本發(fā)明涉及異形透鏡及使用該異形透鏡的燈光源組件，尤其針對(duì)LED燈使用的異形透鏡及LED燈光源組件。

背景技術(shù)：

LED燈在使用過(guò)程如果需要將燈珠的光線打到特定區(qū)域時(shí)都需要進(jìn)行配光，配光的方式有兩種：一種是通過(guò)在每個(gè)LED燈珠引入獨(dú)立的反射杯，通過(guò)對(duì)反射光線進(jìn)行再次配光達(dá)到相關(guān)配光曲線形狀，從而實(shí)現(xiàn)照(亮)度與照(亮)均勻性，這種方式因?yàn)榉瓷淦鞅旧斫?jīng)過(guò)一次吸收，光效降低很多，而且反射器本身成本高，裝配較復(fù)雜；還有一種通用的方式是在每一顆LED燈珠上固定一個(gè)獨(dú)立的透鏡，通過(guò)改變折射光線達(dá)到光學(xué)要求，但固定透鏡經(jīng)常利用膠水或灌膠等等，經(jīng)過(guò)兩三年，尤其冷熱交變很強(qiáng)烈的區(qū)域，可靠性會(huì)有很大的挑戰(zhàn)。更重要的是，這兩種方式無(wú)論反射器還是透鏡自身都解決不了PCB的防水問(wèn)題，在實(shí)際使用中，都必須再加上一個(gè)透明罩，要達(dá)到一定防撞級(jí)別還需要一定厚度，二次折射使整體光效大大降低。

這種傳統(tǒng)的LED燈結(jié)構(gòu)決定了生產(chǎn)工藝的復(fù)雜，每個(gè)燈珠上透鏡或反射器要單獨(dú)裝配，效率低而且裝配精度不高，整體成本再次抬高。同時(shí)這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)于LED燈珠與透鏡或反射器的匹配基本是一對(duì)一的，所以要換一種LED燈珠時(shí)，基本上透鏡都要重新設(shè)計(jì)與開(kāi)模，通用性不夠好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有LED燈配光方案的不足，提供一種條狀異形透鏡，這種異形透鏡與防水圈配合可以直接解決PCB板防水問(wèn)題，再者對(duì)于燈珠無(wú)需一對(duì)一的單獨(dú)透鏡安裝，且任意數(shù)量任意廠家不同LED燈珠的燈板均可以適用，由于這個(gè)透鏡本身與相配合防水圈可以起到防水作用，只要一次折射就可以達(dá)到光學(xué)要求，光效將大大提高。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的條狀異形透鏡，包括弧面柱體，所述弧面柱體的底面為水平結(jié)構(gòu)，所述底面中心軸的一側(cè)設(shè)置有圓弧面空腔，所述弧面柱體的兩側(cè)邊設(shè)置有卡扣。

上述技術(shù)方案中，所述弧面柱體的出光面弧度通過(guò)燈珠、圓弧面空腔及出光要求共同限定。根據(jù)出光要求及燈珠的屬性，可以選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)膱A弧面空腔，再通過(guò)光學(xué)計(jì)算公式可以獲得出光面弧度曲線。

上述技術(shù)方案中，所述弧面柱體及卡扣通過(guò)擠出工藝一體成型。采用擠壓工藝，可能實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度產(chǎn)品，生產(chǎn)模具與零件成本降低30％以上。

上述技術(shù)方案中，所述弧面柱體的出光面頂部與弧面柱體的底面距離為11.4mm至12.4mm，所述弧面柱體中心軸與圓弧面空腔中心軸之間距離是6.5mm至7.5mm，所述圓弧面空腔的半徑為5mm至6mm。

本發(fā)明基于條狀異形透鏡的LED燈光源組件，包括基材、帶LED燈珠的PCB板、條狀異形透鏡、固定卡片，所述帶LED燈珠的PCB板設(shè)置在基材上，所述條狀異形透鏡設(shè)置在帶LED燈珠的PCB板及基材上，所述固定卡片設(shè)置在基材的兩端，所述條狀異形透鏡包括弧面柱體，所述弧面柱體的底面為水平結(jié)構(gòu)；所述底面中心軸的一側(cè)設(shè)置有圓弧面空腔，所述弧面柱體的兩側(cè)邊設(shè)置有卡扣；所述弧面柱體的出光面弧度通過(guò)燈珠、圓弧面空腔及出光要求共同限定。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案，還包括防水條和防水卡片，所述防水條設(shè)置在基材和弧面柱體的底面之間，位于弧面柱體的底面的兩端及弧面柱體的兩側(cè)邊的卡扣內(nèi)側(cè)，所述防水卡片設(shè)置在基材的兩端，位于固定卡片的內(nèi)側(cè)。

