一种遮光角可控的小孔出光灯具的制作方法

本发明涉及防眩灯具技术领域，更具体地说，涉及一种遮光角可控的小孔出光灯具。

背景技术：

LED作为一种新型光源，因为其环保、光效高、寿命长等优势，已逐步成为主流的照明光源。目前，LED灯具种类繁多，形式多样。LED的发光尺寸比较集中，且发光角度约为120度的单面发光体，相比于之前的传统光源更容易通过光学设计达到理想的配光。且由于LED比较紧凑，更容易设计出美观，具有艺术气息的灯具，越来越受到大家的青睐。

但也正是因为LED比较紧凑，点亮的裸光源LED会非常“刺眼”，而人眼正常的注意视线范围是平视上方30°到下方60°，在这个范围内出现刺眼的光线，就会形成眩光。如果灯具发出的光线全部控制在＜60°的截光角之内，就可以达到很好的防眩效果。为了解决LED灯具的眩光问题，现有技术中存在多种方案，例如在LED灯具表面设置乳白扩散板，或二次光学透镜来控制眩光。这种方案多是避免光源的光线直射入射到人眼来实现防眩光。虽然这种方案在一定程度上能够降低光线强度，但LED灯具依然看上去很“刺眼”；如果扩散板的透光率较低，使整体的照明水平被减弱，得不偿失。

调研发现，LED灯具的主要防眩办法是在灯具前面加挡光板或者格栅，这两种方法都容易影响灯具的外观，且对灯具的出光效率有较大的影响。目前，各大灯具厂商与用户都特别重视灯具的防眩处理，希望能有一种新型有效的方法来满足防眩要求。

综上分析可知，目前灯具防眩的主要问题在于如何控制灯具的遮光角，如果可以把遮光角控制在使用需求的范围内，将能够达到较好的防眩效果，这是灯具防眩的关键所在。

经过对该技术的检索，中国专利申请号：201320312933.5，申请日：2013年5月31日，发明创造名称为：一种无眩光LED灯具，该申请案公开了一种无眩光LED灯具，包括LED灯和成像镜，还包括灯筒、第二透镜和成像片，所述灯筒包括筒体和筒头，第二透镜固定于所述筒头上，LED灯固定于筒体尾部，成像片和成像镜沿筒体尾部向前的方向依次设置于筒体内。该方案的无眩光LED灯具，可以照射出无眩光的光斑，且光斑亮度由中心点到边缘基本一致。该方案利用两个透镜来控制光线，但直接射出的光线较为分散，虽然不会有光斑，但灯具的遮光角过小，仍然会出现眩光的情况。

此外，部分灯具在反射器下部连接防眩圈，照射到防眩圈的二次光线被吸收，从而达到防眩目的，但增加了结构的复杂性，而且不能够从本质上解决眩光问题。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中灯具的遮光角不易控制的不足，提供了一种遮光角可控的小孔出光灯具，本发明通过位于焦点处的小孔出光来控制灯具的遮光角，达到较好的光线控制效果，能够有效解决灯具的眩光问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：本发明的一种遮光角可控的小孔出光灯具，包括装有光源的灯座，其特征在于：还包括出光罩，其一端与灯座连接，另一端设有出光孔，出光孔尺寸等于或大于光源发光面尺寸，且小于出光透镜元件对应尺寸的1/2；

