CN212339003U - 一种led照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及LED照明领域，提供一种LED照明系统，包括LED阵列、准直透镜组、对置复眼透镜、聚光透镜，所述LED阵列包括若干个LED单元模组，所述LED单元模组包括两种以上色温的LED芯片，不同色温的LED芯片发出的光线相互交叠；对置复眼透镜，用于将混合区的光线或混合区、分离区的光线进行匀光，并与所述准直透镜组设有一定距离。不同色温的LED芯片所发出的光线在经准直透镜组后已经进行充分混合，再在与准直透镜组一定距离的范围内设置对置复眼透镜，对混合区、分离区的光线进行匀光，以获取比现有专利技术方案更优的混色效果的光学及光学系统，获得混色更均匀的色光，也避免大部分不同色温的光线在成像镜头前混合，出现五彩斑斓的现象。

Description

一种LED照明系统

技术领域

本实用新型涉及LED照明领域，更具体地，涉及一种LED照明系统。

背景技术

灯具不仅具有照明的功能，同时也会对使用者的心理产生影响，对环境渲染的感情色彩具有关键的作用。照明色温为偏高的环境，如色温为5000-6000K的环境，显得严肃安静，容易给人越清爽和冷静的感觉，更利于使用者进行思考，所以更适合办公环境使用；而色温偏低的环境，如色温为4000-4500K的环境，给人一种温馨，放松及慵懒的精神状态。

随着使用环境的细分，商场、舞台照明等商业照明，甚至是特种照明都对灯光的色温提出了更高的要求，在要求其光质的同时，要求其色温可调。但现有技术中，色温可调的光源模组往往在光线出射的方向上设置有成像镜头将光线投影到屏幕上。在这个过程中，各个色温或颜色所形成的光束，在成像镜头附近会呈现出五彩斑斓的现象，会导致光线的混合效果不佳，影响成像效果，且光源利用率较低。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术在成像镜头附近呈现出五彩斑斓的彩虹样效果，提供一种LED照明系统，用于避免在成像镜头附近出现五彩斑斓的现象，提高光线的混合效果和光源利用率。

本实用新型采取的技术方案是，一种LED照明系统，包括沿光路依次排布的：

LED阵列，包括若干个LED单元模组，所述LED单元模组包括两种以上色温的LED芯片，不同色温的LED芯片发出的光线相互交叠；

准直透镜组，用于对各个发光区的光线进行准直，且经准直后的光线形成混合区和分离区，所述分离区位于混合区外围；

对置复眼透镜，用于将混合区、分离区的光线进行匀光，并与所述准直透镜组设有一定距离；聚光透镜，用于将对置复眼透镜匀光后的光线汇聚于预设的焦点，以形成混色均匀的光斑。

本方案中，同一LED模组中具有多种色温的LED芯片，LED芯片在发光时，由于LED的发光角较大，不同色温的光线会发生重叠现象，此时不同色温的光线大部分相互重叠，混合出单一色温的光线；不同色温的光线部分没有相互重叠，没有发生重叠的光线呈现的色温为原本的色温。如此设置，在出射光路上，大部分光线已经重叠在一起，大大降低了后续的复眼透镜的积分难度，且避免了成像镜头前出现五彩斑斓现象，并使得光线混色更加均匀。

LED阵列单元中，不同色温芯片所发出的光线经准直透镜准直后，准直后的光线与LED阵列单元上的芯片位置呈反向的镜像关系，因此，LED阵列的同个LED单元模组中，不同色温的LED芯片所发出的光线从准直透镜组出射后，色温不同的光线相互交错混合形成混合区，混合区的光线随着出射距离的增加又开始色温分离形成分离区。由于分离区的面积越大，在出射光路上，五彩斑斓的现象越明显，混光效果越差，因此，对置复眼透镜与准直透镜组之间设有一定距离，在所述一定距离之内，对置复眼透镜对尚未形成明显分离区的光线和混合区的光线进行匀光，由于大部分的光线在混合区已经进行了混合，这样可避免大部分不同色温的光线在成像镜头前混合，出现五彩斑斓的现象，减小了复眼透镜的积分难度和聚光透镜的混光难度，可获得混色更均匀的色光。

