二入射面中各鋸齒的第二折射面對所述第二部分光線進行其對應角度的折射後，使得所述第二部分光線的折射光線折射至各鋸齒的全反射面，再經所述各鋸齒的全反射面對所述第二部分光線的折射光線進行全反射，使得所述第二部分光線的折射光線的全反射光線經所述光出射面射出。

可選地，所述第二入射面的每個鋸齒中，對所述第二部分光線進行折射的第二折射面與所述光源的光軸夾角小於該鋸齒的全反射面與所述光軸的夾角。

可選地，所述第一入射面中部為平面結構，所述第一入射面的多個緊密排布的鋸齒兩側分別位於所述平面結構兩側。

可選地，所述配光元件為線性拉伸結構。

可選地，所述配光元件在垂直於其線性拉伸方向的截面為對稱圖形，其對稱軸與所述光源的光軸重合或平行。

可選地，所述第一部分光線經所述光出射面射出後，各光線互相平行且均與所述光出射面垂直。

可選地，所述第二部分光線經所述光出射面射出後，各光線互相平行且均與所述光出射面垂直。

可選地，所述配光元件在垂直於其線性拉伸方向的截面為非對稱圖形，且所述第一入射面的中間位置偏離所述光源的光軸。

可選地，所述第一部分光線經所述光出射面射出後，各光線互相平行且均相對於所述光源的光軸偏折一定的角度。

可選地，所述第二部分光線經所述光出射面射出後，各光線互相平行且均相對於所述光源的光軸偏折一定的角度。

可選地，所述第一部分光線和所述第二部分光線之間互相平行。

根據本發明的另一實施例，還提供了一種光源模組，包括：

光源板，其上排布有多個光源；

與光源板固定連接的如上文提及的配光元件。

可選地，所述配光元件的兩側邊向所述光源板方向延伸形成擋光面，以遮擋未射至所述配光元件的光線，並且，所述光源位於所述擋光面與所述配光元件形成的容納空間中。

根據本發明的再一實施例，還提供了一種光源組件，包括

上文所述的配光元件；

光源板，其上排布有多個光源；

支架，包括固定部和調節部，其中，所述固定部一端固定連接所述配光元件，另一端連接至所述調節部，所述調節部另一端連接所述配光元件，通過控制所述調節部的長度調節所述配光元件相對所述固定部的位置；

所述光源板沿其縱長方向置於由所述配光元件、所述固定部和所述調節部形成的容納腔中，並與所述配光元件平行，固定安裝在所述固定部和所述調節部之間。

可選地，所述固定部和所述配光元件的光出射面均為平面結構，所述配光元件的光出射面相對於所述固定部偏折一定角度，通過控制所述調節部的長度以調節偏折角度的大小。

可選地，所述調節部包括：

延伸部，由所述固定部一端向遠離其方向延伸形成；

連接部，連接於所述延伸部和所述配光元件之間；

通過控制所述延伸部和/或所述連接部的長度調節所述配光元件相對所述固定部的位置。

可選地，所述配光元件、所述固定部、所述延伸部以及所述連接部一體成型。

可選地，所述固定部在沿其縱長方向上設置有互相平行的兩條第一凸邊，所述兩條第一凸邊之間形成第一卡槽；

所述連接部在沿其縱長方向上設置有互相平行的兩條第二凸邊，所述兩條第二凸邊之間形成第二卡槽，所述第二卡槽與所述第一卡槽的槽口相對應；

所述光源板一側邊置於所述第一卡槽中，另一側邊置於所述第二卡槽中，且與所述配光元件平行。

在本發明實施例中，配光元件具備靠近光源的光學面和遠離光源的光出射面，該光學面包括第一入射面和第二入射面，其中，第一入射面位於光學面的中部，第二入射面位於第一入射面的兩側，第一入射面與第二入射面分別包括多個緊密排布的鋸齒，其中，第一入射面中的每一鋸齒包括第一折射面和與第一折射面連接的連接面，連接面將其所在鋸齒與相鄰的鋸齒進行連接，第二入射面中的每一鋸齒包括第二折射面和與第二折射面連接的全反射面，經各鋸齒的第二折射面折射後的光線，由全反射面進行全反射，且第一折射面和第二折射面對光線的折射角度不同。本發明實施例基於全反射原理，將普通的全反射透鏡設置成光學面具備多個鋸齒結構的配光元件(即將配光元件進行菲涅爾化)，使從光源發出的小角度光線，在經過配光元件時由第一入射面折射後經光出射面射出，而對於大角度光線，在經過配光元件時由第二入射面對光線依次進行折射、全反射後經光出射面射出，從而不僅有效地減少了大角度光線的雜散光，還使配光元件的配光角度更加匯聚，提高了配光元件的光學效率。