光学元件，其包括聚光元件及所述出光透镜元件，光源位于聚光元件焦点O₁处，出光透镜元件的焦点O₂与出光孔所在面对应。

作为本发明更进一步的改进，所述出光孔所在面位于出光透镜元件的焦平面两侧0～5mm范围内。

作为本发明更进一步的改进，出光罩的侧壁位于出光透镜元件最外侧光线所围区域的外侧。

作为本发明更进一步的改进，出光罩围成出光孔的壳体壁厚不大于3mm。

作为本发明更进一步的改进，所述出光罩的外端设有遮光板，出光孔开设在遮光板上。

作为本发明更进一步的改进，所述出光罩内侧壁向中部倾斜，两侧壁的夹角不小于凸透镜最外侧光线形成的夹角。

作为本发明更进一步的改进，所述聚光元件为TIR透镜或反光杯或菲涅尔透镜。

作为本发明更进一步的改进，出光透镜元件为平凸透镜或双凸透镜或菲涅耳凸透镜。

作为本发明更进一步的改进，所述聚光元件为TIR透镜，凸透镜为平凸透镜，TIR透镜与平凸透镜为一体结构。

作为本发明更进一步的改进，所述灯具为旋转对称结构或条状结构。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种遮光角可控的小孔出光灯具，采用聚光元件来收集光能，并通过凸透镜把光线汇聚在焦点处，在焦平面位置设置出光孔，则只有光源发出的主要光线经过凸透镜的折射后能够射出，杂散光线虽然也能够穿射凸透镜，但由于光线路径不经过出光孔，无法射出，不会影响到灯具的光线出射，因而可实现对遮光角的精确控制，达到较好的防眩效果；

(2)本发明的一种遮光角可控的小孔出光灯具，对出光孔的尺寸及其与焦平面的距离做了限制，以保证杂散光线难以通过出光孔射出；此外，限制出光孔的壳体壁厚不大于3mm，则无法通过孔壁形成再次反射，可有效控制射出的光线角度；

(3)本发明的一种遮光角可控的小孔出光灯具，可在出光罩的外端设有遮光板，出光孔开设在遮光板上，遮光板与焦平面平行，即便出光罩会反射部分光线，由于遮光板的变向遮挡，光线难以射出，避免了杂散光线外射。

(4)本发明的一种遮光角可控的小孔出光灯具，很容易做到某个角度以上的完全截光，例如很容易做到截光角30度，即只在以灯具为中心点的60度锥形角区域内有光，这是普通灯具很难达到的；且由于LED光源与光学元件都“深藏”在出光孔内部，视觉效果上只会看到光从出光孔出射，却看不到发光源点，效果非常奇特。

附图说明

图1为灯具遮光角和截光角说明示意图；

图2为本发明灯具的截面结构示意图；

图3为本发明带有遮光板的灯具截面结构示意图；

图4为遮光板的结构示意图；

图5为出光罩的遮光区域示意图；

图6为TIR透镜与平凸透镜的结合结构示意图；

图7为凸透镜的光线折射示意图；

图8为反光杯结构的灯具结构示意图；

图9为菲涅尔透镜结构的灯具结构示意图；

图10为条状灯具结构示意图。

示意图中的标号说明：1、光源；2、灯座；3、光学元件；31、TIR透镜；32、平凸透镜；33、反光杯；34、菲涅尔透镜；4、出光罩；41、出光孔；42、遮光板。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

如图1所示，光源所发射光线最外沿与水平线之间的夹角为灯具的遮光角，最外沿光线与过光源中心的垂线之间的夹角为截光角，两者互余。根据不同的使用需求，可能需要控制截光角的大小，或者说是控制遮光角的大小。对于一般头顶灯而言，由于人眼视线在水平线以上30°范围内，所以一般的的灯具遮光角要大于30°。本发明便是通过小孔出光来实现对遮光角的控制，具体可参看以下实施例。

实施例1

结合图2，本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，包括装有光源1的灯座2，以及出光罩4和光学元件3，出光罩4与灯座2连接，其连接方式在本实施例中没有具体限制。光学元件3被装在出光罩4与灯座2所围2内腔中，用于汇聚光线和调整光线出光线路。

具体地，本实施例中出光罩4一端与灯座2连接，另一端设有出光孔41，出光孔41尺寸等于或大于光源1发光面尺寸，且小于出光透镜元件对应尺寸的1/2，出光罩4的侧壁位于出光透镜元件最外侧光线所围区域的外侧，不超过出光透镜元件最外侧光线所围的区域，以免挡住光线。如图5所示，非阴影部分为出光区域，出光罩4可以位于阴影区域内。

