CN117146227A - 一种led光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED光学系统，包括LED发光源，具有汇聚出口的光汇聚器，其被配置为汇聚LED发光源的发射光后，在汇聚出口形成朝第一方向上发射且光束角不超过120°的入射光束；以及包括位于光汇聚器于第一方向上的大面光转向器，入射光束经大面光转向器反射后形成沿第二方向射出的光束角不超过120°的出射光束；其中，第一方向和第二方向交叉，且汇聚出口不在所属于出射光束上的任何一条光线的路径上。本发明所提供的具有护眼功能的LED光学系统，结构设计巧妙，能形成灯光防眩角，避免人们的眼睛直视LED灯珠发出的强光，给人们提供一种健康的LED光学照明系统，且光学效率高，节能环保。

Description

一种LED光学系统

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种LED光学系统。

背景技术

眩光评价是照明质量评价的一个主要内容之一。

眩光是由于视眼中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适感或降低观察细部或目标能力的视觉现象。根据眩光所造成的视觉障碍程度可分为不舒适眩光和失能眩光；不舒适眩光使人产生不舒适感和视觉疲劳；当视野内存在的过亮发光体引起识别物与背景的亮度对比减少，并损害观察者的视觉功能时称为失能眩光。

而目前市面上那种没有控制眩光的灯，使得人们产生不舒适感和视觉疲劳，甚至是损害观察者的视觉功能，给人们的工作健康和生活健康带来了隐患。

而现有技术CN201720069152.6公开了一种LED灯，在光源的发光侧设置有扩散板，扩散板包括互相层叠的进光板和出光板，进光板朝向出光板的一面设置有外凸的导光微结构，出光板中混合有光扩散颗粒。光线在通过扩散板时，会先在进光板的出光面被导光微结构先扩散，经过扩散后的光线再进入到具有导光介质的出光板，导光介质再在各个局部局域对扩散后的光线进行散射。

因此可得，现有技术存在下述技术缺陷：

上述LED灯通过先将光线扩散后再进行散射，这样的设置不仅使得LED灯的光浪费，还使得LED灯的光亮不足，防眩效果也不好，不能满足人们的日常使用，且灯的功耗大，仍然给人们的工作健康和生活健康带来了诸多隐患，更不符合节能环保的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有护眼功能的LED光学系统，结构设计巧妙，能形成灯光防眩角，避免人们的眼睛直视LED灯珠发出的强光，给人们提供一种健康的LED光学照明系统，且光学效率高， 节能环保。

本发明提供一种LED光学系统，其特征在于，包括：LED发光源，以及，

具有汇聚出口的光汇聚器，被配置为汇聚所述LED发光源的发射光后，在所述汇聚出口形成朝第一方向上发射且光束角不超过120°的入射光束；位于所述光汇聚器于所述第一方向上的大面光转向器，所述入射光束经所述大面光转向器反射后形成沿第二方向射出的光束角不超过120°的出射光束；其中，所述第一方向和所述第二方向交叉，且所述汇聚出口不在所属于所述出射光束上的任何一条光线的路径上。

本发明优选的实施方式中，所述LED发光源的发光面的中心线与所述汇聚出口的中轴线重合，且穿过所述大面光转向器。

本发明进一步优选的实施方式中，所述光汇聚器设置为内面反光器，所述内面反光器包括内周反光面，所述LED发光源的发光面不超出所述内周反光面的小径起始端，所述内周反光面的大径终止端相比所述LED发光源更靠近所述大面光转向器。

本发明进一步优选的实施方式中，所述LED发光源的发光面的中心线与所述内周反光面的中轴线重合，且穿过所述大面光转向器。

本发明进一步优选的实施方式中，所述LED发光源的发光面与所述内周反光面的小径起始端端面共面，且所述LED发光源的发光面与所述内周反光面之间设有间隙。

本发明优选的实施方式中，所述光汇聚器设置为会聚透镜，所述会聚透镜的小径起始端内设有截面呈M状的折射腔，所述会聚透镜的大径终止端外设有折射凸面，所述会聚透镜的外周面环设反光部。

