CN111750337A - 一种反光杯模组及模组中反光杯的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反光杯模组，以及反光杯模组中的反光杯的设计方法。其中，反光杯模组包括反光杯和倒置的LED光源，反光杯的杯口与LED光源的底面齐平，且反光杯与LED光源的中心轴相同；在反光杯的内表面上划分有层状排列的弧面，且每一层弧面又进一步划分形成了面积相同的反射格纹；随着弧面层数的增加，反射格纹的面积从底部向顶部递增。在该反光杯模组中，LED光源与反光杯的相对位置确定，同时反光杯上设置了弧面，而弧面上的反射格纹则对LED光源的光线进行定向控制，全部进行反射，达到无眩光的照明效果。反光杯的设计方法利用对称和递增等曲面设计原理，并按照光线相互辉映、补偿情况，使其利于LED光源发出的光线满布又可更好得分光混光。

Description

一种反光杯模组及模组中反光杯的设计方法

技术领域

本发明涉及LED照明的技术领域，尤其是涉及一种反光杯模组及模组中反光杯的设计方法。

背景技术

LED灯是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，其采用LED（Light-emitting Diode，发光二极管）技术作为发光源，可以直接将电能转化为光能，不同种类的LED能够发出各种颜色的不同波长的光线。由于LED灯具有高亮度、低耗能、环保、寿命长、耐冲击性和性能稳定的优点，使得其在照明领域得到了广泛的应用。

在一些需要重点照明的场所，如商场、展示厅和博物馆等，LED灯通过设置反光碗或反光杯，达到反射控制全部LED光线，使光线只照射重点区域。

在现有的LED重点照明灯中，反光杯的种类式样多变，但大多数反光杯的开口方向与LED光源的出光方向相同，只能控制入射在侧壁的光线，而出光口处的光线直接出射，形成直射光。也有一些LED重点照明灯，反光杯的开口方向与LED光源的出光方向相反，但由于LED光源的位置设置问题，在重点照明时一部分的直射光出射后会散开，仅少量照射在目标物体上，灯具光束角越小越明显。这样不仅会浪费资源，而且这部分光线还会直射人眼，对眼镜造成伤害。

为此，有必要对现有的反光杯模组进行优化设计，将其应用到重点照明灯具时，对LED光源的光线进行控制，从而不产生直射光，达到无眩光的照明效果。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种反光杯模组以及该模组中的反光杯的设计方法，该反光杯模组在将LED光源倒置于反光杯的前提上，使反光杯的杯口与LED光源的底面齐平，而且反光杯的中心轴与LED光源的中心轴相同，确定LED光源与反光杯的相对位置；同时反光杯上设置了弧面，而弧面上的反射格纹则对LED光源的光线进行定向控制，全部进行反射，达到无眩光的照明效果。

该反光杯的设计方法利用对称和递增等曲面设计原理，并按照光线相互辉映、补偿情况，对反光杯的图样进行优化，与反光杯的曲面结合，使其利于光线满布又可更好得分光混光，在保证反光杯可对LED光源的光线全部反射达到无眩光的照明效果的同时，又具有整体美感。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种反光杯模组，包括反光杯和倒置的LED光源，所述反光杯的杯口与所述LED光源的底面齐平，且所述反光杯与LED光源的中心轴相同；在所述反光杯的内表面上划分有层状排列的弧面，且每一层弧面又进一步划分形成了面积相同的反射格纹；随着弧面层数的增加，反射格纹的面积从底部向顶部递增。

在该反光杯模组中，LED光源是倒置于反光杯中的，而且反光杯的杯口与LED光源的底面是齐平的，同时，反光杯与LED光源的中心轴相同，确定LED光源与反光杯的位置关系；在这基础上，反光杯内表面的每层弧面上，划分了面积相同的反射格纹，反射格纹对LED光源发出的光线进行定性控制，这样反光杯实现对LED光源的控光和混光，使LED光源发出的光线被反光杯全部反射，出射到重点照明区域，消除了直射光和杂散光，避免了直射光和杂散光产生的眩光问题，提高照明舒适度。