上述方案中，所述弧面柱體及卡扣通過(guò)擠出工藝一體成型。

上述方案中，所述弧面柱體的出光面頂部與弧面柱體的底面距離為11.4mm至12.4mm，所述弧面柱體中心軸與圓弧面空腔中心軸之間距離是6.5mm至7.5mm，所述圓弧面空腔的半徑為5mm至6mm。

上述方案中，所述弧面柱體的出光面頂部與弧面柱體的底面距離為11.9mm，所述弧面柱體中心軸與圓弧面空腔中心軸之間距離是7mm，所述圓弧面空腔的半徑為5.5mm。這一結(jié)構(gòu)最適宜護(hù)欄燈模組產(chǎn)品。

本發(fā)明的條狀異形透鏡及基于該條狀異形透鏡的LED燈光源組件，設(shè)計(jì)了一款全新的條狀異形透鏡，與傳統(tǒng)注塑工藝的透鏡不同，這款新型透鏡可以用擠壓工藝，可能實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度產(chǎn)品，生產(chǎn)模具與零件成本降低30％以上，將傳統(tǒng)產(chǎn)品中兩層光學(xué)結(jié)構(gòu)改為一層，同等光源下整燈光效可提高10-15％。這款異形透鏡應(yīng)用在護(hù)欄燈上，符合外部鋼管尺寸，與燈板等等其它零件可以組合成獨(dú)立光源組件，或者稱為實(shí)現(xiàn)配光、散熱、防水等等獨(dú)立的模組產(chǎn)品，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)兩芯防水接頭與市場(chǎng)通用電源電氣連接，從而成為一款市場(chǎng)通用護(hù)欄燈模組產(chǎn)品。

附圖說(shuō)明

圖1為條狀異形透鏡剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖2為基于條狀異形透鏡一種實(shí)施方式的裝配圖；

圖3為條狀異形透鏡使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)放大圖；

圖4為使用基于條狀異形透鏡的燈具在兩條路環(huán)境下模擬的配光色塊分布圖；

圖5為使用基于條狀異形透鏡的燈具在兩條路環(huán)境下模擬的配光數(shù)據(jù)分布圖；

圖6為使用基于條狀異形透鏡的燈具在三條路環(huán)境下模擬的配光色塊分布圖；

圖7為使用基于條狀異形透鏡的燈具在三條路環(huán)境下模擬的配光數(shù)據(jù)分布圖。

具體實(shí)施方案

由圖1可知，條狀異形透鏡，包括弧面柱體1，所述弧面柱體的底面2為水平結(jié)構(gòu)，所述底面中心軸的一側(cè)設(shè)置有圓弧面空腔3，所述弧面柱體的兩側(cè)邊設(shè)置有卡扣4。所述弧面柱體的出光面5頂部與弧面柱體的底面2距離為11.9mm，所述弧面柱體中心軸與圓弧面空腔中心軸之間距離是7mm，所述圓弧面空腔的半徑為5.5mm。這一結(jié)構(gòu)尺寸最適宜用在LED護(hù)欄燈上的配光要求，根據(jù)實(shí)際的需要及其他場(chǎng)合的應(yīng)用情況，在上述參數(shù)的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行±0.5mm的選擇區(qū)間，以適應(yīng)不同的配光要求。

結(jié)合圖2和3，將上述條狀異形透鏡應(yīng)用于LED護(hù)欄燈燈具的一種實(shí)施方式，包括基材6、帶LED燈珠的PCB板7、條狀異形透鏡8、固定卡片9、防水條10、防水卡片11，所述帶LED燈珠的PCB板7設(shè)置在基材6上，所述條狀異形透鏡8設(shè)置在帶LED燈珠的PCB板7及基材6上，所述帶LED燈珠的PCB板7設(shè)置在圓弧面空腔3的正下方。

所述防水條10設(shè)置在基材6和弧面柱體的底面2之間，位于弧面柱體的底面2的兩端及弧面柱體的兩側(cè)邊的卡扣4內(nèi)側(cè)；所述防水卡11設(shè)置在基材的兩端，所述固定卡片9設(shè)置在防水卡11外側(cè)，防水卡11和固定卡片9均通過(guò)螺絲固定在基材6上。

