CN103994395B - Led光学系统及灯具 - Google Patents

Abstract

一种LED光学系统，包括发光元件和防眩光基体，防眩光基体包括入光面、反射面和出光面，入光面朝向发光元件，反射面位于入光面和出光面之间，入光面和反射面在朝向出光面方向的正投影均落入出光面，出光面包括呈曲面设置的子出光面，子出光面位于出光面的中心区域，子出光面沿远离入光面方向凸起设置。如此，因出光面包括呈曲面设置的子出光面，该子出光面位于出光面的中心区域，且沿远离入光面方向凸起设置，从而可将位于中心区域的光线分散出射，以使中轴线附近的光减弱。又经反射面反射后由出光面出射的光，可对中轴线附近的光进行补偿，保证足够的光学利用率的前提下，将点光源转化为多面光源出射，实现了防眩光的目的，可靠性高。

Description

LED光学系统及灯具

技术领域

本发明涉及照明设备的技术领域，特别是涉及一种LED光学系统及灯具。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。LED以其节能、环保、寿命长等特点，已广泛应用于各种指示、显示、建筑景观照明等领域。特别是LED室内照明系列，因其体积小、能效高、易改装、寿命长等优点，应用越来越广泛。

一般地，在实际灯具应用场合，LED灯具由于光源的发光特性，光线集中出射会产生强烈的眩光。眩光是指视野中由于不适宜亮度分布，在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。

目前，为改善灯具的眩光问题，通常都是加磨砂灯罩或者在灯罩上面雕刻纹理。然而，这样会使灯罩的透光性变差，导致灯具的光学利用率低。

发明内容

基于此，有必要针对为解决灯具眩光问题而导致灯具的光学利用率低的问题，提供一种LED光学系统及灯具。

一种LED光学系统，包括依次设置的用于产生光线的发光元件，及防眩光基体，所述防眩光基体包括接收来自所述发光元件的光线的入光面，用于反射部分入射至所述入光面的光线的反射面，以及用于出射经所述防眩光基体的光线的出光面；

所述入光面朝向所述发光元件；

所述反射面位于所述入光面和所述出光面之间，所述入光面和所述反射面在朝向所述出光面方向的正投影均落入所述出光面，以所述入光面的中心与所述出光面的中心连接线为中轴线，所述反射面与所述中轴线的距离自所述反射面靠近所述入光面的端部沿靠近所述出光面方向逐渐增加设置；

所述出光面包括呈曲面设置的子出光面，所述子出光面位于所述出光面的中心区域，所述子出光面沿远离所述入光面方向凸起设置。

在其中一个实施例中，所述子出光面包括凸起部和凹陷部，所述凸起部相对所述中轴线对称设置，所述凹陷部的中心落入所述中轴线。

在其中一个实施例中，所述反射面为至少两个，且截面均为弧形设置。

在其中一个实施例中，所述反射面包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面位于所述入光面与所述第二反射面之间，所述第一反射面的面积小于所述第二反射面的面积，所述第一反射面的面积与光强之间的比例相对值为0.41～0.46，所述第二反射面的面积与光强之间的比例相对值为0.46～0.49，所述子出光面的面积与光强之间的比例相对值为0.49～0.52。

在其中一个实施例中，所述入光面为多个，所述入光面形成用于收容所述发光元件的容纳孔。

在其中一个实施例中，以所述防眩光基体的中轴线与所述发光元件发光面的交点为基准原点，所述基准原点与所述入光面任意位置连接形成入射光线，所述入射光线与所述防眩光基体的中轴线形成入射夹角，所述入射夹角大于预设值时，所述发光元件发出的光线入射至所述反射面，所述入射夹角小于预设值时，所述发光元件发出的光线直接入射至所述子出光面，所述预设值为40度至50度。