進一步地，本發明實施例的配光元件結構簡單，光學結構非常薄，便於生產加工，且成本低廉。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本發明的具體實施方式。

根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。

附圖說明

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1a示出了根據本發明一個實施例的配光元件的光路示意圖；

圖1b示出了根據本發明一個實施例的配光元件的光路示意圖；

圖2示出了根據本發明一個實施例的配光元件的立體結構示意圖；

圖3示出了根據現有技術中的全反射透鏡的光路示意圖；

圖4a示出了根據本發明另一個實施例的配光元件的光路示意圖；

圖4b示出了根據本發明另一個實施例的配光元件的光路示意圖；

圖5示出了根據圖4a或4b所示實施例的配光元件的配光圖；

圖6示出了根據本發明一個實施例的光源模組的光路示意圖；

圖7示出了根據本發明一個實施例的光源組件的光路示意圖；以及

圖8示出了根據圖7所示實施例的光源組件的配光圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種配光元件，應用於燈管、燈條等各類線性光源燈具中。參見圖1a和圖1b，該配光元件1具備靠近光源10的光學面11和遠離光源10的光出射面12，光學面11包括第一入射面111和第二入射面112，其中，第一入射面111位於光學面11的中部，第二入射面112位於第一入射面111的兩側，第一入射面111與第二入射面112分別包括多個緊密排布的鋸齒，其中，第一入射面111中的每一鋸齒包括第一折射面1111和與第一折射面1111連接的連接面1112，連接面1112將其所在鋸齒與相鄰的鋸齒進行連接，第二入射面112中的每一鋸齒包括第二折射面1121和與第二折射面1121連接的全反射面1122，經各鋸齒的第二折射面1121折射後的光線，由全反射面1122進行全反射。並且，第一折射面1111和第二折射面1121對光線的折射角度不同。

本發明實施例基於全反射原理，將普通的全反射透鏡設置成光學面具備多個鋸齒結構的配光元件(即將配光元件進行菲涅爾化)，可以有效地減少大角度光線的雜散光，並使配光元件的配光角度更加匯聚，提高了配光元件的光學效率。

在本發明一實施例中，第一入射面111可以接收光源10發出的第一部分光線101，利用第一入射面111中的各個鋸齒的第一折射面1111對第一部分光線101進行其對應角度的折射後，使得第一部分光線101的折射光線經光出射面12射出。在該實施例中，通過調節連接面1112與光軸103之間的夾角，其對光源10發出的第一部分光線101也具有折射作用。

在實施時，第二入射面112可以接收光源10發出的第二部分光線102。本發明實施例中，第二入射面112中的各個鋸齒的第二折射面1121能夠對第二部分光線102進行其對應角度的折射，得到第二部分光線102的折射光線。第二折射面1121將第二部分光線102的折射光線折射至各鋸齒的全反射面1122，並經各鋸齒的全反射面1122對第二部分光線102的折射光線進行全反射。各鋸齒的全反射面1122對摺射光線進行全反射後得到的全反射光線經光出射面12射出。

在該實施例中，第二入射面112的每個鋸齒中，對第二部分光線102進行折射的第二折射面1121與光源10的光軸103夾角小於該鋸齒的全反射面1122與光軸103的夾角。即，第二入射面112的每個鋸齒中對第二部分光線102進行折射的第二折射面1121相對於光軸103的傾斜度小於該鋸齒全反射面1122相對於光軸103的傾斜角度。

