CN107084340B - 一种led灯具的配光系统 - Google Patents

Abstract

一种LED灯具的配光系统，其包括一个被照射平面，一个光源模块，以及一个反射板。所述被照射平面包括一个竖直方向。所述光源模块包括一个透镜，所述透镜包括一个光轴，以及一个出光面。所述出光面包括一个以该光轴为对称轴的第一轮廓线和第二轮廓线。在沿所述竖直方向与光轴构成的截面上，来自第一轮廓线的反射光经所述反射板反射后皆射向所述光轴的一侧。来自第二轮廓线的反射光经所述反射板反射后射向所述光轴的两侧。所述反射板的反射光皆射向所述被照射平面。本发明利用所述透镜、反射板，以及该透镜与反射板之间的配合作用，使得使被照射平面的上层的物品与下层的物品的具有相同的照度，从而可以极大的提高用户的用光体验，增加用户的购物欲望。

Description

一种LED灯具的配光系统

技术领域

本发明涉及一种照明设备领域，特别是一种LED灯具的配光系统。

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做为发光光源。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做为发光光源。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。

如图1所示，为一种现有技术中使用LED作为光源的照明系统的光路示意图。该照明系统包括一个被照射面1，一个设置在该被照射面1一侧的LED光源2。该LED光源2包括一个出光面3，该出光面3射出无数灯光线4并照射在被照射面1上。可以想到的是，无论所述LED光源2放置在被照射面1的哪个位置，出光面3射出的光线4中的一部分一定会射向被照射面1的近端，而另一部分则一定会射向被照射面1的远端。正是由于以上不可避免的光线照射结构，射向被照射面1近端的光线相对于射向被照射面1远端的光线衰减将较小，而无论是射向远端的光线还是射向近端的光线，其初始亮度值是相等的，因此会导致由于被照射面1相对于LED光源2的远近不同，其明亮度也不同，即被照射面1各处的照度不同。

这种不均匀的光照效果对于一些场合，如展览厅、展示会，又或是一些商场中的照明场合，由于光照效果不均匀，即照度不均匀将会降低被展示的物品给参观者或购买者视觉效果，从而降低展示物品给人视觉上的品质感。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可以提供均匀照度的LED灯具的配光系统。

一种LED灯具的配光系统，其包括一个被照射平面，一个设置在所述被照射平面的一侧的光源模块，以及一个设置在所述光源模块的出射光方向上的反射板。所述被照射平面包括一个竖直方向。所述光源模块包括一个透镜，所述透镜的出光方向背向所述被照射平面。所述透镜包括一个与所述竖直方向垂直的光轴，以及一个出光面。所述出光面对入射光进行会聚并在沿竖直方向和光轴的截面上包括一个以该光轴为对称轴的第一轮廓线，所述出光面在沿所述光轴并垂直于所述竖直方向的截面上包括一个以光轴为对称轴的第二轮廓线。所述第二轮廓线的出光角度大于所述第一轮廓线的出光角度。所述出光面由所述第一轮廓线所在的平面沿所述第二轮廓线扫描而成。所述反射板与所述透镜间隔设置。在沿所述竖直方向与光轴构成的截面上，来自第一轮廓线的反射光经所述反射板反射后皆射向所述光轴的一侧。在沿光轴并垂直于所述竖直方向的截面上，来自第二轮廓线的反射光经所述反射板反射后射向所述光轴的两侧。所述反射板的反射光皆射向所述被照射平面。

