CN104061453A - Led灯具及其光源结构 - Google Patents

Abstract

一种LED灯具的光源结构，其包括：准直反射器，为两端开口的杯体结构，其中准直反射器的大头端开口为出光口，小头端开口为入光口，并且准直反射器的内表面为二次抛物面；LED光源，为安装在入光口处的点光源，LED光源位于准直反射器的焦点，使LED光源发射的光线经过准直反射器的内表面反射后，从出光口平行射出；复眼透镜，对应设置在出光口处，复眼透镜包括：透明基板，具有入光面及与入光面平行相对的出光面；多个球面微型透镜，呈矩阵排布在入光面及出光面上，球面微型透镜的边缘为矩形，并且球面朝外凸出设置。上述LED灯具的光源结构能够形成照度均匀性的矩形光斑，并且照射区域的边界较为清晰，其颜色也较为均匀。本发明还提供一种LED灯具。

Description

LED灯具及其光源结构

【技术领域】

本发明涉及一种照明灯具，特别是涉及一种LED灯具及其光源结构。

【背景技术】

LED（Light Emitting Diode）以其效率高，光色纯、能耗低、寿命长、无污染等优点成为21世纪具有竞争力的新型光源。随着LED光通量及光效的不断提高，LED在照明领域的应用也越来越广泛，然而，由于LED本身属于朗伯型光源，其发光强度两边(大角度)低，中心(小角度)高，无法直接应用于照明领域。因此，对LED光源的二次光学配光显得尤为重要。

目前，市面上争对LED光源的二次配光系统按其照面形状可以分为圆形、椭圆形、方形、矩形、长条形等等。但是无论哪种形式的二次配光都有缺点，例如，照面为矩形的LED灯具的二次配光具有如下缺点：（1）被照面照度均匀度低；（2）、边界不清晰，能量分散；（3）容易产生色散，颜色不均匀。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种被照面的照度较为均匀，而且照明区域边界较为清晰、颜色较为均匀的LED灯具的光源结构。

一种LED灯具的光源结构，其包括：

准直反射器，为两端开口的杯体结构，其中所述准直反射器的大头端开口为出光口，小头端开口为入光口，并且所述准直反射器的内表面为二次抛物面；

LED光源，为安装在所述入光口处的点光源，所述LED光源位于所述准直反射器的焦点，使所述LED光源发射的光线经过所述准直反射器的内表面反射后，从所述出光口平行射出；及

复眼透镜，对应设置在所述出光口处，所述复眼透镜包括：

透明基板，具有入光面及与所述入光面平行相对的出光面；

多个球面微型透镜，呈矩阵排布在所述入光面及出光面上，所述球面微型透镜的边缘为矩形，并且球面朝外凸出设置，所述入光面的球面微型透镜与所述出光面的球面微型透镜相对设置；

其中，所述透明基板为矩形板，所述多个球面微型透镜沿平行于所述矩形板的侧边的方向紧密排列，以在所述出光面及入光面上形成平行于所述透明基板的长边的透镜行及平行于所述透明基板的宽边的透镜列。

上述LED灯具的光源结构的LED光源发出的光线经过准直反射器后，平行于光轴出射，通过复眼透镜的入光面的球面微型透镜后聚焦于复眼透镜的出光面的球面微型透镜的焦点处，最后从各个球面微型透镜出射的光线在被照面重叠照明，整个过程相当于把单颗LED光源照明转变为多颗矩形LED光源混合照明，形成一定范围内照度均匀性的矩形光斑，并且照射区域的边界较为清晰，同时由于照明形式为LED光源混合照明，其颜色也较为均匀。