作为本发明的技术方案的进一步描述，在每一层所述的弧面上，相邻的反射格纹之间紧密连接。反射格纹之间的紧密连接结构，这种连接方式为相互紧密衔接，使LED光源发出的光线都会在反射格纹上进行反射，从而对每束光线的出射进行控制。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述反射格纹的截面为三角形、四边形、五边形或六边形。发射格纹为规则的板块结构，其截面可以根据光路方向控制的需要，设置为三角形、四边形、五边形或六边形，使其满足出射光线的控制。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述LED光源发出的光线全部经由反光杯的反射格纹控制并反射，这样极大程度地将光线照射在目标物体上，不产生直射光，达到无眩光的效果。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述反射格纹与水平面之间形成倾斜角θ，所述倾斜角θ的角度范围为30~50°。根据照明目标的情况，对倾斜角的角度和反射格纹的面积进行控制，通过对反射格纹的倾斜角的角度进行控制，使光线的出射角度灵活可控。

本发明还提供了上述放光杯模组中的反光杯的设计方法，具体包括以下步骤：

（1）S1. 根据目标灯具的大小和目标投照物的大小，确定反光杯的曲面母线函数，并根据曲面母线函数，确定母线并作出反光杯的曲面；

所述曲面母线函数符合以下函数式：

f(x)=A₃x³+A₂x²+A₁x+B；

其中，A₃、A₂和A₁为曲面母线函数的函数系数，其与目标灯具的大小、目标投照物的大小以及应用场景相关并进行调整取值；B为反光杯的高度；

（2）S2. 绘制初始版图，所述初始版图为在两个对称的大圆弧的一侧开设一段小圆弧；

所述大圆弧的弧长为πR₁n₁/180°，所述R₁为反光杯的杯口半径，所述n₁为大圆弧的圆心角；

R₁的值可取大于反光杯杯口半径的1/2的值；

所述小圆弧的弧长为πR₂n₂/180°，所述R₂为反光杯底部一圆面的半径，所述n₂为小圆弧的圆心角；R₂大于LED光源的光源发光面半径

所述大圆弧和小圆弧的的圆心角均为120°；

将初始版图沿着原点按间隔度数m°，按“圆周旋转阵列”的命令旋转360°，形成基本图样；

（3）S3. 根据S2的基本图样对S1的反光杯的曲面进行正面切分，所述反光杯的曲面被分割成多个小块面，同一竖列上的小块面自下往上沿着曲面形成了小基元面；

选择一竖列的小基元面进行编辑，所述编辑包括曲率均匀化、交叉面多余部分消除和边缘切除，以及小块面的曲度和面型的再编辑；在小基元面中，编辑后的小块面形成为反射格纹；

在完成一竖列的小基元面编辑后，对相邻两竖列的小基元面也进行编辑；编辑后的相邻三列小基元面，形成基元面；

（4）S4. 在反光杯的曲面上按照m°的间隔度数，并按“圆周旋转阵列”的命令旋转基元面，对反光杯曲面的其余小基元面和基元面进行格式化批量编辑处理，完成反光杯的曲面、内表面和整体的设计处理。

作为本发明的设计方法技术方案的进一步描述，在S1中，所述曲面母线函数符合以下函数式：

f(x)= -5*10^-6x³-0.0095x²+0.047x+27；

作为本发明的设计方法技术方案的进一步描述，所述间隔度数m°为8°。

作为本发明的设计方法技术方案的进一步描述，所述编辑为三维绘图编辑。

作为本发明的设计方法技术方案的进一步描述，反光杯的所有小基元面完成编辑处理后，反射格纹紧密并排列在一起，形成层状排列的弧面。

基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：

（1）本发明提供的反光杯模组，在将LED光源倒置于反光杯的前提上，使反光杯的杯口与LED光源的底面齐平，二者的中心轴相同；同时反光杯上设置了弧面，而弧面上的反射格纹则对LED光源的光线进行定向控制，全部进行反射，避免了直射光产生的眩光问题，达到无眩光的照明效果，保护人眼健康。

（2）本发明的反光杯模组，反射格纹之间紧密衔接，使LED光源发出的光线都会在反射格纹上进行反射，从而对每束光线的出射进行控制，同时根据目标照射角度，对反射格纹的形状和倾斜角进行控制，极大程度地将光线照射在目标物体上。

（3）在本发明的反光杯模组的反光杯的设计方法中，其利用对称和递增等曲面设计原理，并按照光线相互辉映、补偿情况，对反光杯的图样进行优化，与反光杯的曲面结合，使其利于光线满布又可更好得分光混光，在保证反光杯可对LED光源的光线全部反射达到无眩光的照明效果的同时，又具有整体美感。

