一种配光元件、发光装置以及照明设备的制作方法

本实用新型涉及照明技术领域，特别是一种配光元件、发光装置以及照明设备。

背景技术：

目前，台灯市场上普遍存在“护眼灯”的概念，然而实际产品的效果并不理想。一般而言，台灯的护眼概念主要针对无频闪、照度充分、低眩光、照度均匀等产品性能进行宣传。针对上述几种性能，陆续出现了若干技术，其中，照度充分通过加大光通量即可简单实现；低眩光大多数使用扩散板技术，通过扩散材料来降低灯具表面亮度。

然而，由于扩散材料的配光效果大多为朗伯配光，朗伯配光形成了灯头下照度高、边缘处照度衰减较快的桌面照度分布，影响了照明范围和照明均匀性。如图1所示为朗伯配光极坐标图，在图1中，灯头下照度最高，随着出光角度(即光线与光源的光轴的夹角)的增大，照度迅速下降。如图2所示为朗伯配光形成的照度分布图，从图2可以看出，随着横坐标上的半径从中心逐渐向外增大，对应测试点的纵坐标上的照度迅速下降，在边缘处只有中心照度约1/6，造成均匀性不高的缺点。

另一方面，如果不采用扩散板，而采用单颗透镜实现类似蝙蝠翼配光，则用户可以直接看到光源(如LED光源等)直接从单透镜表面透射出光，其表面亮度非常高，容易被用户观察到眩光，造成舒适度很差。

综上所述，在利用现有技术实现照度充分、低眩光这两个基本护眼要求的情况下，往往很难兼顾到桌面的照度均匀性，这一技术问题亟待解决。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的配光元件、发光装置以及照明设备。

根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种配光元件，用于对光源发出的光线进行配光，包括：依次排布的第一光学面、第二光学面、第三光学面以及第四光学面，光源发出的光线从所述第一光学面进入，从所述第四光学面出射；

所述第一光学面的中部向远离光源的方向凸设；所述第二光学面的中部向靠近光源的方向凹设；所述第三光学面由中心区域的折射子面和外围区域的折射立面、全反射子面构成；所述第四光学面由多个折射子面和联结多个折射子面的联结面构成。

可选地，所述光源发出的光线经所述第一光学面折射，进入所述第二光学面；所述光线经过所述第二光学面，按照能量均匀地分布入射到所述第三光学面；入射到所述第三光学面的中心区域的光线，经过中心区域的折射子面折射后，入射到所述第四光学面，并经所述第四光学面的折射子面折射后出射；入射到所述第三光学面的外围区域的光线，经过外围区域的折射立面折射到全反射子面，然后经全反射子面反射到所述第四光学面，并经所述第四光学面的折射子面折射后出射。

可选地，所述第一光学面为拉伸型光学面，所述第一光学面的中部为半圆柱面。

可选地，所述第一光学面覆盖在多个光源颗粒上时，各个光源颗粒距离所述第一光学面的凸部中心的距离范围为1-4毫米。

可选地，所述第一光学面的凸部中心与所述第二光学面的凹部中心连线，与所述光源的光轴重合；所述第一光学面的凸部中心与所述第二光学面的凹部中心的距离范围为1-3毫米。

可选地，所述光源发出的光线经过所述第一光学面、所述第二光学面的出射光分布近似于蝙蝠翼，光强最大的光线在蝙蝠翼配光中有两个，对称分布在所述光源的光轴的两侧，其相对所述光源的光轴的角度范围为65-80度。

可选地，所述第三光学面的中心区域的折射子面的中心与所述第二光学面的凹部中心连线，与所述光源的光轴重合；所述第三光学面的中心区域的折射子面的中心与第二光学面的凹部中心的距离范围为10-30毫米。