本发明进一步优选的实施方式中，所述LED发光源安装在所述折射腔中，且所述LED发光源的发光面的中心线与所述折射腔的中轴线重合，且穿过所述大面光转向器。

本发明优选的实施方式中，所述大面光转向器包括大面反光面，所述入射光束沿着所述第一方向完全射入所述大面反光面中，所述大面反光面与所述第一方向和所述第二方向均交叉。

本发明进一步优选的实施方式中，所述大面反光面呈连续曲面或者连续平面。

本发明进一步优选的实施方式中，所述LED光学系统还包括出光透镜，所述出射光束沿所述第二方向朝向所述出光透镜射出。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的具有护眼功能的LED光学系统，应用于汽车信号灯（比如：刹车灯、转向灯、阅读灯），室内灯（比如：台灯）等照明领域，该LED光学系统设置光汇聚器将LED灯珠发出的光精准聚集成光束角不大于120°的入射光束，再设置位于光汇聚器于第一方向上的大面光转向器，上述入射光束经大面光转向器反射后形成沿第二方向射出的光束角不超过120°的出射光束，LED灯珠发出的光先后经光汇聚器、大面光转向器作用之后形成灯光防眩角，达到灯光的防眩效果，且光汇聚器将LED灯珠发出的光精准聚集，光亮足够，光学效率高，节能环保；而且第一方向和第二方向交叉，且光汇聚器的汇聚出口不在所属于出射光束上的任何一条光线的路径上，即从LED灯珠发出的光不能直径照射到灯外，而是由大面光转向器转向后完全射出灯外，实现光束的全面利用，保证光亮度还防止人的眼睛直视LED灯珠发出的强光，给人们提供一种健康的LED光学照明系统，比如常见地可解决刹车灯等的刺眼问题。

发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例一中提供的LED光学系统的结构示意图（已隐藏出光透镜）；

图2为本发明实施例一中提供的LED光学系统的结构剖面图；

图3为本发明实施例一中提供的LED光学系统的原理示意图；

图4为本发明实施例二中提供的LED光学系统的原理示意图；

附图标号说明：

1-LED光学系统；

10-LED发光源、11-发光面、111-中心线；

20-内面反光器、20a-小径起始端、20b-内周反光面、20c-大径终止端、21-汇聚出口、211-中轴线、212-间隙；

30-入射光束、31-入射光线、θ1-光束角；

40-大面光转向器、41-大面反光面；

50-出射光束、51-出射光线、θ2-光束角；

60-出光透镜；

2-LED光学系统；

200-会聚透镜、200a-小径起始端、200b-折射腔、200c-大径终止端、200d-折射凸面、200e-反光部、201-汇聚出口、2011-中轴线；

300-入射光束、301-入射光线、θ11-光束角；

实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；例如，本发明实施例中提及的第一、第二，并非对其构成限制，而仅仅是为了表述多个相同或相似装置、机构的序号，本领域普通技术人员在为了表述方便或者进行技术方案整理过程中，还可以对这些序号重新调整；而且不同实施例中对部分机构进行了替代性方案的描述，这些替代还可以应用于其他相同或相似的装置、机构；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述：

实施例

参见图1-图3，图1为本发明实施例一中提供的LED光学系统的结构示意图（已隐藏出光透镜），图2为本发明实施例一中提供的LED光学系统的结构剖面图，图3为本发明实施例一中提供的LED光学系统的原理示意图。

本实施例提供一种LED光学系统1，该LED光学系统1包括：LED发光源10，具有汇聚出口21的光汇聚器，以及，位于光汇聚器于第一方向上相邻设置的大面光转向器40。

如图2和图3所示，本实施例中的光汇聚器为内面反光器20，被配置为汇聚LED发光源10的发射光后，在汇聚出口21形成朝第一方向上发射且光束角θ1不超过120°的入射光束30，入射光线31为入射光束30中的任一一条光线。

如图2和图3所示，上述入射光束30所包含的所有入射光线31均射入大面光转向器40，经大面光转向器40反射后形成沿第二方向射出的光束角θ2不超过120°的出射光束50，出射光线51为出射光束50中的任一一条光线。

其中，如图2和图3所示，第一方向和第二方向交叉，且汇聚出口21不在所属于出射光束50上的任何一条光线的路径上；其中，第一方向是LED发光源10朝向大面光转向器40的方向，可以是发光面11的中心线111的方向，而第二方向则是跟第一方向交叉的方向，比如是跟第一方向垂直的方向。

如图2所示，LED发光源10和内面反光器20模块化设置，即一个LED发光源10配一个内面反光器20形成一个入射单元，多个入射单元再配一个大面光转向器40形成该LED光学系统1；这种模块化设置，能灵活组成具有不同出光面的LED光学系统1，更能适用于人们的生活，提高人们生活便利性。