附图说明

图1为本发明的反光杯模组的结构示意图。

图2为本发明的反光杯模组的截面图。

图3为本发明的反光杯的结构示意图。

图4为本发明的反光杯的俯视图。

图5为本发明的反射格纹的倾斜角的示意图。

图6为本发明的反光杯的曲面母线的示意图。

图7为本发明的反光杯的初始版图和基本图样的示意图。

图8为本发明的反光杯的小基元面图和基元面的示意图。

图9为本发明的反光杯的基元面的编辑处理过程图。

图10为本发明的反光杯对光线控制的光线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

图1和图2分别给出了本实施例的反光杯模组的结构示意图和截面图，图3和图4则分别给出了本实施例的反光杯的结构示意图和俯视图，结合参考图1~图4，一种反光杯模组，包括反光杯1和LED光源2，其中，LED光源2是倒置在反光杯1中的，即LED光源2的出光面朝向反光杯1；在反光杯1和LED光源2的位置关系上，反光杯1的杯口与LED光源2的底面齐平，且反光杯1与LED光源2的中心轴相同，如图1所示，二者的中心轴为Y。

在确定了反光杯2与LED光源2位置关系的基础上，反光杯1的内部表面设置了呈现层状排列的弧面11，即在反光杯的内表面上划分形成了多层的环形弧面11，进一步地，在每一层弧面11上又划分了多个反射格纹111。每一层弧面上的发射格纹111的面积是相同的。

如图3和图4所示，在反光杯中，随着弧面层数的增加，反射格纹的面积从底部向顶部递增，即反射格纹的面积由下至上逐层增加，A_n+1＞A_n（n为发射格纹所在的层数，n≥1）。

需要说明的是，在每一层的弧面上，相邻的反射格纹之间紧密连接，这种紧密连接方式为相互紧密衔接、镶接，使LED光源发出的光线都会在反射格纹上进行反射，从而对每束光线的出射进行控制。

根据光路方向控制的需要，发射格纹设置为规则的板状结构，其截面可以为三角形、四边形、五边形或六边形。在本实施例中，反射格纹的截面设置为三角形，使LED光源发出的光线全部经由反光杯的反射格纹控制并反射，这样极大程度地将光线照射在目标物体上，不产生直射光，达到无眩光的效果。

图5为实施例的反射格纹的倾斜角的示意图，如图5所示，反射格纹与水平面之间形成倾斜角θ，倾斜角θ的角度范围设置在30~50°，这样可以根据照明目标的情况，对倾斜角的角度和反射格纹的面积进行控制，使光线的出射角度灵活可控。

在本实施例提供的反光杯模组中，通过对反光杯与LED光源的位置进行限定，同时对反光杯的弧面和反射格纹件优化设计，从而使反光杯能定性控制LED光源发出的光线，这样反光杯实现对LED光源的控光和混光，使LED光源发出的光线被反光杯全部反射，出射到重点照明区域，消除了直射光和杂散光，避免了直射光和杂散光产生的眩光问题，提高照明舒适度。

实施例2

本实施例主要呈现反光杯模组的反光杯的设计方法以及制作过程。

图6给出了本实施例在设计反光杯过程中，反光杯的曲面母线的示意图；图7给出了本实施例设计反光杯过程中，反光杯的初始版图和基本图样的示意图；以及图8给出了本实施例设计反光杯过程中，反光杯的小基元面图和基元面的示意图；结合参考图6~图8，反光杯模组的反光杯的设计方法，具体包括以下步骤：

（1）S1. 根据目标灯具的大小和目标投照物的大小，确定反光杯的曲面母线函数，并根据曲面母线函数，确定母线并作出反光杯的曲面。

设计过程中，根据目标灯具的尺寸大小和目标投照物的尺寸大小，以及光线的整体控制情况，需要一个合适的反光杯曲面，该曲面作为反光的基础面，其曲面母线函数符合以下函数式：

f(x)=A₃x³+A₂x²+A₁x+B；其中，A₃、A₂和A₁为曲面母线函数的函数系数，其与目标灯具的大小、目标投照物的大小以及应用场景相关，并进行调整取值；B为反光杯的高度；具体参数可根据照射需求和具体应用，调整参数，在本实施例中，如图6的曲面母线所示，曲面母线a的函数式为f(x)= -5*10^-6x³-0.0095 x²+0.047x+27。当然，可以调整曲线的空间曲率对光路进行宏观把握。