优选地，所述一定距离的范围为0-20mm。本方案中，对置复眼透镜与准直透镜组之间设置0-20mm的距离范围，对置复眼透镜可将混光区、分离区的光线进行匀光，在此距离范围内，该分离区的尚未明显显现，该分离区的所占面积较小，这减小了后续聚光透镜的混光难度，可获得混色更均匀的色光，同时也避免大部分不同色温的光线在成像镜头前混合，出现五彩斑斓的现象。

优选地，所述分离区的面积与所述混合区的面积之比小于等于1:2。本方案中，由前述可知，准直后的光线与LED阵列单元上的芯片位置呈反向的镜像关系，光线经准直透镜组准直后，随着距离增大，混合区面积减小，分离区面积会增大。因此，在理想情况下，当所述分离区的面积与所述混合区的面积之比小于等于1:2时，可达到后续复眼透镜最佳的匀光效果和减小后续聚光透镜的混光难度，可获得混色更均匀的色光，同时也避免大部分不同色温的光线在成像镜头前混合，出现五彩斑斓的现象。

优选地，所述LED单元模组中，相同色温的LED芯片呈中心对称或轴对称。本方案中，相同色温的LED芯片呈中心对称会轴对称布置，整个LED单元模组发光时，相同色温的光线发光角度、出射角度相同，不同色温的光线出射均匀，经准直透镜组的过程中混合均匀，从准直透镜组出射后，分离区的面积均匀，大大降低后续的混光要求，提高了混光效果。

优选地，所述LED阵列呈多边形，且两两相邻的三个LED单元模组呈等边三角形排列；相邻的LED单元模组之间的距离为10mm-20mm。本方案中，所述LED阵列的轮廓呈多边形，多边形的边线越多越趋向于圆形，LED阵列越趋向圆形排布，其发光效率越好，光源的利用率越高。两两相邻的三个LED单元模组呈等边三角形排列，可提高光源的利用率。结合前述，本方案实现了提高光源的利用率，也避免大部分不同色温的光线在成像镜头前混合，出现五彩斑斓的现象。

优选地，所述LED单元模组的有效发光尺寸长宽比为1:1-1.6:1。本方案中，为进一步提高光源的利用率，设置LED单元模组的有效发光尺寸长宽比为1:1-1.6:1。

优选地，所述准直透镜组包括

前准直透镜，所述前准直透镜设有若干个并与每个LED单元模组一一对齐；

后准直透镜，所述后准直透镜设有若干个并与每个LED单元模组一一对齐，所述后准直透镜之间无缝拼接；

所述来自LED阵列的光线依次通过前准直透镜和后准直透镜。

所述后准直透镜的出光口径与LED单元模组有效发光面上的对角线比值为3.5-5。

本方案中，前准直透镜和后准直透镜的出光口径在出光方向上依次增大，即后准透镜的出光口径大于前准直透镜的出光口径。来自LED阵列的光线依次通过前准直透镜和后准直透镜可以获得准直效果更好的光线。若干个后准直透镜之间无缝拼接，可把LED阵列发出的光束准直并连成一束较大光束。为提高光源利用率，保证LED单元模组发出的光线能够充分被准直出射，且准直透镜的能够被充分利用，设置后准直透镜的直径与LED单元模组有效发光面上的对角线比值为3.5-5。

优选地，所述对置复眼透镜包括若干个复眼单元，沿所述光路，所述后准直透镜的横截面与复眼单元的截面积的比值为20-60。本方案中，对置复眼透镜可获得高的光能利用率和大面积的均匀照明，可提高对置复眼透镜对光线的匀光效果。