有一种变形例是，LED发光源10、内面反光器20和内面反光器20模块化设置，即一个LED发光源10配一个内面反光器20再配一个内面反光器20形成一个光学单元，多个光学单元组合形成该LED光学系统；这种模块化设置，能灵活组成具有不同出光面的LED光学系统1，更能适用于人们的生活，提高人们生活便利性。

本实施例提供的具有护眼功能的LED光学系统1，应用于汽车信号灯（比如：刹车灯、转向灯、阅读灯），室内灯（比如：台灯）等照明领域，如图2和图3所示，该LED光学系统1设置光汇聚器将LED灯珠（LED发光源10）发出的光精准聚集成光束角θ1不大于120°的入射光束30，再设置位于光汇聚器于第一方向上的大面光转向器40，上述入射光束30经大面光转向器40反射后形成沿第二方向射出的光束角θ2不超过120°的出射光束50，LED灯珠发出的光先后经光汇聚器、大面光转向器40作用之后形成灯光防眩角，达到灯光的防眩效果，且光汇聚器将LED灯珠发出的光精准聚集，光亮足够，光学效率高，节能环保；而且第一方向和第二方向交叉，且光汇聚器的汇聚出口21不在所属于出射光束50上的任何一条光线的路径上，即从LED灯珠发出的光不能直径照射到灯外，而是由大面光转向器40转向后完全射出灯外，此时的大面光转向器40相当于是一个巨大发光面，不仅实现光束的全面利用，还保证光亮度还防止人的眼睛直视LED灯珠发出的强光，给人们提供一种健康的LED光学照明系统，比如常见地可解决刹车灯等的刺眼问题。

本实施例中，优选地，如图2和图3所示，内面反光器20包括小径起始端20a和大径终止端20c，内设贯通小径起始端20a和大径终止端20c的内周反光面20b，LED发光源10的发光面11不超出内周反光面20b的小径起始端，内周反光面20b的大径终止端相比LED发光源10更靠近大面光转向器40；使得LED发光源10所发出的光均能打到内周反光面20b，由内周反光面20b高效地反射，光汇聚后形成入射光束30，再经大面光转向器40二次高效地反射。

本实施例中，优选地，内面反光器20的大径终止端20c的端面还设有一个半透明板（未有示出），在LED发光源10所发出的光由内周反光面20b汇聚后，再透过该半透明板形成柔和的入射光束30入射大面光转向器40。

本实施例中，优选地，LED发光源10的发光面11与内周反光面20b的小径起始端20a端面共面，且LED发光源10的发光面11与内周反光面20b之间设有间隙212；如上设置，在保证内周反光面20b能高效地汇聚光的同时，还使LED发光源10与内面反光器20之间的组装不相干涉、且组装方便。

本实施例中，优选地，内周反光面20b由四个独立的较大反射平面组合而成，使得打到大面光转向器40上的出光孔为方形，进一步地，每个较大反射平面又由多个微小平面/曲面形成，使得LED灯珠发出的光通过内周反光面20b反射后打到大面光转向器40上形成较均匀的方形光斑。

本实施例中，优选地，如图2和图3所示，LED发光源10的发光面11的中心线111与内面反光器20的中轴线211重合，即LED发光源10的发光面11的中心线111与内周反光面20b的中轴线211重合，且穿过大面光转向器40；如上设置，使得LED发光源10所发出的光均匀地打到内面反光器20，由内面反光器20均匀汇聚，形成一束均匀的入射光束30，入射光束30能均匀地打到大面光转向器40上，最终由大面光转向器40反射出来的光也是均匀的。

本实施例中，大面光转向器40包括大面反光面41，入射光束30沿着第一方向完全射入大面反光面41中，大面反光面41与第一方向和第二方向均交叉；大面反光面41是由直线或曲线拉深形成的拉深平面/曲面，即大面反光面41呈连续曲面或者连续平面；如上设置，使得大面光转向器40高效地对入射光束30转向，保证光亮。

本实施例中，优选地，LED光学系统1还包括出光透镜60，出射光束50沿第二方向朝向出光透镜60射出，出光透镜60可以是一个透明板或半透明板，一般呈平面状或者曲面状，使得LED光学系统1的结构外形规整美观，也对大面反光面41起到保护作用。