條狀異形透鏡8采用擠壓工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品長(zhǎng)度可以由擠出基材6與透鏡長(zhǎng)度為設(shè)定，可以完全由客戶要求制作，可以是1200mm，或者600mm，甚至300mm任何長(zhǎng)度都可以隨意定制。產(chǎn)品功率由燈珠顆數(shù)來(lái)定，一定長(zhǎng)度下數(shù)量可以很容易增減，只要換下PCB鋁基板也就是帶LED燈珠的PCB板7，甚至將鋁基板布線成最多可能顆數(shù)情況，根據(jù)客戶功率要求貼片中控制需要貼片的數(shù)量即可；在帶LED燈珠的PCB板7上可以設(shè)置不同型號(hào)的LED燈珠，也就是說(shuō)對(duì)不同廠家的LED燈珠可以實(shí)現(xiàn)通用，這對(duì)于現(xiàn)有市場(chǎng)的護(hù)欄燈產(chǎn)品基本上不可能的；對(duì)于紅綠藍(lán)及其它顏色燈珠，實(shí)現(xiàn)城市亮化，只要換上不同顏色燈珠接入DMX控制電源，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便；還有通過(guò)通用防水接頭與很多廠家的電源相連接，整燈裝配將標(biāo)準(zhǔn)化通用化，能大幅度降低成本并能簡(jiǎn)化最終的整個(gè)燈具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。

上述的應(yīng)用于LED護(hù)欄燈燈具的實(shí)施方式，用條狀異形透鏡8這種單一異形透鏡實(shí)現(xiàn)二次配光與防水的全新LED護(hù)欄燈，結(jié)構(gòu)合理，可以大大提高燈具整體光效，更加容易控制配光實(shí)現(xiàn)更好的均勻性，可以將不同LED燈珠用于整個(gè)光源組件，并容易拓展到諸如洗墻燈亮化燈具等等，同時(shí)整體燈具的零部件比現(xiàn)行市場(chǎng)產(chǎn)品少很多，零件成本以及裝配成本大大降低，直接通過(guò)設(shè)計(jì)全新透鏡實(shí)現(xiàn)此類產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

這種應(yīng)用條狀異形透鏡8于護(hù)欄燈模組上的組裝方法如下：將燈珠按照要求貼片到PCB鋁基板7上，將PCB鋁基板安裝在擠出型材的基材6上的溝槽內(nèi)；在基材6上的防水溝槽放入防水條10；將條狀異形透鏡8裝上基材6，同時(shí)壓緊防水條10實(shí)現(xiàn)橫向防水；在兩端可以如市場(chǎng)通用產(chǎn)品一樣處理，直接用螺絲將防水卡片11和固定卡片9固定在基材6的兩端，因?yàn)橹行牧慵伲仁袌?chǎng)通用產(chǎn)品對(duì)于裝配過(guò)程中保證兩端齊平將更加相對(duì)容易些。

這種結(jié)構(gòu)對(duì)于燈珠的選擇將大大增加，無(wú)論小尺寸的大功率燈珠如Cree的2525XBD，飛利浦30302D，3535，歐司朗的Duris各種顏色燈珠等等。

整個(gè)燈具安裝過(guò)程沒(méi)有灌膠、加膠水等等工藝，大大提高生產(chǎn)效率，方便燈具供應(yīng)商安裝，避免容易臟亂影響外觀的問(wèn)題

本發(fā)明的條狀異形透鏡8，在關(guān)鍵的光學(xué)解決方案上，利用隧道形狀與任意數(shù)量燈珠相組合，在隧道的橫截面上透鏡不同區(qū)域厚度變化來(lái)達(dá)到折射光線的方向改變，這個(gè)方向非對(duì)稱形，而在沿隧道方向通過(guò)調(diào)整隧道高低與弧面形狀達(dá)到實(shí)際沿道路方向配光的光束角大小，這個(gè)方向?yàn)橥耆珜?duì)稱形，因?yàn)橐话銦糁槌龉夤饩€曲線為標(biāo)準(zhǔn)朗波曲線，這種光學(xué)設(shè)計(jì)方法對(duì)于大多數(shù)燈珠都能適用，而且實(shí)際透鏡生產(chǎn)中工藝調(diào)整，如根據(jù)實(shí)際分布式光度計(jì)測(cè)得產(chǎn)品配光曲線來(lái)調(diào)整透鏡橫截面某個(gè)局部區(qū)域曲線形狀很有針對(duì)性，也非常方便。

