CN203642075U - 透镜、led模组及使用该led模组的照明系统 - Google Patents

Abstract

一种透镜、LED模组及使用该LED模组的照明系统包括至少一个LED模组，以及至少一个被照射面。该LED模组包括一个透镜，和一个LED该透镜包括一个设置在光轴上的光源设置孔。所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔，在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。由于所述为弧形面的顶部的光线将射向离LED模组较远的被照射面的一侧，使得虽然射向离LED模组较远处会有更大的衰减，但是由于有更多的多到达离LED模组的较远处的一侧，从而可以弥补由于到达离LED模组较远处而导致的更多的衰减，进而使得离LED模组较远处与较近处皆有基本一致的亮度。

Description

透镜、LED模组及使用该LED模组的照明系统

技术领域

本实用新型涉及一种照明系统，特别是一种可以提供均匀照明的透镜、LED模组及使用该LED模组的照明系统。

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。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种可以提供光照效果均匀的透镜、LED模组及使用该LED模组的照明系统，以克服上述不足。

一种透镜包括一个光轴，一个与该光轴相交的出光面，一个设置在光轴上的光源设置孔，以及一个设置在所述光源设置孔与出光面之间的全反射面。所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔。在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。

一种LED模组包括一个透镜，和一个与该透镜搭配使用的LED。该透镜包括一个光轴，一个与该光轴相交的出光面，一个设置在光轴上的光源设置孔，以及一个设置在所述光源设置孔与出光面之间的全反射面。所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔。在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。

一种照明系统包括至少一个LED模组，以及至少一个与相应的LED模组对应的被照射面。该LED模组包括一个透镜，和一个与该透镜搭配使用的LED。该透镜包括一个光轴，一个与该光轴相交的出光面，一个设置在光轴上的光源设置孔，以及一个设置在所述光源设置孔与出光面之间的全反射面。所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔。在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。

与现有技术相比，由于所述透镜在沿光轴的截面上包括有一个楔形结构的光源设置孔，从光源LED发出的光被分两部分，一部分经所述长、短边侧壁射出再经全反射面反射后射向离LED模组较远的被照射面一侧，而另一倍分经所述为弧形面的顶部扩散折射后再经出光面射出射向整个被照射面上。由于所述为弧形面的顶部将光线进行了配置，即更多的光线将射向离LED模组较远的被照射面的一侧，再加上所述长、短边侧壁的出射光的补充使得虽然射向离LED模组较远处会有更大的衰减，但是由于有更多的多到达离LED模组的较远处的一侧，从而可以弥补由于到达离LED模组较远处而导致的更多的衰减，进而使得离LED模组较远处与较近处皆有基本一致的亮度。

附图说明

以下结合附图描述本实用新型的实施例，其中：

图1为现有技术中的照明系统的结构示意图及光路图。

图2为本实用新型提供的一种照明系统的结构示意及光路图。

图3为图2的照明系统的透镜沿光轴一个方向的剖视图。

图4为图2的照明系统的透镜沿光轴另一个方向的剖视图。

图5A与图5B为图2的LED模组的LED芯片在不同位置的截面结构示意图。

图6为图2的照明系统的透镜的俯视图。

图7A与图7B为图4在A处与图6在B处的局部放大图。

具体实施方式

以下基于附图对本实用新型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，并不用于限定本实用新型的保护范围。

请参阅图2，其为本实用新型所提供的一种照明系统100的结构示意图。所述照明系统100包括至少一个LED模组10，以及至少一个与每一个LED模组10分别对应的被照射面20。在实际应用中，所述LED模组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，仅为了详细说明本实用新型，故仅示出一个LED模组10和一个与该LED模组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、用于设置LED模组10的灯架，灯罩等组件，以及用于给LED模组10供电的电源等等，因为诸如此类的组件不为本实用新型的重点，在此不再赘述。

所述LED模组10包括一个透镜11，和一个与该透镜11搭配使用的LED12。

所述透镜11包括一个光轴111，一个与该光轴111相交的出光面112，一个设置在光轴111上的光源设置孔113，以及一个设置在所述光源设置孔113与出光面112之间的全反射面114。