在其中一个实施例中，所述二次抛物面的母线方程为y2=8x。

在其中一个实施例中，所述出光口的直径为29.3毫米，所述入光口的直径为8毫米，并且所述出光口与所述入光口的垂直距离为23毫米。

在其中一个实施例中，所述透明基板的长度为40毫米，宽度为40毫米，厚度为11.37毫米。

在其中一个实施例中，所述球面微型透镜的边缘的长度为4毫米，宽度为2毫米，并且所述球面微型透镜的球面半径为4.9毫米。

在其中一个实施例中，所述LED光源为含有单颗LED芯片的发光模组。

在其中一个实施例中，所述LED光源包括多颗三基色的LED芯片及罩在所述多颗LED发光芯片上方的LED透镜。

在其中一个实施例中，所述复眼透镜与所述准直反射器的出光口间隔设置。

一种LED灯具，其包括：

灯壳，具有出光口，所述出光口为矩形；

上述的光源结构，安装在所述灯壳内，并且所述复眼透镜对应所述出光口设置；及

透明灯罩，密封在所述出光口处。

【附图说明】

图1为本发明实施方式的LED灯具的光源结构的结构示意图；

图2为图1所示的LED灯具的光源结构的准直反射器的立体图；

图3为图1所示的LED灯具的光源结构的准直反射器的剖视图；

图4为图1所示的LED灯具的光源结构的复眼透镜的透视图；

图5为图1所示的LED灯具的光源结构的复眼透镜的剖视图；

图6为图1所示的LED灯具的光源结构的复眼透镜的俯视图；

图7为图1所示的LED灯具的光源结构的复眼透镜的侧视图；

图8为图1所示的LED灯具的光源结构在出光方向2米处的照度测试图；

图9为图1所示的LED灯具的光源结构的照度测试的3D模拟图；

图10为图1所示的LED灯具的光源结构的配光曲线图。

【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的实施例。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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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。

请参阅图1，本发明实施方式的LED灯具的光源结构100，包括准直反射器110、LED光源120及复眼透镜130。准直反射器110主要用于将LED光源120发射的光线反射后，平行射出。复眼透镜130用于对准直光线进行会聚。

请参阅图2及图3，准直反射器110为两端开口的杯体结构，其中准直反射器110的大头端开口为出光口111，小头端开口为入光口113，并且准直反射器110的内表面115为二次抛物面。例如，二次抛物面的母线方程可以为y2=8x，出光口111的直径D1可以为29.3毫米，入光口113的直径D2可以为8毫米，并且出光口111与入光口113的垂直距离H可以为23毫米。

LED光源120为安装在准直反射器110的入光口113处的点光源，LED光源120位于准直反射器110的焦点，使LED光源120发射的光线经过准直反射器110的内表面115反射后，从准直反射器110的出光口111平行射出。例如，LED光源120为含有单颗LED芯片的发光模组。或者，LED光源120包括多颗三基色的LED芯片及罩在多颗LED发光芯片上方的LED透镜，此时，LED灯具可以控制三基色的LED芯片选择性发光，以使LED灯具能够射出不同颜色的光线。

请参阅图4至图7，复眼透镜130对应设置在准直反射器110的出光口111处。复眼透镜130包括透明基板131及多个球面微型透镜133。透明基板131具有入光面131a及与入光面131a平行相对的出光面131b。多个球面微型透镜133呈矩阵排布在入光面131a及出光面131b上。球面微型透镜133的边缘为矩形，并且球面朝外凸出设置，入光面131a的球面微型透镜133与出光面131b的球面微型透镜133相对设置。

透明基板131可以为矩形板，多个球面微型透镜133沿平行于矩形板的侧边的方向紧密排列，以在出光面131b及入光面131a上形成平行于透明基板131的长边的透镜行及平行于透明基板131的宽边的透镜列。例如，透明基板131的长度为40毫米，宽度为40毫米，厚度为11.37毫米。球面微型透镜133的边缘的长度L1为4毫米，宽度L2为2毫米，并且球面微型透镜133的球面半径为4.9毫米。

进一步地，复眼透镜130可以与准直反射器110的出光口111间隔设置，以便于增大LED灯具的照射面积。

需要说明的是，复眼透镜130的透明基板131的形状也可与准直反射器110的出光口111的形状相匹配，并且，复眼透镜130直接安装在准直反射器110的出光口111，以密封准直反射器110，从而避免外界灰尘等杂物进入到准直反射器110内，导致影响LED光源120的正常工作。

下面结合具体的实施例来说明上述的LED灯具的光源结构100。

本实施例的LED灯具的光源结构100的二次光学系统由准直反射器110以及复眼透镜130组成。该准直反射器110为二次抛物面反射器，其母线方程为y²=8x，并且其出光口111的直径D1为28.3mm，入光口113的直径D2为8mm，出光口111与入光口113的垂直距离H为23mm。该复眼透镜130为双面矩形复眼透镜130，在透明基板131的两个表面上按矩形排列有许多球面微型透镜133，称之为复眼。每个球面微型透镜133的边缘的长度L1为4mm，宽度L2为2mm，球面半径为4.9mm。透明基板131的长度为40mm，宽度为40mm，厚度为11.37mm。