在其中一个实施例中，所述入光面包括第一入光面和第二入光面，所述第一入光面与所述第二入光面形成容纳孔，以所述防眩光基体的中轴线为基准，所述第一入光面绕所述中轴线环形设置，所述第一入光面和所述第二入光面的中心均位于所述中轴线，所述第一入光面朝向所述反射面，所述第二入光面朝向所述子出光面。

在其中一个实施例中，所述第二入光面朝向所述子出光面方向凸起设置。

在其中一个实施例中，所述防眩光基体由透明材料制成，且折射率为1.45～1.65。

一种灯具，包括用于纳置PCB线路板的壳体、灯盖和多个所述的LED光学系统，所述发光元件间隔设置于所述壳体，所述防眩光基体间隔设置于所述灯盖，所述灯盖罩设于所述壳体，且属于同一所述LED光学系统的发光元件和防眩光基体对位安装。

上述LED光学系统及灯具，将多个LED光学系统间隔安装在一起形成灯具。该LED光学系统包括发光元件和防眩光基体。在使用过程中，发光元件发出的光线由入光面入射至防眩光基体，一部分光线经反射面反射后由出光面出射，另一部分光线可直接由出光面出射。因出光面包括呈曲面设置的子出光面，该子出光面位于出光面的中心区域，且沿远离入光面方向凸起设置，增大了出光面积，可将位于中心区域的光线分散出射，以使中轴线附近的光减弱。又反射面与中轴线的距离自反射面靠近入光面的端部沿靠近出光面方向逐渐增加设置，故可利用经反射面反射后由出光面出射的光，对中轴线附近的光进行补偿，保证足够的光学利用率的前提下，将点光源转化为多面光源出射，实现了防眩光的目的，可靠性高。

附图说明

图1为一实施方式LED光学系统的结构示意图；

图2为另一实施方式LED光学系统的结构示意图；

图3为一实施方式灯具的结构示意图；

图4为一实施方式灯具的配光曲线示意图；

图5为一实施方式灯具的表面照度示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图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例。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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

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例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种LED光学系统100，包括依次设置的用于产生光线的发光元件110，及防眩光基体120。防眩光基体120包括接收来自发光元件110的光线的入光面122，用于反射部分入射至入光面122的光线的反射面124，以及用于出射经防眩光基体120的光线的出光面126。入光面122朝向发光元件110。发光元件110可以是出光方式为朗伯体出光的LED光源，当然发光元件110也可为其它光源，只要能实现发光照明的目的即可。

反射面124位于入光面122和出光面126之间，入光面122和反射面124在朝向出光面126方向的正投影均落入出光面126，以入光面122的中心与出光面126的中心连接线为中轴线121，反射面124与中轴线121的距离自反射面124靠近入光面122的端部沿靠近出光面126方向逐渐增加设置。

具体到如图1所示的实施例中，该反射面124可由一弧线绕与该弧线间隔设置的中轴线121旋转而成，发光元件110的中心位于中轴线121上。由入光面122入射的光线中，与反射面124有交点的光线可经反射面124反射后由出光面126出射，与反射面124无交点的光线则可直接经出光面126出射。其中，入光面122和反射面124在朝向出光面126方向的正投影均落入出光面126，以防止发光元件110进入防眩光基体120的光线发生全反射而无法射出。根据全反射原理，入射至反射面124的入射光线与其在反射面124的法线形成的夹角与防眩光基体120的折射率的比值大于1。

出光面126包括呈曲面设置的子出光面1260，子出光面1260位于出光面126的中心区域，子出光面1260沿远离入光面122方向凸起设置。

上述LED光学系统100，依次设置有发光元件110和防眩光基体120。在使用过程中，发光元件110发出的光线由入光面122入射至防眩光基体120，一部分光线经反射面124反射后由出光面126出射，另一部分光线可直接由出光面126出射。因出光面126包括呈曲面设置的子出光面1260，该子出光面1260位于出光面126的中心区域，且沿远离入光面122方向凸起设置，增大了出光面126的面积，可将位于中心区域的光线分散出射，以使中轴线121附近的光减弱。又反射面124与中轴线121的距离自反射面124靠近入光面122的端部沿靠近出光面126方向逐渐增加设置，入光面122和反射面124在朝向出光面126方向的正投影均落入出光面126，故可利用经反射面124反射后由出光面126出射的光，对中轴线121附近的光进行补偿，保证足够的光学利用率的前提下，多面控制光源出射，实现了防眩光的目的，可靠性高。

