CN107588338A - 一种led灯具配光系统及其照明系统 - Google Patents
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Abstract
一种LED灯具配光系统及其照明系统，所述照明系统包括一个LED灯具配光系统，以及至少一个被照射面。所述LED灯具配光系统包括一个LED芯片，一个透镜，以及一个反光装置。所述透镜包括一个透镜光轴，一个光源设置槽，以及一个出射面。所述光源设置槽包括一个第一轮廓线，所述出射面包括一个第一出射面轮廓线。所述第一轮廓线与第一出射面轮廓线完成对所述LED芯片的出射光朝靠近所述透镜光轴的汇聚。所述光源设置槽包括一个第二轮廓线，所述出射面包括一个第二出射面轮廓线，所述第二轮廓线与所述第二出射面轮廓线完成对所述LED芯片的出射光朝远离所述透镜光轴的扩散。所述被照射面垂直于所述反射板及所述透镜光轴。该照明系统可以为用户提供特定的照明效果，以满足用户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明系统，特别是一种可以提供特定照明效果的LED灯具配光系统及其照明系统。
背景技术
在一般的日常生活中，随处都可见到各种照明设备，例如，日光灯、路灯、台灯、艺术灯等。在上述的照明设备中，传统上大部分是以钨丝灯泡作为发光光源。近年来，由于科技日新月异，已利用发光二极管(LED)作为发光来源。甚者，除照明设备外，对于一般交通号志、广告牌、车灯等，亦都改为使用发光二极管作为发光光源。如前所述，使用发光二极管作为发光光源，其好处在于省电，且亮度更大，故于使用上已逐渐普通化。
随着照明技术的发展，人们对光源的要求越来越高，比如光斑的大小，光照的方向，甚至是光的照度，色度，以及流明值。特别是在一些洗墙灯，人们非常希望有特定形状的光斑，如方形，例如长方形等。但是对于一些筒灯等类似的点光源，其往往难以做到方形光斑。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可以提供特定照明效果的LED灯具配光系统及其照明系统，以克服上述不足。
一种LED灯具配光系统，其包括一个LED芯片，一个设置在所述LED芯片的出光方向上的透镜，以及一个设置在所述透镜的出光方向上的反光装置.所述LED芯片包括一个芯片光轴.所述透镜包括一个与所述芯片光轴重合设置的透镜光轴，一个与该透镜光轴相交的光源设置槽，以及一个接收所述光源设置槽的出射光的出射面。所述光源设置槽为一个面对称结构。在沿所述透镜光轴并平行水平面的截面上，所述光源设置槽包括一个第一轮廓线，所述出射面包括一个第一出射面轮廓线。所述第一轮廓线与第一出射面轮廓线完成对所述LED芯片的出射光朝靠近所述透镜光轴的汇聚。在沿所述透镜光轴并垂直于水平面的截面上，所述光源设置槽包括一个第二轮廓线，所述出射面包括一个第二出射面轮廓线，所述第二轮廓线与所述第二出射面轮廓线完成对所述LED芯片的出射光朝远离所述透镜光轴的扩散。所述反光装置包括一个反射板，所述反射板垂直于所述第二轮廓线与第二出射面轮廓线所形成的平面。
进一步地，所述第一出射面轮廓线的曲率大于所述第一轮廓线的曲率。
进一步地，所述第二出射面轮廓线的曲率小于所述第一轮廓线的曲率。
进一步地，在沿所述透镜光轴并平行于水平面的截面上，所述第二出射面轮廓线包括两段弧形线，以及一条由该两段弧形线相交而形成且与所述透镜光轴相交的交线，该交线与水平面平行。
进一步地，所述透镜以所述交线与透镜光轴所在的平面为对称面。
进一步地，所述透镜以垂直于所述交线与透镜光轴所在的平面为对称面。
进一步地，在所述第二出射面轮廓线上，该第二出射面轮廓线的扩散角朝远离所述交线的方向逐渐减小以使朝远离所述交线的方向所获得的光线逐渐变多。
一种照明系统，包括如上所述的LED灯具配光系统，以及至少一个分别与所述LED灯具配光系统对应的被照射面。所述被照射面垂直于所述反射板及所述透镜光轴。在沿所述透镜光轴并平行于水平面的截面上，所述第二出射面轮廓线包括两段弧形线，以及一条由所述两段弧形线相交而形成的交线。该交线与所述透镜光轴相交，且与水平面平行。以所述交线为界并在沿所述透镜光轴且平行于水平面的截面上，靠近所述反射板一侧的第二出射面轮廓线的出射光射向所述反射板，该反射板的反射光线与所述远离所述反射板一侧的第二出射面轮廓线的出射光在所述被照射面上形成的光斑重合。