可选地，所述第三光学面的中心区域的折射子面的中心与所述第四光学面的折射子面的中心连线，与所述光源的光轴重合。

可选地，对于所述第三光学面的每一个折射子面或全反射子面出射的边缘光线，向过各自的面的中心点、且和光轴平行的轴线偏折，相对轴线的偏折角度的范围为10-25度。

可选地，以所述第二光学面的凹部中心为端点，将与所述光源的光轴的夹角大于指定角度对应的所述第三光学面的区域作为外围区域，其中，所述指定角度的范围为30-35度。

可选地，所述第三光学面的中心区域的相邻两个折射子面构成一个锯齿；所述第三光学面的外围区域的一个折射立面与一个全反射子面构成一个锯齿，多个折射立面与多个全反射子面构成锯齿结构。

可选地，所述第三光学面的各个锯齿与所述第四光学面中各个折射子面对应。

可选地，所述第四光学面的每个折射子面为圆柱面，多个圆柱面排列并通过多个联结面联结形成所述第四光学面。

可选地，所述第四光学面从中心区域向外围区域，折射子面的中心点距光源点的垂直高度逐渐减小。

可选地，所述光线经过所述第一光学面、所述第二光学面、所述第三光学面以及所述第四光学面的出射光分布为蝙蝠翼，光强最大的光线在蝙蝠翼配光中有两个，对称分布在所述光源的光轴的两侧，其相对所述光源的光轴的角度范围为35-45度。

可选地，所述配光元件包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜包括所述第一光学面和所述第二光学面，所述第二透镜包括所述第三光学面和所述第四光学面。

可选地，所述第一透镜和所述第二透镜均为拉伸型透镜。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种发光装置，包括：外壳、包含光源的发光元件以及上述任一项所述的配光元件；

所述配光元件安装于所述外壳，且与所述外壳限定出发光腔，所述发光元件设置于所述发光腔内。

可选地，若所述配光元件包括第一透镜和第二透镜，则所述配光元件的第二透镜安装于所述外壳，所述发光元件处于所述外壳与所述配光元件的第一透镜之间。

可选地，所述发光元件包括基板和多个光源，所述多个光源设置于所述基板的朝向所述第一透镜的一面。

可选地，所述第一透镜和所述第二透镜均为拉伸型透镜，所述外壳包括：

两个端盖；和

顶壳，具有顶壁部和从顶壁部的两个长度边缘处分别向下延伸的翻折部；

所述第二透镜设置于所述翻折部的下端，所述两个端盖分别设置于所述顶壳与所述第二透镜的两端。

根据本实用新型实施例的又一方面，还提供了一种照明设备，包括：灯座和上述任一项所述的发光装置；所述发光装置安装在所述灯座上。

可选地，所述灯座包括位于底部的基座、自基座向上延伸的支撑臂以及与所述支撑臂垂直的并固定于所述支撑臂上端的固定部；所述发光装置设置于所述固定部。

本实用新型实施例提供的配光元件，通过第一、第二、第三以及第四多重光学面组合出光，利用了折射、全反射几何光学的组合，实现出光面的亮度均匀、光分布的蝙蝠翼展开，在提供充足均匀照明的同时，将出光表面亮度控制在一定范围内。

进一步地，本实用新型实施例在发光装置或照明设备上采用该配光元件，能够实现发光装置或照明设备出光面的亮度均匀、光分布的蝙蝠翼展开，在提供充足均匀照明的同时，将发光装置或照明设备的表面亮度控制在一定范围内。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1所示为现有技术中采用扩散材料的朗伯配光极坐标图；