在本發明實施例中，配光元件可以為透鏡，該透鏡的材質可以採用pmma(聚甲基丙烯酸甲酯，也稱有機玻璃)、pc(polycarbonate，聚碳酸酯)、玻璃等材質。其中，pmma材質的透光率較好，但耐溫性沒有pc材質好，而pc材質的耐溫性雖好，但其透光率沒有pmma好，玻璃的透光率和耐溫性都比較好，但是其價格貴。因此，在選用配光元件的材質時，可以根據具體實際需求來選擇，本發明實施例對配光元件的材質不做具體的限定。

參見圖2，在該實施例中，配光元件1可以採用圖2所示的線性拉伸結構，當然也可以是其他的結構，如迴旋型結構等，本發明實施例對此不做具體限定。

本發明實施例中的配光元件1的設計原理是基於圖3所示的現有技術中的全反射透鏡，即tir(totalinternalreflectionquanneifanshe，全內反射)透鏡對光線的全反射原理。

參見圖3，全反射透鏡2具有遠離光源20的光出射面22，靠近光源20的位於全反射透鏡2中部的曲面21以及與曲面21分別連接的兩個鋸齒23。其中，光源20發出的第一部分光線201由曲面21折射後，經光出射面22射出，光源20發出的第二部分光線202由各個鋸齒23的一鋸齒面折射至另一鋸齒面，再由另一鋸齒面進行全反射後，經光出射面22射出。其中，經全反射透鏡2的光出射面22射出的第一部分光線201和第二部分光線202均互相平行，且均垂直於光出射面22，從而光源20發出的光線經全反射透鏡2配光後，得到的出射光線均勻且無雜散光。

參見圖1a、圖1b、圖2和圖3，本發明實施例基於全反射原理，將普通的全反射透鏡2設置成如圖1a和圖2所示的光學面11具備多個鋸齒結構的配光元件1(即將配光元件1進行菲涅爾化)，使從光源10發出的小角度光線，即第一部分光線101，在經過配光元件1時由第一入射面111的第一折射面1111折射後經光出射面12射出。對於從光源10發出的大角度光線，即光源10發出的第二部分光線102，在經過配光元件1時由第二入射面112的第二折射面1121對光線進行折射，並將折射光線經全反射面1122全反射後，由光出射面12射出。採用本發明實施例，既有效地減少了大角度光線的雜散光，也使配光元件1的配光角度更加匯聚，提高了配光元件的光學效率。

為了更加清楚地體現本發明實施例，下面分別以兩個不同實施例對本發明的配光元件進行介紹。

實施例一

參見圖1a、圖1b和圖2，配光元件1為線性拉伸結構，且在垂直於其線性拉伸方向的截面為對稱圖形，截面的對稱軸(圖1a、圖1b和圖2中均未示出)與光源10的光軸103重合或平行。當截面所在平面經過光源10時，截面的對稱軸和光源10的光軸103重合，當截面所在平面未經過光源10時，截面的對稱軸和光源10的光軸103平行。

在本發明一實施例中，第一入射面111的中部為平面結構，平面結構的兩側分別設置第一入射面111的多個緊密排布的鋸齒。並且，第一入射面111的連接面1112與光軸103的夾角小於第一折射面1111與光軸103的夾角，即第一入射面111中的鋸齒的齒尖朝向光源10的光軸103方向。

該實施例中，通過調節第一入射面111中的第一折射面1111、連接面1112分別與光軸103的夾角，以及調節第二入射面112中的第二折射面1121、全反射面1122分別與光軸103的角度，可以使由光源10發出的第一部分光線101經第一入射面111的第一折射面1111折射後，再經光出射面12射出，射出的第一部分光線101互相平行，且均與光出射面12垂直。並且，還可以使第二部分光線102經第二入射面112的第二折射面1121折射，折射光線經全反射面1122全反射後，再經光出射面12射出，射出的第二部分光線102互相平行，且均與光出射面12垂直。

該實施例中，第一入射面111中的各鋸齒相比於第二入射面112中的各鋸齒，第一入射面111的各鋸齒中的第一折射面1111與光軸103的夾角大於第二入射面112的各鋸齒中全反射面1122與光軸103的夾角，且第一入射面111的各鋸齒中連接面1112與光軸103的夾角大於第二入射面112的各鋸齒中第二折射面1121與光軸103的夾角。

