基于光热一体化设计的防眩led定向灯及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了基于光热一体化设计的防眩LED定向灯，包括PCB板，PCB板设于外壳内，反光杯与PCB板连接，LED基板设于反光杯内，LED基板与菲涅尔透镜连接，复眼透镜与反光杯顶部连接。本发明还公开了一种基于光热一体化设计的防眩LED定向灯的实现方法。本发明具有结构简单、造价便宜、均匀性好、耗能低、光衰少及散热性好等特点。
【专利说明】
基于光热一体化设计的防眩LED定向灯及其实现方法
技术领域
[0001] 本发明设及Lm)灯技术，具体来说是一种基于光热一体化设计的防眩L邸定向灯及 其实现方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内外照明行业COB忍片性价比不高，SMD贴片模组因单位面积光效高且价格 低廉成为优势，但是因单个光源忍片具有相对独立性，配光和散热设计时会存在W下技术 问题：1、SMD贴片模组单位面积光效高，因而在密集排布时溫度过高而造成能耗高，光衰减 严重;2、二次配光设计照度均匀性难控制，使得整灯会产生眩晕效果;3、散热性差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服W上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、造价便 宜、均匀性好、耗能低、光衰少及散热性好的基于光热一体化设计的防眩L邸定向灯。
[0004] 本发明还提供了一种基于光热一体化设计的防眩L邸定向灯的实现方法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用W下技术方案:基于光热一体化设计的防眩L邸定 向灯，包括PCB板，PCB板设于外壳内，反光杯与PCB板连接，L抓基板设于反光杯内，L抓基板 与菲涅尔透镜连接，复眼透镜与反光杯顶部连接。
[0006] 所述LED基板与反光杯相贴合，反光杯与外壳向贴合;反光杯内表面为自由曲面设 计。
[0007] 所述外壳为导热塑料外壳。
[000引所述复眼透镜表面为雾面处理后的蜂窝状结构。
[0009] 所述菲涅尔透镜外沿设有卡勾，卡勾扣住反光杯底部。
[0010] 所述菲涅尔透镜的表面设有第一调节式自由曲面;复眼透镜表面设有第二调节式 自由曲面。
[0011] 所述菲涅尔透镜设于复眼透镜的焦距上。
[0012] 所述反光杯的反射面设有电锻侣层。
[0013] 所述菲涅尔透镜表面采用菲涅尔同屯、圆设计。
[0014] 上述的基于光热一体化设计的防眩L邸定向灯的实现方法，包括W下步骤：
[0015] (1)、反光杯自由曲面设计
[0016] 自由曲面的反光器设计是对于L邸朗伯型光源中屯、光强不够的一种补偿形式光学 设计，即反光器类型射灯中屯、光强的调整主要靠反光杯内壁自由曲面的反射来完成;将反 光杯进行创切来将自由曲面转换成自由曲线进行光学设计;设两条自由曲线为反光杯切面 内壁，光线打在最高点，即补偿光学为曰〇的角度范围内，假设反射角为e，则其与竖直方向的 偏向角为90,根据积分和边缘光线原理，可W将反光杯底部到最高点分成N段，即AZn = h/N (N=0,l,2,3........N表示个点坐标的序列数）。根据反射定律，得到W下几何关系：
[0017] …縷
[001 引 '-一稱：
[0019] ............麵
[0020] Zn+l = Zn- A Zn------------------------(4)
[0021] Xn+l = Xn-A Xn------------------------(5);
[0022] 初始的对应条件为如下关系：
[0023] zo = h
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]即可W计算出多个点的坐标，W平滑曲线相连，再进行旋转，便可得到光学设计所 需的反光器；
[00%] (2)、菲涅尔透镜设计
[0029] 将入射光线分解成两个分量，其中一个垂直于入射面的分量称S分量，另一个在入 射面内称P分量；
[0030] 对于分量S
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 由电磁场边界条件
[0039]
爵
[0040] 〇1= 〇1'= O2C0S iiy'=0，cos i巧=0;
[0041 ]即得出入射光线，反射光线和折射光线会在同一平面上，且：
[0042] kisin ii = kisin ii' =k2sin i2
[0043] ii = i/
[0044] 山 sinii = ri2sini2;
[0045] 即菲涅尔给出在分界面处，入射波，反射波和折射波在S分量上的振幅关系为：
[0046] !