（2）S2. 绘制初始版图，初始版图为在两个对称的大圆弧的一侧开设一段小圆弧；其中，大圆弧的弧长为πR₁n₁/180°，R₁为反光杯的杯口半径，n₁为大圆弧的圆心角；小圆弧的弧长为πR₂n₂/180°，R₂为反光杯底部一圆面的半径，n₂为小圆弧的圆心角。

需要说明的是，R₁的值可以取大于反光杯杯口半径一半的值，例如本专利其中一个实施例，反光杯的半径为55mm，大圆弧的半径可以取大于27.5mm的任意值，即大于55/2mm。小圆弧的半径R₂取值为5mm。

具体来说，在本实施例中，该初始版图的绘制过程是，先以120°的圆心角，以反光杯的杯口半径为R₁制作一段大圆弧b1，其弧长为2πR₁/3，然后进行对称处理，制作出另一段大圆弧b2，并形成两个相等的对称大圆弧；在这两个大圆弧的一侧，以交点为原点、以120°圆心角，以反光杯底部一圆面的半径R₂制作一段小圆弧b3，即两个对称的大圆弧的一侧开设了一段小圆弧，形成了初始版图b。需要说明的是，反光杯底部一圆面的半径R₂大于LED光源的光源发光面半径。这个反光杯底部的圆面的大小可以根据LED光源的光源发光面半径进行设置。

将初始版图b沿着原点按8°的间隔度数，按“圆周旋转阵列”的命令旋转360°，形成了基本图样c。需要说明的是，“圆周旋转阵列”为三维编辑的命令，即沿着原点，将初始版图b进行圆周旋转，旋转的间隔度数为8度。

（3）S3. 根据S2的基本图样c对S1的反光杯的曲面进行正面切分。在空间有了曲面母线函数f(x)= -5*10^-6x³-0.0095x²+0.047x+27的曲面作为基础面，又有了基本图样c，接着在曲面上根据基本图样c对曲面进行正面切分，这样反光杯的曲面被分割成多个小块面d1，同一竖列上的小块面自下往上沿着曲面形成了小基元面d2。

选择一竖列的小基元面d2进行编辑，所述编辑包括曲率均匀化、交叉面多余部分消除和边缘切除，以及小块面d1的曲度和面型的再编辑；在小基元面d2中，编辑后的小块面形成为反射格纹。在小基元面d2作空间图例，小基元面d2的绘制是由正圆曲线段合成的，因此形成的曲面的曲率在空间上均匀过渡；同时对小块面d1进行逐个编辑，最终完成一竖列的小基元面d2编辑。这些编辑为三维绘图编辑。

由于编辑过程中，小基元面是规则的，且每块曲面之间有交叉，为了使交叉面过渡自然，因此在处理交叉面时，需要将交叉边缘多余的部分消除，保留中间的曲面。

在完成一竖列的小基元面d2编辑后，对相邻两竖列的小基元面也进行编辑；编辑后的相邻三列小基元面，形成基元面d3。

图9给出了在本实施例的放光杯的设计过程中，反光杯的基元面的编辑处理过程图，如图9所示，相邻三列的小基元面形成了第一处理基元面d31，相邻的小基元面之间是有重叠和交叉的，因此在相互剪切的基础上切掉交叉边缘多余的部分后，最终得到每相邻两列的小基元面之间没有间隙，没有交叠，自然衔接，曲面曲率合适且过度均匀，形成了第二处理基元面d32。进一步地，对第二处理基元面d32修剪后切除边缘，形成了基元面d3。

（4）S3. 在反光杯的曲面上，按照8°的间隔度数，并按照圆周旋转阵列的命令旋转基元面d3，对反光杯曲面的其余小基元面和基元面进行格式化批量编辑处理，完成反光杯的曲面和内表面处理，外表面可以经过光滑处理或格纹化处理，最终完成反光杯的整体设计处理。反光杯的所有小基元面完成编辑处理后，反射格纹紧密并排列在一起，形成层状排列的弧面。

（5）光路模拟。在光路控制上对设计好的反光杯进行光路模拟，加设LED光源，根据LED光源的尺寸大小、出射光线和反射光线的路径，对放光杯对应的反光杯模组的控光混光效果进行测试和评估。