图2所示为现有技术中采用扩散材料的朗伯配光形成的照度分布图；

图3所示为根据本实用新型实施例的配光元件的剖视图；

图4a所示为根据本实用新型实施例的第三光学面S3的中心区域光路图；

图4b所示为根据本实用新型实施例的第三光学面S3中心区域的一侧外围区域的光路图；

图5所示为根据本实用新型实施例的第四光学面S4的光路图；

图6所示为根据本实用新型实施例的光线经过配光元件的第一、第二、第三以及第四光学面形成最终的出射配光分布图；

图7所示为根据本实用新型实施例的由第一透镜和第二透镜组成的配光元件的立体示意图；

图8所示为根据本实用新型实施例的发光装置的分解示意图；

图9所示为根据本实用新型实施例的照明设备的立体示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如前文介绍，现有技术中采用扩散板或单颗透镜，在实现照度充分、低眩光这两个基本护眼要求的情况下，往往很难兼顾到桌面的照度均匀性。为了解决这一技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于多重光学面组合的均匀出光、蝙蝠翼配光的防眩光的配光元件，在发光装置或照明设备上采用该配光元件，能够实现发光装置或照明设备出光面的亮度均匀、光分布的蝙蝠翼展开，在提供充足均匀照明的同时，将发光装置或照明设备的表面亮度控制在一定范围内。这里的照明设备可以如桌面台灯、吸顶灯、壁灯、落地灯等类型，本实用新型实施例对此不作限制。

结合图3所示，本实用新型实施例提供的配光元件300用于对光源发出的光线进行配光，图3所示的位置O为光源位置，配光元件300包括依次排布的第一光学面S1、第二光学面S2、第三光学面S3以及第四光学面S4，光源发出的光线从第一光学面S1进入，从第四光学面S4出射。第一光学面S1的中部向远离光源的方向凸设；第二光学面S2的中部向靠近光源的方向凹设；第三光学面S3由中心区域的折射子面和外围区域的折射立面、全反射子面构成；第四光学面S4由多个折射子面和联结多个折射子面的联结面构成。

在图3中，光线从光源位置O处发出，经过第一光学面S1折射，进入第二光学面S2；所述光线经过第二光学面S2，按照能量均匀地分布入射到第三光学面S3；入射到第三光学面S3的中心区域的光线，经过中心区域的折射子面折射后，入射到第四光学面S4，并经第四光学面S4的折射子面折射后出射；入射到第三光学面S3的外围区域的光线，经过外围区域的折射立面折射到全反射子面，然后经全反射子面反射到第四光学面S4，并经第四光学面S4的折射子面折射后出射。

在本实用新型的可选实施例中，第一光学面S1为拉伸型光学面，第一光学面S1的中部向远离光源的方向凸设形成半圆柱面，光源发出的光线经过第一光学面S1后发散，使得光线的亮度均匀分散。进一步地，拉伸型光学面S1可以覆盖在多个光源颗粒上，以使得光线充足，并且各个光源颗粒距离第一光学面S1的凸部中心的距离范围可以为1-4毫米。在可选的实施例中，第一光学面S1和第二光学面S2连接，第一光学面S1和第二光学面S2的截面宽度的范围可以为5-15毫米。另外，还可以调整第一光学面S1和第二光学面S2的截面宽度，并随着截面宽度的调整，也可以相应调整各个光源颗粒距离第一光学面S1的凸部中心的距离。

在本实用新型的可选实施例中，第一光学面S1的凸部中心与第二光学面S2的凹部中心连线，与光源的光轴重合；第一光学面S1的凸部中心与第二光学面S2的凹部中心的距离范围可以为1-3毫米，光源发出的光线经过第一光学面S1后发散，并折射进入第二光学面S2后再次发散，使得光线的亮度更加均匀。进一步地，光源发出的光线经过第一光学面S1、第二光学面S2的出射光分布近似于蝙蝠翼，光强最大的光线在蝙蝠翼配光中有两个，对称分布在光源的光轴的两侧，其相对光源的光轴的角度范围为65-80度，从而实现出光面的亮度均匀。本实用新型实施例可以将光强最大并相对光源的光轴的角叫做最大光强角，进一步可选地，这里的最大光强角的范围为75-80度。

在本实用新型的可选实施例中，第三光学面S3的中心区域的折射子面的中心与第二光学面S2的凹部中心连线，与光源的光轴重合；第三光学面S3的中心区域的折射子面的中心与第二光学面S2的凹部中心的距离范围为10-30毫米。在可选的实施例中，第三光学面S3和第四光学面S4连接，第三光学面S3和第四光学面S4的截面宽度的范围可以为55-65毫米。另外，还可以调整第三光学面S3和第四光学面S4的截面宽度，并随着截面宽度的调整，也可以相应调整第三光学面S3的中心区域的折射子面的中心与第二光学面S2的凹部中心的距离。