请参阅图1和图2，在其中一个实施例中，子出光面1260包括凸起部1262和凹陷部1264，凸起部1262相对中轴线121对称设置，凹陷部1264的中心落入中轴线121。如此，子出光面1260的凹陷部1264位于中轴线121附近，根据凹透镜成像原理，该凹陷部1264可对光有发散作用，从而减弱中轴线121附近的光。凹陷部1264的外围设置有凸起部1262，根据凸透镜成像原理，该凸起部1262在对光进行分散的前提下还起到会聚光线的作用，避免光线过于分散，保证足够的光学利用率，实现防眩光的目的。凸起部1262相对中轴线121对称设置，以使出射光线均匀。

请参阅图2，在其中一个实施例中，反射面124为至少两个，且截面均为弧形设置。该截面指的是沿与中轴线121平行方向的截面，采用弧形设置，以便将部分反射光线会聚朝靠近中轴线121方向出射，从而实现对中轴线121附近的光进行补偿的目的，保证光线强度。通过设置至少两个反射面124，从而控制光线从不同的反射面124出射，提供更多的面控制光源出射，防眩效果更好，可靠性高。

请参阅图2，在其中一个实施例中，反射面124包括第一反射面1242和第二反射面1244，第一反射面1242位于入光面122与第二反射面1244之间，第一反射面1242的面积小于第二反射面1244的面积。通过设置第一反射面1242和第二反射面1244，发光元件110发出的光线可通过第一反射面1242、第二反射面1244反射出射，或者直接由子出光面1260出射，从而实现多面控制光源出射的目的。

在保证防眩效果和光线强度的前提下，为保证光线均匀分布，故合理设置第一反射面1242的面积与光强之间的比例相对值为0.41～0.46，第二反射面1244的面积与光强之间的比例相对值为0.46～0.49，子出光面1260的面积与光强之间的比例相对值为0.49～0.52。

具体到如图2所示的实施例中，第一反射面1242的面积与光强之间的比例相对值为0.43，第二反射面1244的面积与光强之间的比例相对值为0.48，子出光面1260的面积与光强之间的比例相对值为0.5。由第一反射面1242或第二反射面1244反射出射的光线能量分布关系均为中轴线121上的最强，逐渐向周围减弱。不经反射面124反射，直接由子出光面1260出射的光线能量分布关系则为中轴线121上的最弱，逐渐向周围加强。从而实现多面控制光源出射，防眩的目的。

请参阅图1和图2，在其中一个实施例中，入光面122为多个，入光面122形成用于收容发光元件110的容纳孔128。如此，将发光元件110收容于容纳孔128中，该容纳孔128是由多个入光面122形成的，从而避免了发光元件110本身的发光特性，即发光元件110发出的光线可能因为散射而损失。这些入光面122可使发光元件110形成直下式和侧入式并存的入射方式，有利于提高光的利用率和强度，且无需另行设置放置发光元件110的空间，缩小了体积，简化结构。

在其中一个实施例中，以防眩光基体120的中轴线121与发光元件110发光面的交点为基准原点，基准原点与入光面122任意位置连接形成入射光线，入射光线与防眩光基体120的中轴线121形成入射夹角，入射夹角大于预设值时，发光元件110发出的光线入射至反射面124，入射夹角小于预设值时，发光元件110发出的光线直接入射至子出光面1260。如果预设值太小，难免因子出光面1260所分散的出射光线过少，导致出光面126出射的光线过于集中。如果预设值太大，难免导致出光面126出射的光线分布不均匀的问题。故合理设置预设值为40度至50度。

