低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構的製作方法
2023-06-25 00:15:51 1
本實用新型涉及一種光學結構，尤其涉及一種嵌入式LED燈的光學結構。
背景技術：
現在的LED嵌入式燈具為了滿足眩光要求，要求較大遮光角，以滿足需求。對於燈具產品，如何滿足眩光要求，又達到最大發光效率，光學設計方案起了決定性的因素。同時，大遮光角的需求，在傳統光學方案下往往會造成較多的光線被阻礙吸收，發光效率低。
目前市面上的LED嵌入式燈具，在出光結構上可以分為多顆陣列透鏡、單顆凸透鏡、反射器等。這些方案逐一分析如下：
a.多顆陣列透鏡，其出光圖如圖1所示:每顆透鏡配光相同，光線在發光面相對發散出射，無法有效穿過天花板開孔，容易被天花板遮擋吸收，出光效率低；
b.單顆凸透鏡，其出光圖如圖2所示:光源需密集堆放，熱量集中，不利於散熱，影響壽命；單顆大透鏡局部料厚較大，注塑成型容易縮水，製造成本高；單個凸透鏡光學系統尺寸要求較高，造成嵌入式燈具高度偏高，所需的吊頂層安裝高度偏高；LED光源多為朗伯體，凸透鏡方案無法有效利用LED的側面光線，出光效率低。
c.反射器，其出光圖如圖3所示:光源需密集堆放，熱量集中，不利於散熱，影響壽命；反射器需要較大的高度尺寸，造成嵌入式燈具高度偏高，所需的吊頂層安裝高度偏高；反射器開口的正面的光線直接出射，無法有效穿過天花板開孔，容易被天花板遮擋吸收，出光效率低。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的主要技術問題是提供一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，在較大遮光角的情況下可以實現高光效的需求。
為了解決上述的技術問題，本實用新型提供了一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，包括：LED光源板和透鏡；
所述LED光源板的上表面分布有多個LED光源，所述透鏡置於所述LED光源板的上方，並且所述透鏡具有與所述LED光源一一對應的透鏡單元；
所述透鏡單元的底部為全內反射面、頂面為偏光光學面；所述偏光光學面偏向發光面的軸心，並且所述透鏡單元的偏光光學面的偏光角度，沿著遠離發光面軸心的方向逐漸增加；
所述LED光源發出的光線經過全內反射面匯聚形成平行光，再經過所述偏光光學面形成偏光光束。
在一較佳實施例中：所述LED光源呈圈圈相套的同心圓設置；所述同心圓的軸心為發光面的軸心。
在一較佳實施例中：所述LED光源中位於由內至外第i圈的出光軸向偏光角度Bi滿足：arctan[(N1+N2+N3……Ni)^0.5/(N1+N2+N3……Nn)^0.5*tanA]*90％≤Bi≤arctan[(N1+N2+N3……Ni)^0.5/(N1+N2+N3……Nn)^0.5*tanA]*110％；
徑向發散角度Ci滿足：2π/Ni*90％≤Ci≤2π/Ni*110％；
其中N1、N2……Ni表示由內至外第i圈中LED光源的數量，Nn表示由內至外最外圈中LED光源的數量，A表示出光光束角的設計要求值。
在一較佳實施例中：所述透鏡單元由遠離所述LED光源的一端至靠近所述LED光源的一端具有直徑逐漸縮小的結構。
在一較佳實施例中：所述透鏡單元的底面對應所述LED光源的部分設置有開口，所述開口的頂面為圓弧面。
在一較佳實施例中：每一個透鏡單元頂部的偏光光學面，分為多個呈鋸齒狀傾斜排列的偏光單元；所述偏光單元朝向所述軸心傾斜。
在一較佳實施例中：每一個所述偏光光學面中，包括三個所述偏光單元。
相較於現有技術，本實用新型的技術方案具備以下有益效果：
本實用新型提供的一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，LED光源可以分散分布，避免局部溫度過高，LED光源的工作溫度越低其出光效率越高，保證LED光源的壽命；