本实施例中所述的出光孔41尺寸是指其用于出光的最大尺寸，如果是圆孔，这该尺寸指直径，如果是矩形孔，这该尺寸指其宽度。即图2中截面上的横向尺寸。同理，光源1发光面尺寸也与其具体形状有关。对于光源及灯具的整体尺寸不同，对精度的要求自然不同，因此出光孔41的尺寸大小会有一定的范围波动。

本实施例中的光学元件3包括聚光元件和出光透镜元件，光源1位于聚光元件焦点O₁处，出光透镜元件的焦点O₂与出光孔41所在面对应，即出光透镜元件的焦点O₂位于出光孔41所在面或者有一定的距离差，出光孔41可位于焦平面前后8mm的范围内，本实施例优选为出光孔41与焦平面重合。

本实施例所说聚光元件即为普通灯具里的二次光学元件，光源自身带有光学元件，但发光角度约为120°，所以必须通过二次光学元件来控制发光角。现有技术中二次光学元件多为反光杯或TIR透镜或菲涅尔透镜，所汇聚的光线经过灯筒射出。由于聚光元件对光线的汇聚，其发光角减小，有一定的防眩光目的。

聚光元件的另一个作用在于增强有效照明区域的光照强度，由于光线的汇聚，亮度增加。为了进一步控制灯具的遮光角，通常会增加灯筒长度来防止较大角度的光线出射，这样就只能获得较小的照明空间；如果灯筒长度太短，又不能有效的控制遮光角，两者难以得到有效平衡，只能增加截光器或防眩圈或挡光板等来控制眩光。

而本实施例中增加了出光透镜元件，可以为凸透镜，利用出光透镜元件来再次聚光。具体地，使光源1位于聚光元件焦点O₁处，那么其光线基本能够被反射到出光透镜元件上，经过出光透镜元件的折射，光线汇聚在焦点O₂处，进而从出光孔41中射出。虽然聚光元件反射到出光透镜元件上的光线不完全是平行入射，但经过出光透镜元件折射后，都会在焦平面汇聚，由于只在光源轴线方向开设有出光孔41，那么只有通过其焦点的光线才能出射，且出射光线的最大角度为透镜焦点与出光透镜元件最处延点的连线与垂直线的夹角。也就是说，通过凸透镜与出光孔便可控制灯具的遮光角。

值得说明的是，由于部分光线不是严格经过焦点O₂出射，可能会在出光罩4上反射后通过出光孔41，因此，必须控制出光孔41尺寸。如果出光孔41尺寸较小，虽然能够避免杂光的进入，但光源1的出射光线损失较多，灯具功率损失较大。

根据凸透镜的原理，平行入射到凸透镜的光线都会汇聚到焦点，但实际中光源并不是点光源而是扩展面光源，因此绝大部分在经过焦平面的时候都会偏离焦点。因此，可以使出光孔41尺寸等于或略大于光源1发光面尺寸，其差值可控制在0～5mm。为了更好地控制遮光角，本实施例优选出光孔41尺寸等于发光面尺寸。

实施例2

本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：出光孔41所在面位于出光透镜元件的焦平面两侧0～5mm范围内。

如果是使出光孔41所在面与凸透镜的距离小于凸透镜焦距，在出光孔尺寸不变的情况下，出光罩4势必会遮挡光线，发光效率没有得到充分利用。其间距如果是大于凸透镜焦距，也可能会遮挡部分光线，而且容易产生反射，因此要把距离控制在较小范围内，优选为2mm。而且此时出光罩的遮光区域不超过出光透镜元件最外侧光线所围的区域。

实施例3

本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例中出光罩4围成出光孔41的壳体壁厚不大于3mm。如果壳体厚度过大，一方面可能会阻挡一部分光线，另一方面，一些杂余光线可能会在孔壁上形成再次反射，将会导致部分光线出射而影响对遮光角的控制，影响防眩效果。