优选地，所述LED阵列中，每个LED单元模组中的LED芯片的种类和数量相同且紧密排列，色温相同的LED芯片的位置和方向在每个LED混色单元模组中有大致相同的分布。本方案中，LED单元模组中不同色温的LED芯片经过合理的数量、位置、方式、排列方式等选择，相同色温的光线发光角度、出射角度相同，不同色温的光线出射均匀、经准直透镜组的过程中混合均匀，从准直透镜组出射后，分离区的面积均匀，大大降低后续的混光要求，提高了混光效果。而且，同个LED混色单元模组中的LED芯片紧密排列，使各LED芯片之间的间隙尽可能小，这样有利于可充分利用LED芯片的所发出的光，且有利于形成均匀的混色光。

优选地，所述对置复眼透镜包括分别单独设置的第一复眼透镜和第二复眼透镜，所述第一复眼透镜和第二复眼透镜相互对称；来自混合区、分离区的光线依次通过第一复眼透镜和第二复眼透镜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种LED照明系统，包括LED阵列、准直透镜组、对置复眼透镜、聚光透镜，由于LED阵列发光时，不同色温的LED芯片所发出的光线在经准直透镜后已经进行充分混合，再在与准直透镜组一定距离的范围内设置对置复眼透镜，对混合区、分离区的光线进行匀光，减小了复眼透镜的积分难度和聚光透镜的混光难度，渴获得混色更均匀的色光，也避免大部分不同色温的光线在成像镜头前混合，出现五彩斑斓的现象；本方案还对LED阵列、准直透镜组、对置复眼透镜作了优化设置，使得光路在整个出射的过程相对均匀。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为LED阵列的示意图。

图3为LED单元模组101的分布方式一示意图。

图4为LED单元模组101的分布方式二示意图。

图5为LED单元模组101有效发光尺寸示意图。

图6为不同色温的光线出射示意图。

图7为金线600的分布示意图。

附图标记：101、LED单元模组；201、前准直透镜；202、后准直透镜；301、第一复眼透镜；302、第二复眼透镜；401、聚光透镜；500、焦点；600、金线；a、有效发光尺寸长；b、有效发光尺寸宽；c、混合区；d、分离区；e、发光全角度；f、相邻的LED单元模组101之间的距离；g、有效发光面上的对角线长度。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种LED照明系统，所述LED照明系统包括依次沿光路排布的：LED阵列、准直透镜组、对置复眼透镜、聚光透镜401。不同色温的LED芯片所发出的光线混合在一起可以形成单一色温的色光，这种单一色温的色光可以根据实际需求通过对控制电路、功率、LED芯片的数量、各个LED芯片的色温、LED芯片的布置等方面的调整，混合出所需要的单一色温的色光。

如图2所示，所述LED阵列包括若干个LED单元模组101，所述LED单元模组101包括两种以上色温的LED芯片，不同色温的LED芯片发出的光线相互重叠。所述LED阵列分布在基板上。本实用新型主要以LED单元模组101只包括两种色温的LED芯片作为例子进行说明，但不仅限于两种色温的LED芯片。这两种色温的LED芯片分别为3000K-5000K的冷色温LED芯片和5000-10000K的暖色温LED芯片，本实用新型以字母C代表3000K-5000K的冷色温LED芯片，以字母W代表5000-10000K的暖色温LED芯片。

如图2所示，为提高LED阵列的光源利用率，和获得后续更好的混光效果，所述LED阵列中，每个LED单元模组101中的LED芯片的种类和数量相同且紧密排列，LED芯片与LED芯片之间的缝隙宽度约为LED芯片长度或宽度的1/10。每个LED单元模组101中均包括W、C两种色温的LED芯片，每个LED单元模组101中都设置有4个LED芯片，分别为两个LED芯片C和LED芯片W。色温相同的LED芯片的位置和方向在每个LED单元模组101中有大致相同的分布。每个LED单元模组101的4个LED芯片设置的位置基本一致，如图3所示，相同色温的LED芯片呈中心对称；或，如图4所示，相同色温的LED芯片呈轴对称设置；每个LED单元模组101中相同色温的LED芯片有相同的旋转方向，以此实现色温相同的LED芯片在每个LED单元模组101中的位置和方向有大致相同的分布。当然，LED芯片的数量不仅限于4个，还可以是6个、8个，甚至是更多的数量。每个LED芯片的色温也可以是不一样的。

