條狀異形透鏡及基于該條狀異形透鏡的LED燈光源組件的制作方法

本發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LED燈使用的異形透鏡及LED燈光源組件。

背景技術：

LED燈在使用過程如果需要將燈珠的光線打到特定區域時都需要進行配光，配光的方式有兩種：一種是通過在每個LED燈珠引入獨立的反射杯，通過對反射光線進行再次配光達到相關配光曲線形狀，從而實現照(亮)度與照(亮)均勻性，這種方式因為反射器本身經過一次吸收，光效降低很多，而且反射器本身成本高，裝配較復雜；還有一種通用的方式是在每一顆LED燈珠上固定一個獨立的透鏡，通過改變折射光線達到光學要求，但固定透鏡經常利用膠水或灌膠等等，經過兩三年，尤其冷熱交變很強烈的區域，可靠性會有很大的挑戰。更重要的是，這兩種方式無論反射器還是透鏡自身都解決不了PCB的防水問題，在實際使用中，都必須再加上一個透明罩，要達到一定防撞級別還需要一定厚度，二次折射使整體光效大大降低。

這種傳統的LED燈結構決定了生產工藝的復雜，每個燈珠上透鏡或反射器要單獨裝配，效率低而且裝配精度不高，整體成本再次抬高。同時這種設計結構對于LED燈珠與透鏡或反射器的匹配基本是一對一的，所以要換一種LED燈珠時，基本上透鏡都要重新設計與開模，通用性不夠好。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有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板防水問題，再者對于燈珠無需一對一的單獨透鏡安裝，且任意數量任意廠家不同LED燈珠的燈板均可以適用，由于這個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到光學要求，光效將大大提高。

為了解決上述技術問題，本發明的條狀異形透鏡，包括弧面柱體，所述弧面柱體的底面為水平結構，所述底面中心軸的一側設置有圓弧面空腔，所述弧面柱體的兩側邊設置有卡扣。

上述技術方案中，所述弧面柱體的出光面弧度通過燈珠、圓弧面空腔及出光要求共同限定。根據出光要求及燈珠的屬性，可以選擇一個適當的圓弧面空腔，再通過光學計算公式可以獲得出光面弧度曲線。

上述技術方案中，所述弧面柱體及卡扣通過擠出工藝一體成型。采用擠壓工藝，可能實現任意長度產品，生產模具與零件成本降低30％以上。

上述技術方案中，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板設置在基材上，所述條狀異形透鏡設置在帶LED燈珠的PCB板及基材上，所述固定卡片設置在基材的兩端，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構；所述底面中心軸的一側設置有圓弧面空腔，所述弧面柱體的兩側邊設置有卡扣；所述弧面柱體的出光面弧度通過燈珠、圓弧面空腔及出光要求共同限定。

上述技術方案的進一步改進方案，還包括防水條和防水卡片，所述防水條設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邊的卡扣內側，所述防水卡片設置在基材的兩端，位于固定卡片的內側。

上述方案中，所述弧面柱體及卡扣通過擠出工藝一體成型。

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。這一結構最適宜護欄燈模組產品。

本發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，設計了一款全新的條狀異形透鏡，與傳統注塑工藝的透鏡不同，這款新型透鏡可以用擠壓工藝，可能實現任意長度產品，生產模具與零件成本降低30％以上，將傳統產品中兩層光學結構改為一層，同等光源下整燈光效可提高10-15％。這款異形透鏡應用在護欄燈上，符合外部鋼管尺寸，與燈板等等其它零件可以組合成獨立光源組件，或者稱為實現配光、散熱、防水等等獨立的模組產品，可以通過標準兩芯防水接頭與市場通用電源電氣連接，從而成為一款市場通用護欄燈模組產品。

附圖說明

圖1為條狀異形透鏡剖面結構圖；

圖2為基于條狀異形透鏡一種實施方式的裝配圖；

圖3為條狀異形透鏡使用狀態結構放大圖；

圖4為使用基于條狀異形透鏡的燈具在兩條路環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境下模擬的配光數據分布圖；

圖6為使用基于條狀異形透鏡的燈具在三條路環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境下模擬的配光數據分布圖。

具體實施方案

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為水平結構，所述底面中心軸的一側設置有圓弧面空腔3，所述弧面柱體的兩側邊設置有卡扣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。這一結構尺寸最適宜用在LED護欄燈上的配光要求，根據實際的需要及其他場合的應用情況，在上述參數的基礎上可以進行±0.5mm的選擇區間，以適應不同的配光要求。

結合圖2和3，將上述條狀異形透鏡應用于LED護欄燈燈具的一種實施方式，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設置在基材6上，所述條狀異形透鏡8設置在帶LED燈珠的PCB板7及基材6上，所述帶LED燈珠的PCB板7設置在圓弧面空腔3的正下方。

所述防水條10設置在基材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邊的卡扣4內側；所述防水卡11設置在基材的兩端，所述固定卡片9設置在防水卡11外側，防水卡11和固定卡片9均通過螺絲固定在基材6上。