具体到如图2所示的实施例中，预设值为45度，入射夹角在0度至45度之间，发光元件110发出的光线直接入射至出光面126。入射夹角在45度至90度之间，发光元件110发出的光线入射至反射面124。当然，预设值还可为其它数值，只要能够保证防止经防眩光基体120出射的光线过于集中且均匀分布，可实现防眩光的目的即可。

请参阅图1和图2，在其中一个实施例中，入光面122包括第一入光面1220和第二入光面1222，第一入光面1220与第二入光面1222形成容纳孔128，以防眩光基体120的中轴线121为基准，第一入光面1220绕中轴线121环形设置，第一入光面1220和第二入光面1222的中心均位于中轴线121，第一入光面1220朝向反射面124，第二入光面1222朝向子出光面1260。

如此，第一入光面1220朝向反射面124，发光元件110发出的一部分光线可通过第一入光面1220引导入射至反射面124，再由反射面124反射至出光面126出射。第二入光面1222朝向子出光面1260，发光元件110发出的另一部分光线则可通过第二入光面1222直接入射至子出光面1260，从而将位于中心区域的光线分散出射。第一入光面1220和第二入光面1222起控制光线入射角度的作用。第一入光面1220绕中轴线121环形设置，第一入光面1220和第二入光面1222的中心均位于中轴线121上，可使发光元件110发出的光线能够均匀分布，在满足防眩光的同时，有利于提高出射光线的均匀性。

请参阅图1和图2，在其中一个实施例中，第二入光面1222朝向子出光面1260方向凸起设置。如此，发光元件110发出的部分光线可经第二入光面1222的凸设范围分散出射至子出光面1260，避免中心区域直射出射的光线过于集中，防眩效果好。

在其中一个实施例中，防眩光基体120由透明材料制成，且折射率为1.45～1.65。其中，为便于加工生产成型，防眩光基体120的材料可以为透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)或者其它透明材料。如果防眩光基体120的折射率太大，难免导致出射光线过于分散。如果防眩光基体120的折射率太小，难免导致部分出射光线无法出射或者出射光线过于集中。故合理设置防眩光基体120的折射率为1.45～1.65。

如图1和图3所示，一种灯具，包括同于纳置PCB线路板的壳体210、灯盖220和和上述的LED光学系统100，发光元件110间隔设置于壳体210，以与PCB线路板电连接，防眩光基体120间隔设置于灯盖220，灯盖220罩设于壳体210，且属于同一LED光学系统100的发光元件110和防眩光基体120对位安装。

该发光元件110可贴片封装于壳体210，也可可拆卸的安装于壳体210。发光元件110可采用朗伯体配光的LED光源。发光元件110的安装数量可依据灯具的功率需求大小而定。在本实施例中，LED的功率为0.1W至1W之间。LED芯片尺寸为1.7mm*2.8mm。在其它实施例中，LED的参数也可为其它，只要能满足灯具的实际需求即可。为保证灯具的光照强度，还可对防眩光基体120出光面126进行抛光处理。

上述灯具，将多个发光元件110间隔设置于壳体210，多个防眩光基体120间隔设置于灯盖220，再将灯盖220罩设于壳体210，属于同一LED光学系统100的发光元件110和防眩光基体120对位安装，从而实现将多个LED光学系统100间隔安装在一起形成灯具的目的。在使用过程中，发光元件110发出的光线由入光面122入射至防眩光基体120，一部分光线经反射面124反射后由出光面126出射，另一部分光线可直接由出光面126出射。因出光面126包括呈曲面设置的子出光面1260，该子出光面1260位于出光面126的中心区域，且沿远离入光面122方向凸起设置，增大了出光面126的面积，可将位于中心区域的光线分散出射，以使中轴线121附近的光减弱。又经反射面124反射后由出光面126出射的光，对中轴线121附近的光进行补偿，保证足够的光学利用率的前提下，将点光源转化为多面光源出射，实现了防眩光的目的，可靠性高。