进一步地，所述出光面由所述第二轮廓线所在的平面沿所述第一轮廓线扫描而成。

进一步地，所述透镜还包括一个入光面，所述入光面与所述光轴垂直，所述入光面以第一轮廓线的两个端点的连线沿所述第二轮廓线的两个端点的连线扫描而成。

进一步地，所述透镜还包括一个由所述入光面延伸出来的支撑部，所述支撑部具有容置腔。

进一步地，所述光源模块还包括一个LED芯片，所述LED芯片的中心位于所述光轴上，所述LED芯片具有一个出射光面，该出射光面与所述入光面间隔设置。

进一步地，所述出射光面与所述入光面之间的距离与所述支撑部沿光轴方向的厚度相等。

进一步地，在沿所述竖直方向与光轴的截面上，所述被照射平面的上边缘与反射板的上边缘之间的连线与第一轮廓线相切。

进一步地，在沿所述竖直方向与光轴的截面上，所述反射板的上边缘及下边缘与LED芯片的中心的连线之间的夹角大于所述第一轮廓线上的出光角度。

进一步地，在沿所述竖直方向与光轴的截面上，所述光轴与反射板的夹角具有一个锐角。

进一步地，所述光轴垂直于所述被照射平面。

与现有技术相比，本发明提供的LED灯具的配光系统利用所述透镜、反射板，以及该透镜与反射板之间的配合作用，使得从所述反射板反射后的光可以均匀地沿所述被照射平面的竖直方向照射在所述被照射平面上，从而可以使被照射平面的上层的物品与下层的物品的具有相同的照度，给用户的感觉就是在沿被照射平面的竖直方向上亮度基本上是一致的，从而可以极大的提高用户的用光体验，增加用户的购物欲望。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1为现有技术中一种灯具照明系统的光路示意图

图2为本发明提供的一种LED灯具的配光系统的结构示意图及光路示意图。

图3为图2的LED灯具的配光系统在另一方向上的结构示意图。

图4为图3的LED灯具的配光系统的光路示意图。

图5为图1的LED灯具的配光系统的光强图。

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2至图4，其为本发明提供的一种LED灯具的配光系统100的结构示意图。所述LED灯具的配光系统100包括一个被照射平面10，一个设置在所述被照射平面的一侧的光源模块20，以及一个设置在所述光源模块20的出射光方向上的反射板30。因为本发明的重点在于配光系统的结构及光线配置，因此，所述被照射平面10，光源模块20，以及反射板30皆为示意图。可以想到的是，所述LED灯具还包括其他的一些功能模块，如电源模块，灯具的机械模块如灯壳，灯罩等用于组装所述光源模块20的结构组件，以及用于组装所述反射板30的结构组件，但是这些结构组件皆应当为本领域技术人员所习知，且不为本发明的重点，因此在本发明中上述的结构组件皆不作详细说明，也没有在图中示出。

所述被照射平面10可以为仓库或商场里的货架，也可以为博物馆或展览馆里的墙面，还可以是诸如冰柜内的前排货物等等。虽然上述的用光环境不可能是一个绝对的平面，但在本发明中，为了简化说明，同时在实际的光学设计中也的确是将上述的用光环境模拟为一个平面来进行配光设计的。因此，在附图中，仅使用一条线来代替该用光环境。在光学设计中，一定需要一个参照来配置光线的传播路径，因此在本实施例中，所述被照射平面10包括一个竖直方向。该被照射平面10的竖直方向作为所述配光系统的一个维度。

所述光源模块20包括一个LED芯片21，以及一个设置在所述LED芯片21的出光方向上的透镜22。可以理解的是，所述光源模块20还包括其他一些功能模块，如设置在LED芯片21上的散热装置，用于固定所述透镜22的灯架结构，以及用于为LED芯片21提供电力的电源模块等等，其为本领域技术人员所习知的技术，在此无需详细说明。为了简化说明，在图1中仅示出所述LED芯片21及透镜22。所述LED芯片21为一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光能。关于LED的相关技术为本领域技术人员所习知，在此不再赘述。

所述透镜22包括一个与所述被照射平面10的竖直方向垂直的光轴221，一个出光面222，一个入光面223，以及一个由所述入光面223延伸出来的支撑部224。所述透镜22可以透明材料制成，也可以具有一定透光比率的非全透镜材料制成。在本实施例中，所述透镜22由透明材料制成。

与所有透镜一致，每一个透镜都包括至少一根光轴。在本实施例中，所述透镜22只包括一根光轴221。该光轴221用于设置光源，即LED芯片21，同时众所周知的是该光轴221也是光路设计的导向。所述光轴221垂直于所述被照射平面10的竖直方向，因此，所述光轴221的方向成为所述配光系统的另一个维度，从而，所述被照射平面10的竖直方向与所述光轴221的方向构成一个二维平面。众所周知的是，方向是一个矢量，因此将所述光轴221沿所述透镜22的出光方向为正方向，则所述光轴221的负方向就是与所述透镜22的出光方向的反方向。所述光轴221的正方向背离所述被照射平面10，即所述透镜22的出光方向背向所述被照射平面10。