进一步地提高光源利用率，所述LED阵列呈多边形，此处多边形优选为正六边形。两两相邻的三个LED单元模组101呈等边三角形排列，相邻的LED单元模组101之间的距离f为10mm-20mm。

如图5所示，进一步地提高光源利用率，所述LED单元模组101的有效发光尺寸长a和宽b的比值范围为1:1-1.6:1。

如图6所示，所述准直透镜组能将通过准直透镜组中每一点的光线变成一束平行的准直光柱的仪器。所述准直透镜组，用于对来自LED阵列的光线进行准直，且经准直后的光线形成混合区c和分离区d，所述分离区d位于混合区c外围。W和C两种色温的LED芯片发光，W和C两种色温的光线会大部分重叠在一起，经准直透镜准直后的发光全角度e约为15°-25°，即混合区c和分离区d所涵盖的角度范围为15°-25°。为提高光线的准直效果，所述准直透镜组包括前准直透镜201和后准直透镜202。所述前准直透镜201和后准直透镜202沿出光路径上，出光口径依次增大。所述前准直透镜201设有若干个并与每个LED单元模组101一一对齐。所述后准直透镜202设有若干个并与每个LED单元模组101一一对齐，所述后准直透镜202之间无缝拼接。所述来自LED阵列的光线依次通过前准直透镜201和后准直透镜202，最终形成一束较大的LED光束。进一步提高光源的利用率，如图5所示，所述后准直透镜202的出光口径与LED单元模组101有效发光面上的对角线g长度比值为3.5-5。

所述对置复眼透镜，是由一系列小透镜组合形成，将对置复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。所述对置复眼透镜，用于将混合区、分离区的光线进行匀光，并与所述准直透镜组设有一定距离。不同色温的LED芯片所发出的光线从准直透镜组出射后，色温不同的光线相互交错混合形成混合区，混合区的光线随着出射距离的增加又开始色温分离形成分离区。对置复眼透镜与准直透镜组设置好一定距离，在此一定距离的范围内，对置复眼透镜在最大限度内，将分离区控制在最小的范围内，使分离出来的W光线和C光线的占有面积最小，减少甚至避免光线在整个光路出射的过程中，出现五彩斑斓的现象。为此，对置复眼透镜与准直透镜组之间的距离为0-20mm。对置复眼透镜与准直透镜组之间的距离若大于20mm，会出现较为明显的分离区，在出射光路上，会出现较明显的五彩斑斓的现象，后续混光难度增加。调整所述对置复眼透镜与所述准直透镜组的距离，使得所述分离区的面积与所述混合区的面积之比小于等于1:2，此时所述对置复眼透镜与所述准直透镜组的距离可以设置为5mm。

为降低对照复眼透镜的工艺要求和成本，所述对置复眼透镜包括分别单独设置的第一复眼透镜301和第二复眼透镜302，所述第一复眼透镜301和第二复眼透镜302相互对称。所述第一复眼透镜301和第二复眼透镜302具有相同的属性、材料和焦距，第一复眼透镜301的弯曲面与第二复眼透镜302的弯曲面背向设置。所述第一复眼透镜301与准直透镜组设有一定距离，即第一复眼透镜301与后准直透镜202之间的距离为0-10mm。来自混合区c、分离区d的光线依次通过第一复眼透镜301和第二复眼透镜302。