与所有透镜一致，每一个透镜都包括一根光轴。所述光轴111用于设置所述LED12，同时该光轴111也是光路设计、整个灯具设置安装的导向。

如所述出光面112用于将来自LED12的出射光全部射出去，并照射在被照射面上。为了控制该出光面112的出射光束的射束宽度(beam width)，以在被照射面20形成可控大小的光斑，如图6所示，在该出光面112上设置有多个相互连接的六角形微球面透镜1121，请一并参阅图7A、图7B，图7A为图4A在B处的局部放大图。图7B为图6在C处的六角形微球面透镜116的俯视图。图7A示出了每一个球面透镜的球面半径，即曲率R，以及该球面弧形的拱高h，图7B示出了每一个六角形的对边距离L。通过改变R、h、以及L即可以改变每一个六角形微球面透镜1121的射束宽度。例如，当R=3.0mm，h=0.1mm，L=1.33mm时，所得到的六角形微球面透镜1121的射束宽度将是一个12度到17度的射束宽度。当R=2.0mm，h=0.2mm，L=1.51mm时，所得到的六角形微球面透镜1121的射束宽度将是一个20度至24度的射束宽度。当R=3.0mm，h=0.5mm，L=3.0mm时，所得到的六角形微球面透镜1121的射束宽度将是一个25度至30度的射束宽度。为了将出光面112的出射光更多的折射向离透镜11较远的地方，在沿光轴111的截面上所述出光面112与所述光轴111之间的夹角不垂直，即不等于90度。优选的是，所述出光面112绕光轴111顺时针旋转一定的角度。可以想到的是，其旋转的角度根据实际需要而定。

请参阅图3与图4，所述光源设置孔113用于设置光源，如LED12，或者是其他的光源，如荧光灯。在本实施例中，所述光源为LED12。可以想到的是，当其他光源如荧光灯与透镜11的尺寸比例和LED12与透镜11的尺寸比例相当时，则也可以使用荧光灯来作为光源，同样可以达到本实用新型所要达到的技术效果。在该光源设置孔113，如图5A、图5B所示，所述LED12可以设置在该光源设置孔113的里面，也可以设置在该光源设置孔113的外面，即光源设置孔113的里面或外面皆可以作为光源的光源设置处。当LED12设置在光源设置孔113中时，为了使透镜11的利用最大化的同时，便于组装该透镜11与LED12，该LED12的出光面的相反侧与所述光源设置孔113的开口端齐平。当LED12设置在光源设置孔113的外面时，为了使LED12所有光全部能进入透镜11中，优选的是，该LED12的出光面与所述光源设置孔113的开口端齐平。在本实施例中，所述LED12的出光面与所述光源设置孔113的开口端齐平。在如图5所示的透镜的仰视图中，所述光源设置孔113为一个矩形孔。该矩形孔的中心轴与光轴111重合。在沿所述光轴111的截面上所述光源设置孔113包括一个矩形结构和一个楔形结构。该矩形结构所在的截面与楔形结构所在的面垂直。所述楔形结构包括一个顶部1131，一个位于所述顶部1131一侧的短边侧壁1132，以及一个位于所述顶部1131另一侧的长边侧壁1133。所述顶部1131为所述楔形结构中所述光源设置孔113与光轴111相交的面，且该面为弧形面。如图3所示，所述弧形面的曲率相对于所述透镜11的出光方向为正曲率。所述为弧形面的顶部1131的出射光直接射向所述出光面112，并经该出光面112折射后射出。

所述全反射面114用于接收来自所述短边侧壁1132以及长边侧壁1133的光，并利用全反射定律将来自所述短边侧壁1132以及长边侧壁1133的光全部反射向出光面112，然后经该出光面112折射后射出。在沿光轴111的截面上，所述全反射面14的轮廓线的一端与出光面112连接，另一端与光源设置孔113的长、短侧壁1132、1133的自由端连接，从而可以接收所有来自所述光源设置孔113的长、短侧壁1132、1133的出射光。

为了配合整个照明系统100的结构设计，在所述短边侧壁1132的侧，所述透镜11具有缺口115。由于所述短边侧壁1132的原因，该短边侧壁1132的出射光不会到达所述缺口115所在的位置，因此为了更进一下缩小所述透镜11的体积，可以将所述透镜11切除一块，从而形成该缺口115，进而可以缩小整个照明系统100的体积。

所述LED(Light Emitting Diode)12是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。该LED12的中心设置在透镜11的光轴111。