條狀異形透鏡8采用擠壓工藝來實現，產品長度可以由擠出基材6與透鏡長度為設定，可以完全由客戶要求制作，可以是1200mm，或者600mm，甚至300mm任何長度都可以隨意定制。產品功率由燈珠顆數來定，一定長度下數量可以很容易增減，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情況，根據客戶功率要求貼片中控制需要貼片的數量即可；在帶LED燈珠的PCB板7上可以設置不同型號的LED燈珠，也就是說對不同廠家的LED燈珠可以實現通用，這對于現有市場的護欄燈產品基本上不可能的；對于紅綠藍及其它顏色燈珠，實現城市亮化，只要換上不同顏色燈珠接入DMX控制電源，實現起來非常方便；還有通過通用防水接頭與很多廠家的電源相連接，整燈裝配將標準化通用化，能大幅度降低成本并能簡化最終的整個燈具設計與生產。

上述的應用于LED護欄燈燈具的實施方式，用條狀異形透鏡8這種單一異形透鏡實現二次配光與防水的全新LED護欄燈，結構合理，可以大大提高燈具整體光效，更加容易控制配光實現更好的均勻性，可以將不同LED燈珠用于整個光源組件，并容易拓展到諸如洗墻燈亮化燈具等等，同時整體燈具的零部件比現行市場產品少很多，零件成本以及裝配成本大大降低，直接通過設計全新透鏡實現此類產品的更新換代。

這種應用條狀異形透鏡8于護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；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，同時壓緊防水條10實現橫向防水；在兩端可以如市場通用產品一樣處理，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，因為中心零件更少，比市場通用產品對于裝配過程中保證兩端齊平將更加相對容易些。

這種結構對于燈珠的選擇將大大增加，無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。

整個燈具安裝過程沒有灌膠、加膠水等等工藝，大大提高生產效率，方便燈具供應商安裝，避免容易臟亂影響外觀的問題

本發明的條狀異形透鏡8，在關鍵的光學解決方案上，利用隧道形狀與任意數量燈珠相組合，在隧道的橫截面上透鏡不同區域厚度變化來達到折射光線的方向改變，這個方向非對稱形，而在沿隧道方向通過調整隧道高低與弧面形狀達到實際沿道路方向配光的光束角大小，這個方向為完全對稱形，因為一般燈珠出光光線曲線為標準朗波曲線，這種光學設計方法對于大多數燈珠都能適用，而且實際透鏡生產中工藝調整，如根據實際分布式光度計測得產品配光曲線來調整透鏡橫截面某個局部區域曲線形狀很有針對性，也非常方便。

如圖3，所述的條狀異形透鏡8上設有凸起的特殊曲面形狀，與其內圓弧面空腔3形成光學組合成光線通道，燈珠所發出的光線經過這個整體光線通道，得到護欄燈通常要求的特定形狀配光曲線形狀。這個光線通道只是一次光學損失，根據一般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的光線再次反射到透鏡進行折射增加光效，所有除電源轉換效率外，整體光源模組的光學效率可達90％左右，對于光源160lm/W的燈珠來說，光源部分光效可達到144lm/W，在現有護欄燈是絕對獨一無二的。而且此結構也適用于中功率LED燈珠，對于相對于大功率LED燈珠來說，性能發展更快性價比更高的中功率LED將更加提高此方案的可行性，相信不久將來應用這種方案的中功率LED燈珠會很快出現來替代現有大功率LED燈珠。

現有各種護欄燈燈具對應的光源尺寸與結構下，基本上每個廠家互不相同，對應選定的唯一一種LED燈珠，對應的功率大小基本固定，連接的電源也是燈具廠家單獨定制的，對于整個燈具的功能模組化效果不好，無論實際組裝過程中，將來產品性能問題分析，實際使用產品維護等等都會有很大的困難。如果將這種光源組件標準化，引入不同廠家的標準電源，功率與長度可以隨意調整，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大勢所趨。而本發明的條狀異形透鏡8，以及應用這款透鏡組合成通用超高光效的標準護欄燈光源組件設計，可以完美實現上述需求。

根據以上光學設計的方案，將設計出的配光文件進行軟件模擬，以兩條道路為模擬條件，如圖4和5所示的模擬結果，可達到平均照度40lx以上，均勻度0.7以上的，比市場主流產品(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所示的模擬結果，照度也31lx，均勻度0.5以上的表現。一方面因為這種全新光源模組光效高出很多，另一方面單一透鏡對光線的控制要容易更精準，所以地面效果更好。

在實施例中，只列舉了一種利用該種條狀異形透鏡的應用領域，在完全不用改動任何其它零件達到其它配光的要求，其可以適應其它應用領域如洗墻燈、工礦燈、投光燈等等。甚至因為路燈的蝙蝠翼配光本身也是沿道路方向為對稱形，垂直道路為非對稱形，完全也有可能用這種擠出式透鏡實現，那樣燈珠顆數與功率將更有靈活性，也是本技術方案的拓展領域，相信這種配光的設計方案在室外應用中可以從這款護欄燈開始，由于非常有普遍性，帶來越來越多的應用，具有非常廣闊的應用前景。