请再次参阅图1，准直反射器110以及复眼透镜130组成了该LED灯具的光源结构100的二次配光系统，能在被照面形成高度均匀的矩形光斑。LED光源120发出的光线经过准直反射器110反射后，平行于光轴出射，通过复眼透镜130的入光面131a的球面微型透镜133后聚焦于复眼透镜130的出光面131b的球面微型透镜133的焦点处（即出光面131b的各球面微型微镜的中心点处），此时相当于将LED光源120的不同空间频率的光线分别成像于不同位置，总成像点的数目等于球面微型微镜的数目。此时光线不发生转折，沿直线穿过复眼透镜130的出光面131b，如光线A和B为不同球面微型微镜出射的光线，最后从各个球面微型透镜133出射的光线在被照面重叠照明。整个过程相当于把单颗LED光源120照明转变为多颗虚拟的矩形LED光源混合照明，形成一定范围内照度均匀性达88%以上的矩形光斑，同时由于照明形式为LED光源120混合照明，其颜色均一性也有了很大的提高。

请参阅图8，对上述实施例的LED灯具的光源结构100的出光方向2米处的照度进行测试，其照度均匀度达88%以上，并且照明区域边界较为清晰。请参阅图9，对上述实施例的LED灯具的光源结构100的出光方向2米处的照度进行3D模拟，由图可知，上述实施例的LED灯具的光源结构100的照射区域边界较为清晰，并且颜色较为均匀。请参阅图10，对上述实施例的LED灯具的光源结构100的出光强度进行测试，形成配光曲线图，由图可知，上述实施例的LED灯具的光源结构100的出光较为均匀。

上述LED灯具的光源结构100的LED光源120发出的光线经过准直反射器110后，平行于光轴出射，通过复眼透镜130的入光面131a的球面微型透镜133后聚焦于复眼透镜130的出光面131b的球面微型透镜133的焦点处，最后从各个球面微型透镜133出射的光线在被照面重叠照明，整个过程相当于把单颗LED光源120照明转变为多颗矩形LED光源混合照明，形成一定范围内照度均匀性的矩形光斑，并且照射区域的边界较为清晰，同时由于照明形式为LED光源120混合照明，其颜色也较为均匀。

本发明还提供一种LED灯具，该LED灯具包括灯壳（图未示）、光源结构100及透明灯罩（图未示）。灯壳具有出光口111，出光口111为矩形。光源结构100安装在灯壳内，并且复眼透镜130对应准直反射器110的出光口111设置。透明灯罩密封在准直反射器110的出光口111处。

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 (9)

1.一种LED灯具的光源结构，其特征在于，包括：

准直反射器，为两端开口的杯体结构，其中所述准直反射器的大头端开口为出光口，小头端开口为入光口，并且所述准直反射器的内表面为二次抛物面；

LED光源，为安装在所述入光口处的点光源，所述LED光源位于所述准直反射器的焦点，使所述LED光源发射的光线经过所述准直反射器的内表面反射后，从所述出光口平行射出；及

复眼透镜，对应设置在所述出光口处，所述复眼透镜包括：

透明基板，具有入光面及与所述入光面平行相对的出光面；

多个球面微型透镜，呈矩阵排布在所述入光面及出光面上，所述球面微型透镜的边缘为矩形，并且球面朝外凸出设置，所述入光面的球面微型透镜与所述出光面的球面微型透镜相对设置；

其中，所述透明基板为矩形板，所述多个球面微型透镜沿平行于所述矩形板的侧边的方向紧密排列，以在所述出光面及入光面上形成平行于所述透明基板的长边的透镜行及平行于所述透明基板的宽边的透镜列。

2.如权利要求1所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述二次抛物面的母线方程为y²=8x。

3.如权利要求2所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述出光口的直径为29.3毫米，所述入光口的直径为8毫米，并且所述出光口与所述入光口的垂直距离为23毫米。

4.如权利要求1所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述透明基板的长度为40毫米，宽度为40毫米，厚度为11.37毫米。

5.如权利要求1所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述球面微型透镜的边缘的长度为4毫米，宽度为2毫米，并且所述球面微型透镜的球面半径为4.9毫米。

6.如权利要求1所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述LED光源为含有单颗LED芯片的发光模组。

7.如权利要求1所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述LED光源包括多颗三基色的LED芯片及罩在所述多颗LED发光芯片上方的LED透镜。

8.如权利要求1所述的LED灯具的光源结构，其特征在于，所述复眼透镜与所述准直反射器的出光口间隔设置。

9.一种LED灯具，其特征在于，包括：

灯壳，具有出光口，所述出光口为矩形；

如权利要求1～8任一项所述的光源结构，安装在所述灯壳内，并且所述复眼透镜对应所述出光口设置；及

透明灯罩，密封在所述出光口处。