所述被照射面20为所述LED模组10照射的位置，其可以为平面，也可以为曲面。在本实施例中，仅为了举例说明本实用新型，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。如图2所示，所述被照射面20设置在所述短边侧壁1132的一侧，并在沿所述光轴111的截面上，所述被照射面20与光轴111之间的夹角大于0度小于20度。

与现有技术相比，由于所述透镜11在沿光轴11的截面上包括有一个楔形结构的光源设置孔113，从光源LED12发出的光被分两部分，一部分经所述长、短边侧壁1132、1133射出再经全反射面114反射后射向离LED模组10较远的被照射面20一侧，而另一倍分经所述为弧形面的顶部1131扩散折射后再经出光面112射出射向整个被照射面20上。当然还需要说明的是所述长、短边侧壁1132、1133的出射光射向离LED模组10较远的被照射面20的一侧，并不是射向一点，而是形成一定范围的光斑，其光斑的大小由光源及透镜的大小决定。因此，可以理解的是，所述长、短边侧壁1133、1132在被照射面20上形成的光斑与顶部1131的出射光在被照射面20上形成的光斑是无缝接合在一起的，而不能有间隔。由于所述为弧形面的顶部1131将光线进行了配置，即更多的光线将射向离LED模组10较远的被照射面20的一侧，当然也有部分光线射向离LED模组10较近的被照射面20的一侧，再加上所述长、短边侧壁1132、1133的出射光的补充使得虽然射向离LED模组较远处会有更大的衰减，但是由于有更多的多到达离LED模组10的较远处的一侧，从而可以弥补由于到达离LED模组10较远处而导致的更多的衰减。所以，该照明系统100可以使离LED模组10较近处与离LED模组10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LED模组10较远或较近的被照射面20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，被照射面20的光照效果是一致的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜，其特征在于：该透镜包括一个光轴，一个与该光轴相交的出光面，一个设置在光轴上的光源设置孔，以及一个设置在所述光源设置孔与出光面之间的全反射面，所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔，在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。 

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：在沿所述光轴的截面上，所述出光面与光轴之间的夹角不等于90度并绕所述光轴顺时针旋转。 

3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述出光面上设置有多个相互连接的六角形微球面透镜，该六角形微球面透镜的曲率、拱高以及对边距离根据预定的光线射束宽度设置。 

4.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述楔形结构的光源设置孔包括一个顶部，一个位于所述顶部一侧的短边侧壁，以及一个位于所述顶部另一侧的长边侧壁。 

5.如权利要求4所述的透镜，其特征在于：所述顶部与光轴相交的面为所述的弧形面，该弧形面的曲率相对于所述透镜的出光方向为正曲率。 

6.一种LED模组，其包括一个透镜，和一个与该透镜搭配使用的LED，其特征在于：该透镜包括一个光轴，一个与该光轴相交的出光面，一个设置在光轴上的光源设置孔，以及一个设置在所述光源设置孔与出光面之间的全反射面，所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔，在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。 

7.如权利要求6所述的LED模组，其特征在于：所述弧形面的曲率相对于所述透镜的出光方向为正曲率。 

8.一种照明系统，其包括至少一个LED模组，以及至少一个与相应的LED模组对应的被照射面，该LED模组包括一个透镜，和一个与该透镜搭配使用的LED，其特征在于：该透镜包括一个光轴，一个与该光轴相交的出光面，一个设置在光轴上的光源设置孔，以及一个设置在所述光源设置孔与出光面之间的全反射面，所述光源设置孔为一个中心轴与光轴重合的矩形孔，在沿所述光轴的一个截面上，所述光源设置孔包括一个楔形结构且在该楔形结构中该光源设置孔与光轴相交的面为弧形面。 

9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于：所述楔形结构的光源设置孔 包括一个顶部，所述顶部与光轴相交的面为所述的弧形面，该弧形面的曲率相对于所述透镜的出光方向为正曲率。 

10.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于：所述楔形结构的光源设置孔包括一个顶部，一个位于所述顶部一侧的短边侧壁，以及一个位于所述顶部另一侧的长边侧壁，在沿所述光轴的截面上，所述被照射面与光轴之间的夹角大于0度小于20度，且该被照射面位于所述短边侧壁的一侧。 

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