如圖3，所述的條狀異形透鏡8上設(shè)有凸起的特殊曲面形狀，與其內(nèi)圓弧面空腔3形成光學(xué)組合成光線通道，燈珠所發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)這個(gè)整體光線通道，得到護(hù)欄燈通常要求的特定形狀配光曲線形狀。這個(gè)光線通道只是一次光學(xué)損失，根據(jù)一般PC透鏡透光率89％左右，再加上我們可以用高反射率的PCB噴墨材料使一部分透鏡反射回來(lái)的光線再次反射到透鏡進(jìn)行折射增加光效，所有除電源轉(zhuǎn)換效率外，整體光源模組的光學(xué)效率可達(dá)90％左右，對(duì)于光源160lm/W的燈珠來(lái)說(shuō)，光源部分光效可達(dá)到144lm/W，在現(xiàn)有護(hù)欄燈是絕對(duì)獨(dú)一無(wú)二的。而且此結(jié)構(gòu)也適用于中功率LED燈珠，對(duì)于相對(duì)于大功率LED燈珠來(lái)說(shuō)，性能發(fā)展更快性價(jià)比更高的中功率LED將更加提高此方案的可行性，相信不久將來(lái)應(yīng)用這種方案的中功率LED燈珠會(huì)很快出現(xiàn)來(lái)替代現(xiàn)有大功率LED燈珠。

現(xiàn)有各種護(hù)欄燈燈具對(duì)應(yīng)的光源尺寸與結(jié)構(gòu)下，基本上每個(gè)廠家互不相同，對(duì)應(yīng)選定的唯一一種LED燈珠，對(duì)應(yīng)的功率大小基本固定，連接的電源也是燈具廠家單獨(dú)定制的，對(duì)于整個(gè)燈具的功能模組化效果不好，無(wú)論實(shí)際組裝過(guò)程中，將來(lái)產(chǎn)品性能問(wèn)題分析，實(shí)際使用產(chǎn)品維護(hù)等等都會(huì)有很大的困難。如果將這種光源組件標(biāo)準(zhǔn)化，引入不同廠家的標(biāo)準(zhǔn)電源，功率與長(zhǎng)度可以隨意調(diào)整，適用于不同的燈具燈管支架的通用光源模組單元將是市場(chǎng)大勢(shì)所趨。而本發(fā)明的條狀異形透鏡8，以及應(yīng)用這款透鏡組合成通用超高光效的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)欄燈光源組件設(shè)計(jì)，可以完美實(shí)現(xiàn)上述需求。

根據(jù)以上光學(xué)設(shè)計(jì)的方案，將設(shè)計(jì)出的配光文件進(jìn)行軟件模擬，以兩條道路為模擬條件，如圖4和5所示的模擬結(jié)果，可達(dá)到平均照度40lx以上，均勻度0.7以上的，比市場(chǎng)主流產(chǎn)品(一般照度只有30lx，均勻度0.4)效果要好很多。以三條道路為模擬條件，如圖6和7所示的模擬結(jié)果，照度也31lx，均勻度0.5以上的表現(xiàn)。一方面因?yàn)檫@種全新光源模組光效高出很多，另一方面單一透鏡對(duì)光線的控制要容易更精準(zhǔn)，所以地面效果更好。

在實(shí)施例中，只列舉了一種利用該種條狀異形透鏡的應(yīng)用領(lǐng)域，在完全不用改動(dòng)任何其它零件達(dá)到其它配光的要求，其可以適應(yīng)其它應(yīng)用領(lǐng)域如洗墻燈、工礦燈、投光燈等等。甚至因?yàn)槁窡舻尿鹨砼涔獗旧硪彩茄氐缆贩较驗(yàn)閷?duì)稱形，垂直道路為非對(duì)稱形，完全也有可能用這種擠出式透鏡實(shí)現(xiàn)，那樣燈珠顆數(shù)與功率將更有靈活性，也是本技術(shù)方案的拓展領(lǐng)域，相信這種配光的設(shè)計(jì)方案在室外應(yīng)用中可以從這款護(hù)欄燈開(kāi)始，由于非常有普遍性，帶來(lái)越來(lái)越多的應(yīng)用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。