实施例

参见图4，图4为本发明实施例二中提供的LED光学系统的原理示意图。

本实施例与上述实施例一的区别在于：

本实施例中的光汇聚器设置为会聚透镜200，具有汇聚出口201，如图4所示，该会聚透镜200的小径起始端200a内设有截面呈M状的折射腔200b，该会聚透镜200的大径终止端200c外设有折射凸面200d，该会聚透镜200的外周面环设反光部200e。

本实施例中，LED发光源10的发射光射到截面呈M状的折射腔200b中任一壁面均发生折射，该折射腔200b的截面包括如图4所示的中间的弧形部分和平部分，LED发光源10的发射光射到弧形部分后折射到折射凸面200d进行二次折射，LED发光源10的发射光射到平部分后折射到反光部200e进行光反射；如上设置，使得LED发光源10所发出的光由会聚透镜200高效地汇聚形成入射光束300，入射光线301为入射光束300中的任一一条光线。

本实施例中，该LED光学系统2设置光汇聚器（会聚透镜200）将LED灯珠（LED发光源10）发出的光精准聚集成光束角θ11不大于120°的入射光束300，再设置位于光汇聚器于第一方向上的大面光转向器40，上述入射光束300经大面光转向器40反射后形成沿第二方向射出的光束角θ2不超过120°的出射光束50，LED灯珠发出的光先后经光汇聚器、大面光转向器40作用之后形成灯光防眩角，达到灯光的防眩效果，且光汇聚器将LED灯珠发出的光精准聚集，光亮足够，光学效率高，节能环保。

本实施例中，LED发光源10安装在折射腔200b中，且LED发光源10的发光面11的中心线111与折射腔200b及折射凸面200d的中轴线2011重合，且穿过大面光转向器40；如上设置，使得LED发光源10所发出的光均匀地打到折射腔200b，由会聚透镜200均匀汇聚，形成一束均匀的入射光束300，入射光束300能均匀地打到大面光转向器40上，最终由大面光转向器40反射出来的光也是均匀的。

其他与上述实施例一相同，在此不再赘述。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种LED光学系统，其特征在于，包括：

LED发光源，以及，

具有汇聚出口的光汇聚器，被配置为汇聚所述LED发光源的发射光后，在所述汇聚出口形成朝第一方向上发射且光束角不超过120°的入射光束；

位于所述光汇聚器于所述第一方向上的大面光转向器，所述入射光束经所述大面光转向器反射后形成沿第二方向射出的光束角不超过120°的出射光束；

其中，所述第一方向和所述第二方向交叉，且所述汇聚出口不在所属于所述出射光束上的任何一条光线的路径上。

2.根据权利要求1所述的LED光学系统，其特征在于，所述LED发光源的发光面的中心线与所述汇聚出口的中轴线重合，且穿过所述大面光转向器。

3.根据权利要求2所述的LED光学系统，其特征在于，所述光汇聚器设置为内面反光器，所述内面反光器包括内周反光面，所述LED发光源的发光面不超出所述内周反光面的小径起始端，所述内周反光面的大径终止端相比所述LED发光源更靠近所述大面光转向器。

4.根据权利要求3所述的LED光学系统，其特征在于，所述LED发光源的发光面的中心线与所述内周反光面的中轴线重合，且穿过所述大面光转向器。

5.根据权利要求4所述的LED光学系统，其特征在于，所述LED发光源的发光面与所述内周反光面的小径起始端端面共面，且所述LED发光源的发光面与所述内周反光面之间设有间隙。

6.根据权利要求2所述的LED光学系统，其特征在于，所述光汇聚器设置为会聚透镜，所述会聚透镜的小径起始端内设有截面呈M状的折射腔，所述会聚透镜的大径终止端外设有折射凸面，所述会聚透镜的外周面环设反光部。

7.根据权利要求6所述的LED光学系统，其特征在于，所述LED发光源安装在所述折射腔中，且所述LED发光源的发光面的中心线与所述折射腔的中轴线重合，且穿过所述大面光转向器。

8.根据权利要求1-7任一所述的LED光学系统，其特征在于，所述大面光转向器包括大面反光面，所述入射光束沿着所述第一方向完全射入所述大面反光面中，所述大面反光面与所述第一方向和所述第二方向均交叉。

9.根据权利要求8所述的LED光学系统，其特征在于，所述大面反光面呈连续曲面或者连续平面。

10.根据权利要求8所述的LED光学系统，其特征在于，所述LED光学系统还包括出光透镜，所述出射光束沿所述第二方向朝向所述出光透镜射出。