图10给出了本实施例的反光杯对LED光源的光线进行控制的光线示意图，如图10所示，本实施例利用对称和递增等曲面设计原理，并按照光线相互辉映、补偿情况，设计出全面反射的反光杯，并对反光杯的图样进行优化，与反光杯的曲面结合，使其利于光线满布又可更好得分光混光，从而对出射光线e和反射光线f全面进行控制。其在保证反光杯可对LED光源的光线全部反射达到无眩光的照明效果的同时，又具有整体美感，具有艺术特质。

以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种反光杯模组，其特征在于，包括反光杯（1）和倒置的LED光源（2），所述反光杯（1）的杯口与所述LED光源（2）的底面齐平，且所述反光杯（1）与LED光源（2）的中心轴相同；在所述反光杯（1）的内表面上划分有层状排列的弧面（11），且每一层弧面（11）又进一步划分形成了面积相同的反射格纹（111）；随着弧面层数的增加，反射格纹（111）的面积从底部向顶部递增。

2.根据权利要求1所述的反光杯模组，其特征在于，在每一层所述的弧面（11）上，相邻的反射格纹（111）之间紧密连接。

3.根据权利要求1所述的反光杯模组，其特征在于，所述反射格纹（111）的截面为三角形、四边形、五边形或六边形。

4.根据权利要求1所述的反光杯模组，所述LED光源（2）发出的光线全部经由反光杯的反射格纹（111）控制并反射。

5.根据权利要求1所述的反光杯模组，所述反射格纹（111）与水平面之间形成倾斜角θ，所述倾斜角θ的角度范围为30~50°。

6.一种如权利要求1~5任一所述的反光杯模组中的反光杯的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）S1. 根据目标灯具的大小和目标投照物的大小，确定反光杯的曲面母线函数，并根据曲面母线函数，确定母线并作出反光杯的曲面；

所述曲面母线函数符合以下函数式：

f(x)=A₃x³+A₂x²+A₁x+B；

其中，A₃、A₂和A₁为曲面母线函数的函数系数，其与目标灯具的大小、目标投照物的大小以及应用场景相关并进行调整取值；B为反光杯的高度；

（2）S2. 绘制初始版图，所述初始版图为在两个对称的大圆弧的一侧开设一段小圆弧；

所述大圆弧的弧长为πR₁n₁/180°，所述R₁为反光杯的杯口半径，所述n₁为大圆弧的圆心角；

所述小圆弧的弧长为πR₂n₂/180°，所述R₂为反光杯底部一圆面的半径，所述n₂为小圆弧的圆心角；

所述大圆弧和小圆弧的的圆心角均为120°；

将初始版图沿着原点按间隔度数m°，按“圆周旋转阵列”的命令旋转360°，形成基本图样；

（3）S3. 根据S2的基本图样对S1的反光杯的曲面进行正面切分，所述反光杯的曲面被分割成多个小块面，同一竖列上的小块面自下往上沿着曲面形成了小基元面；

选择一竖列的小基元面进行编辑，所述编辑包括曲率均匀化、交叉面多余部分消除和边缘切除，以及小块面的曲度和面型的再编辑；在小基元面中，编辑后的小块面形成为反射格纹；

在完成一竖列的小基元面编辑后，对相邻两竖列的小基元面也进行编辑；编辑后的相邻三列小基元面，形成基元面；

（4）S4. 在反光杯的曲面上按照m°的间隔度数，并按“圆周旋转阵列”的命令旋转基元面，对反光杯曲面的其余小基元面和基元面进行格式化批量编辑处理，完成反光杯的曲面、内表面和整体的设计处理。

7.根据权利要求6所述的反光杯的设计方法，其特征在于，在S1中，所述曲面母线函数符合以下函数式：

f(x)=-5*10^-6x³-0.0095x²+0.047x+27。

8.根据权利要求6所述的反光杯的设计方法，其特征在于，所述间隔度数m°为8°。

9.根据权利要求6所述的反光杯的设计方法，其特征在于，所述编辑为三维绘图编辑。

10.根据权利要求6所述的反光杯的设计方法，其特征在于，反光杯的所有小基元面完成编辑处理后，反射格纹紧密并排列在一起，形成层状排列的弧面。

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