從圖1a和圖1b中可以看出，相對於光源10的光軸103來說，第一部分光線101為小角度光線，第二部分光線102為大角度光線，且光源10發出的大部分光線為大角度光線。可見，本發明實施例的配光元件1對光源10發出的光線進行配光後，可以使各個角度的光線從光出射面12射出後互相平行，且垂直於光出射面12，不僅有效地減少了大角度光線的雜散光，還對光線進行了準直使經配光元件1射出的光線更加均勻。

實施例二

參見圖4a和圖4b，配光元件3為線性拉伸結構，且在垂直於其線性拉伸方向的截面為非對稱圖形。在該實施例中，該配光元件3具備靠近光源30的光學面31和遠離光源30的光出射面32，光學面31包括第一入射面311和第二入射面312，第一入射面311的中部為平面結構，該平面結構與光源30的光軸303偏離一定距離。平面結構的兩側分別設置第一入射面311的多個緊密排布的鋸齒，第一入射面311的各鋸齒包括第一折射面3111和與第一折射面3111連接的連接面3112，連接面3112將其所在鋸齒與相鄰的鋸齒進行連接，第二入射面312的各鋸齒包括第二折射面3121和與第二折射面3121連接的全反射面3122，經各鋸齒的第二折射面3121折射後的光線，由全反射面3122進行全反射，並且，第一折射面3111和第二折射面3121對光線的折射角度不同。

第一入射面311中各鋸齒的連接面3112與光軸303的夾角小於第一折射面3111與光軸303的夾角，即第一入射面311中的鋸齒的齒尖朝向光源30的光軸303方向。在該實施例中，平面結構的兩側分布的第一入射面311的鋸齒數量不均等和/或第一入射面311兩側分布的第二入射面312的鋸齒數量不均等。

該實施例中，通過調節第一入射面311中的第一折射面3111、連接面3112分別與光軸303的夾角，以及調節第二入射面312中第二折射面3121、全反射面3122分別與光軸303的角度，可以使由光源30發出的第一部分光線301經第一入射面311的第一折射面3111折射後，再經光出射面32射出，射出的第一部分光線301互相平行，且均相對於光源30的光軸303偏折一定的角度a(圖4a和圖4b中均未示出)，本發明實施例對夾角a的具體數值不做限定。在該實施例中，通過調節連接面3112與光軸303之間的夾角，連接面3112對光源30發出的第一部分光線301也具有折射作用。

並且，還可以使第二部分光線302經第二入射面312的第二折射面3121折射，折射光線經全反射面3122全反射後，再經光出射面32射出，射出的第二部分光線302互相平行，且均相對於光源30的光軸303偏折一定的角度b(圖4a和圖4b中均未示出)，本發明實施例對夾角b的具體數值不做限定。

在本發明一實施例中，第一部分光線301相對於光源30的光軸303偏折的角度a可以等於第二部分光線302相對於光源30的光軸303偏折的角度b，即第一部分光線301與第二部分光線302平行。

參見圖4a、圖4b和圖5，在本發明實施例中，光源30發出的光線經過配光元件3配光後，得到的光線相對於光軸303的偏光角度範圍約為-30度到0度。

從圖4a和圖4b中可以看出，相對於光源30的光軸303來說，光源30發出的第一部分光線301為小角度光線，第二部分光線302為大角度光線，且光源30發出的大部分光線為大角度光線。可見，本發明實施例的配光元件3對光源30發出的光線進行配光後，可以使各個角度的光線從光出射面32射出後互相平行，且均相對於光源30的光軸303偏折相同的角度。可見，本發明實施例不僅有效地減少了大角度光線的雜散光，還對光線進行了偏光配置，使經配光元件3射出的光線具有偏光效果，可以很好地應用在洗牆燈具中。

本發明實施例還提供了一種光源模組4，該光源模組4可以應用於燈管、燈條等各類線性光源燈具中。

參見圖2和圖6，該光源模組4包括光源板41、與其固定連接的上文任一實施例提及的配光元件(本發明實施例以圖1a、圖1b和圖2所示的配光元件1為例進行介紹)，其中，光源板41上排布有多個光源10。

在本發明一實施例中，配光元件1的兩側邊向光源板41方向延伸形成擋光面42，以遮擋未射至配光元件1的光線，該擋光面42可以採用不透光材質，以保證光源模組4良好的出光效果。其中，光源10位於擋光面42與配光元件1形成的容納空間中。