请一并参阅图2和图3，所述出光面222对入射光进行会聚并在沿竖直方向和光轴221的截面上包括一个以该光轴221为对称轴的第一轮廓线225，在沿所述光轴222并垂直于所述竖直方向的截面上包括一个以该光轴221为对称轴的第二轮廓线226。所述出光面222可以由第一轮廓线225所在的平面沿所述第二轮廓线226扫描而成，当然，可以理解的是，所述出光面222也可以是第二轮廓线226所在的平面沿所述第一轮廓线225扫描而成。所述“扫描”应为一种现代技术用语，其使用在电子投影技术，3D打印技术，制图技术等领域中。在本发明中，所述“扫描”指的是制图技术中的扫描，如PRO/E里的“扫描”，其指的是一个截面沿一条曲线所形成的实体。为了对光根据需要进行配置，所述第二轮廓线226的出光角度大于所述第一轮廓线225的出光角度。众所周知的是，一个出光面在某个截面上的出光角度将决定其照射范围，因此，当所述第二轮廓线226的出光角度大于所述第一轮廓线225的出光角度时，则所述出光面222在垂直于所述被照射平面10的竖直方向的截面上的照射范围大于其在平行于所述被照射平面10的竖直方向的截面上的照射范围。

所述入光面223可以为一个平面，其用于接收所述来自LED芯片21的出射光。所述入光面223的形成也是在所述出光面222的形成过程中同时形成的，即可以为以第一轮廓线225的两个端点的连线沿所述第二轮廓线226的两个端点的连线扫描而成，同时可以理解的是，该入光面223还可以为以第二轮廓线226的两个端点的连线沿所述第一轮廓线225的两个端点的连线扫描而成。由于所述第一、第二轮廓线225、226皆以光轴221为对称轴，因此，无论是以第一轮廓线225为截面还是以第二轮廓线226为截面，所述入光面223都将为一个平面。根据上述的扫描形成理论，所述入光面223应当与所述光轴221垂直

所述支撑部224用于设置所述透镜22，其由所述入光面223沿光轴221的负方向延伸出来。由于所述LED芯片21的出光平面不可以直接贴设在所述入光面223上，而是与所述入光面223间隔设置，其间隔的距离应当使LED芯片21的出射光全部投射到以所述第一轮廓线225的两个端点的连线为直径所形成的圆的范围内。由于第二轮廓线226的两个端点的连线的长度大于第一轮廓线225的两个端点的连线的长度，因此所述支撑部224设置在以所述第一轮廓线225的两个端点的连线为直径所形成的圆的外侧范围内，从而形成一个容置腔227。所述LED芯片21的光线全部进入该容置腔227中。所述支撑部224的厚度可以与所述LED芯片21的出光平面到入光面223的距离相等。

所述反射板30设置在所述光源模块20的出射光方向上，并与所述透镜22间隔设置。该反射板30本身的结构应当为本领域技术人员所习知，其通常为透明塑料板上贴装一层反射膜而制成。在沿或者平行所述被照射平面10的竖直方向和光轴221的截面上，来自所述第一轮廓线225的出射光经过所述反射板30反射后皆射向所述光轴221的一侧。在沿或者平行所述光轴221并垂直于所述竖直方向的截面上，来自第二轮廓线226的出射光经过所述反射板30反射后射向所述光轴221的两侧。所述反射板30的反射光皆射向所述被照射平面10。由于所述第一轮廓线225对光线的作用，以及所述反射板30的反射作用，使得在沿或者平行所述被照射平面10的竖直方向和光轴221的截面上所述光轴221一侧的光线被反射向远离光源模块20处的位置，而该光轴221另一侧的光线中光强弱的被反射向离光源模块20处最近的位置，光强最强的部分也被反射向离光源模块20较远的位置，如图5所示，从而可以弥补由于光线到达离光源模块20较远处而造成的光的损失。而在沿或者平行所述光轴221且垂直于所述被照射平面10的竖直方向的截面上，所述光轴221两侧的光线分别射向该光轴221的两侧，不会造成一侧多一侧少的现象，从而而可以使离光源模块20较近处与离光源模块20较远处有基本相同的照度。在这里，需要说明“基本相同”的意思，该基本相同是指虽然用照度仪器测量离光源模块20较远或较近的被照射面10的两侧，其照度值可能不完全一样，但是对于人们肉眼观察则难以察觉这种不同，从而达到对于人们的视觉来说，被照射平面10的光照效果是一致的。在设置所述反射板30时，为了使整个LED灯具的体积更小且合理，在沿所述竖直方向与光轴221的截面上，所述被照射平面10的上边缘与反射板30的上边缘之间的连线与第一轮廓线225相切，同时，所述光轴221与反射板30的夹角具有一个锐角。在沿所述竖直方向与光轴221的截面上，所述反射板30的上边缘及下边缘与LED芯片21的中心的连线之间的夹角大于所述第一轮廓线225上的出光角度，以使所述反射板30可以接收所述第一轮廓线225的全部出射光线。