[0047] 由于S分量和P分量的位置关系，是满足右手螺旋定律的，即可W依次算出P分量的 振幅关系。此时已经由计算出的S分量和P分量经过叠加原理进行叠加，便可得出菲涅尔透 镜的第一调节式自由曲面；
[004引（3)、复眼透镜设计
[0049] 光线经过入射球面和出射球面两次折射来实现所需要的光线的定向走向；
[0050] 将Lm)发光光源看做是点光源，光线经过珠面折射时，其折射点射出的光线矢量为 I:
[0051] i ,
[0052] 光源出射角为(61,在球面上的入射角和出射角分别为al和a2,即
[0053] (61=(}) i-al+a2；
[0054] 在0相同的情况下，自由曲面的面型参量和& 1，al和a2的关系为：
[0化5]
[0056]当目标面为均匀照明时，由于L邸是朗博体发光且旋转对称，即：
[0化7] 1[1 ( <1) )] = IXcos<l)
[0化引
[0059] 式中X和Y为顶点在第一象限的坐标值，确定〇即确定了0在第一象限的值；
[0060]
[0061]
[0062] 由此可W得出此折射点的位置坐标，同理可W得出其他点的位置坐标，再将运些 位置坐标W平滑的曲线相接就是所需要的复眼透镜上的第二自由曲面；
[0063] (4)、装配
[0064] 将反光杯与PCB板连接，L抓基板设于反射器内，L抓基板与菲涅尔透镜连接，复眼 透镜与反射器顶部连接，PCB板设于外壳内，完成装配。
[0065] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0066] 1、本发明包括PCB板，PCB板设于外壳内，反光杯与PCB板连接，L邸基板设于反光杯 内，L抓基板与菲涅尔透镜连接，复眼透镜与反光杯顶部连接;具有结构简单、造价便宜、均 匀性好、耗能低、光衰少及散热性好等特点。
[0067] 2、本发明将光学和热学一体化设计，反光杯的反射面设有电锻侣层，光线镜面反 射，实现SMD贴片模组窄光束角设计，同步因表面电锻侣处理，增加了表面热福射。
[0068] 3、本发明中的菲涅尔透镜采用菲涅尔原理光学设计，减少材质增加透光率，复眼 透镜表面添加蜂窝状微观结构使得光斑均匀降低眩晕感，菲涅尔透镜设置在复眼透镜的焦 距上提升了中屯、光强，同时整体包裹忍片设计，加到保护了忍片受到外界污染，起到隔绝和 安全保护作用。
[0069] 4、本发明中的复眼透镜边缘设置内卡勾，与外壳通过胶水粘接，起到100%防水作 用。
[0070] 5、本发明中的光效可W做到85Im/WW上，比传统的COB射灯光效提升30%。
[0071] 6、本发明W旋压运个简单成型形式生产的反光杯代替原反光杯和侣散热座的结 合形式，减少供应商数量，减少了整灯装配的工序步骤，提高反光杯的供货能力，提高线上 生产的能力。
【附图说明】
[0072] 图1为基于光热一体化设计的防眩L邸定向灯的爆炸结构示意图；
[0073] 图2为本发明中的反光杯与外壳紧贴示意图；
[0074] 图3为本发明中的菲涅尔透镜示意图；
[0075] 图4为本发明中的复眼透镜与外壳装配示意图；
[0076] 图5为本发明中的创切后的光线走向图；
[0077] 图6为本发明中的菲涅尔透镜设计原理图；
[0078] 图7为本发明中的复眼透镜设计的光线走向图。
[0079] 图中标号与名称如下：
[0080]
【具体实施方式】
[0081] 为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说 明。
[0082] 实施例1:
[0083] 如图1~7所示，一种基于光热一体化设计的防眩L抓定向灯，包括PCB板，PCB板设 于外壳内，反光杯与PCB板连接，L抓基板设于反光杯内，L邸基板与菲涅尔透镜连接，复眼透 镜与反光杯顶部连接。
[0084] 本实施例中的LED基板与反光杯相贴合，反光杯与外壳向贴合;反光杯内表面为自 由曲面设计;外壳为导热塑料外壳。
[0085] 本实施例中的复眼透镜表面为雾面处理后的蜂窝状结构;菲涅尔透镜外沿设有卡 勾，卡勾扣住反光杯底部;复眼透镜边缘设置内卡勾，与外壳通过胶水粘接，起到100 %防水 作用。
[0086] 本实施例中的菲涅尔透镜的表面设有第一调节式自由曲面;复眼透镜表面设有第 二调节式自由曲面;菲涅尔透镜设于复眼透镜的焦距上。
[0087] 本实施例中的反光杯的反射面设有电锻侣层，同步因表面电锻侣处理，增加了表 面热福射，反光杯与外壳紧贴，热量直接通过反光杯传递到塑料外壳上，减少了空气的热 阻;菲涅尔透镜表面采用菲涅尔同屯、圆设计，在节省材料的同时很好的保证光线准直控制， 同时整体包裹忍片设计，加到保护了忍片收到外界污染，起到隔绝和安全保护作用。