进一步地，在所述第二出射面轮廓线上，该第二出射面轮廓线的扩散角朝远离所述交线的方向逐渐减小以使朝远离所述交线的方向所获得的光线逐渐变多。
进一步地，所述扩散角小的一侧射向所述透镜离所述被照射面最远的一侧。
与现有技术相比，通过对透镜的出射面以及光源设置槽的在垂直于水平面与平行于水平面两个方向的轮廓线的结构设计，以及在所述反射板的作用下，该透镜的出射光在被照射面上所形成的光斑将基本上为一个长方形光斑，从而可以为用户提供特定的照明效果，以满足用户的需求。
附图说明
以下结合附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明所提供的一种照明系统的结构及光路示意图。
图2为图1的照明系统所具有的透镜在沿所述透镜光轴且平行于水平面的截面上的结构示意图。
图3为图1的照明系统所具有的透镜在沿所述透镜光轴且垂直于水平面的截面上的结构示意图。
图4为图1的照明系统在平行于水平面上的光路示意图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅作为实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
请参阅图1至图4，其为本发明所提供的一种照明系统100的结构示意图。所述照明系统100包括一个LED灯具配光系统10，以及一个与所述LED灯具配光系统10对应的被照射面20。在实际应用中，所述LED灯具配光系统10可能会包括多个，这可以根据被照射面20的大小或多少来确定。在本实施例中，仅为了详细说明本发明，故仅示出一个LED灯具配光系统10和一个与该LED灯具配光系统10相对应的被照射面20。可以想到的是，该照明系统100还包括其他元器件，如柜体、安装等，以及用于设置LED灯具配光系统10的灯架，灯罩等组件，用于给LED模组10供电的电源等等，因为诸如此类的组件不为本发明的重点，在此不再赘述。
所述LED灯具配光系统10包括一个LED芯片11，一个设置在所述LED芯片11的出光方向上的透镜12，以及一个设置在所述透镜12的出光方向上的反光装置13。
所述LED芯片11包括一个芯片光轴111。本领域技术人员皆应当习知的是，任一个光源都应当具有一个光轴，其可以成为光学设计的导向。对于LED芯片11本身的结构及工作原理，其应当为现有技术，在此不再赘述。需要解释的是，LED芯片11的光照效果。LED芯片11近似于一个点光源，但是其所发出的光不为一个球形，而为一个半球形，即在任何一个沿光轴的截面上，其发光角度都为180度。因此，如果不对该LED芯片11的出射光线进行规制，该LED芯片11所形成的光斑将不能按照用户的需求来呈现。如果该LED芯片11的芯片光轴垂直于被照射面20，则其将形成一个圆形光斑。如不垂直于被照射面20，则会形成一个扇形光斑，且中间亮，边缘暗。
所述透镜12用于规制所述LED芯片11的出射光的出射路径以形成用户想要的光斑，其包括一个与所述芯片光轴111重合设置的透镜光轴121，一个与该透镜光轴121相交的光源设置槽122，以及一个接收所述光源设置槽122的出射光的出射面123。可以想到的是，所述透镜12还包括其他的一些功能结构，如透镜安装结构等。需要进一步说明的是，在一个灯具的安装中，特别是有一定形状的光斑的灯具，其安装都要求有一个参照物，如竖直的墙面或者水平的地面或天花板。因此，在本申请中，以一个水平面X为参照面或参照物，当该LED灯具安装时就要以该水平面X为参照面，才能得到本申请技术方案所规制的特定效果的光斑。
所述透镜光轴121与芯片光轴111的功用相同，其虽然是一个虚拟的线条，但是在光学设计中是必不可少的，其也是光学设计的导向。因此，在解释说明所述透镜12的结构时，多以所述透镜光轴121以及水平面为参照系，借以定位透镜12中的各个功能元件的位置关系。