与现有技术相比，本发明提供的LED灯具的配光系统100利用所述透镜22、反射板30，以及该透镜22与反射板30之间的配合作用，使得从所述反射板30反射后的光可以均匀地沿所述被照射平面10的竖直方向照射在所述被照射平面10上，可以使被照射平面10的上层的物品与下层的物品的具有相同的照度，给用户的感觉就是在沿被照射平面10的竖直方向上亮度基本上是一致的，从而可以极大的提高用户的用光体验，增加用户的购物欲望。

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之内。

Claims (7)

1.一种LED灯具的配光系统，其特征在于：所述LED灯具的配光系统包括一个被照射平面，一个设置在所述被照射平面的一侧的光源模块，以及一个设置在所述光源模块的出射光方向上的反射板，所述被照射平面包括一个竖直方向，所述光源模块包括一个透镜，所述透镜的出光方向背向所述被照射平面，所述透镜包括一个与所述竖直方向垂直的光轴，以及一个出光面，所述出光面对入射光进行会聚并在沿竖直方向和光轴的截面上包括一个以该光轴为对称轴的第一轮廓线，所述出光面在沿所述光轴并垂直于所述竖直方向的截面上包括一个以光轴为对称轴的第二轮廓线，所述第二轮廓线的出光角度大于所述第一轮廓线的出光角度，所述出光面由所述第一轮廓线所在的平面沿所述第二轮廓线扫描而成，所述反射板与所述透镜间隔设置，在沿所述竖直方向与光轴构成的截面上，来自第一轮廓线的反射光经所述反射板反射后皆射向所述光轴的一侧，在沿光轴并垂直于所述竖直方向的截面上，来自第二轮廓线的反射光经所述反射板反射后射向所述光轴的两侧，所述反射板的反射光皆射向所述被照射平面；

所述透镜还包括一个入光面，所述入光面与所述光轴垂直，所述入光面以第一轮廓线的两个端点的连线沿所述第二轮廓线的两个端点的连线扫描而成；

所述光源模块还包括一个LED芯片，所述LED芯片的中心位于所述光轴上，所述LED芯片具有一个出射光面，该出射光面与所述入光面间隔设置，间隔的距离使LED芯片的出射光全部投射到以所述第一轮廓线的两个端点的连线为直径所形成的圆的范围内；

在沿所述竖直方向与光轴的截面上，所述被照射平面的上边缘与反射板的上边缘之间的连线与第一轮廓线相切。

2.如权利要求1所述的LED灯具的配光系统，其特征在于：所述出光面由所述第二轮廓线沿所述第一轮廓线扫描而成。

3.如权利要求1所述的LED灯具的配光系统，其特征在于：所述透镜还包括一个由所述入光面延伸出来的支撑部，所述支撑部具有容置腔。

4.如权利要求3所述的LED灯具的配光系统，其特征在于：所述出射光面与所述入光面之间的距离与所述支撑部沿光轴方向的厚度相等。

5.如权利要求1所述的LED灯具的配光系统，其特征在于：在沿所述竖直方向与光轴的截面上，所述反射板的上边缘及下边缘与LED芯片的中心的连线之间的夹角大于所述第一轮廓线上的出光角度。

6.如权利要求1所述的LED灯具的配光系统，其特征在于：在沿所述竖直方向与光轴的截面上，所述光轴与反射板的夹角具有一个锐角。

7.如权利要求1所述的LED灯具的配光系统，其特征在于：所述光轴垂直于所述被照射平面。

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