[0088] 本实施例为了防水，在外壳和复眼透镜装配结构均涂胶防水。
[0089] 上述基于光热一体化设计的防眩L邸定向灯的实现方法，包括W下步骤：
[0090] (1)、反光杯自由曲面设计
[0091] 自由曲面的反光器设计是对于L邸朗伯型光源中屯、光强不够的一种补偿形式光学 设计，即反光器类型射灯中屯、光强的调整主要靠反光杯内壁自由曲面的反射来完成;将反 光杯进行创切来将自由曲面转换成自由曲线进行光学设计;创切后的光线走向如图5所示， 设两条自由曲线为反光杯切面内壁，光线打在最高点，即补偿光学为曰〇的角度范围内，假设 反射角为e，则其与竖直方向的偏向角为90,根据积分和边缘光线原理，可W将反光杯底部 到最高点分成N段，即AZn = h/N(N=0，l，2,3........N表示个点坐标的序列数）。根据反射 定律，得到W下几何关系：
[0092] .......'维
[0093] ……(2|
[0094] ''............'巧！
[0095] Zn+l = Zn- A Zn------------------------(4)
[0096] Xn+l = Xn- A Xn------------------------(5);
[0097] 初始的对应条件为如下关系：
[009引 zo = h
[0099]
[0100]
[0101]
[0102] 即可W计算出多个点的坐标，W平滑曲线相连，再进行旋转，便可得到光学设计所 需的反光器；
[0103] (2)、菲涅尔透镜设计
[0104] 光线入射到PC透镜，在透镜表面会发生反射和折射，且光是具有波粒二象性，因此 可w将光w电磁波的形式传播，即根据电磁场的边界条件可w得到光在菲涅尔透镜表面上 的反射和折射定律，解决光在透镜表面的强度分配问题；
[0105] 如图6所示，将入射光线分解成两个分量，其中一个垂直于入射面的分量称S分量， 另一个在入射面内称P分量；
[0106] 对于分量S
[0107]
[010 引
[0109]
[0110]
[0111]
[0112]
[0113]
[0114]
[0115]
[0116] 〇1= 〇1'= O2C0S iiy'=0，cos i巧=0;
[0117] 即得出入射光线，反射光线和折射光线会在同一平面上，且：
[0118] kisin ii = kisin ii'=k2sin i2
[0119] = (入射角等于反射角）
[0120] 山 sinii = n2sini2;
[0121] 即菲涅尔给出在分界面处，入射波，反射波和折射波在S分量上的振幅关系为：
[0122] ?
[0123] 由于S分量和P分量的位置关系，是满足右手螺旋定律的，即可W依次算出P分量的 振幅关系。此时已经由计算出的S分量和P分量经过叠加原理进行叠加，便可得出菲涅尔透 镜的第一调节式自由曲面；
[0124] (3)、复眼透镜设计
[0125] 光线经过入射球面和出射球面两次折射来实现所需要的光线的定向走向，如图7 所示：
[0126] 将Lm)发光光源看做是点光源，光线经过珠面折射时，其折射点射出的光线矢量为 I：
[0127]
[012引光源出射角为4 1，在球面上的入射角和出射角分别为al和即
[0129] (61=(}) l-al+a2；
[0130] 在0相同的情况下，自由曲面的面型参量和(61,(11和a2的关系为：
[0131]
R为球面的半径；
[0132] 当目标面为均匀照明时，由于L邸是朗博体发光且旋转对称，即：
[0133] 1[1 ((6)] = 1X cos 本
[0134]
[0135] 式中X和Y为顶点在第一象限的坐标值，确定〇即确定了 0在第一象限的值；
[0136]
[0137]
[0138] 由此可W得出此折射点的位置坐标，同理可W得出其他点的位置坐标，再将运些 位置坐标W平滑的曲线相接就是所需要的复眼透镜上的第二自由曲面；
[0139] (4)、装配
[0140] 将反光杯与PCB板连接，L抓基板设于反射器内，L抓基板与菲涅尔透镜连接，复眼 透镜与反射器顶部连接，PCB板设于外壳内，完成装配。