在本發明實施例中，光源板41和配光元件1可以採用螺釘、粘合、焊接等方式進行固定連接，當然，還可以採用其他方式進行兩者的連接，本發明實施例對此不做具體限定。在該實施例中，配光元件1為線性拉伸結構，相應的，光源板41也為長條形結構，該長條形光源板41上的多個光源10均勻排布，以使經配光元件1發出的光線更加均勻。

上文實施例二中提及，通過改變配光元件的第一入射面和第二入射面中的鋸齒結構，配光元件能夠對光源發出的光線進行配光後達到偏光效果。但是，單純靠改變配光元件的鋸齒結構的方式，配光元件通常能夠實現對光線的小角度的偏光配置，而很難達到偏光角度較大的出光效果。為解決該問題，本發明實施例還提供了一種光源組件，該光源組件5可以應用於燈管、燈條等各類線性光源燈具中。

參見圖7，光源組件5包括光源板51、支架52以及上文任一實施例提及的配光元件(本發明實施例以圖1a、圖1b和圖2所示配光元件1為例進行介紹)。其中，光源板51上排布有多個光源511。支架52包括固定部521和調節部522，固定部521一端固定連接配光元件1，另一端連接至調節部522，調節部522另一端連接配光元件1，通過控制調節部522的長度，從而可以調節配光元件1相對固定部521的位置，進而可以調節光源組件5的偏光角度範圍。

該實施例中，固定部521主要用於將配光元件1固定在需要使用該光源組件5的場合，例如，可以將固定部521固定在牆上、天花板上等位置。當然，還可以利用調節部522對光源組件5進行固定，即可以將調節部522固定在牆上、天花板上等位置，本發明實施例對此不做具體限定。

在本發明一實施例中，固定部521和配光元件1的光出射面12均為平面結構，配光元件1的光出射面12相對於固定部521偏折一定角度，通過控制調節部522的長度以調節偏折角度的大小。

參見圖7和圖8，當光源組件5的配光元件1相對於固定部521偏折的角度約為45度時，光源30發出的光線經過該光源組件5配光後，得到光源組件5對光線的偏光角度範圍約為0度到130度，相比於圖4a所示的配光元件3的偏光角度，大大增加了偏光角度範圍。

在本發明實施例中，光源板51沿其縱長方向置於由配光元件1、固定部521和調節部522形成的容納腔中，並與配光元件1平行，固定安裝在固定部521和調節部522之間。其中，調節部522還可以包括延伸部5221和連接部5222，其中，延伸部5221由固定部521一端向遠離其方向延伸形成，連接部5222連接於延伸部5221和配光元件1之間。通過控制延伸部5221和/或連接部5222的長度，從而可以調節配光元件1相對固定部521的位置，進而可以調節光源組件5的偏光角度範圍。

在本發明一可選實施例中，為了使光源板51能夠從光源組件5中方便地安裝和拆卸，本發明實施例並未將光源板51固死在固定部521和連接部5222之間，而是通過在固定部521和連接部5222上分別設置第一卡槽5212和第二卡槽5224，將光源板51可拆卸地固定在卡槽中。

具體的，在沿固定部521的縱長方向上設置互相平行的兩條第一凸邊5211，以在兩條第一凸邊5211之間形成第一卡槽5212，並在連接部5222沿其縱長方向上設置互相平行的兩條第二凸邊5223，以在兩條第二凸邊5223之間形成第二卡槽5224。並且，令第二卡槽5224與第一卡槽5212的槽口相對應。將光源板51的一側邊置於第一卡槽5212中，另一側邊置於第二卡槽5224中，實現對光源板51的固定。該實施例中，光源板51與配光元件1平行設置，以達到良好的出光效果。

在該實施例中，為了使光源組件5整體更加的牢固可靠，還可以將配光元件1、固定部521、延伸部5221以及連接部5222設置為一體成型結構，同時這種設置方式也有利於光源組件5的生產加工。

此外，本發明實施例中的固定部521、延伸部5221以及連接部5222可以採用塑料、金屬等材質，本發明實施例對此不做具體限定。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和範圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的範圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。