在本实用新型的可选实施例中，第三光学面S3的中心区域的折射子面的中心与第四光学面S4的折射子面的中心连线，与光源的光轴重合。在可选的实施例中，第三光学面S3的中心区域的相邻两个折射子面构成一个锯齿；第三光学面S3的外围区域的一个折射立面与一个全反射子面构成一个锯齿，多个折射立面与多个全反射子面构成锯齿结构。进一步地，第三光学面S3的各个锯齿与第四光学面S4中各个折射子面对应。

在可选的实施例中，第四光学面S4的每个折射子面为圆柱面，多个圆柱面排列并通过多个联结面联结形成第四光学面S4。这样，第三光学面S3的各个锯齿与第四光学面S4中各个圆柱面对应。也就是说，第三光学面S3中的一个锯齿包括两个面，在中心区域为两个折射子面，在外围区域为一个折射立面和一个全反射子面，第三光学面S3中的一个锯齿对应第四光学面S4中的一个圆柱面。

在本实用新型的可选实施例中，第四光学面S4从中心区域向外围区域，折射子面的中心点距光源点的垂直高度逐渐减小。

本实用新型实施例中的第三光学面S3由中心区域和外围区域两部分组成，以第二光学面S2的凹部中心为端点，将与光源的光轴的夹角大于指定角度对应的第三光学面S3的区域作为外围区域，其中，指定角度的范围为30-35度。以指定角度为30度为例，以第二光学面S2的凹部中心为端点，将与光源的光轴的夹角从0度到30度对应的第三光学面S3的区域作为中心区域，将与光源的光轴的夹角大于30度对应的第三光学面S3的区域作为外围区域。

结合图4a所示，入射到第三光学面S3的中心区域的光线，经过中心区域的折射子面S31折射后，以一定的偏折角度入射到第四光学面S4，图4a中仅示意了第三光学面S3中心区域的一侧的光路图。结合图4b所示，入射到第三光学面S3的外围区域的光线，经过外围区域的折射立面S32折射到全反射子面S33，然后经全反射子面S33再以一定的偏折角度入射到第四光学面S4，这里，图4b中仅示出了第三光学面S3中心区域的一侧外围区域的光路图。进一步地，第三光学面S3的外围区域的一个折射立面S32与一个全反射子面S33构成一个锯齿，多个折射立面S32与多个全反射子面S33构成锯齿结构。

结合图4a、图4b以及图5所示，对于第三光学面S3的每一个折射子面S31或全反射子面S33出射的边缘光线，向过各自的面的中心点、且和光轴平行的轴线偏折，相对轴线的偏折角度的范围为10-25度，从而为第四光学面S4的出光偏折进行预偏折。在图5中可以看到，经过全反射子面S33的光线，光线与光线之间不是平行的，是汇聚的，每个全反射子面S33都是形成向过各自的面的中心点、且和光轴平行的轴线偏折而汇聚的光线。

在图5中，经过第三光学面S3折射或反射的光线，入射到第四光学面S4之后，经过多个圆柱面排列而成的第四光学面S4，折射形成最终的出射配光分布，在图5中可以看到，第四光学面S4对入射光线进行交叉散光。

在本实用新型的可选实施例中，从光源位置O处发出光线经过第一光学面S1、第二光学面S2、第三光学面S3以及第四光学面S4的出射光分布为蝙蝠翼，光强最大的光线在蝙蝠翼配光中有两个，对称分布在光源的光轴的两侧，其相对光源的光轴的角度范围为35-45度，从而实现出光面的亮度均匀，这里可以将光强最大并相对光源的光轴的角叫做最大光强角。