本實用新型提供的一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，每個LED光源匹配一個透鏡，整個光學系統高度尺寸需求低，有利用整燈輕薄化；
本實用新型提供的一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，通過改變偏光光學面的傾斜角度可以精準控制發光面上局部光線的出射角度，可以有效透過天花板開孔，出光效率高，實現超低眩光。
附圖說明
圖1為現有技術中LED嵌入燈採用多顆陣列透鏡的出光光路圖；
圖2為現有技術中LED嵌入燈採用單顆凸透鏡的出光光路圖；
圖3為現有技術中LED嵌入燈採用反射鏡的出光光路圖；
圖4為本實用新型優選實施例中的出光示意圖；
圖5為本實用新型優選實施例中透鏡單元的示意圖；
圖6為本實用新型優選實施例中LED光源的分布圖；
圖7為本實用新型優選實施例的模擬出光效率圖。
具體實施方式
參考圖4-6，一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，包括：LED光源板和透鏡；
所述LED光源板的上表面分布有多個LED光源，所述LED光源呈圈圈相套的同心圓設置；所述同心圓的軸心為發光面的軸心。所述透鏡置於所述LED光源板的上方，並且所述透鏡具有與所述LED光源一一對應的透鏡單元；
所述透鏡單元的底部為全內反射面、頂面為偏光光學面；所述偏光光學面偏向發光面的軸心，並且所述透鏡單元的偏光光學面的偏光角度，沿著遠離發光面軸心的方向逐漸增加；
更進一步的，所述透鏡單元由遠離所述LED光源的一端至靠近所述LED光源的一端具有直徑逐漸縮小的結構。所述透鏡單元的底面對應所述LED光源的部分設置有開口，所述開口的頂面為圓弧面。
每一個透鏡單元頂部的偏光光學面，分為三個呈鋸齒狀傾斜排列的偏光單元；所述偏光單元朝向所述軸心傾斜。
所述LED光源發出的光線經過全內反射面匯聚形成平行光，再經過所述偏光光學面形成偏光光束。
所述LED光源中位於由內至外第i圈的出光軸向偏光角度Bi滿足：arctan[(N1+N2+N3……Ni)^0.5/(N1+N2+N3……Nn)^0.5*tanA]*90％≤Bi≤arctan[(N1+N2+N3……Ni)^0.5/(N1+N2+N3……Nn)^0.5*tanA]*110％；
徑向發散角度Ci滿足：2π/Ni*90％≤Ci≤2π/Ni*110％；
其中N1、N2……Ni表示由內至外第i圈中LED光源的數量，Nn表示由內至外最外圈中LED光源的數量，A表示出光光束角的設計要求值。
下文通過一個具體例子來說明：設計一個90W出光光束角度為30°的嵌入式燈具，發光面直徑160mm，天花板開孔180mm，發光面距離天花板300mm，即遮光角為60°。光源使用30pcs單顆3WLED光源，採用3圈排列。
根據上述的結構，將LED光源設置為3圈，從內到外，第1圈光源排列數量4；第二圈光源排列數量10；第3圈光源排列數量16。獲得的模擬出光效果如圖7所示，LED光源發出的光線，透過天花板比例>90％，而在同等天花板開孔尺寸、燈具發光面、遮光角的限制下，普通方案光學效率<70％。
上述的一種低眩光高光效的嵌入式LED燈的光學結構，LED光源可以分散分布，避免局部溫度過高，LED光源的工作溫度越低其出光效率越高，保證LED光源的壽命；
每個LED光源匹配一個透鏡，整個光學系統高度尺寸需求低，有利用整燈輕薄化；
通過改變偏光光學面的傾斜角度可以精準控制發光面上局部光線的出射角度，可以有效透過天花板開孔，出光效率高，實現超低眩光。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的設計構思並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均屬於侵犯本實用新型保護範圍的行為。