如图4所示，表示的是一个实施例中灯具出射光线的配光曲线示意图，在C0-C180平面上，与C90-C270平面上，光能对称分布，呈现类朗伯体的分布情况。如图5所示，表示的是一个实施例中灯具出射光线的表面照度示意图，能量从中心向边缘扩散，避免了光线过于集中。

请参阅图3，在其中一个实施例中，壳体210背向灯盖220的一侧设置有散热部件230。因发光元件110在发出光线的过程中会产生热量，散热部件230的设置，可协助散热，从而保证发光元件110正常工作，延长使用寿命。在本实施例中，散热部件230的材料为铝，散热效果好，在其它实施例中，散热部件230还可以为其它材料制成，只要能实现散热的效果即可。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种LED光学系统，其特征在于，包括依次设置的用于产生光线的发光元件，及防眩光基体，所述防眩光基体包括接收来自所述发光元件的光线的入光面，用于反射部分入射至所述入光面的光线的反射面，以及用于出射经所述防眩光基体的光线的出光面；

所述入光面朝向所述发光元件；

所述反射面位于所述入光面和所述出光面之间，所述入光面和所述反射面在朝向所述出光面方向的正投影均落入所述出光面，以所述入光面的中心与所述出光面的中心连接线为中轴线，所述反射面与所述中轴线的距离自所述反射面靠近所述入光面的端部沿靠近所述出光面方向逐渐增加设置，所述反射面包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面与所述第二反射面的截面均为弧形设置，所述第一反射面位于所述入光面与所述第二反射面之间，所述第一反射面的面积小于所述第二反射面的面积，所述第一反射面的面积与光强之间的比例相对值为0.41～0.46，所述第二反射面的面积与光强之间的比例相对值为0.46～0.49；

所述出光面包括呈曲面设置的子出光面，所述子出光面位于所述出光面的中心区域，所述子出光面沿远离所述入光面方向凸起设置，所述子出光面包括凸起部和凹陷部，所述凸起部相对所述中轴线对称设置，所述凹陷部的中心落入所述中轴线，所述子出光面的面积与光强之间的比例相对值为 0.49 ～ 0.52 。

2.根据权利要求1所述的LED光学系统，其特征在于，所述入光面为多个，所述入光面形成用于收容所述发光元件的容纳孔。

3.根据权利要求2所述的LED光学系统，其特征在于，以所述防眩光基体的中轴线与所述发光元件发光面的交点为基准原点，所述基准原点与所述入光面任意位置连接形成入射光线，所述入射光线与所述防眩光基体的中轴线形成入射夹角，所述入射夹角大于预设值时，所述发光元件发出的光线入射至所述反射面，所述入射夹角小于预设值时，所述发光元件发出的光线直接入射至所述子出光面，所述预设值为40度至50度。

4.根据权利要求2所述的LED光学系统，其特征在于，所述入光面包括第一入光面和第二入光面，所述第一入光面与所述第二入光面形成容纳孔，以所述防眩光基体的中轴线为基准，所述第一入光面绕所述中轴线环形设置，所述第一入光面和所述第二入光面的中心均位于所述中轴线，所述第一入光面朝向所述反射面，所述第二入光面朝向所述子出光面。

5.根据权利要求4所述的LED光学系统，其特征在于，所述第二入光面朝向所述子出光面方向凸起设置。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的LED光学系统，其特征在于，所述防眩光基体由透明材料制成，且折射率为1.45～1.65。

7.一种灯具，其特征在于，包括用于纳置PCB线路板的壳体、灯盖和多个权利要求1至6任意一项所述的LED光学系统，所述发光元件间隔设置于所述壳体，所述防眩光基体间隔设置于所述灯盖，所述灯盖罩设于所述壳体，且属于同一所述LED光学系统的发光元件和防眩光基体对位安装。