为提高复眼透镜的匀光效果，所述对置复眼透镜包括若干个复眼单元，沿所述光路，所述后准直透镜横截面与复眼单元的截面积的比值为20-60。

所述聚光透镜401，用于将对置复眼透镜匀光后的光线汇聚于预设的焦点500，以形成混色均匀的光斑。所述对置复眼透镜匀光后的光线是对混光区c和分离区d匀光后的光线。

如图7所示，所述LED芯片设有金线600，所述金线用于将LED芯片连入电路，为提高光源的利用率，避免金线600对光线造成阻挡，以便后续更好地混光，所述金线设于LED单元模组的外围上。

在上述过程中，由于LED阵列中，两种或两种以上不同色温的LED芯片紧密封装在同一个LED单元模组101中，且LED芯片的发光角度较大，因此，在LED芯片发光时，不同色温的光线重叠在一起；LED阵列的所发出的光线，在前准直透镜201和后准直透镜202的准直过程中，不同色温的光线混合在一起，准直后出射的光线与LED阵列单元上的LED芯片位置呈反向的镜像关系，因此形成了混合区c和分离区d；将第一复眼透镜301与后准直透镜202设置在合适的一定范围内，在将分离区d所占的面积控制在最小的情况下，减少出射光路上光线五彩斑斓的现象，提高混光效果；聚光透镜401将对置复眼透镜匀光后的光线汇聚于预设的焦点500处，获得混光效果更好的光斑。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED照明系统，其特征在于，包括沿光路依次排布的：

LED阵列，包括若干个LED单元模组(101)，所述LED单元模组(101)包括两种以上色温的LED芯片，不同色温的LED芯片发出的光线相互重叠；

准直透镜组，用于对来自LED阵列的光线进行准直，且经准直后的光线形成混合区和分离区，所述分离区位于混合区外围；

对置复眼透镜，用于将混合区、分离区的光线进行匀光，并与所述准直透镜组设有一定距离；

聚光透镜(401)，用于将对置复眼透镜匀光后的光线汇聚于预设的焦点(500)，以形成混色均匀的光斑。

2.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述一定距离的范围为0-20mm。

3.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述分离区的面积与所述混合区的面积之比小于等于1:2。

4.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述LED单元模组(101)中，相同色温的LED芯片呈中心对称或轴对称。

5.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述LED阵列呈多边形，且两两相邻的三个LED单元模组(101)呈等边三角形排列；相邻的LED单元模组(101)之间的距离为10mm-20mm。

6.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述LED单元模组(101)的有效发光尺寸长宽比为1:1-1.6:1。

7.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述准直透镜组包括

前准直透镜(201)，所述前准直透镜(201)设有若干个并与每个LED单元模组(101)一一对齐；

后准直透镜(202)，所述后准直透镜(202)设有若干个并与每个LED单元模组(101)一一对齐，所述后准直透镜(202)之间无缝拼接；

所述后准直透镜(202)的出光口径与LED单元模组(101)有效发光面上的对角线比值为3.5-5；

所述来自LED阵列的光线依次通过前准直透镜(201)和后准直透镜(202)。

8.根据权利要求7所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述对置复眼透镜包括若干个复眼单元，沿所述光路，所述后准直透镜(202)的横截面与复眼单元的截面积的比值为20-60。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述LED阵列中，每个LED单元模组(101)中的LED芯片的种类和数量相同且紧密排列，色温相同的LED芯片的位置和方向在每个LED单元模组(101)中有大致相同的分布。

10.根据权利要求1所述的一种LED照明系统，其特征在于，所述对置复眼透镜包括分别单独设置的第一复眼透镜(301)和第二复眼透镜(302)，所述第一复眼透镜(301)和第二复眼透镜(302)相互对称；来自准混合区的光线或混合区、分离区的光线依次通过第一复眼透镜(301)和第二复眼透镜(302)；所述第一复眼透镜(301)与准直透镜组设有一定距离。

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