所述光源设置槽122为一个面对称结构，其以沿透镜光轴121并垂直于水平面X的一个面为一个对称面，同时也以沿透镜光轴11并平行于水平面X的另一个面为另一个对称面。因此，所述透镜光轴121穿过所述光源设置槽122，同时该透镜光轴121与芯片光轴111重合，从而确定了所述LED芯片11的设置位置。
所述出射面123用于接收所述光源设置槽122的出射光，并根据设计要求将该出射光投向规定的方向，以达到形成特定光斑的目的。因此，该出射面123的形状决定了其出光的方向，但是由于所述出射面123的出光方向不仅与其本身的结构有关，还与所述光源设置槽122以及LED芯片11的出光方向有关，因此在下面将结合所述出射面123、光源设置槽122的结构，以及LED芯片11的出射光特点来说明本申请的技术方案所要形成的特定光斑的形状。
如图2和图4所示，在沿透镜光轴121并平行于水平面X的截面上，所述光源设置槽122包括一个第一轮廓线124，所述出射面123包括一个第一出射面轮廓线125。该第一轮廓线124与第一出射面轮廓线125完成对所述LED芯片11的出射光朝所述透镜光轴121方向的汇聚，从而使得所述LED芯片11在垂直于水平面X的方向上其光照范围收窄。为了达到该光学效果，所述第一出射面轮廓线125的曲率大于所述第一轮廓线124的曲率。需要进一步说明的是，所述图4应当为图1的俯视图。
如图3和图1所示，在沿透镜光轴122并垂直于水平面X的截面上，所述光源设置槽122包括一个第二轮廓线126，所述出射面123包括一个第二出射面轮廓线127。所述第二轮廓线126与所述第二出射面轮廓线127完成对所述LED芯片11的出射光朝远离所述透镜光轴121的扩散，从而使得所述LED芯片11在垂直于水平面X的方向上其光照范围会拉长。为了达到该光学效果，所述第二出射面轮廓线127的曲率小于所述第一轮廓线126的曲率。为了使在平行于水平面X的方向上所述透镜12的光照范围变得更长，在沿所述透镜光轴121并平行于水平面X的截面上，所述第二出射面轮廓线127包括两段弧形线128，以及一条由该两段弧形线128相交形成且与所述透镜光轴121相交的交线129。该交线129与水平面X平行。由于所述第二出射面轮廓线127包括两段弧形线128，其可以进一步增加在垂直于水平面X的方向上的光照范围。从光学角度上说，在所述第二出射面轮廓线127上，该每一个弧形段128的扩散角都朝远离所述交线129的方向逐渐减小以使朝远离所述交线129的方向所获得的光线逐渐变多，因为扩散角越小的地方，其出射光将射向离所述透镜12越远的地方，即扩散角小的一侧射向所述透镜12离所述被照射面20最远的一侧，从而可以弥补由于射向离所述透镜12较远的地方而造成的越多的光的衰减。
因为所述LED芯片11的出射光为一个半球形，且所述光源设置槽122也为一个面对称结构，因此，所述出射面123也应当为一个面对称结构。具体地，所述出射面123以所述交线129与透镜光轴121所在的平面为一个平行于水平面X的对称面，同时也以垂直于所述交线129与透镜光轴121所在的平面为一个垂直于水平面X的对称面。
所述反光装置13包括一个反射板131。可以想到的是，所述反光装置13不仅仅包括一个反射板131，其一定还包括其他功能结构，如组装结构，甚至反射膜等等，其应当为本领域技术人员所习知的技术，在此不再一一说明。仅为了简单，在本实施例的图中，仅示出一个平板。所述反射板131平行于所述透镜光轴121与水平面X。该反射板131的放置位置决定了最后所得到的光斑形状。在安装所述LED灯具时，应当所述被照射面20垂直于所述反射板131及所述透镜光轴121，以及水平面X。根据所述透镜12的第一、第二轮廓线124、126，第二、第二出射面轮廓线125、127与水平面X的位置关系，即可推导出所述反射板131与所述透镜12的位置关系，即所述反射板131平行于所述第一轮廓线124与第一出射面轮廓线127，并垂直于所述第二轮廓线125、第二出射面轮廓线127。同时，在组装所述反射板131时，应当以所述交线129为界并在沿所述透镜光轴121且垂直于水平面X的截面上，靠近所述反射板131一侧的第二出射面轮廓线127的出射光射向所述反射板131，该反射板131的反射光线与所述远离所述反射板131一侧的第二出射面轮廓线127的出射光在所述被照射面20上形成的光斑重合。