[0141] 上述【具体实施方式】为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任 何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 基于光热一体化设计的防眩LED定向灯，其特征在于:包括PCB板，PCB板设于外壳内， 反光杯与PCB板连接，LED基板设于反光杯内，LED基板与菲涅尔透镜连接，复眼透镜与反光 杯顶部连接。2. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩LED定向灯，其特征在于:所述LED 基板与反光杯相贴合，反光杯与外壳向贴合;反光杯内表面为自由曲面设计。3. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩L E D定向灯，其特征在于:所述外 壳为导热塑料外壳。4. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩LED定向灯，其特征在于:所述复 眼透镜表面为雾面处理后的蜂窝状结构。5. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩L E D定向灯，其特征在于:所述菲 涅尔透镜外沿设有卡勾，卡勾扣住反光杯底部。6. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩L E D定向灯，其特征在于:所述菲 涅尔透镜的表面设有第一调节式自由曲面;复眼透镜表面设有第二调节式自由曲面。7. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩L E D定向灯，其特征在于:所述菲 涅尔透镜设于复眼透镜的焦距上。8. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩LED定向灯，其特征在于:所述反 光杯的反射面设有电镀铝层。9. 根据权利要求1所述的基于光热一体化设计的防眩L E D定向灯，其特征在于:所述菲 涅尔透镜表面采用菲涅尔同心圆设计。10. 根据权利要求1~9任一项所述的基于光热一体化设计的防眩LED定向灯的实现方 法，其特征在于，包括以下步骤： (1)、反光杯自由曲面设计 自由曲面的反光器设计是对于LED朗伯型光源中心光强不够的一种补偿形式光学设 计，即反光器类型射灯中心光强的调整主要靠反光杯内壁自由曲面的反射来完成;将反光 杯进行刨切来将自由曲面转换成自由曲线进行光学设计;设两条自由曲线为反光杯切面内 壁，光线打在最高点，即补偿光学为a〇的角度范围内，假设反射角为0，则其与竖直方向的偏 向角为 9〇,根据积分和边缘光线原理，可以将反光杯底部到最高点分成N段，即AZn = h/N(N = 0,1,2,3........N表示个点坐标的序列数）。根据反射定律，得到以下几何关系：Zn+l = Zn- A Zn------------------------(4) Xn+1 - Xn_ A Xn ( 5 ); 初始的对应条件为如下关系： zo = h 即可以计算出多个点的坐标，以平滑曲线相连，再进行旋转，便可得到光学设计所需的 反光器；(2) 、菲涅尔透镜设计 将入射光线分解成两个分量，其中一个垂直于入射面的分量称S分量，另一个在入射面 内称P分量； 对于分量S由电磁场边界条件 rv < ：< 4 曰 Q 1= Q i7 = Q 2 COSily7 =0，COsi2y = 0; 即得出入射光线，反射光线和折射光线会在同一平面上，且： kisin ii = kisin ii7 =k2sin i2 ? _? / ii = n msinii = n2sini2 ； 即菲涅尔给出在分界面处，入射波，反射波和折射波在s分量上的振幅关系为：由于S分量和P分量的位置关系，是满足右手螺旋定律的，即可以依次算出P分量的振幅 关系。此时已经由计算出的S分量和P分量经过叠加原理进行叠加，便可得出菲涅尔透镜的 第一调节式自由曲面； (3) 、复眼透镜设计 光线经过入射球面和出射球面两次折射来实现所需要的光线的定向走向； 将LED发光光源看做是点光源，光线经过珠面折射时，其折射点射出的光线矢量为I:光源出射角为1，在球面上的入射角和出射角分别为al和a2,即 <i> 1= <i> l-al+a2； 在0相同的情况下，自由曲面的面型参量和(}) l，al和a2的关系为：当目标面为均匀照明时，由于LED是朗博体发光且旋转对称，即： 1[1 (4>)] = 1 Xcos <})式中X和Y为顶点在第一象限的坐标值，确定〇即确定了0在第一象限的值；由此可以得出此折射点的位置坐标，同理可以得出其他点的位置坐标，再将这些位置 坐标以平滑的曲线相接就是所需要的复眼透镜上的第二自由曲面； ⑷、装配 将反光杯与PCB板连接，LED基板设于反射器内，LED基板与菲涅尔透镜连接，复眼透镜 与反射器顶部连接，PCB板设于外壳内，完成装配。
【文档编号】F21Y115/10GK106051507SQ201610565001
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】方惊响, 药左红, 彭杰, 张笑, 杨圣别
【申请人】横店集团得邦照明股份有限公司