如果是薄板材料，依靠薄板边缘即可形成出光孔，即由薄板棱边围成出光孔，其厚度一般在1mm以内。

实施例4

结合图3、图4，本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例3相同，其不同之处在于：出光罩4的外端设有遮光板42，出光孔41开设在遮光板42上。遮光板42内壁与出光孔41所在面平行，进而可有效阻挡杂散光线。

对于一般灯具而言，之所以难以达到较好的防眩效果，主要原因是光线的再次反射，杂散光线的反射很难得到有效的控制。而本实施例首先是利用小孔出光，主要光线可经过出光孔射出，而其他杂散光线能够被遮光板挡住，有效防止光线向外出射。另外，控制遮光板42厚度在1mm内，可进一步避免出光孔内壁反射光线。

实施例5

本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例4相同，其不同之处在于：本实施例中出光罩4内侧壁向中部倾斜，两侧壁的夹角不小于凸透镜的发光角。出光罩4与灯座2相连的一端可能带有螺纹，或者采用其他方式连接，没有具体限制。而出光罩4靠近出光孔41的一端，其内壁向中部倾斜才能形成出光孔。但如果两侧壁之间夹角过小，可能会阻挡光线，因此，限制两侧壁的夹角不小于凸透镜最外沿光线之间的夹角。

实施例6

结合图6，本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例5相同，其不同之处在于：本实施例中凸透镜为平凸透镜，聚光元件为TIR透镜31。TIR透镜31具有较大的光能利用率，相对于其他透镜光能利用率较高。而平透镜能够实现光线的汇聚，把其与TIR透镜31结合，两者可以采用一体结构，形成一个整体。

进一步地，本实施例中的光源1为点光源，灯具可采用旋转对称结构，则对应的TIR透镜31、平凸透镜、出光罩4均为旋转体。

实施例7

结合图8，本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例6相同，其不同之处在于：本实施例中凸透镜为平凸透镜，聚光元件为反光杯33。需要注意的是，反光杯33的母线为抛物线，其焦点在O₁处。本实施中的平凸透镜也可采用双凸透镜，没有具体限制。光学元件的本体材料包括但不限于PMMA、PC、玻璃等透明材料，反光杯的表面需为镜面反射面。

根据凸透镜成像原理，光线会被折射到O₂位置处，出光孔射出的光线区域基本由凸透镜控制。结合图7，若凸透镜焦距较小，则发光角较大，灯具的遮光角变小；若凸透镜焦距较大，这对应发光角较小，灯具的遮光角较大。由此可知，通过凸透镜的选用可以控制灯具的遮光角，而不需要再配合反射器或者是遮光圈进行遮光角的限制，能够根据使用环境进行灯具的指定，可有效控制眩光。

实施例8

结合图9，本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例7相同，其不同之处在于：本实施例中凸透镜为菲涅尔透镜34，聚光元件也为菲涅尔透镜34。菲涅尔透镜34厚度较小，具有更小的体积。凸透镜也可以采用平凸透镜，其与菲涅尔透镜34组合也有具较好的出光效果，不在一一赘述。

实施例9

本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例8相同，其不同之处在于：本实施例中的光源1为点光源，灯具为长条状结构，即灯座2可以为长条状，但沿灯座2长度方向排布有多个光源1，每个光源1均配套有对应的光学元件3和出光罩4。

实施例10

结合图10，本实施例的一种遮光角可控的小孔出光灯具，其基本结构与实施例9相同，其不同之处在于：光源1为条状光源，焦点形成一条线，灯具为对应的长条状拉伸结构，则相应的光学元件3及出光罩4均为对应的条状，关于长度方向的中截面对称。

本发明采用聚光元件来收集光线，并通过凸透镜把光线汇聚在焦点处，在焦平面上设置出光孔，则只有光源发出的主要光线经过凸透镜的折射后能够射出，其它部分杂散光线虽然也能够穿射凸透镜，但由于光线路径不经过出光孔，无法射出，不会影响到灯具的发光角度，因而可实现对遮光角的精确控制，达到较好的防眩效果；

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。