所述被照射面20为所述LED灯具配光系统10照射的位置，其可以为平面，也可以为曲面。在本实施例中，仅为了举例说明本发明，该被照射面20为平面。该被照射面20可以为博物馆中所要照亮的画等物品，也可以是在超级市场中冰柜中的贩卖品。当安装所述LED灯具配光系统10时，应当使反射板131平行于水平面X，从而可以得到用户想要的照射光斑。
与现有技术相比，通过对透镜12的出射面123以及光源设置槽122的在垂直于水平面X与平行于水平面X两个方向的轮廓线的结构设计，以及在所述反射板131的作用下，该透镜12的出射光在被照射面20上所形成的光斑将基本上为一个长方形光斑，从而可以为用户提供特定的照明效果，以满足用户的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围的内。
Claims (10)
1.一种LED灯具配光系统，其特征在于：所述灯具配光系统包括一个LED芯片，一个设置在所述LED芯片的出光方向上的透镜，以及一个设置在所述透镜的出光方向上的反光装置，所述LED芯片包括一个芯片光轴，所述透镜包括一个与所述芯片光轴重合设置的透镜光轴，一个与该透镜光轴相交的光源设置槽，以及一个接收所述光源设置槽的出射光的出射面，所述光源设置槽为一个面对称结构，在沿所述透镜光轴并平行水平面的截面上，所述光源设置槽包括一个第一轮廓线，所述出射面包括一个第一出射面轮廓线，所述第一轮廓线与第一出射面轮廓线完成对所述LED芯片的出射光朝靠近所述透镜光轴的汇聚，在沿所述透镜光轴并垂直于水平面的截面上，所述光源设置槽包括一个第二轮廓线，所述出射面包括一个第二出射面轮廓线，所述第二轮廓线与所述第二出射面轮廓线完成对所述LED芯片的出射光朝远离所述透镜光轴的扩散，所述反光装置包括一个反射板，所述反射板垂直于所述第二轮廓线与第二出射面轮廓线所形成的平面。
2.如权利要求1所述的LED灯具配光系统，其特征在于：所述第一出射面轮廓线的曲率大于所述第一轮廓线的曲率。
3.如权利要求1所述的LED灯具配光系统，其特征在于：所述第二出射面轮廓线的曲率小于所述第一轮廓线的曲率。
4.如权利要求1所述的LED灯具配光系统，其特征在于：在沿所述透镜光轴并平行于水平面的截面上，所述第二出射面轮廓线包括两段弧形线，以及一条由该两段弧形线相交而形成且与所述透镜光轴相交的交线，该交线与水平面平行。
5.如权利要求4所述的LED灯具配光系统，其特征在于：所述透镜以所述交线与透镜光轴所在的平面为对称面。
6.如权利要求4所述的LED灯具配光系统，其特征在于：所述透镜以垂直于所述交线与透镜光轴所在的平面为对称面。
7.如权利要求4所述的LED灯具配光系统，其特征在于：在所述第二出射面轮廓线上，该第二出射面轮廓线的扩散角朝远离所述交线的方向逐渐减小以使朝远离所述交线的方向所获得的光线逐渐变多。
8.一种照明系统，包括至少一个如权利要求1至3任一项所述的LED灯具配光系统，以及至少一个分别与所述LED灯具配光系统对应的被照射面，所述被照射面垂直于所述反射板及所述透镜光轴，在沿所述透镜光轴并平行于水平面的截面上，所述第二出射面轮廓线包括两段弧形线，以及一条由所述两段弧形线相交而形成的交线，该交线与所述透镜光轴相交，且与水平面平行，以所述交线为界并在沿所述透镜光轴且平行于水平面的截面上，靠近所述反射板一侧的第二出射面轮廓线的出射光射向所述反射板，该反射板的反射光线与所述远离所述反射板一侧的第二出射面轮廓线的出射光在所述被照射面上形成的光斑重合。
9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于：在所述第二出射面轮廓线上，该第二出射面轮廓线的扩散角朝远离所述交线的方向逐渐减小以使朝远离所述交线的方向所获得的光线逐渐变多。
10.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于：所述扩散角小的一侧射向所述透镜离所述被照射面最远的一侧。
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