在一个具体实施例中，第一光学面S1和第二光学面S2的截面宽度为9毫米；第三光学面S3和第四光学面S4的截面宽度为60毫米；第三光学面S3的中心区域的折射子面的中心与第二光学面S2的凹部中心的距离为15毫米。从光源位置O处发出光线经过第一光学面S1、第二光学面S2、第三光学面S3以及第四光学面S4的出射光分布为蝙蝠翼，相对光源的光轴的最大光强角为35度，且最大光强角有两个，对称分布在光源的光轴的两侧，如图6所示。

在本实用新型的可选实施例中，配光元件300可以是单个光学器件，该单个光学器件包括了第一光学面S1、第二光学面S2、第三光学面S3以及第四光学面S4。此外，配光元件300也可以是由第一透镜710和第二透镜720组成，第一透镜710包括第一光学面S1和第二光学面S2，第二透镜720包括第三光学面S3和第四光学面S4，如图7所示。

在图7中，第一透镜710和第二透镜720均为拉伸型透镜。在第一透镜710和第二透镜720配合安装时，第一透镜710的第一光学面S1的凸部中心、第二光学面S2的凹部中心与第二透镜720的第三光学面S3的中心区域的折射子面的中心、第四光学面S4的折射子面的中心在一条直线上。并且，在利用该配光元件300对光源发出的光线进行配光时，第一透镜710覆盖在光源上，光源的光轴与该直线平行或重合。

进一步地，本实用新型实施例提供的配光元件300为挤出件，其材料可以为玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等透光性树脂。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种发光装置。结合图8所示，本实用新型实施例提供的发光装置800，包括外壳810、包含光源(图中未示出)的发光元件820以及上文提及的配光元件300。配光元件300安装于外壳810，且与外壳810限定出发光腔，发光元件820设置于发光腔内。

在本实用新型的可选实施例中，配光元件300可以包括第一透镜710和第二透镜720，则配光元件300的第二透镜720安装于外壳810，发光元件820处于外壳810与配光元件300的第一透镜710之间。

在本实用新型的可选实施例中，发光元件820包括基板821和多个光源(附图中未示出)，多个光源设置于基板821的朝向第一透镜710的一面。

在本实用新型的可选实施例中，外壳810可以包括两个端盖811和顶壳812，顶壳812具有顶壁部8121和从顶壁部8121的两个长度边缘处分别向下延伸的翻折部8122；第二透镜720设置于翻折部8122的下端，两个端盖811分别设置于顶壳812与第二透镜720的两端。

在一具体的实施例中，第二透镜720的第三光学面S3包含7个折射子面的中心区域和14个全反射子面的外围区域，第四光学面S4由对应第三光学面S3的21个折射子面和若干联结子面构成。第一透镜710的截面宽度为9毫米，第二透镜720的截面宽度为60毫米，两者的中心间距为15毫米。焊有LED光源的PCB基板821贴在外壳810的中心底板上，第一透镜710贴在PCB基板上，第二透镜720与外壳810固定，两端盖上端盖811即可。

在本实用新型实施例中，整个第三光学面S3和第四光学面S4的表面宽度大于或等于50毫米。采用本实用新型实施例提供的配光元件，通过第一、第二、第三以及第四多重组合光学面，使得出光面的表面亮度从原有的LED颗粒的表面亮度从10⁷cd/m²降低到约10⁴cd/m²。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种照明设备。结合图9所示，本实用新型实施例提供的照明设备900，包括灯座910和上文提及的发光装置800，发光装置800安装在灯座910上。

在本实用新型的可选实施例中，灯座910包括位于底部的基座911、自基座911向上延伸的支撑臂912以及与支撑臂912垂直的并固定于支撑臂912上端的固定部913，发光装置800设置于固定部913上。

需要说明的是，图9示意的照明设备900为桌面台灯，在实际应用中，本实用新型实施例提供的照明设备900还可以是吸顶灯、壁灯、落地灯等类型，本实用新型实施例对此不作限制。

以上所述的实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的示例性实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。